目 录
摘要 ............................................................................................. 1 一，引言 ..................................................................................... 3 二、基 础 知 识 ...................................................................... 4 （一）任 务 设 计 .................................................................. 4 （二）AT89C51单 片 机 概 述 ......................................... 4 （三）红 外 线 传 感 器 简 介 ......................................... 5 （四）PIR原 理 ....................................................................... 7 三、设 计 方 案 ...................................................................... 8 （一）思 路 设 计 .................................................................. 8 （二）电 路 设 计 .................................................................. 9 （三）红 外 传 感 器 原 理 ............................................... 9 （四）系 统 硬 件 电路 ...................................................... 10 四、软 件 程 序 流 程 ........................................................ 10 五、红 外 防 盗 报 警 器 的 调 试 ............................... 15 六、总 结 ............................................................................ 16 七、参 考 文 献 .................................................................... 17
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红外防盗报警器
摘 要：应用STC12C5A60S2单片机设计红外防盗报警器，选用被动式红外防盗报警方式，报警输出采用声（喇叭）报警，硬件设计根据设计的任务选定合适的单片机，根据控制对象设计接口电路。设计的单元电路必须有工作原理，器件的作用，分析和计算过程，原理图设计根据所确定的设计电路，
关键词：红外；报警器；单片机
Infrared burglar alarm
Abstract：Application STC12C5A60S2 microcontroller infrared alarm system, choose pir anti-theft alarm mode, alarm output by using sound (trumpet) light (alarm lamp flashing alarm, hardware design according to the task of designing designation appropriate microcontroller, according to the control object interface circuit design. The unit circuit design, the device must have working principle, the function analysis and calculation of the process, principle diagram design according to the circuit design.
Key words：Infrared; Alarm; SCM
一、引 言
红外感应是一个技术已经相当成熟的领域，几十年来，人们为之付出了不懈的努力，无论从线路技术还是元器件方面，乃至于思想认识上都取得了长足的进步。在当今的社会红外感应在诸多领域都得到了应用。如红外报警器、红外数据传输器、红外夜视仪等方面。
