热释电报警电路设计黄河科技学院课程设计3.docx
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热释电报警电路设计黄河科技学院课程设计3
热释电检测报警电路设计
摘要
本论文从硬件和软件两方面对系统进行了详细的设计。
介绍了核心芯片的选型，外围电路的连接，芯片与芯片之间的连接电路，程序设计方法和相应的软件。
系统电源用7805、7809芯片输出5V、9V电压，通过稳压模块给系统供电。
整个设计采用模块化思想，主机采用AT89C51实现控制，由热释电传感器和振动位移传感器对住宅的模拟信号（人体发出的红外信号、引起的振动信号等）进行自动监测，当检测到异常情况，产生数字信号输入单片机，单片机根据输入信号，输出给蜂鸣器报警，做出反应处理。
复位电路采用低功耗，四引脚的IMP812监控芯片。
系统硬件电路简单、安装方便、操作简单，并且具有成本低的优点，可适用于各种类型的住宅和人群。
关键词：
传感器；单片机；报警系统
目录
1绪论1
2防盗系统的构成与系统结构的设计1
2.1防盗报警系统的构成1
2.2设计要求2
2.3系统的功能要求2
2.4总体的设计方案2
3报警器硬件设计3
3.1电源电路设计3
3.2主机电路设计3
3.3时钟电路4
3.4复位及复位电路5
3.5数码显示电路的设计7
3.6蜂鸣器电路7
3.7热释电红外探测器电路设计8
3.8振动位移传感器电路设计8
4报警器软件设计9
4.1程序设计9
4.2扫键程序设计11
总结12
致谢13
参考文献14
附录1电路原理图15
附录2源程序代码16
1绪论
随着社会经济的飞速发展和人民生活水平的不断提高，人们对其住宅的要求也越来越高，表现在不仅希望拥有舒适、温馨的住所，而且对安全性、智能性等方面也提出了更高的要求。
相反地，经济的快速增长也带来了相当大的负面社会效应，城乡、区域收入差距进一步拉大，流动人口也开始迅速增加，盗窃、入室抢劫等刑事案件也呈现出了增长趋势，人们越来越渴望有一个安全生活的空间，但是犯罪分子的作案手段越来越高明，他们甚至采用一些高科技的作案手段，使得以往那种依靠安装防盗门窗、或靠人防的防范方式越来越不能满足人们日常防范的要求。
这时，传统的家庭住宅显然己经远远不能满足人们的需求。
人们迫切需要一种智能型的家庭防盗报警系统，能可靠的进行日常安全防范工作，及时发现各种险情并通知户主，以便将险情消灭在萌芽状态，这样人们便可安心工作，同时也保证了居民的生命财产不受损失。
红外线作为一种不可见光，有很强的隐蔽性和保密性，因此在防盗、警戒等安保装置中得到了广泛的应用。
红外报警器大多数采用国外的先进技术,其功能也非常先进。
其中包括被动式热释电型红外报警器,也即是本文将研究的产品。
2防盗系统的构成与系统结构的设计
2.1防盗报警系统的构成
防盗报警系统是用物理方法或电子技术，自动探测发生在布防监测区域内的侵入行为，产生报警信号，并提示值班人员发生报警的区域部位，显示可能采取对策的系统。
防盗报警系统是预防抢劫、盗窃等意外事件的重要设施。
一旦发生突发事件，就能通过声光报警信号在安保控制中心准确显示出事地点，使于迅速采取应急措施。
防盗报警系统与出入口控制系统、闭路电视监控系统、访客对讲系统和电子巡更系统等一起构成了安全防范系统。
防盗报警系统由探测器、传感器、控制器、报警器、显示器几部分构成，如图1.1所示。
控制器实现对热释电红外探测器和振动位移传感器的循环扫描，并控制报警信号处理电路作出相应状态处理，如果有报警信号的话，延时1～2秒对该端口进行一次扫描确保真的有险情时立即发出报警信号，控制报警电路报警，同时通过数码显示单元显示具体的事发位置[1]。
图1.1防盗报警系统构成图
2.2设计要求
现时社会治安问题严峻，各种入室抢窃、偷盗事件时有发生,治安问题更加突出。
为了防护自己，越来越多的家庭采用智能防盗报警产品。
防盗报警系统是利用探测器装置对建筑物内外重要地点和区域进行布防，探测。
当探测器探测到非法入侵，报警器工作状态变为报警状态，产生报警声。
本论文的目的就是设计出一种符合上述要求的防盗报警系统。
本文所研制的报警器的功能要求如下:
（1）可实现非法入侵报警；
