紅外無線防盜報(bào)警系統(tǒng)

1、南京工程學(xué)院康尼學(xué)院 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題 目： 紅外無線防盜報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究 專 業(yè)： 自 動(dòng) 化 班 級(jí)： K自動(dòng)化091 學(xué) 號(hào)：240091040學(xué)生姓名： 李浩千 指導(dǎo)教師： 陸 鋒 講 師 起迄日期： 2013.22013.6 設(shè)計(jì)地點(diǎn)： 實(shí)驗(yàn)樓 Graduation Design (Thesis)Design of Infrared Wireless Burglar Alarm SystemByLI HaoqianSupervised byLecturer.LU FengSchool of AutomationNanjing Institute of TechnologyJu

2、ne, 2013南京工程學(xué)院康尼學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）摘 要 隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們的生活水平得到很大的提高，對(duì)私有財(cái)產(chǎn)的保護(hù)意識(shí)在不斷地增強(qiáng)，因而對(duì)防盜措施提出了新的要求，而紅外技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，本設(shè)計(jì)就是為了滿足現(xiàn)代防盜的需求基于紅外感應(yīng)和紅外無線傳輸和單片機(jī)結(jié)合的報(bào)警系統(tǒng)。 本設(shè)計(jì)采用的是AT89C51單片機(jī)控制，接收信號(hào)經(jīng)過處理后選擇報(bào)警蜂鳴器和警示燈工作，它具有體積小，成本低等優(yōu)點(diǎn)，很適合用于報(bào)警信號(hào)的接收和處理；傳感器部分使用的是熱釋電紅外傳感器，配合菲涅爾透鏡，它們配合可以非接觸式的測(cè)出人體的紅外信號(hào)并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)，傳送給單片機(jī)處理，它具有體積

3、小，靈敏度高，安裝方便，安全可靠等優(yōu)點(diǎn)；本設(shè)計(jì)中傳感器與單片機(jī)之間的無線傳輸是通過PT2262和PT2272兩塊芯片來實(shí)現(xiàn)的，也是基于紅外技術(shù)完成的，過程穩(wěn)定可靠。關(guān)鍵詞：紅外；無線；單片機(jī)；報(bào)警器ABSTRACTWith the social progress and science and technology, the economy continues to develop, the peoples living standard has been greatly improved, the awareness of the protection of private property

4、 is constantly enhanced, and thus the security measures put forward new demands, and infrared technology quite mature, this design is to meet the needs of the modern anti-theft the combination alarm system based on infrared sensors and infrared wireless transmission and microcontroller.This design u

5、ses the AT89C51 single-chip control, the received signal to select the alarm buzzer and warning lights work after treatment, it has a small, low cost, it is suitable for the alarm signal receiving and processing; sensor part is pyroelectric infrared sensor with Fresnel lens, they measure the body wi

6、th the non-contact infrared signal and convert it into a voltage signal, transmitted to the microcontroller processing, it has a small size, high sensitivity, easy installation, security reliable; wireless transmission between the sensor and the design is by PT2262 and PT2272 two chips to achieve, i

7、s also based on infrared technology, the process is stable and reliable.Key words: infrared; wireless; SCM; alertor目錄第一章 緒論11.1 引言11.2 選題背景與意義11.3 研究現(xiàn)狀21.3.1 熱釋電紅外無線防盜報(bào)警系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀21.3.2 熱釋電紅外無線防盜報(bào)警系統(tǒng)技術(shù)的研究背景及意義21.4 與本系統(tǒng)相關(guān)的技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀31.5 本文結(jié)構(gòu)4第二章 報(bào)警系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)52.1設(shè)計(jì)任務(wù)及要求52.2總體設(shè)計(jì)思路62.3主控芯片單片機(jī)的選擇62.3.1 AT89C51的主要性

8、能72.4 熱釋電紅外傳感器的選擇8第三章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)103.1系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)103.2紅外線技術(shù)的應(yīng)用103.2.1紅外線感應(yīng)技術(shù)103.2.2紅外線通訊技術(shù)103.3 AT89C51單片機(jī)簡(jiǎn)述及結(jié)構(gòu)引腳說明123.3.1 AT89C51單片機(jī)的功能框圖123.3.2 AT89C51單片機(jī)的管腳說明123.4熱釋電傳感器的結(jié)構(gòu)及工作原理143.4.1 熱釋電傳感器的工作原理153.4.2 菲涅爾透鏡153.4.3 熱釋電紅外傳感器的芯片選擇163.4.4 熱釋電紅外傳感器的電路設(shè)計(jì)173.5 無線信號(hào)傳輸芯片及電路原理203.5.1 編碼解碼芯片PT2262/PT2272芯片原理203.

9、5.2 PT2262/PT2272芯片地址編碼與震蕩電阻的設(shè)定223.5.3 無線信號(hào)傳輸電路設(shè)計(jì)233.6電源電路的設(shè)計(jì)243.7單片機(jī)系統(tǒng)主體部分電路設(shè)計(jì)253.7.1時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)253.7.2 單片機(jī)復(fù)位電路263.8 聲音報(bào)警電路27第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)284.1 主程序流程圖284.1.1 主程序284.1.2 延時(shí)并檢測(cè)是否手動(dòng)取消警報(bào)程序29第五章 結(jié)論305.1論文總結(jié)305.1.1主要工作及結(jié)論305.1.2存在問題305.2感想和收獲30致謝32參考文獻(xiàn)33附錄A：硬件設(shè)計(jì)原理圖與PCB圖34附錄B：軟件程序清單372第一章 緒論1.1 引言隨著人民生活水平的不斷提高和電

