基于单片机的红外防盗报警器设计

基于单片机的红外防盗报警器设计内容摘要：

民社区等社会力量投资建设的监控系统，大量的业主可支配控制的摄像机的安装使用使得视频复核的难度大幅降低，而矩阵、 DVR、第三方综合管理软件等各类主控设备和平台，在智能化联动处理方面的功能完善也简化了集成管理的复杂度。 （ 2） 传输 IP 化 此外，由于目前大多数中小型防 盗报警系统的业主尚未接受报警服务收费的消费观念，接警中心的主要服务客户便集中在银行、文博、学校等重点防范单位。 普通用户只能自行管理使用防盗报警系统，而诸如即时报警、延时报警、 24 小时防区等专业报警主机的复杂功能设置很难全面掌握，更不用说快速应用，通过与视频监控系统的绑定，则可以简化系统使用难度，让使用者通过直观简便的图像观察与报警探测结合起来进行日常安保工作。 报警信息数字化，不仅可以解决报警信息数据的多系统多平台共享问题，还可以减少数据传输过程中受到的误报干扰。 误报警是指在没有出现危险情况时，报警系统发出了 报警信号，引起误报的原因包括报警技术是否先进、报警探测器是否合格、系统设计是否周全、施工环节是否合理、用户使用是否正确等。 而在报警信息传输过程中的环境影响 (比如报警通讯线路与动力线 /照明线等强电间距过小时且未采取防电磁干扰措施 )，通过 IP 化处理就可以大幅削弱。 目前大多数平台系统的数据接口还是传统的 RS232/485/422 格式，在实时性、准确性、可靠性、交互性等方面上均有不足，而以太网通讯技术对于串口通讯是一种比较彻底的技术革新。 以太网的优势在于不仅传输距离不限、数据传输速率高、采用标准的通讯协议，网络 底层具有 CRC 校验、重发机制，协议上层增加了可靠的握手协议，保证南昌工程学院本科毕业论文 5 了数据的可靠性。 在网络上传输时，通讯数据采用了加密传输，同时对发送数据端进行身份识别，隔离了外界的干扰，保障了通信的稳定。 将报警信息用标准的 TCP/IP 协议封装后，由于指令规范，与监控、消防、楼控、门禁等平台的集成融合更灵活更先进。 基于 TCP/IP 方式的网络通讯，还可以通过在线检测缩短故障范围，快速排查问题节点。 IP 化的技术风潮已经席卷安防各子系统，百万像素摄像机、网络视频编解码器、智能网络矩阵、网络门禁、智能视频分析等，防盗报警系统也要应需 而变，将通过光电生物探测技术获知的入侵行为转化为数字信息，提供给其它子系统进行综合处理。 设计任务与要求 （ 1） 该设计包括硬件设计和软件设计两个部分。 模块划分为 数据采集、中断控制、报警等模块组成。 (2)本红外线防盗报警系统由 热释电红外传感器 、单片机控制电路、 LED 控制电路、报警器及相关的控制管理软件组成。 (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，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。 (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是能有效判断是否有人员进入。 至于报警可采用声光信号。 第二章 主要元器件选择与介绍 6 第二章 主要元器件选择与介绍 传感器介绍 现在有关家庭防盗的传感器种类非常多，有门磁传感器、红外线反射开关无线探头、振动位移传感器、人体热释电传感器、雷达波人体检测无线探头等等。 本系统考虑到不仅要满足可靠性探测的需求， 同时还需要考虑安装操作简便和经济实用，所以本设计选用了人体热释电红外传感器完成防盗监测。 当盗贼企图从门窗进入室内进行盗窃时，人体热释电传感器可以检测到人体移动的红外信号，从而进行报警。 热释电红外线传感器简单介绍 热释电红外线 (PIR)传感器主要是由一种高热电系数的材料，如锆钛酸铅系陶瓷、钽酸锂、硫酸三甘钛等制成尺寸为 2*1mm 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。 为了提高探测器的探测灵敏度以增大探测距离，一般在探测器的前方装设一个菲涅尔透镜，该透镜用透明塑料制成，将透镜的上、下两部分各分成若干等份，制成一种具有特殊 光学系统 的透镜，它和放大电路相配合，可将信号放大 70 分贝以上，这样就可以测出 1020 米范围内人的行动。 