热释电红外报警器课程设计报告

学号11780113

实习报告

（生产实习）

起止日期：2014 年 6 月16 日至2014 年7 月11 日

学生姓名罗燊杰

班级11电信科1班

成绩

指导教师(签字)

计算机与信息工程学院

2014年7 月11 日

天津城建大学

生产实习任务书

2013—2014学年第2学期

设计题目：热释电传感器报警系统设计

完成期限：自2014 年 6 月23 日至2014 年7 月 3 日共 2 周

设计依据、要求及主要内容：

一．实习的目的

1.进一步熟悉和掌握单片机系统设计和编程原理。

2.掌握单片机的接口技术及相关外围芯片的外特性、控制方法。

3.通过设计，掌握以单片机核心的电路设计的基本方法和技术。

4.通过实际程序设计和调试，掌握模块化程序设计方法和调试技术。

5.通过完成一个包括电路设计和程序开发的完整过程，了解开发单片机应用系统的全过程，为今后从事相应开发打下基础。

二．实习的基本要求

1.认真认识设计的意义，掌握设计工作程序，学会使用工具书和技术参考资料，并培养科学的设计思想和良好的设计作风。

2.提高模型建立和设计能力，学会应用相关设计资料进行设计计算的方法。

3.提高独立分析、解决问题的能力，逐步增强实际应用训练。

4.设计的说明书要求简洁、通顺，电路图内容完整、清楚、规范。

三．实习主要内容

a) 设计实现功能

STC12C5A60S2（引脚排序及基本功能同AT89S51）作为主控芯片，设计利用热释电红外传感器HC-SR501作为信息采集器的报警通信系统，系统要求：每次有人经过传感器，则单片机向上位机发出报警信息，驱动上位机发出蜂鸣报警及继电器动作。

b) 原理图设计

1.原理图设计要符合项目的工作原理，连线要正确。

2.图中所使用的元器件要合理选用，电阻、电容等器件的参数要正确标明。

3.原理图要完整，CPU、外围器件、外扩接口、输入/输出装置要一应俱全。

c) 程序调计

1.根据要求，将总体功能分解成若干个子功能模块，每个功能模块完成一个特定的功

能。

2.根据总体要求及分解的功能模块，确定各功能模块之间的关系，设计出完整的程序

流程图。

d) 程序调试

1.编写相关程序，并进行仿真。

2.将程序下载到单片机，进行运行调试。

e) 设计说明书

1.原理图设计说明

简要说明设计目的，原理图中所使用的元器件功能及在图中的作用，各器件的工作过程及顺序。

2.程序设计说明

对程序设计总体功能及结构进行说明，对各子模块的功能以及各子模块之间的关系作较详细的描述。

3.画出工作原理图，程序流程图并给出相应的程序清单。

目录

1.1系统的工作原理........................................................................................................................................... - 1 - 1.2接收调整....................................................................................................................................................... - 3 - 第2章焊接过程 ................................................................................................................. - 4 -

2.1 焊接过程...................................................................................................................................................... - 4 - 2.2焊接过程遇到的问题与解决方案............................................................................................................... - 4 - 第3章调试过程 ................................................................................................................. - 5 -

3.1发射机单元电路的选择............................................................................................................................... - 5 - 3.2 接收机单元电路的选择.............................................................................................................................. - 5 - 第4章总结 ......................................................................................................................... - 7 -

4.1总结设计的收获与体会............................................................................................................................... - 7 - 参考文献 ............................................................................................................................... - 8 - 第二部分单片机部分......................................................................................................... - 9 - 第1章总体设计方案......................................................................................................... - 9 - 1.1 总体设计方案.............................................................................................................................................. - 9 - 1.2 系统原理框图............................................................................................................................................ - 11 - 1.3 系统中各模块的作用简单介绍................................................................................................................ - 11 - 第2章单元模块原理....................................................................................................... - 12 - 2.1 模块电路设计方法.................................................................................................................................... - 12 - 2.2 电路原理图................................................................................................................................................ - 13 - 2.3 模块电路细介绍........................................................................................................................................ - 14 - 第3章软件编写流程 ......................................................................................................... - 16 - 3.1 系统软件编写............................................................................................................................................ - 16 -

3.2 主要程序代码............................................................................................................................................ - 17 - 第4章调试过程 ................................................................................................................. - 19 -

