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基于單片機(jī)的家庭防盜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

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ID:419384 發(fā)表于 2018-11-1 21:09 | 只看該作者 回帖獎勵 |倒序?yàn)g覽 |閱讀模式
設(shè)計(jì)題目:基于單片機(jī)的家庭防盜
系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
摘要
隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,科學(xué)技術(shù)水平的日益提高,特別是生活節(jié)奏的加快,人們對防盜設(shè)備的需求量大大增加,對偷盜等事故進(jìn)行監(jiān)測和報警系統(tǒng)的要求也愈高。我國的防盜報警系統(tǒng)經(jīng)歷了從無到有、從簡單到復(fù)雜的發(fā)展過程,其智能化程度也越來越高。目前許多廠家多偏重用于大型倉庫、商場、高檔寫字樓、賓館等場所大型防盜報警系統(tǒng)的研發(fā),采用集中區(qū)域報警控制方式,其系統(tǒng)復(fù)雜、成本較高。而在居民住宅區(qū)、機(jī)房、辦公室等小型防火單位,需要設(shè)置一種單一區(qū)域聯(lián)網(wǎng)、廉價實(shí)用的防火防盜探測報警器,因此,研制一種結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉的防火防盜報警器是非常必要的。本論文研究的是以STC89C52單片機(jī)為核心的防盜報警器,不但可以報警,而且還可以布防和直接報警功能,選用熱釋電紅外傳感器為檢測元件,利用此傳感器信息融合技術(shù)設(shè)計(jì)的可用于小型家庭偷盜的報警器。 本論文所設(shè)計(jì)的運(yùn)行可靠、操作簡單的防盜報警器,具備防偷盜作用。包括對非法闖入報警。采用傳感器電路檢測非法闖入,一旦發(fā)現(xiàn)盜賊潛入,傳感器電路檢測到信號后,送至單片機(jī)主機(jī)提出申請,待單片機(jī)響應(yīng)后,驅(qū)動蜂鳴器報警裝置報警。從硬件和軟件兩方面介紹了該報警器的主要功能及特點(diǎn),詳細(xì)闡述該報警器的工作原理、設(shè)計(jì)思想及其實(shí)現(xiàn)過程,可進(jìn)行抗干擾設(shè)計(jì),使其具有較好的抗干擾能力。本報警設(shè)備成本低、可靠實(shí)用、功能形式靈活,一般用在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、倉庫和家庭等簡潔場所。經(jīng)過理論分析及現(xiàn)場運(yùn)行時的考驗(yàn),證明此設(shè)計(jì)方案合理,產(chǎn)品性能可靠,可取代部分昂貴產(chǎn)品。

The Design of Imfrared Alarm

Abstract : With the rapid development of the socio-economic, scientific and technological level increasing, especially the accelerated pace of life, people demand to fire, theft device greatly increased monitoring and alarm system, theft, fire and other accidents requirements is also higher. Fire burglar alarm system in China has experienced from scratch, from the simple to the complex development process, more and more high degree of intelligence. At present, many manufacturers more emphasis on research and development for large warehouses, shopping malls, office buildings, hotels and other places large fire burglar alarm system, a centralized regional police control mode, the system complexity, high cost. Small fire units in residential areas, room, office, need to set up a single regional networking, cheap and practical fire alarm detection alarm, therefore, developed a simple, inexpensive fire burglar alarm is necessary. This thesis is based on AT89S52 microcontroller as the core of the fire burglar alarm, not only the police but also the category of alarm information is displayed, the choice of the smoke sensor pyroelectric infrared sensor for the detection of components, the use of multi-sensor information fusion technology design can be used for small-scale agricultural production, such as fire, theft alarm. In this thesis, the design and reliable operation, easy-to-fire burglar alarm with anti-theft, anti-fire. Including fire alarm and illegal intrusion alarm two alarm type. Sensor circuit detects trespassing and fires the event of an accident, the sensor circuit detects the signal sent to the microcontroller host application is made until the microcontroller response, driving sound and light alarm device alarm. Main functions and features of the alarm from both hardware and software, elaborate alarm working principle, design ideas and implementation process, anti-jamming design, it has a good anti-jamming capability. The alarm device is low cost, reliable, practical, flexible functional form, is generally used in agricultural production, warehouse and family simple place. After the theoretical analysis and field operation test to prove that this design is reasonable, reliable products can replace some of the expensive products.

