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，还能仿真单片机及器件。它是目前最好的仿真单片机及器件的工具。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.