红外报警监控系统的设计毕业论文.doc

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1、红外报警监控系统的设计摘要：随着科学技术、社会经济的不断发展，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，因此对防盗措施提出了更高的要求。当前基于红外技术的目标监控系统主要有两种：一种为主动红外跟踪定位系统，另一种为基于热释电红外传感器的报警系统。本课题主要研究后者，设计基于STC89C52单片机的红外报警监控系统。作为一种新型传感器件，基于热释电效应的热释电人体红外线传感器的功能更加完善，对体温为37左右的人体辐射的中心波长为9um到10um左右的红外线感知能力更强，在其防盗报警范围内，利用防盗报警电路探测是否有人进入，当有人闯入时可以通过一系列能量变化产生电信号，最终达到

2、电声报警的目的。本系统将红外报警、温湿度测量显示、实时时钟集为一体，简单实用，抗干扰能力强、灵敏度高、安全可靠，具有很高的应用价值。设计主要分硬件部分和软件部分。硬件部分中单片机选用宏晶公司的高性能、低功耗单片机STC89C52；热释电红外报警器使用DYP-ME003红外人体传感器，是根据红外线技术制成的自动控制产品；DHT11温湿度传感器给系统提供实时的温度湿度数据；时钟部分由DS1302实现；四键键盘可以切换系统的开、关报警状态，设定时钟/日历初始值，查询报警时间等。软件部分包括DS1302初始时间设置，监控信号采集记录和液晶显示部分。关键词：红外报警；被动式；STC89C52单片机；温湿

3、度测量 中图分类号：TP277Design of Infrared Alarm Monitoring and Control SystemAbstract：With the development of economy and science and technology, peoples living standards have greatly increased, and the consciousness to the private property protection is in the unceasing enhancement, so higher request for t

4、he security measures has been put forward. The current monitoring system based on infrared technology mainly has two kinds: one kind is active infrared tracking system, and the other is alarm system based on infrared sensor. This subject mainly studies the latter, designed a infrared alarm monitor s

5、ystem based on the single chip STC89C52.Infrared invasion alarm based on infrared detection technology as a new technology, has been more and more get the social attention from all walks of life and extensive application. As a new type of sensor component, the function of infrared sensors for human

6、body based on effect is more perfect, the sensory ability for the human radiation whose temperature is 37 and the center of the wavelengths is 9 to 10 um around is more strong, in its security alarm range, it use security alarm circuit to detect if someone is in. When people come in, through a serie

7、s change of energy it can generate signals, and finally reach the purpose of sound and light alarm. It Integrated infrared alarm, temperature and humidity measurement and display, real time clock sets into a body, it is simple, practical, and strong anti-interference ability, high sensitivity, safe,

8、 reliable, and has a high application value. The design include hardware and software parts. The single chip microcomputer in hardware part chooses the high performance, low power consumption MCU STC89C52 produced by macro crystal company; infrared alarm uses DYP-ME003 infrared human sensor, is auto

9、matic control products based on infrared technology; DHT11 temperature and humidity sensor provides real-time temperature humidity data to the system; The clock part is implemented by the DS1302; Four keys keyboard can switch system open and close the alarm status, set the clock/calendar initial val

10、ue, inquires the alarm time and so on. Software part includes DS1302 initial time settings, control signal acquisition records and liquid crystal display parts.Keywords: Infrared alarm； passive；STC89C52 SCM,；temperature and humidity measurementClassification: TP277目 次致 谢I摘要IIAbstractIII目次IV1 绪论11.1

11、课题的背景和意义11.2 研究现状及发展方向21.3 本文研究的内容32 被动式热释电传感器的分析42.1热释电红外传感器42.2 被动式热释电传感器防盗报警工作原理42.2.1 热释电效应原理42.2.2 菲涅尔透镜镜52.3 DYP-ME003人体感应传感器53 硬件电路设计73.1 单片机电路83.2 红外热释电报警传感器模块103.3 温湿度传感器器及检测电路113.4 DS1302实时时钟电路133.5 LCD显示电路143.6 EEPROM存储器电路153.7 键盘电路163.8供电及程序下载电路174 软件部分设计184.1 程序流程图184.2 各子程序实现的功能204.2.1

