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基于51单片机的红外报警器.doc

发布时间：2022-06-09 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.24M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    内容摘要：本系统采用了热释电红外传感器，它的制作简单、成本低、安装比较方便，而且防盗性能比较稳定，抗
    1系统设计任务与要求
    2 基础知识介绍
    2.1 热释电红外传感器简单介绍
    2.2 PIR的原理特性
    图2热释感器
    2.3 AT89C51单片机简单概述
    2.3.1 AT89C51单片机的结构
    2.3.2 AT89C51管脚说明
    3 方案设计
    3.1 总体设计思路
    3.2 具体电路模块设计
    3.2.1 热释电红外传感器原理
    3.2.2 放大电路的设计
    3.2.3 时钟电路的设计
    3.2.4 复位电路的设计
    3.2.5 发光二极管报警电路的设计
    3.2.6 声音报警电路的设计
    4软件的程序流程图及程序
    5总结
    参考文献：
    目 录 一、 系统设计任务与要求......................................................................................... 1 二、基础知识介绍....................................................................................................... 2 2.1 热释电红外传感器简单介绍 ................................... 2 2.2 PIR 的原理特性 ............................................ 2 2.3 AT89C51 单 片 机 简 单 概 述 ................................. 3 2.3.1 AT89C51 单片机的结构 ......................................3 2.3.2 AT89C51 管脚说明 ......................................4 3 方案设计................................................................................................................... 6 3.1 总体设计思路 ............................................... 6 3.2 具体电路模块设计 ........................................... 7 3.2.1 热释电红外传感器原理 ................................. 7 3.2.2 放大电路的设计 ....................................... 8 3.2.3 时钟电路的设计 ....................................... 8 3.2.4 复位电路的设计 ....................................... 9 3.2.5 发光二极管报警电路的设计………………………………………9 3.2.6 声音报警电路的设计 .................................. 10 4 软件的程序流程图及程序..................................................................................... 11 5 总结......................................................................................................................... 15 参考文献..................................................................................................................... 15 附件总原理图………………………………………………………………………..16 0
