【文章內(nèi)容簡介】 導(dǎo)體熱敏電阻 熱敏電阻發(fā)展最為迅速，由于其性能得到不斷改進，穩(wěn)定性已大為提高，在許多場合下（ 40～＋ 350℃ ）熱敏電阻已逐漸取代傳統(tǒng)的溫度傳感器。雖然 傳統(tǒng)的溫度檢測以熱敏電阻為溫度敏感元件，熱敏電阻成本低，但需要后續(xù)信號處理電路，而且熱敏電阻的可靠性相對較差，測量溫度的準確度低，檢測系統(tǒng)的精度差。 所以不采用此方案。 方案 三采用 集成溫度傳感器 DS18B20 是 DALLAS(達拉斯 )公司生產(chǎn)的，體積小，硬件開銷低，抗干擾能力強，精度高，附加功能強。 DS1820 最高 12 位分辨率，精度可達 177。 攝氏度，檢測溫度范圍為 55℃ ～+125℃ ，適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量。此型號 集成溫度傳感器 可以采用。 LM35D 是精密集成電路溫度傳感器，線性好（ 10mV/℃ ），寬量程（ 0℃ — 100℃ ），它的輸出電壓與攝氏溫度線性成比例，無需外部校準或微調(diào)來提供 177。 ℃的 常用的室溫精度，編程時易于實現(xiàn)。符合本系統(tǒng)的設(shè)計要求，所以此傳感器比較可行。 AD590 具有較高精度和重復(fù)性（重復(fù)性優(yōu)于 ℃ ）其良好的非線性可以保證優(yōu)于 177?！娴臏y量精度，利用其重復(fù)性較好的特點，通過非線性補償，可以達到 177?！?測量精度。但是，由于 AD590 采集到的信號是電流信號，在將數(shù)據(jù)傳給 A/D 前還要先把電流信號轉(zhuǎn)變成電壓信號，因此，用 AD590 來檢測、采集溫度的電路比較復(fù)雜。而且，在高精度測量電路中，必須考慮 AD590 的輸出電流不被分流影響。因此，此型號 集成溫度傳感器 不被采用。 方 案 四采用 電阻式溫度傳感器 電阻式傳感器廣泛應(yīng)用于測量 200～ 960℃ 范圍內(nèi)的溫度。 銅熱電阻主要應(yīng)用于測量 50～ 150℃ 范圍內(nèi)的場合。銅容易容易提純、加工，價格便宜，復(fù)制性能好而且電阻溫度系數(shù)大，溫度范圍內(nèi)線性關(guān)系好，靈敏度比鉑電阻高。但銅熱電阻與鉑熱電阻相比，銅的電阻率低，因此銅電阻的體積較大。而且銅易于氧化，一般只用于 150℃以下的低溫測量和沒有水分及無侵蝕性介質(zhì)的溫度測量。因精度不高且檢測溫度較低，所以不采用。 鉑熱電阻是目前公認的制造熱電阻最好的材料，它性能穩(wěn)定，重復(fù)性好，長時間穩(wěn)定的復(fù)現(xiàn)性可達 104 K ，是目前測溫復(fù)現(xiàn)性最好的一種溫度計。同時其測量精度高。在氧化性介質(zhì)中、甚至在高溫下，其物理、化學(xué)性能都很穩(wěn)定，其阻值與溫度之間幾乎成線性變化。但其在還原性介質(zhì)中，特別是高溫易從氧化物中還原出來的氣體所污染，改變它的電阻與溫度關(guān)系，此外其電阻溫度系數(shù)小，價格較高。因此，主要作為標準電阻溫度計和高精度溫度測量。所以鉑熱電阻可以作為此次溫度檢測電路的溫度傳感器。 人體檢測電路的方案設(shè)計 方案一采用紅外對管電路 針對一些紅外接收管容易受到可見光的影響，從而改變其阻值，容易造成系統(tǒng)的 誤判?？梢钥紤]采用上面的電路。 100－ 100k 歐姆，是紅外接收管在不同光線條件下（室內(nèi)－陽光直射）的阻值的大小。在正常的光線下通過 IOA0 口 A/D 采集到一個電壓值作為一個參考電壓。 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計（論文） ７ 當隨著光線變化時， IOA0 口讀進來的電壓值也就發(fā)生變化。這個使用通過 IOA IOAIOA IOA7 依次選通，選擇最接近參考值的電壓作為判斷電壓。 該電路可以避免可見光帶來的干擾，效果不錯。但是檢測障礙物的距離在 0－ 15cm，引用占用 IO 口較多，操作較為復(fù)雜。