【正文】 30 AMS1117穩(wěn)壓（ ）芯片設(shè)計(jì) （ 1） AMS1117穩(wěn)壓（ ）芯片的電路圖 （ 2） AMS1117穩(wěn)壓（ ）芯片的 PCB板 蚌埠學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 31 報(bào)警系統(tǒng)模塊 （ 1）報(bào)警模塊的電路圖設(shè)計(jì) （ 2） 報(bào)警模塊的 PCB板 王成龍：基于單片機(jī)的無線防盜報(bào)警器的設(shè)計(jì) 32 附錄 B 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的實(shí)物圖 蚌埠學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 33 附錄 C 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的程序 NRF24L01模塊的設(shè)計(jì)程序 /*=========================================================== 功能描述： NRF24L01 無線傳輸基本 驅(qū)動(dòng)函。 通過這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)我增強(qiáng)了理論聯(lián)系實(shí)際的能力，同時(shí)在設(shè)計(jì)過程中張自軍教授教會(huì)我發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力， 以及看待問題的角度 。還有他那孜孜不倦的探索鉆研的精神更讓我受益匪淺，讓我在以后的學(xué)習(xí)和工作上不斷的追求。由于基礎(chǔ)的薄弱，在畫設(shè)計(jì)的原理圖和 PCB 線路圖時(shí)很吃力，張老師 就細(xì)心 的 對我進(jìn)行指導(dǎo)和幫助 ，讓我 在這次設(shè)計(jì)中 學(xué)到了很多，也收獲了很多的感動(dòng)。在這里首先要感謝我的指導(dǎo)老師張自軍教授。雖然整個(gè)過程很辛苦，但很開心，最重要的是在這個(gè)設(shè)計(jì)過程中自己知道哪些知識是自己薄弱的 ，這樣可以在以后的學(xué)習(xí) 生活 中有針對的去學(xué)習(xí)。 在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中，學(xué)到了很多，尤其對 AT89C51 單片機(jī)有了更深入的了解，每個(gè)引腳都做了細(xì)致的研究。無線模塊也可以采用傳輸距離更遠(yuǎn)、功能更強(qiáng)大的 PT2262/PT2272。這樣才能滿足現(xiàn)在智能小區(qū)和大型倉庫的要求。 無線防盜報(bào)警器設(shè)計(jì)是個(gè)應(yīng)用型比較強(qiáng)的課題，其中在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中需要考慮很多實(shí)際情況的問題，比如防盜區(qū)域的場景的復(fù)雜性和其他事物的干擾性等現(xiàn)實(shí)的因素。在設(shè)計(jì)中由于對 NRF24L01 引腳的不熟悉造成整個(gè)設(shè)計(jì)過程比較困難。而且熱釋電紅外傳感器采集的是人體發(fā)出的紅外波長，所以采集的時(shí)候可能會(huì)受到動(dòng)物或者其它因素的干擾，造成采集信號過程產(chǎn)生一點(diǎn)的誤差。利用單片機(jī)驅(qū)動(dòng)聲音報(bào)警器和燈光報(bào)警器進(jìn)行報(bào)警。 蚌埠學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 6 結(jié) 論 本設(shè)計(jì)采用了熱釋電紅外傳感器、 NRF24L01 無線模塊、核心模塊的單片機(jī)完成課題的設(shè)計(jì)。 圖 52 中斷函數(shù)流程圖 NRF24L01無線傳輸模塊的程序設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)系統(tǒng)使用的最小系統(tǒng)是是 AT89C52RC 單片機(jī)，因?yàn)樵搯纹瑱C(jī)沒有可以直接通信的 SPI 端口，所以在連接 NRF24L01 端口的時(shí)候需要先用程序模擬SPI 端口，建立連接端口的條件。