电气毕业设计.docx
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电气毕业设计
学生毕业设计(论文)报告
系别:
专业:
班号:
学生姓名:
学生学号:
设计(论文)题目:
单片机的红外防盗报警器设计
指导教师:
设计地点:
起迄日期:
2010.5.4-2010.7.3
毕业设计(论文)任务书
专业电气自动化班级
一、课题名称:
单片机的红外防盗报警器设计
二、主要技术指标:
(1)检测范围:
0~100%LEL
(2)报警准确度:
±5%LEL
(3)工作电压:
AC220V±15%
(4)抗干扰能力强、灵敏度高、安全可靠
(5)探测波长范围为0.2~20μm
三、工作内容和要求:
(1)该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、报警等模块子函数。
(2)本红外线防盗报警系统由热释电红外传感器、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。
终端由中央处理器、输入模块、输出模块、通信模块、功能设定模块等部分组成。
(3)系统可实现功能。
当人员外出时,可把报警系统设置在外出布防状态,探测器工作起来,当有人闯入时,热释电红外传感器将探测到动作,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,经放大电路、比较电路送至门限开关,打开门限阀门送出TTL电平至AT89C51单片机,经单片机处理运算后驱动执行报警电路使警号发声[1]。
(4)红外线具有隐蔽性,在露天防护的地方设计一束红外线可以方便地检测到是否有人出入。
此类装置设计的要点:
其一是能有效判断是否有人员进入;其二是尽可能大地增加防护范围。
当然,系统工作的稳定性和可靠性也是追求的重要指标。
至于报警可采用声光信号。
四、主要参考文献:
_[1]吴政江.单片机控制红外线防盗报警器[J].锦州师范学院学报,2001.
[2]宋文绪.传感器与检测技术[M].北京:
高等教育出版社,2004.
[3]余锡存.单片机原理及接口技术[M].西安:
西安电子科技大学出版社,2000.[4]唐桃波,陈玉林.基于AT89C51的智能无线安防报警器[J].电子设计应用,2003,5(6):
49~51
[5]李全利.单片机原理及接口技术[M].北京:
北京航空航天大学出版社,2004.
[6]薛均义,张彦斌.MCS-51系列单片微型计算机及其应用[M].西安:
西安交通大学出版社,2005.
[7]徐爱钧,彭秀华.单片机高级语言C51应用程序设计[M].北京:
北京航空航天大学出
版社,2006.
[8]康华光.电子技术基础(模拟部分)[M].北京:
高等教育出版社,2004.
[9]王明亮等.广播.电视调频发送技术,上、下册.北京:
中国广播电视出版社,1993
[10]陈汝全.电子技术常用器件手册.北京:
机械工业出版社,1994
[11]康光华,陈大钦.电子技术基础(模拟部分).高等教育出版社.1999.6.第四版.
[12]苏长赞.红外线与超声波遥控.北京:
人民邮电出版社,1995
[13]李建民.单片机在温度控制系统中的应用.江汉大学学报,1996.6
[14]张琳娜,刘武发.传感检测技术及应用.中国计量出版社,1999
[15]沈德金,陈粤初.MCS-51系列单片机接口电路与应用程序实例.北京航空航天大学出版社,1990
[16]胡汉才.单片机原理及接口技术.清华大学出版社,1996
[17]李志全等.智能仪表设计原理及应用.国防工业出版社,1998.6
学生(签名)2010年5月7日
指导教师(签名)2010年5月10日
教研室主任(签名)2010年5月10日
系主任(签名)2010年5月12日
毕业设计(论文)开题报告
设计(论文)题目
单片机的红外防盗报警器设计
一、选题的背景和意义:
随着社会的不断进步和科学技术、经济的不断发展,人们生活水平得到很大的提高,对私有财产的保护意识在不断的增强,因而对防盗措施提出了新的要求。
本设计就是为了满足现代住宅防盗的需要而设计的家庭式电子防盗系统。
就目前市面上装备主要有压力触发式防盗报警器、开关电子防盗报警器和压力遮光触发式防盗报警器等各种报警器,但这几种比较常见的报警器都存在一些缺点。
