基于单片机的无线红外防盗报警电路的设计（含程序+原理图+PCB图）.doc

目录1 前言11.1 无线红外防盗报警电路的发展状况11.2 无线红外防盗报警器的分类及其介绍11.3 无线红外报警器工作的原理11.4 设计无线红外防盗报警器的内容和意义12 总体方案设计32.1 方案比较32.2 方案论证42.3 方案选择43 单元模块设计53.1 各单元模块功能介绍及电路设计53.2 电路参数的计算及元器件的选择133.3 特殊器件的介绍153.4 各单元模块的联接214 软件设计234.1 软件设计原理及设计所用工具234.2 软件结构图235 系统调试275.1硬件调试275.2 系统综合调试285.3 软件调试286 系统功能和指标参数296.1 系统功能的实现296.2 指标参数297 结论308 总结与体会319 参考文献32附录1：发射部分原理图33附录2：接收部分原理图34附录3：发射部分PCB图35附录4：程序源代码36附录5：实物图4040 第40页1 前言1.1 无线红外防盗报警电路的发展状况 红外防盗报警器的发展主要是基于传感器之下，所以首先要谈谈红外传感器的发展状况。而传感器技术是21世纪人们在高科技发展方面争夺的一个制高点，各发达国家都将有传感器技术视为现代高新技术发展的关键。从20世纪80年代起，日本就将传感器技术列为优先发展的高新科技之首，美国等西方国家也将此技术列为国家科技和国防技术发展的重点，而在中国传感器的发展也取得了飞速的发展。从而基于传感器技术的防盗报警系统也得到了高速发展。 热释电红外传感器是一种非常有应用潜力的传感器，他能检测人或某些动物发射的红外线并转化成电信号输出。近几年来，伴随这集成电路技术的飞速发展，以及该传感器的特性的深入研究，相关的专用集成电路的处理技术也迅速发展。热释电传感器可在室温下使用，灵敏度与波长无关，所以应用领域广。1.2 无线红外防盗报警器的分类及其介绍1.被动式红外传感技术 被动式红外传感技术是利用红外光敏器件将活动生物体发出的微量红外线转换成相应的电信号，并进行放大，处理，它能可靠的将运动着的生物体和飘落的物体加以区别。同时它还具有监控范围大，隐蔽性好，抗干扰能力强和误报率低等特点。被动式红外入侵报警器又称热释电红外入侵报警器，由光学系统，红外传感器和信息处理三部分组成。2主动红外探测器 主动红外探测器由红外发射机，红外接收机和报警控制器。分别置于收发，发端的光学系统一般采用的是光学透镜，起到将红外光束聚焦成较细的平行光束的作用，以使红外光的能量能够集中传送。红外光在人眼看不见的光谱范围，有人经过这条无形的封锁线，必然全部或部分遮挡红外光束。接收端输出的电信号的强度会因此发生变化，从而启动报警控制器发出报警信号。主动式红外探测器遇到小动物，树叶，沙尘，雨，雪遮挡则不应报警，人或相当体积遮挡物将发生报警。1.3 无线红外报警器工作的原理 无论是基于哪种方式的无线红外防盗报警器，它的工作原理都是将探测到的信号，经传感器信号处理芯片放大输出，并将报警信号通过单片机编程控制通过编码经无线发射电路发射出，再用接收电路接收信号，解码电路解码并通过控制电路判断是否属于异常信号，再决定是否发送报警信号给报警电路，从而达到防盗的效果。1.4 设计无线红外防盗报警器的内容和意义 本设计是一套防盗报警系统，其主要功能是人体探测器检测到异常状况时采用无线的形式把信号传递给主机，主机通过处理将警情信号传给报警器发出报警声，同时能显示出出现警情的具体位置。系统总体设计方案可以划分为四大模块：第一部分是红外检测电路，第二部分是无线编码发射电路，第三部分是无线解码接受电路，第四部分是控制报警电路。 如今市场上有很多无线防盗报警产品，随着科技的发展报警装置在生活工作上的运用越来越多，主要有被动式，主动式和多技术复合式的。在这几中复合式的防盗器的误报率很低，是未来发展的主要方向。对于我们而言设计无线红外防盗报警器的意义主要在于设计的过程，在设计过程中我们可以将所学的到的理论知识运用到实践中，并让自己明白自己的不足，在以后的学习中能让自己具有更好的专业素养。2 总体方案设计2.1 方案比较2.1.1 方案一方案一如图2.1所示。红外传感器发光报警电路NRF905发射电路蜂鸣器报警电路NRF905接收电路PT2272解码电路AT89C51单片机控制电路PT2262编码电路ADC0809数模转换电路AT89C51单片机中央控制电路74LS47数码管显示电路 图2.1 方案一方框图2.1.2 方案二 方案二如图2.2所示。红外传感器发光报警电路NRF401发射电路蜂鸣器报警电路NRF401接收电路PT2272解码电路STC89C52单片机控制电路PT2262编码电路BIS0001处理电路STC89C52单片机中央控制电路MAX7219数码管显示电路 图2.2 方案二方框图2.2 方案论证方案一与方案二的基本实录都是相同的，都是由测电路，单片机，显示电路，编码电路，无线收发模块，解码电路，单片机，声光报警电路组成，所不同的所选芯片不同，现将其区别列于表2.1中。 