所以不采用此方案。 方案二采用 熱釋電紅外 檢測電路 熱 釋電紅外 開關(guān) 電路在生活中應(yīng)用很廣，是實用的。 熱釋電紅外開關(guān)是 BISS0001 配以熱釋電紅外傳感器和少量外接元器件構(gòu)成的被動式紅外開關(guān)。它能自動快速開啟各類白熾燈、熒光燈、蜂鳴器、自動門、電風(fēng)扇、烘干機和自動洗衣機等裝置，是一種高技術(shù)產(chǎn)品。特別適用于企業(yè)，賓館、商場、庫房及家庭的過道、走廊等敏感區(qū)域，或用于安全區(qū)域的自動燈光、照明和報警系統(tǒng)。 此電路具有以下特點： 低功耗、靜態(tài) 功耗（ 50uA）；寬電壓范圍（ DC ）；可重復(fù) /不可重復(fù)觸發(fā)方式選擇；使用簡單、電源 + 信號輸出；感應(yīng)距離遠，約 7米；感應(yīng)角度為 110176。所以此方案可采用。 方案三采用 超聲波檢測電路 超聲波的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣闊，比如軍事上的聲納技術(shù)，工業(yè)上的無損探傷、測距、測厚，生物醫(yī)學(xué)上的診斷和手術(shù)，農(nóng)業(yè)上的超聲育種、超聲培苗、超聲催產(chǎn)等。超聲波在空氣中傳播時，其能量的衰減與距離成正比，即距離越近信號越強，距離越遠信號越弱，通常在 1mV～1V 之間。超聲波是一種波動形式，它可以作為探測與負載信息的 載體或媒介；超聲波同時又是一種能量形式，當其強度超過一定值時，它就可以通過與傳播超聲波的媒質(zhì)的相互作用，去影響，改變以致破壞后者的狀態(tài)，性質(zhì)及結(jié)構(gòu)。 超聲波的特點 ： 超聲波在傳播時，方向性強，能量易于集中 ； 超聲波能在各種不同媒質(zhì)中傳播，且可傳播足夠遠的距離 ； 超聲波與傳聲媒質(zhì)的相互作用適中，易于攜帶有關(guān)傳聲媒質(zhì)狀態(tài)的信息 。 超聲波檢測的優(yōu)點是穿透力強、設(shè)備輕便、檢測成本低、檢測效率高，能即時知道檢測結(jié)果 (實時檢測 )，能實現(xiàn)自動化檢測和實現(xiàn)永久性記錄，在缺陷檢測中對危害性較大的裂紋類缺陷特別敏感等等。所以， 超聲波 檢測電路 可以作為人體檢測電路的一種方案。 無線收發(fā)模塊的方案設(shè)計 伴 隨著短距離、低功率無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的成熟， 無線 數(shù)據(jù)傳輸 被越來越多地應(yīng)用到新的領(lǐng)域。與有線通信方式相比，無線通信 以其不需鋪設(shè)明線，使用便捷等 一系列優(yōu)點， 在現(xiàn)代通信領(lǐng)域占據(jù)重要地位。 由于無線收發(fā)芯片的種類和數(shù)量比較多，無線收發(fā)芯片的選擇在設(shè)計中是至關(guān)重要的，正確的選擇可以減小開發(fā)難度，縮短開發(fā)周期，降低成本，更快地將產(chǎn)品推向市場。選擇無線收發(fā)芯片時應(yīng)考慮需要以下幾點因素：功耗、發(fā)射功率、接收靈敏度、收發(fā)芯片所需的外圍元件數(shù)量、芯片成本、 數(shù)據(jù)傳輸是否需要進行曼徹斯特編碼等。 方案一 采用 nRF401 無線收發(fā)芯片 nRF401是 Nordic公司研制的單片 uHF無線收發(fā)芯片，工作在 433MHZISM(Industrial Scientific and Medica1)頻段。 nRF40 1芯片內(nèi)包含有發(fā)射功率放大器 (PA)、低噪聲接收放大器(LNA)、晶體振蕩器 (OSC)、鎖相環(huán) (PLL)、壓控振蕩器 (VCO)、混頻器 (MIXFR)、解調(diào)器 (DEM)等電路。