（2）采用复合式防盗传感器，热释电红外传感器和振动位移传感器并接使用，增加报警可靠性；
（3）蜂鸣器报警，并能显示出出事地点；
（4）采用双电源技术，主电源停电或被切断，被动电源自动工作[2]。
2.3系统的功能要求
根据实际要求，本文所研制的报警器的功能要求如下：
（1）可实现非法入侵报警；
（2）采用复合式防盗传感器，热释电红外传感器和振动位移传感器并接使用，增加报警可靠性；
（3）蜂鸣器报警，显示出出事地点；
（4）采用双电源技术，主电源停电或被切断，被动电源自动工作。
2.4总体的设计方案
智能住宅安防报警系统开发设计方案是参照国内外相关技术的发展状况，根据我国住宅建设的实际情况，为满足新时期居民的居住要求，并充分考虑其经济性和可靠性。
系统组成框图如图2.1所示，根据系统拟达到的总体功能，将其划分为以下功能模块：
电源电路、热释电红外传感器电路、振动位移传感器模块、AT89C51模块、警铃电路、数码管显示电路等[3]。
图2.1系统组成框图
探测器安装在用户家里需要防范的部位，例如门窗、厨房，卧室等，当系统开机时，一旦有人入侵，与之相应的报警探测器立即向用户端自动报警主机发出报警信号，接到警情事件后，自动报警主机立即进行确认，确认无误后，进行事件的现场声（蜂鸣器）报警，同时显示出出事位置。
3报警器硬件设计
3.1电源电路设计
本系统电源电路原理图如图3.1所示，系统的电源采用220V交流供电，电网的220V交流电经桥路整流，电容滤波，送入7805和7809的输入端，最后输出5V和9V的直流电[4]。
图3.1电源原理图
3.2主机电路设计
报警器的主机采用AT89C51单片机来实现。
单片机是将中央处理器（CPU）、随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、定时/计数器及输入输出接口电路等计算机主要部件集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。
现在世界上已经有很多大公司能够生产单片机，随着超大规模集成电路的迅猛发展，单片机的功能也日渐强大，运算速度日益提高，相继出现了32位和64位单片机，但根据实际系统的需要和产品的性价比，本文选用ATMEL公司生产的8位单片机AT89C51，构成系统的主机。
主机部分的电路原理图如图3.2所示，它由复位电路、振荡电路、蜂鸣器、共阴极7段数码管组成。
引脚P1.0和P1.4分别接到传感器的输出端，用以检测异常情况，以便进行报警处理[5]。
图3.2主机部分原理图
3.3时钟电路
AT89C51内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是此放大器的输入端和输出端。
时钟可以由内部方式产生或外部方式产生。
内部方式的时钟电路如图3.3所示，在XTAL1和XTAL2引脚上外接定时元件，内部振荡器就产生自激振荡。
定时元件通常采用石英晶体和电容组成的并联谐振回路。
晶体振荡频率可以在1.2～12MHz之间选择，电容值在5～30pF之间选择，电容值的大小可对频率起微调的作用。
外部方式的时钟电路如图3.4所示，XTAL1接地，XTAL2接外部振荡器。
对外部振荡信号无特殊要求，只要求保证脉冲宽度，一般采用频率低于MHz的方波信号。
片内时钟发生器把振荡频率两分频，产生一个两相时钟P1和P2，供单片机使用。
图3.3内部方式时钟电路
图3.4外部方式时钟电路
3.4复位及复位电路
复位操作：
复位是单片机的初始化操作。
其主要功能是把PC初始化为0000H，使单片机从0000H单元开始执行程序。
除了进入系统的正常初始化之外，当由于程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也需按复位键重新启动。
如图3.5及图3.6所示[6]。
图3.5上电复位图3.6按键电平复位
本系统中的复位电路如图3.7所示，利用的是单片机复位监控芯片IMP812。
IMP812是在低功耗微处理器（uP）微控制器（uC）和数字系统中用来监视3.0V、3.3V和5.0V电源工作的低功耗监控电路。
