【正文】 51 是一種帶 2K 字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。 AT89C51單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。 AT89C51 的引腳結(jié)構(gòu) AT89C51的引腳結(jié)構(gòu)如圖 2— 1所示 ： 圖 21 AT89C51的引腳結(jié)構(gòu)圖 AT89C51 的主要性能 1． 與 MCS51單片機(jī)產(chǎn)品兼容 2． 4k字節(jié)在系統(tǒng)可編程 Flash存儲(chǔ)器 3． 1000次擦寫周期 4． 全靜態(tài)操作： 0HZ~24HZ 5． 三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定 6． 32個(gè)可編程 I/O口線 7． 兩個(gè) 16位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 8． 五個(gè)中斷器 9． 可編程串行通道 10． 低功耗空閑和掉電模式 11． 看門狗定時(shí)器 傳感器的選擇 傳感器的紅外輻射與紅外探測(cè)的原理結(jié)構(gòu) 熱釋電 傳感器是利用紅外輻射與紅外測(cè)溫的原理來探測(cè)的 ,紅外測(cè)溫屬非接觸式測(cè)溫，是測(cè)溫技術(shù)中的主要手段，其特點(diǎn)是測(cè)溫范圍廣，響應(yīng)速度快和不明顯破壞被測(cè)對(duì)象溫度場(chǎng)，因而廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通等領(lǐng)域。 。 ，操作方便。 非接觸測(cè)溫技術(shù)的意義是顯而易見的。在某些場(chǎng)合，溫度測(cè)量逐步上升為主要矛盾，引起了各方面的普遍重視。 熱釋電元件的工作原理是基于熱釋電效應(yīng)，即在強(qiáng)電介質(zhì)溫度變化Δ P的自然極化的存在，此時(shí)傳感器有電信號(hào)輸出，晶體的這種性質(zhì)被稱為熱釋電極或熱釋電效應(yīng)。例如： LiTaO2(鉭酸鋰 )和 BaTiO2(鈦酸鋇 )等。 紅外測(cè)原理 紅外測(cè)溫是通過探測(cè)物體表面發(fā)射的能量來測(cè)量其溫度，由物理學(xué)可知，處于絕對(duì)溫度（－ ℃）以上的任何物體，都要釋放熱能，而紅外輻射溫度計(jì)測(cè)量其中與溫度有關(guān)波長(zhǎng)范圍內(nèi)的熱能，并將其轉(zhuǎn)換與溫度成比例的電信號(hào)，由此測(cè)出其溫度。 實(shí)際中大多數(shù)物體為非黑體，其熱輻射公式為： E=εE0 其中： E為物體在一定溫度下的輻射能力； E0為與 E在同一溫度下的黑體輻射能力；ε為黑度系數(shù)，表示物體的發(fā)射能力接近黑體的情況，其值在 0～ 1之間。所以如果能量出物體的輻射功率，則可確定它的溫度。它可以分成熱釋電探測(cè)器和光子探測(cè)器兩大類：其中，熱釋電探測(cè)器是電效應(yīng)工作的探測(cè)器，其響應(yīng)速度雖不如光子型，但由于它可在室溫下使用、光譜響應(yīng)寬、工作頻率寬，靈敏度與波長(zhǎng)無關(guān)，因此其應(yīng)用領(lǐng)域廣，容易使用。 如圖 21為熱釋電紅外傳感器的電路圖。它的等效電路是一個(gè)在負(fù)載電阻上并聯(lián)一個(gè)電容的電流發(fā)生器，其輸出阻抗極高，而輸出電壓信號(hào)又極其微 弱，故在管內(nèi)附有 JFET及厚膜電阻，以達(dá)到阻抗變大的目的。 