家庭用智能防盗报警系统设计毕业设计论文(编辑修改稿)

家庭用智能防盗报警系统设计毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

生相应的输出信号 U，送往报警器，发出报警信号。 红外探测器的探测波长为8~14um，人体的红外辐射波长正好处于这个范围之内，因此能较好的探测到活动的人体。 被动式红外探测器属于空间控制型探测器，其警戒范围在不同方向呈多个单波束状态，组成锥体感热区域，构成立体警戒。 由于被动式红外技术具有监测距离较远，灵敏度较高，节能价廉等优点，本课题 采用红外探测器作为报警探测器，并在设计中增加了自动声光报警的功能，使报警系统更加趋于完善。 热释电红外传感器电路图 热释电红外线 (PIR)传感器是 80 年代发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。 图 为热释电红外传感器的内部电路框图。 6 图 热释电红外传感器的内部电路框图 被动式热释电红外探头的工作原理及特性 人体的体温一般在 37℃ ，所以会发出特定波长 10um 左右的红外线，被动式红外探头就是靠探测人体发射的 10um 左右的红外线而进行工作的。 人体发射的红外线通过菲尼尔滤光增强后聚焦到红外感应源上。 红外感应源通常采用热释电元件，这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，经后续电路检测处理后就能产生报警信号民。 该探头具有如下特点： (1) 由于这种探头是以探测人体辐射为目标的，所以热释电元件对波长为10um左右的红外辐射必须非常敏感。 (2) 为了仅仅对人体 的红外辐射敏感，在它的辐射面通常覆盖有特殊的菲尼尔滤光片，使环境的干扰受到明显的控制作用。 (3) 被动红外探头的传感器包含两个互相串联的热释电元，而且制成的两个电极化方向正好相反，环境背景辐射对两个热释元件几乎具有相同的作用，使其产生的释电效应相互抵消，因此探测器无信号输出。 (4) 一旦人侵入探测区域内，人体红外辐射通过部分镜面聚焦，并被热释电元件接收，但是两片热释电元接收到的热量不同，热释电也不同，不能抵消，经信号处理后即可报警。 (5) 根据性能要求不同，菲尼尔滤光片具有不同的焦距（感应距离），从而产生不同的监控视场，视场 越多，控制越严密。 51 系列单片机的内部组成 7 AT89C51 单片机是美国 Atmel 公司生产低电压，高性能 CMOS 8 位单片机，片内含 4k bytes 的可反复擦写的只读程序存储器（ EPROM）和 128 bytes 的随机存取数据存储器 (RAM)，器件采用 Atmel 公司的高密度、非易失性存取技术生产，兼容标准 MCS51 指令系统，片内置通用 8 位中央处理器（ CPU）和 Flash 存储单元，功能强大。 AT89C51 单片机可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 [2]。 MCS51 单片机是在 一块芯片中集成了 CPU， RAM， ROM、定时器 /计数器和多种功能的 I/O 线等一台计算机所需要的基本功能部件。 MCS51 单片机内包含下列几个部件：  MCS—51 系列单片机的典型芯片是 89C51，所以以 89C51 为例来介绍MCS—51 系列单片机。 8 位的 CPU，片内有振荡器和时钟电路 ,工作频率为 1～ 12MHz（ Atmel 89Cxx 为 0～ 24MHz）  片内有 128/256 字节 RAM  片内有 0K/4K/8K 字节 程序存储器 ROM  可寻址片外 64K 字节 数据存储器 RAM  可寻址片外 64K 字节 程序存储 器 ROM  片内 21/26 个 特殊功能寄存器（ SFR）  4 个 8 位 的并行 I/O 口（ PIO）  1 个 全双工串行口（ SIO/UART）  2/3 个 16 位 定时器 /计数器（ TIMER/COUNTER）  可处理 5/6 个中断源，两级中断优先级  内置 1 个布尔处理器和 1 