每个都具有去抖动的手动复位输入。
IMP812是美国Maxim公司MAX812的改进型替代产品其工作温度范围扩展为-40℃至105℃。
IMP812的低功耗使之成为便携式及电池供电设备的理想选择。
器件具有紧凑的4引脚SOT143封装仅占用极小的电路板空间。
图3.7IMP812的封装图
3.5数码显示电路的设计
本系统的显示电路采用的是数码管显示电路，数码管显示器由于其成本低，配置灵活，与单片机接口简单，广泛应用于单片机应用系统中。
下面介绍其工作原理及与单片机的接口电路。
本系统中的数码管显示电路如图3.8所示，为共阳极数码管,a～g、dp分别接到单片机的P0.0～P0.6、P0.7脚。
图3.8数码管显示电路
3.6蜂鸣器电路
本系统的蜂鸣器报警电路如图3.9所示,蜂鸣器用一个三极管0913来驱动。
单片机引脚P2.0接0913的基极输入端。
当P2.0输出高电平1时，三极管导通,蜂鸣器两端获得约+5V的电压而鸣叫；当P2.0输出低电平0时,三极管截止，蜂鸣器停止发声。
图3.9蜂鸣器电路
3.7热释电红外探测器电路设计
本系统采用的热释电传感器成品的引脚示意图如图3.10所示，引脚功能如下：
（1）数字1脚：
电源负极
（2）数字2脚：
信号输出，高电平有效，4～6V和工作电压有关
（3）数字3脚：
电源正极DC6～9V
（4）W1：
灵敏度调整
（5）W2：
输出延时调整5～120秒
图3.10热释电红外传感器的引脚示意图
3.8振动位移传感器电路设计
本系统采用ND—1型振动位移传感器，它是一种集振动和位移于一体的全方位传感器。
它内部采用先进的固态加速度检测器件，对外来振动十分敏感。
图3.11是ND—1型振动位移传感器的内部组成框图，它由振动和位移传感元件、灵敏度限制电路、检测控制电路、延时电路和输出级等[7]。
图3.11ND—1型振动位移传感器内部框图
振动位移传感器外部电路如图3.12所示,它的技术指标及参数见表3-3。
。
图3-12振动位移传感器
由于器件内部集成度很高,外围电路相当简单，图中的C6是延时控制电容，取值越大，延时就越长，反之则越短，一般取值0.1uF～10uF，这里取值为4.7uF。
当人体在不断运动时，输出为高电平，并通过内部电路延时，当人体停止运动时，输出转为低电平。
R1是外接灵敏度设定电阻，取值在51K～100K之间，阻值越大，灵敏度就越高。
此电阻可以不接，这时传感器灵敏度最高。
4报警器软件设计
4.1程序设计
主程序首先对单片机进行初始化，然后进入扫键程序，开始布防。
当检测到意外情况（有人入侵）时，通过标志位进行警情判别，然后进入报警程序进行分类报警，主程序流程图见图4.1[8]。
主程序部分如下所示：
;********************************
;主程序
;********************************
;
START:
ACALLCLEAR
MAIN:
LCALLKEYWORK
JB00H,FUN0;判断20H.0位为1时执行FUN0
JB01H,FUN1;判断20H.1位为1时执行FUN1
AJMPMAIN;返回主程序MAIN
4.2扫键程序设计
图4.2为扫键程序流程图。
程序开始，首先置P1口为高电平，为输入状态。
然后循环依次检测P1.0﹑P1.4口，当某一管脚为高电平时，进行防抖测试，如确认为报警信号，则置相应的标志位为1，以便以后判别报警位置，标志位为单片机内部RAM的20H单元的低三位20H.0、20H.1，返回主程序[9]。
;********************************
;扫键程序
;********************************
;
KEYWORK:
MOVP1,#0FFH
JNBP1.0,KEY0;判断是否为支路1报警
JNBP1.4,KEY1;判断是否为支路2报警
RET
;
KEY0:
LCALLDL10MS;延时10ms消抖
JBP1.0,OUT0;若为抖动误报则跳出
SETB00H;20H.0位置1（说明为位置1报警）
CLR01H
OUT0:
RET
KEY1:
LCALLDL10MS;延时10ms消抖
JBP1.4,OUT1;若为抖动误报则跳出