外 部 中 斷 1 請 求L E D 燈 開 啟 , 同 時(shí) 開 啟 定 時(shí) 中 斷0 允 許 位 。 } Delay_1ms(50)。 } else { led = 1。 if(RxData[0]==1) { led = 0。 while(1) { NRF24L01_Mode_RX()。 Delay_1ms(100)。 NRF24L01_Init()。 主程序采用查詢的工作方式，其流程圖如圖 51 所示。 因?yàn)?它具有簡便靈活、方便操 作 、 良好的可移植性以及表達(dá)能力強(qiáng)等特點(diǎn) ，所以在開發(fā)項(xiàng)目和教學(xué)上廣泛使用。最后通過把子函數(shù)和主函數(shù)連接起來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能。 蚌埠學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 AKB1TO92S8550Q1R1VCCGNDBUZER 圖 411 聲音報(bào)警電路圖 王成龍：基于單片機(jī)的無線防盜報(bào)警器的設(shè)計(jì) 22 5 系統(tǒng)軟件部分 本論文采用模塊化的程序設(shè)計(jì)思想，通過主程序來調(diào)用各個(gè)子程序來實(shí)現(xiàn)各模塊的功能。如圖 410 所示為發(fā)光二極管報(bào)警電路圖。本電路圖使用了 一個(gè)發(fā)光 二極管和 一個(gè) 的 電阻，連在單片機(jī)的 RXD 引腳上，外部接在 VCC 上。最后 CE 變低，nRF24L01 進(jìn)入空閑模式 1 表示接收成功 [16]。當(dāng)接收方檢測到 這些 有效地址和循環(huán)冗余校驗(yàn)時(shí)，這時(shí) NRF24L01 將把數(shù)據(jù)包存儲(chǔ)在接收和 FIFO 中，系統(tǒng)產(chǎn)生中斷，通知微控制器去取數(shù)據(jù)。若進(jìn)入空閑 模式 2 時(shí)，則發(fā)送堆棧中無數(shù)據(jù)且 CE=1。最后成功的發(fā)射數(shù)據(jù)時(shí) ,若芯片的使能 CE 為低則進(jìn)入空閑模式 1。若重發(fā)次數(shù)過多，達(dá)到發(fā)射的上限，這時(shí)系統(tǒng)將 MAX_RT 置高，保留系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)，等待下一次合適的時(shí)候再發(fā)設(shè) 。確定通信成功有兩種可能：一種是當(dāng)自動(dòng)應(yīng)答開啟 ， NRF24L01 立即進(jìn)入接收模式，如果收到應(yīng)答，則認(rèn)為此次通信成功，配置和數(shù)據(jù)恢復(fù)初始狀態(tài) 。 發(fā)射數(shù)據(jù)時(shí) ,需要把NRF24L01 配置為發(fā)射模式，接著按照時(shí)序由 SPI 口把有效數(shù)據(jù) TX_PLD 和接收節(jié)點(diǎn)地址 TX_ADDR 寫入 nRF24L01 緩存區(qū)； TX_PLD 必須在 SPI 片選信號為低時(shí)不斷寫入，與 CSN 不同的是 TX_ADDR 在發(fā)射時(shí)只需要寫入一次即可。 掉電模式： 此模式下 NRF24L01 損耗電流最小， 與此 同時(shí) nRF24L01 停止工作，但是所有配置寄存器的值仍然保留。 空閑模式 2：在 CE=1 時(shí)且當(dāng)發(fā)射堆棧為空發(fā)生時(shí)。 ⑵ NRF24L01 的參數(shù)，具體參數(shù)如表 41 所示： 王成龍：基于單片機(jī)的無線防盜報(bào)警器的設(shè)計(jì) 18 表 41 NRF24L01的性能參數(shù)表 ⑶ NRF24L01 的引腳及其功能 [14]，具體如表 42 所示： 表 42 NRF24L01的引腳與功能表 引腳 名稱 引腳功能 描述 1 CE 數(shù)字輸入 RX 或 TX模式選擇 2 CSN 數(shù)字輸入 SPI 片選信號 3 SCK 數(shù)字輸入 SPI 時(shí)鐘 4 MOSI 數(shù)字輸入 從 SPI 數(shù)據(jù)輸入腳 5 MISO 數(shù)字輸出 從 SPI 數(shù)據(jù)輸出腳 6 IRQ 數(shù)字輸出 可屏蔽中斷 腳 7 VDD 電源 電源（ +3v） 8 VSS 電源 接地（ 0v） 9 XC2 模擬輸出 晶體振蕩器 2 腳 10 XC1 模擬輸入 晶體振蕩器 1 腳 /外部時(shí)鐘輸入腳 11 VDD_PA 電源輸出 給 RF 的功率放大器提供的 + 電源 12 ANT1 天線 天線接口 1 13 ANT2 天線 天線接口 2 14 DVDD 電源輸出 去耦電路電源正極端 15 IREF 模擬輸入 參考電流 ⑷ NRF24L01 的工作模式 NRF24L01 有四 種 工作模式 ， 分別為掉電、空閑 、 接收及發(fā)射四種 。