基于A(yíng)T89C51的安全報警器設計

摘要：隨著(zhù)時(shí)代的進(jìn)步，人們對環(huán)境的安全性提出更高的要求，于是設計一個(gè)行之有效的安全警報器有很大的必要，而這里所設計的安全報警器則采用了傳感元件——熱釋電紅外傳感器。這種熱釋電紅外傳感器能以非接觸形式檢測出人體輻射的紅外線(xiàn)，并將其轉變?yōu)殡妷盒盘?。熱釋電紅外傳感器既可用于安全報警裝置，也可以用于自動(dòng)控制、接近開(kāi)關(guān)、遙測等領(lǐng)域。它是結合單片機、電子基礎、傳感器為一體的新技術(shù)。

1 安全報警器的總體設計方案

1.1 設計概述

隨著(zhù)電子技術(shù)的發(fā)展，人們自身的安防意識也在逐漸增強。此類(lèi)裝置設計的要點(diǎn)：其一是能有效判斷是否有兒童接近窗戶(hù);其二是盡可能大地增加防護范圍。利用熱釋電人體紅外傳感器和單片機的設計，對傳感器微弱的信號進(jìn)行放大的放大電路設計。當兒童接近窗子至0.5 m時(shí)，警報響起且防護網(wǎng)自動(dòng)彈出。據兒童的身高體重標準表，我們設定1.2 m為我們的檢測范圍。

該報警器能探測人體發(fā)出的紅外線(xiàn)，當人進(jìn)入報警器的監視區域內，即可發(fā)出報警聲。本設計是利用熱釋電紅外線(xiàn)傳感器探測人體輻射出的紅外線(xiàn)信號原理設計出來(lái)的人體紅外線(xiàn)感應報警器。

該報警器主要由熱釋電紅外傳感器及其檢測電路、報警電路組成。熱釋電紅外傳感器是報警器設計中的核心器件，它可把人體的紅外信號轉換為電信號以供信號處理部分使用。檢測電路主要是把傳感器輸出的微弱電信號進(jìn)行放大、濾波、延遲、比較，從而實(shí)現報警功能的靈活應用。

1.2 設計任務(wù)與要求

1)該設計包括硬件和軟件設計兩個(gè)部分。模塊劃分為數據采集、單片機控制、報警等模塊。

2)本安全報警系統由熱釋電紅外傳感器、報警器、單片機控制電路及相關(guān)的控制管理軟件組成。用戶(hù)完成信息采集、處理、數據傳送、功能設定、本地報警等功能。終端由中央處理器、輸入模塊、輸出模塊、通信模塊、功能設定模塊等部分組成。

3)系統可實(shí)現功能。當兒童接近窗子至0.5 m時(shí)，警報響起且防護網(wǎng)自動(dòng)彈出。據兒童的身高體重標準表，我們設定1.2 m為我們的檢測范圍。

熱釋電紅外傳感器將探測到動(dòng)作，設置在監測點(diǎn)上的紅外探頭將人體輻射的紅外光譜變換成電信號，經(jīng)放大電路、比較電路送至門(mén)限開(kāi)關(guān)，打開(kāi)門(mén)限閥門(mén)送出TTL電平至AT89C51單片機，經(jīng)單片機處理運算后驅動(dòng)執行報警電路使警號發(fā)聲。并且防護網(wǎng)自動(dòng)彈出，保護兒童安全，以防墜落。

當然，系統工作的穩定性和可靠性也是追求的重要指標。至于報警可采用聲光信號。

4)該安全報警器的總體設計框圖如圖1。

2 安全報警器各功能模塊簡(jiǎn)介

2.1 熱釋電紅外傳感器原理

熱釋電紅外線(xiàn)傳感器是20世紀80年代發(fā)展起來(lái)的一種新型高靈敏度探測元件。探測距離(實(shí)測)：0.1 m～10 m是一種能檢測人體發(fā)射的紅外線(xiàn)而輸出電信號的傳感器，它能組成防人侵報警器或各種自動(dòng)化節能裝置。它能以非接觸形式檢測出人體輻射的紅外線(xiàn)能量的變化，并將其轉換成電壓信號輸出。將這個(gè)電壓信號加以放大，便可驅動(dòng)各種控制電路。在電子防盜、人體探測器領(lǐng)域中，被動(dòng)式熱釋電紅外探測器的應用非常廣泛，因其價(jià)格低廉、技術(shù)性能穩定而受到廣大用戶(hù)和專(zhuān)業(yè)人士的歡迎。

