電氣自動(dòng)化技術(shù)——畢業(yè)論文

1、 摘 要隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的日益發(fā)展，防盜成了人們?cè)絹碓疥P(guān)心的問題。鐵門鐵窗等已經(jīng)不能給人們帶來太多的安全感，社會(huì)對(duì)報(bào)警器材的需求日益迫切。智能防盜系統(tǒng)，是以保障安全為目的建立起來的技術(shù)防范系統(tǒng)。他包括以現(xiàn)代物理和電子技術(shù)及時(shí)發(fā)現(xiàn)侵進(jìn)入破壞行為、產(chǎn)生聲光報(bào)警阻嚇罪犯以及提醒值班人員采取恰當(dāng)?shù)姆婪洞胧?。室?nèi)防盜智能控制系統(tǒng)作為一種新型的電子防盜設(shè)備廣泛應(yīng)用于家庭住宅區(qū)。目前市面上所擁有的家庭電子防盜報(bào)警器，只能用于單一的住宅，不利于統(tǒng)一管理，而且也不能滿足現(xiàn)代住宅區(qū)的發(fā)展要求，所以很有必要對(duì)家庭電子防盜器進(jìn)一步完善和提高。這是一種基于單片機(jī)信號(hào)處理技術(shù)的防盜檢測(cè)器的軟硬件設(shè)計(jì)方法。應(yīng)用該方法設(shè)計(jì)的系統(tǒng)

2、在反應(yīng)速度、誤報(bào)率、漏報(bào)率以及抗干擾能力方面都具有較好性能。本系統(tǒng)利用熱釋電紅外傳感器的紅外輻射與紅外探測(cè)的原理，設(shè)計(jì)的新型探測(cè)器，測(cè)量范圍廣, 響應(yīng)速度快, 靈敏度高，抗干擾能力強(qiáng)，安全可靠 。并采用單片機(jī)89C51作為人體探測(cè)系統(tǒng)的核心，以熱釋電紅外線為數(shù)據(jù)采集部件，經(jīng)過比較放大之后，輸入單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)判斷及處理。當(dāng)檢測(cè)到有被測(cè)物體進(jìn)入測(cè)量范圍時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，等待一段延遲時(shí)間后自動(dòng)消除報(bào)警信號(hào)，并可手動(dòng)解除報(bào)警信號(hào)。當(dāng)有主人在家系統(tǒng)無需報(bào)警時(shí),可開啟樓道燈控制系統(tǒng)，即傳感器探測(cè)到有人經(jīng)過時(shí)照明燈亮,等待一段延遲時(shí)間后自動(dòng)熄滅,并可手動(dòng)來控制延遲時(shí)間的長短。系統(tǒng)的另外一個(gè)功能是

3、檢測(cè)人數(shù)及最大容量人數(shù)控制，當(dāng)探測(cè)頭探測(cè)到有人經(jīng)過時(shí),系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)數(shù)加一，并可以通過鍵盤控制最大容量人數(shù)，如果探測(cè)到的人數(shù)超過最大容量人數(shù)時(shí)則發(fā)出自動(dòng)報(bào)警信號(hào)，并通過LED顯示檢測(cè)到的人數(shù)與最大容量報(bào)警人數(shù)。系統(tǒng)使用單片機(jī)與PC機(jī)通信原理，把采集到的數(shù)據(jù)傳輸給計(jì)算機(jī)統(tǒng)一處理。關(guān)鍵詞: 熱釋電傳感器 單片機(jī) 聲光報(bào)警 鍵控目 錄第一章 緒論1第二章 應(yīng)用元件的介紹221 熱釋電傳感器的紅外輻射與紅外探測(cè)的原理結(jié)構(gòu)222 紅外測(cè)溫原理223 熱釋紅外傳感器的結(jié)構(gòu)324 菲涅爾透鏡5第三章 總體電路設(shè)計(jì)631系統(tǒng)組成 6 32 單片機(jī)系統(tǒng) 7 33 熱釋電傳感器的基本電路分析及設(shè)計(jì) 83.3.1 高低

4、通放大器 83.3.2 電壓比較器 93.3.3開關(guān)電路 103.3.4延時(shí)電路 10 34執(zhí)行電路 10 35鍵盤控制電路設(shè)計(jì) 10 36 LED路設(shè)計(jì) 12第四章 軟件設(shè)計(jì) 14 41 主控程序15 42 鍵盤掃描程序16 43 動(dòng)態(tài)顯示程序設(shè)計(jì)17 44 系統(tǒng)的總程序18第五章 系統(tǒng)的測(cè)試分析21 51 測(cè)試設(shè)備2152 測(cè)試方法2153 功能測(cè)試2154 指標(biāo)測(cè)試及結(jié)果分析 21第六章 本設(shè)計(jì)的功能及使用環(huán)境24 6.1 本設(shè)計(jì)的功能24 6.2 本設(shè)計(jì)使用環(huán)境24總結(jié) 25參 考 文 獻(xiàn) 26附錄1 27附錄2 28致謝 29第一章 緒論隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，

