摘 要

我国自改革开放以来，社会和经济得到了飞跃式的发展进步。信息化、机械化、智能化已经逐渐成为了这个日新月异的时代的主题。人民的物质经济和文化生活水平也上升到了一个新阶段。私人财产和社会公有财产的大幅增加，导致盗窃案等危害社会治安和人身财产安全的事件频发。 基于社会安全保障的需要，这也促使人们对室内财产安全的保护问题逐渐重视，越来越多的人们选择在家庭以及公司等室内空间安装防盗报警系统等措施来应对出现的一系列安全问题。现在很常见，也是普遍被大家接受和选择的防盗措施是安装一款室内防盗报警器。

本系统是基于人们对家庭，办公场所等室内环境的安全因素为考量而设计的。其中硬件电路包括了信号采集、放大、声光报警、计数显示等模块。当报警器处于工作状态时，若有外来人员进入室内检测区域，热释电红外传感器采集到人体发出的红外信号后经放大处理输送给单片机模块，在经单片机内部处理后驱动声光报警模块进行报警。因此能满足人们对于防盗报警措施的要求，让财产更有安全保障。

关键词：防盗报警器；单片机；热释电红外传感器；声光报警装置

Abstract

Since China’s reform and opening up, social and economic development has been a leap forward. Informatization, mechanization, and intelligence have gradually become the theme of this ever-changing era. The material economy and cultural life of the people have also risen to a new stage. The large increase in private property and social public property has led to frequent incidents such as thefts that endanger social security and the safety of personal and property. Based on the needs of social security, this also prompts people to attach importance to the protection of indoor property safety. More and more people choose to install anti-theft alarm systems in homes and companies and other indoor spaces to respond to a series of security problems. It is very common nowadays, and it is generally accepted that the anti-theft measure chosen is to install an indoor burglar alarm.

This system is designed based on people's consideration of the safety factors of home, office, and other indoor environments. The hardware circuits include modules for signal acquisition, amplification, sound and light alarm, and count display. When the alarm is in the working state, if an outsider enters the indoor detection area, the Pyroelectric infrared sensor collects the infrared signal sent by the human body and transmits it to the Single Chip Microcomputer module through an amplification process. After the internal processing of the Single Chip Microcomputer, the sound and light alarm module is driven. Therefore, it can meet people's requirements for anti-theft alarm measures and make property more secure.

Key words: Anti-theft alarm; Single Chip Microcomputer; Pyroelectric infrared sensor; Sound and light alarm

目录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 5

1.1论文的研究背景及意义 5

1.1.1研究的背景 7

1.1.2研究的意义 7

1.2国内外的发展现状 6

1.3论文的主要内容 7

1.3.1论文的目标 7

1.3.2论文的内容 8

第2章 系统总体设计 9

2.1拟定的方案以及措施 9

2.2系统总体框图 9

第3章 系统硬件设计 10

3.1传感器选型 10

3.1.1 PIR传感器的工作原理 10

3.1.2 PIR传感器内部电路原理 10

3.1.3菲涅尔透镜 12

3.1.4 PIR传感器的特点 13

3.2主控芯片 14

3.2.1单片机的发展历史 14

3.2.2单片机的发展趋势 15

3.2.3 AT89C51单片机的基本组成 16

3.3电源供电电路 17

3.4信号的采集与放大电路 18

3.5单片机的时钟和复位电路 19

3.5.1时钟电路 19

3.5.2复位电路 20

3.6报警电路 21

3.6.1 LED报警电路 21

3.6.2声音报警电路 22

3.7计数显示电路 23

第4章 系统软件设计 25

4.1系统的主流程框图 25

4.2系统中断程序流程图 26

4.3基于proteus的软件仿真 27

第5章 仿真结果及结论 28

5.1 proteus的仿真效果 28

5.2调试与问题分析 32

5.3结论 33

致谢 34

参考文献 35

附录A 36

附录B 37

第1章 绪论

1.1论文的研究背景及意义

1.1.1研究的背景

基于社会的安全保障方面的需要，电子报警的这门综合性的技术正在不断的发展创新。因此若能设计出一种价格上低廉，性能方面可靠并且智能化的防盗报警系统，一定将会在私人财产以及社会财产的防盗领域起到巨大的保障作用。

