本科畢業設計說明書（論文）第33頁共34頁1緒論隨著人類社會的發展，人們的物質財富不斷增長，工廠的貴重設備也在增多，文藝場所像博物館等的貴重文物也不斷增多，由此吸引了許多不法分子徒勞而獲的欲望，安防在現代社會顯得越來越重要，在許多高新技術的應用下，類型眾多的防盜報警產品進入了市場，而紅外防盜報警器更以其獨特的優點在市場受到了極大地歡迎。設計紅外防盜報警器需要解決紅外線的發射電路和接收電路，聲光報警電路。1.1課題研究的意義紅外防盜報警器在社會中應用廣泛，對于預防盜賊、實時監控具有重要意義，極大的減輕了人的工作負擔，保障了社會的安定和諧。各國對紅外線技術的研究促使紅外線技術應用到很多高新科技領域，紅外線技術結合單片機技術制作的紅外防盜報警具有很廣闊的研究前景，單片機使得報警功能越來越智能化、人性化，可以實現人們的各種防盜報警要求。太陽光線中有很多種不可見光線，而紅外線是其中的一種，又稱為紅外線熱輻射。光譜中波長自0.76~400微米的一段稱為紅外線。紅外防盜報警主要分為兩種類型：主動式和被動式。主動式紅外防盜報警器主要由發射和接收兩個單元組成，也就是由于障礙物對由發射電路和接收電路組成的不可見光線的阻擋使得接收器接收不到紅外線而產生報警信號，是外界主動的去影響紅外傳感器，所以稱為主動式紅外防盜報警器。被動式紅外防盜報警器沒有發射單元，主要依靠熱釋電人體紅外傳感器來接收人體輻射出的紅外線產生報警信號。由物理學中光部分知，溫度高于0K的物體，都會發出紅外線，所發紅外線的波長有所不同，人體輻射出的紅外線波長一般在9.67~9.64μm之間，熱釋電人體紅外傳感器恰可對這段波長產生反映，由此發出報警信號。兩種類型的紅外防盜報警器都有自身難以克服的缺點，也有其自身的優點。本設計采用主動式類型。1.2課題研究的目的主動式紅外防盜報警器主要由紅外線發射電路、紅外線接收電路、聲光報警電路組成，本設計就是要實現用38kHz的方波對紅外線進行調制發射出去，由接收電路進行紅外線的接收，接收電路輸出低電平，當有障礙物遮擋住這束紅外線時，接收電路產生高電平送人單片機，由單片機內部程序作用產生聲光報警驅動信號，并由數碼管顯示報警次數。由此，紅外防盜報警器的功能便得以實現，完成了入侵自動報警的功能，也即是本課題的研究目的。總體方案系統原理框圖如圖2.1所示。單單片機聲光報警電路紅外線接收單元紅外線發射單元顯示報警次數圖2.1系統方框圖紅外線發射單元由555定時器構成的多諧振蕩電路產生38kHz的脈沖信號驅動三極管工作，使紅外二極管導通，以38kHz的頻率發射紅外線。紅外線接收單元由紅外接收二極管接收紅外線產生接收信號，送入單片機，單片機接收到變化脈沖即表示有入侵者，產生信號驅動聲光報警電路報警。聲光報警電路由發光二極管和蜂鳴器等元件組成。各單元之間環環相扣，各自完成自己的任務，組合在一起就能完成紅外線的發射、接收、檢測入侵信號的功能，便構成了紅外防盜報警器的設計要求，實現了入侵報警功能。3硬件電路設計硬件電路分為四部分：紅外線發射電路、紅外線接收電路、單片機控制電路、聲光報警電路。下面分別進行介紹。3.1紅外線發射電路發射單元由555定時器構成的多諧振蕩電路和紅外二極管電路組成，紅外發光二極管發出的紅外線的距離與其發射功率成正比，且當紅外發光二極管工作在脈沖狀態下時，紅外線的傳輸距離與脈沖峰值電流成正比，用38kHz對紅外線進行調制可以防止日光和燈光的干擾，調制的是紅外線的幅度，和電波的調制不一樣，波長沒變還是紅外線波長，且一般公司生產的紅外接收探頭也都是針對38kHz的標準設計的，可以使紅外線傳播的更遠，接收也更靈敏，所以需要用38kHz的脈沖信號對紅外線進行調制。生成38kHz方波的方法很多，本設計采用廉價且高效的555集成定時器構成多諧振蕩器來生成38kHz脈沖信號。3.1.1555定時器及其構成的多諧振蕩電路555集成定時器由于具有寬范圍的單電源電壓，能輸入模擬電平，輸出驅動功率較大、定時準確等特點，廣泛應用于電子技術中。555集成定時器是一種將數字電路和模擬電路集成一體的電子器件，它將模擬功能和邏輯功能融為一體，能夠產生精確的時間延遲和振蕩，驅動555集成定時器只需使用單電源，555集成定時器可獨立構成定時電路，它的最大輸出電流可達到200毫安，可直接驅動發光二極管、喇叭等小功率器件。這些特點使的555的使用很靈活，只需在外部連接一些阻容元件，便能構成具有多種用途的電路，比如單穩態觸發電路、多諧振蕩器、施密特觸發電路等。555集成定時器的內部電路結構如下圖3.1所示。