红外CCD自动预警系统.doc

1、外侵活动目标的红外监控报警系统设计摘 要该课题是“红外CCD自动预警系统”创新训练项目的互补监控系统部分，这部分的主要内容就是在外界监控区域设计一套与虚拟监控系统互动的物理监控报警系统。这套红外监控系统要求对一些特定的外侵活动过程进行检测，并在特定外侵事件发生时能够自动启动监控室的报警装置，对监控人员进行提醒。辅助CCD自动预警系统对监控区域进行外侵活动目标监控。弥补了CCD自动预警系统对于近距离、未出现影像的外侵目标无法识别的缺陷。论文主要研究的是红外电子监控系统。因红外线属于不可见光，具有较强的隐蔽性能，并且不容易受环境光干扰，也容易满足24小时无缝监控的要求。系统采用热释电传感器作为信息

2、采集传感器，因为它的制作成本低廉，安装比较方便并且它的抗干扰能力比较好、隐蔽性高，同时它的信号经过单片机处理后可以与电脑相接通。所以本设计选用热释电器件为核心进行设计，采用AT89C51单片作系统处理器。整个红外电子系统由红外热释电传感器、监控探测模块、51单片机控制电路和远程自动报警电路等构成。关键词：自动报警；红外；热释电；监控SYSTEM DESIGN OF INFRARED AND TARGET ALARMABSTRACT The topic is innovation training project CCD infraredautomatic warning system part

3、 of the complementary monitoring system, the main content of this part is to design a set of interactive and virtual monitoring system of physicalmonitoring in the outside world regional monitoring alarm system. This set of infrared surveillance system requires to detect certain foreign invasion pro

4、cess, and can alarmautomatically start control room in a specific foreign invasionevent occurs, to remind the monitoring personnel. AuxiliaryCCD automatic warning system and moving targetmonitoring of the monitor area. To make up for the defects on the image, not close the foreign invasion target do

5、es not recognize the CCD automatic warning system. This paper mainly studies the infrared electronic monitoring system. Because the infrared is not visible light, has highperformance, and is not susceptible to ambient light interference, also easy to meet the requirement of 24 hours of seamless moni

6、toring. The system uses the pyroelectricsensor as information acquisition sensor, because of its production cost is low, the installation is convenient and itsanti-interference ability is good, high concealment, at the same time it signals through the SCM processing can beconnected with computer. So

7、 the design of the design is the core of pyroelectric, using AT89C51 chip as the system processor. The infrared electronic system consists of apyroelectric infrared sensor, monitoring detection module, 51 single chip control circuit and a remote automatic alarmKey words: Automatic alarm; pyroelectri

8、c infrared;monitoring ;目 录第一章绪言1 1.1课题背景1 1.2基于红外线的报警器分类和原理1 1.3热释电红外传感器的原理和构成2 1.4菲涅尔透镜3 1.5 AT89C51单片机4第二章.系统方案设计6 2.1红外监控报警系统总体设计思路6第三章.具体电路模块设计7 3.1热释电红外传感器电路7 3.2调整电路的设计7 3.3时钟电路的设计8 3.4复位电路的设计9 3.5数码管显示报警电路的设计10 3.6声音报警电路的设计10第四章.单片机软件设计11 4.1软件工作流程11总结15致谢16参考文献17第一章.绪言1.1课题背景传统的视频监控系统都需要人来巡查

9、监管,但是，人是很难做到24小时全程监控。不具备报警功能，对于一些敏感地域的监管十分不利，需要具有报警功能的监视系统。目前虽然已经有现成的24小时或更长时间的视频监控系统，而且广泛应用与道路交通监控、银行、学校、旅游景点、广场、车站等的监控，但是它们需要通过电脑处理大量的视频数据后与一些预设的数据进行对比，才能分析出监控场所是否有异常。这样的处理方式虽然能识别较多的监控信息但是也易产生识别错误。根据我们对监控区域外侵目标基本确定为人的需要。为此提出本课题的设计思想。设计一套红外辅助监控系统，能够检测监控区域的以人为主体的外侵目标活动，并且在昼、夜等外界因素影响下都能以较高的灵敏度和精确度，执行

10、自动识别外侵目标的功能，分析目标区域的动态情况，实现自动远程报警等。为视频监控系统提供辅助的参考信息。本论文主要研究的目的就是如何不被原有监控系统影响下建立一套独立的辅助红外监控系统，以用来提高整体监控系统的准确性和灵敏度，减少系统漏报，解决系统监控盲区。1.2基于红外线的报警器分类和原理目前运用于实际较多的红外线报警器主要分为两种，一种是主动式红外线报警器，还有一种是被动式红外线报警器。主动式红外入侵报警器的代表报警器是一种红外线光线遮挡式主动触发报警器。这种报警装置是由红外线发射装置、光线接收装置和电子报警电路组成。红外线发射装置有着电源、红外二极管发光源和与其匹配的光学系统这几个部分。光