表2.1 方案芯片方案单片机传感器处理电路显示电路无线收发模块方案 一AT89C51：20MHzCOMS,32位I/O控制器，6个中断，4KB的闪存，128B的芯片RAM，2个定时/计数器。选用ADC0809处理电路将传感器所接收的模拟信号转变成数字信号传给单片机。74LS47显示电路，一次只能驱动一位LED，所以要想实现多路显示所用的74LS47较多，电路复杂。NRF905无线收发一体芯片，是一款适合于短距离无线数据通信的芯片。方案二STC89C52：24MHzCOMS,32位I/O控制器，6个中断，8KB的闪存，128B的芯片RAM，3个定时/计数器。选用BIS0001处理芯片，是专用的传感器处理芯片，可以传感器所接收的信号直接放大以数字信号的方式输出MAX7219数码管显示电路一片可以驱动八位的共阴极LED显示，可以同时实现段选和位选的功能NRF401是一个无线收发的模块，可以适用于中长距离的数据传送与接收2.3 方案选择 比较上述两种方案，方案二最佳。方案一在芯片选择上没有方案二好，首先是方案二的传感器处理芯片BIS0001是集成芯片可以直接把模拟信号转变成数字信号，比用数模转化器ADC0809更好，而且方案二较之方案一单片机的存储空间更大，显示芯片MAX7219比74LS47功能强大，可以直接驱动八位LED，无线收发模块的NRF401比NRF905的频带更宽，功能更好，性价比更好。所以，终上所述选用方案二。 3 单元模块设计3.1 各单元模块功能介绍及电路设计3.1.1 电源电路 图3.1 电源电路原理图1电源电路的工作原理：用已有的电源芯片将220V的电压转化成9V和12V,在单片机集后续电路中都用5V作为工作电压，所以经整流和滤波电路后再有那个三端集成稳压电路进行稳压，为后续电路提供稳定可靠的5V直流电源。直流电源是维持电路中形成稳恒电流的装置。如干电池、蓄电池、直流发电机等。直流电源有正、负两个电极，正极的电位高，负极的电位低，当两个电极与电路连通后，能够使电路两端之间维持恒定的电位差，从而在外电路中形成由正极到负极的电流。单靠电荷所产生的静电场不能维持稳恒的电流，而借助于直流电源，就可以利用非静电作用（简称为“非静电力”）使正电荷由电位较低的负极处经电源内部返回到电位较高的正极处，以维持两个电极之间的电位差，从而形成稳恒的电流。因此，直流电源是一种能量转换装置，它把其他形式的能量转换为电能供给电路，以维持电流的稳恒流动。直流电源中的非静电力是由负极指向正极的。当直流电源与外电路接通后，在电源外部（外电路），由于电场力的推动，形成由正极到负极的电流。而在电源内部（内电路），非静电力的作用则使电流由负极流到正极，从而使电荷的流动形成闭合的循环。三端稳压集成电路采用LM7805.具体电路图如3-1所示。2. 电源电路的功能介绍：此电路在整个设计中起着很重要的作用，是提供器械运转的原动力。此电源为直流稳压电源包括整流，滤波，稳压三部分，最终将电网中220V的交流电压转换为5V的直流电压提供给后面的工作电路。在整个电路中电源部分起到首脑的作用，如果电源部分不能实现整个电路都不能运行。（1）直流稳压电源工频变压器的作用是将电网220V的交流电压变换成整流滤波电路所需要的交流电压Ui。变压器副边与原边的功率比为P2/ P1=，式中是变压器的效率。（2）整流滤波电路：整流电路将交流电压Ui变换成脉动的直流电压。再经滤波电路滤除较大的纹波成分，输出纹波较小的直流电压U1。3.1.2 单片机最小系统 图3.2 单片机最小系统1.单片机系统的工作原理：当接收到传感器处理芯片传来的信号后经单片机判断是否为异常信号，若是就控制编码发射，并显示发生异常情况的地方，然后再接收解码后又经单片机控制，最后通过中断定时系统控制声光报警器报警。这里的硬件要求非常重要，所以采用40个引脚的STC89C52芯片就能够完全满足要求，并且价格便宜。在辅助电路方面主要有复位电路和晶振电路。能保证单片机的有效运行。P1.0 和P1.1用来进行程序存储器的扩展，与AT24C512的SCL和SDA相连可以在编程的时候实现程序存储器的外扩。P3.2口与红外传感芯片的V0输出端相连，通过中断来判断是否有异常信号。从而来控制后续电路的编码等。P0口用来控制显示电路的显示，P2口用来实现编码和解码的地址同步，在整个电路中单片机是核心控制部分。2.复位电路：复位时单片机的初始化操作，只需给单片机的复位引脚RST加上大于2个机器周期的高电平就可使单片机复位。本设计中采用的是手动复位电路，复位电路可以在程序出错或系统处于死锁状态时，按下复位键可使单片机重新启动。3.晶振电路：单片机个功能部件的运行都是以时钟控制信号为基准，有条不紊地一拍一拍地工作。因此，时钟频率直接影响单片机的速度，时钟电路的质量也直接影响单片机系统的稳定性。4.程序存储器扩展电路的工作原理：在设计片外程序存储器之前，首先要决定EA引脚的电平。EA=0,单片机只访问外部程序存储器,对于8031单片机此引脚必须接地.EA=1,单片机访问内部程序存储器,对于内部有程序存储器的8XX51单片机,此引脚应接高电平,但若地址值超过4KB范围,单片机将自动访问外部程序存储器。