【正文】 ?黑龍江科技學(xué)院 課程設(shè)計報告 項 目 名 稱： 家用防盜報警器設(shè)計 所 屬 課 程： 傳感器及檢測技術(shù) 設(shè) 計 日 期： . 7 班 級 測控 091 班 學(xué) 號 09 號 姓 名 劉繼紅 指導(dǎo)教師 孫鵬 成 績 電氣與信息工程學(xué)院 2 課程設(shè)計報告說明 一、寫報告前，請認真閱讀《課程設(shè)計報 告說明》。 二、 打印裝訂要求 一律用 A4 紙，雙面打印，并左側(cè)裝訂，一式 1 份，并同時上交電子版（電子版上傳郵箱 ）?！墩n程設(shè)計報告說明》頁也打印。 課程設(shè)計概述部分 占一頁； 課程設(shè)計內(nèi)容長度 根據(jù)實際需要填寫； 結(jié)論和 指導(dǎo)教師評語及成績 單獨占一頁。保證打印格式工整。 三、報告內(nèi)容要求 課程設(shè)計目的結(jié)合實際自己寫，不要雷同 課程設(shè)計要求按下發(fā)的設(shè)計題目寫 課程設(shè)計原理簡要說明所完成課程設(shè)計項目所涉及的理論知識 課程設(shè)計內(nèi)容 這是 課程設(shè)計 報告極其重要的內(nèi)容。 概括整 個課程設(shè)計過程。（最好在上述內(nèi)容基礎(chǔ)上 畫出 相應(yīng)的 流程圖 、設(shè)計思路和設(shè)計方法， 再配以相應(yīng)的文字 進行 說明。 ） 3 一、課程設(shè)計概述 課程設(shè)計目的 以單片機為核心設(shè)計家用防盜報警器，實現(xiàn)在有他人非法入侵時，通過熱釋電紅外傳感器檢測后，進行聲光報警并通過 RS485 串行口通信，向小區(qū)保安室發(fā)出報警信號。同時通過顯示器顯示入侵時間，控制電機自動關(guān)閉窗口，另外用按鍵可以調(diào)整顯示內(nèi)容、復(fù)位、取消報警等。 課程設(shè)計要求 檢測他人非正常入侵范圍 6 米至 8 米。 傳感器探測角度：水平 120 米，垂直 60 米。 供電電源交流 220V。 課程設(shè)計原理 人體都有恒定的體溫，一般在 37 度，所以會發(fā)出特定波長 10UM 左右的紅外線，被動式紅外探頭就是靠探測人體發(fā)射的 10UM 左右的紅外線而進行工作的。人體發(fā)射的 10UM 左右的紅外線通過菲泥爾濾光片增強后聚集到紅外感應(yīng)源上。紅外感應(yīng)源通常采用熱釋電元件，這種元件在接收到人體紅外輻射溫度發(fā)生變化時就會失去電荷平衡，向外釋放電荷，后續(xù)電路經(jīng)檢測處理后就能產(chǎn)生報警信號。熱釋電紅外傳感器的結(jié)構(gòu)圖及內(nèi)部電路如圖 1 所示： 圖 1 熱釋電紅外傳感器內(nèi)部的熱釋電晶體具有極化現(xiàn)象，并且隨溫度的變化而變 4 化。當(dāng)恒定的紅外輻射照射在探測器上時，熱釋電晶體溫度不變，晶體對外呈電中性，探測器沒有電信號輸出，因而恒定的紅外輻射不能被檢測到。當(dāng)交變的紅外線照射到晶體表面時，晶體溫度迅速變化，這時才發(fā)生電荷的變化，從而形成一個明顯的外電場，這種現(xiàn)象稱為熱釋電效應(yīng)。由于熱釋電晶體輸出的是電荷信號，不能直接使用，需要用電阻將其轉(zhuǎn)換為電壓形式，該電阻阻抗高達 10000 兆歐，故引入 N 溝道結(jié)型場效應(yīng)管接成共漏形式（即源極跟隨器）來完 成阻抗變換。 本設(shè)計采用的是雙探測元件熱釋電紅外傳感器，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖 2 所示。該傳感器將兩個特性相同的熱釋電晶體逆向串聯(lián)，用來防止其他紅外光引起傳感器誤動作。另外，當(dāng)環(huán)境溫度改變時，兩個晶體的參數(shù)會同時發(fā)生變化，這樣可 以相互抵消，避免出現(xiàn)檢測誤差。 