感应式门铃的设计和实现通信技术专业

摘要：31 绪论31.1国内外研究现状41.2课题研究的背景及意义42.系统设计总述42.1 系统设计方案与原理42.2 AT89C51单片机的引出及特点52.2.1 AT89C51D的功能62.3热释电红外探测器72.3.1 HN911红外探测器原理及特点72.3.2 HN911红外探测器的特点补充72.4 ADC0809简介83.系统硬件及电路83.1键盘输入电路83.2复位93.3显示电路93.4扬声器驱动电路104.软件设计104.1程序方框图104.2模/数转换测量124.3数据采集125.结束语136.致谢13感应式门铃的设计摘要：门铃的出现大大简化了生活的方便性，随着现代社会的日益发展，普通门铃已不能满足人类的生活需要。本论文基于单片机的感应门铃设计是以单片机为基础设计造价相对低廉；论文设计运用热释电红外传感器的基本原理，设计一个置于店铺门口的用于迎接顾客的红外感应式门铃。它可根据顾客的进出情况作出不同的反应。研究结果表明门铃电路设计方案能达到预想的效果，当现场情况发生变化时，扬声器立即发出声音，恢复原状时则不提示，并可以根据需要来设置不一样的声音。利用51系列单片机进行低成本感应式门铃的设计，能够简化系统构成、降低设计成本、增强系统性能,满足多种复杂场合的控制需求。关键词：热释电红外传感器；单片机；扬声器Abstract：The advent of doorbells greatly simplifies the convenience of life, and as the modern society grows, the ordinary doorbell cannot meet the needs of human life. This paper is based on a single chip, which is designed to be relatively inexpensive based on a single chip. The paper designs the basic principle of thermal emission infrared sensor, and designs an infrared sensor doorbell which is used to greet customers at the door of the shop. It can respond differently depending on the customers going in and out. The results show that the doorbell circuit design scheme can achieve expected effect, when the situation changes, speaker sound, immediately restorable is not prompt, and can according to need to set up different voices. The use of 51 series microcontroller for low cost induction door bell design, can simplify the system structure, reduce design cost and enhance the system performance, meet the control demand a variety of complex situations.Keywords : Pyroelectric infrared sensor; microcontroller; speaker1 绪论 1.1国内外研究现状当下国内外对感应门铃的研究大致可分为两种，即：光感应式和红外感应式。对光感式门铃影响最大的就是光照；它是利用光的反射原理，当人物体遮挡住光照时，它的主要原件光敏电阻就会感受到光的变化进而其阻值也发生很大的变化，进而对电路产生作用；一定情况下还受被感应物反射率的影响；缺点就是在黑暗或晚上时，不能工作。这样为了弥补缺陷，红外感应式门铃随即产生。它会感应被感应物的特定红外线，进而来触发电路。光感式门铃优点之一就是价格便宜，但是误报率高，因为它感应的核心器件是光敏电阻，光敏电阻对可见光大部分波长都反应变化，故光线变化可能会触发门铃反应；红外感应式门铃的价格虽然昂贵，但它相对于光感式门铃，误报率是极低，这样我们就从元器件的价格上来进行更好的选择，来补全感应式们的高成本问题。红外传感器的产生对现代生活产生的影响是巨大的，但为了能适应生活形态的复杂性，进而就需要更加先进的门铃来弥补空缺。基于单片机的感应式门铃就是在不同的需求下产生不同的效果，很好的与现代社会进行了衔接。1.2课题研究的背景及意义门铃在我国的历史中可以延伸很多年以前，门铃的产生对人类的生活方式产的影响也是巨大的；随着时间的洗礼，门铃的发展也发生了翻天覆地的变化。古时的门环到现在的有线门铃再到无线门铃，无一不在体现门铃的发展。其用途也从发声来提醒主人到发声来欢迎客人的转变，欢迎客人的延伸就是防盗门铃；感应式门铃就这样从中被发明出来。感应式门铃的用途场所很多，超市、商场、工厂；如果作为防盗铃的话，可以应用于银行、金店等一些特别重要场所。