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所以设计一个简易红外报警器有利于我们对红外传输技术有所了解。
在设计中我受益匪浅，复习巩固了以前所学的电路、模拟电子技术，现代电子电路与技术等知识。还更好的理论结合实际，把相关的新老知识应用到设计中，自己动手设计出成品。红外报警器的作用是把从发射端发送的信号经过空气有接收端接收，在这一过程中由于外部人体的作用阻碍了信号的传递而作为报警信号的触发条件。本课题提出的红外对射报警器指标比较低，以及现实的干扰与实用性等原因采用直流供电红外发生发生电路。由于本组水平有限，本设计中的缺点、错误在所难免，恳请原谅！
近年来，随着改革开放的深入发展，电子电器的飞速发展.人民的生活水平有了很大提高。各种高档家电产品和贵重物品为许多家庭所拥有。然而一些不法分子也是越来越多。这点就是看到了大部分人防盗意识还不够强，造成偷盗现象屡见不鲜。因此，越来越多的居民家庭对财产安全问题十分担忧。
红外报警器大多数采用国外的先进技术，其功能也非常先进。其中包括被动式热释电型红外报警器,也即是本文将研究的产品。还有红外监控无线报警器,超声波防盗报警器,红外线防盗报警器,高灵敏红外报警器,触摸式延时防盗报警器, 触摸式防盗报警器,红外报警器, 红外线声光报警器。
报警器这时正为人们解决了不少问题。但是市场上的报警器大部分都是用于一些大公司及财政机构。价格高昂,一般人们难以接受。如果设计和生产一种价廉、性能灵敏可靠的防盗报警器，必将在防盗和保证财产安全方面发挥更加有效的作用。由于红外线是不可见光，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，此外，在电子防盗、人体探测等领域中，被动式热释电红外探测器也以其价格低廉、技术性能稳定等特点而受到广大用户和专业人士的欢迎。
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其外，可用红外报警器原理控制各种电器的运行。
二、基 础 知 识
（一）任务设计
(1)包括硬件和软件设计两个部分。模块划分为数据采集、报警等模块子函数。
(2)该系统当人员外出时，，探测器工作起来,当有人闯入时，红外传感器将探测到动作，设置在监测点上的红外探头将人体辐射的红外光谱变换成电信号，经放大电路、比较电路送至门限开关，打开门限阀门送出TTL 电平至单片机，经单片机处理运算后驱动执行报警电路使警号发声[1]。
(3)传感器是入侵探测器的核心，它是一种物理量转换器件，可以将入侵时所产生的力、压力、位移、振动、温度、声音、光强等物理量转化为易于处理的电信号和电参量，如电压、电流、电阻、电容等。对传感器来说输入信号除了被探测的入侵行为所产生的物理信号外，还包括有干扰所产生的气压、温度、振动、噪声等干扰信号，因此实际上转换函数应是一多元函数，但好的传感器会使干扰对输出的影响被忽略。
(4)本红外线防盗报警系统由红外传感器、报警器、单片机控制电路。用户终端完成信息采集、处理、数据传送、功能设定、本地报警等功能。终端由中央处理器、输入模块、输出模块、等部分组成。
（二）STC12C5A60S2简介
STC12C5A60S2是STC生产的单时钟/机器周期（1T）的单片机，是高速、低功耗、
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超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8-12倍。内部集成MAX810专用复位电路，2路PWM，8路高速10位A/D转换，针对电机控制，强干扰场合。
1、增强型8051CPU，1T（1024G），单时钟/机器周期
2、工作电压 5.5-3.5V
3、1280字节RAM
4、通用I/O口，复位后为：准双向口/弱上拉
可设置成四种模式：准双向口/弱上拉，强推挽/强上拉，仅为输入/高阻，开漏
每个I/O口驱动能力均可达到20mA，但整个芯片最大不要超过120mA
5、有EEPROM功能
6、看门狗
7、内部集成MAX810专用复位电路
8、外部掉电检测电路
9、时钟源：外部高精度晶体/时钟，内部R/C振荡器
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常温下内部R/C振荡器频率为：5.0V单片机为：11~17MHz
3.3V 单片机为：8~12MHz
10、4个16位定时器
两个与传统8051兼容的定时器/计数器，16位定时器T0和T1
11、3个时钟输出口，可由T0的溢出在P3.4/T0输出时钟，可由T1的溢出在P3.5/T1输出时钟，独立波特率发生器可以在P1.0口输出时钟
12、外部中断I/O口7路，传统的下降沿中断或电平触发中断，并新增支持上升沿中断的PCA模块，Power Down模式可由外部中断唤醒，INT0/P3.2，INT1/P3.3，T0/P3.4，T1/P3.5，RxD/P3.0，CCP0/P1.3，CCP0/P1.3
13、PWM2路
14、A/D转换，10位精度ADC，共8路，转换速度可达250K/S
15、通用全双工异步串行口（UART）
