多路无线防盗报警器设计.docx
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多路无线防盗报警器设计
多路无线防盗报警器设计
摘要
提出了多路无线防盗报警器的设计方案，该多路无线防盗报警器由热释电红外传感器感、无线接受、数据解码、中央处理单元和报警电路等组成。
论文分析了多路无线防盗报警器的基本原理，并对硬件电路和软件详细设计。
该报警器具有误报率较低、安装和配置容易、成本低、使用非常方便的特点，具有一定的实用价值。
关键词：
电压比较器；无线；AT89C2051；报警系统
ABSTRACT
Thedesignaimedtodesignapracticalvalue,highperformanceofaburglaralarm.Thepoliceiswrongwiththerateislow,easytoinstallandconfigure,andagreatconvenience.Theimplementationoftheprinciplesofinterpretationontheinfraredsensorsishotintheinfraredsensorstothethermalradiation（thebodytemperature）beconvertedtoultralowfrequencysignals,oroutputcircuit.theconcretemethodiswirelesscommunicationstechnologytoachievethreeparts（detectors,host,thecontroller）separate.Usinginfrareddetectordetecttheprobeisthedetectionpredeterminedwithinthescopeofthecase,onceitisdangeroustohostasignal.Thehostisthroughasignal,receivemoremonolithicintegratedcircuits,andthenbywhichasignalofthespecificscopesandtheaudiowarninghornpoweramplifiercontrol.Thecontrollerissetopenandshut.
Keywords:
Voltagecomparers；wireless；at89c2051；alarmsystems
摘要………………………………………………………………………………………Ⅰ
ABSTRACTII
第一章引言1
1.1无线防盗报警器的发展状况1
1.1.1红外传感器1
1.1.2无线防盗报警器的分类及其介绍4
1.1.3无线防盗报警器工作的原理5
1.2设计的主要内容和意义6
1.2.1设计无线防盗报警器的内容6
1.2.2设计无线防盗报警器的意义6
第二章系统总体设计6
2.1多路无线防盗报警器的组成6
2.2各芯片引脚图与功能7
2.2.1芯片AT89C2051的20个引脚图与功能7
2.2.2编码芯片LX2262引脚图与功能介绍9
2.2.3解码芯片LX2272引脚图与功能10
2.2.4.音频小功率放大电路----LM38612
2.2.5.热释电红外处理芯片BISS000112
第三章硬件电路的设计14
3.1系统硬件结构图14
3.1.1系统硬件结构图主要分三个部分：
14
3.1.2在这先简单的说一下各结构图的工作方式：
15
3.2电源设计15
3.3编码与发射电路设计16
3.3.1编码发射电路介绍16
3.3.2工作方式16
3.4数据解码与接收电路设计17
3.5显示单元设计18
3.6报警电路设计18
3.7遥控电路的设计19
第四章软件的设计20
4.1软件设计的基本思路与方法20
4.2程序流程图20
4.3程序原代码：
22
第五章结束语25
致谢26
参考文献27
附录一：
整机电路图28
附录二：
PCB板图29
第一章引言
1.1无线防盗报警器的发展状况
红外防盗报警器的发展主要是基于传感器之上,所以有必要先谈谈红外传感器的发展状况和工作原理，然后简单介绍防盗报警器的原理和发展状况。
1.1.1红外传感器
红外技术发展到现在，已经为大家所熟知，这种技术已经在现代科技、国防和工农业等领域获得了广泛的应用。
