基于单片机的红外报警监控系统的设计

【摘要】本文研究了以单片机STC89C52为控制核心的红外报警监控系统的设计。系统由红外热释电传感器、温湿度传感器、DS1302时钟电路、E2PROM存储电路、液晶显示和键盘电路组成。它集红外报警、温湿度测量显示、实时时钟为一体，简单实用，抗干扰能力强、灵敏度高、安全可靠，具有较高的应用价值。

【关键词】红外传感器;单片机STC89C52;温湿度显示

Abstract：The paper puts forward the design of infrared alarm monitoring system based on STC89C52.The system consists of a pyroelectric infrared sesor，temperature and humidity sensor，DS1302 clock circuit，E2PROM memory circuit，keyboard input and LCD circuit.It combines infrared alarm，temperature and humidity display，real time as a hole，and it has a higher application value because of its simplicity，strong anti-interference ability，high sensitivity，safety and reliability.

Key Words：infrared sesor;STC89C52;the display of temperature and humidity

一、课题的设计背景及要求

1.课题的设计背景

随着技术的进步和安全意识的增强，人们越来越重视家庭、室内环境的财产安全和人身安全。因此，具有防盗报警功能的电子设备有广阔的市场前景。由于红外线是不可见光，具有很强的隐蔽性，在报警监控系统中应用广泛。而红外热释电传感器和单片机构成的红外报警监控系统由于具有辐射小，隐蔽性强、性能稳定等优点，有很高的实用价值。

2.课题的设计要求及功能

红外报警监控系统由红外热释电传感器检测人体信息，以单片机为主控模块来实现实时监控。其主要功能有：

（1）红外热释电传感器获取人体入侵信息，当监控功能打开并且有人入侵时，驱动蜂鸣器报警，LED报警灯亮;

（2）报警时间自动存储至EEPROM存储器，当按查询按钮时显示上次报警时间;

（3）不间断测量当前温度和湿度数据，并在液晶屏上实时显示;

（4）具备不间断时钟电路，当前时间在液晶屏显示。时钟电路具有后备电池，系统掉电后始终依然运行，再次上电显示当前时间，无须重新调时;

（5）可以查询上次报警时间，再次按查询键退出查询状态。

二、系统总体方案

本设计以单片机STC89C52为控制核心，随时监控DYP-ME003红外人体传感器送来的报警信号。当报警功能打开并且传感器检测到有人侵入时，单片机通过声（蜂鸣器）光（LED发光管）报警，同时将入侵时间记录在外部存储芯片中。

系统还可以即时显示当前环境温湿度值和当前时间。单片机每2秒钟从DHT11温湿度传感器中读入温度和湿度，在液晶屏上即时显示;通过DS1302时钟电路获得并显示当前时间。该时间初始值可以通过设置键、上调键和下调键设定，由于具有后备电池，主控系统断电后时钟仍然继续运行。

图1 红外报警监控系统方框图

系统可通过按键切换开、关报警状态，设定时钟初始值，查询报警时间等功能。整个系统的总体方框图如图1所示。

三、系统硬件电路的设计

1.单片机主控模块的设计

本设计选用宏晶公司高性能单片机STC 89C52采用主控芯片，芯片为52内核8位单片机，兼容Intel等52内核单片机，支持ISP下载，适用于常用检测控制电路。

单片机主控模块由单片机最小系统及一些接口电路组成，主要有键盘输入电路、液晶显示电路和声光报警电路，单片机主控电路如图2所示。

晶振电路与复位电路：

系统采用11.0572MHz外部晶振电路。

键盘输入电路：K1、K2、K3、K4为四只按键，分别为设置键、上调键、下调键和查询键。

液晶显示电路：其中P0.0―P0.7接LCD数据线，P2.5―P2.7接LCD控制线。

声光报警电路：L2为报警LED发光管。

图2 单片机主控模块的设计

2.红外检测电路

热释电红外检测电路，是利用该电路检测到有人进入防范区时通过能量变化导致产生电信号而进行报警。被动式红外报警器主要由菲涅耳光学系统、热释电红外传感器、信号滤波和放大电路、信号处理和报警电路等几部分组成。被动式红外传感器探头靠探测人体发射的10μm左右的红外线进行工作。在有效警戒区内，当无人体移动时，热释电红外感应器感应到的只是背景温度，没有信号变化，所以不能产生电信号，也不会报警;当人体进人警戒区，通过菲涅耳透镜，热释电红外感应器感应到的是人体温度与背景温度的差异信号，此时产生电信号，经过信号调理电路产生报警信号。

