【文章內(nèi)容簡介】 收到有紅外傳感器模塊輸出的中斷信號，在單片機(jī)內(nèi)部通過程序的識別，查詢，判斷繼而執(zhí)行相應(yīng)的中斷程序，所執(zhí)行的中斷程序也即報警電路的控制程序，通過此中斷程序就可以控制報警電路的開與關(guān) ，進(jìn)而達(dá)到報警 的效果， 這一過程，起到信息的采集和處理的是 紅外傳感器模塊。 不難看出 ， 整個 紅外 報警系統(tǒng)的 核心 是單片機(jī)控制電路 。 銅陵學(xué)院畢業(yè)論文 5 第 1 章 系統(tǒng)總體設(shè)計 總體框圖 設(shè)計 根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計要求，可以把整個系統(tǒng)劃分為多個子模塊從硬件上來說可劃分為硬件電路部分和軟件設(shè)計部分，其中硬件電路部分又包含四個子模塊： 人體紅外 傳感器模塊電路，報警及指示燈電路，單片機(jī)控制電路，接口電路。軟件設(shè)計包括：初始化程序， 延時 程序，報警 及 指示程序。 具體設(shè)計 框 圖如下 圖 11系統(tǒng)總體設(shè)計框圖 電源模塊 傳感器模塊 單片機(jī)控制電路 接口電路 報警及指示電路 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換 報警信號 供電 供電 供電 報警電路供電 報警驅(qū)動信號 鮑家明：基于單片機(jī)的熱釋紅外報警儀的設(shè)計 6 各電路模塊實(shí)現(xiàn)的功能 電源模塊電路：電源電路主要負(fù)責(zé)為整個報警系統(tǒng)供電，包括向單片機(jī)供電，蜂鳴器和指示燈供電以及 MAX232EWE 接口電路供電。 紅外 傳感器模塊 電路 ：傳感器模塊電路是通過一個三腳排針與單片機(jī)相連， 主要負(fù)責(zé)采集檢測區(qū)域的紅外傳感器數(shù)據(jù) ， 當(dāng)有人闖入監(jiān)測區(qū)域時 ，紅外傳感器可 通過其內(nèi)部數(shù)據(jù)處理與轉(zhuǎn)換 輸出高電平，這個高電平 可 通過一個三極管控制 輸出到 單片機(jī)中斷信號的電平高低 ， 進(jìn)而實(shí)現(xiàn) 單片機(jī)的 中斷控制 。 報警及指示電路 ：該模塊主要實(shí)現(xiàn)的是報警功能，當(dāng)系統(tǒng)檢 測到有人員闖入時報警電路的蜂鳴器和指示燈就會相應(yīng)的工作起來。 單片機(jī)控制電路：當(dāng)單片機(jī)檢測到中斷信號 時也即 傳感器模塊輸入的信號 到達(dá)單片機(jī)端時單片機(jī)就會執(zhí)行相應(yīng)的中斷程序，控制報警及指示電路的輸入和輸出。 接口電路：單片機(jī)的工作需要程序的支撐，根據(jù)電路的實(shí)際設(shè)計進(jìn)行相應(yīng)的程序編寫，該電路的主要功能是把編寫好的程序下載到單片機(jī)里從而使單片機(jī)能夠正常工作。 銅陵學(xué)院畢業(yè)論文 7 第 2 章 硬件電路 設(shè)計 總體電路設(shè)計 系統(tǒng)概述 該系統(tǒng)所采用的是人體紅外傳感器作為數(shù)據(jù)采集和 處理的單元模塊，它可以在非接觸的情況下感應(yīng)出周圍紅外線的變化情況，進(jìn)而將這種微弱的紅外線變化加以放大和轉(zhuǎn)換并供給單片機(jī)使用。這種紅外報警系統(tǒng)具有成本低廉，制作工藝簡單，安裝和攜帶起來比較方便，有一定的抗干擾能力，感應(yīng)靈敏度也較高， 安裝也較為隱蔽，相比較而言，更 適用于家庭或者小企業(yè)的安防設(shè)備 。 硬件電路的 詳細(xì) 設(shè)計 電源模塊 電路 設(shè)計 報警系統(tǒng)所需要的是 5V 直流電源供電，要產(chǎn)生 5V 直流的電壓，可以用一個三腳排針與 220V 交流電相連，經(jīng)過變壓器變壓輸送到一個 7805 三端穩(wěn)壓器的輸入端，此三端穩(wěn)壓器輸出 5V 直流電，為了保證輸入和輸出的直流電壓的穩(wěn)定，在三端穩(wěn)壓器的輸入和輸出端加上一個濾波電路可以保證輸入電壓和輸出電壓的穩(wěn)定，這樣就可以避免輸入和輸出電源電壓受到外界的干擾造成供電 電壓 異常。 