【正文】 裝置 ,它具有結(jié)構(gòu)簡單 ,性能可靠 ,精度高 ,反應(yīng)快等優(yōu)點 ,在現(xiàn)代 測量和自動控制系統(tǒng)中 ,應(yīng)用非常廣泛 ,是一種很有發(fā)展前途的新型傳感器 . (6)人體熱釋電紅外傳感器介紹和應(yīng)用 : 在電子防盜、人體探測器領(lǐng)域中，被動式熱釋電紅外探測器的應(yīng)用非常廣泛，因其價格低廉、技術(shù)性能穩(wěn)定而受到廣大用戶和專業(yè)人士的歡迎。 （ 7）無線紅外傳感器 無線紅外傳感器又名無線紅外探測器 無線智能幕簾 /廣角紅外探測器采用美國軍用紅外傳感器進行信號采集探測與摩托羅拉芯片組合集成單片機智能技術(shù)控制，自動溫度補償，微電流省耗，無誤報，無漏報，第 6 頁 探測距離遠，工作穩(wěn)定，性能可靠，外形精巧，美觀大方。機內(nèi)設(shè)置電源外撥 開關(guān)，外出設(shè)防可以接通電源，達到更加省電的效果。 它是根據(jù)人體紅外光譜而工作，當人體在其接收范圍內(nèi)活動時，探測器輸出報警信號，廣泛用于銀行、倉庫和家庭等場所的安全防范。 它是目前可靠性較高的產(chǎn)品，紅外探測部分采用報警器用傳感器和紅外專用處理IC。高頻發(fā)射部分采用最新聲表面（ S）穩(wěn)頻技術(shù)，配合成熟的外圍電路，使得產(chǎn)品具有紅外探測靈敏度好、誤報率低、高頻發(fā)射頻率穩(wěn)定、發(fā)射功率大的特點。 工作原理：紅外廣角型探頭的防范區(qū)域是以其透鏡始點，向前散發(fā) 120 度，長 12米的圓錐形的探測區(qū)域，在這區(qū)域內(nèi)，只要是熱能動物在 區(qū)域內(nèi)活動，其散發(fā)的紅外熱能將被吸收。 幕簾型探頭工作原理：紅外幕簾型探頭的防范區(qū)域是以其透鏡始點，向前散發(fā) 120度，長 12 米的圓錐形的探測區(qū)域，在這區(qū)域內(nèi)，只要是熱能動物在區(qū)域內(nèi)活動，其散發(fā)的紅外熱能將被吸收 熱釋電紅外傳感器的原理 熱釋電紅外線 (PIR)傳感器是 80 年代發(fā)展起來的一種新型高靈敏度探測元件。 是一種能檢測人體發(fā)射的紅外線而輸出電信號的傳感器，它能組成防入侵報警器或各種自動化節(jié)能裝置。 它能以非接觸形式檢測出人體輻射的紅外線能量的變化，并將其轉(zhuǎn)換成電壓信號輸出。將這個電壓信號加以放大 ，便可驅(qū)動各種控制電路 [2]。 如圖 1 示為熱釋電紅外傳感器的內(nèi)部電路框圖。 圖 1 熱釋電紅外傳感器的 內(nèi)部電路框圖 本設(shè)計所用的熱釋感器就采用這種雙探測元的結(jié)構(gòu)。 其工作電路原理及設(shè)計電路如圖 2 示 , 在 VCC 電源端利用 C1 和 R2 來穩(wěn)定工作電壓，同樣輸出端也多加了穩(wěn)壓元件穩(wěn)第 7 頁 定信號。當檢測到人體移動信號時，電荷信號經(jīng)過 FET 放大后，經(jīng)過 C2， R1 的穩(wěn)壓后使輸出變?yōu)楦唠娢唬俳?jīng)過 NPN 的轉(zhuǎn)化，輸出 OUT 為低電平。 RSY2 Y1R1 R2 C2 C1 R3 R4 Q2N P NQ1F E TV c c V C C3v 12vOUT 圖 2 熱釋電紅外傳感器原理圖 熱釋電紅外傳感器和熱電偶都是基于熱電效應(yīng)原理的熱電型紅外傳感器。不同的 是熱釋電紅外傳感器的熱電系數(shù)遠遠高于熱電偶，其內(nèi)部的熱電元由高熱電系數(shù)的鐵鈦酸鉛汞陶瓷以及鉭酸鋰、硫酸三甘鐵等配合濾光鏡片窗口組成，其極化隨溫度的變化而變化。為了抑制因自身溫度變化而產(chǎn)生的干擾 ， 該傳感器在工藝上將兩個特征一致的熱電元反向串聯(lián)或接成差動平衡電路方式，因而能以非接觸式檢測出物體放出的紅外線能量變化 ， 并將其轉(zhuǎn)換為電信號輸出。 熱釋電紅外傳感器在結(jié)構(gòu)上引入場效應(yīng)管的目的在于完成阻抗變換。由于熱電元輸出的是電荷信號，并不能直接使用 ， 因而需要用電阻將其轉(zhuǎn)換為電壓形式 ， 該電阻阻抗高達 104MΩ ，故引 入的 N 溝道結(jié)型場效應(yīng)管應(yīng)接成共漏形式 ， 即源極跟隨器來完成阻抗變換。 熱釋電紅外傳感器由傳感探測元、干涉濾光片和場效應(yīng)管匹配器三部分組成。設(shè)計時應(yīng)將高熱電材料制成一定厚度的薄片， 并在它的兩面鍍上金屬電極，然后加電對其進行極化，這樣便制成了熱釋電探測元。由于加電極化的電壓是有極性的，因此極化后的探測元也是有正、負極性的。 PIR 的原理特性 熱釋電紅外線傳感器主要是由一種高熱電系數(shù)制成的探測元件，在每個探測器內(nèi)裝入一個或兩個探測元件，并將兩個探測元件以反極性串聯(lián)，以抑制由于自身溫度升高而產(chǎn)生的干擾。 由探測元件將探測并接收到的紅外輻射轉(zhuǎn)變成微弱的電壓信號，經(jīng)裝在探第 8 頁 頭內(nèi)的場效應(yīng)管放大后向外輸出。 人體輻射的紅外線中心波長為 910um，而探測元件的波長靈敏度在 范圍內(nèi)幾乎穩(wěn)定不變。在傳感器頂端開設(shè)了一個裝有濾光鏡片的窗口，這個濾光片可通過光的波長范圍為 710um，正好適合于人體紅外輻射的探測，而對其它波長的紅外線由濾光片予以吸收，這樣便形成了一種專門用作探測人體輻射的紅外線傳感器。