【正文】 ....... 21 傳感器組成 ............................................. 21 紅外發(fā)光二極管 ......................................... 22 第 5 章 聲光報(bào)警電路 ........................................... 24 555 定時(shí)器組成的聲光報(bào)警電路 ........................... 24 發(fā)射器原理 ....................................... 24 接收器原理圖： AT89C2051 紅外接收電路圖 ........... 24 第 6 章 單片機(jī)控制紅外防盜報(bào)警系統(tǒng) ............................. 26 實(shí)驗(yàn)裝置 ............................................... 26 硬件電路 ............................................... 26 軟件設(shè)計(jì) ............................................... 28 系統(tǒng)調(diào)試 ............................................... 29 第 7 章 防盜報(bào)警器誤報(bào)的分析與解決方法 ......................... 30 防盜報(bào)警器故障引起的誤報(bào)警 ............................. 30 報(bào)警器設(shè)計(jì)引起的誤報(bào)警 ................................. 30 報(bào)警器安裝引起的誤報(bào)警 ................................. 31 用戶(hù)使用不當(dāng)引起的誤報(bào)警 ............................... 31 環(huán)境引起的誤報(bào)警 ....................................... 31 結(jié)論 ........................................................... 33 致謝 ........................................................... 34 參考文獻(xiàn) ....................................................... 35 青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) V 附錄 A ......................................................... 36 青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 前 言 科技發(fā)展到今天，人們的生活中涌現(xiàn)出各種各樣的科技產(chǎn)品，各種各樣的電子產(chǎn)品更是花樣百出、遍及人們生活中的每一部分。報(bào)警器為人們解決了不少問(wèn)題 .但是市場(chǎng)上的報(bào)警器大部分都是用于一些大公司財(cái)政機(jī)構(gòu)。針對(duì)偷盜、搶劫、火災(zāi)、煤氣泄漏等事故進(jìn)行檢測(cè)和報(bào)警的系統(tǒng)，其需求也越來(lái)越高。這種監(jiān)控報(bào)警裝置廣泛應(yīng)用與博物館、單位要害部門(mén)和家庭的防護(hù)。本設(shè)計(jì)就是為了滿(mǎn)足現(xiàn)代住宅防盜的需要而設(shè)計(jì)的家庭式電子防盜系統(tǒng)。但是與國(guó)外廠(chǎng)商相比還有很大差距。采用無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸方式，不需重新布線(xiàn)，特別適用于已裝修用戶(hù)及布線(xiàn)不方便的場(chǎng)合。如果紅外線(xiàn)一直照射，無(wú)不平衡電荷，電壓的變化為零。 青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 第 2 章 紅外線(xiàn) 紅外線(xiàn)簡(jiǎn)介 紅外線(xiàn) 紅外線(xiàn)是太陽(yáng)光線(xiàn)中眾多不可見(jiàn)光線(xiàn)中的一種，由德國(guó)科學(xué)家霍胥爾于1800 年發(fā)現(xiàn)，又稱(chēng)為紅外熱輻射 ,他將太陽(yáng)光用三棱鏡分解開(kāi)，在各種不同 顏色的色帶位置上放置了溫度計(jì)，試圖測(cè)量各種顏色的光的加熱效應(yīng)。 