除此之外，现阶段的红外技术已经成为了先进的科学应用技术的非常重要的一个组成部分，由于红外线它本身是不可见光，因此用来进行红外探测以及监控，这就具有非常优秀的隐蔽性， 白天以及黑夜的环境下都可以进行使用，而且它的抗干扰性能非常强。此次设计所采用的传感器正是为热释电红外传感器。之所以选用热释电红外报警器包括以下的几个原因：

（1）它的制作起来简单、成本较低、安装起来较为便利。

（2）性能方面是一个很重要的指标。灵敏度和安全性都较高，稳定并且具有极强的抗干扰能力。

（3）总体设计上的体型较小，安装以后隐蔽性高，不易被可疑人物发现。安装在适当地方对房间内的财物等物品能进行良好的保护。

（4）一旦在监测状态中有外来人员进入房间或者触动被保护的物件时，防盗报警器就会及时触发并发出声光警报，提醒主人进行保护。

由于此防盗器良好的隐蔽性，不会轻易被小偷等人发现，因此在各种安保装置中得到了非常广泛的应用。另外，热释电红外传感器因为价格低廉以及性能非常的稳定等非常多的特点被用在人体的探测和电子防盗装置等非常多的领域内，一直受到诸多用户和业内人士的推崇。

根据防盗器系统的系统功能要求以及设计原理，并且考虑产品的性价比其次对系统进行总体的分析和设计，使设计出的电路简捷，性能方面优越且稳定。最后，利用单片机系统的控制技术，自动持续的检测出室内的侵入事件，产生声光报警信号。因此一旦发生非安全的事件，防盗报警装置就会启动并向人们发出强烈的报警提示，由此便可以让人及时的采取相应的措施来应对。

1.1.2研究的意义

伴随着当今社会高速的发展，人们生活的水平和层次已经步入到了一个崭新的阶段。因此会有一些不法分子乘虚而入，也使得越来越多的家庭对财产的安全问题十分的担忧，于是在这基础上人们普遍的对自己所处环境安全系数的要求也就越来越苛刻。正是对私有财产安全的保护意识在不断的增强，从而也对防盗的措施提出了更进一步的要求。有很多的家庭选择安装防盗报警器，这一措施有效的保护了家庭的人身和财产安全，让居家更加安稳和放心。

在本次的设计中，所介绍的内容就是一种可以预防盗窃等危害人身和财产安全事件的室内红外防盗报警系统。 因此人们首先要做好良好的防盗措施，才能让财产物品等更有保障，这就是防盗报警器对于我们个人、群体、社会的重要意义。

1.2国内外的发展现状

国内现阶段的报警器通常是基于红外发射/接收、超声波以及微波等技术。与过去的单一封闭、被动的形式区别在于，目前的安全保护模式正在向数字化、红外报警化和集成化的方向发展。在如今的产品应用市场上，将朝着更加细化的方向进展。以现在发展最快的住宅小区的安防系统举例。许多制造商定向的在为住宅小区设计一些感应窗帘式预防宠物探测器，以及用于记录外来车辆的自动报警器。因为其成本低并且安装简单，适合家用，所以出现的这些产品，类似于无线联网报警系统以及小区智能化安防和报警集成系统都是亮点。

国外的防盗报警器功能非常先进。正是由于其中大部分采用先进技术，例如红外防盗报警、红外线监控无线报警、超声波防盗报警、触摸式防盗报警、红外高灵敏度报警器、热电红外报警器等。