4.1 电路调试过程............................................................................................................................................ - 19 - 4.2调试方法..................................................................................................................................................... - 19 - 4.3 调试结果.................................................................................................................................................... - 19 - 4.4 存在问题，解决方案................................................................................................................................ - 19 - 第5章结果分析 ............................................................................................................... - 20 - 第6章总结 ......................................................................................................................... - 21 - 附录 ..................................................................................................................................... - 23 -

第一部分:无线门铃

第1章器件、电路介绍

1.1系统的工作原理

发射器由调制振荡级和高频振荡级两级组成。调制级电路由一块TC4069和

32.768KHz晶体完成，TC4069是6反相器。所谓反相器，就是反相器都有两端，输入端是高电平时输出端就转为低电平，输入端是低电平时输出端就为高电平，输入和输出端的电平总是相反。如图1脚和2脚为第一个反相器，本文称反相器1，之后称反相器2、3、……，总共TC4069有六个。

图4-2-1 TC4069内部电路图

图4-2-2 TC4069

（1）根据元件清单清点元器件，并检测和测量后进行焊接。

元件清单

（2）图 1-1

图1-2

1.2接收调整

装上3节 5 号电池，测量接收整机电流小于 lmA ，按下发射机开关 S 不放，将发射机放在待调的接收机附近，用无感起子微调 L2 如果调到某点，门铃发出声音，就说明接收机和发射机的频率大致相同；反义微调 L2 直到距离最远即可。

在调试过程中会遇到很多问题，需要我们进行检查。如当接通接收板电源后，音乐就响起，这时通常是Q2短路使输入信号为高电平，就要检查Q2三个引脚是否搭焊。另外，在调试过程中出现问题，请仔细检查元器件（如三极管极性、集成块缺口方向、音乐芯片焊点等）是否接错，检查是否搭焊、错焊、虚焊等。

2.1 焊接过程

通过先易后难的方法，先把一些好焊接的器件先焊上去，然后再去焊一些难的，密集的器件，通过用万用表来测量出电阻的大小，区分开，还有正负极的判断，一步一步的去焊接。焊接完成图:

图2.1

2.2焊接过程遇到的问题与解决方案

1.分辨不出电阻，这都是很基础的东西，平时用的少。

2.还有正负极连错，这些基础知识不扎实，需要多去学习和领悟。

1.通过百度查资料，或者问同学，问老师。

2.问同学，上网查资料。焊错后，用吸锡器重新再来，做了些无用功。

3.1发射机单元电路的选择

发射器由调制振荡级和高频振荡级两级组成。

（1）调制级电路选用一块TC4069和32.768KHz晶体完成（见下图），TC4069是6反相器。TC4069可以换用CD4069，选用该芯片主要是可以产生稳定并在一定范围内的频率。

（2）高频振荡级选用Q1、L1、C3和6P电容C1组成高频振荡级（见下图）。L有一定的要求，否则接收的频率和发射的相差太大也是不能收到信号的。它是做在印刷板上的铜箔，规格可做成矩形或圆形，铀箔宽度为1.5mm，外形长宽为1.2cm X 2.7cm,或直径2cm,量内框。因为接收端的频率可调，所以L1的制作只要大体上接近上面的规格即可。这个矩形或圆形线圈不能用漆包线去做，否则就算调好了日后也容易跑频，发出的信号不能被正常接收到。

