基于单片机的红外感应报警系统设计.docx
《基于单片机的红外感应报警系统设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于单片机的红外感应报警系统设计.docx（16页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
基于单片机的红外感应报警系统设计
1系统设计的目的意义
1.1目的
报警器在现实生活中应用非常的广泛，家庭防盗，汽车安全防盗，企业内部安全保障，特别是金融行业等。
一般传统式的报警器采用机械式的，如压电式报警器，当有入侵者将压力施加与压电传感器时，机械能在压电传感器中转化为电能，通过放大电路，将信号方法，从而带动发声报警装置，这类报警装置通过物体的接触实现信息的采集，容易被发现，隐蔽性能差，容易遭到破坏，而且传统式的报警器使用寿命短，造成不必要的经济浪费。
本次设计目的在于设计以红外传感器为基础的红外线传感器，红外线是一种不可见的光，任何物体都会发出红外线，所以其隐蔽性能非常的好。
如果采用被动式的红外探测，只需要将红外传感器远探测人体发射的红外线，探测装置无需与被测物体直接接触，就可以感受到入侵者的进入。
本设计就才用被动式红外探测的方式，当有入侵者入侵时候，红外探测头会感受到人体发出的红外信号的变化，通过放大电路，将红外传感器中微小的电信号进行放大，并将信号输入到单片机中，单片机中的程序将传感器发送来的信号做处理并发送到光报警系统和声音报警系统中，光报警系统在接受到信号后，红灯亮10S，声音报警系统在接收到信号后，扬声器响10S，当10后，单片机重新检测是否还有红外传感器发送来的信号，如果还有，声光报警系统将继续工作。
通过中断系统，可以实现声光报警系统在10S内暂停。
这样就可以方便的控制报警系统的中断了。
1.2国内外进展情况
红外线报警器是紧跟着光敏传感器和物体的红外效应而出现的。
美国军方是最早使用红外探测技术的国家，上世纪美国军方研制出以主动红外方式导引的精确制导炸弹，这可能是红外探测物体最早应用的实例。
我国发展红外报警系统的时间起步比较晚，直到上世纪末才出现对红外报警系统的研究。
但是这并没有阻碍我国红外技术的进步，从2000年开始，全国各地出现了大小不等的红外传感器研发销售公司，这为红外传感器的迅速发展起着关键性作用。
现在我国红外传感器广发应用在银行，重要工厂，甚至走进了普通的家庭，但是研究更加简易，低价格，高性能的被动式红外传感器仍然需要科技的进步。
1.3设计思路
由于现代仿真技术已经非常的成熟，不像过去那样设计过程就需要耗费大量的财力和物力。
本系统可以使用ISIS画出系统的原理图，首先打开ISIS软件，单击命令窗口file——newdesign，创建一个default模板，保存名称为“基于AT89C51单片机红外线报警器的设计.DSN”。
执行菜单命令library——pickdevice/symbol，添加所需元件。
本程序中红外传感器可以使用TORCH_LDR原件来代替，上面有“+”“-”可以模拟外界红外强度的变化，并将这个变化转化为电信号输入到单片机中。
扬声器功率放大电路中的芯片选取555。
在原理图编辑窗口中放置元件，再单击工具箱中的“原件终端”图标，在对象选择中单击POWER和GROUND放置电源和地。
放置好元件后，布好线。
左键双击各元件，设置好相应参数，完成电路设计。
设计的软件部分在Keil中完成，由于汇编语言的优越性，本次设计选择汇编语言进行程序设计。
2系统分析
2.1系统总体设计
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3总体设计框图所示：
图3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。