另外，可以通過電源指示燈是否點(diǎn)亮來判斷電源供電是否正常。 電源 電路原理圖如下： Bridge1470uFC15470uFC12C13C14DS11KR12Vin VoutGNDU1L7805ACVT1Trans CuplVCCS5123P3Header 3H 圖 21電源模塊電路 傳感器電路設(shè)計 熱釋電紅外傳感器 工作原理 傳感器電路 主要包括 兩個部分 ：紅外信號采集和紅外信號處理部分 。其中紅外信號采集部分也即紅外傳感器采集紅外信號 傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示： 鮑家明：基于單片機(jī)的熱釋紅外報警儀的設(shè)計 8 圖 22傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu) 要想檢測到人體輻射出來的紅外線，必須是能夠識別人體紅外線波長的傳感器，并且自身還能濾除其它干擾性波。本文所用到的傳感器識別紅外線的靈敏度約在 ，而人體輻射出的紅外線波長約在 910um 剛好可以用于人體紅外線檢測。由于人體是不斷移動的，選用雙元件型紅外傳感器作為探測元件相對來說更為合適。這種選擇從傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)就可以更容易的理解，在這種傳感器內(nèi)部相互反接了兩個靈敏感應(yīng)元件，這兩個靈敏元件可以通過人體移動或靜止而產(chǎn)生不同 的極化程度，這種不對稱的極化程度再通過一系列變化就變成了電壓信號。當(dāng)人體靜止的時候，紅外傳感器內(nèi)部的兩個靈敏元件的極化程度相同，互相抵消，沒有輸出（輸出為 0）；當(dāng)人體移動的時候，透過紅外傳感器的窗口（ 1）的 外線就會產(chǎn)生能量上的變化，由濾光片（ 2）濾除環(huán)境干擾的光源，就可以是傳感器接收到的光源波長范圍的精度能夠達(dá)到人體輻射的紅外線波長的要求，穿過濾光片的光照射到靈敏元件（ 3）上就會產(chǎn)生極化現(xiàn)象，這種極化程度的不同，使得紅外傳感器就會產(chǎn)生電壓信號繼而輸出。 由于傳感器輸出的電壓信號不能直接用于單片機(jī)，所以，在紅 外傳感器采集到紅外信號后還要進(jìn)行相應(yīng)的紅外信號處理動作，這個處理的動作可由集成在紅外傳感器模塊上的傳感信號處理芯片 BISS0001 完成， BISS0001 是一款高性能的傳感信號處理芯片，因其具有較小的靜態(tài)電流，用熱釋電紅外傳感器配上較小的外圍電路就可以實(shí)現(xiàn)被動式紅外傳感器。 BISS0001 是由運(yùn)算放大器，電壓比較器，狀態(tài)控制器等組成的模數(shù)混合集成電路。其工作過程為：紅外傳感器輸出的傳感信號經(jīng)由運(yùn)放 OP1 加以放大，然后，耦合輸出給運(yùn)放OP2，進(jìn)行第二次放大，與此同時，直流電位 Vm 升高，輸出信號 V2 將被送到雙向鑒 幅器 COP1和 COP2進(jìn)而檢測有效觸發(fā)信號 Vs。 COP3是一個用于延時周期的比較器，當(dāng) VcV時， COP3 輸出高電平。 輸出信號 Vo 通過晶體管放大后 可作為單片機(jī)的驅(qū)動 。 其內(nèi)部電路如下圖所示： （ 1）窗 （ 2）濾光片 （ 3）靈敏元件 （ 4）引腳 紅外線 銅陵學(xué)院畢業(yè)論文 9 圖 23 BISS0001 內(nèi)部結(jié)構(gòu) 紅外傳感器 參數(shù) 市場上，在 人體 紅外傳感器 模塊 技術(shù)這一方面做的是比較成 熟的，這種傳感器是在紅外線基礎(chǔ)上發(fā)展而來的高科技自動化的產(chǎn)品。熱釋電紅外傳感器 以其較高的探測靈敏度 、穩(wěn)定可靠地工作狀態(tài)，低功耗，低電壓工作等一系列優(yōu)勢，在眾多自動控制和自動感應(yīng)領(lǐng)域 得到廣泛應(yīng)用。 