基于單片機的紅外防盜報警器設計(畢業設計)(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 端，表示運放輸出端Vo的信號與該輸入端的相位相同。LM324的引腳排列見圖33。由于LM324四運放電路具有電源電壓范圍寬，靜態功耗小，可單電源使用，價格低廉等優點，因此被廣泛應用在各種電路中。圖32運算放大器圖33 LM324的引腳圖 實現功能當有人闖入時，熱釋電紅外傳感器將探測到動作，設置在監測點上的紅外探頭將人體輻射的紅外光譜變換成電信號，然后經放大電路將電信號放大傳給單片機。其電路原理圖設計如圖34所示。圖34 信號放大電路 原理分析熱釋電紅外傳感器輸出的檢測信號很小，僅1mV左右，~10HZ，需經高增益、低噪聲低頻放大器放大后，才能進一步處理，一般來講，要求放大器的增益為60~70dB,~7HZ。放大器的帶寬對可靠性和靈敏度有重要影響，帶寬窄，噪聲小誤動作率低；帶寬寬，噪聲大，誤動作率高！如圖34所示，本系統采用LM324中的兩個集成運算放大器構成低頻帶通放大電路，LM324內部集成了四個獨立的高增益運算放大器，其電流小（典型值Is=），且與所加電源電壓的大小無關，頻率補償及偏置電流均采用了溫度補償措施，性能穩定。采用單電源供電。放大器要求：增益：60~70DB帶寬：~7HZ工作原理：放大電路的電壓增益為：A=1+2πfR12C4/(1+2πfR7C4)(1+2πfR12C4)一般要求放大電路的增益為65Db。電路的上下限截至頻率為：FH=1/R12C7,FL=1/R7C4在單電源供電的情況下，外加電壓分壓器后，可保證運放輸出電壓有較大的動態范圍。靜態下應將輸出端電位設在1/2處，方法是：ICA外接RR10分壓器，將1/2VCC引至運放的同相輸入端，這相當于將輸入偏置電壓墊高1/2VCC,從而使輸出電壓的靜態電位定在1/2VDD處。與ICA一樣，ICB為了保證運放輸出電壓有較大的動態范圍，同樣設置了分壓器。 比較電路電壓比較器的作用是將一個模擬電壓與一個參考電壓相比較。在二者幅度相等的附近，輸出電壓將產生越變。其電路原理圖如圖35所示。圖35 比較電路本系統應用LM324剩余的兩個集成運算比較器構成了一個雙限電壓比較器。如圖35所示：基準電壓分別由(R6+R14)和R14分壓提供。當輸入電壓VO15引腳電壓時，比較器輸出高電平；當VO113腳電壓時，比較器也輸出高電平。而當5引腳電壓VO113腳電壓時，比較器輸出低電平。如圖36所示：圖36當人體通過菲涅爾透鏡組成的傳感器現場時，傳感器輸出一交變信號。其變化幅度大于13引腳電壓，小于5腳電壓，才能使比較器輸出高電平，否則為低電平，而前級放大器靜態時輸出電壓基本為1/2VCC，處在5引腳和13引腳電壓之間，故比較器輸出為0。所以兩引腳電壓的差值越接近1/2VCC，電路的靈敏度越高，但容易因噪聲干擾產生誤動作，若兩引腳的差值遠離1/2VCC，電路的可靠性將提高，但靈敏度降低。一般基準電壓可按下列式子來計算：V差值=（4~5）VN式子中VN為噪聲電壓。傳感器給出的噪聲電壓，是指傳感器噪聲輸出的信號經過70dB以上的放大后的噪聲電壓的峰峰值。本產品的噪聲電壓大約為80mV,所以有V差值=（4~5）80mV=320~400 ，即照顧到靈敏度，又能保證電路有一定的可靠性。 主要電路元件介紹三極管SS8050是一種常用的普通三極管。 