【正文】 警系統(tǒng)設(shè)計(jì) –3– 敏感源用紅外熱釋電材料 — 鋯鈦酸鉛 (PZT)制成，經(jīng)極化處理后，其剩余極化強(qiáng)度隨溫度 T 升高而下降。把兩個(gè)極性 的熱釋電敏感元做在同一晶片上，由于溫度的變化影響整個(gè)晶片產(chǎn)生溫度變化時(shí)，兩個(gè)敏感元產(chǎn)生的熱釋電信號(hào)互相抵消，起到補(bǔ)償?shù)淖饔??；蛘哒f(shuō)，熱釋電效應(yīng)只對(duì)于東的人或物體敏感。 D203S 的主要性能參數(shù)如表： 表 21 D203S 型傳感器參數(shù) 參數(shù)名稱 參數(shù)值 型號(hào) D203S 接收波長(zhǎng) 5— 14 微米 靈敏度 3200 伏 /瓦 探測(cè)率 (D*) 108 cmHz1/2/W 輸出平 衡度 10% 源極電壓 ～ 伏 電源電壓 3— 15 伏 工作溫度范圍 30— 70186。C 菲尼爾透鏡 菲涅爾透鏡是一種精密的光學(xué)系統(tǒng) ,專門是用來(lái)與熱釋電紅外傳感器配套使用。當(dāng)熱源在透鏡前運(yùn)動(dòng)時(shí) ,順次從某一單元透鏡視場(chǎng)進(jìn)入又退出，透鏡的功能就是將連續(xù)的熱源信號(hào)變成斷續(xù)的輻射信號(hào) , 人體或者體積較大的動(dòng)物都有恒定的體溫，一般在 37 度，所以會(huì)發(fā)出特定波長(zhǎng) 10μm左右的紅外線，當(dāng)人體進(jìn)入檢測(cè)區(qū)，因人體溫度與環(huán)境溫度有差別，人體發(fā)射的 10μm左右的紅外線通過(guò)菲涅耳透鏡透鏡增強(qiáng)后聚集到紅外感應(yīng)源 (熱釋電元件 )上?；究蚣軋D如圖 31示： 圖 31 信號(hào)處理 框架圖 在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，為更好的實(shí)現(xiàn)信號(hào)的無(wú)損放大，為報(bào)警提供穩(wěn)定的報(bào)警信號(hào)， 采用了 電壓范圍寬，靜態(tài)功耗小 的 LM324。它的內(nèi)部包含四組形式完全相同的運(yùn)算放大器，除電源共用外，四組運(yùn)放相互獨(dú)立。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。 圖 32 LM324引腳排列 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)，被廣泛應(yīng)用在各種電路中。這里設(shè)計(jì)采用了信號(hào) 放大 比較整形 延 遲 Vo Vi 輸入 熱釋紅外線報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì) –5– 兩個(gè) LM324 構(gòu)成的低頻帶通放大電路，且與所加電源無(wú)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。電路如圖 33所示。 比較電路 比較電路可以看成一個(gè)電壓比較器，其輸出如不是高電平（ V+），就是低電平（ V或接地）。 如圖 34， 使用兩個(gè)運(yùn)放組成一個(gè)電壓上下限比較器，電阻 R R1ˊ組成分壓電路，為運(yùn)放 A1 設(shè)定比較電平 U1；電阻 R R2ˊ組成分壓電路，為運(yùn)放 A2 設(shè)定比較電平 U2。 圖 34 紅外信號(hào)的比較電路 熱釋紅外線報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì) –6– 熱釋傳感器輸出的交變信號(hào)，其幅度大于 U2，小于 U1，才能使比較器輸出高電平，反之為低電平，而前級(jí)放大電路輸出的基本電壓為 1/2VDD ，在 U1 和 U2之間，比較器輸出為零。 為了使報(bào)警信號(hào)產(chǎn)生足夠長(zhǎng)的時(shí)間，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用了555 單穩(wěn)態(tài)延時(shí)電路。在觸發(fā)信號(hào)作用下，電路將由穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)，暫穩(wěn)態(tài)是一個(gè)不能長(zhǎng)久保持的狀態(tài)，由于電路中 RC延時(shí)環(huán)節(jié)的作用，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，電路會(huì)自 動(dòng)返回到穩(wěn)態(tài)，并在輸出端獲得一個(gè)脈沖寬度為 tw 的矩形波。 555 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器構(gòu)成的波形如圖35。當(dāng)電容兩端電壓 Vc 上升到（ 2/3） VDD后， 6 端為高電平，輸出 Vo變?yōu)榈碗娖剑烹姽?VT導(dǎo)通，定時(shí)電容 C 放電 ， 電路進(jìn)入 穩(wěn)態(tài) ， Vo 為低電平的狀態(tài)。