紅外感應(yīng)式門鈴的設(shè)計說明書

XXX(設(shè)計)感應(yīng)式門鈴的設(shè)計摘要本設(shè)計的紅外線感應(yīng)電子門鈴，有兩種功能：迎賓和防盜。當(dāng)主人在家的時候可以開啟迎賓功能，門鈴可以感應(yīng)到來賓并發(fā)出音頻信號以通知主任“有客來訪”。當(dāng)主人要離開家時，可開啟防盜功能。在啟動防盜20秒后（為了防止誤把主人當(dāng)做小偷），啟動布防。電路能探測人體發(fā)出的紅外線，該紅外線感應(yīng)電子門鈴電路由紅外線發(fā)射電路、紅外線接收電路、低頻振蕩器、音頻振蕩器和音頻輸出電路等組成。當(dāng)人進(jìn)入感應(yīng)的區(qū)域內(nèi)，即可發(fā)出鈴聲或者報警聲，適用于家庭、辦公室、倉庫、實(shí)驗(yàn)室等比較重要場合的鈴聲和報警。概述了紅外輻射的知識、反射式紅外傳感器的結(jié)構(gòu)和工作原理。利用反射式紅外傳感器設(shè)計了一種被動式紅外報警電路,分析了該電路的功能和工作原理。反射式紅外傳感器具有很多的優(yōu)點(diǎn),在人們生活、安全、警戒等裝置中應(yīng)用較廣。關(guān)鍵詞：單片機(jī)紅外線反射式感應(yīng)門鈴

ThedesignofinductiontypedoorbellAbstract

Thedesignoftheinfraredelectronicbell,therearetwokindsoffunctions:welcomeandsecurity.WhenthemasterinthehomecanbeopenedWelcomefunction,thedoorbellcaninductiontotheguestandtheissueofaudiosignaltoinformthedirectorofthe"guests".Whenthemastertoleavehome,canopentheanti-theftfeature.Atthestartoftheftafter20seconds(inordertopreventthemisuseoftheownerasathief),start.Circuitcandetectthehumanbodyemitsinfrared,theinfraredinductionelectronicdoorbellcircuitiscomposedofaninfraredemissioncircuit,infraredreceivingcircuit,alowfrequencyoscillator,audiooscillatorandanaudiooutputcircuit.Whenpeopleentertheareaoftheinduction,youcansendoutthesoundoftheringoralarm,forfamily,office,warehouse,laboratoryandotherimportantoccasionsofthebellandalarm.Thestructureandworkingprincipleofinfraredradiationandreflectiveinfraredsensoraresummarized..Apassiveinfraredalarmcircuitwasdesignedbyusingreflectiveinfraredsensor,andthefunctionandworkingprincipleofthecircuitwereanalyzed..Reflectiveinfraredsensorhasalotofadvantages,anditiswidelyusedinpeople'slife,safetyandsecurity..

Keywords:singlechipinfraredreflectiontypesensordoorbellKeywords:singlechipinfraredreflectiontypeinductiondoorbell

