【正文】 西安文理學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 2 頁(yè) 第 1 章 緒論 選題的目的與意義 隨著社會(huì)的進(jìn)步和人們生活水平的普遍提高，人們對(duì)家庭住房的防盜、防劫、防火設(shè)備的重視程度也不斷提高所以現(xiàn)代社會(huì)有更多的人需要對(duì)偷盜、搶劫、火災(zāi)、煤氣泄漏等事故進(jìn)行監(jiān)測(cè)和 報(bào)警，我國(guó)工業(yè)化的快速發(fā)展帶動(dòng)了無數(shù)企業(yè)茁壯成長(zhǎng)，隨之而來的是倉(cāng)庫(kù)的不斷擴(kuò)展以及儲(chǔ)存物品價(jià)值不斷升高。（二）開關(guān)式電子防盜報(bào)警器一般只 有一個(gè)定點(diǎn)，有效范圍小，而且各種開關(guān)也易壞，失報(bào)和誤報(bào)率就高，不可靠。還有，就閉路監(jiān)控電路防盜系統(tǒng)而言：它的安裝線路復(fù)雜，而且技術(shù)要求比較高，價(jià)格也比較昂貴，不利于廣泛利用。這種防盜器安裝隱蔽，不易被盜賊發(fā)現(xiàn)，同時(shí)它的信號(hào)經(jīng)過單片機(jī)系統(tǒng)處理后方便和 PC機(jī)通信，便于多用戶統(tǒng)一管 理和用戶操作 。同時(shí)，熱釋電紅外傳感器既可用于防盜報(bào)警裝置，也可用于制動(dòng)控制、接近開關(guān)、遙測(cè)等領(lǐng)域。 本課題在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀 1．國(guó)內(nèi)研究狀況及發(fā)展趨勢(shì) 近年來，隨著改革開放的深入發(fā)展，電子電器的飛速發(fā)展，人民的生活水平有了很大提高。然而一些不法分子也是越來越多。因此，越來越多的居民家庭對(duì)財(cái)產(chǎn)安全問題十分擔(dān)憂。如果再設(shè)計(jì)和生產(chǎn)一種價(jià)廉、性能靈敏可靠的防盜報(bào)警器，必將在防盜和保證財(cái)產(chǎn)安全方面發(fā)揮更加有效的作用。紅外報(bào)警器大多數(shù)采用國(guó)外的先 進(jìn)技術(shù) ,其功能也非常先進(jìn)。還有紅外監(jiān)控?zé)o線報(bào)警器 ,超聲波防盜報(bào)警器 ,紅外線防盜報(bào)警器，高靈敏紅外報(bào)警器 ,觸摸式延時(shí)防盜報(bào)警器 ,觸摸式防盜報(bào)警器 ,紅外報(bào)警器 , 紅外線聲先報(bào)警器等。從單一封閉式、被動(dòng)型安全防范模式向多元化、綜合化、電控化以及紅外報(bào)警處理方向發(fā)展。而在應(yīng)用市場(chǎng)上，將朝更細(xì)化的方向前進(jìn)，成長(zhǎng)最快的住宅小區(qū)應(yīng)用為例，有廠商表示，專為住宅小區(qū)設(shè)計(jì)的定向幕簾式和防寵物探測(cè)器，成本低、安裝簡(jiǎn)單、適合家庭用的無線聯(lián)網(wǎng)報(bào)警系統(tǒng)，以及小區(qū)智能化防和報(bào)警集成系統(tǒng)產(chǎn)品都將是亮點(diǎn)。其中包括被動(dòng)式熱釋電型紅外報(bào)警器，紅外監(jiān)控?zé)o線報(bào)警器，超聲波防盜報(bào)警器，紅外線防盜報(bào)警器，高靈敏紅外報(bào)警器，觸摸式防盜報(bào)警器等等。 本課題要解決的主要問題 本紅外線防盜報(bào)警系統(tǒng)由熱釋電紅外傳感器、報(bào)警器、單片機(jī)控制電路、 LED控制電路及相關(guān)的控制管理軟件組成。終端由中央處理器、輸入模塊、輸出模塊、通信模塊、功能設(shè)定模塊等部分組成。 西安文理學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 5 頁(yè) 第 2 章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 防盜報(bào)警系統(tǒng)一般是由入侵探測(cè)器、防盜報(bào)警控制器和接警中心（硬件加軟件）組成。 