二、設計任務分析1.該設計包括硬件和軟件設計兩個部分。模塊劃分為數(shù)據(jù)采集、按鍵設定、報警等。
2.本紅外線防盜報警系統(tǒng)由熱釋電紅外傳感器、蜂鳴器、單片機控制電路、LED指示電路及軟件組成。
3.系統(tǒng)可實現(xiàn)功能：此熱釋紅外報警器安裝在禁區(qū)，按下布防鍵綠色發(fā)光二極管會閃爍，說明系統(tǒng)準備開始布防，30秒鐘后綠色發(fā)光二管會長亮，說明系統(tǒng)進入布防狀態(tài)了，當人員外出時，可把報警系統(tǒng)設置在外出布防狀態(tài)，探測器工作起來,當有人闖入時，熱釋電紅外傳感器將探測到動作，設置在監(jiān)測點上的紅外探頭將人體輻射的紅外光譜變換成電信號，紅外熱釋電模塊送出TTL 電平至STC89C52單片機，經(jīng)單片機處理運算后驅(qū)動執(zhí)行報警電路使警號發(fā)聲。
并且具有手動報警和手動取消報警功能，黃燈做信號指示。
三、技術方案的詳細設計（實施）
3.1本系統(tǒng)的設計方案
3.1.1系統(tǒng)概述1.系統(tǒng)設計簡介
紅外線防盜報警器是當前使用比較普遍的報警器之一，它以其靈敏度高、價格實惠，受到了廣大用戶的歡迎。但是使用每一種紅外線傳感器都有其不足之處，如抗干擾能力弱、誤報漏報現(xiàn)象嚴重等，可靠性不夠高。目前市面上裝備主要有壓力觸發(fā)式防盜報警器、開關電子防盜報警器和壓力遮光觸發(fā)式防盜報警器等各種報警器，但這幾種比較常見的報警器都存在一些缺點。
本設計是基于單片機設計一種簡易的紅外報警器。此熱釋紅外報警器安裝在禁區(qū)，根據(jù)檢測人體自身的熱量，檢測到有人時，自動發(fā)出報警信息，并且能夠自動或手動取消報警。
設計的系統(tǒng)采用了熱釋電紅外傳感器，它的制作簡單、成本低，安裝比較方便，而且防盜性能比較穩(wěn)定，抗干擾能力強、靈敏度高、安全可靠。這種防盜器安裝隱蔽，不易被盜賊發(fā)現(xiàn)。為了探測移動人體，通常使用雙元件型熱釋電紅外線傳感器，在這種傳感器內(nèi)部，兩個靈敏元件反相連接，當人體靜止時兩元件極化程度相同，互相抵消。但人體移動時，兩元件極化程度不同，凈輸出電壓不為0，從而達到了探測移動人體的目的。
3.2硬件電路設計紅外熱釋電家庭防盜報警的硬件結構主要由單片機最小系統(tǒng)、電源模塊、按鍵模塊、紅外熱釋電傳感器DYP-ME003、LED指示燈和蜂鳴器報警模塊組成。電路總原理圖的框架圖如圖3-1所示：
圖3-1 總體設計框圖
處理器采用51系列單片機STC89C52。整個系統(tǒng)是在系統(tǒng)軟件控制下工作的。設置在監(jiān)測點上的紅外探頭將人體輻射的紅外光譜變換成電信號，送出TTL 電平至STC89C52單片機。在單片機內(nèi)，經(jīng)軟件查詢、識別判決等環(huán)節(jié)實時發(fā)出入侵報警狀態(tài)控制信號。驅(qū)動蜂鳴器及報警指示燈報警。
3.2.1紅外感應部分3.2.1.1 電源模塊
本系統(tǒng)電源電壓為4.5v，由三節(jié)干電池組成。電源模塊電路為電源開關和電源指示燈組成。SW1是電源開關，按下SW1開關后，電源指示燈D4發(fā)光指示電源情況。
3.2.1.2 熱釋電傳感器
基于紅外線技術的自動控制產(chǎn)品, 靈敏度高，可靠性強，超低電壓工作模式,廣泛應用于各類自動感應電器設備, 尤其是干電池供電的自動控制產(chǎn)品。
實物圖片：
電氣參數(shù)：
功能特點：
1. 全自動感應:人進入其感應范圍則輸出高電平， 人離開感應范圍則自動延時關閉高電平，輸出低電平。
2. 光敏控制（可選擇，出廠時未設）：可設置光敏控制，白天或光線強時不感應。
3. 溫度補償(可選擇，出廠時未設)：在夏天當環(huán)境溫度升高至 30～32℃，探測距離稍變短，溫度補償可作一定的性能補償。