它具有如下功能特點(diǎn)： 當(dāng)無人闖入監(jiān)測區(qū)域時，報警系統(tǒng)就會默認(rèn)輸出，即輸出低電平；當(dāng)有非法人員闖入監(jiān)測區(qū)域時，報警系統(tǒng)輸出高電平 ； 該款傳感器因其在高溫環(huán)境下可以進(jìn)行自身的溫度補(bǔ)償，而能較好的適應(yīng)高溫條件下工作；能夠?qū)鞲衅髟谝欢〞r間范圍內(nèi)鎖存（在此時間內(nèi)傳感器不接受外界任何信息的變化） ；工作電壓范圍寬：默認(rèn)工作電壓 ； 功耗較低。在使用或安裝該紅外傳感器模塊時，有以下幾點(diǎn)需要要注意： ，約有一分鐘的初始化時間，此時紅外傳感器 模塊會 有03 次 的輸出 ， 待機(jī)狀態(tài)可在一分鐘后進(jìn)入。 ，防止引起錯誤的動作產(chǎn)生錯誤的報警信號，傳感器使用的環(huán)境也會對其造成一定的影響，使用中要注意避開或降低不良的環(huán)境影響 。 模塊 頂端安裝了一個圓形透鏡 ， 使得傳感器模塊探測的視角也更為廣闊，盡管如此，左右兩個側(cè)面的感應(yīng)范圍大于上下兩個側(cè)面的范圍，靈敏度也比上下兩個方向強(qiáng)，所以， 安裝時 盡量滿足上述要求 。 鮑家明：基于單片機(jī)的熱釋紅外報警儀的設(shè)計 10 傳感器模塊具體參數(shù)可參考下表 ： 表 21傳感器參數(shù)表 產(chǎn)品型號 DSUN 人體感應(yīng)模塊 工作電壓范圍 直流電壓 靜態(tài) 電流 50uA 電平輸出 高 觸發(fā)方式 L 不可重復(fù)觸發(fā) /H 重復(fù)觸發(fā)（默認(rèn)重復(fù)觸發(fā)） 延時時間 （可調(diào)）可制作范圍零點(diǎn)幾秒 幾十分鐘 封鎖時間 (默認(rèn) )可以調(diào)節(jié)時間范圍零點(diǎn)幾秒 幾十秒 電路板外形尺寸 32mm*24mm 感應(yīng)角度 100 度錐角 工作溫度 (15)到（ +70） 感應(yīng)透鏡尺寸 直徑 23mm（默認(rèn) ) 傳感器 模塊電路 原理 圖 由于 紅外傳感器所采集的信號不能直接被單片機(jī)使用 ，所以在傳感器采集到信號后還需要加以數(shù)據(jù)處理模塊，考 慮到電路的復(fù)雜度和成本以及市場上 在紅外數(shù)據(jù)處理模塊方面技術(shù)的成熟，所以直接選用這種人體紅外傳感器模塊更加方便，提高工作效率和進(jìn)度同時也能很好的避免復(fù)雜電路的設(shè)計 ，在一定程度上減少了設(shè)計成本 紅外 本 。 該紅外傳感器主體包括兩大部分：熱釋電紅外傳感器通過對紅外信號變化的采集并將采集的信號輸送到BISS0001 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，在該處理芯片內(nèi)部對數(shù)據(jù)進(jìn)行放大處理，鑒幅處理等一系列處理，從而將處理后的信號輸送到單片機(jī)中斷引腳，進(jìn)而觸發(fā)單片機(jī)中斷。 傳感器模塊內(nèi)部電路原理圖如下： A1VO2RR13RC14RC25RR26VSS7VRF8VC9IB10VDD112OUT122IN131IN+141IN151OUT16U4BISS0001123PIRVCCGNDVCCVCC1MR13GNDGND10MR141MR1810MR1510KR201KR17光敏電阻2MR19100pFC16100pFC17C18C20GND1KR1610uFC1947KR21100pFC21GND47KR2247uFC22 圖 24傳感器 模塊內(nèi)部 電路原理圖 該紅外 傳感器模塊在電路圖上是以一個三腳排針的形式出現(xiàn)的，也即，紅外傳感器模塊與單片機(jī)的接口有三個引腳，引腳 1 為紅外模塊電路的外部電源輸入端，引腳 2 為紅外銅陵學(xué)院畢業(yè)論文 11 模塊電路的報警信號（在單片機(jī)端亦稱為中斷信號）的輸出端， 可 通過一個三極管的集電極 (亦即 c)直接與單片機(jī)的中斷引腳 相連 ，引腳 3 為模塊電路的接地端。 傳感器 模塊 連接 電路原理圖如下： 4KR81KR91KR10S3123P2VCCQ2GND