12、定时器程序204.2.2按键查询程序205 红外报警监控系统安装运行246 总结25参考文献26附录A28附录B34作者简历35学位论文数据集36IV中国计量学院本科毕业设计（论文）1 绪论1.1 课题的背景和意义当今社会的治安总体趋于平稳，但是入室盗窃、抢劫等案件总是频频发生，给社会增添了几分不和谐，既影响了治安安定也增强了群众生活的恐慌感。另外，人们的安防意识随着经济的高速发展也在不断提高中，现如今人们对人身和财产的安全越来越关注1。越来越多的人致力于打造一个舒适时尚的家居生活，创建一个和谐安全的家居环境。如何做到真正的“安全”呢？在传统的防盗窗和防盗门逐渐淘汰的同时，探测器所具有的独特优

13、势使其受到更多人的好评与青睐。红外防盗报警器是基于红外探测技术开发研制成的，广泛应用与军工、安防领域。它是一种新时代、新技术的产儿，必将在不久的将来开创一个新的时代。根据不同的探测手段，红外入侵报警器大体上可分为两类2。第一类是被动式红外入侵报警器，人们更多的称之为热释电红外入侵报警器3。它的工作离不开探测元件，通过探测元件可以探测并接受红外线，经热释电效应转变为微弱的电压信号，再利用后续电路放大处理最后输出报警信号。活动的生物体与静止的生物体的不同之处在于，前者通过热释电红外传感器后，会使之内部产生变化，输出电压信号，故热释电红外入侵报警器能很好的区别运动着的和静止的生物体，在很大程度上的降

14、低了误报率。它的小功耗、低廉价格、高隐蔽性、宽阔的监控视角优点为其赢得了较高的市场占有率。但是其不足之处是：人体的红外辐射易被遮挡、容易受到各种源的干扰、灵敏度受环境温度影响较大。第二类是主动式红外入侵报警器，它的灵敏度更高、适应气候能力更好、探测距离也更远，但其视场角小，警戒区相对狭窄，价格稍高，安装复杂。故在本次研究系统中，不予使用，本系统是基于被动式红外报警器的原理设计而成的。红外报警器解决了市面上比较常见的几种防盗报警器存在不可避免的缺点这一重大难题 4。红外监控报警技术是通过吸收接受红外热辐射来输送信号的。红外线是波长介于微波与可见光之间的一种电磁波，波长大约在770nm至1mm之间

15、，它是一种透过云雾能力比可见光强的非可见光。所有高于绝对零度的物体都可产生红外光，红外线监控报警技术正是根据红外线的这些特点，广泛应用在通讯、探测、医疗、军事、安防等等众多领域中。现如今传统的人力防范往往受时间、地域、人员素质和精力等因素的影响，出现一些很难避免漏洞和失误。红外监控报警系统是无形的安全保镖，在其安全范围内发现有人入侵时，就会及时发出报警，好像在设定区域内增加了一双忠诚守卫着的电子眼，安装先进的红外线监控报警系统成为了当今社会的一种必然趋势5。本课题研究红外报警监控系统，它将红外报警、实时时钟、温湿度测量与显示集为一体，操作简单，抗干扰能力强、灵敏度高，具有较高的应用价值。本设计

