基于單片機的紅外報警系統

廣東海洋大學寸金學院 杜永峰

1.前言

隨著經濟的快速發展，人們生活水平的提高，人們對防盜系統提出了新的要求。本系統是結合傳統報警系統的優點和人們對現代報警系統的需求設計的適用于小型設備的電子報警系統。

本設計采用熱釋電紅外傳感器，它能以非接觸形式被動地探測出人體輻射的紅外線，并將其轉換成電信號，送至單片機，經單片機軟件處理后，驅動報警電路執行報警。它制作簡單，成本低安裝方便，抗干擾能力強，隱蔽性強不易被盜賊發現，廣泛應用于報警，檢測，遙控等領域。原理圖如圖1所示：

圖1 基于單片機的紅外報警系統原理圖

2.總體思路設計

本設計包括硬件和軟件設計兩部分。模塊劃分為數據采集、鍵盤控制、報警等子模塊。電路結構可劃分為：熱釋電紅外傳感器、報警器、單片機控制電路、LED控制電路及相關的控制管理軟件組成。用戶終端完成信息采集、處理、數據傳送、功能設定、本地報警等功能。

此設計以單片機為核心模塊，單片機就是設計的中心單元，因此系統也是單片機應用系統的一種應用。單片機應用系統也是有硬件和軟件組成。硬件包括單片機、輸入/輸出設備、以及外圍應用電路等組成的系統。

圖2 總體設計框圖

從設計的要求來分析該設計須包含如下結構：熱釋電紅外傳感探頭電路、報警電路、單片機、復位電路及相關的控制管理軟件組成；它們之間的構成框圖如圖2所示：

處理器采用51系列單片機AT89C51。整個系統是在系統軟件控制下工作的。紅外探頭將人體輻射的紅外光譜變換成電信號，經放大電路、反相器送至至AT89C51單片機。經單片機內部處理發出入侵報警狀態控制信號。

軟件是各種工作程序的總稱。單片機應用系統的研制過程包括總體設計、硬件設計、軟件設計、在線調試等幾個階段，就本設計來說也包括這些過程。

3.基礎知識介紹

3.1 熱釋電紅外傳感器

熱釋電紅外線傳感器是80年代發展起來的一種新型高靈敏度探測元件。是一種能檢測人體發射的紅外線而輸出電信號的傳感器，它能組成防入侵報警器或各種自動化節能裝置。它能以非接觸形式檢測出人體輻射的紅外線能量的變化，并將其轉換成電壓信號輸出。將這個電壓信號加以放大，便可驅動各種控制電路[2]。如圖3所示為熱釋電紅外傳感器的外觀和內部電路框圖。

圖3 熱釋電紅外傳感器的外觀和內部電路框圖

3.2 AT89C51單片機簡單概述

AT89C51是美國ATMEL公司生產的低電壓，高性能的CMOS8位單片機，片內含有4Kbytes的可反復擦寫的只讀程序存儲器(PEROM)和128bytes的隨機存取數據存取器(RAM)，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術生產，兼容標準MCS-51指令系統，片內設置通用8位中央處理器(CPU)FLASH存儲單元，功能強大。AT89C51單片機可為您提供許多高性價比的應用場合，可靈活應用于各種控制領域。為此，本設計選用AT89C51。其結構如圖4所示。

圖4 AT89C51單片機功能方塊圖

4.具體電路模塊設計

4.1 熱釋電紅外傳感器原理

本設計所用的熱釋感器就采用這種雙探測元的結構。其工作電路原理及設計電路如圖5所示，在VCC電源端利用C1和R2來穩定工作電壓，同樣輸出端也多加了穩壓元件穩定信號。當檢測到人體移動信號時，電荷信號經過FET放大后，經過C2，R1的穩壓后使輸出變為高電位，再經過NPN的轉化，輸出OUT為低電平。