5、人們生活水平得到很大的提高，人們私有財(cái)產(chǎn)也不斷地增多，因而也對(duì)防盜措施提出了新的要求。從現(xiàn)代人們住宅發(fā)展的趨勢(shì)來看，現(xiàn)代人們住宅主要是向群體花園式住宅區(qū)發(fā)展，向高空中發(fā)展，一般都是一個(gè)住宅區(qū)有幾棟至幾十棟以上，但目前市面上所擁有的家庭電子防盜報(bào)警器，只能用于單一的住宅單元，不利于統(tǒng)一管理，而且也不能滿足現(xiàn)代住宅區(qū)的發(fā)展要求，所以很有必要對(duì)家庭電子防盜報(bào)警器進(jìn)一步完善和提高。本設(shè)計(jì)就是為了滿足現(xiàn)代住宅防盜的需要而設(shè)計(jì)的家庭式電子防盜系統(tǒng)。它在以前的防盜器基礎(chǔ)上進(jìn)行了很大的改進(jìn)，不但可以用于單一的住宅區(qū)，也可以規(guī)模用于比較大規(guī)模住宅區(qū)的防盜系統(tǒng)，它的工作性能好，不易出現(xiàn)不報(bào)和誤報(bào)現(xiàn)象，安全可靠。不

6、僅如此，它使用了單片機(jī)做信號(hào)處理器，這樣有利于與計(jì)算機(jī)相連接，利用計(jì)算機(jī)統(tǒng)一管理，使整個(gè)小區(qū)的住戶基本情況、資料等在計(jì)算機(jī)內(nèi)存儲(chǔ)起來，方便來訪人的查詢和保安人員的統(tǒng)一管理。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)

7、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：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。綜合以上報(bào)警器的不足，本系統(tǒng)采用了熱釋電紅外傳感器，它的制作簡(jiǎn)單、成本低，安裝比較方便，而且防盜性能比較穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)、靈敏度高、安全可靠。這種防盜器安裝隱蔽，不易被盜賊發(fā)現(xiàn)。同時(shí)它的信號(hào)經(jīng)過單片機(jī)系統(tǒng)處理后利于跟PC機(jī)通信，便于多用戶統(tǒng)一管理。第二章 應(yīng)用元件的介紹21 熱釋電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)

8、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。非接觸紅外測(cè)溫有以下幾點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：（1）測(cè)量不干擾被測(cè)溫場(chǎng)，不影響溫場(chǎng)分布，從而具有較高的測(cè)溫準(zhǔn)確度。（2）測(cè)溫范圍寬。（3）探測(cè)器的響應(yīng)時(shí)間短，反應(yīng)速度快，易于快速與動(dòng)態(tài)測(cè)量。（4）不必接觸被測(cè)物體，操作方便。（5）可以確定微小目標(biāo)的溫度。非接觸測(cè)溫技術(shù)的意義是顯而易見的。隨著工農(nóng)業(yè)、國防事業(yè)、醫(yī)學(xué)的發(fā)展，對(duì)溫度測(cè)量越來越迫切。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。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

9、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22 紅外測(cè)溫原理紅外測(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（273.15）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)波長范圍內(nèi)的熱能，并將其轉(zhuǎn)換與溫度

10、成比例的電信號(hào)，由此測(cè)出其溫度。據(jù)斯蒂芬波茲曼常數(shù)，絕對(duì)黑體其溫度T于與輻射能之間的關(guān)系為： 其中：為蒂芬波茲曼常數(shù)，其值為5.6697×10-12 w/cm2 ，k4 為黑體的溫度；E0 為黑體輻射能。實(shí)際中大多數(shù)物體為非黑體，其熱輻射公式為：E=E0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; 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01之間。由（2）可知，任何物體只要溫度不是絕對(duì)零度都不斷地發(fā)射紅外輻射，物體的溫度越高，輻射的功率就越大，只要知道物體的溫度和它的比輻射率，就可算出它所發(fā)射的輻射功率。所以如果能量出物體的輻射功率，則可

11、確定它的溫度。23 熱釋紅外傳感器的結(jié)構(gòu)圖1 熱釋電傳感器的結(jié)構(gòu)圖與電路圖紅外探測(cè)器是紅外熱釋傳感器的重要組成部分。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，靈敏度與波長無關(guān)，因此其應(yīng)用領(lǐng)域廣，容易使用。常用的熱釋電探測(cè)器如：LiTaO2(鉭酸鋰) 探測(cè)器、BaTi O2(鈦酸鋇) 探測(cè)器和TGS（硫酸三甘酞）探測(cè)器等。如圖1為熱釋電紅外傳感器的結(jié)構(gòu)圖、電路圖。傳感器的敏感元為PZT，在上下兩面做上電極，并在表面加一層黑色氧化膜以提高其轉(zhuǎn)化效率。它的等效電路是一個(gè)在負(fù)載電阻上并聯(lián)一個(gè)

