【正文】 青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 34 。 該設(shè)計(jì)由原理到產(chǎn)品這一過程比較復(fù)雜，在實(shí)際操作中綜合考慮了電磁兼容和抗干擾設(shè)計(jì)，對于 protel 的使用有較高的要求，其中的原件布局以及布線是PCB 設(shè)計(jì)的重中之重，稍有不當(dāng)就會造成產(chǎn)品的缺陷。通過 protel實(shí)現(xiàn)原理圖到 PCB 的轉(zhuǎn)換。 青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 33 結(jié) 論 系統(tǒng)的硬件部分包括電源電路、單片機(jī)系統(tǒng)和聲光報(bào)警電路，該系統(tǒng)用紅外線收發(fā)管進(jìn)行檢測，探測信號采用脈沖信號，節(jié)能且抗干擾；當(dāng)檢測到有人闖入時就由 口輸出高低電平間隔 1S 的脈沖信號去驅(qū)動聲光報(bào)警電路，產(chǎn)生聲光報(bào)警。為此，科技人員又將 微處理技術(shù)引進(jìn)報(bào)警系統(tǒng)，使其具備一定的鑒別和思考能力，能在一定程度上判斷是入侵者還是環(huán)境噪擾引起的報(bào)警。現(xiàn)青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 32 行的產(chǎn)品有：微波－被動紅外雙鑒器、聲控－振動玻璃破碎雙鑒器、超聲波－被動紅外雙鑒器等。例如：熱氣流引起被動紅外入侵探測器的誤報(bào)警；高頻聲響引起單技術(shù)玻璃破碎探測器的誤報(bào)警；超聲源引起超聲波探測器的誤報(bào)警等。對用戶使用不當(dāng)進(jìn)行分析，弄清錯誤所在，提高使用者的水平，可以大大降低報(bào)警系統(tǒng)的誤報(bào)警次數(shù)。 用戶使用不當(dāng)引起的誤報(bào)警 由于用戶使用不當(dāng)常常會引起報(bào)警系統(tǒng)的誤報(bào)警。報(bào)警器安裝位置、安裝角度、防護(hù)措施以及系統(tǒng)布線等方面。 (5) 施工用檢測設(shè)備不符合計(jì)量要求。 (3) 焊點(diǎn)有虛焊、毛刺現(xiàn)象，或是屏蔽措施不得當(dāng)。 青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 31 報(bào)警器安裝引起的誤報(bào)警 這部分問題 主要表現(xiàn)在以下方面： (1) 沒有嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求施工。除設(shè)備器材選擇之外，系統(tǒng)設(shè)計(jì)不當(dāng)還表現(xiàn)在設(shè)備器材安裝位置、安裝角度、防護(hù)措施以及系統(tǒng)布線等方面。 報(bào)警器設(shè)計(jì)引起的誤報(bào)警 要減少由于器材選擇不當(dāng)引起的誤報(bào)警，系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員要十分熟悉各種報(bào)警器材的原 理、特點(diǎn)、適用范圍和局限性。 無論是損壞性故障還是漂移性故障都將使系統(tǒng)誤報(bào)警，要減少由此產(chǎn)生的誤報(bào)警必須提高產(chǎn)品的設(shè)計(jì)水平和工藝水平，在作系統(tǒng)設(shè)計(jì)的同時，還需作可行性設(shè)計(jì)，如冗余設(shè)計(jì)、三防設(shè)計(jì) (防潮、防鹽霧、防霉菌 )等。例如：溫度過高會導(dǎo)致電阻阻值的 變化，此時設(shè)備表現(xiàn)為時好時壞。這類故障通常是由元器件的損壞或生產(chǎn)工藝不良 (如虛焊等 )造成。故障的類型有損壞性故障和漂移性故障。 (4) 將固化好程序的 AT89C2051 插入電路中的 U1 插座上，接上電源即可工作。用相同方法反復(fù)調(diào)整其他幾對 紅外收發(fā)管的位置和角度。 (3) 先不裝入 AT89C2051 單片機(jī)，用短路線把 U1插座的 12 腳接地，調(diào)整 VD1 和 VD7 的安裝位置和角度，測量 U1插座的 2腳電壓。 (2) 電源電路調(diào)試。