随着社会的发展，住宅条件的改善，人们对自己所处环境的安全性提出了更高的要求。简便、可靠的报警系统已经开始进入家庭。被动式热释电红外报警系统因其价格低廉、性能稳定、隐蔽性好、保密性高等优点得到了广泛应用。目前，市场上基于热释电红外传感器的报警系统，功能较为单一，开关设防和遥控设防不兼容，或现场报警系统与无线报警不兼容。
本文介绍的基于PIC单片机、无线收发技术和热释电红外传感器的被动式红外报警系统，实现了开关设防和遥控设防的兼容，既可现场报警又可无线报警；并且由于在硬件和软件两方面进行了降功耗的设计，整个系统的功耗大为降低。
总体设计方案
热释电传感器原理
在自然界中，任何物体都会产生红外光谱，不同温度的物体，其释放的红外能量的波长也不同，人体体温发出波长约为lOμm的红外线。热释电红外传感器能将波长约8μm～12μm的红外信号转变为电信号，并能抑制自然界中的白光信号。利用菲涅尔透镜提高传感器的灵敏度，并使传感器的检测范围具有指向性。菲涅尔透镜还可将防区分为若干个明区和暗区，使进入防区的移动物体热释电红外信号，当有人进入防区时，供后续电路处理。在热释电红外传感器的工作过程中，传感器本身不发出任何形式的能量，完全依靠接收外界能量或能量的变化完成探测。
总体设计框图
该系统总体设计框图如下图所示。
系统有两种工作模式：“开关设防”工作模式和“遥控设防”工作模式。这两种模式可以通过“模式”开关自由转换。
当系统工作在“开关设防”工作模式时，利用热释电红外传感器对所设防区进行监控。红外探测到有人非法进入防区时，会发送一个信号给单片机，单片机控制发射电路发射无线信号给更高一级的报警系统；同时，红外报警器内的蜂鸣器会发出警笛声吓阻入侵者。这种系统功耗很低，适合用户长时间设防，工作电流仅为几十微安。
当系统工作在“遥控设防”工作模式时，除了能够完成“开关设防”工作模式的功能外，用户还可以利用手持无线遥控器对系统进行遥控。遥控报警器可以控制其进入“设防状态”、“撤防状态”、“测试状态”中的任何一种工作状态。这3种工作状态可以利用遥控器自由转换。这种工作模式适合频繁设防和撤防，操作方便，工作电流约为0.37mA。
电路设计
单片机控制电路
本系统的单片机采用MICROHIP公司的PIC16F72，它是一种低功耗、高速的FLash单片机，内部主要集成IIC总线、SPI接口、输入捕捉/输出比较/脉宽调制CCP模快、A/D转换器、看门狗定时器WDT等功能部件。
PIC单片机的I/O端口驱动负载的能力较强，每个I/O引线吸收和输出电流的最大值可分别达到25mA和20mA，在本设计中，便是直接用I/O端口给某些外电路提供工作电源，由单片机根据实际情况有选择地控制外电路工作，以达到降低系统功耗的目的。
PIC16F72具有正常工作模式和睡眠工作模式。在睡眠工作模式下，系统时钟停振，单片机中除了RAM维持记忆和看门狗等少数电路单元保持工作外，其余大部分功能部件和外围设备模块都退出工作状态。单片机的耗电降到微安级，可以极大地延长电池的使用寿命。PIC16F72的RB口中的RB7～RB4具有输入“电平变化中断”功能，该功能也可以将单片机从睡眠状态唤醒。在本系统的软件设计中，将看门狗的周期设为2.304s设防时，单片机被看门狗溢出唤醒后，检查模式开关的位置，几微秒后，再次进入睡眠状态，达到节电的目的。
单片机控制电路结构框图如上图所示。
TXDO～TXD3是单片机给发射电路的4位数据。PW2272与接收电路中的解码芯片SC2272的18脚相连，为SC2272提供工作电源。当系统工作在“开关”设防模式时，PW2272为低，SC2272不工作，降低系统功耗。RXDO～RXD3与SC2272的四位数据口相连。TPCON与模式开关相连，为无线接收电路提供工作电源。单片机通过丁ESTP检测TPCON的高低，决定系统的工作模式。HONG来自红外传感及处理电路。BELL、RED和GREEN分别为警音报警电路和LED显示电路提供控制信号。
