振動(dòng)傳感器系統(tǒng)設(shè)計(jì)及選型畢業(yè)論文(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 腳，設(shè)定的地址碼和數(shù)據(jù)碼從17腳串行輸出，可用于無(wú)線遙控發(fā)射電路。 編碼芯片PT2262發(fā)出的編碼信號(hào)由：地址碼、數(shù)據(jù)碼、同步碼組成一個(gè)完整的碼字，解碼芯片PT2272 接收到信號(hào)后，其地址碼經(jīng)過(guò)兩次比較核對(duì)后，VT（PT2272的17腳）腳才輸出高電平，與此同時(shí)相應(yīng)的數(shù)據(jù)腳也輸出高電平，如果發(fā)送端一直按住按鍵，編碼芯片也會(huì)連續(xù)發(fā)射。當(dāng)發(fā)射機(jī)沒(méi)有按鍵按下時(shí)，PT2262不接通電源，其17腳為低電平，所以315MHz的高頻發(fā)射電路不工作。當(dāng)有按鍵按下時(shí)，PT2262得電工作，其第17腳輸出經(jīng)調(diào)制的串行數(shù)據(jù)信號(hào)，當(dāng)17腳為高電平期間315MHz的高頻發(fā)射電路起振并發(fā)射等幅高頻信號(hào)，當(dāng)17腳為低平期間315MHz的高頻發(fā)射電路停止振蕩，所以高頻發(fā)射電路完全收控于PT2262的17腳輸出的數(shù)字信號(hào)，從而對(duì)高頻電路完成幅度鍵控（ASK調(diào)制）相當(dāng)于調(diào)制度為100％的調(diào)幅。PT2262/PT2272特點(diǎn)： CMOS工藝制造，低功耗 外部元器件少 RC振蕩電阻 工作電壓范圍寬： 數(shù)據(jù)最多可達(dá)6位 地址碼最多可達(dá)531441種 PT2262無(wú)線數(shù)據(jù)模塊具有較寬的工作電壓范圍3～12V ，當(dāng)電壓變化時(shí)發(fā)射頻率基本不變,和發(fā)射模塊配套的接收模塊無(wú)需任何調(diào)整就能穩(wěn)定地接收。當(dāng)發(fā)射電壓為3V 時(shí)，空曠地傳輸距離約20～50米，發(fā)射功率較小，當(dāng)電壓5V 時(shí)約100～200米，當(dāng)電壓9V 時(shí)約300～500米，當(dāng)發(fā)射電壓為12V時(shí)，為最佳工作電壓，具有較好的發(fā)射效果，發(fā)射電流約60毫安，空曠地傳輸距離700～800米，發(fā)射功率約500毫瓦。當(dāng)電壓大于l2V時(shí)功耗增大，有效發(fā)射功率不再明顯提高。因?yàn)闊o(wú)線電信號(hào)傳輸時(shí)收很多因素的影響，所以一般實(shí)用距離只有標(biāo)稱距離的20％甚至更少。圖 25 PT2262 引腳圖表 PT2262 管腳功能名稱 管腳 說(shuō) 明A0~A11 1~10~13地址管腳, 用于進(jìn)行地址編碼，可置為“0”，“1”，“f“(懸空)D0~D5 7~10~13數(shù)據(jù)輸入端，有一個(gè)為“1”即有編碼發(fā)出，內(nèi)部下拉Vcc 18 電源正端（＋）Vss 9 電源負(fù)端（－）TE 14 編碼啟動(dòng)端，用于多數(shù)據(jù)的編碼發(fā)射，低電平有效OSC1 16 振蕩電阻輸入端，與 OSC2 所接電阻決定振蕩頻率OSC2 15 振蕩電阻振蕩器輸出端Dout 17 編碼輸出端（正常時(shí)為低電平） 圖 26 PT2272 引腳圖表 P2272 管腳功能名稱 管腳 說(shuō) 明A0~A11 1~10~13地址管腳, 用于進(jìn)行地址編碼，可置為“0”，“1”，“f”(懸空)，必須與 PT2262 一致，否則不解碼D0~D5 7~10~13地址或數(shù)據(jù)管腳，當(dāng)作為數(shù)據(jù)管腳時(shí)，只有在地址碼與PT2262 