目 錄

1緒論              1

1.1防盜報警系統(tǒng)的概述              1
1.2國內(nèi)外防盜控制系統(tǒng)的歷史、現(xiàn)狀與發(fā)展              1
1.3研究的目的和意義              2
1.4設(shè)計(jì)任務(wù)與要求              3
1.5方案選擇論證              3
2系統(tǒng)設(shè)計(jì)              4

2.1 系統(tǒng)功能              4
2.2 系統(tǒng)框圖              4
2.3 單片機(jī)的介紹              4
2.4 傳感器的選擇              8
2.4.1熱釋電傳感器的紅外輻射與紅外探測的原理結(jié)構(gòu)              9
2.4.2紅外測溫原理              9
2.4.3熱釋紅外傳感器的結(jié)構(gòu)              9
2.4.4菲涅爾透鏡              12
2.4.5熱釋電紅外感應(yīng)模塊電氣參數(shù)              13
2.4.6熱釋電紅外感應(yīng)模塊功能特點(diǎn)              13
2.4.7熱釋電紅外感應(yīng)模塊使用說明              14
2.6 LED指示燈的顯示              19
4硬件設(shè)計(jì)              31

4.1單片機(jī)最小系統(tǒng)電路              31
4.2熱釋電紅外感應(yīng)模塊電路              31
4.3 報警電路              32
4.4 LED發(fā)光二極管顯示電路              33
5軟件設(shè)計(jì)              36
6結(jié)論              42
參考文獻(xiàn)              43

