基于89C52 的紅外熱釋電防盜報警器設計

郝海峰 陶麗芳

（浙江海洋學院船舶與海洋工程學院，浙江 舟山 316000）

0 引言

進入21 世紀后，隨著科學技術的快速發展，科學智能化不法行為已經成為人們日益擔憂的焦點，安全的隱患所在，所以科學化、智能化的安防設備對于人們的家居安全尤為重要，家居防盜報警器的發展主要是基于傳感器之上，人都會釋放熱量，一般能檢測人所釋放的熱是通過紅外原理來檢測的，當溫度高于0K 時，便會發出紅外線，被動式報警器正是利用這么一個原理，發出了紅外線，檢測原理和主動式一樣的，溫度敏感的紅外報警強，物體的溫度越高，輻射出的紅外傳感器在高背景輻射強度發生的環境，引發反警報。

紅外檢測是紅外技術應用的關鍵技術。在紅外檢測技術的研究，從以下幾個方面：第一，物理學中告訴我們，溫度高于0K 的任何物體都會產生紅外線，換句話說任何東西可以發射紅外線，物體的溫度越高，其紅外輻射強度越大，根據不同的目標和背景輻射特性的差異，你可以白天和夜間目標檢測過程中采用紅外線技術，跟蹤和識別，以獲取目標信息。第二，紅外探測系統主要是紅外接收系統，紅外接收系統接收到的紅外輻射，可見光，其輸出信號具有一定的差異。一般來說，它是高背景信號輸出，對比度低，動態范圍寬，信噪比低，當紅外接收系統遠離目標，接收紅外輻射很小，產生的信號也很弱；當紅外接收系統從當目標接近，接收到的紅外輻射很強。

1 系統原理

1.1 人體熱釋電原理

在自然界中，人體的溫度會維持在37 攝氏度，這個溫度的人體會釋放出10um 特定波長的紅外線，而本設計中用到的被動式紅外檢測傳感器正是利用了這一點，靠檢測人體釋放出的10um 特定波長紅外線來工作的。在基爾霍夫定律中指出，在一定的溫度下，在到達熱平衡時，任何物體此時的輻射量和吸收量成正比例，這便是說實時的發射率與吸收率是相等的（ε=α）。發射率是一個物體發射熱輻射的能力，現在所說的熱輻射本領都與黑體的熱輻射本領相比較而得知的，這里提到的黑體是輻射本領最大的，與黑體輻射的比例系數就是發射率（輻射率），黑體的發射率都等于1，所以任何物體的輻射率總是小于1。一般人的輻射能量與310K 絕對溫度下的黑體的輻射能力相似。若某個人的輻射率是0.99（不考慮膚色），這個數字表示這個人輻射能力很高，很接近黑體。

1.2 紅外信號檢測原理

從原理上來講，傳感器外的任何發熱物體都是會產生紅外線，本設計中的熱釋電人體紅外傳感器就是這樣，對于自身之外的溫度變化都會體現在自身敏感單元上，并且很靈活，外部溫度的變化體現在敏感單元，敏感單元將這種溫度的變化轉換為電信號，周圍環境與傳感器自身的溫度變化都是有自身內在構成的部分決定了它不產生電信號，所以沒有向外輸出信號；對于低頻效應傳感器，它的頻率通常是在0.1～10Hz 這個區間，對5～15um 這個區間波長的紅外線的響應決定了，傳感器只對外界的溫度變化而敏感，這種變化就是人體移動所導致的敏感的。因可以說，傳感器只對人體的運動才敏感，而對靜止和移動很慢的人體沒有反應。

1.3 數碼管顯示原理

通常我們所用的數碼管七段式和八段式LED 數碼管，和七段式LED 數碼管相比，八段式LED 數碼管多了一個小數點，其他的基本相同。所說的七段式或者八段式LED 數碼管，以八段式為例，在其內部結構中有八個發光LED 二極管，顯示不同的字符可以通過控制不同的LED 的亮滅來實現，所以八段式比七段式可以多顯示小數點。這樣的段式數碼管分為兩種，第一種，將八個LED 的陰極連在一起，讓其接GND，若是給任何一個LED 的另一端高電平，便能將其點亮，這樣的是共陰極。另一種是共陽極，其實共陽極就是將八個LED 的陽極連在一起接上高電平，若是陰極接上低電平，它便會被點亮。數碼管的兩個COM 是公共端，其中一個公共端接GND，另一個公共端接上5V 的電壓。一般出現的油一位數碼管，四位數碼管，一位數碼管是指一個八段數碼管，同樣并接在一起的對各八段數碼管稱之為多位數碼管，a,b,c,d,e,f,g,dp 則是它們的段選線，連在一起，而它們各自的公共端這便是位選線。在數碼管顯示時，選中某一個位選，顯示的數據代碼是從段選送入，這時選中的位選的LED 燈便會被點亮。對于一個八段數碼管，每一段都對應一個字節，所以每一位的顯示數據是八字節的，dp 是八字節最高位，a 是八字節的最低位。如果讓一個共陰八段數碼管顯示數字0，它的字符編碼是00111111，即0x3f；在共陽八段數碼管中，它的字符編碼是11000000，即0xc0。這里可以發現共陽與共陰的字符編碼剛好相反。

2 系統硬件

系統的硬件電路設計是人體紅外檢測報警的基礎，其需要根據輸入與輸出的需要配置相應的外設，以選擇合適的主控制器，并設計對應的按鍵輸入、聲光報警電路模塊，從而構成整個熱釋電熱人體紅外控制系統的硬件電路。系統整體硬件供電結構如圖所示。

3 軟件程序設計

系統軟件設計內容包括：程序初始配置，熱釋電紅外傳感器測量采集，傳感器數據分析處理，聲光報警器PWM 輸出，串口數據傳送，人機交互等。

由于在實時監測系統中，探頭的紅外人體數據采集需要實時并且要保證準確，因此探頭的現場場信號捕捉中斷的優先級設定為最高；其次是定時中斷，即人體感應模塊數據的采集，數據分析處理，聲光報警其PWM 輸出均在定時中斷中依次進行運算處理；最后是串口數據傳送。

在程序初始化階段需要對單片機主頻及各類外設進行初始化配置。然后是人機交互，通過按鍵設置參數。最后是進入主循環中，在主循環中對采集到的圖像數據進行處理并提取，并通過串口發送傳感器采集及處理數據在數碼管和聲光報警器顯示，在主程序循環期間等待中斷的到來。

4 軟件系統仿真

本設計的軟件仿真在protues7.8 環境中運行，由于人體感應模塊仿在protues 環境中沒有相應的仿真器件，所以不能完全的仿真現實人體檢測，其實人體感應模塊感應到人體會輸出高電平給單片機的p1.0，所以在本設計中按鍵代替，按下就有一個脈沖信號表示檢測到了人體信號，仿真電路圖如圖2 所示。

在圖2 中，按鍵按下時，就有脈沖信號傳輸至單片機的p1.0，這時就啟動了系統的報警器，其中的蜂鳴器報警器便發出鳴叫聲。蜂鳴器報警時的波形圖如圖3 所示。

經過的不斷程序調試，本設計最終可以實現由紅外脈沖信號到來，聲光報警器可以實現自主報警的功能。

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