目錄第一章緒論 11.1課題來源 11.2課題研究背景 21.3基本工作原理 21.4設(shè)計在國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2第二章系統(tǒng)設(shè)計 42.1系統(tǒng)方案 42.2熱釋紅外傳感器HC-SR501概述 52.2.1基本內(nèi)容 52.2.2使用時注意事項(xiàng) 52.2.3電器參數(shù)和圖片 62.3STC89C51單片機(jī) 62.3.1基本介紹 62.3.2基本功能 72.3.3仿真功能 72.3.4電路和引腳圖 82.4語音模塊 92.4.1迎賓語音模塊 92.4.2防盜語音模塊 9第三章實(shí)驗(yàn) 123.1電路設(shè)計 123.1.1電路的原理圖 123.1.2電路的組成部分 123.1.3電路的工作原理 133.2電路原理圖、PCB板圖的設(shè)計 143.2.1使用相關(guān)軟件的介紹 143.2.2如何繪制原理圖 143.2.3PCB板的生成 143.3Protel使用常見問題 143.4做板 163.5焊接、組裝 173.5.1焊接 173.5.2組裝 173.6調(diào)試、結(jié)果 18總結(jié)與展望 19致謝 20參考文獻(xiàn) 21第一章緒論1.1課題來源紅外線(Infraredrays)它是一種光線，由于它的波長相比紅色光還長，超出了肉眼可以識別的范圍，所以我們看不見它。紅外線是由德國科學(xué)家霍胥爾于1800年發(fā)現(xiàn)的，又稱之為紅外熱輻射。通常把波長在0.75～1000μm范圍內(nèi)的光都稱為紅外線，并可以按照光波波長繼續(xù)細(xì)分為三部分，即近紅外線，波長為0.75～1.50μm之間；中紅外線，波長為1.50～6.0μm之間；遠(yuǎn)紅外線，波長為6.0～l000μm之間。紅外對射的特點(diǎn)是它不影響周邊環(huán)境、不干擾其它設(shè)備，紅外線雖說是一種光線，但它又不同于普通可見光，它不會被察覺，所以不會干擾到人們的正常生活。可以使用一對紅外線發(fā)射與接收的裝置，構(gòu)成紅外線的對射系統(tǒng)，稱為主動式紅外線應(yīng)用系統(tǒng)。當(dāng)紅外線收、發(fā)裝置之間的隱形光路被阻擋時，接收裝置可以立即察覺到，發(fā)出警示信號。利用這種對射系統(tǒng)，可以很方便地構(gòu)建各種隱蔽的防盜警戒布控，還可以用于各種設(shè)備的安全防護(hù)或者自動控制方面，過探測特定空間中，一定波長范圍內(nèi)紅外光線的位置移動，識別空間范圍內(nèi)是否有移動人體存在，達(dá)到安全警戒或者自動控制的目的。使用紅外線做信號載波的優(yōu)點(diǎn)很多：成本低、傳播范圍和方向可以控制（不會穿過墻壁，對隔壁家的電視造成影響）、不產(chǎn)生電磁輻射干擾，也不受干擾等等。因此被廣泛地應(yīng)用在各個技術(shù)領(lǐng)域中。所謂的感應(yīng)式門鈴是針對傳統(tǒng)的按鍵門鈴相對而講的。傳統(tǒng)的門鈴都為按鍵門鈴，正常使用壽命為一年（按20次/天為標(biāo)準(zhǔn)）。而紅外線感應(yīng)式門鈴，可以取代人們按傳統(tǒng)門鈴的按鈕的動作。直接由紅外線感應(yīng)人體紅外線并觸發(fā)門鈴響起，節(jié)約了每年更換按鈕的成本，避免了資源的浪費(fèi)，環(huán)保，美觀。亦可作為警報作用，極大推到了人們的智能水平。隨著微電子技術(shù)、無線技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展以及人們生活水平的大幅度提高，更廉價、功能更多、性能更好的無線遙控音樂門鈴不斷被研究并生產(chǎn)流入市場。本設(shè)計是在指導(dǎo)老師給定課題的基礎(chǔ)上經(jīng)過分析利用紅外線傳感器探測人體發(fā)射回來的紅外線信號原理設(shè)計出來的紅外線感應(yīng)門鈴。內(nèi)容廣泛，靈活應(yīng)用。課題利用51單片機(jī)，語音芯片以及熱釋紅外線傳感器原理設(shè)計而成的典型電路。電路設(shè)計簡單，能夠應(yīng)用到很多領(lǐng)域，實(shí)用價值較高，可以起到迎賓與防盜的作用。1.2課題研究背景就目前市面上常見的防盜報警器如壓力觸發(fā)式報警器，遮光式報警器，開關(guān)電子防盜報警器等，這些常見的報警器都存在一些缺陷。比如壓力式觸發(fā)報警器容易引起誤報和失報，它的可靠性偏低。遮光式報警器容易受到其他光線干擾，比如窗外的太陽光和反射光就能引起誤報，所以它的可靠性不不高。還有缺乏隱蔽性和保密性，不能及時迅速的將報警信息傳送到戶主手中等等。而閉路電視防控系統(tǒng)的安裝和使用復(fù)雜，而且面臨線路被切斷的隱患，價格也比較昂貴，不利于在老百姓中廣泛普及。紅外遙控電路功耗低，可靠性高，外界抗干擾能力強(qiáng)，相互干擾小，在現(xiàn)代生活中應(yīng)用的較為廣泛，例如紅外線醫(yī)療器械、紅外線通訊、紅外線攝像、紅外線加熱、紅外線遙控等，紅外線遙控只是紅外線眾多應(yīng)用中的一部分，目前在家用電器中廣泛應(yīng)用的彩電遙控器、錄像機(jī)遙控器，VCD機(jī)遙控器、高保真音響遙控器等，都采用了紅外線遙控，它使這些家用電器的控制變得十分簡單、方便。1.3基本工作原理設(shè)計的主體是熱釋電型紅外傳感器HC-SR501。人體都有恒定的體溫，一般在37度，所以會發(fā)出特定波長10UM左右的紅外線，被動式紅外探頭就是靠探測人體發(fā)射的10UM左右的紅外線而進(jìn)行工作的。人體發(fā)射的10UM左右的紅外線通過菲泥爾濾光片增強(qiáng)后聚集到紅外感應(yīng)源上。紅外感應(yīng)源通常采用熱釋電元件，這種元件在接收到人體紅外輻射溫度發(fā)生變化時就會失去電荷平衡，向外釋放電荷，單片機(jī)接收到電荷信號后調(diào)用寄存器中的指令，這些指令是經(jīng)過Keil軟件通過電腦編譯而成的匯編語言，便于單片機(jī)識別和調(diào)用。指令通過串口線發(fā)送到語音芯片并使其發(fā)出音頻。1.4設(shè)計在國內(nèi)外研究現(xiàn)狀目前感應(yīng)式門鈴主要分光感應(yīng)式和紅外感應(yīng)式。光感應(yīng)式門鈴主要是通過人體反射光線，改變光敏電阻的阻值來讓電路產(chǎn)生變化并觸發(fā)電路，其感應(yīng)的靈敏度與物體反射率有較大的關(guān)系，并且從實(shí)際使用的角度來說容易收到很多因素的干擾。因?yàn)樗膫鞲泻诵氖枪饷綦娮?，光敏電阻對大部分可見光都游反?yīng)變化，故光線變化可能會觸發(fā)門鈴響應(yīng)。而紅外感應(yīng)雖然價格比較高，但有點(diǎn)是誤報極少，加上傳感器上的菲涅爾透鏡，從而使誤報率達(dá)到最低。紅外感應(yīng)式門鈴性能卓越，節(jié)能易用，靈敏度強(qiáng)，更適合市場的需要，更貼近消費(fèi)者的生活內(nèi)容。在生活中的大部分場合之內(nèi)可以方便，環(huán)保的使用，適合現(xiàn)代人類的生活方式[1]。報警系統(tǒng)是以保護(hù)社會公共安全為目的，然后運(yùn)用安全防范工具和其它相關(guān)電子產(chǎn)品所構(gòu)成的防入侵報警系統(tǒng)、視頻安全監(jiān)控系統(tǒng)、出入口控制系統(tǒng)、停車場管理系統(tǒng)、防爆安全檢查系統(tǒng)等，或由這些系統(tǒng)子系統(tǒng)組合或集成的電子系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。報警系統(tǒng)與人們的生活之間息息相關(guān)，隨著現(xiàn)如今經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人民生活水平的提高，報警系統(tǒng)更成為了構(gòu)建社會防控體系、維護(hù)社會穩(wěn)定的重要組成部分，并受到社會廣泛的關(guān)注。隨著科技的提高，電子電器飛速發(fā)展，我們的生活水平有了很大提高。各許多家庭也擁有貴重的家庭電器等物品。正因如此，一些不法分子也越來越多。正是因?yàn)椴环ǚ肿涌吹搅舜蟛糠秩朔辣I意識不夠強(qiáng)所造成的結(jié)果，因此越來越多的居民家庭對財產(chǎn)安全問題十分擔(dān)憂。報警系統(tǒng)則在這時為人們解決了大部分問題。但是市場上的報警系統(tǒng)大部分是適用于一些較大公司的重要機(jī)構(gòu)。其價格昂貴，使普通家庭難以承受。如果設(shè)計一種價格低廉，性能可靠的報警系統(tǒng)，將在私人財產(chǎn)的防盜領(lǐng)域起到巨大作用。由于紅外線是不可見光，隱蔽性能良好，因此在防盜、警戒等安保裝置中被廣泛應(yīng)用。第二章系統(tǒng)設(shè)計2.1系統(tǒng)方案打開開關(guān)，并選擇工作模式（迎賓或防盜）打開開關(guān)，并選擇工作模式（迎賓或防盜）熱釋電紅外傳感器感應(yīng)到人體紅外線，電荷失衡而發(fā)射電荷熱釋電紅外傳感器感應(yīng)到人體紅外線，電荷失衡而發(fā)射電荷51單片機(jī)IO接口接收電荷，通過編寫好的程序處理高低引腳，將信號發(fā)布到音頻電路51單片機(jī)IO接口接收電荷，通過編寫好的程序處理高低引腳，將信號發(fā)布到音頻電路音頻電路根據(jù)之前選擇的工作模式，調(diào)用揚(yáng)聲器或蜂鳴器工作音頻電路根據(jù)之前選擇的工作模式，調(diào)用揚(yáng)聲器或蜂鳴器工作圖2-1本方案的基本原理框架圖輸出振蕩信號：接通電源后，熱釋電紅外傳感器接收人體發(fā)出的紅外線，向單片機(jī)發(fā)出震蕩信號接收信號并發(fā)出指令：51單片機(jī)接收信號并向音頻電路發(fā)出指令；音頻、低頻振蕩器工作：語音芯片開始工作，發(fā)出音頻信號；音頻電路工作：信號通過音頻電路接收，經(jīng)三極管放大信號然后輸出信號，揚(yáng)聲器開始工作，發(fā)出聲音。2.2熱釋電紅外傳感器HC-SR501概述2.2.1基本內(nèi)容主要是由一種高熱電系數(shù)的材料，如鋯鈦酸鉛系陶瓷、硫酸三甘鈦等制成尺寸為2*1mm的探測元件。在每個探測器內(nèi)裝入一個或多個探測元件，并將兩個探測元件以其反極性串聯(lián)，從而抑制由自身溫度升高而產(chǎn)生的信號干擾。探測元件將探測并接收到的紅外輻射轉(zhuǎn)變成微弱的電壓信號，經(jīng)裝在探頭內(nèi)的場效應(yīng)管放大后向外輸出。為了提高探測器的探測靈敏度以增大探測距離，一般在探測器的前方裝設(shè)一個菲涅爾透鏡，該透鏡用透明塑料制成，呈橢圓狀，將透鏡的上、下兩部分各分成若干等份，制成一種具有特殊光學(xué)系統(tǒng)的透鏡，以達(dá)到更好的接收信號。它和放大電路相配合，可將信號放大70分貝以上，這樣就可以測出10~20米范圍內(nèi)人的行動[2]。