11、线接收装置则是由光线增强光学系统、红外线感应电路、电信号放大器和信号处理装置等部分组成。整个报警器的运行机制是由于红外光线发射装置机中的红外发光二极管在电源的激发下，发出一束波长约在0.80.95微米之间的红外光束，这束发射出来的光束经过外界的光学系统的作用下变成了一道平行红外光。光线接收装置接收到这束红外平行光后，光线接收装置中的红外线感应器将会把这道光信号转换成能够处理的电信号，经电信号放大器后传给信号处理装置，信号处理分析后在决定是否启动电子报警器。整个监控检测过程中将会在发射装置和接收装置中间形成一条不可见的红外封锁线，在没有外侵目标经过监控区域的封锁线时。光线接收装置接收到是稳定的红

12、外光源，通过转化会提供给信号处理装置一个稳定的电信号。当外侵目标入侵阻挡了红外封锁线后，稳定的电信号将会消失从而触发了电子报警器。这类报警器可以由一条或者多条封锁线组成。它最大的优点是其监控探测距离是被动式红外报警装置探测距离的十倍以上。被动式红外线报警器能够根据外界的红外辐射能量的变化来判断监控区域是否有外侵目标入侵。本设计的外侵目标一般设定为人类。人类具有恒定的体温，一般体温都是在37度左右，人体能够自主的发射出红外辐射能量。人体红外辐射能量外界物理表现为波长在10m左右的红外线。当外侵目标经过监控区域时，人体发射的10m左右的红外线会被菲涅尔滤光片增强后聚集到红外传感器上。红外传感器收集

13、到不同的红外辐射能量的化后通过分析发出警报。被动式红外线报警器通常采用热释电元件来制作红外传感器，这种元件在接收到人体自动发射红外辐射后，其元件的表面温度会发生变化，从而使表面电荷向外释放，表面原本稳定的电荷将失去平衡产生定向移动电信号。电信号经过信号检测电路的检测处理后就能产生报警信号。因为被动红外报警器是主要是以探测人体辐射为目标的，所以在它的热释电接收表面通常覆盖了菲涅尔滤光片来减少外界环境的影响，并提高热释电元件对波长为10m左右的红外辐射能量的敏感度。热释电红外传感器包含两个电极化方向相反，并且互相串联或并联的热释电元件。两个热释电元件在相同的外界红外辐射下，其产生释电效应电流大小相

14、同，但是方向相反从而相互抵消。于是信号处理电路等不到信号输入产生不了报警信号。当监控区域有外侵目标入侵时，外侵人体自动发射的红外辐射通过菲涅尔镜面聚焦作用下，被期中一面热释电元接收，而另一面热释电元件没有发生变化，于是两片热释电元接收到的热量不同，热释电产生的电流虽然相反但是大小发生了变化所以不能抵消，电信号将经过信号处理电路处理产生报警信号而报警。被动式红外报警器具有隐蔽性好、灵敏度高和安装简便等优点。1.3热释电红外传感器的原理和构成热释电红外传感器主要是由热释电元件为探测元件的传感装置。热释电元件是某些被称为“铁电体”的电介质材料制作而成的，如钛酸铅、硫酸三甘钛、钽酸锂等。因为这些电介质

15、材料在接收到红外辐射能量时会发生热效应使温度升高，所以这种元件的表面在接收到人体自动发射的红外辐射能量后温度会发生变化。从而使接收元件表面的电荷向外释放，破话了原来电荷平衡。为了使热释电红外传感器能够专门作为检测人体红外辐射的红外线传感器。图1-1 热释电效应图在热释电元件前面要装上一个干涉滤光片，这个滤光可以通过的光线波长范围为714m。其他的光线将被滤光片吸收。这样除了可以减少可见光对热释电传感器的干扰外，还能提高传感器对外侵目标的识别精度。热释电红外检测元件具有很高的阻抗，为了使其电信号能在发生变化后输出来。通常接入具有高输入阻抗的场效应管，将其接成源极跟随器，使其变成低输出阻抗，让电信

16、号能输出到信号处理电路中。热释电器件结构原理如图1-2所示，红外光线经光学系统入射到热释电传感器上，因为它是高阻抗的器件，必须进行阻抗变换，用结型场效应管完成阻抗变换，场效应管的漏极D接电源，源极S外接电阻构成源极输出器，场效应管的栅极G接一个高阻值偏置电阻(M以上)。才能使场效应管正常工作，获得信号输出。图1-2热释电器件结构原理图 1.4菲涅尔透镜 依据菲涅尔衍射原理制造出来的透镜能够在较小尺寸下完成（实现）“广角”效应。菲涅尔透镜可以用聚乙烯材料制造，它由两面不同图样的表面构成，一面是光滑的光学平面，而另一面是由一等间距的同心圆构成，同心圆的剖面为锯齿形状，以便实现菲涅尔衍射。菲涅尔透镜