10、子技術(shù)的發(fā)展，電子報(bào)警這門綜合技術(shù)正隨著需求的增大而不斷的發(fā)展。與此同時(shí)，紅外技術(shù)已成為先進(jìn)科學(xué)技術(shù)的重要組成部分，由于紅外線是不可見光，用它進(jìn)行紅外探測(cè)監(jiān)控，具有良好的隱蔽性，白天和黑夜都可以使用，而且其抗干擾能力強(qiáng)，因此在本設(shè)計(jì)研究中將紅外技術(shù)與單片機(jī)結(jié)合形成一個(gè)紅外防盜報(bào)警系統(tǒng)。防盜報(bào)警系統(tǒng)利用單片機(jī)控制技術(shù)，自動(dòng)探測(cè)發(fā)生在布防區(qū)內(nèi)的侵入行為，產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)，一旦發(fā)生突發(fā)事件，就會(huì)向人們發(fā)出報(bào)警提示，從而讓人即使采取應(yīng)對(duì)措施。本設(shè)計(jì)包括硬件和軟件設(shè)計(jì)兩個(gè)部分。硬件部分包括單片機(jī)控制電路、熱釋電紅外傳感器電路、紅外發(fā)射接收信號(hào)電路、蜂鳴器電路、LED控制電路等部分組成。處理器采用51系列單片

11、機(jī)AT89C51，整個(gè)系統(tǒng)是在系統(tǒng)軟件控制下工作的。1.2 選題背景與意義目前市面上裝備主要有壓力觸發(fā)式防盜報(bào)警器、開關(guān)電子防盜報(bào)警器和壓力遮光觸發(fā)式防盜報(bào)警器等各種報(bào)警器，但這幾種比較常見的報(bào)警器都存在一些缺點(diǎn)：（一）壓力觸發(fā)式防盜報(bào)警器由于壓力板式安裝在墊子內(nèi)，當(dāng)主機(jī)停止工作，主人在家走動(dòng)時(shí)，都很容易失報(bào)和誤報(bào)，其可靠性低。（二）開關(guān)式電子防盜報(bào)警器一般只有一個(gè)定點(diǎn)，有效范圍小，而且各種開關(guān)也易壞，失報(bào)和誤報(bào)率就高，不可靠。（三）遮光式觸發(fā)防盜報(bào)警器在受到太陽光照射就會(huì)引起誤報(bào)，同時(shí)如果由于風(fēng)吹窗簾的擺動(dòng)等遮住了光也會(huì)引起誤報(bào)，所以這種報(bào)警器的可靠性也不高。再者，就閉路監(jiān)控電路防盜系統(tǒng)而言

12、：它的安裝線路復(fù)雜，而且技術(shù)要求比較高，價(jià)格也比較昂貴，不利于廣泛利用。于是紅外無線防盜報(bào)警系統(tǒng)即本設(shè)計(jì)應(yīng)需而生，本設(shè)計(jì)是一種價(jià)廉、性能靈敏可靠的防盜報(bào)警器，可以在防盜和保證財(cái)產(chǎn)安全方面發(fā)揮更加有效的作用。本設(shè)計(jì)還結(jié)合了無線信息傳輸技術(shù)使得傳感器與主機(jī)之間的聯(lián)系更加方便簡(jiǎn)潔。數(shù)字、無線、集成化是防盜報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)一步發(fā)展的要求，防盜系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)有：1) 更精美、小巧的外觀：符合室內(nèi)的需要；2) 更智能化的設(shè)計(jì)：方便設(shè)置和撤銷，具有人性化的操作界面；3) 更加穩(wěn)定可靠：如探測(cè)器可抗RFI/EMI（電磁干擾/射頻干擾）、防雷電等，以便適應(yīng)惡劣的天氣氣候；4) 更多樣的功能：如探測(cè)器可調(diào)頻、防遮擋

13、、防噴蓋、防破壞等；5) 更強(qiáng)大的聯(lián)網(wǎng)功能；6) 更方便的擴(kuò)展性。1.3 研究現(xiàn)狀現(xiàn)在報(bào)警器的設(shè)計(jì)研究種類很多，設(shè)防方式、傳感器、處理器的不同都會(huì)有不同的影響，各自有各自的優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)。1.3.1 熱釋電紅外無線防盜報(bào)警系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀目前，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上的防盜報(bào)警系統(tǒng)大部分是國(guó)外品牌，如：早期的美國(guó)安定保、C&K、日本艾禮富、以色列EL等，近幾年進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)的加拿大楓葉、德國(guó)博世、美國(guó)GE等，這些廠商無論是在資金和技術(shù)上，都具備很強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，對(duì)國(guó)內(nèi)廠商的發(fā)展形成巨大的競(jìng)爭(zhēng)壓力；國(guó)內(nèi)防盜報(bào)警產(chǎn)品廠商發(fā)展時(shí)間比較短，真正取得長(zhǎng)足發(fā)展也是在2000年以后，特別是在2004年國(guó)內(nèi)有些廠商迅速成長(zhǎng)，投資規(guī)模和企業(yè)

14、規(guī)模都在迅速發(fā)展和擴(kuò)大。但是與國(guó)外廠商相比還有很大差距。 現(xiàn)階段，大部分工程商安裝防盜報(bào)警產(chǎn)品時(shí)傾向于國(guó)外品牌，其中，安裝的國(guó)外產(chǎn)品主要來自美國(guó)、日本和韓國(guó)，這三個(gè)國(guó)家的產(chǎn)品占據(jù)我國(guó)報(bào)警市場(chǎng)的近80%的市場(chǎng)份額。這主要是因?yàn)椋诋a(chǎn)品供給市場(chǎng)上，絕大部分國(guó)外品牌來自美國(guó)和日韓，防盜報(bào)警產(chǎn)品在這些國(guó)家的發(fā)展已經(jīng)非常成熟，產(chǎn)品功能穩(wěn)定、性能完善，再加上進(jìn)入我國(guó)是時(shí)間較早，所以在我國(guó)市場(chǎng)上占有相當(dāng)大的份額。目前國(guó)內(nèi)使用的各類防盜、保安報(bào)警器基本都是以超聲波、主動(dòng)式紅外發(fā)射接收以及微波等技術(shù)為基礎(chǔ)。而這里所涉及的被動(dòng)式報(bào)警器則采用了美國(guó)的傳感元件熱釋電傳感器。這種熱釋電紅外傳感器能以非接觸形式檢測(cè)出人體

