热释电红外报警器报告

课程设计说明书（2010/2011学年第二学期）

课程名称：单片机原理

题目：红外热释电报警系统设计

专业班级：

学生：

学号：

指导教师：

设计周数： 2周

设计成绩：

2011年 6 月 15日

目录

一课题概述 (2)

二设计目的 (2)

三设计正文

3．1 系统分析 (3)

3．2 设计方案 (3)

3．3 硬件模块设计

3．3．1．热释电传感器 (8)

3．3．2．电平转换电路 (9)

3．3．3．数码管显示电路 (10)

3．3．4．功放电路 (10)

3．3．5．串口电路 (11)

3．4软件设计

3．4．1程序设计思想 (12)

3．4．2重要程序设计 (13)

四课程设计总结 (17)

一、课题概述

目前，随着科技的不断进步，电子技术的快速发展，人们的生活水平得到了很大的改善，、手机、空调等高科技产品的使用越来越成为家庭生活的主旋律。但是，除了环境因素外，科学技术的发展也给人们的生活、财产带来不安定因素，利用社会进步创造出来的技术产品达到个人犯罪目的的事情时有发生。这就为监控设备在居家安全、政府文件等领域的研究提供了必要的前提，当然，纯粹用于自然环境所带来的一些必要的监控处理方面的设计也是很广泛的。如何进行安全监控成了一个热点。

本学期我们学习了单片机原理及应用这门课程。在此基础之上我们又开展了关于单片机的课程设计，我们小组设计的是基于单片机控制的红外热释电报警系统。基于对课题的理解，本次设计要求我们完成一个基于单片机控制的红外热释电报警的完整系统，即当有人闯入时，热释电便会采集到红外信号，并对信号进行放大，然后通过调理电路，有LED亮对信号输入进行提示并将其转化为适合单片机处理的低电平；通过单片机的处理，判断当某一路有信号输入时，相应的LED数码管会显示房间号同时启动报警器，以实现报警的效果。二、设计目的

理论学习固然重要，但仅仅止于纸上谈兵是没有意义的，只有实践才是检验真理的唯一标准。因此为了进一步深入地学习单片机技术，将实践动手能力与课堂上学习的理论知识有机的结合起来，从而开展了此次单片机的课程设计。

我们小组设计的课题为基于单片机控制的红外热释电报警系统。这从硬件和软件两个方面锻炼了我们的实际动手能力和编程能力，目的是为了考查：

1．能够读懂并分析技术资料

2．巩固、加深和扩大单片机应用的知识面，提高综合及灵活运用所学知识解决实际应用的能力

3．了解红外热释电传感器的组成及其工作原理

4．如何将采集到的信号送入单片机处理

5．定时程序、延时程序、显示程序、功放、循环、串口程序的编写

6．学会设计热释电红外报警系统的电路

7．学会课题设计方案的分析、选择、比较、熟悉单片机用系统开发、研制的过程，软硬件设计的方法、容及步骤。

三、热释电红外报警系统的设计

3．1 系统分析

本系统是由红外热释电传感器模块、电平转换模块、显示模块、串口模块、报警模块五部分组成。热释电红外探测器探测人体的红外辐射信号，经过调理电路，将人体的移动信号转为电信号输入到单片机中，电平转换模块则是对电平信号进行处理，使其能够适合单片机读取信号。通过单片机查询后驱动报警电路并且在数码管和上位机上显示从而达到报警的目的。系统框图如图1：

图1 系统框图

3．2 设计方案

本系统根据上面框图共设计了三套方案，第一套方案如图2，在刚接到设计题目和要求的时候，通过查找相关的资料，设计出第一套方案。第二套方案如图3，第二套方案是在拿到单片机试验板以后设计出来的简单的实现电路。第三套方案（如图4）是在第二套方案的基础上进行了进一步的改进，使其更加合理化。

