【正文】 壓轉(zhuǎn)移到隔離接口中的電隔離層上，不會產(chǎn)生損害性的浪涌電流，起到保護接口的作用。 電路設計中可以考慮采用高速光耦 6N137 芯片，也可以優(yōu)化普通光耦電路參數(shù)的設計，使之能工作在最佳狀態(tài)。 （ 1） 6N137簡介 6N137 光耦合器是一款用于單通道的高速光耦合器，其內(nèi)部有一個 850 nm 波長AlGaAs LED 和一個集成檢測器組成，其檢測器由一個光敏二極管、高增益線性運放及一個、肖特基鉗位的集電極開路的三極管組成。具有溫度、電流和電壓補償功能，高的輸入輸出隔離， LSTTL/TTL 兼容，高速 (典型為 10MBd)， 5mA 的極小輸入電流。 （ 2） 6N137工作參數(shù) 最大輸入電流，低電平： 250uA 最大輸入電流，高電平： 15mA 最大允許低電平電壓 (輸出高 )： 最大允許高電平電壓： VCC 最大電源電壓、輸出： 扇出 (TTL 負載 )： 8 個 (最多 ) 工作溫度范圍： 40176。C ～ +85176。C 典型應用：高速數(shù)字開關，馬達控制系統(tǒng)和 A/D 轉(zhuǎn)換等 6N137 光耦合器的內(nèi)部結構、管腳如下圖所示。 23 圖 6N137 內(nèi)部結構 需要注意的是，在 6N137光耦合器的電源管腳旁應有 — 個 的去耦電容。在選擇電容類型時，應盡量選擇高頻特性好的電容器，如陶瓷電容或鉭電容，并且盡量靠近6N137光耦合器的電源管腳；另外，輸入使能管腳在芯片內(nèi)部已有上拉電阻，無需再外接上拉電阻。 6N137光耦合器的使用需要注意兩點：第一是 6N137光耦合器的第 6腳 Vo輸出電路屬于集電極開路電路，必須上拉一個電阻；第二是 6N137光耦合器的第 2腳和第 3腳之間是一個 LED，必須串接一個限流電阻。 （ 3）工作原理 信號從腳 2和腳 3輸入，發(fā)光二極管發(fā)光，經(jīng)片內(nèi)光通道傳到光敏二極管，反向偏置的光敏管光照后導通 ，經(jīng)電流 電壓轉(zhuǎn)換后送到與門的一個輸入端，與門的另一個輸入為使能端，當使能端為高時與門輸出高電平，經(jīng)輸出三極管反向后光電隔離器輸出低電平。當輸入信號電流小于觸發(fā)閾值或使能端為低時，輸出高電平，但這個邏輯高是集電極開路的，可針對接收電路加上拉電阻或電壓調(diào)整電路。 腳 6 是集電極開路輸出端，通常加上拉電阻 RL。雖然輸出低電平時可吸收電路達13mA，但仍應當根據(jù)后級輸入電路的需要選擇阻值。因為電阻太小會使 6N137耗電增大，加大對電源的沖擊，使旁路電容無法吸收，而干擾整個模塊的電源，甚至把尖峰噪聲帶到地線上，一般可選 2K~，若后級是 TTL 輸入電路，且只有 1 到 2 個負載，則用47kΩ或 15kΩ也行。 圖 為 RS485 通信與單片機的電路連接： 圖 MAX485與單片機電路的連接 24 ： 微波探測器為空間探測器，用于探測在防范空間內(nèi)的任何運動物體。微波探測器可靠性強，無光亮和熱源的要求，探測環(huán)境要求低。在微波段，當以一種頻率發(fā)送 時，在微波能量覆蓋的范圍內(nèi)，如果有物體移動，將會以另一種頻率反射，這樣發(fā)射頻率和反射頻率有一個頻率差異產(chǎn)生。這種頻率差異與很多因素有關，其中包括移動物體的速度，與探測器的徑向角度等。 實際電路中，是由振蕩器電路產(chǎn)生并發(fā)射近微波段電磁波形成微波場，天線把電信號轉(zhuǎn)換為相應的電磁波輻射到周圍空間，輻射半徑可達 10m 以上（如果想繼續(xù)增大輻射半徑或提高靈敏度可以通過調(diào)整天線的大小和方向來完成）。