一旦人侵入探測區(qū)域內(nèi)，人體紅外輻射通過部分鏡面聚焦，并被熱釋電元接收，但是兩片熱釋電元接收到的熱量不同， 熱釋電也不同不能抵消，經(jīng)信號處理 而輸出電壓信號。 AT89C51 單片機的概述 （ 1） AT89C51 單片機的結(jié)構(gòu) AT89C51 單片機是美國 Atmel 公司生產(chǎn)低電壓，高性能 CMOS 8 位單片機，片內(nèi)含 4k bytes 的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器（ EPROM）和 128 bytes 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器(RAM)，器件采用 Atmel 公司的高密度、非易失性存取技術(shù)生產(chǎn)，兼容標準 MCS51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器（ CPU）和 Flash 存儲單元，功能強大 [3]。 AT89C51 單片機可提供許多高性 價比的應(yīng)用場合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。 圖 2 為 AT89C51 單片機的基本組成功能方塊圖。由圖可見，在這一塊芯片上，集成了一臺微型計算機的主要組成部分，其中包括 CPU、存儲器、可編程 I/O口、定時器 /計數(shù)器、串行口等，各部分通過內(nèi)部總線相連。下面介紹幾個主要部分。 外時鐘源 外部事件計數(shù) 外中斷 控制 并行口 串行通信 圖 3 AT89C51 功 能方塊圖 （ 2） AT89C51 的管腳說明 ATMEL 公司的 AT89C51 是一種高效微控制器。采用 40 引腳雙列直插封裝形式。振蕩器和時序 OSC 程序存儲器 4 KB ROM 數(shù)據(jù)存儲器 256 B RAM/SFR 定時器 /計數(shù)器 2 16 AT89C51 CPU 64 KB 總線 擴展控制器 可編程 I/O 可編程全 雙工串行口 內(nèi)中斷 第 9 頁 AT89C51 單片機是高性能單片機，因為受引腳數(shù)目的限制，所以有不少引腳具有第二功能。 VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0 口： P0 口為一個 8位漏級開路雙向 I/O口，每腳可吸收 8TTL 門電流。當 P1 口的管腳第一次寫 1 時，被定義為高阻輸入。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。在 FLASH 編程時， P0 口作為原碼輸入口，當 FLASH 進行校驗時， P0 輸出原碼， 此時 P0 外部必須被拉高。 P1 口： P1 口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接收輸出4TTL 門電流。 P1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1 口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗時， P1 口作為第八位地址接收。 P2 口： P2 口為一個內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出 4個 TTL 門電流，當 P2 口被寫 1 時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣 故。 P2 口當用于外部程序存儲器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時， P2 口輸出地址的高八位。在給出地址 1 時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時， P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P2 口在 FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 P3 口： P3 口管腳是 8 個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4個 TTL 門電流。當 P3 口寫入 1 后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流。 P3 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口，如下表所示： P3 口管腳 備選功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） INT0（外部中斷 0） INT1（外部中斷 1） T0（記時器 0 外部輸入） T1（記時器 1 外部輸入） WR （外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） RD （外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） P3 口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。 RST：復(fù)位輸入。當振蕩器復(fù)位器件時，要保持 RST 腳兩個機器周期的高電平時 間。 