【正文】 別進行介紹。 各單元之間環(huán)環(huán)相扣，各自完成自己的任務(wù)，組合在一起就能完成紅外線的發(fā)射 、 接收 、檢測入侵信號的功能，便構(gòu)成了紅外防盜報警器的設(shè)計要求，實現(xiàn)了入侵報警功能。紅外線接收單元由紅外接收二極管接收紅外線產(chǎn)生接收信號，送入單片機，單片機接收到變化脈沖即表示有入侵者，產(chǎn)生信號驅(qū)動聲光報警電路報警。 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 3 頁 共 51 頁 2 總體方案 系統(tǒng)原理框圖如圖 所示。 課題研究的目的 主動式紅外防盜報警器主要 由 紅外線 發(fā)射電路、 紅外線 接收電路、聲光報警電路組成，本設(shè)計就是要實現(xiàn)用 38kHz 的方波對紅外線進行調(diào)制發(fā)射出去，由接收電路進行紅外線的接收， 接收電路 輸出低電平，當(dāng)有障礙物遮擋住這束紅外線時，接收電路產(chǎn)生高電平送人單片機，由單片機 內(nèi)部程序作用 產(chǎn)生聲光報警 驅(qū)動信號 ，并由數(shù)碼管顯示報警 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 2 頁 共 51 頁 次數(shù)。兩種類型的紅外防盜報警器都有自身難以克服的缺點，也有其自身的優(yōu)點。 被動式紅外防盜報警器沒有發(fā)射單元，主要依靠熱釋電人體紅外傳感器來接收人體輻射出的紅外線產(chǎn)生報警信號。 紅外防盜報警主要分為兩種類型：主動式和被動式。 太陽光線中 有很多種不可見光線 ， 而紅外線是其中的一種， 又稱 為 紅外線熱輻射。 課題 研究的 意義 紅外防盜報警器在社會中應(yīng)用廣泛，對于預(yù)防盜賊、實時監(jiān)控具有重要意義，極大的減輕了人的工作負(fù)擔(dān)，保障了社會的安定和諧 。 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 1 頁 共 51 頁 1 緒論 隨著人類社會的發(fā)展，人們的物質(zhì)財富不斷增長，工廠的貴重設(shè)備也在增多，文藝場所像博物館等的貴重文物也不斷增多，由此吸引了許多不法分子徒勞而獲的欲望，安防在現(xiàn)代社會顯得越來越重要，在許多高新技術(shù)的應(yīng)用下，類型眾多的防盜報警產(chǎn)品進入了市場，而紅外防盜報警器更以其獨特的優(yōu)點在市場受到了極大地歡迎。 設(shè)計紅外防盜報警器需要解決紅外線的發(fā)射電路和接收電路，聲光報警電路。各國對紅外線技術(shù)的研究促使紅外線技術(shù)應(yīng)用到很多高新科技領(lǐng)域，紅外線技術(shù)結(jié)合單片機技術(shù)制作的紅外防盜報警具有很廣闊的研究前景，單片機使得報警功能越來越智能化、人性化，可以實現(xiàn)人們的各種防盜報警要求。光譜中波長自 ~400 微米的一段稱為紅外線。 主動式紅外防盜報警器主要由發(fā)射和接收兩個單元組成，也就是由于障礙物對由發(fā)射電路和接收電路組成的不可見光線的阻擋使得接收器接收不到紅外線而產(chǎn)生 報警信號，是外界主動的去影響紅外傳感器，所以稱為主動式紅外防盜報警器。由物理學(xué)中光部分知，溫度高于 0K 的物體，都會發(fā)出紅外線，所發(fā)紅外線的波長有所不同，人體輻射出的紅外線波長一般在 ~ 之間，熱釋電人體紅外傳感器恰可對這段波長產(chǎn)生反映，由此發(fā)出報警信號。本設(shè)計采用主動式類型。由此，紅外防盜報警器的功能便得以實現(xiàn)， 完成了入侵自動報警的功能， 也即是本課題的研究目的。 