16、的提出满足新一代人们为了追求高品质生活所提出的对于住宅防盗的需要，在以前防盗器的基础上它做了很多的改进，既可以用于单一的住户，也适用于大规模住宅区甚至于街区的防盗系统。它的工作性能好，安全可靠，出错率低，可以大大的避免诸如漏报和误报的现象的发生。1.2 研究现状及发展方向从20世纪80年代起，基于传感器技术的红外监控报警系统的发展明显提速。红外报警监控系统的核心部分是传感器，而近30年来，各个发达国家都将传感器技术作为显示其科技发达水平的一个标志，日本、美国等国家早已把传感器技术列为国防和科技的重点发展方向，在传感器这座高峰上，人人孜孜不倦的探寻，有如英勇无畏的登山者向着最高峰攀爬6。传感器技

17、术得到的如此的重视，在很大程度上也推动的红外报警监控系统的快速发现。防盗监控技术在安防领域内蓬勃发展的今天，红外技术无疑给该领域注入了一剂强心剂，作为一种新技术，它的应用也是全新的，它为防盗监控技术的发展开辟了一条崭新的道路。作为第一个进入中国市场的安防产品，防盗报警器在20世纪60年代初首次安装于故宫博物院，这标志着我国跨入了电子防盗报警的新时代，在之后的20年中，我国又先后应用了被动式红外报警器、超声波报警器等等，形成了集多种探测手段为一体的新型防盗系统，技术水平也得到的更大的提升。 从80年代开始，防盗报警器在我国的使用得到的普及与推广，大街小巷，十字街头，越来越多的地方开始安装报警器，

18、研究、开发和应用一代又一代的新技术，促使了报警器的发展。在2000年之后，我国的防盗报警行业的技术水平更是进入了前所未有的发展中，深圳和浙江的一些沿海发达城市的厂商抓住了这一契机，迅速将自己的产品发展壮大，打出了品牌化、科技化的口号抢占先机。但是由于发达国家发展红外报警监控系统的时间比我国早的多，国内的产品无论从技术水平还是资金实力上，与他们都存在较大差距，一些国外的品牌在我国防盗报警市场上的占有率在未来一段时间内将持续保持升高的态势，国内的产品很难撼动他们，本设计的热释电传感器就是一种来自美国的传感元器件7-8。即便是这样，我们也不能灰心，只有开创新技术，从创新层面上将落后之势迎头赶上。本文

19、所涉及的热释电红外传感器与国内使用的大部分防盗报警器不同的是，它基于红外技术能将运动着的生物与非生物有效的区别开来9。近年来，智能化深入了我们生活生产的方方面面，因而防盗系统在新型社区的建设中为智能化奠定了坚持的基础10。安全感的满足程度成为人们购买高档住宅区、入住星级社区时所考虑的首要条件。这种安全感体现在舒适的住房、优美的生活环境，以及对安全保障技术的放心程度上。拥有一个技术先进、性能稳定的安全防范系统，必然会成为房地产开发商的一个新的制胜法宝11。目前被动式红外探测器在技术上的并没有出现振奋人心的突破。虽然各多厂家都对致力于技术的开发研究，提出了蓝波技术、双边浮动技术、全数字技术等新的概

20、念，但其实都是对传统技术的一种语言提炼，并没有多大的创新。无线化为被动式红外探测器提供了新的方向，也必会成为一种新趋势。无线探头既能满足室内的装潢需要，更重要的是节省施工的成本，方便安装。现如今，人工的成本不断增加，以前的有线报警器在安装过程中要进行繁复的布线工作，况且电线会有老化等问题，所以不管是出于安全还是成本的考虑，越来越多的工程商选择了无线报警监控系统。无线被动式红外报警系统技术的最大特点表现在协同模式上，根据使用环境的不同，红外微波工作组合也会相应的变化，使探测器对于环境的适应性大大的提高；采用了双向的温度补偿技术，可以非常有效的降低误报率；“全防区”防宠物的功能，极大的降低了主人不

