【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 入探測(cè)區(qū)域內(nèi)，人體紅外輻射通過(guò)部分鏡面聚焦，并被熱釋電元件接收，但是兩片熱釋電元接收到的熱量不同，熱釋電也不同，不能抵消，經(jīng)信號(hào)處理后即可報(bào)警。 5)根據(jù)性能要求不同，菲尼爾濾光片具有不同的焦距（感應(yīng)距離），從而產(chǎn)生不同的監(jiān)控視場(chǎng)，視場(chǎng)越多，控制越嚴(yán)密。 51 系列單片機(jī)的內(nèi)部組成 AT89C51 單片機(jī)是美國(guó) Atmel 公司生產(chǎn)低電壓，高性能 CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含 4k bytes 的可反復(fù)擦寫(xiě)的只讀程序存儲(chǔ)器（ EPROM）和 128 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 (RAM)，器件采用 Atmel 公司的高密度、非易失性存取技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器（ CPU）和 Flash 存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大。 AT89C51 單片機(jī)可提供許多高性價(jià)比的應(yīng)用場(chǎng)合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。 MCS51 單片機(jī)是在一塊芯片中集成了 CPU， RAM， ROM、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器和多種功能的 I/O 線等一臺(tái)計(jì)算機(jī)所需要的基本功能部件。 MCS51 單片機(jī)內(nèi)包 含下列幾個(gè)部件： MCS— 51 系列單片機(jī)的典型芯片是 89C51，所以以 89C51 為例來(lái)介紹 MCS— 51系列單片機(jī)。 8位的 CPU，片內(nèi)有振蕩器和時(shí)鐘電路 ,工作頻率為 1～ 12MHz（ Atmel 89Cxx 為 0～ 24MHz） 1)片內(nèi)有 128/256 字節(jié) RAM 2)片內(nèi)有 0K/4K/8K 字節(jié)程序存儲(chǔ)器 ROM 3)可尋址片外 64K 字節(jié)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 RAM 4)可尋址片外 64K 字節(jié)程序存儲(chǔ)器 ROM 5)片內(nèi) 21/26 個(gè)特殊功能寄存器（ SFR） 6)4 個(gè) 8 位的并行 I/O 口（ PIO） 7)1 個(gè)全雙工串行口（ SIO/UART） 8)2/3 個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器（ TIMER/COUNTER） 9)可處理 5/6 個(gè)中斷源，兩級(jí)中斷優(yōu)先級(jí) 10)內(nèi)置 1個(gè)布爾處理器和 1個(gè)布爾累加器（ Cy） 11)MCS51 指令集含 111 條指令 7 89C51 單片機(jī)的內(nèi)部組成 圖 畫(huà)出了 89C51 單片機(jī)的內(nèi)部系統(tǒng)組成的基本框圖： 外時(shí)鐘源 外部事件計(jì)數(shù) 內(nèi)中斷 INT0 INT1 控制 并行口 串行通訊 圖 MCS— 51單片機(jī)系統(tǒng)組成基本框圖 由圖 可以看出， MCS— 51系列單片機(jī) 89C51 是由中央處理器 CPU、隨機(jī)存儲(chǔ)器 RAM、只讀存儲(chǔ)器 ROM、輸入 /輸出（ I/O）口電路、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器等若干部件組成，再配置一定的外圍電路，如時(shí)鐘電路、復(fù)位電路等，即可構(gòu)成一個(gè)基本的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。 89C51 單片機(jī)引腳及功能 共 40 條引腳，分為端口、控制、電源三類： (1) 端口線： 4 個(gè) 8 位端口共 32 條引腳，用于傳輸數(shù)據(jù)、地址、控制、狀態(tài)等信息。 P0口（ ~）：多功能端口，用于傳輸數(shù)據(jù)、地址。 