一 : 基于单片机的红外报警系统

【摘要】该红外防盗报警器以AT89C51单片机为核心，外接复位电路，信号检测电路，放大电路。它是一种被动的探测方式，能以非接触的方式感应人体的辐射，并将其转化为相应的电信号输出，送至单片机。经过单片机的内部处理，控制输出信号。驱动LED发光电路和报警电路。该报警器的最大特点是操作简单、灵活、安装方便、智能性高、误报率低。随着现代人们安全意识的增强以及科学技术的快速发展，相信报警器必将在更广阔的领域得到更深层次的应用。

【关键词】报警；热释电红外传感器；单片机
1.前言
随着经济的快速发展，人们生活水平的提高，人们对防盗系统提出了新的要求。本系统是结合传统报警系统的优点和人们对现代报警系统的需求设计的适用于小型设备的电子报警系统。
本设计采用热释电红外传感器，它能以非接触形式被动地探测出人体辐射的红外线，并将其转换成电信号，送至单片机，经单片机软件处理后，驱动报警电路执行报警。它制作简单，成本低安装方便，抗干扰能力强，隐蔽性强不易被盗贼发现，广泛应用于报警，检测，遥控等领域。原理图如图1所示：
图1 基于单片机的红外报警系统原理图
2.总体思路设计
本设计包括硬件和软件设计两部分。模块划分为数据采集、键盘控制、报警等子模块。电路结构可划分为：热释电红外传感器、报警器、单片机控制电路、LED控制电路及相关的控制管理软件组成。用户终端完成信息采集、处理、数据传送、功能设定、本地报警等功能。
此设计以单片机为核心模块，单片机就是设计的中心单元，因此系统也是单片机应用系统的一种应用。单片机应用系统也是有硬件和软件组成。硬件包括单片机、输入/输出设备、以及外围应用电路等组成的系统。
从设计的要求来分析该设计须包含如下结构：热释电红外传感探头电路、报警电路、单片机、复位电路及相关的控制管理软件组成；它们之间的构成框图如图2所示：
图2 总体设计框图
处理器采用51系列单片机AT89C51。整个系统是在系统软件控制下工作的。红外探头将人体辐射的红外光谱变换成电信号，经放大电路、反相器送至至AT89C51单片机。经单片机内部处理发出入侵报警状态控制信号。
软件是各种工作程序的总称。单片机应用系统的研制过程包括总体设计、硬件设计、软件设计、在线调试等几个阶段，就本设计来说也包括这些过程。
3.基础知识介绍
3.1 热释电红外传感器
热释电红外线传感器是80年代发展起来的一种新型高灵敏度探测元件。是一种能检测人体发射的红外线而输出电信号的传感器，它能组成防入侵报警器或各种自动化节能装置。它能以非接触形式检测出人体辐射的红外线能量的变化，并将其转换成电压信号输出。将这个电压信号加以放大，便可驱动各种控制电路[2]。如图3所示为热释电红外传感器的外观和内部电路框图。
图3 热释电红外传感器的外观和内部电路框图
3.2 AT89C51单片机简单概述
AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能的CMOS8位单片机，片内含有4Kbytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和128bytes的随机存取数据存取器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内设置通用8位中央处理器（CPU）FLASH存储单元，功能强大。AT89C51单片机可为您提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。为此，本设计选用AT89C51。其结构如图4所示。
图4 AT89C51单片机功能方块图
4.具体电路模块设计
4.1 热释电红外传感器原理
本设计所用的热释感器就采用这种双探测元的结构。其工作电路原理及设计电路如图5所示，在VCC电源端利用C1和R2来稳定工作电压，同样输出（www.61k.com）端也多加了稳压元件稳定信号。当检测到人体移动信号时，电荷信号经过FET放大后，经过C2，R1的稳压后使输出变为高电位，再经过NPN的转化，输出OUT为低电平。
图5 热释电红外传感器原理图
4.2 放大电路的设计
