热释电红外报警器的设计

摘 要 随着社会的快速发展,人们对财产安全的要求也越来越高,如何在考虑设备安装方便、成本便宜、持久耐用等方面因素的前提下，设计具有更高灵敏度和可靠性的防盗报警装置成为人们关注的焦点和迫切需求。热释电红外检测技术是利用热释电红外传感器作为探头，来检测人体所发出的特定波长红外线信号，进行非接触式距离较远的检测。该技术具有测量范围广,响应速度快,灵敏度高,抗干扰能力强,安全可靠等特点。为此，本设计中采用高性能、低功耗的MSP430系列单片机作为微控制器，并基于此微控制器设计一种新的热释电红外报警器。 本文在研究热释电红外报警器基本原理的基础上，给出了系统设计的具体实现方法，并结合现阶段热释电红外报警装置的技术特点，研制了一种新的基于MSP430系列单片机的低功耗、高性能、高可靠性的热释电红外报警器。文中给出该系统的硬件总体设计框架、各模块的硬件设计、软件设计思路以及主要的软件程序，同时对影响系统报警精确度的因素进行分析，设计中加入了相应的解决措施，提高系统抗干扰能力。主要工作如下: 阐述了国内外热释电红外报警器的研究现状，并指出了本文研究的实际意义；给出了热释电红外报警器的相关原理，并对目前热释电红外报警器的构造、以及布置和安装要求进行了分析；本设计采用MSP430系列单片机作为微控制器，在分析了系统的功能要求下，提出了总体设计方案，进行了系统的硬件设计，并对各功能单元的设计思路和设计方法作了详细的分析；给出了系统的整体设计流程，介绍了系统的开发环境，以流程图的方式介绍了各功能的具体实现；针对系统中出现的干扰问题进行分析，采取了相应的抗干扰措施加以设计；最后本文对此研究进行总结，对本文所设计的系统的进一步研究工作进行了展望。 关键词 ：热释电红外，报警器，微控制器，MSP430 目 录第一章 绪论??? 3§1-1研究的背景和现实意义??? 3§1-2 国内外研究现状??? 4§1-3 课题任务??? 5§1-4 本文结构??? 6第二章? 热释电红外探测器的相关原理??? 6§2-1热释电效应??? 7§2-2热释电红外报警器的工作原理??? 8§2-3热释电红外探测器的构造??? 72-2-1干涉滤光片??? 82-2-2传感探测元??? 82-2-3场效应管匹配器??? 8§2-4热释电红外报警器的布置和安装要求??? 8§2-5本章小结??? 11第三章 系统硬件设计??? 1§3-1 系统设计要求??? 1§3-2 系统硬件组成??? 1§3-3 系统主控芯片选型??? 33-3-1微控制器??? 33-3-2 MSP430系列单片机??? 3§3-4 MSP430F14x单片机??? 33-4-1 MSP430F14x系统框图??? 43-4-2 时钟系统与低功耗模式??? 43-4-3 MSP430最小系统??? 4§3-5 光学系统??? 53-5-1 系统选用透镜参数??? 5§3-6信号处理电路??? 63-6-1信号放大电路??? 63-6-2带通滤波电路??? 7§3-7 语音录放电路??? 10§3-8键盘和显示电路??? 11§3-9本章小结??? 11第四章 系统软件设计??? 1§4-1 系统软件总体流程??? 1§4-2? IAR Workbench开发环境??? 2§4-3 时钟系统初始化??? 4§4-4 ADC程序设计??? 54-4-1 MSP430 控制器ADC??? 54-4-2 ADC软件设计??? 6§4-5 软件滤波算法??? 9§4-6本章小结??? 11第五章 系统功能调试??? i§5-1 系统抗干扰??? i5-1-1系统干扰分析??? i5-1-2系统抗干扰设计??? i5-1-3软件抗干扰设计??? i§5-2系统编程调试??? ii§5-3测试实验结果分析??? ii§5-4本章小结??? ii第六章 结论??? 6参考文献??? 7致谢??? 攻读学位期间所取得的相关科研成果??? 2 本文旨在设计一个热释电红外安防自动报警系统。用于人体探测的热释电红外传感器多采用双元的器件，接收红外线波长为6.5~14μm，所以要求器件的灵敏度高，噪声系数低，使用温度范围广。课题采用MSP430系列单片机作为微控制器，实现安防的实时检测、报警功能。文章以被动式热释电红外报警系统为研究对象，这其中的热释电红外传感器是一种能量转换器件，它将热量变化转换为电量变化。当交互变化的红外线照射到晶体表面时，由于红外线的热效应，晶体温度会迅速变化，这时电荷会发生变化，从而形成一个明显的外电场，热释电红外传感器内部的热释电晶体发生极化，随着温度的变化而变化。如果红外辐射恒定地照射在探测器探头上，热释电晶体的温度就不会改变，晶体对外呈电中性，探测器因此而没有电信号输出，所以恒定的红外辐射不能被检测到。又由于热释电晶体输出的是电信号，不能直接使用，就需要将其转换为电压形式，我们使用电阻将其转换为电压形式，该电阻阻抗高达104MΩ，故引入N沟道结型场效应管接成共漏形式来完成阻抗变换，最终产生报警信号。 热释电红外线传感器的核心构件是一种高热电系数的材料制成尺寸为2×lmm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。探测元件的作用是探测、接收红外辐射并将其转换成微弱的电压信号。 本文所设计一种能以非接触方式检测出人体辐射的红外线的热释电红外传感器，将红外线转变为电压信号。热释电红外传感器既可用于防盗报警装置，也可以用于检测人体信号控制开关和别的电路以及无线门磁等方面，同时，它还能鉴别出运动的生物与其它非生物。 §1-4 本文结构 全文分为六章： 第一章介绍了课题的来源、背景和研究意义，热释电红外技术的研究现状及研究的任务及文本结构； 第二章阐述了热释电效应、热释电红外报警器的工作原理、构造以及安装要求； 第三章给出了该系统的硬件总体设计框架、各模块的硬件设计； 第四章给出了软件设计思路以及主要的软件程序； 第五章对影响系统报警精确度的可能因素进行了分析，设计中加入了相应的解决措施，提高了系统抗干扰能力； 第六章对本文所完成的工作进行总结，并提出了进一步的研究方向。