基于单片机的红外报警系统资料

基于单片机的家用防盗报警系统设计

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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。现在许多小区都有着保安看管，但在一些农村就没有这些设施了，于是，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，并进行报警的系统的设计。

热释电红外传感器，它的制作简单、成本低、安装比较方便，性能稳定，抗干扰能力强、灵敏度高、安全可靠。这种防盗器安装后较为隐蔽，不易被人们发现，便于用户管理。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模块、红外探头模块、驱动执行报警模块、LED 控制模块等部分组成。处理器采用51系列单片机STC89C52，程序使用C 语言编写。

关键词 热释电红外传感器、STC89C52、红外线

ABSTRACT

With the development of society, the progress of the times and fast integration of high-tech, people's life has changed dramatically, people buy a large number of high-tech products, many high-tech products using more and more become the main theme of family life, so the higher security requirements of their environment, especially on safety in the home, had to keep uninvited guests coming.Many community now has a security guard, but does not have these facilities in some rural, so many families have installed alarm systems, which effectively protects the safety of people and property. In this article, is described based on Pyroelectric infrared sensor to monitor and alarm system design.

Pyroelectric infrared sensor, it's simple, low cost, easy to install, and anti-theft performance is stable, strong anti-interference ability, high sensitivity, safety and reliability.This anti-theft device concealed, easily found by the thieves, easy multi-user management.This includes hardware and software design of two parts.Hardware includes the monolithic integrated circuit control modules, infrared detector module, driver implementation, LED control module alarm module and other components.Processor based on 51 series single chip STC89C52, the program uses the c language.

Key words Pyroelectric Infrared Sensor, STC89C52, IR

目 录

摘 要 ........................................................................................................................................................ 2 ABSTRACT ............................................................................................................................................. 3

目 录 ........................................................................................................................................................ 1 1 绪论 . .................................................................................................................................................... 2

1.1课题背景 . ...................................................................................................................................... 2

1.2国内外现状及发展趋势 . .............................................................................................................. 2

1.3目的与意义 . .................................................................................................................................. 2

2 设计任务分析 .................................................................................................................................. 3 3 技术方案的详细设计（实施） .................................................................................................. 4

3.1本系统的设计方案 . ...................................................................................................................... 4

3.1.1系统概述 ........................................................................................................................... 4

3.2硬件电路设计 . .............................................................................................................................. 4

3.2.1红外感应部分 ................................................................................................................... 2

3.3单片机部分 . .................................................................................................................................. 8

3.3.1 STC89C52单片机简介 ..................................................................................................... 8

3.3.2 单片机最小系统 .............................................................................................................. 9

3.3.3按键控制电路 ................................................................................................................. 10

3.3.4指示灯和报警电路 ......................................................................................................... 10

3.4软件的程序实现 . .........................................................................................................................11

3.4.1主程序工作流程图 ..........................................................................................................11

3.5 报警判断程序 . ........................................................................................................................11

3.6 程序编写与调试 . ..................................................................................................................... 12

3.6.1 Keil编译器软件简介 ................................................................................................. 12

3.6.2 使用Keil 软件建立一个工程 .................................................... 错误！未定义书签。

3.6.3 使用Debug 进行调试 .................................................................. 错误！未定义书签。

3.7 硬件调试及调试中遇到的问题 . ............................................................................................. 13

4 总结评价 . ............................................................................................................................................ 6 5 致谢 . ..................................................................................................................................................... 7 参考文献 ................................................................................................................................................... 2

1 绪论

1.1课题背景

改革开放以来，在城市大发展的过程中，大量外来人口涌入城市，给社会治安稳定带来很大压力。工厂、机关和居家失盗、抢劫事件屡屡发生，极个别地方表现得尤为突出，损失巨大。从而引起了社会各届人士的高度关注和社会治安部门的重视。有些部门和小区居民开始顾专人进行昼夜巡逻，并自发购置防护设施如铁门、铁栏杆等，把主人的整个财产装在铁笼子中以求安心。如果发生什么紧急性况（如火警或煤气泄漏），才发现铁笼子是一个麻烦将消防人员拦在事故现场之外，影响实施救助的进度，严重的可能会导致家破人亡。从市容角度来看，也不美观。为此，政府部门提倡采用高科技手段，实现财产不安全的防范措施。在社会治安的稳定发展的现实需求和有关部门的推动下，防盗报警器应运而生。

