【正文】 23是紅外監(jiān)測電路的基本工作原理框圖。環(huán)境背景輻射對兩個熱釋 元件幾乎具有相同的作用，使其產(chǎn)生釋電效應(yīng)相互抵消，于是探測器無信號輸出。 （ 1）這種探頭是以探測人體輻射為目標(biāo)的。這種傳感器無需紅外線發(fā)射源且靈敏度高、控制范圍大、隱蔽性好。當(dāng)紅外線照射熱釋電元件時，其內(nèi)部極化作用發(fā)生很大的變化，其變化部分作為電荷釋放出，從外部取出該電荷就變成傳感器的輸出電壓。當(dāng)報警延遲一段時間后自動解除，也可人工手動解除報警信號，然后系統(tǒng)進(jìn)入下一次循環(huán)掃描。 基于單片機的紅外監(jiān)測與報警設(shè)計與實現(xiàn) 4 第二章 硬件系統(tǒng)的設(shè)計原理及器件選擇 該系統(tǒng)主要由穩(wěn)壓電源電路模塊、紅外監(jiān)測電路模塊和單片機電路模塊三大部分構(gòu)成。 第四章軟件設(shè)計，介紹軟件的工作流程以及主要子程序的簡介。主要研發(fā)內(nèi)容包含采用低功耗、低成本單片機電路設(shè)計；基于熱釋電紅外傳感器的監(jiān)測電路設(shè)計；位置信息顯示與聲光報警電路設(shè)計；穩(wěn)壓電源電路設(shè)計；系統(tǒng)控制軟件設(shè)計與實現(xiàn)等。 本論文針對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需求，研究設(shè)計低成本、實用性強的紅外監(jiān)測與報警設(shè)備。 這種設(shè)計方案實現(xiàn)了實時監(jiān)控、顯示方位和報警機制。這種防盜器安裝隱蔽，不易被盜賊發(fā)現(xiàn)。因此，如何采用防盜報警等監(jiān)控設(shè)備保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)安全成為規(guī)模生產(chǎn)必須解決的問題。主要原因是受農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件及環(huán)境的制約，多數(shù)產(chǎn)品工作不可靠、適應(yīng)性差并且價錢昂貴，而廣大農(nóng)民所需要的是一種使用方便，性能可靠，價錢便宜又經(jīng)久耐用的報警器。當(dāng)警戒區(qū)內(nèi)無盜賊出現(xiàn)時，紅外輻射場處于穩(wěn)定狀態(tài)，紅外傳感器無信號輸出。其中反射式光學(xué)系統(tǒng)的靈敏度最高，其探測距離可達(dá) 25～ 60m；透射式的靈敏度最低，探測距離為 2～ 10m；折射式居中，兼有反射式和透射式的優(yōu)、缺點?；诩t外探測技術(shù)的紅外入侵報警器又稱紅外防盜報警器，作為一種新的技術(shù)，它已越來越得到社會各界的重視和廣泛應(yīng)用。紅外線可分為三部分，即近紅外線，波長為 ～ ；中紅外線，波長為 ～ ；遠(yuǎn)紅外線，波長為 ～ 1000pm之間。紅外線由德國科學(xué)家霍胥爾于 1800年發(fā)現(xiàn)，又稱為紅外熱輻射（ Infrared Radiation）。尤其是在跨入新千年以后，紅外技術(shù)得到了迅猛的發(fā)展，紅外探測技術(shù)已滲透到國民經(jīng)濟的各行各業(yè)和人們生活的方方面面。目前與紅外傳感器配套的光學(xué)系統(tǒng)有三種：即反射式、透射式和折射式。其工作原理為： 由多元組合菲涅爾透鏡構(gòu)成一定視場和距離的警戒區(qū)，監(jiān)視警戒區(qū)內(nèi)紅外輻射量的變化。對于防盜報警方面，其產(chǎn)品主要在家庭保安以及銀行、商場等有特殊保安要求的場合應(yīng)用廣泛，但用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面的產(chǎn)品較少。目前大部分生產(chǎn)基地采取了防護(hù)圍墻、 24 小時值班、定期巡邏等人工方式，導(dǎo)致大量人力和物力開銷。