设定好EA后，单片机自动按程序所设定的次序执行。 STC89C52单片机的内部集成了CPU、RAM、程序存储器、定时计数器、I/O接口以及串行通信接口等、使用非常方便，对于简单的控制及检测系统利用一片单片机就够了，但对于一些较大的复杂应用系统，往往还需要扩展一些外围芯片，如存储器、A/D、D/A以及各种接口芯片等以补充片内硬件资源的不足.在本次设计中用两片AT24C512进行扩展，可以加大程序存储器的储存空间3.1.3 编码电路1.编码电路的工作原理：由于无线信号容易受外界环境影响，因此从系统的可靠性考虑，发射的控制信号采用编码的方式进行传送，而且在同一区域内要同时使用多个系统而相互间又不影响，所以无线信号的编码由PT2262集成电路完成，该电路具有8位地址信号和4位数据信号，不同的地址与数据的组合，可以编制上万中编码，完全可以满足同一区域内互不影响工作：其原理图如图3-3所示。2.编码电路的功能介绍：通过单片机的P2口控制A0-A7口的地址码，用拨码开关来控制D0-D3的状态组成数据码来组成一个完整的码字，当解码电路与编码电路的码字相同时就可以实现一路的发射与接收，可以通过不同的码字来实现多路信号的发射与接收。一旦发现异常PT2262芯片工作则会把已经固定的编码信号通过发射电路发射出去。具体的编码是由D3.D2.D1.D0的接法决定，只不过要求编码和解码的地址信号应该一样才可以实现同步。 图3.3 编码电路 3.1.4 无线收发电路 图3.4 无线收发电路 图3.5 收发模块的射频接口1.无线收发电路的工作原理：在进行防盗设计时如果采用无线收发模式可以实现远距离防盗，并且操作比较方便，而且在收发信号时，精度比较高。跟只用编码电路发射电路相比而言误报率比较低，电路原理如图3-4。2.如图3.5所示，为NRF401的集成芯片的接口，她用来接插集成芯片PTR2000，它是一种无线收发模块的集成芯片。PTR2000无线数据传输模块是一种超小型，低功耗，高速率的无线收发数据传输模块。PTR2000的通信速率最高为20bit/s,也可以在其他速率，如4800bit/s,9600bit/s。为了更加方便说明和单片机的连接，首先介绍PTR2000无线数传模块的 ，其引脚说明如图所示。 3.1.5 解码电路 图3.6 解码电路1.解码电路的工作原理：PT2272是一款与PT2262配对使用的无线，红外线遥控解码专用集成电路。采用CMOS工艺制造，它最大拥有12位的三态地址码管教，可支持多达531441个地址的编码，因此很有效地降低了重码率。当编码芯片发出信号后，解码芯片PT2272接收到信号后，其地址码经过两次比较核对后，VT脚才输出高电平，与此同时相应的数据脚也输出高电平，如果发送端一直发射，解码芯片也一直连续发射。2.解码电路的功能介绍：经编码电路编码后通过无线收发模块将信号传给解码芯片PT2272。设置时将A0-A7的状态设置来和PT2262相同才可以对应解码。通过中断控制VT的状态来控制PT2272是否处于解码状态。此电路功能比较完善，可以将接收的信号传送给单片机，通过单片机编程控制实现将异常信号进行控制的功能。 3.1.6 红外检测电路 图3.7 红外检测电路1.红外检测电路的工作原理：首先通过热释电传感器感受人体体温发出电压信号经过IBS0001处理芯片由V0输出放大的数字信号传给单片机由中断控制。热释电传感器是一种非常有应用潜力的传感器，它能检测人或某些动物发射的红外线并转化成电压信号输出。传感器处理芯片BIS0001是一款具有较高性能的传感信号处理集成电路，它配以热释电红外传感器和少量外接元器件就可构成被动式的热释红外开关和报警用人体热释电传感器等。热释电晶体的等效电路是一个在负载电阻上并联一个电容的电流发生器。一般在热释电传感器的前面应放置一个菲涅耳透镜，它是根据菲涅耳原理制成的，把红外光线分成可见区和盲区，同时又有聚焦的作用，使热释电人体红外传感器的灵敏度大大增加。2.红外检测电路的功能介绍：本设计采用带有菲涅尔透镜的热释电传感器，并附有传感器处理芯片，这样可以实现信号的过滤传送，然后进行放大输出，在本电路中传感器处理芯片BIS0001可以将传感器转换的模拟信号转变成数字信号经电路放大输出给单片机，由于是集成芯片的模式可以减少人为的误操作，使设计方案更可靠误报率更低。在此芯片及附加电路中的电阻电容都采用贴片的形式由厂家直接加工处理，精准性更高，比直接由传感器传输模拟信号再由模数转换电路转换后所得到的信号更准确，信号传输的器件越少，效果越精准。3.1.7 显示电路 图3.8 显示电路1.显示电路的工作原理：LED显示在单片机系统中应用广泛它能够直观地向人报告系统运行状态与结果。论述单片机应用系统中LED显示译码驱动电路的几种实现方案，比较每种方案各自的优缺点用MAX7219驱动LED显示电路显示的方案最佳，一个MAX7219就可以驱动8位的LED显示，并且在芯片功能上集成了位选和段选的功能，运用很方便。当异常信号发生后通过单片机的处理可以经过P0口控制MAX7219来使LED显示发生异常信号的具体地点。2.