图3.1 高频振荡级电路图

3.2 接收机单元电路的选择

(1)接收电路主要有振荡接收电路接收信号经过解调、信号放大、选频整形、推挽放大使喇叭发声。振荡接收电路主要由Q3、L2、C4、C16组成超再生振荡接收器。

图3.2超再生振荡接收电路图

第4章总结

4.1总结设计的收获与体会

生活就是这样，汗水预示着结果也见证着收获。劳动是人类生存生活永恒不变的话题。通过实习，我才真正领略到“艰苦奋斗”这一词的真正含义，我才意识到老一辈电子设计为我们的社会付出。我想说，设计确实有些辛苦，但苦中也有乐，在如今单一的理论学习中，很少有机会能有实践的机会，但我们可以，而且设计也是一个团队的任务，一起的工作可以让我们有说有笑，相互帮助，配合默契，多少人间欢乐在这里洒下，大学里一年的相处还赶不上这十来天的合作，我感觉我和同学们之间的距离更加近了；我想说，确实很累，但当我们看到自己所做的成果时，心中也不免产生兴奋；正所谓“三百六十行，行行出状元”。我们同样可以为社会作出我们应该做的一切，这有什么不好？我们不断的反问自己。也许有人不喜欢这类的工作，也许有人认为设计的工作有些枯燥，但我们认为无论干什么，只要人生活的有意义就可。社会需要我们，我们也可以为社会而工作。既然如此，那还有什么必要失落呢？于是我们决定沿着自己的路，执着的走下去。感谢他们三年里对我的细心教导和无微的关爱，是他们培养了我，没有他们就没有我的今天。感谢计算机系的各位同学，与他们的交流使我受益颇多。最后要感谢我的家人以及我的朋友们对我的理解、支持、鼓励和帮助，正是因为有了他们，我所做的一切才更有意义；也正是因为有了他们，我才有了追求进步的勇气和信心。时间的仓促及自身专业水平的不足，整篇论文肯定存在尚未发现的缺点和错误。恳请阅读此篇论文的老师、同学，多予指正，不胜感激！

参考文献

【1】周良权傅恩锡李世馨编模拟电子技术基础（第三版）[M].北京:高等教育出版社,2005

【2】张玉莲编电子CAD(Protel99SE)实训指导书（第一版）[M].西安电子科技大学出版社，2007

【3】林春景编模拟电子线路(21世纪普通高等教育电子信息类规划教材) （第一版）[M]. 机械工业出版社，2009

【4】全国大学生电子设计竞赛组委会编. 全国大学生电子设计竞赛获奖作品选编. 北京：北京理工大学出版社，2005年3月第1版

【5】[美]Myke Predko 著张晓林等译. 数字电路原理与设计实例解析(Digital Electronics Guidebook With Projects). 北京：电子工业出版社，2004年2月

第二部分单片机部分

第1章总体设计方案

1.1 总体设计方案

直流电源（DC power）有正、负两个电极，当两个电极与电路连通后，能够使电路两端之间维持恒定的电位差，从而在外电路中形成由正极到负极的电流来为电路工作提供能量。在设计采用的是5V的芯片，所以电路设计为5V的电源。

1．整流电路

晶体二极管是由两种具有不同导电性能的n型半导体和p型半导体结合形成的pn结构成的，如图3-1（a）所示，pn结具有单向导电的特性，常用符号表示如图3-1（b）。

图3-1 二极管的pn结构及符号

图3-2 二极管的特性曲线

当pn 结加上正向电压（p区接正、n区接负）时，外电场使pn结的阻挡层变薄，形成比较大

的电流，二极管的正向电阻很小；当pn结加上反向电压时，外电场使pn结的阻

挡层变厚，形成极小的反向电流，表现为反向电阻非常大。晶体二极管的正反向特性曲线如图3-2所示，即二极管具有单向导电性。

利用二极管的单向导电性，可将交流电变成脉冲直流电，其过程称为整流。如图3-3是桥式整流滤波电路，其整流过程如下：当交流电为正半周时，M点电压高于N点电压， D2、D4截止，而D2、D5导通，电流将从交流电源依次通过D2、RL、D5回到电源；当交流电为负半周时，N点电压高于M点电压，D2、D5截止，而D3、D4导通，电流将从交流电源依次通过D3、RL、D4回到电源。这样通过RL的电流方向是固定的，U A始终大于U B，且UAB随交流电的起伏而波动。如果将RL两端接入示波器会观察到如图3-4的整流波形②。

整流电路是把交流电变成直流电的电路，电路是二极管的单向导电性由四个二极管构成桥式整流电路，如图3-3所示。

图3-3 桥式整流

图3-4 交流、整流及滤波波形

1.2 系统原理框图

随着电子技术的飞速发展和日益普及，电子报警器已经在各企业事业单位和人们的日常生活中得到广泛的应用，红外线报警器可监视几米到几十米范围内移动的人体，当有人在该范围内走动时，发出报警。其电路的组成框图如图2-1所示。

图2-1 报警器电路的组成图

1.3 系统中各模块的作用简单介绍

1．电源：通过交流电经变压器的变压、桥式二极管的整流、电容的滤波、稳压器的稳压得到5V的直流电压。

2．传感器：传感器主要是用来采集人体的红外线信号并将该信号转换成电信号的器件。

3．放大滤波：是由集成运算放大器LM324和电容构成对传感器的信号进行放大和滤波供下一级电路使用。

4．比较器：这里采用的是双限电压比较器，把电路中的基准电压U1和U2作为参考电压（U1>U2）与比较器输出的电压作比较控制指示电路指示是否有人进入的情况

第2章单元模块原理

2.1 模块电路设计方法

系统组成框图如图2-5所示，根据系统拟达到的总体功能，将其划分为以下功能模块：电源电路、热释红外传感器电路、振动位移传感器模块、AT89C51模块、警铃电路、数码管显示电路等。