菲涅爾透鏡擁有透鏡的特殊光學(xué)原理，可以在探測器前方產(chǎn)生一個相互交替變化的“盲區(qū)”和“高靈敏區(qū)”，以提高它的探測接收靈敏度。當(dāng)有人從透鏡前走過時，人體所發(fā)出的紅外線就不斷地交替從“盲區(qū)”進(jìn)入“高靈敏區(qū)”，這樣就可以使接收到的紅外信號以脈沖形式輸入，從而強(qiáng)其能量幅度[12]。

人體輻射的紅外線中心波長為9~10--um之間，而該傳感器的波長靈敏度在0.2~20--um范圍內(nèi)，較為穩(wěn)定。在傳感器頂端開了一個裝有濾光鏡片的窗口，該濾光片允許通過光的波長范圍為7~10--um之間，正好適合于人體紅外輻射的探測范圍，而其它波長的紅外線則由濾光片進(jìn)行吸收，這樣便形成了一種可用于專門探測人體輻射的紅外線傳感器。

被動式熱釋電紅外探頭的優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：本身不發(fā)任何類型的輻射，體積小，器件功耗較小，隱蔽性高，容易購買，價格低廉。缺點(diǎn)：1容易受外界各種熱源、光源干擾2被動紅外穿透力差，從而造成人體的紅外輻射被遮擋，不易被探頭接收3當(dāng)使用時外界溫度和人體溫度接近時，探測的靈敏度明顯下降，有時甚至造成短時失靈。2.2.2使用時注意事項(xiàng)一、直流工作電壓必須符合我們所需要的數(shù)值，過高和過低都會影響到感應(yīng)性能，而且要求電源必須經(jīng)過良好的穩(wěn)壓濾波，例如手機(jī)充電器電源、電腦USB電源、比較舊的層疊電池都無法滿足模塊工作要求，建議用變壓器的電源并且經(jīng)過三端穩(wěn)壓芯片穩(wěn)壓后再通過220UF和0.1UF的電容濾波后再供電。二、調(diào)試時人體應(yīng)盡量遠(yuǎn)離感應(yīng)區(qū)域，有時人體雖然不在模塊的正前方，但是人體如果離模塊太近時模塊也能感應(yīng)到，造成電路一直有輸出。還有調(diào)試時人體不要觸摸電路部分，這樣也會影響模塊工作，比較科學(xué)的辦法是將輸出端接一個LED，將模塊用報紙蓋住，然后人離開這個房間，等2分鐘后看看模塊是否還是一直有輸出。三、模塊不接負(fù)載時能正常工作，接上負(fù)載后工作紊亂，出現(xiàn)這種現(xiàn)象一種原因是由于電源的電量容量較小而負(fù)載比較耗電，負(fù)載工作時引起的電壓波動會導(dǎo)致模塊誤動作。另一種原因是負(fù)載通電工作時會產(chǎn)生干擾，例如繼電器或者電磁鐵等感性負(fù)載會產(chǎn)生反向電動勢，315M發(fā)射板工作時會有電磁輻射等都會影響模塊。解決辦法如下：A、電源部分加電感濾波。B、采用負(fù)載和模塊使用不同的電壓的方法，例如：負(fù)載使用24V工作電壓，模塊使用12V工作電壓，其間用三端穩(wěn)壓器隔離。C:使用更大容量的電源。