P0 口在傳輸數(shù)據(jù)信息時(shí)，輸入帶緩沖、輸出帶鎖存，使用非常方便。 P1口（ ~）：?jiǎn)喂δ芏丝?，用于?shù)據(jù)輸入 /輸出傳輸。 時(shí)鐘電路 4KB ROM 256B RAM 2X16 位定 時(shí) /計(jì)數(shù)器 89C51 單片機(jī) 中斷控制 64KB 總線控制器 并行接口 串行接口 8 P2口（ ~）：多功能端口，用于傳輸?shù)刂沸畔⒒蜃鳛槠胀?I/O 端口。 P3口（ ~）：多功能端口，用于傳輸控制信息或作為普通 I/O 端口。傳輸控制信息時(shí)： ： RXD，串口輸入 ： TXD，串口數(shù)出 ： INT0，外部中斷 0輸入 ： INT1，外部中斷 1輸入 ： T0，計(jì)數(shù)器 0輸入 ： T1，計(jì)數(shù)器 1輸入 ： WR， “ 寫(xiě) ” 控制信號(hào)線 ： RD， “ 讀 ” 控制信號(hào)線 (2) 電源線：共 2條， VCC、 VSS(GND)。 (3) 控制線：共 6條，傳送控制信號(hào)。 ALE：地址鎖存，用于區(qū)分在多功能端口傳送的數(shù)據(jù) /地址信息， ALE=0/1：數(shù)據(jù) /地址。 EA：允許訪問(wèn)外程序存儲(chǔ)器。 EA=0/1：片外 /片內(nèi)存儲(chǔ)器有效。 PSEN：片外 ROM 選通。 RST：芯片復(fù)位線。 XTAL XTAL2：外接石 英晶體輸入線。 圖 為 89C51 單片機(jī)的引腳圖： 圖 89C51單片機(jī)引腳結(jié)構(gòu) 9 RS485 接口 RS485 采用差分信號(hào)負(fù)邏輯，＋ 2V～＋ 6V表示 “1” ， 6V～ 2V 表示 “0” 。RS485 有兩線制和四線制兩種接線，四線制是全雙工通訊方式，兩線制是半雙工通訊方式。在 RS485 通信網(wǎng)絡(luò)中一般采用的是主從通信方式，即一個(gè)主機(jī)帶多個(gè)從機(jī)。 主要特點(diǎn)為：?jiǎn)?+5V 電源供電；低功耗時(shí)工作電流 120～ 500uA，靜態(tài)電流120uA；關(guān)閉方式，由低電流關(guān)機(jī)模式，靜態(tài)電流為 ；驅(qū)動(dòng)器有過(guò)載保 護(hù)功能；共模輸入電壓范圍 7～ +12V。 RS485 總線電氣性能如下表 所示： 表 RS485總線具體參數(shù) 性能指標(biāo) RS485總線 工作模式 差分傳輸（平衡傳輸） 允許的收發(fā)器數(shù)目 32（受芯片驅(qū)動(dòng)能力限制） 最大電纜長(zhǎng)度 4000英尺（ 1219米） 最高數(shù)據(jù)速率 10Mbps 最小驅(qū)動(dòng)輸出電壓范圍 177。 最大驅(qū)動(dòng)輸出電壓范圍 177。5V 最大輸出短路電流 250mA 最大輸入電流 驅(qū)動(dòng)器輸出阻抗 54歐 輸入端電容 ≤50pF 接收器輸入靈敏度 177。200mV 接收器最小輸入阻抗 12k 接收器輸入電壓范圍 7V~+12V 接收器輸出邏輯高 200mV 接收器輸出邏輯低 200mV 10 3 硬件設(shè)計(jì) 電源電路設(shè)計(jì) 電源電路的功能介紹：此電路在整個(gè)設(shè)計(jì)中起著很重要的作用，是提供器械運(yùn)轉(zhuǎn)的原動(dòng)力。此電源為直流穩(wěn)壓電源包括降壓、整流、濾波、穩(wěn)壓三部分，最終將電網(wǎng)中 220V 的交流電壓轉(zhuǎn)換為 5V 的直流電壓提供給后面的工作電路。在整個(gè)電路中電源部分起到重要的作用，如果電源部分不能實(shí)現(xiàn)整個(gè)電路都不能運(yùn)行。 （ 1） 電源變壓器：是降壓變壓器，它 將電網(wǎng) 220V 交流電壓變換成較低的交流電壓，并送給整流電路，變壓器的變比由變壓器的副邊電壓確定。變壓器副邊與原邊的功率比為 P2/ P1=η ，式中 η 是變壓器的效率。在本電源電路中取 η的數(shù)值為 22，故降壓后副邊電壓值為 10V。 （ 2）整流電路：利用 D1～ D4 4 個(gè)二極管組成的一個(gè)橋式整流電路，將 50Hz的正弦交流電轉(zhuǎn)化成脈動(dòng)的直流電。整流后的電壓約為 9V。 （ 3）濾波電路：可以將整流電路輸出電壓中的交流成分大部分通過(guò) C101加以濾除，從而得到比較平滑的直流電壓。 （ 4）穩(wěn)壓電路：芯片 7805 穩(wěn)壓電路的功能是使輸 出的直流電壓穩(wěn)定，不隨交流電網(wǎng)電壓波動(dòng)和負(fù)載電阻的變化而變化。本穩(wěn)壓電源可作為 TTL 電路或單片機(jī)電路的電源。 