謝辭              44

附錄              45

附錄一程序源代碼              45
附錄二電路圖              55

1.緒論
1.1 防盜報警系統(tǒng)的概述
隨著社會的不斷進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展,人們生活水平得到很大的提高,對私有財產(chǎn)的保護(hù)意識在不斷的增強(qiáng),因而對防盜措施提出了新的要求。本設(shè)計(jì)就是為了滿足現(xiàn)代住宅防盜的需要而設(shè)計(jì)的家庭式電子放火防盜系統(tǒng)。
就目前市面上裝備主要有壓力觸發(fā)式防盜報警器、開關(guān)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(diǎn)。而本設(shè)計(jì)中所使用的紅外線是不可見光,有很強(qiáng)的隱蔽性和保密性,因此在防盜、警戒等安保裝置中得到了廣泛的應(yīng)用。這種熱釋電紅外傳感器能以非接觸形式檢測出人體輻射的紅外線,并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘枺瑫r,熱釋電紅外傳感器既可用于防盜報警裝置,也可用于制動控制、接近開關(guān)、遙測等領(lǐng)域,當(dāng)有人非法闖入或者是檢測到有煙霧時,單片機(jī)驅(qū)動蜂鳴器報警器報警。
1.2 國內(nèi)外防盜控制系統(tǒng)的歷史、現(xiàn)狀與發(fā)展
防盜報警系統(tǒng)是用物理方法或電子技術(shù),自動探測發(fā)生在布防監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的侵入行為,產(chǎn)生報警信號,并輔助提示值班人員或其主人發(fā)生報警的區(qū)域部位,顯示可能采取的對策的系統(tǒng)。防盜報警系統(tǒng)是預(yù)防搶劫、盜竊等意外事件的重要設(shè)施。一旦發(fā)生突發(fā)事件,就能通過聲光報警信號,使于迅速采取應(yīng)急措施。防盜報警系統(tǒng)與出入口控制系統(tǒng)、閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)、訪客對講系統(tǒng)和電子巡更系統(tǒng)等一起構(gòu)成了入侵防范系統(tǒng)。防盜報警系統(tǒng)通常由探測器(又稱防盜報警器)、傳輸通道和報警控制器三部分構(gòu)成。
報警探測器是由傳感器和信號處理組成的用來探測入侵者入侵行為的電子和機(jī)械部件組成的裝置,是防盜報警系統(tǒng)的核心,而傳感器又是報警探測器的核心元件。采用不同原理的傳感器件,可以構(gòu)成不同種類、不同用途、達(dá)到不同探測目的的報警探測裝置。
中國防盜控制技術(shù)的發(fā)展大致起源于上世紀(jì)60年代初北京故宮博物院的安防報警系統(tǒng)。當(dāng)年,中國老一輩的安防技術(shù)工作者在完全隱蔽、可靠報警、絕對防火的全木質(zhì)結(jié)構(gòu)環(huán)境下完成了該系統(tǒng)的安裝與調(diào)試,該系統(tǒng)就發(fā)揮了很好的作用。之后的若干年,中國安防技術(shù)一直是以防盜報警系統(tǒng)為主,其應(yīng)用場合也主要限于金融與文博系統(tǒng)。由于當(dāng)時基于光電導(dǎo)攝像管的攝像機(jī)體積大且價格昂貴,因而在安防技術(shù)市場中可視化的閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用案例極少。 
隨著時代的變遷,智能防盜技術(shù)有了較大的發(fā)展, 1994年秋在北京全國農(nóng)業(yè)展覽館舉辦的展覽會上,展出了部分關(guān)于防盜控制系統(tǒng)產(chǎn)品;1995年夏在天津國際展覽中心的消防安防設(shè)備展覽會上,展出了更多的安防技術(shù)相關(guān)產(chǎn)品,氣氛火熱。緊接著到1996年,由中國安防產(chǎn)品行業(yè)協(xié)會等單位主辦了全國首屆“國際社會公共安全產(chǎn)品博覽會”,一下子吸引了國內(nèi)外300多廠商參展,由此標(biāo)志了中國防盜及安防技術(shù)市場的形成。
在國內(nèi)安防防盜市場開始蓬勃發(fā)展的同時,2001年11月,中國安防界在深圳成功舉辦了首屆中國安防論壇,全國人大副委員長、中國科協(xié)主席周光召院士題詞。中國科學(xué)院和中國工程院的5位院士以及國內(nèi)30多位安防領(lǐng)域的知名專家、教授發(fā)表了演說,較全面地展示了中國安全防范領(lǐng)域的技術(shù)動態(tài)和發(fā)展方向,促進(jìn)了學(xué)術(shù)界和企業(yè)界的交流與合作,探討了中國公共安全行業(yè)如何應(yīng)對WTO,以及行業(yè)發(fā)展、管理、動作更加科學(xué)化、規(guī)范化的有關(guān)問題。首屆安防論壇的舉辦,為架構(gòu)中國安防的理論體系,研討中國安防的發(fā)展戰(zhàn)略,開創(chuàng)良好的學(xué)術(shù)氛圍,為舉辦更大規(guī)模的學(xué)術(shù)論壇積累了經(jīng)驗(yàn),創(chuàng)造了條件。到2008奧運(yùn)項(xiàng)目——首都國際機(jī)場捷運(yùn)系統(tǒng)監(jiān)控項(xiàng)目就是在先進(jìn)的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化視頻監(jiān)控系統(tǒng)中進(jìn)一步整合了無人駕駛車輛自動傳感監(jiān)控系統(tǒng)、無線移動網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)以及多系統(tǒng)的智能網(wǎng)管系統(tǒng),一改傳統(tǒng)電視監(jiān)控系統(tǒng)僅僅是畫面監(jiān)視及簡單報警聯(lián)動的實(shí)現(xiàn)方式,而安防系統(tǒng)整體解決方案(Total Solution)概念必將成為現(xiàn)代電視監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展方向。
目前,在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)和現(xiàn)代通信技術(shù)的支持下,電子地圖、多媒體操作、管理與控制軟件引入到防盜報警系統(tǒng)中。這種新的系統(tǒng)采用多媒體技術(shù)同時處理多種信息,并使信息之間、信息與設(shè)備之間、設(shè)備與設(shè)備之間建立邏輯聯(lián)系,集成為一個交互式的系統(tǒng),從而達(dá)到自動識別、自動預(yù)測、自動處理警情,使整個安防系統(tǒng)成為一種具有智能化的“活”的系統(tǒng),讓它發(fā)揮巨大、有效、可靠、靈活的系統(tǒng)功能。
1.3 研究的目的和意義
隨著微電子技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展,人們對于居住環(huán)境的安全、方便、舒適提出了越來越高的要求,因此智能化住宅隨之出現(xiàn),也隨著改革開放的深入和市場經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展、提高,城市外來流動人口大量增加,帶來許多不安定因素,刑事案件特別是入室盜竊、搶劫居高不下,因此家庭智能安全防范系統(tǒng)是智能化社區(qū)建設(shè)中不可缺少的一項(xiàng),而以往的做法是安裝防盜門、防盜網(wǎng),但普遍存在有礙美觀,不符合防火要求,而且不能有效地防止犯罪分子對住宅的入侵,故利用高科技的電子防盜報警系統(tǒng)也就應(yīng)運(yùn)而生。
目前家庭住宅的主要防范措施是利用防盜門,商店的防盜措施主要是監(jiān)控器和出門口的紅外報警器。隨著人們認(rèn)識的深入,利用智能防盜、防火、防煤氣將成為人們的首要選擇,智能安防也是安防行業(yè)的發(fā)展趨勢。
1.4 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求
  • 該設(shè)計(jì)包括硬件和軟件設(shè)計(jì)兩個部分。
  • (2)本紅外線防盜報警系統(tǒng)由熱釋電紅外傳感器、報警器、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。用戶終端完成信息采集、處理、數(shù)據(jù)傳送、功能設(shè)定、本地報警等功能。
(3)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)功能。探測器工作時,當(dāng)有人闖入時,熱釋電紅外傳感器將探測到動作,設(shè)置在監(jiān)測點(diǎn)上的紅外探頭將人體輻射的紅外光譜變換成電信號,經(jīng)放大電路、比較電路送至門限開關(guān),打開門限閥門送出TTL 電平至STC89C52單片機(jī),經(jīng)單片機(jī)處理運(yùn)算后驅(qū)動執(zhí)行報警電路使警號發(fā)聲。
(4)紅外線具有隱蔽性,在露天防護(hù)的地方設(shè)計(jì)一束紅外線可以方便地檢測到是否有人出入。此類裝置設(shè)計(jì)的要點(diǎn):其一是能有效判斷是否有人員進(jìn)入;其二是盡可能大地增加防護(hù)范圍。當(dāng)然,系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性和可靠性也是追求的重要指標(biāo)。至于報警可采蜂鳴器報警。