当红外检测装置检测到有人时，信号经放大电路和非门将相应的电平送至单片机的p1.0端口，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。
当报警延迟10s一段时间后自动解除，也可人工手动解除报警信号，当警情消除后复位电路使系统复位，或者是在声光报警10s钟后有定时器实现自动消除报警。
2.2红外传感器（系统中用TORCH_LDR）基础知识
热释电式传感器主要是由一种高热电系数的材料，如锆钛酸铅系陶瓷、钽酸锂、硫酸三甘钛等制成尺寸为2*1mm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。
为了提高探测器的探测灵敏度以增大探测距离，一般在探测器的前方装设一个菲涅尔透镜，该透镜用透明塑料制成，将透镜的上、下两部分各分成若干等份，制成一种具有特殊光学系统的透镜。
它和放大电路相配合，可将信号放大70分贝以上，这样就可以测出10~20米范围内人的行动。
菲涅尔透镜利用透镜的特殊光学原理，在探测器前方产生一个交替变化的“盲区”和“高灵敏区”，以提高它的探测接收灵敏度。
当有人从透镜前走过时，人体发出的红外线就不断地交替从“盲区”进入“高灵敏区”，这样就使接收到的红外信号以忽强忽弱的脉冲形式输入，从而强其能量幅度。
人体辐射的红外线中心波长为9~10--um，而探测元件的波长灵敏度在0.2~20--um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7~10--um，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。
热释电式传感器的优点是：
本身不发任何类型的辐射，器件功耗很小，隐蔽性好。
价格低廉。
热释电式传感器的缺点是：
容易受各种热源、光源干扰，被动红外穿透力差，人体的红外辐射容易被遮挡，不易被探头接收。
环境温度和人体温度接近时，探测和灵敏度明显下降，有时造成短时失灵。
2.3三极管放大作用
在红外传感器信号采集电路中需要用到三极管，三极管的作用是对小信号进行功率放大，从而驱动负载工作。
三极管工作状态有三种，放大、饱和、截止，其中又以放大状态最为复杂，主要用于小信号的放大领域，常用的三极管放大电路形式有：
共发射极放大电路，共集电极放大电路，共基极放大电路三种，其中共集电路用于电流放大（功率放大），共基电路用于高频放大，共射电路用于低频放大。
三极管放大电路包含静态参数和动态参数两大类，静态参数又称静态工作点，是保证三极管正常工作的基础，意义是在输入条件为零时，晶体管的基极电流Ib，集电极电流Ic，be极之间的电压Ubc，管压降Uceq。
当有输入信号时，晶体管呈现的输入电阻Ri，输出电阻Ro，电压增益Au等参数被称为动态参数。
另外还有一类参数被称为放大电路频率特性参数，主要包括放大电路的低频端截止频率，高频端截止频率，通频带，增益平坦度，幅（度）频（率）特性曲线等。
三极管的作用 晶体三极管，是最常用的基本元器件之一，晶体三极管的作用主要是电流放大，他是电子电路的核心元件，现在的大规模集成电路的基本组成部分也就是晶体三极管。
三极管基本机构是在一块半导体基片上制作两个相距很近的PN结，两个PN结把正块半导体分成三部分，中间部分是基区，两侧部分是发射区和集电区，排列方式有PNP和NPN两种，从三个区引出相应的电极，分别为基极b发射极e和集电极c。
发射区和基区之间的PN结叫发射结，集电区和基区之间的PN结叫集电极。
基区很薄，而发射区较厚，杂质浓度大，PNP型三极管发射区"发射"的是空穴，其移动方向与电流方向一致，故发射极箭头向里；NPN型三极管发射区"发射"的是自由电子，其移动方向与电流方向相反，故发射极箭头向外。
发射极箭头向外。
发射极箭头指向也是PN结在正向电压下的导通方向。
