【文章內容簡介】 保護電源模塊，起到分壓作用。正常情況下 LED的工作電壓在 左右而電源提供的電壓是 5V 左右，如果不加保護電阻的話，可以用恒流源供電，但是恒流源比較復雜，不如用恒壓源加保護電阻方便簡單。恒壓源方便而且容易得到。只要根據公式算出分壓的電阻的阻值大小即可。根據R=(UUled)/I 可以算出保護電阻的阻值范圍是 150Ω 到 660Ω，但由于 LED 的電壓達不到 ，為了確保安全起見，顧把保護電阻的阻值選為 1000Ω。 其電路原理圖如圖 42 所示。 晶振電路的 設計 圖 43 晶振電路原理圖 此 晶振電路 設計中使用了 30PF 的電容和 12MHZ 的晶振 來組成 。 電路原理圖如圖 43 所示， 其中晶振的 一端 連接到反向放大器的輸入 XTAL1 上，另一端連接到 反向放大器的輸出 XTAL2 上 。引腳分別是 18 腳和 19 腳，兩條引腳不分正負。晶振為 STC89C52RC 提供穩(wěn)定的時鐘脈沖信號，使單片機進行工作。 復位電路 的設計 王成龍：基于單片機的無線防盜報警器的設計 14 圖 44 復位電路原理圖 在 設計 復位電路系統 時 使用了 分別使用了 10K 和 1K 的 兩個 電阻器、 一個 10uf 的電容器 和 一個按鍵。 ⑴ 在復位方法有上電復 位電路和手動復位電路兩種。本 無線防盜報警器 系統采用的是外部手動 的方法 。 ⑵ 復位作用：系統正常工作前的初始化準備；程序運行錯誤時，重啟系統；操作有誤時，重啟系統。 ⑶ 復位條件：當第 9 引腳連接高電平持續(xù)兩個機器周期以上的時間會產生復位動作。 從機系統模塊設計 本設計的電路模塊包括紅外傳感器電路、信號放大電路和無線收發(fā)電路等模塊。下面具體介紹各個模塊。 紅外熱釋電傳感器 ⑴ 紅外熱釋電傳感器的介紹 被動式紅外熱釋電傳感器是由傳感探測元、場效應匹配器和干涉濾波器三個部分組成。其主要組成材料是 由一種高熱電系數，如 鉭酸鋰 和硫酸三甘鈦等制成[6]。一般 2*1mm 是它的 大小 規(guī)格 。 一般 在 熱釋電紅外傳感器的 探測器里面裝入一至兩個 這樣規(guī)格的 探測元件，為了克服自身由溫度升高而產生的誤差，將兩個探測元件以 反極性 串聯。探測元件會把接收到或者探測到的紅外輻射轉變?yōu)槲⑷醯碾妷盒盘?。要使信號能夠發(fā)大， 這時探頭內的場效應管起到放大作用，把接收到的電壓信號向外輸出。 具體設計 如圖 45 所示 蚌埠學院本科畢業(yè)設計（論文） 15 雙 探 測 元濾 光 片熱 電 元DSG 圖 45 雙探測元熱釋電紅外傳感器 紅外傳感器自身也有它的優(yōu)缺點，優(yōu)點是它本身無輻射、 靈敏度高、 功耗小 、隱蔽性好等 突出性的 優(yōu)點。缺 點是容易受各中 外界各種因素干擾 、 穿透差 ，所以當人體 發(fā)射出 的紅外輻射 遭到 外物遮擋 時 ， 就會 造成信息不能被探頭接收； 還有情況是 當環(huán)境溫度和人體溫度 達到 非常接近 程度 時，探測的靈敏度將會有明顯的下降趨勢，可能還會造成短時間的失靈。被動式紅外熱釋電傳感器的實物圖如圖46 所示。 圖 46 紅外熱釋電傳感器實物圖 ⑵ 菲涅爾透鏡的介紹 菲涅爾透鏡是由一位著名的法國物理學家 發(fā)明的， 是具有微 小 細 致 結構的 的 一種光學元件，又名螺紋透鏡。一般是由聚烯烴材料注壓而成的白色乳狀的薄片 [7]。鏡片 具 有兩面， 其中 外觀 表面 是 為光面， 在其 另一面 是被刻錄了由小到大的同心圓 。鏡片上的紋理的設計是根據 光的干涉及擾射 ，還有就是根據它的 相對靈敏度和接收角度 等 要求。多元陣列式菲涅爾透鏡現在一般用在人體感應系統中的光調制器中，它起到 兩種作用非別是 調制器和紅外輻射收集器 。 菲涅爾透鏡 的整個設計和制作都是 利用了特殊的光學原理。 特殊的地方在于王成龍：基于單片機的無線防盜報警器的設計 16 他在 探測器前方會產生一個交替變化區(qū)域，分別是 “高靈敏區(qū) ”和 “盲區(qū) ”兩個區(qū)域， 以至于熱釋電紅外的 探測和接收的靈敏度 得到 提高。當有人經過透鏡時，被動式紅外熱釋電傳感器會檢測到人體發(fā)出的紅外線，此 時紅外線不斷地從一個區(qū)域交替進入另一個區(qū)域，即 “盲區(qū) ”和 “高靈敏區(qū) ”的 交替進入，紅外信號 被 接收到 ，最后 以 不穩(wěn)定的 脈沖形式輸入， 有時變強有時變弱， 從而強其能量幅度。