红外传感系统是用红外线为介质的测量系统，按照功能能够分成五类：
（1）辐射计，用于辐射和光谱测量；
（2）搜索和跟踪系统，用于搜索和跟踪红外目标，确定其空间位置并对它的运动进行跟踪；
（3）热成像系统，可产生整个目标红外辐射的分布图像；
（4）红外测距和通信系统；
（5）混合系统，是指以上各类系统中的两个或者多个的组合。
红外传感器根据探测机理可分成为：
光子探测器（基于光电效应）和热探测器（基于热效应）。
热型以及光子型的主要特征如下表1-1。
表1-1
类型
优点
缺点
热型
常温动作
波长依存性（波长不同
感度有很大之变化者）
并不存在
便宜
感度低
响应慢（mS之谱）
光子型
感度高
响应快速（μS之谱）
必须冷却（液体氮气）
有波长依存性
价格偏高
1.光子探测器是利用外光电效应或内光电效应制成的辐射探测器，也称光电型探测器。
探测器中的电子直接吸收光子的能量，使运动状态发生变化而产生电信号，常用于探测红外辐射和可见光。
其原理是利用外光电效应制成的光子型探测器是真空电子器件，如光电管、光电倍增管和红外变像管等。
这些器件都包含一个对光子敏感的光电阴极，当光子投射到光电阴极上时，光子可能被光电阴极中的电子吸收，获得足够大能量的电子能逸出光电阴极而成为自由的光电子。
在光电管中，光电子在带正电的阳极的作用下运动，构成光电流。
光电倍增管与光电管的差别在于，在光电倍增管的光电阴极与阳极之间设置了多个电位逐级上升并能产生二次电子的电极（称为打拿极）。
从光电阴极逸出的光电子在打拿极电压的加速下与打拿极碰撞，发生倍增效应，最后形成较大的光电流信号。
因此，光电倍增管具有比光电管高得多的灵敏度。
红外变像管是一种红外-可见图像转换器,它由光电阴极、阳极和一个简单的电子光学系统组成。
光电子在受到阳极加速的同时又受到电子光学系统的聚焦，当它们撞击在与阳极相连的磷光屏上时，便发出绿色的光像信号【13】。
2.热释电红外传感器和热电偶都是基于热电效应原理的热电型红外传感器。
不同的是热释电红外传感器的热电系数远远高于热电偶，其内部的热电元由高热电系数的铁钛酸铅汞陶瓷以及钽酸锂、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即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。
综合以上两种传感器，本设计选择热释电红外传感器。
所以本文只对热电型红外传感器进行详细的说明。
一.热释电红外传感器原理
热释电红外传感器特别是利用远红外线范围的感度做为人体检出用，如图1-1所示红外线的波长比可见光长而比电波短。
红外线让人觉得只由热的物体放射出来，可是事实上不是如此，凡是存在于自然界的物体，如人类、火、冰等等全部都会射出红外线，只是其波长因其物体的温度而有差异而已。
例如图1.1.1中，人体的体温约为36～37℃，所放射出峰值为9～10μm的远红外线，另外加热至400～700℃的物体，可放射出峰值为3～5μm的中间红外线。
图1-1
1.热电型红外线传感器具有下列几项特征：
（1）由于系检知从物体放射出出来的红外线，所以不必直接接触就能够感知物体表面的温度，故人体检知以及移动中物体的温度当然均能以非接触之方式测得。
（2）热电型红外线传感器系接受检知对象物所发出的红外线，因此是被动型[请参照图1-2（a）]，由于不是图（b）所示的主动型，所以并不需要校对投光器、受光器之光轴等烦琐的作业。
图1-2（a）图1-2（b）
（3）热电效果系温度变化而产生的，这将在稍后说明之，因此只接受因温度变化之能量（Energy），而热电型红外线传感器将电压微分而输出之。
2.热电型红外线传感器原理
首先介绍热电效果，如图1-3所示，感知组件系使用PZT（钛酸锆酸铅系陶瓷体）强介质陶瓷体，在感知组件施加高压电（3KV～5KV/mm）而分极之，藉这种方法，组件表面显现的正负电荷会和空气中相反之电荷结合而呈电气中和状，如图2-24所示。
当组件的表面温度变化时，感知组件分极的大小会随着温度变化而变化，因此稳定时之电荷中和状态就崩溃，而感知组件表面电荷与吸着杂散电荷的缓和时间不同，所以会形成电气上的不平衡，而产生没有配对的电荷，如图1-3（b）所示。
像这种因温度变化而产生电荷的现象称为热电效果，设若产生之电荷为Δθ，温度变化为ΔＴ，则Δθ／ΔＴ＝λ（库仑／℃），就是热电系数【13】。
图1.1.4所示系热电型红外线传感器的构造。