本系統(tǒng)采用了熱釋電紅外傳感器，它的制作簡單、成本低，安裝比較方便，而且防盜性能比較穩(wěn)定，抗干擾能力強、靈敏度高、安全可靠。當(dāng)有移動物體進(jìn)入某一位置的監(jiān)測范圍時，紅外探測裝置監(jiān)測到該物體，并對標(biāo)識位置信息，通過不同編碼的聲光進(jìn)行報警。論文的順利完成，對設(shè)施農(nóng)業(yè)安全生產(chǎn)具有重要意義，并具有一定的實用價值。 該系統(tǒng)采用單片機控制，外圍電路包含 多個紅外監(jiān)測電路、顯示模塊和聲光報警模塊，并由穩(wěn)壓電源電路提供動力。 第三章硬件電路設(shè)計及 PCB制板，介紹具體硬件電路的設(shè)計 以及 設(shè)計 PCB板。 第七章結(jié)論及展望，介紹本設(shè)計的結(jié)論以及本設(shè)計存在的不足，對將來研究的展望。單片機電路模塊收到告警信息后判斷是否報警，如果滿足報警條件，單片機將發(fā)出控制信號，驅(qū)動聲光報警和相應(yīng)的數(shù)碼顯示，完成相應(yīng)動作。所謂熱釋電效應(yīng)是指當(dāng)一些晶體（如鈮酸鋰、鉭酸鋰、鈦酸鋇、鋯鈦酸鉛等）受熱時，在晶體兩端會產(chǎn)生數(shù)量相等而符號相反的電荷，這種由于熱變化產(chǎn)生的電極化現(xiàn)象，被稱為熱釋電效應(yīng)。被動紅外報警器的特點是能夠響應(yīng)入侵者在所防范區(qū)域內(nèi)移動時所引起的紅外輻射變化，并能使監(jiān)控報警器產(chǎn)生報警信號，從而完成報警功能。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。 （ 3）被動紅外探頭，其傳感器包含兩個互相串聯(lián)或并聯(lián)的熱釋電元件，而且制成的兩個電極化方向正好相反，目的是消除因環(huán)境和自身變化引起的干擾。 （ 4）一旦人進(jìn)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)信號處理而報警。在運算放大器方面，選擇價格便宜的帶差動輸入功能的四運算發(fā)達(dá)器 LM324N。 應(yīng)用 圖 25是 RE200B的基本輸出應(yīng)用。 10Bb。 被動紅外穿透力差，人體的紅外輻射容易被遮擋，不易被探頭接收。 使用傳感 器 時，管腳的彎曲或焊接部位應(yīng)離開管腳基部 4mm以上。 熱釋電紅外傳感器探測范圍內(nèi)不得隔屏、家具、大型盆景或其他隔離物。圖 26是 LM324N的管腳排列圖，其性能特點如下： 圖 25 RE200B 基本應(yīng)用 基于單片機的紅外監(jiān)測與報警設(shè)計與實現(xiàn) 8 輸入端具有靜電保護(hù)功能 消耗電流小 其運算放大公式如下： 單片機電路工作原理 單片微型計算機簡稱單片機，又稱微控制器、嵌入式微控制器等，屬于第四代電子計算機 。單片機的主要特點有： 1)具有優(yōu)異的性能價格比； 2)集成度高、體積小、可靠性高； 3)控制功能強； 4)低電壓，低功耗。 在單片機選用方面，由于 AT89系列單片機與 ，所以，本系統(tǒng)中的單片機選用 ATMEL公司生產(chǎn)的 AT89C51芯片。與 MCS51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容 128 8字節(jié)內(nèi)部 RAM 三級加密程序存儲器 圖 29 AT89C51 的引腳圖 單片機數(shù) 碼 顯 示光 報 警聲 報 警時 鐘 電 路復(fù) 位 電 路紅 外 監(jiān) 測 電 路 1紅 外 監(jiān) 測 電 路 2紅 外 監(jiān) 測 電 路 3紅 外 監(jiān) 測 電 路 4驅(qū) 動驅(qū) 動驅(qū) 動 圖 28 單片機電路工作原理框圖 基于單片機的紅外監(jiān)測與報警設(shè)計與實現(xiàn) 10 儲藏溫度： 65℃ ～ +150℃ 最小系統(tǒng) 單片機的最小系統(tǒng)是指單片機能正常工作所必須的外圍元件，主要可以分為時鐘電路和復(fù)位電路。 