1.2国内外现状及发展趋势

在1800年英国物理学家F ·W ·赫胥尔发现从热的观点来研究各种色光的时候，找到了红外线。开启了人类历史上对红外技术的研究与发展，从此红外技术的不断创新走向成熟。

红外波长0.76-100μm 之间，按波长范围可分为近红外、中红外、远红外、极远红外四种，在无线电波和可见光波段的连续波电磁频谱的位置上。红外技术的发展与应用是从红外光谱仪开始，随着红外探测技术的发展和应用，红外技术已被广泛应用于环境监测、类型和分子结构的测定、石油勘探和分析、地质和矿物学研究、质量检测、交通运输、安全报警、医疗卫生等一系列领域。虽然早在第十九世纪，第一次世界大战期间，红外探测器已用于军事用途的红外探测器，但只有二战的硫化铅探测器使用，使得红外探测器技术的应用得到了广泛关注并得到了迅速发展。新的探测器材料继续发展。探测器的响应波段很快在1-3微米，3-5微米和12微米三个大气窗口。同时，检测器的性能也得到了提高，检测器的性能也得到了改善。并促进了红外技术的全面发展

1953年初，我国开始发展PbS 红外探测器材料。经过多年的发展，探测器材料的研制和品种的检测一直在不断增加，研究速度已加快，并逐渐接近国外的先进水平。

近年来，新产品的推出不难发现，被动红外探测技术向数字化、无线化、集成化方向发展，具体表现在以下几个方面：

稳定可靠：如果探测器可抗射频干扰/电磁干扰、防雷、等，以适应恶劣的气候。 多种功能：如探测器可调频、防屏蔽、防雾罩、防损坏等。

精致、小巧的外观：为了满足室内装饰的需求不断增长。

智能信号处理技术的设计：提高了设计，方便操作，更加人性化。

更强大的网络功能。

扩展更方便。

1.3目的与意义

红外线防盗报警器是当前使用比较普遍的报警器之一，它以其灵敏度高、价格实惠的优势，受到了广大用户的欢迎。但是使用每一种红外线传感器都有其不足之处，如抗干扰能力弱、误报漏报现象严重等，可靠性不够高。目前市面上主流的报警器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，但这几种常见的报警器都存在一些不可避免的缺点。

本课题基于单片机设计一种简易的红外报警器。此热释红外报警器安装在禁区，根据检测人体自身的热量，检测到有人时，自动发出报警信息，并且能够自动或手动取消报警。

本设计的系统以热释电红外传感器作为信号采集，做成防盗报警系统，它的制作简单、成本低，安装方便，而且性能稳定，抗干扰能力较强、灵敏度高、安全可靠。这种防盗器安装后较为隐蔽，不易被盗贼们发现。同时它的信号经过单片机系统处理后可以和PC 机通信，便于时时更新报警的设置。

2 设计任务分析

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、按键设定、报警等。

2. 本红外线防盗报警系统由热释电红外传感器、蜂鸣器、单片机控制电路、LED 指示电路及软件组成。

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，红外热释电模块送出TTL 电平至STC89C52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。

3 技术方案的详细设计（实施）

3.1本系统的设计方案

3.1.1系统概述

1. 系统设计简介

本系统采用了热释电红外线传感器，它的制作简单、成本低，安装比较方便，性能稳定，抗干扰能力强、灵敏度高、安全可靠。这种防盗器安装后较为隐蔽，不易被人们发现，便于用户管理控制。

为了探测移动人体，通常使用双元件型热释电红外线传感器，在这种传感器内部，两个灵敏元件反相连接，当人体静止时两元件极化程度相同，互相抵消。但人体移动时，两元件极化程度不同，净输出电压不为0，从而达到了探测移动人体的目的。

该设计包括硬件和软件设计两个部分。模块化分为数据采集、按键控制、报警等模块。电路结构可划分为：热释电红外传感器、蜂鸣器、单片机控制电路、LED 指示灯组成。

3.2硬件电路设计

本设计包括硬件和软件设计两个部分。

从设计的要求来分析该设计须包含如下结构：红外感应部分、STC89C52单片机、报警系统三大部分。电路总原理图如图3.1所示：

图3.1 总体设计框图

处理器采用51系列单片机STC89C52。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，送出TTL 电平至STC89C52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。驱动蜂鸣器及报警指示灯报警。