16、双串口，RxD2/P1.2，TxD2/P1.3
17、工作范围：-40~85
18、封装：LQFP-48，LQFP-44，PDIP-40，PLCC
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管脚说明
P0.0~P0.7 P0：P0口既可以作为输入/输出口，也可以作为地址/数据复用总线使用。当P0口作为输入/输出口时，P0是一个8位准双向口，内部有弱上拉电阻，无需外接上拉电阻。当P0作为地址/数据复用总线使用时，是低8位地址线A0~A7，数据线D0~D7
P1.0/ADC0/CLKOUT2
标准IO口、ADC输入通道0、独立波特率发生器的时钟输出
P1.1/ADC1
P1.2/ADC2/ECI/RxD2
标准IO口、ADC输入通道2、PCA计数器的外部脉冲输入脚，第二串口数据接收端
P1.3/ADC3/CCP0/TxD2
外部信号捕获，高速脉冲输出及脉宽调制输出、第二串口数据发送端
P1.4/ADC4/CCP1/SS非
SPI同步串行接口的从机选择信号
P1.5/ADC5/MOSI
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SPI同步串行接口的主出从入(主器件的输入和从器件的输出)
P1.6/ADC7/SCLK
SPI同步串行接口的主入从出
P2.0~P2.7
P2口内部有上拉电阻，既可作为输入输出口（8位准双向口），也可作为高8位地址总线使用。
P3.0/RxD
标准IO口、串口1数据接收端
P3.1/INT0非
外部中断0，下降沿中断或低电平中断
P3.3/INT1
P3.4/T0/INT非/CLKOUT0
定时器计数器0外部输入、定时器0下降沿中断、定时计数器0的时钟输出
A/D转换器的结构
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STC12C5A60AD/S2系列带A/D转换的单片机的A/D转换口在P1口，有8路10位高速A/D转换器，速度可达到250KHz（25万次/秒）。8路电压输入型A/D，可做温度检测、电池电压检测、按键扫描、频谱检测等。上电复位后P1口为弱上拉型IO口，用户可以通过软件设置将8路中的任何一路设置为A/D转换，不须作为A/D使用的口可继续作为IO口使用。
单片机ADC由多路开关、比较器、逐次比较寄存器、10位DAC、转换结果寄存器以及ADC_CONTER构成。
该单片机的ADC是逐次比较型ADC。主次比较型ADC由一个比较器和D/A转换器构成，通过逐次比较逻辑，从最高位（MSB）开始，顺序地对每一输入电压与内置D/A转换器输出进行比较，经过多次比较，使转换所得的数字量逐次逼近输入模拟量对应值。逐次比较型A/D转换器具有速度高，功耗低等优点。
需作为AD使用的口先将P1ASF特殊功能寄存器中的相应位置为‘1’，将相应的口设置为模拟功能。
STC12C5A60引脚图
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（三）红外传感器简介
红外传感器已经在现代科技、国防和工农业等领域获得了广泛的应用。红外传感系统是用红外线为介质的测量系统，按照功能能够分成五类：
（1）辐射计，用于辐射和光谱测量；
（2）搜索和跟踪系统，用于搜索和跟踪红外目标，确定其空间位置并对它的运动进行跟踪；
（3）热成像系统，可产生整个目标红外辐射的分布图像；
（4）红外测距和通信系统；
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（5）混合系统，是指以上各类系统中的两个或者多个的组合。
红外传感器根据探测机理可分成为：光子探测器和热探测器（基于热效应）。是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。如图1示为红外传感器的内部电路框图。
图1 红外传感器电路图
（四） PIR原 理
在传感器顶端开设了一个装有滤光镜片的窗口，正好适合于人体红外辐射的探测，而对其它波长的红外线由滤光片予以吸收，这样便形成了一种专门用作探测人体辐射的红外
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线传感器。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，经信号处理而输出电压信号。
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。
人体都有恒定的体温，一般在37度，所以会发出特定波长10UM左右的红外线，被动式红外探头就是靠探测人体发射的10UM左右的红外线而进行工作的。人体发射的10UM左右的红外线通过菲泥尔滤光片增强后聚集到红外感应源上。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。
(1)这种探头是以探测人体辐射为目标的。所以热释电元件对波长为10UM左右的红外辐射必须非常敏感。