10pF。 穩(wěn)壓電源電路的基本原理是： 220V交流市電經(jīng)變壓器降壓，橋式整流器整流，電解電容和瓷片電容濾波，三端穩(wěn)壓器穩(wěn)壓，電解電容和瓷片電容的再次濾波，最后得到整個系統(tǒng)所要求的 +5V穩(wěn)定直流電源。 L7805CV在降壓電路中應(yīng)注意以下事項： 輸入輸出壓差不能太大，太大則轉(zhuǎn)換效率急速降低，而且容易擊穿損壞； 輸出電流不能太大， 。其左邊兩個是輸入電源的濾波電容，一般大電容旁邊并聯(lián)一個小電容的目的是降低高頻內(nèi)阻，因為大的電解電容一般采用卷繞工藝制造，所以等效電感較大，小瓷片電容可以提供一個小內(nèi)阻的高頻通道，降低電源全頻帶內(nèi)阻。 該章節(jié)構(gòu)建了硬件系統(tǒng)的大體框架，下一步將進(jìn)行具體電路的連接。這樣單片機電路就可以對四個紅外監(jiān)測電路進(jìn)行循環(huán)掃描，構(gòu)成報警系統(tǒng)。下面將分別介紹紅外監(jiān)測電路、單片機電路和穩(wěn)壓電源電路的硬件電路設(shè)計及 PCB制板。其中 RE200B芯片和 LM324N芯片均是個人封裝。其中74LS08芯片為四與門芯片，當(dāng) ～，外部中斷 INT0便為低電平，單片機執(zhí)行中斷程序。數(shù)據(jù)端口由 P0口控制，位控制端口由 口控制，當(dāng) ，數(shù)碼管工作。 該電路主要由一個 AT89C51芯片、一個與門 74LS08芯片、一個共陰極七段數(shù)碼管7SEGMPX1CC、一個排阻、四個三極管 560一個 LED燈、一個蜂鳴器以及若干電阻電容組成。 制板 圖 310是單片機電路 Top Layer效果圖；圖 311是單片機電路 Bottom Layer效果圖。按此計算： P=5V 350mA= 考慮到預(yù)留一定的功率裕量，故采用功率為 4W，副線圈輸出電壓為 9V的變壓器。 制板 圖 313 是穩(wěn)壓電源電路 Top Layer 效果圖；圖 314 是穩(wěn)壓電源電路 Bottom Layer 效果圖。 本章完成了硬件電路的設(shè)計和 PCB制板，下一步就應(yīng)當(dāng)進(jìn)行軟件的設(shè)計了。 軟件流程圖 在本程序中，主要采用 INT0中斷。在中斷服務(wù)程序中通過軟件查詢便可確定哪一個開 始初 始 化 數(shù) 據(jù)允 許 I N T 0 中 斷數(shù) 碼 顯 示 及 聲 光 報 警延 時 3 0 S等 待 I N T 0 中 斷YN返回 圖 42 軟件系統(tǒng)流程圖 第四章 軟件設(shè)計 23 是正在申請的中斷源，其查詢的次序決定了這些中斷源的優(yōu)先級。圖 43是 延時子程序 流程圖。 開 始數(shù) 碼 顯 示初 始 化 數(shù) 據(jù) R 3初 始 化 數(shù) 據(jù) R 2亮 燈喇 叭 響 0 . 0 2 sR 2 = 0 ？（ 滿 2 . 5 s ？ ）燈 滅 、 喇 叭 不 響延 時 0 . 5 sR 3 = 0 ？（ 循 環(huán) 兩 次 ？ ）延 時 4 . 0 sR 1 = 0 ？（ 循 環(huán) 三 個 周 期 ？ ）初 始 化 數(shù) 據(jù) R 1關(guān) 閉 報 警返 回YNNYN 圖 44 報警子程序流程圖 第四章 軟件設(shè)計 25 本章主要闡述了軟件的功能作用、工作流程及軟件的設(shè)計實現(xiàn)。 基于單片機的紅外監(jiān)測與報警設(shè)計與實現(xiàn) 26 第五章 軟件調(diào)試及電路仿真 Keil的軟件調(diào)試 目前 流行的 51 系列單片機開發(fā)軟件 Keil 是一個基于 32 位 Windows 環(huán)境的應(yīng)用程序 ， 支持 C 語言和匯編語言編程。