幾乎所有的單片機(jī)芯片都能和它相連，并能完成相應(yīng)的無線傳輸工作。 VCCGNDC547R1110KR1210KC447u1206C6SOT223BCP56Q2GND 圖 49 放大電路圖 無線發(fā)射和接收模塊 無線發(fā)射的模塊有 NRF24L0 NRF90 PT2262 等，本設(shè)計(jì)采用的是NRF24L01 無線收發(fā)模塊。 通常情況下 ，要求放大器的增益為 60~70dB,同時(shí)帶寬要達(dá) 到~7HZ。 蚌埠學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 放大電路的設(shè)計(jì) 因?yàn)闊後岆娂t外傳感器采集到的信號很小，僅 1mV 左右， NRF24L01 無線模塊不能把此時(shí)的信號傳輸出去，而且采集的信號頻率也只有 ~10HZ。 發(fā) 光 物 體聚 光 系 統(tǒng)繼 電 器 輸 出定 時(shí) 電 路信 號 處 理 電 路頻 域 限 制 放 大器熱 釋 電 傳 感 器 圖 48 熱釋電紅外傳感器 工作的 原理流程圖 熱釋電紅外的具體電路由探頭、低頻放大電路、門限電路等三部分組成， 在輸入端利用 C1 和 R2 來穩(wěn)定工作電壓，同樣為了穩(wěn)點(diǎn)信號在輸出端多加了穩(wěn)壓元件。本設(shè)計(jì)的紅外傳感器采用雙探測元的結(jié)構(gòu)。菲涅爾透鏡的實(shí)物圖如圖 47 所示 圖 47 菲涅爾透鏡 的實(shí)物圖 ⑶ 熱釋電傳感器工作原理 熱釋電傳感器與菲涅爾透鏡配 合使用能增加它的靈敏度和傳感器的探測半徑。 特殊的地方在于王成龍：基于單片機(jī)的無線防盜報(bào)警器的設(shè)計(jì) 16 他在 探測器前方會(huì)產(chǎn)生一個(gè)交替變化區(qū)域，分別是 “高靈敏區(qū) ”和 “盲區(qū) ”兩個(gè)區(qū)域， 以至于熱釋電紅外的 探測和接收的靈敏度 得到 提高。多元陣列式菲涅爾透鏡現(xiàn)在一般用在人體感應(yīng)系統(tǒng)中的光調(diào)制器中，它起到 兩種作用非別是 調(diào)制器和紅外輻射收集器 。鏡片 具 有兩面， 其中 外觀 表面 是 為光面， 在其 另一面 是被刻錄了由小到大的同心圓 。 圖 46 紅外熱釋電傳感器實(shí)物圖 ⑵ 菲涅爾透鏡的介紹 菲涅爾透鏡是由一位著名的法國物理學(xué)家 發(fā)明的， 是具有微 小 細(xì) 致 結(jié)構(gòu)的 的 一種光學(xué)元件，又名螺紋透鏡。缺 點(diǎn)是容易受各中 外界各種因素干擾 、 穿透差 ，所以當(dāng)人體 發(fā)射出 的紅外輻射 遭到 外物遮擋 時(shí) ， 就會(huì) 造成信息不能被探頭接收； 還有情況是 當(dāng)環(huán)境溫度和人體溫度 達(dá)到 非常接近 程度 時(shí)，探測的靈敏度將會(huì)有明顯的下降趨勢，可能還會(huì)造成短時(shí)間的失靈。要使信號能夠發(fā)大， 這時(shí)探頭內(nèi)的場效應(yīng)管起到放大作用，把接收到的電壓信號向外輸出。 一般 在 熱釋電紅外傳感器的 探測器里面裝入一至兩個(gè) 這樣規(guī)格的 探測元件，為了克服自身由溫度升高而產(chǎn)生的誤差，將兩個(gè)探測元件以 反極性 串聯(lián)。其主要組成材料是 由一種高熱電系數(shù)，如 鉭酸鋰 和硫酸三甘鈦等制成[6]。下面具體介紹各個(gè)模塊。 ⑶ 復(fù)位條件：當(dāng)?shù)?9 引腳連接高電平持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上的時(shí)間會(huì)產(chǎn)生復(fù)位動(dòng)作。本 無線防盜報(bào)警器 系統(tǒng)采用的是外部手動(dòng) 的方法 。 