它是一種由硅制作的低電壓,大電流,小信號的NPN型硅三極管。 實現功能此電路通過接受單片機傳送來的電平信號，驅動高音報警器使高音喇叭發聲從而達到報警效果。其電路原理圖設計如圖37所示。圖37 聲音報警電路 原理分析如下圖37所示：高音報警電路選用12V的高音喇叭作為報警裝置，使用SS8050大功率三極管做驅動電路，當SPK為高電平時，三極管導通，傳送信號至高音報警器使高音報警器發聲報警。反之則截至。本系統中經過軟件設置使報警器真實模擬了聲音頻率均勻拉高，還原、再拉高的過程。形成頻率在976~1945Hz之間平滑遞增的聲音效果。實現報警器聲音非常逼真。 主要電路元件介紹繼電器（英文名稱：relay）是一種電控制器件，是當輸入量（激勵量）的變化達到規定要求時，在電氣輸出電路中使被控量發生預定的階躍變化的一種電器。它具有控制系統（又稱輸入回路）和被控制系統（又稱輸出回路）之間的互動關系。通常應用于自動化的控制電路中，它實際上是用小電流去控制大電流運作的一種“自動開關”。故在電路中起著自動調節、安全保護、轉換電路等作用。繼電器是具有隔離功能的自動開關元件，廣泛應用于遙控、遙測、通訊、自動控制、機電一體化及電力電子設備中，是最重要的控制元件之一。繼電器一般都有能反映一定輸入變量（如電流、電壓、功率、阻抗、頻率、溫度、壓力、速度、光等）的感應機構（輸入部分）；有能對被控電路實現“通”、“斷”控制的執行機構（輸出部分）；在繼電器的輸入部分和輸出部分之間，還有對輸入量進行耦合隔離，功能處理和對輸出部分進行驅動的中間機構（驅動部分）。作為控制元件，概括起來，繼電器有如下幾種作用：1） 擴大控制范圍：例如，多觸點繼電器控制信號達到某一定值時，可以按觸點組的不同形式，同時換接、開斷、接通多路電路。2） 放大：例如，靈敏型繼電器、中間繼電器等，用一個很微小的控制量，可以控制很大功率的電路。3）綜合信號：例如，當多個控制信號按規定的形式輸入多繞組繼電器時，經過比較綜合，達到預定的控制效果。4） 自動、遙控、監測：例如，自動裝置上的繼電器與其他電器一起，可以組成程序控制線路，從而實現自動化運行。 實現功能此電路通過接受單片機傳送來的電平信號，驅動燈光警示電路使炫目燈亮起從而達到報警效果。其電路原理圖設計如圖38所示。圖38 燈光警示電路 原理分析如圖38所示：這里我們選用12V的炫目燈做燈光警示電路，因炫目燈在正常工作狀態下電流比較大，所以這里我們選用使用繼電器控制其開關的方案。這里我們照樣使用三極管驅動繼電器工作。并聯在線圈的兩端的是續流二極管，線圈在通過電流時，會在其兩端產生感應電動勢。當電流消失時，其感應電動勢會對電路中的原件產生反向電壓。當反向電壓高于原件的反向擊穿電壓時，會把原件如三極管，等造成損壞。續流二極管并聯在線兩端，當流過線圈中的電流消失時，線圈產生的感應電動勢通過二極管和線圈構成的回路做功而消耗掉。叢而保護了電路中的其它原件的安全。在電路中反向并聯在繼電器或電感線圈的兩端，當電感線圈斷電時其兩端的電動勢并不是立即消失，此時殘余電動勢通過一個二極管釋放，起這種作用的二極管叫續流二極管。 顯示電路 主要電路元件介紹我們最常用的是七段式和八段式LED數碼管，八段比七段多了一個小數點，其他的基本相同。所謂的八段就是指數碼管里有八個小LED發光二極管，通過控制不同的LED的亮滅來顯示出不同的字形。