（a）稳定时（T）K（b）温度刚变化之后（T+ΔT）K
图1-3热电型红外线传感器的原理
图1.1.4
二．传感器市场发展前景
咨询公司INTECHNOCONSULTING的传感器市场报告显示，2008年全球传感器市场容量为506亿美元，预计2010年全球传感器市场可达600亿美元以上。
调查显示，东欧、亚太区和加拿大成为传感器市场增长最快的地区，而美国、德国、日本依旧是传感器市场分布最大的地区。
就世界范围而言，传感器市场上增长最快的依旧是汽车市场，占第二位的是过程控制市场，看好通讯市场前景。
一些传感器市场比如压力传感器、温度传感器、流量传感器、水平传感器已表现出成熟市场的特征。
流量传感器、压力传感器、温度传感器的市场规模最大，分别占到整个传感器市场的21%、19%和14%。
传感器市场的主要增长来自于无线传感器、MEMS（Micro-Electro-MechanicalSystems，微机电系统）传感器、生物传感器等新兴传感器。
其中，无线传感器在2007-2010年复合年增长率预计会超过25%。
目前，全球的传感器市场在不断变化的创新之中呈现出快速增长的趋势。
有关专家指出，传感器领域的主要技术将在现有基础上予以延伸和提高，各国将竞相加速新一代传感器的开发和产业化，竞争也将日益激烈。
新技术的发展将重新定义未来的传感器市场，比如无线传感器、光纤传感器、智能传感器和金属氧化传感器等新型传感器的出现与市场份额的扩大【10】。
1.1.2无线防盗报警器的分类及其介绍
1.被动式红外传感技术是利用红外光敏器件将活动生物体发出的微量红外线转换成相应的电信号,并进行放大,处理,它能可靠的将运动着的生物体（人）和飘落的物体加以区别。
同时它还具有监控范围大，隐蔽性好，抗干扰能力强和误报率低等特点。
被动式红外入侵报警器又称热释电红外入侵报警器，由光学系统，红外传感器和信息处理三部分组成。
目前与红外传感器配套的光学系统有三种，即反射式、透射式和折射式。
其中反射式光学系统的灵敏度最高，其探测距离可达25～60m;透射式的灵敏度最低，探测距离为2～10m;折射式居中，兼有反射式和透射式的优、缺点。
反射式系统的红外传感器要置于镜前，体积大，不好密封，在防尘、防水、抗击、隐蔽性等方面较差，尤其在防盗报警方面不宜采用。
而透射式系统的体积小，密封容易，稳定性好，其价格相对较低，因此目前国外多采用透射式系统。
其工作原理为:
由多元组合菲涅尔透镜构成一定视场和距离的警戒区，监视警戒区内红外辐射量的变化。
当警戒区内无盗贼出现时，红外辐射场处于稳定状态，红外传感器无信号输出。
当盗贼出现在警戒区时，红外辐射场发生变化，这种变化立即被经过巧妙设计的多视场组合菲涅尔透镜会聚，敏感的红外传感器接收后迅速将这种变化转为电信号，这种信号经信息处理部分放大、处理后立即输出报警信号，然后通过传输送达监控器，于是发出报警，示出事发地区[1]。
2.主动红外探测器由红外发射机、红外接收机和报警控制器组成。
分别置于收、发端的光学系统一般采用的是光学透镜，起到将红外光束聚焦成较细的平行光束的作用，以使红外光的能量能够集中传送。
红外光在人眼看不见的光谱范围，有人经过这条无形的封锁线，必然全部或部分遮挡红外光束。
接收端输出的电信号的强度会因此产生变化，从而启动报警控制器发出报警信号。
主动式红外探测器遇到小动物、树叶、沙尘、雨、雪、雾遮挡则不应报警，人或相当体积的物品遮挡将发生报警。
由于光束较窄，收发端安装要牢固可靠，不应受地面震动影响，而发生位移引起误报，光学系统要保持清洁，注意维护保养。
因此主动式探测器所探测的是点到点，而不是一个面的范围。
其特点是探测可靠性非常高。
但若对一个空间进行布防，则需有多个主动式探测器，价格昂贵。
主动式探测器常用于博物馆中单体贵重文物展品的布防以及工厂仓库的门窗封锁、购物中心的通道封锁、停车场的出口封锁、家居的阳台封锁等等。
主动式红外探测器有单光束、双光束、四光束之分。
以发射机与接收机设置的位置不同分为对向型安装方式和反射式按装方式，反射型安装方式的接收机不是直接接收发射机发出的红外光束，而是接收由反射镜或适当的反射物（如石灰墙、门板表面光滑的油漆层）反射回的红外光束。
当反射面的位置与方向发生变化或红外发射光束和反射光束之一被阻挡而使接收机无法接收到红外反射光束时发出报警信号【10】。
1.1.3无线防盗报警器工作的原理
