基于51單片機(jī)的紅外感應(yīng)與測(cè)距報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)與制作

湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)

目錄

１產(chǎn)品內(nèi)容...............................................................................................................1

1.1產(chǎn)品設(shè)計(jì)背景.............................................................................................1

1.2產(chǎn)品功能分析.............................................................................................1

1.3產(chǎn)品框圖設(shè)計(jì)..............................................................................................2

2產(chǎn)品方案的遴選.....................................................................................................3

2.1STM32與51單片機(jī)的遴選........................................................................3

2.2顯示模塊的遴選.........................................................................................3

2.3按鍵模塊的遴選.........................................................................................4

3產(chǎn)品硬件設(shè)計(jì).........................................................................................................4

3.1STC89C51單片機(jī)核心電路設(shè)計(jì)................................................................4

3.2按鍵電路設(shè)計(jì).............................................................................................5

3.3四位數(shù)碼管顯示模塊電路.........................................................................5

3.4蜂鳴器模塊電路.........................................................................................6

3.5紅外模塊電路.............................................................................................7

3.6ADC0832處理芯片......................................................................................7

3.7上拉電阻電路..............................................................................................8

4主程序流程圖.........................................................................................................9

5產(chǎn)品軟件設(shè)置.......................................................................................................10

5.1軟件調(diào)試...................................................................................................10

6產(chǎn)品使用說(shuō)明.......................................................................................................11

6.1產(chǎn)品裝配圖...............................................................................................11

6.2產(chǎn)品使用說(shuō)明...........................................................................................12

7產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)...............................................................................................13

8參考資料...............................................................................................................14

附錄.............................................................................................................................15

附錄1..................................................................................................................15

元器件清單.........................................................................................................15

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附錄2..................................................................................................................16

電路原理圖.........................................................................................................16

附錄3..................................................................................................................17

PCB設(shè)計(jì)圖..........................................................................................................17

附錄4..................................................................................................................18

產(chǎn)品實(shí)物圖.........................................................................................................18

附錄5..................................................................................................................19

主程序代碼.........................................................................................................19

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基于51單片機(jī)的紅外感應(yīng)與測(cè)距報(bào)警系統(tǒng)

設(shè)計(jì)與制作

１產(chǎn)品內(nèi)容

1.1產(chǎn)品設(shè)計(jì)背景

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,但是社會(huì)的治安問題也越來(lái)越顯現(xiàn)出來(lái),各種入

室搶竊、偷盜的事件時(shí)有發(fā)生。人們對(duì)其住所的需求也愈來(lái)愈高,體現(xiàn)在人們

不但想要擁有適宜的居所,同時(shí)對(duì)安全、智能性等方面也提出了更高的需求。

這時(shí)、傳統(tǒng)的家居住宅顯然己經(jīng)遠(yuǎn)無(wú)法適應(yīng)我們的需要。我們迫切需要一套智

能化的家居防盜報(bào)警體系,應(yīng)對(duì)各種治安問題。

我們制作的報(bào)警系統(tǒng)所使用的是紅外線肉眼看不見光，而且有很強(qiáng)的隱蔽

性、保密性。因此在防盜、警戒等安全保護(hù)裝置中也得到了廣泛的應(yīng)用。以51

單片機(jī)為主導(dǎo)熱釋電紅外傳感器等多元器件組成的電路為系統(tǒng)控制核心的防盜

報(bào)警裝置執(zhí)行電路。像這種的熱釋能紅外傳感器能以不接觸接觸的情況下檢測(cè)

出人體輻射,并將檢測(cè)出來(lái)的信號(hào)轉(zhuǎn)變成為電信號(hào)。同時(shí),這種熱釋能紅外傳感

器既可以用于防盜報(bào)警裝置的使用，也可以用于制動(dòng)控制、接近開關(guān)、遙測(cè)等

領(lǐng)域。

1.2產(chǎn)品功能分析

該產(chǎn)品是以STC89C51RC微機(jī)、紅外傳感器等多單元構(gòu)成電路的系統(tǒng)控制

中心的防盜報(bào)警器控制電路。由一個(gè)復(fù)位按鈕和另外三個(gè)控制按鈕所構(gòu)成,當(dāng)復(fù)