一致，數(shù)據(jù)管腳才能輸出與 PT2262 數(shù)據(jù)端對(duì)應(yīng)的高電平，否則輸出為低電平，鎖存型只有在接收到下一數(shù)據(jù)才能轉(zhuǎn)換 Vcc 18 電源正端（＋）Vss 9 電源負(fù)端（－）DIN 14 數(shù)據(jù)信號(hào)輸入端，來(lái)自接收模塊輸出端OSC1 16 振蕩電阻輸入端，與 OSC2 所接電阻決定振蕩頻率OSC2 15 振蕩電阻振蕩器輸出端Dout 17 解碼有效確認(rèn) 輸出端（常低）解碼有效變成高電平（瞬態(tài)）地址碼和數(shù)據(jù)碼都用寬度不同的脈沖來(lái)表示，兩個(gè)窄脈沖表示“0” ；兩個(gè)寬脈沖表示“1” ；一個(gè)窄脈沖和一個(gè)寬脈沖表示“F”也就是地址碼的“懸空” 。PT2262 每次發(fā)射時(shí)至少發(fā)射 4 組字碼，而 PT2272 只有在連續(xù)兩次檢測(cè)到相同的地址碼加數(shù)據(jù)碼才會(huì)把數(shù)據(jù)碼中的“1”驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的數(shù)據(jù)輸出端為高電平和驅(qū)動(dòng) VT 端同步為高電平。因?yàn)闊o(wú)線發(fā)射的特點(diǎn)，第一組地址碼加數(shù)據(jù)碼非常容易受零電平干擾，往往會(huì)產(chǎn)生誤碼，所以程序可以丟棄處理。 PT2272 解碼芯片有不同的后綴，表示不同的功能，有L4/M4/L6/M6 之分，其中 L 表示鎖存輸出，數(shù)據(jù)只要成功接收就能一直保持對(duì)應(yīng)的電平狀態(tài)，直到下次遙控?cái)?shù)據(jù)發(fā)生變化時(shí)才改變。M 表示非鎖存輸出，數(shù)據(jù)腳輸出的電平是瞬時(shí)的，而且和發(fā)射端是否發(fā)射相對(duì)應(yīng)，可以用于類似點(diǎn)動(dòng)的控制。后綴的 6 和4 表示有幾路并行的控制通道，當(dāng)采用 4 路并行數(shù)據(jù)時(shí)（PT2272M4 ） ，對(duì)應(yīng)的地址編碼應(yīng)該是 8 位，如果采用 6 路的并行數(shù)據(jù)時(shí)(PT2272M6)，對(duì)應(yīng)的地址編碼應(yīng)該是 6 位。PT2262/2272 芯片的地址編碼設(shè)定和修改：設(shè)置地址碼的原則是：同一個(gè)系統(tǒng)地址碼必須一致；不同的系統(tǒng)可以依靠不同的地址碼加以區(qū)分。至于設(shè)置什么樣的地址碼完全隨設(shè)計(jì)者喜歡。在通常使用中，我們一般采用 8 位地址碼和 4 位數(shù)據(jù)碼，這時(shí)編碼電路 PT2262 和解碼電路 PT2272 的第1～8 腳為地址設(shè)定腳，有三種狀態(tài)可供選擇：懸空、接正電源、接地三種狀態(tài)，3 的8 次方為 6561，所以地址編碼不重復(fù)度為 6561 組，只有發(fā)射端 PT2262 和接收端PT2272 的地址編碼完全相同，才能配對(duì)使用。振蕩電阻： PT2262 和 PT2272 除地址編碼必須完全一致外，振蕩電阻還必須匹配，否則接收 距離會(huì)變近甚至無(wú)法接收，在具體的應(yīng)用中，外接振蕩電阻可根據(jù)需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)，阻值越大振蕩頻率越慢，編碼的寬度越大，發(fā)碼一幀的時(shí)間越長(zhǎng)。目前市場(chǎng)上大部分產(chǎn)品都是用 PT2262/＝PT2272/200K 組合，少量產(chǎn)品用PT2262/＝PT2272/820K。 SC1 振 動(dòng)傳感器SC1 振動(dòng)位移傳感器，是一種集振動(dòng)和位移測(cè)于一身的全方位固態(tài)控制器件，是目前作為報(bào)警和狀態(tài)檢測(cè)的最佳選擇。