显示电路的功能介绍：在本次设计中只有一处异常信号的来源，但在实际生活中可以检测多路异常信号，然后通过LED显示，当没有警情发生时LED上电显示0000，当有一路警情发生时LED显示0001，当又两路警情发生时LED显示0002。以此类推可以实现多路警情的显示。而且用MAX7219来驱动显示电路操作方便，编程方便，使用更方便，DIG0-DIG7与LED的COM口相连可以实现LED的段选，可以通过控制DIGO-DIG7的高低电平就可以实现段选，SEGA-SEGP与LED的a-dp相连，通过控制SEGA-SEGP的高低电平来实现LED的位选。3.1.8 声光报警电路 图3-9 声光报警电路1.声光报警电路的工作原理：本次设计是无线防盗报警器的设计，最后将产生的异常信号经单片机处理后传送给报警电路进行声光报警，声音报警采用蜂鸣器报警，在将高电平传送给蜂鸣器之前先通过音频放大器进行音频放大，这样可以可以使设计简便同时使发出的声音逼真，LM386是一款不错的音频功放电路。发光报警采用LED发光二极管进行发光报警，可以同时达到视觉和听觉的效果。2.声光报警电路的功能介绍：首先在接收到异常信号后，只有通过报警电路才能达到报警的效果，其次报警电路有声音报警电路和发光报警电路。在本设计中将两者综合在一起有更好的实用性，不仅可以在正常情况下使用，而且也适用于聋哑人或听力有问题的人，而且采用两种方式报警可以减少故障率。3.1.9 接口电路1接口电路的工作原理：在使用单片机的设计中一定会涉及到编程的部分，而编程是在计算机上进行的，要讲程序传送到单片机中就一定要用到接口电路，用接口电路将程序下载到单片机中进行程序控制后续电路。当发射电路将信号发射出去，经PT2272解码电路解码后传给无线接收模块然后可以将无线接收模块与RS232相连接可以将接收到的异常信号传给计算机，可以通过计算机显示异常信号。2接口电路的功能介绍：RS-232-C标准规定，驱动器允许有2500pF的电容负载，通信距离将受此电容限制，例如，采用150pF/m的通信电缆时，最大通信距离为15m；若每米电缆的电容量减小，通信距离可以增加。传输距离短的另一原因是RS-232属单端信号传送，存在共地噪声和不能抑制共模干扰等问题，因此一般用于20m以内的通信。 图3.10 接口电路3.2 电路参数的计算及元器件的选择3.2.1 发射部分1 电阻阻值 表3.1 电阻标号阻值封装标号阻值封装R142MRES3R1,R6,R13,R31,R32,R33,R301OKRES2R291.2MRES3R2,R34.7KRES3R8,R11,R121MRES3R34,R35,R36,R372.7KRES2R9200KRES3R10,R231KRES3R4,R5,R1547KRES3R16,R17,R18,R19510RES32 电容的值 表3.2 电容标号数值封装标号数值封装C7,C8,C9,C150.01ufRAD1C27470ufRB1C54.7ufRB1C22200ufRB1C610ufRAD1C25,C2630pfRAD1C1047ufRAD1C1,C28,C29,C30104RAD13.2.2 接收部分1电阻的阻值 表3.3 电阻标号阻值封装标号阻值封装R221.2MRES3R1610KRES3R3,R9,R10,R12,R13,R14,R151KRES3R20330RES3R19,R204.7KRES32电容的值 表3.4 电容标号数值封装标号数值封装C3110ufRAD1C2210ufRB1C15,C1730pfRAD1C8470ufRB1C32100ufRAD1C42200ufRB1C6,C7,C12,C13,C18,C19,C20,C21104RAD1C144.7ufRB13.2.3 主要芯片的选择1 晶振电路：在单片机的晶振电路中选用11.0592M的晶振就符合设计的要求。2 LED显示数码管：选用共阴极的四位数码管，因为MAX7219可以驱动8位的LED数码管显示。MAX7219可以同时实现段选和位选。3 外扩存储器：选用AT24C512，因为用两片芯片就可以达到扩展，采用C的方式进行存储器的扩展，只占用单片机的P0口的两个引脚，占用的空间比较少而且很容易通过编程实现程序存储器的扩展。4 整流电源：选用LM7805来进行的直流电源的整流，78XX系列集成稳压器的典型应用电路，这是一个输出正5V直流电压的稳压电源电路。IC采用集成稳压器7805，在输入端和输出端加滤波电容，当输出电较大时，7805应配上散热板 。在组成电源的时候需要电容。5.单片机芯片：选用STC89C52芯片，较一般51单片机而言，存储器的空间比较大，而且运用比较方便，在购买方面价格便宜，采购方便。6.编码芯片和解码芯片：编码芯片和解码芯片是配套使用，编码芯片选用PT2262，解码芯片则选用PT2272，选用这两种芯片可以实现多路信号的编码与解码，干扰较小。7.无线收发模块：无线收发模块采用NRF401芯片，可以实现远距离的发射和接受，这样发射和接收可以安装在不同的地方。也可以采用集成芯片PTR2000，占用面积比较小，而且适用性比较强。8.