當(dāng)電容 C充點(diǎn)至 Vc=2/3VDD 時(shí)，電路又發(fā)生翻轉(zhuǎn)， Vo為低電平，放電管 VT導(dǎo)通，電容C放電，電路恢復(fù)至穩(wěn)態(tài)， 重復(fù)上述過(guò)程 ，達(dá)到延時(shí)信號(hào)的作用。在這部分中采用的使 PT2262/PT2272 這對(duì)編碼 解碼芯片。 如圖 41所示 ： 圖 41 pt2262 和 pt2272 引腳圖 PT2262 及 PT2272 編碼芯片個(gè)引腳的設(shè)置如下表 41和 42 所 示： 表 41 Pt2262 引腳設(shè)置 名稱 管腳 說(shuō) 明 A0A5 16 地址管腳 ,用于進(jìn)行地址編碼 ,可置 “0”,“1”,“f”( 懸空 ) D0D5 7 1013 數(shù)據(jù)輸入端， 本設(shè)計(jì)中采用 A11/D0口作為數(shù)據(jù)輸入端 Vcc 18 電源正端（＋） Vss 9 電源負(fù)端（－） TE 14 編碼啟動(dòng)端，用于多數(shù)據(jù)的編碼發(fā)射，低電平有效； OSC1 16 振蕩電阻輸入端，與 OSC2所接電阻決定振蕩頻率； OSC2 15 振蕩電阻振蕩器輸出端； Dout 17 編碼輸出端（正常時(shí)為低電平） 熱釋紅外線報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì) –8– 表 42 Pt2272引腳設(shè)置 名稱 管腳 說(shuō) 明 A0A5 16 地址管腳 ,行地址編碼 ,可置為 “0”,“1”,“f”( 懸空 ),必須與 2262一致 ,否則不解碼 D0D5 7 1013 做為數(shù)據(jù)管腳 ,只有 在地址碼與 2262一致 ,數(shù)據(jù)管腳才能輸出與 2262數(shù)據(jù)端對(duì)應(yīng)的高電平 ,否則輸出為低電平 Vcc 18 電源正端（＋） Vss 9 電源負(fù)端（－） DIN 14 數(shù)據(jù)信號(hào)輸入端，來(lái)自接收模塊輸出端 OSC1 16 振蕩電阻輸入端，與 OSC2所接電阻決定振蕩頻率； OSC2 15 振蕩電阻振蕩器輸出端； VT 17 解碼有效確認(rèn) 輸出端（常低）解碼有效變成高電平（瞬態(tài)） 編碼芯片 PT2262 發(fā)出的編碼信號(hào)由：地址碼、數(shù)據(jù)碼、同步碼組成一個(gè)的碼字，解碼芯片 PT2272 接收到信號(hào)后，其地址碼經(jīng)過(guò)兩次 比較核對(duì)后， VT 腳才輸出高電平，與此同時(shí)相應(yīng)的數(shù)據(jù)腳也輸出高電平當(dāng)發(fā)射機(jī)沒(méi)有按鍵按下時(shí)， PT2262 不接通電源，其17 腳為低電平，所以 315MHz 的高頻發(fā)射電路不工作，當(dāng)有按鍵按下時(shí)， PT2262 得電工作，其第 17 腳輸出經(jīng)調(diào)制的串行數(shù)據(jù)信號(hào)， 當(dāng) 17 腳為低平期間 315MHz 的高頻發(fā)射電路停止振蕩，所以高頻發(fā)射電路完全收控于 PT2262 的 17腳輸出的數(shù)字信號(hào)，從而對(duì)高頻電路完成幅度鍵控（ ASK 調(diào)制）相當(dāng)于調(diào)制度為 100％的調(diào)幅。用數(shù)字基帶信號(hào)對(duì)載波進(jìn)行調(diào)制，使基帶信號(hào)的功率譜（頻譜）搬移到較高的載波頻率上，這種信號(hào)處理方式稱為數(shù)字調(diào)制。調(diào)制后的數(shù)字信號(hào)還需要解調(diào)，放大等環(huán)節(jié)變?yōu)榛鶐盘?hào)才能被利用。數(shù)字信號(hào)的傳輸要借助于無(wú)線傳輸設(shè)備進(jìn)行傳輸，本模塊采用了傳輸性 能比較好的F05C 和 F05J 系列模塊進(jìn)行無(wú)線信號(hào)的調(diào)制與傳輸。由于是 報(bào)警電路，在無(wú)信號(hào)傳入時(shí)，收接發(fā)電路是不工作的 ，故可以節(jié)省電源，而且數(shù)據(jù)的傳輸?shù)牧坎皇呛艽螅?F05C 完全可以滿足設(shè)計(jì)的需要。同時(shí)還需對(duì)發(fā)生情況進(jìn)行記錄，以備查詢。上位機(jī)的開(kāi)發(fā)采用了VB 作為界面設(shè)計(jì)的語(yǔ)言。片上 Flash 允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。 Flash 存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上 +12V的編程允許電源 Vpp，當(dāng)然這必須是該器件是使用 12V編程電壓 Vpp。同時(shí)還要有內(nèi)部時(shí)鐘。