【導(dǎo)讀】LED數(shù)碼管顯示與單片機(jī)I/O接口設(shè)計(jì).....

　　

【正文】 定后就再?zèng)]有信號(hào)輸出，所以說(shuō)熱釋電信號(hào)與它本身的溫度的變化率成正比 。 ② 濾光窗 熱釋電人體紅外傳感器中的敏感元件是一種廣譜材料，能探測(cè)各種波長(zhǎng)的輻射。為了使傳 感器對(duì)人體最敏感，而對(duì)太陽(yáng)、電燈光等有抗干擾性，傳感器采用了濾光片作窗口，即濾光窗。濾光片是在 S 基板上鍍多 層膜做成的。每個(gè)物體都能發(fā)出紅外輻射，其輻射最強(qiáng)的波長(zhǎng)滿(mǎn)足維恩位移定律： λ m*T=2989(μ m K) 式中， λ m為最大波長(zhǎng)， T 為絕對(duì)溫度。 人體溫度約為 36℃～ 37℃，即 309K～ 310K，其輻射的紅外波長(zhǎng) : λ m=2989/309～ 2989/310= m～ m 可見(jiàn)，人體輻射的紅外線(xiàn)最強(qiáng)的波長(zhǎng)正好在濾波片的響應(yīng)波長(zhǎng) m～ 14μ m 的中心處。故濾光窗能有效地讓人體輻射的紅外線(xiàn)通過(guò) ，而阻止太陽(yáng)光、燈光等可見(jiàn)光中的紅外線(xiàn)通過(guò)，免除干擾。 所以，熱釋電人體紅外傳感器只對(duì)人體和近似人體溫度的動(dòng)物有敏感作用。 ③ 菲涅爾透鏡 19 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 熱釋電人體紅外傳感器只有配合菲涅爾透鏡使用才能發(fā)揮最大作用。不加菲涅爾透鏡時(shí)，該傳感器的探測(cè)半徑可能不足 2m，配上菲涅爾透鏡則可達(dá) lOm，甚至更遠(yuǎn)。菲涅爾透鏡是用普通的聚乙烯制成的，安裝在傳感器的前面。透鏡的水平方向上分成三部分，每部分在豎直方向上又分成若干不同的區(qū)域，所以菲涅爾透鏡實(shí)際是一個(gè)透鏡組，如圖 所示。當(dāng)光線(xiàn)通過(guò)透鏡單元后， 在其反面則形成明暗相間的可見(jiàn)區(qū)和盲區(qū)。每個(gè)透鏡單元只有一個(gè)很小的視場(chǎng)角，視場(chǎng)角內(nèi)為可見(jiàn)區(qū)，之外為盲區(qū)。而相鄰的兩個(gè)單元透鏡的視場(chǎng)既不連續(xù)，更不交疊，卻都相隔一個(gè)盲區(qū)。當(dāng)人體在這一監(jiān)視范圍中運(yùn)動(dòng)時(shí)，先后進(jìn)入某一單元透鏡的視場(chǎng)，熱釋電傳感器對(duì)運(yùn)動(dòng)的人體一會(huì)兒看到，一會(huì)又看不到，再過(guò)一會(huì)兒又看到，然后又看不到，于是人體的紅外線(xiàn)輻射不斷改變熱釋電體的溫度，使它輸出一個(gè)又一個(gè)相應(yīng)的信號(hào)。輸出信號(hào)的頻率大約為 ～ 10Hz，這一頻率范圍由菲涅爾透鏡、人體運(yùn)動(dòng)速度和熱釋電人體紅外傳感器本身的特性決定。 圖 示意圖 圖 菲涅爾透鏡不僅能形成可見(jiàn)區(qū)和盲區(qū)，還有聚焦作用。其焦距一般為 5cm 左右，應(yīng)用時(shí)視不同傳感器所配用的透鏡也不同，一般把透鏡固定在傳感器正前方 1cm～ 5cm 處。菲涅爾透鏡形成圓弧狀，透鏡的焦距正好對(duì)準(zhǔn)傳感器敏感元的中心，如圖 所示。 