【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 極管驅(qū)動(dòng)。三極管的特性主要是放大，三極管構(gòu)成的級(jí)數(shù)越多，放大的倍數(shù)越大。而且三極管成本低、體積小，不需要任何程序處理。但一個(gè)三極管放大的倍數(shù)不能達(dá)到驅(qū)動(dòng)電機(jī)的理想效果，設(shè)計(jì)中至少需要2個(gè)以上，而且三極管容易溫漂，這樣一來(lái)電路參數(shù)繁雜，參數(shù)易變。方案三：使用L298N ，其是一種雙H橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，其中每個(gè)H橋可以供應(yīng)2A的電流，邏輯部分5v供電，接受5vTTL電平。在一般情況下，功率部分的電壓應(yīng)大于6V，否則芯片可能不能正常工作。對(duì)于以上方案進(jìn)行分析擬定方案三，采用L298N作為驅(qū)動(dòng)模塊。L298N原理圖，： L298N原理圖 XM15B藍(lán)牙串口模塊本設(shè)計(jì)所用的藍(lán)牙串口硬件兼容Arduino,設(shè)置好所需的模式后，與Android系統(tǒng)的手機(jī)進(jìn)行連接，因?yàn)楸鞠到y(tǒng)用到的藍(lán)牙模塊與iOS系統(tǒng)的手機(jī)不兼容。本模塊的原理。①+EDR，內(nèi)置電源防反接保護(hù)電路，內(nèi)置電源管理芯片，供電電壓范圍為3V到6V。②，內(nèi)置TTL信號(hào)電平轉(zhuǎn)換電路，兼容5V的信號(hào)，TXD高電平輸出電壓VCC。③。波特率9600，配對(duì)碼是1234，工作模式從機(jī)。④它的最大發(fā)射功率為+10db。⑤其最大通訊距離為30米。⑥采用兼容CSR的主流藍(lán)牙芯片，通過(guò)了藍(lán)牙BQB認(rèn)證。⑦其可以快速啟動(dòng)。⑧內(nèi)置硬件看門狗，其永不死機(jī)。⑨它的兼容性更好，能夠與Windows自帶協(xié)議棧、Android等系統(tǒng)兼容，幾乎兼容所有版本的Android。⑩內(nèi)置RC復(fù)位電路，復(fù)位穩(wěn)定可靠，無(wú)須外部復(fù)位電路。XM15B藍(lán)牙模塊運(yùn)行狀態(tài)①跳變時(shí)，其模塊處于搜索或等待被連接狀態(tài)。②當(dāng)LED常亮?xí)r，固定高，其已與配對(duì)模塊建立連接。③當(dāng)LED不亮?xí)r，固定低，其已關(guān)機(jī)。 藍(lán)牙串口APP概述打開此系統(tǒng)應(yīng)用到的藍(lán)牙串口APP，出現(xiàn)一個(gè)界面，界面上有：①模式：模式有會(huì)話模式和接受模式，選擇為接受模式。②串口延遲：有0ms,10ms,20ms,30ms,50ms,100ms,200ms,300ms,500ms,1000ms十個(gè)選擇。串口延遲時(shí)間選擇為50ms。③有Hex顯示、Hex發(fā)送、發(fā)送新行，這里的Hex是十六進(jìn)制的意思。④有連接、清空、發(fā)送。： 藍(lán)牙串口APP使用界面圖 PID的工作原理PID控制是傳統(tǒng)經(jīng)典控制理論中很重要的一種控制方法17]。 PID閉環(huán)系統(tǒng)的原理是用給定減測(cè)量,得出一個(gè)偏差進(jìn)行控制，在典型PID系統(tǒng)中P、I、D是并聯(lián)作用的，P直接使偏差乘以一個(gè)比例系數(shù)輸出，當(dāng)沒(méi)有誤差時(shí)，控制器輸出也為0該調(diào)解屬有差調(diào)節(jié)。I是偏差積分，也就是說(shuō)偏差變大的時(shí)候，控制器的輸出增量就大，誤差為沒(méi)有時(shí)，I輸出就保持不變屬無(wú)差調(diào)節(jié)。D是是求出其變化率，在控制作用中起到超前控制的效果。PID控制器的公式為：采用PID控制，比例項(xiàng)使系統(tǒng)對(duì)轉(zhuǎn)速誤差迅速做出反應(yīng)，積分項(xiàng)消除系統(tǒng)轉(zhuǎn)速的靜差，微分項(xiàng)根據(jù)誤差的變化率預(yù)測(cè)出下一周期的輸出，提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度18]。 