如图6所示为最基本的放大电路，Vi是输入电压信号，Vo是输出放大的电压信号。
图6 放大电路图
4.3 时钟电路的设计
XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。
因为一个机器周期含有6个状态周期，而每个状态周期为2个振荡周期，所以一个机器周期共有12个振荡周期，如果外接石英晶体振荡器的振荡频率为12MHZ，一个振荡周期为1/12us，故而一个机器周期为1us[5]。如图7所示为时钟电路。
图7 时钟电路图
4.4 复位电路的设计
复位方法一般有上电自动复位和外部按键手动复位，单片机在时钟电路工作以后，在RESET端持续给出2个机器周期的高电平时就可以完成复位操作[6]。例如使用晶振频率为12MHz时，则复位信号持续时间应不小于2us[7]。本设计采用的是外部手动按键复位电路。如图8所示为复位电路。
图8 复位电路
图9 发光二极管报警电路图
4.5 发光二极管报警电路的设计
由4个发光二极管接上电阻后连上单片的RXD的引脚，外接VCC，当单片机的RXD引脚被置低电平后，发光二极管被点亮，起到报警作用[8]。图9所示为发光二极管报警电路。
4.6 声音报警电路的设计
如图10所示，用一个Speaker和三极管、电阻接到单片机的TXD引脚上，构成声音报警电路，如图10所示为声音报警电路。图10 声音报警电路图
4.7 系统硬件电路的选择及说明
从以上的分析可知在本设计中要用到如下器件：AT89C51、热释电红外传感器、LED、按键、反相器74LS04、蜂鸣器等一些单片机外围应用电路，以及单片机的手工复位电路等。在原理图（见附录）中，绿灯是正常工作指示灯，红灯是起报警指示作用，当RXD脚被置低电平时，红灯亮开始报警，同样，TXD脚置高电平时声音报警电路开始工作。电路设有2个按键，按键1作为倒计时的中断键，按键2键作为作为电路复位键。
5.软件的程序实现
5.1 主程序工作流程图
按上述工作原理和硬件结构分析可知系统主程序工作流程图如图11所示；
图11 主程序工作流程图
5.2 中断服务程序工作流程图
本主程序实现的功能是：当单片机检测到外部热释电传感器送来的脉冲信号后，表示有人闯入监控区，从而经过单片机内部程序处理后，驱动声光报警电路开始报警，报警持续10秒钟后自动停止报警，然后程序开始循环工作，检测是否还有下次触发信号，等待报警从而使报警器进入连续工作状态。同时，利用中断方式可以实现报警持续时间未到10秒时，用手工按键停止的声光报警的作用。手工按键停止报警中断服务程序工作流程图，如图12所示：
图12 中断服务程序工作流程图
5.3 软件仿真
本设计通过利用Proteus仿真，Proteus它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。本设计所要求达到的目标是在接收到红外传感器带来的低电平信号，可使绿灯由亮变暗，红灯产生报警，可观察到红灯变亮，蜂鸣器报警。当报警结束后，绿灯亮起，红灯熄灭，蜂鸣器停止报警。
6.结束语
本设计研究了一种基于单片机技术的无线智能防盗报警器。该防盗报警器通过以AT89C51单片机为工作处理器核心，外接热释电红传感器，它能有效的抑制人体辐射波长以外的红外光线与可见光的干扰。平时传感器输出高电平，当有人在探测区范围内移动时输出高电平变为低电平，此低电平输入单片机，作为单片机的外部触发信号处理，经单片机内部软件编程处理后，单片机输出控制信号，驱动声光报警电路开始报警。
参考文献
[1]沈红卫.基于单片机结构的智能系统设计与实现[M].北京：电子工业出版社，2002.
[2]周平.单片机应用技术[M].成都：电子科技大学出版社，2003.
[3]谭洪涛，张学平.单片机设计测距仪原理及其简单应用[J].现代电子技术，2004.
[4]张正伟.传感器原理与应用[J].北京：中央广播电视大学出版社，1991.
[5]李广弟.单片机基础[M].北京：北京航空航天大学出版社，2001.
[6]何立民.单片机应用系统设计[M].北京：北京航空航天大学出版社，1998.
[7]周航慈.单片机应用程序设计基础[M].北京：北京航空航天大学出版社，1999.