热释电红外传感器结构 热释电红外传感器系统主要有光学系统、热释电红外探测头、信号滤波和放大 、信号处理电路等几部分组成。 其组成框图如图 21 所示： 图 21 热释电红外传感器系统组成框图 菲涅尔 透镜 热释电红外传感器 待测目标 信号处理 电源 报警电路 南昌工程学院本科毕业论文 7 热释电效应 由于温度的变化 ,热释电晶体和压电陶瓷等会出现结构上的电荷中心相对位移 ,使它们的自发极化强度发生变化 ， 从而在它们的两端产生异号的束缚电荷 ,这种现象称为热释电效应。 具有这种性质的材料称为热释电体。 压电陶瓷属于热释电体。 若不考虑温度的不均匀性 ,热释电体一般具有一级和二级热释电效应。 其中二级热释电效应是由于温度变化引起材料形变 ,再由压电效应产生电荷的二级效应。 一般情况下 ,若温度变化率相同 ,升降温过程中产生的热释电电荷大小相等 ,但符号相反。 菲涅尔透镜及其基本原理 菲涅尔透镜多是由聚烯烃材料注压而成的薄片，镜片表面一面为光面，另一面刻录了由小到大的同心圆。 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。 菲涅尔透镜可按照光学设计或结构进行分类。 菲涅尔透镜作用有两个：一是聚焦作用；二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。 菲涅尔透镜的工作原理十分简单：假设一个透镜的折射能 量仅仅发生在光学表面（如：透镜表面），拿掉尽可能多的光学材料，而保留表面的弯曲度，如图 22。 图 22 传统透镜到菲涅尔透镜结构的变化 另外一种理解就是，透镜连续表面部分“坍陷”到一个平面上。 如图 23。 第二章 主要元器件选择与介绍 8 图 23 塌陷到平面 从剖面看，其表面由一系列锯齿型凹槽组成，中心部分是椭圆型弧线。 每个凹槽都与相邻凹槽之间角度不同，但都将光线集中一处，形成中心焦点，也就是透镜的焦点。 每个凹槽都可以看做一个独立的小透镜，把光线调整成平行光或聚光。 这种透镜还能够消除部分球形像差。 简单地说，菲涅尔透镜一 面是平坦的，另一面是凸起的。 人们首次使用菲涅尔透镜是在 18 世纪初，当时它被用在灯塔的探照灯上，聚焦射出来的光束。 当人们需要一面又薄又轻的透镜时，塑料菲涅尔透镜便派上了用场。 尽管成像质量不如玻璃透镜，但是在很多应用中我们并不需要完美的图像质量。 菲涅尔透镜利用透镜的特殊光学原理在探测器前方产生一个交替变化的“盲区”和“高灵敏区”以提高它的探测接收灵敏度。 当有人从透镜前走过时人体发出的红外线就不断地交替从“盲区”进入“高灵敏区”这样就使接收到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。 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 ~20um 范围内几乎稳定不变。 在传感器顶端开设了一个装有滤光镜片的窗口这个滤光片可通过光的波长范围为 7~10um正好适合于人体红外辐射的探测而对其它波长的红外线由滤光片予以吸收这样便形成了一种专门用作探测人体辐射的红外线传感器。 热释电红外传感器工作原理 本设计所用的热释感器就采用的是 双探测元的结构。 其工作电路原理及设计电路如 图 24 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。 南昌工程学院本科毕业论文 9 RSY2 Y1R1 R2 C2 C1 R3 R4 Q2N P NQ1F E TV c c V C C3v 12vOUT 图 24 热释电红外传感器原理图 热释电红外传感器引脚图介绍 本系统采用的热释电红外传感器成品的引脚示意图如图 25 所示，引脚功能如下： 数字 1 脚：电源负极 数字 2 脚：信号输出，高电平有效， 4～ 6V 和工作电压有关 数字 3 脚：电源正极 DC6～ 9V W1：灵敏度调整 W2：输出延时调整 5～ 120 秒 图 25 热释电红 外传感器 的引脚示意图 它的 技术参数 如下 ： 工作电压： DC6～ 9V 电平输出：和电源电压相同 感应角度：水平： 90～ 140 度；垂直： 15～ 30 度 静态电流：小于 750μ A 无信号输出： 0V 第二章 主要元器件选择与介绍 10 感应距离： ～ 15 米 外形尺寸： 28mm 38mm 高 25 毫米（最高点） 输出电平： 4～ 6V 与工作电压有关 工作时间：可调 5120 秒范围 当探测器检测到异常的情况，由 2 脚输出一个高电平，发送到单片机上，单片机做出报警处理。 