圖 系統(tǒng)方框圖 紅外線發(fā)射 單元由 555 定時器構(gòu)成的多諧振蕩電路產(chǎn)生 38kHz 的脈沖信號驅(qū)動三極管工作，使紅外二極管導(dǎo)通，以 38kHz 的頻率發(fā)射紅外線。聲光報警電路由發(fā)光二極管和蜂鳴器等元件組成。 單 片 機 聲光報警電 路 紅外線接收 單元 紅外線發(fā)射單元 顯 示 報警次 數(shù) 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 4 頁 共 51 頁 3 硬件電路設(shè)計 硬件電路分為 四 部分： 紅 外線 發(fā)射電路 、 紅外線 接收電路 、 單片機控制電路 、聲光報警電路 。 紅外線發(fā)射電路 發(fā)射單元由 555 定時器構(gòu)成的多諧振蕩電路和紅外二極管電路組成， 紅外發(fā)光二極管發(fā)出的紅外線的距離與其發(fā)射功率成正比，且當(dāng)紅外發(fā)光二極管工作在脈沖狀態(tài)下時，紅外線的傳輸距離與脈沖峰值電流成正比，用 38kHz 對紅外線進行調(diào)制 可以防止日光和燈光的干擾，調(diào)制 的 是 紅外線的 幅 度 ，和電波的調(diào)制不一樣，波長沒變還 是紅外線波長，且一般公司生產(chǎn)的紅外接收探頭也都是針對 38kHz 的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計的，可以使紅外線傳播的更遠，接收也更靈 敏，所以需要用 38kHz 的脈沖信號對紅外線進行調(diào)制。 555 定時器及其構(gòu)成的多諧振蕩電路 555 集成定時器 由于具有寬范圍的單電源電壓， 能 輸入模擬電平，輸出驅(qū)動功率較大、定時準(zhǔn)確等特點， 廣泛應(yīng)用于電子技術(shù)中。這些特點使的 555 的使用很靈活，只需在外部連接一些阻容元件，便能構(gòu)成具有多種用途的電路，比如單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路、多諧振蕩器、施密特觸發(fā)電路等。 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 5 頁 共 51 頁 圖 555集成 定時器的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu) 555 定時器 [1]內(nèi)部 由 3 個阻值為 5 的電阻組成的分壓器、兩個電壓比較器 C1和 C基本 RS 觸發(fā)器、放電三極管 TD和緩沖反相器 G4組成。其中， 1 引 腳 是 接地端； 2 引 腳 是 低電平觸發(fā)端，由此輸入低電平觸發(fā)脈沖； 6 引 腳為高電平觸發(fā)端，由此輸入高電平觸發(fā)脈沖； 4 腳為復(fù)位端，輸入負(fù)脈沖可使 555 定時器直接復(fù)位； 5 腳為電壓控制端，在此端外加電壓可以改變比較器的參考電壓，不用時，經(jīng) 的電容接地，以防止引入干擾； 7 腳為放電端， 555 定時器輸出低電平時，放電晶體管 TD導(dǎo) 通，外接電容元件通過 TD放電； 3 腳為輸出端，輸出高電壓約低于電源電壓1V~3V，輸出電流可達 200mA，因此可直接驅(qū)動繼電器、發(fā)光二極管、指示燈等； 8 腳為電源端，可在 5V~18V 范圍內(nèi)使用。 當(dāng) VI1＞ 32 VCC， VI2＞ 31 VCC 時，比較器 C1輸出低電平，比較器 C2輸出高電平，基本 RS 觸發(fā)器置 0， G3輸出高電平，放電三極管 TD導(dǎo)通，定時器輸出低電平。 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 6 頁 共 51 頁 當(dāng) VI1＞ 32 VCC， VI2＜ 31 VCC 時，比較器 C1輸出 低電平，比較器 C2輸出低電平，基本 RS 觸發(fā)器兩端都被置 1， G3輸出低電平，放電三極管 TD截止，定時器輸出高電平 。 