位鍵按下后電路重新返回復(fù)位值,相當(dāng)于計(jì)算機(jī)的重啟,而K2則是一個(gè)距離按

鈕,K3是將你設(shè)定的距離值加大等于音量加,K4則是將你設(shè)定的距離值減小等于

音量降,當(dāng)有東西接近后,四位數(shù)碼管會(huì)指示距離,當(dāng)距離小于或等于你設(shè)定的數(shù)

值時(shí)通過單片機(jī)控制蜂鳴器響起來(lái)以此提醒有人靠近。該產(chǎn)品在汽車工藝、家

用防盜系統(tǒng)、電腦配置、手機(jī)配置等多電子產(chǎn)品有廣泛的應(yīng)用，且紅外是一種

不可見光，不易被發(fā)現(xiàn)和察覺，因此隱蔽性能非常好，并且反應(yīng)時(shí)間非常段，

能在短時(shí)間內(nèi)判斷是否有人靠近，一但有人靠近就能檢測(cè)出人體散發(fā)的輻射，

移動(dòng)和距離都能被檢測(cè)出來(lái)，讓后被裝置的接收器所接受，再將數(shù)值進(jìn)行轉(zhuǎn)化

與其設(shè)定值進(jìn)行對(duì)比，如果判斷值在正常范圍內(nèi)是不會(huì)報(bào)警，一旦小于設(shè)定值

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就會(huì)立即報(bào)警，因此提醒有人或者物體靠近。

1.3產(chǎn)品框圖設(shè)計(jì)

首先是電源給整個(gè)電路提供電壓，由紅外感應(yīng)裝置測(cè)出物體的距離，然后

在將數(shù)據(jù)傳送到ADC0832進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比與轉(zhuǎn)換，再把數(shù)據(jù)傳送到單片機(jī)，由單