1.5方案選擇論證

防盜報警系統(tǒng)一般是由入侵探測器、防盜報警控制器和接警中心(硬件加軟件)組成。它的最簡單形式是本地(家庭、單位)報警系統(tǒng),它的組成部分是入侵探測器和本地報警控制器,以及聲光報警器。
該系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案有以下兩種:
方案一;利用固定點(diǎn)電話聯(lián)網(wǎng)防盜報警系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)家庭防盜報警,該系統(tǒng)由編程主機(jī)、探測器、門磁和遙控器組成,一旦發(fā)生警情,能把報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,同時向接警中心報告,中心聯(lián)網(wǎng)電腦可通過電子地圖、數(shù)據(jù)庫、電腦語音提示、監(jiān)聽現(xiàn)場情況,顯示發(fā)生警情的單位、地址、方位、發(fā)案時間、所轄派出所(巡邏大隊(duì))經(jīng)歷分布,及時調(diào)動警力做出快速處理。
方案二;通過傳感器檢測家庭安全隱患,把檢測結(jié)果送入單片機(jī),通過單片機(jī)控制報警燈和高音報警器的啟動。
通過比較,方案二能滿足我們實(shí)時快捷的要求,更加簡單有效,固本設(shè)計(jì)選擇方案二。






2.系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2.1系統(tǒng)功能
本系統(tǒng)是放火防盜功能,煙霧傳感器能檢測煙霧濃度,濃度超標(biāo)后單片機(jī)驅(qū)動聲光報警,當(dāng)熱釋電紅外傳感器檢測到有人的時候,單片機(jī)引腳電平轉(zhuǎn)換,從而也驅(qū)動聲光報警電路進(jìn)行報警。
2.2系統(tǒng)框圖
圖2-1 總體設(shè)計(jì)方框圖
2.3單片機(jī)的介紹
40個引腳,4k bytes flash片內(nèi)程序存儲器,128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器(ram),32個外部雙向輸入/輸出(i/o)口,5個中斷優(yōu)先級2層中斷嵌套中斷,2個16位可編程定時計(jì)數(shù)器,2個全雙工串行通信口,看門狗(wdt)電路,片內(nèi)時鐘振蕩器。
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。該器件采用Atmel公司的高密度非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn),其指令與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的80C51指令集兼容。片內(nèi)程序存儲器允許重復(fù)在線編程,允許程序存儲器在系統(tǒng)內(nèi)通過SPI串行口改寫或用同用的非易失性存儲器改寫。通過把通用的8位CPU與可在線下載的Flash集成在一個芯片上,STC89C52便成為一個高效的微型計(jì)算機(jī)。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。其結(jié)構(gòu)框圖如圖2-2所示。