為了提高探測器的探測靈敏度以增大探測距離，一般在探測器的前方裝設(shè)一個菲涅爾透鏡，該透鏡用透明塑料制成，將透鏡的上、下兩部分各分成若干等份，制成一種具有特殊光學(xué)系統(tǒng)的透鏡，它和放大電路相配合，可將信號放大 70 分貝以上，這樣就可以測出 10 到 20 米 范圍內(nèi)人的行動。菲涅爾透鏡利用透鏡的特殊光學(xué)原理，在探測器前方產(chǎn)生一個交替變化的“盲區(qū)”和“高靈敏區(qū)”，以提高它的探測接收靈敏度。當(dāng)有人從透鏡前走過時，人體發(fā)出的紅外線就不斷地 交替從“盲區(qū)”進入“高靈敏區(qū)”，這樣就使接收到的紅外信號以忽強忽弱的脈沖形式輸入，從而增強其能量幅度。 圖 2 5 二、課程設(shè)計內(nèi)容 本系統(tǒng)以 ATMEL 公司的 AT89S52 單片機為控制核心，采用 Hamamatsu Corp公司的 P2288 熱釋電紅外傳感器 。 硬件電路包括： 信號檢測及放大電路 、鍵盤控制 電路 、 聲光 報警 電路、時間顯示電路、 RS485 串行通信 電路、電機驅(qū)動電路、復(fù)位電路、時鐘電路、電源電路及下載口電路等 。 用戶終端完成信息采集、處理、數(shù)據(jù)傳送、 入侵時間顯示 、本地報警等功能。 系統(tǒng) 框圖如圖 3 所示： 圖 3 設(shè)定報警部分為本系統(tǒng)主體工作部分，即實時監(jiān)控房內(nèi)安全情況，在軟件上表現(xiàn)為主循環(huán)，當(dāng)有鈴聲信號或設(shè)定信號時才中斷去執(zhí)行相 應(yīng)操作。在此我們需要對人體的紅外輻射敏感并且抗干擾的傳感器，為此我們選用被動式紅外傳感器，并在它的輻射照面覆蓋特殊的菲涅爾透鏡，使環(huán)境的干擾受到明顯的控制作用。設(shè)定部分的功能是存儲入侵時間，為了降低系統(tǒng)成本，采用數(shù)碼管顯示。 當(dāng)紅外線人體檢測電路檢測到有人入侵時，信號會被放大傳給單片機，單片機會控制發(fā)出聲光報警、通過 RS485 串行通信通知小區(qū)保安室、驅(qū)動電機自動關(guān)閉窗口、存儲當(dāng)前入侵時間并顯示出來。當(dāng)小區(qū)保安到達后手動復(fù)位即可實現(xiàn)消除報警。 聲光報警電路 AT89S52 紅外信號檢測電路 放大 復(fù)位電路 時鐘電路 下載口電路 數(shù)碼顯示電路 RS485 串行通信電路 電源電路 鍵盤電路 電機驅(qū)動電路 PC 機 6 信號檢測電路 紅外傳感器信號檢測電路如圖 4 所示。 123P2288 紅外傳感器R847kC1100uFR21kR3R1200R510kR6220kC747uFC847uF/16VR41MC922uF/16VDW16VC11231114U3ALM324Q ？ 19014+5V紅外檢測 圖 4 配以菲涅爾透鏡抗阻匹配用場效應(yīng)管組成的熱釋電紅外傳感器 P2288，以非接觸方式檢測出來自人體的紅外輻射并將其轉(zhuǎn)換成電信號。 P2288 的 1 腳為電源引腳接 +5V 電源， 2 腳為輸出引腳， 3 腳接地，有效探測范圍在 10m 左右。在正常狀態(tài)下，若沒有人員的活動， P2288 的 2 腳沒有輸出，處理電路的輸出端口保持低電平；若在其探測范圍內(nèi)有人員的活動，則 P2288 的輸出引腳就輸出一個微弱的電流，經(jīng) R1 轉(zhuǎn) 化成電壓值加在一個單管共射放大電路的輸入端，經(jīng)放大后送至 LM324 組成的比較器，產(chǎn)生一個高電平輸出。 單片機工作的最小系統(tǒng)電路 如圖 5 所示， 單片機工作需要系統(tǒng)時鐘電路、復(fù)位電路及 +5V 供電 。 