【正文】 基于單片機(jī)控制的紅外報警器設(shè)計(jì) 1 一 、 選題 背景 及類型 背景 現(xiàn)代社會智能化水平越來越高，給我們的生活帶來了很大便利。人們對安全有了很高的要求 ， 以前的機(jī)械報警器已經(jīng)不能滿足人們對安全的要求了，電子報警器代替了機(jī)械報警器，電子報警器 安裝方便，成本價格低，安全性高，已經(jīng)走進(jìn)人們的視野，在對于企業(yè)來講，高端技術(shù)的應(yīng)用能夠給企業(yè)帶來很高的利潤，減少不必要的安全損失 或者是財(cái)產(chǎn)損失；對于居民而言，生活水平的提高使大部分人都住進(jìn)了樓房，安全問題就出現(xiàn)了， 為了防止不必要的損失，加強(qiáng)自身財(cái)產(chǎn)的安全管理， 使用報警器就是必然的了 。 這不僅加強(qiáng)了安全，而且還使得 我們應(yīng)用更方便 、更經(jīng)濟(jì)， 為此 更準(zhǔn)確與更經(jīng)濟(jì)的控制方式使我們一直追求的目標(biāo)。 單片機(jī)控制的紅外線報警器就是一種比較實(shí)用而且價格實(shí)惠的報警器，在這方面的應(yīng)用是比較好的。 報警器的分類 報警器 是一種為防止或預(yù)防某事件發(fā)生所造成的后果，以聲音、光、氣壓等形式來提醒或警示我們應(yīng)當(dāng)采取某種行動的電子產(chǎn)品。 分為兩種報警器：機(jī)械報警器和電子報警器。 隨著科技的進(jìn)步，機(jī)械式報警器越來越多地被先進(jìn)的電子報警器代替，經(jīng)常應(yīng)用于系統(tǒng)故障、安全防范、交通運(yùn)輸、醫(yī)療救護(hù)、應(yīng)急救災(zāi)、感應(yīng)檢測等領(lǐng)域，與社會生產(chǎn)密不可分。 以下是常見的報警 器。 （ 1） 氣體報警器 （ 2） 煙霧報警器 （ 3） 燃?xì)鈭缶? （ 4） 可燃性氣體報警器 （ 5） 紅外線報警器 本文主要介紹的是紅外線報警器，以下就著重說一下有關(guān)紅外線報警器的一些知識 。 紅外 線 報警器 分 為 主動式和被動式兩種。主動式紅外線報警器，是報警器主動發(fā) 出紅外線，紅外 線碰到障礙物，就會反彈回來，被報警器的探頭接收。如果探頭監(jiān)測到 ，紅外線是靜止不動的，也就是不斷發(fā)出紅線線又不斷反彈的，那么報警器就不會報警。當(dāng)有會動的物體觸犯了這根看不見的紅線的時候，探頭就會檢測到有異常，就會報警。 被動式報警器少了一項(xiàng)功能，就是發(fā) 射紅外線。物理學(xué)上告訴我們，當(dāng)物體的溫度高于0K 的時候，就會發(fā)出紅外線，換句話說任何物體都能發(fā)出紅外線。而其后的原理，被 2 動式報警器和主動式是一樣的。 紅外線報警器對溫度敏感 ,溫度越高的物體輻射出的紅外線越強(qiáng) ,當(dāng)感應(yīng)到環(huán)境中存在高出背景強(qiáng)度的輻射時 ,就觸發(fā)反警。 把報警主機(jī)通電放在固定位置，把報警探頭掛在約 2 米高的地方，使其向前下方傾斜，以獲得較高的靈敏度。接通電源，經(jīng)過 1 分鐘左右的延時后，報警器進(jìn)入警戒狀態(tài)，這時，若有人進(jìn)入監(jiān)控區(qū)，即刻報警。報警約 1 分鐘，自動停止。然后重新處于警戒狀態(tài)。主人進(jìn)入時，首先按一 下遙控器上的關(guān)機(jī)鍵，隨著報警器一聲 “嘀 ”響，即關(guān)閉了報警器，進(jìn)入警戒區(qū)也不再報警。當(dāng)主人離開警戒區(qū)后，按一下開機(jī)鍵，隨一聲 “嘀 ”響，報警器重處于警戒狀態(tài)。遇到緊急情況，按一下緊急報警鍵，報警器即緊急報警。 報警器內(nèi)設(shè)有高，中，低三檔靈敏度調(diào)整，用戶可根據(jù)需要自行調(diào)整。 二 、硬件部分 （溫度傳感器） 的簡介 基于單片機(jī)控制的紅外報警器中的傳感器是 DS18B20（溫度傳感器），該傳感器由 DALLS半導(dǎo) 公司生產(chǎn)的 DS18B20 型單線智能溫度傳感器，屬于新一代適配微處理器的智能溫度傳感器，可 廣泛用于工業(yè)、民用、軍事等領(lǐng)域的溫度測量及控制儀測控系統(tǒng)和大型設(shè)備中。