红外报警器的设计与实现

1、14红外报警器设计与实现 目 录摘要.2概述 .2第一章 红外报警器.21.1红外线报警器简介.21.2 红外线报警器的工作原理.21.3 红外线报警器的功能.2第二章 基础知识介绍.22.1释电红外传感器的原理.32.2 PIR的原理特性.32.3 AT89C51单片机的概述.3第三章 基于单片机的红外线报警器设计.43.1.硬件电路.43.1.1电源电路43.1.2单片机系统.43.1.3声光报警电路.43.2 系统设计.43.2.1主程序.4 3.3 系统调试.43.3.1 软件调试.43.3.2 硬件调试.4结 论5参考文献.6致 谢.7摘 要外感应是一个技术已经相当成熟的领域，几十年

2、来，人们为之付出了不懈的努力，无论从线路技术还是元器件方面，乃至于思想认识上都取得了长足的进步。在当今的社会红外感应在诸多领域都得到了应用。如红外报警器、红外数据传输器、红外夜视仪等方面。所以设计一个简易红外报警器有利于我们对红外传输技术有所了解。这次设计简易红外报警器的内容是：设计符合要求的电路原理图，对三极管构成无稳态振荡电路、红外收发电路自锁驱动与复位电路及三极管构成无稳态振荡声光电路的各个元件的参数静态工作点进行分析计算，用Altium Designer Summer 09软件制作出PCB板，在其过程中注意元件的布局和板面的设计，用multisim7进行仿真。根据元件参数采购元件，并进

3、行安装和调试，若有故障，则利用已有的故障维修思路和方法进行检修。使其能正常工作，达到合格的标准。在设计中我受益匪浅，三极管构成自锁驱动与抚复位电路和三极管构成无稳态振荡电路结构原理等新的理论知识，复习巩固了以前所学的电路、模拟电子技术，现代电子电路与技术等知识。还更好的理论结合实际，把相关的新老知识应用到设计中，自己动手设计出成品。红外报警器的作用是把从发射端发送的信号经过空气有接收端接收，在这一过程中由于外部人体的作用阻碍了信号的传递而作为报警信号的触发条件。作为电子技术的毕业设计，本课题提出的红外对射报警器指标比较低，以及现实的干扰与实用性等原因采用直流供电红外发生发生电路。由于个人水平有

4、限，本设计中的缺点、错误在所难免，恳请原谅！关键词：红外报警器 三极管 防盗报警装置 稳态振荡 单片机 概 述20世纪末，人们生活水平不断的提高，电子技术获得了飞速的发展，在其推动下，现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域，但是拥挤繁杂的住宅环境以及人口暴增的生活压力，使得一些人踏过法律的底线不劳而获窃取他人劳动果实，对他人的生命财产安全造成了严重的影响。红外报警器作为报警系统中的重要一员不仅在财产安全方面有重要的作用，在工业生产和自动化监控也有着很大的开发和利用空间因此红外报警器的研究和开发，有着非常现实的意义。在当今的社会红外感应传输技术得到了广泛的应用。如光碟机、无线数据传输、军事与生产重

5、地等。因此必须重视对红外报警器的设计，我做为一名电子专业的学生，学的正是这类的相关知识。相信我一定能做出一个好的优质红外报警器。第1章 绪论1.1 课题背景 随着时代的不断进步, 人们对自己所处环境的安全性提出了更高的要求,尤其是在家居安全方面,不得不时刻留意那些不速之客。现在很多小区都安装了智能报警系统, 因而大大提高了小区的安全程度 , 有效保证了居民的人身财产安全。由于红外线是不可见光, 有很强的隐蔽性和保密性, 因此在防盗、警戒等安保装置中得到了广泛的应用。此外,在电子防盗、人体探测等领域中,被动式热释电红外探测器也以其价格低廉、技术性能稳定等特点而受到广大用户和专业人士的欢迎。1.2

6、 红外线报警器的工作原理 红外报警器由报警主机和红外探测器组成报警系统.探测一旦探测到入侵,红外报警器立即把报警入侵信号无线密码传输到报警主机,主机接收到报警信号后,会立即启动高分贝警笛现场报警器,红外报警器主机面板上的LED显示报警防区,防区路数0-99路,明确显示入侵方位,同时报警主机还有时间显示、报警记录查询、自动开关机等功能.1.3 红外线报警器的功能1、探测器和主机无线自动对码，即学习式编码，系统扩容简单快捷； 2、100个独立无线防区，每个防区可单独撤布防，方便实用； 3、报警主机有两组定时开关机时间，并具有当前开、关机状态指示； 4、三种报警声、四级报警音量可选； 5、红外报警器