无论是基于那种方式的无线防盗报警器，它的工作原理都是将探测到的信号，通过编码，经电路放大，输出并将报警信号通过天线发射出，再用接收电路接收信号,解码并通过控制电路判断是否属于异常信号，再决定是否发送报警信号给报警电路,从而达到防盗的效果。
1.2设计的主要内容和意义
1.2.1设计无线防盗报警器的内容
首先是为系统总体设计方案划分功能模块.第一部分是红外探测发射器（可以是多个探测发射器分别安装在需要防护的地方）;第二部分是主机（含接收器,处理器,报警器等）;第三部分是遥控手柄（对防盗器实行布防和撤防）.其次是确定硬件电路的设计，包含芯片的选择，具体电路的设计如探测电路、编码与发射电路、接收与解码电路、遥控器电路等等。
最后就是软件的设计，软件的设计主要是以熟悉硬件电路的工作原理为前提来设计的。
1.2.2设计无线防盗报警器的意义
如今市场上成熟的无线防盗报警产品有被动式的、主动式的和多技术复合式的。
但前两者都有致命的缺点就是误报率很高，而多技术复合式的防盗报警器误报率很低，也是未来发展的主要方向。
即使如此，我依旧设计的是被动式防盗报警器，因为我以目前的水准很难对已成熟的产品有所突破而设计出一流的产品。
个人认为设计无线防盗报警器的意义在于设计的过程，在设计的过程中我们才会把这几年在学校里学到的融合，同时也让自己明白我们的学习道路还很遥远。
第二章系统总体设计
2.1多路无线防盗报警器的组成
多路无线防盗报警器主要是由无线人体探测器（红外探测信号发射电路）、无线接收电路、数据解码电路、中央控制单元、数字显示单元、遥控电路、报警电路和电源电路等部分组成。
其框图如图2.1.现在基本的模块是清晰明了,但最为重要的是每一模块的设计.先从无线人体探测器开始,我们需要一个热释电红外处理芯片来处理所探测的信号.通过查阅资料我选用典型的芯片BISS0001,其详细的引脚功能下面会有叙述.再就是主机中的中央处理器采用AT89C2051，集成电路LX2272-L4作为数据解码，无线接收采用现成的SH9902模块，编码为LX2262-R4.以下会对每一芯片有详叙。
系统结构组成框如图2-1。
图2-1多路无线防盗报警器的组成框图
2.2各芯片引脚图与功能
2.2.1芯片AT89C2051的20个引脚图与功能
AT89C2051是一个低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含2kbytes的可反复擦写的只读Flash程序存储器和128bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大AT89C2051单片机可为您提供许多高性价比的应用场合。
AT89C2051是一个功能强大的单片机，但它只有20个引脚，15个双向输入/输出（I/O）端口，其中P1是一个完整的8位双向I/O口，两个外中断口，两个16位可编程定时计数器,两个全双向串行通信口，一个模拟比较放大器。
同时AT89C2051的时钟频率可以为零，即具备可用软件设置的睡眠省电功能，系统的唤醒方式有RAM、定时/计数器、串行口和外中断口，系统唤醒后即进入继续工作状态。
省电模式中，片内RAM将被冻结，时钟停止振荡，所有功能停止工作，直至系统被硬件复位方可继续运行。
AT89C2051的主要特性：
1.兼容MCS51指令系统；
2.2k可反复擦写（>1000次）FlashROM；
3.15个双向I/O口；
4.6个中断源；
5.两个16位可编程定时/计数器；
6.2.7-6.V的宽工作电压范围；
7.时钟频率0-24MHz；
8.128x8bit内部RAM；
9.两个外部中断源；
10.两个串行中断；
11.可直接驱动LED；
12.两级加密位；
13.低功耗睡眠功能；
14.内置一个模拟比较放大器；
15.可编程UARL通道；
16.软件设置睡眠和唤醒功能；
当接收到信号后要有处理芯片来判断是否为异常信号，若是则发报警信号给报警电路。
这里的硬件电路要求很简单，有20个引脚的AT89C2051芯片完全能够满足要求，并且价格便宜。
图2.2.1为AT89C2051芯片的引脚图，具体功能如下
2.2.1AT89C2051引脚
1.Vcc：
电源电压。
2.GND：
地。
3.P1口：
1口是一8位双向I/O口。
口引脚P1.2～P1.7提供内部上拉电阻。
P1.0和P1.1要求外部上拉电阻。
P1.0和P1.1还分别作为片内精密模拟比较器的同相输入（AIN0）和反相输入（AIN1）。
