传感器课程设计红外热释电报警电路.docx

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传感器课程设计红外热释电报警电路

传感器课程设计

热

释

电

红

外

防

盗

报

警

电

路

系别：

电子工程系

姓名：

学号：

专业年级：

指导教师：

设计任务书

设计目的与要求

1.通过设计，进一步掌握传感器的原理与应用，熟悉传感器的测量电路的设计方法。

达到根据设计要求，能借助参考书和网络查阅相关资料，独立完成设计任务。

2.培养学生分析问题和解决实际问题的能力。

设计相关的技术文件

3.熟悉有关资料。

4.确定设计方案，绘制测量电路原理图。

5.编写设计说明书，5000字以上：

6.设计思想与方案论证；

7.系统工作原理说明；

8.电路计算；

电路元器件计算与选择；

元器件明细表。

设计任务

运用已经学过的知识和上网、图书等资料设计一个热释电红外防盗报警电路，以适应安防技术的发展，把学过的理论知识和具体实际相结合，以达到理论结合实际的目的。

摘要

现在很多小区都安装了智能报警系统,因而大大提高了小区的安全程度,有效保证了居民的人身财产安全。

由于红外线是不可见光,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。

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。

该报警器主要由热释电红外传感器及其检测电路，LED显示组成，热释电红外传感器是报警器设计中的核心器件。

它是一种被动式红外报警探测器，只需要提供它工作电压，它就可以把在感应到人体的红外信号后将其转变为电信号输出以供信号处理部分使用。

目前，国内市场上的防盗报警器大部分是国外品牌，国内防盗报警产品厂商发展时间比较短，真正取得长足发展也是在2000年以后，特别是在2004年国内有些厂商迅速成长，投资规模和企业规模都在迅速发展和扩大。

热释电红外传感器是一种被动式调制型温度敏感器件，利用热释电效应工作，它是通过目标发出的红外辐射来探测目标的。

其相应速度虽不如光子型，但由于它可在室温下使用、光谱响应宽、工作频率宽、灵敏度与波长无关，容易使用。

这种探测器，灵敏度高，探测面广，是一种可靠性很强的探测器。

因此广泛应用于各类入侵报警器，自动开关、非接触测温、火焰报警器等。

在电子防盗、人体探测器领域中，热释电红外传感器的应用非常广泛，因其价格低廉、技术性能稳定而受到广大用户和专业人士的欢迎。

目录

设计任务书II

设计目的与要求II

设计相关的技术文件II

设计任务II

摘要III

目录IV

一、课程设计的背景1

二设计1

2.1技术要求1

2.2主要任务1

三、基础知识简介2

3.1热释电红外传感器简单介绍2

3.2AT89S51单片机简单概述2

四、方案设计3

4.1总体设计思路3

4.2具体电路模块设计5

4.2.1热释电红外传感器原理5

4.2.2调整电路的设计………………………………………………5

4.2.3时钟电路的设计………………………………………………6

4.2.4复位电路的设计………………………………………………7

4.2.5数码管显示报警电路的设计…………………………………8

4.2.6声音报警电路的设计…………………………………………9

4.3系统硬件电路的选择及说明9

4.4总原理图9

五、软件编程10

5.1软件程序的实现10

六、课程设计心得体会15

七、参考文献16

一、课程设计的背景

随着时间的推移，计算机革命的完成，信息高速公路的发展，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。

本次设计所用的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。

此次设计也是对所学理论知识的检验，以适应时代发展的需要。

二、设计

2.1技术要求

基于单片机控制的热释电红外报警，将检测到人体红外信号转换成电压信号，经调理电路整形处理为TTL电平送入单片机，单片机对送入信号进行判别，是哪一路报警信号，发出音响报警并通过数码管显示报警位置。