1666 年，英國(guó)物理學(xué)家 ，太陽(yáng)光經(jīng)過(guò)三棱鏡后分裂成彩色光帶──紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫。 1864 年，英國(guó)物理學(xué)家 青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 總結(jié)了當(dāng)時(shí)已有的電磁學(xué)規(guī)律 ,提出了存在電磁波的可能性 ,它的傳播速度可用純電學(xué)量計(jì)算出來(lái)。輻射原理 所有的物體都是由不斷震動(dòng)的原子構(gòu)成的，高能量的原子震動(dòng)頻率越高。視度操作 D： S是指視點(diǎn)直徑距離的比率，它包括目標(biāo)物前面最大限度接受輻射的 90%。與紅外線(xiàn)相關(guān)的技術(shù)還有：探測(cè)技術(shù) 。一切軍事目標(biāo)，如海洋中的艦船、地面部隊(duì)行動(dòng)及各種裝備、空中的飛機(jī)、導(dǎo)彈，都散發(fā)熱量，發(fā)出大量的紅外輻射。 3. 探測(cè)器在焦平面上實(shí)現(xiàn)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)功能，按程序進(jìn)行邏輯處理，使紅外整機(jī)實(shí)現(xiàn)智能化。一個(gè)紅外探測(cè)器至少有一個(gè)對(duì)紅外輻射產(chǎn)生敏感效應(yīng)的物體，稱(chēng)為響應(yīng)元。由于這種變化是由入射光子數(shù)的變化引起的，光子探測(cè)器的響應(yīng)正比于吸收的光子數(shù)。分別利用上述不同性能可制成多種熱探測(cè)器： 1. 液態(tài)的水銀溫度計(jì)及氣動(dòng)的高萊池 (Golay cell)：利用了材料的熱脹 冷縮效應(yīng)。 7. 光電導(dǎo)探測(cè)器：又稱(chēng)光敏電阻。 10. 量子阱探測(cè)器 (QWIP)：將兩種半導(dǎo)體材料用人工方法薄層交替生長(zhǎng)形成超晶格，在其界面有能帶突變，使得電子和空穴被限制在低勢(shì)能阱內(nèi)，從而能量量子化形成量子阱。 (1) 由于 89C2051 內(nèi)部程序存貯器為 Flash，所以修改它內(nèi)部的程序十分方便快捷，只要配備一個(gè)可以編程 89C2051 的編程器即可。但壓差取得大時(shí)，又會(huì)增加集成塊的功耗，所以，兩者應(yīng)兼顧，即既保證在最大負(fù)載電流時(shí)調(diào)整管不進(jìn)入飽和，又不致于功耗偏大。 555定時(shí)器成本低，性能可靠，只需要青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 外接幾個(gè)電阻、電容，就可以實(shí)現(xiàn)多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與變換電路。 1腳： GND(或 Vss)外接電源負(fù)端 VSS 或接地，一般情況下接地。 5腳： CO(或 VC)為控制電壓端?；?RS觸發(fā)器的輸出狀態(tài)受比較器 C C2的輸出端控制。 3. 組成占空比可調(diào)的多諧振蕩器 電路如 圖 49， D D2 用來(lái)決定電容充、放電電流流經(jīng)電阻的途徑 (充電時(shí)D1導(dǎo)通， D2截止；放電時(shí) D2導(dǎo)通， D1截止 )。此時(shí) UO=UOL≈ 0，即輸出為低電平。 圖 412 反相器 CC4069 CC4069 其他應(yīng)用 CC4069 構(gòu)成的低成本積分器 如 圖 413 所示，為低成本積分電路。由于低頻振蕩器Ⅰ的輸出端 3 接到高頻振蕩器Ⅱ的復(fù)位端 4，故當(dāng)振蕩器Ⅰ的輸出電壓 uo1為高電平時(shí)，振蕩器Ⅱ就振蕩；當(dāng) uo1 為低電平時(shí)，振蕩器Ⅱ停止振蕩，從而使揚(yáng)聲器便發(fā)出間歇聲響。 當(dāng)輸出為規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)時(shí)，則一般稱(chēng)為變送器。管徑有φ 3mm、φ 5mm，兩種，常用的是φ 5mm 的。常見(jiàn)的紅外發(fā)光二極管，其功率分為小功率(1mW10mW)、中功率 (20mW50mW)和大功率 (50mW100mW 以上 )三大類(lèi)。