17、的结构示意图如图1-3所示。菲涅尔透镜作用有两个：一是聚焦，将热释红外信号通过衍射聚集到热释电元件上，第二个作用是使进入监控区域的外侵物体能通过其温度变化的形式在热释电传感器上产生变化热释红外信号。装有菲涅尔透镜的热释电传感器的有效距离能从原来2M扩展到10M范围。图1-3 菲涅尔透镜的结构图 1.5 AT89C51单片机本监控系统的核心器件是AT89C51单片机。一种带有4K字节FLASH存储器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory），5V工作电压、高性能CMOS 8位微处理器。还有一种AT89C2051单片机，它带有2

18、K字节闪存和可编程可擦除只读存储器。可擦除只读存储器可以反复擦除1000次，用来修改程序。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪速存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的精简版本。AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性很高，而且价廉的方案。管脚排列如图1-4所示。图图1-4 AT89C51管脚图图图1-5 AT89C51基本功能方块图图5为AT89C51片机的基本组成功能方块图。由图可见，在这一块芯片上，集成了一台微型计算机的主要组成部分，

19、其中包括CPU、存储器、可编程I/O口、定时器/计数器、串行口等，各部分通过内部总线相连。 图5 AT89C51片机基本功能图第二章.系统方案设计2.1红外监控报警系统总体设计思路图2-1 监控系统硬件装配图外侵活动目标的红外监控报警系统主要是由硬件设计和软件设计组成。根据图2-1所示我们的系统将由热释电红外传感器、电源电路、复位电路、单片机和报警电路组成。它们的工作流程关系如图7所示。图2-2 总体设框图 如图2-2所示是监控系统的流程设计图，整个监控系统是在AT89C51的单片机的控制下进行运作。安装在监控区域摄像头下方的红外热释电传感器将接受到的人体辐射红外线，转换成电信号经过放大电路放

20、大后送出TTL电平信号到AT89C51单片机。在单片机中，经过设计软件的分析识别下发出自动报警信号。对应的驱动电路将单片机信号放大并控制声光报警设备完成相应的报警行为。当报警了10S后电路将自动解除报警或者当复位电路被启动时系统将会恢复初始状态。第三章.具体电路模块设计3.1热释电红外传感器电路 本设计所用的热释能传感器就采用这种双热释电元件的结构。其工作电路原理及设计电路如图3-1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。当检测到监控区域的人体红外辐射时，热释电元件会产生电荷信号，电信号经过PET(放大器)放大后，经过C2，R1的稳压后变为高电位电

21、信号，再经过NPN的电信号转化后，输出到单片机OUT脚口时低电平信号。图3-1 热释电传感器电路3.2调整电路的设计如图3-2所示为最基本的调整电路，图中1为输出，接单片机的P0.7,P0.6输入输出口。图3-2 调整电路3.3时钟电路的设计单片机的引脚XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。因为一个机器周期含有6个状态周期，而每个状态周期为2个振荡周期，所以一个机器周期共有12个振荡周期，如果外接Y1石英晶体振荡器的振荡频率为12MHZ，一个振荡周期为1/12us，故而一个机

22、器周期为1us。如图3-3所示为时钟电路。图3-3 时钟电路图3.4复位电路的设计复位方法一般有上电自动复位和外部按键手动复位，单片机在时钟电路工作以后,在单片机RESET端持续给出2个机器周期的高电平时就可以完成复位操作。例如使用晶振频率为12MHz时，则复位信号持续时间应不小于2us。该复位电路连接单片机的RESET引脚，如图3-4示为复位电路。图3-4 复位电路图3.5数码管显示报警电路的设计由2个数码管接上电阻后连上单片机的P0,P2输入输出口的引脚，外接VCC，当单片机的相应引脚被置低电平后，数码管显示相应的数字，起到报警作用。注：当P0口输出0F9H时，数码管DS1显示数字1，当P

23、2口输出025H时，数码管DS2显示数字2。图3-5所示为数码管报警电路。图3-5 发光二极管报警电路图3.6声音报警电路的设计如下图所示，用一个电子喇叭Speaker和三极管、电阻接到单片机的P2.0引脚上，构成声音报警电路，低电平触发，如图3-6示为声音报警电路。图3-6声音报警电路图第四章.单片机软件设计4.1软件工作流程按上述工作原理和硬件结构分析可知系统主程序工作流程图如下图4-1所示；图4-1 系统主程序流程图图14主程序工作流程图4.2软件代码编写#include#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedint#defineled8P1