而本设计中所使用的红外线是不可见光,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。
这种热释电红外传感器能以非接触形式检测出人体辐射的红外线,并将其转变为电压信号,同时,热释电红外传感器既可用于防盗报警装置,也可用于制动控制、接近开关、遥测等领域。
二、课题研究的主要内容:
本设计研究了一种基于单片机技术的无线智能防盗报警器。
该防盗报警器通过以AT89C51单片机为工作处理器核心,外接热释电红传感器,它是一种新颖的被动式红外探测器件,能够以非接触方式探测出人体发出的红外辐射,并将其转化为相应的电信号输出,同时能有效的抑制人体辐射波长以外的红外光线与可见光的干扰。
平时传感器输出低电平,当有人在探测区范围内移动时输出低电平变为高电平,此高电平输入单片机,作为单片机的外部触发信号处理,经单片机内部软件编程处理后,单片机输出控制信号,驱动声光报警电路开始报警。
三、主要研究(设计)方法论述:
1、文献资料法:
学习已有的文献资料,进行借鉴,并适当加以深化。
2、实验法:
通过PLC控制污水处理,进行编程,执行;。
3、讨论研究法:
通过对设计中研究内容实现方法的讨论,来确定本设计实现的最佳方法。
4、经验总结法:
通过对设计归纳和小结,深化本设计研究的意义和目的。
四、设计(论文)进度安排:
时间(迄止日期)
工作内容
5.4-5.5
指导教师与学生见面,指导学生选题,初步查找,收集相关资料.
5.6-5.15
由指导教师下达毕业论文任务书,制定毕业论文相关计划.
5.16-6.1
学生应完成开题报告,并交给指导教师审阅.指导教师将开题报告电子版统一提交至系里留档.
6.1-6.10
完成论文(设计)初稿,并交给指导教师审阅.
6.10-6.20
据指导教师提出的修改意见对论文(设计)进行修改
6.20-7.3
完成论文的最终定稿,交指导教师和评阅教师评阅,并准备论文(设计)答辩
五、指导教师意见:
指导教师签名:
2010年5月10日
六、系部意见:
系主任签名:
2010年5月11日
基于AT89C51红外防盗报警器的设计
摘要
Abstract
第1章前言…………………………………………………………..………………9
第2章基础知识介绍…………………………………..……….……………….10
2.1红外技术………………………………………..………………………….…11
2.1.1红外技术定义……………………………………………………11
2.1.2红外技术的发展史…………………………………......……………....12
2.1.3红外技术的影响………………………………………...…….….12
2.1.3红外技术的发展趋势………………………………………..…………….13
2.2热释电红外传感器简单介绍………………………………………..…….13
2.3PIR的原理特性………………………………………..…………………….14
2.4AT89C51单片机简单概述………………………………………..…………...14
2.4.1AT89C51单片机的结构………………………………………..……….......15
2.4.2AT89C51单片机管脚说明………………………………………..………...16
第3章方案设计…………..………..…………..………..…………..………..…….17
3.1总体设计思路………………………………..………………………..…..17
3.2具体电路模块设计………………………………..………………………17
3.2.1热释电红外传感器原理…………………………………………..….18
3.2.2放大电路的设计…………………………………………………...….18
3.2.3时钟电路的设计…………………………………………………..…..19
3.2.4复位电路的设计………………………………..………………………19
3.2.5发光二极管报警电路的设计……………………………………...……20
3.2.6声音报警电路的设计………………………………..…………………20
3.3系统硬件电路的选择及说明……………………………………………....20
3.4软件的程序实现………………………………..……………………….…21
3.4.1主程序工作流程图…………………………………………………..……22
3.4.2中断服务程序工作流程图……………………………………………..…22