15、輻射的紅外線，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)，同時(shí)它還能鑒別出運(yùn)動(dòng)的生物與其它非生物。隨著國(guó)家智能化小區(qū)建設(shè)的推廣，防盜系統(tǒng)已成為智能小區(qū)的必需設(shè)備。利用單片機(jī)控制技術(shù)和無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，開發(fā)一種具有聯(lián)網(wǎng)功能的智能無線防盜系統(tǒng)，并開發(fā)相關(guān)的傳感器。采用無線數(shù)據(jù)傳輸方式，不需重新布線，特別適用于已裝修用戶及布線不方便的場(chǎng)合。1.3.2 熱釋電紅外無線防盜報(bào)警系統(tǒng)技術(shù)的研究背景及意義隨著時(shí)代的不斷進(jìn)步，人們對(duì)自己所初的環(huán)境的安全性提出了更高的要求，尤其是在家居安全方面不得不時(shí)刻留意那些不速之客?，F(xiàn)在很多小區(qū)都安裝了智能報(bào)警系統(tǒng)，有效的保證了居民的人身和財(cái)產(chǎn)的安全。由于紅外線是不可見光，所以有很好的隱蔽性。但是由

16、于許多都是有線的安裝這給維護(hù)和抗干擾都帶來了不利的一面。而無線的可以做到安裝和維護(hù)變的更方便，隱蔽性更好，更不易被發(fā)現(xiàn)而被破壞。1.4 與本系統(tǒng)相關(guān)的技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀隨著社會(huì)的發(fā)展，農(nóng)村城鎮(zhèn)化和人員流動(dòng)性增大，社會(huì)治安狀況更趨復(fù)雜，因此作為社會(huì)的基本單元家庭的防范問題就顯得尤為重要。傳統(tǒng)的機(jī)械式（防盜網(wǎng)、防盜窗）家居防衛(wèi)在實(shí)際使用中暴露出一些隱患，正如國(guó)務(wù)院下達(dá)的關(guān)于住宅小區(qū)禁止安裝防盜網(wǎng)的建議中指出，防盜網(wǎng)帶來的問題：影響樓房美觀，市容整潔；影響火災(zāi)救援通道；給犯罪分子提供便利的翻越條件；時(shí)間久了會(huì)有高空墜物的危險(xiǎn)；壓抑人性自由。所以作為高科技的家居安全防盜報(bào)警系統(tǒng)就應(yīng)運(yùn)而生，并日益受到廣泛的重

17、視和運(yùn)用。另外，為了進(jìn)一步規(guī)范住宅小區(qū)智能化建設(shè)，建設(shè)部特別制定了智能小區(qū)的等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，按照其要求智能小區(qū)中必須具有安全防范、信息管理、物業(yè)管理和信息網(wǎng)絡(luò)等系統(tǒng)。因此小區(qū)安全防范系統(tǒng)建設(shè)已逐漸納入許多小區(qū)建設(shè)的必備項(xiàng)目中了。以深圳為例，幾乎所有新建的住宅樓盤都預(yù)裝了防盜系統(tǒng)，并禁止安裝防盜網(wǎng)，而上海、廣州、溫州、南昌等地更是花費(fèi)重金拆除了防盜網(wǎng)，其防盜功能則必須由電子防盜系統(tǒng)來完成。因此，家庭安防系統(tǒng)必將有很大的發(fā)展，并且也將從北京、上海、廣東等發(fā)達(dá)城市向內(nèi)地蔓延開來，形成一個(gè)全新的朝陽產(chǎn)業(yè)。目前紅外傳感器有熱釋電型和量子型。熱釋電傳感器是測(cè)量溫度的元件。熱釋電材料作為熱釋電元件時(shí)性能指數(shù)大，使

18、用溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定性好，價(jià)廉而且分散性小的一般是LiTaO3。熱釋電材料的溫度由T+T。同時(shí)表面電荷也會(huì)產(chǎn)生變化。LiTaO3熱釋電材料處于自發(fā)極化狀態(tài)。當(dāng)紅外線入射吸收后，結(jié)晶的溫度改變，自發(fā)極化也發(fā)生變化結(jié)晶表面的電荷變得不平衡。把這種不平衡電荷以電壓變化的形式取出，便可檢測(cè)紅外線。因此，熱釋電材料只有在溫度變化時(shí)才產(chǎn)生電壓。如果紅外線一直照射，無不平衡電荷，電壓的變化為零。沒有紅外線照射時(shí)，結(jié)晶表面電荷同樣呈現(xiàn)為不平衡狀態(tài)。熱釋電紅外傳感器因紅外線照射（或遮擋）而產(chǎn)生（或失去）熱量才有輸出，因此，從原理上講，它和波長(zhǎng)沒有什么關(guān)系，但應(yīng)選用合適測(cè)定波長(zhǎng)的濾光器作為窗口材料，才能實(shí)現(xiàn)其應(yīng)有的功

19、能。量子型紅外傳感器的特點(diǎn)是檢測(cè)靈敏度高，響應(yīng)速度快，響應(yīng)的靈敏度與波長(zhǎng)有關(guān)。量子型紅外線傳感器又分為光導(dǎo)型和光動(dòng)勢(shì)型。光導(dǎo)型紅外傳感器是利用紅外線照射時(shí)，阻抗減小的光導(dǎo)電效應(yīng)元件。典型的元件材料有PbS、PbSe、HgCdTe等。光動(dòng)勢(shì)型是在Ge、InSb、InGaAs、HgCdTe等半導(dǎo)體基片上形成的PN結(jié)，紅外線照射會(huì)產(chǎn)生光動(dòng)勢(shì)。Ge的禁帶寬度為0.66ev，Ge光敏二級(jí)管分光靈敏度特針對(duì)0.6m1.9m紅外線比較敏感。1.5 本文結(jié)構(gòu)本文以報(bào)警器的研發(fā)工程項(xiàng)目作為應(yīng)用背景，對(duì)紅外無線報(bào)警技術(shù)進(jìn)行了研究。全文共分為六章，各章的主要內(nèi)容如下：第一章扼要的介紹了紅外無線報(bào)警系統(tǒng)的概念、特點(diǎn)與