个布尔累加器（ Cy）  MCS51 指令集含 111 条指令 [3] 89C51 单片机的内部组成 图 画出了 89C51 单片机的内部系统组成的基本框图： 8 外时钟源 外部事件计数 内中断 INT0 INT1 控制 并行口 串行通讯 图 MCS—51 单片机系统组成基本框图 由图 可以看出， MCS—51 系列单片机 89C51 是由中央处理器 CPU、随机存储器 RAM、只读存储器 ROM、输入 /输出（ I/O）口电路、定时器 /计数器等若干部件组成，再配置一定的外围电路，如时钟电路、复位电 路等，即可构成一个基本的微型计算机系统 [4]。 89C51 单片机引脚及功能 共 40 条引脚，分为端口、控制、电源三类： (1) 端口线： 4 个 8 位端口共 32 条引脚，用于传输数据、地址、控制、状态等信息。 P0 口（ ~） ： 多功能端口，用于传输数据、地址。 P0 口在传输数据信息时，输入带缓冲、输出带锁存，使用非常方便。 P1 口（ ~）： 单功能端口，用于数据输入 /输出传输。 P2 口（ ~）：多功能端口，用于传输地址信息或作为普通 I/O 端口。 时钟电路 4KB ROM 256B RAM 2X16 位定 时 /计数器 89C51 单片机 中断控制 64KB 总线控制器 并行接口 串行接口 9 P3 口（ ~）：多功能端口，用于传输控制信息或作为普通 I/O 端口。 传输控制信息时： ： RXD，串口输入 ： TXD，串口数出 ： INT0，外部中断 0 输入 ： INT1，外部中断 1 输入 ： T0，计数器 0 输入 ： T1，计数器 1 输入 ： WR， “写 ”控制信号线 ： RD， “读 ”控制信号线 (2) 电源线：共 2 条， VCC、 VSS(GND)。 (3) 控制线：共 6 条，传送控制信号。 ALE：地址锁存，用于区分在多功能端口传送的数据 /地址信 息， ALE=0/1：数据 /地址。 EA：允许访问外程序存储器。 EA=0/1：片外 /片内存储器有效。 PSEN：片外 ROM 选通。 RST：芯片复位线。 XTAL XTAL2：外接石英晶体输入线 [5]。 图 为 89C51 单片机的引脚图： 10 图 89C51 单片机引脚结构 RS485 接口 RS485采用差分信号负逻辑，＋ 2V～＋ 6V表示 “1”， 6V～ 2V表示 “0”。 RS485有两线制和四线制两种接线，四线制是全双工通讯方式，两线制是半双工通讯方式。 在 RS485通信网络中一般采用的是 主从通信方式，即一个主机带多个从机。 主要特点为：单 +5V 电源供电；低功耗时工作电流 120～ 500uA，静态电流120uA；关闭方式，由低电流关机模式，静态电流为 ；驱动器有过载保护功能；共模输入电压范围 7～ +12V。 RS485总线电气性能如下表 ： 11 表 RS485总线具体参数 性能指标 RS485 总线 工作模式 差分传输（平衡传输） 允许的收发器数目 32（受芯片驱动能力限制） 最大电缆长度 4000 英尺（ 1219 米） 最高数据速率 10Mbps 最小驱动 输出电压范围 177。 最大驱动输出电压范围 177。 5V 最大输出短路电流 250mA 最大输入电流 驱动器输出阻抗 54 欧 输入端电容 ≤50pF 接收器输入灵敏度 177。 200mV 接收器最小输入阻抗 12k 接收器输入电压范围 7V~+12V 接收器输出逻辑高 200mV 接收器输出逻辑低 200mV 12 第 3 章 硬件设计 电源电路设计 电源电路的功能介绍：此电路在整个设计中起着很重要的作用，是提供器械运转的原动力。 此电源为直流稳压电源包括降压、整 流、滤波、稳压三部分，最终将电网中 220V 的交流电压转换为 5V 的直流电压提供给后面的工作电路。 在整个电路中电源部分起到重要 的作用，如果电源部分不能实现整个电路都不能运行。 （ 1） 电源变压器：是降压变压器，它将电网 220V 交流电压变换成较低的交流电压，并送给整流电路，变压器的变比由变压器的副边电压确定。 变压器副边与原边的功率比为 P2/ P1=η，式中 η是变压器的效率。 