【正文】 使V0輸出從低到高時(shí)視為有效觸發(fā)。在輸出延遲時(shí)間Tx之外和無VS的上跳變沿電平狀態(tài)。3RR1輸出延遲時(shí)間Tx調(diào)節(jié)端。4RC1輸出延遲時(shí)間Tx調(diào)節(jié)端。5RC2觸發(fā)封鎖時(shí)間Ti調(diào)節(jié)端。6RR2觸發(fā)封鎖時(shí)間Ti調(diào)節(jié)端。7VSS工作電源負(fù)極。8VRFI參考電壓及復(fù)位輸出端；通常接VDD。9VCI觸發(fā)禁止端；當(dāng)VcVR時(shí)允許觸發(fā)。(VR≈)10IB運(yùn)算放大器偏置電流設(shè)置端。11VDD工作電源正極。122OUTO第二級(jí)運(yùn)算放大器的輸出端。132INI第二級(jí)運(yùn)算放大器的反向輸出端。141IN+I第一級(jí)運(yùn)算放大器的同相輸出端。151INI第一級(jí)運(yùn)算放大器的反相輸出端。161OUO第一級(jí)運(yùn)算放大器的輸出端。菲涅爾透鏡 () ，又稱螺紋透鏡，是由法國物理學(xué)家奧古斯汀?菲涅爾（Augustin?Fresnel)發(fā)明的，他在1822年最初使用這種透鏡設(shè)計(jì)用于建立一個(gè)玻璃菲涅爾透鏡系統(tǒng)——燈塔透鏡。菲涅爾透鏡多是由聚烯烴材料注壓而成的薄片，也有玻璃制作的，鏡片表面一面為光面，另一面刻錄了由小到大的同心圓，它的紋理是利用光的干涉及擾射和根據(jù)相對(duì)靈敏度和接收角度要求來設(shè)計(jì)的，透鏡的要求很高，一片優(yōu)質(zhì)的透鏡必須是表面光潔，紋理清晰，其厚度隨用途而變，多在1mm左右，特性為面積較大，厚度薄及偵測(cè)距離遠(yuǎn)。 菲涅爾透鏡菲涅爾透鏡作用有兩個(gè)：一是聚焦作用；二是將探測(cè)區(qū)域內(nèi)分為若干個(gè)明區(qū)和暗區(qū)，使進(jìn)入探測(cè)區(qū)域的移動(dòng)物體能以溫度變化的形式在PIR上產(chǎn)生變化熱釋紅外信號(hào)。菲涅爾透鏡的在很多時(shí)候相當(dāng)于紅外線及可見光的凸透鏡，效果較好，但成本比普通的凸透鏡低很多。多用于對(duì)精度要求不是很高的場(chǎng)合，如幻燈機(jī)、薄膜放大鏡、紅外探測(cè)器等。其原理如下：假設(shè)一個(gè)透鏡的折射能量僅僅發(fā)生在光學(xué)表面（如：透鏡表面），拿掉盡可能多的光學(xué)材料，而保留表面的彎曲度。： 傳統(tǒng)透鏡到菲涅爾透鏡結(jié)構(gòu)的變化另外一種理解就是，透鏡連續(xù)表面部分“坍陷”到一個(gè)平面上。： 塌陷到平面示意圖從剖面看，其表面由一系列鋸齒型凹槽組成，中心部分是橢圓型弧線。每個(gè)凹槽都與相鄰凹槽之間角度不同，但都將光線集中一處，形成中心焦點(diǎn)，也就是透鏡的焦點(diǎn)。每個(gè)凹槽都可以看做一個(gè)獨(dú)立的小透鏡，把光線調(diào)整成平行光或聚光。這種透鏡還能夠消除部分球形像差。 簡單地說，菲涅爾透鏡一面是平坦的，另一面是凸起的。人們首次使用菲涅爾透鏡是在18世紀(jì)初，當(dāng)時(shí)它被用在燈塔的探照燈上，聚焦射出來的光束。當(dāng)人們需要一面又薄又輕的透鏡時(shí)，塑料菲涅爾透鏡便派上了用場(chǎng)。盡管成像質(zhì)量不如玻璃透鏡，但是在很多應(yīng)用中我們并不需要完美的圖像質(zhì)量。 菲涅爾透鏡的原理基于菲涅爾波帶片，菲涅爾波帶片具有類似透鏡的作用，它可以使入射光匯聚起來，產(chǎn)生極大的光強(qiáng)。它也有類似于透鏡的成像公式 ，式中 為光源到波帶的距離， 為透鏡中心到像點(diǎn)的距離 （ 透鏡半徑、 為波帶數(shù)、 為入射光波長）。但波帶片與透鏡有個(gè)重要的區(qū)別，即一個(gè)波帶片有很多焦點(diǎn)，上式給出的是它的主焦點(diǎn)，除此之外，還有一系列的次焦點(diǎn)，它們的距離分別是 。在其對(duì)稱位置（即 ）還存在著一系列虛焦點(diǎn)。通過上述介紹可知，熱釋電紅外傳感模塊是一種能檢測(cè)人或物體所發(fā)射的紅外線而輸出電信號(hào)的傳感器。