紅外感應(yīng)防盜聲光報(bào)警器的設(shè)計(jì)

作者/董海青，南京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院

紅外感應(yīng)防盜聲光報(bào)警器的設(shè)計(jì)

作者/董海青，南京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院

隨著社會(huì)的進(jìn)步與發(fā)展，人們的生活水平與質(zhì)量有了普遍的提升，進(jìn)而引發(fā)了人們對于中低端防盜報(bào)警設(shè)備的需求。本文設(shè)計(jì)了一種紅外感應(yīng)防盜聲光報(bào)警器，其原理是通過熱釋電紅外傳感器感應(yīng)到人體發(fā)出的紅外熱輻射，經(jīng)過電路的放大、輸出，再經(jīng)單片機(jī)處理，數(shù)碼管顯示出信號發(fā)出的具體范圍并同時(shí)控制喇叭發(fā)出警告聲音。

熱釋電；紅外感應(yīng)；單片機(jī)；防盜報(bào)警系統(tǒng)

社會(huì)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，人們的生活質(zhì)量與水平有了普遍的提升，人們開始對家庭住房的防盜、防竊、防火等設(shè)施的重視程度也有了更進(jìn)一步的需求。所以現(xiàn)代社會(huì)對防盜、搶劫、火宅等事故的檢測與報(bào)警設(shè)備有了更高的要求[1]。

1. 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本次設(shè)計(jì)的紅外感應(yīng)防盜聲光報(bào)警器的系統(tǒng)由報(bào)警模塊、單片機(jī)控制電路、熱釋電紅外傳感器模塊、LED控制模塊以及有關(guān)的軟件程序組成。由傳感器采集信息，對信息進(jìn)行微擾算法處理后，通過單片機(jī)進(jìn)行信號處理與數(shù)字傳輸，報(bào)警電路收到報(bào)警信號之后發(fā)出聲音與燈光報(bào)警。

通過分析資料對紅外報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，運(yùn)用STC89C51單片機(jī)、紅外傳感器、數(shù)碼管、LED燈等設(shè)計(jì)電路。可以檢測幾米內(nèi)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的人體，當(dāng)有入侵者在范圍內(nèi)時(shí)則發(fā)出報(bào)警信號。有效利用Proteus軟件對電路進(jìn)行仿真和使用Protel99se軟件畫出電路原理圖。并制作電路板，進(jìn)行實(shí)物調(diào)試與展示功能。

2. 方案設(shè)計(jì)

防盜報(bào)警器主要是由電源模塊、顯示模塊、聲光報(bào)警模塊、單片機(jī)、按鍵控制模塊和紅外感應(yīng)模塊組成。其框圖如圖1所示。

圖1 硬件模塊圖

按鍵模塊的功能就是通過按鍵控制報(bào)警器設(shè)防或撤防狀態(tài)的選擇，紅外感應(yīng)模塊是由紅外探頭與三極管放大驅(qū)動(dòng)器構(gòu)成。報(bào)警模塊則是在接收到單片機(jī)發(fā)出的信號之后發(fā)出聲音與燈光報(bào)警。

3. 硬件電路的設(shè)計(jì)

3.1 電源設(shè)計(jì)

因?yàn)樗伎嫉讲捎媒?jīng)典的變壓器進(jìn)行降壓，全波整流，電容濾波及集成電路穩(wěn)壓的思路進(jìn)行設(shè)計(jì)。所以單片機(jī)以及后續(xù)的接收電路等都使用5 V電壓作為工作電壓，于是在經(jīng)整流和濾波電路后再利用集成穩(wěn)壓電路進(jìn)行穩(wěn)壓，為以后的電路提供5 V電壓，三端集成穩(wěn)壓電路采用LM7805。

3.2 人體紅外采集電路設(shè)計(jì)

自然界中，溫度高于絕對溫度（—273℃）的物體都將釋放紅外光，溫度不同的物體，所放出的紅外線的波長是不一樣的，因此溫度的高低與紅外波長是有聯(lián)系的。

BISS0001紅外傳感信號處理器，是由參考電壓源、電壓比較器、和延遲時(shí)間定時(shí)器、狀態(tài)控制、封鎖時(shí)間定時(shí)器以及運(yùn)算放大器等構(gòu)成的數(shù)電模電混合專用集成電路。該芯片有數(shù)?；旌系哪芰?，內(nèi)部設(shè)有高輸入阻抗運(yùn)算放大器，內(nèi)部的雙向鑒幅器可以有效的抑制干擾等特點(diǎn)。

3.3 報(bào)警電路的設(shè)計(jì)