7 12345(MOSI)6(MISO)7(SCK)8RST9(RxD)10(TxD)11(INT0)12(INT1)13(T0)14(T1)15(WR)16(RD)17XTAL218XTAL119VSS20(A8)21(A9)22(A10)23(A11)24(A12)25(A13)26(A14)27(A15)28PSEN29ALE30EA/VPP31(AD7)32(AD6)33(AD5)34(AD4)35(AD3)36(AD2)37(AD1)38(AD0)39VCC40U4AT89S52C1030PFC1230PF12Y1C1310uFR161KKP11 2 3 4 5 6 7 8 9P1+5 圖 5 選用 ATMEL 公司的 AT89S52 單片機。 51 系列 是單片機的主流系列， 51 系列單片機的發(fā)展已經(jīng)有比較長的時間，應(yīng)用比較廣泛，各種技術(shù)都比較成熟， 軟硬件應(yīng)用設(shè)計資料豐富齊全。為了提高指令的執(zhí)行速度和效率 ，采用了面向控制的結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)的獨立 CPU，即選擇 Atmel 公司的 AT89S52 單片機。 AT89S52 是低功耗，高性能，采用 CMOS 工藝的 8 位單片機。其片內(nèi)具有 8KB 的可在線編程的 Flash 存儲器。應(yīng)用靈活 且 具有較高的性能價格比 ，節(jié)省成本。 單片機的晶振用的是 ，當(dāng) 單片機與其他設(shè)備通信時，基本上選用的晶振都是 ，因為它理論上產(chǎn)生的波特率誤差為 0，只是晶振頻率受外界影響會有點誤差。 P0口是 開漏結(jié)構(gòu) ， 作為通用的 IO 口使用時 ， 一般接排阻拉高電平 。 電源電路 如圖 6 所示，為該系統(tǒng)的供電 電路， 采用一個 220/15 伏變壓器降壓，再經(jīng)過整流、濾波、 7812 和 7805 三端穩(wěn)壓 ， 主要提供 +5V 電源，為電機提供 +12V 電源。 D11N4007D31N4007D41N4007D21N4007+12 +5C2470uFC5104C3470uFC4470uFC6104IN12OUT3GNDU17812IN12OUT3GNDU27805T?AC 220V 圖 6 8 聲光報警電路 如圖 6 所示，該部分為聲光報警電路，當(dāng)單片機收到信號檢測電路傳來的入侵信號后，給 和 引腳低電平，即三極管基極為低電平，集電極為高，則發(fā)射極導(dǎo)通，蜂鳴器發(fā)聲，發(fā)光二極管發(fā)光，通過軟件控制相應(yīng)的單片機引腳變化從而實現(xiàn)相應(yīng)的動作。 R261KR2930+512LS1Q98550D10LEDR27120 圖 6 數(shù)碼顯示電路 為實現(xiàn)顯示入侵時間，選用了 2 個四位一體數(shù)碼管，分別用來顯示：小時、分鐘、秒。如圖 7 12345(MOSI)6(MISO)7(SCK)8RST9(RxD)10(TxD)11(INT0)12(INT1)13(T0)14(T1)15(WR)16(RD)17XTAL218XTAL119VSS20(A8)21(A9)22(A10)23(A11)24(A12)25(A13)26(A14)27(A15)28PSEN29ALE30EA/VPP31(AD7)32(AD6)33(AD5)34(AD4)35(AD3)36(AD2)37(AD1)38(AD0)39VCC40U4AT89S521 2 3 4 5 6 7 8 9P1+5f10g5e1d2c4dp3b7a11DIG112DIG29DIG38DIG46DS1f10g5e1d2c4dp3b7a11DIG112DIG29DIG38DIG46DS2R9 470R12 470R10 470R11 470R7 470R15 470R13 470R14 470R20 4K7R17 4K7R18 4K7R19 4K7R24 4K7R21 4K7R22 4K7R23 4K7+5b ba ac cd de ef fg gdp dpdpabcdefgQ18550Q28550Q38550Q48550Q58550Q68550Q78550Q88550KP3 KP4KP2 KP5