【文章內(nèi)容簡介】 生相應的輸出信號 U，送往報警器，發(fā)出報警信號。紅外探測器的探測波長為8~14um，人體的紅外輻射波長正好處于這個范圍之內(nèi)，因此能較好的探測到活動的人體。被動式紅外探測器屬于空間控制型探測器，其警戒范圍在不同方向呈多個單波束狀態(tài)，組成錐體感熱區(qū)域，構成立體警戒。 由于被動式紅外技術具有監(jiān)測距離較遠，靈敏度較高，節(jié)能價廉等優(yōu)點，本課題 采用紅外探測器作為報警探測器，并在設計中增加了自動聲光報警的功能，使報警系統(tǒng)更加趨于完善。 熱釋電紅外傳感器電路圖 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，并將其轉換成電壓信號輸出。將這個電壓信號加以放大，便可驅動各種控制電路。 圖 為熱釋電紅外傳感器的內(nèi)部電路框圖。 6 圖 熱釋電紅外傳感器的內(nèi)部電路框圖 被動式熱釋電紅外探頭的工作原理及特性 人體的體溫一般在 37℃ ，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)射的紅外線通過菲尼爾濾光增強后聚焦到紅外感應源上。紅外感應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，經(jīng)后續(xù)電路檢測處理后就能產(chǎn)生報警信號民。該探頭具有如下特點： (1) 由于這種探頭是以探測人體輻射為目標的，所以熱釋電元件對波長為10um左右的紅外輻射必須非常敏感。 (2) 為了僅僅對人體 的紅外輻射敏感，在它的輻射面通常覆蓋有特殊的菲尼爾濾光片，使環(huán)境的干擾受到明顯的控制作用。 (3) 被動紅外探頭的傳感器包含兩個互相串聯(lián)的熱釋電元，而且制成的兩個電極化方向正好相反，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)生的釋電效應相互抵消，因此探測器無信號輸出。 (4) 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，并被熱釋電元件接收，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)信號處理后即可報警。 (5) 根據(jù)性能要求不同，菲尼爾濾光片具有不同的焦距（感應距離），從而產(chǎn)生不同的監(jiān)控視場，視場 越多，控制越嚴密。 51 系列單片機的內(nèi)部組成 7 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。 AT89C51 單片機可提供許多高性價比的應用場合，可靈活應用于各種控制領域 [2]。 MCS51 單片機是在 一塊芯片中集成了 CPU， RAM， ROM、定時器 /計數(shù)器和多種功能的 I/O 線等一臺計算機所需要的基本功能部件。 MCS51 單片機內(nèi)包含下列幾個部件： ? MCS—51 系列單片機的典型芯片是 89C51，所以以 89C51 為例來介紹MCS—51 系列單片機。 8 位的 CPU，片內(nèi)有振蕩器和時鐘電路 ,工作頻率為 1～ 12MHz（ Atmel 89Cxx 為 0～ 24MHz） ? 片內(nèi)有 128/256 字節(jié) RAM ? 片內(nèi)有 0K/4K/8K 字節(jié) 程序存儲器 ROM ? 可尋址片外 64K 字節(jié) 數(shù)據(jù)存儲器 RAM ? 可尋址片外 64K 字節(jié) 程序存儲 器 ROM ? 片內(nèi) 21/26 個 特殊功能寄存器（ SFR） ? 4 個 8 位 的并行 I/O 口（ PIO） ? 1 個 全雙工串行口（ SIO/UART） ? 2/3 個 16 位 定時器 /計數(shù)器（ TIMER/COUNTER） ? 可處理 5/6 個中斷源，兩級中斷優(yōu)先級 ? 內(nèi)置 1 個布爾處理器和 1 個布爾累加器（ Cy） ? MCS51 指令集含 111 條指令 [3] 89C51 單片機的內(nèi)部組成 圖 畫出了 89C51 單片機的內(nèi)部系統(tǒng)組成的基本框圖： 8 外時鐘源 外部事件計數(shù) 內(nèi)中斷 INT0 INT1 控制 并行口 串行通訊 圖 MCS—51 單片機系統(tǒng)組成基本框圖 由圖 可以看出， MCS—51 系列單片機 89C51 是由中央處理器 CPU、隨機存儲器 RAM、只讀存儲器 ROM、輸入 /輸出（ I/O）口電路、定時器 /計數(shù)器等若干部件組成，再配置一定的外圍電路，如時鐘電路、復位電 路等，即可構成一個基本的微型計算機系統(tǒng) [4]。 