圖3.1555集成定時器的內部電路結構555定時器[1]內部由3個阻值為5的電阻組成的分壓器、兩個電壓比較器C1和C2、基本RS觸發器、放電三極管TD和緩沖反相器G4組成。虛線邊沿標注的數字為管腳號。其中，1引腳是接地端；2引腳是低電平觸發端，由此輸入低電平觸發脈沖；6引腳為高電平觸發端，由此輸入高電平觸發脈沖；4腳為復位端，輸入負脈沖可使555定時器直接復位；5腳為電壓控制端，在此端外加電壓可以改變比較器的參考電壓，不用時，經0.01μF的電容接地，以防止引入干擾；7腳為放電端，555定時器輸出低電平時，放電晶體管TD導通，外接電容元件通過TD放電；3腳為輸出端，輸出高電壓約低于電源電壓1V~3V，輸出電流可達200mA，因此可直接驅動繼電器、發光二極管、指示燈等；8腳為電源端，可在5V~18V范圍內使用。555定時器[2]工作時過程分析如下：5腳經0.01μF電容接地，比較器C1和C2的比較電壓為：UR1=VCC、UR2=VCC。當VI1＞VCC，VI2＞VCC時，比較器C1輸出低電平，比較器C2輸出高電平，基本RS觸發器置0，G3輸出高電平，放電三極管TD導通，定時器輸出低電平。當VI1＜VCC，VI2＞VCC時，比較器C1輸出高電平，比較器C2輸出高電平，基本RS觸發器保持原狀態不變，555定時器輸出狀態保持不變。當VI1＞VCC，VI2＜VCC時，比較器C1輸出低電平，比較器C2輸出低電平，基本RS觸發器兩端都被置1，G3輸出低電平，放電三極管TD截止，定時器輸出高電平。當VI1＜VCC，VI2＜VCC時，比較器C1輸出高電平，比較器C2輸出低電平，基本RS觸發器置1，G3輸出低電平，放電三極管TD截止，定時器輸出高電平。555集成定時器的引腳排列圖如下圖3.2所示。圖3.2555集成定時器的引腳排列圖555集成定時器內部由兩個電壓比較器，一個電阻分壓器，一個RS觸發器，一個三級管放電開關和一個輸出緩沖器實現了下表3.1的邏輯功能。表3.1555集成定時器功能表輸入輸出高電平觸發端低電平觸發端復位輸出放電管VT的狀態╳╳00導通＜VCC＜VCC11截止＞VCC＞VCC10導通＜VCC＜VCC1不變不變多諧振蕩器是自激振蕩器，接通電源后，能自行產生具有一定頻率和脈寬的矩形波發生器。本設計需要用555集成定時器產生38kHz的脈沖信號驅動紅外發光二極管，設計電路圖并用Proteus軟件繪制電路圖仿真如下圖3.3所示。圖3.338kHz方波生成電路由示波器可檢測出電路輸出周期約為26μs的波形，實現了要求。此振蕩器的原理主要是利用電容的充放電，利用比較器來實現放電管VTd的導通與截止，控制鎖存器的反復自行翻轉，由反相器輸出脈沖信號，反相器的作用是提高電路的帶負載能力，并隔離負載對定時器的影響。電路的振蕩周期可通過公式估算以確定元件參數。可參考如下的公式進行估算。振蕩周期：(3.1)占空比：(3.2)取=10K=220KC=82pF生成38kHz波形也可通過邊調節電阻值邊觀察波形得出，本設計在進行實物制作時由于沒有買到82pF電容，所以實際采用的電路圖為下圖3.4所示。可以通過調節滑動變阻器和來改變振蕩周期。圖3.438kHz方波生成電路3.1.2紅外發光二極管電路紅外發光二極管是由紅外輻射效率高的材料制造而成的PN結，再外加正向偏壓向PN結注入電流，從而激發出紅外光。光譜功率分布為中心波長830nm~950nm，半峰帶寬約40nm左右，它是窄帶分布，可感受的光譜范圍。其最大的優點是可以完全無紅暴，或僅有微弱紅暴；另外，紅外發光二極管還具有壽命長的特點。常用的紅外線發光二極管有SE303·PH303。下圖3.5為紅外發光二極管的實物圖。圖3.5紅外線發射管上圖中，紅外發光二極管有一長一短兩個引腳，其通斷性質和普通二極管相似，具有單向導通性，長引腳接電壓正極，短引腳接負極。如果判斷不出引腳長短可用萬用表來區分，并可檢測紅外線二極管是否可用。方法是將萬用表置于R×1K擋，測量紅外發光二極管兩引腳的電阻，通常，正向電阻應在30K左右，反向電阻要在500K以上，這樣的管子才能正常使用。并且反向電阻越大越好。紅外發光二極管具有多種特性，其特性決定了使用它時應注意的方面，現簡要介紹一下:(1)電流~電壓特性對紅外發光二極管施加正向電壓可驅動它發射紅外線，由于發出的是紅外線，人眼不可見，所以實際上并不能用肉眼看到有光線發出，可用萬能表測其兩端電壓，以判斷是否工作。一般其正向導通時兩端電壓在1V~2V之間為宜，電壓太高將會使其燒毀。對其施加反向電壓時紅外二極管將截止，能承受的最大反向電壓在3V~6V之間。