四、人體感應(yīng)模塊應(yīng)在室內(nèi)使用并且使用時避免陽光、強(qiáng)烈燈光直接照射，如果工作環(huán)境有強(qiáng)大的射頻干擾，可以采用屏蔽措施。若遇有強(qiáng)烈氣流干擾，關(guān)閉門窗或阻止對流。感應(yīng)區(qū)盡量避免正對著發(fā)熱電器和物體以及容易被風(fēng)吹動的雜物和衣物。

五、人體感應(yīng)模塊建議安裝在密封的盒里，否則可能一直會有輸出信號。

六、如果實(shí)驗(yàn)時有要求人體感應(yīng)模塊的探測角度小于90度，可以通過用不透明膠紙遮擋住鏡片或裁剪縮小鏡片來實(shí)現(xiàn)。

七、人體感應(yīng)模塊應(yīng)采用雙元探頭，人體的四肢腳和頭部運(yùn)的動方向與感應(yīng)靈敏度之間有著密切的聯(lián)系，而且紅外模塊的特性決定了其無法精確控制感應(yīng)距離。

八、模塊中的探頭（PIR）既可以裝焊在電路板的另一面，同時也可將探頭用雙芯屏蔽線有限延長，長度在20厘米以內(nèi)為宜。2.2.3電器參數(shù)和圖片表2.2HC--SR501人體感應(yīng)模塊電氣參數(shù)產(chǎn)品型號HC--SR501人體感應(yīng)模塊工作電壓范圍直流電壓4.5-20V靜態(tài)電流<50uA電平輸出高3.3V/低0V觸發(fā)方式L不可重復(fù)觸發(fā)/H重復(fù)觸發(fā)(默認(rèn)重復(fù)觸發(fā))延時時間0.5-200S(可調(diào))可制作范圍零點(diǎn)幾秒-幾十分鐘封鎖時間2.5S(默認(rèn))可制作范圍零點(diǎn)幾秒-幾十秒電路板外形尺寸32mm*24mm感應(yīng)角度<100度錐角工作溫度-15-+70度感應(yīng)透鏡尺寸直徑:23mm(默認(rèn))

圖2-2人體感應(yīng)模塊

1.工作電壓：DC5V至20V

2.靜態(tài)功耗：65微安

3.電平輸出：高3.3V，低0V

4.延時時間：可調(diào)(0.3秒~18秒)

5.封鎖時間：0.2秒

6.觸發(fā)方式：L不可重復(fù)，H可重復(fù)，默認(rèn)值為H(跳帽選擇)

7.感應(yīng)范圍：小于120度錐角，7米以內(nèi)

8.工作溫度：-15~+70度

模塊特性：

1、這種探頭是以探測人體輻射為目標(biāo)的。所以熱釋電元件對波長為10UM左右的紅外輻射必須非常敏感。

2、為了僅僅對人體的紅外輻射敏感，在它的輻射照面通常覆蓋有特殊的菲泥爾濾光片，使環(huán)境的干擾受到明顯的控制作用。

3、被動紅外探頭，其傳感器包含兩個互相串聯(lián)或并聯(lián)的熱釋電元。而且制成的兩個電極化方向正好相反，環(huán)境背景輻射對兩個熱釋元件幾乎具有相同的作用，使其產(chǎn)生釋電效應(yīng)相互抵消，于是探測器無信號輸出。

4、一旦人侵入探測區(qū)域內(nèi)，人體紅外輻射通過部分鏡面聚焦，并被熱釋電元接收，但是兩片熱釋電元接收到的熱量不同，熱釋電也不同，不能抵消，經(jīng)信號處理而報警。

5、菲泥爾濾光片根據(jù)性能要求不同，具有不同的焦距(感應(yīng)距離)，從而產(chǎn)生不同的監(jiān)控視場，視場越多，控制越嚴(yán)密。

觸發(fā)方式：

L不可重復(fù)，H可重復(fù)?？商€選擇，默認(rèn)為H。

A.不可重復(fù)觸發(fā)方式：即感應(yīng)輸出高電平后，延時時間一結(jié)束，輸出將自動從高電平變?yōu)榈碗娖健?/p>

B.可重復(fù)觸發(fā)方式：即感應(yīng)輸出高電平后，在延時時間段內(nèi)，如果有人體在其感應(yīng)范圍內(nèi)活動，其輸出將一直保持高電平，直到人離開后才延時將高電平變?yōu)榈碗娖?感應(yīng)模塊檢測到人體的每一次活動后會自動順延一個延時時間段，并且以最后一次活動的時間為延時時間的起始點(diǎn))。

可調(diào)封鎖時間及檢測距離調(diào)節(jié)：

1、封鎖時間：感應(yīng)模塊在每一次感應(yīng)輸出后(高電平變?yōu)榈碗娖?，可以緊跟著設(shè)置一個封鎖時間，在此時間段內(nèi)感應(yīng)器不接收任何感應(yīng)信號。此功能可以實(shí)現(xiàn)(感應(yīng)輸出時間和封鎖時間)兩者的間隔工作，可應(yīng)用于間隔探測產(chǎn)品；同時此功能可有效抑制負(fù)載切換過程中產(chǎn)生的各種干擾。(默認(rèn)封鎖時間2.5S)