硅晶体三极管和锗晶体三极管都有PNP型和NPN型两种类型。
三极管是一种控制元件，三极管的作用非常的大，可以说没有三极管的发明就没有现代信息社会的如此多样化，电子管是他的前身，但是电子管体积大耗电量巨大，现在已经被淘汰。
三极管主要用来控制电流的大小，以共发射极接法为例（信号从基极输入，从集电极输出，发射极接地），当基极电压UB有一个微小的变化时，基极电流IB也会随之有一小的变化，受基极电流IB的控制，集电极电流IC会有一个很大的变化，基极电流IB越大，集电极电流IC也越大，反之，基极电流越小，集电极电流也越小，即基极电流控制集电极电流的变化。
但是集电极电流的变化比基极电流的变化大得多，这就是三极管的电流放大作用。
刚才说了电流放大是晶体三极管的作用，其实质是三极管能以基极电流微小的变化量来控制集电极电流较大的变化量。
这是三极管最基本的和最重要的特性。
我们将ΔIc/ΔIb的比值称为晶体三极管的电流放大倍数，用符号“β”表示。
电流放大倍数对于某一只三极管来说是一个定值，但随着三极管工作时基极电流的变化也会有一定的改变。
根据三极管的作用我们分析它可以把微弱的电信号变成一定强度的信号，当然这种转换仍然遵循能量守恒，它只是把电源的能量转换成信号的能量罢了。
三极管有一个重要参数就是电流放大系数β。
当三极管的基极上加一个微小的电流时，在集电极上可以得到一个是注入电流β倍的电流，即集电极电流。
集电极电流随基极电流的变化而变化，并且基极电流很小的变化可以引起集电极电流很大的变化，这就是三极管的放大作用。
三极管的作用还有电子开关，配合其它元件还可以构成振荡器，此外三极管还有稳压的作用。
2.4红外信号采集电路：
红外信号采集电路是单片机的信号输入端，红外传感器在接收到红外信号变化后将信号通过三极管放大电路将微弱的电信号进行放大并输入到单片机中，器电路图如下图1所示：
图1信号采集电路
2.5声光报警电路
声光报警电路接收单片机发送过来的信号，红灯亮起，扬声器会持续响10S，知道红外传感器不再发送信号为止，若果想认为暂停报警系统，只需要按下中断按钮即可。
声光报警电路如下图2所示：
图2扬声器报警电路
2.6总体电路图
本设计以AT89C51单片机为核心，红外传感器给出相应的外界红外信号的变化，通过单片机对信号进行处理并发送到声光报警电路中。
当所需原件如表5.1所示。
表2.2红外报警器所用的元件
单片机AT89C51
瓷片电容CAP30PF
扬声器
SPEAKER
电解电容CAP-ELEC
晶振CRYSTAL12MHz
三极管2N2905
电阻RES
反向器
74LS04
红外传感器TORCH_LDR
芯片
555
原理图如图3所示
图3总体电路图
3软件设计
3.1流程图设计
通过上面对系统结构和功能的分析，可以清晰的了解红外感应报警系统的设计过程。
首先对系统进行初始化设计，单片机检测外部的红外感应传感器是否有信号输入，如果检测到有信号输入，那么就启动声光报警电路开始报警，同时定时计数器开始工作，当定时计数器计时10S后，声光报警电路停止工作，同时单片机检测是否还有信号输入，若有信号输入，声光报警电路会继续工作10S，直到没有信号让输入为止，如果在10S想暂停声光报警系统，进入到下次信号检测过程，则，直接按中断按钮就可以了。
程序流程图如下图所示：
中断服务程序工作流程图
本主程序实现的功能是：
当单片机检测到外部热释电传感器送来的脉冲信号后，表示有人闯入监控区，从而经过单片机内部程序处理后，驱动声光报警电路开始报警，报警持续10秒钟后自动停止报警,然后程序开始循环工作，检测是否还有下次触发信号，等待报警从而使报警器进入连续工作状态。
同时，利用中断方式可以实现报警持续时间未到10秒时，用手工按键停止的声光报警的作用。
手工按键停止报警中断服务程序工作流程图，如下图所示：
3.2源程序设计
根据以上的分析，我们可以写出程序如下：