(2)熱損紅外線發光二極管所消耗的功率，一部分轉化為熱量散發，一部分轉化為紅外線發射出去。功率的損其最大值與周圍溫度也有很大關系。(3)發射束電流特性一般可見光的發光二極管其輸出光的強度是用光度表示的，而不可見光向紅外線發光二極管輸出光的能量大小，是用發射束Fe來表示的，單位為瓦特。發射束的意義是在單位時間內，其所能發射、搬移光能量的多少。(4)發光頻譜發光二極管所發射的光的波長，因制作材料的不同而不同。紅外線發光二極管一般用砷化鎵制作，其峰值發光波長在940~950nm之間，而當波長在900nm以上時，人眼就不可見了，這也就是我們人眼看不到紅外線的原因。(5)方向特性紅外線發光二極管發出的紅外線方向也是有一定規律的，各個方向的紅外線強度不同，方向角度就是發射強度的相對值。當方向角度是零度時，放射強度定為100％，方向角度越大，放射強度相對減少，發射強度如由光軸取其方向角度一半時，其值即為峰值的一半，這個角度稱為方向半值角，角度越小就代表元件的指向性越靈敏。一般紅外線發光二極管在出廠前均附有透鏡，可以使它的指向性更靈敏。紅外線發射強度及角度對于報警器的靈敏性及可監控范圍有很大影響，安裝時應注意發射管與接收管對準。(6)包裝與外型紅外發光二極管的包裝主要有三種類型，透鏡消除型、陶瓷型及樹脂分子型，如下圖3.6所示。圖3.6紅外線發射二極管包裝構造圖上圖即為其包裝構造圖，材料不同，性能自然有很大差異，如果使用環境和用途要求嚴格，就使用性能較佳的陶瓷型。將紅外線發光二極管接入電路時需要接限流電阻，以防止其被燒毀。下圖3.7為本設計中發射紅外線的電路圖。圖3.7紅外線發射電路圖在該電路中，通過IN引腳輸入接收到由555集成定時器輸出的38kHz脈沖信號，脈沖信號通過R3產生電流，使三極管的基極有電流流過，三極管導通，從而有電流從發射極的紅外二極管流過，紅外二極管導通，發射出紅外線限流電阻可通過公式計算，(3.3)電流一般取20左右，通過計算得出限流電阻為220歐姆左右。3.2紅外線接收電路紅外線接收一般有兩種方法，一種是利用紅外線接收管加處理電路，另一種是利用紅外接收探頭。3.2.1紅外線接收管紅外線發射出去后需要接收才能組成一個整體，紅外線接收管是將紅外線光信號變成電信號的半導體器件，核心是一種特殊材料的PN結，它工作于反向電壓下。沒有紅外線光照射時，反向電流很小(一般小于0.1微安)，稱暗電流。當有紅外線光照射時，攜帶能量的紅外線光子進入PN結，把能量傳送給共價鍵上束縛著的電子，使部分電子掙脫共價鍵，成為自由電子，從而產生電子－空穴對。它們在反向電壓的作用下做漂移運動，反向電流便明顯變大，光度越強，反向電流就越大。這種特性稱“光電導”。紅外線接收管在一般光線的照射下，產生的電流叫做光電流。如果在外電路接上負載，負載就能獲得電信號，電信號將隨著光照的變化而變化。一般情況都使用紅外線接收二極管，其外型如下圖3.8所示。圖3.8紅外線接收二極管紅外線接收二極管輸出的信號不能直接被單片機接收，需要視具體情況而定。本設計對其進行了實驗，由實驗可知，紅外線接收管兩端的電壓與紅外對管之間的距離有關，這也驗證了紅外對管的原理，當接收到的紅外線信號變化時，接收管的電阻將進行變化，繼而其兩端的電壓發生變化，由于條件有限，本設計只在很短距離內進行實驗，當把紅外線接收二極管與10K電阻連接，外加5V反向偏壓，當接到收紅外線時，其輸出電壓為0.14V，當紅外線被遮擋時其電壓為2.44V，將輸出段與比較器連接，當電壓大于1V時，輸出低電平，當電壓小于1V時，輸出高電平，與單片機輸入口連接即可，電路仿真圖為下圖3.9所示。圖3.9紅外線接收管電路圖中電阻與可變電阻組成電壓比較器正相的輸入電壓，通過調節滑動變阻器改變正相電壓的值，當接收到入侵信號，比較器輸入端翻轉，輸出段產生低電平送入單片機形成報警信號。3.2.2紅外接收頭紅外接收頭是把紅外接收電路集成在一個元件中，稱為一體化紅外接收頭，體積很小，和三極管相似。它的內部電路一般由紅外線接收二極管，放大器，限幅器，帶通濾波器，積分電路，比較器等組成。當紅外線接收二極管監測到紅外信號，把檢測到的信號送入放大器進行放大，然后送人限幅器，限幅器能把脈沖的幅度控制在規定的范圍內。交流信號送入帶通濾波器，帶通濾波器可以通過30kHz~60kHz的負載波，通過解調電路把信號解調，再經過積分電路送入比較器，由比較器輸出高低電平，還原出發射端的信號波形。紅外接收頭的作用很大，本設計采用它有點大材小用了，但由于紅外接收頭所具有的種種優點，可以更加準確的接收紅外線，并且可以大大增加檢測距離，所以選用了它。