片機(jī)將數(shù)據(jù)傳送到數(shù)碼管顯示，其次是由復(fù)位電路和晶振電路還有按鍵設(shè)置組

成，復(fù)位按鍵是防止數(shù)據(jù)出錯(cuò)，按下復(fù)位按鍵所有數(shù)值將都被清零，晶振的作

用是輸出震蕩信號(hào)然后在由單片機(jī)進(jìn)行判斷，小于設(shè)定值蜂鳴器響，按鍵電路

作用就是設(shè)定你想測(cè)出的數(shù)值范圍，其有效距離為10厘米。

系統(tǒng)框圖如1-3所示：

紅外線感

電源

應(yīng)模塊

ADC0832

四位數(shù)碼

顯示

按鍵設(shè)置

STC89C51單

復(fù)位電路片機(jī)處理單元

蜂鳴器

晶振電路

圖1-1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

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2產(chǎn)品方案的遴選

2.1STM32與51單片機(jī)的遴選

方案一：STC89C51

STC89C51單片機(jī)因其低功耗、高性能被廣大人士所使用,其擁有八K內(nèi)存

系統(tǒng)可編程的Flash存儲(chǔ)器。在制作方面,其內(nèi)部擁有更靈活的8個(gè)CPU和在

系統(tǒng)可編程Flash,使得STC89C51單片機(jī)可以為很多嵌入式的應(yīng)用系統(tǒng)提供更

有靈活性、超高效能性的幫助。主要功能分為兩大類存儲(chǔ)信息和轉(zhuǎn)換信息，在

開發(fā)難度上也比STM32簡(jiǎn)單，其價(jià)格低廉更受廣大人士喜愛，更適合我們學(xué)生

黨使用。

方案二：STM32

STM32是一種高性能半導(dǎo)體材質(zhì)，是由意大利的微電子公司和法國(guó)半導(dǎo)體

公司一起制作的成果，自然要比STC89C51單片機(jī)要更為先進(jìn)。STM32使用的寄

存器比51單片機(jī)結(jié)構(gòu)要復(fù)雜很多，其配置比51也更為復(fù)雜，而且中斷邏輯、

時(shí)鐘配置、使能控制等很多概念都是51單片機(jī)中所沒有的。STM32比51執(zhí)行

速度快，外設(shè)功能豐富并且強(qiáng)大，所以價(jià)格普遍比51單片機(jī)價(jià)格要高出很

多，如果你所作的項(xiàng)目STC89C51單片機(jī)和STM32單片機(jī)都可以使用的情況

下，是沒必要選擇STM32的，相比起來(lái)STC89C51單片機(jī)更為實(shí)惠。

2.2顯示模塊的遴選

方案一：LED數(shù)碼顯示

LED數(shù)碼管采用的是更為智能的動(dòng)態(tài)掃描，所以LED數(shù)碼管的價(jià)格自然要

比點(diǎn)陣式數(shù)碼管顯示價(jià)格要較貴一點(diǎn)，如果要顯示比較多的數(shù)字時(shí)，數(shù)碼管的

使用必定會(huì)增加，連線起來(lái)就會(huì)很麻煩，對(duì)應(yīng)其編程上也會(huì)相應(yīng)的復(fù)雜，如果

預(yù)算不足夠的話建議購(gòu)買點(diǎn)陣式數(shù)碼管顯示。

方案二：點(diǎn)陣式數(shù)碼管顯示

點(diǎn)陣式數(shù)碼管顯示采用發(fā)光二級(jí)管構(gòu)成，相比起來(lái)結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，在很多

地方也可以看到他們的身影，在顯示時(shí)間這一塊就顯得不太合適，點(diǎn)陣式數(shù)碼

管顯示在文字上是有一定優(yōu)勢(shì)，但顯示數(shù)字是存在一定的劣勢(shì)，但相比起來(lái)點(diǎn)

陣式數(shù)碼管顯示肯定是比LED數(shù)碼顯示要更為便宜。

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2.3按鍵模塊的遴選

方案一：觸摸按鍵

在低功耗模式下,耗電量也會(huì)較小,不過在第一次觸摸時(shí)速度會(huì)慢了一些,

而此后的快慢則與快速模式下相同,因此操作系統(tǒng)已經(jīng)可以自動(dòng)切換至快速模

式下進(jìn)行工作。在所有按鍵釋放達(dá)到八秒鐘之后,系統(tǒng)就將回歸到低功耗工作

模式,相對(duì)于獨(dú)立型按鍵更為方便,而售價(jià)卻比獨(dú)立型按鍵還要昂貴。

方案二：獨(dú)立按鍵

獨(dú)立式按鍵是一種手動(dòng)式開關(guān)，使用時(shí)輕輕按下開關(guān)按鈕就可以使開關(guān)接

通，當(dāng)松開手時(shí)開關(guān)斷開，操作簡(jiǎn)單使用壽命長(zhǎng)、價(jià)格便宜是他的有點(diǎn)之一，

相比起來(lái)觸摸按鍵更為復(fù)雜和昂貴，獨(dú)立按鍵就顯得操作簡(jiǎn)單和便宜。

3產(chǎn)品硬件設(shè)計(jì)

3.1STC89C51單片機(jī)核心電路設(shè)計(jì)

STC89C51使用的是8051核的ISP在系統(tǒng)可編程的獨(dú)立存儲(chǔ)器,其性能也更

為靈活和有效，內(nèi)部最高的時(shí)鐘速率為八十MHz,其中還包括4KBytes的可被

擦寫一千次的Flash只讀寫內(nèi)部程序內(nèi)存,芯片內(nèi)集成了通用八位中央處理器

和ISPFlash存儲(chǔ)單元，具有在系統(tǒng)可編程的特性，配合PC端的控制程序即

可將用戶的程序代碼寫入下載進(jìn)單片機(jī)內(nèi)部，而且速度更快。其主要作用是接

收ADC0832的數(shù)據(jù)信息將其數(shù)據(jù)比較然后傳輸?shù)剿奈粩?shù)碼管顯示，判斷其數(shù)值

是否在設(shè)定值以外，以內(nèi)的話傳輸?shù)椒澍Q器電路從而實(shí)現(xiàn)報(bào)警。

如圖3-1所示：

圖3-1STC89C51RC原理圖

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3.2按鍵電路設(shè)計(jì)

