【文章內(nèi)容簡介】 延時模塊電路圖 紅外探測報(bào)警器的 優(yōu)點(diǎn) : 本身不發(fā)任何類型輻射，器件功耗很小，隱蔽性較好 ， 價格低廉 。但也有一定的局限性： 容易受各種熱源、陽光源干擾 ； 紅外穿透力差 ， 人體的 紅外輻射容易被遮擋，不易被探測器接收 ； 易受射頻輻射的干擾 ； 環(huán)境溫度和人體溫度接近時，探測和靈敏度明顯下降，有時造成短時失靈。 紅外 21 探測報(bào)警器的市場價格約為： 75 元。其外觀圖如圖 所示。 圖 紅外探測報(bào)警器外觀圖 方案三：智能無線報(bào)警 本文介紹一種采用單片機(jī)控制的基于電話線的遠(yuǎn)程報(bào)警器。其主要特點(diǎn)是采用 MITEL 公司的 MT8880 集成電路收發(fā)電話雙音頻信號和檢測呼叫信號。由于該芯片由 ISO2CMOS 技術(shù)制造 ,具有低功耗、高 可靠性的特點(diǎn) ,又能將其他同類芯片的單一功能集成 ,因此而節(jié)約了成本 ,提高了整體穩(wěn)定性。整體電路的原理框圖如圖 所示。 圖 智能無線報(bào)警系統(tǒng)原理框圖 本報(bào)警器的工作原理 :當(dāng)發(fā)現(xiàn)警情時 ,探測器將警報(bào)信號通過傳感器接口送入單片機(jī) ,單片機(jī)的報(bào)警中斷程序開始運(yùn)行 ,調(diào)用撥號子程序按照預(yù)置號碼進(jìn)行撥號。此時單片機(jī)控制 MT8880 發(fā)送雙音頻信號撥號 ,并檢測呼叫信號以判定是否 傳感器接口 DTMF 信號收發(fā) 中央處理單元 振鈴檢測 電話機(jī)/電話線接口電路 電話機(jī) 電話線 語音電路 電源 22 可以調(diào)用語音模塊進(jìn)行語音報(bào)警。當(dāng)沒有警情時 ,可以通過另一部話機(jī)撥打本機(jī) ,振鈴檢測電路將振鈴音信號轉(zhuǎn)換成 TTL 信號傳送給單片機(jī) ,由單片機(jī)計(jì)數(shù) 。當(dāng)振鈴五次無人摘機(jī)時 ,系統(tǒng)就會自動摘機(jī) ,調(diào)用遠(yuǎn)程設(shè)置子程序進(jìn)行遠(yuǎn)程錄音、查詢警情等操作。 摘掛機(jī)模塊：電話摘機(jī)后 ,電話線的回路電流突然變大為約 30mA 的電流 ,程控電話交換機(jī)檢測到此變化就認(rèn)為話機(jī)已經(jīng)摘機(jī)。單片機(jī)通過端口 控制三極管 T01 的導(dǎo)通和截止來控制電路中的電流的大小 ,從而模擬摘掛機(jī)的動作。當(dāng) ,T01截止 ,電流比較小 ,處于掛機(jī)狀態(tài) 。當(dāng) ,T01 導(dǎo)通 ,此時 T01 和 T02 組成的恒流源電路將提供 30mA左右的電流 ,相當(dāng)于電話摘機(jī) ,交 換機(jī)就會接通話路，其電路圖如圖 所示。 圖 摘掛機(jī)電路原理圖 撥號音接收和 DTMF 信號收發(fā)模塊：信號的接收部分 :在 MT8880 的運(yùn)放輸出端和 IN 之間接反饋電阻可調(diào)節(jié)運(yùn)放增益 , 增益大小為 R12/ R11。實(shí)際測試到電話線上的 DTMF 信號比較小 ,不易檢測到 ,故選擇增益為 3。為減少干擾 ,在 IN2端接入 100pF 電容可改善 MT8880 對 DTMF 中高頻分量的接收。信號的發(fā)送部分 :從 TONE 引腳輸出的信號經(jīng)過 R1 C15 濾波后經(jīng)過音 頻放大 ,經(jīng)過音頻耦合器輸出到電話線上。音頻放大部分 :由于構(gòu)思是要使 MT8880 發(fā)出的音頻信號作為提示音信號 ,若要使它能夠被電話信號另一端的人聽到 ,就必須使信號輸出的峰值達(dá)到 2. 5V 以上。但是經(jīng)過測試 ,TONE 腳輸出的峰值不到 1V ,為此 ,必須加一個音頻放大電路，其電路圖如圖 所示。 23 圖 音頻放大電路 電話報(bào)警模塊：電話報(bào)警模塊主要通過中斷服務(wù)程序來實(shí)現(xiàn)。該程序的基本流程是 :報(bào)警器摘機(jī) ,自動撥叫號碼簿上相應(yīng)的報(bào)警號碼 ,如 ,1 119 ,或一組用戶的自己設(shè)置的固定電話號碼、手機(jī)號碼。撥叫時 ,報(bào)警器摘機(jī)后先對電話線上的信號進(jìn)行檢測 ,檢測到撥號音就撥號 ,檢測不到撥號音說明電話線已有問題 ,無法撥號 ,就自動掛機(jī)。撥號后等待三秒再檢測有無回鈴音或忙音 ,如果都沒有 ,就表明已經(jīng)接通 ,可以進(jìn)行語音報(bào)警。如遇回鈴音就等待三秒再檢測 ,若等待三次后線路仍然不通 ,就撥叫下一個號碼 。 