先在 Keilc51 環(huán)境中進(jìn)行軟件調(diào)試，再利用編程器將調(diào)試好的程序固化到 AT89C2051 單片機(jī)中。如圖 62所示。用工作寄存器 R1 作循環(huán)計(jì)數(shù)器，初值為 10(0AH)。這可通過使 口每隔 1S取反一次實(shí)現(xiàn)。 電路原理圖如 圖 61所示。同時， 腳輸出的高低電平間隔 1S的脈沖信號經(jīng)電阻 R8 加到紅色發(fā)光二極管 VD13 上， VD13 將閃爍發(fā)光。即當(dāng) =1 時， 555 輸出脈沖的振蕩頻率較低；當(dāng) =0 時， 555輸出脈沖的振蕩頻率高。當(dāng) UT+較高時，電容 C9 充、放電的電壓幅度較大 ，因而振蕩頻率較低。其中 555 定時器接成了一個低頻多諧振蕩器，其控制電壓輸入端 5 腳與單片機(jī) AT89C2051 的 腳相連，受 腳輸出的高低電平間隔1S的脈沖信號控制。 3. 聲光報(bào)警電路。驅(qū)動聲光報(bào)警電路，進(jìn)行聲光報(bào)警，直至按復(fù)位按鈕 RESET 或電源開關(guān) S1。發(fā)射管和接收管分別安裝在門和窗口的適當(dāng)位置，當(dāng)有人闖入時遮擋了紅外線，接收管截止，反相器輸入端為低電平，這時 U1的 ~ 為高電平。 VD1VD6為紅外發(fā)射管，其負(fù)極端接與 P1 口， P1口設(shè)置為輸出狀態(tài)，當(dāng) P1 口為“ 0”時，VD1~VD6 發(fā)紅外光。 C1， R0， R1 和復(fù)位按鈕 RESET組成手動電平復(fù)位和上電自動復(fù)位電路； C2， C3 以及晶振 JT1 組成時鐘電路；C4， C5 為 +5V 電源濾波電容。 2. 單片機(jī)系統(tǒng)。 硬件電路 本設(shè)計(jì)具有以下特點(diǎn)：用當(dāng)今最流行的 AT89C2051 單片機(jī)控制，體積小，成本低；用紅外線收發(fā)管進(jìn)行檢測，安裝隱蔽，不易被發(fā)現(xiàn)；探測信號采用脈沖信號，節(jié) 能且抗干擾；當(dāng)有人試圖闖入室內(nèi)時，能自動進(jìn)行聲光報(bào)警將該報(bào)警器原理介紹如下：可將該電路分為以下三個部分； 1. 電源電路。 圖 52 接收器電路原理圖 青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 26 第 6 章 單片機(jī)控制紅外防盜報(bào)警系統(tǒng) 實(shí)驗(yàn)裝置 變壓器 (+5V)、 無極性電容、 保險管、 無極性電容、 1K電 晶錚、 20uF 無極性電容、 30pF 無極性電容 (3 個 )、 78L05 三端穩(wěn)壓管、AT89S2051 單片機(jī)、 100K 電阻、 270電阻、 470 電阻 、 470uF 極性電容、 555 定時器、 2021uF 極性電容揚(yáng)聲器、 CMOS6 反相器 CC406 30uF 極性電容、紅色發(fā)光二極 IN4007 二極管 (4 個 )、紅外線發(fā)射 (接收 )(對 10K 電阻 (7 個 )、 PCB 版、排線。時， 腳輸 出的高低電平間隔 1S 的脈沖信號經(jīng)電阻 R8 加到紅色發(fā)光二極 VD13 上， VD13 將閃爍發(fā)光。當(dāng) =0 時， 555 輸出脈沖的振蕩頻率高。其振蕩頻率約為 30kHz,占空比為 1:10?遠(yuǎn)紅外 線???正常情況下紅外接收管收到由發(fā)送管送來的紅外信號后，轉(zhuǎn)變?yōu)槲⑷醯碾娦盘枺?555定時器接成了一個低頻多諧振蕩器，其控制電壓輸入端 5腳與單片機(jī) AT89C2051的 腳相連，受 腳輸出的高低電平間隔 1S 的脈沖信號控制。在該電路中， k1 為開關(guān)，NE555 組成一個振蕩頻率約為 32kHz 的多諧振蕩器，由振蕩器③腳輸出調(diào)制脈沖通過紅外發(fā)送管向外發(fā)送。雙管紅外發(fā)射電路，可提高發(fā)射功率，增加紅外發(fā)射的作用距離。紅外線發(fā)射與接收的方式有兩種，其一是直射式，其二是反射式。 用紅外發(fā)光二極管發(fā)射紅外線去控制受控裝置時，受控裝置中均有相應(yīng)的紅外光 電轉(zhuǎn)換元件，如紅外接收 二極管，光電三極管等。