如圖 61： 圖 61 本設(shè)計(jì)中單片機(jī)最小系統(tǒng) 熱釋紅外線報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì) –11– 單片機(jī)內(nèi)部具有一個(gè)高增益反相放大器，用于構(gòu)成振蕩器?？梢愿鶕?jù)情況選擇 6MHz、 12MHz 或 24MHz 等頻率的石英晶體，補(bǔ)償電容通常選擇 30pF 左右的瓷片電容。上電復(fù) 位要求接 通電源后，自 動(dòng)實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。手動(dòng)按鍵復(fù)位是通過(guò)按鍵將電阻與 VCC 接通來(lái)實(shí)現(xiàn)。采用兩個(gè)七位LED 數(shù)碼顯示管顯示報(bào)警信息。當(dāng)陰極端輸入低電平時(shí)，段發(fā)光二極管就導(dǎo)通點(diǎn)亮，而輸入高電平時(shí)則不點(diǎn)亮；共陰極接法是把發(fā)光二極管的陰極連在一起構(gòu)成公共陰極，使用時(shí)公共陰極接地。當(dāng)陽(yáng)極端輸入高電平時(shí)，段發(fā)光二極管就導(dǎo)通點(diǎn)亮，而輸入低電平時(shí)則不點(diǎn)亮。其字形的顯示代碼如表示： 表 61 共陽(yáng)極 LED數(shù)碼管字形代碼 字型 共陽(yáng)字形代碼 字型 共陽(yáng)字形代碼 字型 共陽(yáng)字形代碼 0 C0H 6 82H C C6H 1 F9H 7 F8H d A1H 2 A4H 8 80H E 86H 3 B0H 9 90H F 8EH 4 99H A 88H 滅 FFH 5 92H b 83H 聲音報(bào)警模塊設(shè)計(jì) 為了使報(bào)警聲音達(dá)到一定的分貝，我們綜合考慮了各個(gè)方面的因素，也對(duì)報(bào)警電路做了很多的改進(jìn)，最后選擇了 8 歐 的揚(yáng)聲器作為生器件，報(bào)警的聲音選擇了專用的報(bào)警集成電路，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，但是語(yǔ)音 繼承電路的輸出有限，要達(dá)到預(yù)期的輸出功率還必須有專門的功率放大電路進(jìn)行放大，因此選用了單聲熱釋紅外線報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì) –12– 道功率放大集成電路 LM386 進(jìn)行放大處理后在輸出給揚(yáng)聲器發(fā)出報(bào)警聲音。為使外圍元件最少 ,電壓增益內(nèi)置為 20。輸入端以地位參考 ,同時(shí)輸出端被自動(dòng)偏置到電源電壓的一半 ,在 6V 電源電壓下 ,它的靜態(tài)功耗僅 為 24mW。 CK9561 是音樂(lè)集成芯片，他的工作電壓為 3— 5伏特，通過(guò)對(duì)功能端的選擇們可以產(chǎn)生 110 警笛，119 警笛， 120警笛和機(jī)關(guān)槍四種聲音。 在本設(shè)計(jì)的報(bào)警電路中， LM386 的 6號(hào)引腳通過(guò)三極管 Q3和電阻 R 單片機(jī)的。單片 機(jī)向 Q3的基極送出一個(gè)低電平信號(hào)， Q3飽和導(dǎo)通，向報(bào)警電路提供工作電源，電源向功率放大集成電路 LM386 供電，另一路經(jīng) R23 在 D8端形成 伏特的穩(wěn)定電壓，該電壓作為報(bào)警電路的工作電壓，這兩部分電路在得到電后繼續(xù)工作，最后在揚(yáng)聲器發(fā)出報(bào)警，當(dāng)延遲過(guò)后 ， Q3截止，揚(yáng)聲器停止發(fā)出聲音，報(bào)警結(jié)束。 熱釋紅外線報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì) –13– 開(kāi)關(guān)三極管管均選用放大倍數(shù) 100 的 PNP 型三極管，為使 Q3 可靠導(dǎo)通，其基極必須有足夠的電流才能進(jìn)入飽和狀態(tài)，為此，要對(duì) R8的組織進(jìn)行正確的計(jì)算確定阻值： 飽和狀態(tài)的 基極電流： Ib=Ic/β =25/100= R8 的阻值為： R8=（ ） /= 因此選擇 R8 為 1KΩ（要小于 KΩ，以便 Q3 進(jìn)入飽和狀態(tài)）。 MAX232 轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì) MAX232 芯片是 MAXIM 公司生產(chǎn)的、包含兩路接收器和驅(qū)動(dòng)器的 IC芯片， 是一種把 電腦的串行口 rs232 信號(hào)電平（ 10 ， +10v） 轉(zhuǎn)換為單片機(jī)所用到的 TTL信號(hào)點(diǎn)平（ 0 ，+5）的芯片， 適合于各種 EIA232C 和 。所以，采用此芯片接口的串行通信系統(tǒng)只需單一的 +5V 電源就可以了。在此使用的集成電平轉(zhuǎn)換芯片 MAX232 為 RS232