基于单片机的住宅防盗防火报警系统设计毕业论文

基于单片机的住宅防盗防火报警系统设计毕业论文内容摘要：

外探测器 微波探测器 AT89C51 Alam0 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 装 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 订 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 线 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 共 50 页 第 8 页 1. 热释电效应 热释电效应是指如果使某些强介电质材料 (如钦酸钡、钛锆酸铅 (PZT)等 )的表面温度发生变化，则随着温度的上升或下降，材料表面发生极化，即表面上就会产生电荷的变化，从而使物质表面电荷失去平衡，最终电 荷变化将以电压或电流形式输出。 在热释电红外探测器中有两个关键性的元件，一个是热释电红外传感器 (PTR) ，PTR 能将红外信号变化转变为电信号，并能对自然界中的白光信号具有抑制作用。 另一个是菲涅尔透镜，菲涅尔透镜是一种由塑料制成的特殊设计的光学透镜，它用来配合热释电红外线传感器，以达到提高接收灵敏度。 用菲涅尔透镜配合放大电路将信号放大 6070db，就可以检测 1020m 处人的活动。 2. 热释电红外探测器基本原理 热释电红外传感器通过接收移动人体辐射出的特定波长的红外线，可以将其转化为与人体运动速度，距离 ，方向等有关的低频电信号。 由于传感器的电压响应度与入射光辐射变化的频率成反比，因此，当恒定的红外辐射照射在探测器上时，探测器没有电信号输出，所以恒定的红外辐射不能被检测到。 而物体移动速度越快，同样的入射功率下，输出电压就会越小，只有达到报警阈值电平时，探测器才会有电压信号输出。 根据该特性，选择热释电红外探测器适用于盗情信号的检测。 探测器原理框图如图 32所示，当人体进入警戒区，人体温度会引起环境温度辐射场的变化，通过菲涅尔透镜，热释电红外探头感应到的是人体温度与背景温度的差异信号，则在负载电阻上产生一个电 信号，电信号的大小，决定于敏感元件温度变化的快慢。 经过后级比较器与状态控制器产生相应输出信号 U0。 图 32 热释电红外探测器原理框图 3．热释电红外探测器电路设计 热释电红外探测器电路采用的器件包括红外探测器专用芯片 —— 红外传感信号处理器 BISS000热释电红外探头 RE200B(传感器 )及一些外围元件 (电阻电容 )。 它的正常工作电压是 +(工作范围可在 3V 到 5V之间 )。 检测元件 BISS0001 是 CMOS 数模混合专用集成电路，具有 独立的高输入阻抗运算放大器，可与多种传感器匹配，进行信号预处理。 另外它还具有双向鉴幅器，可有效热释电红外探测器 定时器封锁时间 TI 延迟时间定时器 TX 状态控制器 参考电源 与门 比较器 U0 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 装 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 订 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 线 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 共 50 页 第 9 页 抑制干扰，其内部设有延迟时间定时器和封锁时间定时器。 管脚排列及各点波形如图33和图 34 所示。 当 A 端等于“ 0”时，为不可重复触发工作方式，即在 TX 时间内，任何 IC7 的变化都被忽略，直至延迟时间 TX 结束。 当 TX 时间结束时， U0 下跳回低电平，同时启动封锁时间定时器进入封锁周期 Ti。 在 Ti 周期内，任何 IC7 的变化都不能使 U0 为有效状态。 本电路中由于 BISS0001 的 1脚接的是低电平，即此时芯片设置为不可重复触发状态， 所以在延时周期内，电路不会被重复触发，直到延时周期结束。 这一功能的设置，可有效抑制负载切换过程中产生的各种干扰。 RR RC1 为输出延迟时间TX的调节端， RR RC2 为触发封锁时间 Ti 的调节端 ⑵。 图 33 BISS0001 管脚排列图 图 34 不可重复触发工作方式下各点波形 图 35所示为红外探测器分立元件电路图。 当热释电红外探头接收到人体发出的红外线后，经过内部转换，输出一个微弱的低频电信号到 BISS0001 芯片的第一级运算放大器 IC1 的同相输入端 (14 脚 )，对信号进行放大预处理，然后由电容耦合给第二级运算放大器 IC2，对信号再次放大，同时将直流电位抬高到 VM。 再经内部的两个电压比较器 (IC3,IC4)构成的双向鉴幅器，检出有效触发信号 VS去启动延迟时间定时器 (只要有触发信号 VS 的上跳沿则可启动延迟时间定时器 )。 由于 VH≈ ,VL≈ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 装 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 订 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 线 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 共 50 页 第 10 页 ，所以当 VCC 为 + 电压时，可有效地抑制177。 (VHVL)的噪声干扰，提高系统的可靠性。 IC6 是一个条件比较器，当输入电压 VCVR 时， IC6 输 出为低电平，封锁了与门 IC7，禁止触发信号向下级传递；当 VCVR 时， IC6输出为高电平，则打 开与门 IC7，此时，如果有触发信号 VS 的上跳变沿到来，将启动延迟时间定时器，同时 U0 脚 (2 脚 )输出高电平信号，经与门后送单片机进行报警处理，此时探测器进入延时周期，延迟与封锁时间为几秒钟。 