第4章软件仿真…………..………..…………..………..………..………..…..…23
第5章结束语………………………………………………………………………24
答谢辞…………………………………………………………………………..24
参考文献…………………………………………………………………………25
附录一设计编程程序…………………………………………………………26
附录二单片机控制的红外防盗报警器原理图………………………………28
附录三单片机控制的红外防盗报警器PCB图…………………………..…29
附录四Proteus仿真原理图…………………………………………………30
摘要(居中、宋体三号黑体)
本系统采用了热释电红外传感器,它的制作简单、成本低、安装比较方便,而且防盗性能比较稳定,抗干扰能力强、灵敏度高、安全可靠。
这种防盗器安装隐蔽,不易被盗贼发现,同时它的信号经过单片机系统处理后方便和PC机通信,便于多用户统一管理。
本设计包括硬件和软件设计两个部分。
硬件部分包括单片机控制电路、红外探头电路、驱动执行报警电路、LED控制电路等部分组成。
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
关键词单片机;红外传感器;数据采集;报警电路
Abstract
Thesystemusesapyroelectricinfraredsensor,makingitsimpleandlowcost,moreconvenientinstallation,andsecurityisrelativelystableperformance,stronganti-interference,highsensitivity,safetyandreliability.Thisanti-theftdeviceinstalledhiddenanddifficulttobethievesdiscoveredthatwhileitprocessedthesignalthroughtheSCMsystemandPC,tofacilitatecommunication,tofacilitatetheunifiedmanagementofmultipleusers.Thedesignincludestwoparts,hardwareandsoftwaredesign.HardwareconsistsofMCUcontrolcircuit,infraredsensorcircuit,drivingtheimplementationofalarmcircuit,LEDcontrolcircuitcomponents.Processorwith51seriesAT89C51,thewholesystemisunderthecontrolofthesystemsoftwaretowork.
KeywordsSCM;infraredsensor;dataacquisition;alarmcircuit
第1章前言
随着社会的不断进步和科学技术、经济的不断发展,人们生活水平得到很大的提高,对私有财产的保护意识在不断的增强,因而对防盗措施提出了新的要求。
本设计就是为了满足现代住宅防盗的需要而设计的家庭式电子防盗系统。
就目前市面上装备主要有压力触发式防盗报警器、开关电子防盗报警器和压力遮光触发式防盗报警器等各种报警器,但这几种比较常见的报警器都存在一些缺点。
而本设计中所使用的红外线是不可见光,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。
这种热释电红外传感器能以非接触形式检测出人体辐射的红外线,并将其转变为电压信号,同时,热释电红外传感器既可用于防盗报警装置,也可用于制动控制、接近开关、遥测等领域。
有一个安定、和谐的家庭氛围和社会气息是人们的基本要求,在无人看守的家庭、银行、仓库、商店、重要财经部门等一些重要的部门实施自动监测报警的要求就变得更必要、更重要了,它会使家庭、银行等重要部门的财产免受损失。
针对这一要求人们研制了一系列自动报警系统。
如有门磁式、触摸式、红外线监测等自动报警系统,报警器为人们解决了不少问题.但是市场上的报警器大部分都是用于一些大公司财政机构。
价格高昂,一般人们难以接受。
如果再设计和生产一种价廉、性能灵敏可靠的防盗报警器,必将在防盗和保证财产安全方面发挥更加有效的作用。