AT89C51 单片机简单概述 AT89C51 单片机的结构 AT89C51 单片机是美国 Atmel 公司生产的一种带 4K 字节 FLASH 存储器的低电压、高性能 CMOS 8 位 微处理器 ，俗称 单片机。 该器件采用 ATMEL 高密度非易失 存储器 制造技术制造，与工业标准的 MCS51 指令集和输出管脚相兼容， ATMEL 的 AT89C51 是一种高效微控制器。 AT89C51 单片机可提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域，同时也为很多 嵌入式控制系统 提供了一种灵活性高且价廉的方案。 图 26 为 AT89C51 单片机的基本组成功能方块图。 由图可知，在这一块 芯片中，集成了一台微型计算机的各个主要组成部分，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。 南昌工程学院本科毕业论文 11 外时钟源 外部事件计数 外中断 控制 并行口 串行通信 图 26 AT89C51 功能方块图 AT89C51 管脚说明 ATMEL 公司的 AT89C51 是一种高效微控制器。 采用 40 引脚双列直插封装形式。 AT89C51 单片机 是高性能单片机，因为受引脚数目的限制，所以有不少引脚具有第二功能。 VCC：供电电压。 GND：接地。 P0 口： P0 口为一个 8 位漏级开路双向 I/O 口，每脚可吸收 8TTL 门电流。 当 P1 口的管脚第一次写 1 时，被定义为高阻输入。 P0 能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据 /地址的第八位。 在 FLASH 编程时， P0 口作为原码输入口，当 FLASH进行校验时， P0 输出原码，此时 P0 外部必须被拉高。 P1 口： P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， P1 口缓冲器能接收输出4TTL 门电流。 P1 口管脚写入 1 后，被 内部上拉为高，可用作输入， P1 口被外部下拉振荡器和时序 OSC 程序存储器 4 KB ROM 数据存储器 256 B RAM/SFR 定时器 /计数器 2 16 AT89C51 CPU 64 KB 总线 扩展控制器 可编程 I/O 可编程全 双工串行口 内中断 第二章 主要元器件选择与介绍 12 为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。 在 FLASH 编程和校验时， P1 口作为第八位地址接收。 P2 口： P2 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， P2 口缓冲器可接收，输出 4个 TTL 门电流，当 P2 口被写 1 时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。 并因此作为输入时， P2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。 这是由于内部上拉的缘故。 P2 口当用于外部程序存储器或 16 位地址外部数据存储器进行存取时， P2 口输出地址的高八位。 在给出地址 1 时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地 址数据存储器进行读写时，P2 口输出其特殊功能寄存器的内容。 P2 口在 FLASH 编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3 口： P3 口管脚是 8 个带内部上拉电阻的双向 I/O 口，可接收输出 4 个 TTL 门电流。 当 P3 口写入 1 后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。 作为输入，由于外部。