圖2-2 AT89S52結(jié)構(gòu)框圖


   
圖2-3 STC89C52
    此外,STC89C52設(shè)計(jì)和配置了震蕩頻率可為12MHZ并可通過軟件設(shè)置省電模式。空閑模式下,cpu暫停工作,而ram定時計(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。同時該芯片還具有pdip、tqfp和plcc等三種封裝形式,以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。
主要功能特性:
· 兼容mcs-51指令系統(tǒng)           
· 4k可反復(fù)擦寫(>1000次)isp flash rom
· 32個雙向i/o口               
· 4.5-5.5v工作電壓
· 2個16位可編程定時/計(jì)數(shù)器   
· 時鐘頻率0-33mhz
· 全雙工uart串行中斷口線     
· 128x8bit內(nèi)部ram
· 2個外部中斷源            
· 低功耗空閑和省電模式
· 中斷喚醒省電模式         
· 3級加密位
· 看門狗(wdt)電路        
· 軟件設(shè)置空閑和省電功能
· 靈活的isp字節(jié)和分頁編程  
· 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。
1.多功能I/O口
AT89S52共有四個8位的并行I/O口:P0、P1、P2、P3端口,對應(yīng)的引腳分別是P0.0 ~ P0.7,P1.0 ~ P1.7,P2.0 ~ P2.7,P3.0 ~ P3.7,共32根I/O線。每根線可以單獨(dú)用作輸入或輸出。
①P0端口,該口是一個8位漏極開路的雙向I/O口。在作為輸出口時,每根引腳可以帶動8個TTL輸入負(fù)載。當(dāng)把“1”寫入P0時,則它的引腳可用作高阻抗輸入。當(dāng)對外部程序或數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時,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。在對Flash存儲器進(jìn)行編程時,P0用于接收代碼字節(jié);在校驗(yàn)時,則輸出代碼字節(jié);此時需要外加上拉電阻。
②P1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(吸收或輸出電流方式)4個TTL輸入。對端口寫“1”時,通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位,此時可用作輸入口。P1口作輸入口使用時,因?yàn)橛袃?nèi)部的上拉電阻,那些被外部信號拉低的引腳會輸出一個電流。在對Flash編程和程序校驗(yàn)時,P1口接收低8位地址。
③ P2端口,該口是帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口,P2口的輸出緩沖器可驅(qū)動(吸收或輸出電流方式)4個TTL輸入。對端口寫“1”時,通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位,此時可用作輸入口。P2口作輸入口使用時,因?yàn)橛袃?nèi)部的上拉電阻,那些被外部信號拉低的引腳會輸出一個電流。
在訪問外部程序存儲器或16位的外部數(shù)據(jù)存儲器時,P2口送出高8位地址,在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器時,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),在整個訪問期間不會改變。在對Flash編程和程序校驗(yàn)期間,P2口也接收高位地址或一些控制信號。
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(吸收或輸出電流方式)4個TTL輸入。對端口寫“1”時,通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位,此時可用作輸入口。P3口作輸入口使用時,因?yàn)橛袃?nèi)部的上拉電阻,那些被外部信號拉低的引腳會輸出一個電流。
在AT89S52中,同樣P3口還用于一些復(fù)用功能,如表3.2所列。在對Flash編程和程序校驗(yàn)期間,P3口還接收一些控制信號。

表2-2 P3端口引腳與復(fù)用功能表

端口引腳

復(fù)用功能

P3.0

RXD(串行輸入口)

P3.1

TXD(串行輸出口)

P3.2

INT0(外部中斷0)

P3.3

INT1(外部中斷1)

P3.4

T0(定時器0的外部輸入)

P3.5

T1(定時器1的外部輸入)

P3.6

WR(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通)

P3.7

RD(外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通)

2.RST  復(fù)位輸入端。在振蕩器運(yùn)行時,在此腳上出現(xiàn)兩個機(jī)器周期的高電平將使其單片機(jī)復(fù)位。看門狗定時器(Watchdog)溢出后,該引腳會保持98個振蕩周期的高電平。在SFR AUXR(地址8EH)寄存器中的DISRTO位可以用于屏蔽這種功能。DISRTO位的默認(rèn)狀態(tài),是復(fù)位高電平輸出功能使能。
3.ALE/PROG  地址鎖存允許信號。在存取外部存儲器時,這個輸出信號用于鎖存低字節(jié)地址。在對Flash存儲器編程時,這條引腳用于輸入編程脈沖PROG。一般情況下,ALE是振蕩器頻率的6分頻信號,可用于外部定時或時鐘。但是,在對外部數(shù)據(jù)存儲器每次存取中,會跳過一個ALE脈沖。在需要時,可以把地址8EH中的SFR寄存器的0位置為“1”,從而屏蔽ALE的工作;而只有在MOVX或MOVC指令執(zhí)行時ALE才被激活。在單片機(jī)處于外部執(zhí)行方式時,對ALE屏蔽位置“1”并不起作用。
4.PSEN  程序存儲器允許信號。它用于讀外部程序存儲器。當(dāng)AT89S52在執(zhí)行來自外部存儲器的指令時,每一個機(jī)器周期PSEN被激活2次。在對外部數(shù)據(jù)存儲器的每次存取中,PSEN的2次激活會被跳過。
5.EA/Vpp  外部存取允許信號。為了確保單片機(jī)從地址為0000H~FFFFH的外部程序存儲器中讀取代碼,故要把EA接到GND端,即地端。但是,如果鎖定位1被編程,則EA在復(fù)位時被鎖存。當(dāng)執(zhí)行內(nèi)部程序時,EA應(yīng)接到Vcc。在對Flash存儲器編程時,這條引腳接收12V編程電壓Vpp。
6.XTAL1  振蕩器的反相放大器輸入,內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。
7.XTAL2  振蕩器的反相放大器輸出。