紅外接收頭的種類很多，各種類型的引腳定義也不相同，但一般都有三個引腳，為供電腳，接地和信號輸出腳。圖3.10為紅外接收頭的圖片。圖3.10紅外接收探頭由于本設計采用單片機中斷判斷是否發出報警，所以要求要報警時輸入低電平，而紅外接收探頭在接收不到紅外線時輸出高電平，所以電路中需加入反相器，然后把信號送入單片機。反相器采用CD4069型號，CD4069由六個COS/MOS反相器電路組成。下圖3.11為其引腳功能圖。圖3.11CD4069的引腳功能圖由圖可知，反相器的14引腳接直流電源，7引腳接地，六個反相器各自獨立，本設計采用1引腳輸入和2引腳輸出，輸出段直接與單片機連接，形成檢測入侵信號口。3.3單片機控制電路單片機[2~5]是一種集成電路芯片，是一種典型的嵌入式微控制器。單片機應用非常廣泛，現代社會生活中幾乎每件電子產品和機械產品中都會有成單片機。單片機節省了大量的硬件電路，并具有硬件電路所不能完成的功能，使得產品更加的智能化，改變著人們的生活方式。3.3.1單片機主控芯片的性能以及標準功能單片機是指把微處理器(CPU)、存儲器、基本的I/O接口以及定時/計數、通信部件集成在一塊芯片中，也就是在一個芯片上實現一臺微型計算機的基本功能。由于單片機的巨大的應用市場，世界許多公司都在生產，因此單片機的種類及型號很多，并且更新換代速度很快，但考慮到實際應用中許多地方并不需要性能很高的單片機，并且為了程序的兼容，各種類型的單片機差別并不是太大，并且幾種質量比較好的單片機成了市場的主流產品。本設計采用了應用廣泛的51系列單片機中ATMEL公司生產的51AT89C52，完成對報警信號處理并發出報警信號。AT89C52是一個低電壓，高性能的8位單片機。總的來說，單片機就是一個高級的電路，由于具有CPU，所以可以通過編寫程序去控制它工作，通過程序來指揮它，達到編程者預期的目的。用高級語言編寫的程序更加的直觀方便，使得單片機的功能大大提升，但單片機只能輸出高低的電平信號，所以，單片機必須與外部的硬件電路結合才能完成更多的目的功能。單片機要在程序的指令下才能工作，所以需要有存儲程序的工具，這就是單片機內部的存儲器的作用，AT89C52的內部存儲器可存儲256個字節的數據，如果內部存儲器不夠用，可用外部存儲器進行擴展。以前單片機的內部存儲器不能反復擦寫，一般在出廠前就用專門的機器把程序加載到存儲器內，單片機只能完成固定的任務。現在許多廠家專門設計出了方便學習的可反復擦寫的Flash只讀程序存儲器和256bytes的隨機存取數據存儲器(RAM)，可方便學習者隨時用電腦把自己寫的程序燒錄進單片機進行調試。AT89C52有40個引腳，32個外部雙向輸入/輸出(I/O)端口，有的端口做不同的用途，通過設置功能字來設定選用的功能。單片機有2個外部中斷端口，使單片機變得靈活多樣，對外部的控制更方便有效。其內部還有3個16位可編程定時/計數器，2個全雙工串行通信口，2個讀寫口線，這些功能都通過設置控制字來實現對其的控制，使用非常方便。下圖3.12為單片機的結構框圖。圖3.12單片機的結構框圖每個框圖都是由各種芯片和電路構成，各單元之間通過內部總線進行通信。圖3.13為單片機的引腳圖。圖3.13單片機的引腳圖單片機[8]的40個引腳大致可分為4類：(1)電源

(a)芯片電源VCC，接+5V；

(b)接地端VSS(GND)；(2)時鐘：XTAL1、XTAL2是晶體振蕩電路反相輸入端和輸出端。(3)控制線共有4根，第一是ALE/PROG:地址鎖存允許/片內EPROM編程脈沖，ALE的功能是用來鎖存P0口送出的低8位地址，PROG的功能是在EPROM編程期間，此引腳輸入編程脈沖；第二是PSEN:外ROM讀選通信號；第三是RST/VPD：復位/備用電源，RST是復位信號輸入端，VPD的功能是在Vcc掉電情況下，接備用電源；第四是EA/Vpp：內外ROM選擇/片內EPROM編程電源，EA功能是內外ROM選擇端，Vpp功能是在EPROM編程期間，施加編程電源Vpp。(4)輸入/輸出線80C51共有4個8位并行I/O端口：P0、P1、P2、P3口，共32個引腳。P3口還具有第二功能，用于特殊信號輸入輸出和控制信號。

3.3.2單片機在本設計中的應用本設計中應用到單片機的外部中斷、輸出口、復位電路、時鐘電路，現一一進行介紹。中斷是指當單片機在運行過程中，產生了中斷信號，AT89C52中共有五個中斷源，分別為：

INT0：外部中斷0，由P3.2端口線引入，低電平或下跳沿引起。

INT1：外部中斷1，由P3.3端口線引入，低電平或下跳沿引起。