音频放大器：选用LM386，为使设计简便同时发出的音效逼真，音频信号发生器采用集成的语音电路，LM386是款不错的音频放大器，起工作电压为5-18V，功率为1.25W，频率响应的上限为300KHZ,增益可达50Db,而且外围电路简单，易于设计。3.3 特殊器件的介绍3.3.1 BIS0001 图3.11 BIS0001的管脚图BIS0001是一款具有较高性能的传感信号处理集成电路。它配以热释电红外传感器和少量外接元器件构成被动式的热释电红外开关。它能自动快速开启各类白炙灯、荧光灯、蜂鸣器、自动门、电风扇、烘干机和自动洗手池等装置，特别适用于企业、宾馆、商场，库房及家庭的过道等敏感区域，或用于安全区域的自动灯光、照明和报警系统。各引脚的定义和功能如下： VDD工作电源正端。范围为35V。 Vss工作电源负端。一般接0V。 IB运算放大器偏置电流设置端。经RB接VSS端，RB取值为1M左右。 1IN-第一级运放放大器的反相输入端。 1IN+第一级运放放大器的同相输入端。 1OUT第一级运算放大器的输出端。 2IN-第二级运算放大器的反相输出端。 2OUT第二级运算放大器的输出端。 Vc触发禁止端。当VcVR时禁止触发；当VCVR时允许触发。VR0.2VD。VRF参考电压及复位输入端。一般接VDD。接“0”时可使定时器复位。 A可重复触发和不可重复触发控制端。当A=“1”时，允许重复触发，当A=“0”时，不可重复触发。 Vo控制信号输出端。由Vs上跳边沿触发使Vo从低电平跳变到高电平时为有效触发。在输出延时间Tx之外和无Vs上跳变时Vo为低电平状态。 RR1RC1输出延迟时间Tx的调节端。Tx49152R1C1。 RR2RC2触发封销时间Ti的调节端。Tx24R2C2。 3.3.2 PT2262 图3.12 PT2262的管脚图PT2262最多可有12 位(A0-A11)三态地址端管脚(悬空,接高电平,接低电平),任意组合可提供531441 地址码,PT2262 最多可有6 位(D0-D5)数据端管脚,设定的地址码和数据码从17 脚串行输出，可用于无线遥控发射电路。编码芯片PT2262 发出的编码信号由：地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字。当发射机没有按键按下时，PT2262 不接通电源，其17 脚为低电平，所以315MHz 的高频发射电路不工作，当有按键按下时，PT2262 得电工作，其第17 脚输出经调制的串行数据信号，当17 脚为高电平期间315MHz 的高频发射电路起振并发射等幅高频信号，当17 脚为低平期间315MHz 的高频发射电路停止振荡，所以高频发射电路完全收控于PT2262 的17 脚输出的数字信号，从而对高频电路完成幅度键控（ASK 调制）相当于调制度为100的调幅。表3.5 PT2262管脚说明名称管脚 说明A0-A111-8, 10-13地址管教，用于进行地址编码，可置为“0”，“1”，悬空D0-D57-8, 10-13数据输入端，有一个为“1”即有编码发出，内有下拉 VCC18电源正端 VSS 9电源负端 TE14编码启动端，用于多数据的编码发射，低电平有效 OSC116振荡电阻输入端，与OSC2所接电阻决定振荡频率 OSC215振荡电阻振荡器输出端 DOUT17编码输出端（正常时为低电平）3.3.3 PT2272 图3.13 PT2272的管脚图 PT2272是一款与PT2262配对使用的无线，红外线遥控解码专用集成电路。采用CMOS工艺制造，它最大拥有12位的三态地址码管教，可支持多达531441个地址的编码，因此很有效地降低了重码率。当编码芯片发出信号后，解码芯片PT2272接收到信号后，其地址码经过两次比较核对后，VT脚才输出高电平，与此同时相应的数据脚也输出高电平，如果发送端一直发射，解码芯片也一直连续发射 表3.6 PT2272的管脚说明名称 管脚 说明 A0-A111-8, 10-13地址管脚，用于进行地址编码，可置为“0”，“1”，悬空，必须与2262一致，否则不解码 D0-D5 7-8, 10-13地址或数据管脚，当做为数据管脚时，只有在地址码与2262一致，数据管脚才能输出与2262数据端对应的高电平，否则输出低电平，锁存型只有在接收带下一数据才能转换 VCC18电源正端 VSS9电源负端 DIN14数据信号输入端，来自接收模块输出端 OSC116振荡电阻输入端，与OSC2所接电阻决定振荡频率 OSC215振荡电阻振荡器输出端 VT17解码有效确认 输出（常低）解码有效变成高电平（瞬态）3.3.4 MAX7219 图3.14 MAX7219的管脚图MAX7219是一种集成化的串行输入/输出共阴极显示驱动器,它连接微处理器与8位数字的7段数字LED显示，也可以连接条线图显示器或者64个独立的LED。其上包括一个片上的B型BCD编码器、多路扫描回路，段字驱动器，而且还有一个8*8的静态RAM用来存储每一个数据。只有一个外部寄存器用来设置各个LED的段电流。一个方便的四线串行接口可以联接所有通用的微处理器。每个数据可以寻址在更新时不需要改写所有的显示。MAX7219同样允许用户对每一个数据选择编码或者不编码。