由于红外线是不见光,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,此外,在电子防盗、人体探测等领域中,被动式热释电红外探测器也以其价格低廉、技术性能稳定等特点而受到广大用户和专业人士的欢迎。
红外技术已经成为先进科学技术的重要组成部分,它在各领域都得到广泛的应用。
由于它是不可见光,因此用它作防盗监控报警器,具有良好的隐蔽性,白天和黑夜均能使用,而且抗干扰能力强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。
本设计正是基于此,设计了主动式、被动式红外防盗报警系统。
第2章基础知识介绍
2.1红外技术
2.1.1红外技术定义
红外技术是研究红外辐射的产生、传播、转化、测量及其应用的技术科学。
红外技术的内容包含四个主要部分:
1.红外辐射的性质,其中有受热物体所发射的辐射在光谱、强度和方向的分布;辐射在媒质中的传播特性--反射、折射、衍射和散射;热电效应和光电效应等。
2.红外元件、部件的研制,包括辐射源、微型制冷器、红外窗口材料和滤光电等。
3.把各种红外元、部件构成系统的光学、电子学和精密机械。
4.红外技术在军事上和国民经济中的应用。
由此可见,红外技术的研究涉及的范围相当广泛,既有目标的红外辐射特性,背景特性,又有红外元、部件及系统;既有材料问题,又有应用问题。
与红外线相关的技术还有:
探测技术;精确制导技术;光电子技术;先进材料技术
2.1.2红外技术的发展史
自从1800年英国天文学家F·W·赫歇尔发现红外辐射至今,红外技术的发展经历了将近两个世纪。
从那时开始,红外辐射和红外元件、部件的科学研究逐步发展,但发展比较缓慢,直到1940年前后才真正出现现代的红外技术。
当时,德国研制成硫化铅和几种红外透射材料,利用这些元、部件制成一些军用红外系统,如高射炮用导向仪、海岸用船舶侦察仪、船舶探测和跟踪系统,机载轰炸机探测仪和火控系统等等。
其中有些达到实验室试验阶段,有些已小批量生产,但都未来得及实际使用。
此后,美国、英国、前苏联等国竞相发展。
特别是美国,大力研究红外技术在军事方面的应用。
目前,美国将红外技术应用于单兵装备、装甲车辆、航空和航天的侦察监视、预警、跟踪以及武器制导等各个领域。
红外技术发展的先导是红外探测器的发展。
1800年,F·W·赫歇尔发现红外辐射时使用的是水银温度计,这是最原始的热敏型红外探测器。
1830年以后,相继研制出温差电偶的热敏探测器、测辐射热计等。
在1940年以前,研制成的红外探测器主要是热敏型探测器。
19世纪,科学家们使用热敏型红外探测器,认识了红外辐射的特性及其规律,证明了红外线与可见光具有相同的物理性质,遵守相同的规律。
它们都是电磁波之一,具有波动性,其传播速度都是光速、波长是它们的特征参数并可以测量。
20世纪初开始,测量了大量的有机物质和无机物质的吸收、发射和反射光谱,证明了红外技术在物质分析中的价值。
30年代,首次出现红外光谱代,以后,它发展成在物质分析中不可缺少的仪器。
40年代初,光电型红外探测器问世,以硫化铅红外探测器为代表的这类探测器,其性能优良、结构牢靠。
50年代,半导体物理学的迅速发展,使光电型红外探测器得到新的推动。
到60年初期,对于1~3、3~5和8~13微米三个重要的大气窗口都有了性能优良的红外探测器。
在同一时期内,固体物理、光学、电子学、精密机械和微型致冷器等方面的发展,使红外技术在军、民两用方面都得到了广泛的应用。
从60年代中叶起,红外探测器和系统的发展体现了红外技术的现状及发展方向。
1.红外探测器最早是用单元探测器,为了提高灵敏度和分辨率,后来发展为多元线列探测器。
多元线列探测器先后扫过(串扫)同一目标时,它输出的信噪比可比单元探测器高n(开平方)倍,n为元数。
如果多元线列探测器平行扫过(平扫)目标时,则可获得目标辐射的一维分布。
以线列探测器为基础的红外探测系统,大都安装在飞机或卫星遥感平台上,平台的前进运动垂直于线列作为第二维时,就可得到目标辐射的分布图像。
现在,红外探测器已从多元发展到焦平面阵列,相应的系统已实现了从点探测到目标热成像的飞跃。
目前,长波碲镉汞(HgCdTe)探测器面阵已达640×480元,焦平面阵列探测器的实验室水平已达256×256元,预计到2000年可达到百万元。