12、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)到阻抗變目的。在管殼的頂部設(shè)有慮光鏡（TO5封裝）。熱釋電體的自發(fā)極化強(qiáng)度與溫度有關(guān)。隨著溫度升高，自發(fā)極化強(qiáng)度下降。溫度升高到Tc時(shí)，自極化消失，此溫度稱為居里溫度。溫度超過居里溫度，鐵電體發(fā)生變化，從極化晶體變?yōu)榉菢O化晶體，極化強(qiáng)度變?yōu)榱?。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。但是這些面束縛電荷常常被晶體內(nèi)部或外部的電荷所中和，因而顯示不出來。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，因晶體自發(fā)極化的弛豫時(shí)間很短，約1012s，因此當(dāng)晶體

13、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。圖2熱釋電傳感器的電路連接如果在熱釋電晶體沿極化軸的端面裝上電極，那么自發(fā)極化在電極上感應(yīng)的電荷量為： Q=APS當(dāng)紅外輻射照射時(shí)，熱釋電晶體溫度升高，自發(fā)極化電晶體溫度升高，自發(fā)極化強(qiáng)度降低，因此電極表面上感應(yīng)電荷減少，這相當(dāng)于“釋放”了一部分電荷，因此稱之為熱釋電現(xiàn)象。如圖2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)。若沒有經(jīng)過調(diào)制的紅外輻射熱釋電晶體，使溫度升高到一個(gè)新的平衡值，那么電極表面的感應(yīng)電荷也變化到新的平衡值，不再“釋放”電荷，也就

14、不再輸出信號(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。所以利用熱釋電探測(cè)器探測(cè)的紅外輻射必須經(jīng)過調(diào)制。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1/f小于自由電荷中和面束縛電荷所需要的時(shí)間，那么在垂直于PS的晶體的兩個(gè)端面之間就會(huì)產(chǎn)生開路電壓。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。熱釋電晶體自發(fā)極化強(qiáng)度隨溫度變化，使電極表面感應(yīng)電荷發(fā)生變化，其等效電路如圖3所示。電流源的電流強(qiáng)度為Is為： 圖3 傳感器等效電路圖式中:p一自發(fā)極化強(qiáng)度對(duì)溫度變

15、化率，稱為熱釋電系數(shù)，24 菲涅爾透鏡目前人體驗(yàn)知系統(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。加裝菲涅爾透鏡可使傳感器的探測(cè)半徑從不足2m提高到至少8m范圍。菲涅爾透鏡實(shí)際是一個(gè)透鏡組，每個(gè)單元一般都只有一個(gè)不大的視場(chǎng)，且相鄰的視場(chǎng)既不連續(xù)，也不交叉，都相隔一個(gè)盲區(qū)(如圖4所示)。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)

16、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)。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，在這圖4 菲涅爾透鏡外形圖段時(shí)期內(nèi)該傳感器不起作用。第三章 總體電路設(shè)計(jì)31系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成如圖5所示。整個(gè)系統(tǒng)是在系統(tǒng)軟件控制下工作的。設(shè)置在監(jiān)測(cè)點(diǎn)上的紅外探頭將人體輻射的紅外光譜變換成電信號(hào)，經(jīng)測(cè)量放大電路、比較電路送至門限開關(guān)，打開門限閥門

17、送出下TTL電平至89C51單片機(jī).在單片機(jī)內(nèi)，經(jīng)軟件查詢，統(tǒng)計(jì)平均及識(shí)別判決等環(huán)節(jié)實(shí)時(shí)發(fā)出人侵報(bào)警狀態(tài)控制信號(hào)。驅(qū)動(dòng)電路將控制信號(hào)放大并推動(dòng)聲光報(bào)警設(shè)備完成。相應(yīng)動(dòng)作，當(dāng)報(bào)警延遲一段時(shí)間后自動(dòng)解除，也可人工手動(dòng)解除報(bào)警信號(hào)。然后通過LED顯示報(bào)警次數(shù)。同時(shí),還可把整個(gè)系統(tǒng)變?yōu)樽詣?dòng)開關(guān)燈系統(tǒng),當(dāng)有主人在時(shí),可用手動(dòng)解除報(bào)警功能,并且可以開啟開關(guān)燈執(zhí)行電路,在探測(cè)頭感應(yīng)到有人時(shí)執(zhí)行電路執(zhí)行開燈。同時(shí)系統(tǒng)還可以使用在一些大型的公共場(chǎng)合，作為檢測(cè)人數(shù)個(gè)數(shù)和人數(shù)的最大容量控制。 如下圖6為系統(tǒng)總體電路圖圖6 系統(tǒng)總體電路圖32 單片機(jī)系統(tǒng)本系統(tǒng)采用了89C51,由P3.4進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并通過P0傳輸數(shù)