国际上应用较多的目前主要是主动红外对射总线制报警主机，这种方式之所以被广泛运用，正是由于其技术成熟、操作简便、可靠性高、经济性好、易扩展等优点。

美国 NBFAA-全国防盗防火报警协会所公布的数据中显示，在加拿大、美国、欧洲等较发达的国家，在应对公司和家庭的安全防护问题上，都广泛运用了大量的电子安全产品。到目前为止，数据显示美国大约超过50%的家庭为了保障自身的安全已经安装了电子防盗产品。专业的报警监测中心会为这些家庭提供24小时的报警监控服务。在美国， 有上千个报警监控中心为普通家庭住宅以及商业公司提供监控服务， 每月收取的服务费大约在10—40美元。而且用于电子安防系列的产品以及相关的服务费正在以每年大约超过8%的比例逐渐增长。

数字化、集成化、无线化正是防盗报警系统在未来的发展主题。所以我们可以发现产品技术将集中在数字化、集成化、无线化这三个核心的前提下力求突破，并能得出以下特点：

（1）更加精致、灵动的外观：满足人们对室内装潢日益提高的品味；

（2）更加强大的无线以及联网等功能；

（3）更加稳定且可靠：如传感器器可抵抗EMI/RFI（射频干扰/电磁干扰）、预防雷电等，在恶劣气候下仍较好的适应；

（4）更加智能化的细节设计体现：例如使用界面更加的人性化，细节更到位，符合不同年龄段的人的使用需求；

（5）更加多样的拓展功能：如探测器可以变换频率、防遮挡、防损坏、耐摔耐磨等特性；

（6）更加方便的内、外部扩展性。

上述发展趋势实际上都是基于无线化、数字化和集成化这三大核心技术。

1.3论文的主要内容

1.3.1 论文的目标

当有人员进入到热释电红外传感器的检测区域内时，热释电红外传感器接收人体发出的红外线并发出微弱电压信号，放大后将其传输给单片机。最后驱动声光报警装置动作来解决生活中室内防盗的问题。

1.3.2 论文的内容

论文的主要内容如下：

（1）单片机系统方案的选型：根据课程要求选择能实现全部功能的最优选型方案；

（2）红外线接收电路设计：选取热释电红外传感器，人体的红外辐射经过传感器转化为微弱的电压信号，电压经放大电路放大后输送给单片机；

（3）放大电路的设定：将热释电红外传感器输出的微弱电信号进行放大并输出给单片机；

（4）声光报警电路的设定：当单片机接收到传感器输出的电信号时，经过内部处理后，驱动声光报警电路工作，实现报警功能；

（5）中断功能的设定：当第一次发出报警信号完成，信号停止后，15s内没有第二次触发则会自动接触报警。触发发生报警后，也可由手动中断键操作暂停功能；

（6）软件程序的设计及其编写；

（7）搭建系统仿真模型：对系统进行仿真并实现相关的功能，并对仿真的结果进行分析，是否提高了系统的抗干扰能力和系统响应。

第2章 系统的总体设计

2.1拟定的方案以及措施

根据课题要求，需要设计相应的硬件模块和软件模块来实现全部功能。如图2.1，是本次设计方案的整体框图。

图2.1 设计方案的整体框图

本设计中的红外防盗报警系统共包括两部分：硬件部分和软件部分。如果按模块功能进行区分，主要有系统复位模块（时钟控制），信号处理模块（红外探测器）和报警模块（声光报警部分）。如果按电路结构划分电路，则主要是单片机的电路部分，红外传感器部分、蜂鸣器部分和LED报警指示电路部分。

系统需要实现的功能是，当有人进入到室内时，人体发出的红外辐射被工作状态下的热释红外传感器接收，经过硬件电路里的放大电路放大后将电压信号输送给单片机，单片机经过运算处理后，进一步的驱动声光报警电路工作，计数显示器根据当前的报警次数记录并显示。系统循环的工作，以此实现防盗报警的全部功能。

第3章 系统的硬件设计

3.1传感器选型

本设计选用的传感器类型为热释电红外线（PIR）传感器，作为20世纪80年代发展起来的一种新型高灵敏度检测元件。它是一种可以检测人体发出的红外辐射并输出电信号的传感器。它能够在不接触的情况下将人体辐射的红外能量进行转换，然后将电压信号的输出。

