基于单片机的红外热释电防盗报警器

基于单片机的红外热释电防盗报警器摘要:随着现在社会的发展，时代进步，高新技术的快速融入，人们的生活发生了巨大的改变，人们置购了大量高新技术的产品，许多高科技产品的使用越来越成为家庭生活的主旋律，因此人们对自己所处环境的安全要求就越来越高，特别是家居安全，不得不时刻留意不速之客的光顾。许多家庭都安装了报警系统，这有效的保护了大家的财产安全。在本文中，介绍一种利用热释电红外传感器进行监控，并进行报警。此次设计的红外热释电防盗器在工作过程中较隐蔽，大大提高了用户的安全系数。此次设计主要由硬件和软件两个模块组成。硬件部分有数据采集、状态指示灯、按键设定、单片机STC89C52最小系统、蜂鸣器报警模块和DYP-ME003人体红外传感器部分组成。关键词:蜂鸣器报警模块；单片机STC89C52；防盗报警器1概述1.1设计背景随着人们生活水平与安全防范意识的提高，人们对自己所处环境的安全性提出了更高要求。私人用地，公共场所与国家机关等对安全意识与自动报警的迫切需要逐渐被专家，厂商与社会所重视。尤其是在家居安全方面，不得不时刻留意那些不速之客。本次设计的被动式红外报警器则采用的传感元件是热释电红外传感器，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，它还能鉴别出运动的生物与其它非生物。热释电红外传感器既可用于防盗报警装置，也可以用于自动控制、接近开关、遥测等领域。用它制作的防盗报警器与目前市场上销售的许多防盗报警器材相比，具有如下特点：灵敏度高，控制范围大隐蔽性好，安装方便1.2设计概述随着电子技术的发展，人类不断研究，不断创新纪录，人们自身的安防意识也在逐渐增强。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。该报警器能探测人体发出的红外线，当人进入报警器的监视区域内，即可发出报警声，适用于家庭、办公室、仓库、实验室等比较重要场合防盗报警。本设计是利用热释电红外线传感器探测人体辐射出的红外线信号原理设计出来的人体红外线感应报警器。该报警器主要由热释电红外传感器及其检测电路，报警电路组成。热释电红外传感器是报警器设计中的核心器件，它可把人体的红外信号转换为电信号以供信号处理部分使用。检测电路主要是把传感器输出的微弱电信号进行放大、滤波、延迟、比较，从而实现报警功能内容广泛，灵活应用。1.3实现功能当不法分子闯入，当不法分子闯入时，将被红外热释电检测到，促使蜂鸣器和指示灯报警。并且能够自动或者手动取消报警。随时随地保障家庭，企业，公众等的财产安全。应作品的功能、外观及实用性等的要求。1.4设计思路热释红外传感系统由传感器、光学系统和检测电路三部分构成，其中传感器由敏感元（红外热释电材料PZT制成）、场效应管（作阻抗变换）、高阻Rg（释放栅极电荷使场效应管安全正常工作）和滤光片（有效地防止抑制电灯、太阳光的干扰，选取人体的红外辐射）等组成；热释电传感器前面安装菲涅尔透镜，使外来红外辐射通过透镜仅会聚光于一个传感元上，产生的信号不会被抵消，增加传感器的探测距离；在探测范围内，传感器的输出信号频率大约为0.1—10Hz，检测电路由检测、放大、比较电路、延时电路驱动电路等组成。最终将信号转化为发光二极管亮的光信号或蜂鸣器响的声信号。2.硬件设施2.1STC89C52单片机简介其拥有较高的集成度和可靠性，控制能力强，体积小，低电压，低功耗，高性能以及便于携带的CMOS8位微控制器。（1）STC89C52单片机把所有功能都集中在了同一个芯片上，有相当高的集成度，体积自然而然的就小了。（2）许多单片机的电流为数百微安，电压仅仅是1.8V到3.6V之间。2.2硬件电路设计本次设计的硬件部分主要由单片机最小系统、按键模块、电源模块、LED指示灯和蜂鸣器报警模块、红外热释电传感器DYP-ME003组成。单片机采用51系列STC89C52为此次设计的处理器。人体辐射的红外光谱被设置在监测点上的红外探头变换成了电信号，将TTL电平传送到STC89C52单片机。在STC89C52中，通过系统程序的检查、判别等过程及时发出入侵报警状态控制信号。2.3红外感应电源模块，三节干电池组成了次设计的电源电压为4.5v。按下SW1电源开关后，D4为电源指示灯，热释电传感器。BISS0001红外传感信号处理器是由运算放大器、电压比较器、和状态控制、延迟时间定时器、封锁时间定时器以及参考电压源等构成的数模混合专用集成电路。可广泛应用于多种传感器和延时控制器。图1为其信号处理器的原理。图1信号处理器的原理图2.4数据采集及处理前置放大器OP1把输入的热释红外感应2脚放大，紧接着运算放大器OP2把由C4耦合所给的进行第二级放大,然后经过由COP1与COP2所构成的双向鉴幅器处理后，延时时间定时器被检测出的有效触发信号所启动从而输出信号，在通过R3进入到单片机进行处理。