1、2013 级电子信息工程专业毕业论文（设计）I论文题目：基于热释电传感器的红外报警装置摘 要：随着社会的高速发展，科技越来越发达，人们的安全防范意识也越来越高，人们越来越重视自身环境的安全性。如今，绝大部分小区都有安保措施，但是既不美观，而且不符合防火的标准，再加上偷盗者技术的层出不穷，并不能有效的防范入侵者。现在市面上主要有的报警器大都有一些缺陷，会给犯罪分子以可乘之机。本文介绍的是一种热释电红外报警器，这种报警器制作简单，价格低廉，安装简便，防盗性能稳定，抗干扰能力较强，灵敏度较高，安全可靠，适合家庭使用，而且，这种报警器隐秘性较好，不容易被入侵者发现，有较高的实际的应用价值。关键词：热释
2、电传感器：HC-SR501； AT89S51 芯片基于热释电传感器的红外报警装置II TITLE：BASED ON THE PYROELECTRIC SENSOR OF INFRARED ALARM DEVICE Abstract: With the rapid development of society, science and technology more and more developed, peoples awareness of security is also getting higher and higher, people pay more and more attent
3、ion to the safety of their own environment. When the family is only the elderly and the children, they do not have enough ability to protect themselves and family property. Today, the vast majority of the district has security measures, such as security, monitoring, etc., every household is anti-the
4、ft door, anti-theft window, but this is neither beautiful, and does not meet the fire standards, coupled with the technology of stealing, Effective against intruders. Now there are some of the main alarm on the market is divided into such categories, such as: switch electronic burglar alarm, pressur
5、e-triggered anti-theft alarm, etc., but the existing alarm has some flaws, will give criminals machine. This article describes a pyroelectric infrared alarm, this alarm is simple, inexpensive, easy to install, anti-theft performance is stable, strong anti-interference ability, high sensitivity, safe
6、 and reliable, suitable for home use, and this Kind of alarm secretive better, not easily found by the intruder, a higher practical value.Key words: Pyroelectric Sensors: HC - SR501; AT89S51 Chip2013 级电子信息工程专业毕业论文（设计）III目 录摘 要 .IAbstract: .II1 绪论 .11.1 课题研究目的 .11.2 课题的研究现状与研究内容 .11.3 课题研究的主要内容 .22 基
7、于热释电传感器的红外报警装置工作原理及硬件选择 .32.1 基于热释电传感器的红外报警装置的工作原理 .32.2 热释电传感器工作原理 .32.3 单片机控制芯片 .43 硬件设计 .53.1 单片机最小系统模块 .53.2 热释电传感器模块 .53.3 报警电路 .63.4 控制按钮模块 .74 软件设计 .85 各硬件单元的焊接及系统整体测试与调整 .95.1 系统硬件的调试 .9基于热释电传感器的红外报警装置IV 5.2 系统软件调整 .95.3 功能测试 .105.4 安装注意事项 .10结语 .11参考文献 .12致谢 .132013 级电子信息工程专业毕业论文(设计)第 1 页 共
8、 13 页1 绪论1.1 课题研究目的随着时代的发展，科技的更新，人们的意识也越来越前卫，对环境的关注越来越多，首先是生活环境，例如在一些商店等场所的财产安全，人们不得不防止一些恶意入侵的入侵者。现在安装了监控装置，绝大多数社区保卫人员昼夜巡逻，大大提高了生活环境的安全系数，但也有一些漏洞，给予犯罪分子机会。现在常见的报警是如此之少：开关电子报警，压力触发报警等，但有一些缺点或多或少。本文介绍了一种新型报警器热电红外报警器。由于红外线不可见，所以具有非常好的保密性，所以在安全性上，警戒安全性在系统中得到广泛应用。而且由于它的稳定性可靠，制作工艺简单，技术成熟的优点，使得许多行业的专家和普通的用
9、户对它也是情有独钟。热释电传感器是基于一种名叫热电效应的原理，能够进行热变化信号向电荷变化信号的转化，当变化的红外信号照射到热电晶体的表面上时，晶体的温度会迅速发生变化，电荷也会向两极移动，形成微弱的电流，从而在两极之间形成一个弱电场，由于电流很微弱，不容易被检测到，所以需要用电阻将电流转变成为电压信号，以便于观察。由于电阻阻抗较高，可达到 104M，因此需要使用 N 沟道结场效应管进行阻抗变换。热电元件是一种非常典型的传感器，常用于检测外界及其活动。1.2 课题的研究现状与研究内容现如今，市面上有各种各样的防盗系统，这些防盗系统大同小异，都是依靠主动向外发射红外线或者超声波等信号为基础，缺乏
