【正文】 STRACT...................................................II前言 .......................................................IV1 緒論 ......................................................1 選題背景及研究意義 ....................................1 研究步驟、方法 ........................................12 方案論證 ..................................................2 紅外線探測原理 ........................................2 系統(tǒng)的工作原理 ........................................43 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì) ........................................5 AT89C2051 單片機(jī) .......................................5 聲光報(bào)警電路 ...........................................9 直流穩(wěn)壓電源 ..........................................124　 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) ............................................13 主程序軟件設(shè)計(jì) ........................................13 中斷程序軟件設(shè)計(jì) ......................................14結(jié)論 .......................................................16參考文獻(xiàn) ...................................................17致謝 .......................................................18附錄 .......................................................19前言—IV—前言隨著科技的迅猛發(fā)展越來越多科技成果被廣泛的運(yùn)用到人們的日常生活當(dāng)中,給我們的生活帶來了諸多方便。本設(shè)計(jì)利用紅外線特有的特性—不能被肉眼察覺，當(dāng)人在一定的距離內(nèi)報(bào)警起就回發(fā)出聲音，這一設(shè)計(jì)為各種需要安全保障的設(shè)備安上了一道電子鎖。紅外線是位于可見光中的紅色光外的光線，是一種人眼看不見的光線。但是這種光和其他任何光一樣，也是一種客觀存在的物質(zhì)。紅外線與可見光、紫外線、X 射線、r 射線、和微波等無線電磁波構(gòu)成無線連續(xù)的電磁波譜。在電磁波譜中，通常將波長范圍為 ～1000 微米的區(qū)域稱為紅外光譜區(qū)。他相對(duì)應(yīng)的頻率范圍大致在 41014～310 11HZ。紅外線與可見光，無線電波一樣，在真空中的傳播速度也是以光的速度（10 14cm/s）.在紅外技術(shù)中，為了對(duì)不同的波長的紅外光線進(jìn)行研究，一般將紅外輻射分為四個(gè)區(qū)域：近紅外（波長=～3181。m）,中紅外（波長=3～6181。m），z 中遠(yuǎn)紅外（波長=6～20181。m），遠(yuǎn)紅外（波長=20～1000181。m）。本設(shè)計(jì)使用紅外發(fā)光二極管獲得紅外光。在使用紅外發(fā)光二極管獲得紅外光是相當(dāng)簡便。紅外發(fā)光二極管是一種由 PN 結(jié)構(gòu)成注入電流型發(fā)光器件，在加上合適的正向偏置電壓后，就可以發(fā)出一定的波長的紅外光。在與接收光電極管，組成發(fā)射，接收一體化的檢測、報(bào)警電路?！?—1 緒論 選題背景及研究意義 選題背景此設(shè)計(jì)的要點(diǎn)在于紅外線信號(hào)的發(fā)射與接收部分，由于目在市場上常用的紅外線發(fā)射器件和接收器件都具有頻率選擇性，因此要想得到較好的傳輸距離和穩(wěn)定的性能，必須將驅(qū)動(dòng)紅外線發(fā)射管工作的振蕩電路頻率調(diào)整在紅外發(fā)射器件的工作頻率附近，至于接收電路，沒有像紅外線通訊那樣要精確地還原出發(fā)射端發(fā)射的每一個(gè)數(shù)據(jù)，因此相對(duì)來說，要求可以放寬一些，設(shè)計(jì)時(shí)可以通過低通濾波，穩(wěn)壓整流等措施，將發(fā)射的紅外線信號(hào)轉(zhuǎn)變成用于控制的直流控制電壓，可以理解為：當(dāng)有紅外線信號(hào)收到時(shí)輸出一個(gè)高電平信號(hào)，如果有人阻斷了紅外線信號(hào)，單片機(jī)就會(huì)輸出一個(gè)低電平信號(hào)，后續(xù)電路通過這個(gè)低電平信號(hào)啟動(dòng)報(bào)警。 研究意義本設(shè)計(jì)是紅外線測距，報(bào)警裝置,該裝置是集發(fā)射、接收一體的光耦合傳感和 80 系列單片機(jī)微處理器。采用紅外線分時(shí)工作于發(fā)射和接收,首先由發(fā)射機(jī)發(fā)射紅外線，當(dāng)這些射線被一定距離的物體反射或遮掩時(shí)，接收管接收不到發(fā)射的紅外線就會(huì)觸發(fā)報(bào)警器發(fā)出報(bào)警聲。這一設(shè)計(jì)可以用于需要安全保護(hù)的商場、酒店、家庭等。 