方案選擇論證 防盜報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可以通過以下兩種方案實(shí)現(xiàn)： 方案一：利用固定點(diǎn)電話聯(lián)網(wǎng)防盜報(bào)警系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)家庭防盜報(bào)警，該系統(tǒng)由編程主機(jī)、探測(cè)器、門磁 和遙控器組成，一旦發(fā)生警情，能把報(bào)警信息通過郵電通訊網(wǎng)絡(luò)瞬間遠(yuǎn)程傳輸?shù)接脩粼O(shè)定的固定電話上，同時(shí)向接警中心報(bào)告，中心聯(lián)網(wǎng)電腦可通過電子地圖、數(shù)據(jù)庫(kù)、電腦語(yǔ)音提示、監(jiān)聽現(xiàn)場(chǎng)情況，顯示發(fā)生警情的單位、地址、方位、發(fā)案時(shí)間、所轄派出所（巡邏大隊(duì)）經(jīng)歷分布，及時(shí)調(diào)動(dòng)警力做出快速處理。 通過比較，方案二能滿足我們實(shí)時(shí)快捷的要求，更加簡(jiǎn)單有效，固本設(shè)計(jì)選擇方案二。 AT89S52 單片機(jī)是一種低功耗高性能的 CMOS8 位微控制器，內(nèi)置 8KB 可在線編程閃存。片內(nèi)程序存儲(chǔ)器允許重復(fù)在線編程，允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)內(nèi)通過 SPI 串行口改寫或用同用的非易失性存儲(chǔ)器改寫。它的應(yīng)用范圍廣，可用于解決復(fù)雜的控制問題，且成本 較低。 西安文理學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 6 頁(yè) 圖 AT89S52 結(jié)構(gòu)框圖 如圖 所示，該單片機(jī)包含 40 個(gè)引腳， 4k bytes flash 片內(nèi)程序存儲(chǔ)器， 128 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ ram）， 32 個(gè)外部雙向輸入 /輸出（ i/o）口， 5個(gè)中斷優(yōu)先級(jí) 2 層中斷嵌套中斷， 2 個(gè) 16 位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器， 2 個(gè) 全雙工串行通信口，看門狗（ wdt）電路，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器?？臻e模式下， cpu 暫停工作，而 ram 定時(shí)計(jì)數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存 ram 的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。 圖 AT89S52 引腳圖 主要功能特性： 4k 可反復(fù)擦寫 (1000 次） isp flash rom 工作電壓 時(shí)鐘頻率 033mhz 128x8bit 內(nèi)部 ram 低功耗空閑和省電模式 3級(jí)加密位 軟件設(shè)置空閑和省電功能 雙數(shù)據(jù)寄存器指針 按照功能， AT89S52 的引腳可分為主電源、外接晶體振蕩或振蕩器、多功能 I/O口、控制和復(fù)位等。每根線可以單獨(dú)用作輸入或輸出。在作為輸出口時(shí)，每根引腳可以帶動(dòng) 8 個(gè) TTL 輸入負(fù)載。當(dāng)對(duì)外部程序或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)， P0 可用作多路復(fù)用的低字節(jié)地址 /數(shù)據(jù)總線，在該模式， P0 口擁有內(nèi)部上拉電阻。 ② P1 端口 ： 該口是帶有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O 端口， P1 口的輸出緩沖器可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流方式） 4 個(gè) TTL 輸入。 P1 口作輸入口使用時(shí)，因?yàn)橛袃?nèi)部的上拉電阻，那些被外部信號(hào)拉低的引腳會(huì)輸出一個(gè)電流。 另外， 與 可以配置成定時(shí) /計(jì)數(shù)器 2的外部計(jì)數(shù)輸入端（ ）與定時(shí) /計(jì)數(shù)器 2的觸發(fā)輸入端（ ），如表 所示。