红外报警器电路设计
(完整版)基于单片机的红外报警器的设计
微机原理与单片机系统课程设计专班 姓 名:学 兰州交通大学自动化与电气工程学院2014 年 12 月 31 日基于51单片机的红外防盗报警器的设计1设计说明1.1设计目的该设计以单片机AT89C51芯片为核心，加上必要的外围电路，构成了一个基于单片机的红外线防盗报警器。
功能主要通过软件编程来实现，降低了硬件电路的复杂性和制作成本。
此外，设计中所采用的红外线是不可见光，有很强的隐蔽性和保密性，以满足现代人们住宅防盗的需要。
1.2设计要求该设计要求当热释电红外线传感器探测到人体辐射的红外线时，单片机控制电路启动声光报警并显示报警次数。
此外，用户还可以设定报警时间并手动解除报警。
1.3设计方法该设计以AT89C51单片机为核心，由时钟电路、复位电路、外部触发电路、报警时间选择电路、声光报警电路、报警次数显示电路和中断报警电路共同组成报警系统。
系统具有显示报警次数，设定报警时间，手动解除报警的功能。
2设计方案及原理2.1设计方案简述该设计使用AT89C51单片机芯片控制电路，通过热释电红外传感器采集外部触发信号，采用7段LED数码管显示报警次数，采用蜂鸣器和红色发光二极管实现声光报警，手动解除报警功能由单片机外部中断实现，报警时间由单片机内部定时器实现。
2.2热释电红外传感器简单介绍热释电红外线(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。
2.3 PIR的原理特性热释电红外线传感器主要是由一种高热电系数制成的探测元件，在每个探测器内装入一个或两个探测元件，并将两个探测元件以反极性串联，以抑制由于自身温度升高而产生的干扰。
由探测元件将探测并接收到的红外辐射转变成微弱的电压信号，经装在探头内的场效应管放大后向外输出。
热释电红外防盗报警器设计方案
热释电红外防盗报警器设计方案1.设计背景随着社会的不断进步和科学技术、经济的不断发展，人们生活水平得到了很大的提高，对私有财产的保护意识在不断的增强，因而对防盗措施提出了新的要求。
本设计就是为了满足现代住宅防盗的需要而设计的家庭式电子防盗系统。
就目前市面上装备主要有压力触发式防盗报警器、开关电子防盗报警器和压力遮光触发式防盗报警器等各种报警器，但这几种比较常见的报警器都存在一些缺点。
而本设计中所使用的红外线是不可见光，有很强的隐蔽性和保密性，因此在防盗、警戒等安保装置中得到了广泛的应用。
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，热释电红外传感器既可用于防盗报警装置，也可用于制动控制、接近开关、遥测等领域。
2.设计方案2.1方案比较方案一：由红外传感器、电源电路、放大电路、ADC数模转换电路、AT89S52单片机中央控制电路、复位电路、中断电路、报警电路等构成。
输入的红外信号由数模转换电路转换为电信号，低电平输入单片机，由单片机输出放大信号到报警电路，使蜂鸣器发出报警信号，而中断电路和复位电路可以对报警电路进行控制。
方案二：由热释电红外传感器接收电路、放大电路、复位电路、中断电路、电源电路、报警电路构成。
当热释电红外传感器检测的人体辐射的红外线后，由放大电路将信号放大后的低电平电信号输入单片机后，由单片机输出放大信号到报警电路，使蜂鸣器发出报警信号，而中断电路和复位电路可以对报警电路进行控制。
万案二：由红外传感器、电源电路、放大电路、BIS0001处理电路、AT89S52单片机中央控制电路、复位电路、中断电路、报警电路等构成。
输入的红外信号由数模转换电路转换为电信号，低电平输入单片机，由单片机输出放大信号到报警电路，使蜂鸣器发出报警信号，而中断电路和复位电路可以对报警电路进行控制。
