【正文】 別進(jìn)行介紹。 各單元之間環(huán)環(huán)相扣，各自完成自己的任務(wù)，組合在一起就能完成紅外線的發(fā)射 、 接收 、檢測(cè)入侵信號(hào)的功能，便構(gòu)成了紅外防盜報(bào)警器的設(shè)計(jì)要求，實(shí)現(xiàn)了入侵報(bào)警功能。紅外線接收單元由紅外接收二極管接收紅外線產(chǎn)生接收信號(hào)，送入單片機(jī)，單片機(jī)接收到變化脈沖即表示有入侵者，產(chǎn)生信號(hào)驅(qū)動(dòng)聲光報(bào)警電路報(bào)警。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 3 頁(yè) 共 51 頁(yè) 2 總體方案 系統(tǒng)原理框圖如圖 所示。 課題研究的目的 主動(dòng)式紅外防盜報(bào)警器主要 由 紅外線 發(fā)射電路、 紅外線 接收電路、聲光報(bào)警電路組成，本設(shè)計(jì)就是要實(shí)現(xiàn)用 38kHz 的方波對(duì)紅外線進(jìn)行調(diào)制發(fā)射出去，由接收電路進(jìn)行紅外線的接收， 接收電路 輸出低電平，當(dāng)有障礙物遮擋住這束紅外線時(shí)，接收電路產(chǎn)生高電平送人單片機(jī)，由單片機(jī) 內(nèi)部程序作用 產(chǎn)生聲光報(bào)警 驅(qū)動(dòng)信號(hào) ，并由數(shù)碼管顯示報(bào)警 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 2 頁(yè) 共 51 頁(yè) 次數(shù)。兩種類(lèi)型的紅外防盜報(bào)警器都有自身難以克服的缺點(diǎn)，也有其自身的優(yōu)點(diǎn)。 被動(dòng)式紅外防盜報(bào)警器沒(méi)有發(fā)射單元，主要依靠熱釋電人體紅外傳感器來(lái)接收人體輻射出的紅外線產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。 紅外防盜報(bào)警主要分為兩種類(lèi)型：主動(dòng)式和被動(dòng)式。 太陽(yáng)光線中 有很多種不可見(jiàn)光線 ， 而紅外線是其中的一種， 又稱(chēng) 為 紅外線熱輻射。 課題 研究的 意義 紅外防盜報(bào)警器在社會(huì)中應(yīng)用廣泛，對(duì)于預(yù)防盜賊、實(shí)時(shí)監(jiān)控具有重要意義，極大的減輕了人的工作負(fù)擔(dān)，保障了社會(huì)的安定和諧 。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 1 頁(yè) 共 51 頁(yè) 1 緒論 隨著人類(lèi)社會(huì)的發(fā)展，人們的物質(zhì)財(cái)富不斷增長(zhǎng)，工廠的貴重設(shè)備也在增多，文藝場(chǎng)所像博物館等的貴重文物也不斷增多，由此吸引了許多不法分子徒勞而獲的欲望，安防在現(xiàn)代社會(huì)顯得越來(lái)越重要，在許多高新技術(shù)的應(yīng)用下，類(lèi)型眾多的防盜報(bào)警產(chǎn)品進(jìn)入了市場(chǎng)，而紅外防盜報(bào)警器更以其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)在市場(chǎng)受到了極大地歡迎。 設(shè)計(jì)紅外防盜報(bào)警器需要解決紅外線的發(fā)射電路和接收電路，聲光報(bào)警電路。各國(guó)對(duì)紅外線技術(shù)的研究促使紅外線技術(shù)應(yīng)用到很多高新科技領(lǐng)域，紅外線技術(shù)結(jié)合單片機(jī)技術(shù)制作的紅外防盜報(bào)警具有很廣闊的研究前景，單片機(jī)使得報(bào)警功能越來(lái)越智能化、人性化，可以實(shí)現(xiàn)人們的各種防盜報(bào)警要求。光譜中波長(zhǎng)自 ~400 微米的一段稱(chēng)為紅外線。 主動(dòng)式紅外防盜報(bào)警器主要由發(fā)射和接收兩個(gè)單元組成，也就是由于障礙物對(duì)由發(fā)射電路和接收電路組成的不可見(jiàn)光線的阻擋使得接收器接收不到紅外線而產(chǎn)生 報(bào)警信號(hào)，是外界主動(dòng)的去影響紅外傳感器，所以稱(chēng)為主動(dòng)式紅外防盜報(bào)警器。由物理學(xué)中光部分知，溫度高于 0K 的物體，都會(huì)發(fā)出紅外線，所發(fā)紅外線的波長(zhǎng)有所不同，人體輻射出的紅外線波長(zhǎng)一般在 ~ 之間，熱釋電人體紅外傳感器恰可對(duì)這段波長(zhǎng)產(chǎn)生反映，由此發(fā)出報(bào)警信號(hào)。