【正文】 24 放大電路的電壓放大倍數(shù) Av1僅由外接電阻 R R4 決定： Av1=R4/R2。兩個(gè)信號(hào)輸入端中， Vi()為反相輸入端，表示運(yùn)放輸出端 Vo 的信號(hào)與該輸入端的相位相反；Vi+(+)為同相輸入端，表示運(yùn)放輸出端 Vo 的信號(hào)與該輸入端的相位相同。輸出電壓范圍頁(yè)包含負(fù)電源電壓。該四放大器可以工作在低到 或者高到 32V 的電源下，靜態(tài)電流大致為 MC1741 的靜態(tài)電流的五分之一 (對(duì)每一個(gè)放大器而言 )。 LM324 系列器件為價(jià)格便宜的帶有真差動(dòng)輸入的四運(yùn)算放大器。 由于 LM324 四運(yùn)放電路具有電源電壓范圍寬，靜態(tài)功耗小，可單電源使用，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用在各種電路中。菲涅爾透鏡作用有兩個(gè)：一是聚焦作用，即將熱釋的紅外信號(hào)折射 (反射 )在 PIR 上，第二個(gè)作用是將警戒區(qū)內(nèi)分為若千個(gè)明區(qū)和暗區(qū)，使進(jìn)入警戒區(qū)的移動(dòng)物體能以溫度變化的形式在 PIR上產(chǎn)生變化熱釋紅外信號(hào)，這樣 PIR 就能產(chǎn)生變化的電信號(hào)。當(dāng)無(wú)人體移動(dòng)時(shí)，熱釋電紅外感應(yīng)器感應(yīng)到的只是背景溫度，當(dāng)人體進(jìn)人警戒區(qū)，通過(guò)菲涅爾透鏡，熱釋電紅外感應(yīng)器感應(yīng)到的是人體溫度與背景溫度的差異信號(hào)，因此，紅外探測(cè)的基本原理就是感應(yīng)移動(dòng)物體與背景物體的溫度的差異。其表面上會(huì)產(chǎn)生電荷變化。人體可輻射出中心波長(zhǎng)為 9μ m～ 10μ m 的紅外線，而用于人體檢測(cè)的紅外線傳感器波長(zhǎng)靈敏度特性在 m～ 20μ m 范圍內(nèi)幾乎是穩(wěn)定不變的。 凡是存在自 然界的物體都會(huì)輻射出紅外線，只是其釋放的紅外線的波長(zhǎng)是不一樣的。熱釋電紅外傳感器既可用于防盜報(bào)警裝置，也可以用于自動(dòng)控制、接近開(kāi)關(guān)、遙測(cè)等領(lǐng)域。而這里設(shè)計(jì)的被動(dòng)式紅外報(bào)警器則采用了 美國(guó)的傳感元件 —— 熱釋電紅外傳感器 P2288。其與單片機(jī)的連接電路如圖 。它內(nèi)部還有 256字節(jié)的 RAM，可以補(bǔ)充 CPU 內(nèi)存的不足。它有兩個(gè) 8 位口 A、 B 和一個(gè) 6 位可編程并行口 C，總共可以擴(kuò)展出 22 條接線。 圖 晶振電路 XTAL1 C1 30pF C2 30pF XTAL2 接地 AT89C51 12MHZ 14 I/O 口擴(kuò)展電路 由于本系統(tǒng)由于 I/O 口資源比較緊缺，所以在這里通過(guò) 8155 擴(kuò)展 I/O 口，為系統(tǒng)提供足夠的 I/O 資源。本 系統(tǒng)單片機(jī)采用 12MHZ 的晶振，晶振電路采用 30PF 的電容。 晶振的作用是為系統(tǒng)提供基本的時(shí)鐘信號(hào)。在通常工作條件下，普通的晶振頻率絕對(duì)精度可達(dá)百萬(wàn)分之五十。 晶振電路 晶振是晶體振蕩器的簡(jiǎn)稱(chēng)。當(dāng)系統(tǒng)跑飛，用軟件陷阱等別的方法無(wú)法捕捉回程序時(shí)，則看門(mén)狗定時(shí)時(shí)間很快增長(zhǎng)到預(yù)置時(shí)間，迫使系 統(tǒng)復(fù)位。 看門(mén)狗電路的定時(shí)時(shí)間長(zhǎng)短可由具體應(yīng)用程序的循環(huán)周期決定，通常比系統(tǒng)正常工作時(shí)最大循環(huán)周期的時(shí)間略長(zhǎng)即可。 P 1. 01P 1. 12P 1. 23P 1. 34P 1. 45P 1. 56P 1. 67P 1. 78R S T / V P D9P 3. 0 / R x D10P 3. 1 / T xD11P 3. 2 / I N T 012P 3. 3 / I N T 113P 3. 4 / T 014P 3. 5 / T 115P 3. 6 / W R16P 3. 7 / R D17X T A L 218X T A L 119GND20P 2. 021P 2. 122P 2. 223P 2. 324P 2. 425P 2. 526P 2. 627P 2. 