S2是電路距離設(shè)置，可設(shè)置你所規(guī)定的距離，S3是可調(diào)試你所設(shè)置的距

離，每按一下增加一厘米，相當(dāng)于音量加，S4是可調(diào)試你所設(shè)置的距離，每按

一下減少一厘米，相當(dāng)于音量減。

如同3-3所示：

圖3-3按鍵電路圖

3.3四位數(shù)碼管顯示模塊電路

四位數(shù)碼管為一種半導(dǎo)體的發(fā)光器件，其基本結(jié)構(gòu)由發(fā)光二極管組成，能

顯示4位數(shù)的數(shù)碼管叫四位數(shù)碼管。CEM5461AE是八段共陰式數(shù)碼管（含有小

數(shù)點(diǎn)）。

4位一體數(shù)碼管，其內(nèi)部段已連接好，引腳如下所示（正面朝自己，小數(shù)

點(diǎn)在下方）。上面的六位是：w1，a，f，w2，w3，b下面的六位是：e，d，

p，c，g，w4其中a、b、c、d、e、f、g、p為段引腳，w1、w2、w3、w4分別

表示四個(gè)數(shù)碼管的位。他是由單片機(jī)將處理好的數(shù)據(jù)在數(shù)碼管上顯示其距離。

如圖3-4所示：

圖3-4四位數(shù)碼管圖

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3.4蜂鳴器模塊電路

蜂鳴器的工作原理是由振動(dòng)裝置和諧振裝置一起組成，并且蜂鳴器又分為

無(wú)源他激型與有源自激型，其蜂鳴器的發(fā)聲原理為：

1、無(wú)源他激型蜂鳴器的工作發(fā)音原理為：方波信號(hào)輸入諧振裝置轉(zhuǎn)換為

聲音信號(hào)輸出從而發(fā)出聲音。

2、有源自激型蜂鳴器的工作發(fā)音原理為：直流電源輸入經(jīng)過振蕩系統(tǒng)裝

置的放大后，電路在諧振裝置作用下產(chǎn)生聲音信號(hào)使得發(fā)出聲音。

如圖3-5所示：

圖3-5蜂鳴器原理圖

是由一個(gè)電阻和一個(gè)電容組成的電路，其工作原理為紅外感應(yīng)裝置當(dāng)檢測(cè)

到物體靠近時(shí)，紅外感應(yīng)其檢測(cè)距離，判斷是否小于設(shè)定值，小于設(shè)定值其蜂

鳴器鳴叫。

如圖3-6所示：

圖3-6蜂鳴器實(shí)物圖

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3.5紅外模塊電路

紅外模塊是采用不可見光，一種無(wú)線、非接觸式控制技術(shù)。具有下列一下

功能：一.抗干擾能力強(qiáng)二.信息傳輸可靠三.功耗低、成本低，易實(shí)現(xiàn)等顯著

優(yōu)點(diǎn)。被諸多報(bào)警設(shè)備廣泛采用，并廣泛應(yīng)用到計(jì)算機(jī)和手機(jī)系統(tǒng)中。

紅外遙控的基本原理

紅外遙控的發(fā)射電路是采用紅外發(fā)光二極管發(fā)出的經(jīng)過系統(tǒng)調(diào)制的紅外光

波；紅外接收電路由紅外接收二極管和硅光電池組成，將紅外發(fā)射器發(fā)射的紅

外光轉(zhuǎn)換為相對(duì)應(yīng)的電信號(hào)，然后再送到后置放大器。

如圖3-7所示：

圖3-7紅外裝置原理圖

3.6ADC0832處理芯片

ADC0832工作原理：當(dāng)ADC0832未工作時(shí)其CS輸入端應(yīng)為高電平，此時(shí)芯

片禁用，當(dāng)要進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，須先將CS使能端置于低電平并且保持低電平