自然界中存在的各种物体如石头、树、水、人体等都会辐射出不同波长的红外线。这些都可直接利用红外传感器对其检测。根据红外传感器的工作原理，有两种型号，分别为量子型和热型，后者（热型红外传感器）又叫做热释电红外传感器。与前者相比，它的灵敏度较低且频响速度较慢。值得一提的是，它响应的红外线的波长的范围更宽，且性价比更高，并能够在室温下稳定工作。量子型和热型传感器的特征截然相反，并且要求条件需要冷却。红外传感器是现在世界上应用最为广泛的传感器之一。主要应用领域包括自动控制电梯、感应式水龙头、感应门、自动照明、自动火灾检测、防盗报警以及非接触式测温等。主要原因有以下几点：

（1）可以24小时不间断的检测，因为可见光不会影响中远红外线；

（2）三种称为“大气窗口”的特定波段红外线被大气吸收非常少，能够十分容易的被检测；

（3）由于被测物体本身可以发射红外线，所以无需设置单独的光源；

3.1.1PIR传感器的工作原理

热释电红外线（PIR）传感器主要是以一种高热电系数材料制成的探测元件，并且在每个探测器内都会装入两个探测元件。一般将这两个具有着相反极性且相同特性的探测元反向串接在一起，这主要是用作抑制由于自身温度上升而产生的干扰^[1]。红外辐射由探测元件探测后并进行接收，接着转变成微弱的电压信号，后者在向外输出前会由装在探头内的场效应管进行放大。如图3.1所示，为热释电传感器的接口电路。

数据显示人体红外辐射的中心波长约为9-10µm，检测元件的波长灵敏度在0.2-20µm范围内几乎恒定。所以在传感器的顶部，设置了一个带有过滤器的窗口。滤光片可以通过波长范围为7-10µm的光线，这只适用于人体红外辐射的检测，而其他波长的红外光则被滤光片吸收^[2]。这就成为了一个人体检测专用的传感器。

图3.1 热释电传感器接口电路图

热释电红外传感器由三部分组成，分别是场效应管匹配器、干涉滤光片以及传感探测元。

热释电红外传感器是热电型的红外传感器。并且是基于热电效应的原理。与基于相同原理的热电偶传感器不同，热电偶的热电系数远低于热电红外传感器的热电系数。在传感器内部，具有相同特性的两个热电元件以差动平衡电路或反向串联的形式连接，其目的是抑制和消除由于其自身温度变化而产生的干扰。

为了完成阻抗的变换，热释电红外传感器在内部结构引入了场效应管。为了能使用热电元输入的电荷信号，则需要通过电阻来转化为电压信号，转换后才能使用。

3.1.2PIR传感器内部电路原理

图3.2 双探测PIR传感器的内部电路

图3.2显示了双探测器热释电红外传感器的内部封装电路。D端口在运行期间连接到电源的正极，G端连接到电源的负极，S端子是信号的输出端。正如前一节所述，为了抑制由自身温升和环境引起的干扰，两个检测元件将以反极性串联连接。原理是使用两个相反极性和相同大小的干扰输入信号在内部互相抵消，以便传感器可以进行补偿。

热释电传感器在器件顶部安置了菲涅尔透镜。当红外线进入传感器时，菲涅尔透镜聚焦到之后的两个探测元上面。于是传感器便输出了电压信号。

特定的滤波片不仅能将太阳光、灯光和其他不相干的红外线通通拒之门外，还能满足人们对传感器可通过波长范围光的收集的需求。

3.1.3 菲涅尔透镜

在对人体的红外辐射探测中，热释电传感器只有在与菲涅尔透镜的联合下，才能够发挥出它的最大特点和功能。一般将多元阵列式的菲涅尔透镜应用于人体感知系统的光调制器，这种菲涅尔透镜不仅能够扮演红外辐射收集器，也能成为调制器，能够同时成为双重角色。

菲涅尔透镜具有聚焦的效果。它的焦距一般约为5厘米。值得一提的是：初次打开电源时，传感器的“预热”时间约为几秒，在此期间传感器一般不工作。

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