若遇忙音就先掛機(jī)再等待 10s ,重新?lián)芴?,如此三次后仍然撥不通 ,就撥叫下一個號碼 ,直到將電話簿上的所有號碼撥完為止。本設(shè)計(jì)介紹一種采用單片機(jī)控制的基于電話線的遠(yuǎn)程報(bào)警器。 其中使用目前比較新穎的多功能 DTMF 收發(fā)集成電路 MT8880 ,成本低 ,可靠度高 ,可廣泛應(yīng)用于家庭。智能無線報(bào)警器的市場價格約為： 150 元，其外觀圖如圖 所示。 圖 無線報(bào)警器外觀圖 報(bào)警裝置方案選擇 報(bào)警裝置的三種方案，從成本、功能實(shí)現(xiàn)、效率、操作難易、以及精度等，綜合考慮，我選擇方案一振動報(bào)警器作為設(shè)計(jì)的報(bào)警裝置。 24 第三章 自動售貨機(jī)硬件設(shè)計(jì) 8051的介紹 在本次設(shè)計(jì)中，中央控制元件采用 8051 單片機(jī)。 8051 單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu) :圖 圖 8051 內(nèi)部結(jié)構(gòu) 8051 單片機(jī)包含中央處理器、程序存儲器 (ROM)、數(shù)據(jù)存儲器 (RAM)、定時 /計(jì)數(shù)器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)等幾大單元及數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線等三大總線。其中， 中央處理器 (CPU)是整個單片機(jī)的核心部件，是 8 位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能處理 8 位二進(jìn)制數(shù)據(jù)或代碼，CPU 負(fù)責(zé)控制、指揮和調(diào)度整個單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運(yùn)算和控制輸入輸出功能等操作。 8051 內(nèi)部有 128 個 8 位用戶數(shù)據(jù)存儲單元和 128個專用寄存器單元，它們是 統(tǒng)一編址的，專用寄存器只能用于存放控制指令數(shù)據(jù)，用戶只能訪問，而不能用于存放用戶數(shù)據(jù)，所以，用戶能使用的 RAM只有 128 個，可存放讀寫的數(shù)據(jù)，運(yùn)算的中間結(jié)果或用戶定義的字型表。 MCS51系列單片機(jī)中的 803 8051及 8751 均采用 40Pin 封裝的雙列直接 DIP 結(jié)構(gòu)，上圖是它們的引腳配置， 40個引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時鐘線兩根， 8751 共有 4 組 8 位 I/O 口 (P0、 P P2 25 或 P3)，用于對外部數(shù)據(jù)的傳輸。 4 組 8 位共 32個 I/O口，中斷口線與 P3口線復(fù)用。 MCS51 的引腳說明如圖 ： 圖 8051 引腳圖 硬幣驗(yàn)鈔系統(tǒng)設(shè)計(jì) 總體結(jié)構(gòu)介紹 硬幣驗(yàn)鈔機(jī)構(gòu)用于檢測所投入的硬幣的真?zhèn)巍螏磐嘶氐接矌磐诉€口，如果是真幣則與原來的值累計(jì)，累計(jì)金額與 20 元相比較，如果累計(jì)值大于 20 元，則將此硬幣從退幣口退出。因?yàn)槲疫@個設(shè)計(jì)所要求的一次性投入幣值不能超過20 元，如果一次性投入的幣值超過 20 元，則系統(tǒng)會自動將此幣作為假幣處理，將其從相應(yīng)的退還口退出。如果一次性投入的幣值等于或者大于商品的售價，而貸物賀上又 還保存有貨物的話，則按相應(yīng)的鍵可購買要求的貨物。 圖 是硬幣驗(yàn)鈔機(jī)構(gòu)原理簡圖，由硬幣檢測部分、運(yùn)算控制部分、找零機(jī)構(gòu)裝置、自動售貨機(jī)主體和接口部分組成。 26 許可出售 硬幣信號 開始售貨 有無找的零錢 圖 硬幣驗(yàn)秒原理簡圖 硬幣真?zhèn)蔚呐袆e和信號的采集 (1)硬幣制造系統(tǒng)的原理與算法 硬幣制造時，不同幣值的硬幣含有不同的特殊合金材料。通過對現(xiàn)在國內(nèi)廣泛流通的硬幣作的大量試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，對于每一種幣值的硬幣都有一特征振蕩頻率 f與之對應(yīng)，各個特征頻率由硬幣的電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率、厚度、直徑等因素綜合決定的。 