    红外报警系统的设计与制作 内容摘要：本系统采用了热释电红外传感器，它的制作简单、成本低、安装比较方便，而且 防盗性能比较稳定，抗干扰能力强、灵敏度高、安全可靠。这种防盗器安装隐蔽，不易被盗 贼发现，同时它的信号经过单片机系统处理后方便和 PC 机通信，便于多用户统一管理。本 设计包括硬件和软件设计两个部分。硬件部分包括单片机控制电路、红外探头电路、驱动执 行报警电路、LED 控制电路等部分组成。处理器采用 51 系列单片机 AT89C51，整个系统是在 系统软件控制下工作的。 关键词：单片机；红外传感器；数据采集；报警电路 1 系统设计任务与要求 (1)、该设计包括硬件和软件设计两个部分。模块划分为数据采集、键盘控 制、报警等模块子函数。 (2)、本红外线防盗报警系统由热释电红外传感器、报警器、单片机控制电 路、LED 控制电路及相关的控制管理软件组成。用户终端完成信息采集、处理、 数据传送、功能设定、本地报警等功能。终端由中央处理器、输入模块、输出模 块、通信模块、功能设定模块等部分组成。 (3)、系统可实现功能。当人员外出时，可把报警系统设置在外出布防状态， 探测器工作起来,当有人闯入时，热释电红外传感器将探测到动作，设置在监测 点上的红外探头将人体辐射的红外光谱变换成电信号，经放大电路、比较电路送 至门限开关，打开门限阀 门送出 TTL 电平至 AT89C51 单片机，经单片机处理运算后驱动执行报警电 路使警号发声。 (4)、红外线具有隐蔽性，在露天防护的地方设计一束红外线可以方便地检 测到是否有人出入。此类装置设计的要点：其一是能有效判断是否有人员进入； 其二是尽可能大地增加防护范围。当然，系统工作的稳定性和可靠性也是追求的 重要指标。至于报警可采用声光信号。 1
    2 基础知识介绍 2.1 热释电红外传感器简单介绍 热释电红外线(PIR)传感器是 80 年代发展起来的一种新型高灵敏度探测元 件。是一种能检测人体发射的红外线而输出电信号的传感器，它能组成防入侵报 警器或各种自动化节能装置。它能以非接触形式检测出人体辐射的红外线能量的 变化，并将其转换成电压信号输出。将这个电压信号加以放大，便可驱动各种控 制电路[2]。如图 1 示为热释电红外传感器的内部电路框图。 图 1 热释电红外传感器的内部电路框图 2.2 PIR 的原理特性 热释电红外线传感器主要是由一种高热电系数制成的探测元件，在每个探测 器内装入一个或两个探测元件，并将两个探测元件以反极性串联，以抑制由于自 身温度升高而产生的干扰。由探测元件将探测并接收到的红外辐射转变成微弱的 电压信号，经装在探头内的场效应管放大后向外输出。 人 体 辐 射 的 红 外 线 中 心 波 长 为 9--10um ， 而 探 测 元 件 的 波 长 灵 敏 度 在 0.2--20um 范围内几乎稳定不变。在传感器顶端开设了一个装有滤光镜片的窗 口，这个滤光片可通过光的波长范围为 7--10um，正好适合于人体红外辐射的探 测，而对其它波长的红外线由滤光片予以吸收，这样便形成了一种专门用作探测 人体辐射的红外线传感器。一旦人侵入探测区域内，人体红外辐射通过部分镜面 聚焦，并被热释电元接收，但是两片热释电元接收到的热量不同，热释电也不同 不能抵消，经信号处理而输出电压信号。 2
    本设计所用的热释感器就采用这种双探测元的结构。其工作电路原理及设计 电路如图 2 示, 在 VCC 电源端利用 C1 和 R2 来稳定工作电压，同样输出端也多加 了稳压元件稳定信号。当检测到人体移动信号时，电荷信号经过 FET 放大后，经 过 C2，R1 的稳压后使输出变为高电位，再经过 NPN 的转化，输出 OUT 为低电平。 Vcc 3v VCC 12v R4 OUT Q2 NPN R2 C1 R3 C2 R1 Q1 Y2 FET RS Y1 图 2 热释感器 2.3 AT89C51 单 片 机 简 单 概 述 2.3.1 AT89C51 单片机的结构 AT89C51 单片机是美国 Atmel 公司生产低电压，高性能 CMOS 8 位单片机， 片内含 4k bytes 的可反复擦写的只读程序存储器（EPROM）和 128 bytes 的随机 存取数据存储器(RAM)，器件采用 Atmel 公司的高密度、非易失性存取技术生产， 兼容标准 MCS-51 指令系统，片内置通用 8 位中央处理器（CPU）和 Flash 存储 单元，功能强大[3]。AT89C51 单片机可提供许多高性价比的应用场合，可灵活应 用于各种控制领域。 3
    图 3 为 AT89C51 单片机的基本组成功能方块图。由图可见，在这一块芯片上， 集成了一台微型计算机的主要组成部分，其中包括 CPU、存储器、可编程 I/O 口、 定时器/计数器、串行口等，各部分通过内部总线相连。下面介绍几个主要部分。 外 时 钟 源 外 部 事 件 计 数 振荡器和时序 程序存储器 数据存储器 定时器/计数器 OSC 4 KB ROM 256 B RAM/SFR 2 ×16 AT89C51 CPU 内中断 64 KB 总线 扩展控制器 可编程 I/O 可编程全 双工串行口 外 中 断 控 制 并 行 口 串 行 通 信 图 3 AT89C51 功能方块图 2.3.2 AT89C51 管脚说明 ATMEL 公司的 AT89C51 是一种高效微控制器。采用 40 引脚双列直插封装形 式。AT89C51 单片机是高性能单片机，因为受引脚数目的限制，所以有不少引脚 具有第二功能。 VCC：供电电压。 GND：接地。 P0 口：P0 口为一个 8 位漏级开路双向 I/O 口，每脚可吸收 8TTL 门电流。当 P1 口的管脚第一次写 1 时，被定义为高阻输入。P0 能够用于外部程序数据存储 器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在 FLASH 编程时，P0 口作为原码输入 口，当 FLASH 进行校验时，P0 输出原码，此时 P0 外部必须被拉高。 P1 口：P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P1 口缓冲器能接 4