21、在家时，由于宠物而给报警器造成的困扰12-13。1.3 本文研究的内容本系统的组成部件：热释电红外传感器、DHT11温湿度传感器、DS1302时钟电路、EEPROM存储电路、1602液晶屏和四键键盘。其实现的功能有：（1）当监控功能打开时，如果有人入侵，红外热释电传感器能获取人体入侵信息，控制蜂鸣器报警，LED报警灯亮。（2）在EEPROM存储器中自动存入报警时间，当按查询按钮时可以显示上一次报警时间。（3）在液晶屏上显示实时更新的温度和湿度数据。（4）具有不间断的时钟电路，可在液晶屏上显示当前时间。时钟电路有后备电池，不必担心断电所造成的困扰。（5）键盘可以设置时钟初始值，设置完后继续按设置

22、键进入正常状态。（6）通过设置键可以打开或关闭报警功能。（7）可以查询上一次报警时间，再次按查询键退出查询状态。 352 被动式热释电传感器的分析2.1热释电红外传感器热释电红外传感器在前面绪论中也有提到，是一种被动式调制型温度敏感器件 14。它的响应速度虽然远不及如光子型，但是由于其具有光谱响应宽、工作频率范围广并且可以在室温下使用等特点，它的灵敏度稳定不会受波长影响，使用方便。因此在各类入侵报警器、自动开关、非接触测温、火焰报警器等应用极为广泛。在安全防盗领域中，它也因为其独特的特性和价格低廉等现实问题广受好评。热释电红外传感器的组成部分为热释电晶体、滤光镜片、氧化膜、结型场效应管FET和

23、偏置电阻等。因为人体会辐射出中心波长在9至10 um左右红外线，而热释电传感器的滤光片厚度通常为8至14 um，所以可以很有效的在探测范围内探测到是否有人进入15。而在其内部装设偏置电阻及场效应管(FET)，是为了将传感器输出的微弱电信号放大以及与输出的高阻抗匹配。2.2 被动式热释电传感器防盗报警工作原理2.2.1 热释电效应原理热释电传感器是一种基于热释电效应的主要是由一种高热电系数的材料制成的探测元件，可以通过目标与背景的温差来探测目标。一些晶体在受热时会在两端将会产生大小相等而符号相反的电荷，这种由于热变化而产生的电极化现象称为热释电效应16。我们把能产生热释电效应的晶体称为热释电体或

24、热电元件。如果此时在热电元件两端并联上电阻，当元件受热时，则电阻上就有电流流过，在电阻两端也能得到电压信号。而红外线的热效应很强，当红外辐射交替的照射在晶体表面上时，就会使晶体温度发生变化，产生热释电效应，再通过后续电路的放大处理，就可以得到一个相对较为稳定的电压信号继而输出。作为一种新型传感器件，基于热释电效应的热释电人体红外线传感器的功能更加完善，对体温为37左右的人体辐射的中心波长为9至10um左右的红外线感知能力更强，在其防盗报警范围内，利用防盗报警电路探测是否有人进入，当有人闯入时可以通过一系列能量变化产生电信号，最终达到电声报警的目的17-18。如下图2.1 所示，为被动式红外报警

25、器的组成框图。放大滤波电路热释电红外传感器菲涅尔透镜物体电压比较器驱动电路报警器基准电压图2.1 被动式红外报警器组成框图2.2.2 菲涅尔透镜镜菲涅尔透镜镜是根据法国物理学奥古斯汀.菲涅尔发明的原理，采用聚乙烯（PE）材料注压而成的薄片，也有玻璃制作的。菲涅尔透镜的在很多时候相当于红外线及可见光的凸透镜，效果较好，但成本比普通的凸透镜低很多19。菲涅尔透镜有两个最重要的作用：一是聚焦作用，焦点一般为5厘米左右，并且具有多焦距，对各方向的光线有相同的敏感度；二是将探测区域划分为若干个“明区”和“暗区”，这样进入探测区域的移动物体可以通过温度变化的形式在被动式红外线探测器上产生信号，但是仅限于移