三种方案的比较：第一种方案是这样设计的，传感器在检测到人体移动信号以后，产生相应的电压脉冲信号，通过后边对电压信号的两次放大，窗口比较以后，使电压脉冲信号转换成TTL电平，然后通过单片机的查询来实现相应的现实报警操作。第二种方案是在拿到实验板和热释电传感器模块后设计的，因为热释电模块中含有了脉冲到TTL电平转换的电路，所以可以精简了这部分。第三种方案，除了第二种方案的功能以外，需要根据报警的方向和位置使数码管循环显示，而且需要灵活增加相应的模块和上位机显示一样，所以选取两个数码管，并且采用暂停按键模式。使系统更加的人性化，合理化。所以最后选择了第三种方案。

图2

图 3

图 4

具体方案设计：

系统总体设计图如图5所示，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辐射的红外光谱变换成脉冲电信号，经过调理电路，送出TTL电平至电平转换电路，转换后的信号送AT89C52单片机。在单片机，经软件查询及识别判决等环节实时发出人侵报警状态控制信号。驱动电路将控制信号放大并推动功放报警设备完成相应动作。若是检测到有人走动的情况，就会产生报警信号，持续5秒，要是偶尔有人路过，持续五秒后自动停止，要是一直有人在走动，则报警器会一直持续响，直到监控人员通过按键手动解除，并通数码管显示报警位置而且在上位机中显示。鉴于本次试验仅仅是实验，所以并没有做的更复杂，及多增加传感器模块和电平转换模块，本实验只用了两个传感器模块和电平转换模块已实现更多的功能，如果需要可以继续增加，灵活性较高。

如图5所示，是本次设计的系统框图，亦即红外热释电报警系统的这个工作流程图

图 5

3．3 硬件模块设计

3．3．1．热释电传感器

热释电红外传感器的部的热电元由高热电系数的铁钛酸铅汞瓷以及钽酸锂、硫酸三甘铁等配合滤光镜片窗口组成，其极化随温度的变化而变化。为了抑制因自身温度变化而产生的干扰该传感器在工艺上将两个特征一致的热电元反向串联或接成差动平衡电路方式，因而能以非接触式检测出物体放出的红外线能量变化并将其转换为电信号输出。热释电红外传感器在结构上引入场效应管的目的在于完成阻抗变换。由于热电元输出的是电荷信号，并不能直接使用因而需要用电阻将其转换为电压形式该电阻阻抗高达１０４ＭΩ，故引入的Ｎ沟道结型场效应管应接成共漏形式，源极跟随器来完成阻抗变换。热释电红外传感器由传感探测元、干涉滤光片和场效应管匹配器三部分组成。设计时应将高热电材料制成一定厚度的薄片并在它的两面镀上金属电极，然后加电对其进行极化，这样便制成了热释电探测元。由于加电极化的电压是有极性的，因此极化后的探测元也是有正、负极性的。图3是一个双探测元热释电红外传感器的结构示意图。使用时漏极接电源正极，源极为信号输出。该传感器将两个极性相反、特性一致的探测元串接在一起，目的是消除因环境和自身变化引起的干扰。它利用两个极性相反、大小相等的干扰信号在部相互抵消的原理来使传感器得到补偿。对于辐射至传感器的红外辐射，热释电传感器通过安装在传感器前面的菲涅尔透镜将其聚焦后加至两个探测元上，从而使传感器输出电压信号。制造热释电红外探测元的高热电材料是一种广谱材料，它的探测波长围为０．２～２０μｍ。为了对某一波长围的红外辐射有较高的敏感度，该传感器在窗口上加装了一块干涉滤波片。这种滤波片除了允许某些波长围的红外辐射通过外，还能将灯光、和其它红外辐射拒之门外。

它由瓷氧化物或压电晶体元件组成，元件两个表面做成电极，当传感器监测围温度有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电压ΔV。由于它的输出阻抗极高，所以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会跟空气中的离子所结合而消失，当环境温度稳定不变时，ΔT=0，传感器无输出。当人体进入检测区时，因人体温度与环境温度有差别，产生ΔT，则有信号输出；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，所以这种传感器能检测人体或者动物的活动传感器主要有外壳、滤光片、热释电元件PZT、场效应管FET等组成。

图 6 热释红外传感器