基于单片机的热释电红外报警器设计

基于51单片机的
热释电红外报警器设计
前言
随着社会发展进步，人们的私有财产越来越丰富，自我保护意识也越发强烈。

这对防盗措施和设备提出了新的要求。

本产品就是为了满足预防入室抢劫、盗窃等意外事件而开发的报警设备。

目前市场上比较常见的家庭防盗报警系统有：压力触发式防盗报警器、开关电子防盗报警器和压力遮光触发式防盗报警器等。

但它们都存在一些缺点：
（1）压力触发式防盗报警器由于压力板安装在垫子内，当主机停止工作，很容易失报和误报，其可靠性低。

（2）开关式电子防盗报警器一般只有一个定点，有效范围小，而且各种开关也容易损坏，失报和误报率高，不可靠。

（3）遮光式触发防盗报警器在受到太阳光照射时就会引起误报，同时如果遮住了光也会引误报，所以这种报警器的可靠性也不高。

而本产品设计采用热释电红外人体感应模块，其制作简单、成本低、性能稳定、抗干扰能力强、灵敏度高、安全可靠。

采用电池供电，便于移动，能安装在比较隐蔽的地方，不容易被发现。

克服了传统的一些报警器的弱点，具有较强的使用和推广价值。

设计任务与要求
该产品主要包括硬件设计和软件设计两个部分。

硬件部分分为：单片机最小系统、热释电红外人体感应模块、声光报警电路、液晶显示电路、控制按键电路、红外遥控信号接收电路和电源电路。

软件部分分为：系统初始化函数、按键扫描函数、红外控制信号处理函数、报警过程处理函数几大功能模块，还有一些功能函数配合这几大功能模块，以实现系统的功能。

产品在硬件和软件的配合工作下，通过按键或红外遥控器设置好工作状态后，报警器开始工作。

在探测范围内，如果有人活动则发出声光报警；没有人活动产品不发出声光报警，液晶1602显示报警器的工作状态。

产品要求体积尽量小，容易安装，采用电池供电。

热释电人体探测模块
目前，市场上热释电红外人体感应模块非常多，且技术成熟，本产品中热释电红外人体感应模块的型号是HC-SR501。

它是基于红外线技术的自动控制模块，采用德国原装LHI778探头（热释电红外传感器）设计，灵敏度高，可靠性强，超低压电压工作模式，广泛应用于各类自动感应电器设备，尤其是电池供电的产品。

1、热释电红外传感器的原理特性
热释电红外传感器是一种能检测人或动物发射的红外线而输出电信号的传感器。

早在1938年，有人提出过利用热释电效应探测红外辐射，但并未受到重视，直到六十年代，随着激光、红外技术的迅速发展，才又推动了对热释电效应的研究和对热释电晶体的应用。

热释电晶体已广泛用于红外光谱仪、红外遥感以及热辐射探测器，它可以作为红外激光的一种较理想的探测器。

它目标正在被广泛的应用到
各种自动化控制装置中。

除了在我们熟知的楼道自动开关、防盗报警上得到应用外，在更多的领域应用前景看好。

热释电效应同压电效应类似，是指由于温度的变化而引起晶体表面荷电的现象。

热释电传感器是对温度敏感的传感器。

它由陶瓷氧化物或压电晶体元件组成，在元件两个表面做成电极，在传感器监测范围内温度有ΔT的变化时，热释电效应会在两个电极上会产生电荷ΔQ，即在两电极之间产生一微弱的电压ΔV。