4. 兩種觸發(fā)方式：（可跳線選擇）
a.不可重復觸發(fā)方式:即感應輸出高電平后，延時時間段一結束，輸出將自動從高電平變?yōu)榈碗娖剑?/font>
b.可重復觸發(fā)方式：即感應輸出高電平后，在延時時間段內(nèi)，如果有人體在其感應范圍活動，其輸出將一直保持高電平，直到人離開后才延時將高電平變?yōu)榈碗娖剑ǜ袘K檢測到人體的每一次活動后會自動順延一個延時時間段，并且以最后一次活動的時間為延時
時間的起始點)。
5. 具有感應封鎖時間(默認設置:無封鎖時間)：感應模塊在每一次感應輸出后（高電平變成低電平），可以緊跟著設置一個封鎖時間段，在此時間段內(nèi)感應器不接受任何感應信號。此功能可以實現(xiàn)“感應輸出時間”和“封鎖時間”兩者的間隔工作，可應用于間隔探測產(chǎn)品；同時此功能可有效抑制負載切換過程中產(chǎn)生的各種干擾。(此時間可設置在零點幾秒—幾十秒鐘)。
6. 工作電壓范圍寬：默認工作電壓 DC4.5V-20V。
7. 微功耗:靜態(tài)電流<50 微安，特別適合干電池供電的自動控制產(chǎn)品。
8.輸出高電平信號：可方便與各類電路實現(xiàn)對接。
感應范圍：
3.2.1.5 信號采集處理模塊
圖3-5信號處理模塊
圖3-6實物圖
本電路是將人體輻射的紅外線轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘�。熱釋紅外感應2腳輸入到前置放大器OP1進行放大，然后由C4耦合給運算放大器OP2進行第二級放大。再經(jīng)過電壓比較器COP1和COP2構成雙向鑒幅器處理后，檢出有效觸發(fā)信號去啟動延時時間定時器輸出信號在經(jīng)過R3進入單片機部分進行處理。延時周期可通過R12來調(diào)節(jié)輸出，在延時時間內(nèi)只要Vs發(fā)生上跳變，Vo就會從Vs上跳變時刻起繼續(xù)延長一個周期，而電路中的電容為了能夠更好的控制了芯片內(nèi)的定時器，若Vs一直保持為高電平，這樣就可以通過P10傳輸?shù)絾纹瑱C內(nèi)進行下一步處理。而根據(jù)不同的距離要求來調(diào)節(jié)R13，最大可以調(diào)節(jié)到7米左右。圖中BISS0001中1腳用跳線連連接住一個接高電平后，在延時時間段內(nèi)如果有人體在其感應范圍活動，其輸出將一直保持高電平，直到人離開后才將高電平變?yōu)榈碗娖剑倦娐吩O計就是可觸發(fā)方式。
3.3單片機部分
3.3.1 STC89C52單片機簡介
（見51hei附件）
3.3.2 單片機最小系統(tǒng) 要使單片機工作起來最基本的電路構成為單片機最小系統(tǒng)如圖3-7所示。
圖3-7信號處理模塊
單片機最小系統(tǒng)包括單片機、復位電路、時鐘電路構成。
STC89C52 單片機的工作電壓范圍：4V-5.5V,所以通常給單片機外界5V直流電源。連接方式為單片機中的40腳VCC接正極5V，而20腳VSS接電源地端。
復位電路就是確定單片機的工作起始狀態(tài)，完成單片機的啟動過程。單片機接通電源時產(chǎn)生復位信號，完成單片機啟動確定單片機起始工作狀態(tài)。當單片機系統(tǒng)在運行中，受到外界環(huán)境干擾出現(xiàn)程序跑飛的時候，按下復位按鈕內(nèi)部的程序自動從頭開始執(zhí)行。一般有上電自動復位和外部按鍵手動復位，單片機在時鐘電路工作以后，在RESET端持續(xù)給出2個機器周期的高電平時就可以完成復位操作。本設計采用的是外部手動按鍵復位電路，需要接上上拉電阻來提高輸出高電平的值。