但是现在市面上也出现了一些类似的感应式门铃，各种缺陷也应运而生。灵敏度低，价格贵，寿命短等等。所以现实是急需要研究出灵敏度高，价格低，寿命长，并且还让其感应更准确，功能更完善，能让感应式门铃在各种应用场合中完美地起到迎宾、醒主和防盗报警作用。2.系统设计总述2.1 系统设计方案与原理 经过查阅大量文献资料和对主要元器件的研究，本设计采用新型的实用的红外探测模块HN911，ADC0809数模转换器和89C51单片机构成整个设计的核心元件。89C51具有两个定时器T0与T1。通过控制定时器初值T0和T1，来实现端口输出不同占空比的脉冲波形。89C51控制简单，价格低廉，且利用89C51构成最小系统，可以缩小系统体积，同时应用到了键盘与显示模块，使用方便直观，提高了系统的可靠性，降低了系统成本。整个设计的总程序框图如图1所示，系统采用的主要硬件设备以热释电红外探测器以及单片机为主，其他用到了ADC0809模/数转换器，键盘，数码管，扬声器和电源等，这章着重介绍单片机的结构和功能，以及热释电红外探测器HN911。通过热释电红外探测器的探测使信号经ADC0809进行数模转换传入单片机与其控制电路，实现对子电路的控制以及对数据进行核心处理，使门铃能够准确的发出声音。因为51单片机的正常工作条件的特殊之处，所以这里就需要用到稳压电源；本设计系统的控制流程首先就得红外感应，采集红外信号，在经过ADC0809模/数转换，将信号传入单片机，使单片机发出信号来控制触发电路，最后使门铃发出声音。然后通过单片机的按键功能和LCD液晶显示功能，能灵活的控制和显示门铃的实时铃声。这样就可以达到需要什么样的铃声就按相应的键盘来控制门铃。图1 总程序框图2.2 AT89C51单片机的引出及特点回顾近代社会，发展之迅速，科技产品更新快之惊人。从四五十年代的超大型计算机到现在的微型计算机。人类的创新文明越来越强大；小的功能强大的产品越来越多。单片机就是微型计算机其中的代表产品之一；经过了几十年的研究，单片机也是有了很大的改善，功能也越来越完善。经过严格的筛选与实验，最终选用AT89C51型单片机来作为本设计的核心元件。AT89C51单片机的不仅自身功能强大，而且还可与MCS-51 兼容。它可在0Hz-24MHz的大范围中实现全静态工作，1288位内部RAM，32可编程I/O线，两个16位定时器/计数器，5个中断源等等；AT89C51的优点相对于其他的一些单片机还是很多的，选用它对整个设计有着决定性的作用。AT89C51单片机的管脚图如下图2管脚说明如下：VCC：供电电压； GND：单片机接地引脚； P0口， P1口，P2口和P3口都是8位I/O接口。此单片机特殊的一点就是P3口都有第二功能，让AT89C51更加显得功能强大。图2 89C51管脚图2.2.1 AT89C51D的功能（1）中断系统：中断系统是单片机的特有功能，并且在本设计中也充分的运用到了此作用。当单片机CPU收到内部或者外部的功能请求时，中断系统就会中断正在进行的程序。当运用在此设计中就体现在，当有客人进入时，门铃响起；这时又一客人进入，就会中断第一位客人的感应铃声，再一次的重新响起铃声。（4）键盘接口：顾名思义，键盘就是一个人机的一个互动接口。设置的键盘可以很好的控制铃声的类型。让其在社会中有更多的用途（5）数码管显示：单片机的作用至关重要，对设计的测量和控制尤为重要。测控的同时，如果能够把控制结果以某一种形式形象的显示出来，这样我们就可以更好的掌握情况，以便来控制此设计产品。AT89C51就很好的做到了这一点，它使用的是八断的数码管显示器。目前就只有共阴极和共阳极两种。共阴极数码管的所有引脚应接到公共的低电平，当某一段发光二极管为高电平时，相应的一段发亮；共阳极与之相反。2.3热释电红外探测器热释电红外探测器实现的功能就是以非接触形式感应人体辐射的红外线能量的变化，然后变为电信号来驱动整个电路。如果我们使用传统的探测模块来进行红外探测，所用到的有光学感应系统，热释电红外传感器，信号的滤波和信号的放大。器件的数量多以及各项功能的复杂性，即此处用到一新型红外探测模块HN911。2.3.1 HN911红外探测器原理及特点HN911是一款新型热释电红外探测器，采用双列6脚直插式封装；HN911集传统探测模块于一体，并且它还能在特别不理想的环境中将人物体的红外辐射信号辨别出来来触发系统，这样就保证了其运行稳定性。突出的一点就是它的灵敏度非常好，对于这样一种感应式门铃，就需要一种灵敏度高的感应探测器。HN911的管脚图如图3所示。图3 HN911管脚图2.3.2 HN911红外探测器的特点补充HN911也具有很强的温度稳定性；当探测器在感应时，如果环境温度升高，背景红外辐射就很强，对人物体的感应探测就产生很大的影响，所以就加入了内部温度补偿电路来填补这个缺点。2.4 ADC0809简介热释电红外探测器感应物体发出信号，因为单片机只接受数字信号，所以为了能让AT89C51能很好的接受信号，此处就需要引进模数转换器。根据性能和功能等的综合考虑，用ADC0809模/数转换器来进行模数转换。ADC0809模/数转换器是使用最多的转换器之一，其性能优越（转换时间短、起停控制方便、工作温度范围广、功耗也低），引脚众多，并且采用双列直插式包装，最好的就是能与AT89C51能很好的连接起来，能让整个设计有序的进行下去，真是缺其不可。