HCSR501 人體紅外感應(yīng)模塊所謂感應(yīng)器技術(shù)，就是某一器件能夠感受到所規(guī)定的被測(cè)量的一些信息量并能夠?qū)⑵滢D(zhuǎn)換出信號(hào)的器件或裝置技術(shù)。通常這一器件是由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和轉(zhuǎn)換電路這三部分所組成，敏感元件的作用是就是做感應(yīng)，直接去感受被測(cè)物所需要測(cè)量的物理量；而轉(zhuǎn)換元件就是將感應(yīng)元件所測(cè)量到得到的物理量信號(hào)等非電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)（電流、電壓等）；基本轉(zhuǎn)換電路就是完成這一轉(zhuǎn)換過(guò)程所需要的電路（物理信號(hào)→電信號(hào)）?？偟膩?lái)說(shuō)感應(yīng)器的作用可以總結(jié)為：采集信息→信息的轉(zhuǎn)換→轉(zhuǎn)換信息的輸出。每一個(gè)正常的人的體溫都是恒定的，大概在36到37攝氏度左右，在個(gè)溫度人體會(huì)發(fā)出一個(gè)特定的紅外輻射能量，它是波長(zhǎng)大概為10um左右的紅外線，正是這個(gè)特定的紅外輻射能區(qū)分了人和其他生物，這減小了系統(tǒng)的誤報(bào)。而紅外探測(cè)器是感應(yīng)器眾多類型當(dāng)中的一種，它是將紅外感應(yīng)器感應(yīng)到的紅外輻射信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出的器件19]。對(duì)于目前所使用的紅外探測(cè)器，總結(jié)的有以下幾方面的優(yōu)點(diǎn)： a. 適應(yīng)性強(qiáng)，它能夠適用與各種環(huán)境，包括高溫、潮濕。雷電等惡劣環(huán)境； b. 體積小，隱蔽性好， c. 抗干擾能力強(qiáng) （1）紅外探測(cè)器的原理其實(shí)紅外探測(cè)器就是一種將紅外輻射能轉(zhuǎn)換為電能的一種感應(yīng)轉(zhuǎn)換器，他的主要作用就是講接收到的紅外輻射能量轉(zhuǎn)換為我們?nèi)祟惪梢愿惺艿降幕蛘弑阌谟^察和測(cè)量的電信號(hào)或以及其他形式變現(xiàn)出來(lái)。根據(jù)能量守恒定力和能量的轉(zhuǎn)換方式紅外探測(cè)器可大致分為以下這兩大類：熱探測(cè)器和光子探測(cè)器。 （2）紅外探測(cè)器的分類 紅外探測(cè)器的種類各式各樣，功能各有所長(zhǎng)，其分類方式也有多種。 我們可以按照其探測(cè)手段的不同來(lái)分類，可以分為被動(dòng)式紅外探測(cè)器、主動(dòng)式紅外探測(cè)器和被動(dòng)、主動(dòng)結(jié)合的多技術(shù)復(fù)合入侵報(bào)警器。以下將簡(jiǎn)單介紹這三種探測(cè)器。在市面上我們能夠經(jīng)常聽到一種報(bào)警器就是熱釋電紅外入侵報(bào)警器，其實(shí)它就是被動(dòng)式紅外探測(cè)器的一種，這一技術(shù)主要是利用紅外光敏元件將活動(dòng)的生物體發(fā)出的微小的紅外輻射能量轉(zhuǎn)換為我們?nèi)祟愃鼙鎰e觀察的電信號(hào)，期間將這一信號(hào)經(jīng)過(guò)放大等處理之后，它的精確性得以給提高。它的組成主要有以下這幾部分，光學(xué)系統(tǒng)、紅外傳感器和信息處理。光學(xué)系統(tǒng)分類又是各式各樣的，但是目前與紅外傳感器能夠匹配的就有反射式、透射式和折射式這三種。反射式系統(tǒng)在這三種系統(tǒng)之中是體積最大的一個(gè)，尤其是他的紅外傳感器是放置在鏡片前面的，很不利于密封和隱藏；在抗干擾方面：防塵，防潮，防水，抗擊打等這幾方面都是比較差，所以將它作為紅外傳感的剛學(xué)系統(tǒng)是非常不理想的。相反的是，透射式光學(xué)系統(tǒng)的體積非常小，在這三種系統(tǒng)中密封性最為強(qiáng)，其性能的穩(wěn)定也是得到人們的肯定，更為重要的是它的價(jià)格較為低廉，正是因?yàn)檫@樣，它是目前國(guó)內(nèi)外人們目前最為喜愛(ài)的用于紅外防盜的光學(xué)系統(tǒng)。