T0：定時器/計數器0中斷，由T0計滿回零引起。

T1：定時器/計數器l中斷，由T1計滿回零引起。

TI/RI：串行I/O中斷，串行端口完成一幀字符發送/接收后引起。本設計采用外部中斷1。單片機允許中斷后，便終止了當前所執行的程序，并用堆棧對目前的程序及狀態進行記錄，以便于中斷結束后返回原程序繼續執行，然后便進入中斷程序，執行中斷里的程序，單片機事先規定了幾個特殊的地址，其中就有關于中斷的，既是中斷入口地址，中斷允許后便進入中斷入口地址。設置中斷需要設置單片機的中斷控制寄存器IE，設置各位為0或1，便可控制中斷的方式。下表3.2即為IE各位功能。表3.2中斷控制寄存器IEIEIEIEEAESET1EX1ET0EX0上表中各位表示的含義說明如下：EA：全局中斷允許位。EA=0，關閉全部中斷；EA=1，打開全局中斷控制，在此條件下，由各個中斷控制位確定相應中斷的打開或關閉。ES：串行I/O中斷允許位。ES=1，打開串行I/O中斷；ES=0，關閉串行I/O中斷。ETl：定時器/計數器1中斷允許位。ETl=1，打開T1中斷；ETl＝0，關閉T1中斷。EXl：外部中斷l中斷允許位。EXl=1，打開INT1；EXl=0，關閉INT1。ET0：定時器/計數器0中斷允許位。ET0=1，打開T0中斷；ET0=0，關閉T0中斷。EX0：外部中斷0中斷允許位。EX0=1，打開INT0，EX0=0，關閉INT0。本設計需要開中斷1所以可設置IE=84H。當紅外線被障礙物遮擋時，便產生中斷信號送入中斷輸入口INT1。P0、P1、P2、P3四個口可作為輸入輸出口使用，P0口做I/O口使用時外加上拉電阻，但本設計中用P0口接上拉電租驅動共陰數碼管顯示報警次數時，卻由于P0口電壓太低，不能驅動數碼管顯示數字。這四個口也都有其各自的特殊用途，但除P0口外，其它的電路結構都很相似，做I/O口時無需外加上拉電阻。本設計還利用到P3.1口作為聲光報警的驅動信號，當報警產生時，讓P3.0輸出脈沖波，驅動發光二極管的閃爍和蜂鳴器的報警。復位電路采用的是手動電平復位電路，當單片機的復位引腳維持兩個周期的高電平時，單片機將復位。在下圖3.14中。圖3.14單片機的復位電路當按下按鈕時，單片機的復位端將出現一個由100電阻和1K電阻分壓的電平，這個電平可維持兩個周期以上的，所以單片機就復位。在本設計中單片機的復位按鈕可以使報警器手動停止報警，并可把報警次數清零。單片機的工作都要在一定的時鐘信號控制下完成，單片機的時鐘電路可以為單片機提供時鐘信號，時鐘電路有兩種連接方式，一種稱為內部時鐘方式，另一種稱為外部時鐘方式。本設計采用內部時鐘方式。電路連接圖如下圖3.15所示。圖3.15單片機的時鐘電路時鐘電路中在引腳XTAL1和引腳XTAL2之間跨接一個12M的晶體振蕩器，再接入兩個微調電容，電容的作用是協調晶體振蕩器的頻率和幫助它起振。由于在XTAL2引腳上能輸出3V作用的正弦波，所以不需外加電源。時鐘電路中晶振的頻率決定著單片機的指令周期。單片機的引入使得紅外防盜報警器更加的智能化，并可減少大量的硬件電路。3.4聲光報警電路當單片機接收到報警信號后，經過內部處理，便輸出報警信號，為了能更加直觀方便的通知工作人員有入侵者進入，就需要報警電路，報警電路包括聲報警、光報警、數碼管顯示三個部分。3.4.1光報警電路發光二極管簡稱為LED，發光二極管由鎵(Ga)與砷(AS)、磷(P)的化合物制成，當電子與空穴復合時能發射出人眼可見的光線，因而可以用來制成發光二極管。發光二極管經常用在電路及儀器中作指示燈用。不同化合物制成的二極管能發出不同顏色的可見光，如磷砷化鎵二極管發紅光，磷化鎵二極管發綠光，碳化硅二極管發黃光，用戶可根據不同的應用需要選擇不同的發光二極管，報警時一般采用紅色的。發光二極管的特性與紅外發光二極管有很多相似之處，在此不詳細介紹。發光二極管也需要加限流電阻，以免被燒毀，限流電阻的計算公式與紅外發光二極管的限流電阻公式相同，本設計采用的連接電路方式為下圖3.16所示。圖3.16發光二極管電路3.4.2蜂鳴器電路蜂鳴器在市場上有兩種類型，一種是電壓型，一種是脈沖型，電壓型的只有對蜂鳴器送電它便會發出聲音，它的發聲頻率是固定的。脈沖型的必須加入脈沖才會發出聲音，并且它的發聲頻率是加入脈沖的頻率，本設計采用了脈沖型的蜂鳴器。下圖3.17為低電平驅動蜂鳴器的電路圖。圖3.17低電平驅動蜂鳴器電路圖中R7為限流電阻，以防止蜂鳴器被燒毀。R6為泄放電阻，目的是讓三極管從飽和到截止時提供一個泄放基極和發射極間的少數載流子的路徑，以加速切換，防止拖音。