在該電路中， k1 為開(kāi)關(guān)，NE555 組成一個(gè)振蕩頻率約為 32kHz 的多諧振蕩器，由振蕩器③腳輸出調(diào)制脈沖通過(guò)紅外發(fā)送管向外發(fā)送。 圖 52 接收器電路原理圖 青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 26 第 6 章 單片機(jī)控制紅外防盜報(bào)警系統(tǒng) 實(shí)驗(yàn)裝置 變壓器 (+5V)、 無(wú)極性電容、 保險(xiǎn)管、 無(wú)極性電容、 1K電 晶錚、 20uF 無(wú)極性電容、 30pF 無(wú)極性電容 (3 個(gè) )、 78L05 三端穩(wěn)壓管、AT89S2051 單片機(jī)、 100K 電阻、 270電阻、 470 電阻 、 470uF 極性電容、 555 定時(shí)器、 2021uF 極性電容揚(yáng)聲器、 CMOS6 反相器 CC406 30uF 極性電容、紅色發(fā)光二極 IN4007 二極管 (4 個(gè) )、紅外線(xiàn)發(fā)射 (接收 )(對(duì) 10K 電阻 (7 個(gè) )、 PCB 版、排線(xiàn)。 VD1VD6為紅外發(fā)射管，其負(fù)極端接與 P1 口， P1口設(shè)置為輸出狀態(tài)，當(dāng) P1 口為“ 0”時(shí)，VD1~VD6 發(fā)紅外光。其中 555 定時(shí)器接成了一個(gè)低頻多諧振蕩器，其控制電壓輸入端 5 腳與單片機(jī) AT89C2051 的 腳相連，受 腳輸出的高低電平間隔1S的脈沖信號(hào)控制。 電路原理圖如 圖 61所示。先在 Keilc51 環(huán)境中進(jìn)行軟件調(diào)試，再利用編程器將調(diào)試好的程序固化到 AT89C2051 單片機(jī)中。 (4) 將固化好程序的 AT89C2051 插入電路中的 U1 插座上，接上電源即可工作。 無(wú)論是損壞性故障還是漂移性故障都將使系統(tǒng)誤報(bào)警，要減少由此產(chǎn)生的誤報(bào)警必須提高產(chǎn)品的設(shè)計(jì)水平和工藝水平，在作系統(tǒng)設(shè)計(jì)的同時(shí)，還需作可行性設(shè)計(jì)，如冗余設(shè)計(jì)、三防設(shè)計(jì) (防潮、防鹽霧、防霉菌 )等。 (3) 焊點(diǎn)有虛焊、毛刺現(xiàn)象，或是屏蔽措施不得當(dāng)。對(duì)用戶(hù)使用不當(dāng)進(jìn)行分析，弄清錯(cuò)誤所在，提高使用者的水平，可以大大降低報(bào)警系統(tǒng)的誤報(bào)警次數(shù)。 青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 33 結(jié) 論 系統(tǒng)的硬件部分包括電源電路、單片機(jī)系統(tǒng)和聲光報(bào)警電路，該系統(tǒng)用紅外線(xiàn)收發(fā)管進(jìn)行檢測(cè)，探測(cè)信號(hào)采用脈沖信號(hào)，節(jié)能且抗干擾；當(dāng)檢測(cè)到有人闖入時(shí)就由 口輸出高低電平間隔 1S 的脈沖信號(hào)去驅(qū)動(dòng)聲光報(bào)警電路，產(chǎn)生聲光報(bào)警。 青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 34 。為此，科技人員又將 微處理技術(shù)引進(jìn)報(bào)警系統(tǒng)，使其具備一定的鑒別和思考能力，能在一定程度上判斷是入侵者還是環(huán)境噪擾引起的報(bào)警。 用戶(hù)使用不當(dāng)引起的誤報(bào)警 由于用戶(hù)使用不當(dāng)常常會(huì)引起報(bào)警系統(tǒng)的誤報(bào)警。 青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 31 報(bào)警器安裝引起的誤報(bào)警 這部分問(wèn)題 主要表現(xiàn)在以下方面： (1) 沒(méi)有嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求施工。例如：溫度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致電阻阻值的 變化，此時(shí)設(shè)備表現(xiàn)為時(shí)好時(shí)壞。用相同方法反復(fù)調(diào)整其他幾對(duì) 紅外收發(fā)管的位置和角度。如圖 62所示。同時(shí)， 腳輸出的高低電平間隔 1S的脈沖信號(hào)經(jīng)電阻 R8 加到紅色發(fā)光二極管 VD13 上， VD13 將閃爍發(fā)光。 3. 聲光報(bào)警電路。 