在接收模式中， nRF401被配置成傳統(tǒng)的外差式接收機，所接收的射頻調(diào)制的數(shù)字信 號被低噪聲效大器放大，經(jīng)混頻器變換成中頻，放大、濾波后進入解調(diào)器，解調(diào)后變換成 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計（論文） ８ 數(shù)字信號輸出 (DOUT端 )。在發(fā)射模式中，數(shù)字信號經(jīng) DIN端輸入，經(jīng)鎖相環(huán)和壓控振蕩器處理后進入到發(fā)射功率放大器射頻輸出。由于采用了晶體振蕩和 PLL合成技木，頻率穩(wěn)定性極好；采用 FSK調(diào)制和解調(diào)，抗干擾能力強。 nRF401的 ANTI和 ANT2引腳是接收時低噪聲接收放大器 LNA的輸入，以及發(fā)送時發(fā)射功率放大器 PA的輸出。連接 nRF40 l的天線可以以差分方式連接到 nRF401，一個 50Q的單端天線也可以通過一個差分轉(zhuǎn)換匹配網(wǎng)絡(luò)連接到 nRF40l。 nRF401采用抗干擾能力強的 FSK調(diào)制方式， 并采用 PLL頻率合成技術(shù)，頻率穩(wěn)定性好，發(fā)射功率最大可達 10dBm，接收靈敏度最大為一 105dBm，數(shù)據(jù)傳輸速率可達 20Kbps，工作電壓在 +3～ 5V之間。 工作頻率穩(wěn)定可靠，外圍元件少， 并可直接接單片機串 El， 便于設(shè)計生產(chǎn)，功耗極低，適合于便攜式手持產(chǎn)品的設(shè)計，由于采用了低發(fā)射功率，高接受靈敏度的設(shè)計，滿足無線管制要求，無需使用許可證，是目前低功率無線數(shù)傳的理想選擇。 因此， 無線收發(fā)模塊可以采用 nRF401無線收發(fā)芯片 。 方案二采用 CC1000無線收發(fā)芯片 CC1000是 Chipcon公司推出的單片可編程 R F 收發(fā)芯片，它基于 Chipcon’s Smart RF技術(shù)，可工作在 ISM頻段 (300～ 1000MHz)。 CC1000集成了射頻發(fā)射、射頻接收、 PLL合成、 FSK調(diào)制解調(diào)、可編程控制等多種功能。 CC1000采用鎖相環(huán)技術(shù)，發(fā)射頻率是通過內(nèi)部的頻率合成器來配置的，可配置的范圍為300～ l000MHz，適合應(yīng)用跳頻協(xié)議，一般可配出 10或 20個頻點，該芯片靈敏度為一 109dBm，并可自動校準，可編程輸出功率為一 2 0dBm ～ +10dBm，通信速率可達 78． 6Kbps。 CC1000的主要工作參數(shù)可由一個串行接口編程設(shè)定，使用非常方便并且具有靈活性。 CC1000芯片的外圍元件較少，且對精度要求不高，并提供三種編碼 方式與微控制器接口。 與 nRF401無線收發(fā)芯片 ， CC1000無線收發(fā)芯片 作為 無線收發(fā)模塊 不如 nRF401效果好，所以不采用此芯片。 其他電路的方案設(shè)計 日歷時鐘電路： 采用 DS1302 實時日歷芯片， 它是美國 DALLAS 公司推出的一款高性能、低功耗、帶內(nèi)部 RAM 的實時時鐘芯片（ RTC），也就是一種能夠為單片機系統(tǒng)提供日期和時間 的芯片。 可以對秒、分鐘、時鐘、小時、日期、星期、月、年信息，帶閏年自動補償。最大可以計年的長度是 2100 年。芯片具有帶后備電池的 31B 的非易失性數(shù)據(jù)存儲器。 報警電路：報警電路大體分為聲報警、光報警和聲光報警三種。此次采用聲光報警電路。采用 LED 燈作為光報警，采用蜂鳴器或揚聲器作為聲報警。 顯示方式：顯示方式包括數(shù)碼管顯示、液晶顯示屏顯示、 LED 屏顯示等。因為需要顯示漢字、數(shù)字、字母等 。液晶顯示器具有功耗低、無輻射危險、平面直角顯示以及影像穩(wěn)定等，可視面積大，畫面效果好，也可以顯示漢字，分辨率高，抗干擾能力 強，顯示內(nèi)容多等特點。所以采用液晶顯示屏顯示。 鍵盤電路：鍵盤分為 獨立式鍵盤和 行列式鍵盤。 考慮到此電路具有的功能多，且操作繁多，經(jīng)計算采用 4*4 行列式 鍵盤。 