2、調(diào)節(jié)檢測距離

光敏控制：

模塊預(yù)留有位置，可設(shè)置光敏控制，白天或光線強(qiáng)時不感應(yīng)。光敏控制為可選功能,出廠時未安裝光敏電阻。

模塊優(yōu)缺點(diǎn)：

優(yōu)點(diǎn)：

本身不發(fā)任何類型的輻射，器件功耗很小，隱蔽性好。價格低廉。

缺點(diǎn)：

容易受各種熱源、光源干擾

被動紅外穿透力差，人體的紅外輻射容易被遮擋，不易被探頭接收。

易受射頻輻射的干擾。

環(huán)境溫度和人體溫度接近時，探測和靈敏度明顯下降，有時造成短時失靈。

模塊抗干擾：

1、防小動物干擾

2、防電磁干擾

3、防強(qiáng)燈光干擾2.3STC89C51單片機(jī)2.3.1基本介紹51單片機(jī)是指所有兼容Intel8031指令系統(tǒng)的單片機(jī)的統(tǒng)稱。該系列的單片機(jī)始祖是Intel系列的8031單片機(jī)，后來隨著Flash技術(shù)的發(fā)展，8031單片機(jī)取得了長足的發(fā)展與進(jìn)步，成為應(yīng)用的最多的8位單片機(jī)之一，其代表型號是ATMEL公司的AT89系列，它廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)的測控系統(tǒng)之中。很多公司目前都有51系列的兼容機(jī)型推出，預(yù)計在今后很長的一段時間內(nèi)將占有大量市場。51單片機(jī)是相對基礎(chǔ)入門的一個單片機(jī)，同時還是應(yīng)用的最多的一種。這里需要特別注意的是52系列的單片機(jī)一般不具備自編程能力。2.3.2基本功能8位CPU·4kbytes程序存儲器(ROM)(52為8K)·128bytes的數(shù)據(jù)存儲器(RAM)（52有256bytes的RAM）·32條I/O口線擁有111條指令，大部分為單字節(jié)指令圖2-323個引腳·2個可編程定時/計數(shù)器，5個中斷源，2個優(yōu)先級（52有6個）·一個全雙工串行通信口·外部數(shù)據(jù)存儲器尋址空間為64kB·外部程序存儲器尋址空間為64kB·邏輯操作位尋址功能·雙列直插40PinDIP封裝·單一+5V電源供電CPU：由運(yùn)算和控制邏輯組成，同時還包括中斷系統(tǒng)和部分外部特殊功能寄存器；RAM：用以存放可以讀寫的數(shù)據(jù)，如運(yùn)算的中間結(jié)果、最終結(jié)果以及欲顯示的數(shù)據(jù)；ROM：用以存放程序、一些原始數(shù)據(jù)和表格；I/O口：四個8位并行I/O口，既可用作輸入，也可用作輸出T/C：兩個定時/記數(shù)器，既可以工作在定時模式，也可以工作在記數(shù)模式；五個中斷源的中斷控制系統(tǒng)；一個全雙工UART（通用異步接收發(fā)送器）的串行I/O口，用于實(shí)現(xiàn)單片機(jī)之間或單片機(jī)與微機(jī)之間的串行通信；片內(nèi)振蕩器和時鐘產(chǎn)生電路，石英晶體和微調(diào)電容需要外接。最佳振蕩頻率為6M—12M。2.3.3仿真功能電腦仿真Proteus自從有了單片機(jī)的同時也就有了開發(fā)系統(tǒng)，隨著單片機(jī)的發(fā)展開發(fā)系統(tǒng)也在不斷的進(jìn)步。keil是一種先進(jìn)的單片機(jī)集成開發(fā)系統(tǒng)，它代表著匯編語言單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)的現(xiàn)階段最新技術(shù)，首創(chuàng)多項(xiàng)便利技術(shù)，將開發(fā)的編程/仿真/調(diào)試/加密等過程同時完成，中間不須再進(jìn)行任何編譯或匯編[16]。功能特性1，可以仿真63K程序空間,接近64K的16位地址空間；2，可以仿真64Kxdata空間,全部64K的16位地址空間；3，可以真實(shí)仿真全部32條IO腳；4，完全兼容keilC51UV2調(diào)試環(huán)境,可以通過UV2環(huán)境進(jìn)行單步,斷點(diǎn),全速等操作；5，可以使用C51語言或者ASM匯編語言進(jìn)行調(diào)試；6，可以非常方便地進(jìn)行所有變量觀察,包括鼠標(biāo)取值觀察,即鼠標(biāo)放在某變量上就會立即顯示出它此的值；7，可選使用用戶晶振，支持0－40MHZ晶振頻率；8，片上帶有768字節(jié)的xdata,您可以在仿真時選使用他們,進(jìn)行xdata的仿真；9，可以仿真雙DPTR指針；10，可以仿真去除ALE信號輸出.；11，自適應(yīng)300-38400bps的所有波特率通訊；12，體積非常細(xì)小,非常方便插入到用戶板中.插入時緊貼用戶板,沒有連接電纜,這樣可以有效地減少運(yùn)行中的干擾,避免仿真時出現(xiàn)莫名其妙的故障；13，仿真插針采用優(yōu)質(zhì)鍍金插針,可以有效地防止日久生銹,選擇優(yōu)質(zhì)園腳IC插座，保護(hù)仿真插針，同時不會損壞目標(biāo)表上的插座.；14，仿真時監(jiān)控和用戶代碼分離,不可能產(chǎn)生不能仿真的軟故障；15，RS-232接口不計成本采用MAX202集成電路,串行穩(wěn)定穩(wěn)定可靠,絕非一般三極管的簡易電路可比。功能限制仿真器占用單片機(jī)串口及定時器2，與KeilC(PC)通訊，故不支持串口及定時器2的仿真功能。全速運(yùn)行時單片機(jī)串口及定時器2可供用戶使用。使用方法1．將仿真器插入需仿真的用戶板的CPU插座中，仿真器由用戶板供電；2．將仿真器的串行電纜和PC機(jī)接好，打開用戶板電源；3．通過keilC的IDE

開發(fā)仿真環(huán)境UV2下載用戶程序進(jìn)行仿真、調(diào)試。硬件說明1、使用用戶板的晶振：仿真器晶振旁有兩組跳線用來切換內(nèi)部晶振和用戶板晶振，當(dāng)兩個短路塊位于仿真器晶振一側(cè)時，默認(rèn)使用仿真板上的晶振（11.0592MHz）,當(dāng)兩個短路塊位于電容一側(cè)時，使用用戶板的晶振。2、為便于調(diào)試帶看門狗的用戶板，仿真器的復(fù)位端未與用戶板復(fù)位端相連；故仿真器的復(fù)位按鈕只復(fù)位仿真器，不復(fù)位用戶板；若要復(fù)位用戶板，請使用用戶板復(fù)位按鈕。2.3.4晶振電路，復(fù)位電路與引腳圖圖2-4復(fù)位電路圖2-5晶振電路圖2-6引腳圖2.4語音模塊2.4.1迎賓語音模塊本模塊是通過單片機(jī)驅(qū)動語音芯片，語音芯片中存有“歡迎光臨”的MP3，然后語音芯片驅(qū)動揚(yáng)聲器，發(fā)出迎賓音樂。單片機(jī)驅(qū)動語音芯片有兩種控制模式，此次設(shè)計選用的是串行控制模式。語音芯片的類型有許多，在本設(shè)計中采用的是ISD4004-08語音芯片/錄音芯片。該芯片可以自己錄想要的音。