菲涅爾透鏡的實物圖如圖 47 所示 圖 47 菲涅爾透鏡 的實物圖 ⑶ 熱釋電傳感器工作原理 熱釋電傳感器與菲涅爾透鏡配 合使用能增加它的靈敏度和傳感器的探測半徑。探測半徑變化了 6m，從原來小于 2m提高到大于 8m范圍 [8]。本設計的紅外傳感器采用雙探測元的結構。其工作原理流程圖如圖 48 所示。 發(fā) 光 物 體聚 光 系 統繼 電 器 輸 出定 時 電 路信 號 處 理 電 路頻 域 限 制 放 大器熱 釋 電 傳 感 器 圖 48 熱釋電紅外傳感器 工作的 原理流程圖 熱釋電紅外的具體電路由探頭、低頻放大電路、門限電路等三部分組成， 在輸入端利用 C1 和 R2 來穩(wěn)定工作電壓，同樣為了穩(wěn)點信號在輸出端多加了穩(wěn)壓元件。當人體移動到紅外傳感器的附近，會檢測到人體移動信號， 從而會被采 集到，這時候 電荷信號經過 FET 放大后，要使輸出的電壓為高電位，必須要經過C2， R1 的穩(wěn)壓后才能輸出，最后 把穩(wěn)壓后的高電位 經過一次 NPN 的轉化， 這樣最終 輸出 OUT 的輸出信號 為低電平信號。 蚌埠學院本科畢業(yè)設計（論文） 17 放大電路的設計 因為熱釋電紅外傳感器采集到的信號很小，僅 1mV 左右， NRF24L01 無線模塊不能把此時的信號傳輸出去，而且采集的信號頻率也只有 ~10HZ。 如果想 把接收到的信號 通過無線模塊發(fā)射出去，就 必須 經過高增益、低噪聲和低頻放大器放大 [9]。 通常情況下 ，要求放大器的增益為 60~70dB,同時帶寬要達 到~7HZ。如圖 49 所示為一個簡單的放大電路， Vi 和 Vo 分別 是輸入電壓信號和 輸出放大的電壓信號。 VCCGNDC547R1110KR1210KC447u1206C6SOT223BCP56Q2GND 圖 49 放大電路圖 無線發(fā)射和接收模塊 無線發(fā)射的模塊有 NRF24L0 NRF90 PT2262 等，本設計采用的是NRF24L01 無線收發(fā)模塊。 ⑴ nRF24L01 的簡介 nRF24L01 是一個體積小、工作在寬電壓（ ~）和 ~的頻段的單片無線收發(fā)器芯片。幾乎所有的單片機芯片都能和它相連，并能完成相應的無線傳輸工作。它具有功耗低、數據傳輸速度快、多 點通訊和調頻、傳輸的數據量大等優(yōu)點，但是它的傳輸距離短 [13]。 ⑵ NRF24L01 的參數，具體參數如表 41 所示： 王成龍：基于單片機的無線防盜報警器的設計 18 表 41 NRF24L01的性能參數表 ⑶ NRF24L01 的引腳及其功能 [14]，具體如表 42 所示： 表 42 NRF24L01的引腳與功能表 引腳 名稱 引腳功能 描述 1 CE 數字輸入 RX 或 TX模式選擇 2 CSN 數字輸入 SPI 片選信號 3 SCK 數字輸入 SPI 時鐘 4 MOSI 數字輸入 從 SPI 數據輸入腳 5 MISO 數字輸出 從 SPI 數據輸出腳 6 IRQ 數字輸出 可屏蔽中斷 腳 7 VDD 電源 電源（ +3v） 8 VSS 電源 接地（ 0v） 9 XC2 模擬輸出 晶體振蕩器 2 腳 10 XC1 模擬輸入 晶體振蕩器 1 腳 /外部時鐘輸入腳 11 VDD_PA 電源輸出 給 RF 的功率放大器提供的 + 電源 12 ANT1 天線 天線接口 1 13 ANT2 天線 天線接口 2 14 DVDD 電源輸出 去耦電路電源正極端 15 IREF 模擬輸入 參考電流 ⑷ NRF24L01 的工作模式 NRF24L01 有四 種 工作模式 ， 分別為掉電、空閑 、 接收及發(fā)射四種 。 具體如表 43 所示： 表 43 NRF24L01工作模式 模式 PWR_UP PRIM_RX CE FIFO 狀態(tài) 接收 1 1 1 — 發(fā)射 1 0 1 數據已在發(fā)射堆棧里 發(fā)射 1 0 10 當 CE 有下降沿跳變時，數據已經發(fā)射 空閑 2 1 0 1 發(fā)射堆?？? 