20、相關(guān)技術(shù)研究背景；第二章講述了此次設(shè)計(jì)的要求、要完成的工作，以及設(shè)計(jì)思路和設(shè)計(jì)方案；第三章介紹了本次紅外線無線防盜報(bào)警系統(tǒng)研究設(shè)計(jì)相關(guān)方面的資料、技術(shù)與研究成果和主要硬件包括芯片、電路等方面的設(shè)計(jì)研究；第四章主要講的是依據(jù)功能要求的軟件方面的設(shè)計(jì)；第五章總結(jié)了全文的研究工作，給出了存在的問題和進(jìn)一步研究的方向。第二章 報(bào)警系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)2.1設(shè)計(jì)任務(wù)及要求 本系統(tǒng)是一種基于熱釋電傳感器原理的防盜報(bào)警器，具有無線報(bào)警功能，報(bào)警器選用51系列單片機(jī)。從機(jī)做報(bào)警器的傳感部分，安裝在需要監(jiān)控的地方。主機(jī)作為從機(jī)的信號(hào)接收部分，安裝在監(jiān)控室。要求學(xué)生熟悉系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，給出系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，完成各單元電路和系

21、統(tǒng)軟件的相關(guān)的設(shè)計(jì)任務(wù)。該系統(tǒng)包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩個(gè)部分?？蓜澐譃閿?shù)據(jù)采集、信息傳輸、鍵盤控制、聲光報(bào)警等模塊。工作流程圖如下：NY聲光報(bào)警結(jié)束開始是否有警情紅外傳感器檢測(cè)布防地點(diǎn)聲光報(bào)警圖2.1 總體功能流程圖2.2總體設(shè)計(jì)思路從設(shè)計(jì)的要求來分析該設(shè)計(jì)須包含如下結(jié)構(gòu)：熱釋電紅外傳感探頭電路、紅外無線發(fā)射裝置、紅外無線接收裝置、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)成框圖如圖所示：圖2.2 總體結(jié)構(gòu)框圖紅外蜂鳴器報(bào)警電路LED發(fā)光顯示電路驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)復(fù)位電路AT89C51無線信號(hào)接收模塊無線信號(hào)發(fā)射模塊熱釋電紅外傳感器2.3主控芯片單片機(jī)的選擇20世紀(jì)80年代以來，單

22、片機(jī)的發(fā)展非常迅速，就單片機(jī)而言，世界上一些著名的計(jì)算機(jī)廠家已投放市場(chǎng)的產(chǎn)品就有50多個(gè)系列，數(shù)百個(gè)品種。目前世界上較為著名的8位單片機(jī)的生產(chǎn)廠家和主要機(jī)型如下： 美國(guó)Intel公司：MCS-51系列及其增強(qiáng)型系列美國(guó)Motorola公司：6801系列和6805系列美國(guó)Atmel公司：89C51等單片機(jī)美國(guó)Zilog公司：Z8系列及SUPER8美國(guó)Fairchild公司：F8系列和3870系列美國(guó)Rockwell公司：6500/1系列美國(guó)T1（德克薩司儀器儀表）公司：TMS7000系列NS(美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體)公司：TMS7000系列盡管單片機(jī)的品種很多，但是在中國(guó)使用最多的還是Intel公司的M

23、CS-51系列單片機(jī)和美國(guó)的Atmel公司的89C51單片機(jī)。MCS-51系列單片機(jī)包括三個(gè)基本型8031、8051/8751。8031內(nèi)部包括一份8位CPU、128個(gè)字節(jié)，21個(gè)特殊功能寄存器（SFR）、4個(gè)8位并行I/O口、1個(gè)全雙工串形口、2個(gè)16位定時(shí)器，但片內(nèi)無程序存儲(chǔ)器，外擴(kuò)EPROM芯片。比較麻煩，不予采用。8051是在8031的基礎(chǔ)上，片內(nèi)集成有4KB ROM，作為程序存儲(chǔ)器，是一個(gè)程序小于4K字節(jié)的系統(tǒng)。公司在制作芯片時(shí)會(huì)幫用戶將程序燒制上去，出廠的8051單片機(jī)大多是用于特殊的地方。所以8051適合于程序已經(jīng)確定，且需求量大的單片機(jī)產(chǎn)品中，也不予采用。8751也是基于803

24、1改進(jìn)而成的，增加了4K字節(jié)的EPROM,它可以構(gòu)成程序小于4KB的系統(tǒng)。使用者將程序固定在EPROM中，需要時(shí)可以反復(fù)修改程序。但是價(jià)格相對(duì)8031較貴。8031為外擴(kuò)一片4KB EPROM的就相當(dāng)于8751，它的最大優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格低。隨著大規(guī)模集成電路不斷發(fā)展，能裝入片內(nèi)的外圍接口電路也可以是大規(guī)模的。不予采用。80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash許程序存儲(chǔ)區(qū)在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash,使得AT89S52位眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效地解決方案。AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲(chǔ)器（FPEROMFl

25、ash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機(jī)。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃存的可編程可擦除的只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。單片機(jī)里面的可擦除式只讀存儲(chǔ)器能反復(fù)擦除一千次。這個(gè)器件是利用ATMEL非易失高密度存儲(chǔ)器制造這種技術(shù)制造的，并且與工業(yè)上標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集與輸出管腳相可以兼容。因?yàn)樗鼘⒍喙δ?位CPU和閃爍存儲(chǔ)器兩部分組合在了單個(gè)芯片之中，所以 AT89C51是一種微控制器的效率是非常高的，而AT89C2051則是一種精簡(jiǎn)的版本。AT89C51單片機(jī)為許多控制系統(tǒng)提供了靈活性好而且便宜

26、的方案。故此設(shè)計(jì)采用AT89C51。2.3.1 AT89C51的主要性能 1)與MCS-51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：0HZ24HZ 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2.4 熱釋電紅外傳感器的選擇人體都有恒定的體溫，一般在37度，所以會(huì)發(fā)出特定波長(zhǎng)為10微米作的紅外線，被動(dòng)式紅外探頭的作用就是探測(cè)這種紅外光線。人的身體發(fā)射的紅外光線經(jīng)過菲涅爾濾鏡光片聚焦增強(qiáng)到感應(yīng)源上面。紅外的感應(yīng)源一般運(yùn)用熱