ISD4004系列工作電壓3V,單片錄放時間8至16分鐘,音質(zhì)好,適用于移動電話及其他便攜式\t"/product/infomation/49615/_blank"電子產(chǎn)品中。芯片采用CMOS技術(shù),內(nèi)含振蕩器、防混淆濾波器、平滑濾波器、音頻放大器、自動靜噪及高密度多電平閃爍存貯陳列。芯片設(shè)計是基于所有操作必須由微控制器控制,操作命令可通過串行通信接口(SPI)送入[8]。芯片采用多電平直接模擬量存儲技術(shù),每個采樣值直接存貯在片內(nèi)閃爍存貯器中,因此能夠非常真實(shí)、自然地再現(xiàn)語音、音樂、音調(diào)和效果聲,避免了一般固體錄音電路因量化和壓縮造成的量化噪聲和"金屬聲"。采樣頻率可為4.0,5.3,6.4,8.0kHz,頻率越低,錄放時間越長,而音質(zhì)則有所下降,片內(nèi)信息存于閃爍存貯器中,可在斷電情況下保存100年(典型值),反復(fù)錄音10萬次。這款芯片操作簡單移動，你在單片機(jī)編寫錄音程序，調(diào)用語音芯片錄音，錄音成功后語音芯片會返回當(dāng)前錄進(jìn)去的音的地址給你，你可以用一個變量來儲存，以后要播放聲音時可以編寫程序播放這個地址的聲音。由于各種技術(shù)問題，所以我的設(shè)計中并沒有采用錄音，而是在線下載MP3到芯片中。圖2-8串行模式引腳圖2.4.2防盜語音模塊相對于迎賓模塊，本模塊相對簡單一些，三極管驅(qū)動蜂鳴器發(fā)出報警信號。不過相對于迎賓語音模塊，本模塊有一些小改動，那就是設(shè)置布防后整個語音模塊有20秒的緩沖，是因?yàn)榭紤]到在實(shí)際應(yīng)用中如果在啟動布防后直接調(diào)用語音模塊，那可能會把主人當(dāng)做入侵者，所以設(shè)計了這一較為人性化的功能。蜂鳴器是一種結(jié)構(gòu)一體化的電子訊響器，在電路中用字母“H”或“HA”（舊標(biāo)準(zhǔn)用“FM”、“LB”、“JD”等）表示。供電方式是直流電壓供電，其能以某個固定頻率發(fā)出聲音，如嘀嘀嘀，嘟嘟嘟等。蜂鳴器根據(jù)激發(fā)方式不同主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種類型，通常在計算機(jī)、復(fù)印機(jī)、報警器、兒童玩具、打印機(jī)、汽車電子設(shè)備、電話、定時器等電子產(chǎn)品中起到發(fā)聲器件的作用。由于自激蜂鳴器是通過直流電壓驅(qū)動的，不需要利用交流信號進(jìn)行驅(qū)動，所有只需對驅(qū)動口輸出驅(qū)動電平并通過三極管放大驅(qū)動電流就能使蜂鳴器發(fā)出聲音。這里只對必須用1/2duty的方波信號進(jìn)行驅(qū)動的他激蜂鳴器進(jìn)行說明。單片機(jī)驅(qū)動他激蜂鳴器的方式主要有兩種：一種是利用PWM輸出口直接驅(qū)動，另一種是利用I/O定時翻轉(zhuǎn)電平所產(chǎn)生的驅(qū)動波形對蜂鳴器進(jìn)行驅(qū)動。PWM輸出口直接驅(qū)動是利用PWM輸出口本身可以輸出一定的方波來直接驅(qū)動蜂鳴器。在單片機(jī)的軟件設(shè)置中有幾個系統(tǒng)寄存器是用來設(shè)置PWM口的輸出的，可以設(shè)置占空比、周期等等，通過設(shè)置這些寄存器產(chǎn)生符合蜂鳴器要求的頻率的波形之后，只要打開PWM輸出，PWM輸出口就能輸出該頻率的方波，這個時候利用這個波形就可以驅(qū)動蜂鳴器了。比如頻率為2000Hz的蜂鳴器的驅(qū)動，可以知道周期為500μs，這樣只需要把PWM的周期設(shè)置為500μs，占空比電平設(shè)置為250μs，就能產(chǎn)生一個頻率為2000Hz的方波，通過這個方波再利用三極管就可以去驅(qū)動這個蜂鳴器了。而利用I/O定時翻轉(zhuǎn)電平來產(chǎn)生驅(qū)動波形的方式會比較麻煩一點(diǎn)，必須利用定時器來做定時，通過定時翻轉(zhuǎn)電平產(chǎn)生符合蜂鳴器要求的頻率的波形，這個波形就可以用來驅(qū)動蜂鳴器了。比如為2500Hz的蜂鳴器的驅(qū)動，可以知道周期為400μs，這樣只需要驅(qū)動蜂鳴器的I/O口每200μs翻轉(zhuǎn)一次電平就可以產(chǎn)生一個頻率為2500Hz，占空比為1/2duty的方波，再通過三極管放大就可以驅(qū)動這個蜂鳴器了。由于蜂鳴器的工作電流一般比較大，以致于單片機(jī)的I/O口是無法直接驅(qū)動的*（但AVR可以驅(qū)動小功率蜂鳴器），所以要利用放大電路來驅(qū)動，一般使用三極管來放大電流就可以了。蜂鳴器驅(qū)動電路一般都包含以下幾個部分：一個三極管、一個蜂鳴器、一個續(xù)流二極管和一個電源濾波電容。1．蜂鳴器發(fā)聲元件，在其兩端施加直流電壓（有源蜂鳴器）或者方波（無源蜂鳴器）就可以發(fā)聲，其主要參數(shù)是外形尺寸、發(fā)聲方向、工作電壓、工作頻率、工作電流、驅(qū)動方式（直流/方波）等。這些都可以根據(jù)需要來選擇。2．續(xù)流二極管濾波電容蜂鳴器本質(zhì)上是一個感性元件，其電流不能瞬變，因此必須有一個續(xù)流二極管提供續(xù)流。否則，在蜂鳴器兩端會產(chǎn)生幾十伏的尖峰電壓，可能損壞驅(qū)動三極管，并干擾整個電路系統(tǒng)的其它部分。3．濾波電容濾波電容C1的作用是濾波，濾除蜂鳴器電流對其它部分的影響，也可改善電源的交流阻抗，如果可能，最好是再并聯(lián)一個220uF的電解電容。4．三極管三極管Q1起開關(guān)作用，其基極的高電平使三極管飽和導(dǎo)通，使蜂鳴器發(fā)聲；而基極低電平則使三極管關(guān)閉，蜂鳴器停止發(fā)聲。第三章實(shí)驗(yàn)3.1電路設(shè)計3.1.1電路的原理圖圖3-1紅外感應(yīng)門鈴原理圖 圖3-2紅外感應(yīng)門鈴實(shí)物圖3.1.2電路的組成部分如圖所示，供電方式是一個DC插頭，也可以接電池盒?？傞_關(guān)用的是自鎖開關(guān)，自鎖開關(guān)電路中起到電源的開關(guān)作用，常開的其中一腳接DC電源插口電源腳，常開的另一腳接電路的VCC。自鎖開關(guān)的左側(cè)有3個輕觸按鈕，摁下自鎖開關(guān)后，摁左邊的按鈕，黃燈亮，門鈴開啟迎賓功能，然后摁右邊的按鈕，電路復(fù)位。摁中間的按鈕，門鈴啟動防盜功能，有20秒的緩沖，綠燈閃爍，20秒過后紅燈亮，檢測到人蜂鳴器會工作。正中間的單片機(jī)是電路核心，STC89051單片機(jī)，負(fù)責(zé)處理電路中的各種電流電荷電平信號，下方的晶振是控制單片機(jī)執(zhí)行程序速度的，左側(cè)一個語音芯片，里面存有歡迎光臨的MP4文件，語音芯片連接揚(yáng)聲器，構(gòu)成迎賓功能的語音模塊。右上方是熱釋電傳感器HC-SR501，作為電路的人體感應(yīng)模塊。左側(cè)是三極管驅(qū)動蜂鳴器，作為報警功能的語音模塊。其他的一些原件，例如色環(huán)電阻和電容，就不做詳述。3.2電路原理圖、PCB板圖的設(shè)計3.2.1使用相關(guān)軟件的介紹當(dāng)前電子技術(shù)發(fā)展日新月異，電子繪圖和制板技術(shù)專業(yè)化程度越來越高，電子CAD技術(shù)已經(jīng)成為專業(yè)基礎(chǔ)技術(shù)。