接下來(lái)將簡(jiǎn)單的描述一下它的工作原理：光學(xué)系統(tǒng)中主要是利用了菲涅爾透鏡，將已經(jīng)組合好的菲涅爾透鏡設(shè)置好一定的距離和視場(chǎng)并將其設(shè)定為警戒區(qū)域，利用這一功能監(jiān)視警戒區(qū)域內(nèi)的紅外輻射能量的變化。如果沒(méi)有人非法入侵到監(jiān)視區(qū)域時(shí)，監(jiān)視區(qū)域內(nèi)的紅外輻射場(chǎng)是處于穩(wěn)定狀態(tài)的，此時(shí)的紅外傳感器感應(yīng)不到有異常情況所以將沒(méi)有任何信號(hào)輸出，即無(wú)動(dòng)作；到有人非法入侵到監(jiān)控區(qū)域時(shí)，此時(shí)被監(jiān)視區(qū)域內(nèi)的紅外輻射場(chǎng)一定會(huì)發(fā)生變化，此時(shí)這種變化馬上會(huì)給被經(jīng)過(guò)巧妙設(shè)計(jì)的多視場(chǎng)組合菲涅爾透鏡會(huì)聚，敏感的紅外傳感器接收到這一信息后迅速將這種變化處理并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，然后傳送到聲光報(bào)警電路中進(jìn)行報(bào)警。假如系統(tǒng)是聯(lián)網(wǎng)的，這一信號(hào)將會(huì)傳送到主任的手機(jī)上或監(jiān)控中心乃至警察局，并顯示出報(bào)警地點(diǎn)。
主動(dòng)式紅外入侵報(bào)警與被動(dòng)式相比較，它具有一些更加優(yōu)越的優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高，探測(cè)距離遠(yuǎn)，抗干擾能力強(qiáng)，適應(yīng)能力好（對(duì)氣候與氣象變化）。根據(jù)以上特點(diǎn)可以總結(jié)出主動(dòng)式紅外入侵報(bào)警器是比較在室外或者室內(nèi)以及一些特殊的場(chǎng)合使用。但是凡事都有兩面性，主動(dòng)式的紅外入侵報(bào)警器也有不如被動(dòng)式的地方，比如它的廣角是不夠被動(dòng)式的寬廣，使得其所布放的區(qū)域比較小，安裝的也不如被動(dòng)式的簡(jiǎn)單，價(jià)格也稍微的高一些。在上面兩段所敘述的主動(dòng)式入侵防盜報(bào)警器和被動(dòng)式報(bào)警器都是利用了傳感器來(lái)警報(bào)的。雖然說(shuō)這兩種方式相對(duì)來(lái)說(shuō)都是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而且價(jià)格低廉，但是它們還是過(guò)于簡(jiǎn)便導(dǎo)致其抗干擾性能不夠強(qiáng)，容易受到各種外界因數(shù)的影響，例如外界的溫度、濕度，晝夜變化，電磁場(chǎng)的干擾，以及一些非人類的活動(dòng)造成的影響，在這一系列的外界干擾會(huì)使得系統(tǒng)的誤報(bào)率大大的增加，影響了其正常的使用。因此，可以使用多種技術(shù)復(fù)合的方式，增強(qiáng)系統(tǒng)的功能以及穩(wěn)定性，互相互補(bǔ)，來(lái)解決誤報(bào)這一難題。所謂多技術(shù)復(fù)合入侵報(bào)警器就是將兩種或兩種以上的探測(cè)技術(shù)相互結(jié)合在一起，并且以“相與”的關(guān)系來(lái)觸發(fā)報(bào)警裝置，即只有當(dāng)兩種或兩種以上探測(cè)器同時(shí)或相繼在短暫時(shí)間內(nèi)都探測(cè)到入侵目標(biāo)時(shí)才發(fā)出報(bào)警信號(hào)。正是這樣的結(jié)合，結(jié)合了各種方式的有點(diǎn)，大大的提升了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾性，在雙探測(cè)技術(shù)的防盜報(bào)警器中，就以熱釋電紅外一微波雙探測(cè)技術(shù)組合的誤報(bào)率最低。