728P S E N29A L E / P R O G30E A / V p p31P 0. 732P 0. 633P 0. 534P 0. 435P 0. 336P 0. 237P 0. 138P 0. 039V C C40A T 8 9 C 5 1123A7 4A L S 3 2R41 0KR31 0KR51KC 1 32 2u FSC 1 40 .1 u FCS1SO2WP3V S S4V C C8R S T7S C K6SI5X 2 5 0 4 5p1 . 0p1 . 3p1 . 1p1 . 2+ 5V 圖 復(fù)位和 X25045看門(mén)狗電路硬件連接圖 13 看門(mén)狗定時(shí)器的預(yù)置時(shí)間是通過(guò) X25045 的狀態(tài)寄存器的相應(yīng)位來(lái)設(shè)定的如表 所示， X25045 狀態(tài)寄存器共有 6 位有含義，其中 WD WD0和看門(mén)狗電路有關(guān)，其余位和 EEPROM 的工作設(shè)置有關(guān)。 X25045 芯片內(nèi)包含有一個(gè)看門(mén)狗定時(shí)器，可通過(guò)軟件預(yù)置系統(tǒng)的監(jiān)控時(shí)間在看門(mén)狗定時(shí)器預(yù)置的時(shí)間內(nèi)若沒(méi)有總線活動(dòng)，則 X25045將從 RESET 輸出一個(gè)高電平信號(hào)，經(jīng)過(guò)微分電路 C R3 輸出一個(gè)正脈沖，使 CPU 復(fù)位。 X25045 在讀寫(xiě)操作之前，需要先向它發(fā)出指令，指令名及指令格式如表 。 X25045 引腳如圖 所示 。 本監(jiān)控系統(tǒng)采用 X25045 芯片設(shè)計(jì)了一種新的看門(mén)狗電路，具有體積小、占用 I/O口線少和編程方便的特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于儀器儀表和各種工控系統(tǒng)中。軟件看門(mén)狗不需外接硬件電路，但系統(tǒng)需要出讓一個(gè)定時(shí)器資源，這在許多系統(tǒng)中很難辦到，而且若系統(tǒng)軟件運(yùn)行不正常，可能導(dǎo)致看門(mén)狗系統(tǒng)也癱瘓。但目前工控系統(tǒng)仍在使用廉價(jià)的普通型 51 系列單片機(jī)，同時(shí)也為了使系統(tǒng)自己擺脫“死循環(huán)”，用戶必須自己建立看門(mén)狗電路?？撮T(mén)狗 (Watchdog)電路是自行監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行的重要保證，幾乎所有的工控系統(tǒng)都包含看門(mén)狗電路。但操作者不可能一直監(jiān)控系統(tǒng)，即使監(jiān)視著系統(tǒng)，也往往是在引起不良后果之后才進(jìn)行人工復(fù)位。指令冗余技術(shù)和軟件陷阱技術(shù)不能使失控的程序擺脫“死循環(huán)”的困境， 11 這時(shí)系統(tǒng)將完全癱瘓。51單片機(jī)的復(fù)位是由 RESET 引腳來(lái)控制的，此引腳與高電平相接超過(guò) 24個(gè)振蕩周期后，51單片機(jī)即進(jìn)入芯片內(nèi)部復(fù)位狀態(tài)，而且一直在此狀態(tài)下等待，直到 RESET 引腳轉(zhuǎn)為低電平后，才檢查 EA 引腳是高電平或低電平，若為高電平則執(zhí)行芯片內(nèi)部的程序代碼，若為低電平便會(huì)執(zhí)行外部程序。 表 特殊功能寄存器初始狀態(tài) 特殊功能寄存器 初始狀態(tài) 特殊功能寄存 器 初始狀態(tài) A 00H TMOD 00H B 00H TCON 00H PSW 00H TH0 00H SP 07H TL0 00H DPL 00H TH1 00H DPH 00H TL1 00H P0P3 FFH SBUF 不定 IP ***00000B SCON 00H IE 0**00000B PCON 0*******B A＝ 00H，表明累加器已被清零； PSW＝ 00H，表明選寄存器 0 組為工作寄存器組； SP＝ 07H，表明堆棧指針指向片內(nèi) RAM07H 字節(jié)單元，根據(jù)堆棧操作的先加后壓法則，第一個(gè)被壓入的內(nèi)容寫(xiě)入到 08H 單元中； Po～ P3＝ FFH，表明已向各端口線寫(xiě)入 1，此時(shí)，各端口既可用于輸入又可用于輸出； IP＝ ***00000B，表明各個(gè)中斷源 處于低優(yōu)先級(jí)； IE＝ 0**00000B，表明各個(gè)中斷均被關(guān)斷。 