10、创新，相比较而言，犯罪分子的犯罪手段层出不穷，相比之下现有的防盗技术就显得有些捉襟见肘了，所以本文介绍了一种新型的报警系统，这是一种被动式的接收红外线的传感器-热释电传感器。它在不需要接触人体和主动发射红外线的情况下，检测到人体发射出来的红外信号，而且还能分辨出运动的是生物还是非生物。热释电传感器的应用范围十分广泛，不仅仅是防盗报警系统，在遥感等探测领域的应用也十分的广泛。热释电传感器和现存的防盗报警系统具有以下特点：1.能耗低，不需要主动发射信号。2.高灵敏度，更好控制。3.可用于隐蔽流动安装。三大突出特点，使得热释电报警器已经融入了一批安防系统的开发中，随着技术的成熟，价格逐渐降低，热释电
11、报警装置将越来越受欢迎，我们有理曹瑞：基于热释电传感器的红外报警装置第 2 页 共 13 页由相信，这种新的报警装置对保护居民的财产将起到积极的作用。1.3 课题研究的主要内容 基于热电传感器的安全报警系统，主要应用 HC-SR501 作为红外检测单元，用来采集人体发射出来的红外信号并将其转换为电信号，经信号处理电路将收集的电信号进行处理，以达到应用需求，最后，报警电路会根据电信号发出报警等现象。HC - SR501 红外传感器具有测量精度高、硬件电路简单的特点。在第二章的设计中，详细介绍了热电传感器报警装置的工作原理，并给出 HC-SR501 红外传感器原理图。并选用主要电子元器件。在第三章
12、，对系统硬件进行了设计。包括主程序，布置布，程序和手动报警等。第四章对软件程序进行了具体分析，给出了系统流程图。第五章焊接和调试硬件，解决了焊接中的一些问题，并且改进了软件程序，使得该程序可以正常稳定运行。2013 级电子信息工程专业毕业论文(设计)第 3 页 共 13 页2 基于热释电传感器的红外报警装置工作原理及硬件选择2.1 基于热释电传感器的红外报警装置的工作原理热释电传感器是一种由压电晶体或陶瓷氧化物组成的感温传感器，需要对表面电镀金属电极组件进行极化才能进行使用，当在监控范围内，红外信号变化时，热电晶体表面的温度也会发生急剧变化，两极之间会产生温差，由于热电效应，电荷将移动到两极并
13、产生电荷差q，也就是产生弱电压 v。由于输出阻抗非常高，所以需要使用效应阻抗匹配装置进行阻抗转换，当检测温度区域稳定时，不产生温差，也就不会产生电压，传感器也就没有了输出，当人体进入到检测区域时，由于人体和环境温度不同，所以会产生温差，两极之间也就可以产生v输出电压，从而触发报警电路。当人们站在测试区域时，温度不变，传感器不会产生输出。因此，这种传感器能够对运动的物体进行检测对静止的物体检测不到，如人体或动物在监测区域内有效。系统工作原理如图2-1 所示。曹瑞：基于热释电传感器的红外报警装置第 4 页 共 13 页图 2-1 基于热释电传感器的报警装置工作原理图2.2 热释电传感器工作原理热电
14、红外传感器是一种从1980年起出现的一种新型高灵敏度检测元件，对于热电元件而言，输出信号是非常弱的电荷，不方便直接使用，所以用高阻抗电阻来进行转换，使电荷信号转变成电压信号，热电红外传感器采用N沟道结场效应管完成阻抗变换。热电红外传感器由检测头，干涉滤波器和场效应管阻抗匹配器三部分组成，检测头是指将热敏晶体制作成具有一定厚度的片状，然后在晶片两侧电镀金属电极，然后通电极化，用来接收红外信号，探头可以在不接触的情况下接收到人体红外信号的变化，然后转换为电信号输出，信号放大，用于驱动各种控制电路。干涉滤光片是将多层滤膜涂在玻璃上，允许通过的红外波长为7.0-14微米，而体温正常的人，最强的红外辐射
15、中心值为9.65微米，正好在滤光片窗口响应波长的中间值。所以过滤器可以有效地使人体发出的红外信号通过窗口，并且最大限度地遮阳，用以去除干扰源，如阳光等。场效应管阻抗匹配器是一种驱动电平元件，栅极和漏极之间的电流非常小，具有特别高的阻抗。通常安装在传感器内部，用于减少外界的干扰。被动红外传感器的原理是：被动热电传感器本身不会向外发射任何形式的能量，被动接收外界的能量，以达到检测的目的。因此，温度传感器只能移动或运动的人体或物体起到类似于人体的作用。2.3 单片机控制芯片本次设计可编程，还可以使用传统的编程。芯片有 8 位 CPU 和系统可编 Flash 的特性，所以在 AT89S51 单片机芯片
16、在嵌入式控制系统中有着非常广泛的应 AT89S51 芯片功能如图 2-2 所示。2013 级电子信息工程专业毕业论文(设计)第 5 页 共 13 页图 2-2 AT89S51 功能方块图3 硬件设计3.1 单片机最小系统模块最小系统，顾名思义指的就是用最少的元器件组成的单片机可以正常工作的系统。最小系统具有系统资源完全开放，可以配合其他模块自行搭建用户电路用来实现任意曹瑞：基于热释电传感器的红外报警装置第 6 页 共 13 页的实验功能，接口灵活，使用方便，电路简洁的特点。由四部分组成：晶振、复位电路、电源、程序烧制接口。晶振主要是用来产生单片机内部时钟周期，本文使用的晶振是 12MHZ 的，
17、因为一个机器周期包含 6 个状态周期，而每个状态周期包含 2 个振荡周期，则每个机械周期是 1us，与两个电容并联来进行工作，晶振的大小决定了电容的大小，一般都采用 22pF。复位电路主要是用来让系统重新运行。电源模块主要是用来给系统供电。程序烧制接口主要是用来烧制程序的，通过开发板和电脑相连，将程序烧录到单片机中根据单片机种类的不同可采用串口输入和并口输入等方式。电路图如图 3-1 所示。图 3-1 最小系统模块3.2 热释电传感器模块通常，场效应管阻抗匹配器会被封装在传感器内部，以减少外界干扰，传感器模块的主要目的是收集红外信号的变化，然后通过场效应管转变成电压信号，通过驱动电路将电压信号传递到单片机，经过程序处理后再传递给控制电路进行信号的输出。热释电传感器模块如图 3-2 所示。