所以本設(shè)計(jì)將選擇使用HCSR501人體感應(yīng)模塊作為本設(shè)計(jì)的紅外防盜感應(yīng)模塊。 HCSR501電氣參數(shù) (1)功能特點(diǎn): 全自動(dòng)感應(yīng):活動(dòng)的生物體（人）進(jìn)入其感應(yīng)范圍則會(huì)感應(yīng)到紅外輻射能的變化并輸出高電平；當(dāng)活動(dòng)的生物體（人）離開感應(yīng)范圍后經(jīng)未感應(yīng)到感應(yīng)區(qū)域的紅外輻射能發(fā)現(xiàn)變化，過(guò)了一定的延時(shí)時(shí)間，關(guān)閉輸出高電平改為輸出低電平。光敏控制（默認(rèn)無(wú)設(shè)置）：具有光感應(yīng)控制功能，可設(shè)置只是在晚上或者陰天光線弱的時(shí)候才工作進(jìn)行感應(yīng)。溫度補(bǔ)償(默認(rèn)無(wú)設(shè)置)：在夏天的時(shí)候隨著環(huán)境問(wèn)的的升高，對(duì)應(yīng)的探測(cè)距離會(huì)變短變短，溫度補(bǔ)償可作一定的性能補(bǔ)償使減小其感應(yīng)距離的縮小。兩種觸發(fā)方式：（H和L可跳線選擇）a、不可重復(fù)觸發(fā)方式（L）: 在已經(jīng)觸發(fā)了感應(yīng)器感應(yīng)并且輸出高電平之后，此時(shí)無(wú)論觸發(fā)者是否離開了感應(yīng)區(qū)域，在過(guò)了一段緩沖時(shí)間之后它自動(dòng)會(huì)將輸出高電平轉(zhuǎn)為低電平，不繼續(xù)觸發(fā)報(bào)警工作。
b、可重復(fù)觸發(fā)方式（H）： 在已經(jīng)觸發(fā)了感應(yīng)器感應(yīng)并且輸出高電平之后，在氣設(shè)置的緩沖時(shí)間之內(nèi)，如果被測(cè)物還繼續(xù)停留在檢測(cè)區(qū)域，則感應(yīng)器將繼續(xù)檢測(cè)到這一信號(hào)并一直發(fā)出高電平，直到觸發(fā)者離開了檢測(cè)區(qū)域并過(guò)了緩沖時(shí)間后才會(huì)改輸出高電平為低電平，并恢復(fù)待機(jī)狀態(tài)。具有感應(yīng)封鎖時(shí)間(默認(rèn)設(shè)置:)工作電壓范圍寬：。低功耗:其靜態(tài)電流小于50uA，特別適合干電池供電或者USB的自動(dòng)控制產(chǎn)品。輸出高電平信號(hào)：可方便與各類電路實(shí)現(xiàn)對(duì)接。
(2)使用說(shuō)明: 初始化，在系統(tǒng)通電之后，紅外傳感器不會(huì)馬上進(jìn)入工作狀態(tài)，而是要過(guò)了大概60秒的初始化時(shí)間后才進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，并準(zhǔn)備工作。 盡量避免可控的外界干擾，例如燈光、風(fēng)等，它們會(huì)產(chǎn)生干擾型號(hào)，并影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。如果系統(tǒng)的安裝位置選取得當(dāng)這是可以避免的。感應(yīng)模塊采用雙元探頭，探頭的窗口為長(zhǎng)方形，雙元（A元B元）位于較長(zhǎng)方向的兩端。為了增加感應(yīng)角度范圍，本模塊采用圓形透鏡，也使得探頭四面都感應(yīng)，但左右兩側(cè)仍然比上下兩個(gè)方向感應(yīng)范圍大、靈敏度強(qiáng)，安裝時(shí)仍須盡量按其最大感應(yīng)范圍來(lái)安裝。本熱釋電紅外感應(yīng)器的的透鏡是采用圓形的，其目的是增大其感應(yīng)角度的范圍，盡可能的使四面八方都能感應(yīng)的到，但是其中心還是比左右兩側(cè)探測(cè)的距離長(zhǎng)和靈敏，所以在我們對(duì)其進(jìn)行安裝的時(shí)候應(yīng)該利用這一特點(diǎn)是其功能最大化。第四章 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)及MATLAB仿真第四章 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)及MATLAB仿真 系統(tǒng)所用軟件說(shuō)明用Arduino編寫程序及畫PCB圖：”Arduino”源自十一世