基于单片机的红外热释电报警系统(共16页).doc

精选优质文档-倾情为你奉上1、课程设计目的随着时间的推移，计算机革命的完成，信息高速公路的发展，人们生活水平得到很大的提高，对私有财产的保护意识在不断的增强，因而对防盗措施提出了新的要求。本设计就是为了满足现代住宅防盗的需要而设计的家庭式电子防盗系统。本次设计所用的这种热释电红外传感器能以非接触形式检测出人体辐射的红外线，并将其转变为电压信号，同时，热释电红外传感器既可用于防盗报警装置，也可用于制动控制、接近开关、遥测等领域。经过本次课程设计会使我们进一步对单片机有个感观认识，增强动手能力。使理论与实际相结合。2、设计介绍2.1 技术要求基于单片机控制的热释电红外报警，将检测到人体红外信号转换成电压信号，经调理电路整形处理为TTL电平送入单片机，单片机对送入信号进行判别，是哪一路报警信号，发出音响报警并通过数码管显示报警位置。2.2 主要任务1.系统分析与设计：对系统进行调研，详细分析系统，设计出基于单片机控制的热释电红外报警系统方案；2实现系统的关键技术：热释电传感器调理电路；报警音响电路；报警显示电路；软件控制；3系统电路的设计与实现：器件选择；地址分配和硬件连接；4系统软件的设计与实现:单片机代码的实现，计算机控制代码的实现；5系统调试；6系统联调；7写课设报告。3基础知识简介3.1 热释电红外传感器简单介绍红外探测器是红外热释传感器的重要组成部分。它可以分成热释电探测器和光子探测器两大类：其中，热释电探测器是电效应工作的探测器，其响应速度虽不如光子型，但由于它可在室温下使用、光谱响应宽、工作频率宽，灵敏度与波长无关，因此其应用领域广，容易使用。常用的热释电探测器如：LiTaO2(钽酸锂) 探测器、BaTi O2(钛酸钡) 探测器和TGS（硫酸三甘酞）探测器等。如图2-1为热释电红外传感器的结构图、电路图。传感器的敏感元为PZT，在上下两面做上电极，并在表面加一层黑色氧化膜以提高其转化效率。它的等效电路是一个在负载电阻上并联一个电容的电流发生器，其输出阻抗极高，而输出电压信号又极其微弱，故在管内附有JFET及厚膜电阻，以达到阻抗变大的目的。在管壳的顶部设有虑光镜（TO5封装）。图2-2为热释电传感器的实物照片。图2-1图2-23.2 AT89S51单片机简单概述AT89S51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。振荡器和时序OSC程序存储器4 KB ROM数据存储器256 B RAM/SFR定时器/计数器 2 ×16 AT89S51CPU64 KB总线 扩展控制器可编程 I/O可编程全双工串行口内中断外时钟源 外部事件计数 外部中断 控制 并行口 串行通信图2 AT89S51 功能方块图 图2为AT89S51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。4、方案设计4.1 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图3总体设计框图所示：单片机处理1号房间数码管显示电平转换传感器模块 .2号房间电平转换传感器模块启动报警图3 总体设计框图图中当任一房间有人进入时红外传感器将接收到人体散发出的红外信号转化为电信号，在电平转换电路中传感器出来的高电平与三极管集电极的高电平相抵消得到单片机识别的低电平，经过单片机处理，数码管与蜂鸣器分别收到信号，此时数码管显示相应房间位置，蜂鸣器收到低电平信号并报警。当单片机一直处于低电平状态下时，报警会一直持续，数码管依旧显示，直至传感器没有接收到信号，单片机恢复到高电平状态报警停止。处理器采用51系列单片机AT89S51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，经放大电路送出TTL 电平至AT89S51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，当警情消除后复位电路使系统复位。4.2 具体电路模块设计4.2.1 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4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。 图4 热释电红外传感器原理图4.2.2 调整电路的设计如图5所示为最基本的调整电路，图中1为输出，接单片机的P1.7,P1.6输入输出口。图5 调整电路电路图4.2.3 时钟电路的设计XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。因为一个机器周期含有6个状态周期，而每个状态周期为2个振荡周期，所以一个机器周期共有12个振荡周期，如果外接石英晶体振荡器的振荡频率为12MHZ，一个振荡周期为1/12us，故而一个机器周期为1us。如图6所示为时钟电路。图6 时钟电路图4.2.4 复位电路的设计复位方法一般有上电自动复位和外部按键手动复位，单片机在时钟电路工作以后, 在RESET端持续给出2个机器周期的高电平时就可以完成复位操作。例如使用晶振频率为12MHz时，则复位信号持续时间应不小于2us。该复位电路连接单片机的RESET引脚，如图7示为复位电路。图7 复位电路图4.2.5 数码管显示报警电路的设计由1个数码管接上电阻后连上单片的P0输入输出口的引脚，外接VCC，当单片机的相应引脚被置低电平后，数码管显示相应的数字，起到报警作用。