首先將得到每一種幣值的硬幣的確定 f1，在鑒別過程中，將測得的硬幣振蕩頻率與 f1 相比較，比較的結(jié)果就可確定硬幣的真?zhèn)?。在?shí)際過程中因?yàn)槠渌蛩貢沟玫玫降恼袷庮l率在 f1 左右波動，對此設(shè)定一個允許誤差范圍△ f,如果f1△ f≤ f≤ f1+△ f,則認(rèn)為測得是真幣，如果不在此范圍之內(nèi)則當(dāng)成是偽幣。 (2)傳感器采用電渦流式傳感器 通常可以通過傳感器對硬幣的材質(zhì)、厚度、直徑、質(zhì)量、圖形圖案等特征進(jìn)行檢測，從而識別硬幣的真?zhèn)?。電渦流式傳感器是建立 在電磁場理論基礎(chǔ)上工作的，其原理如圖 所示。 設(shè)定價格 運(yùn)算控制部分 （微處理機(jī)） 余額顯示 自動售貨機(jī) 驗(yàn)鈔機(jī)構(gòu) 1元 5角 找零機(jī)構(gòu) 退還口 硬幣 選擇 找零信號 假 幣 27 為了分析方便，可將硬幣中形成的電渦流等效為一個短路環(huán)中的電流，這樣線圈與硬幣可以等效為相互耦合的 2 個線圈，如圖 所示。對空心線圈， R1為線圈的電阻， L1為線圈電感， R2為短路環(huán)的電阻， L2為短路環(huán)電感， M 為線圈與短路環(huán)間的互感。與它們之間的距離、硬幣運(yùn)動速度有關(guān)，也與硬幣的電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率、厚度、直徑等因素有關(guān)。由等效電路及基爾霍夫定律可以求得受硬幣的影響后， 線圈的等效電感為： 22222221 )( LwLR MwLL ??? ① 當(dāng)有硬幣通過線圈時，可以得到線圈電感的變化： 2222221 )( LwLR MwLLL ?????? ② 于非軟磁材質(zhì)而言，電渦流效應(yīng)會使 △ L0；而對于軟磁材質(zhì) △ L0，因此只要檢測出硬幣電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率、厚度、直徑等因素對磁場的綜合影響就可以達(dá)到鑒別的目的。這里采用諧振法，把線圈作為電感接入電容三點(diǎn)式的振蕩電路中。由于本設(shè)計(jì)采用互補(bǔ)型算法，所以只 需測量振蕩頻率就可以精確鑒別不同幣值的硬幣，從而識別偽幣?？梢郧蟮卯?dāng)沒有硬幣通過時的振蕩頻率 f0 及有硬幣影響時的振蕩頻率 f1， C為振蕩回路中的電容。 CLf 10 2 1?? ③ CLLf )(2 111 ??? ? ④ 圖 等效電路 圖 電渦流傳感器 28 (3) 振蕩原理圖 圖 振蕩電路 當(dāng)中斷口 INTO 產(chǎn)生低電平判別有東西投入的時候，檢測的光敏二極管 D0被硬幣遮擋住，通過程序的判定可以知道 D1 沒有被遮擋住仍然保持高電平，則表明是硬幣口有硬 幣投入，此時調(diào)用終端服務(wù)程序，測量振蕩頻率。定時器計(jì)數(shù)器 T0 作為計(jì)數(shù)器用來計(jì)算脈沖頻率。圖 所示振蕩電路所得到的 5 角的振蕩頻率為 2050KHz,1 元的振蕩頻率為 KHz；相對應(yīng)的振蕩周期為 2050μ S、 1016μ S；其脈沖寬度為 1025μ S、 58μ S。此處單片機(jī)的晶振頻率取 12MHz,則定時計(jì)數(shù)器 T0 用來計(jì)算一個脈沖的寬度，從 00H 開始累加其值為 0A10H、05H08H 才滿足是真幣的條件，并且單片機(jī)的處理速度也完全滿足要求，可以實(shí)現(xiàn)快速識別。硬幣檢測原理如下圖 所示： 圖 硬幣檢測原理 8051 保持高電平 INT0 發(fā)生中斷表示有硬幣投入 MO開關(guān) 振蕩電路從 輸入 29 （ 4） 硬幣鑒別系統(tǒng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 主要設(shè)計(jì)包括振蕩線圈結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和幣道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 a. 振蕩線圈結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)： 如圖 所示中當(dāng)光敏二級管檢測到有硬幣通過時，以中斷方式通知單片機(jī)測量頻率，單片機(jī)從開始測量頻率到結(jié)束測量這時間內(nèi)，硬幣處于線圈中心，減少動態(tài)測量誤差。 圖 振蕩線圈結(jié)構(gòu) ： 如圖 所示中， M0 為高