時鐘電路好比單片機的心臟，它控制著單片機的工作節(jié)奏。時鐘電路就是振蕩電路，是向單片機提供一個正弦波信號作為基準，決定單片機的執(zhí)行速度。XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出，該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件，XTAL2應不接。因為一個機器周期含有6個狀態(tài)周期，而每個狀態(tài)周期為2個振蕩周期，所以一個機器周期共有12個振蕩周期，如果外接石英晶體振蕩器的振蕩頻率為12MHZ，一個振蕩周期為1/12us。
3.3.3按鍵控制電路 按鍵模塊是有三個獨立按鍵組成：分別為手動報警鍵、布防鍵、取消報警鍵。
按下手動報警鍵：當遇到特殊緊急情況時，可按下緊急報警鍵，蜂鳴器會發(fā)出報警聲同時紅色led信號指示燈也會閃爍提示。
按下布防鍵：綠色led燈會閃爍代表布防開始，一直到綠色led燈會常亮，代表布防結束（布防時間持續(xù)30s鐘）。在此時如果有人體經(jīng)過傳感器的監(jiān)測范圍區(qū)（監(jiān)測距離為5到7m，監(jiān)測角度為小于100度）時，紅外熱釋電輸出高電平，單片機P1^3口檢測高電平，點亮黃色led指示燈，代表有人經(jīng)過監(jiān)控區(qū)，同時蜂鳴器發(fā)出報警聲，有賊入侵。
按下取消報警鍵：蜂鳴器和指示燈進入初始狀態(tài)。圖3-8所示。
圖3-8按鍵部分
3.3.4指示燈和報警電路報警電路是有紅色led燈和蜂鳴器模塊組成。報警指示燈是有單片機輸出低電平驅(qū)動。蜂鳴器是用pnp型的功率驅(qū)動管S8550驅(qū)動，當單片機P2^3 口為低電平時，三極管S8550飽和導通，蜂鳴器發(fā)出報警聲，當單片機P2^3 口為高電平時，三極管S8550截止，蜂鳴器停止報警。電路圖如圖3-9所示：
圖3-9指示燈和報警電路
3.4軟件的程序?qū)崿F(xiàn)3.4.1主程序工作流程圖按上述工作原理和硬件結構分析可知系統(tǒng)主程序工作流程圖如下圖所示：
圖3-10主程序工作流程圖
3.5 報警判斷程序單片機檢測到紅外熱釋電傳感器的入侵信號，經(jīng)過單片機的程序處理，分別驅(qū)動報警指示燈和蜂鳴器報警。利用了取反語句使得報警燈和蜂鳴器的亮滅和報警的間斷時間相同，如果沒有人來取消報警，程序?qū)^續(xù)循環(huán)報警工作。
/******************紅外報警處理**********************/
void hongwai_dis()
{
if(flag_alarm == 1) //報警
{
red = ~red; //紅燈報警
beep = ~beep; //蜂鳴器報警
}
if(flag_bufang_en == 1) //準備開始布防
{
green = ~green; //綠燈閃
}
if(flag_bufang == 1) //確認布防
{
green = 0; //如果延時布防成功 綠燈長亮
if(hw == 1) //紅外有輸出
{
flag_alarm = 1;
}
}
}
3.6 程序編寫與調(diào)試3.6.1 Keil編譯器軟件簡介
Keil C51是美國Keil Software公司出品的51系列兼容單片機C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語言在功能上、結構性、可讀性、可維護性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學易用。用過匯編語言后再使用C來開發(fā)，體會更加深刻。Keil C51軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全Windows界面。另外重要的一點，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會到Keil C51生成的目標代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。下面詳細介紹Keil C51開發(fā)系統(tǒng)各部分功能和使用。
