红外防盗报警器

基于单片机的红外防盗报警系统

简介 热释电红外线传感器作为一种高热电系数的探测元件，可过滤接收人

体辐射特定波长范围的红外线，将红外辐射转变成微弱的电压信号放大后向外输出。它能组成防入侵报警器或各种自动化节能装置，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。

本设计从模块上划分为：热释电红外传感器探测模块、放大电路、时钟电路、复位电路、放光二极管报警电路、声音报警电路。

硬件实现：本系统所用到的器件为：单片机STC89C51、热释电红外传感器、LED、按键、反相器74LS04、蜂鸣器，以及单片机的手工复位电路等。系统功能描述：系统等待外部热释电传感脉冲信号输入，接收到输入表示有人闯入，启动声光报警电路，报警持续10秒后结束，若有新的信号输入，开始新的检测循环。同时手工按键可以强制报警中断。

一、设计要求和技术指标：

1.1设计要求

（1）利用单片机AT89C51、热释电红外传感器、LED、反相器74LS14、蜂鸣器等元器件模拟出红外防盗报警器。

（2）熟练掌握proteus和keil uvision2软件的使用

1.2 技术指标

（1）报警接收方式：无线发射输出，发射距离≥150米 （2）报警持续时间：10秒 （3）主机外接鸣响分贝：≥110dB （4）工作频率：315MHz/433MHz

（5）石英晶体振荡器的振荡频率为12MHZ

二、设计需要完成的任务：

2.1.明白此防盗系统的工作方式

当人员外出时，可把报警系统设置在外出布防状态，探测器工作起来，当有人闯

入时，热释电红外传感器将探测到动作，设置在监测点上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、比较电路送至门限开关，打开门限阀门送出TTL电平至89C51单片机，经单片机处理运算后驱动执行报警电路使警号发声。

2.2 了解Proteus软件的大致内容并会使用

Proteus软件是英国Labcenter electronics公司出版的EDA工具软件，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。虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。

proteus从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年又增加了Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译器。

三、主要参考元器件：

本次设计所需所以元器件如表1所示：

序号 1 2 3 4 5 6 7 元器件 AT89C51 74LS14 CRYSTAL BUTTON CAP-ELEC CAP NPN 数量 1 1 1 1 1 3 1 备注 51内核系列单片机(4K) 施密特触发器的六反相器 石晶振荡器 按钮 电解电容 电容 三极管 8 9 10 LED RES SPEAKER 5 7 1 表1 主要元器件 红色*4绿色*1 电阻 蜂鸣器 四、设计内容

4.1具体设计方案

本设计包括硬件和软件设计两个部分。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。

就此设计的核心模块来说，单片机就是设计的中心单元，所以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，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、软件设计等几个阶段。

从设计的要求来分析该设计包含如下结构：热释电红外传感探头、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4.1总体设计框图所示：

时钟电路 AT89C51单片机 驱动 灯光报警 复位电路

驱动 声音报警 图4.1 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。设置在监测点上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、比较电路送至门限开关，打开门限阀门送出TTL电平至STC89C51

单片机。在单片机内，经软件查询、识别判决等环节实时发出入侵报警状态控制信号。驱动电路将控制信号放大并推动声光报警设备完成相应动作。当报警延迟10s一段时间后自动解除，也可人工手动解除报警信号，当警情消除后复位电路使系统复位，或者是在声光报警10s钟后有定时器实现自动消除报警。

4.2 硬件模块设计

4.2.1 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1/12us。如图4.2.1所示为时钟电路。

图4.2.1时钟电路

4.2.2 复位电路设计

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。使用晶振频率为12MHz时，则复位信号持续时间应不小于2us。本设计采用的是外部手动按键复位电路。如图4.2.2示为复位电路。

图4.2.2复位电路

4.2.3 发光二极管报警电路设计

该设计使本红外线防盗报警器报警时发出刺眼的红光提醒人们有小偷，

以保证财产安全。该电路由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。图3-10所示为发光二极管报警电路。