二 : 让小偷见鬼去吧！红外线报警器简单测试

卡车的防盗一直以来都是困扰广大司机的难题之一，最近有网友在卡车之家论坛上“晒”随车装备，说红外报警器防盗效果不错，引起许多网友的兴趣，为此卡车之家特地买了1个，与大家分享一下使用的感受。

●购买方式

购买的方法其实很简单，大家可以在淘宝搜索关键词家用红外线报警器，在结果中选择最便宜的就行了，因为贵的哪些有好多功能也是用不上的。有的网友不喜欢或者网购不方便的话，也可以在当地的防盗报警器材店购买，一般都有。

小编测试的这个红外报警器是在淘宝商城上买的，非常的便宜才12.8元，加上10快钱的邮费也就20多块。

●外观与功能结构介绍

外观结构介绍

外包装简单，只是1个粗糙的硬纸盒，没有厂家、地址、联系电话，甚至连说明书都没有，但毕竟只十几块钱，也不能要求太多。

打开外包装，红外报警器的外观简洁明了，正面为感应区与喇叭，侧面是开关，后部是万向座与电池仓。

拆开红外线报警器，内部结构主要分为两部分：喇叭与电路板。喇叭就不说了，电路板上主要有感应探头与开关2大元件。

功能介绍

原理：采用红外传感技术，在其感应的范围内探测到防区内有人移动时，即发出报警声。

使用方法：

1、装好电池，打开电源开关。

2、防盗器在刚开机后20秒内不检测报警信号，您必须在这20秒种内离开防盗保护神的探测区域；

3、20秒后如果有人员进入防盗器的探测区域，防盗器将发出10秒钟刺耳的报警声响。如果人都还在感应区域会继续报警，直到离开。

4、在防盗器报警时，您可关闭电源开关，结束报警。

感应范围：

我们测试了一下报警器的感应范围，跟产品说明基本一致，水平感应角度为110°，竖直感应角度为65°，感应距离为5m，感应范围足够覆盖油箱周围。下面就看看我们的实际测试效果怎么样吧。

三 : 单片机红外线报警器电路图

基于单片机的红外线报警器设计
一. 硬件电路
电路原理图如图1所示.可将该电路分为以下三个部分.
1 、电源电路
220V交流市电经变压器T降压 .桥式整流器D1整流. 电解电容C7滤波.三端稳压器78L05稳压,最后得到整机要求的+5V稳定直流电源.
2 、 单片机系统.
U1为AT89C2051单片机.C1.R0,R1和复位按钮RESET组成手动电平复位和上电自动复位电路; C2.C3以及晶振T1组成时钟电路iC4.C5为+5V电源滤波电容 .U2为CM0S6反相器CC4069 , 起驱动作用 .VD1 ～ VD6为红外发射管, 其负极端接与P1口.P1口设置为输出状态 ,当P1口为 .0时 ,VD1～VD6发红外光.VD7～VD12为红外接收管.当接收到红外光时导通,+5V电源通过VD7一VD12加到反相器 CC4069的输入端,经反相为低电平,这时P3_0~P3.5为低电平.发管和接收管分别安装在门和窗口的适当位置.当有人闯入时遮挡了红外线,接收管截止.反相器输入端为低电平 .这时U1的P3.0一P3.5为高电平.当在一定时间内检测到位于不位置的光束被遮挡时.则由P3.7口输出报警信号(高低电平间隔1S的脉冲信号).驱动声光报警电路.进声光报警.直至按复位按钮RESET或电源开关S1.由于红外收发管之间没有遮挡时为正常.有遮挡时为异常,则当 P 1口输出 o 0 H时. P 3口的正常状态数据为00H.
3、声光报警电路 .
555定时器U4.扬声器BY, 普通红色发光二极管VD13等组成声光报警电路 . 其中555定时器接成了一个低频多谐振荡器 .其控制电压输入端5脚与单片机 AT89C2051的P3.7脚相连,受P3.7脚输出的高低电平间隔1S的脉冲信号控制.当P3.7为高电平时控制电压Uco较高,阈值电压UT+(=Uco)和UT-(=1/2Uco) 也较高 ;当P3.7为低电平时UT+和UT-也较低.当UT+较高时,电容C9充、放电的电压幅度较大.因而振荡频率较低.反之,当UT+较低时,电容C9充、放电过程中电压变化幅度较小.充、放电过程完成得较快,故振荡频率较高.即当P3.7=1时.555输出脉冲的振荡频率较低;当P3.7=0时.555输出脉冲的振荡频率高. 该输出脉冲经过隔直电容C8加到扬声器上,扬声器将交替发出高、上位机的通信.液晶显示模块使用了12864的并行模式 ,数据端DB0-DB7与单片机的P2.0-P2.7相连,PSB控制12864工作在并行模式,电路中未接液晶的背光.RST复位端直接悬空.

通信协议
开始发送数据时,A1_89S52发出SS下降沿信号然后等待ZLG500在SDA线上的响应,若在50ms内未检测到此响应则退出本次传输(由SPI看门狗定时器实现) 将错误代码返回给主程序由主程序进行错误处理.若ZLG500正确响应则AT89S52可将命令和数据发送出去,然后AT89S52等待ZLG500发回的状态和响应数据.即等待SS线上的下降沿的产生, 此时的AT89S52用外部中断响应. 若在500ms内未检测到此信号则退出本次传输且向主程序报告错误代码(由SPI看门狗定时器实现) .若正确检测到SS信号则可接收状态和数据.SS为数据发送使能,若一方有数据要发送给另一方,则该方控制SS线为低.并在发送结束后将该线置高. 接收数据方不得 控制该线.双方必须遵守通信协议.不得同时控制该线.SDAT为数据线由数据发送端控制数接收端必须释放该线,该线在一次传输开始时还同时作为数据接收端的响应信号.SPI线上信号波形圈见图4 .