型號(hào)為HCSR501，： 熱釋電紅外傳感模塊HCSR501外形圖由圖可知，HCSR501具有延時(shí)調(diào)節(jié)和距離調(diào)節(jié)，本設(shè)計(jì)中將延時(shí)設(shè)置為100s，將距離設(shè)置為20cm。為檢測(cè)準(zhǔn)確起見，我將紅外檢測(cè)模塊還配有360度菲涅爾透鏡，模塊背面焊有高電平、低電平以及輸出端三個(gè)端口。 在此模塊中，利用型號(hào)為AT89S51的單片機(jī)作為核心控制部件來實(shí)現(xiàn)對(duì)煙霧、溫度、人為非法入侵信等號(hào)的接收及控制蜂鳴器報(bào)警。在此部分中，為實(shí)現(xiàn)上述功能，對(duì)單片機(jī)進(jìn)行了簡單的編程并在Protues軟件中實(shí)現(xiàn)了仿真。此外，AT89S51還具有其自身的復(fù)位電路和晶振電路。AT89S51是一個(gè)低功耗，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4k Bytes ISP(Insystem programmable)的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的AT89S51可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價(jià)比的解決方案。 AT89S51特點(diǎn)AT89S51具有40個(gè)引腳，4k的 Bytes Flash片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）口，5個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)2層中斷嵌套中斷，2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口，看門狗（WDT）電路，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。此外，AT89S51設(shè)計(jì)和配置了振蕩頻率可為0Hz并可通過軟件設(shè)置省電模式?？臻e模式下，CPU暫停工作，而RAM定時(shí)計(jì)數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存RAM的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。同時(shí)該芯片還具有PDIP、TQFP和PLCC等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。 其主要特性為： (1)8031 CPU與MCS51 兼容；(2)4K字節(jié)可編程FLASH存儲(chǔ)器(壽命：1000寫/擦循環(huán))；(3)全靜態(tài)工作：0Hz33MHz；(4)三級(jí)程序存儲(chǔ)器保密鎖定；(5)128*8位內(nèi)部RAM；(6)32條可編程I/O線；(7)兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；(8)6個(gè)中斷源；(9)可編程串行通道；(10)低功耗的閑置和掉電模式；(11)片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路。 AT89S51管腳說明：： AT89S51管腳圖VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。 P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。 P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。 P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。 RXD（串行輸入口）。 TXD（串行輸出口）。 /INT0（外部中斷0）。 /INT1（外部中斷1）。 T0（記時(shí)器0外部輸入）。 T1（記時(shí)器1外部輸入）。 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通）。 