基于89C52的红外热释电防盗报警器设计

作者：郝海峰 陶丽芳

来源：《科技视界》 2015年第23期

郝海峰 陶丽芳

（浙江海洋学院船舶与海洋工程学院，浙江 舟山 316000）

【摘 要】借鉴国内外的研究经验，针对所设计的人体红外检测报警器，用人体红外感应检测理论对人体红外信号进行分析，确定了人体红外检测报警器的控制系统结构，结合数码管和蜂鸣器的特点设计声光报警器。对最终通关单片机进行控制，得到有人体靠近便有脉冲信号输入至单片机，经过分析处理，转而输出到报警模块。通过实验分析，验证了设计的控制系统具有良好的控制效果，设计的人体红外感应检测报警器有良好的静态稳定性与动态性能，并能够较准确的自主检测报警。

【关键词】AT89C52单片机；人体热释电；红外检测；报警

0 引言

进入21世纪后，随着科学技术的快速发展，科学智能化不法行为已经成为人们日益担忧的焦点，安全的隐患所在，所以科学化、智能化的安防设备对于人们的家居安全尤为重要，家居防盗报警器的发展主要是基于传感器之上，人都会释放热量，一般能检测人所释放的热是通过红外原理来检测的，当温度高于0K时，便会发出红外线，被动式报警器正是利用这么一个原理，发出了红外线，检测原理和主动式一样的，温度敏感的红外报警强，物体的温度越高，辐射出的红外传感器在高背景辐射强度发生的环境，引发反警报。

红外检测是红外技术应用的关键技术。在红外检测技术的研究，从以下几个方面：第一，物理学中告诉我们，温度高于0K的任何物体都会产生红外线，换句话说任何东西可以发射红外线，物体的温度越高，其红外辐射强度越大，根据不同的目标和背景辐射特性的差异，你可以白天和夜间目标检测过程中采用红外线技术，跟踪和识别，以获取目标信息。第二，红外探测系统主要是红外接收系统，红外接收系统接收到的红外辐射，可见光，其输出信号具有一定的差异。一般来说，它是高背景信号输出，对比度低，动态范围宽，信噪比低，当红外接收系统远离目标，接收红外辐射很小，产生的信号也很弱；当红外接收系统从当目标接近，接收到的红外辐射很强。

1 系统原理

1.1 人体热释电原理

在自然界中，人体的温度会维持在37摄氏度，这个温度的人体会释放出10um特定波长的红外线，而本设计中用到的被动式红外检测传感器正是利用了这一点，靠检测人体释放出的10um特定波长红外线来工作的。在基尔霍夫定律中指出，在一定的温度下，在到达热平衡时，任何物体此时的辐射量和吸收量成正比例，这便是说实时的发射率与吸收率是相等的（ε=α）。发射率是一个物体发射热辐射的能力，现在所说的热辐射本领都与黑体的热辐射本领相比较而得知的，这里提到的黑体是辐射本领最大的，与黑体辐射的比例系数就是发射率（辐射率），黑体的发射率都等于1，所以任何物体的辐射率总是小于1。一般人的辐射能量与310K绝对温度下的黑体的辐射能力相似。若某个人的辐射率是0.99（不考虑肤色），这个数字表示这个人辐射能力很高，很接近黑体。

1.2 红外信号检测原理

从原理上来讲，传感器外的任何发热物体都是会产生红外线，本设计中的热释电人体红外传感器就是这样，对于自身之外的温度变化都会体现在自身敏感单元上，并且很灵活，外部温度的变化体现在敏感单元，敏感单元将这种温度的变化转换为电信号，周围环境与传感器自身的温度变化都是有自身内在构成的部分决定了它不产生电信号，所以没有向外输出信号；对于低频效应传感器，它的频率通常是在0.1~10Hz这个区间，对5~15um这个区间波长的红外线的响应决定了，传感器只对外界的温度变化而敏感，这种变化就是人体移动所导致的敏感的。因可以说，传感器只对人体的运动才敏感，而对静止和移动很慢的人体没有反应。

1.3 数码管显示原理

通常我们所用的数码管七段式和八段式LED数码管，和七段式LED数码管相比，八段式LED数码管多了一个小数点，其他的基本相同。所说的七段式或者八段式LED数码管，以八段式为例，在其内部结构中有八个发光LED二极管，显示不同的字符可以通过控制不同的LED的亮灭来实现，所以八段式比七段式可以多显示小数点。这样的段式数码管分为两种，第一种，将八个LED的阴极连在一起，让其接GND，若是给任何一个LED的另一端高电平，便能将其点亮，这样的是共阴极。另一种是共阳极，其实共阳极就是将八个LED的阳极连在一起接上高电平，若是阴极接上低电平，它便会被点亮。数码管的两个COM是公共端，其中一个公共端接GND，另一个公共端接上5V的电压。一般出现的油一位数码管，四位数码管，一位数码管是指一个八段数码管，同样并接在一起的对各八段数码管称之为多位数码管，a,b,c,d,e,f,g,dp则是它们的段选线，连在一起，而它们各自的公共端这便是位选线。在数码管显示时，选中某一个位选，显示的数据代码是从段选送入，这时选中的位选的LED灯便会被点亮。对于一个八段数码管，每一段都对应一个字节，所以每一位的显示数据是八字节的，dp是八字节最高位，a是八字节的最低位。如果让一个共阴八段数码管显示数字0，它的字符编码是00111111，即0x3f；在共阳八段数码管中，它的字符编码是11000000，即0xc0。这里可以发现共阳与共阴的字符编码刚好相反。

2 系统硬件

系统的硬件电路设计是人体红外检测报警的基础，其需要根据输入与输出的需要配置相应的外设，以选择合适的主控制器，并设计对应的按键输入、声光报警电路模块，从而构成整个热释电热人体红外控制系统的硬件电路。系统整体硬件供电结构如图所示。

3 软件程序设计

系统软件设计内容包括：程序初始配置，热释电红外传感器测量采集，传感器数据分析处理，声光报警器PWM输出，串口数据传送，人机交互等。

由于在实时监测系统中，探头的红外人体数据采集需要实时并且要保证准确，因此探头的现场场信号捕捉中断的优先级设定为最高；其次是定时中断，即人体感应模块数据的采集，数据分析处理，声光报警其PWM输出均在定时中断中依次进行运算处理；最后是串口数据传送。

在程序初始化阶段需要对单片机主频及各类外设进行初始化配置。然后是人机交互，通过按键设置参数。最后是进入主循环中，在主循环中对采集到的图像数据进行处理并提取，并通过串口发送传感器采集及处理数据在数码管和声光报警器显示，在主程序循环期间等待中断的到来。

4 软件系统仿真

本设计的软件仿真在protues7.8环境中运行，由于人体感应模块仿在protues环境中没有相应的仿真器件，所以不能完全的仿真现实人体检测，其实人体感应模块感应到人体会输出高电平给单片机的p1.0，所以在本设计中按键代替，按下就有一个脉冲信号表示检测到了人体信号，仿真电路图如图2所示。

在图2中，按键按下时，就有脉冲信号传输至单片机的p1.0，这时就启动了系统的报警器，其中的蜂鸣器报警器便发出鸣叫声。蜂鸣器报警时的波形图如图3所示。

经过的不断程序调试，本设计最终可以实现由红外脉冲信号到来，声光报警器可以实现自主报警的功能。

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［责任编辑：刘展］