红外报警器的设计与实现_1.pdf

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1、安徽工贸职业技术学院毕业设计（论文）I 红外报警器的设计与实现 摘要：外感应是一个技术已经相当成熟的领域，几十年来，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

2、 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

3、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 安徽工贸职业技术学院毕业设计（论文）II Design and Implementation of the infrared alarm Abstract:The outside sensor is a technology is quite mature field,for decades,people paid a tireless efforts,regardless of

4、 ideological understanding of the line technology or components and even have made,just like considerable progress.Infrared sensors in today s society has been applied in many fields.Such as infrared detectors,infrared data transmission,infrared night vision.Design a simple infrared alarm system is

5、conducive to our understanding of infrared transmission technology.The design of simple infrared alarm is:designed to meet the requirements of the circuit schematic transistor constitute the steady-state oscillation circuit,infrared transceiver circuit self-locking drive and reset circuit and the tr

6、ansistor constitute a non-steady-state oscillation of sound and light circuit components the parameters of the static operating point analysis and computation to produce the PCB board of Altium Designer Summer 09software attention to the layout,of the components and board design in th E process simu

7、lation using Multisim7.Component parameters procurement of components,and installation and commissioning,if a failure,the use of troubleshooting ideas and methods of repair.To enable them to work properly,have reached the required standard.I benefited in the design,transistor constitute a self-locki

8、ng drive and ask the reset circuit and transistor constitute a structural principle of steady-state oscillation circuit,a new theory of knowledge,to review and consolidate the circuit,analog electronics,electronic circuit technology and knowledge.Better integrate theory with practice,the application

9、 of old and new knowledge related to the design,it-yourself design to the finished product.The role of the infrared alarm signal sent from the transmitter through the air receiver to receive,in the process impede the transfer of the signal due to the role of the external body as the trigger of the a

10、larm signal conditions.Graduated from the design of electronic technology,this topic is re Latively low infrared radio alarm indicators,and reality interfere with practicality reasons the DC power supply infrared generating circuit.Limited individual level,the disadvantage of this design,the error i

11、s inevitable urge to forgive!Keywords:Infrared alarm Triode Anti theft alarm device Steady-state oscillation 安徽工贸职业技术学院毕业设计（论文）III 目 录 引 言.1 第一章 红外报警器.2 1.1 红外线报警器简介.错误!未定义书签。1.2 红外线报警器的工作原理.2 1.3 红外线报警器的功能 第二章 基础知识介绍 2.1 释电红外传感器的原理.3 2.2 PIR 的原理特性.错误!未定义书签。2.3 AT89C51 单片机的概述.错误!未定义书签。第三章 基于单片机的红外线报

12、警器设计.3 3.1.硬件电路.5 3.1.1 电源电路.错误!未定义书签。3.1.2 单片机系统.错误!未定义书签。3.1.3 声光报警电路.错误!未定义书签。3.2 系统设计 3.2.1 主程序.错误!未定义书签。3.3 系统调试 3.3.1 软件调试.3.3.2 硬件调试 结 论.7 参考文献.11 致 谢.12 安徽工贸职业技术学院毕业设计（论文）1 引 言 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

13、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。安徽工贸职业技术学院毕业设计（论文）2 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

14、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 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、

15、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。安徽工贸职业技术学院毕业设计（论文）3 第 2 章 系统

16、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.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

17、.设计电路如图一所示:图一:NE555 基本电路 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:t2=0.693(R2)C1 所以周期为:T=t1+t2=0.693(R1+2R2)C1 频率有:安徽工贸职业技术学院毕业设计（论文）4 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

18、用的是 TSOP1838,图二是它的内部电路图:图二: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 图三:系统总体方框图 2.2 软件设计 程序设计流程图如图四:安徽工贸职业技术学院毕业设计（论文）5 图四:程序流程图 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

19、所示.可将该电路分为以下三个部分.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

20、 发红外光.VD7VD12 为红外接收管.当接收到红外光时导通,+5V 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

21、.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,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

22、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.555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.安徽工贸职业技术学院毕业设计（论文）6 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 复位端直接悬空.通信协议 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

23、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

24、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.本系统主要由四个源程序实现分为三层.mface-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

25、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.安徽工贸职业技术学院毕业设计（论文）7 3.2.1 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

26、序 ORG O00BH :定时器 T O 中断八 E l 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 VD1-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 JS:MOV A,P3 ;监视是否有人闯入 CJNE A.#O OH.L

27、P 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.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.安徽工贸职业技术学院毕业设计（论文）8 机

28、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

29、 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: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 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 安徽工贸职业技术学院毕业设计（论文）9 :中断返回 3.3 系统调试 3.3.1 软件调试.先在 K

30、eilc51 环境中 进行软件调试.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

31、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，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。

32、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。在调试电路的过程中我遇到课很多的问题，如接线错误红外发射管件装反等。其中有一个问题靠自己的能力始终

33、没有解决，在老安徽工贸职业技术学院毕业设计（论文）10 师的帮助下终于解决了上电瞬间电路自锁的问题。原来是 PNP 三极管 BC级反向击穿的问题，三极管作为一种非线性元器件它和其它的一些非线性元器件的使用和调试需要我们更加丰富的基础知识和灵活的思路。在这次毕业设计的过程中它检验了我两年的来的学习，是对我所学知识的一次整合更开阔了我的眼界。安徽工贸职业技术学院毕业设计（论文）11 参考文献 1.刘慰.模拟电子技术基础.北京：北京理工大学出版社，2008.2 3.Pothe cary N.FeedforwaCD limear Power AmplifiersM，1999 4.任德齐.低频电子技术.

34、重庆：重庆大学出版社，2002 5.金泽滇，刘毅坚.低频电子线路.北京：国防科技大学出版社，1998 6.陈大钦.电子技术基础（模拟部分）.北京：高等教育出版社，1996 7.付家才.电子工程实践技术.化学工业出版社,2005-3-1 8.刘修文.实用电子电路设计制作 300 例.中国电力出版社,2004-12-01 9.胡宴如.模拟电子技术.北京：高等教育出版社，2000 10.张延淇.看图巧学电子实用线路.中国电力出版社，2008 11.http:/WWW 中电网 12.http:/ 安徽工贸职业技术学院毕业设计（论文）12 致 谢 首先我要感谢白志青老师在这次毕业设计中对我的悉心指导，他

35、给了我一个前进的方向是我能够在毕业设计最初的时候有了一个好的开始。在接下来的设计过程中我还要感谢白志青老师对我的指导，他在百忙之中抽空帮我解决了设计过程中一个重要的缺陷。其次还要感谢同学们再设计过程中对我的无私帮助。在三年的大学生活中我收到了太多的帮助来自于老师与同学，还有那些不认识的陌生人。但是我最需要感谢的是我的父母他们辛苦的养育是我长大成人，他们的辛苦工作才换来了读书的机会。然后我应该感谢的是我们伟大的祖国是它庇佑着我们让我们能够在这片土地上幸福的生活与学习。最后我要感谢我的老师他们不光教会了生存在这个世界上的知识更教会了我做人的道理，是他们的无私奉献让我们的社会进步使我们的文化得到传承。在这里再次感谢我的父母！我的祖国！以及我们可爱的老师！