注：当P0口输出0F9f时，数码管WEI显示数字1，当P2口输出0x25时，数码管WEI1显示数字2。图8所示为数码管报警电路。图8 数码管仿真图4.2.6 声音报警电路的设计如下图所示，用一个Speaker和三极管、电阻接到单片机的P2.0引脚上，构成声音报警电路，低电平触发，如图9示为声音报警电路。图9 声音报警电路图4.3 系统硬件电路的选择及说明硬件电路的设计见附图1示，从以上的分析可知在本设计中要用到如下器件： AT89C51、热释电红外传感器、LED、发光二极管、蜂鸣器等一些单片机外围应用电路。5、 软件程序的实现按上述工作原理和硬件结构分析可知系统主程序工作流程图如下图10所示；图10 主程序工作流程图程序如下所示：#include<reg52.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit wei=P24;sbit wei1=P25; sbit beep = P20; sbit sensor = P07; sbit sensor1= P06; uchar flag1;/定义全局变量，作为信号检测标志位uchar flag;void chuankou(uchar temp) /与上位机通信，波特率为1200bit/s uchar table1=1,2;uchar m; PCON=0x00; SCON=0x50; TMOD=0x20; TH1=0xE6; TL1=0xE6; TR1=1; for(m=0;m<2;m+) SBUF=table1temp; while(TI=0); TI=0; void delay(uint t)while(t-);void Test_Voltage(void)if(sensor =0&sensor1= 1)delay(10000);/延时50毫秒信号确定if(sensor = 0) flag1 = 1;/检测到信号elseflag1 = 0; else flag1=0; void action(void)if(flag1 =1) wei=0xfe;P0 = 0X25;/数码管显示【2】beep = 0; /检测到信号后，蜂鸣器发出"滴答"声chuankou(1); delay(10000);beep = 1;delay(10000);wei=0xfd;elsewei=0;P0 = 0X03;/数码管显示【0】 void Test_Voltage1(void) if(sensor1 =0&sensor=1) delay(10000);/延时50毫秒信号确定if(sensor1 = 0)flag = 1;/检测到信号elseflag= 0; else flag= 0; void action1(void)if(flag =1) wei1=0xfe;P0= 0X9f;/数码管显示【1】beep =0; /检测到信号后，蜂鸣器发出"滴答"声chuankou(0);delay(10000);beep =1;delay(10000);wei1=0xfd;else wei1=0;P0 = 0X03;/数码管显示【0】 void main(void)while(1) Test_Voltage(); action(); Test_Voltage1(); action1();附图1 电路原理图附图2 仿真图6、课程设计心得体会 课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程.随着科学技术发展的日新日异，单片机已经成为当今计算机应用中空前活跃的领域， 在生活中可以说得是无处不在。因此作为二十一世纪的大学来说掌握单片机的开发技术是十分重要的。回顾起此次单片机课程设计，我仍感慨颇多，的确，从理论到实践，在接近两个星期的日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，比如说不懂一些元器件的使用方法，对开发板不太了解，对单片机汇编语言掌握得不好，通过这次课程设计之后，一定把以前所学过的知识重新温故。 这次实习让我受益匪浅，无论从知识上还是其他的各个方面。上课的时候的学习从来没有见过真正的单片机，只是从理论的角度去理解枯燥乏味。但在实习中见过甚至使用了单片机及其系统，能够理论联系实际的学习，开阔了眼界，提高了单片机知识的理解和水平。在这次课程设计中又让我体会到了合作与团结的力量，当遇到不会或是设计不出来的地方，我们就会在QQ群里讨论或者是同学之间相互帮助。团结就是力量，无论在现在的学习中还是在以后的工作中，团结都是至关重要的，有了团结会有更多的理念、更多的思维、更多的情感。7、参考文献 1 吴政江.单片机控制红外线防盗报警器J. 锦州师范学院学报2 宋文绪.传感器与检测技术M. 北京: 高等教育出版社3 余锡存.单片机原理及接口技术M. 西安: 西安电子科技大学出版社4 唐桃波，陈玉林.基于AT89C51的智能无线安防报警器 J.电子设计应用 5 李全利.单片机原理及接口技术M. 北京: 北京航空航天大学出版社6 徐爱钧.单片机高级语言C51应用程序设计M.北京航空航天大学出版社7 康华光.电子技术基础（模拟部分）M. 北京: 高等教育出版社8 吴炳胜. 80C51单片机原理与应用技术 冶金工业出版社评 语成 绩指导教师（签字） 年 月 日专心-专注-专业