2.2主要任务

1.系统分析与设计：

对系统进行调研，详细分析系统，设计出基于单片机控制的热释电红外报警系统方案；

2．实现系统的关键技术：

热释电传感器调理电路；报警音响电路；报警显示电路；软件控制；

3．系统电路的设计与实现：

器件选择；地址分配和硬件连接；

4．系统软件的设计与实现:

单片机代码的实现，计算机控制代码的实现；

5．系统调试；

6．系统联调；

7．写课设报告。

三、基础知识简介

3.1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。

如图1示

图1热释电红外传感器的内部电路框图

3.2AT89S51单片机简单概述

AT89S51单片机是美国Atmel公司生产低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含4kbytes的可反复擦写的只读程序存储器（EPROM）和128bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用Atmel公司的高密度、非易失性存取技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元，功能强大。

图2AT89S51功能方块图

图2为AT89S51片机的基本组成功能方块图。

由图可见，在这一块芯片上，集成了一台微型计算机的主要组成部分，其中包括CPU、存储器、可编程I/O口、定时器/计数器、串行口等，各部分通过内部总线相连。

下面介绍几个主要部分。

四、方案设计

4.1总体设计思路

本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、报警等子模块。

电路结构可划分为：

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。

就此设计的核心模块来说，单片机就是设计的中心单元，所以此系统也是单片机应用系统的一种应用。

单片机应用系统也是有硬件和软件组成。

硬件包括单片机、输入/输出设备、以及外围应用电路等组成的系统，软件是各种工作程序的总称。

单片机应用系统的研制过程包括总体设计、硬件设计、软件设计等几个阶段。

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AT89S51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人体辐射的红外光谱变换成电信号，经放大电路送出TTL电平至AT89S51单片机。

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，当警情消除后复位电路使系统复位。

4.2具体电路模块设计

4.2.1热释电红外传感器原理

本设计所用的热释感器就采用这种双探测元的结构。

其工作电路原理及设计电路如图4所示,在VCC电源端利用C1和R2来稳定工作电压，同样输出端也多加了稳压元件稳定信号。

当检测到人体移动信号时，电荷信号经过FET放大后，经过C2，R1的稳压后使输出变为高电位，再经过NPN的转化，输出OUT为低电平。

图4热释电红外传感器原理图

4.2.2调整电路的设计

如图5所示为最基本的调整电路，图中1为输出，接单片机的P0.7,P0.6输入输出口。

图5调整电路电路图

4.2.3时钟电路的设计

XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。

该反向放大器可以配置为片内振荡器。

石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。

如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。

因为一个机器周期含有6个状态周期，而每个状态周期为2个振荡周期，所以一个机器周期共有12个振荡周期，如果外接石英晶体振荡器的振荡频率为12MHZ，一个振荡周期为1/12us，故而一个机器周期为1us。