對(duì)端口寫 “1” 時(shí)，通過內(nèi)部的上拉西安文理學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 9 頁(yè) 電阻把端口拉到高電位，此時(shí)可用作輸入口。 在訪問外部程序存儲(chǔ)器或 16 位的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， P2 口送出高 8位地址，在訪問 8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， P2 口引腳上的內(nèi)容（就是專用寄存器（ SFR）區(qū)中 P2 寄存器的內(nèi)容），在整個(gè)訪問期間不會(huì)改變。 ④ P3 端口 ： 該口是帶有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O 端口， P3 口的輸出緩沖器可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流方式） 4 個(gè) TTL 輸入。 P3 口作輸入 口使用時(shí)，因?yàn)橛袃?nèi)部的上拉電阻，那些被外部信號(hào)拉低的引腳會(huì)輸出一個(gè)電流。在對(duì) Flash 編程和程序校驗(yàn)期間， P3口還接收一些控制信號(hào)。在振蕩器運(yùn)行時(shí)，在此腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平將使其單片機(jī)復(fù)位。在 SFR AUXR（地址 8EH）寄存器中的 DISRTO 位可以用于屏蔽這種功能。 ： 地址鎖存允許信號(hào)。在對(duì) Flash 存儲(chǔ)器編程時(shí)，這條引腳用于輸入編程脈沖 PROG。但是，在對(duì)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器每次存取中，會(huì)跳過一個(gè) ALE 脈沖。在單片機(jī)處于外部執(zhí)行方式時(shí)，對(duì) ALE 屏蔽位置 “1” 并不起作用。它用于讀外部程序存儲(chǔ)器。在對(duì)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的每次存取中， PSEN 的 2次激活會(huì)被跳過。為了確保單片機(jī)從地址為 0000H～ FFFFH 的外部程序存儲(chǔ)器中讀取代碼，故要把 EA 接到 GND 端，即地端。當(dāng)執(zhí)行內(nèi)部程序時(shí)， EA 應(yīng)接到 Vcc。 ： 振蕩器的反相放大器輸入，內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 西安文理學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 11 頁(yè) 第 3 章 熱釋電紅外技術(shù)概述 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(cè)元件。它能以非接觸形式檢測(cè)出人體輻射的紅外線能量的變化，并將其轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)輸出。 如圖 。 非接觸紅外測(cè)溫有以下幾點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)： （ 1）測(cè)量不干擾被測(cè)溫場(chǎng)，不影響溫場(chǎng)分布，從而具有較高的測(cè)溫準(zhǔn)確度。 （ 3）探測(cè)器的響應(yīng)時(shí)間短，反應(yīng)速度快，易于快速與動(dòng)態(tài)測(cè)量。 （ 5）可以確定微小目標(biāo)的溫度。隨著工農(nóng)業(yè)、國(guó)防事業(yè)、醫(yī)學(xué)的發(fā)展，對(duì)溫度測(cè)量越來越迫切。 通常將電磁波譜間隔在 ～ 1000μ m 的區(qū)域稱為紅外光譜區(qū) ，紅外傳感器是西安文理學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 12 頁(yè) 一種新型的傳感器，能夠探測(cè)物體輻射的紅外線。 