本設(shè)計(jì)采用主動(dòng)式類(lèi)型。由此，紅外防盜報(bào)警器的功能便得以實(shí)現(xiàn)， 完成了入侵自動(dòng)報(bào)警的功能， 也即是本課題的研究目的。 圖 系統(tǒng)方框圖 紅外線發(fā)射 單元由 555 定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩電路產(chǎn)生 38kHz 的脈沖信號(hào)驅(qū)動(dòng)三極管工作，使紅外二極管導(dǎo)通，以 38kHz 的頻率發(fā)射紅外線。聲光報(bào)警電路由發(fā)光二極管和蜂鳴器等元件組成。 單 片 機(jī) 聲光報(bào)警電 路 紅外線接收 單元 紅外線發(fā)射單元 顯 示 報(bào)警次 數(shù) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 4 頁(yè) 共 51 頁(yè) 3 硬件電路設(shè)計(jì) 硬件電路分為 四 部分： 紅 外線 發(fā)射電路 、 紅外線 接收電路 、 單片機(jī)控制電路 、聲光報(bào)警電路 。 紅外線發(fā)射電路 發(fā)射單元由 555 定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩電路和紅外二極管電路組成， 紅外發(fā)光二極管發(fā)出的紅外線的距離與其發(fā)射功率成正比，且當(dāng)紅外發(fā)光二極管工作在脈沖狀態(tài)下時(shí)，紅外線的傳輸距離與脈沖峰值電流成正比，用 38kHz 對(duì)紅外線進(jìn)行調(diào)制 可以防止日光和燈光的干擾，調(diào)制 的 是 紅外線的 幅 度 ，和電波的調(diào)制不一樣，波長(zhǎng)沒(méi)變還 是紅外線波長(zhǎng)，且一般公司生產(chǎn)的紅外接收探頭也都是針對(duì) 38kHz 的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的，可以使紅外線傳播的更遠(yuǎn)，接收也更靈 敏，所以需要用 38kHz 的脈沖信號(hào)對(duì)紅外線進(jìn)行調(diào)制。 555 定時(shí)器及其構(gòu)成的多諧振蕩電路 555 集成定時(shí)器 由于具有寬范圍的單電源電壓， 能 輸入模擬電平，輸出驅(qū)動(dòng)功率較大、定時(shí)準(zhǔn)確等特點(diǎn)， 廣泛應(yīng)用于電子技術(shù)中。這些特點(diǎn)使的 555 的使用很靈活，只需在外部連接一些阻容元件，便能構(gòu)成具有多種用途的電路，比如單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路、多諧振蕩器、施密特觸發(fā)電路等。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 5 頁(yè) 共 51 頁(yè) 圖 555集成 定時(shí)器的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu) 555 定時(shí)器 [1]內(nèi)部 由 3 個(gè)阻值為 5 的電阻組成的分壓器、兩個(gè)電壓比較器 C1和 C基本 RS 觸發(fā)器、放電三極管 TD和緩沖反相器 G4組成。其中， 1 引 腳 是 接地端； 2 引 腳 是 低電平觸發(fā)端，由此輸入低電平觸發(fā)脈沖； 6 引 腳為高電平觸發(fā)端，由此輸入高電平觸發(fā)脈沖； 4 腳為復(fù)位端，輸入負(fù)脈沖可使 555 定時(shí)器直接復(fù)位； 5 腳為電壓控制端，在此端外加電壓可以改變比較器的參考電壓，不用時(shí)，經(jīng) 的電容接地，以防止引入干擾； 7 腳為放電端， 555 定時(shí)器輸出低電平時(shí)，放電晶體管 TD導(dǎo) 通，外接電容元件通過(guò) TD放電； 3 腳為輸出端，輸出高電壓約低于電源電壓1V~3V，輸出電流可達(dá) 200mA，因此可直接驅(qū)動(dòng)繼電器、發(fā)光二極管、指示燈等； 8 腳為電源端，可在 5V~18V 范圍內(nèi)使用。 當(dāng) VI1＞ 32 VCC， VI2＞ 31 VCC 時(shí)，比較器 C1輸出低電平，比較器 C2輸出高電平，基本 RS 觸發(fā)器置 0， G3輸出高電平，放電三極管 TD導(dǎo)通，定時(shí)器輸出低電平。