7、可同时滚动显示最新十条报警信息； 6、可查询60条最近报警记录； 7、红外报警器可选配内置备用电源，并具有浮充装置和低电压告警功能； 8、提供一组常开、一组常闭报警输出和12V直流输出，供其他设备控制使用； 9、加装拨号模块，报警时可实现自动拨打组电话功能。 第2章 系统设计 2.1 硬件设计 2.1.1 单片机最小系统 对于这一部分,我们手上有现成的单片机最小系统,所以我们选择就地取材而没有另行制作,对于这个最小系统板上有扩展的程序下载接口和蜂鸣器模块,其电路图见后面的总电路图.  2.1.2 红外发射部分红外发射电路本身并不难,只要给与发射头足够的功率就能驱动它发射出红外线信号.

8、可以选择两种最基本的方法来设计电路图,第一种是用单片机直接发射38K方波信号,用三极管来驱动发射头工作,这就要求我们用程序来发射38K的方波;第二种是用NE555芯片来设计成多谐振荡器,发射出38K方波.不管是在硬件和软件上,第二种设计方法都占优,所以我们选择第二种电路来设计.设计电路如图一所示:      1-1 对于上图,要求我们自己确定参数R1、R2和C1.计算时有输出高电平时间为:    t1 = 0.693 (R1 +R2) C1    输出低电平的时间是:

9、0;   t2 = 0.693 (R2) C1    所以周期为:    T = t1 + t2 = 0.693 (R1 + 2R2) C1    频率有:    占空比为t1/(t1+t2). 从上面的公式中带入38K的频率就能确定各个参数.为此我们取C1为0.01uF,R1为560,R2取2K的电位器,这是为了排除电阻和电容的制作时的阻差和容差,为此我们可以精确地调到38K.2.1.3 红外接收部分 接收部分采用的是TSOP1838,图二是它的内部电路

10、图:   1-2 TSOP1838内部结构它的内部集成了放大电路和带通滤波器,具有高选择性,但是这对我们的电路设计无疑是一大方便-不用自己加运算放大器.其设计电路见总电路图. 2.1.4 LED灯和蜂鸣器 这算是最简单的硬件设计了.对于LED灯来说,接入回路中加一限流电阻就可以了,二蜂鸣器则需要加一三极管用来驱动,电路见总电路图. 2.1.5 整体框架图   1-3 2.2 软件设计    程序设计流程图如图四:1-4第3章 基于单片机的红外线报警器设计3.1.硬件电路电路原理图如图1-4所示.可将该电路

11、分为以下三个部分.3.1.1电源电路220V交流市电经变压器T降压 .桥式整流器D1整流. 电解电容C7滤波.三端稳压器78L05稳压,最后得到整机要求的+5V稳定直流电源.3.1.2单片机系统. U1为AT89C2051单片机.C1.R0,R1和复位按钮RESET组成手动电平复位和上电自动复位电路; C2.C3以及晶振T1组成时钟电路iC4.C5为+5V电源滤波电容 .U2为CM0S6反相器CC4069 , 起驱动作用 .VD1 VD6为红外发射管, 其负极端接与P1口.P1口设置为输出状态 ,当P1口为 .0时 ,VD1VD6发红外光.VD7VD12为红外接收管.当接收到红外光时导通,+5

12、V电源通过VD7一VD12加到反相器 CC4069的输入端,经反相为低电平,这时P3_0P3.5为低电平.发管和接收管分别安装在门和窗 口的适当位置.当有人闯入时遮挡了红外线,接收管截止.反相器输入端为低电平 .这时U1的P3.0一P3.5为高电平.当在一定时间内检测到位于不位置的光束被遮挡时.则由P3.7口输出报警信号(高低电平间隔1S的脉冲信号).驱动声光报警电路.进声光报警.直至按复位按钮RESET或电源开关S1.由于红外收发管之间没有遮挡时为正常.有遮挡时为异常,则当 P 1口输出 o 0 H时. P 3口的正常状态数据为00H.3.1.3声光报警电路 .555定时器U4.扬声器BY,