18、據(jù)到LED顯示，同時(shí)用P2.2P2.7進(jìn)行動(dòng)態(tài)掃描控制。鍵盤通過P1.3和P1.4控制最大報(bào)警人數(shù)。如圖7所示。圖7 單片機(jī)系統(tǒng)的電路圖33 熱釋電傳感器的基本電路分析及設(shè)計(jì)3.3.1 高低通放大器IC1使用廉價(jià)的通用四運(yùn)放LM324,用其中兩個(gè)運(yùn)放組成高、低通放大器。按圖8所示參數(shù)計(jì)算得到,第一級(jí)放大增益為:A1=R6/R4=220,第二級(jí)放大增益為:A2=R10/R9=270,總放大增益為:A=220×270=59400=95.5dB。我們知道,在運(yùn)算放大電路中,放大倍數(shù)一般不宜取的太大,否則容易引起輸出端波形失真且導(dǎo)致電路自激振蕩。故將R6改為200,將R10改為1M,此時(shí)的總

19、增益為A=20×100=2000=66dB,比較符合實(shí)際應(yīng)用,能保證電路工作可靠。圖8 熱釋電傳感器的基本電路圖3.3.2 電壓比較器LM324另外兩個(gè)運(yùn)放組成電壓比較檢測(cè)窗口,由R3、R5和R7、R8將高、低通放大器的腳和腳均設(shè)置為1/2Vcc,即2.5V。當(dāng)紅外傳感器檢測(cè)到人體的活動(dòng),其產(chǎn)生的微弱電壓信號(hào)經(jīng)過放大,傳送到LM324的、腳時(shí),用示波器可以檢測(cè)到峰值約為5V的正弦波,那么無論是信號(hào)的正半周還是負(fù)半周,兩個(gè)比較器中必有一個(gè)輸出為低電平,使IC2的腳由高電平跳成低電平,以便控制延時(shí)電路工作。而當(dāng)紅外傳感器沒有檢測(cè)到人活動(dòng)時(shí),由靜態(tài)電路可知,該3V直流信號(hào)同時(shí)加到LM324

20、的、腳,又知道R11、R12、R13將窗口電壓上、下限設(shè)置為2.8V和2.2V,即腳偏置為2.8V,腳偏置為2.2V。此時(shí),電壓比較器輸出端、均為低電平;而IC2的腳原來經(jīng)R14上拉電阻設(shè)置為高電平,則VD1、VD2都導(dǎo)通,將IC2的腳鉗位成低電平。在圖8電路中,NE555為單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,腳一旦有下降沿脈沖觸發(fā),則定時(shí)器就工作,腳就輸出高電平。若沒有檢測(cè)到人體活動(dòng),而末端能輸出高電平,驅(qū)動(dòng)后級(jí)的繼電器等電路單元工作,電路工作屬不正常, 為了避免電路誤動(dòng)作對(duì)原電路進(jìn)行了修改。電壓比較器部分修改后的電路如圖9所示。將兩個(gè)二極管倒個(gè)方向，在其后加一個(gè)開關(guān)三極管，以它的輸出來控制延時(shí)電路。靜態(tài)時(shí), L

21、M324的、均為低電平，開關(guān)管截止，IC2的腳仍為高電平，延時(shí)電路不工作。當(dāng)紅外傳感器檢測(cè)到人的活動(dòng)，在輸入信號(hào)的正半周時(shí),腳的電平高于腳所加的2.2V比較電壓,下比較器由腳輸出低電平，VD2截止；此時(shí)由于腳電平高于腳，比較器輸出高電平，VD1導(dǎo)通，其高電平使得開關(guān)管飽和導(dǎo)通，將IC2的腳拉成低電平，致使延時(shí)電路工作。在信號(hào)負(fù)半周時(shí)，上、下比較器輸出電平剛好相反，即腳輸出低電平，腳輸出高電平，VD2導(dǎo)通?？梢?只要傳感器檢測(cè)到人體活動(dòng)，無論是信號(hào)的正半周還是負(fù)半周，兩個(gè)比較器中必有一個(gè)輸出為高電平，通過開關(guān)三極管從而控制延時(shí)電路工作。圖9 電壓比較電路圖3.3.3開關(guān)電路如圖9所示,在比較器后

22、加上開關(guān)管2N3904,整個(gè)電路不但工作可靠,且輸出電流大,能驅(qū)動(dòng)后級(jí)的執(zhí)行電器工作。3.3.4延時(shí)電路延時(shí)電路IC2使用單時(shí)基電路NE555,延時(shí)時(shí)間=1.1R16×C860。其作用有二。一是為自己離開檢測(cè)區(qū)時(shí)提供一段非報(bào)警延遲時(shí)間；二是在自己進(jìn)入檢測(cè)區(qū)后提供關(guān)斷檢測(cè)器所需的時(shí)間。延時(shí)電路工作時(shí),輸出的高電平或接通報(bào)警器電源進(jìn)行報(bào)警。同時(shí)使繼電器吸合。繼電器工作后可控制較大的繼電器以接通電燈。34執(zhí)行電路如圖10所示,當(dāng)傳感器在無觸發(fā)信號(hào)輸入的靜態(tài)時(shí)保持低電平,當(dāng)有檢測(cè)信號(hào)時(shí),比較器輸出一個(gè)高電平,經(jīng)過施密特觸發(fā)器變?yōu)榈碗娖絹碛|發(fā)后級(jí)的555延遲電路，延遲電路后的三極管飽和導(dǎo)通,發(fā)