3.4.3七段LED數碼管數碼管用于顯示報警的次數，方便查看。數碼管一般分為共陽極和共陰極。本設計采用共陰極七段LED數碼管，將其對應引腳直接接到單片機的P0口和P2口，分別用于顯示個位和十位。下圖3.18分別為共陰極數碼管的引腳圖和原理圖。圖3.18共陰極數碼管的引腳圖和原理圖從圖中可以看出數碼管[9]的工作原理，引腳圖的兩個COM端連在一起，是公共端，共陰數碼管要將其接地，共陽數碼管將其接正5伏電源。一個八段數碼管稱為一位，多個數碼管并列在一起可構成多位數碼管，它們的段選線(即a,b,c,d,e,f,g,dp)連在一起，而各自的公共端稱為位選線。顯示時，都從段選線送入字符編碼，而選中哪個位選線，那個數碼管便會被點亮。數碼管的8段，對應一個字節的8位，a對應最低位，dp對應最高位。所以如果想讓數碼管顯示數字0，那么共陰數碼管的字符編碼為00111111，即0x3f；共陽數碼管的字符編碼為11000000，即0xc0。可以看出兩個編碼的各位正好相反。4軟件部分設計紅外防盜報警器的軟件設計主要是對單片機編寫程序，使單片機能在接收到入侵信號后發出報警信號。4.1程序總體設計圖4.1為主程序的工作流程圖，由圖可見，本課題的程序編寫并不是太復雜，主要功能就是等待中斷信號，發出報警信號。開開始循環程序循環程序NHNH/mH/mH/mH/mH/mH/mH/mH/mH/mH/mH/mH/mH/mH/mH/mH/m有入侵？H/mH/mH/mH/mH/mH/mH/mH/mH/mH/mH/mH/mH/mH/mH/mH/mYxYx=1x=1x=1x=1x=1x=1x=1x=1x=1x=1x=1x=1x=1x=1x=1x=1x=1x=1x=1x=1x=1x=1x=1x=1x=1x=1x=1x=1x=1x=1x=1x=1轉向報警程序轉向報警程序x=0.8x=0.8x=0.8x=0.8x=0.8x=0.8x=0.8x=0.8x=0.8x=0.8x=0.8x=0.8x=0.8x=0.8x=0.8x=0.8x=0.8x=0.8x=0.8x=0.8x=0.8x=0.8x=0.8x=0.8x=0.8x=0.8x=0.8x=0.8x=0.8x=0.8x=0.8x=0.8圖4.1主程序工作流程圖4.2程序的編寫本設計若采用匯編語言會比較繁瑣，故采用C語言進行編寫，主要思路是利用外部中斷采集入侵信號，主程序為無限循環，等待入侵信號產生的中斷，當中斷產生時，進入中斷子程序，利用P3.0端口交替輸出高低電平，利用延遲函數進行軟件延遲。中斷發出報警信號30s后，回到主程序，繼續等待下一次入侵信號。報警結束時，有數碼管顯示報警次數。C語言[10~15]是一種計算機程序設計語言。它既具有高級語言的特點，又具有匯編語言的特點。它可以作為工作系統設計語言，編寫系統應用程序，也可以作為應用程序設計語言，編寫不依賴計算機硬件的應用程序。它的應用范圍廣泛，具備很強的數據處理能力，不僅僅是在軟件開發上，而且各類科研都需要用到C語言，適于編寫系統軟件。是單片機以及嵌入式系統開發中的主流語言。C語言優點如下：(1)簡潔緊湊、靈活方便C語言一共只有32個關鍵字，9種控制語句，程序書寫形式自由，區分大小寫。把高級語言的基本結構和語句與低級語言的實用性結合起來。C語言可以像匯編語言一樣對位、字節和地址進行操作，而這三者是計算機最基本的工作單元。(2)運算符豐富C語言的運算符種類很多，包含了許多數學中的運算符。C語言中共有三十多種種運算符。C語言把括號、賦值等都作為運算符處理，從而使C語言的運算類型極其豐富，表達式類型多樣化。靈活運用C語言中豐富的運算符可以實現其它高級語言難以實現的功能。(3)數據類型豐富C語言的數據類型有：整型、實型、字符型、數組類型、指針類型、結構體類型、共用體類型等。能用來實現各種復雜的數據結構的運算。并引入了指針概念，使程序效率更高。(4)它是結構式語言結構式語言的顯著特點是代碼及數據的分隔化，即程序的各個部分除了必要的信息交流外彼此獨立。這種結構化方式可使程序層次清晰，便于使用、維護以及調試。C語言是以函數形式提供給用戶的，這些函數可方便的調用，并具有多種循環、條件語句控制程序流向，從而使程序完全結構化。(5)語法限制不太嚴格，程序設計自由度大C語言的語法非常靈活，思維邏輯非常人性化，可以最大程度的發揮人的想象力，允許編寫者有大的自由度。(6)允許直接訪問物理地址，對硬件進行操作由于C語言允許直接訪問物理地址，可以直接對硬件進行操作，因此它既具有高級語言的功能，又具有低級語言的許多功能，能夠像匯編語言一樣對位、字節和地址進行操作，而這三者是計算機最基本的工作單元，可用來寫系統軟件。