存器允许用户显示1-8位数据，还有一个让所有LED发光的检测模式。 表3.7 MAX7219的管脚说明管脚名称 功能1DIN串行数据输入端口，在时钟上升沿时数据载入内部的16位寄存器2，3，5-8，10，11DIG0-DIG7八个驱动线路置显示器共阴极为低电平，关闭时7219此引脚输出高电平4，9GND地线（两脚必须同时接地）12LOAD载入数据。连续数据后16位在LOAD端的上升沿被锁定13CLK时钟序列输入端14-17，20-23SEGA-SEGDP7段和小数点驱动，为显示器提供电流18SET通过一个电阻来连接VCC提高段电流19V+正极电压输入。+5V24DOUT串行数据输出端3.3.5 nRF401 图3.15 NRF401的管脚图 NRF401是一个无线收发的模块，控制引脚的属性不同就可以转换工作模式，接收和发射都是采用无线的模式，无线数据传输模块在无法使用有线传输的场合，或者是为了保证安全，采用无线数据传输模块和单片机配合进行数据传输的方案较为理想。通过改变 ，DIN输入信号和DOUT输出信号均为标准的逻辑电平信号，需要发射的数字信号通过DIN输入，解调出来的信号经过DOUT输出；CS=“0”为通道#1（433.9MHZ），CS=“1”为通道#2（434.33HZ）；TEXN=“1”为发射模式，TEXN=“0”为接收模式。PWR-UP=“1”为工作模式，PWR-UP=“0”为待机模式。选择发射和接收一体的单片射频收发nRF401作为系统的信号发射和接收芯片。 表3.8 NRF401的管脚说明引脚名称引脚功能概述引脚名称引脚功能概述1XC1晶振输入11PF-PWR发射功率设置2VDD电源（+3-+5V）12CS频道选择3VSS地13VDD电源(+3-+5V)4FILT回路滤波器14VSS地5VCO1外接电感15ANTI无线接头6VCO2外接电感16ANT2无线接头7VSS地17VSS地8VDD电源(+3-+5V)18PER-UP电源开关9DIN数据输入19TXEN发射允许10DOUT数据输出20XC2晶振输出3.3.6 PTR2000 图3.16 PTR2000的管脚图 PTR2000无线数据传输模块是一种超小型，低功耗，高速率的无线收发数据传输模块。PTR2000的通信速率最高为20bit/s,也可以在其他速率，如4800bit/s,9600bit/s。为了更加方便说明和单片机的连接，首先介绍PTR2000无线数传模块的 ，其引脚说明如图所示。 表3.9 PTR2000的管脚说明引脚名称 说明1VCC正电源，2.5-5.25V2CS频道选择，CS=0,工作频道一，即433.92HZ,CS=1,工作频道2，即434.33HZ3DO数据输出，与单片机RXD相连4DI数据输入，与单片机TXD相连5GND电源地6PWR节能控制端。PWR=1为正常工作状态，PWR=0为待机状态7TXEN发射接收控制，TXEN=1时模块为发射状态，TXEN=0模块为接收状态3.3.7 AT24C512 图3.17 AT24C512的管脚图 AT24C512是ATMEL公司生产的64KB串行电可擦的可编程存储器，内部有512页，每一页为128字节，任一单元的地址为16位，地址范围为0000-0FFFH.它采用8引脚封装，具有结构紧凑，存储容量大等特点，可以在2线总线上并接4片芯片，特别适用于具有大容量数据存储要求的数据采集系统，因此在测控系统中被大量采用。 8脚VCC是电源输入端，提供工作电源。5，6脚和单片机的P1口相连实现扩展。4脚是接地端，1，2，3脚是数据输入端，提供不同的段码。3.3.8 LM386 图3.18 LM386的管脚图LM386是一种音频集成功放，具有自身功耗低、电压增益可调整、电源电压范围大、外接元件少和总谐波失真小等优点，广泛应用于录音机和收音机之中。LM386是美国国家半导体公司生产的音频功率放大 器,主要应用于低电压消费类产品。为使外围元件最少,电压增益内置为20。但在1脚和8脚之间增加一只外接电阻和电容,便可将电压增益调为任意值,直至 200。输入端以地位参考,同时输出端被自动偏置到电源电压的一半,在6V电源电压下,它的静态功耗仅为24mW,使得LM386特别适用于电池供电的场 合。LM386的封装形式有塑封8引线双列直插式和贴片式。 表3.10 LM386的管脚说明引脚序号符号功能引脚序号符号功能1GAIN增益调整5OUT输出2N.F负反馈6VCC电源3IN输入7FC滤波4GND地8GAIN增益调整3.4 各单元模块的联接热释电红外传感器BIS0001红外探测器单片机无线发射电路NRF401无线接收电路NRF401PT2272解码电路PT2262编码电路MAX7219驱动LED显示发生警情的地方程序存储器的扩展，AT24C512单片机发光电路蜂鸣器报警电路详见附录1和附录2所示。4 软件设计4.1 软件设计原理及设计所用工具4.1.1 KEILC 51的介绍 KEILC 51软件是众多单片机应用开发的优秀软件之一，它集成编辑，编译，仿真与一体，支持会变，PLM语言和C语言的程序设计，界面友好，易学易用。 