综合比较方案二比较可行。
2.2方案论证以上三个方案大体相同，都是由检测电路、单片机、报警电路、复位电路、中断电路、声光报警电路组成，所用到的电路和器件不同可以决定它们的特性和实用性。
电路CAD课程设计红外线报警器 (2)
目录一．摘要 (2)二．工作原理 (2)1.基本原理 (2)2.电路说明 (2)三．单元电路设计 (3)1. 电源部分的设计 (3)a)整流电路 (3)b)滤波电路 (5)c)稳压电路 (5)2.放大器电路的设计 (6)a)反相交流放大器 (6)b)正相交流放大器 (7)3.比较器电路的设计 (7)四．电路仿真 (9)1. 电源电路仿真结果 ........................ 错误！未定义书签。
2. 当有人进入的时候........................ 错误！未定义书签。
3. 当人离开的时候 ......................... 错误！未定义书签。
五．PCB布线................................. 错误！未定义书签。
六．总的原理图 (13)七．参考文献 (14)一．摘要该报警器能探测人体发出的红外线，由红外线传感器、信号放大电路、电压比较器、延时电路和报警指示电路等组成。
当人进入报警器的监视区域内，即可发出报警信号，适用于家庭、办公室、仓库、实验室等比较重要场合防盗报警。
概述了红外辐射的知识、热释电红外传感器的结构和工作原理。
利用热释电红外传感器设计了一种被动式红外报警电路,分析了该电路的功能和工作原理。
热释电红外传感器具有很多的优点,在防盗、警戒等装置中应用较广。
二．工作原理1.基本原理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。
热释电人体感应红外报警器设计制作2
3.1制作过程
（略）
3.2硬件调试及调试中遇到的问题
第一步为目测，单片机应用系统电路全部手工焊接在洞洞板上，因此对每一个焊点都要进行仔细的检查。检查它是否有虚焊、是否有毛剌等。
第二步为万用表测试，先用万用表复核目测中认为可疑的连线或接点，查看它们的通断状态是否与设计规定相符，再检查各种电源线与地线之间是否有短路现象。
--
输出延迟时间Tx的调节端
4
RC1
--
输出延迟时间Tx的调节端
5
RC2
--
触发封锁时间Ti的调节端
6
RR2
--
触发封锁时间Ti的调节端
7
VSS
--
工作电源负端，一般接0V
8
VRF
I
参考电压及复位输入端。通常接VCC，当接“0”时可使定时器复位
9
VC
I
触发禁止端。当Vc＞VR时允许触发(VR≈0.2VDD)
2.3.3按键控制电路
本电路的设计就是为了控制电路中布防和紧急状态下不同的工作形式，当按下布防按键后， 5秒后进入监控状态，当有人靠近时，热释红外感应到信号，传回给单片机，单片机马上进行报警。当遇到特殊紧急情况时，可按下紧急报警键，蜂鸣器进行报警。如图3-8所示。
图3-8按键部分
2.3.4指示灯和报警电路
二、技术方案的详细设计（实施
2.1本系统的设计方案
系统设计简介
本系统采用了热释电红外线传感器，它的制作简单、成本低，安装比较方便，而且防盗性能比较稳定、抗干扰能力强、灵敏度高、安全可靠。这种防盗器安装隐蔽，不易被盗贼发现，便于多用户统一管理和用户操作。
为了探测移动人体，通常使用双元件型热释电红外线传感器，在这种传感器内部，两个灵敏元件反相连接，当人体静止时两元件极化程度相同，互相抵消。但人体移动时，两元件极化程度不同，净输出电压不为0，从而达到了探测移动人体的目的。
对射式红外线防盗报警器的设计