Protel99SE共分5個模塊，分別是原理圖設(shè)計、PCB設(shè)計、自動布線器、原理圖混合信號仿真、PLD設(shè)計。美國ACCELtechnologies公司于1988年推出了當(dāng)時非常受歡迎的電子線路CAD軟件包—TANGO，可以說是Protel的前身，ProtelTechnology公司收購ACCELTechnologies公司，推出了protelforDOS軟件作為TANGO升級版本。3.2.2如何繪制原理圖（1）原理圖的繪制a.打開PROTEL99SE,執(zhí)行FILE—NEW—感應(yīng)式門鈴.ddb—Browse—保存到桌面。b.執(zhí)行FILE—NEW—SchematicDocument,建立文件并命名為“感應(yīng)式門鈴.Sch”.c.執(zhí)行FILE—NEW—SchematicLibraryDocument,建立文件并命名為“感應(yīng)式門鈴.Lib”.c.在庫中畫出所需要的集成電路、發(fā)光二極管、三極管、開關(guān)、電阻、電容等。d.將所有的元器件排好進(jìn)行連線。3.2.3PCB板的生成a.執(zhí)行Design—creatnetlist生成網(wǎng)絡(luò)發(fā)生器表b.執(zhí)行FILE—NEW—PCBDocument,建立文件并命名為“感應(yīng)式門鈴.Pcb”.c.執(zhí)行FILE—NEW—PCBLibraryDocument,建立文件并命名為“PCB.lib”.d.一樣的自己在庫中畫出所需的元器件f.排出PCB板PCB板圖3.3Protel使用常見問題 1.原理圖常見錯誤：ERC報告管腳沒有接入信號：創(chuàng)建封裝時給管腳定義了I/O屬性；創(chuàng)建元件或放置元件時修改了不一致的grid屬性，管腳與線沒有連上；創(chuàng)建元件時pin方向反向，必須非pinname端連線。元件跑到圖紙界外：沒有在元件庫圖表紙中心創(chuàng)建元件。創(chuàng)建的工程文件網(wǎng)絡(luò)表只能部分調(diào)入pcb:生成netlist時沒有選擇為global。當(dāng)使用自己創(chuàng)建的多部分組成的元件時，千萬不要使用annotate.2.PCB中常見錯誤：網(wǎng)絡(luò)載入時報告NODE沒有找到：原理圖中的元件使用了pcb庫中沒有的封裝；原理圖中的元件使用了pcb庫中名稱不一致的封裝；C多幾次導(dǎo)出文件，做成新的DDB文件，減少文件尺寸和PROTEL僵死的機(jī)會。如果作較復(fù)雜得設(shè)計，盡量不要使用自動布線[5]。3.4做板對于現(xiàn)代電子產(chǎn)品來說，電路板設(shè)計是從理論變?yōu)閷?shí)踐的必經(jīng)之路，電路板設(shè)計的合理性與產(chǎn)品的生產(chǎn)及產(chǎn)品的質(zhì)量密切相關(guān)，巧婦難為無米之炊，沒有好的電路板設(shè)計，誰也做不出完美的成品。設(shè)計選用的電路板是環(huán)氧樹脂板,這是因?yàn)榄h(huán)氧樹脂與銅箔有極好的粘合力,銅箔的附著強(qiáng)度與工作溫度較高,可以在260度的焊錫熔中不起泡。同時也可使用覆銅聚四氟乙烯玻璃布層壓板。不同的材料有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，由于調(diào)試中可能因?yàn)楦鞣N原因而更換元器件，所以要著重考慮到銅箔的粘合力。線路板的好壞直接影響到電路里元器件的性能，一些不好的線路板，會導(dǎo)致信號產(chǎn)生歧變，產(chǎn)生本底噪音生尖峰脈沖干擾等。為了盡量避免這些影響，線路板在排線時盡量做到：接照信號的傳輸線路由小到大的順序在電路板上各自的布置各元器的位置，盡量縮短各元器件之間的距離，以減少外部干擾的引入和不必要的干擾，如飛線或者短路。在供電線路中，有大電流過的路徑應(yīng)盡量設(shè)計得實(shí)一些，以降低電源內(nèi)阻的影響，使電流能夠順利通過。在供電線路中，應(yīng)盡量避免大電流的印刷電路式導(dǎo)線交錯布置在小電流通路的中間附近，以免造成對小電流電路的干擾。走線時，應(yīng)盡量走大于90度的電路以防止產(chǎn)生尖峰脈沖造成干擾。在焊接的過程中首先將體形小的元器件比如貼片電阻、瓷片電容先焊接好，然后再焊接芯片的插腳座和其他體積較大的元器件。焊接好后用數(shù)字萬用表來檢測電路是否有短路，斷路以及虛焊現(xiàn)象。3.5焊接、組裝3.5.1焊接焊接使用的方法是手工焊接方法中的一種：接觸焊接。接觸焊接是在加熱的烙鐵嘴或環(huán)直接接觸焊接點(diǎn)時完成的。對烙鐵環(huán)形式的焊接嘴也有多種設(shè)計結(jié)構(gòu)。有兩或四面的離散環(huán)，主要用于元件拆除。環(huán)的設(shè)計主要用于多腳元件，如集成電路((IC)；可是，它們也可用來拆卸矩形和圓柱形的元件。烙鐵環(huán)對取下已經(jīng)用膠粘結(jié)的元件非常有用。在焊錫熔化后，烙鐵環(huán)可擰動元件，打破膠的連接。四邊元件，如塑料引腳芯片載體(PLCC)，產(chǎn)生一個問題，因?yàn)槔予F環(huán)很難同時接觸所有的引腳。如果烙鐵環(huán)不接觸所有引腳，則不會發(fā)生熱傳導(dǎo)，這意味著一些焊點(diǎn)不熔化。特別是在J型引腳元件上，所有引腳可能不在同一個參考平面上，這使得烙鐵環(huán)不可能同時接觸所有的引腳。這種情況可能是災(zāi)難性的，因?yàn)檫€焊接在引腳上的焊盤在操作員取下元件時將從PCB拉出來。焊接嘴與環(huán)要求經(jīng)常預(yù)防性的維護(hù)。它們需要清潔，有時要上錫?？赡芤蠼?jīng)常更換，特別是在使用小烙鐵嘴時。烙鐵嘴或環(huán)安裝在焊接工具上。焊接嘴用來加熱單個的焊接點(diǎn)，而焊接環(huán)用來同時加熱多個焊接點(diǎn)。焊接時，首先，電烙頭要確認(rèn)清潔，不能出現(xiàn)黑色的氧化物，如果有就用銼刀磨掉后馬上粘松香補(bǔ)焊錫。焊錫絲與電路板、電烙鐵與電路板之間的夾角最好成45度，這樣焊錫與電烙鐵夾角成90度。 將元器件的管腳對應(yīng)好焊接電路板的焊接位置上，接著先將焊絲接觸然后電烙頭從下至上的較快速的上錫。焊接出來的焊點(diǎn)應(yīng)該飽滿，略有尖頭，焊接時應(yīng)確保焊錫完全粘附在銅片上，避免虛焊。焊接IC等芯片原件時，可以先在板子上焊上底座，安裝在底座上有幾個好處：如果芯片是壞的更換方便；實(shí)驗(yàn)完后可以取下來，而且引腳還是干凈的，可重復(fù)利用；在調(diào)試的時候也比較容易檢查錯誤。3.5.2組裝 熱釋紅外傳感器在實(shí)際應(yīng)用中會與主板分開，感應(yīng)部分在室外，其余電路在室內(nèi)，這樣能夠聽清門鈴的聲音。所以傳感器的安裝位置需要注意一下需求，最好不要焊實(shí)。單片機(jī)應(yīng)該放在電路中央，因?yàn)閹缀跛械脑骷寂c單片機(jī)的引腳有關(guān)聯(lián)，如果放在角落布線容易重疊，甚至可能造成短路。 電路中的發(fā)光二極管，極性電容在安裝時，應(yīng)注意管腳的極性，防止正負(fù)極的顛倒，導(dǎo)致電路損壞。

