1002024014马天翼基于单片机的居室安全报警系统的设计与实现(2)

沈阳农业大学科学技术学院本科毕业设计 2 居室安全报警系统的硬件设计

从设计需求角度来分析，此设计包括如下四个部分：无线遥控部分、传感器部分、数码管部分、单片机STC89C52和报警器的报警系统。电路原理如图2.1所示。

电源 STC89C52 报警电路 单片机LED指示灯 复位电路 按键控制 电源开关 红外传感器 温度传感器 烟雾传感器 无线遥控 数码管显示

图2.1 电路原理图

2.1 红外传感器部分设计

2.1.1 热释电红外传感器的工作原理

热释电红外传感器（简称PIR）是一种全新的高灵敏度的检测仪器。热电传感器是利用热电效应的传感器，具有敏感度高的特点。它是由一个电压晶体元件和陶瓷氧化物部分组成。在监测传感器表面温度变化时,元件表面的电极由于热电效应而会产生电荷，在两者之间形成弱电压。其输出阻抗高，具有一个阻抗转换效应晶体管FET。

当传感器表面温度恒定在监视范围内，传感器没有信号输出。当人体进入监视区域，室温和体温的温度差，造成环境温度变化的，此时传感器输出信号；如果身体不移动到监视区域中，则环境温度不发生变化，传感器不会输出信号。热释电红外传感器如图2.2所示。

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图2.2 热释电红外传感器

2.1.2 菲涅耳透镜

菲涅耳透镜片由聚烯烃材料制作，反射镜的表面一侧是光滑的，另一侧是从小到大排列的同心圆。在许多情况下，菲涅耳透镜对于红外线和可见光透镜效果良好，但比很多镜片的平均价格都低。菲涅尔透镜可以根据光学设计或结构特点进行分类。菲涅耳透镜具有两种功能：一是聚焦作用，二是对所监视的区域内划分成多个小区域，包括亮区和暗区，如果一个运动物体进入监视区域，检测温度变化的热释电红外传感器将输出红外线信号。我们采用菲涅尔透镜的目的是和热释电红外传感器相结合使用，这样可以有效地集中监控红外感应区域[1]，菲涅耳透镜如图2.3所示。

图2.3 菲涅耳透镜

2.1.3 BISS0001集成电路

BISS0001是一个很好的传感信号处理集成电路，具有非常高的性能，被动式热释电红外开关由BISS0001、热释电红外传感器和少量的外部元件构成。其结构新颖，性能可靠，3V～5V的电压范围，当电压为5V时，具有10mA的输出驱动电流。它是由16个管脚集成块体，BISS0001的内部框图如图2.4所示，红外传感电路实物如图2.5所示。

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图2.4 BISS内部框图

图2.5 红外传感器实物图

2.2 温度传感器部分

2.2.1 温度传感器

本文所使用温度传感器模块可以检测周围环境的温度，具有灵敏度可调的特点，其工作电压 3.3V～5V，输出形式为模拟量电压输出和数字开关量输出（0 和 1） 两种，本文所用输出形式为数字开关量输出。该模块接口为4 线制，其中VCC 外接 3.3V～5V 电压（直接与单片机相连），GND 外接 GND，D0为数字量输出接口（0 和 1），A0为模拟量输出接口。

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沈阳农业大学科学技术学院本科毕业设计 2.2.2 温度传感器工作原理

热敏电阻模块对环境温度最敏感，一般用来检测周围环境的温度，模块在环境温度达不到设定阈值时，D0口输出高电平，当外界环境温度超过设定阈值时，模块 D0 输出低电平；该模块数字量输出D0与单片机直接相连，通过单片机来检测高低电平，由此来检测环境的温度改变；该模块数字量输出D0直接驱动继电器模块，由此组成一个温控开关；该模块模拟量输出A0和A/D模块相连，通过A/D 转换，可以获得环境温度更精准的数值[2]；热敏电阻传感器原理如图2.6所示。

图2.6 热敏电阻传感器原理图

2.3 烟雾传感器部分

MQ-2型气体传感器用于以氢气为主要成分的城市煤气、天然气、液化石油的测量，而且它抗干扰能力强，水蒸气、烟等干扰气体对它的影响小。其主为要部件MQ-2型气敏元件，该气敏元件采用烧结半导体所形成的敏感烧结体，具有稳定的阻值(即器件在纯洁空气中的阻抗)，从而保证了长期工作的稳定性，同时，该器件采用单电源供电，其功耗为0.7W左右，能够对所测试的气体有极高的灵敏度和信噪比。器件的灵敏度S=Ro/Rx为10～30。Rx为器件在丁烷浓度为0.2%时的阻抗，MQ-2气敏元件电路、结构和外形如图2.7、2.8所示。

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图2.7 MQ-2型气体传感器电路图

图2.8 MQ-2型元件外形结构图

针对居室安全系统设计要求，本文所采用的烟雾传感器模块的主要芯片是LM393、ZYMQ-2气体传感器，其工作电压为直流5V，具有信号输出指示灯，能够提供双路信号输出（模拟量输出及TTL电平输出，本文采用TTL低电平输出），器件响应时间：Tr≤10s，恢复时间：Tn≤60s，加热电压：V﹢=5+0.2V，加热功率约0.7W，工作环境要求丁烷浓度在0.2%时，在湿度小于85%RH，在-10℃～+40℃温度下不会引起误报，能够满足居室安全系统设计要求，烟雾传感器实物、电路原理如图2.9、2.10所示。

图2.9 烟雾传感器实物图

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