單片機(jī)的復(fù)位操作使單 片機(jī)進(jìn)入初始化狀態(tài)，其中包括使程序計(jì)數(shù)器 PC＝ 0000H，這表明程序從 0000H 地址單元開(kāi)始執(zhí)行。本系統(tǒng)單片機(jī)的復(fù)位電路采用上電或開(kāi)關(guān)復(fù)位電路。當(dāng)單片機(jī)已在運(yùn)行當(dāng)中時(shí)，按下復(fù)位鍵 K后松開(kāi)，也能使 RST為一段時(shí)間的高電平，從而實(shí)現(xiàn)上電或開(kāi)關(guān)復(fù)位的操作。常用的上電或開(kāi)關(guān)復(fù)位電路如上圖 (B)所示。如果 RST 持續(xù)為高電平，單片機(jī)就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)。但單片機(jī)本身是不能自動(dòng)進(jìn)行復(fù)位的，必須配合相應(yīng)的外部電路才能實(shí)現(xiàn)。單片機(jī)啟動(dòng)運(yùn)運(yùn)行時(shí)，都需要先復(fù)位，其作用是使 CPU和系統(tǒng)中其他部件處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開(kāi)始工作。 9 123J12 2 0 V 交流電源F10 . 5 A2 2 0 / 1 5T1AC1V+2AC3V4D1BRIDGE2C2 0 .0 1 μC1 1 0 0 0 μV i n2GND1 1 2 V 3L M 7 9 L 1 2 A C ZC80 .0 1 μC71 0 μC60 .0 1 μ 1 2 V 圖 電源電路 a 然后 另一路 經(jīng)三端穩(wěn)壓器 7809穩(wěn)壓 ,得到離子感煙傳感器和熱釋電紅外傳感器工作所需的 +9V 穩(wěn)定直流電，再經(jīng)三端穩(wěn)壓器 7805 穩(wěn)壓得到 +5V 直流電。當(dāng)警情發(fā)生，傳感器傳來(lái)信號(hào)經(jīng)單片機(jī)處理后控制報(bào)警電路運(yùn)行，向人發(fā)出聲光報(bào)警。鍵盤(pán)設(shè)計(jì)采用三個(gè)中斷式獨(dú)立按鍵，控制報(bào)警部分，分別是自動(dòng)報(bào)警、啟動(dòng)報(bào)警和關(guān)閉報(bào)警。故選擇 AT89C51 單片機(jī)為通用單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的核心是較佳的選擇 [16]。 表 單片機(jī) 5 52系列對(duì)比 系列 典型芯片 I/O口 定時(shí) /計(jì)數(shù)器 中斷源 片內(nèi) RAM 片內(nèi) ROM 51 80C31 4x8位 2x16位 5 128字節(jié) 無(wú) 80C51 4x8位 2x16位 5 128字節(jié) 4kB掩膜 ROM 87C51 4x8位 2x16位 5 128字節(jié) 4kBEEPROM 89C51 4x8位 2x16位 5 128字節(jié) 4kBEEPROM 52 80C32 4x8位 2x16位 6 256字節(jié) 無(wú) 80C52 4x8位 2x16位 6 256字節(jié) 8kB掩膜 ROM 87C52 4x8位 2x16位 6 256字節(jié) 4kBEPROM 89C52 4x8位 2x16位 6 256字節(jié) 4kBEEPROM ATMEL 公司推出的 AT89C51 兼容 C51 的單片機(jī)，完美地將 Flash(非易失閃存技術(shù) )EEPROM 與 80C51 內(nèi)核結(jié)合起來(lái)，仍采用 C51 的總體結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)， Flash 的可反擦寫(xiě)程序存儲(chǔ)器能有效地降低開(kāi)發(fā)費(fèi)用，并能使單片機(jī)作多次重復(fù)使用。 AT89C51 單片機(jī)的 主要性能參數(shù) 如下。 單片機(jī) 在選擇單片機(jī)時(shí)，本系統(tǒng)選用 AT89C51。 信號(hào)轉(zhuǎn)換電路 來(lái)自傳感器的原始信號(hào)有模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)，其中模擬信號(hào)通常為電 容信號(hào)、電阻信號(hào)、電壓信號(hào)和電流信號(hào)等，需要經(jīng)過(guò)各種信號(hào)變換電路，轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào)后，進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，在傳送給單片機(jī)進(jìn)行處理。 