目前，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上常見(jiàn)的熱釋電紅外傳感器有上海塞拉公司的 SD0 PH5324 和德國(guó)海曼 LHi95 Lhi968 以及日本的產(chǎn)品等，設(shè)計(jì)中采用 熱釋電傳感器 Lhi968 雙元探測(cè)頭，如圖 所示。 圖 熱釋電傳感器 2） BISS0001 芯片 BISS0001 是一款具有較高性能的傳感信號(hào)處理集成電路。它配以熱釋電紅外傳感器和少量外接元器件構(gòu)成被動(dòng)式的熱釋電紅外開(kāi)關(guān)。它能自動(dòng)快速開(kāi)啟各類(lèi)白炙燈、熒光燈、 20 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 蜂鳴器、自動(dòng)門(mén)、電風(fēng)扇、烘干機(jī)和自動(dòng)洗手池等裝置，特別適用于企 業(yè)、賓館、商場(chǎng)、庫(kù)房及家庭的過(guò)道等敏感區(qū)域，或用于安全區(qū)域的自動(dòng)燈光、照明和報(bào)警系統(tǒng)。 功能敘述 ： CMOS 數(shù)?；旌蠈?zhuān)用集成電路 具有 獨(dú)立的高輸入阻抗運(yùn)算放大器 可與多種傳感器匹配，進(jìn)行信號(hào)與處理 雙向鑒幅器，可有效抑制干擾 內(nèi)設(shè)延遲時(shí)間定時(shí)器和封鎖時(shí)間定時(shí)器 結(jié)構(gòu)新穎，穩(wěn)定可靠，調(diào)解范圍寬 內(nèi)置參考電壓。 工作電壓范圍 2V~6V 采用 16 腳 DIP 封裝 如圖 所示 。 圖 BISS0001 封裝及引腳功能圖 單元工作電路如圖 所示 圖 熱釋電人體紅外感應(yīng)電路 3） 磁控開(kāi)關(guān) —— 干簧管 21 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集元件使用的是磁控元件 —— 干簧管 ，它 是一種磁敏的特殊開(kāi)關(guān)。它通常由兩個(gè)或三個(gè)既導(dǎo)磁又導(dǎo)電材料做成的簧片觸點(diǎn)，被封裝在充有惰性氣體 (如氮、氦等 )或真空的玻璃管里，玻璃管內(nèi)管內(nèi)平行封裝的簧片端部重疊，并留有一定間隙或相互接觸以構(gòu)成開(kāi)關(guān)的常開(kāi)或常閉接點(diǎn) 。 干簧管的玻璃管內(nèi)裝有兩根強(qiáng)磁性簧片，將此置于管內(nèi)一端使之以一定間隙彼此相對(duì)。玻璃管內(nèi)封入惰性氣體，同時(shí)觸點(diǎn)部位鍍銠或銥，以防止觸點(diǎn)的活性化。干簧管利用線(xiàn)圈 或永磁體，為簧片誘導(dǎo)出 N 極和 S 極，后因這種磁性的吸引力而開(kāi)始吸合。當(dāng)解除磁場(chǎng)時(shí)，由于簧片所具有的彈性，觸點(diǎn)即刻恢復(fù)原狀并打開(kāi)電路。 干簧管利用線(xiàn)圈或永磁體，為簧片誘導(dǎo)出 N 極和 S 極，后因這種磁性的吸引力而開(kāi)始吸合。當(dāng)解除磁場(chǎng)時(shí)，由于簧片所具有的彈性，觸點(diǎn)即刻恢復(fù)原狀并打開(kāi)電路。 工作狀態(tài)如圖 所示 。 圖 干簧管的工作狀態(tài) 門(mén)禁檢測(cè)單元電路由磁控管、三級(jí)管等組成 。如圖 所示。當(dāng)房門(mén)關(guān)閉的時(shí)，磁控管被吸合時(shí)，“ DOUT”端 輸出低電平；當(dāng)房門(mén)被打開(kāi)時(shí)，磁控管斷開(kāi)，“ DOUT”端輸出高電平。 