(7)生成目標代碼質量高，程序執行效率高一般只比匯編程序生成的目標代碼效率低10~20%。(8)適用范圍大，可移植性好C語言有一個突出的優點就是適合于多種操作系統，一般流行的操作系統都可適用，由于C語言的廣泛應用各廠家生產的設備做了統一規定，C語言適用于各種機型，移植性很好。紅外防盜報警器的軟件設計所使用的C語言都是很簡單的語句，用主函數進行中斷的掃描，當中斷產生后進入中斷子函數，進行聲光報警，在子函數中又嵌套了延遲函數，產生頻率一定的脈沖，使發光二極管閃爍。5實物制作與調試實物的制作過程就是理論轉化為實踐的過程，主要分為兩步：實物的電路圖搭建與電路的調試。5.1電路的搭建由于條件限制及考慮到電路比較簡單本設計采用面包板來搭建。首先，選擇一塊大小合適的面包板，復習面包板的連線規律與技巧。然后開始挑選購買實物，先統計好各類元件的種類及所需數目，然后選定其型號。所需主要元件表如下表5.1所示。表5.1實物元件表元件名稱元件型號數量555集成定時器NE555P1紅外發射對管2紅外接收探頭3521晶振12Mhz1蜂鳴器SEAL1發光二極管1八段LED數碼顯示管共陰2按鈕1電容103、30各2個滑動變阻器1K3單片機AT89C521比較器LM3231反相器HLF10081電阻3.3K2電阻1K12電阻10K2購買好所需元件后，先在面包板上以主要元件布局，然后按照電路圖進行搭建電路。所搭建的電路圖如下圖5.1所示。圖5.1紅外防盜報警器的實物電路圖5.2電路的調試電路的調試是至關重要的，可以進一步驗證設計的正確性。在電路的調試中，由于面包板與導線接觸不良經常產生故障，所以要注意運用萬能表檢測電路故障。在用示波器調試38kHz脈沖信號進行調試時，一邊觀察示波器上的波形，一邊輪流調節兩個滑動變阻器。紅外發射管應與接收管對齊，不然便不能準確的檢測入侵信號，并會引起誤報警。用接收頭接收時，由于它只接收38kHz左右的紅外信號，所以可以防止外界光線的干擾，適合用在防范距離短的地方。用接收二極管接收時，要外加處理電路，外界光線的干擾會引起誤報警，需要加外罩，防止外界的干擾。經過調試，電路完成了所要求的功能。當紅外對管之間有障礙物經過時，發光二極管閃爍，蜂鳴器發出報警，報警時間可由程序中的延遲函數來調節，報警結束后由數碼管顯示報警次數，報警中也可通過復位鍵停止報警，使數碼管清零。6總結在制作紅外防盜報警器的過程中我學到了很多知識。拿到課題后，我先利用網絡和圖書館進行了相關資料的搜集，了解了紅外線防盜報警器的歷史及相關信息。然后選定了制作被動式紅外防盜報警器。在制作報警器過程中，首先確定了其各個功能模塊，然后對每一部分進行電路設計，設計好后，利用軟件進行模擬仿真，論證其理論的正確性，最后購買元件，在面包板上搭建實物。在實物制作過程中遇到了很多問題，通過老師的指導，找出了很多理論與實踐相矛盾的地方，進行了改正。本設計只是在面包板上進行了理論驗證，在具體安裝被動式紅外防盜報警器時，要注意把紅外對管放置在恰當的高度，以仿真動物等經過時引起的誤報警。若安防要求很高，則應該多設計幾束紅外線，提高防盜系統的檢測范圍和可靠性。通過這次畢業設計體會到了理論與實踐相結合的重要意義，在設計中，運用到了許多基本理論課程中的相關知識，更深刻的體會到了大學教育的重要性、基礎性，為以后的工作學習奠定了基礎。結束語紅外線技術的發展越來越成熟，單片機及通信功能也得到了大大的應用，紅外防盜報警器必然會越來越智能化、人性化，可更加方便可靠的幫助人們完成監視的任務。隨著社會經濟的不斷發展，越來越多的場合需要提高安防級別，紅外防盜報警器必將會滿足這些場所的要求，其應用市場會越來越廣闊。紅外防盜報警器會約束盜賊的違法行為，同時盜賊也必會采用干擾措施逃脫紅外線的監控，所以必須深入實際，不斷研發更加隱蔽防干擾的措施，使紅外防盜報警器不斷更新換代，讓人們用的更放心。本課題采用紅外接收探頭接收紅外線，使系統更加的可靠，監視范圍也大大調高，系統靈敏度也上升到一個高的層次。單片機的引入使紅外防盜報警器具備了向智能化方向發展的基礎，可以利用單片機的各種優秀的處理功能使紅外防盜報警器具有更多的功能，比如可以將很多監控地點通過單片機的通信系統集中管理，也可實現無線通信等功能。