三端穩(wěn)壓器，主要有兩種，一種輸出電壓是固定的，稱為固定輸出三端穩(wěn)壓器，另一種輸出電壓是可調(diào)的，稱為可調(diào)輸出三端穩(wěn)太器，其基本原理相同，均采用 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路 。在線性集成穩(wěn)壓器中，由于三端穩(wěn)壓器只有三個(gè)引出端子，具有外接元件少，使用方便，性能穩(wěn)定，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，因而得到廣 泛應(yīng)用。三端穩(wěn)壓器，主要有兩種，一種輸出電壓是固定的，稱為固定輸出三端穩(wěn)壓器，另一種輸出電壓是可調(diào)的，稱為可調(diào)輸也三端穩(wěn)太器，其基本原理相同，均采用串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。 LM7805 簡(jiǎn)介： LM7805 是常用的三段穩(wěn)壓器，一般使用的是 TO220 封裝，能提供 DC 5V 的輸出電壓，應(yīng)用范圍廣，內(nèi)含過(guò)流和過(guò)載保護(hù)電路。 11 圖 直流穩(wěn)壓電源電路 熱釋電紅外傳感器原理 傳感器采用雙元熱釋電紅外檢測(cè)元件 RE200B，如圖 所示。該傳感器翻用熱釋電材料極化隨溫度變化的特殊探測(cè)紅外輻射，并采用雙靈敏元互補(bǔ)方 法抑制干擾，以提高傳感器的工作溫度。其內(nèi)部電路如下： 1 腳接工作電壓，其工作電壓低且范圍寬（ ～ 15V）； 2 腳為輸出源極電壓； 3 腳為公共地。使用時(shí)，一般在 2腳與 3腳之間加 47KΩ 的源極電阻，但應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，適當(dāng)調(diào)整源極電阻。 圖 RE200B紅外檢測(cè)元件內(nèi)部電路圖 放大電路的設(shè)計(jì) 如圖 所示為最基本的放大電路， Vi 是輸入電壓信號(hào)， Vo 是輸出放大的電壓信號(hào)。 由于本模塊考慮到模塊實(shí)用性的問(wèn)題，所以運(yùn)放芯片采用低電壓、單電源、低功耗 LMV324 芯片，如圖 所示。 LMV324 功耗是 比同類產(chǎn)品低 120μA ；在5V 時(shí)，其典型工作電流為 100μA 。該運(yùn)放芯片工作電壓為 ～ ，采用軌到軌的輸出。 LMV324 的引腳和 NS、 TI 和 Maxim 的 LMV3XX 系列兼容，因此可直接替換。當(dāng) LMV324 工作在 5V時(shí)，帶寬為 ,轉(zhuǎn)換速率為 。 12 圖 LMV324引腳 及功能 圖 紅外探測(cè)信號(hào)輸入電路 紅外探測(cè)信號(hào)輸入部分由紅外線傳感器、信號(hào)放大電路、電壓比較器、數(shù)字信號(hào)輸入電路組成。當(dāng)工作中的紅外線傳感器 J1探測(cè)到前方人體輻射 出的紅外線信號(hào)時(shí)，由 J1 的 S端引腳輸出微弱的電信號(hào)（ 1～ 10Hz） ,經(jīng)三極管 Q1等組成第一級(jí)放大電路放大（見(jiàn)圖 ），再通過(guò) C2 輸入到運(yùn)算放大器 U1A 中進(jìn)行高增益、低噪聲放大（見(jiàn)圖 ），此時(shí)由 U1A 輸出的信號(hào)已足夠強(qiáng)。如圖 所示，U1B 是電壓比較器，二級(jí)放大信號(hào) OUT2 由運(yùn)放芯片 U1B 中 5腳輸入， R RR D1組成基準(zhǔn)電壓電路，輸入信號(hào)與反向輸入端基準(zhǔn)電壓比較，一旦有盜賊闖入監(jiān)控的范圍內(nèi)，熱釋紅外線傳感器監(jiān)測(cè)到信號(hào)后，發(fā)出一個(gè)微弱的交變信號(hào)，經(jīng)兩級(jí)交流放大后，與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，此時(shí)，經(jīng)過(guò) 放大的信號(hào)大于基準(zhǔn)電壓 ，通過(guò) U1B 的比較，其輸出電平為運(yùn)放工作電壓高電平 5V，三極管 Q2導(dǎo)通， J2輸出為低電平；當(dāng) OUT2 端輸入沒(méi)有信號(hào)時(shí)，輸出為 0V，所以三極管 Q2 截止，J2 引腳輸出為高電平。調(diào)試時(shí)，在紅外線傳感器前人走動(dòng)，調(diào)整 R9，直到 J2引腳輸出為低電平。各電路如圖 到圖 所示。 