2.红外探测器的工作波段从近红外扩展到远红外。
早期的红外探测器通常工作在近红外。
随着红外技术的发展,红外探测器的工作波段已扩展到中红外和远红外。
3.轻小型化。
非致冷、集成式、大面阵是红外探测器方向的发展。
采用低温制冷技术,是为了提高红外探测器件的灵敏度和输出信号的信噪比,使其具有良好的性能,但它也使红外探测器体积大、成本高。
为了实现小型化,必须减少制冷设备和相关电源,因此,高效小型制冷器和无需制冷的红外探测器将是今后的发展方向。
利用材料电子计算机和微电子方面的最新技术,也可使红外探测器与具有一定数据处理能力的数据处理设备相结合,使其向轻集成化、大面阵、焦平面化方向发展,以提高其性能。
4.红外探测系统从单波段向多波段发展。
正如前面所述:
在大气环境中,目标的红外辐射只能在1~3、3~5和8~13微米三个大气窗口内才能有效地传输。
如果一个红外探测系统能在两个或多个波段上获取目标信息,那么这个系统就可更精确、更可靠地获取更多的目标信息,提高对目标的探测效果,降低预警系统的虚警概率,提高系统的搜索和跟踪性能,适用更多的应用需求,更好地满足各军兵种的需要。
在红外技术的发展中,需要特别指出的是:
60年代激光的出现极大地影响了红外技术的发展,很多重要的激光器件都在红外波段,其相干性便于移用电子技术中的外差接收技术,使雷达和通信都可以在红外波段实现,并可获得更高的分辨率和更大的信息容量。
在此之前,红外技术仅仅能探测非相干红外辐射,外差接收技术用于红外探测,使探测性能比功率探测高好几个数量级。
另外,由于这类应用的需要,促使出现新的探测器件和新的辐射传输方式,推动红外技术向更先进的方向发展。
2.1.3红外技术的影响
物理学的研究告诉我们,在自然界中,任何温度高于绝对零度(0°K或-273℃)的物体都在向外辐射各种波长的红外线,物体的温度越高,其辐射红外线的强度也越大。
我们根据各类目标和背景辐射特性的差异,就可以利用红外技术在白天和黑夜对目标进行探测、跟踪和识别,以获取目标信息。
在现代战争中,获取战场信息的优势已经成为掌握战争主动权的关键,红外技术是从空中和空间获取战场信息的关键技术之一,因此,许多国家均投入很大的人力和物力去研究红外技术,并将其广泛地应用于军事领域,并产生巨大影响。
红外技术已成为军事目标的侦察、监视、预警与跟踪的重要手段。
一切军事目标,如海洋中的舰船、地面部队行动及各种装备、空中的飞机、导弹,都散发热量,发出大量的红外辐射。
利用红外技术装备,就可以从空中和空间对这些目标进行侦察、监视与跟踪。
如侦察卫星依靠红外成像设备和多光谱仪可以白天黑夜地获取大量的军事情报。
装有红外探测器的导弹预警卫星从70年代以来,一直监视着世界各国的弹道导弹发射,为国家及军事指挥部门提供警报,如目前美国国防支援计划中的预警卫星在几十秒钟内,就可以鉴别来袭导弹的发射和方向,据说将来美国的天基红外系统可在20秒内,提供有关导弹发射和方向方面的精确信息,为拦截来袭导弹提供宝贵的预警时间。
2.1.4红外技术的发展趋势
红外技术的发展关键在于红外材料的研制、红外设备的制冷、红外设备向更长波段发展、红外焦平面阵列器件的研制和红外设备与数据处理设备的结合等。
红外技术的发展以红外探测器的发展为标志,可以从红外探测器的发展来推断其发展趋势。
(1)红外焦平面器件发展到高密度、快响应、元数达到106—108元以上的大规模集成器件,由二维向三维多层次结构发展,在应用上就可以实现高清晰度热像仪,极大地缩小整机体积,增强功能。
(2)双色、多色红外器件的发展使整机可同时实现不同波长的多光谱成像探测,成倍扩大系统信息量,成为目标识别和光电对抗的有效手段。
(3)探测器在焦平面上实现神经网络功能,按程序进行逻辑处理,使红外整机实现智能化。
(4)提高探测器工作温度,高性能室温红外探测器和焦平面器件是发展重点之一,不需要制冷器,将会使整机更精巧、更可靠,从而实现全固体化。
(5)提高成品率,降低价格。
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]。
如图1示为热释电红外传感器的内部电路框图。
图1热释电红外传感器的内部电路框图
2.3PIR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
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