基于单片机的红外报警器的设计

微机原理与单片机系统课程设计

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兰州交通大学自动化与电气工程学院

2014 年12月31日

基于51单片机的红外防盗报警器的设计

1设计说明

1.1设计目的

该设计以单片机AT89C51芯片为核心，加上必要的外围电路，构成了一个基于单片机的红外线防盗报警器。功能主要通过软件编程来实现，降低了硬件电路的复杂性和制作成本。此外，设计中所采用的红外线是不可见光，有很强的隐蔽性和保密性，以满足现代人们住宅防盗的需要。

1.2设计要求

该设计要求当热释电红外线传感器探测到人体辐射的红外线时，单片机控制电路启动声光报警并显示报警次数。此外，用户还可以设定报警时间并手动解除报警。

1.3设计方法

该设计以AT89C51单片机为核心，由时钟电路、复位电路、外部触发电路、报警时间选择电路、声光报警电路、报警次数显示电路和中断报警电路共同组成报警系统。系统具有显示报警次数，设定报警时间，手动解除报警的功能。

2设计方案及原理

2.1设计方案简述

该设计使用AT89C51单片机芯片控制电路，通过热释电红外传感器采集外部触发信号，采用7段LED数码管显示报警次数，采用蜂鸣器和红色发光二极管实现声光报警，手动解除报警功能由单片机外部中断实现，报警时间由单片机内部定时器实现。

2.2热释电红外传感器简单介绍

热释电红外线(PIR)传感器是80年代发展起来的一种新型高灵敏度探测元件。是一种能检测人体发射的红外线而输出电信号的传感器，它能组成防入侵报警器或各种自动化节能装置。它能以非接触形式检测出人体辐射的红外线能量的变化，并将其转换成电压信号输出。将这个电压信号加以放大，便可驱动各种控制电路。

2.3 PIR的原理特性

热释电红外线传感器主要是由一种高热电系数制成的探测元件，在每个探测器内装入一个或两个探测元件，并将两个探测元件以反极性串联，以抑制由于自

身温度升高而产生的干扰。由探测元件将探测并接收到的红外辐射转变成微弱的电压信号，经装在探头内的场效应管放大后向外输出。

人体辐射的红外线中心波长为9--10um，而探测元件的波长灵敏度的范围在0.2--20um范围内几乎稳定不变。在传感器顶端开设了一个装有滤光镜片的窗口，这个滤光片可通过光的波长范围为7--10um，正好适合于人体红外辐射的探测，而对其它波长的红外线由滤光片予以吸收，这样便形成了一种专门用作探测人体辐射的红外线传感器。一旦人侵入探测区域内，人体红外辐射通过部分镜面聚焦，并被热释电元接收，但是两片热释电元接收到的热量不同，热释电也不同不能抵消，经信号处理而输出电压信号。

2.4系统组成框图

从设计的要求来分析该设计须包含如下结构：热释电红外传感探头电路、报警电路、单片机、复位电路及相关的控制管理软件组成；它们之间的构成框图如图1总体设计框图所示：

图1总体设计框图

处理器采用51系列单片机AT89C51。整个系统是在系统软件控制下工作的。设置在监测点上的红外探头将人体辐射的红外光谱变换成电信号，送至门限开关，打开门限阀门送出TTL 电平至AT89C51单片机。在单片机内，经软件查询、识别判决等环节实时发出入侵报警状态控制信号。驱动电路将控制信号放大并推动声光报警设备完成相应动作。声光报警10s钟后由定时器实现自动消除报警,也可手动解除报警。

3硬件设计

3.1总体设计思路

本设计包括硬件和软件设计两个部分。模块划分为数据采集、键盘控制、报警等子模块。电路结构可划分为：热释电红外传感器、报警器、单片机控制电路、LED控制电路及相关的控制管理软件组成。用户终端完成信息采集、处理、数据传送、功能设定、本地报警等功能。

就此设计的核心模块来说，单片机就是设计的中心单元，所以此系统也是单片机应用系统的一种应用。单片机应用系统也是有硬件和软件组成。硬件包括单片机、输入/输出设备、以及外围应用电路等组成的系统，软件是各种工作程序的总称。单片机应用系统的研制过程包括总体设计、硬件设计、软件设计等几个阶段。

3.2系统硬件电路的选择及说明

在本设计中用到如下器件：AT89C51芯片、热释电红外线传感器、LED数码管、发光二极管、按键、开关、蜂鸣器等。其中D6是正常工作指示灯，D1—D5

起报警指示作用，当RXD引脚置低电平时，D1—D5亮红灯开始报警，同样，TXD引脚置高电平时蜂鸣器开始工作。电路设有2个按键，S1键作为手动解除报警键, S2键作为电路复位键。K1作为报警时间选择开关。

4软件设计

4.1软件分析

报警计时是报警器系统设计的核心，用来完成报警时间的设定功能。在设计中，采用AT89C51的内部定时器与软件计数器相结合的方法。用外部中断0实现手动解除报警功能。内部定时器T0定时时间设为50ms，循环20次获得1s的基准时间，然后通过改变循环次数设定不同的报警时间。

4.2程序流程图

红外线防盗报警器的中断服务程序流程图如图2所示。

图2中断服务程序流程图

主程序流程图如图3所示。

图3主程序流程图

4.3源程序

基于单片机的红外线防盗报警器设计的源程序如附录所示。

5系统仿真及实际调试

在proteus中，找到各个元件，画出仿真电路，并用Keil uVision3软件生成.hex 文件，把该文件导入51单片机中，然后进行仿真。其仿真图如图4、图5所示。

图4 仿真运行截图

图5报警时的仿真截图

6总结

这次课设最大的收获是学会使用Keil uVision3和Proteus软件。使用Proteus 感到很新奇，但在真正绘制电路图时才发现自己平时积累太少，根本无法找到所需要电子元器件。本次单片机课程，将所学的单片机知识运用到实践当中，进一步加深了知识的理解。此外，借本次课程设计的机会，我还了解了热释电传感器，丰富了自己的知识。在设计的过程中，也遇到了许多问题，但是通过查资料，向别人请教，最后得以解。归结到一点就是我们要有足够的耐心，足够的细心，足够的分析问题、解决问题的能力，才能不断地进取，不断地创新，不断地充实。用汇编语言编写的程序另存为时应保存成.asm文件，用C语言编写的程序另存为时应保存成.c文件。初次使用Proteus感到有点无从下手，所以在绘制电路图时才发现无法找到所需要电子元器件，最后在网上搜到电子元器件的中英文对照表后才得以顺利进行。