(2)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泥尔滤光片，使环境的干扰受到明显的控制作用。
(3)被动红外探头，其传感器包含两个互相串联或并联的热释电元。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，于是探测器无信号输出。
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(4)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。
(5)滤光片根据性能要求不同，具有不同的焦距(感应距离)，从而产生不同的监控视场，视场越多，控制越严密。被动式热释电红外探头的优缺点：
(6)优点：本身不发任何类型的辐射，器件功耗很小，隐蔽性好。价格低廉
(7)缺点：容易受各种热源、光源干扰被动红外穿透力差，人体的红外辐射容易被遮挡，不易被探头接收。易受射频辐射的干扰。环境温度和人体温度接近时，探测和灵敏度明显下降，有时造成短时失灵。
(8)抗干扰性能：1.防小动物干扰探测器安装在推荐地使用高度，对探测范围内地面上地小动物，一般不产生报警。2.抗电磁干扰探测器的抗电磁波干扰性能符合GB10408中4.6.1要求，一般手机电磁干扰不会引起误报。抗灯光干扰探测器在正常灵敏度的范围内，受3米外H4卤素灯透过玻璃照射，不产生报警。
三、方 案 设 计
（一） 思 路 设 计
单片机是红外防盗报警器系统设计的核心器件，所以此系统也是单片机应用系统的一种应用。单片机应用系统也是有硬件和软件组成。硬件包括单片机、输入/输出设备、以及外围应用电路等组成的系统，软件是各种工作程序的总称。单片机应用系统的研制过程包括总体设计、硬件设计、软件设计等几个阶段。
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红外防盗报警器系统包括硬件和软件设计两个部分。模块划分为数据采集、键盘控制、报警等子模块。电路结构可划分为：热释电红外传感器、报警器、单片机控制电路、LED控制电路及相关的控制管理软件组成。用户终端完成信息采集、处理、数据传送、功能设定、本地报警等功能。
结构如下：红外传感探头电路、报警电路、单片机、及相关的控制管理软件组成；
在监测点上的红外探头将人体辐射的红外光谱变换成电信号，经放大电路、比较电路送至门限开关，打开门限阀门送出TTL 电平至STC12C5A60单片机。在单片机内，经软件查询、识别判决等环节实时发出入侵报警状态控制信号。驱动电路将控制信号放大并推动声光报警设备完成相应动作。当报警延迟10s一段时间后自动解除。
（二） 电 路 设 计
如图所示为放大电路，输入电压信号Vi，输出放大的电压信号Vo。
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（三） 红 外 传 感 器 原 理
本设计采用这种双探测元的结构。其工作电路原理及设计电路如图4所示, 在VCC电源端利用C1和R2来稳定工作电压，同样输出端也多加了稳压元件稳定信号。当检测到人体移动信号时，电荷信号经过FET放大后，经过C2，R1的稳压后使输出变为高电位，再经过NPN的转化，输出OUT为低电平。
Vcc3vVCC12vR2 C1 Q1 R4OUT Y2RS C2 R1Y1 FETR3Q2NPN 图4 红外传感器原理图
报警电路的设计
如下图所示，用一个蜂鸣器电阻接到单片机的TXD引脚上，构成声音报警电路，如图6示为声音报警电路。
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图7声音报警电路图
（四） 系 统 硬 件 电 路 选 择
硬件电路的设计从以上的分析可知在本设计中要用到如下器件：STC12C5A60单片机、热释电红外传感器、蜂鸣器等一些单片机外围应用电路。
四、软件程序
主程序
/*********************************************************************************************
The name of the program： Date： 2012 04 09 第 15 页 hardware：mcu(stc12c5a60s2),Operational Amplifier(lm324),Pyroelectric sensor module,etc /*********************************************************************************************/ #include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int sbit sun=P2^0; sbit light=P2^1; sbit beef=P3^7; sbit pop=P3^6; /*********************************************************************************************/ void delayms(unsigned char ms) { 第 16 页 unsigned char i ; while(ms--) { for(i = 0 ; i < 120 ; i++) ; } } /*********************************************************************************************/ void delay(int x) { uchar i,j; for(i=0;i } 第 17 页 void main() { while(1) { // if(sun==1) // delayms(20); // if(sun==1) // {beef=1;} // else // {beef=0;} /////////////////// if(pop==1) delayms(20); 第 18 页 if(pop==1) {beef=0;} else {beef=1;} } } 引脚设置 /*-------------------------------------------------------------------------- STC12C5A60S2.H Header file for generic 80C52 and 80C32 microcontroller. 没有版权 XIAODAO制作 --------------------------------------------------------------------------*/ 第 19 页 #ifndef __STC12C560S2__ #define __STC12C560S2__ /* BYTE Registers */ sfr P0 = 0x80; sfr P1 = 0x90; sfr P2 = 0xA0; sfr P3 = 0xB0; sfr PSW = 0xD0; sfr ACC = 0xE0; sfr B = 0xF0; sfr SP = 0x81; sfr DPL = 0x82; sfr DPH = 0x83; 第 20 页 sfr PCON = 0x87; sfr TCON = 0x88; sfr TMOD = 0x89; sfr TL0 = 0x8A; sfr TL1 = 0x8B; sfr TH0 = 0x8C; sfr TH1 = 0x8D; sfr IE = 0xA8; sfr IP = 0xB8; sfr SCON = 0x98; sfr SBUF = 0x99; /* STC12C560S2 Extensions */ sfr CH = 0xF9; 第 21 页 sfr CCAP0H = 0xFA; sfr CCAP1H = 0xFB; sfr PCA_PWM0 = 0xF2; sfr PCA_PWM1 = 0xF3; sfr CL = 0xE9; sfr CCAP0L = 0xEA; sfr CCAP1L = 0xEB; sfr CCON = 0xD8; sfr CMOD = 0xD9; sfr CCAPM0 = 0xDA; sfr CCAPM1 = 0xDB; sfr P5 = 0xC8; sfr P5M1 = 0xC9; 第 22 页 sfr P5M0 = 0xCA; sfr P4 = 0xC0; sfr WDT_CONTR = 0xC1; sfr IAP_DATA = 0xC2; sfr IAP_ADDRH = 0xC3; sfr IAP_ADDRL = 0xC4; sfr IAP_CMD = 0xC5; sfr IAP_TRIG = 0xC6; sfr IAP_CONTR = 0xC7; sfr SADEN = 0xB9; sfr P4SW = 0xBB; sfr ADC_CONTR = 0xBC; sfr ADC_RES = 0xBD; 第 23 页 sfr ADC_RESL = 0xBE; sfr P3M1 = 0xB1; sfr P3M0 = 0xB2; sfr P4M1 = 0xB3; sfr P4M0 = 0xB4; sfr IP2 = 0xB5; sfr IP2H = 0xB6; sfr IPH = 0xB7; sfr SADDR = 0xA9; sfr IE2 = 0xAF; sfr BUS_SPEED = 0xA1; sfr AUXR1 = 0xA2; sfr TEST_WDT = 0xA7; 第 24 页 sfr S2CON = 0x9A; sfr S2BUF = 0x9B; sfr BRT = 0x9C; sfr P1ASF = 0x9D; sfr CLK_DIV = 0x97; sfr AUXR = 0x8E; sfr WAKE_CLK0 = 0x8F; sfr P1M1 = 0x91; sfr P1M0 = 0x92; sfr P0M1 = 0x93; sfr P0M0 = 0x94; sfr P2M1 = 0x95; sfr P2M0 = 0x96; 第 25 页 /* BIT Registers */ /* ADC_CONTR*/ /* PSW */ sbit CY = PSW^7; sbit AC = PSW^6; sbit F0 = PSW^5; sbit RS1 = PSW^4; sbit RS0 = PSW^3; sbit OV = PSW^2; sbit P = PSW^0; //8052 only /* TCON */ sbit TF1 = TCON^7; sbit TR1 = TCON^6; 第 26 页 sbit TF0 = TCON^5; sbit TR0 = TCON^4; sbit IE1 = TCON^3; sbit IT1 = TCON^2; sbit IE0 = TCON^1; sbit IT0 = TCON^0; /* IE */ sbit EA = IE^7; sbit ET2 = IE^5; //8052 only sbit ES = IE^4; sbit ET1 = IE^3; sbit EX1 = IE^2; sbit ET0 = IE^1; 第 27 页 sbit EX0 = IE^0; /* IP */ sbit PT2 = IP^5; sbit PS = IP^4; sbit PT1 = IP^3; sbit PX1 = IP^2; sbit PT0 = IP^1; sbit PX0 = IP^0; /* P3 */ sbit RD = P3^7; sbit WR = P3^6; sbit T1 = P3^5; sbit T0 = P3^4; 第 28 页 sbit INT1 = P3^3; sbit INT0 = P3^2; sbit TXD = P3^1; sbit RXD = P3^0; /* P4 */ sbit P40 = 0xc0; sbit P41 = 0xc1; sbit P42 = 0xc2; /* SCON */ sbit SM0 = SCON^7; sbit SM1 = SCON^6; sbit SM2 = SCON^5; sbit REN = SCON^4; 第 29 页 sbit TB8 = SCON^3; sbit RB8 = SCON^2; sbit TI = SCON^1; sbit RI = SCON^0; #endif 五、红 外 防 盗 报 警 器 调 试 报警器安装位置、安装角度、防护措施以及系统布线等方面。例如：将被动红外入侵探测器对着空调、换气扇安装时，将会引起系统的误报警；室外用主动红外探测器如果不作适当的遮阳防护(有遮阳罩的最好也作防护)，势必会引起系统的误报警；报警线路与动力线、照明线等强电线路间距小于1.5m时，而未加防电磁干扰措施，系统亦将产生误报警。 用户使用不当引起的误报警：用户使用不当常常会引起报警系统的误报警。例如：打开报警器后20秒内没离开探测区等 环境噪扰引起的误报警：环境噪扰引起的误报警是指报警系统在正常工作状态下产生的，从原理上讲是不可避免的，而事实又是不需要的，属于误报警。例如：热气流引起被动红外入侵探测器的误报警；老鼠在防范区出没；宠物在居室内走动等。随着传感技术、计算机技术的发展，大规模集成电路的推广应用，报警系统智能化程度将不断提高，环境噪扰引起的误报警现象必将随之降低。 六、总 结 第 30 页 通过这这次设计，我们组从中学到了很多以前我没学好的知识。从最初的茫然，到后来的得心应手其中有太多的过程值得回味。 始进入设计电路阶段，我开始到网上资料，可方向不明确的我，不知道选择什么样的电路，才能把做出红外报警。问题出来了，我该怎么办呢？我要怎样设计我的电路呢？就在我不知道怎么办时，这时我想到了找学过电赛的同学。对以思维混乱的我，同学的话给了我非常大的启发“现在你需要实现的红外报警器的功能是什么，根据你的需要设计每一部分电路”。同学的话提醒了我做事不能好高骛远，在接下来的一段时间我先是上网查看别人的红外报警器的设计思路。在观看他人设计的时候我发现虽然红外报警器有着很大的前景但是大多素的普通人对红外报警器的了解并不够，所以他们往往不会选择购买红外报警器就更别提区分其中的好坏了。最终我将我的红外报警器定位在一个适用于普遍大众的基础上，并且功能简单实用价格便宜不易损坏。 在电路的设计中我采用了模块化设计的思路针对具体的功能，设计电路模块在整合修改，经过最简答功能的实现到多步骤功能的统一最终完善整体电路的设计方案。在方案确定以后我网购了所需的元件，安装并调试电路。在调试电路的过程中我遇到课很多的问题，如接线错误红外发射管件装反等，单片机还出现过故障，好在跟别的同学借来单片机完成设计，再重新购买一个完成设计。 整个过程，虽然我们组每一个人都是第一次动手做实物，但我们没有放弃自己，坚持自己动手完成设计，虽然我们做的很简陋，但我们会从中学习到很多，下次的综合训练一定会得到大幅度的提高！ 七、参 考 文 献 第 31 页 [0] 康华光. 单片机原理及接口技术. 北京航空航天大学出版社 [1] 张彦斌. 电子技术基础[J]. 锦州师范学院学报, 2001. 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