研究步驟、方法第一：理論準(zhǔn)備階段，理解題目，研究題目所涉及到的內(nèi)容，能夠較好的掌握有關(guān)題目的知識(shí)。第二：確定系統(tǒng)各個(gè)模塊，理清各個(gè)模塊與單片機(jī)之間的關(guān)系。并開始進(jìn)行相關(guān)硬件電路的資料收集。第三：規(guī)劃課題，確定組成結(jié)構(gòu)，提出大體系統(tǒng)框架并在結(jié)構(gòu)框架的基礎(chǔ)上提出原理框圖。第四：完成硬件設(shè)計(jì)部分并畫出各部分電路圖，將系統(tǒng)部件通過接口電路集合在一起，并畫出電路圖。第五：根據(jù)系統(tǒng)控制過程完成軟件設(shè)計(jì)部分，繪制出主流程圖。第六：硬件電路的生成，各部分軟件與硬件的結(jié)合、調(diào)試。第七：檢查要求的控制目的，能夠按照要求實(shí)現(xiàn)控制功能。整理論文?！?—2 方案論證 紅外線探測原理紅外探測器的種類很多，且不斷有新的探測器涌現(xiàn)。按探測機(jī)理的物理效應(yīng)可以分為兩大類：一類是器件的某些性能參數(shù)隨入射的輻射的通量作用而引起溫度變化的熱探測器；另一類是指入射到探測器上的紅外輻射能，以光子的形式與光電探測器材的束縛電子相互作用而釋放出自由電子和自由空穴參與導(dǎo)電的器件。光子探測器與熱探測器的工作機(jī)理不同，主要區(qū)別在與對(duì)紅外輻射的響應(yīng)不同。光子探測器是將入射的紅外光子直接轉(zhuǎn)換變?yōu)槠骷膫鲗?dǎo)電子或空穴，或同時(shí)轉(zhuǎn)換變?yōu)殡娮印⒖昭▽?duì)，沒有引起材料的發(fā)熱的中間過程。本設(shè)計(jì)屬第二類，使用光電二極管把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。光電二極管基于光伏特效應(yīng)原理制作的光探測器。按照半導(dǎo)體 PN 結(jié)構(gòu)和參雜的雜質(zhì)濃度不同，有硅光電二極管、PIN 光電二極管等。常用的是硅光電二極管，本設(shè)計(jì)使用的也是硅光電二極管。硅光電二極管有兩種基本的結(jié)構(gòu)：P +N 型結(jié)構(gòu)和 N+P 結(jié)構(gòu)。前者使用 N 型單晶硅及硼擴(kuò)散工藝，后者采用 P 型單晶硅及磷擴(kuò)散工藝。當(dāng)入射光照 PN 結(jié)部位時(shí)，如果光子的能量禁帶寬度能量 Eg時(shí)，光被吸收并使電子由價(jià)帶激發(fā)到導(dǎo)帶，分別在導(dǎo)帶和價(jià)帶生成電子和空穴，并在耗盡層內(nèi)產(chǎn)生電子空穴對(duì)。由于電場得作用，電子和空穴分別向 N 側(cè)和 P 側(cè)移動(dòng)，在外電路獲得反向電流，即形成光生電流。此外，P 層和 N 層中遠(yuǎn)離耗盡層區(qū)域中產(chǎn)生的電空穴對(duì)，因自動(dòng)復(fù)合而不產(chǎn)生電流。當(dāng) PN 結(jié)上加上反向偏壓時(shí)，外加電場的方向與耗盡層里電場方向相同，外加電場使勢壘加強(qiáng)，就形成了能量帶，此時(shí)當(dāng)入射到 PN 結(jié)上的光子能量大于 Eg條件下，光生電流就會(huì)隨入射功率的變化呈線性變化，便把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)。一般是在光電二極管上加上反向電壓，即讓光電二極管處于反偏的狀態(tài)下，在光電二極管處于這種情況下，它的反向電流將隨光射的強(qiáng)度變化而變化，即返鄉(xiāng)電流將隨紅外光脈的作用而變化。 紅外驅(qū)動(dòng)原理 紅外發(fā)光二極管是由 PN 結(jié)構(gòu)成的注入電流型發(fā)光器件，按照對(duì)發(fā)光管的驅(qū)動(dòng)方式的不同，發(fā)光二極管的驅(qū)動(dòng)方式分為直流驅(qū)動(dòng)、交流電流驅(qū)動(dòng)、和脈動(dòng)電流驅(qū)動(dòng)。單個(gè)發(fā)光二級(jí)管常見驅(qū)動(dòng)電路如圖 1 所示，圖 1 由四個(gè)基本的發(fā)光二極管驅(qū)動(dòng)電路組成，由圖可以看得出來單個(gè)二級(jí)管的驅(qū)動(dòng)只要給定發(fā)光二極管一個(gè)偏值電壓就可以驅(qū)動(dòng)。一般的要給發(fā)光二級(jí)管恒定的電流驅(qū)動(dòng)才能保證它的穩(wěn)定的工作。—3— IRLEDLEDIRLEDIRLEDIRLED VT1VT2VT1 VT2RsGBR1VDWEcVTRcGNDR1GNDGND202。228。200。235。（a） （b） （c） （d）圖 1 單個(gè)發(fā)光二極管驅(qū)動(dòng)電路由圖 1（a）可以看出其中 Rs 為限流電阻，改變 Rs 的阻值大小，使驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)光二級(jí)管的電流為最佳電流，從而使輸出紅外功率盡可能的大。限流電阻 Rs的阻值大小可由下式估算： Rs= （1）FcIUE?式中：E 為供電電源 GB 的電壓。U 為紅外發(fā)光二極管的正向壓降；I 為紅外發(fā)C F光二極管的工作電流。 發(fā)光二極管的輻射強(qiáng)度隨著工作電流 I 增大而加大。設(shè)計(jì)電路時(shí)，應(yīng)使 IF限定的在給定的電流范圍內(nèi)。I 的大小會(huì)影響管子的正向壓降 U 。管型不同 F F F，U 的值也不同。對(duì)于小功率的紅外發(fā)光二極管，在 I =10mA 時(shí)，其 U 的值為F～；對(duì)于大功率的紅外發(fā)光二極管，在 I =500mA 時(shí)，U 的值為～。而常見的可見光二極管，當(dāng) I =10mA 時(shí)，其正向