23、射極變?yōu)楦唠娖?繼電器動(dòng)作,常開開關(guān)吸合,照明燈接通電源后亮。圖10 執(zhí)行電路35鍵盤控制電路設(shè)計(jì)本系統(tǒng)中鍵盤控制主要是對(duì)最大容量報(bào)警人數(shù)進(jìn)行設(shè)置，系統(tǒng)的初始化對(duì)最大容量報(bào)警人數(shù)進(jìn)行了設(shè)置，所以外部鍵盤按鈕只需用兩個(gè)按鍵分別進(jìn)行加減設(shè)置。鍵盤按鈕與單片機(jī)的接口電路如圖11：圖11鍵盤按鈕與單片機(jī)的接口電路鍵盤電路中每個(gè)按鈕都是一個(gè)常開開關(guān)電路，當(dāng)按鈕未被按下時(shí)，P1.3-P1.4口輸入為高電平，當(dāng)按鈕按下時(shí)，P1.0P1.3口輸入為低電平。通常的按鈕所用開關(guān)為機(jī)械彈性開關(guān)，當(dāng)機(jī)械觸點(diǎn)斷開、閉合時(shí)，電壓信號(hào)波形如圖12所示。由于機(jī)械觸點(diǎn)的彈性作用，一個(gè)按鈕開關(guān)在閉合時(shí)不會(huì)馬上穩(wěn)定地接通，在斷開時(shí)

24、夜不會(huì)一下子斷開。因而在斷開與閉合的瞬間均伴隨有一連串的抖動(dòng)，如圖12所示。抖動(dòng)的時(shí)間長短由按鈕的機(jī)械特性決定，一般為510ms。按鈕的穩(wěn)定閉合時(shí)間的長短則是由操作人員的按鍵動(dòng)作所決定的，一般為零點(diǎn)幾秒至數(shù)秒。鍵按下閉合穩(wěn)定鍵釋放前沿抖動(dòng)后沿抖動(dòng)釋放穩(wěn)定圖12 按鍵時(shí)的抖動(dòng)鍵抖動(dòng)會(huì)引起一次按鍵誤讀多次，為了確保CPU對(duì)鍵的一次閉合僅作一次處理，必須去除鍵抖動(dòng)，在鍵閉合穩(wěn)定時(shí)取鍵狀態(tài)，并且必須判別到鍵釋放穩(wěn)定后再作處理。按鈕的抖動(dòng)，可用硬件或軟件兩種方法消除。本系統(tǒng)采用了軟件消除抖動(dòng)的方法。36 LED路設(shè)計(jì)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中使用的顯示器主要有發(fā)光二極管顯示器，簡(jiǎn)稱LED（Light Emitti

25、ng Diode），近年也有配置CRT顯示器的。LED顯示器價(jià)廉、配置靈活，與單片機(jī)接口方便；后者可進(jìn)行圖形顯示，但接口較復(fù)雜，正本也較高。本系統(tǒng)只需顯示數(shù)字，不需要顯示圖形，因此選用LED顯示器。在單片機(jī)中通常使用七段LED，構(gòu)成字型“8”，另外還有一個(gè)小數(shù)點(diǎn)發(fā)光二極管以顯示數(shù)字、符號(hào)及小數(shù)點(diǎn)，這種顯示器有共陰和共陽兩種，如圖13所示。 圖13 LED數(shù)碼管本系統(tǒng)采用了共陰極的LED,陰極連在一起的稱為共陰極顯示器。一位顯示器由八個(gè)發(fā)光二極管組成，其中七個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成字型“8”的各個(gè)筆畫ag，另一個(gè)小數(shù)點(diǎn)為dp發(fā)光二極管。當(dāng)在某段發(fā)光二極管上施加一定的正向電壓時(shí)，該段筆畫即亮；不加電壓則暗

26、。為了保護(hù)各段LED不被損壞，需外加限流電阻。共陰極七段LED顯示數(shù)字0F、文字、符號(hào)及小數(shù)點(diǎn)的編碼（a段為最低位，dp點(diǎn)為最高位）如表1所示。表1 共陰七段LED顯示字型編碼表 顯示字符共陰極段選碼 顯示字符 共陰極段選碼03FH C 39H106H D 5EH25BH E 79H34FH F 71H466H P 73H56DH U 3EH67DH r 31H707H y 6EH87FH 8. FFH96FH “滅”（黑） 00HA77H B7CH LED顯示器有靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示兩種方式。本系統(tǒng)采用了LED動(dòng)態(tài)顯示方式,在多位LED顯示時(shí)，為了簡(jiǎn)化電路，降低成本，將所有位的段選線并聯(lián)在一起