它具有體積小，接口方便，傳輸距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)。 下面主要是溫度傳感器的性能特點(diǎn)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)及控制方法。 性能特點(diǎn) （ 1） 采用單總線專用技術(shù)，既可通過串行口線，也可通過其它 I/O 口線與微機(jī)接口，無須經(jīng)過其它變換電路，直接輸出被測溫度值（ 9 位二進(jìn)制數(shù)，含符號位） 。 （ 2） 測溫范圍為 55℃ +125℃，測量分辨率為 ℃ 。 （ 3） 內(nèi)含 64 位經(jīng)過激光修正的只讀存儲器 ROM。 （ 4） 適配各種單片機(jī)或系統(tǒng)機(jī) 。 （ 5） 用戶可分 別設(shè)定各路溫度的上、下限 。 （ 6） 內(nèi)含寄生電源 。 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu) DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成： 64 位光刻 ROM（它 是出廠前被光刻好的，它可以看作是該 DS18B20 的地址序列號。不同的器件地址序列號不同。 ） ,溫度傳感器 ,非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器 TH 和 TL,高速暫存器。 DS18B20 的管腳排列如圖 1 所示。 基于單片機(jī)控制的紅外報警器設(shè)計(jì) 3 圖 1 DS18B20 引腳分布圖 控制方法 在硬件上， DS18B20 與單片機(jī)的連接有兩種方法，一種是 Vcc 接外部電源， GND 接地， I/O與單片機(jī)的 I/O 線相連；另一種是用寄生電源供電，此時 UDD、 GND 接地， I/O 接單片機(jī) I/O。無論是內(nèi)部寄生電源還是外部供電， I/O 口線要接 5KΩ左右的上拉電阻。 DS18B20 有六條控制命令，如表 1 所示： 指 令 約定代碼 操 作 說 明 溫度轉(zhuǎn)換 44H 啟動 DS18B20 進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換 讀暫存器 BEH 讀暫存器 9 個字節(jié)內(nèi)容 寫暫存器 4EH 將數(shù)據(jù)寫入暫存器的 TH、 TL 字節(jié) 復(fù)制暫存器 48H 把暫存器的 TH、 TL 字節(jié)寫到 E2RAM 中 重新調(diào) E2RAM B8H 把 E2RAM 中的 TH、 TL 字節(jié)寫到暫存器 TH、 TL字節(jié) 讀電源供電方式 B4H 啟動 DS18B20 發(fā)送電源供電方式的信號給主 CPU CPU 對 DS18B20 的訪問流程是：先對 DS18B20 初始化，再進(jìn)行 ROM 操作命令，最后才能對存儲器操作，數(shù)據(jù)操作。 DS18B20 每一步操作都要遵循嚴(yán)格的工作時序和通信協(xié)議。如主機(jī)控制 DS18B20 完成溫度轉(zhuǎn)換這一過程，根據(jù) DS18B20 的通訊協(xié)議，須經(jīng)三個步驟：每一次讀寫之前都要對 DS18B20 進(jìn)行復(fù)位，復(fù)位成功后發(fā)送一條 ROM 指令，最后發(fā)送 RAM 指令，這樣才能對 DS18B20 進(jìn)行預(yù)定的操作。 液晶屏 液晶顯示器以其微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧的諸多優(yōu)點(diǎn)，在袖珍式儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中得到越來越廣泛的應(yīng)用 。液晶顯示器可以分為兩大類，一類是點(diǎn)陣型， 4 另一類是字符型。 點(diǎn)陣型通常面積較大，可以顯示圖形 ；而一般的字符型液晶只有兩行，面積小，只能顯示字符和一些簡單的圖形，簡單易控制且成本低。與此同時 1062 液晶屏的實(shí)用性很高。 