C1， R0， R1 和復(fù)位按鈕 RESET組成手動(dòng)電平復(fù)位和上電自動(dòng)復(fù)位電路； C2， C3 以及晶振 JT1 組成時(shí)鐘電路；C4， C5 為 +5V 電源濾波電容。時(shí)， 腳輸 出的高低電平間隔 1S 的脈沖信號(hào)經(jīng)電阻 R8 加到紅色發(fā)光二極 VD13 上， VD13 將閃爍發(fā)光。雙管紅外發(fā)射電路，可提高發(fā)射功率，增加紅外發(fā)射的作用距離。提高 Ip 的方法 ，是減小脈沖占空比，即壓縮脈沖的寬度 T，一些彩電紅外遙控器，其紅外發(fā)光管的工作脈沖占空比約為 1/31/4；一些電器青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 產(chǎn)品紅外遙控器，其占空比是 1/10。紅外發(fā)光二極管所發(fā)的光是視覺(jué)看不到的紅外光，而普通發(fā)光二極管發(fā)出的是可見(jiàn)光。 (2) 轉(zhuǎn)換元件 (變換器 )。 青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 圖 413 CC4069構(gòu)成的低成本積分器 模擬聲響發(fā)生器 (揚(yáng)聲器 ) 圖 414 是由兩個(gè)多諧振蕩器構(gòu)成的模擬聲響發(fā)生器。此器件主要用作通用反相器，即用于不需要中功率 TTL 驅(qū)動(dòng)和邏輯電平轉(zhuǎn)換的電路中。 青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 圖 410 CMOS反相器 工作原理： (1) 當(dāng) UI=UIL=0V 時(shí)， UGS1=0，因此 V1管截止，而此時(shí) |UGS2|＞ |UTP|，所以 V2 導(dǎo)通，且導(dǎo)通內(nèi)阻很低，所以 UO=UOH≈ UDD， 即輸出為高電平。 外部元件的穩(wěn)定性決定了多諧振蕩器的穩(wěn)定性， 555 定時(shí)器配以少量的元件即可獲得較高精度的振蕩頻率和具有較強(qiáng)的功率輸出能力。比較器由兩個(gè)結(jié)構(gòu)相同的集成運(yùn)放 C C2組成。 4腳： R是直接清零端。555 定時(shí)器的輸出端電流可以達(dá)到 200mA，因此可以直接驅(qū)動(dòng)與這個(gè)電流數(shù)值相當(dāng)?shù)呢?fù)載，如繼電器、揚(yáng)聲器、發(fā)光二極管等。一般用雙極性工藝制作的稱(chēng)為 555，用 CMOS 工藝制作的稱(chēng)為 7555，除單定時(shí)器外，還有對(duì)應(yīng)的雙定時(shí)器 556/7556。在使用時(shí)必須注意： (VI)和 (Vo)之間的關(guān)系，以 7805 為例，該三端穩(wěn)壓器的固定輸出電壓是 5V，而輸入電壓至少大于 7V，這樣輸入 /輸出之間有 2－ 3V 及以上的壓差。 1. 程序保密： 89C2051 設(shè)計(jì)有 2 個(gè)程序保密位，保密位 1 被編程之后，程序存儲(chǔ)器不能再被編程除非做一次擦除，保密位 2被編程之后，程序不能被讀出。與光電導(dǎo)探測(cè)器比較，光伏探測(cè)器背景限探測(cè)率大 40%，不需要外加偏置電場(chǎng)和負(fù)載電阻，不消耗功率，有高的阻抗。如果室溫超導(dǎo)成為現(xiàn)實(shí)，將是 21 世紀(jì)最引人注目的一類(lèi)探測(cè)器； 青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 5. 熱釋電探測(cè)器：有些晶體，如硫酸三甘酞 、鈮酸鍶鋇等，當(dāng)受到紅外輻射照射溫度升高時(shí)，引起自發(fā)極化強(qiáng)度變化，結(jié)果在垂直于自發(fā)極化方向的晶體兩個(gè)外表面之間產(chǎn)生微小電壓，由此能測(cè)量紅外輻射的功率。 紅外探測(cè)器分類(lèi) 紅外探測(cè)器制備涉及物理、材料、化學(xué)、機(jī)械、微電子、計(jì)算機(jī)等多學(xué)科，是一門(mén)綜合科學(xué)。根據(jù)能量轉(zhuǎn)換方式，紅外探測(cè)器青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 可分為熱探測(cè)器和光子探測(cè)器兩大類(lèi)?，F(xiàn)代紅外探測(cè)器所利用的主要是紅外熱效應(yīng)和光電效應(yīng)。 1. 紅外焦平面器件發(fā)展到高密度、快響應(yīng)、元數(shù)達(dá)到 106— 108元以上的大青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 規(guī)模集成器件，由二維向三維多層次 結(jié)構(gòu)發(fā)展