2.4傳感器的選擇

2.4.1 熱釋電傳感器的紅外輻射與紅外探測的原理結(jié)構(gòu)

熱釋電傳感器是利用紅外輻射與紅外測溫的原理來探測的,紅外測溫屬非接觸式測溫,是測溫技術(shù)中的主要手段,其特點(diǎn)是測溫范圍廣,響應(yīng)速度快和不明顯破壞被測對象溫度場,因而廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通等領(lǐng)域。
非接觸紅外測溫有以下幾點(diǎn)優(yōu)點(diǎn):
(1)測量不干擾被測溫場,不影響溫場分布,從而具有較高的測溫準(zhǔn)確度。
(2)測溫范圍寬。
(3)探測器的響應(yīng)時間短,反應(yīng)速度快,易于快速與動態(tài)測量。
(4)不必接觸被測物體,操作方便。
(5)可以確定微小目標(biāo)的溫度。
非接觸測溫技術(shù)的意義是顯而易見的。隨著工農(nóng)業(yè)、國防事業(yè)、醫(yī)學(xué)的發(fā)展,對溫度測量越來越迫切。在某些場合,溫度測量逐步上升為主要矛盾,引起了各方面的普遍重視。
通常將電磁波譜間隔在0.76~1000μm的區(qū)域稱為紅外光譜區(qū),紅外傳感器是一種新型的傳感器,能夠探測物體輻射的紅外線。
熱釋電元件的工作原理是基于熱釋電效應(yīng),即在強(qiáng)電介質(zhì)溫度變化ΔP的自然極化的存在,此時傳感器有電信號輸出,晶體的這種性質(zhì)被稱為熱釋電極或熱釋電效應(yīng)。
有些熱釋電晶體,他們的自發(fā)極化方向能用外電場來改變,這些晶體稱作熱釋電——鐵電體。例如:LiTaO2(鉭酸鋰)、BaTi O2(鈦酸鋇)和TGS(硫酸三甘酞)等。為了使傳感器能夠長期穩(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器

2.4.2紅外測溫原理

紅外測溫是通過探測物體表面發(fā)射的能量來測量其溫度,由物理學(xué)可知,處于絕對溫度(-273.15℃)以上的任何物體,都要釋放熱能,而紅外輻射溫度計(jì)測量其中與溫度有關(guān)波長范圍內(nèi)的熱能,并將其轉(zhuǎn)換與溫度成比例的電信號,由此測出其溫度。
據(jù)斯蒂芬-波茲曼常數(shù),絕對黑體其溫度T于與輻射能之間的關(guān)系為:

其中:σ為蒂芬-波茲曼常數(shù),其值為5.6697×10-12 w/cm2 ,k4 為黑體的溫度;E0  為黑體輻射能。
              實(shí)際中大多數(shù)物體為非黑體,其熱輻射公式為:
                                                                                    E=εE0
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; ε為黑度系數(shù),表示物體的發(fā)射能力接近黑體的情況,其值在0~1之間。
              由上可知,任何物體只要溫度不是絕對零度都不斷地發(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。所以如果能量出物體的輻射功率,則可確定它的溫度。

2.4.3熱釋紅外傳感器的結(jié)構(gòu)