本设计采用DYP-ME003红外人体传感器作为红外检测模块。DYP-ME003是将热释电传感器、菲涅耳透镜和调理电路集成在一个模块上的集成红外传感器，其引脚图如图3所示。

图3中ALERT引脚输出信号，该信号为高电平时有人入侵，为低电平时表示无人入侵。R17电阻为下拉电阻，防止管脚误报。

图3 红外检测电路

3.温湿度检测电路

DHT11温湿度传感器外型及管脚如图4所示。其中电源引脚的供电电压为3.5―5.5V。传感器上电后，要等待1s以越过不稳定状态在此期间不要发送任何指令。电源引脚（VDD，GND）之间可增加一个100nF的电容，用以去耦滤波。

DHT11典型应用电路，其连接电路简单，只需要占用控制器一个I/O口即可完成上下位的连接。建议连接线长度短于20时用5K上拉电阻，大于20米时根据实际情况使用合适的上拉电阻。DHT11数字湿温度传感器采用单总线数据格式，即单个数据引脚端口完成输入输出双向传输。其数据包由5Byte（40Bit）组成。一次通讯时间最大3ms，数据分小数部分和整数部分。一次完整的数据传输为40bit，高位先出。

图4 E2PROM AT24C02与单片机的连接

4.时钟电路

DS1302的SCLK、I/O和RST三个引脚通过上拉电阻连接单片机的P1.4、P1.5和P1.6。

5.EEPROM存储器电路

存储电路采用具有I2C总线接口的E2PROM AT24C02。采用AT24C02可解决掉电数据保护问题，可对所存数据保存100年，并可多次擦写，擦写次数达10万次以上。

AT24C02与单片机的连接如图所示，其中A0、A1、A2和WP都接地，SDA接单片机P1.1脚，SCL接单片机P1.0脚，SDA和SCL与电源VCC之间接一10KΩ的上拉电阻。

6.供电及程序下载电路

本设计采用USB接口供电，电源电压5V。同时，USB接口通过内含PL2303芯片的转换电路对单片机进行程序编写。

四、系统的软件设计

1.主程序的设计

系统首先对数据初始化，对定时器0、LCD1602和DS1302初始化，然后进入循环，查询是否有报警信号。若有报警信号，存储报警时间，ALERT=1，为高电平，则Beep=0，蜂鸣器响，Led_Alert=0，报警灯亮。若不报警，读出温湿度显示，时间显示。若不是查询信号，进入按键处理程序。主程序的流程图如图5所示。

2.中断子程序

如图6所示，首先对定时器0初始化，定时器工作方式选择置TMOD=1，定时器赋予初值TL0=0x06，TH0=0xf8。每2秒钟启动一次温湿度转换，RHCounter累加。若RHCounter>=450，则置时间标志位，返回。

3.键盘子程序

如图7所示，按键处理子程序，主要是检测功能键是否按下。按下后再检测是上调键还是下调键来实现年、月份、日期、时、分、秒的调节作用。当上调键有效，case=2时，进行“年”调整，年份;case=3时，进行“月份”调整;case=4时，进行“日期”调整;case=5时，进行“时”调整;case=6时，进行“分”调整;case=7时，进行“秒”调整，当下调键有效时，调整情况与上调相同。

五、系统调试

硬件电路制作完成后，选择合适的位置安装红外探头。因为人体红外感应报警器的误报率与红外探头的安装位置和方式有很大关系，应离地面2-2.2米。硬件调整完成后，将程序编译下载到单片机运行，即可以调试报警器了。在警戒区内走S型路线来测量报警范围。红外报警监控系统调试完毕后就可以上电运行了。图8为红外报警监控系统的实物图。

图8 红外报警监控系统实物图

本设计实现的红外报警监控系统有体积小、可靠性高、测量精度比较高、价格便宜等优点。

参考文献

[1]房汉雄，王艳春.基于51系列单片机的被动式热释电型红外防盗报警器的设计[J].齐齐哈尔大学学报， 2008（1）.

[2]吕[.热释电红外报警器的设计[J].廊坊师范学院学报（自然科学版），2009（6）.

项目来源：江阴职业技术学院大学生实践创新项目（项目编号：GJZY2012-01-06-03）。

作者简介：

黄瑾瑜（1975―），女，讲师，现供职于江阴职业技术学院，主要从事电工电子技术的教学与研究。

张迁（1993―），现就读于江阴职业技术学院电子信息工程系。