27、釋電元件，這種熱釋電器件在接收到人體發(fā)射的紅外輻射、溫度發(fā)生變化時(shí)就會(huì)失去平衡并向外釋放電荷，后續(xù)電路經(jīng)檢測(cè)處理后就能產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。本設(shè)計(jì)中采用了主要采用了BISS0001熱釋電傳感器專用控制集成電路和熱釋電傳感器。熱釋電傳感器由探測(cè)元件、場(chǎng)效應(yīng)管匹配器、濾光片等組成。濾光片采用紅外光學(xué)材料制成，它能通過人體輻射出的10微米左右的特定波長(zhǎng)紅外線，它可以將陽光及其它紅外輻射過濾掉，這樣就能可以有效地抑制周圍環(huán)境不穩(wěn)定因素的干擾影響結(jié)果。熱釋電傳感器的探測(cè)部分包含兩個(gè)互相串聯(lián)或并聯(lián)的熱釋電元件，而且兩個(gè)電極化方向正好相反，沒有干擾時(shí)背景環(huán)境的輻射對(duì)兩個(gè)元件幾乎起相同的作用，會(huì)將彼此產(chǎn)生的熱釋電效應(yīng)

28、相互抵消，所以探測(cè)器就沒有信號(hào)輸出了。這也是之所以當(dāng)人面對(duì)著探測(cè)器的垂直方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，紅外探測(cè)器靈敏度嚴(yán)重下降的原因。同時(shí)這也告訴了我們?cè)诎惭b時(shí)要注意合理的選擇位置，一旦有人非法侵入探測(cè)區(qū)域內(nèi)，他的紅外輻射通過部分鏡面聚焦，并被熱釋電元件接收，但是兩片熱釋電元件接收到的熱量不同，熱釋電也不同，不能抵消，經(jīng)信號(hào)處理而報(bào)警。內(nèi)部電路圖和探測(cè)示意圖如圖2.3所示。圖2.3熱釋電紅外傳感器內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)注：熱釋電人體紅外傳感器，可以安裝在室內(nèi)，其誤報(bào)率與安裝的位置和方法有很大的關(guān)系。正確的安裝應(yīng)符合下列條件：（1）熱釋電紅外傳感器應(yīng)安裝離地面2米至2.2米。（2）熱釋電紅外傳感器的探測(cè)范圍內(nèi)不得有隔屏或其

29、它隔離物。（3）熱釋電紅外傳感器的安裝應(yīng)該遠(yuǎn)離空調(diào)等空氣的溫度變化敏感的地方。（4）熱釋電紅外傳感器安裝時(shí)不可以直直的面對(duì)窗口，否則窗戶外面的暖氣流擾動(dòng)或者人員的走動(dòng)會(huì)引起誤報(bào)，要把窗簾都拉上，熱釋電紅外傳感器也不能安裝在氣流活動(dòng)強(qiáng)烈的地方。（5）熱釋電紅外傳感器對(duì)人體的敏感程度還和人的運(yùn)動(dòng)方向有關(guān)，熱釋電紅外傳感器對(duì)于徑向移動(dòng)的反應(yīng)最不敏感，而對(duì)于橫切方向（即與半徑垂直的方向）移動(dòng)則最為敏感，具體示意如圖2.4所示。圖2.4 紅外傳感器檢測(cè)示意圖第三章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù) 本系統(tǒng)主要由電源電路、熱釋電紅外傳感器電路、無線信號(hào)傳輸模塊、AT89C51控制電路、警鈴LED電路等部

30、分組成。下面將簡(jiǎn)明扼要的介紹紅外線技術(shù)的應(yīng)用、AT89C51單片機(jī)以及熱釋電紅外傳感器。3.2紅外線技術(shù)的應(yīng)用在光譜中波長(zhǎng)自760nm至400m的電磁波稱為紅外線，紅外線是不可見光線。所有高于絕對(duì)零度（-273.15）的物質(zhì)都可以產(chǎn)生紅外線?，F(xiàn)代物理學(xué)稱之為熱射線。紅外是一種無線通訊方式，它可以在無限的情況下進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。自1974年發(fā)明以來，得到了普遍的應(yīng)用。紅外的特征：紅外傳輸是一種點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳輸方式，無線，不能相距離太遠(yuǎn)，必須對(duì)準(zhǔn)，而且中間不能有障礙物，紅外線傳輸幾乎無法控制信息傳輸?shù)倪M(jìn)度；IrDA已經(jīng)是一套標(biāo)準(zhǔn)，IR收/發(fā)的組件也是標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品。3.2.1紅外線感應(yīng)技術(shù)人體都有恒定的體溫

31、，一般在37度左右，所以會(huì)發(fā)出特定波長(zhǎng)10m左右的紅外線，被動(dòng)式紅外探測(cè)頭就是靠探測(cè)人體發(fā)出的10m左右的紅外線而進(jìn)行工作的。3.2.2紅外線通訊技術(shù) 紅外線波長(zhǎng)范圍為0.70m1mm，其中300m1mm區(qū)域的波也稱為亞毫米波。大氣對(duì)紅外線輻射傳輸?shù)挠绊懼饕俏蘸蜕⑸?。利用紅外線來傳輸信號(hào)的通信方式，叫紅外線通信。 紅外通訊技術(shù)適合于低成本、跨平臺(tái)、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)高速數(shù)據(jù)連接，尤其是嵌入式系統(tǒng)。其主要應(yīng)用：設(shè)備互聯(lián)、信息網(wǎng)聯(lián)。設(shè)備互聯(lián)后可完成不同設(shè)備內(nèi)文件與信息的交換。信息網(wǎng)關(guān)負(fù)責(zé)連接信息終端和互聯(lián)網(wǎng)。紅外通信技術(shù)是在全世界范圍內(nèi)被認(rèn)可并廣泛使用的一種無線連接技術(shù)，眾多的硬件和軟件平臺(tái)都支持這種技術(shù)

32、，其特點(diǎn)主要有：1.通過數(shù)據(jù)電脈沖和紅外光脈沖之間的相互轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)無線的數(shù)據(jù)收發(fā)。2.主要是用來取代點(diǎn)對(duì)點(diǎn)之間通信的線纜連接。3.新的通信標(biāo)準(zhǔn)可以兼容早期的通信標(biāo)準(zhǔn)。4小角度（30度銳角以內(nèi)），短距離，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸，保密性強(qiáng)。5.傳輸速度較高，4M速率的FIR技術(shù)已被廣泛使用，16M速率的VFIR技術(shù)已經(jīng)發(fā)布。6.不透光材料的阻隔性，可分隔性，限定物理實(shí)用性，方便集群使用：紅外線技術(shù)是限定使用空間的。在紅外線不傳輸?shù)倪^程中，遇到不透光的，如墻面。他就會(huì)反射，這一特點(diǎn)，確定了每套設(shè)備之間，可以在不同的物理空間里使用。7.無頻道資源占用性，安全特性高：紅外線技術(shù)利用光傳輸數(shù)據(jù)的這一特點(diǎn)確定了他不存在無