第一章绪论在一些电影、电视剧中我们常可以看到，有些博物馆等安全性要求比较高的场所，在安防电脑系统的屏幕上面，显示着一根根红线，如果有人进入不小心“触”到了这根红线，那么报警器就会发响。
这就是红外线报警器。
1.1 课题研究的意义红外线报警器分主动式和被动式两种[1]。
主动式红外线报警器，是报警器主动发出红外线，红外线碰到障碍物，就会反弹回来，被报警器的探头接收。
如果探头监测到，红外线是静止不动的，也就是不断发出红线线又不断反弹的，那么报警器就不会报警。
当有会动的物体触犯了这根看不见的红线的时候，探头就会检测到有异常，就会报警。
被动式报警器少了一项功能，就是发射红外线。
物理学上告诉我们，当物体的温度高于0K的时候，就会发出红外线，换句话说任何物体都能发出红外线[2]。
而其后的原理，被动式报警器和主动式是一样的。
红外线报警器对温度敏感，温度越高的物体辐射出的红外线越强，当感应到环境中存在高出背景强度的辐射时,就触发报警。
主动式红外探测器是由收、发装置两部分组成[3]。
发射装置向装在几米甚至于几百米远的接收装置辐射一束红外线，当被遮断时，接收装置即发出报警信号，因此，它也是阻挡式报警器，或称对射式探测器。
通常，发射装置由多谐振荡器、波形变换电路、红外发光管及光学透镜等组成。
振荡器产生脉冲信号，经波形变换及放大后控制红外发光管产生红外脉冲光线，通过聚焦透镜将红外光变为较细的红外光束，射向接收端。
接收装置由光学透镜、红外光电管、放大整形电路、功率驱动器及执行机构等组成[4]。
光电管将接收到的红外光信号转变为电信号，经整形放大后推动执行机构启动报警设备。
主动式红外报警器有较远的传输距离，因红外线属于非可见光源，入侵者难以发觉与躲避，防御界线非常明确。
主动式红外报警器是点型、线型探测装置，除了用作单机的点警戒和线警戒外，为了在更大范围有效地防范，也可以利用多机采取光墙或光网安装方式组成警戒封锁区或警戒封锁网，乃至组成立体警戒区。
模拟电路设计红外控制报警器
模拟电路设计红外控制报警器设计红外控制报警器的模拟电路可以分为三个主要部分：红外接收器电路、信号处理电路和报警输出电路。
1.红外接收器电路：红外接收器电路主要是用于接收来自红外遥控器的信号，并将其转换为模拟电压信号。
在设计电路时，可以选择使用红外发射二极管（LED）作为光源，并通过调整发射频率和脉冲宽度来实现不同的遥控信号编码方式。
红外接收器一般采用红外光电二极管、红外光敏晶体管或红外光敏二极管等元件。
2.信号处理电路：信号处理电路主要是对接收到的红外信号进行解码和滤波处理，以便识别出有效的遥控信号。
一般使用的解码方法有脉宽解码、频率解码和码组解码等。
可以根据具体需求选择合适的解码方式。
同时，为了防止接收到的信号被干扰，可以在信号处理电路中加入滤波器，如低通滤波器等。
3.报警输出电路：报警输出电路主要是控制报警器的工作状态，并将报警信号转换为可视或可听的报警信号。
在设计电路时，可以选择使用声音输出装置（如扬声器）或可视化装置（如指示灯）作为报警输出元件。
在电路设计中，应考虑报警器的声音大小和频率，以适应不同情况下的报警需求。
在整个电路设计中应注意以下几点：1.在选取元件时，要保证其工作在合适的工作范围内，以确保电路的性能和可靠性；2.可以通过使用多级放大器来增强信号的幅度，以便实现适当的信号处理；3.在电路设计中，要注意信号的耦合和隔离，以防止信号干扰和意外反馈。
总结：红外控制报警器的模拟电路设计涉及到红外接收器电路、信号处理电路和报警输出电路三个主要部分。
通过合理选择元件和设计电路结构，可以实现红外信号的接收、解码和报警输出等功能。
同时，还需要注意电路的性能和可靠性，并采取适当的措施来防止信号干扰和意外反馈。
两个以上的红外光敏二极管受到外界光源的影响时候会影响到红外控制报警器的正常工作。