圖 中， R1是源極電阻，其阻值可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整；產(chǎn)生的微弱信號(hào)由 S9014 進(jìn)行放大。 S9014 是 NPN 型三極管，其 IC 靜態(tài)工作電流達(dá) 100mA，放大倍數(shù)最大可達(dá) 1000 倍。 R3 給 S9014 提供靜態(tài)基極電壓 。放大后的信號(hào)由 C2耦合到下一級(jí)。 13 圖 第一級(jí)放大電路圖 圖 二級(jí)放大電路圖 圖 電壓比較器電路圖 14 圖 ，用三極管 S9013把 OUT3的信號(hào)轉(zhuǎn)換成單片機(jī)的入口電平信號(hào)。其主要原因是，當(dāng)產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)后， OUT3輸出約為 5V的工作電壓，需要用三極管將其轉(zhuǎn)換成低電平。這樣，當(dāng)有報(bào)警信號(hào)時(shí)， J2引腳輸出低電平，將給單片機(jī)一個(gè)低電平，而這樣一個(gè)低電平信號(hào)將使單片機(jī)退出低功耗狀態(tài)，同時(shí)喚醒整個(gè)電路；而沒(méi)有報(bào)警時(shí)，將輸出持續(xù)的高電平。 圖 數(shù)字信號(hào)輸入電路 鍵盤(pán)電路設(shè) 計(jì) 實(shí)時(shí)時(shí)鐘顯示電路由三個(gè)獨(dú)立的按鍵組成，其中這三個(gè)獨(dú)立的按鍵與單片機(jī)的 ～ 口連接， S2 為功能鍵， S3為加一鍵， S4 為減一鍵，可通過(guò)控制按鍵實(shí)現(xiàn)所需的實(shí)時(shí)日歷時(shí)鐘功能。按鍵電路如下圖 所示： 圖 鍵盤(pán)電路 時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì) XTAL1 和 XTAL2 分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為15 片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件， XTAL2應(yīng)不接。 因?yàn)橐粋€(gè)機(jī)器周期含有 6個(gè)狀態(tài)周期，而每個(gè)狀態(tài)周期為 2個(gè)振蕩周期，所以一個(gè)機(jī)器周期共有 12 個(gè)振蕩 周期，如果外接石英晶體振蕩器的振蕩頻率為12MHZ，一個(gè)振蕩周期為 1/12us，故而一個(gè)機(jī)器周期為 1us。 圖 為時(shí)鐘電路。 圖 時(shí)鐘電路圖 復(fù)位電路的設(shè)計(jì) 復(fù)位方法一般有上電自動(dòng)復(fù)位和外部按鍵手動(dòng)復(fù)位，單片機(jī)在時(shí)鐘電路工作以后 , 在 RESET 端持續(xù)給出 2個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)就可以完成復(fù)位操作。例如使用晶振頻率為 12MHz 時(shí)，則復(fù)位信號(hào)持續(xù)時(shí)間應(yīng)不小于 2us。本設(shè)計(jì)采用的是外部手動(dòng)按鍵復(fù)位電路。圖 為復(fù)位電路。 圖 復(fù)位電路圖 聲光報(bào)警電路的設(shè)計(jì) 如下圖 ，報(bào)警電路控制端由單片機(jī)的 端來(lái)完成，高電平有效。當(dāng) 輸出高電平時(shí)， NPN 三極管導(dǎo)通，驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器產(chǎn)生聲音報(bào)警信號(hào)，同時(shí)16 電路中的 LED 導(dǎo)通，發(fā)光二極管被點(diǎn)亮，進(jìn)行發(fā)光報(bào)警。 圖 聲光報(bào)警電路圖 實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路 實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片 DS1302 的結(jié)構(gòu)及工作原理 DS1302 是美國(guó) DALLAS 公司推出的一種高性能、低功耗、帶 RAM 的實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路，它可以對(duì)年、月、日、周日、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，具有閏年補(bǔ)償功能，工作電壓 為