圖5 熱釋電紅外傳感器原理圖

4.2 放大電路的設計

如圖6所示為最基本的放大電路，Vi是輸入電壓信號，Vo是輸出放大的電壓信號。

圖6 放大電路圖

4.3 時鐘電路的設計

XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅動器件，XTAL2應不接。

因為一個機器周期含有6個狀態周期，而每個狀態周期為2個振蕩周期，所以一個機器周期共有12個振蕩周期，如果外接石英晶體振蕩器的振蕩頻率為12MHZ，一個振蕩周期為1/12us，故而一個機器周期為1us[5]。如圖7所示為時鐘電路。

圖7 時鐘電路圖

4.4 復位電路的設計

復位方法一般有上電自動復位和外部按鍵手動復位，單片機在時鐘電路工作以后，在RESET端持續給出2個機器周期的高電平時就可以完成復位操作[6]。例如使用晶振頻率為12MHz時，則復位信號持續時間應不小于2us[7]。本設計采用的是外部手動按鍵復位電路。如圖8所示為復位電路。

圖8 復位電路

圖9 發光二極管報警電路圖

4.5 發光二極管報警電路的設計

由4個發光二極管接上電阻后連上單片的RXD的引腳，外接VCC，當單片機的RXD引腳被置低電平后，發光二極管被點亮，起到報警作用[8]。圖9所示為發光二極管報警電路。

4.6 聲音報警電路的設計

如圖10所示，用一個Speaker和三極管、電阻接到單片機的TXD引腳上，構成聲音報警電路，如圖10所示為聲音報警電路。

圖10 聲音報警電路圖

4.7 系統硬件電路的選擇及說明

從以上的分析可知在本設計中要用到如下器件：AT89C51、熱釋電紅外傳感器、LED、按鍵、反相器74LS04、蜂鳴器等一些單片機外圍應用電路，以及單片機的手工復位電路等。在原理圖(見附錄)中，綠燈是正常工作指示燈，紅燈是起報警指示作用，當RXD腳被置低電平時，紅燈亮開始報警，同樣，TXD腳置高電平時聲音報警電路開始工作。電路設有2個按鍵，按鍵1作為倒計時的中斷鍵，按鍵2鍵作為作為電路復位鍵。

5.軟件的程序實現

5.1 主程序工作流程圖

按上述工作原理和硬件結構分析可知系統主程序工作流程圖如圖11所示；

圖11 主程序工作流程圖

5.2 中斷服務程序工作流程圖

本主程序實現的功能是：當單片機檢測到外部熱釋電傳感器送來的脈沖信號后，表示有人闖入監控區，從而經過單片機內部程序處理后，驅動聲光報警電路開始報警，報警持續10秒鐘后自動停止報警，然后程序開始循環工作，檢測是否還有下次觸發信號，等待報警從而使報警器進入連續工作狀態。同時，利用中斷方式可以實現報警持續時間未到10秒時，用手工按鍵停止的聲光報警的作用。手工按鍵停止報警中斷服務程序工作流程圖，如圖12所示：

圖12 中斷服務程序工作流程圖

5.3 軟件仿真

本設計通過利用Proteus仿真，Proteus它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機及外圍器件的工具。本設計所要求達到的目標是在接收到紅外傳感器帶來的低電平信號，可使綠燈由亮變暗，紅燈產生報警，可觀察到紅燈變亮，蜂鳴器報警。當報警結束后，綠燈亮起，紅燈熄滅，蜂鳴器停止報警。

6.結束語

本設計研究了一種基于單片機技術的無線智能防盜報警器。該防盜報警器通過以AT89C51單片機為工作處理器核心，外接熱釋電紅傳感器，它能有效的抑制人體輻射波長以外的紅外光線與可見光的干擾。平時傳感器輸出高電平，當有人在探測區范圍內移動時輸出高電平變為低電平，此低電平輸入單片機，作為單片機的外部觸發信號處理，經單片機內部軟件編程處理后，單片機輸出控制信號，驅動聲光報警電路開始報警。

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