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 6 頁(yè) 共 51 頁(yè) 當(dāng) VI1＞ 32 VCC， VI2＜ 31 VCC 時(shí)，比較器 C1輸出 低電平，比較器 C2輸出低電平，基本 RS 觸發(fā)器兩端都被置 1， G3輸出低電平，放電三極管 TD截止，定時(shí)器輸出高電平 。 555 集成定時(shí)器 的 引腳排列圖如下圖 所示 。 表 555 集成定時(shí)器功能表 輸 入 輸 出 高電平觸發(fā)端 低電平觸發(fā)端 復(fù)位 輸出 放電管 VT 的狀態(tài) ╳ ╳ 0 0 導(dǎo)通 ＜ 32 VCC ＜ 31 VCC 1 1 截止 ＞ 32 VCC ＞ 31 VCC 1 0 導(dǎo)通 ＜ 32 VCC ＜ 31 VCC 1 不變 不變 多諧振蕩器是自激振蕩器，接通電源后，能自行產(chǎn)生具有一定頻率和脈寬的矩形波發(fā)生器。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 7 頁(yè) 共 51 頁(yè) 圖 38kHz 方波生成電路 由示波器可 檢測(cè)出電路輸出周期約為 26μs 的波形，實(shí)現(xiàn)了要求。電路的振蕩周期可通過(guò)公式估算以確定 元件參數(shù)。 振蕩周期 ： ? ? CRRT ???? 21 () 占空比 ： ? ?? ?2121 2RRRR Q ??? () 取1R=10K 2R=220K C=82pF 生成 38kHz 波形也可通過(guò)邊調(diào)節(jié)電阻值邊觀察波形得出，本設(shè)計(jì)在進(jìn)行實(shí)物制作時(shí)由于沒(méi)有買(mǎi)到 82pF 電容，所以實(shí)際采用的電路圖為下圖 所示 。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 8 頁(yè) 共 51 頁(yè) 圖 38kHz 方波生成電路 紅外發(fā)光二極管電路 紅外發(fā)光二極管 是由紅外輻射效率高的材料制 造而成的 PN 結(jié) ，再外加正向偏壓向PN 結(jié)注入電流，從而激發(fā)出紅外光。其最大的優(yōu)點(diǎn)是可以完全無(wú)紅暴，或僅有微弱紅暴；另外，紅外發(fā) 光二極管 還具有壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)。PH303。 圖 紅外線發(fā)射管 上圖中，紅外發(fā)光二極管有一長(zhǎng)一短兩個(gè)引腳，其通斷性質(zhì)和普通二極管相似，具有單向?qū)ㄐ?，長(zhǎng)引腳接電壓正極，短引腳接負(fù)極。方法是將萬(wàn)用表 置于 R1K 擋，測(cè)量紅外發(fā)光二極管 兩引腳的 電阻，通常，正向電阻應(yīng)在 30K 左右，反向電阻要在 500K 以上，這 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 9 頁(yè) 共 51 頁(yè) 樣的管子才 能 正常使用。 紅外發(fā)光二極管具有多種特性，其特性決定了使用它時(shí)應(yīng)注意的方面，現(xiàn)簡(jiǎn)要介紹一下 : (1) 電流 ~電壓特性 對(duì)紅外發(fā)光二極管施加正向電壓可驅(qū)動(dòng)它發(fā)射紅外線，由于發(fā) 出的是紅外線，人眼不可見(jiàn)，所以實(shí)際上并不能用肉眼看到有光線發(fā)出，可用萬(wàn)能表測(cè)其兩端電壓，以判斷是否工作。對(duì)其施加反向電壓時(shí)紅外二極管將截止，能承受的最大反向電壓在 3V~6V 之間。 功率的損其最大值與周?chē)鷾囟?也 有 很大 關(guān)系。發(fā)射束的意義是 在單位時(shí)間內(nèi)， 其 所能發(fā)射、搬移光能量的多 少 。紅外線發(fā)光二極管 一般用 砷化鎵 制作 ，其峰值發(fā)光波長(zhǎng) 在 940~950 nm 之間 ， 而當(dāng)波長(zhǎng)在 900 nm 以上 時(shí)，人眼就不可見(jiàn)了 ，這也就是我們?nèi)搜劭?不到紅外線的 原因。當(dāng)方向角度 是 零度時(shí)，放射強(qiáng)度 定 為 100％ ，方向角度越大，放射強(qiáng)度相對(duì) 減少，發(fā)射強(qiáng)度如由光軸取其方向角度一半時(shí)，其值即為峰值的一半， 這個(gè) 角度稱(chēng)為方向半值角，角度越小 就 代表元件 的 指向性越靈敏。紅外線發(fā)射強(qiáng)度及角度對(duì)于報(bào)警器的靈敏性及可監(jiān)控范圍有很大影響，安裝時(shí)應(yīng)注意發(fā)射管與接收管對(duì)準(zhǔn)。