基于单片机的无线红外防盗报警电路的设计(含程序 原理图 pcb图)
目录1 前言 (1)1.1 无线红外防盗报警电路的发展状况 (1)1.2 无线红外防盗报警器的分类及其介绍 (1)1.3 无线红外报警器工作的原理 (1)1.4 设计无线红外防盗报警器的内容和意义 (1)2 总体方案设计 (3)2.1 方案比较 (3)2.2 方案论证 (4)2.3 方案选择 (4)3 单元模块设计 (5)3.1 各单元模块功能介绍及电路设计 (5)3.2 电路参数的计算及元器件的选择 (13)3.3 特殊器件的介绍 (15)3.4 各单元模块的联接 (21)4 软件设计 (23)4.1 软件设计原理及设计所用工具 (23)4.2 软件结构图 (23)5 系统调试 (27)5.1硬件调试 (27)5.2 系统综合调试 (28)5.3 软件调试 (28)6 系统功能和指标参数 (29)6.1 系统功能的实现 (29)6.2 指标参数 (29)7 结论 (30)8 总结与体会 (31)9 参考文献 (32)附录1：发射部分原理图 (33)附录2：接收部分原理图 (34)附录3：发射部分PCB图 (35)附录4：程序源代码 (36)附录5：实物图 (40)1 前言1.1 无线红外防盗报警电路的发展状况红外防盗报警器的发展主要是基于传感器之下，所以首先要谈谈红外传感器的发展状况。
而传感器技术是21世纪人们在高科技发展方面争夺的一个制高点，各发达国家都将有传感器技术视为现代高新技术发展的关键。
从20世纪80年代起，日本就将传感器技术列为优先发展的高新科技之首，美国等西方国家也将此技术列为国家科技和国防技术发展的重点，而在中国传感器的发展也取得了飞速的发展。
从而基于传感器技术的防盗报警系统也得到了高速发展。
热释电红外传感器是一种非常有应用潜力的传感器，他能检测人或某些动物发射的红外线并转化成电信号输出。
近几年来，伴随这集成电路技术的飞速发展，以及该传感器的特性的深入研究，相关的专用集成电路的处理技术也迅速发展。
红外报警器设计方案
红外报警器设计方案一、方案概述本方案设计的是一种基于红外技术的报警器，能够检测环境中的移动物体并发出警报。
该报警器主要用于室内使用，可广泛应用于家庭、办公室、商店等地方，具有较高的安全性和便利性。
二、方案组成1.红外传感器：采用具有高灵敏度和较大探测范围的红外传感器。
该传感器能够检测近距离的热量变化，并将信号转换成电信号输出。
2.控制电路：包括信号放大、滤波和调正等电路，能够将传感器输出的微弱电信号放大并滤波处理后，转换成数字信号。
3.报警器：当控制电路检测到有人经过时，会触发报警器发出声光警报。
声光警报器应设计具有较高的响度，并能够在不同场景下灵活调整。
4.电源电路：使用稳压电源，能够为整个报警器系统提供稳定、持续的电源供应。
三、方案详细设计1. 红外传感器选择：选择具有高灵敏度、大角度探测范围和较低功耗的红外传感器，例如采用新型Pyroelectric传感器。
该传感器可以在环境温度变化下提供稳定的工作性能。
2.控制电路设计：利用运算放大器、滤波器和ADC等电路，对红外传感器输出的微弱电信号进行放大和滤波处理，并将其转换成数字信号进行处理和分析。
3.报警器设计：选择响亮且容易察觉的蜂鸣器和高亮度的LED灯，作为报警器的声光输出装置。
可以根据需要，设计开关来调整报警器的音量和亮度。
4.电源电路设计：选择适当的电源电路，例如开关电源或线性稳压电源，来为整个报警器系统提供稳定可靠的电源。
同时，可以加入电池备用电源，以防止断电情况下无法工作。
5.外壳设计：设计坚固、耐用且美观的外壳，方便安装和携带。
外壳也应具有防水和防尘的功能，以适应不同的工作环境。