傳感部分采用目前最先進(jìn)固態(tài)加速度檢測(cè)器件，既對(duì)振動(dòng)有很高的檢測(cè)靈敏度，又對(duì)周圍環(huán)境的聲音信號(hào)抑制，具有很強(qiáng)的搞干擾能力?？蓮V泛應(yīng)用于機(jī)動(dòng)車，保險(xiǎn)柜,庫(kù)房門窗等場(chǎng)合的防盜裝置中。器件的內(nèi)部均含有專用的控制芯片，應(yīng)用非常方便，可直接帶動(dòng)小功率負(fù)載，用一只三極管進(jìn)行電流放大后，即可驅(qū)動(dòng)繼電器或報(bào)警器。由于 SC1 器件工作在固態(tài)檢測(cè)方式，故不存在機(jī)械疲勞，靈敏度降低，誤觸發(fā)和受環(huán)境濕度溫度影響等不良現(xiàn)象，具有很好的一致性。 SC1 的引腳功能、內(nèi)部示意圖、外形及引腳見(jiàn)圖 27，腳距：，它內(nèi)含振動(dòng)和位移傳感元件、靈敏度限制電路、檢測(cè)控制電路、延時(shí)電路和輸出級(jí)等。內(nèi)設(shè)的定時(shí)控制電路，具有報(bào)警一段時(shí)間后會(huì)自動(dòng)復(fù)位的功能，當(dāng)器件檢測(cè)到振動(dòng)信號(hào)時(shí)，輸出端能夠輸出直流電壓信號(hào)，經(jīng)外部元件將電流放大后，即可驅(qū)動(dòng)報(bào)警器報(bào)警，一段時(shí)間后自動(dòng)復(fù)位，即輸出端為低電平。引腳 功能1 地2 靈敏度設(shè)定3 輸出4 延時(shí)設(shè)定5 電源圖 27 SC1 的技術(shù)指標(biāo)及參數(shù)由于 SC1 振動(dòng)位移傳感器內(nèi)部集成度很高，所以外圍電路相當(dāng)簡(jiǎn)單。圖 28 是SC1 振動(dòng)位移傳感器典型接法，SC1 振動(dòng)傳感器 4 腳外接延時(shí)控制電容，取值越大，延時(shí)就越長(zhǎng)，反之則延時(shí)就越短，一般取值為 ~10μF之間。2 腳是外接靈敏度設(shè)定電阻，一般取值在 51K100K 之間，阻值越大，靈敏度就越高。此電阻可以不接，這時(shí) SC1 靈敏度最高。當(dāng)晃動(dòng)或振動(dòng)（敲擊）SC1 時(shí)，3 腳輸出由低電平轉(zhuǎn)為高電平，延時(shí)過(guò)后自動(dòng)由高電平轉(zhuǎn)為低電平。 圖 28 SC1 振動(dòng)傳感器典型接法3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)及選型 系統(tǒng)設(shè)計(jì)摩托車防盜報(bào)警器是一種安裝在車上，用來(lái)增加盜車難度，延長(zhǎng)盜車時(shí)間的裝置。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，為對(duì)付不斷升級(jí)的盜車手段，人們研制出各種不同結(jié)構(gòu)的防盜器，目前防盜器按其結(jié)構(gòu)可分兩大類：機(jī)械式、電子式。鉤鎖、方向盤鎖和變速擋鎖等基本屬于機(jī)械式防盜器，它主要是靠鎖定離合、制動(dòng)、油門或方向盤、變速擋來(lái)達(dá)到防盜的目的，但只防盜不報(bào)警。插片式、按鍵式和遙控式等都屬于電子式防盜器，它主要是靠鎖定點(diǎn)火或起動(dòng)來(lái)達(dá)到防盜的目的，同時(shí)具有防盜和聲音報(bào)警功能。遙控式防盜報(bào)警系統(tǒng)因具有良好的實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性和可靠性以及多功能等特點(diǎn),是目前作為摩托車防盜器的最佳選擇。 