有些熱釋電晶體，他們的自發(fā)極化方向能用外電場(chǎng)來改變，這些晶體稱作熱釋電 —— 鐵電體。為了使傳感器能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定地工作，提高靈敏度，增強(qiáng)抗干擾能力，這里選用了 TGS晶體制作的雙型探測(cè)器。 實(shí)際中大多數(shù)物體為非黑體，其熱輻射公式為： E=εE0 （式 ） 其中： E 為物體在一定溫度下的輻射能力； E0為與 E 在同一溫度下的黑體輻射能力 。 由上可知，任何物體只要溫度不是絕對(duì)零度都不斷地發(fā)射紅外 輻射，物體的溫度越高，輻射的功率就越大，只要知道物體的溫度和它的比輻射率，就可算出它所發(fā)射的輻射功率。 熱釋紅外傳感器的結(jié)構(gòu) 紅外探測(cè)器是紅外熱釋傳感器的重要組成部分。常用的熱釋電探測(cè)器如： LiTaO2(鉭酸鋰 )探測(cè)器、BaTiO2(鈦酸鋇 )探測(cè)器和 TGS（硫酸三甘酞）探測(cè)器等。傳感器的敏感元為 PZT，在上下兩面做上電極，并在表面加一層黑色氧化膜以提高其轉(zhuǎn)化效率。又極其微弱，故在管內(nèi)附有 JFET 及厚膜電阻，以達(dá)到阻抗變大的目的。圖 為熱釋電傳感器的實(shí)物照片。隨著溫度 升高，自發(fā)極化強(qiáng)度下降。溫度超過居里溫度，鐵電體發(fā)生變化，從極化晶體變?yōu)榉菢O化晶體，極化強(qiáng)度變?yōu)榱?。但是西安文理學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 14 頁(yè) 這些面束縛電荷常常被晶體內(nèi)部或外部的電荷所中和，因而顯示不出來。 如果在熱釋電晶體沿極化軸的端面裝上電極，那么自發(fā)極化在電極上感應(yīng)的電荷量為： Q=APS （式 ） 當(dāng)紅外輻射照射時(shí)，熱釋電晶體溫度升高，自發(fā)極化電晶體溫度升高，自發(fā)極化強(qiáng)度降低，因此電極表面上感應(yīng)電荷減少，這相當(dāng)于“釋放”了一部分電荷，因此稱之為熱釋電現(xiàn)象。 圖 電路連接負(fù)載 若沒有經(jīng)過調(diào)制的紅外輻射熱釋電晶體，使溫度升高到一個(gè)新的平衡值，那么電 極表面的感應(yīng)電荷也變化到新的平衡值，不再“釋放”電荷，也就不再輸出信號(hào)。所以利用熱釋電探測(cè)器探測(cè)的紅外輻射必須經(jīng)過調(diào)制。如果 1/f 小于自由電荷中和面束縛電荷所需要的時(shí)間，那么在垂直于 PS 的晶體的兩個(gè)端面之間就會(huì)產(chǎn)生開路電西安文理學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 15 頁(yè) 壓。熱釋電晶體自發(fā)極化 強(qiáng)度隨溫度變化，使電極表面感應(yīng)電荷發(fā)生變化，其等效電路如圖 所示。 菲涅爾透鏡 目前人體驗(yàn)知系統(tǒng)中的光調(diào)制器一般都采用多元陣列式菲涅爾透鏡，它起到紅外輻射收集器和調(diào)制器的雙重作用。加裝菲涅爾透鏡可使傳感器的探測(cè)半徑從不足 2m 提高到至少 8m 范圍。這樣，當(dāng)人體在裝有菲涅爾透鏡的傳感器監(jiān)控范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)，人體輻射的紅外線通過菲涅爾透鏡傳到傳感器上，形成一個(gè)不斷交替變化的盲區(qū)和亮區(qū)，使得敏感單元的溫度不斷變化，傳感器從而輸出信號(hào)，或者說，人體在監(jiān)控范圍內(nèi)活動(dòng)時(shí)，進(jìn)人一個(gè)視場(chǎng)后，又走出這個(gè)視場(chǎng)，再進(jìn)人另一視場(chǎng)對(duì)傳感器而言，相當(dāng)于一會(huì)兒看到人，一會(huì)兒又看不到人，人體的紅外線輻射不斷改變傳感器的溫度，使之有一個(gè)又一個(gè)相應(yīng)的電信號(hào)，如圖 所示為菲涅爾透鏡。需要說明的是 :在每次接通電源時(shí)，傳感器要有幾秒到十幾秒的“預(yù)熱”時(shí)間，在這段時(shí)期內(nèi)該傳感器不起作用。 光敏控制：可設(shè)置光敏控制，白天或光線強(qiáng)時(shí)不感應(yīng)。 