總結(jié)與展望進(jìn)過一學(xué)期的打理，我的畢業(yè)論文總歸是完成了。在做畢業(yè)設(shè)計的時候，會不經(jīng)意的回想起已經(jīng)過去的大學(xué)四年。本設(shè)計僅僅闡述了比較簡單的紅外感應(yīng)功能，電路設(shè)計也可能比較簡略。在大學(xué)中我的學(xué)習(xí)成果主要來自于課堂，課外閱讀只占一小部分，也導(dǎo)致了我知識點(diǎn)的匱乏。在做設(shè)計的時候我深切的感受到，不管是學(xué)習(xí)還是生活，實(shí)踐永遠(yuǎn)要高于理論，有許多東西只有上手了才能真正的理解。在以后的工作和生活中我也會繼續(xù)秉承這種務(wù)實(shí)精神，做好自己。在剛拿到論文課題的時候，我的感覺一是比較新奇，而是覺得很容易。但真正做起來的時候發(fā)現(xiàn)無從下手，包括電路設(shè)計，元器件的選擇，以及功能的實(shí)現(xiàn)，都讓我有種云里霧里的感覺。并且這一學(xué)期我一直在接收java的培訓(xùn)，導(dǎo)致論文也只能周六周日去寫，時間并不是很充沛，所以在中期一度有放棄的想法，幸好最后堅持了下來。在初期會