13、 普通红色发光二极管VD13等组成声光报警电路 . 其中555定时器接成了一个低频多谐振荡器 .其控制电压输入端5脚与单片机 AT89C2051的P3.7脚相连,受P3.7脚输出的高低电平间隔1S的脉冲信号控制.当P3.7为高电平时控制电压Uco较高,阈值电压UT+(=Uco)和UT-(=1/2Uco) 也较高 ;当P3.7为低电平时UT+和UT-也较低.当UT+较高时,电容C9充、放电的电压幅度较大.因而振 荡频率较低.反之,当UT+较低时,电容C9充 、放电过程中电压变化幅度较小.充、放电过程完成得较快,故振荡频率较高.即当P3.7=1时.555输出脉冲的振荡频率较低;当P3.7=0时.5

14、55输出脉冲的振荡频率高. 该输出脉冲经过隔直电容C8加到扬声器上,扬声器将交替发出高、上位机的通信.液晶显示模块使用了12864的并行模式 ,数据端DB0-DB7与单片机的P2.0-P2.7相连,PSB控制12864工作在并行模式,电路中未接液晶的背光.RST复位 2-1   开始发送数据时,A1_89S52发 出SS下降沿信号然后等待ZLG500在SDA线上的响应,若在50ms内未检测到此响应则退出本次传输(由SPI看门狗定时器实现) 将错误代码返回给主程序由主程序进行错误处理.若ZLG500正确响应则AT89S52可将命令和数据发送出去,然后AT89S52等

15、待ZLG500发回的状态和响应数据.即等待SS线上的下降沿的产生, 此时的AT89S52用外部中断响应. 若在500ms内未检测到此信号则退出本次传输且向主程序报告错误代码(由SPI看门狗定时器实现) .若正确检测到SS信号则可接收状态和数据.SS为数据发送使能,若一方有数据要发送给另一方,则该方控制SS线为低.并在发 送结束后将该线置高. 接收数据方不得 控制该线.双方必须遵守通信协议.不得同时控制该线.SDAT为数据线由数 据发送端控制数接收端必须释放该线,该线在一次传输开始时还同时作为数据接收端的响应信号.SPI线上信号波形圈见图4 . 2-2本系统主要由四个源程序实现分为三层. mfa

16、ce-3.asm为底层程序.定义最基本的函数且直接操作硬件zig500.C .12864.C为中层程序定义各种功能函数main .C为顶层程序直接调用底层和中层文件中的函数.其中zig500.C和m-face.asm由ZLG500模块的生产厂家提高低不同的两种叫声.同时P3.7脚输出的高低电平间隔1S的脉冲信号经电阻R8加到红色发光二极管VD13上.VD13将闪烁发光.达到声光同时报警的效果.3.2 系统设计我们的目标是,当检测到有人闯入时就由 P3713输出高低电平间隔1S的脉冲信号去驱动声光报警电路.产生声光报警. 这可通过使P3.7口每隔1S取反一次实现.而1S时间可通过让定时器T0(工

17、作于定时方式1) 重复定时1OOms十次实现.用工作寄存器R1作循环计数器.初值为10(OAHo采用中断方式编程.整个软件由主程序和中断服务程序两部分构成. 2-33.2.1主程序主要功能是对系统进行初始化和对系统进行监视看是否有人闯入.其程序流程图如图2所示.程序清单如下:    0RG O0O0H    AJMP   MAIN   ; 转向主程序    ORG   O00BH   : 定时器 T O中断八E l 

18、   LJMP   BJ   ; 转向中断服务程序    0RG O0 30H    MAI N: MOV   SP , #50H ; 设置堆栈栈底    MOV   R1.#OAH; 设置循环计数器初值    MOV   P3, # OOH; 设置P3口为正常状态    MOV   P1.#OOH; 使VD

19、1-VD6发红外光    MOV   TMOD. #01H; 设TO为定时方式 1    MOV   TH0. # 3CH; 设置定时100ms初值    M0V  TL O. # OBOH    SETB   EA   ; CPU开中断    SETB  ETO   ; 定时器0允许中断    J

