【正文】 點(diǎn)上的紅外探頭將人體輻射的紅外光譜變換成電信號(hào)，經(jīng)放大電路、比較電路送至門限開(kāi)關(guān)，打開(kāi)門限閥門送出 TTL 電平至 89C51 單片機(jī)，經(jīng)單片機(jī)處理運(yùn)算后 驅(qū)動(dòng)執(zhí)行報(bào)警電路使警號(hào) 發(fā)聲 ,并通過(guò) RS485 總線傳送給小區(qū)警衛(wèi) 。 基本工作原理如下 :利用被動(dòng)式熱釋電 型紅外傳感器檢測(cè)人體輻射的紅外線，當(dāng)檢測(cè)到紅外信號(hào)變化時(shí)，將其轉(zhuǎn)化為微弱的電信號(hào)，經(jīng)過(guò)信號(hào)處理電路對(duì)電信號(hào)進(jìn)行濾波、放大、比較、輸出高電平作為告警信息送給 CPU， CPU 判斷是否報(bào)警，如果滿足報(bào)警條件，就會(huì)發(fā)出控制信號(hào)，完成聲音報(bào)警和發(fā)光報(bào)警。 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)包括硬件和軟件設(shè)計(jì)兩個(gè)部分。電路 結(jié)構(gòu)可劃分為：熱釋電紅外傳感器 、報(bào)警器、單片機(jī)控制電路、LCD 控制電路及相關(guān)的控制管理軟件組成。 就此設(shè)計(jì)的核心模塊來(lái)說(shuō)，單片機(jī)就是設(shè)計(jì)的中心單元，所以此系統(tǒng)也是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的一種應(yīng)用。硬件包括單片機(jī)、輸入 /輸出設(shè)備、以及外圍應(yīng)用電路等組成的系統(tǒng)，軟件是各種工作程序的總稱。 從設(shè)計(jì)的要求來(lái)分析該設(shè)計(jì)須包含如下結(jié)構(gòu)： 熱釋電紅外傳感探頭電路 、報(bào)警電路、單片機(jī)、復(fù)位電路及相關(guān)的控制管理軟件組成；它們之間的構(gòu)成框圖如圖 總體設(shè)計(jì)框圖所示： 4 圖 總體設(shè)計(jì)框圖 處理器采用 51 系列單片機(jī) 89C51。設(shè)置在監(jiān)測(cè)點(diǎn)上的紅外探頭將人體輻射的紅外光譜變換成電信號(hào)，經(jīng)放大電路、比較電路送至門限開(kāi)關(guān)，打開(kāi)門 限閥門送出 TTL 電平至 51 單片機(jī)。驅(qū)動(dòng)電路將控制信號(hào)放大并推動(dòng)聲光報(bào)警設(shè)備完成相應(yīng)動(dòng)作。 傳感器簡(jiǎn)介 熱釋電紅外傳感器簡(jiǎn)介 被動(dòng)式紅外探測(cè)器不需要附加紅外輻射光源，本身不向外界發(fā)射任何能量，而是由探測(cè)器直接探測(cè)來(lái)自移動(dòng)目標(biāo)的紅外輻射，因此才有被動(dòng)式之稱。被動(dòng)式紅外探測(cè)器又稱為熱釋電紅外探測(cè)器，其主要工作原理便是熱釋電效應(yīng)。 信號(hào) 處理電路 89C51 單片機(jī) 傳感器 1 傳感器 5 復(fù)位電路 12864 液晶 顯示 小區(qū) 警衛(wèi) 聲光報(bào)警電路 . . . . . . RS485 總線 時(shí)鐘電路 5 熱釋電紅外傳感器通過(guò)接收移動(dòng)人體輻射出的特定波長(zhǎng)的紅外線，可以將其轉(zhuǎn)化為與人體運(yùn)動(dòng)速度，距離，方向有關(guān)的低頻電信號(hào)。由于熱釋電電荷的多少可以反映出材料溫度的變化，所以由熱釋電電荷經(jīng)電路轉(zhuǎn)變成的輸出電壓也同樣可以反映出材料溫度的變化，從而探測(cè)出紅外輻射能量的變化。 當(dāng)防范區(qū)域內(nèi)沒(méi)有移動(dòng)的人體時(shí)，由于所有的背景物體 (如墻壁、家具等 )在室溫下紅外輻射的能量比較小，而且基本上是穩(wěn)定的，所以不能觸發(fā)報(bào)警器。紅外探測(cè)器的探測(cè)波長(zhǎng)為8~14um，人體的紅外輻射波長(zhǎng)正好處于這個(gè)范圍之內(nèi)，因此能較好的探測(cè)到活動(dòng)的人體。 由于被動(dòng)式紅外技術(shù)具有監(jiān)測(cè)距離較遠(yuǎn)，靈敏度較高，節(jié)能價(jià)廉等優(yōu)點(diǎn)，本課題 采用紅外探測(cè)器作為報(bào)警探測(cè)器，并在設(shè)計(jì)中增加了自動(dòng)聲光報(bào)警的功能，使報(bào)警系統(tǒng)更加趨于完善。 