元器件的選型 單片機(jī)的選擇STC89 系列單片機(jī)的核心是 8031，在軟件和硬件方面與 MCS51 系列完全兼容，STC89 系列的指令與有關(guān)定義和 MCS51 完全相同， MCS51 系列單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)編寫的程序可以直接使用。STC89 系列的引腳排列、定義與 MCS51 完全一致，可以直接替換。由于該單片機(jī)內(nèi)部有 FlashROM，所以編寫的程序燒錄方便，易于擦除，可反復(fù)使用，非常方便用于對(duì)程序進(jìn)行修改，縮短研制周期，降低了研制成本。STC89C51是8031的升級(jí)產(chǎn)品，性能上較8031有很大提升，在價(jià)格上卻與8031差不多，甚至更低。STC89C51 顯著的特點(diǎn)是加入了在系統(tǒng)編程（ISP）功能，不再依靠專用的編程工具，改寫單片機(jī)存儲(chǔ)器內(nèi)的程序再也不需要把芯片從電路板上拆下。 基于性價(jià)比、低功耗及設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)上考慮，本課題選用STC89C51單片機(jī)作為防盜系統(tǒng)的主控芯片。 振動(dòng)傳感器的選擇為了能夠提取足夠的信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)測(cè)目標(biāo)的準(zhǔn)確判斷，選擇傳感器應(yīng)遵循一些基本原則：合理選擇傳感器并加以優(yōu)化組合，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)高精度、低成本的需求；選用不同種類、不同功能的傳感器，發(fā)揮各個(gè)傳感器的優(yōu)勢(shì)，降低虛報(bào)、漏報(bào)的可能性，提高系統(tǒng)的可靠性。傳統(tǒng)的機(jī)械式振動(dòng)傳感器，如壓電式振動(dòng)傳感器或水銀開關(guān)在一些溫度范圍內(nèi)線性不好，響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，而且輸出的是微弱的模擬信號(hào)，需要外加復(fù)雜的放大電路才能驅(qū)動(dòng)報(bào)警器。隨著電子技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，數(shù)字傳感器將取代傳統(tǒng)的機(jī)械式振動(dòng)傳感器。與傳統(tǒng)的機(jī)械式振動(dòng)傳感器相比，SC1 全向震動(dòng)傳感器既對(duì)振動(dòng)有很高的檢測(cè)靈敏度，又對(duì)周圍環(huán)境的聲音信號(hào)抑制，具有很強(qiáng)的搞干擾能力，由于 SC1 器件工作在固態(tài)檢測(cè)方式，故不存在機(jī)械疲勞，靈敏度降低，誤觸發(fā)和受環(huán)境濕度溫度影響等不良現(xiàn)象，具有很好的一致性。器件內(nèi)部集成度很高，外圍電路相當(dāng)簡(jiǎn)單。實(shí)際尺寸小、使用方便，與單片機(jī)的連接簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)?；谝陨系姆治?，選用 SC1 全向震動(dòng)傳感器構(gòu)成防盜系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)模塊。 編碼解碼芯片的選擇與其他編碼解碼芯片相比，專用無(wú)線編碼解碼芯片PT2262/PT2272是一種CMOS工藝制造的低功耗、低價(jià)位通用編解碼芯片。PT2262/PT2272最多可有12位（A0~A11）三態(tài)地址端管腳（懸空、接高電平、接低電平） ，任意組合可提供531441地址碼，最大限制地使地址碼不重復(fù)。