當有人在場中運動時，反射回去的微波將發(fā)生頻率變化，從而使微波探測器輸出一個與人體運動速度有關的低頻電信號。根據(jù)該特性，也 選擇微波探測器用于盜情的檢測。 圖 環(huán)形天線和它周圍的電阻、電容和 MOS 場效應管組成了近微波段高頻自激振蕩電路（它的振蕩頻率在 1GHz 左右），微波探測器原理如圖 ，當電路接通電源以后，振蕩產(chǎn)生的單頻、等幅信號通過外接天線發(fā)射到空間，產(chǎn)生一個立體空間微波防護區(qū)，天線既發(fā)射振蕩信號，也接收回波。反射回來的微波信號與原信號之間混頻后產(chǎn)生微弱的頻移信號，該信號送放大器進行放大。放大后的信號送窗口式鑒幅比較輸入端，經(jīng)比較將一定強度的探測信號轉(zhuǎn)換為寬度不同的等幅脈沖輸 出。 微波探測器電路使用的主要元件是單電源通用四運算放大器 KIA324P 、環(huán)形天線、微波振蕩管 C3355 及一些外圍元器件，外接＋ 6V 電源。其電路圖如圖 。當有人在該微波防護區(qū)內(nèi)移動時，振蕩頻率和幅度發(fā)生相應的變化。根據(jù)多普勒效應，該波動的頻率與物體運動的快慢有關，而幅度與距離有關?；祛l后高頻信號因為過高而失去作用，剩下微弱的低頻信號經(jīng) U1 作前級放大， 10 pF 電容與 電阻構成充電電路，充電電壓作為第一級比較器 U4 的基準電壓，同時實現(xiàn)延時功能，即只有前級放大電壓高于該參考電壓時，輸 出才為高電平，此時， C9O15 導通，最后信號經(jīng) U2 、 U3 構成的窗口比較器比較后輸出探測到的信號 [12]。實驗過程中報警范圍實測約為 78 米，探測到有效信號時，有 20 秒的報警信號輸出， LED 發(fā)光做出預警指示，可有效的進行實時探測。該電路可以工作在較寬的電壓范圍內(nèi)（標準電壓是 32V ，但實際可以工作在很寬的電壓范圍內(nèi)），當檢測到異常信號時為高電平。 天線 比較電路 微波振蕩電路 前級放大 兩級放大 濾波電路 LED 電源 25 圖 微波探測器電路圖 用戶端自動報警器總體設計 ： 用戶端自動報警器是本課題的設計重點，自動報警器組成框圖如圖 所示 ，主要包括撥號模塊、語音模塊、電話接口模塊、鍵盤／密碼顯示模塊以及電源模塊。報警器功能已在 節(jié)具體描寫過，這里不再詳述，本節(jié)著重介紹與自動撥號功能相關的硬件電路設計。 圖 用戶端自動報警器組成框圖 系統(tǒng)微處理器采用美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的 AT89C51 單片機。 AT89C51 采用 COMS 工藝，是一種低功耗、高性能的，與 INTEL 8051 系列單片機完全兼容的 8 位微控制器。AT89C51 內(nèi)部具有 4K 字節(jié)的 Flash （閃速） 存儲器，可反復擦寫，在設計程序時可反復修改原程序、編譯、并燒寫到單片機，適合單片機最小系統(tǒng)的開發(fā)與研制。 微波防盜探測器 用戶端自動報警器 CPU AT89C51 看門狗電路EEPROM DTMF 撥號電路 語音檢測電路 電話接口電路 開關電路 輸入輸出控制電路 電 源 26 自動報警器電路設計 ： 自動報警器電路見圖 。時鐘電路由兩個 30P 的電容和 12MHz 的晶振構成。復位電路由電阻、電容、二極管和按鍵開關構成，具有上電復位和手動復位的功能。