进入KEIL集成环境的方法，第一种：双击桌面的KEIL图标，就可以直接进入。第二种：单击屏幕左下方的开始，在弹出的对话框中选中程序，再在弹出的程序对话框中单击keil uvision3。下图为进入KEIL 51后的界面。4.1.2 KEIL 51建立一个项目的步骤 首先打开集成环境新建工程（NEW Project）选择使用的单片机型号-新建文件（File菜单下的New选项）保存空白文件添加文件编写程序编译汇编调试程序4.2 软件结构图 主要包括一个主程序和四个子程序。主程序主要是控制四个子程序的运行，显示电路子程序是控制显示电路显示警情发生地，编码电路子程序是控制编码电路实现多路防盗点的信号采集，从而进行无线发射。解码电路子程序是为了控制解码电路的地址码与编码电路相同从而进行一对一的解码。报警电路子程序是控制进行声光报警。主程序显示电路子程序编码电路子程序解码电路子程序报警电路子程序信号采集电路子程序 图4.1 主程序结构图4.3 主要软件设计流程框图4.3.1 主程序设计流程图开始初始化有无信号IBS0001信号的放大中断程序报警地址显示0001启动编码电路允许发射？启动解电路允许接收？启动发光电路启动蜂鸣器报警电路结束 图4.2 主程序流程图4.3.2 信号采集电路子程序流程图开始BISOOO1的2脚输出高电平有无异常信号初始化单片机INT0口进行数据采 集采集完毕？信号采集结束 图4.3 信号采集电路子程序流程图4.3.3 显示电路子程序流程图开始P1.2是否为高电平？初始化MAX7219驱动LED显示0001显示结束 图4.4 显示电路子程序流程图4.3.4 报警电路子程序流程图开始初始化P3.4是否为高电平？报警电路启动报警报警结束 图4.5 报警电路子程序流程图5 系统调试本次设计的调试方式采用的是实物调试，由于很多硬件的动作需要软件实现，故本次调试按常规分为软件调试和硬件调试最后再进行综合调试5.1硬件调试5.1.1 调试工具测试本设计的各项性能指标，需要不同的仪器设备。根本系统测试指标的具体要求，也要使用精度要求不同的仪器。本设计要求精度较高，需要一些高精度的仪器，以减少测试不准所带来的误差。设计用到的测试内容见表5.1。 表 5.1 测试工具和测试内容编号测试工具工具型号测试内容1Keilc51Keil uVision3测试电路2示波器Tektronix TDS5034检测传感器输出波形3数字万用表DT9205测量电压、电流值5.1.2 调试方法在电路的调试和修改过程中，采用循序渐进的方法和部分调试的方法。本设计在完成制作后进行如下检查的测试：1、电路组装、焊接和检查。先对照电路原理图检查一遍，直至无误后方可焊接。2、搜集元器件、焊接电路。电路中所用到的元器件比较多，且种类复杂，故应提前准备好一些不常用的元件，包括控制芯片。焊接时要对号入座，不要焊错位置，不要虚焊，避免电路的电气故障。3、对各个模块进行分开调试，调试顺序为：传感器模块、单片机最小系统、显示报警模块、收发模块。5.1.3 调试内容1 显示电路的调试在进行显示电路的调试之前，需要对LED好坏进行验证，如果上电就可以显示0000就说明LED是正常的。当下载显示程序到单片机后，感受到有异常信号后如果仍然没有显示，就必须检查显示电路附近的电容电阻值，以及驱动芯片MAX7219与单片机的联接是否有错。然后再检查LED与MAX7219的联接是否正确，检查无误后再进行调试验证。如果硬件电路没有问题仍然不能显示成功，那么就进行软件程序的调试，可以在仿真软件中进行反复的修改知道达到要求，最后下载程序，使显示电路显示成功。显示电路调试结束。显示有一路异常信号发生显示00012 蜂鸣器报警电路的调试蜂鸣器电路需要有三极管放大信号，在没有正常的报警的情况下，首先用万用表检查三极管的管脚特性确保电路联接正确，如果出现报警声音很大的情况可以在蜂鸣器与电源之间加一个限流电阻，使通过蜂鸣器的电流减小。在进行实物调试的时候一定要确定的蜂鸣器的极性接法正确，如果在硬件接法正确的时候仍然不能正常报警。就可以进行软件程序的调试，用仿真程序验证。最后下载程序使报警电路报警成功，至此报警电路调试成功。5.2 系统综合调试在进行程序的下载实物调试之前，需用工具检查电路的连接口是否正常，电路每部分的都焊接正确，并仿真验证程序的正确，最后下载程序，进行实物调试，实现显示和报警电路，系统电路调试完成。5.3 软件调试单片机部分调试工作的完成主要应用Keil uVision3软件来完成，这一部分工作首先将系统中的各个模块计算程序中的显示部分程序调试好，不断调试，不断修改直到正确为止。uVision3软件是一种非常实用的多窗口编辑、调试软件。程序调试过程：整个程序是一个主程序调用各个子程序实现功能的过程，要使主程序和整个程序都能平稳运行，各个模块的子程序的正确与平稳运行必不可少，所以在软件调试的最初阶段就是把各个子程序模块进行分别调试。首先在仿真软件中进行仿真验证程序的正确性，然后用STC单片机程序下载软件把程序下载到实物单片机中，带程序下载完毕，进行实物验证，如果在有警情发生的情况下LED将显示0001，同时蜂鸣器会发出声音报警。