常見的紅外發(fā)光二極管，其功率分為小功率(1mW10mW)、中功率 (20mW50mW)和大功率 (50mW100mW 以上 )三大類。提高 Ip 的方法 ，是減小脈沖占空比，即壓縮脈沖的寬度 T，一些彩電紅外遙控器，其紅外發(fā)光管的工作脈沖占空比約為 1/31/4；一些電器青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 產(chǎn)品紅外遙控器，其占空比是 1/10。發(fā)射紅外線去控制相應(yīng)的受控裝置時，其控制的距離與發(fā)射功率成正比。管壓降約 ，工作電流一般小于 20mA。管徑有φ 3mm、φ 5mm，兩種，常用的是φ 5mm 的。紅外發(fā)光二極管所發(fā)的光是視覺看不到的紅外光，而普通發(fā)光二極管發(fā)出的是可見光。如彩色電視機(jī)的遙控、音響的遙控、空調(diào)的遙控等部是采用紅外發(fā)光二極管構(gòu)成的遙控電路。因此也稱紅外發(fā)射二極管。 當(dāng)輸出為規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)信號時，則一般稱為變送器。 (2) 轉(zhuǎn)換元件 (變換器 )。由圖可知，傳感器由以下部分組成： 青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 圖 415 傳感器的組成框圖 (1) 敏感元件 (預(yù)變換器 )。傳感器的組成按其定義一般是由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和測量電路三部分組成。由于低頻振蕩器Ⅰ的輸出端 3 接到高頻振蕩器Ⅱ的復(fù)位端 4，故當(dāng)振蕩器Ⅰ的輸出電壓 uo1為高電平時，振蕩器Ⅱ就振蕩；當(dāng) uo1 為低電平時，振蕩器Ⅱ停止振蕩，從而使揚(yáng)聲器便發(fā)出間歇聲響。 青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 圖 413 CC4069構(gòu)成的低成本積分器 模擬聲響發(fā)生器 (揚(yáng)聲器 ) 圖 414 是由兩個多諧振蕩器構(gòu)成的模擬聲響發(fā)生器。兩個 F 的電容作補(bǔ)償用，防止產(chǎn)生不必要的振蕩。用CMOS 門組成積分器是利用它的線性區(qū)具備放大這一特點(diǎn)。 圖 412 反相器 CC4069 CC4069 其他應(yīng)用 CC4069 構(gòu)成的低成本積分器 如 圖 413 所示，為低成本積分電路。此器件主要用作通用反相器，即用于不需要中功率 TTL 驅(qū)動和邏輯電平轉(zhuǎn)換的電路中。只有在 BC段， V1 和 V2 均導(dǎo)通時才有電流 iD 流過 V1 和 V2，并且在 UI=1/2UDD 附近， iD最大。 CMOS 反相器的主要特性： CMOS 反相器的電流傳輸特性如 圖 411所示 圖 411 COMS反相器的電流傳輸特性 在 AB 段由于 V1截止，阻抗很高，所以流過 V1 和 V2 的漏電流幾乎為 0。此時 UO=UOL≈ 0，即輸出為低電平。 青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 圖 410 CMOS反相器 工作原理： (1) 當(dāng) UI=UIL=0V 時， UGS1=0，因此 V1管截止，而此時 |UGS2|＞ |UTP|，所以 V2 導(dǎo)通，且導(dǎo)通內(nèi)阻很低，所以 UO=UOH≈ UDD， 即輸出為高電平。為了使電路能正常工作，要求電源電壓 UDD＞ (UTN+|UTP|)。 COMS 反相器結(jié)構(gòu)電路及其工作原理 COMS 反相器 如 圖 410所示 CMOS反相器由兩個增強(qiáng)型 MOS場效應(yīng)管組成，其中 V1為 NMOS管，稱驅(qū)動管， V2 為 PMOS 管，稱負(fù)載管。 3. 組成占空比可調(diào)的多諧振蕩器 電路如 圖 49， D D2 用來決定電容充、放電電流流經(jīng)電阻的途徑 (充電時D1導(dǎo)通， D2截止；放電時 D2導(dǎo)通， D1截止 )。 外部元件的穩(wěn)定性決定了多諧振蕩器的穩(wěn)定性， 555 定時器配以少量的元件即可獲得較高精度的振蕩頻率和具有較強(qiáng)的功率輸出能力。