4.2.3发光报警电路

4.2.4声音报警电路设计

该设计使本红外线防盗报警器报警时发出刺耳的报警声音提醒人们有

小偷。如下图所示，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4.2.4示为声音报路。

图4.2.4声音报警电路

4.2.5 系统硬件的选择 从以上各种条件下得到如下硬件：STC89C51、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。D1是正常工作指示灯，D2-D5是起报警指示作用，当RXD脚被置低电平时，D2-D5红灯闪烁开始报警，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，S1键作为倒计时的暂停键, S2键作为作为电路复位键。 4.3 软件设计 4.3.1 主程序工作流程 开始 Y 声光报警是否持续报警10秒 检测外部有无信号输入 Y 启动声光报警电路系统开始报警 N 系统初始化 N 声光报警结束 Y 是否还有检测信号等待下次报警 N 结束 由此流程框图可看出，当红外探测器接收到一个信号系统开始初始化，然后

有C51单片机判断是否有人闯入监控区域，如果不是的话报警器将不会工作，是的话开启声光报警系统，然后判断是否开始持续10秒报警，是的话则是报警即将结束，不是的话则开始继续判断是否还有需要报警的信号，有的话开始持续报警，没有的话则此次报警结束。

4.3.3软件仿真

本设计通过利用Proteus仿真，将所编写的程序用Keil软件编译，本设计所要求达到的目标是在接收到红外探头带来的高电平信号，可使图中的绿灯由亮变暗，红灯闪烁，蜂鸣器发出声音产生报警，可观察到红灯一闪一闪的。当报警结束后，绿灯亮起，红灯熄灭，蜂鸣器不发声。

图4.3.3为电路开始工作的状态

图4.3.3 软件仿真图（开始）

红色发光二极管D3,D4,D5,D6（发光二极管简称为LED。由镓（Ga）与砷（AS）、磷（P）的化合物制成的二极管，当电子与空穴复合时能辐射出可见光，因而可以用来制成发光二极管，在电路及仪器中作为指示灯，或者

组成文字或数字显示它是半导体二极管的一种，可以把电能转化成光能；常简写为LED。发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成，也具有单向导电性）

蜂鸣器LS（蜂鸣器的作用：蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中作发声器件。

蜂鸣器的分类：蜂鸣器主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型。本设计采用的则是压电式蜂鸣器,压电式蜂鸣器主要由多谐振荡器、压电蜂鸣片、阻抗匹配器及共鸣箱、外壳等组成。有的压电式蜂鸣器外壳上还装有发光二极管。多谐振荡器由晶体管或集成电路构成。当接通电源后（1.5~15V直流工作电压）,多谐振荡器起振,输出1.5~2.5kHz的音频信号，阻抗匹配器推动压电蜂鸣片发声)

（1）电路实现功能

针对中断系统的显示，设计了一种实用化基于单片机AT89C51的手工暂停电路。该电路可通过按按钮S1能够实现手工解除警报信号。电平信号经放大电路到声光报警器后，当报警延时10s一段时间后会自动解除，同样也可以通过按下按键，单片机接收INT0的中断信号，调用INT0中断子程序，从而解除报警。

（2）电路原理

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。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。 复位则是通过某种方式, 使单片机内各寄存器的值变为初始状态的操作称为复位。复位方式是单片机的初始化操作。单片机除了正常的初始化外，当程序运行出错或由于操作错误而使系统处于死循环时，也需要按复位键重启机器。MCS—51单片机复位后, 程序计数器PC和特殊功能寄存器复位的状态如表2-1所示。 复位不影响片内RAM存放的内容, 而ALE、/PSEN在复位期间将输出高电平。由表2.1可以看出，复位后：

(1)（PC）=0000H 表示复位后程序的入口地址为0000H，即单片机复位后从0000H单元开始执行程序；

(2)（PSW）=00H， 其中RS1(PSW.4)=0，RS0(PSW.3)=0，表示复位后单片机选择工作寄存器0组；

(3)（SP）=07H 表示复位后堆栈在片内RAM的08H单元处建立； (4) P0口～P3口锁存器为全1状态，说明复位后这些并行接口可以直接作输入口，无须向端口写1。

定时器/计数器、串行口、中断系统等特殊功能寄存器复位后的状态对各功能部件工作状态的影响。

寄存器 PC A B PSW SP DPTR P0~P3 IP IE TOMD

复位状态

0000H 00H 00H 00H 07H 0000H FFH XX000000B 0X000000B 00H 表2.1PC与SFR复位状态表

单片机在时钟电路工作以后, 在RST/VPD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。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。