是一種能檢測(cè)人體發(fā)射的紅外線而輸出電信號(hào)的傳感器，它能組成防入侵報(bào)警器或各種自動(dòng)化節(jié)能裝置。將這個(gè)電壓信號(hào)加以放大，便可驅(qū)動(dòng)各種控制電路。 6 圖 熱釋電紅外傳感器的內(nèi)部電路框圖 被動(dòng)式熱釋電紅外探頭的工作原理及特性 人體的體溫一般在 37℃ ，所以會(huì)發(fā)出特定波長(zhǎng) 10um 左右的紅外線，被動(dòng)式紅外探頭就是靠探測(cè)人體發(fā)射的 10um 左右的紅外線而進(jìn)行工作的。紅外感應(yīng)源通常采用熱釋電元件，這種元件在接收到人體紅外輻射溫度發(fā)生變化時(shí)就會(huì)失去電荷平衡，向外釋放電荷，經(jīng)后續(xù)電路檢測(cè)處理后就能產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)民。 (2) 為了僅僅對(duì)人體 的紅外輻射敏感，在它的輻射面通常覆蓋有特殊的菲尼爾濾光片，使環(huán)境的干擾受到明顯的控制作用。 (4) 一旦人侵入探測(cè)區(qū)域內(nèi)，人體紅外輻射通過(guò)部分鏡面聚焦，并被熱釋電元件接收，但是兩片熱釋電元接收到的熱量不同，熱釋電也不同，不能抵消，經(jīng)信號(hào)處理后即可報(bào)警。 51 系列單片機(jī)的內(nèi)部組成 7 AT89C51 單片機(jī)是美國(guó) Atmel 公司生產(chǎn)低電壓，高性能 CMOS 8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 4k bytes 的可反復(fù)擦寫(xiě)的只讀程序存儲(chǔ)器（ EPROM）和 128 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 (RAM)，器件采用 Atmel 公司的高密度、非易失性存取技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器（ CPU）和 Flash 存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大。 MCS51 單片機(jī)是在 一塊芯片中集成了 CPU， RAM， ROM、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器和多種功能的 I/O 線等一臺(tái)計(jì)算機(jī)所需要的基本功能部件。 8 位的 CPU，片內(nèi)有振蕩器和時(shí)鐘電路 ,工作頻率為 1～ 12MHz（ Atmel 89Cxx 為 0～ 24MHz） ? 片內(nèi)有 128/256 字節(jié) RAM ? 片內(nèi)有 0K/4K/8K 字節(jié) 程序存儲(chǔ)器 ROM ? 可尋址片外 64K 字節(jié) 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 RAM ? 可尋址片外 64K 字節(jié) 程序存儲(chǔ) 器 ROM ? 片內(nèi) 21/26 個(gè) 特殊功能寄存器（ SFR） ? 4 個(gè) 8 位 的并行 I/O 口（ PIO） ? 1 個(gè) 全雙工串行口（ SIO/UART） ? 2/3 個(gè) 16 位 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器（ TIMER/COUNTER） ? 可處理 5/6 個(gè)中斷源，兩級(jí)中斷優(yōu)先級(jí) ? 內(nèi)置 1 個(gè)布爾處理器和 1 個(gè)布爾累加器（ Cy） ? MCS51 指令集含 111 條指令 [3] 89C51 單片機(jī)的內(nèi)部組成 圖 畫(huà)出了 89C51 單片機(jī)的內(nèi)部系統(tǒng)組成的基本框圖： 8 外時(shí)鐘源 外部事件計(jì)數(shù) 內(nèi)中斷 INT0 INT1 控制 并行口 串行通訊 圖 MCS—51 單片機(jī)系統(tǒng)組成基本框圖 由圖 可以看出， MCS—51 系列單片機(jī) 89C51 是由中央處理器 CPU、隨機(jī)存儲(chǔ)器 RAM、只讀存儲(chǔ)器 ROM、輸入 /輸出（ I/O）口電路、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器等若干部件組成，再配置一定的外圍電路，如時(shí)鐘電路、復(fù)位電 路等，即可構(gòu)成一個(gè)基本的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng) [4]。 