圖15 C51工具包整體結構圖
Keil C51單片機軟件開發(fā)系統(tǒng)的整體結構C51工具包的整體結構，如圖3.1所示，其中uVision與Ishell分別是C51 for Windows和for DOS的集成開發(fā)環(huán)境(IDE)，可以完成編輯、編譯、連接、調(diào)試、仿真等整個開發(fā)流程。開發(fā)人員可用IDE 本身或其它編輯器編輯C 或匯編源文件。然后分別由C51及A51編譯器編譯生成目標文件(.OBJ)。目標文件可由LIB51創(chuàng)建生成庫文件，也可以與庫文件一起經(jīng)L51連接定位生成絕對目標文件(.ABS)。ABS文件由OH51轉(zhuǎn)換成標準的Hex文件，以供調(diào)試器dScope51或tScope51使用進行源代碼級調(diào)試，也可由仿真器使用直接對目標板進行調(diào)試，也可以直接寫入程序存貯器如EPROM 中。
3.7 硬件安裝及調(diào)試中遇到的問題
3.7.1安裝步驟1.檢查元件的好壞
按電路圖買好元件后首先檢查買回元件的好壞，按各元件的檢測方法分別進行檢測，一定要仔細認真。而且要認真核對原理圖是否一致，在檢查好后才可上件、焊件，防止出現(xiàn)錯誤焊件后不便改正。
2.放置、焊接各元件
按原理圖的位置放置各元件，在放置過程中要先放置、焊接較低的元件，后焊較高的和要求較高的元件。特別是容易損壞的元件要后焊，在焊集成芯片時連續(xù)焊接時間不要超過10s，注意芯片的安裝方向。
3.7.2電路的調(diào)試首先燒入顯示程序，看顯示正不正常。在調(diào)試程序時，發(fā)現(xiàn)有的指令用的不正確，導致電路功能不能完全實現(xiàn)，另外軟件程序中的延時有的過長、有的過短。類似的現(xiàn)象還有很多就不一一列舉了。
四、心得體會在本次研究的是基于單片機設計的紅外報警器。該系統(tǒng)主要是有單片機最小系統(tǒng)、電源電路、紅外熱釋電傳感器部分、蜂鳴器報警模塊、led狀態(tài)指示燈和按鍵模塊組成。。外部不可接上拉電阻，否則會影響紅外熱釋電傳感器的正常工作。此設計上有三個led信號指示燈,分別為紅色燈，綠色燈和黃色燈。紅色燈代表報警信號指示，綠色燈代表布放信號燈指示，黃色燈代表DYP-ME003紅外熱釋電傳感器信號指示燈。按鍵部分也有四個按鍵，分布代表復位鍵（屬于單片機最小系統(tǒng)部分），左邊第一個燈為手動報警鍵，按下此鍵蜂鳴器會發(fā)出報警聲同時紅色led信號指示燈也會閃爍提示。左邊第二個鍵為布防鍵，當按下此鍵，綠色led燈會閃爍代表布防開始，一直到綠色led燈會常亮，代表布防結束（布防時間持續(xù)30s鐘）。報警器的最大特點就是使用戶能夠操作簡單、易懂、靈活；且安裝方便、智能性高、誤報率低。隨著現(xiàn)代人們安全意識的增強以及科學技術的快速發(fā)展，相信報警器必將在更廣闊的領域得到更深層次的應用。
試驗中在進行原理圖設計與protues仿真的過程中遇到了很多問題，例如在Altium designer里并沒有at89c52，這就需要自己設計一個c52庫，在這個上面我花費了大量的時間在管腳以及電器封裝。當進行protues仿真時，我認識到仿真并沒用想象中那么容易，此次設計本設計采用的紅外熱釋電傳感器的型號是DYP-ME003，此傳感器在上電是需要1分鐘左右的時間才能穩(wěn)定，有效電平為高電平，平時為低電平狀態(tài)。他是一個復雜的集成模塊，其中包括紅外探測器，光學放大原件，以及電路設計。DYP-ME003可以將光信號轉(zhuǎn)化為高低電平，這個部分在仿真中只能用開關代替。
附件一：總體原理圖設計
附件二：仿真圖附件三：程序源代碼
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