系统进入“设防”工作状态后，单片机进入睡眠工作模式。将单片机从睡眠中唤醒的途径有以下几个：看门狗溢出、红外处理电路输出的高电平信号HONG、无线接收电路输出的信号RXDO、RXD1、RXD3。RXD2系统保留。无线接收电路输出的信号仅只在“遥控设防”工作模式下有效。单片机被唤醒后，先判断唤醒源，然后决定下一步操作。
红外探测及处理电路
红外探测及处理电路的结构框图如下图所示。
采用BISSOO01作为红外信号的处理芯片。BISSOO01是由两级运算放大器(OP1、OP2)、电压比较器、状态控制器、延时定时器、输出封锁定时器及参考电源等构成的数模混合专用集成电路，具有功耗低、输入阻抗高、抗干扰能力强和工作电压范围宽等优点，与热释电传感器连接只需少量的外围元件即可构成自动报警器。
当有人进入防区时，通过菲涅尔透镜聚焦，热释电红外传感器接收到人体的红外信号，并将其转化为电信号。该信号通过低通滤波电路滤除高频干扰噪声后，被送到BISSOO01中的运算放大器OP1，前置放大后，由电容耦合给运算放大器OP2进行二级放大，经电压比较器双向鉴幅后，在第2脚输出宽度为1.6s的高电平HONG。这个高电平可以将PIC单片机从“唧民”中唤醒。通过改变BISSOO01第3、4脚的电阻和电容的大小，可以调节高电平HONG的宽度。BISSOO01在高电平HONG由高变低后，将进入5.8s的“触发封锁时间”。在这5.8s内，即使有人进入防区，BISSOO01的第2脚也不会输出高电平，从而避免重复报警，降低系统功耗。这个“触发封锁时间”也可以通过BISSOO01第5、6脚的电阻和电容的大小进行调节。
无线收发电路
红外报警系统检测到入侵信息后，除发出警音，还通过无线报警电路发射信号给电话自动拨号电路等。在该系统中，发射信号载频为433MHz，幅度调制。用户识别码为8位三进制。无线接收电路和无线手持遥控器完成遥控设防、撤防、遥控测试等功能，信号为幅度调制，载频315MHz，也可选择433MHz。接收电路为超再生形式。无线发射电路和无线接收电路已相当成熟，这里不做详细介绍。为降低电路功耗，该系统对无线收发电路供电电源进行了专门设计。315MHz无线接收电路中解码电路的工作电源由单片机的RA5(PW2272)提供，433MHz无线发射电路中编码电路的工作电源如下图所示。
由单片机来的4位数据TXDO-TXD3不但与SC2262的数据输入端相连，还分别通过二极管线与SC2262的电源端相连，这样，只有当系统发射无线信号时，TXD不全为零。编码电路与发射电路都不一样，避免不必要的功耗。
软件设计
系统的软件设计全部使用汇编语言编程，以提高系统的快速性和实时性。软件采用模块化设计方法，有利于修改和调试。程序主要分三部分：主程序、“开关设防”工作模式程序、“遥控设防”工作模式程序。
主程序首先对各个数据寄存器和外围电路进行初始化，利用LED和蜂鸣器指示系统的工作状态，随后判断模式开关的位置，调用相应的子程序。
在“开关设防”工作模式程序中，单片机进入睡眠模式后，只有开门狗溢出和红外报警信号可以将单片机唤醒。如果唤醒源是开门狗，单片机先判断模式开关的位置，确定程序的走向，继续进入睡眠状态；如果唤醒源是红外报警信号，进入报警程序的操作。
“遥控设防”工作模式程序设计框图如下图所示。在这种工作模式下，唤醒源除开门狗溢出和红外报警信号外，还有遥控器发射的设防、撤防、测试信号。单片机被唤醒后，先判断唤醒源，再调用相应的工作子程序。在撤防工作子程序和报警工作子程序中，程序在完成相应的操作后，都将进入“睡眠”工作模式，等待唤醒信号到来。
样机试验
通过样机测试，该红外报警系统能实现如下技术指标：
(1)系统功耗低。在“开关设防”模式下，整机在设防时工作电流为0.07mA，一节9V叠层电池可连续工作约3500小时。在“遥控设防”模式下，整机在设防时工作电流为0.37mA，一节9伏叠层电池可连续工作约700小时。
(2)红外探测距离：5～6m（探测器正前方，室温）。
(3)红外探测角度：使用幕帘式菲涅尔透镜，水平为10度，垂为90度。