P0 口（ ~） ： 多功能端口，用于傳輸數(shù)據(jù)、地址。 P1 口（ ~）： 單功能端口，用于數(shù)據(jù)輸入 /輸出傳輸。 時(shí)鐘電路 4KB ROM 256B RAM 2X16 位定 時(shí) /計(jì)數(shù)器 89C51 單片機(jī) 中斷控制 64KB 總線控制器 并行接口 串行接口 9 P3 口（ ~）：多功能端口，用于傳輸控制信息或作為普通 I/O 端口。 (3) 控制線：共 6 條，傳送控制信號(hào)。 EA：允許訪問(wèn)外程序存儲(chǔ)器。 PSEN：片外 ROM 選通。 XTAL XTAL2：外接石英晶體輸入線 [5]。RS485有兩線制和四線制兩種接線，四線制是全雙工通訊方式，兩線制是半雙工通訊方式。 主要特點(diǎn)為：?jiǎn)?+5V 電源供電；低功耗時(shí)工作電流 120～ 500uA，靜態(tài)電流120uA；關(guān)閉方式，由低電流關(guān)機(jī)模式，靜態(tài)電流為 ；驅(qū)動(dòng)器有過(guò)載保護(hù)功能；共模輸入電壓范圍 7～ +12V。 最大驅(qū)動(dòng)輸出電壓范圍 177。200mV 接收器最小輸入阻抗 12k 接收器輸入電壓范圍 7V~+12V 接收器輸出邏輯高 200mV 接收器輸出邏輯低 200mV 12 第 3 章 硬件設(shè)計(jì) 電源電路設(shè)計(jì) 電源電路的功能介紹：此電路在整個(gè)設(shè)計(jì)中起著很重要的作用，是提供器械運(yùn)轉(zhuǎn)的原動(dòng)力。在整個(gè)電路中電源部分起到重要 的作用，如果電源部分不能實(shí)現(xiàn)整個(gè)電路都不能運(yùn)行。 變壓器副邊與原邊的功率比為 P2/ P1=η，式中 η是變壓器的效率。 （ 2）整流電路：利用 D1～ D4 4 個(gè)二極管組成的一個(gè)橋式整流電路，將 50Hz的正弦 交流電轉(zhuǎn)化成脈動(dòng)的直流電。 （ 3）濾波電路：可以將整流電路輸出電壓中的交流成分大部分通過(guò) C101 加以濾除，從而得到比較平滑的直流電壓。本穩(wěn)壓電源可作為 TTL 電路或單片機(jī)電路的電源 [6]。在線性集成穩(wěn)壓器中，由于三端穩(wěn)壓器只有三個(gè)引出端子，具有外接元件少，使用方便，性能穩(wěn)定，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，因而得到廣泛應(yīng)用。 LM7805 簡(jiǎn)介： LM7805 是常用的三段穩(wěn)壓器，一般使用的是 TO220 封裝，能提供 DC 5V 的輸出電壓，應(yīng)用范圍廣，內(nèi)含過(guò) 流和過(guò)載保護(hù)電路 [7]。該傳感器翻用熱釋電材料極化隨溫度變化的特殊探測(cè)紅外輻射，并采用雙靈敏元互補(bǔ)方法抑制干擾，以提高傳感器的工作溫度。使用時(shí)，一般在 2 腳與 3 腳之間加 47KΩ 的源極電阻，但應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，適當(dāng)調(diào)整源極電阻 [8]。 由于本模塊考慮到模塊實(shí)用性的問(wèn)題，所以運(yùn)放芯片采用低電壓、單電源、低功耗 LMV324 芯片，如圖 所示。該運(yùn)放芯片工作電壓為 ～ ，采用軌到軌的輸出。當(dāng) LMV324 工作在 5V 時(shí)，帶寬為 ,轉(zhuǎn)換速 率為 。當(dāng)工作中的紅外線傳感器 J1 探測(cè)到前方人體輻射出的紅外線信號(hào)時(shí)，由 J1 的 S 端引腳輸出微弱的電信號(hào)（ 1～ 10Hz） ,經(jīng)三極管 Q1 等組成第一級(jí)放大電路放大（見(jiàn)圖 ），再通過(guò) C2 輸入到運(yùn)算放大器 U1A 中進(jìn)行高增益、低噪聲放大（見(jiàn)圖 ），此時(shí)由 U1A 輸出的信號(hào)已足夠強(qiáng)。通過(guò) U1B 的比較，其輸出電平為運(yùn)放工作電壓高電平 5V，三極管Q2 導(dǎo)通， J2 輸出為低電平；當(dāng) OUT2 端輸入沒(méi)有信號(hào)時(shí)，輸出為 0V，所以三極管 Q2 截止， J2 引腳輸出為高電平。各電路如圖 到圖 所示。 