直到轉(zhuǎn)換完全結(jié)束。此時(shí)單片機(jī)進(jìn)行切換操作,并由處理器向芯片的輸入端口

CLK輸入時(shí)鐘脈沖,而DO/DI端口則向DI端口提供通道功能選擇的數(shù)據(jù)信號(hào)。

模擬信號(hào)只有通過A/D轉(zhuǎn)化為數(shù)值信號(hào)后才能用軟件進(jìn)行處理，模數(shù)轉(zhuǎn)換相對(duì)

應(yīng)是數(shù)模轉(zhuǎn)換，數(shù)模轉(zhuǎn)換是模數(shù)轉(zhuǎn)換的逆過程，在一般的工業(yè)系統(tǒng)中傳感器把

非電量的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)應(yīng)的模擬信號(hào)，然后模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換電路將模擬信

號(hào)轉(zhuǎn)換對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)送到單片機(jī)處理，這就是一個(gè)完整的信號(hào)鏈。

如圖3-8所示：

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圖3-8ADC0832原理圖

3.7上拉電阻電路

一般上拉電阻的作用是上拉增大電流的，以提高輸出電壓的平均值。為增

強(qiáng)輸出引腳的驅(qū)動(dòng)能力，有些單片機(jī)管腳上也常使用上拉電阻。芯片的管腳加

上拉電阻用來(lái)提高輸出的電平，從而使提高芯片輸入信號(hào)的噪聲容限，增強(qiáng)抗

干擾能力，來(lái)確保整個(gè)電路的正常運(yùn)行，不會(huì)被外界因素干擾對(duì)電流起到阻礙

作用，并能造成能量消耗，用來(lái)穩(wěn)定和調(diào)節(jié)電路中的電壓和電流。

如圖3-9所示：

圖3-9上拉電阻原理圖

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4主程序流程圖

圖4-1程序流程圖

圖4-2按鍵流程圖

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5產(chǎn)品軟件設(shè)置

5.1軟件調(diào)試

運(yùn)用Keil軟件進(jìn)行嵌入式軟件開發(fā)有以下幾個(gè)步驟：

1.首先在電腦創(chuàng)建自己的文件夾

2.打開Keil軟件新建工程項(xiàng)目

3.將工程保存至自己的文件夾內(nèi)

4.單片機(jī)選擇STC89C51系列

5.使用主程序main.c或源程序.c文件進(jìn)行程序代碼的編寫

6.然后運(yùn)行編譯

顯示0Error(s)，0Warning(s)說(shuō)明編譯成功

程序編譯成功（無(wú)錯(cuò)誤）

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6產(chǎn)品使用說(shuō)明

6.1產(chǎn)品裝配圖

本產(chǎn)品由STC89C51為主導(dǎo)芯片，其次ADC0832是紅外裝置轉(zhuǎn)換器，一個(gè)

四位數(shù)碼管顯示器，一個(gè)蜂鳴器，一個(gè)紅外感應(yīng)裝置，兩個(gè)電阻，四個(gè)開關(guān)，

一個(gè)晶振，三個(gè)電容外加一個(gè)電源插座一同組成。首先紅外感應(yīng)裝置連接

ADC0832，由紅外感應(yīng)將物體轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，由ADC0832將電信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)值