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）。P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。 I/O口作為輸入口時(shí)有兩種工作方式，即所謂的讀端口與讀引腳。讀端口時(shí)實(shí)際上并不從外部讀入數(shù)據(jù)，而是把端口鎖存器的內(nèi)容讀入到內(nèi)部總線，經(jīng)過某種運(yùn)算或變換后再寫回到端口鎖存器。只有讀端口時(shí)才真正地把外部的數(shù)據(jù)讀入到內(nèi)部總線。上面圖中的兩個(gè)三角形表示的就是輸入緩沖器CPU將根據(jù)不同的指令分別發(fā)出讀端口或讀引腳信號(hào)以完成不同的操作。這是由硬件自動(dòng)完成的，不需要我們操心，1然后再實(shí)行讀引腳操作，否則就可能讀入出錯(cuò)，為什么看上面的圖，如果不對(duì)端口置1端口鎖存器原來的狀態(tài)有可能為0Q端為0Q^為1加到場(chǎng)效應(yīng)管柵極的信號(hào)為1，該場(chǎng)效應(yīng)管就導(dǎo)通對(duì)地呈現(xiàn)低阻抗，此時(shí)即使引腳上輸入的信號(hào)為1，也會(huì)因端口的低阻抗而使信號(hào)變低使得外加的1信號(hào)讀入后不一定是1。若先執(zhí)行置1操作，則可以使場(chǎng)效應(yīng)管截止引腳信號(hào)直接加到三態(tài)緩沖器中實(shí)現(xiàn)正確的讀入，由于在輸入操作時(shí)還必須附加一個(gè)準(zhǔn)備動(dòng)作，所以這類I/O口被稱為準(zhǔn)雙向口。89C51的P0/P1/P2/P3口作為輸入時(shí)都是準(zhǔn)雙向口。接下來讓我們?cè)倏戳硪粋€(gè)問題，從圖中可以看出這四個(gè)端口還有一個(gè)差別，除了P1口外P0P2P3口都還有其他的功能。 RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。 /PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。 /EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 AT89SXX系列單片機(jī)實(shí)現(xiàn)了ISP下載功能，故而取代了89CXX系列的下載方式，也是因?yàn)檫@樣，ATMEL公司已經(jīng)停止生產(chǎn)89CXX系列的單片機(jī)，現(xiàn)在市面上的AT89CXX多是停產(chǎn)前的庫存產(chǎn)品。 在控制模塊中，我利用單片機(jī)編程實(shí)現(xiàn)了對(duì)氣體、溫度和非法入侵信號(hào)的檢測(cè)和報(bào)警。具體編程程序見附錄二。在程序中，設(shè)定單片基檢測(cè)煙霧傳感器的高電平信號(hào)為有效信號(hào)；檢測(cè)溫度報(bào)警器超標(biāo)溫度為40176。C；在檢測(cè)紅外熱式電感應(yīng)信號(hào)時(shí)，存在HCSR501自身的誤操作情況。具體來說，當(dāng)電路通電時(shí)，HCSR501即可檢測(cè)出人為入侵信號(hào)并將信號(hào)立即傳輸給單片機(jī)從而驅(qū)動(dòng)蜂鳴器報(bào)警，為了克服這種情況，我在程序中預(yù)先設(shè)定延時(shí)100s，再由HCSR501判斷周圍環(huán)境是否有紅外信號(hào)并檢測(cè)報(bào)警。為了顯示不同的報(bào)警，我在程序中將不同頻率的聲控報(bào)警信號(hào)分配于三種檢測(cè)信號(hào)，具體情況見源程序及聲控報(bào)警模塊。在程序編寫的基礎(chǔ)上，對(duì)其在Protues軟件中進(jìn)行了仿真。具體仿真電路圖見附錄三。單片機(jī)最小系統(tǒng)，是指用最少的元器件組成單片機(jī)可以工作的應(yīng)用系統(tǒng)。對(duì)S51系列單片機(jī)來說，最小系統(tǒng)一般應(yīng)該包括：單片機(jī)、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路。