圖 門(mén)禁檢測(cè)電路 碼 電路 1） PT2262 芯片 PT2262/2272是臺(tái)灣普城公司生產(chǎn)的一種 CMOS工藝制造的低功耗低價(jià)位通用編解碼電路， PT2262/2272 最多可有 12 位 (A0A11)三態(tài)地址端管腳 (懸空 ,接高電平 ,接低電平 ),任 22 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 意組合可提供 531441 地址碼 ,PT2262 最多可有 6 位 (D0D5)數(shù)據(jù)端管腳 ,設(shè)定的地址碼和數(shù)據(jù)碼從 17 腳串行輸出，可用于無(wú)線(xiàn)遙控發(fā)射電路 編碼芯片 PT2262 發(fā)出的編碼信號(hào)由：地址碼、數(shù)據(jù)碼、同步碼組成一個(gè)完整的碼字，解碼芯片 PT2272 接收到信號(hào)后，其地址碼經(jīng)過(guò)兩次比較核對(duì)后， VT 腳才輸出高電平，與此同時(shí)相應(yīng)的數(shù)據(jù)腳也輸出高電平，如果發(fā)送端一直按住按鍵，編碼芯片也會(huì)連續(xù)發(fā)射。當(dāng)發(fā)射機(jī)沒(méi)有按鍵按下時(shí)， PT2262 不接通電源，其 17 腳為低電平，所以 315MHz 的高頻發(fā)射電路不工作，當(dāng)有按鍵按下時(shí)， PT2 262 得電工作，其第 17 腳輸出經(jīng)調(diào)制的串行數(shù)據(jù)信號(hào)，當(dāng) 17 腳為高電平期間 315MHz 的高頻發(fā)射電路起振并發(fā)射等幅高頻信號(hào)，當(dāng) 17 腳為低平期間 315 MHz 的高頻 發(fā)射電路停止振蕩，所以高頻發(fā)射電路完全收控于 PT2262 的17 腳輸出的數(shù)字信號(hào)，從而對(duì)高頻電路完成幅度鍵控（ ASK 調(diào)制）相當(dāng)于調(diào)制度為 100％的調(diào)幅。 PT2262 特點(diǎn) ： CMOS 工藝制造，低功耗 外部元器件少 RC 振蕩電阻 工作電壓范圍寬： 數(shù)據(jù)最多可達(dá) 6 位 地址碼最多可達(dá) 531441 種 功能引腳圖如圖 所示。 圖 引腳功能圖 管腳說(shuō)明 如表 所示 23 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 表 PT2262 各引腳功能 名稱(chēng) 管腳 說(shuō) 明 A0A11 1 1013 地址管腳 ,用于進(jìn)行地址編碼 ,可置為“0”,“1”,“f”(懸空 ), D0D5 7 1013 數(shù)據(jù)輸入端，有一個(gè)為 “1”即有編碼發(fā)出， 內(nèi)部下拉 Vcc 18 電源正端（＋） Vss 9 電源負(fù)端（－） TE 14 編碼啟動(dòng)端，用于多數(shù)據(jù)的編碼發(fā)射， 低電平有效； OSC1 16 振蕩電阻輸入端，與 OSC2 所接電阻決 定振蕩頻率； OSC2 15 振蕩電阻振蕩器輸出端； Dout 17 編碼輸出端（正常時(shí)為 低電平） 在具體的應(yīng)用中，外接振蕩電阻可根據(jù)需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)，阻值越大振蕩頻率越慢，編碼的寬度越大，發(fā)碼一幀的時(shí)間越長(zhǎng) .推薦值 :2262/ 、 2262/、 2262/、 270K2262/2）無(wú)線(xiàn)發(fā)射電路 無(wú)線(xiàn) 數(shù)據(jù)發(fā)射模塊的工作頻率為 315M，采用聲表諧振器 SAW 穩(wěn)頻，頻率穩(wěn)定度極高，當(dāng)環(huán)境溫度在－ 25～＋ 85 度之間變化時(shí)，頻飄僅為 3ppm/度。