20、S:   MOV   A, P3   ; 监视是否有人闯入    CJNE  A. #O OH. LP 由于设备生产厂家停产老机型,配件价高难购,导致我单位一台老型号数控塑钢门窗角缝清理机(简称清角机)闲置至今 .弃之可惜 ,留着无用.最近生产任务又比较紧.原定要购买一台新的清角机.但本着为单位减少资金投入的目的. 决定对闲置清角机进行低投入改装. 2-4经过仔细查看、分析:原机由数控电路控制步进电机拖动清角机构运动.精确控制清角机构进给、升降量.可原机 控制电路部分已经损坏 ,还缺少一只步进电

21、机.但机械部分完好.因此决定舍去原机电路和步进电机等部分不用,只保留原机机械部分.改用一只气缸来拖动清角机构运动.机械定位来控制进给量.由多只气缸协作完成物件加工的工作过程机械部分改装办法确定了.但又怎样去控制它们的运行呢?想到以前用P111-G可编程控制器改装过其它生产设备 .使用P111-G可编程控制器控制线路简洁、性价比高.编程简单、方便、快捷.决定选用P111-G可编程控 制器来控制机械部分运行.改装方法构思好后.动手改装.先加装气缸、电磁阀、行程开关、限位装置等( 机械部分改 装后结构简图如上图) .再拆掉原机配 电箱内所有电路并装入P111-G可编程控制器. 按拟定的线路配线接好相

22、关电路.一切就绪后 .重点转到对P111一G可编程控制器的编程上.下面介绍具体编程步骤:    AJ MP  JS    LP .   SETB  TR0   ; 启动T0定时    100ms    S J MP$   ;等待定时100ms完成2 、 中断服务程序.主要功能是判断定时1S是否完成.从而决定是否对P3.7Iq取反.其程序流程图如图3所示.程序清单如下:  

23、60; ORG  0060H    BJ : PUSH   Acc   ; 现场保护    PUSH  PSW    MOV   TH0 . #3CH ; 重设定时初值    MOV  TL0.B0H    DJ NZ  R1.FH    MOV R1 . OAH    CPL 

24、 P3.7    FH: POP   PSW    POP  Acc    RETl    END    ; 1S未到返回    ; 重设计数器初值    ; P3.7口取反    : 恢复现场    : 中断返回3.3 系统调试3.3.1 软件调试. 先在 Keilc51 环境中 进行软件调试.

25、再利用编程器将调试好 的程序固化到AT89C2051单片机中3.3.2硬件调试（1）检查线路应焊接无误.(2) 电 源电路调试 .断开负载.用万用表测量78L05的3脚应有+5v电压.(3) 先不装入AT89C2051单片机.用短路线把U1插座的12脚接地.调整 VD1和VD7的安装位置和角度 ,测量U1插座的2脚电压 .当VD1和VD7之间无遮挡时2脚电压为0伏,有遮挡时为+5伏.用相同方法反复调整其他几对红外收发管的位置和角度. 使U1插座的3、6、7、8、9各脚的电压符合要求.(4)将固化好程序的AT89C2051插入电路中的U1插座上.接上电源即可工作.结 论通过这一两个月的毕业设计，

26、我从中学到了很多以前我没学好的知识。从最初的茫然，到后来的得心应手其中有太多的过程值得回味。始进入设计电路阶段，我开始到网上资料，可方向不明确的我，不知道选择什么样的电路，才能把做出红外报警。问题出来了，我该怎么办呢？我要怎样设计我的电路呢？就在我不知道怎么办时，这时我想到了找老师。对以思维混乱的我，老师的话给了我非常大的启发“现在你需要实现的红外报警器的功能是什么，根据你的需要设计每一部分电路”。老师的话提醒了我做事不能好高骛远，在接下来的一段时间我先是上网查看别人的红外报警器的设计思路。在观看他人设计的时候我发现虽然红外报警器有着很大的前景但是大多素的普通人对红外报警器的了解并不够，所以他们往往不会选择购买红外报警器就更别提区分其中的好坏了。最终我将我的红外报警器定位在一个适用于普遍大众的基础上，并且功能简单实用价格便宜不易损坏。最终我将简单的红外报警功能与门铃功能集合到我的红外报警器中。在电路的设计中我采用了模块化设计的思路针对具体的功能，设计电路模块在整合修改，经过最简答功能的实现到多步骤功能的统一最终完善整体电路的设计方案。在方案确定以后我网购了所需的元件，安装并调试电路。在调