ADC0809的引脚图如图4所示图4 ADC0809引脚图3.系统硬件及电路3.1键盘输入电路本系统采用非编码键盘，如下图4所示。通过按键，可以控制感应门铃的铃声类型（在设计门铃的时候会提前在扬声器设置例3种不同类型的铃声语或音乐，通过单片机的按键进行控制），键盘的连接方式如图，一侧接地，另一侧分别接单片机P0.0,P0.1,P0.2口。图5 键盘按键电路3.2复位任何一个东西都不是完美无缺的，当然就包括我的这个门铃设计系统；有时会出现死机的情况。所以为了能阻止这些问题，就用到了复位电路对单片极重新赋值让其重新开始工作。3.3显示电路论文的上部分已经介绍了八段的数码显示管。这里我们就选用了TS1620字符液晶显示模块。此液晶显示模块其具有功耗低、无电磁辐射、寿命长、价格低、接口方便等显著优点。它多被用到了小型电脑、测量仪器中。图6 89C51与TS1620连接图3.4扬声器驱动电路本扬声器驱动电路是由三极管和电阻驱动组成，三极管具有放大的功能。三极管将信号放大然后输入到扬声器，这样几乎没有任何干扰，音响效果比较好。播放电路如图6所示。图7 铃声播放电路图中所示扬声器引脚接单片机P2.7口，当有信号传输过来时扬声器引脚就会由初始的低电平变为高电平，驱动于扬声器发出声音。前边也提过，会在扬声器中提前设置3种或更多的铃声，这样就会可以实现一物多用的情况，实现真正意义上的功能拓展。4.软件设计4.1程序方框图系统主程序如下图8所示，整体的设计就是用热释电红外探测器HN911来采集信号，基于单片机的控制作用来实现整个感应门铃的铃声类型的选择。因为AT89C51需要用ADC0809来对信号进行数模变换，所以ADC0809在次设计中有着至关重要的角色。程序流程图如图8所示。图8 系统主程序流程图4.2模/数转换测量模/数（A/D）转换测量子函数用来控制对ADC0809的模拟输入电压进行A/D转换，并将对应的数值移入内存单元。其程序流程如图9.图9A/D转换测量流程图流程图能形象的把整个模/数转换表示出来，从中也看出了其智能的一面；EOC为A/D转换结束引脚。当EOC取高电平时，转换结束，然后才开始接下来的顺序。4.3数据采集进行数据采集，就需要用到数据采集模块；通过热释电感应探测器，采集模拟信号，然后通过A/D转换成电信号，在传入单片机中，最后驱动整个电路，发出优美的铃声。数据采集是整个系统的第一步骤，重中之重；只有设计好这一步接下来的设计内容才能有序的往下进行，最后能成功设计出感应式门铃的成品。图10为数据采集流程图图10 数据采集流程图5.结束语转瞬间四年的大学生活即将结束，想当初刚入学时想着毕业论文距离我还是很遥远；但是现在我也通过努力终于完成了我的这篇毕业设计论文。本设计采用集功能齐全的热释电红外探测器HN911，并且利用单片机AT89C51控制和模数转换ADC0809，利用ADC0809模数转换将红外信号传输进单片机AT89C51。ADC0809与单片机衔接的电路简单，节省了大量的端口资源，为功能拓展做了很好的基础。本设计成品基本用于超市，商场门铃，为迎接顾客而设计；接下来就是特别之处，单纯的迎接顾客显得此设计尤为单调，所以可以通过单片机的键盘设置，来进行门铃的功能拓展（例：可以设置为报警器等）；当然这些都需要提前在扬声器中提前设置好。关于本次设计由于设计经验的不足和理论知识的局限性，结果不是很如意，可能有些功能无法实现。通过这次的实践我也认清了自身的不足，学到的知识不扎实导致设计之初都无从下手。所以接下来我会不断的对我这片论文进行不断的拓展与探究，用理论联系实际来进行自身的提高。实践是才是检验真理的唯一标准。6.致谢在本次毕业设计，从最初刚刚构思，到现在成形，得到了指导老师以及同学极大的帮助，在这里要特别感谢他们。同时，期到图书馆查讯并借阅了大量的资料，并在网上参考了别人的论文，期刊等等。我发现在这段时间里，大学的知识好像是有学习了一遍。本设计虽然涉及不多，但是对单片机的应用部分还是有了较大的巩固和提高。加深了我对一些单片机容易模糊的知识点的认知。参考文献1AntoniRogalskiInfrareddetectors:statusandtrendsJProgressinQuantumElectronics20032瞿贵荣热释电红外传感器的结构原理及特性J家庭电子2005第8期：543董雪峰HN911的红外探测模块及其应用B电子世界2004第8期：494周海波基于HN911的红外线报警系统B长江工程职业技术学院学报2008第25卷第3期：55-575蔡振江,索雪松.单片机原理及应用M.北京：电子工业出版社,2012:15-51.6郑峰,王巧芝，李英健，刘瑞国.51单片机应用系统典型模块开发大全M.中国铁道出版社，2013:434-441.7赵建领,弓雷.51系列单片机开发宝典M.北京：电子工业出版社,2012:338-351.8ToreyinBUFlamedetectionusingPIRsensorsJSignalProcessing,CommunicationandApplicationsConference2008.9樊延虎，邵思飞，刘根据一种单片机键盘显示系统的设计J延安大学学报(自然科学版)2002，(02)：29-3010董普松Protues在单片机系统设计中的应用J现代电子技术2008，(14)：153-154