SETB01H;20H.1位置1（说明为位置2报警）
CLR00H
OUT1:
RET
总结
致谢
参考文献
[1]刘纯利,张玉山单片机防盗报警系统的设计[J].安徽电子信息职业技术学院学报,2004
[2]雷旭,何万强新型家用防盗报警系统[J].现代电子技术2003
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[4]余家春Protel99SE电路设计实用教程[M].中国铁道出版社2003
[5]何立民单片机应用系统设计[M].北京航空航天大学出版社1996
[6]李朝青单片机原理及接口技术[M].北京航空航天大学出版社1999
[7]余发山单片机原理及应用技术[M].中国矿业大学出版社2003
[8]王宁智能监控防盗报警系统[J].同济大学硕士学位论文2007
[9]马忠梅单片机的C语言应用程序设计（第3版）[M].北京航空航天大学出版社2003
附录1电路原理图
附录2源程序代码
;家庭防盗报警器
;********************************
;中断程序入口
;********************************
ORG0000H
LJMPSTART
ORG0003H
RETI
ORG000BH
RETI
ORG0013H
RETI
ORG001BH
RETI
ORG0023H
RETI
********************************
;初始化程序
;********************************
CLEAR:
MOV20H,#00H;20H单元内存清0
MOVA,#0FFH
MOVP1,A;初始化P1口
MOVP0,A;初始化P0口
MOVA,#00H
MOVP2,A;初始化P2口
;********************************
;主程序
;********************************
START:
ACALLCLEAR
MAIN:
LCALLKEYWORK
JB00H,FUN0;判断20H.0位为1时执行FUN0
JB01H,FUN1;判断20H.1位为1时执行FUN1
AJMPMAIN;返回主程序MAIN
;********************************
;扫键程序
;********************************
KEYWORK:
MOVP1,#0FFH
JNBP1.0,KEY0;判断是否为支路1报警
JNBP1.4,KEY1;判断是否为支路2报警
RET
;
KEY0:
LCALLDL10MS;延时10ms消抖
JBP1.0,OUT0;若为抖动误报则跳出
SETB00H;20H.0位置1（说明为位置1报警）
CLR01H
OUT0:
RET
;
KEY1:
LCALLDL10MS;延时10ms消抖
JBP1.4,OUT1;若为抖动误报则跳出
SETB01H;20H.1位置1（说明为位置2报警）
CLR00H
OUT1:
RET
;
;********************************
;功能程序
;********************************
;
FUN0:
SETBP2.0;开启蜂鸣器
MOVP0,#0F9H;显示报警位置为1
AJMPMAIN
FUN1:
SETBP2.0;开启蜂鸣器
MOVP0,#0A4H;显示报警位置为2
AJMPMAIN
;
;***********************************
;延时子程序
;***********************************
;延时子程序，执行一次时间为513us
DL512:
MOVR3,#0FFH
LOOP1:
DJNZR3,LOOP1
RET
;
;10ms延时子程序（调用20次0.5ms延时子程序）
DL10MS:
MOVR4,#14H
LOOP2:
LCALLDL512
DJNZR2,LOOP2
RET
END;程序结束
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