ORG0000H
LJMPMAIN
ORG0003H
LJMPPINT0
ORG0200H
MAIN:
MOVIE,#81H;CPU开放中断，INT0允许中断
SETBIT0;外部中断为边沿触发方式
MOVSP,#30H;指针入口地址
SETBP3.0
CLRP3.1
MOVP1,#0FFH;使P1口全部置1
MOVP2,#00H;P2口清零
CLRP1.2
LP:
JNBP1.0,LA;监测输入信号，是否有输入信号
LA:
ACALLDELAY;延时消抖
JNBP1.0,ALARM;再次监测输入信号，若有输入信号转入报警子程序
AJMPLP
DELAY:
MOVR1,0AAH
LD2:
MOVR2,0BBH
LD1:
NOP
DJNZR2,LD1
DJNZR1,LD2
RET
ALARM:
SETBP1.2;开始报警使运行正常绿指示灯熄灭，红灯和声报警启动
CPLP3.0
CPLP3.1
;10S钟定时:
MOV51H,#0C8H;10S循环次数
MOVTMOD,#01H;定时器T0定时方式1
MOVTL0,#0B0H;置50ms定时初值
MOVTH0,#3CH
SETBTR0;启动T0
L2:
JBCTF0,L1;查询记数溢出
SJMPL2
L1:
MOVTL0,#0B0H
MOVTH0,#3CH
DJNZ51H,L2;未到10S继续循环
SETBP3.0;10s到关闭报警
CLRP3.1
CLRP1.2;报警结束，正常运行绿指示灯亮
LJMPLP;循环,继续工作
PINT0:
CLREX0;外部中断0服务程序开始，屏蔽外部中断
PUSHPSW
PUSHACC
JNBP3.2,LN;监测是否有中断输入
LN:
LCALLDELAY;延时消抖
JNBP3.2,LN1
AJMPLN2;无中断输入,中断返回
LN1:
SETBP3.0
CLRP3.1
CLRP1.2;使报警结束，绿指示灯亮
POPACC
POPPSW
SETBEX0;开放外部中断0
LCALLLP;在中断继续检测是否有输入信号
LN2:
RETI
END
4系统仿真调试
4.1程序调试与运行
打开keil程序，执行菜单命令project——newproject创建“基于AT89C51单片机红外感应报警器设计”项目，并选择单片机型号为AT89C51。
执行菜单命令file——new创建文件，输入上述汇编程序，保存为“基于AT89C51单片机红外感应报警器设计,ASM”。
在project栏的file管理窗口中右击文件组，选择“addfiletogroup‘sourcegroup1’”,将源程序添加到项目中。
执行菜单命令project——opinionsfortarget‘target1’，在弹出的对话框中选择output选项卡，选中createhexfile。
在debug选项卡中，选中use：
proteusVSMsimulator。
执行菜单命令project——buildtarget，编译源程序，如果编译成功，则在outputwindow窗口中显示没有错误，并创建了“基于AT89C51单片机红外感应报警器设计.HEX”文件。
在已绘制好的原理图proteusisis菜单栏中，执行菜单命令debug——useremotedebugmonitor将该项选中，是proteus与keil真正连接起来，使它们联合调试。
在keil中执行菜单命令debug——start/stopdebugsession，进行keil调试环境。
同时在proteusisis窗口中可以看出proteus也进入了程序调试状态。
在keil中按F5键运行程序。
4.2结果分析
调整TORCH_LDR上的“+”符号，可以看到LED报警灯亮起，扬声器开始报警。
由于TORCH_LDR调整到“+”值时，相当于传感器能持续检测到侵入信号，所以声光报警系统会一直工作下去。