555 集成定時器 的 引腳排列圖如下圖 所示 。 表 555 集成定時器功能表 輸 入 輸 出 高電平觸發(fā)端 低電平觸發(fā)端 復(fù)位 輸出 放電管 VT 的狀態(tài) ╳ ╳ 0 0 導(dǎo)通 ＜ 32 VCC ＜ 31 VCC 1 1 截止 ＞ 32 VCC ＞ 31 VCC 1 0 導(dǎo)通 ＜ 32 VCC ＜ 31 VCC 1 不變 不變 多諧振蕩器是自激振蕩器，接通電源后，能自行產(chǎn)生具有一定頻率和脈寬的矩形波發(fā)生器。 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 7 頁 共 51 頁 圖 38kHz 方波生成電路 由示波器可 檢測出電路輸出周期約為 26μs 的波形，實現(xiàn)了要求。電路的振蕩周期可通過公式估算以確定 元件參數(shù)。 振蕩周期 ： ? ? CRRT ???? 21 () 占空比 ： ? ?? ?2121 2RRRR Q ??? () 取1R=10K 2R=220K C=82pF 生成 38kHz 波形也可通過邊調(diào)節(jié)電阻值邊觀察波形得出，本設(shè)計在進行實物制作時由于沒有買到 82pF 電容，所以實際采用的電路圖為下圖 所示 。 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 8 頁 共 51 頁 圖 38kHz 方波生成電路 紅外發(fā)光二極管電路 紅外發(fā)光二極管 是由紅外輻射效率高的材料制 造而成的 PN 結(jié) ，再外加正向偏壓向PN 結(jié)注入電流，從而激發(fā)出紅外光。其最大的優(yōu)點是可以完全無紅暴，或僅有微弱紅暴；另外，紅外發(fā) 光二極管 還具有壽命長的特點。PH303。 圖 紅外線發(fā)射管 上圖中，紅外發(fā)光二極管有一長一短兩個引腳，其通斷性質(zhì)和普通二極管相似，具有單向?qū)ㄐ裕L引腳接電壓正極，短引腳接負(fù)極。方法是將萬用表 置于 R1K 擋，測量紅外發(fā)光二極管 兩引腳的 電阻，通常，正向電阻應(yīng)在 30K 左右，反向電阻要在 500K 以上，這 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 9 頁 共 51 頁 樣的管子才 能 正常使用。 紅外發(fā)光二極管具有多種特性，其特性決定了使用它時應(yīng)注意的方面，現(xiàn)簡要介紹一下 : (1) 電流 ~電壓特性 對紅外發(fā)光二極管施加正向電壓可驅(qū)動它發(fā)射紅外線，由于發(fā) 出的是紅外線，人眼不可見，所以實際上并不能用肉眼看到有光線發(fā)出，可用萬能表測其兩端電壓，以判斷是否工作。對其施加反向電壓時紅外二極管將截止，能承受的最大反向電壓在 3V~6V 之間。 功率的損其最大值與周圍溫度 也 有 很大 關(guān)系。發(fā)射束的意義是 在單位時間內(nèi)， 其 所能發(fā)射、搬移光能量的多 少 。紅外線發(fā)光二極管 一般用 砷化鎵 制作 ，其峰值發(fā)光波長 在 940~950 nm 之間 ， 而當(dāng)波長在 900 nm 以上 時，人眼就不可見了 ，這也就是我們?nèi)搜劭?不到紅外線的 原因。當(dāng)方向角度 是 零度時，放射強度 定 為 100％ ，方向角度越大，放射強度相對 減少，發(fā)射強度如由光軸取其方向角度一半時，其值即為峰值的一半， 這個 角度稱為方向半值角，角度越小 就 代表元件 的 指向性越靈敏。紅外線發(fā)射強度及角度對于報警器的靈敏性及可監(jiān)控范圍有很大影響，安裝時應(yīng)注意發(fā)射管與接收管對準(zhǔn)。 