27、，有一個(gè)8位I/O口控制。而共陰公共端分別由相應(yīng)的I/O線控制，實(shí)現(xiàn)各位的分時(shí)選通。圖14所示為6位共陰極LED動(dòng)態(tài)顯示接口電路。 圖14 LED動(dòng)態(tài)顯示接口電路由于所有6位段選線皆由一個(gè)I/O口控制，因此，在每一瞬間，6位LED會(huì)顯示相同的字符。要想每位顯示不同的字符，就必須采用掃描方法輪流點(diǎn)亮各位LED，即在每一瞬間只使某一位顯示字符。在此瞬間，段選控制I/O口輸出相應(yīng)字符段選碼（字型碼），而位選則控制I/O口在該顯示位送入選通電平（因?yàn)楸鞠到y(tǒng)選用共陰LED，故因送低電平），以保證該位顯示相應(yīng)字符。如此輪流，使每位分時(shí)顯示該位應(yīng)顯示字符。段選碼、位選碼每送入一次后應(yīng)延時(shí)1ms來等待數(shù)碼管響

28、應(yīng)，因人眼的視覺暫留時(shí)間為0.1s(100ms),所以每位顯示的間隔不能超過20ms,并保持延時(shí)一段時(shí)間，以造成視覺暫留效果，給人看上去每個(gè)數(shù)碼管總在亮。第四章 軟件設(shè)計(jì)單片機(jī)控制電路采用89C51。主要實(shí)現(xiàn)對(duì)人體的檢測(cè)并計(jì)數(shù)，報(bào)警，鍵盤設(shè)定最大容量報(bào)警人數(shù)速度，顯示人數(shù)及最大容量報(bào)警人數(shù)。顯著特點(diǎn)是用軟件簡(jiǎn)便實(shí)現(xiàn)某些硬件功能。本系統(tǒng)使用單片機(jī)匯編語言編程。通過分析本系統(tǒng)的功能要求，系統(tǒng)程序可以劃分為以下幾個(gè)模塊來寫：數(shù)據(jù)采集、鍵盤控制、報(bào)警和顯示等子函數(shù)。本系統(tǒng)的程序巧妙地利用單片機(jī)的內(nèi)部定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0來計(jì)時(shí)，每50ms中斷一次，并用該值為基準(zhǔn)來計(jì)算時(shí)間；系統(tǒng)檢測(cè)到人體的信號(hào)經(jīng)過比較放大之

29、后得到標(biāo)準(zhǔn)的脈沖信號(hào)，然后輸入單片機(jī)的INT0端口，使用外部中斷的方式進(jìn)行計(jì)算。41 主控程序主控程序主要是利用單片機(jī)內(nèi)部計(jì)數(shù)器T0對(duì)所采集到的脈沖數(shù)進(jìn)行累加，并存放于RAM的40H中，經(jīng)過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后顯示所采集到的人數(shù)。如圖15為指控程序的流程圖。開 始初始化聲光報(bào)警計(jì) 數(shù)LED顯示掃描端口是否有人？N結(jié) 束YY圖15 主控程序流程圖42 鍵盤掃描程序在按下某個(gè)按鍵時(shí)，被按按鍵的橫片總會(huì)有輕微的抖動(dòng)，這種抖動(dòng)經(jīng)常會(huì)持續(xù)10ms左右時(shí)間。因此，CPU在按鍵抖動(dòng)期間掃描鍵盤必然會(huì)得到錯(cuò)誤的行值和列值，最好的辦法是使CPU在檢測(cè)到有按下時(shí)延遲20ms再進(jìn)行掃描。如圖16為鍵盤掃描流程圖。開始置P1.

30、3和p1.4為高電位掃描P1.3和P1.4延遲去抖NNNYYYAcc.0=0?R7加1Acc.1=0?Acc.2=0?Acc.3=0?R7減1R6加1R6減1結(jié)束YN圖16 鍵盤控制程序流程圖43 動(dòng)態(tài)顯示程序設(shè)計(jì) 顯示器的掃描，每隔1.25 ms輪流點(diǎn)亮一位顯示器，對(duì)每一位顯示器來說每隔6.25 ms點(diǎn)亮一次，點(diǎn)亮的時(shí)間為1.25 ms。本系統(tǒng)中有六位顯示器，在89C51中設(shè)置有六個(gè)顯示緩沖單元，分別放置六位顯示器的顯示數(shù)據(jù)。并通過P2.2P2.7對(duì)LED進(jìn)行控制。如圖17為顯示程序流程圖。開始R0值百位/十位/個(gè)位化選通LED1/LED2顯示十位/個(gè)位延時(shí)R7值百位/十位/個(gè)位化選通LED

