基于51单片机的红外防盗报警系统设计(共30页).doc
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1、精选优质文档-倾情为你奉上XXXX大学毕业设计(论文)红外防盗报警系统系 别 :专业(班级):作者(学号):指导教师:完成日期: 2015年5月10日XXXX教务处制专心-专注-专业目 录红外防盗报警系统摘 要:科技创造着人们的生活,科技引领着人们的生活,科技丰富着人们的生活。自改革开放以来,我们身边的科技发展速度可以说是突飞猛进,让人眼花缭乱应接不暇。伴随着科技的发展自然而然就有了经济的长足发展。私人财产的增加就进而带来了财产安全问题。财富的不断增加也使得人们越来越重视私人财产的保护措施。防盗窗防盗门这种早期的防盗措施的防盗能力已经越来越力不从心。家庭防盗报警系统也是因为这市场需求而逐渐诞生
2、并越发成熟。我们将在这篇论文中将设计一种非常适合家庭用的防盗报警系统,我们的设计经过研究确定了使用热释电红外探测器,因为它相对来说性价比很不错,防盗报警效果显著,可以说是物美价廉。 既然本设计是用于防盗的系统,那么就必须要求它安装时的位置隐蔽,不容易被窃贼行窃之前看到,而且该系统最好在平时维护起来也要简单方便,否则对于用户来说这个系统将没有太大的实用价值,也不利于产品的市场竞争。考虑到使用了红外探测器元件,我们需要用到单片机处理我们探测器所接收到的电信号。选用单片机中功能强大的51系列STC89C52单片机作为本设计电路的核心元器件,程序烧录则使用keil C51烧录。软件主要针对本论文选用的
3、单片机运行的时候所需。关键字:热释电红外传感器,菲涅耳透镜,Protues仿真软件,BISS0001芯片,STC89C52单片机PyroelectricInfraredAlarm SystemAbstract:science create peoples life, science leading peoples lives, science enrich peoples lives.The increasing of wealth make people pay more attention to the protection of private property. And the cap
4、ability of security windows or security doors has been getting worse. At the same time, more and more far-sighted people start to install home security alarm system. In this article, we develop a design of system using using pyroelectric infrared sensor with a real-time monitoring, to realize fast a
5、larm and prompt. The anti-theft system this paper use, its installation location is hidden, it is difficult for robbers to find and users management or maintenance is convenient. There are two parts in this design including hardware and software . Hard ware part of this design includes infrared dete
6、ctor module, MCU module, driver warning module, LED module, etc. It also choose 51 series STC89C52 single-chip microcomputer as the processor of the circuit design and using C language to write programs. Key words:PIR; Fresnel lens;Protues; BISS0001 chip;SCM (STC89C52)红外防盗报警系统1 引 言随着我国电子工业飞速发展,高新科技不
7、断点缀着人们的精彩生活。伴随着科技的发展自然而然就有了经济的长足发展。私人财产的增加就进而带来了财产安全问题,人们对家庭防盗安全的疏忽大意也让心怀叵测的窃贼们而越发的猖狂。大部分居民财产安全防盗意识不够强给不法分子创造了很多机会,居民家中被盗也变的越来越频繁,这也造成了人们对财产安全问题的极大担忧。在这样的大环境下,人们对普通家庭安装物美价廉的防盗报警器的呼声也是越来越高。然而我们走访市场后却发现目前的防盗系统基本都因为价格昂贵只适用于一些需要保密的部门或者机构,普通家庭实在难以承受。若要在家庭财产防盗领域起到作用,那么这种防盗报警系统必须要有造价低廉,性能可靠而且具备一定的智能化的特点。众所