P1口输出缓冲器可吸收20mA电流并能直接驱动LED显示。
当P1口引脚写入“1”时,其可用作输入端。
当引脚P1.2～P1.7用作输入并被外部拉低时,它们将因内部的上拉电阻而流出电流（TTL）。
P1口还在闪速编程和程序校验期间接收代码数据。
4.P3口：
P3口的P3.0～P3.5、P3.7是带有内部上拉电阻的七个双向I/0引脚。
P3.6用于固定输入片内比较器的输出信号并且它作为一通用I/O引脚而不可访问。
P3口缓冲器可吸收20mA电流。
当P3口引脚写入“1”时,它们被内部上拉电阻拉高并可用作输入端。
用作输入时,被外部拉低的P3口引脚将用上拉电阻而流出电流（IIL）。
5.RST：
复位输入。
RST一旦变成高电平,所有的I/O引脚就复位到“1”。
当振荡器正在运行时,持续给出RST引脚两个机器周期的高电平便可完成复位。
每一个机器周期需12个振荡器或时钟周期。
6.XTAL1：
作为振荡器反相放大器的输入和内部时钟发生器的输入。
7.XTAL2：
作为振荡器反相放大器的输出。
2.2.2编码芯片LX2262引脚图与功能介绍
1.由于无线信号容易受外界环境的影响，因此从系统的的可靠性考虑，发射的控制信号采用编码的方式进行传送，而且在同一区域内要同时使用多个系统而相互间又不影响，所以无线信号的编码由LX2262集成电路完成。
具体的引脚如图2.2.2所示。
2.2.2LX2262引脚图
编码芯片LX2262发出的编码信号由：
地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字，解码芯片PT2272接收到信号后，其地址码经过两次比较核对后，VT脚才输出高电平，与此同时相应的数据脚也输出高电平，如果发送端一直按住按键，编码芯片也会连续发射。
当发射机没有按键按下时，PT2262不接通电源，其17脚为低电平，所以315MHz的高频发射电路不工作，当有按键按下时，PT2262得电工作，其第17脚输出经调制的串行数据信号，当17脚为高电平期间315MHz的高频发射电路起振并发射等幅高频信号，当17脚为低平期间315MHz的高频发射电路停止振荡，所以高频发射电路完全收控于PT2262的17脚输出的数字信号，从而对高频电路完成幅度键控（ASK调制）相当于调制度为100％的调幅。
LX2262特点：
∙CMOS工艺制造，低功耗
∙外部元器件少
∙RC振荡电阻
∙工作电压范围宽：
2.6-15v
∙数据最多可达6位
∙地址码最多可达531441种
应用范围
1.车辆防盗系统
2.家庭防盗系统
3.遥控玩具
4.其他电器遥控
2.表2.2.2为LX2262的引脚功能的详述。
从功能上看，我需要用到的是数据输入端，用来设定这个探测器发现警情所要发射的固定的编码，当然发射是通过DOUT来输出。
表2.2.2LX2262引脚功能
管脚名称
I/O
说明
A0～Ax
I
地址管脚，用于进行地址编码，可置“0”，“1”，“f”（悬），三种状态
D0～Dx
I
数据输入端，有一个“1“，即有编码发出，内置下拉
VDD
I
电源（+）端
VSS
I
电源（-）端
TE-
I
编码启动端，用于多数据的编码发射，低电平有效
OSC1
I
双端电阻振荡器输入端，与OSC2所接电阻决定振荡频率
OSC2
O
双端电阻振荡器输出端
DOUT
O
编码输出端正常时为低电平
NC
--
空脚
2.2.3解码芯片LX2272引脚图与功能
1.LX2272是一款与LX2260/LX2262配对使用的无线、红外线遥控解码专用集成电路。
采用CMOS工艺制造，它最大拥有12位的三态地址码管脚，可支持多达531441（或312）个地址的编码，因此很有效地降低了重码率。
2272的所有型号均能封装
成DIP18和SOP20两种形式，只是SOP20多了10和11两个管脚，图2.2.3为LX2272引脚图，先了解的是每个引脚的功能，再确定具体的电路设计。
2.2.3LX2272引脚图
表2.2.3LX2272引脚功能
管脚号
管脚名称
I/O
说明
1～6
A0～A5
I
A0～A5码地址管脚,LX2272通过检测这六条三状态的管脚来确定bit0～bit5的编码波形.每个管脚可分别置”0”,”1”,”f”（悬）
7～8
10～13
A6/D5
A11/D0
I/O
A6～A11码地址管脚或D5～D0数
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