31、3/LED4顯示十位/個(gè)位R6值百位/十位/個(gè)位化選通LED5/LED6顯示十位/個(gè)位結(jié)束圖17 動(dòng)態(tài)顯示程序流程圖44 系統(tǒng)的總程序 具體程序如下：ORG 0000H SJMP MAINORG 0030HMAIN：BAOJINGLED EQU P1.5 MOV R0，#32H ;上限 MOV 40H，#00H ;實(shí)人數(shù) MOV TMOD，#04H ;計(jì)數(shù)器初期化 MOV TH0，#00H MOV T10，#00H MOV TCON，#10HKEY：MOV 40H，T10 ;調(diào)入計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù) ORL P1,#18H MOV A，P1 ;上限加減 PUSH ADELAY：MOV R6，#26HD1

32、：MOV R2，#0AH ACALL DIS ;調(diào)用顯示D2：DJNZ R2，D2 DJNZ R6，D1 POP AJB ACC.4，JB1LCALL DELJB ACC.4，JB1LCALL P0F JB1：JB ACC.3，JB2 LCALL DEL JB ACC.3，JB2 LCALL P1F JB2：LCALL BIJIAO ;上限比較報(bào)警 SJMP KEYDEL: MOV R4,#49H D10: MOV R3,#50H D20: DJNZ R3,D20 DJNZ R4,D10 RET P0F: INC R0RETP1F: DEC R0 RETBIJIAO: PUSH AMOV A,

33、R0CJNE A,40H,BIJIAO1BIJIAO1: POP A JC BAOJING JNC BUBAOJING RETBAOJING: CLR BAOJINGLED RET BUBAOJING: SETB BAOJINGLED RET DIS :MOV A,40HMOV B,#64HDIV ABMOV P2,#0DFHMOV DPTR ,#TABMOVC A,A+DPTRMOV P0,AACALL T1MOV A,#0AHXCH A,B DIV ABMOV P2,#0BFHMOV DPTR ,#TABMOVC A,A+DPTRMOV P0,AACALL T1 MOV P2,#7FHXC

34、H A,BMOV DPTR,#TABMOVC A,A+DPTRMOV P0,AACALL T1MOV A,R0MOV B,#64HDIV ABMOV P2,#0FBHMOV DPTR,#TABMOVC A,A+DPTRMOV P0,AACALL T1 MOV A,#0AHXCH A,BDIV ABMOV P2,#0F7HMOV DPTR,#TABMOVC A,A+DPTRMOV P0,AACALL T1MOV P2,#0EFHXCH A,BMOV DPTR,#TABMOVC A,A+DPTRMOV P0,AACALL T1RETT1:MOV R5,#01HDE1:MOV R1,#0FFHDE2

35、:DJNZ R1,DE2 DJNZ R5,DE1 RET PUSH 01H PUSH 05H PUSH 00HTAB:DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,7DH,0DH,07H,7FH,6FH POP 00H POP 05H POP 01H END第五章 系統(tǒng)的測(cè)試分析51 測(cè)試設(shè)備秒表： 精度0.01s卷尺： 精度0.01m量角器52 測(cè)試方法1首先讓電路正常工作，把熱釋紅外傳感器放在一定的位置，使人體從遠(yuǎn)處逐漸靠近探測(cè)頭，可測(cè)到的最大范圍。2在距離探測(cè)頭設(shè)定的距離，間隔一定時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)被測(cè)物，可測(cè)出傳感器的最小反應(yīng)時(shí)間。3把探測(cè)頭置于一定的高度時(shí)，被測(cè)物由垂直最小的距離往兩邊逐漸擴(kuò)

36、大距離，測(cè)出傳感器最大測(cè)量角度。4把不同的物體放入熱釋紅外傳感器的探測(cè)范圍，可知什么物體可干擾傳感器的測(cè)量。53 功能測(cè)試1本系統(tǒng)可測(cè)量最大范圍為5.7米，最大角度為58°。2當(dāng)檢測(cè)到被測(cè)物體時(shí)，系統(tǒng)可以產(chǎn)生聲光報(bào)警，并可使用手動(dòng)鍵盤解除報(bào)警信號(hào)。3可用鍵盤設(shè)置最大容量的報(bào)警人數(shù)，當(dāng)檢測(cè)到的人數(shù)超過最大的容量人數(shù)時(shí)產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。4利用LED實(shí)時(shí)顯示所測(cè)人數(shù)的數(shù)量和最大容量報(bào)警人數(shù)。5.當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)執(zhí)行電路，有人經(jīng)過時(shí)，常開開關(guān)電路會(huì)閉合，室燈變亮。54 指標(biāo)測(cè)試及結(jié)果分析1探測(cè)頭在離被測(cè)物一定的距離時(shí)，測(cè)量出經(jīng)過探測(cè)頭測(cè)量范圍的人數(shù)。如表2所示。表2 一定距離的人數(shù)探測(cè)距離1m2m3m