按TORCH_LED上的“-”到最小值，声光报警系统响10S后就会自动停止工作。
当不到10S时，按中断按钮，声光报警系统也会停止工作。
无侵入信号时候绿的保持工作。
各工作状态如下图所示：
图4没有侵入信号时，只有绿灯工作
图5检测到输入信号，声光报警系统开始工作
4.3存在问题
按F5开始调试仿真后，一切仿真过程都是正确的，但是按proteus中的暂停仿真按钮，暂停仿真过程。
过一会后再按proteus中的开始仿真按钮，仿真过程却无法继续，需要重新在KEIL中启动仿真过程才能继续仿真。
还有就是开始设计的时候我在信号采集放大电路中添加了电源，但是在仿真过程中却无法运行，我尝试将电源去掉才能够运行。
理论上需要添加电源才能运行，这与理论分析似乎有些不同。
5收获与展望
本次“基于AT89C51的红外感应报警系统设计”的实践，是对前面课本学习知识的复习和总结，不仅巩固了书本上的知识，而且也加强了动手实践的能力。
本学期还有一门课程叫做“传感器”，通过本次课程设计，我将学到的传感器知识与单片机知识结合在一起，设计了红外报警系统。
传感器做为信号采集器件，在单片机中的重要性非常突出，在传感器的配合下，单片机的功能变得更加强大和功能多样化了。
本次单片机设计过程中还应用到了三极管放大电路的知识，通过三极管放大电路，红外探头采集来的微小信号才能被放大，从而应用来驱动单片机。
从这里也能看出单片机系统设计是一个需要多学科支持的学科，所以想学好单片机，基本的知识是需要具备的。
还有就是本次设计加强了我对计算机语言的认识。
众所周知，单片机的软件设计，即可以应用C语言，也可以应用汇编语言，但是在前几次我做单片机作业的时候发现C语言在单片机设计中的不足，比如表达繁琐，格式要求比汇编语言严格等，所以在这次课程设计中，我选择应用汇编语言来完成设计。
虽然在设计过程中对汇编语言不够熟练，但通过反复的学习应用，我终于初步掌握了汇编语言的基本表达方式。
另一个收获，也是最重要的一个收获就是我真正掌握了如何去自主学习，在本次课程设计中，我遇到了很多知识上的麻烦，通过图书馆查找资料和与同学讨论，最终解决了问题，使系统完成了预定的任务。
单片机课程虽然结束了，但是我不会就此停止单片机的学习，我决定在寒假过程中加强程序设计方面的学习，了解更多单片机知识，为自己未来的职业发展做好基础。
6对本课程改革意见
通过本校其他同学之间的了解，我知道我们学校还有其他班也在学习单片机，但是他们仍然是以考试的形式来考察这门课程，但是我们却以实践的方式来学习这门课程。
实践是我们大学生都梦寐以求的教学方式。
在高中一直是理论性的应试学习方法，进入大学，我们更希望基础到更接近现实的实践教学方法。
从单片机这门课程上，我们终于可以以实践的方式来学习，而不是带着考试的目的去学习。
张老师的这种教学方法我们大家非常的认可，也非常的喜欢。
但是我们学生之间也会私下里讨论老师的教育方法是否达到了真正的目的。
对于现在的教学方法我有如下几点建议和张老师分享：
1.实践是非常重要的，但是实践需要基础原理的支持，只知道一点点的原理是不够的，需要对原理有深刻的认识。
实践不能过头，不能只有实践。
在日后的课程改革中添加更多的理论讲解也是需要的，让实践和理论很好的结合，使学生能有举一反三的能力。
通过理论结合实际，学生不仅学到了知识，而且具有了创新的可能。
2.在选取教材的时候，选择一本适合初学者的教材，我们使用的教材过多的注重实践，原理讲解几乎没有，所以在理解上我们遇到了许多麻烦，在图书馆查找过程中，寻找同类型的单片机教材又比较困难。
3.我在淘宝上尝试购买一个单片机，发现只有几元钱的价格，所以在日后的教学过程总是否可以让大家每个人配备一个单片机，这样的学习就非常的直观了。
4.以实践的方式教学是一条很好的思路，希望张老师能一直沿这这条路走下去，为中国的教育事业走出一条新路子来。
7期望成绩
A
升级会员 