單片機的 INTO與盜警傳感器相連，實現(xiàn)各種警情的采集。為防止環(huán)境干擾信號對觸發(fā)中斷的影響，當響應中斷后，對中斷信號多次（如 5 次）巡檢，確認是中斷信號時，才去執(zhí)行中斷處理子程序，否則認為是外界干擾信號不執(zhí)行報警處理， 有效降低誤報幾率。 圖 自動報警器電路 與語音電路相連，實現(xiàn)語音的回放控制。 接通訊接口轉(zhuǎn)換芯片的數(shù)據(jù)發(fā)送、接收片選端／ RE (DE）。 與電話接口電路相連，實現(xiàn)模擬摘掛機的控制。 接探頭掉線檢測端，單片機對該口定時查詢，正常時為高電平，當檢測到低電平即發(fā)出掉線警報。 接交流電源掉電報警信號（交流斷電后由直流電源繼續(xù)供電，直流電源放電低于預警值后向自動報警器發(fā)直流斷電預警信號。 、 、 為接鍵盤電路的三根 I/0 口線， 接 緊急呼救按鍵。 接液晶顯示器的串行時鐘輸入端， 接液晶顯示器的數(shù)據(jù)輸入端。 接多路開關 CD4O51 的片選端 INH , 、 分別接多路開關的輸入端 A 、 B 。多路開關輸出分別接報警 LED 、蜂鳴器，有警報發(fā)生時開關的輸出 I/O 口給出高電平信號。 、 、 和 分別與MT8888 的 DO 、 Dl 、 D2 和 D3 相連，用作數(shù)據(jù)總線。 與 MT8888 的 RSO 相連，控制 MT8888 內(nèi)部寄存器的選擇。 與 MT8888 的 CS 相連，控制 MT8888 的選通。 、 分別與 MT8888 的 WR和 RD相連，控制 MT8888 的讀寫。 、 接 27 EEPROM 的串行輸入和串行輸出端， 、 分別接 EEPROM 的串行時鐘輸入和片選輸入端。 自動撥號及語音報警電路設計 撥號電路 ： 本系統(tǒng)設計的自動撥號電路可通過電話網(wǎng)絡實現(xiàn)自動尋呼，對所指定的機構或人員發(fā)出求救信號，簡述事故性質(zhì)及地點，使救援人員采取相應措施來制止事故，系統(tǒng)主要功能如下： 1. 報警優(yōu)先功能：主機與用戶 電話機共用一條電話線，非報警時，不影響電話的正常使用，電話機的正常使用不影響也不干擾主機報警。主機報警時，優(yōu)先撥打報警電話。 2. 自動撥號功能：可設定 16 組電話或手機號碼，每組不超過 15 位數(shù)。 3. 用戶對自動撥號報警系統(tǒng)可自行設定和修改密碼。 4. 可自行錄制語音：語音播送，由使用者自行錄制，存錄“狀況”，使用者的姓名，地址，電話等。自動探測通話狀態(tài)：報警時自動探測對方電話機的使用狀態(tài)，若對方為占線或響鈴后無人接，則保留跳過，等下一輪續(xù)撥 [17]。 5. 記憶儲存功能：本系統(tǒng)采用 X25045 為記 憶元件，電話號碼，報警信息存錄等所有輸入都不會因為電源失去而變動。 圖 撥號電路 語音電路 ISDI420 芯片簡述： ISD1420 語音芯片是由美國 ISD ( Information Storage Device ）公司開發(fā)的高保真、不怕斷電、錄放一體化的單片固態(tài)語音集成電路。其片內(nèi)設有時鐘振蕩器、 128K 字節(jié) EEPROM （電可編程可擦除只讀存貯器）、低噪前置放大器、自動增益控制電路、反混疊濾波器、平滑濾波器、模擬轉(zhuǎn)發(fā)器、差動功率放大器等高品質(zhì)語 音錄放系統(tǒng)所需的全部基本功能電路。 芯片工作原理： 錄音過程中， ISD142O 在進行存儲操作之前，要分幾個階段對信號進行調(diào)整。