本系统主要由四个源程序实现分为三层. mface-3.asm为底层程序.定义最基本的函数且直接操作硬件zig500.C .12864.C为中层程序定义各种功能函数main .C为顶层程序直接调用底层和中层文件中的函数.其中zig500.C和m-face.asm由ZLG500模块的生产厂家提高低不同的两种叫声.同时P3.7脚输出的高低电平间隔1S的脉冲信号经电阻R8加到红色发光二极管VD13上.VD13将闪烁发光.达到声光同时报警的效果.
二.软件设计
我们的目标是,当检测到有人闯入时就由 P3713输出高低电平间隔1S的脉冲信号去驱动声光报警电路.产生声光报警. 这可通过使P3.7口每隔1S取反一次实现.而1S时间可通过让定时器T0(工作于定时方式1) 重复定时1OOms十次实现.用工作寄存器R1作循环计数器.初值为10(OAHo采用中断方式编程.整个软件由主程序和中断服务程序两部分构成.

1 、主程序.主要功能是对系统进行初始化和对系统进行监视看是否有人闯入.其程序流程图如图2所示.程序清单如下:
0RG O0O0H
AJMP MAIN ; 转向主程序
ORG O00BH : 定时器 T O中断八E l
LJMP BJ ; 转向中断服务程序
0RG O0 30H
MAI N: MOV SP , #50H ; 设置堆栈栈底
MOV R1.#OAH; 设置循环计数器初值
MOV P3, # OOH; 设置P3口为正常状态
MOV P1.#OOH; 使VD1-VD6发红外光
MOV TMOD. #01H; 设TO为定时方式 1
MOV TH0. # 3CH; 设置定时100ms初值
M0V TL O. # OBOH
SETB EA ; CPU开中断
SETB ETO ; 定时器0允许中断
JS: MOV A, P3 ; 监视是否有人闯入
CJNE A. #O OH. LP
由于设备生产厂家停产老机型,配件价高难购,导致我单位一台老型号数控塑钢门窗角缝清理机(简称清角机)闲置至今 .弃之可惜 ,留着无用.最近生产任务又比较紧.原定要购买一台新的清角机.但本着为单位减少资金投入的目的. 决定对闲置清角机进行低投入改装.
经过仔细查看、分析:原机由数控电路控制步进电机拖动清角机构运动.精确控制清角机构进给、升降量.可原机 控制电路部分已经损坏 ,还缺少一只步进电机.但机械部分完好.因此决定舍去原机电路和步进电机等部分不用,只保留原机机械部分.改用一只气缸来拖动清角机构运动.机械定位来控制进给量.由多只气缸协作完成物件加工的工作过程.

机械部分改装办法确定了.但又怎样去控制它们的运行呢?想到以前用P111-G可编程控制器改装过其它生产设备 .使用P111-G可编程控制器控制线路简洁、性价比高.编程简单、方便、快捷.决定选用P111-G可编程控制器来控制机械部分运行.改装方法构思好后.动手改装.先加装气缸、电磁阀、行程开关、限位装置等( 机械部分改 装后结构简图如上图) .再拆掉原机配电箱内所有电路并装入P111-G可编程控制器. 按拟定的线路配线接好相关
电路.一切就绪后 .重点转到对P111一G可编程控制器的编程上.下面介绍具体编程步骤:
AJ MP JS
LP . SETB TR0 ; 启动T0定时
100ms
S J MP$ ;等待定时100ms
完成
2 、中断服务程序.主要功能是判断定时1S是否完成.从而决定是否对P3.7Iq取反.其程序流程图如图3所示.程序清单如下:
ORG 0060H
BJ : PUSH Acc ; 现场保护
PUSH PSW
MOV TH0 . #3CH ; 重设定时初值
MOV TL0.B0H
DJ NZ R1.FH
MOV R1 . } }OAH
CPL P3.7
FH: POP PSW
POP Acc
RETl
END
; 1S未到返回
; 重设计数器初值
; P3.7口取反
: 恢复现场
: 中断返回
三.系统调试
1 、软件调试.
先在 Keilc51 环境中 进行软件调试. 再利用编程器将调试好 的程序固化到AT89C2051单片机中.
2 、硬件调试
(1)检查线路应焊接无误.(2) 电 源电路调试 .断开负载.用万用表测量78L05的3脚应有+5v电压.(3) 先不装入AT89C2051单片机.用短路线把U1插座的12脚接地.调整 VD1和VD7的安装位置和角度 ,测量U1插座的2脚电压 .当VD1和VD7之间无遮挡时2脚电压为0伏,有遮挡时为+5伏.用相同方法反复调整其他几对红外收发管的位置和角度. 使U1插座的3、6、7、8、9各脚的电压符合要求.(4)将固化好程序的AT89C2051插入电路中的U1插座上.接上电源即可工作.

本文标题：单片机红外线报警器-基于单片机的红外报警系统
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