33、線頻道資源的占用性，且安全性特別高。在限定的空間內(nèi)使用進(jìn)行竊聽數(shù)據(jù)可不是一件容易的事情。8.優(yōu)秀的互換性，通用性。因?yàn)椴捎昧斯鈧鬏?，且限定了物理使用空間。紅外線發(fā)射和接收設(shè)備在同一頻率的條件下，可以相互使用。9.無有害輻射，綠色產(chǎn)品特性：科學(xué)實(shí)驗(yàn)證明，紅外線是一種對(duì)人體有益的光譜，所以紅外線產(chǎn)品是一種真正的綠色產(chǎn)品。此外，紅外線通訊還有抗干擾性強(qiáng)，系統(tǒng)安裝簡(jiǎn)單，易于管理等優(yōu)點(diǎn)。紅外數(shù)據(jù)通信技術(shù)的缺點(diǎn)：1.受視距影響其傳輸距離短；2.要求通訊設(shè)備的位置固定；3.其點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳輸連接，無法靈活的組成網(wǎng)絡(luò)等。但是這些缺點(diǎn)并沒有給IrDA的應(yīng)用帶來致命的障礙，紅外線技術(shù)已在手機(jī)和筆記本電腦等設(shè)備上得到了

34、廣泛的應(yīng)用。紅外通信是利用950nm近紅外波段的紅外線作為傳輸信息的媒體，即通信信道。發(fā)射端的發(fā)射的是二進(jìn)制基帶信號(hào)調(diào)制的脈沖串信號(hào)，通過紅外發(fā)射管發(fā)出的紅外信號(hào)。通信接收端將接收到的光脈沖轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，然后被放大，濾波后，得到了調(diào)解電路，這時(shí)可以輸出二進(jìn)制的數(shù)字信號(hào)。一般用于通過脈沖寬度調(diào)制的脈沖寬度調(diào)制（PWM）和脈沖容器之間的時(shí)間間隔來實(shí)現(xiàn)信號(hào)調(diào)制的脈沖調(diào)制（PPM）兩種方式來實(shí)現(xiàn)信號(hào)。總之，紅外線通信的本質(zhì)是利用紅外線對(duì)二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)的調(diào)制和解調(diào)，使該信號(hào)進(jìn)行傳輸；紅外通信接口是一個(gè)信道為紅外調(diào)制解調(diào)器。3.3 AT89C51單片機(jī)簡(jiǎn)述及結(jié)構(gòu)引腳說明AT89C51單片機(jī)是美國(guó)Atmel

35、公司生產(chǎn)低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4k bytes的可重寫的只讀程序存儲(chǔ)器（EPROM）和128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)，該器件是利用了Atmel公司的非易失性、高密度存取技術(shù)生產(chǎn)的，同時(shí)它兼容標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)放置通了用8位的中央處理器（CPU）還有Flash 存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大。AT89C51單片機(jī)提供了許多低成本效益的應(yīng)用，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。3.3.1 AT89C51單片機(jī)的功能框圖圖4.1為AT89C51單片機(jī)的基本組成功能方塊圖。由圖可見，在這一塊芯片上，集成了一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)的主要組成部分，其中包括CPU、存儲(chǔ)器、可編程I/O口

36、、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串行口等，各部分通過內(nèi)部總線相連。下面介紹幾個(gè)主要部分。外時(shí)鐘源外部事件計(jì)數(shù)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器216數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器256B RAM/SFR程序存儲(chǔ)器4KB ROM振蕩器和時(shí)序OSCAT89C51CPU64KB總線擴(kuò)展控制器可編程 I/O可編程全雙工串行口內(nèi)中斷外部中斷控制并行口串行通信圖3.1 AT89C51功能方塊圖3.3.2 AT89C51單片機(jī)的管腳說明ATMEL公司的AT89C51是一種高效微控制器。采用40引腳雙列直插封裝形式。AT89C51單片機(jī)是高性能單片機(jī)，因?yàn)槭芤_數(shù)目的限制，所以有不少引腳具有第二功能。VCC：供電電壓。GND：接地。P0口：P0口是一個(gè)八位漏級(jí)雙

37、向I/O端口，每個(gè)引腳可以接收8個(gè)TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1，定義為高阻抗輸入。 P0可用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為八位數(shù)據(jù)/地址的。在Flash編程時(shí)，P0口作為原碼輸入口，當(dāng)FLASH校驗(yàn)，P0輸出原碼，然后P0外部必須被拉高。P1口：P1口是一個(gè)含有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。 P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL

38、門電流，當(dāng)P2口被寫1時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址1時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。 P3口寫入1時(shí)，他們?cè)趦?nèi)部拉高，并用作輸入。作為輸入時(shí)，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流。P3口也可作為AT89

39、C51的一些特殊功能口，如下所示： P3口管腳 備選功能 P3.0 RXD（串行輸入口） P3.1 TXD（串行輸出口） P3.2 INT0（外部中斷0） P3.3 INT1（外部中斷1） P3.4 T0（記時(shí)器0外部輸入） P3.5 T1（記時(shí)器1外部輸入） P3.6 （外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通） P3.7 （外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。ALE/：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許端的輸出電平用于鎖存地址的地址字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以

40、不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。但是請(qǐng)注意，這是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE脈沖被跳過。如果你想禁用的ALE輸出，可設(shè)置為0在SFR8EH地址。此時(shí)，ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE工作。PSEN：外部程序存儲(chǔ)器選通引腳。在外部程序存儲(chǔ)器地址期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次PSEN有效。然而，該計(jì)劃訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，這兩個(gè)有效的PSEN信號(hào)將不會(huì)出現(xiàn)。/VP：當(dāng)?shù)碗婎l時(shí)外部程序存儲(chǔ)器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。需要注意的是加密模式1，內(nèi)