復(fù)位電路 的設(shè)計(jì) 王成龍：基于單片機(jī)的無線防盜報(bào)警器的設(shè)計(jì) 14 圖 44 復(fù)位電路原理圖 在 設(shè)計(jì) 復(fù)位電路系統(tǒng) 時(shí) 使用了 分別使用了 10K 和 1K 的 兩個(gè) 電阻器、 一個(gè) 10uf 的電容器 和 一個(gè)按鍵。引腳分別是 18 腳和 19 腳，兩條引腳不分正負(fù)。 晶振電路的 設(shè)計(jì) 圖 43 晶振電路原理圖 此 晶振電路 設(shè)計(jì)中使用了 30PF 的電容和 12MHZ 的晶振 來組成 。根據(jù)R=(UUled)/I 可以算出保護(hù)電阻的阻值范圍是 150Ω 到 660Ω，但由于 LED 的電壓達(dá)不到 ，為了確保安全起見，顧把保護(hù)電阻的阻值選為 1000Ω。恒壓源方便而且容易得到。為了防止 LED 因電流 過大而燒壞，所以在電路上安裝了一個(gè)電阻，從而保護(hù)電源模塊，起到分壓作用。電源座 DC 是為了使整個(gè)系統(tǒng)能容易的接入電。 電源電路的設(shè)計(jì) 圖 42 電源電路原理圖 電源是為單片機(jī)和其他系統(tǒng)供電的模塊，它為 STC89C52 單片提供 5V電壓。 程序存儲(chǔ)使能 PSEN （ 29腳）：讀取外部存儲(chǔ)器是 它的 功能。 當(dāng) EA =1時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)部存儲(chǔ)器 將會(huì)被 使用；當(dāng) EA =0時(shí)，系統(tǒng)使用外部存儲(chǔ)器。 外部振蕩器 被使用 時(shí)， XTAL2不 會(huì)被使 用， 這時(shí) XTALI接收振蕩器信號。 XTAL1（ 19引腳）： 具有 輸入到振蕩器反相放大器及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端 的功能 。復(fù)位引腳為第 9腳。每一根引腳都可以編程。 GND： 20腳，接地。 VCC： 40腳，連接（ 5V177。 STC89C52RC單片機(jī)的引腳功能介紹 STC89C52RC單片機(jī) 的封裝形 式 為直插式封裝 ，整個(gè)引腳 為 40個(gè) ， 雙列直插式的 PDIP40，如圖 41所示各引腳功能如下 [6]。通過它的引腳對聲音報(bào)警電路和二級管發(fā)光電路等控制。中心模塊的核心部分是單片機(jī)。它的運(yùn)行界面如圖 33 所示。 Altium Designer 集聚了 Protel DXP等多種版本的 功能和優(yōu)點(diǎn)，提供大量的原理圖庫以及豐富的虛擬器，并且在工程的設(shè)計(jì)和調(diào)試階段中，可以方便模塊直接的連接，看出每個(gè)模塊間的邏輯關(guān)系，方便調(diào)試。 Altium Designer 軟件集原理圖設(shè)計(jì)、 PCB 繪版、電路仿真、拓?fù)溥壿嬜詣?dòng)布線和設(shè)計(jì)輸出等技術(shù)為一體，從而為設(shè)計(jì)者們 提供了一整套完整的設(shè)計(jì)方案，使設(shè)計(jì)者可以輕松進(jìn)行設(shè)計(jì)，熟練使用 Altium Designer 將能大大改善電子設(shè)計(jì)的效率和質(zhì)量 [5]。 它的運(yùn)行界面如圖 32 所示。同時(shí)，該軟件和微軟的 office 兼容，可以隨時(shí)在編輯文檔的時(shí)候插入圖表和流程圖。利用 Office Visio 2020 可以把現(xiàn)有的數(shù)據(jù)生成很多種類的標(biāo)準(zhǔn)圖表、流程圖和機(jī)構(gòu)框圖。 圖 31 Keil uVision4運(yùn)行界面 王成龍：基于單片機(jī)的無線防盜報(bào)警器的設(shè)計(jì) 8 Microsoft Office Visio 2020 Visio 最初是由 Visio 公司設(shè)計(jì)的，它的創(chuàng)始人是 由三個(gè)著名的科學(xué)組成 。 Keil uVision4 的優(yōu)點(diǎn)也是顯而易見的，它 具有多顯示器、簡便的多項(xiàng)目工作程區(qū) 、 靈活性高和項(xiàng)目眾多 等優(yōu)勢 。 Keil C51 軟件 是 51 系列兼容 各種 單片機(jī) 在內(nèi)的用 C 語言開發(fā)系統(tǒng)，內(nèi)部提供了包括 C 編譯器、鏈接器、宏匯編和仿真調(diào)試器等