下面簡要的說明一下它的電氣連接 。 電氣連接 1602液晶屏 采用標(biāo)準(zhǔn)的 16腳接口 ，定義如下表 2所示： 表 2 1602 液晶屏 的引腳定義 注： （ 1） 液晶顯示偏壓信號：是指用于驅(qū)動 1602液晶屏 上的像素點(diǎn)改變顏色所用的電壓，此電壓可能接近 GND， 本實(shí)驗(yàn)板所用的 1602液晶是接近 GND。 （ 2） 讀寫選擇端 是用于控制對液晶的讀和寫的信號，在本實(shí)驗(yàn)板內(nèi)被直接連接在 GND上，即采用只寫不讀的方式（只要在兩次寫中間加適當(dāng)?shù)难訒r即可） 。 第 1 腳： VSS 為地電源 。 第 2 腳： VDD 接 5V 正電源 。 第 3 腳： V0 為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高，對比度過高時會產(chǎn)生 “ 鬼影 ” ，使用時可以通過一個 10K 的電位器調(diào)整對比度 。 第 4 腳： RS 為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。 第 5 腳： RW 為讀寫信號線，高電平時進(jìn)行讀操作，低電平時進(jìn)行寫操作。當(dāng) RS和RW 共同為低電平時可以寫 入指令或者顯示地址，當(dāng) RS 為低電平 RW 為高電平時可以讀忙信號，當(dāng) RS 為高電平 RW 為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。 第 6 腳： E 端為使能端，當(dāng) E 端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。 第 7～ 14 腳： D0～ D7 為 8 位雙向數(shù)據(jù)線。 第 15～ 16 腳：空腳 。 基于單片機(jī)控制的紅外報警器設(shè)計(jì) 5 圖 2 1602 液晶屏 蜂鳴器 蜂鳴器發(fā)聲原理是電流通過電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場來驅(qū)動振動膜發(fā)聲的，因此需要一定的電流才能驅(qū)動它，單片機(jī) IO引腳輸出的電流較小，單片機(jī)輸出的 TTL電平基本上驅(qū)動不了蜂鳴器，因此需要增加一個電流放大的電路。實(shí)驗(yàn)板通過 一個 三極管 Q1來放大驅(qū)動蜂鳴器。 蜂鳴器的正極接到 Q1的集電極 C極上面，蜂鳴器的負(fù)極地，三極管發(fā)射極 E極接電源 VCC，基級 B經(jīng)過限流電阻 R33后由單片機(jī)的 ，當(dāng) ，三極管 T1截止，沒有電流流過線圈，蜂鳴器不發(fā)聲當(dāng) P17輸出低電平時，三極管導(dǎo)通，這樣蜂鳴器的電流形成回路，發(fā)出聲音。因此，我們可以通過程序控制 聲音和關(guān)閉。程序中改變單片機(jī) ，就可以調(diào)整控制蜂鳴器音調(diào)，產(chǎn)生各種不同音色、音調(diào)的聲音。另外，改變 空比，則可以控制蜂鳴器的聲音大小。 單片機(jī)又稱單片微控制器 ,它不是完成某一個邏輯功能的芯片 ,而是把一個計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個芯片上。概括的講：一塊芯片就成了一臺計(jì)算機(jī)。它的體積小、質(zhì)量輕、價格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件。同時，學(xué)習(xí)使用單片機(jī)了解計(jì)算機(jī)原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇 .可以說，二十世紀(jì)跨越了三個“電”的時代，即電氣時代、電子時代和現(xiàn)已進(jìn)入的電腦時代。不過，這種電腦，通常是指個人計(jì)算機(jī)，簡稱 PC 機(jī)。它由主機(jī)、鍵盤、顯示器等組成（如圖 1 所示）。還有一類計(jì) 算機(jī)，大多數(shù)人卻不怎么熟悉。這種計(jì)算機(jī)就是把智能賦予各種機(jī)械的單片機(jī)（亦稱微控制器，如圖