8、周知红外线是一种肉眼无法观察到的,任何物体都在时刻发射着不同的红外线,人们充分利用这一点将红外线应用在博物馆,金店,甚至在军队中利用红外线来搜索战场中的敌人。本设计主要涉及红外探测以及单片机控制。电源和单片机以及红外探测器组成了基本的系统运行电路。而单片机部分我们需要用单片机最小系统来控制即可,当然也需要声光报警电路的组合。系统大致工作流程:充当耳目作用的的红外报警器负责信号的探测,而充当大脑的作用的单片机负责判断信号,并控制声光报警电路。通过单片机功能的设定以及处理到达报警模块的功效。就该设计的核心而言,单片机为本设计的中心模块,其作用重要性不言而喻。作为大脑的单片机自然也是由软件和硬件共同
9、组成,软件相当于它的思想,硬件就是单片机本身。2 设计任务和要求本防盗报警系统设计包括了软、硬件。由数据采集模块完成信号采集和数据转换功能,按键设定模块完成系统基本操作环节,报警模块执行防盗声光报警任务。本防盗系统基本组成比较简单,囊括了了单片机(信号处理以及模块控制),热释电红外探测器(人体信号的采集),蜂鸣器(鸣笛报警),LED报警电路(二极管闪烁报警)以及Proteus仿真软件和烧写软件。 要求本设计功能如下:倘若有人需要外出,便可将本红外报警系统打开,此时报警器进入了布防程序;如果在布防之后,有人闯入了住宅之内就会立即被探测器感应到,人体辐射出的红外光谱将会被安装在监测点上的热释电红外
10、探测器转变成了电信号并输出。STC89C52单片机将会立即检测到探测器发送来的电平信号,而后单片机就控制报警LED发光,同时蜂鸣器也会响起。3 硬件基本设计3.1 系统方案设计我们综合考虑了各方面可能出现性能影响的因素,人体红外探测元件最后定为性价比很高的热释电红外探测器,最主要的因素还是考虑到该探测器对人体辐射的红外线具有更好的探测效果。而且该传感器防盗保护性能相对普通的压力报警器(一般通过可触发的压力开关来报警的防盗系统)来说更加稳定,抗干扰能力很高,探测灵敏度和安全性更是无可挑剔。正如上面所说的,本探测器安装相当隐蔽,几乎很难发现该装置的位置,极大的方便了用户管理和操作。考虑到正常情况下
11、检测的是处于移动中的人体,所以红外探测器我们选择双元件型。因为这个传感器内部的两个灵敏元件是反相接的,如果闯入的人员一直停止不动(当然这是不可能的)或者无人闯入,则这两个灵敏元件极化的程度完全相同,两元件的极化相互之间就抵消了,这时候探测器输出电压为0,报警器不工作;可一旦闯入者移动起来,则两个元件极化程度立马就不同了,输出电压也随之变化不在是0,报警器工作,进而实现探测移动中的人体为目的的功能。本红外防盗报警系统设计包括硬件组成和软件组成两部分。如果以模块功能来区分的话主要有系统按键模块(按键控制)、信号处理模块(红外探测器)、报警模块(声光报警部)。如果按照电路的结构来区分的话主要有单片机
12、电路部分、红外传感器部分、蜂鸣器部分、LED报警指示电路部分。3.2 硬件基本设计按照我们所设计的设计要求本设计至少应该包含以下三个基本的结构:STC89C52单片机部分、红外感应部分、报警指示电路。电路总原理图如图3-1。图3-1 总体原理设计框图(1)热释电红外传感器上个世纪八十年代研发制造出来的热释电红外传感器堪称传感器领域的经典之作,该传感器因其灵敏度高,简单实用又廉价而闻名遐迩。如图3-2所示就是常见的热释电红外传感器。这种被动式传感器接受到人体辐射出的红外线后立即转成电压信号输出至其本身自带的放大器开始放大处理,以此实现了运行和驱动本设计几大电路控制部分的功能。所以该探测器被人们广
13、泛大量的应用在防盗和报警这类用途。Pyroelectricinfraredsensorhavepolarizationinsidethepyroelectriccrystalswithtemperaturechanges,Whentheconstantinfraredradiationonthedetector,pyroelectriccrystaltemperatureconstant,externalcrystaliselectricallyneutral,noelectricaloutputfromdetector,soconstantthatcannotbedetectedbythei
14、nfraredradiation.正常人体发出的红外线波长范围一般在910m之间,而本设计的红外探测元件能感应到的波长灵敏度在0.220m范围内,范围太大不太适合,但是其特性基本稳定不变,为了达到更精准的探测效果,我们通过在传感器上面安装了一个限制入射红外光波长范围的的滤光片来把入射红外光波长约束至710m,这时候改装后的探测器对于检测人体红外线来说性能更加完美,显而易见我们安装的滤光片将其它波长的红外线吸收了,只有人体红外线才能进入其内,就这样一种专业探测人体红外线的探测器应运而生,以上充分说明了本系统设计的核心之一为该传感器,其重要性不言而喻。 图3-2 热释电红外传感器(2)PIR特性原