圖 21 熱釋電紅外傳感器的電路圖 熱釋電體的自發(fā)極化強(qiáng)度與溫度有關(guān)。溫度升高到 Tc 時(shí)，自極化消失，此溫度稱為居里溫度。 由于自發(fā)極化，在與極化軸相垂直的晶體兩外表面上出現(xiàn)正負(fù)極化強(qiáng)度。因此不能在靜態(tài)條件下測(cè)量自發(fā)極化，但是自由電荷和面束縛電荷所需 的時(shí)間很長(zhǎng)，因晶體自發(fā)極化的弛豫時(shí)間很短，約 10－ 12s，因此當(dāng)晶體經(jīng)受一定頻率的溫度變化時(shí)其體內(nèi)的自由電荷和外部雜散電荷便來不及中和變化著的面束縛電荷，因此可在動(dòng)態(tài)條件下測(cè)量自發(fā)極化。 如圖 22 所示的電路連接負(fù)載，則在紅外輻射時(shí)，就有電流流過負(fù)載經(jīng)放大后成為輸出信號(hào)。因此，熱釋電探測(cè)器與其他熱釋探測(cè)器不同，它只存在溫度升降的過程中才有信號(hào)輸出。 如果用調(diào)制頻率為 f的紅外線照射熱釋電晶體，則晶體的溫度自發(fā)極化強(qiáng)度（ PS）及其引起的面束縛作電荷密度均以頻率 f作周期變化。如果用負(fù)載電阻 Rg把兩個(gè)電極連接起來，就會(huì)有熱釋電電流 Is 通過負(fù)載。 圖 23熱釋電傳感器 等效電路 電流源的電流強(qiáng)度為 Is為： dTdAPItS)(?? 式中： p 一自發(fā)極化強(qiáng)度對(duì)溫度變化率，稱為熱釋電系數(shù)。熱釋電傳感器只有與菲涅爾透鏡配合使用才能發(fā)揮最大作用。這樣，當(dāng)人體在裝有菲涅爾透鏡的傳感器監(jiān)控范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)，人體輻射的紅外線通過菲涅爾透鏡傳到傳感器上，形成一個(gè)不斷交替變化的盲區(qū)和亮區(qū)，使得敏感單元的溫度不斷變化，傳感器從而輸出信號(hào)，或者說，人體在監(jiān)控范圍內(nèi)活動(dòng)時(shí)，進(jìn)人一個(gè)視場(chǎng)后，又走出這個(gè)視場(chǎng)，再進(jìn)人另一視 場(chǎng)對(duì)傳感器而言，相當(dāng)于一會(huì)兒看到人，一會(huì)兒又看不到人，人體的紅外線輻射不斷改變傳感器的溫度，使之有一個(gè)又一個(gè)相應(yīng)的電信號(hào)。需要說明的是 :在每次接通電源時(shí)，傳感器要有幾秒到十幾秒的“預(yù)熱”時(shí)間，在這段時(shí)期內(nèi)該傳感器不起作用。要經(jīng)過放大、比較等幾個(gè)環(huán)節(jié)才能輸出控制信號(hào)。熱釋電紅外傳感器控制電路就是根據(jù)檢測(cè)信號(hào)的特點(diǎn)和輸出信號(hào)的要求，完成上述功能的電路。如圖 25是控制電路的結(jié)構(gòu)框圖： 圖 25控制電路的結(jié)構(gòu)框圖 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。該四放大器可以工作在低到 伏或者高到 32伏的電源下，靜態(tài)電流為 MC1741 的靜態(tài)電流的五分之一。每一組運(yùn)算放大器可用圖 27 所示的符號(hào)來表示，它有 5個(gè)引出腳，其中“ +”、“ ”為兩個(gè)信號(hào)輸入端，“ V+”、“ V”為正、負(fù)電源端，“ Vo”為輸出端。 LM324 的引腳排列見圖 27。 。放大器的帶寬對(duì)可靠性和靈敏度有重要影響，帶寬窄，噪聲小誤動(dòng)作率低；帶寬寬，噪 聲大，誤動(dòng)作率高！ 