3.2.1红外感应部分

3.2.1.1 电源模块

本系统电压为4.5v 左右，直接接3个1.5V 的直流干电池提供电源，然后用导线连接电源接口模块。

3.2.1.2 热释电传感器

热释电红外传感器(简称PIR) 是上世纪80年代出现的一种新型高灵敏度探测元件。主要是由一种高热电系数的材料，如钛酸铅陶瓷、钽酸锂、硫酸三甘钛，如用于检测元器件2×1mm 大小。在每个检测器中设置一个或2个检测元件，检测元件以反向极性方式串行连接，以抑制自由温度上升引起的干扰。将检测元件检测到的红外线辐射变为弱电压信号，并在探头上安装的场效应管放大后输出。为了提高探测器的探测距离增加检测的灵敏度，通常安装在菲涅耳透镜的检测器的前面，用透明塑料制成的透镜，在透镜上下，两部分都可以分成几个相等的部分，做了一个镜头的特殊光学系统放大电路，可以把放大信号提高70分贝以上，这样就可以测量20米范围的行动。

人体辐射的红外中心波长为9～10um ，探测器的波长灵敏度在0.2～20um 范围内几乎不变。该传感器的顶部打开一个窗口与过滤器的镜头，该过滤器可以通过波长的光7～10 -微米的红外线辐射人体的探测，以及不对其他波长的红外吸收，从而形成了一个特殊的人体辐射检测的红外传感器。这个传感器是我们这个系统的关键组成部分，只有这个传感器检测到到人体发出的红外线信号，我们这个报警系统才会起作用。如图3.2所示。

图3.2热释感应传感器

3.2.1.3 菲涅耳透镜

利用镜头菲涅尔特殊的光学原理，利用透镜产生的“盲区”和“高灵敏区”在前面的检测器来提高检测灵敏度。当一些人走过镜头时，人体是由红外线发出的，将继续从“盲区”到“高敏感区域”，使所接收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，使检测更为灵敏。如图3-3所示为菲涅耳透镜模型图。

图3.3 菲涅耳透镜 3.2.1.4 BISS0001芯片简介

BISS0001

是一款用于传感信号处理的集成电路，只要热释感应器将红外线接收到信号传送到BISS0001里进行信号的处理。它自身的静态电流极小，工作电压范围在3V —5V 之间，当工作电压是5V 时输出的驱动电流是10MA 。它与热释电红外传感器和少量外围元件就构成了被动式热释电红外传感器。被广泛用于防盗系统，自控等这些领域。它是有着16个管脚组成的一个集成块。如图3.4所示为BISS000集成芯片的内部框图，管脚功能说明如表1所示。

图3.4 BISS0001内部框图

表1：管脚说明图

上述BISS0001可见由运算放大器、电压比较器和状态反馈控制器，延时定时器，封锁时间定时器参考电压构成的混合模拟数字专用集成电路，可广泛应用于各种传感器和延时控制器。首先，根据使用运算放大器OP1的实际需要，对传感器信号预处理电路的组成、信号放大。然后连接到运算放大器OP2放大器，然后开始第二级放大，同时，提高虚拟机的直流电位（0.5vdd ），输出信号（V2）送到比较器COP1和COP2组成的双向鉴幅器，有效检测触发信号（Vs ）。因为0.7vdd VL VH =，= 0.3vdd。因此，当VDD = 5V，可以有效抑制噪声干扰的1V 的误差，提高了系统的可靠性。COP3是一个状态，比较器，当输入电压VC ＞VR ，COP3输出电压高。当一个连接到“0”的水平，在任何时间的TX V2变化将被忽略，直到TX 的时间结束，即所谓不可重复触发模式。当发射时间结束，VO 跳回到较低的水平，而定时器阻断时间开始进入封闭循环体。在时间，V2的任何改变不会使VO 进入活跃状态（高点评），可有效抑制负载切换过程的干扰。和波形在VC =“0”，“0”，一组信号VS 不能触发VO 为有效状态。在VC =“1”=“1”，与可重复触发VO 要成为一个有效的工作状态，并能在