该设计输出为脉冲信号，当有移动物体进入探测范围以内时，输出端电平由高电平跳变至低电平，可实现检测并报警。 图 35 红外线探测器电路图 微波探测器 1． 微波探测器原理 微波探测器为空间探测器，用于探测在防范空间内的任 何运动物体。 微波探测器可靠性强，无光亮和热源的要求，探测环境要求低。 在微波段，当以一种频率发送时，在微波能量覆盖的范围内，如果有物体移动，将会以另一种频率反射，这样发射频率和反射频率有一个频率差异产生。 这种频率差异与很多因素有关，其中包括移动物体的速度，与探测器的径向角度等。 实际电路中，是由振荡器电路产生并发射近微波段电磁波形成微波场，天线把电R5120+ 5VDEC 16C 23C 26100pFC 1922uFC 18C 15220uFC 20C 25470uFC 22C 17C 2110uFC 2433uFR 1010KR 121KR937KR 111MR757KR634KR81MR 151MR 131KR 1451KR 111MS+I C 2VH+I C 4VL+I C 6VR+I C 3VH+I C 1I C 574 L S 32+ 5VI C 774 L S 11VC+ 5VU 01C 27R E S C TD4LEDGNDD3D I O D EAV0状态控制器延时时间定时器 TX封锁时间定时器 TIH on gW a i ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 装 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 订 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 线 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 共 50 页 第 11 页 信号转换为相应的电磁波辐射到周围空间，辐射半径可达 10m 以上 (如果想继续增大辐射半径或提高灵敏度可以通过调整天线的大小和方向来完成 )。 当有人在场中运动时，反射回去的 微波将发生频率变化，从而使微波探测器输出一个与人体运动速度有关的低频电信号。 根据该特性，也选择微波探测器用于盗情的检测。 环形天线和它周围的电阻、电容和 MOS 场效应管组成了近微波段高频自激振荡电路 (它的振荡频率在 1GHz 左右 )，微波探测器原理如图 36所示，当电路接通电源以后，振荡产生的单频、等幅信号通过外接天线发射到空间，产生一个立体空间微波防护区，天线既发射振荡信号，也接收回波。 反射回来的微波信号与原信号之间混频后 图 36 微波探测 器原理框图 产生微弱的频移信号，该信号送放大器进行放大。 放大后的信号送窗口式鉴幅比较输入端，经比较将一定强度的探测信号转换为宽度不同的等幅脉冲输出。 2．微波探测器电路设计 微波探测器电路使用的主要元件是单电源通用四运算放大器 KIA324P、环形天线、微波振荡管 C3355 及一些外围元器件，外接 +6V 电源。 其电路图如图 37。 当有人在该微波防护区内移动时，振荡频率和幅度发生相应的变化。 根据多普勒效应，该波动的频率与物体运动的快慢有关，而幅度与距离有关。 混频后高频信号因为过高而失去作用，剩下微弱的低频信号经 U1 作前级放大， 10uF 电容与 电阻构成充电电路，充电电压作为第一级比较器 U4 的基准电压，同时实现延时功能，即只有前级放大电压高于该参考电压时，输出才为高电平，此时， C9015 导通，最后信 号经 U2, U3 构成的窗口比较器比较后输出探测到的信号。 实验过程中报警范围实 图约为 7— 8米，探测到有效信号时，有 20 秒的报警信号输出， LED 发光做出预警指示，可有效的进行实时探测。 该电路可以工作在较宽的电压范围内 (标准电压是 32V，但实际可以工作在很宽的电压范围内 )，当检 测到异常信号时为高电平。 微波灵敏度和红外灵敏度通过步测的方法要分别调整，过高或过低的灵敏度都将影响防范效果。 微波探测器灵敏度通过调节比较器参考电压端电压来控制，红外探测器灵敏度通过调节输出延迟时间 TX 和触发封锁时间 Ti 来控制 ⑶。 电源 天线 微波震荡电路 前级放大 两级放大 比较电路 滤波电路 LED ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 装 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 订 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 线 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 共 50 页 第 12 页 R11KR2R E S 2V C CC1C A PC22 7 p FC31 0 u FQ1C 3 3 5 6R3R E S 2R4R E S 2G N DR57 . 5 KR61KV C CR77 . 5 KR8R E S 2R 1 2R E S 2R91 5 KC5C A PC4C A PR 1 1R E S 2G N DR 1 05 6 0G N DD1D I O D ER 1 21 0 0 KQ2C 9 0 1 5G N DR 1 51 3 4C71 0 u FV C CC61 0 u FR 1 32 0 KV C CR 1 41 0 KQ3C 9 0 4 1V C CD2L E DR 1 62 . 2 KG N DU 0 2I N I N +O U TU2O P A M PI N I N +O U TU3O P A M PI N I N +O U TU1O P A M PI N I N +O U TU4O P A M PW e i B o 图 37 微波探测器电路图 防火探测器电路设计 防火探测器是由温度探测、光电感烟探测和一氧化碳探测构成的复合型火灾探测器。 多传感器设计思 想解决了传统防火探测器一直存在的误报率高的问题，。