工程的建立、設(shè)置、編譯 /匯編及連接產(chǎn)生目標(biāo)文件的方法非常易于掌握。緊接著對工程進(jìn)行設(shè)置，選擇工程管理窗口的 “Target1”，再選 擇 “ProjectOption for Target?Target1? ”（或點右鍵彈出快捷菜單再選擇該選項），打開工程屬性設(shè)置對 話框，共有 8 個選項卡，主要設(shè)置工作包括在 Target 選項卡中設(shè)置晶振頻率、在 Debug 選項卡中設(shè)置實驗仿真板等，如要寫片，還必須在 Output 選項卡中選中 “Creat Hex Fi”；其它選項卡內(nèi)容一般可取默認(rèn)值。如果發(fā)現(xiàn)程序有錯，可采用在線匯編功能對程序進(jìn)行在線修改（ DebugInline Assambly? ），不必執(zhí)行先退出調(diào)試環(huán)境、修改源程序、對工程重新進(jìn)行編譯 /匯編和連接、然后再次進(jìn)入調(diào)試狀態(tài)的步驟。圖 51是軟件調(diào)試示意圖。在編譯方面，它也支持 IAR、 Keil和 MPLAB等多種編譯器。目前支持的單片機類型有： ARM7(LPC21xx)、 8051/52系列、 AVR系列、 PIC10/12/16/18系列、 HC11系列以 及多種外圍芯片。 總之，該軟件是一款集單片機和 SPICE分析于一身的仿真軟件，功能極其強大。 單片機電路的仿真 在 Proteus繪制好原理圖后，調(diào)入已編譯好的目標(biāo)代碼文件 ?*.HEX?，可以在Proteus的原理圖中看到模擬的 電路 運行狀態(tài)和過程。 圖 52 穩(wěn)壓電源電路仿真圖 第六章 系統(tǒng)的調(diào)試及性能測試 29 圖 54 單片機電路仿真圖 圖 53 AT89C51 調(diào)入編譯程序示意圖 基于單片機的紅外監(jiān)測與報警設(shè)計與實現(xiàn) 30 結(jié) 本章主要闡述了系統(tǒng)軟件的調(diào)試和電路的仿真。下一步將完成系統(tǒng)的調(diào)試以及性能測試。下面進(jìn)行系統(tǒng)的硬件調(diào)試和模擬運行。 經(jīng)測試，穩(wěn)壓電源電路的輸出電壓為 V左右，紅外監(jiān)測電路的輸出電平為 左右。 (3)把探測頭置于一定的高度時，被測物由垂直最小的距離往兩邊逐漸擴大距離，測出傳感器最大測量角度。 在完成系統(tǒng)的軟件、硬件設(shè)計之后，面臨著下一個重要而復(fù)雜的問題是進(jìn)行系統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計和調(diào)試，在此過程中碰到許多意想不到的問題。 該系統(tǒng)基于單片機技術(shù)，采用多方位紅外監(jiān)測方式實現(xiàn)入侵方位確定，并通過多種預(yù)警方式，將不同位置的報警信息通知用戶及時處理。 最后將設(shè)計方案用 Protel DXP 2021制成了 PCB板，通過 KEil軟件和 Proteus軟件實現(xiàn)了系統(tǒng)的仿真。 本課題主要根據(jù)用戶的需求和產(chǎn)品的性價比進(jìn)行報警器的研制工作，所研制的產(chǎn)品能滿足基本的報警要求。首先，增加自動撥號報警功能，利用接口通信技術(shù)與計算 機進(jìn)行相連接，有利于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的統(tǒng)一管理；其次，為了提高靈敏度，減少誤報率，可以采用攝像頭作為探測頭，將采集到的信號進(jìn)行圖像處理及判斷后再決定是否報警；第三，設(shè)計無線發(fā)射和同步報警無線接收電路，實現(xiàn)無線傳輸功能，減小布線工作和費用；最后，改善軟件系統(tǒng)，使其可以實現(xiàn)多方位同步