如圖 31所示，本系統(tǒng)采用 LM324中的兩個(gè)集成運(yùn)算放大器構(gòu)成低頻帶通放大電路， LM324內(nèi)部集成了四個(gè)獨(dú)立的高增益運(yùn)算放大器，其電流?。ǖ湫椭?Is=），且與所加電源電壓的大小無關(guān)，頻率補(bǔ)償及偏置電流均采用了溫度補(bǔ)償措施，性能穩(wěn)定。 圖 31低頻帶通放大電路 放大器要求： 增益： 60~70DB 帶寬： ~7HZ 工作原理： 放大電路的電壓增益為： A=1+2π fR12C4/(1+2π fR7C4)(1+2π fR12C4) 一般要求放大電路的增益為 65DB。靜態(tài)下應(yīng)將輸出端電位設(shè)在 1/2處，方法是： ICA外接 R R10分壓器，將 1/2VCC引至運(yùn)放的同相輸入端，這相當(dāng)于將輸入偏置電壓墊高 1/2VCC,從而使輸出電壓的靜態(tài)電位定在 1/2VDD處。 電壓比較整形電路 圖 32 門限電路 電壓比較器的作用是將一個(gè)模擬電壓與一個(gè)參 考電壓相比較。本系統(tǒng)應(yīng)用 LM324 剩余的兩個(gè)集成運(yùn)算比較器構(gòu)成一個(gè)雙限電壓比較器。當(dāng)輸入電壓 VO16 引腳電壓時(shí)，比較器輸出高電平；當(dāng) VO113腳電壓時(shí)，比較器也輸出高電平。如圖 33所示： 圖 33雙限電壓比較圖 當(dāng)人體通過菲涅爾透鏡組成的傳感器現(xiàn)場(chǎng)時(shí)，傳感器輸出一交變信號(hào)。所以兩引腳電壓的差值越接近 1/2VCC，電路的靈敏度越高，但容易因噪聲干擾產(chǎn)生誤動(dòng)作，若兩引腳的差值遠(yuǎn)離 1/2VCC，電路的可靠性將提高，但靈敏度降低。傳感器給出的噪聲電壓，是指?jìng)鞲衅髟肼曒敵龅男盘?hào)經(jīng)過 70dB以上的放大后的噪聲電壓的峰 峰值。 聲音報(bào)警電路 如圖 34 所示：高音報(bào)警電路選用 12V 的高音喇叭作為報(bào)警裝置，使用 SS8050大功率三極管做驅(qū)動(dòng)電路，當(dāng) SPK為高電平時(shí)，三極管導(dǎo)通。本系統(tǒng)中經(jīng)過軟件設(shè)置使報(bào)警器真實(shí)模擬了聲音頻率均勻拉高，還原、再拉高的過程。實(shí)現(xiàn)報(bào)警器聲音非常逼真。這里我們照樣使用三極管驅(qū)動(dòng)繼電器工作。當(dāng)電流消失時(shí)，其感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)會(huì)對(duì)電路中的原件產(chǎn)生反向電壓。續(xù)流二極管并聯(lián)在線兩端，當(dāng)流過線圈中的電流消失時(shí)，線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)通過二極管和線圈構(gòu)成的回路做功而消耗掉。 在電路中反向并聯(lián) 在繼電器或電感線圈的兩端，當(dāng)電感線圈斷電時(shí)其兩端的電動(dòng)勢(shì)并不是立即消失，此時(shí)殘余電動(dòng)勢(shì)通過一個(gè)二極管釋放，起這種作用的二極管叫續(xù)流二極管。 圖 36 狀態(tài)顯示器 在這里，串聯(lián)的幾個(gè) 470歐電阻是限流電阻。我們可以依公式來計(jì)算出限流電阻的阻值： R=U/I。這里我們選用典型值 470歐。 供電電源電路 如圖 37所示，本系統(tǒng)采用 L7805CV來做電壓芯片，因?yàn)槠漭敵鲭娏骺蛇_(dá) ,可滿足本系統(tǒng) 5V供電電壓。大電容是濾除低頻，小電容是濾除高頻。 