特別適合多發(fā)一收無(wú)線(xiàn)遙控及數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。聲表諧振 器的頻率穩(wěn)定度僅次于晶體，而一般的 LC 振蕩器頻率穩(wěn)定度及一致性較差，即使采用高品質(zhì)微調(diào)電容，溫差變化及振動(dòng)也很難保證已調(diào)好的頻點(diǎn)不會(huì)發(fā)生偏移。 無(wú)線(xiàn) 數(shù)據(jù)模塊具有較寬的工作電壓范圍 3～ 12V，當(dāng)電壓變化時(shí)發(fā)射頻率基本不變 ,和發(fā)射模塊配套的接收模塊無(wú)需任何調(diào)整就能穩(wěn)定地接收。當(dāng)發(fā)射電壓為 3V 時(shí)，空曠地傳輸距離約 20～ 50 米，發(fā)射功率較小，當(dāng)電壓 5V時(shí)約 100～ 200 米，當(dāng)電壓 9V時(shí)約 300～500 米，當(dāng)發(fā)射電壓為 12V 時(shí)，為最佳工作電壓，具有較好的發(fā)射效果，發(fā)射電流約 60毫安，空曠地傳輸距離 700～ 800 米，發(fā)射功率約 500 毫瓦。當(dāng)電壓大于 l2V時(shí)功耗增大，有效發(fā)射功率不再明顯提高。這套模塊的特點(diǎn)是發(fā)射功率比較大，傳輸距離比較遠(yuǎn)，比較適合惡劣條件下進(jìn)行通訊。天線(xiàn)最好選用 25 厘米長(zhǎng)的導(dǎo)線(xiàn)，遠(yuǎn)距離傳輸時(shí)最好能夠豎立起來(lái)，因?yàn)闊o(wú)線(xiàn)電信號(hào)傳輸時(shí)收很多因素的影響，所以一般實(shí)用距離只有標(biāo)稱(chēng)距離的 20％甚至更少，這點(diǎn)需要在開(kāi)發(fā)時(shí)注意考慮。 無(wú)線(xiàn) 發(fā)射 模塊最好 布局在主板的邊緣，若采用單獨(dú)模塊也最好 垂直安裝在主板的邊緣，應(yīng)離開(kāi)周?chē)骷?5mm 以上，以免受分布參數(shù)影晌。 無(wú)線(xiàn)發(fā)射 模塊的傳輸距離與調(diào)制信號(hào)頻率及幅度，發(fā)射電壓 及電池容量，發(fā)射天線(xiàn)，接收機(jī)的靈敏度，收發(fā)環(huán)境有關(guān)。一般在開(kāi)闊區(qū)最大發(fā)射距離約 800 米，在有障礙的情況下，距離會(huì)縮短，由于無(wú)線(xiàn)電信號(hào)傳輸過(guò)程中的折射和反射會(huì)形成一些死區(qū)及不穩(wěn)定區(qū)域，不同的收發(fā)環(huán)境會(huì)有不同的收發(fā)距離。 如圖 所示 24 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 圖 無(wú)線(xiàn)發(fā)射編碼電路 系統(tǒng)電源 三端穩(wěn)壓器 7805 1）電源的設(shè)計(jì)方案 方案一：采用干電池作為報(bào)警系統(tǒng)的電源，使用于電池需經(jīng)常換電池，不符合節(jié)約型社會(huì)的要求。 方案二：用 220V／ 5V直流穩(wěn)壓電源作為系統(tǒng)的電源，不僅功率上 可以滿(mǎn)足系統(tǒng)的需要，不需要更換電源，并且比較便捷，使用更加安全可靠。 基于以上分析，我們決定采用方案二。 