傳感器 要完成糧庫(kù)監(jiān)控信息的采集，需要以下兩種傳感器。所以本系統(tǒng)是一個(gè)以單片機(jī)為核心的監(jiān)控系統(tǒng)。一旦單片機(jī)檢測(cè)到險(xiǎn)情出現(xiàn)，報(bào)警電路運(yùn)行，聲光報(bào)警電路發(fā)出報(bào)警信號(hào)，向人發(fā)出警報(bào)。電源電路利用橋 式整流電路整流、電解電容濾波、穩(wěn)壓器穩(wěn)壓從而把 220V 交流電轉(zhuǎn)換成適合系統(tǒng)各部件運(yùn)行的穩(wěn)定直流電。顯示用 6 個(gè) LED 數(shù)碼管，分別顯示火災(zāi)、盜竊和四個(gè)糧倉(cāng)號(hào) (正常時(shí)顯示 0；有警情時(shí)，如果是火災(zāi)，火災(zāi)數(shù)碼管顯示 1 和對(duì)應(yīng)發(fā)生火災(zāi)的糧倉(cāng)號(hào)數(shù)碼管顯示 1，如果是盜竊，則盜竊數(shù)碼管顯示 1和對(duì)應(yīng)發(fā)生盜竊的糧倉(cāng)號(hào)數(shù)碼管顯示的 1)。 6 2 糧庫(kù)監(jiān)控系統(tǒng)方案 糧庫(kù)基本情況 糧庫(kù)由四個(gè)糧倉(cāng)組成，每個(gè)糧倉(cāng)有一扇門(mén)和兩扇窗，本系統(tǒng)則 是為保證糧庫(kù)的安全而設(shè)計(jì)的，因此要保證有火災(zāi)發(fā)生或在非檢查時(shí)間 (即不允許有人在糧庫(kù)內(nèi)走動(dòng)時(shí) )，安裝在保護(hù)區(qū)的探測(cè)器要不斷向保護(hù)區(qū)發(fā)出探測(cè)信號(hào)檢測(cè)保護(hù)區(qū)的煙霧濃度和是否有人員靠近，當(dāng)檢測(cè)到有火 災(zāi)發(fā)生或有人員靠近時(shí)，系統(tǒng)要發(fā)出聲光報(bào)警并在顯示器上顯示警情發(fā)生的區(qū)域。 基于上述情況，采用傳感器和單片機(jī)技術(shù)，研制出一套集防火防盜監(jiān)測(cè)于一體的糧庫(kù)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)具有重大的實(shí)用價(jià)值。以前主要是采取人工巡邏的防火、防盜保安制度，但是這不僅需要花費(fèi)很大的人力和財(cái)力，而且有時(shí)由于人員怠懈，無(wú)法及早發(fā)現(xiàn)火災(zāi)、偷盜等警情，結(jié)果造成巨大的損失和嚴(yán)重的后果。倉(cāng)庫(kù)引起的火災(zāi)，由于倉(cāng)庫(kù)普遍具有的特征，很可能導(dǎo)致嚴(yán)重的后果。大的安全事故，不但會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和人身傷亡，而且會(huì)造成巨大的政 治影響。到 2020 奧運(yùn)項(xiàng)目 —— 首都國(guó)際機(jī)場(chǎng)捷運(yùn)系統(tǒng)監(jiān)控項(xiàng)目就是在先進(jìn)的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化視頻監(jiān)控系統(tǒng)中進(jìn)一步整合了無(wú)人駕駛車(chē)輛自動(dòng)傳感監(jiān)控系統(tǒng)、無(wú)線移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)以及多系統(tǒng)的智能網(wǎng)管系統(tǒng)，一改傳統(tǒng)電視監(jiān)控系統(tǒng)僅僅是畫(huà)面監(jiān)視及簡(jiǎn)單報(bào)警聯(lián)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)方式，而安防系統(tǒng)整體解決方案 (Total Solution)概念必將成為現(xiàn)代電視監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展方向 [3]。中國(guó)科學(xué)院和中國(guó)工程院的 5 位院士以及國(guó)內(nèi) 30 多位安防領(lǐng)域的知名專(zhuān)家、教授發(fā)表了演說(shuō)，較全面地展示了中