信號(hào)，其STC89C51單片機(jī)連接ADC0832，將ADC0832轉(zhuǎn)化的數(shù)值信號(hào)進(jìn)行比較

和判斷，然后輸出到四位數(shù)碼管顯示其相應(yīng)距離，如果距離大于設(shè)定值，電路

正常運(yùn)行不會(huì)執(zhí)行下一步，如果小于設(shè)定值，那么開始執(zhí)行下一步，由蜂鳴

器、電阻和開關(guān)共同組成的蜂鳴器電路開始執(zhí)行，蜂鳴器開始鳴叫，晶振則是

提供震蕩信號(hào)給單片機(jī)接受，上拉電阻則是提高電流的穩(wěn)定性，使整個(gè)電路不

被外界因素所干擾。

如圖6-1所示：

圖6-1產(chǎn)品配裝圖

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6.2產(chǎn)品使用說(shuō)明

１.先將自己產(chǎn)品平放在桌面上，連接好ＵＳＢ插口接入電源，給整個(gè)電

路通電

２.按一下復(fù)位開關(guān)，檢測(cè)產(chǎn)品有沒有問題，是否能正常使用

３.按下Ｋ１按鍵，對(duì)產(chǎn)品的距離設(shè)置

４.Ｋ２按鍵的作用是將你設(shè)置的距離增加，Ｋ３的作用則是將你設(shè)置的

距離減少

５.設(shè)置好距離后將一個(gè)物體慢慢靠近紅外感應(yīng)裝置，時(shí)刻關(guān)注四位數(shù)碼

管其顯示的距離

６.當(dāng)物體靠近你設(shè)定的距離時(shí)，蜂鳴器鳴叫，當(dāng)物體遠(yuǎn)離你設(shè)定的距離

時(shí)，蜂鳴器停止鳴叫

７.四位數(shù)碼管其顯示距離（0~99cm）

如圖6-2所示：

圖6-2產(chǎn)品配裝圖

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7產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

[1]J-STD-001E電氣與電子組件的焊接要求

[2]IPC-A-610D(中文版)，IPC-A-610E電子組件的可接受性要求

[3]IPC-7711/21電子組件和電路板的返工&返修

[4]GB/T11457-2006信息技術(shù)軟件工程術(shù)語(yǔ)；

[5]GB/T8566-2007信息技術(shù)軟件生存周期過程標(biāo)準(zhǔn)；

[6]GB/T8567-2006計(jì)算機(jī)軟件文檔編制規(guī)范。

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湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)

8參考資料

[1]基于STC89C51單片機(jī)的防盜報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].韓爽,張迪.計(jì)算機(jī)測(cè)量與控

制.2019(11)

[2]紅外數(shù)據(jù)通信接口設(shè)計(jì)[J].陳藝紅,趙鵬,吳建成.信息系統(tǒng)工程.2010(11)

[3]開發(fā)基于AT89S52單片機(jī)的紅外無(wú)線PPM發(fā)射機(jī)[J].王志高.科教文匯（上旬

刊）.2007(03)

[4]紅外串口通信在工業(yè)場(chǎng)景中的應(yīng)用[J].于博,鄭賓.科技信息.2011(18)

[5]一種利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的紅外通信接口[J].盛琥.電子科技.2005(08)

[6]簡(jiǎn)易紅外網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)[J].張嘉睿.中國(guó)外資.2011(18)

[7]一種非接觸式紅外通訊電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].蔣軍.微處理機(jī).2016(02)

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附錄

附錄1

元器件清單

元器件型號(hào)元器件名稱數(shù)量

STC89C52RD+/AT89C51單片機(jī)

12MHZ晶振1個(gè)

DIP40芯片座1個(gè)

DIP8芯片座1個(gè)

6*6MM方形按鍵按鍵5個(gè)

10UF電容2個(gè)

20PF電容1個(gè)

10K電阻1個(gè)

1K電阻1個(gè)

HS420561K4位共陰數(shù)碼管1個(gè)

ADC0832AD轉(zhuǎn)換芯片1個(gè)

3P接線端子1個(gè)

2Y0A21紅外測(cè)距模塊1個(gè)

S8550PNP三極管1個(gè)

TMB12A05有源蜂鳴器1個(gè)

杜邦線、飛線若干

9X15CM萬(wàn)用板1張

6腳開關(guān)開關(guān)1個(gè)

USB電源線1個(gè)

DC1.25電源插口1個(gè)

10K排阻1個(gè)

20移動(dòng)互聯(lián)二班許帥

基于51單片機(jī)的紅外感應(yīng)與測(cè)距報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)與制作

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附錄2

電路原理圖

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附錄3

PCB設(shè)計(jì)圖

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附錄4

產(chǎn)品實(shí)物圖

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