電容 C在充電和放電，從而在輸出端得到一系列的矩形波，對應(yīng)的波形如圖 410所示。 青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 圖 46 555組成的定時電路圖 2. 構(gòu)成多諧振蕩器 如 圖 47 所示，由 555 定時器和外接元件 R R C構(gòu)成多諧振蕩器，腳 2與腳 6直接相連?；?RS觸發(fā)器的輸出狀態(tài)受比較器 C C2的輸出端控制。比較器由兩個結(jié)構(gòu)相同的集成運(yùn)放 C C2組成。電阻分壓器由三個 5kΩ的等值電阻串聯(lián)而成。 7 腳： D 放電端。 5腳： CO(或 VC)為控制電壓端。 4腳： R是直接清零端。 2腳： TR 低觸發(fā)端。一般用 5V。 1腳： GND(或 Vss)外接電源負(fù)端 VSS 或接地，一般情況下接地。555 定時器的輸出端電流可以達(dá)到 200mA，因此可以直接驅(qū)動與這個電流數(shù)值相當(dāng)?shù)呢?fù)載，如繼電器、揚(yáng)聲器、發(fā)光二極管等。比較器的輸入端有一個由三個 5kW 電阻組成的分壓器，由此可以獲得 0 和 1 兩個分壓值，一般稱為閾值。三極管 VT1 對清零起跟隨作用，起緩沖作用。 555定時器成本低，性能可靠，只需要青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 外接幾個電阻、電容，就可以實(shí)現(xiàn)多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與變換電路。一般用雙極性工藝制作的稱為 555，用 CMOS 工藝制作的稱為 7555，除單定時器外，還有對應(yīng)的雙定時器 556/7556。輸出電流以 78(或 79)后面加字母來區(qū)分。 圖 42 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路 原理圖 78 系列應(yīng)用電路 提高輸電壓的電路 青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 如 圖 43 所示，其中 I1 為三端穩(wěn)壓器的靜態(tài)工作電流，其值變化不大，一般在 5mA 左右，最大 8mA，由于穩(wěn)壓作用，所以輸出端為 5V，也就是 R1兩端為5V，流過電流 I2=5/R1， I2 加上 I1流過 R2，所以 R2兩端的電壓為 (I1+I2)*R2，最后兩個電阻兩端的電壓加起來就是，輸也電壓 UO。但壓差取得大時，又會增加集成塊的功耗，所以，兩者應(yīng)兼顧，即既保證在最大負(fù)載電流時調(diào)整管不進(jìn)入飽和，又不致于功耗偏大。在使用時必須注意： (VI)和 (Vo)之間的關(guān)系，以 7805 為例，該三端穩(wěn)壓器的固定輸出電壓是 5V，而輸入電壓至少大于 7V，這樣輸入 /輸出之間有 2－ 3V 及以上的壓差。在線性集成穩(wěn)壓器中，由于三端穩(wěn)壓器只有三個引出端子，具有外接元件少，使用方便，性能穩(wěn)定，價格低廉等優(yōu)點(diǎn)，因而得到廣泛應(yīng)用。 (2) 將普通 8031/80C31 仿真器的仿青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 真插頭中 ～ 和 ～ 引出來仿真 205T，這種方法可以運(yùn)用單步、斷點(diǎn)的調(diào)試方法，但是仿真不夠真實(shí)，比如， 2051 的內(nèi)部模擬比較器功能， P1口、 P3 口的增強(qiáng)下拉能力等等。 (1) 由于 89C2051 內(nèi)部程序存貯器為 Flash，所以修改它內(nèi)部的程序十分方便快捷，只要配備一個可以編程 89C2051 的編程器即可。 1. 程序保密： 89C2051 設(shè)計(jì)有 2 個程序保密位，保密位 1 被編程之后，程序存儲器不能再被編程除非做一次擦除，保密位 2被編程之后，程序不能被讀出。同時AT89C2051 的時鐘頻率可以為零，即具備可用軟件設(shè)置的睡眠省電功能，系統(tǒng)的喚醒方式有 RAM、定時 /計(jì)數(shù)器、串行口和外中斷口，系統(tǒng)喚 醒后即進(jìn)入繼續(xù)工作狀態(tài)。