89C51 單片機引腳及功能 共 40 條引腳，分為端口、控制、電源三類： (1) 端口線： 4 個 8 位端口共 32 條引腳，用于傳輸數(shù)據(jù)、地址、控制、狀態(tài)等信息。 P0 口（ ~） ： 多功能端口，用于傳輸數(shù)據(jù)、地址。 P0 口在傳輸數(shù)據(jù)信息時，輸入帶緩沖、輸出帶鎖存，使用非常方便。 P1 口（ ~）： 單功能端口，用于數(shù)據(jù)輸入 /輸出傳輸。 P2 口（ ~）：多功能端口，用于傳輸?shù)刂沸畔⒒蜃鳛槠胀?I/O 端口。 時鐘電路 4KB ROM 256B RAM 2X16 位定 時 /計數(shù)器 89C51 單片機 中斷控制 64KB 總線控制器 并行接口 串行接口 9 P3 口（ ~）：多功能端口，用于傳輸控制信息或作為普通 I/O 端口。傳輸控制信息時： ： RXD，串口輸入 ： TXD，串口數(shù)出 ： INT0，外部中斷 0 輸入 ： INT1，外部中斷 1 輸入 ： T0，計數(shù)器 0 輸入 ： T1，計數(shù)器 1 輸入 ： WR， “寫 ”控制信號線 ： RD， “讀 ”控制信號線 (2) 電源線：共 2 條， VCC、 VSS(GND)。 (3) 控制線：共 6 條，傳送控制信號。 ALE：地址鎖存，用于區(qū)分在多功能端口傳送的數(shù)據(jù) /地址信 息， ALE=0/1：數(shù)據(jù) /地址。 EA：允許訪問外程序存儲器。 EA=0/1：片外 /片內(nèi)存儲器有效。 PSEN：片外 ROM 選通。 RST：芯片復位線。 XTAL XTAL2：外接石英晶體輸入線 [5]。 圖 為 89C51 單片機的引腳圖： 10 圖 89C51 單片機引腳結構 RS485 接口 RS485采用差分信號負邏輯，＋ 2V～＋ 6V表示 “1”， 6V～ 2V表示 “0”。RS485有兩線制和四線制兩種接線，四線制是全雙工通訊方式，兩線制是半雙工通訊方式。在 RS485通信網(wǎng)絡中一般采用的是 主從通信方式，即一個主機帶多個從機。 主要特點為：單 +5V 電源供電；低功耗時工作電流 120～ 500uA，靜態(tài)電流120uA；關閉方式，由低電流關機模式，靜態(tài)電流為 ；驅動器有過載保護功能；共模輸入電壓范圍 7～ +12V。 RS485總線電氣性能如下表 ： 11 表 RS485總線具體參數(shù) 性能指標 RS485 總線 工作模式 差分傳輸（平衡傳輸） 允許的收發(fā)器數(shù)目 32（受芯片驅動能力限制） 最大電纜長度 4000 英尺（ 1219 米） 最高數(shù)據(jù)速率 10Mbps 最小驅動 輸出電壓范圍 177。 最大驅動輸出電壓范圍 177。5V 最大輸出短路電流 250mA 最大輸入電流 驅動器輸出阻抗 54 歐 輸入端電容 ≤50pF 接收器輸入靈敏度 177。200mV 接收器最小輸入阻抗 12k 接收器輸入電壓范圍 7V~+12V 接收器輸出邏輯高 200mV 接收器輸出邏輯低 200mV 12 第 3 章 硬件設計 電源電路設計 電源電路的功能介紹：此電路在整個設計中起著很重要的作用，是提供器械運轉的原動力。此電源為直流穩(wěn)壓電源包括降壓、整 流、濾波、穩(wěn)壓三部分，最終將電網(wǎng)中 220V 的交流電壓轉換為 5V 的直流電壓提供給后面的工作電路。在整個電路中電源部分起到重要 的作用，如果電源部分不能實現(xiàn)整個電路都不能運行。 （ 1） 電源變壓器：是降壓變壓器，它將電網(wǎng) 220V 交流電壓變換成較低的交流電壓，并送給整流電路，變壓器的變比由變壓器的副邊電壓確定。 變壓器副邊與原邊的功率比為 P2/ P1=η，式中 η是變壓器的效率。 在本電源電路中取 η的數(shù)值為 22，故降壓后副邊電壓值為 10V。 （ 2）整流電路：利用 D1～ D4 4 個二極管組成的一個橋式整流電路，將 50Hz的正弦 交流電轉化成脈動的直流電。 整流后的電壓約為 9V。 （ 3）濾波電路：可以將整流電路輸出電壓中的交流成分大部分通過 C101 加以濾除，從而得到比較平滑的直流電壓。 （ 4）穩(wěn)壓電路：芯片 7805 穩(wěn)壓電路的功能是使輸出的直流電壓穩(wěn)定，不隨交流電網(wǎng)電壓波動和負載電阻的變化而變化。本穩(wěn)壓電源可作為 TTL 電路或單片機電路的電源 [6]。 三端穩(wěn)壓器，主要有兩種，一種輸出電壓是固定的，稱為固定輸出三端穩(wěn)壓器，另一種輸出電壓是可調(diào)的，稱為可調(diào)輸出三端穩(wěn)太器，其基本原理相同，均采用 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路 。在線性集成穩(wěn)壓器中，由于三端穩(wěn)壓器只有三個引出端子，具有外接元件少，使用方便，性能穩(wěn)定，價格低廉等優(yōu)點，因而得到廣泛應用。三端穩(wěn)壓器，主要有兩種，一種輸出電壓是固定的，稱為固定輸出三端穩(wěn)壓器，另一種輸出電壓是可調(diào)的，稱為可調(diào)輸也三端穩(wěn)太器，其基本原理相同，均采用串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。 LM7805 簡介： LM7805 是常用的三段穩(wěn)壓器，一般使用的是 TO220 封裝，能提供 DC 5V 的輸出電壓，應用范圍廣，內(nèi)含過 流和過載保護電路 [7]。 13 圖 直流穩(wěn)壓電源電路 熱釋電紅外傳感器原理 傳感器選型 傳感器采用雙元熱釋電紅外檢測元件 RE200B，如圖 所示。該傳感器翻用熱釋電材料極化隨溫度變化的特殊探測紅外輻射，并采用雙靈敏元互補方法抑制干擾，以提高傳感器的工作溫度。其內(nèi)部電路如下： 1 腳接工作電壓，其工作電壓低且范圍寬（ ～ 15V）； 2 腳為輸出源極電壓； 3 腳為公共地。使用時，一般在 2 腳與 3 腳之間加 47KΩ 的源極電阻，但應根據(jù)實際情況，適當調(diào)整源極電阻 [8]。 圖 RE200B 紅外檢測元件內(nèi)部電路圖 放大電路的設計 如圖 所示為最基本的放大電路， Vi 是輸入電壓信號， Vo 是輸出放大的 14 電壓信號。 由于本模塊考慮到模塊實用性的問題，所以運放芯片采用低電壓、單電源、低功耗 LMV324 芯片，如圖 所示。 LMV324 功耗是比同類產(chǎn)品低 120μA；在5V 時，其典型工作電流為 100μA。該運放芯片工作電壓為 ～ ，采用軌到軌的輸出。 LMV324 的引腳和 NS、 TI 和 Maxim 的 LMV3XX 系列兼容，因此可直接替換。當 LMV324 工作在 5V 時，帶寬為 ,轉換速 率為 。 圖 LMV324 引腳 及功能 圖 紅外探測信號輸入電路 紅外探測信號輸入部分由紅外線傳感器、信號放大電路、電壓比較器、數(shù)字信號輸入電路組成。當工作中的紅外線傳感器 J1 探測到前方人體輻射出的紅外線信號時，由 J1 的 S 端引腳輸出微弱的電信號（ 1～ 10Hz） ,經(jīng)三極管 Q1 等組成第一級放大電路放大（見圖 ），再通過 C2 輸入到運算放大器 U1A 中進行高增益、低噪聲放大（見圖 ），此時由 U1A 輸出的信號已足夠強。如圖 所示， U1B 是電壓比較器，二級放大信號 OUT2 由運放芯片 U1B 中 5 腳輸入， RR R D1 組成基準電壓電路，輸入信號與反向輸入端基準電壓比較，一旦有盜賊闖入監(jiān)控的范圍內(nèi)，熱釋紅外線傳感器監(jiān)測到信號后，發(fā)出一個微弱的交變信號，經(jīng)兩級交流放大后，與基準電壓進行比較，此時，經(jīng)過放大的信號大于基準電壓 [9]。通過 U1B 的比較，其輸出電平為運放工作電壓高電平 5V，三極管Q2 導通， J2 輸出為低電平；當 OUT2 端輸入沒有信號時，輸出為 0V，所以三極管 Q2 截止， J2 引腳輸出為高電平。調(diào)試時，在紅外線傳感器前人走動，調(diào) 整 15 R9，直到 J2 引腳輸出為低電平 [9]。各電路如圖 到圖 所示。 圖 第一級放大電路圖 圖 中， R1 是源極電阻，其阻值可以根據(jù)實際情況進行調(diào)整；產(chǎn)生的微弱信號由 S9014進行放大。 S9014是 NPN型三極管，其 IC靜態(tài)工作電流達 100mA，放大倍數(shù)最大可達 1000