如果不能达到预期效果，可以跟踪一步一步程序的验证，首先检查信号采集模块送入单片机INT0口是否为高电平，当此时输出电平为高电平时，检查显示电路程序，检查是否可以驱动MAX7219显示0001。最后测验报警电路程序，检验P3.4口输出是否为高电平，如为高电平则可以驱动蜂鸣器发声报警。6 系统功能和指标参数本次设计的实物可以实现显示警情地点和报警的功能，通过单片机控制达到智能的目的，现代社会科技越发的先进，智能化已经运用到了很多领域。6.1 系统功能的实现电源电路是由USB直接供电，向系统提供+5V的电源。程序下载是用RS232做为程序下载接口，单片机选用STC89C52作为中央控制器，显示电路是MAX7219驱动8位显示电路。，报警电路是蜂鸣器组成的报警电路。由MAX7219串行接口8位LED显示驱动集成电路与68HC05单片机构成的接口电路图 初始化 通电后7219进入关断方式，至少经过250ns才退出。因此必须对它们进行必要的初始化后才能正常工作。6.2 指标参数1.显示驱动电路 工作温度:0-70,工作电压: +5V,10MHZ连续串行口，独立的LED段控制，数字的译码与非译码选择，150uA的低功耗关闭模式，亮度的数字和模拟控制，高电压中断显示，共阴极LED显示驱动，段电流为40mA.2.蜂鸣器报警电路 工作电压为+5V，限流电阻为100欧，分压电阻为100欧，采用9014三极管作为信号放大器。 6.3 系统功能及指标参数分析本次设计总体来说还是遇到很多问题，但测试结果令人较为满意，达到了相关的技术指标要求，但是仍有许多不足之处，比如测试距离不能太远，放置角度也有局限。另外我们组设计的手动复位复位电路不太完善，程序里的延迟时间也不够精确，造成系统不太稳定。编码电路的主要技术指标如下：1、工作电压范围：3V-12V；2、工作频率：433MHz，也可以选择其它频率；3、频率稳定度；优于10-4 ；4、峰值发射功率：0.5W；5、工作温度范围：-20+80；6、地址码数：6561组不重复；7、工作方式：间断工作。解码电路的主要技术指标如下：1、工作电压范围：2.7V-5V；2、工作频率：433MHz，也可以选择其它频率；3、工作电流；4Ma(5V供电时)；4、接收灵敏度：优于-105sBm；5、工作温度范围：-20+80；6、地址码/数据：八位三态地址/四位数据；7、工作方式：连续工作。7 结论 此次智能测控应用系统设计安排我们组设计的题目是无线红外防盗器。 防盗报警系统是预防抢劫、盗窃等意外事件的重要设施。一旦发生突发事件，就能通过声光报警信号在安保控制中心准确显示出事地点，使于迅速采取应急措施。防盗报警系统与出入口控制系统、闭路电视监控系统、访客对讲系统和电子巡更系统等一起构成了安全防范系报警探测器是由传感器和信号处理组成的，用来探测入侵者入侵行为的，由电子和机械部件组成的装置，是防盗报警系统的关键，而传感器又是报警探测器的核心元件。采用不同原理的传感器件，可以构成不同种类、不同用途、达到不同探测目的的报警探测装置。目前报警系统出现误报、漏报主要有以下几个方面原因。无线探测器抗干扰能力表现为同频干扰容易造成误报、漏报。红外探测器对入侵行为判断力不够准确造成误报漏报。红外探测器易受温度、光线等环境因素影响而产生误报。无线探测器供电系统缺电，低电时没有有效地进行信息传递使得探测器的探测距离变短或是不工作而产生漏报误报。由于主机和探测器都是用无线编码方式设置遍码有重复造成主机和探测器重码导致误报。 我们来分析一下红外探测报警器主要有那些原因会造成误报、漏报。红外探测器对入侵行为判断力不够准确造成误报、漏报。红外探测器易受温度、光线等环境因素影响而产生误报。无线探测器供电系统缺电，低电时没有有效地进行信息传递使得探测器的探测距离变短或是不工作而产生误报、漏报。由于主机和探测器都是采用无线编码方式设置编码有重复造成主机和探测器重码导致误报。也有些报警器的质量太羞如元器件的损坏和生产工艺不良造成误报，还有跟选择的设备、安装的方式、角度、位置、也有关，比如选用的探测器是震动探测器安装在震源比较大而多的地方（如飞机场、铁路旁等）由于飞机、火车运行时震源大都会产生误报，如蝙蝠常出现的地方选用超声波探测器就容易引起误报，在受环境的影响下如空气流动、宠物行动等，还有人为的因素主要有用户操作不当、不小心触发报警器、误闯、误入已经设防的访区等都会产生误报。产生误报、漏报的原因很多也很复杂。因此要降低防盗报警器的误报、漏报最重要的是要从多方面的因素加以考虑，比如从技术和性能方面选择探测器、包括传感探头的选择、菲涅尔透镜的外形设计，微处理器程序，多鉴技术、自动跳码的滚动编码技术、生产工艺、使用方法，温度补偿，灵敏度探测距离调整等。这些综合因素都决定了探测器的性能和误报率。8 总结与体会 1.设计小结：本次课程设计安排了大约一个月的时间，从方案提出，方案讨论，到方案确定，然后是原理图的绘制，PCB版图的绘制，之后是电路实物的焊接，程序的调试，最后才是课程设计报告的书写。每一步都有老师的耐心指导，和组员的默契合作，使我们的设计如期顺利的完成。本次智能测控应用系统设计我们组