37、4m5m55m6m經(jīng)過的人數(shù)30303030303030實(shí)測(cè)的人數(shù)35333030302812由測(cè)量結(jié)果可知，系統(tǒng)的探測(cè)頭在距離被測(cè)物3m到5m的測(cè)量距離時(shí)，所測(cè)人數(shù)準(zhǔn)確率最高。因?yàn)樵跓後寕鞲衅鞣磻?yīng)速度一定的情況下，被測(cè)物距離傳感器距離越近時(shí)，被測(cè)物停留在傳感器的探測(cè)時(shí)間就越長，因此會(huì)產(chǎn)生誤判的情況。反之，被測(cè)物距離探測(cè)頭比較遠(yuǎn)時(shí)，由于外界環(huán)境的干擾可能會(huì)產(chǎn)生測(cè)量不到的情況。2在一定的探測(cè)距離處，每間隔1秒經(jīng)過一人時(shí)，測(cè)量出經(jīng)過探測(cè)頭測(cè)量范圍的人數(shù)。如表3所示。表3 間隔一秒人數(shù)測(cè)量距離距離1m2m3m4m5m55m6m經(jīng)過的人數(shù)20202020202020實(shí)測(cè)的人數(shù)818171514127由

38、測(cè)量結(jié)果可知，系統(tǒng)在離被測(cè)物距離為1m時(shí)，每間隔一秒經(jīng)過一人時(shí)所測(cè)到的結(jié)果準(zhǔn)確率最高。所測(cè)結(jié)果比實(shí)際量小的原因是間隔時(shí)間比熱釋傳感器反應(yīng)時(shí)間短，當(dāng)傳感器還未能恢復(fù)測(cè)量狀態(tài)時(shí)被測(cè)物已經(jīng)通過。3在一定的探測(cè)距離處，每間隔兩秒經(jīng)過一人時(shí)，測(cè)量出經(jīng)過探測(cè)頭測(cè)量范圍的人數(shù)。如表4所示。表4 間隔兩秒的人數(shù)測(cè)量距離1m2m3m4m5m55m6m經(jīng)過的人數(shù)20202020202020實(shí)測(cè)的人數(shù)2121202020188由以上測(cè)量結(jié)果可知，當(dāng)被測(cè)物出現(xiàn)的間隔時(shí)間比傳感器的反應(yīng)時(shí)間長時(shí)，測(cè)量結(jié)果比較準(zhǔn)確。15m探測(cè)頭被測(cè)物4把傳感器置于離被測(cè)物高出1.5米的地方，然后往兩邊逐漸擴(kuò)大距離,如圖18，測(cè)試系統(tǒng)是否報(bào)

39、警。A°如表5為所示。表5 傳感器探測(cè)角度范圍角度(A°)0°30°40°50°55°60°是否報(bào)警是是是是是沒圖18探測(cè)頭最大角度探測(cè)由以上所測(cè)結(jié)果所知，被測(cè)物的最大測(cè)量角度在55度到60度之間。5當(dāng)不同的物體放入系統(tǒng)的被測(cè)范圍時(shí)，可知什么物體可干擾傳感器的測(cè)量,并且測(cè)試系統(tǒng)是否報(bào)警。如表6所示。表6 報(bào)警功能的測(cè)試進(jìn)入測(cè)量范圍物體小狗發(fā)光電燈開啟的計(jì)算機(jī)小雞是否測(cè)到和報(bào)警是否否否由以上結(jié)論可知：由于小狗熱輻射的紅外線波長與人體熱輻射的紅外波長范圍差不多,故可以探測(cè)到小狗。一些其他一些物體，即使是發(fā)光或發(fā)熱，但由

40、于他們所發(fā)射的波長與系統(tǒng)紅外探測(cè)器的接收波長范圍不同，所以探測(cè)不到其他物體。6用黑紙把傳感器的探測(cè)頭包成只留直徑大約為0.5厘米的圓孔，并調(diào)節(jié)使延遲時(shí)間為0.5s，把傳感器放置在一次只能通過一人的樓梯處，測(cè)量經(jīng)過的人數(shù)。如表7所示。表7 經(jīng)過人數(shù)測(cè)量次數(shù)123實(shí)際經(jīng)過人數(shù)303030所測(cè)人數(shù)292829 由結(jié)果分析可知：由于所放位置人流量較大，并且在通過的人流中有些間隔時(shí)間少于0.5s，所以會(huì)出現(xiàn)所測(cè)人數(shù)稍少于實(shí)際經(jīng)過人數(shù)。要克服這一點(diǎn)應(yīng)把電路延遲時(shí)間調(diào)到最小。第六章 本設(shè)計(jì)的功能及使用環(huán)境6.1 本設(shè)計(jì)的功能本設(shè)計(jì)的功能是由三部分組成: 1. 室內(nèi)防盜報(bào)警功能。當(dāng)探測(cè)頭探測(cè)到人體時(shí)，發(fā)出聲光報(bào)警的信號(hào)，等待一段延遲時(shí)間后自動(dòng)消除報(bào)警信號(hào)，并可手動(dòng)解除報(bào)警信號(hào)。 2. 樓宇燈開關(guān)功能。傳感器探測(cè)到有人經(jīng)過時(shí)，自動(dòng)接通電源,照明燈變亮, 等待一段延遲時(shí)間后自動(dòng)熄滅,并可調(diào)節(jié)亮燈時(shí)的延遲時(shí)