首先要輸入信號放大到存儲電路動態(tài)范圍的最佳電平，這個階段由前置放大器、放大器和自動增益控制部分來完成。 28 前置放大器通過隔直流電容與麥克風連接，隔直流電容用來去掉交流小信號中的直流成份（大約 2mA ）。信號的放大分兩步完成，先經(jīng)過輸入前置放大器，然后經(jīng)過固定增益放大器。完成信號的通路要在模擬輸出端（ ANA OUT）和模擬輸入端（ ANA IN）兩個管腳 之間連接一個電容器。自動增益控制電路動態(tài)地監(jiān)控放大器輸出的信號電平并發(fā)送增益控制電壓到前置放大器。前置放大器增益自動調(diào)節(jié)以便維持進入濾波器的信號為最佳電平，這樣錄音的信號能得到最高電平又使削波減至最小。我們可以通過選擇連接到 AGC 管腳的電阻和電容值來調(diào)節(jié)描述自動增益電路特性的兩個時間常量，即響應時間和釋放時間。下一個階段的信號調(diào)整是由輸入濾波器完成的。由于模擬信號的存儲仍然是采用取樣技術，因此還需要一個抗混淆濾波器以去掉（或至少減到可忽略不計的程度）取樣頻率 1/2 以上的輸入頻率分量。這樣就滿足了所有數(shù)據(jù) 采集系統(tǒng)都遵循的奈奎斯特取樣定律。語音的質(zhì)量要想優(yōu)于電話的音質(zhì)，取樣頻率要用 8kHz 。低通濾波器的高頻頻限選在 ，可滿足奈奎斯特取樣定律，而且仍有足夠?qū)挼念l帶以得到高音質(zhì)的語音。濾波器是一個連續(xù)時間五極點低通濾波器，在 每個倍頻程衰減 40dB 。信號的調(diào)整完成后，將輸入波形通過模擬收發(fā)器寫入模擬存儲陣列中。由 skHz 取樣時鐘取樣，并且經(jīng)過電平移位而產(chǎn)生不揮發(fā)寫入過程所需要的高電壓，取樣時鐘也用于存儲陣列的地址譯碼，以便輸入信號順序的寫入存儲陣列。 放音時，錄入的模擬電壓在 取樣時鐘的控制下順序地從存儲陣列中讀出，恢復成原來的取樣波形。輸出通道上的平滑濾波器去掉取樣頻率分量并恢復原始波形，平滑濾波器的輸出通過一個模擬多路開關連接到輸出功率放大器，兩個輸出管腳直接驅(qū)動揚聲器。 （ 圖 語音電路） 29 電話接口電路 ： 電話接口電路參見圖 。此電路起著很重要的作用，撥號電路、語音電路均需要通過它與外界相連，它完成電話線在系統(tǒng)與電話機之間的轉(zhuǎn)換。 平時電話機連在電話線上，系統(tǒng)與電話線斷開，不會干擾電話通信。若需報警時 ，系統(tǒng)控制繼電器轉(zhuǎn)換，系統(tǒng)接上電話線，電話機與電話線隔離，不會影響系統(tǒng)的工作。為了降低系統(tǒng)功耗，繼電器選擇了高靈敏型，工作電壓為＋ 5V 。 目前，交換機的工作電壓為直流 60V 或者 48V，通過外線 a 、 b 接入用戶話機。為了確保撥號電路的 DTMF 信號正常發(fā)送和語音電路語音信號的正常播出，須設置極性保護電路，由二極管橋路構成，不論用戶如何將外線接入 LINE IN 口，都能確保電路內(nèi)部的 2 線為正電壓。另外，有的交換機可提供的工作電流為 50mA 或者 12OmA ，因此，極性保護電路中的二極管反向耐壓必須大于 180V ，允許的正相電流必須大于 180mA ?？梢赃x用 IN4004 、 IN4007 等。 根據(jù)郵電部關于電話入網(wǎng)的標準，摘機狀態(tài)下的直流電阻應該小于等于 300 歐，因此，在極性保護電路后直接接一個 200歐的大功率電阻，以模擬摘機掛機。當模擬摘機時，用戶外線電壓降至