紅外探測器是紅外熱釋傳感器的重要組成部分。它可以分成熱釋電探測器和光子探測器兩大類:其中,熱釋電探測器是電效應(yīng)工作的探測器,其響應(yīng)速度雖不如光子型,但由于它可在室溫下使用、光譜響應(yīng)寬、工作頻率寬,靈敏度與波長無關(guān),因此其應(yīng)用領(lǐng)域廣,容易使用。常用的熱釋電探測器如:LiTaO2(鉭酸鋰) 探測器、BaTi O2(鈦酸鋇) 探測器和TGS(硫酸三甘酞)探測器等。
如圖2-1為熱釋電紅外傳感器的結(jié)構(gòu)圖、電路圖。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。它的等效電路是一個在負(fù)載電阻上并聯(lián)一個電容的電流發(fā)生器,其輸出阻抗極高,而輸出電壓信號又極其微弱,故在管內(nèi)附有JFET及厚膜電阻,以達(dá)到阻抗變大的目的。在管殼的頂部設(shè)有慮光鏡(TO-5封裝)。圖2-2為熱釋電傳感器的實(shí)物照片。
圖2-4
圖2-5
熱釋電體的自發(fā)極化強(qiáng)度與溫度有關(guān)。隨著溫度升高,自發(fā)極化強(qiáng)度下降。溫度升高到Tc時,自極化消失,此溫度稱為居里溫度。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)榱恪?/div>
由于自發(fā)極化,在與極化軸相垂直的晶體兩外表面上出現(xiàn)正負(fù)極化強(qiáng)度。但是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。因此不能在靜態(tài)條件下測量自發(fā)極化,但是自由電荷和面束縛電荷所需的時間很長,因晶體自發(fā)極化的弛豫時間很短,約10-12s,因此當(dāng)晶體經(jīng)受一定頻率的溫度變化時其體內(nèi)的自由電荷和外部雜散電荷便來不及中和變化著的面束縛電荷,因此可在動態(tài)條件下測量自發(fā)極化。
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
當(dāng)紅外輻射照射時,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。
如圖2-3所示的電路連接負(fù)載,則在紅外輻射時,就有電流流過負(fù)載經(jīng)放大后成為輸出信號。
圖2-6
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。因此,熱釋電探測器與其他熱釋探測器不同,它只存在溫度升降的過程中才有信號輸出。所以利用熱釋電探測器探測的紅外輻射必須經(jīng)過調(diào)制。
如果用調(diào)制頻率為f的紅外線照射熱釋電晶體,則晶體的溫度自發(fā)極化強(qiáng)度(PS)及其引起的面束縛作電荷密度均以頻率f作周期變化。如果1/f小于自由電荷中和面束縛電荷所需要的時間,那么在垂直于PS的晶體的兩個端面之間就會產(chǎn)生開路電壓。如果用負(fù)載電阻Rg把兩個電極連接起來,就會有熱釋電電流Is 通過負(fù)載。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2-7所示。
圖2-7
電流源的電流強(qiáng)度為Is為:
                                                                                                             
式中:p一自發(fā)極化強(qiáng)度對溫度變化率,稱為熱釋電系數(shù),

2.4.4 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。熱釋電傳感器只有與菲涅爾透鏡配合使用才能發(fā)揮最大作用。加裝菲涅爾透鏡可使傳感器的探測半徑從不足2m提高到至少8m范圍。菲涅爾透鏡實(shí)際是一個透鏡組,每個單元一般都只有一個不大的視場,且相鄰的視場既不連續(xù),也不交叉,都相隔一個盲區(qū)(如圖2-8所示)。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)動時,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,或者說,人體在監(jiān)控范圍內(nèi)活動時,進(jìn)人一個視場后,又走出這個視場,再進(jìn)人另一視場對傳感器而言,相當(dāng)于一會兒看到人,一會兒又看不到人,人體的紅外線輻射不斷改變傳感器的溫度,使之有一個又一個相應(yīng)的電信號。
圖2-8
菲涅爾透鏡不僅可以形成亮區(qū)和盲區(qū),而且還有聚焦作用,其焦距一般在5cm左右菲涅爾透鏡一般由聚乙烯塑料片制成,呈乳白色半透明狀。需要說明的是:在每次接通電源時,傳感器要有幾秒到十幾秒的“預(yù)熱”時間,在這段時期內(nèi)該傳感器不起作用。

2.4.5 熱釋電紅外感應(yīng)模塊電氣參數(shù)


電氣參數(shù)

DYP-ME003 人體感應(yīng)模塊





工作電壓范圍

DC 4.5-20V

靜態(tài)電流

<50uA

電平輸出

高 3.3 V /低 0V

觸發(fā)方式

L 不可重復(fù)觸發(fā)/H 重復(fù)觸發(fā)

延時時間

5S(默認(rèn))可制作范圍零點(diǎn)幾秒-幾十分鐘

封鎖時間

2.5S(默認(rèn))可制作范圍零點(diǎn)幾秒-幾十秒

電路板外形尺寸

32mm*24mm

感應(yīng)角度

<100 度錐角

感應(yīng)距離

7 米以內(nèi)

工作溫度

-15-+70 度

感應(yīng)透鏡尺寸

直徑:23mm(默認(rèn))









2.4.6 熱釋電紅外感應(yīng)模塊功能特點(diǎn)

  • 全自動感應(yīng):人進(jìn)入其感應(yīng)范圍則輸出高電平, 人離開感應(yīng)范圍則自動延時關(guān)閉高電平, 輸出低電平。

  • 光敏控制(可選擇,出廠時未設(shè)):可設(shè)置光敏控制,白天或光線強(qiáng)時不感應(yīng)。
  • 溫度補(bǔ)償(可選擇,出廠時未設(shè)):在夏天當(dāng)環(huán)境溫度升高至 3032,探測距離稍變短, 溫度補(bǔ)償可作一定的性能補(bǔ)償。