四、方案优势1.高灵敏度：采用高灵敏度的红外传感器作为报警器的关键部件，能够准确地检测到环境中的移动物体。
2.低功耗：整个报警器系统设计优化，采用低功耗的红外传感器和控制电路，能够延长电池寿命，减少能源消耗。
3.简单易用：报警器的操作简单，只需打开电源即可工作，没有繁琐的设置过程，使用方便。
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摘要
本次课设课设题目为红外报警器，是以电路为基础，低频电子线路为指导，采用中小规模集成芯555、三极管、红外二极管、蜂鸣器和各种电阻设计而成。
该电路工作原理简单，由555芯片经电源产生的自激信号为红外发射二极管提供电压使其发出特定频率红外光，红外接收二极管作为一个开关控制蜂鸣器的响与不响。
本报警器可以实现对局部通道的监控报警作用，也可用来对重要物品的保护。
通过对报警电路的设计及焊接，最后能够实现它的功能。
关键字：红外报警器；555定时器；多谐振荡器。
（1）采用红外对管电路结构，当其中光路被遮挡时，报警器发出间歇式报警。
（2）采用LED显示，0代表未遮挡，1代表光被遮挡。
（3）每遮挡一次LED显示逐次增加。
（4）设置外部按键，当按键按下时，计算清零。
（5）蜂鸣器的报警由555多谐振荡器给出
用中小规模集成芯片设计并制作红外报警器电路。
红外对管中，红外接收管可采用光敏二极管，从光敏二极管的特性知，光敏二极管具有受光导通，不受光截止的特性。
因此，可以利用光敏二极管作为开光，控制蜂鸣器的响与不响。
采用555多谐振荡器，给蜂鸣器自激信号，给蜂鸣器提供一个电源信号，再通过二极管与4脚相连可控制蜂鸣器状态。
LED显示状态可采用七段数码管显示数字0、1，0代表光敏二极管未被遮挡，1代表被遮挡。
电路状态计数可采用74161构成的十进制计数器，通过LED显示数字计数。
在这个方案中，首先采用555多谐振荡器给发生二极管一个脉冲信号，这样才可以使接收二极管产生一个不对称的脉冲信号，同时是一个交流信号。
再由运放使交流信号放大，并且需要利用三极管的开关作用对蜂鸣器的支线进行短路或者不短路。
本方案中元件选取虽多，但是多是用到相同元件控制，在达到同一目的情况下电路相对简单，成本更低的方案。
3 元件及芯片的介绍
3.1 555多谐振荡器：
图3.1多谐振荡器电路
由555定时器构成的多谐振荡器电路如图示，图中电容C、电阻R1、R2作为振荡器的定时元件，决定着输出矩形波正负脉冲的宽度。
定时器的触发输入端（2脚）和阀值输入端（6脚）与电容相连，集电极开路输出端（7脚）接R1、R2相连处，用以控制电容C的冲放电，外界控制输入端（5脚）通过电容接地。
3.2 74161集成计数器
图3.2加法计数器
如图示为74161构成的一个十进制加法计数器，初始状态为0。
74161翻转是在时钟信号的上升沿完成的，MR是异步清零端，ENP、ENT是使能控制端，LOAD 置数端，D0、D1、D2、D3是四个数据输入端，RCO是进位输出端。
异步清零：当MR非为零时，其他输入任意，可以使计数器立即清零。
计数：当MR非等于LOAD非等于1，ENP=ENT=1时，在时钟脉冲CLK的上升沿到来时，计数器进行计数。
Q端的状态按自然态序变化。
表3.1 74161功能表
3.3 BCD-七段译码器7448
BCD七段译码器7448输入是4位码，对应的输出是7位码，且可能是多位有效。
严格地说，称之为代码变换器更为确切，但习惯上仍称之为BCD七段显示译码器。
7448的符号如下图。
图3.3 BCD七段译码管7448
该芯片的输入A、B、C、D是4位BCD码，输出是七段反码。
某一位输出为0表示将数码管对应段点亮，为1表示对应段熄灭。