24、#defineShumaguan1P0#defineshumaguan2P2sbitbeep=P20;/蜂鸣器对应的是P2.0口sbitsensor=P07;/将P0.7口设置成传感器的输入口sbitsensor1=P06;ucharflag1;/定义全局变量，作为信号检测标志位ucharflag;voiddelay(uintt)while(t-);voidTest_Voltage(void)if(sensor=0)delay(10000);/延时50毫秒信号确定if(sensor=0)flag1=1;/检测到信号elseflag1=0;elseflag1=0;voidaction(void)

25、if(flag1=1)Shumaguan1=0XF9;/数码管显示【1】beep=0;/检测到信号后，蜂鸣器发出“滴答”声led8=0X00;/8个LED灯闪烁delay(10000);beep=1;led8=0XFF;delay(10000);elseShumaguan1=0XC0;/数码管显示【0】voidTest_Voltage1(void)if(sensor1=0)delay(10000);/延时50毫秒信号确定if(sensor1=0)flag=1;/检测到信号elseflag=0;elseflag=0;voidaction1(void)if(flag=1)shumaguan2=0X

26、25;/数码管显示【2】beep=0;/检测到信号后，蜂鸣器发出“滴答”声led8=0X00;/8个LED灯闪烁delay(10000);beep=1;led8=0XFF;delay(10000);elseshumaguan2=0X03;/数码管显示【0】voidmain(void)while(1)Test_Voltage();action();Test_Voltage1();action1();总结 本次创新训练项目，我主要负责了外侵活动目标的红外监控报警系统设计，从一开始选题，到确定方案，到最后的实施和调试，历经了一年，期间经历了数次的失败，最终虽然没有达到理想中的结果，但是我从中得到了教

27、训和历练。回首这段经历，发现这是我们大学生活中一道宝贵的财富。 回顾起此次创新设计，我仍感慨颇多，的确，从理论到实践，在接近一年的日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次创新设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以

28、前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，比如说不懂一些元器件的使用方法，对开发板不太了解，对单片机汇编语言掌握得不好，通过这次课程设计之后，一定把以前所学过的知识重新温故。此外， 本次创新训练，让我对一个项目的制作有了很深的体会，因为它远比我们想像中的要困难许多。想法与实践是存在一定差距的，一个原因是我们对知识的掌握不够完善，另一个就是对细节的把握上，在编程中大到一个函数，小到一个标点符号的错误就会让程序无效，所以这在锻炼我们思维方式的同时也是一个对耐心与意志力的磨练，同时要有大局观意识，要在总的基础上进行细分，不能因小失大，这也在考验我们的创新意识，我们也在其中得到了训练，脚踏实地，认

29、真严谨，实事求是的学习态度，不怕困难，吃苦耐劳的精神是我们设计过程的最大的收益，我想这正是此次创新训练的意义所在。这次创新训练项目应该是我们同学间和师生间在大学的最后一次合作，且行且珍惜，我们都努力为大学生活写下一个满意的句号，大家共同努力，互相激励，在困难面前表现出百折不挠的毅力和决心，是全体组员协作才使项目能够得到圆满完成。我们因此也加深了彼此的友谊，同样的，增强了我们的团队协作意识和永不言败的精神。对交流的重要性有更新的理解。我只是扮演了一个一个机械系统中一颗螺丝钉的角色，在团队中少了谁这个项目都很难完成！这和一切相比都是一项更有意义的收获。致谢此次论文的成果无不倾注了导师的辛勤汗水和心

30、血。在此，我要衷心的感谢我的指导教师给予我的指导和帮助，从课题开始的设计，到方案的确定，他像一盏灯指引着我前进的方向，遇到问题又能及时指出我的不足和问题所在，使我们更加高效的完成每一步骤，我在完成论文和创新训练项目的同时也深受启发和教育。最后，我要感谢我的组员给的我莫大的关怀和帮助，课题能完成是大家的共同努力，互相激励，在困难面前表现出百折不挠的毅力和决心，才使项目能够得到圆满完成并完成了这篇论文参考文献1吴政江.单片机控制红外线防盗报警器J.锦州师范学院学报2宋文绪.传感器与检测技术M.北京:高等教育出版社3余锡存.单片机原理及接口技术M.西安:西安电子科技大学出版社4唐桃波,陈玉林.基于AT89C51的智能无线安防报警器J.电子设计应用5李全利.单片机原理及接口技术M.北京:北京航空航天大学出版社6薛均义,张彦斌.MCS-51系列单片微型计算机及其应用M.西安交通大学出版社7徐爱钧.单片机高级语言C51应用程序设计M.北京航空航天大学出版社,8康华光.电子技术基础（模拟部分）M.北京:高等教育出版社9吴炳胜.80C51单片机原理与应用技术冶金工业出版社13