單片機(jī)最小系統(tǒng) 如圖 38 所示，單片機(jī)的電源采用 5V 供電，時(shí)鐘電路也就是振蕩電路采用，向單片機(jī)提供一個(gè)正弦波信號(hào)作為基準(zhǔn)，決定單片機(jī)的執(zhí)行速度。其復(fù)位電路采用混合復(fù)位電路，在上電的時(shí)候會(huì)自動(dòng)復(fù)位，也可手動(dòng)復(fù)位。 圖 38 單片機(jī)最小系統(tǒng) 第 4 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 主程序流程圖 如圖 41 所示 :在開機(jī)后，單片機(jī)首先進(jìn)行初始化，將數(shù)碼管、高音警報(bào)器、炫目燈等外設(shè)關(guān)閉，同時(shí)將中斷總允許位、外部中斷 0 允許位 和定時(shí)計(jì)數(shù)器 T1 開啟，關(guān)閉外部中斷 1 允許位和定時(shí)計(jì)數(shù)器 T0。方便對(duì)報(bào)警器進(jìn)行布防與撤防功能。初始化完成后，若無中斷請(qǐng)求信號(hào)，系統(tǒng)則使數(shù)碼管的 DP小點(diǎn)閃爍。 中斷函數(shù)流程圖 圖 4圖 43都為中斷函數(shù)流程圖 圖 42中斷流程圖 圖 43 中斷流程圖 第 5 章 結(jié)論 本設(shè)計(jì)采用 KeilC51 開發(fā)系統(tǒng)，完成了程序模塊規(guī)劃及各個(gè)模塊的設(shè)計(jì)與編程，實(shí)現(xiàn)了對(duì)信號(hào)處理過程的編程和調(diào)試。 本論文完成了軟硬件主要 功能模塊的設(shè)計(jì)，為進(jìn)一步設(shè)計(jì)開發(fā)及功能擴(kuò)展打下了良好的基礎(chǔ)。性能好，工作穩(wěn)定，非常適合防盜報(bào)警領(lǐng)域。 為了提高靈敏度，減少誤報(bào)率，可以采用攝像頭作為探測(cè)頭，將采集到的信號(hào)進(jìn)行圖像處理及判斷后再?zèng)Q定是否報(bào)警。隨著人們對(duì)生活質(zhì)量要求的不斷提高，智能住宅小區(qū)物業(yè)管理系統(tǒng)的功能也將 日趨完善。 致謝 該課題是在我導(dǎo)師的悉心關(guān)懷和精心指導(dǎo)下完成的。從設(shè)計(jì)的開始到最終完成，我不僅學(xué)到了扎實(shí)、寬廣的專業(yè)知識(shí)，也學(xué)到了許多做人的道理。導(dǎo)師的為人師表、淵博的知識(shí)、寬廣的胸懷讓我備受教益，在此謹(jǐn)向?qū)焸冎乱哉\(chéng)摯的謝意和崇高的敬意！ 通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我增強(qiáng)了理論與實(shí)踐結(jié)合的能力，設(shè)計(jì)過程中遇到各種問題在指導(dǎo) 老師的幫助下得以解決，鍛煉了我的意志，更使我增強(qiáng)了信心。 參考文獻(xiàn) [1] 張毅剛 .MCS－ 51 單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì) .哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社 ,1990年 [2] 涂時(shí)亮 .單片機(jī)軟件設(shè)計(jì)藝術(shù) .重慶科學(xué)文獻(xiàn)出版社重慶分社， 1987 [3] 周航慈 .單片應(yīng)用程序設(shè)計(jì)技術(shù) .北京航空航天大學(xué)出版社， 1990 [4] 李華主編 .MCS－ 51單片機(jī)實(shí)用接口技術(shù) .北京航空航天大學(xué)出版社， 1993 [5] 何立民 .單片機(jī)應(yīng)用