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 10 頁(yè) 共 51 頁(yè) 圖 紅外線發(fā)射二極管包裝構(gòu)造圖 上圖 即為其包裝構(gòu)造圖 ， 材料不同，性能自然有很大差異，如果使用環(huán)境和用途要求嚴(yán)格， 就使用性能較佳的陶瓷型。下圖 為本設(shè)計(jì)中發(fā)射紅外線的電路圖。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 11 頁(yè) 共 51 頁(yè) 紅外線接收 電路 紅外線接收一般有兩種方法，一種是利用紅外線接收管加處理電路，另一種是利用紅外接收探頭。沒(méi)有 紅外線 光照 射 時(shí)，反向電流很小 (一般小于 微安 )，稱(chēng)暗電流。它們?cè)诜聪螂妷?的 作用下 做 漂移運(yùn)動(dòng)，反向電流 便 明顯變大，光 度越強(qiáng) ，反向電流 就 越大。 紅外線接收管在一般光線 的 照射下，產(chǎn)生的電流叫 做 光電流。 一般情況都使用紅外線接收二極管，其外型如下圖 所示 。本設(shè)計(jì)對(duì)其進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)， 由實(shí)驗(yàn)可知，紅外線接收管兩端的電壓與紅外對(duì)管之間的距離有關(guān)，這也驗(yàn)證了紅外對(duì)管的原理，當(dāng)接收到的紅外線信號(hào)變化時(shí)，接收管的電阻將進(jìn)行變化，繼而其兩端的電壓發(fā)生變化，由于條件有限，本設(shè)計(jì)只在很短距離內(nèi)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，當(dāng) 把紅外線接收二極管與 10K 電阻連接，外加 5V 反向偏壓，當(dāng)接到收紅外線時(shí)，其輸出電壓為 ，當(dāng)紅外線被遮擋時(shí)其電 壓為 ，將輸出段與比較器連接，當(dāng)電壓大于 1V時(shí)，輸出低電平，當(dāng)電壓小于 1V 時(shí)，輸出高電平，與單片機(jī)輸入口連接即可，電路仿真圖為下圖 所示。 紅外接收頭 紅外接收頭是把紅外接收電 路集成在一個(gè)元件中，稱(chēng)為一體 化紅外接收頭，體積很小，和三極管相似 。當(dāng) 紅外 線接收 二極管監(jiān)測(cè)到紅外信號(hào)，把 檢測(cè)到的 信號(hào)送 入 放大器 進(jìn)行放大，然后送人 限幅器，限幅器 能把 脈沖 的 幅度控制在 規(guī)定的 范圍 內(nèi) 。 紅外接收頭的作用很大，本設(shè)計(jì)采用它有點(diǎn)大材小用了，但由于紅外接收頭所具有的種種優(yōu)點(diǎn)，可以更加 準(zhǔn)確的接收紅外線，并且可以大大增加檢測(cè)距離，所以選用了它。 圖 為紅外接收頭的圖片。反相器采用 CD4069 型號(hào)， CD4069 由六個(gè) COS/MOS 反相器電路組成。 圖 CD4069 的引腳功能圖 由圖可知，反相器的 14 引腳接直流電源， 7 引腳接地，六個(gè)反相器各自獨(dú)立，本設(shè)計(jì)采用 1 引腳輸入和 2 引腳輸出，輸出段直接與單片機(jī)連接，形成檢測(cè)入侵信號(hào)口。單片機(jī)應(yīng)用非常廣泛， 現(xiàn)代 社會(huì) 生活中幾乎每件電子 產(chǎn)品 和機(jī)械產(chǎn)品中都會(huì) 有 成單片機(jī) 。 單片機(jī)主控芯片的性能以及標(biāo)準(zhǔn)功能 單片機(jī)是指把微處理器 (CPU)、存儲(chǔ)器、基本的 I/O 接口以及定時(shí) /計(jì)數(shù)、通信部件集成在一塊芯片中，也就是在一個(gè)芯片上實(shí)現(xiàn)一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)的基本功能。本設(shè)計(jì)采用了應(yīng)用廣泛的 51系列單片機(jī)中 ATMEL公司生產(chǎn)的 51AT89C52，完成對(duì)報(bào)警信號(hào)處理并發(fā)出報(bào)警信號(hào)?？偟膩?lái)說(shuō)，單片機(jī)就是一個(gè)高級(jí)的電路 ，由于具有 CPU，所以可以通過(guò)編寫(xiě)程序去控制它工作，通過(guò)程序來(lái)指揮它，達(dá)到編程者預(yù)期的目的。單片機(jī)要在程序的指令下才能工作，所以需要有存儲(chǔ)程序的工具，這就是單片機(jī)內(nèi)部的存儲(chǔ)器的作用， AT89C52 的內(nèi)部存儲(chǔ)器可存儲(chǔ) 256 個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，如果內(nèi)部存儲(chǔ)器不夠用，可用外部存