如图6所示为时钟电路。

图6时钟电路图

4.2.4复位电路的设计

复位方法一般有上电自动复位和外部按键手动复位，单片机在时钟电路工作以后,在RESET端持续给出2个机器周期的高电平时就可以完成复位操作。

例如使用晶振频率为12MHz时，则复位信号持续时间应不小于2us。

该复位电路连接单片机的RESET引脚，如图7示为复位电路。

图7复位电路图

4.2.5数码管显示报警电路的设计

由2个数码管接上电阻后连上单片的P0,P2输入输出口的引脚，外接VCC，当单片机的相应引脚被置低电平后，数码管显示相应的数字，起到报警作用。

注：

当P0口输出0F9H时，数码管DS1显示数字1，当P2口输出025H时，数码管DS2显示数字2。

图8所示为数码管报警电路。

图8发光二极管报警电路图

4.2.6声音报警电路的设计

如下图所示，用一个Speaker和三极管、电阻接到单片机的P2.0引脚上，构成声音报警电路，低电平触发，如图9示为声音报警电路。

图9声音报警电路图

4.3系统硬件电路的选择及说明

硬件电路的设计从以上的分析可知在本设计中要用到如下器件：

AT89C51、热释电红外传感器、LED、发光二极管、蜂鸣器等一些单片机外围应用电路。

4.4总原理图

图10红外防盗报警电路总原理图

五、软件编程

5.1软件程序的实现

按上述工作原理和硬件结构分析可知系统主程序工作流程图如下图10所示；

图10主程序工作流程图

C语言程序编写如下所示：

#include

#defineucharunsignedchar

#defineuintunsignedint

#defineled8P1

#defineShumaguan1P0

#defineshumaguan2P2

sbitbeep=P2^0;//蜂鸣器对应的是P2.0口

sbitsensor=P0^7;//将P0.7口设置成传感器入口

sbitsensor1=P0^6;

ucharflag1;//定义全局变量，作为信号检测标位

ucharflag;

voiddelay（uintt）

{

while（t--）;

}

voidTest_Voltage（void）

{

if（sensor==0）

{

delay（10000）;//延时50毫秒信号确定

if（sensor==0）

{

flag1=1;//检测到信号

}

else

{

flag1=0;

}

}

else

{

flag1=0;

}

}

voidaction（void）

{

if（flag1==1）

{

Shumaguan1=0XF9;//数码管显示【1】

beep=0;//检测到信号后，蜂鸣器发出“滴答”声

led8=0X00;//8个LED灯闪烁

delay（10000）;

beep=1;

led8=0XFF;

delay（10000）;

}

else

{

Shumaguan1=0XC0;//数码管显示【0】

}

}

voidTest_Voltage1（void）

{

if（sensor1==0）

{delay（10000）;//延时50毫秒信号确定

if（sensor1==0）

{

flag=1;//检测到信号

}

else

{

flag=0;

}

}

else

{

flag=0;

}

}

voidaction1（void）

{if（flag==1）

{

shumaguan2=0X25;//数码管显示【2】

beep=0;//检测到信号后，蜂鸣器发出“滴答”声

led8=0X00;//8个LED灯闪烁

delay（10000）;

beep=1;

led8=0XFF;

delay（10000）;

}

else

{

shumaguan2=0X03;//数码管显示【0】

}

}

voidmain（void）

{

while

（1）

{

Test_Voltage（）;

action（）;

Test_Voltage1（）;

action1（）;

}

}

六、课程设计心得体会

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、LED控制电路等部分组成。

处理器采用51系列单片AT89C51，整个系统是在系统软件控制下工作的。

课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。

回顾起此次课程设计，我仍感慨颇多，的确，从理论到实践，在一个星期的日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。

通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。

在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，比如说不懂一些元器件的使用方法，对开发板不太了解，对单片机C语言掌握得不好，通过这次课程设计之后，一定把以前所学过的知识重新温故。

 这次实习让我受益匪浅，无论从知识上还是其他的各个方面。

上课的时候的学习单片机，只是从理论的角度去理解枯燥乏味。

但在实习中使用了单片机及其系统，能够理论联系实际的学习，开阔了眼界，提高了单片机知识的理解和水平。

在这次课程设计中又让我体会到了合作与团结的力量，当遇到不会或是设计不出来的地方，我们就会在QQ群里讨论或者是同学之间相互帮助。

团结就是力量，无论在现在的学习中还是在以后的工作中，团结都是至关重要的，有了团结会有更多的理念、更多的思维、更多的情感。

这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多问题，最后在老师的辛勤指导下，终于游逆而解。

同时，在老师那里我学得到很多实用的知识，在此我表示感谢！

同时，对给过我帮助的所有同学和指导老师再次表示忠心的感谢！

七、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

[2]宋文绪.传感器与检测技术[M].北京:

高等教育出版社

[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

[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

[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

[6]薛均义,张彦斌.MCS-51系列单片微型计算机及其应用[M].西安交通大学出版社

[7]徐爱钧.单片机高级语言C51应用程序设计[M].北京航空航天大学出版社,

[8]康华光.电子技术基础（模拟部分）[M].北京:

高等教育出版社