  • 兩種觸發(fā)方式:(可跳線選擇)

a.不可重復(fù)觸發(fā)方式:即感應(yīng)輸出高電平后,延時時間段一結(jié)束,輸出將自動從高電平 變?yōu)榈碗娖剑?/p>

b.可重復(fù)觸發(fā)方式:即感應(yīng)輸出高電平后,在延時時間段內(nèi),如果有人體在其感應(yīng)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?yīng)模塊檢 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(diǎn))。


  • 具有感應(yīng)封鎖時間(默認(rèn)設(shè)置:無封鎖時間):感應(yīng)模塊在每一次感應(yīng)輸出后(高電平變成 低電平),可以緊跟著設(shè)置一個封鎖時間段,在此時間段內(nèi)感應(yīng)器不接受任何感應(yīng)信號。 此功能可以實(shí)現(xiàn)感應(yīng)輸出時間封鎖時間兩者的間隔工作,可應(yīng)用于間隔探測產(chǎn) 品;同時此功能可有效抑制負(fù)載切換過程中產(chǎn)生的各種干擾。(此時間可設(shè)置在零點(diǎn)幾秒
—幾十秒鐘)。

  • 工作電壓范圍寬:默認(rèn)工作電壓 DC4.5V-20V

  • 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。

  • 輸出高電平信號:可方便與各類電路實(shí)現(xiàn)對接。

2.4.7 熱釋電紅外感應(yīng)模塊使用說明

  •    感應(yīng)模塊通電后有一分鐘左右的初始化時間,在此期間模塊會間隔地輸出 0-3 次,一分 鐘后進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)。

  • 應(yīng)盡量避免燈光等干擾源近距離直射模塊表面的透鏡,以免引進(jìn)干擾信號產(chǎn)生誤動作;使 用環(huán)境盡量避免流動的風(fēng),風(fēng)也會對感應(yīng)器造成干擾。

感應(yīng)模塊采用雙元探頭,探頭的窗口為長方形,雙元(A 元 B 元)位于較長方向的兩端, 當(dāng)人體從左到右或從右到左走過時,紅外光譜到達(dá)雙元的時間、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,雙元檢測不到紅外光譜 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)器時應(yīng)使探頭雙元的方向與 人體活動最多的方向盡量相平行,保證人體經(jīng)過時先后被探頭雙元所感應(yīng)。為了增加感應(yīng)角 度范圍,本模塊采用圓形透鏡,也使得探頭四面都感應(yīng),但左右兩側(cè)仍然比上下兩個方向感 應(yīng)范圍大、靈敏度強(qiáng),安裝時仍須盡量按以上要求。


4.2熱釋電紅外感應(yīng)模塊電路
圖4-2 熱釋電紅外感應(yīng)模塊電路

熱釋電紅外感應(yīng)模塊中采用BISS001芯片,它具有獨(dú)立的高輸入阻抗運(yùn)算放大器,可與多種傳感器匹配,進(jìn)行信號與處理,雙向鑒幅器,可有效抑制干擾。
圖4-3熱釋電紅外感應(yīng)接口電路
熱釋電模塊是數(shù)據(jù)端接單片機(jī)的P1.0口,熱釋電模塊感應(yīng)到有人時,P1.0是高電平,沒人時是低電平。
4.3報警電路

圖4-4 蜂鳴器電路
本系統(tǒng)中采用蜂鳴器報警,由于單片機(jī)輸出電流較小,所以用三極管8550驅(qū)動蜂鳴器發(fā)出聲音。
4.4 LED發(fā)光二極管顯示電路
圖4-5 LED顯示電路
單片機(jī)給出高電平時燈亮,當(dāng)按下直接報警或進(jìn)入布防感應(yīng)到人時,紅色LED就會亮,綠燈時按下布防鍵等待延時指示燈,黃色LED是當(dāng)有人經(jīng)過感應(yīng)到信號時就會變亮。
4.5 按鍵電路
當(dāng)有按鍵被按下的時候,相應(yīng)的單片機(jī)就會接收到低電平,相應(yīng)的單片就相應(yīng)的程序跳轉(zhuǎn)。
5. 軟件設(shè)計(jì)
5.1 程序流程圖
剛開始的檢測按鍵,執(zhí)行相應(yīng)的動作,當(dāng)布防鍵被按下的時候,等待十五秒,就進(jìn)入防盜。并伴隨相應(yīng)指示燈亮。

附錄二 電路圖


(仿真+源碼+PCB文件+報告)
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