空閑 1 1 — 0 此時沒有數據發(fā)射 掉電 0 — — — 性能參數 數值 單位 最低供電電壓 V 最大發(fā)射功率 0 dBm 最大數據傳輸速率 2 Mbps 發(fā)射模式下，電流消耗（ 0dBm） mA 接收模式下電流消耗（ 2Mbps） mA 工作溫度范圍 40～ +80 ℃ 掉電模式下電流消耗 900 nA 蚌埠學院本科畢業(yè)設計（論文） 19 空閑模式 1： NRF24L01 主要用于減少電流損耗，晶體振蕩器在該模式下仍然 處于 工作 模式 。 空閑模式 2：在 CE=1 時且當發(fā)射堆棧為空發(fā)生時。 空閑模式：保留配置字。 掉電模式： 此模式下 NRF24L01 損耗電流最小， 與此 同時 nRF24L01 停止工作，但是所有配置寄存器的值仍然保留。 ⑸ NRF24L01 的工作原理 本設計系統的無線模塊 NRF24L01 需要單片機的供電。 發(fā)射數據時 ,需要把NRF24L01 配置為發(fā)射模式，接著按照時序由 SPI 口把有效數據 TX_PLD 和接收節(jié)點地址 TX_ADDR 寫入 nRF24L01 緩存區(qū)； TX_PLD 必須在 SPI 片選信號為低時不斷寫入，與 CSN 不同的是 TX_ADDR 在發(fā)射時只需要寫入一次即可。然后當 CE 保持在高電平且處在高電平的時間不少于 10μs，延遲 130μs 后 NRF24L01 發(fā)射數據 。確定通信成功有兩種可能：一種是當自動應答開啟 ， NRF24L01 立即進入接收模式，如果收到應答，則認為此次通信成功，配置和數據恢復初始狀態(tài) 。另一種是未收到應答，則系統將會自動重新發(fā)射，以保證把接收到的數據發(fā)送出去 [15]。若重發(fā)次數過多，達到發(fā)射的上限，這時系統將 MAX_RT 置高，保留系統中的數據，等待下一次合適的時候再發(fā)設 。這時系統產生中斷，通知微控制器。最后成功的發(fā)射數據時 ,若芯片的使能 CE 為低則進入空閑模式 1。然而此時 若發(fā)送堆棧中有數據且 CE=1 時，則進入下一次發(fā)射 。若進入空閑 模式 2 時，則發(fā)送堆棧中無數據且 CE=1。 接收數據時 ,首先將系統配置為接收模式，接著把 NRF24L01 設置為延遲 130μs，系統進入接收狀態(tài)， 為了 等待 紅外采集來的 數據。當接收方檢測到 這些 有效地址和循環(huán)冗余校驗時，這時 NRF24L01 將把數據包存儲在接收和 FIFO 中，系統產生中斷，通知微控制器去取數據。若此時自動應答開啟，接收方 這時候將會 進入發(fā)射狀態(tài) ，目的是用來 回傳應答信號。最后 CE 變低，nRF24L01 進入空閑模式 1 表示接收成功 [16]。 無線模塊的原理圖如 49 所示 王成龍：基于單片機的無線防盜報警器的設計 20 GNDCESCKMISOCSNMOSIIRQ12KF30102PJ1VCCGNDD1R11KGNDVCC01030507 08060402J2050102030406J3SCKCEIRQMOSICSNMISO 圖 49 無線模塊的原理圖 報警模塊的設計 發(fā)光二級管報警電路設計 本設計的 發(fā) 光二級管用作 系統的 報警，當紅外傳感器采集到人體信號時，通過無線設備發(fā)送到主機模塊，這時單片機控制 發(fā) 光二極管報警電路，這時二極管不斷地閃爍，起到提示報警的作用。本電路圖使用了 一個發(fā)光 二極管和 一個 的 電阻，連在單片機的 RXD 引腳上，外部接在 VCC 上。當單片機的 RXD 引腳處于低電平的時候， 發(fā) 光二級管被點亮，起到提示報警作用。如圖 410 所示為發(fā)光二極管報警電路圖。 VCCR2D1LED 圖 410 發(fā)光二級管報警電路圖 聲音報警電路的設計 如 圖 411 所示是一個聲音報警系統的電路圖，本設計它由一個 buzer 和一個三極管以及電阻組成，連接到單片機的引腳上，構成一個防盜的聲音報警電路。 蚌埠學院本科畢業(yè)設計（論文） 21 AKB1TO92S8550Q1R1VCCGNDBUZER 圖 411 聲音報警電路圖 王成龍：基于單片機的無線防盜報警器的設計 22 5 系統軟件部分 本論文采用模塊化的程序設計思想，通過主程序來調用各個子程序來實現各模塊的功能。子程序包括延時函數、中斷函數、定時器函數以及 NRF24L01 的無線模塊的 SPI 模擬端口。最后通過把子函數和