致謝首先要感謝指導我畢業設計的張文老師對我的細心指導，在張文老師的精心指導下我得以順利完成了畢業設計的各個步驟。畢業設計每個階段都有每個階段的任務，每個任務都有具體要求，經過老師對每個任務的審閱，提出建議和要求，然后由我進行修正，才得以完成整個畢業設計課題。在這期間我感受到了張文老師認真嚴謹的態度，豐富的理論知識和實踐經驗。在張文老師耐心的指導下，我首先對畢業設計的課題進行了資料收集，然后確定了每個模塊的實施方案，在軟件上進行仿真后，得以做出實物。老師的指導給我明確了研究的方向，給了我很大的幫助。同時張文老師每周都要我進行匯報畢業設計的進展情況，并指出方案的缺點，提出意見，這樣使得我在順利完成畢業設計的同時學到了許多相關知識。同時也要感謝夏翔老師，作為本專業負責人，他無時不在關心我們畢業設計中所遇到的問題，對我們做出嚴格的要求，期待我們更大的進步。畢業之際，在此也感謝班主任李宇老師在學習與生活中給予的幫助與支持。感謝李宇老師在設計中的指導。在四年的學習生活中，在老師們的耐心指導與熏陶下，我從一個乳臭未干的高中畢業生，漸漸成長，從老師那學得了很多專業知識，學會了如何以誠待人，也要向老師們那樣努力認真對待自己的工作。在這大學的四年里，正是由這么多優秀、認真、負責老師們的認真教導，我才有信心踏入社會的門檻。感謝我的母校——南京理工大學泰州科技學院，對于陪伴了我四年的師友，對于生活了四年的校園，我充滿了不舍。我會牢記老師們的教誨，謝謝你們給我的幫助與關懷，謝謝你們給了我一個美好的大學生活。并對審閱本文的老師表示誠摯的感謝。參考文獻[1]沈尚賢.電子技術導論[M].北京：高等教育出版社,1985.第一版.[2]蘇長贊.紅外線與超聲波遙控[M].北京：人民郵電出版社，2001.[3]郝蕓.傳感器原理與應用[M].北京：電子工業出版社，2006.[4]元增民.單片機原理及應用[M].長沙：國防科學大學出版社，2006.[5]劉仁宇.單片微型計算機原理及應用[M].西安：西安電子科技大學出版，2005.[6]馬忠梅.單片機外圍電路設計[M].北京：北京航空航天大學出版社，2005.[7]李全利.單片機原理及接口技術[M].北京：北京航空航天大學出版社，2004.[8]王慶友.光電傳感器應用技術[M].北京：機械工業出版社，2007.[9]王明時.現代傳感技術[M].北京：電子工業出版社，1997.[10]中國自動化網.單片機技術應用[J].2003，5(13)：13～27.[11]王兆安，黃俊.電力電子技術[M].4版.北京：機械工業出版社，2000.[12]胡海編.單片機原理與應用[M].機械工業出版社，2004.[13]黃繼昌.傳感器工作原理及應用實例[M].人民郵電出版社，1998.[14]張慶雙.報警器、警示器應用電路集粹[M].機械工業出版社，2005.[15]羅自維.傳感器應用[M].電子工業出版社，1992.[16]顧德仁，萬棟義.脈沖與數字電路[M].北京:高等教育出版社，1986.第二版.附錄A整體仿真電路圖附錄B聲光報警程序#include<reg51.h>charcodetable[0]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x83,0xf8,0x80,0x98,};//顯示數值表0-9sbitLED=P3^0;//定義P3.0為輸出報警信號#defineseg2P0//定義P0口顯示十位#defineseg1P2//定義P1口顯示個位voidDelay(unsignedintt);//聲明延遲函數intt=0;//定義全局變量t，以記錄報警次數voidmain()//主程序開始{ IE=0x84;//開外部中斷1while(1)//死循環{if(t<10)seg1=table[t];//如果報警次數小于10，則直接輸出到個位else{seg1=table[t%10];//如果報警次數大于10，則用t除以10取余數送個位，t除以10的商送十位顯示seg2=table[t/10];}}}voidInt(void)interrupt2//中斷函數{inti,j=0;t++;//進入中斷，說明有入侵，則t加1for(i=60;i>=0;i--)//定義聲光報警30s{LED=0;//P3.0輸出低電平Delay(500);//調用Delay函數，延遲0.25sLED=1;//P3.0輸出高電平Delay(500);}}voidDelay(unsignedintx)//定義延遲函數，約延遲x*0.5ms{inti,j;for(i=0;i<x;i++)for(j=0;j<60;j++);}目錄TOC\o"1-3"\u第一章總論 1一、項目提要 1二、可行性研究報告編制依據 2三、綜合評價和論證結論 3四、存在問題與建議 4第二章項目背景及必要性 5一、項目建設背景 PAGER