复位方法一般有上电自动复位和外部按键手动复位以及―看门狗‖复位三种类型。―看门狗‖电路则是一种集成有单片机的电源监测、按键复位以及对程序运行进行监控，防止程序―跑飞‖而出现死机而设计的电路

寄存器 TCON T2CON TH0 TL0 TH1 TL1 SCON SBUF PCON

复位状态

00H 00H 00H 00H 00H 00H 00H XXH

(0XX0000B)

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。

4.4系统调试

4.4.1 软件调试

先在Keil2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

89C51单片机中,在调试中遇到了几个问题，毕竟仿真跟实际电路是有一些区别的。本次调试时第一次发现在仿真中能良好运行的程序，而在实际电路中蜂鸣器却不响调试后才发现是单片机的管脚输出电压不够，因此后来改电路，有单片机管脚电压跟三极管的基极相连，集电极与VCC相连，把单片机的管脚与三级管构成一个开关使用，发现在实物中蜂鸣器能发出声音了。还有一个问题是延时时间问题，在仿真中报警延时时间大约是10秒，而在实际电路中却多了些，经检测发现，红外探头的输出是有延时的，经改进，报警延时大约是10秒。

4.4.2硬件调试

调试时应分模块调试最后整机调试

（1）红外检测模块调试。在反向器后测试当有人在热释电红外线传感器前走动时是否有输出。经检测，有3.3V电压输出。

（2）灯光报警电路调试。将电源正极接至灯光报警电路，将电源负极接至单片机管脚P3.0口，发现LED亮度不够，后经与资料对比，发现时连接时没有220

V的电阻用的1K的代替的，在改正后，LED可以正常发光

（3）声音报警器调试，将电源正极接到声音报警模块三极管的集电极，电源负极接到蜂鸣器的负极管脚，当在基极输入一个电压时蜂鸣器发出声音。

（4）整机调试。接通电源，当人在热释电红外传感器前走动时，系统发

出声光报警，并且人离开之后还会延时报警10秒钟。当没有人在探头前走动时如希望马上不报警了，可以按下单片机的外接复位开关，经整机调试，单片机外接复位开关能良好工作。

五、结论

本设计研究了一种基于单片机技术的红外防盗报警器，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，它是一种新颖的被动式红外探测器件，能够以非接触方式探测出人体发出的红外辐射，并将其转化为相应的电信号输出，同时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。平时传感器输出低电平，当有人在探测区范围内移动时输出低电平变为高电平，此高电平输入单片机，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。该报警器的最大特点就是使用户能够操作简单、易懂、灵活；且安装方便、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。

本设计本身具有一定的局限性，就是系统发出声光报警的范围有限，如果没人在附近，即使发出了声光报警也提醒不到有小偷。例如：单个家庭使用时，由于现代化的城市中大多都属于上班族，邻居之间有可能住了几年都相互不认识，而且大多数人都抱着事不关己高高挂起的心态，所以当报警器发出报警时即使有人意识到是有小偷也有想去看看到底是怎么回事，这时大都市的弊端显示出来了，本身不认识邻居，很有可能被小偷欺骗。那么这就给系统的改进提供了一个方向，能不能远程通知主人有小偷入侵呢？答案是可以的，我们可以在报警模块中加上一个远程报警模块，如手机发短信模块，用发短信的方式提醒主人有小偷。这时可以实现的，社会上不是有许许多多的这种例子么，如某些汽车防盗系统就具有这个功能，我们可以将这个功能应用到本设计上实现远程报警的改进。

附一：仿真程序

此次设计仿真程序如下所示： #include

#define uchar unsigned char sbit P17=P1^7; sbit P10=P1^0; sbit P12=P1^2; sbit P30=P3^0; sbit P31=P3^1; int i;

void delay_ms(int n) { while(n--) {

for(i=0;i<255;i++); for(i=0;i<255;i++); for(i=0;i<255;i++); for(i=0;i<255;i++); for(i=0;i<255;i++); for(i=0;i<160;i++); } }

void alarm(uchar t) {

uchar i,j; for(i=0;i<200;i++) { P31=~P31; for(j=0;j

main() { int j; P12=0; P30=1; P31=0; while(1){ if(P10==1) { P12=~P12;

for(j=0;j<13;j++){ P30=~P30; alarm(120); delay_ms(60); } P12=~P12; }

else P30=1; }}

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