Tx 周期使VO 一直保持在有效状态。在Tx 时候，只要Vs 跳，VO 将从与跳变时刻延长TX 期；如果与保持“1”状态，VO 一直保持有效状态；如果与保持“0”状态，VO 的TX 期无效状态结束后恢复，并在封锁时间Ti 时间内，任何与变化都不可以可以触发VO 使其有效的。

3.2.1.5 信号采集处理模块

图3.5信号处理模块

图3.6实物图

本电路是将人体辐射的红外线转变为电信号。热释红外感应2脚输入到前置放大器OP1进行放大，然后由C4耦合给运算放大器OP2进行第二级放大。再经过电压比较器COP1和COP2构成双向鉴幅器处理后，检出有效触发信号去启动延时时间定时器输出信号在经过R3进入单片机部分进行处理。延时周期可通过R12来调节输出，在延时时间内只要Vs 发生上跳变，Vo 就会从Vs 上跳变时刻起继续延长一个周期，而电路中的电容为了能够更好的控制了芯片内的定时器，若Vs 一直保持为高电平，这样就可以通过P10传输到单片机内进行下一步处理。而根据不同的距离要求来调节R13，最大可以调节到7米左右。图中BISS0001中1脚用跳线连连接住一个接高电平后，在延时时间段内如果有人体在其感

应范围活动，其输出将一直保持高电平，直到人离开后才将高电平变为低电平，本电路设计就是可触发方式。

3.2.1.6 数码管显示

数码管显示原理

一般最常用的是7段和8段数码管的七段数码管，它比八段数码管多一个小数点，其他的基本上是相同的。所谓八段数码管是指数码管有八个小发光二极管组成，通过控制不同发光二极管显示不同的数字。数码管被分为2种常见类型共阴极和共阳极，实际上，共阴极有八个阴极连接到一起，这样的接地，所以对任何一个高电平的另一端，它可以点亮。而共阳极与之相反是八个阳极连接到一起。其示意图如下。

图3.7 数码管引脚图

双串口的引脚图连在一起，是一个共同的终端，共同的阴极数码管公共端接的接地，阳极端数码管连接+5伏供电。一八段数码管称，数字控制可以由多个数码管，选线（即A ，B ，C ，D ，E ，F ，G DP）连接在一起，和他们各自的公共端位线选择。显示，都是从线到字符编码，并选择哪位线，将数码管点亮。8位数码管，对应于一个字节的8，一个相当于最低水平，DP 对应的最高水平。所以，如果你想使数码管显示数字0，然后一个共阴数码管的字符编码为111111，0x3F ，数码管字符编码为11 000000，即0xC0。我们可以看到，两者编码你正好相反。如3.8图。

图3.8 数码管电位图

在这个实验中我们只选用了7段显示时间，编排如下：

//数码管段选定义 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

uchar code smg_du[]={0xde,0x90,0xcd,0xd9,0x93,0x5b,0x5f,0xd0,0xdf,0xdb,

//

A 0xd7,0x1f,0x4e,0x9d,0x4f,0x47 }; //断码 B C D E F 不显示

3.2.1.7 报警电路

本设计采用蜂鸣器报警。蜂鸣器，通常称为扬声器，是广泛使用于各种电子产品中的一个组成部分，它被用于提示、报警、音乐等许多应用。其原理图如图3.9所示。

图3.9 报警电路

程序是：

/******************红外报警处理**********************/

void hongwai_dis()

{

static uchar value;

}

value ++; if(value >= 4) { } if(flag_alarm == 1) //报警 { } beep = ~beep; //蜂鸣器报警 } if(hw == 1) { } flag_alarm = 1; //红外有输出 value = 0; if(flag_bufang_en == 1) //准备开始布防 { } if(flag_bufang == 1) //确认布防 { dis_smg[0] = smg_du[flag_time]; flag_time ++ ; if(flag_time >= 16) { } flag_bufang = 1; flag_bufang_en = 0; flag_value = 0;

3.3单片机部分

3.3.1 STC89C52单片机简介

STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系统可编程Flash 存储器。使用高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。