數碼管又分為共陰極和共陽極兩種類型，其實共陰極就是將八個LED的陰極連在一起，讓其接地，這樣給任何一個LED的另一端高電平，它便能點亮。而共陽極就是將八個LED的陽極連在一起。其原理圖如39。圖39 八段數碼管引腳圖其中引腳圖的兩個COM端連在一起，是公共端，共陰數碼管要將其接地，共陽數碼管將其接正5伏電源。一個八段數碼管稱為一位，多個數碼管并列在一起可構成多位數碼管，它們的段選線（即a,b,c,d,e,f,g,dp）連在一起，而各自的公共端稱為位選線。顯示時，都從段選線送入字符編碼，而選中哪個位選線，那個數碼管便會被點亮。數碼管的8段，對應一個字節的8位，a對應最低位，dp對應最高位。所以如果想讓數碼管顯示數字0，那么共陰數碼管的字符編碼為00111111，即0x3f；共陽數碼管的字符編碼為11000000，即0xc0。 實現功能本系統使用共陰極數碼管做為狀態顯示電路，在正常無人非法闖入室內時數碼管的DP點閃爍，若有人闖入數碼管則顯示E來提示有人非法闖入。電路原理圖如圖310所示。圖310 顯示電路 原理分析在這里，串聯的幾個470歐電阻是限流電阻。因為數碼管是由發光二極管按照一定的順序排列制成的元件，每個發光二極管的內阻非常小，正常工作電流大致在10~25mA，如不串入限流保護電阻，直接連接很有可能瞬間燒壞數碼管。我們可以依公式來計算出限流電阻的阻值：R=U/I。其中U=5V,I=（10~15）mA,可得R=330~500歐。這里我們選用典型值470歐。10K電阻為上拉電阻，以保證P0口可以輸出高電平。當P0口輸出高電平時其對應的發光二極管導通，二極管亮，P0口07根據不同的電平輸入顯示不同的數值。 主要電路元件介紹L7805CV是我們最常用到的穩壓芯片了，他的使用方便，用很簡單的電路即可以輸入一個直流穩壓電源,他的輸出電壓恰好為5v，剛好是51系列單片機運行所需的電壓，他有很多的系列如ka7805，ads7805，cw7805等，性能有微小的差別，用的最多的還是7805，下面我簡單的介紹一下他的3個引腳以及用它來構成的穩壓電路的資料。如圖311所示，其中1接整流器輸出的+電壓，2為公共地(也就是負極)，3就是我們需要的正5V輸出電壓。 圖311 L7805CV引腳圖 實現功能通過此電路為整個電路各個模塊提供其工作所需電壓。其電路原理圖設計如圖312所示。圖312 供電電源電路 原理分析如下圖312所示，本系統采用L7805CV來做電壓芯片，,可滿足本系統各個電路部分5V的供電電壓。在電源的兩端并聯的大電容和小電容起濾波作用。大電容是濾除低頻，小電容是濾除高頻。在其兩端再并入同系列的大小電容可獲得很寬頻率范圍的濾波特性。 單片機最小系統 主要電路元件介紹石晶振蕩Y1（石英晶振即所謂石英晶體諧振器和石英晶體時鐘振蕩器的統稱），它是利用具有壓電效應的石英晶體片制成的。這種石英晶體薄片受到外加交變電場的作用時會產生機械振動，當交變電場的頻率與石英晶體的固有頻率相同時，振動便變得很強烈，這就是晶體諧振特性的反應。利用這種特性，就可以用石英諧振器取代LC(線圈和電容)諧振回路、濾波器等。由于石英諧振器具有體積小、重量輕、可靠性高、頻率穩定度高等優點，被應用于家用電器和通信設備中。石英諧振器因具有極高的頻率穩定性，故主要用在要求頻率十分穩定的振蕩電路中作諧振元件。晶振一般叫做晶體諧振器，是一種機電器件，是用電損耗很小的石英晶體經精密切割磨削并鍍上電極焊上引線做成。