    收输出 4TTL 门电流。P1 口管脚写入 1 后，被内部上拉为高，可用作输入，P1 口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在 FLASH 编程和校验时，P1 口作为第八位地址接收。 P2 口：P2 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 口缓冲器可接收， 输出 4 个 TTL 门电流，当 P2 口被写 1 时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为 输入。并因此作为输入时，P2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内 部上拉的缘故。P2 口当用于外部程序存储器或 16 位地址外部数据存储器进行存 取时，P2 口输出地址的高八位。在给出地址 1 时，它利用内部上拉优势，当对 外部八位地址数据存储器进行读写时，P2 口输出其特殊功能寄存器的内容。P2 口在 FLASH 编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3 口：P3 口管脚是 8 个带内部上拉电阻的双向 I/O 口，可接收输出 4 个 TTL 门电流。当 P3 口写入 1 后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入， 由于外部下拉为低电平，P3 口将输出电流。 P3 口也可作为 AT89C51 的一些特殊功能口，如下表所示： P3 口管脚 备选功能 P3.0 RXD（串行输入口） P3.1 TXD（串行输出口） P3.2 INT0（外部中断 0） P3.3 INT1（外部中断 1） P3.4 T0（记时器 0 外部输入） P3.5 T1（记时器 1 外部输入） P3.6 WR （外部数据存储器写选通） P3.7 RD （外部数据存储器读选通） P3 口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持 RST 脚两个机器周期的高电 平时间。 ALE/ PROG ：当访问外部存储器时，地址锁存允许端的输出电平用于锁存地 址的地址字节。在 FLASH 编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE 端 5
    以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的 1/6。因此它可用作 对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器 时，将跳过一个 ALE 脉冲。如想禁止 ALE 的输出可在 SFR8EH 地址上置 0。此时， ALE 只有在执行 MOVX，MOVC 指令是 ALE 才起作用。 PSEN：外部程序存储器的选通信号端。在由外部程序存储器取指期间，每个 机器周期两次 PSEN 有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN 信 号将不出现。 EA /VP：当 EA 保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH）， 不管是否有内部程序存储器。注意加密方式 1 时，EA 将内部锁定为 RESET；当 EA 端保持高电平时，此间内部程序存储器。在 FLASH 编程期间，此引脚也用于施加 12V 编程电源。 XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2：反向振荡器的输出,如采用外部时钟源驱动器件，应不接。 3 方案设计 3.1 总体设计思路 本设计包括硬件和软件设计两个部分。模块划分为数据采集、键盘控制、报 警等子模块。电路结构可划分为：热释电红外传感器、报警器、单片机控制电路、 LED 控制电路及相关的控制管理软件组成。用户终端完成信息采集、处理、数据 传送、功能设定、本地报警等功能。 就此设计的核心模块来说，单片机就是设计的中心单元，所以此系统也是单 片机应用系统的一种应用。单片机应用系统也是有硬件和软件组成。硬件包括单 片机、输入/输出设备、以及外围应用电路等组成的系统，软件是各种工作程序 的总称。单片机应用系统的研制过程包括总体设计、硬件设计、软件设计等几个 阶段。 从设计的要求来分析该设计须包含如下结构：热释电红外传感探头电路、报 警电路、单片机、复位电路及相关的控制管理软件组成；它们之间的构成框图如 6
    图 4 总体设计框图所示： 复位电路 驱动 LED 发光显示 AT89 C51 信号检测电路 放大 驱动 报警执行电路 图 4 总体设计框图 处理器采用 51 系列单片机 AT89C51。整个系统是在系统软件控制下工作的。设 置在监测点上的红外探头将人体辐射的红外光谱变换成电信号，经放大电路、比 较电路送至门限开关，打开门限阀门送出 TTL 电平至 AT89C51 单片机。在单片 机内，经软件查询、识别判决等环节实时发出入侵报警状态控制信号。驱动电路 将控制信号放大并推动声光报警设备完成相应动作。当报警延迟 10s 一段时间后 自动解除，也可人工手动解除报警信号，当警情消除后复位电路使系统复位，或 者是在声光报警 10s 钟后有定时器实现自动消除报警。 3.2 具体电路模块设计 3.2.1 热释电红外传感器原理 本设计所用的热释感器就采用这种双探测元的结构。其工作电路原理及设计 电路如图 5 所示, 在 VCC 电源端利用 C1 和 R2 来稳定工作电压，同样输出端也多 加了稳压元件稳定信号。当检测到人体移动信号时，电荷信号经过 FET 放大后， 经过 C2，R1 的稳压后使输出变为高电位，再经过 NPN 的转化，输出 OUT 为低电 平。 7
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