可通过R12进行延时周期的调节输出，只要Vs在延时时间内发生了上跳变，那么Vo就会继续延长一个周期从Vs上跳变的时刻开始，电路中的电容为了更好的实现对芯片内的定时器的控制，只要Vs一直都是高电平，就能由P10传送到单片机内做更一步的操作。一个高电平被1脚用跳线连连接住后，其将一直是高电平的输出状态，当人离去以后它才会由高电平的状态转变为低电平的状态，本电路就是可触发方式的设计。2.5STC89C52单片机引脚功能l脚：红外信号输入端，接红外接收管VDL2脚：该脚与GND之间连接RC串联网络，它们是负反馈串联网络的一个组成部分，改变它们的数值能改变前置放大器的增益和频率特性。增大电阻R或减小C，将使负反馈量增大，放大倍数下降，反之则放大倍数增大。但C的改变会影响到频率特性，一般在实际使用中不必改动，选用参数为R4=4.7Ω，C4=3.3μF电源端：VCC（40脚），一般+5V。接地端：VSS（20脚）时钟XTAL1与XTAL2。XTAL1(19脚)：晶体振荡电路的反向输入端。(1)PSEN(29脚)：外部ROM读选通信号。该引脚接入ERROM的OE端口。(2)XTAL2(18脚)：晶体振荡电路的输出端控制线：PSEN、EA、ALE、RST。(3)ALE(30引脚)：地址所存允许/编程脉冲。在STC89C52正常工作以后，该引脚不断地向外输出正弦脉冲信号。(4)RST(9脚)：复位引脚，在高电平的时候有效。图2引脚功能2.6菲涅尔透镜菲涅尔透镜(Fresnellens)多是由聚烯烃材料注压而成的薄片，也有玻璃制作的，镜片表面一面为光面，另一面刻录了由小到大的同心圆，它的纹理是利用光的干涉及扰射和根据相对灵敏度和接收角度要求来设计的，透镜的要求很高，一片优质的透镜必须是表面光洁，纹理清晰，其厚度随用途而变，多在1mm左右，特性为面积较大厚度薄及侦测距离远。菲涅尔透镜的在很多时候相当于红外线及可见光的凸透镜，效果较好，但成本比普通的凸透镜低很多。多用于对精度要求不是很高的场合，如幻灯机、薄膜放大镜、红外探测器等。菲涅尔透镜作用有两个：一是聚焦作用，即将热释红外信号折射（反射）在PIR上，第二个作用是将探测区域内分为若干个明区和暗区，使进入探测区域的移动物体能以温度变化的形式在PIR上产生变化热释红外信。一、菲涅尔透镜作用作用：一是聚焦作用，即将热释红外信号折射（反射）在PIR上，第二个作用是将探测区域内分为若干个明区和暗区，使进入探测区域的移动物体能以温度变化的形式在PIR上产生变化热释红外信号。图3菲涅尔透镜检测示意图2.7指示灯和报警电路蜂鸣器和红色led灯组成了我们的报警电路。用S8550功率驱动管来驱动蜂鸣器，单片机为低电平，此时三极管S8550饱和导通，蜂鸣器会发出报警声，当单片机P2^3口为高电平，此时的三极管S8550截止，蜂鸣器立即停止报警。图4报警流程图3操作流程及方法我们分别用红、黄、绿三个led指示灯，其中红色代表报警信号，黄代表红外热释传感器信号，绿色代表布防信号。按键部分分别由手动报警键、布防键、取消报警和撤防键三个部分组成。手动报警键（左边第一个），按此键后红色led灯会闪烁同时蜂鸣器发出报警声，布防键（左边第二个），按此键后，绿色led灯闪烁表示布防开始，直到led灯常亮，表示布防结束（布防时间为30秒）。如果此时有人进入传感器的监测范围单片机P1^3口将检测到红外热释输出的高电平，从而点亮黄色led灯，同时蜂鸣器发出报警声，代表有人侵入。取消报警和撤防键(左边第三个)，按此键后，无论是报警状态还是布防状态都会被取消。4结束语本次毕业设计的是基于单片机的红外热释电防盗报警器。从最初的茫然，到慢慢的进入状态，再到对思路逐渐的清晰，整个写作过程难以用语言来表达。历经了几天的奋战，大大提升了自己的能力，最后总算基本完成了。对自己知识面的扩展都有了很大的提高，我也深深的体会到，实践必须在充分理解电路原理的基础上，才能做到目标明确，操作准确。我也将许多遗忘的知识又给温习了。这段旅程看似荆棘密布，实则蕴藏着无尽的宝藏。当然由于时间关系和水平有限，设计中存在着一些缺陷和不足，还有待于在今后的进一步设计过程中不断进步。在此，感谢我的指导老师在这个过程中对我的帮助和指导。参考文献[1]传感器与自动检测技术(第二版）.余成波主编.[2]周海波.基于HN911的红外线报警系统.长江工程职业技术学学.电子技术基础数字部分(第五版).康华光主编.[3]刘仁宇主编.模拟电子技术.机械工业出版社.[4]房汉雄，王艳春.基于51系列单片机的被动式热释电型红外防盗报警器的设计.齐齐哈尔大学学报.