3 單元電路設(shè)計 MSP430 單片機最小系統(tǒng) 的設(shè)計 MSP430系列單片機種類很多，此次我選用 MSP430F169單片機。因為 MSP430F169采用 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計（論文） ９ “馮諾依曼”結(jié)構(gòu)， RAM、 ROM和全部外圍模塊都位于同一個地址空間內(nèi)，最大尋址地址為 62KB (60 KB Flash , 2KB RAM) 。內(nèi)部集成有 1個硬件乘法器、 1個精確的模擬比較器、 2個具有捕捉 /比較寄存器的定時器、 8路 12位 A/ D轉(zhuǎn)換器、片內(nèi)看門狗定時器、 2個串行通信接口以及 48個 I/ O引腳 , 每個 I/ O口分別對應(yīng)輸入、輸出、功能選擇、中斷等多個寄存器，功能口和通用 I/O口可復(fù)用，增強了端口功能和靈活性 , 提高了對外圍設(shè)備的開發(fā)能力。MSP430F169是 FLASH存儲器型單片機，具有良好的仿真開發(fā)技術(shù)，設(shè)置有 JTAG仿真接口和高級語言編譯器。在系統(tǒng)支持軟件下，在線實現(xiàn)對目標系統(tǒng)的硬件調(diào)試及軟件開發(fā)，包括匯編、 C語言、連接及動態(tài)調(diào)試，具有單步、多斷點和跟蹤，并且開放全部存儲器、寄 存器，可以方便可靠地對系統(tǒng)進行硬件、軟件開發(fā)。 最小系統(tǒng)主要由主控 MCU， 電源、復(fù)位電路、時鐘電路、 JTAG調(diào)試電路 , 串行通訊等模塊組成 , 與此同時還要設(shè)計 MCU時鐘電路，電源電路和 JTAG調(diào)試電路。時鐘模塊為 MCU提供時鐘源， JTAG接口用于單片機程序調(diào)試和仿真 ； 串口 0 (USART0)通過 MAX232模塊進行電平轉(zhuǎn)換連接到 PC用于調(diào)試嵌入式軟件；電源模塊為 MCU和各外圍模塊提供電源。下面我將對各模塊電路進行設(shè)計。 電源模塊的設(shè)計 在該系統(tǒng)中需要使用 5V和 ， 其中 MSP430F169及部分外圍器件需要3. 3V電源 ， 另外部分需要 5V電源。在本系統(tǒng)中 ， 以 5V 直流電壓為輸入電壓 ,通過 AMS1117 – 將 5V直流電壓轉(zhuǎn)換成 。電源通過 AMS1117 – DC DC電壓轉(zhuǎn)換。在電源模塊中通過 3個電容進行電源穩(wěn)壓濾波 ， 為系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電源 。 復(fù)位電路的設(shè)計 微控制器正常工作時該引腳將處于高電平才能正常工作。在系統(tǒng)中 ， 復(fù)位電路主要完成系統(tǒng)的上電復(fù)位和系統(tǒng)在運行時用戶的按鍵復(fù)位 ， 復(fù)位電路可由簡單的 RC電路構(gòu)成 ， 也可使用其他的相對較復(fù)雜 ， 但功 能更完善的電路。在這里采用簡單的由電阻、電容、二極管構(gòu)成的 RC復(fù)位電路。經(jīng)使用證明 , 其復(fù)位邏輯是可靠的。 如圖 2， 該復(fù)位電路的工作原理如下 ： 在系統(tǒng)上電時 ， 通過電阻 R1向電容 C1充電 ， 當 C1兩端的電壓未達到高電平的門限電壓時 。 RST端輸出為低電平 ， 系統(tǒng)處于復(fù)位狀態(tài) ； 當 C1兩端的電壓達到高電平的門限電壓時 ， RST端輸出為高電平 , 系統(tǒng)進入正常工作狀態(tài)。當用戶按下按鈕 S1時 ， C1兩端的電荷被瀉放掉 ， RST端輸出為低電平 ， 系統(tǒng)進入復(fù)位狀態(tài) ， 再重復(fù)以上的充電過程 , 系統(tǒng)進入正常工作狀態(tài)。 晶振電路設(shè)計 MSP430系列單片機時鐘模塊有高速晶體振蕩器、低速晶體振