S9014是 NPN型三極管，其 IC靜態(tài)工作電流達(dá) 100mA，放大倍數(shù)最大可達(dá) 1000 倍。放大后的信號(hào)由C2 耦合到下一級(jí)。其主要原因是， 當(dāng)產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)后， OUT3 輸出約為 5V 的工作電壓，需要用三極管將其轉(zhuǎn)換成低電平。 圖 數(shù)字信號(hào)輸入電路 17 鍵盤(pán)電路設(shè)計(jì) 實(shí)時(shí)時(shí)鐘顯示電路由三個(gè)獨(dú)立的按鍵組成，其中這三個(gè)獨(dú)立的按鍵與單片機(jī)的 ～ 口連接， S2 為功能鍵， S3 為加一鍵， S4 為減一鍵，可通過(guò)控制按鍵實(shí)現(xiàn)所需的實(shí)時(shí) 日歷 時(shí)鐘功能。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，XTAL2 應(yīng)不接。 圖 為時(shí)鐘電路。例如使用晶振頻率為 12MHz 時(shí)，則復(fù)位信號(hào)持續(xù)時(shí)間應(yīng)不小于 2us。 圖 為復(fù)位電路。當(dāng) 輸出高電平時(shí)， NPN 三極管導(dǎo)通，驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器產(chǎn)生聲音報(bào)警信號(hào)，同時(shí) 19 電路中的 LED 導(dǎo)通，發(fā)光二極管被點(diǎn)亮，進(jìn)行發(fā)光報(bào)警 [10]。采用三線接口與 CPU 進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個(gè)字節(jié)的時(shí)鐘信號(hào)或 RAM 數(shù)據(jù)。 DS1302 是 DS1202 的升級(jí)產(chǎn)品，與DS1202 兼容，但增加了主電 源 /后背電源雙電源引腳，同時(shí)提供了對(duì)后背 電源進(jìn)行涓細(xì)電流充電的能力。在主電源關(guān)閉的情況下，也能保持時(shí)鐘的連續(xù)運(yùn)行。當(dāng) VCC 大于 VCC1＋ 時(shí)， VCC 給 DS1302 供電。 X1 和 X2 是振蕩源，外接 晶振。 RST 20 輸入有兩 種功能：首先， RST 接通控制邏輯，允許地址 /命令序列送入移位寄存器；其次， RST 提供終止單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)的傳送手段。如果在傳送過(guò)程中 RST置為低電平，則會(huì)終止此次數(shù)據(jù)傳送， I/O 引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。只有在 SCLK 為低電平時(shí)，才能將 RST置為高電平。 SCLK 為時(shí)鐘輸入端 [11]。 圖 為 12864 模塊的引腳結(jié)構(gòu)及其與單片機(jī)的連接 [12]： 21 圖 12864 引腳結(jié)構(gòu)和接口 12864 模塊引腳說(shuō)明 12864 點(diǎn)陣液晶顯示模塊（ LCM）就是由 128*64 個(gè)液晶顯示點(diǎn)組成的一個(gè)128 列 *64 行的陣列。存儲(chǔ)這些點(diǎn)陣信息的 RAM 稱為顯示數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。 圖形或漢字的點(diǎn)陣信息由自己設(shè)計(jì)，問(wèn)題的關(guān)鍵就是顯示點(diǎn)在液晶屏上的位置（行和列）與其在存儲(chǔ)器中的地址之間的關(guān)系。 下表 所示具體說(shuō)明了 12864 模塊的引腳結(jié)構(gòu)： 邏輯工作電壓 (VDD)： ～ 電源地 (GND)： 0V 工作溫度 (Ta)： 0～ 60℃ (常溫 ) / 20～ 75℃ （寬溫） [12] 22 表 12864 模塊引腳說(shuō)明 接口時(shí)序 8 位并行連接時(shí)序圖 : (1)MPU 寫(xiě)資料到模塊 引腳號(hào) 引腳名稱 功能說(shuō)明 1 VCC 模塊的電源地 2 VDD 模塊的電源正端 3 VL LCD 驅(qū)動(dòng)電壓輸入端（調(diào)對(duì)比度） 4 RS(CS) 并行的數(shù)據(jù)（ H） /指令（ L）選擇信號(hào)（串行的片選信號(hào)） 5 R/W(