试灯输入，检查数码管各段是否能正常发光当LT非=0时，无论输入A、B、C、D为何种状态，译码器输出均为低电平，
若驱动的数码管正常，是显示8。
3.4 七段数码管
七段数码管也称七段LED数码管，结构图如下图示。
它是由七个离散的发光二极管集成在一起排列成8字形成，用于显示十进制数字。
LED数码管的内部有共阳极接法和共阴极接法两种，本方案用共阴极LED数码管。
共阴极接法的数码管是阴极共同接地，阳极经限流电阻接高电平。
图3.4七段数码管
通常数码管的每个发光段由多个二极管组成，需要较大的驱动电压和电流，由于TTL集成的电路低电平驱动能力比高电平驱动能力大的多，所以常用低电平有效的OC 门输出的七段译码器来驱动。
4系统的组成和工作原理
4.1红外发射电路
此电路主要由一个电阻和红外发光二极管。
发射管在外加电压的作用下可发射红外光，这种红外光可以被红外接收二极管接收。
发光二极管的工作电压为外接收管受到红外线照射，就会处于导通状态，否则处于截止状态。
发光二极管的工作电流为5mA-20mA之间范围内才能发光，根据计算可得此时与发光二极管之间串联的电阻为250Ω到1000Ω之间故在电路中选用了5V电压和510Ω电阻。
此时处于开始发射红外线。
图4.1红外发射电路
4.2红外接收电路
红外接收管采用红外光敏二极管，为了保护红外光敏二极管，选用R6为30k欧姆。
555构成的多谢振荡器取R4=10k欧姆，R5=4k欧姆，C3=100nf，此时可达到800Hz，C4的作用是提高555的抗干扰能力，取C4=10nf。
本部分工作原理如下：当红外接收二极管接收到红外线时，接收二极管导通，使得555芯片的4管脚短接，从而555芯片不工作，不会产生自激作用，因此蜂鸣器两端没有电压则不响。
反之，当红外接收二极管没有接收到红外线时，接收二级管截止，555芯片正常工作，给蜂鸣器提供电压，则蜂鸣器响。
图4.2红外接收电路
4.3 状态显示电路
此部分采用高电平有效的七段译码器驱动(7448芯片)和共阴极LED七段数码管。
由7448功能表知，把A1、A2、A3脚接地，A0脚的高低电平可控制数码管显示1、0状态。
因此，通过与红外接收电路中红外接收管相接可判断红外光是否被遮挡。
图4.3状态显示电路
4.4 计数和清零电路
此部分采用计数器74161、七段译码器7448和七段数码管。
74161为四位二进制加法计数器，采用二进制编码，初始状态为零。
十进制计数器S n-1的二进编码为S n-1=0000+1001=1001，反馈逻辑LOAD=Q3Q0。
MR脚通过按钮接地可控制计数器清零。
图4.4计数和清零电路
5系统元件参数计算
红外接收电路，由555定时器和三极管构成的红外接收电路。
其中555构成多谐振荡器，取R4=10千欧姆，R5=4.0千欧，C2=100nF此时可以达到所要求的30KHz 频率。
电容C2的作用是抗干扰作用，取C3=10nF。
为保护555芯片，与三管脚串联一个电阻R8，取R3=100欧。
理论计算结果：f1=1.43/((R4+2R5)*C)=794Hz
6 系统调试和结果
在调试过程中，电源正负极且不可接反，否则二极管很容易被击穿或烧掉。
接收二极管的电阻必须足够大保护二极管不会被击穿。
确保电路正确后，再经调试，看器件是否正常工作。
在红外接收管未被遮挡住时，状态显示电路中数码管显示0，符合设计要求，0代表未遮挡。
如下图。
图6.1状态显示电路结果
当光线被遮挡第7次时，计数显示电路中数码管显示7，正确的显示了红外接收管失光次数。
如下图示。
图6.2计数显示电路结果
参考文献
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