ALE/PROG ：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許端的輸出電平用于鎖存地址的地第 10 頁 址字節(jié)。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個 ALE 脈沖。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。此時， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令時 ALE 才起作用。 PSEN：外部程序存儲器的選通信號端。 在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次 PSEN 有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的 /PSEN信號將不出現(xiàn)。 EA /VP：當 EA 保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式 1 時， EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當 EA 端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在 FLASH 編程期間，此 引腳也用于施加 12V 編程電源 。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 XTAL2：反向振蕩器的輸出 ,如采用外部時鐘源驅(qū)動器件，應(yīng)不接。 （ 3）振蕩特性 XTAL1 和 XTAL2 分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件， XTAL2 應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。 （ 4）芯片擦除 整 個 PEROM 陣列和三個鎖定位的電擦除可通過 正確的控制信號組合，并保持 ALE管腳處于低電平 10ms 來完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫 “1” 且在任何非空存儲字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。 此外， AT89C51 設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下， CPU 停止工作。但 RAM，定時器，計數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存 RAM 的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復(fù)位為止。 我們常見的單片機就是 51 系列，但是他們根據(jù)類型和特性不同分為好多種 ,此次設(shè)計我們選擇了 AT89C51 單片機。 MCS51 是指由美國 INTEL 公司生產(chǎn)的一系列單片機的總稱，這一系列單片機包括了好些品種，如 8031， 8051， 8751， 8032， 8052， 8752 等，其中 8051是最早最典型的產(chǎn)品，該系列其它單片機都是在 8051 的基礎(chǔ)上進行功能的增、減、改變而來的，所以人們習慣于用 8051 來稱呼 MCS51 系列單片機，而 8031 是前些年在我國最流行的單片機，所以很多場合會看到 8031的名稱。 INTEL公司將 MCS51的核心技術(shù)授權(quán)給了很多其它公司，所以有很多公司在做以 8051為核心的單片機，當然 ，功能或多或少有些改變，以滿足不同的需求，其中 89C51 就是這幾年在我國非常流行的單片 機。 第 11 頁 89C51 的特性像上面都羅列了，它的只讀存儲器即 ROM 是電可擦除的，也稱為FLASHROM， 這就方便了我們的使用 ， 3 方案設(shè)計 總體設(shè)計思路 本設(shè)計包括硬件和軟件設(shè)計兩個部分。模塊劃分為 數(shù)據(jù)采集、鍵盤控制、報警等子模塊。電路結(jié)構(gòu)可劃分為：熱釋電紅外傳感器 、報警器、單片機控制電路、 LED 控制電路及相關(guān)的控制管理軟件組成。用戶終端完成信息采集、處理、數(shù)據(jù)傳送、功能設(shè)定、本地報警等功能。 就此設(shè)計的核心模塊來說，單片機就是設(shè)計的中心單元，所以此系統(tǒng)也是單片機應(yīng)用系統(tǒng)的一種應(yīng)用。單片機應(yīng)用系統(tǒng)也是有硬件和軟件組成。硬件包括單片機、輸入 /輸出設(shè)備、以及外圍應(yīng)用電路等組成的系統(tǒng)，軟件是各種工作程序的總稱。單片機應(yīng)用系統(tǒng)的研制過程包括總體設(shè)計、硬件設(shè)計、軟件設(shè)計等幾個階段。 從設(shè)計的要求來分析該設(shè)計須包含如下結(jié)構(gòu)： 熱釋電紅外傳感探頭電路 、報警電路、單片機、復(fù)位電路及相關(guān)的控制管理軟件組成；它們之間的構(gòu)成框圖如 圖 4 總體設(shè)計框圖所示： 第 12 頁 圖 4 總 體設(shè)計框圖 處理器采用 51 系列單片機 AT89C51。整個系統(tǒng)是在系統(tǒng)軟件控制下工作的。設(shè)置在