這種晶體有一個很重要的特性，如果給它通電，它就會產生機械振蕩，反之，如果給它機械力，它又會產生電，這種特性叫壓電效應。他們有一個很重要的特點，其振蕩頻率與他們的形狀，材料，切割方向等密切相關。由于石英晶體化學性能非常穩定，熱膨脹系數常小，其振蕩頻率也非常穩定，由于控制幾何尺寸可以做到很精密，因此，其諧振頻率也很準確。根據石英晶體的機電效應，我們可以把它等效為一個電磁振蕩回路，即諧振回路。他們的機電效應是機電機電..的不斷轉換，由電感和電容組成的諧振回路是電場磁場的不斷轉換。在電路中的應用實際上是把它當作一個高Q值的電磁諧振回路。由于石英晶體的損耗非常小，即Q值非常高，做振蕩器用時，可以產生非常穩定的振蕩，作濾波器用，可以獲得非常穩定和陡削的帶通或帶阻曲線。 實現功能通過振蕩得到一個穩定的時鐘頻率。利用中斷方式可以實現報警持續時間未到10秒時，用手工按鍵停止的聲光報警的作用。其電路原理圖設計如圖313所示。 圖313 單片機最小系統 原理分析如下圖313所示，單片機的采用得是5V電源供電，時鐘電路（也就是振蕩電路），它可以向單片機提供一個正弦波信號作為基準，來決定單片機的執行速度。圖中的電容起穩定作用。其復位電路采用的是混合復位電路，在上電的時候就會自動復位，也可進行手動復位。這樣就可以方便在單片機死機的時候進行重啟。第4章 系統軟件設計 單片機程序語言設計 單片機匯編語言程序設計的基本步驟單片機匯編語言程序設計的基本步驟如下：(1) 設計任務的分析、確定思路或算法。(2) 程序的總體設計并畫出流程圖。(3) 編寫源程序。可在編譯軟件下編程，要求簡練、層次清楚、字節數少和執行時間短等。(4) 源程序的匯編和調試。(5) 編寫程序說明文件。 匯編語言程序設計方法(1) 匯編程序的基本結構總是簡單程序、分支程序、循環程序、查表程序、子程序、中斷程序等結構化的程序模塊有機組成的。(2) 劃分功能模塊進行設計。(3) 自上而下逐漸求精。 Keil 簡介Keil uVision2是德國Keil公司開發的一款關于8051系列MCU的開發工具，它支持匯編、C語言及混合編程，是一種集成化的文件管理編譯環境，可用來編譯程序源碼、鏈接和重定位目標文件和庫文件、創建HEX文件、調試目標程序等。Keil uVision2具有強大的仿真功能，可不接硬件電路直接進行用戶程序仿真，也可利用硬件仿真器(用Monitor51協議，需硬件支持)，通過連接單片機硬件電路，在仿真器中載入項目程序后進行實時仿真調試。在keil uVision2 中編制程序：(1)新建項目。啟動uVision2，選擇Project→New Project菜單項，打開對話框，輸入項目文件名并選擇保存路徑。項目文件保存完后，彈出Select Device for TARGET‘TARGET1’對話框，是新建項目的CPU元器件選擇，選AT89S52。(2)在項目中添加源程序文件。在菜單中選擇File→New，新建源程序文件。輸入源程序，然后把程序保存在項目所在的目錄中，為文件取一個名，若是C語言編寫的程序，若是匯編語言編寫的程序。接下來，將該文件添加到項目中，用鼠標在屏幕左邊的Source Group1文件夾圖標上右擊彈出菜單，選擇Add File to Group‘Source Group1’命令，彈出文件窗口，選擇剛剛保存的文件，按ADD按鈕，關閉文件窗口，程序文件即可加到項目中。(3)項