图2-5系统组成框图

探测器安装在用户家里需要防范的部位，例如门窗、厨房、卧室等，当系统开机时,一旦有人入侵，与之相应的报警探测器立即向用户端自动报警主机发出报警信号，接到警情事件后，自动报警主机立即进行确认，确认无误后，进行事件的现场声（蜂鸣器）报警，同时显示出出事位置。

2.2 电路原理图

红外报警器分为主动红外报警和被动红外报警，主动红外入侵报警器是由发射机和接收机组成，发射机是由电源、发光源和光学系统组成，接收机是由光学系统、光电传感器、放大器、信号处理器等部分组成。主动红外报警器是一种红外线光束遮挡型报警器，发射机中的红外发光二极管在电源的激发下，发出一束经过调制的红外光束（此光束的波长约在0.8～0.95微米之间），经过光学系统的作用变成平行光发射出去。此光束被接收机接收，由接收机中的红外光电传感器把光信号转换成信号，经过电路处理后传给报警控制器。由发射机发射出的红外线经过防范区到达接收机，构成了一条警戒线。正常情况下，接收机收到的是一个稳定的光信号，当有人入侵该警戒线时，红外光束被遮挡，接收机收到的红外信号发生变化，提取这一变化，经放大和适当处理，控制器发出的报警信号。目前此类报警器有二光束、三光束还有多光束的红外栅栏等。一般应用在周界防范居多，最大的优点就是防范距离远，能达到被动红外的十倍以上探测距离。

被动红外报警器主要是根据外界红外能量的变化来判断是否有人在移动。人体的红外能量与环境有差别，当人通过探测区域时，报警器收集到的这个不同的红外能量的位置变化，进而通过分析发出报警。人体都有恒定的体温，一般在37度左右，会发出特定波长10μm左右的红外线，被动红外报警器就是靠探测人体发射的10μm左右的红外线而进行工作的。人体发射的10μm左右的红外线通过菲涅尔滤光片增强后聚集到红外感应源上。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，后续电路经检测处理后就能产生报警信号。被动红外报警器是以探测人体辐射为目标的，所以热释电元件对波长为10μm左右的红外辐射必须非常敏感。为了仅仅对人体的红外辐射敏感，在它的辐射照面通常覆盖有特殊的菲涅尔滤光片，使环境的干扰受到明显的控制作用。其传感器包含两个互相串联或并联的热释电元件。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，使其产生释电效应相互抵消，于是报警器无信号输出。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，经信号处理而报警。用它制作的防盗

报警器与目前市场上销售的许多防盗报警器材相比，具有如下特点：

1. 不需要用红外线或电磁波等发射源。

2. 灵敏度高、控制范围大。

3. 隐蔽性好，可流动安装。

2.3 模块电路细介绍

1.热释电红外传感器

目前国内使用的各类防盗、保安报警器基本都是以超声波、主动式红外发射／接收以及微波等技术为基础。而这里所设计的被动式红外报警器则采用了美国的传感元件——热释电红外传感器。

这种热释电红外传感器能以非接触形式检测出人体辐射的红外线，并将其转变为电压信号，同时，它还能鉴别出运动的生物与其它非生物。热释电红外传感器既可用于防盗报警装置，也可以用于自动控制、接近开关、遥测等领域。用它制作的防盗报警器与目前市场上销售的许多防盗报警器材相比，具有如下特点：

◆不需要用红外线或电磁波等发射源

◆灵敏度高、控制范围大。

◆隐蔽性好，可流动安装。

热释电红外传感器的结构如图2所示（其中D接正电源，S为输入，G接地）。其内部由敏感元件、场效应管、高阻电阻、滤光片等组成，并向壳内冲入氮气封装起来。图3为引脚功能。

2.BISS0001红外传感信号处理器

BISS0001红外传感信号处理器是由运算放大器、电压比较器、和状态控制、延迟时间定时器、封锁时间定时器以及参考电压源等构成的数模混合专用集成电路。可广泛

应用于多种传感器和延时控制器。图4为其引脚图，图5为其信号处理器的原理图。

图4 BISS000引脚图

图5 BISS0001红外传感信号处理器的原理框图

4.系统电路图

图6 信号处理电路