兩種觸發(fā)方式： :即感應(yīng)輸出高電平后，延時(shí)時(shí)間段一結(jié)束，輸出將自動(dòng)從高電平變?yōu)榈碗娖剑? ：即感應(yīng)輸出高電平后，在延時(shí)時(shí)間段內(nèi)，如果有人體在其感應(yīng)范圍活動(dòng)，其輸出將一直保持高電平，直到人離開后才延時(shí)將高電平變?yōu)榈碗娖剑ǜ袘?yīng)模塊檢測(cè)到人體的每一次活動(dòng)后會(huì)自動(dòng)順延一個(gè)延時(shí)時(shí)間段，并且以最后一次活動(dòng)的時(shí)間為延時(shí)時(shí)間的起始點(diǎn) )。此功能可以實(shí)現(xiàn) “ 感應(yīng)輸出時(shí)間 ” 和 “ 封鎖時(shí)間 ” 兩者的間隔工作，可應(yīng)用于間隔探測(cè)產(chǎn)品；同時(shí)此功能可有效抑制負(fù)載切換過程中產(chǎn)生的各種干擾。 微功耗 :靜態(tài)電流 50 微安，特別適合干電池供電的自動(dòng)控制產(chǎn)品。 ? 使用說明： 感應(yīng)模塊通電后有一分鐘左右的初始化時(shí)間，在此期間模塊會(huì)間隔地輸出 03次，一分鐘后進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)。 感應(yīng)模塊采用雙元探頭，探頭的窗口為長(zhǎng)方形，雙元（ A元 B元）位于較長(zhǎng)方向的兩端，當(dāng)人體從左到右或從右到左走過時(shí)，紅外光譜到達(dá)雙元的時(shí)間、距離有差值，差值越大，感應(yīng)越靈敏，當(dāng)人體從正面走向探頭或從上到下或從下到上方向走過時(shí)，雙元檢測(cè)不到紅外光譜距離的變化，無差值，因此感應(yīng)不靈敏或不工作；所以安裝感應(yīng)器時(shí)應(yīng)使探頭雙元的方向與人體活動(dòng)最多的方向盡量相平行，保 證人體經(jīng)過時(shí)先后被探頭雙元所感應(yīng)。 西安文理學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 19 頁(yè) 第 4 章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 總體設(shè)計(jì)思路 本設(shè)計(jì)硬件 模塊劃分為數(shù)據(jù)采集、鍵盤控制、報(bào)警等子模塊。用戶終端完成信息采集、處理、數(shù)據(jù)傳送、功能設(shè)定、本地報(bào)警等功能。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)也是有硬件和軟件組成。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的研制過程包括總體設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)等幾個(gè)階段。整個(gè)系統(tǒng)是在系統(tǒng)軟件 控制下工作的。在單片機(jī)內(nèi)，經(jīng)軟件查詢、識(shí)別判決等環(huán)節(jié)實(shí)時(shí)發(fā)出入侵報(bào)警狀態(tài)控制信號(hào)。當(dāng)報(bào)警延遲 10s 一段時(shí)間后自動(dòng)解除，也可人工手動(dòng)解除報(bào)警信號(hào)，當(dāng)警情消除后復(fù)位電路使系統(tǒng)復(fù)位，或者是在聲光報(bào)警 10s 鐘后有定時(shí)器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)消除報(bào)警。 AT89S52 復(fù)位電路 信號(hào)檢測(cè)電路 報(bào)警執(zhí)行電路 LED 發(fā)光顯示 放大 驅(qū)動(dòng) 驅(qū)動(dòng) 西安文理學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 20 頁(yè) 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路 如圖 所示為單片機(jī) 的最小系統(tǒng)電路圖。 晶振采用 12MHZ。 圖 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路