在本电源电路中取 η的数值为 22，故降压后副边电压值为 10V。 （ 2）整流电路：利用 D1～ D4 4 个二极管组成的一个桥式整流电路，将 50Hz的正弦 交流电转化成脉动的直流电。 整流后的电压约为 9V。 （ 3）滤波电路：可以将整流电路输出电压中的交流成分大部分通过 C101 加以滤除，从而得到比较平滑的直流电压。 （ 4）稳压电路：芯片 7805 稳压电路的功能是使输出的直流电压稳定，不随交流电网电压波动和负载电阻的变化而变化。 本稳压电源可作为 TTL 电路或单片机电路的电源 [6]。 三端稳压器，主要有两种，一种输出电压是固定的，称为固定输出三端稳压器，另一种输出电压是可调的，称为可调输出三端稳太器，其基本原理相同，均采用 串联型稳压电路。 在线性集成稳压器中，由于三端稳压器只有三个引出端子，具有外接元件少，使用方便，性能稳定，价格低廉等优点，因而得到广泛应用。 三端稳压器，主要有两种，一种输出电压是固定的，称为固定输出三端稳压器，另一种输出电压是可调的，称为可调输也三端稳太器，其基本原理相同，均采用串联型稳压电路。 LM7805 简介： LM7805 是常用的三段稳压器，一般使用的是 TO220 封装，能提供 DC 5V 的输出电压，应用范围广，内含过 流和过载保护电路 [7]。 13 图 直流稳压电源电路 热释电红外传感器原理 传感器选型 传感器采用双元热释电红外检测元件 RE200B，如图 所示。 该传感器翻用热释电材料极化随温度变化的特殊探测红外辐射，并采用双灵敏元互补方法抑制干扰，以提高传感器的工作温度。 其内部电路如下： 1 脚接工作电压，其工作电压低且范围宽（ ～ 15V）； 2 脚为输出源极电压； 3 脚为公共地。 使用时，一般在 2 脚与 3 脚之间加 47KΩ 的源极电阻，但应根据实际情况，适当调整源极电阻 [8]。 图 RE200B 红外检测元件内部电路图 放大电路的设计 如图 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 14 电压信号。 由于本模块考虑到模块实用性的问题，所以运放芯片采用低电压、单电源、低功耗 LMV324 芯片，如图 所示。 LMV324 功耗是比同类产品低 120μA；在5V 时，其典型工作电流为 100μA。 该运放芯片工作电压为 ～ ，采用轨到轨的输出。 LMV324 的引脚和 NS、 TI 和 Maxim 的 LMV3XX 系列兼容，因此可直接替换。 当 LMV324 工作在 5V 时，带宽为 ,转换速 率为。 图 LMV324 引脚 及功能 图 红外探测信号输入电路 红外探测信号输入部分由红外线传感器、信号放大电路、电压比较器、数字信号输入电路组成。 当工作中的红外线传感器 J1 探测到前方人体辐射出的红外线信号时，由 J1 的 S 端引脚输出微弱的电信号（ 1～ 10Hz） ,经三极管 Q1 等组成第一级放大电路放大（见图 ），再通过 C2 输入到运算放大器 U1A 中进行高增益、低噪声放大（见图 ），此时由 U1A 输出的信号已足够强。 如图 所示， U1B 是电压比较器，二级放大信号 OUT2 由运放芯片 U1B 中 5 脚输入， RR R D1 组成基准电压电路，输入信号与反向输入端基准电压比较，一旦有盗贼闯入监控的范围内，热释红外线传感器监测到信号后，发出一个微弱的交变信号，经两级交流放大后，与基准电压进行比较，此时，经过放大的信号大于基准电压 [9]。 通过 U1B 的比较，其输出电平为运放工作电压高电平 5V，三极管Q2 导通， J2 输出为低电平；当 OUT2 端输入没有信号时，输出为 0V，所以三极管 Q2 截止， J2 引脚输出为高电平。 调试时，在红外线传感器前人走动，调 整 15 R9，直到 J2 引脚输出为低电平 [9]。 各电路如图 到图 所示。 图 第一级放大电路图 图 中， R1 是源极电阻，其阻值可以根据实际情况进行调整；产生的微弱信号由 S9014进行放大。 S9014是 NPN型三极管，其 IC静态工作电流达 100mA，放大倍数最大可达 1000。