26、动的物体，所以如果是静止站立在透镜前的人体是无法被感知的。在与PIR配合使用后，使探测范围提高数倍，没有安装使用菲涅尔透镜的PIR中探测距离只有2米左右，安装菲涅尔透镜后探测距离变成了10至15米20。菲涅尔透镜现已应用于各种领域，包括投影显示、聚光聚能、红外探测等等。 2.3 DYP-ME003人体感应传感器目前P288型热释电红外传感器应用的是最广泛的，它外接一个12V电源，内部装有菲涅耳透镜，检测区域为球形，该球形的方向角为85，有效警戒距离为12至 15m。可以非常灵敏的检测到移动的人体所辐射的红外线，然后与后续的电路配合输出稳定的电信号。但是由于热释电传感器检测电路比较繁琐，调试难度

27、也较大，在本系统中不使用。为解决热释电传感器检测电路复杂，难调试等问题，在本设计中使用了DYP-ME003人体感应传感器。经过一系列加工处理将热释电传感器、菲涅耳透镜和放大处理电路三者全都集成在一个模块上，就叫做集成红外人体感应器。这里就可以简化电路，操作方便许多。DYP-ME003是根据红外线技术制成的自动控制产品，在各类自动感应设备（尤其是以干电池供电的自动控制产品）中应用的十分广泛。它的性能稳定，灵敏度高，可靠性强，可以实现5V电压供电，是生产实验中实现偷懒的最佳选择。在本文的在第三章第二节中会对DYP-ME003做更具体的介绍。3 硬件电路设计本设计的红外报警监控系统框图如图3.1所示

28、。温度湿度上限温度、湿度数据STC89C52单片机外部EEPROMLCD显示温湿度值DHT11温湿度传感器DS1032时钟电路DYP-ME003红外人体传感器按键输入声光报警图3.1 红外报警监控系统方框图图中DYP-ME003红外人体传感器可以随时输送报警信号至STC89C52单片机中。报警功能打开后，当传感器检测到有人侵入，输出高电平时，单片机会进行声光报警，主要蜂鸣器发出声响，LED发光管灯亮，而此时的时间会被外部存储芯片AT24C04记忆并保存，以便之后查询报警时间。系统具有实时的更新显示当前环境温度和湿度的功能，该功能由DHT11温湿度传感器实现。DHT11每2秒钟发送一次温度和湿度

29、数值，单片机读取后在1602液晶屏上即时显示。此外， DS1302时钟电路，可以为单片机系统提供当前的时间信息。通过设置键、上调键和下调键可以设定该初始时间或任一想修改的时间。由于具有后备电池，所以主控系统不必受到断电的困扰，断电后时钟仍然继续运行。通过键盘可以切换系统的开、关报警状态，设定时钟/日历初始值，查询报警时间等。3.1 单片机电路本设计的主控芯片选用宏晶公司的高性能、低功耗单片机STC89C52，它是CMOS8位单片机，兼容标准8051指令系统及引脚，支持ISP下载。其管脚如图2.2所示，由STC89C52组成的单片机系统原理图如图2.3所示21。图3.2 STC89C52单片机管

30、脚图图3.3 单片机系统原理图如上图所示，ALERT引脚为DYP-ME003红外人体传感器的输出信号22。DATA引脚是DHT11温湿度传感器的数据输入与输出引脚，该引脚为单总线引脚。2402_SCL和2402_SDA分别与AT24C04的SCL和SDA引脚相连，它们均为外置芯片AT24C04的通信引脚。K2、K3、K4、K5为四键键盘，作用分别为设置、上调、下调和查询。L2为LED报警发光管。P0.0至P0.7连接LCD的数据线，P2.5至P2.7连接 LCD的控制线。本系统采用了晶振频率为11.0572MHz的外部晶振电路。3.2 红外热释电报警传感器模块图3.4 DYP-ME003红外人