41、部鎖定復(fù)位；當(dāng)為高電頻時(shí)，這里的內(nèi)部程序是存儲(chǔ)器。在Flash編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。XTAL2：反向振蕩器的輸出,如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，應(yīng)不接. 具體引腳如圖3.2所示：圖3.2 AT89C51的引腳結(jié)構(gòu)圖3.4熱釋電傳感器的結(jié)構(gòu)及工作原理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。非接觸式紅外測(cè)溫具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）測(cè)量不會(huì)干擾到被測(cè)的溫場(chǎng)，因此有較高的測(cè)溫準(zhǔn)確

42、度。（2）測(cè)溫范圍較寬。（3）探測(cè)器的響應(yīng)時(shí)間短，便于快速和動(dòng)態(tài)測(cè)量。（4）不要接觸被測(cè)物體，操作較為方便。（5）小目標(biāo)的溫度可確定。非接觸溫度測(cè)量技術(shù)的意義是明顯的。隨著工業(yè)，農(nóng)業(yè)，國(guó)防，醫(yī)學(xué)的發(fā)展，對(duì)溫度的測(cè)量更加迫切。在某些情況下，溫度測(cè)量逐漸上升到主要的地位，這引起了廣泛的關(guān)注。3.4.1 熱釋電傳感器的工作原理通常將電磁波譜間隔在0.761000m的區(qū)域稱為紅外光譜區(qū)，紅外傳感器是一種新型的傳感器，能夠探測(cè)物體輻射的紅外線。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)。有些熱釋電晶體，他

43、們的自發(fā)極化方向能用外電場(chǎng)來改變，這些晶體稱作熱釋電鐵電體。例如：LiTaO2(鉭酸鋰)、BaTi O2(鈦酸鋇)和TGS（硫酸三甘酞）等。為了使傳感器能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定地工作，提高靈敏度，增強(qiáng)抗干擾能力，這里選用了TGS晶體制作的雙型探測(cè)器。3.4.2 菲涅爾透鏡在熱釋電紅外傳感器中，菲涅爾透鏡是不可缺少的一個(gè)組成部分，且目前人體驗(yàn)之系統(tǒng)中的光調(diào)制器一般都采用多元陣列式菲涅爾透鏡，它起到紅外輻射收集器和調(diào)制器的雙重作用。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。加裝菲涅耳透鏡，傳感器的檢測(cè)半徑的從2米增加到有8米的范圍。菲涅耳透鏡實(shí)際上是一個(gè)透鏡組，每個(gè)區(qū)域是一般為只有一小的視場(chǎng)，每一

44、個(gè)相鄰的視場(chǎng)是不交叉，也不是連續(xù)的的，他們都相隔著一個(gè)盲區(qū)（請(qǐng)參閱如圖3.3所示），因此，當(dāng)有人在安裝了傳感器來監(jiān)測(cè)的菲涅耳的透鏡范圍內(nèi)移動(dòng)時(shí)，身體的紅外輻射通過在感應(yīng)器上的菲涅耳透鏡的影響，形成了一個(gè)盲區(qū)和明亮的區(qū)域交替的信號(hào)，從而使所述對(duì)溫度敏感的元件不斷變化的，讓傳感器的輸出信號(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)。圖3.3 菲涅爾透鏡的亮區(qū)和盲區(qū)菲涅爾透鏡不僅可以形成亮區(qū)和盲區(qū)，而且還有聚焦作用，其焦距一般在5cm左右菲涅爾透

45、鏡一般由聚乙烯塑料片制成，呈乳白色半透明狀。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。3.4.3 熱釋電紅外傳感器的芯片選擇熱釋電紅外傳感器輸出的檢測(cè)信號(hào)很小。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)。使電路執(zhí)行相關(guān)動(dòng)作。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。本套系統(tǒng)采用通用原件構(gòu)成熱釋電紅外傳感器的控制系統(tǒng)。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。和單電源運(yùn)算放大器相比，他們有一些顯著的優(yōu)點(diǎn)。四級(jí)放大器可以工作在3.0伏到32伏電源下，靜態(tài)電流為MC1741的靜態(tài)電流

46、的百分之二十。共模輸入范圍包括負(fù)電源，從而消除了在許多應(yīng)用中必須使用的外部偏置元件。每一個(gè)放大器可以用如圖3.4中所示的符號(hào)來表示，它一共5個(gè)引腳，其中“+”、“-”是兩個(gè)信號(hào)的輸入端，“V+”、“V-”是正電源和負(fù)電源端，“Vo”是輸出的端口。在這兩個(gè)信號(hào)的輸入端中，Vi-（-）是反向輸入端，代表這個(gè)運(yùn)放的輸出端Vo的信號(hào)與這個(gè)輸入端的位是相反的；Vi+（+）是同相的輸入端，代表運(yùn)放輸出端Vo的信號(hào)與這個(gè)輸入端的相位是相同的。LM324的引腳排列見圖3.5。圖3.4 運(yùn)算放大器圖圖3.5 LM324的引腳排列圖LM324的特點(diǎn)：1.輸出短路保護(hù)2.真差動(dòng)輸入級(jí) 3.可單電源工作：3V-32V

47、 4.低偏置電流：最大100nA 5.每封裝含四個(gè)運(yùn)算放大器。 6.具有內(nèi)部補(bǔ)償?shù)墓δ堋?7.共模范圍擴(kuò)展到負(fù)電源 8.行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的引腳排列3.4.4 熱釋電紅外傳感器的電路設(shè)計(jì)1）低頻放大電路：熱釋電紅外傳感器輸出的檢測(cè)信號(hào)很小，僅1mV左右，頻率為0.110HZ，需經(jīng)高增益、低噪聲低頻放大器放大后，才能進(jìn)一步處理，一般來講，要求放大器的增益為6070dB,帶寬0.37HZ。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3.6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

48、，其電流小（典型值Is=1.0mA），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。采用單電源供電。圖3.6 低頻放大電路放大器要求：增益：6070DB帶寬：0.37HZ工作原理：放大電路的電壓增益為：A=1+2fR12C4/ (1+2fR7C4) (1+2fR12C4)一般要求放大電路的增益為65Db。電路的上下限截至頻率為：FH=1/R12C7, FL=1/R7C4在單電源供電的情況下，外加電壓分壓器后，可保證運(yùn)放輸出電壓有較大的動(dòng)態(tài)范圍。靜態(tài)下應(yīng)將輸出端電位設(shè)在1/2處，方法是：ICA外接R4、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