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 10 頁 共 51 頁 圖 紅外線發(fā)射二極管包裝構(gòu)造圖 上圖 即為其包裝構(gòu)造圖 ， 材料不同，性能自然有很大差異，如果使用環(huán)境和用途要求嚴(yán)格， 就使用性能較佳的陶瓷型。下圖 為本設(shè)計中發(fā)射紅外線的電路圖。 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 11 頁 共 51 頁 紅外線接收 電路 紅外線接收一般有兩種方法，一種是利用紅外線接收管加處理電路，另一種是利用紅外接收探頭。沒有 紅外線 光照 射 時，反向電流很小 (一般小于 微安 )，稱暗電流。它們在反向電壓 的 作用下 做 漂移運動，反向電流 便 明顯變大，光 度越強 ，反向電流 就 越大。 紅外線接收管在一般光線 的 照射下，產(chǎn)生的電流叫 做 光電流。 一般情況都使用紅外線接收二極管，其外型如下圖 所示 。本設(shè)計對其進行了實驗， 由實驗可知，紅外線接收管兩端的電壓與紅外對管之間的距離有關(guān)，這也驗證了紅外對管的原理，當(dāng)接收到的紅外線信號變化時，接收管的電阻將進行變化，繼而其兩端的電壓發(fā)生變化，由于條件有限，本設(shè)計只在很短距離內(nèi)進行實驗，當(dāng) 把紅外線接收二極管與 10K 電阻連接，外加 5V 反向偏壓，當(dāng)接到收紅外線時，其輸出電壓為 ，當(dāng)紅外線被遮擋時其電 壓為 ，將輸出段與比較器連接，當(dāng)電壓大于 1V時，輸出低電平，當(dāng)電壓小于 1V 時，輸出高電平，與單片機輸入口連接即可，電路仿真圖為下圖 所示。 紅外接收頭 紅外接收頭是把紅外接收電 路集成在一個元件中，稱為一體 化紅外接收頭，體積很小，和三極管相似 。當(dāng) 紅外 線接收 二極管監(jiān)測到紅外信號，把 檢測到的 信號送 入 放大器 進行放大，然后送人 限幅器，限幅器 能把 脈沖 的 幅度控制在 規(guī)定的 范圍 內(nèi) 。 紅外接收頭的作用很大，本設(shè)計采用它有點大材小用了，但由于紅外接收頭所具有的種種優(yōu)點，可以更加 準(zhǔn)確的接收紅外線，并且可以大大增加檢測距離，所以選用了它。 圖 為紅外接收頭的圖片。反相器采用 CD4069 型號， CD4069 由六個 COS/MOS 反相器電路組成。 圖 CD4069 的引腳功能圖 由圖可知，反相器的 14 引腳接直流電源， 7 引腳接地，六個反相器各自獨立，本設(shè)計采用 1 引腳輸入和 2 引腳輸出，輸出段直接與單片機連接，形成檢測入侵信號口。單片機應(yīng)用非常廣泛， 現(xiàn)代 社會 生活中幾乎每件電子 產(chǎn)品 和機械產(chǎn)品中都會 有 成單片機 。 單片機主控芯片的性能以及標(biāo)準(zhǔn)功能 單片機是指把微處理器 (CPU)、存儲器、基本的 I/O 接口以及定時 /計數(shù)、通信部件集成在一塊芯片中，也就是在一個芯片上實現(xiàn)一臺微型計算機的基本功能。本設(shè)計采用了應(yīng)用廣泛的 51系列單片機中 ATMEL公司生產(chǎn)的 51AT89C52，完成對報警信號處理并發(fā)出報警信號?？偟膩碚f，單片機就是一個高級的電路 ，由于具有 CPU，所以可以通過編寫程序去控制它工作，通過程序來指揮它，達到編程者預(yù)期的目的。單片機要在程序的指令下才能工作，所以需要有存儲程序的工具，這就是單片機內(nèi)部的存儲器的作用， AT89C52 的內(nèi)部存儲器可存儲 256 個字節(jié)的數(shù)據(jù)，如果內(nèi)部存儲器不夠用，可用外部存