該設(shè)計(jì)擁有報(bào)警電路，當(dāng)在布防狀態(tài)下檢測到人體時(shí)，蜂鳴器就會(huì)發(fā)出聲音提示，LED同時(shí)會(huì)亮起發(fā)出燈光報(bào)警，直到按下撤防鍵，才會(huì)停止鳴叫，控制引腳接在單片機(jī)P1.2引腳上，將三極管當(dāng)做開關(guān)電路可以有效保護(hù)單片機(jī)，還可以起到放大電流的作用，當(dāng)三極管的基極為高電平時(shí)，發(fā)射極截止，當(dāng)為低電平時(shí)，發(fā)射極導(dǎo)通。

4. 軟件設(shè)計(jì)與仿真

Keil C51是51系列兼容單片機(jī)C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，提供了豐富的庫函數(shù)以及功能十分強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具。Proteus能仿真單片機(jī)及外圍器件。

本設(shè)計(jì)采用Proteus進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)，其仿真圖如圖2所示。

本次設(shè)計(jì)的部分源代碼如下所示。

圖2 Proteus仿真圖

5. 硬件調(diào)試與分析

5.1 硬件的焊接

在仿真沒有錯(cuò)誤之后根據(jù)設(shè)計(jì)好的電路圖在萬用板上用電烙鐵焊接元器件。實(shí)物如圖3所示。

圖中的按鍵從左至右分別為復(fù)位鍵，布防鍵，撤防鍵以及緊急報(bào)警鍵。數(shù)碼管上方的藍(lán)色按鍵則是上電鍵。數(shù)碼管用來表明報(bào)警器的狀態(tài)。

5.2 硬件的調(diào)試

在下載程序之后數(shù)碼管并沒有顯示。所以猜測是數(shù)碼管的焊接出現(xiàn)了問題，在重新對數(shù)碼管進(jìn)行焊接之后，數(shù)碼管可以正常工作。

在進(jìn)行報(bào)警測試時(shí)，當(dāng)按下布防鍵，數(shù)碼管可以正常顯示出“b”，但是當(dāng)30s過后，進(jìn)入布防狀態(tài)后，并沒有正常報(bào)警。然而撤防鍵功能正常。于是再次嘗試后按下緊急報(bào)警按鍵，可以正常報(bào)警，所以猜測是傳感器失效。重新檢查傳感器之后，發(fā)現(xiàn)傳感器正負(fù)極接反所以無法正常工作。在正確的將傳感器重新連接之后，報(bào)警系統(tǒng)可以正常工作。

圖3 紅外感應(yīng)防盜聲光報(bào)警器實(shí)物圖

6. 結(jié)論

通過本次設(shè)計(jì)可以看出，用單片機(jī)控制外圍電路，需要將數(shù)模轉(zhuǎn)換后的信號進(jìn)行放大處理，否則單片機(jī)在檢測外圍輸入信號時(shí)容易出現(xiàn)錯(cuò)誤或偏差，今后再進(jìn)行類似設(shè)計(jì)時(shí)要對傳感器產(chǎn)生的信號進(jìn)行適當(dāng)?shù)靥幚?，以適應(yīng)控制芯片的需求。

選用CTS-1008型超聲波探傷儀，2.5P20直探頭對實(shí)例用超聲波探傷方法進(jìn)行缺陷的實(shí)際探傷．因所探工件厚度較厚，從工件相對兩面進(jìn)行2次探傷．所以用金屬聲程等于或大于1/2厚度的參考試塊，調(diào)整探傷靈敏度．被探傷工件見圖1．

＊ [1] 康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京:高等教育出版社，1988.

＊ [2] 劉迎春.MCS—51單片機(jī)原理及應(yīng)用教程[M]. 北京:清華大學(xué)出版社，1996.

＊ [3] 劉斌等. 基于LAPW算法磁記憶信號相變特性的研究[J]. 儀器儀表學(xué)報(bào). 2016， 35(4)：1238—12542

＊ [4] Liu B, Zhang H, Fernandes H, Maldague X. Quantitative Evaluation of Pulsed Thermography, Lock—in Thermography and Vibrothermography on Foreign Object Defect (FOD) in CFRP[J]. Sensors, 2016, 16(5):743.

＊ [5] Liu Bin, He Luyao, Zhang Hai, Cao Yang, Fernandes Hen—rique. The axial crack testing model for long distance oil—gas pipeline based on magnetic flux leakage internal inspection method[J]. Measurement, 2017,103(1):275—282.

＊ [6] Liu B, He Y Y, Zhang H, Fernandes H, Ying F, Maldague X. Study on characteristics of magnetic memory testing signal based on the stress concentration field[J]. Iet Science Mea—surement & Technology, 2017, 11(1):2—8.

＊ [7] 劉斌＊，何璐瑤，霍曉莉，王國慶，楊理踐. 基于Kp微擾算法的磁場中MMM信號特征的研究[J]. 儀器儀表學(xué)報(bào), 2017,38(1):151—158.