49、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。與ICA一樣，ICB為了保證運(yùn)放輸出電壓有較大的動(dòng)態(tài)范圍，同樣設(shè)置了分壓器。2）電壓比較整形電路：圖4.7 電壓比較整形電路圖3.7 電壓比較整形電路工作原理：如上圖3.7所示：基準(zhǔn)電壓分別由(R6+R14)和R14分壓提供。當(dāng)輸入電壓小于IC1B2引腳電壓時(shí)，比較器輸出高電平；當(dāng)輸入電壓大于IC1C3腳電壓時(shí)，比較器也輸出高電平。而當(dāng)IC1B2引腳電壓輸入電壓IC1C3引腳電壓時(shí)，比較器輸出低電平。如下圖3.8所示：圖3.8 電頻輸出當(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)。其變化幅度大于IC1C3引

50、腳電壓或小于IC1B2引腳電壓時(shí)，才能使比較器輸出高電平，否則為低電平，而前級(jí)放大器靜態(tài)時(shí)輸出電壓基本為1/2VCC，處在IC1B2引腳電壓和IC1C3引腳電壓之間，故比較器輸出為0。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。一般基準(zhǔn)電壓可按下列式子來計(jì)算：V差值=（45）VN式子中VN為噪聲電壓。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。本產(chǎn)品的噪聲電壓大約為80mV,所以有V差值=（45）80mV=320400 mV.這樣，即照顧到

51、靈敏度，又能保證電路有一定的可靠性。3.5 無線信號(hào)傳輸芯片及電路原理此次設(shè)計(jì)中的無線信號(hào)傳輸?shù)陌l(fā)射與接收芯片選擇的是PT2262和PT2272。3.5.1 編碼解碼芯片PT2262/PT2272芯片原理PT2262/2272是臺(tái)灣普城公司生產(chǎn)的一種低成本低功耗的CMOS工藝的通用編解碼電路，PT2262/2272有12位(A0-A11)的三態(tài)地址端引腳(懸空,接高電平,接低電平)，他們可以任意組合提供531441種地址碼,PT2262有6位(D0-D5)的數(shù)據(jù)端引腳,設(shè)定的地址碼和數(shù)據(jù)碼是從17腳串行輸出的，他可以用于無線的遙控電路。編碼芯片PT2262所發(fā)出的編碼信號(hào)是由：數(shù)據(jù)碼、地址碼、

52、同步碼組成的一個(gè)完整的碼字，解碼芯片PT2272是在接收到信號(hào)后，比較兩次地址碼后，VT引腳才會(huì)輸出高電平，同時(shí)相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)腳也輸出高電平，如果發(fā)送端一直按住按鍵，編碼芯片也會(huì)連續(xù)發(fā)射。當(dāng)發(fā)射機(jī)沒有按鍵按下時(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)?shù)?7引腳為高電平時(shí)315MHz的高頻發(fā)射電路起振同時(shí)發(fā)射等幅高頻信號(hào)，當(dāng)?shù)?7引腳為低平時(shí)315MHz的高頻發(fā)射電路停止振蕩，所以高頻發(fā)射電路完全由PT2262的17引腳所輸出的數(shù)字信號(hào)控制，對(duì)高頻的電路完成了幅度鍵控（ASK的調(diào)制

53、）就是調(diào)制度為100的調(diào)幅。 PT2262/2272的特點(diǎn)：CMOS工藝制造，低功耗，外部元器很少，RC振蕩電阻，他的工作電壓范圍寬：2.615v ，數(shù)據(jù)可多達(dá)6位，地址碼最多可以達(dá)到531441種，應(yīng)用范圍廣。圖4.9 PT2262的管腳圖圖3.9 PT2262的管腳圖表3.1 PT2262管腳說明名稱管腳說 明A0-A111-8、10-13地址管腳,用于地址編碼,可置“0”,“1”,“f”(懸空),D0-D57-8、10-13數(shù)據(jù)輸入端，只要一個(gè)為“1”即有編碼發(fā)出，內(nèi)部下拉Vcc18電源正端（）Vss9電源負(fù)端（）TE14編碼啟動(dòng)端，用于多數(shù)據(jù)的編碼發(fā)射，低電平有效；OSC116振蕩電阻

54、輸入端，與OSC2所接電阻決定振蕩頻率；OSC215振蕩電阻振蕩器輸出端；Dout17編碼輸出端（正常時(shí)為低電平）在具體的應(yīng)用中，外接振蕩電阻可根據(jù)需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)，阻值越大振蕩頻率越慢，編碼的寬度越大，發(fā)碼一幀的時(shí)間越長(zhǎng)。大部分產(chǎn)品都是用2262/1.2M2272/200K組合的，少量產(chǎn)品用2262/4.7M2272/820K。圖3.10 PT2272的管腳圖表3.2 PT2272管腳說明名稱管腳說 明A0-A111-8、10-13地址管腳,用于進(jìn)行地址編碼,可置為“0”,“1”,“f”(懸空),必須與2262一致,否則不解碼D0-D57-8、10-13地址或數(shù)據(jù)管腳,當(dāng)做為數(shù)據(jù)管腳時(shí),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,鎖存型只有在接收到下一數(shù)據(jù)才能轉(zhuǎn)換Vcc18電源正端（）Vss9電源負(fù)端（）DIN14數(shù)據(jù)信號(hào)輸入端，來自接收模塊輸出端OSC116振蕩電阻輸入端，與OSC2所接電阻決定振蕩頻率；OSC215振蕩電阻振蕩器輸出端；VT17解碼有效確認(rèn) 輸出端（常低）解碼有效變成高電平（瞬態(tài)）PT2272解碼芯片不同的后綴，表示了不同的功能，有L4/M4/L6/M6之分， L表示鎖存輸出，只要數(shù)據(jù)成功接收就會(huì)一直保持當(dāng)時(shí)的電平狀態(tài)，一直到下次遙控?cái)?shù)據(jù)發(fā)生變化時(shí)才會(huì)改變。M則表示了非鎖存輸出，數(shù)據(jù)引腳輸出