本設計所用的熱釋電紅外線(xiàn)傳感器就采用這種雙探測元的結構。其工作電路原理及設計電路如圖2所示，在VCC電源端利用C1和R2來(lái)穩定工作電壓，同樣輸出端也多加了穩壓元件穩定信號。當檢測到人體移動(dòng)信號時(shí)，電荷信號經(jīng)過(guò)FET放大后，經(jīng)過(guò)C2，R1的穩壓后使輸出變?yōu)楦唠娢?，再?jīng)過(guò)NPN的轉化，輸出OUT為低電平。圖2為熱釋電紅外傳感器原理圖。

2.2 報警電路模塊

所謂報警系統的主要目的是為了在出現危急時(shí)給人以警示和提醒，從而進(jìn)行相應的應急處理，進(jìn)而達到避免意外事件發(fā)生和減少發(fā)生意外情況而帶來(lái)的各種損失。報警系統是整個(gè)系統的重要組成部分，所以本設計在報警方面用單片機程序來(lái)設計。觸發(fā)可以用單片機觸發(fā)，具體電路此處省略。

2.3 單片機控制模塊

隨著(zhù)半導體集成工藝的不斷發(fā)展，單片機的集成度將更高，體積將更小，功能將更強，本設計采用美國ATMEL公司生產(chǎn)的低功耗，高性能CMOS8位單片機AT89C51，其片內含有4 kbytes的可系統編程的Flash只瀆程序存儲器。

2.4 電機驅動(dòng)電路設計

L6203是專(zhuān)用驅動(dòng)集成電路，屬于H橋集成電路，其輸出電流為2 A，最高電流5 A，最高工作電壓48 V，最高頻率100 kHz，可以驅動(dòng)感性負載，如大功率直流電機，步進(jìn)電機，電磁閥等，尤其是其輸入端可以與單片機直接相聯(lián)，從而很方便地受單片機控制。當驅動(dòng)直流電機時(shí)，可以直接控制步進(jìn)電機，并可以實(shí)現電機正轉與反轉，借以控制防護網(wǎng)的開(kāi)關(guān)。

3 安全報警器的軟件設計介紹

3.1 主程序流程圖

本系統的MCU使用了ATMEL公司的低功耗單片機AT89C51。主程序中僅完成了系統的初始化，然后就進(jìn)入待機模式。其他功能模塊都在中斷服務(wù)子程序中完成。當產(chǎn)生中斷時(shí)，MCU被喚醒并執行相應的中斷服務(wù)子程序，從中斷子程序返回后，系統又進(jìn)入到待機模式。整個(gè)程序的設計使系統在絕大多數時(shí)間都處于最低功耗狀態(tài)。整個(gè)程序用C語(yǔ)言編寫(xiě)，使用模塊化的設計方法，把各個(gè)模塊相關(guān)的程序放在一個(gè)文件中，便于分塊調試和管理，縮短了調試周期。

在主程序中，首先關(guān)閉了看門(mén)狗和總中斷，避免了在初始化過(guò)程中看門(mén)狗或其他中斷導致單片機復位，使初始化無(wú)法完成。整個(gè)系統軟件需要對熱釋電紅外傳感器、報警器、防護網(wǎng)控制系統進(jìn)行管理。以上模塊均在主程序中完成初始化過(guò)程，系統流程圖如圖4。

3.2 電機控制系統

當傳感器檢測出兒童信號時(shí)，電機正轉，警報響起且防護網(wǎng)彈出;當警報解除，按下復位按鈕，電機反轉，防護網(wǎng)收回復位。

4 結束語(yǔ)

本設汁研究了一種基于單片機技術(shù)的智能安全報警器。該報警器通過(guò)以AT89C51單片機為工作處理器核心，外接熱釋電紅外傳感器，能夠以非接觸方式探測出人體發(fā)出的紅外輻射，并將其轉化為相應的電信號輸出。

該設計是作為貴州師范大學(xué)2012～2013年科研項目來(lái)進(jìn)行的。筆者參與了整個(gè)科研項目的設計實(shí)施過(guò)程，所設計的安全報警器經(jīng)過(guò)了現場(chǎng)使用實(shí)驗，運行效果證明實(shí)用性很強。同時(shí)，該設計采用了模塊化的設計思路，使該報警器設計進(jìn)一步的市場(chǎng)化和系列化，具有較強的推廣市場(chǎng)和應用價(jià)值。