由于它的输出阻抗极高，在传感器中有一个场效应管进行阻抗变换。

热释电效应所产生的电荷ΔQ会被空气中的离子所结合而消失，即当环境温度稳定不变时，ΔT=0，则传感器无输出。

当人体进入检测区，因人体温度与环境温度有差别，产生ΔT，则有ΔV输出；若人体进入检测区后不动，则温度没有变化，传感器也没有输出了。

所以这种传感器检测人体或者动物的活动传感。

由实验证明，传感器不加光学透镜(也称菲涅尔透镜)，其检测距离小于2m，而加上光学透镜后，其检测距离可大于7m。

热释电红外传感器探测人体
HC-SR501热释电红外人体感应模块是被动式红外工作模式。

主要由光学系统、热释电红外传感器、信号滤波和放大、信号处理等几部分组成。

光学系统中的菲涅尔透镜可以将人体辐射的红外线聚焦到热释电红外传感器上，同时也产生交替变化的红外辐射高灵敏区和盲区，以适应热释电红外传感器要求信号不断变化的特性；热释电红外传感器是热释电红外人体感应模块的核心器件，它可以把人体的红外信号转换为电信号以供信号处理部分使用；信号处理主要是把传感器输出的微弱电信号进行放大、滤波、延迟、比较。

HC-SR501实物图
HC-SR501电气参数表
功能特点：
1、全自动感应：当有人进入其感应范围则输入高电平，人离开感应范围则自动延时关闭高电平，输出低电平。

2、两种触发方式：L不可重复，H可重复，默认为H。

A、不可重复触发方式：即感应输出高电平后，延时时间一结束，
输出将自动从高电平变为低电平。

B、可重复触发方式：即感应输出高电平后，在延时时间段内，
如果有人体在其感应范围内活动，其输出将一直保持高电平，直到人离开后才延时将高电平变为低电平(感应模块检测到人体的每一次活动后会自动顺延一个延时时间段，并且以最后一次活动的时间为延时时间的起始点)。

3、具有感应封锁时间(默认设置：3-4秒)：感应模块在每一次感应输出后(高电平变为低电平)，可以紧跟着设置一个封锁时间，在此时间段内感应器不接收任何感应信号。

此功能可以实现(感应输出时间和封锁时间)两者的间隔工作，可应用于间隔探测产品。

4、工作电压范围宽：默认工作电压DC5V至20V。

5、微功耗：静态电流65微安，特别适合干电池供电的电器产品。

6、输出高电平信号：可方便与各类电路实现对接。

热释电红外报警器方案设计
1、功能需求
要求产品在硬件和软件的配合工作下，通过按键或红外遥控器设置好工作状态后，报警器开始工作。

在探测范围内，如果有人活动则
发出声光报警；没有人活动产品不发出声光报警，液晶1602显示报警器的工作状态。

产品要求体积尽量小，容易安装，采用电池供电。

2、依照功能需求进行产品方案设计
该设计包括硬件和软件设计两个部分。

硬件部分的传感器采用热释电红人体感应模块，它性能稳定，抗干扰能力强、灵敏度高、安全可靠；处理器采用型号为STC89C52RC 的单片机；报警电路采用5V 蜂鸣器和发光二极管；控制部分采用三个微动按键和一个红外遥控信号接收电路；状态显示采用1602液晶；电源部分采用锂离子电池供电，经过电源芯片转换成标准的5V 电源。

硬件结构框图如下图所示：
热释电红外人体报警器硬件框图
热释电红外人体感应模块HC-SR501对外接口分别为电源正极，电源负极和信号输出。

其中电源正极接5V ，电源负极接地。

信号输出接单片机的P1.2管脚，另外，信号管脚上通过一个阻值为4.7K 的系统电源单片机复位电路程序下载接口时钟电路热释电红外人体感应模块声光报警电路控制按键电路遥控信号接收电路液晶1602显示电路
电阻R7接地，此为下拉电阻。

热释电红外人体感应模块HC-SR501接线图如下图所示：
热释电红人体感应模块接线图
软件采用C 语言进行控制程序的编写，开发环境为KEIL 。

软件部分分为：系统初始化函数、按键扫描函数、红外控制信号处理函数、报警过程处理函数几大功能模块，还有一些功能函数配合这几大功能模块，以实现系统的功能。

软件流程图如下图所示。

热释电红外人体报警器软件框图
开始
系统初始化通过按键设
定工作状态通过遥控设
定工作状态
是否检测到
活动人体？液晶1602显示工作状态
声光报警是
否。