2）直流穩(wěn)壓電源原理 本系統(tǒng)采用的直流穩(wěn)壓電源是在市場(chǎng)直接買(mǎi)回來(lái)的，它主要的基本組成部分如下： 降壓變壓器：將交流電壓電源變成整流所符合整流需要的電壓．一般的電子設(shè)備所需的直流電壓較之交流電網(wǎng)提供的 220V 電壓相差較大，為了得到輸出電壓的額定范圍，就需要將電網(wǎng)電壓轉(zhuǎn)換到合適的數(shù)值。所以，電壓變換部分的主要任務(wù)是將電網(wǎng)電壓變?yōu)樗璧慕涣麟妷?，同時(shí)還可以起到直流電源與電網(wǎng)的隔離作用。 整流 電路：整流電路的作用，是將變換后的交流電壓轉(zhuǎn)換為單方向的脈動(dòng)電壓。由于這種電壓存在著很大的脈動(dòng)成份（稱(chēng)為紋波），因此一般還不能直接用來(lái)給負(fù)載供電，否 25 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 則，紋波的變化會(huì)嚴(yán)重影響負(fù)載電路的性能指標(biāo)。 濾波器：濾波部分的作用是對(duì)整流部分輸出的脈動(dòng)直流電進(jìn)行平滑，使之成為含交變成份很小的直流電壓。也就是說(shuō)，濾波部分實(shí)際上是一個(gè)性能較好的低通濾波器，且其截止頻率一定低于整流輸出電壓的基波頻率。 穩(wěn)壓環(huán)節(jié)：盡管經(jīng)過(guò)整流濾波后電壓接近于直流電壓，但是其電壓值的穩(wěn)定性很差，它受溫度、負(fù)載、電網(wǎng)電壓波動(dòng)等因素的影響很大 ，因此，還必須有穩(wěn)壓電路，以維持輸出直流電壓的基本穩(wěn)定。 其基本的原理圖如圖 所示： 圖 直流電源原理 用 78xx 系列三端穩(wěn)壓 IC 來(lái)組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少，電路內(nèi)部還有過(guò)流、過(guò)熱及調(diào)整管的保護(hù)電路，使用起來(lái)可靠、方便。 市電經(jīng)降壓變壓器、整流、濾波、 LM7805三端集成穩(wěn)壓電路進(jìn)行穩(wěn)壓，為系統(tǒng)提供穩(wěn)定可靠的 5V直流電源 ； 為預(yù)防停電還具有備份電源 ：由 電池和開(kāi)關(guān)二極管組成；具有工作指示功能：由發(fā)光二級(jí)管和限流電阻組成。 電路圖如圖 所示 圖 電源電路圖 數(shù)據(jù)采集機(jī)由于其體積較小，設(shè)計(jì)為阻容降壓提供 +12v 的 直流 電源 。 電容 C3 的作用為降壓和限流 ： 電容的特性是通交流 、 隔直流 ， 當(dāng)電容連接于交流電路中時(shí) ， 其容抗計(jì)算公式為 ： XC = 1/（ 2*π*f*C） 式中﹐ XC 表示電容的容抗﹑ f 表示輸入交流電源的頻率﹑ C 表示降壓電容的容量。流過(guò)電容降壓電路的電流計(jì)算公式為 : 26 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) I = U/XC 式中 ， I 表示流過(guò)電容的電流 ， U表示電源電壓 ， XC表示電容的容抗 。 市電 220v/50Hz 由滌綸電容限流 IA= U*(2*π *f*C)=,二極管整流、 電阻限流、電容濾波、 IN4744 穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓到 15v、三端集成穩(wěn)壓 LM7812 穩(wěn)壓到 12v 供給無(wú)線(xiàn)發(fā)射單元三端集成穩(wěn)壓LM780