不需要通過(guò)軟件來(lái)設(shè)置，可以與單片機(jī)直接連接，是無(wú)線遙控電路的最佳選擇。 方案選擇方案一以防盜檢測(cè)電路壓電式振動(dòng)傳感器為核心，以使用最為普遍的繼電器、二極管為控制電路。能在盜車賊打開車鎖或搬動(dòng)摩托車時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)，同時(shí)切斷點(diǎn)火系統(tǒng)的供電電源。此方案簡(jiǎn)單易行,器件的價(jià)格便宜,但這類型的傳感器的抗干擾能力十分有限，容易因?yàn)榉乔趾圀w的外界震動(dòng)，如雷電、風(fēng)雨、鞭炮或其他車輛行駛干擾等均能誘發(fā)報(bào)警導(dǎo)致誤報(bào)，誤報(bào)成了傳統(tǒng)防盜器無(wú)法逾越的障礙。由于誤報(bào)頻發(fā)，用戶乃至公眾已經(jīng)難以分辨什么是真實(shí)報(bào)警什么是誤報(bào)了。同時(shí)頻發(fā)的誤報(bào)警報(bào)音已經(jīng)成為了一種令公眾厭惡的噪音。方案二以采用MCS51系列單片機(jī)作為核心控制元件，感應(yīng)檢測(cè)電路采用高靈敏度的SC1全向震動(dòng)傳感器為核心器件，遙控電路以專用編碼芯片PT2262為核心，由無(wú)線接收、數(shù)據(jù)解碼、報(bào)警電路和電源電路組成。無(wú)線接收模塊的接收頻率為315MHz，數(shù)據(jù)解碼采用市面上用得較多的PT2272專用解碼芯片，遙控電路集成了整個(gè)系統(tǒng)的全部功能。數(shù)據(jù)處理的任務(wù)由單片機(jī)完成，可靠性及穩(wěn)定性較好，且電路簡(jiǎn)單、容易實(shí)現(xiàn)、耗電省、使用方便。 方案確定通過(guò)對(duì)方案一和方案二的比較得知，二者都可以實(shí)現(xiàn)防盜報(bào)警功能。方案一雖然簡(jiǎn)單易行，器件的價(jià)格便宜，但是干擾能力十分有限，電路集成度不高， 方法落后，而且具有很大的局限性。方案二電路簡(jiǎn)單，所用元器件少，集成度高，PCB布線容易實(shí)現(xiàn)，而且具有體積小、耗電省、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，是一種理想的摩托車安裝防護(hù)裝置。且無(wú)線通信代表了當(dāng)今技術(shù)高速化、智能化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展發(fā)向，所以本課題的設(shè)計(jì)選擇了方案二。4 硬件電路設(shè)計(jì)及其實(shí)現(xiàn)如圖 41 所示為本課題的系統(tǒng)方案圖： 圖 41 系統(tǒng)總體框圖整個(gè)系統(tǒng)以控制芯片 STC9851 單片機(jī)和無(wú)線接收模塊 PT2272 為核心部件。其中PT2272 用來(lái)接收由無(wú)線發(fā)射模塊 PT2262 發(fā)送的數(shù)據(jù)，接收到數(shù)據(jù)時(shí)，PT2272 相應(yīng)的數(shù)據(jù)端置位，STC89C51 根據(jù) PT2272 數(shù)據(jù)端的不同輸出使整個(gè)系統(tǒng)處不同狀態(tài)。在遠(yuǎn)程控制端以無(wú)線傳輸模塊 PT2262 為核心部件，可實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)防盜、解除防盜、直接報(bào)警等功能。當(dāng)報(bào)警器處于警戒狀態(tài)時(shí)，STC89C51 對(duì)振動(dòng)傳感器輸出數(shù)據(jù)的采集，同時(shí)通過(guò) I/O 對(duì)聲光報(bào)警電路和摩托車電子點(diǎn)火系統(tǒng)的電源進(jìn)行控制。 單片機(jī)模塊主要用 STC89