15、理该热释电红外传感器一般植入一个到两个探测元件,并以反极性串联这两个元件,从而减少自身温度升高而带来的的干扰和影响。人体发射的红外辐射经过该探测器的接收处理后转换成较弱的电压信号,由于该电压信号不足以让系统正常运行,需要探头里面的场效应管放大再向外输出。The detector mainly made of a material of a high pyroelectric coefficient, Ru lead zirconate titanate-based ceramics, lithium tantalate, titanium sulfate, triethylene glycol
16、, or the like of a size of 2 * 1mm detecting element. (3)菲涅耳透镜热释电传感器就如同近视的人的眼睛一样,需要一个“眼镜”来“矫正”它的视力,以清楚的辨别事物,“眼镜”的选用是否得当与使用的功效的好坏有着直接的关系。配用不当的菲涅耳透镜会产生错误的动作,经常性的误报警会使用户很快失去对产品的信任。报警监视空间内的红外线不断的被集中到了传感器之上。由于不同型号的菲涅耳透镜拥有着不同的焦距参数(即传感器探测距离),所以我们可以根据所需监控的空间大小选择不同的菲涅耳透镜,一般探测距离十米内最为常见;而且根据物体红外线特点可以设计出很多专门探测某
17、个物体红外线的红外报警器,例如火灾报警器,该热释电传感器对一般火焰红外辐射最为敏感,类似这样的设计使得热释电报警器的应用范围被大大扩展和丰富了。菲涅耳透镜的不同会导致传感器感应距离的不同,感应距离的不同会使报警器有不同的视场和范围,对于这样的传感器来说视场多且广,监控也就越是密不透风,防盗效果也越是令人满意。下图3-3为菲涅耳透镜的实物模型。图3-3 菲涅耳透镜模型(4) BISS0001芯片的简介作为集成芯片中性能优良且价格极为便宜的型号,BISS0001优势相当明显。而且该芯片经常与红外探测器等探测器匹配,可组成各类功能不一形形色色的热释电探测器,该芯片与传感器的高度可匹配性使其受到广大用
18、户的一致热捧。BISS0001芯片对电路中来自热释电传感器的信号传输到芯片内对信号进行处理,该芯片有着无与伦比的小静态电流,3V到5V的工作电压使其具有简单可靠的驱动电源选择,三个1.5V的干电池即可,驱动电流输出的值为10mA。红外传感器其实就是由该芯片和最重要的热释电传感器以及一些基本元器件组合而成,其简单实用的性能得到很多人的广泛认可。该芯片是典型的16管脚,使用了CMOS精湛工艺以及DIP精密封装。如图为BISS0001芯片的内部电路框图。图3-4 BISS0001内部电路框图由上图很容易看出该BISS0001芯片是由Voltage Comparator(电压比较器)和State Co
19、ntroller(状态控制器)、Operational Amplifiers(运算放大器)、Lock Timer(封锁时间定时器)、Delay Timer(延迟时间定时器)及参考电压等组合而成的数模混合电路。下图3-5为其管脚功能说明。图3-5 管脚功能说明(5) BISS0001信号处理人体红外信号在此电路成功完成了转换,并以电信号输出。热释红外传感器信号来自2引脚,且由OP1放大器实施放大处理,C4耦合后,二级处理(放大运算)便立马在COP2运算放大器之中进行运算。双向鉴幅器由电压比较器(COP1以及COP2)构成,放大后的信号经过鉴幅器运行处理,启动延时定时器信号的输出由上面检测出有效信
20、号而产生,单片机对通过电阻R3输入的定时器信号进行运算处理。可以使用R12来设置延时周期的值,倘若VS变化发生在延时周期之内,那么从VS上跳变时刻开始Vo就会立即继续延长一单位周期;单片机的下一步骤是在Vs始终高电平状态通过P10传送到达时进行的。图3-6 信号采集处理模块由于我们的探测器一般需要根据所需保护空间大小来选择,与此同时不同的探测距离R13的大小要求也不同,7米一般就最大的可调节距离了。如上图所示芯片中接高电平经过跳线和1脚连接后,倘若在延时时间段(即防盗报警器工作状态)之中红外传感器探测范围内有人在活动,那么高电平状态将会成为该芯片的输出保持状态,若想高电平状态改变为低电平只要探
21、测范围内的人离开探测范围内即可,所以本设计是一种不需要直接接触的红外触发式防盗系统。(6) 电源模块正如上面我们提到的,我们设计为3V-5V的工作电压以便报警系统安装更加灵活方便。通常情况下可以使用3只1.5V普通直流干电池为电源,考虑到更换电池的问题,也可以外接4.5V直流电源使用起来更为长久。3.3 单 片 机3.3.1 STC89C52单片机简介STC89C52单片机为广泛认可的51系列单片机中的经典大作之一,它相对其他的51系列的单片机来说价格稍微高一点,但是其软件烧写功能很方便用户的使用。其标准功能如下:256字节的RAM、8k字节Flash、看门狗定时器、32 位I/O 口线、数据
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