31、体传感器电路在热释电红外报警器中，传感器使用DYP-ME003红外人体传感器，如图2.4所示。ALERT引脚为输出信号，为高电平时表示有人入侵，为低电平时无人入侵。R17为下拉电阻，防止管脚误报。DYP-ME003红外人体传感器的功能特点：（1）全自动感应：若有人进入其感应范围，则输出高电平；人离开之后自动延时会自动关闭，将高电平转换成低电平。（3）光敏控制（可选择）：可根据实际情况设置光敏控制，例如在白天或光线强时不产生感应。（4）温度补偿(可选择)：在夏天当环境温度升高至30以上时，探测距离稍变短，温度补偿在一定程度上可作为性能补偿。（5）两种触发方式：可重复触发方式和不可重复触发方式。（

32、6）具有感应封锁时间(默认设置为2.5s)：在每一次感应输出后（即输出高电平变为低电平），感应模块可以紧跟着设置一个不接受任何感应信号的时间段，称为封锁时间。（7）工作电压范围宽：可接受直流4.5v-20v的电压。（8）微功耗：静态电流不超过50微安，适合以干电池供电的自动控制产品。（9）输出高电平信号：与各类电路的连接方便。DYP-ME003人体感应传感器的感应范围如图3.5所示：图3.5 DYP-ME003人体感应传感器的感应范围DYP-ME003人体感应传感器的电气参数如表1所示：表3.1 DYP-ME003人体感应传感器的电气参数 工作电压范围DC 4.5-20V静态电流50uA电平输

33、出高3.3 V /低0V触发方式L不可重复触发/H重复触发延时时间5-200S(可调)可制作范围零点几秒-几十分钟封锁时间2.5S(默认)可制作范围零点几秒-几十秒电路板外形尺寸32mm*24mm感应角度= 450) FlagStartRH = 1; RHCounter = 0; /设定闪烁标志 if (hide = 1) hide = 0; else hide = 1; 4.2.2按键查询程序程序采用查询方式获取按键状态，当有键被按下时，所连接的管脚被接通，该按键被响应。故按键从按下到弹起时，该按键被响应，它的响应变量值为0。其中Keyvalue的值为1，2，3，4时分别代表Up，Down，

34、Set，Review键被按下，FlagSet的值为0，1，2，3，4，5，6，7时分别代表的状态是报警，关报警，设置年，设置月，设置日，设置时，设置分，设置秒。当然只有在非查询状态下才能设置时间。Void KeyProcess(uint num) switch (num) case 1: switch (FlagSet) /Up键被按下 case 0:case 1: break;case 2: if (year99)year+; /年 Write1302(0x8e,0x00); /写入允许 DS1302_SetTime(DS1302_YEAR,year); Write1302(0x8e,0x8

35、0); /禁止写入 break;case 3: if (month12) month+; /月 Write1302(0x8e,0x00); /写入允许 DS1302_SetTime(DS1302_MONTH,month); Write1302(0x8e,0x80); /禁止写入 break;case 4: if (day31) day+; /日 Write1302(0x8e,0x00); /写入允许 DS1302_SetTime(DS1302_DAY,day); Write1302(0x8e,0x80); /禁止写入 break;case 5: if (hour23) hour+; /时 Wr

36、ite1302(0x8e,0x00); /写入允许 DS1302_SetTime(DS1302_HOUR,hour); Write1302(0x8e,0x80); /禁止写入 break;case 6: if (minute60) minute+; /分 Write1302(0x8e,0x00); /写入允许 DS1302_SetTime(DS1302_MINUTE,minute); Write1302(0x8e,0x80); /禁止写入 break;case 7: if (second60) second+; /秒 Write1302(0x8e,0x00); /写入允许 DS1302_SetTime(DS1302_SECOND,second); Write1302(0x8e,0x80); /禁止写入 break; break; case 2: /Down键被按下 switch (FlagSet) case 0: cas