： 單片機(jī)最小系統(tǒng)框圖(a)復(fù)位電路：單片機(jī)系統(tǒng)常常有上電復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方法。所謂上電復(fù)位，是指計(jì)算機(jī)加電瞬間，要在RST引腳上出現(xiàn)大于10ms的正脈沖，使單片機(jī)進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)。按鈕復(fù)位是指在用戶按下“復(fù)位”按鈕，使單片機(jī)進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)。復(fù)位時(shí)靠外部電路實(shí)現(xiàn)的。上電時(shí)，+5V電源立即對(duì)單片機(jī)芯片進(jìn)行供電，同時(shí)經(jīng)R1對(duì)C1充電。C1上電壓建立的過程就產(chǎn)生一定寬度的負(fù)脈沖，經(jīng)過反相后，RST上出現(xiàn)正脈沖，使單片機(jī)實(shí)現(xiàn)了上電復(fù)位。按鈕按下時(shí)，RST上同樣出現(xiàn)高電平，實(shí)現(xiàn)了按鈕復(fù)位。(b)時(shí)鐘電路：單片機(jī)的定時(shí)控制功能是由片內(nèi)的時(shí)鐘電路和定時(shí)電路來完成的，而片內(nèi)的時(shí)鐘產(chǎn)生方式有兩種：內(nèi)部時(shí)鐘方式和外部時(shí)鐘方式。本文就采用內(nèi)部時(shí)鐘方式。內(nèi)部時(shí)鐘方式片內(nèi)高增益反相放大器通過XTAL1和XTAL2外接作為反饋元件的晶體與電容組成的并聯(lián)諧振回路，構(gòu)成一個(gè)自激振蕩器向內(nèi)部時(shí)鐘電路提供振蕩時(shí)鐘。振蕩器的頻率主要取決于晶體的振蕩頻率，~12MHz之間任選；電容CC3的值則有微調(diào)作用，通常取30pF左右的瓷片電容。 (c)單片機(jī):最小系統(tǒng)中復(fù)位電路的電容C1的大小直接影響單片機(jī)的復(fù)位時(shí)間，一般采用10uF左右極性電容，單片機(jī)最小系統(tǒng)的電容值越大復(fù)位的時(shí)間越短。在正常工作的情況下可以采用更高頻率的晶振，單片機(jī)最小系統(tǒng)晶振的振蕩頻率直接影響單片機(jī)的處理速度，頻率越大處理速度越快。特別注意：對(duì)于31腳(/EA/Vpp)，當(dāng)接高電平時(shí)，單片機(jī)在復(fù)位后從內(nèi)部ROM的0000H開始執(zhí)行；當(dāng)接低電平時(shí)，復(fù)位后直接從外部ROM的0000H開始執(zhí)行。： 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路圖4聲控報(bào)警模塊在本設(shè)計(jì)中，利用主程序控制蜂鳴器發(fā)出不同的報(bào)警聲音來顯示不同的報(bào)警。具體來說 ，設(shè)置煙霧超標(biāo)報(bào)警為蜂鳴器長鳴，設(shè)置每隔100ms蜂鳴器響一次為溫度超標(biāo)報(bào)警，設(shè)置每隔10ms蜂鳴器響一次為非法入侵報(bào)警。： 蜂鳴器的報(bào)警電路圖，當(dāng)單片機(jī)輸出低電平時(shí)蜂鳴器報(bào)警，即當(dāng)單片機(jī)寫出低電平時(shí)三極管9018導(dǎo)通，故三極管在報(bào)警電路中相當(dāng)于一個(gè)開關(guān)。總結(jié)本設(shè)計(jì)以單片機(jī)AT89S51為主要控制部件，以氣敏性煙霧報(bào)警器MQ2及其外圍電路為檢測(cè)煙霧超標(biāo)的元件，以溫度傳感器DS18B20及其外圍電路以及煙霧傳感模塊作為檢測(cè)火災(zāi)的元件，以紅外熱式電感應(yīng)模塊HCSR501作為檢測(cè)非法人為入侵的元件，通過軟件編程下載實(shí)現(xiàn)了煙霧、火災(zāi)、人為入侵的不同種類報(bào)警。此報(bào)警系統(tǒng)輕便靈巧、電路簡單易實(shí)現(xiàn)，所使用的各類元器件靈敏度較高，所以，本設(shè)計(jì)具有較強(qiáng)的應(yīng)用性。