电动车无线防盗报警器设计.doc

金金 华华 职职 业业 技技 术术 学学 院院 jinhuajinhua collegecollege ofof vocationvocation andand technologytechnology 毕业教学环节成果毕业教学环节成果 （20 届） 题 目 电动车无线防盗报警器设计 学 院 信息工程学院 专 业 电气自动化 班 级 112 学 号 201134010350223 姓 名 指导教师 2010 年 月 日 金华职业技术学院毕业教学成果金华职业技术学院毕业教学成果 目目 录录 1 1 绪绪论论3 3 1.1 电动车无线防盗报警器研究背景.3 1.2 电动车无线防盗报警器的研究现状.3 1.3 电动车无线防盗报警器的研究要求.4 1.4 电动车无线防盗报警器的研究意义 4 摘要摘要11 英文摘要英文摘要1 引言引言 22 2 单片微机电动车防盗报警系统设计与实现的接收基础单片微机电动车防盗报警系统设计与实现的接收基础3 3 2 单片机的简单介绍4 2.3 单片机的串口通信.7 总体方案选择 3 1.1 控制方式3 1.1.1 控制逻辑3 1.1.2 控制速度3 1.2 控制方式3 3 无线收发模块设计无线收发模块设计1111 3.1 lr-t15ctm4-s 红外接收远程控制系统模块介绍11 3.1.1 主要特性.11 3.1.2 工作原理方框图.12 3.1.3 外部应用电路.13 3.1.4 光电特性.14 3.1.5 外部特征.15 3.2 无线收发模块设计.16 2 2硬件设计硬件设计 3 3软件设计软件设计 4 4调试调试 结论与谢辞5 参考文献 6 附件 1 程序清单7 附件 2硬件电路图7 附件 3（按实际附件内容罗列）（按实际附件内容罗列）* 1 电动车无线防盗报警器设计电动车无线防盗报警器设计 信息工程学院应用电气自动化专业信息工程学院应用电气自动化专业 柳庆飞柳庆飞 摘要摘要: : 本论文课题是开发设计一款基于单片机的电动自行车无线防盗报警器。通 过市场调研和查阅相关资料，论证了本设计的必要性和可行性。文中主要论述了该无 线防盗报警器各个模块的详细设计过程。设计从总体方案的设计入手，对无线收发模 块、信号触发模块、报警电路模块等进行了相关的分析、选择及最终方案的确定；使 用 protel 软件绘制出该设计的最终方案的电路图，通过 protel 电路图清晰地表达出 该设计各个工作模块电器元件的连接情况，并通过 protel 电路图生成 pcb 图，为 pcb 电路板的焊接奠定基础，根据 protel 电路图连接电路并进行硬件调试；使用 pro|e 软 件对产品的外观进行了设计。 本设计用单片机作为控制单元，弹簧开关作信号触发，远距离无线收发模块作信 号传输，扬声器（或蜂鸣器）作报警装置。当单片机收到无线收发模块发出的预警信 号后，进入预警状态，并当弹簧开关在收到外界振动影响后，接通电路,以使报警器报 警，以此来威慑犯罪分子，达到保护电动自行车的目的。 本课题开发设计的电动车无线防盗报警器体积小、结构紧凑、技术先进、成本低、 生产率高、实用性强，适用于千千万万电动车使用者。 关键词关键词 单片机；无线收发模块；弹簧开关；防盗报警器；扬声器 design of based on (major of applied electronic technology,information and engineering college, jinhua college of vocation and technology, li yong-bo) abstract: this thesis focuses on the development and design of the electric bicycle scm of wireless anti-theft alarm based on monolithic integrated circuit. through market research and access to relevant information, demonstrated the necessity and feasibility of the design . in the major expositions of the wireless anti-theft alarm for the detailed design of each module process . design from starting with the design of the overall plan, carrying out the relevant analysis about the radio transceiver modules, signal trigger module, alarm circuit module , selection and exterminating the final package; protel software is used to map out the final design of the circuit, through the protel clearly show the work of various electrical components connecting module, and generate pcb by protel circuit plans, lay the foundation 2 for welding the pcb circuit boards , according to the protel circuit ,connecting circuits and hardware debug; products appearance was designed by using the pro | e software . the design is used as a control unit scm, spring switch to trigger signal, wireless transceiver modules for long-distance signal transmission, speakers (or buzzer) for the alarm device. when the wireless transceiver module scm received a warning signal, go into the early warning status , and when the spring switch vibration impact of the receipt of the outside world, connected to circuit , to enable the alarm warning, in order to deter crime elements, to realize the purpose of protecting electric bicycles. the topic of electric vehicle development and design wireless anti-theft alarm system are small, compact, technologically advanced, low cost, high productivity, practical, applied to millions of users of electric vehicles. keywords scm wireless transceiver module spring switch anti-theft alarm system loudspeakers 3 引言引言 随着科学技术的迅猛发展，人民生活水平的不断提高，电动车已经进入人们的生 活，并进一步改善了人们的出行方便。电动车以电为能源，无废气排放，噪音小，不 污染环境，且骑行省力，经济适用，通用性广，上牌手续方便，政府也大力支持。目 前摩托车，燃油助力车因污染环境而受到限制。国家出台燃油含税政策，又给电动车 带来了福音，因此电动车成为工薪阶层的最佳选择，也受到越来越多人青睐。然而就 在电动车进入千家万户的同时，其失盗率也连连攀升，给使用者带来了很大的经济损 失，为解决广大电动车使用者的后顾之忧，现设计一套基于单片机的关于电动车用无 线防盗报警器的方案，给广大使用者装上一把“安心锁” 。 4 2.22.2 单片机的简单介绍单片机的简单介绍 单片机是一种集成电路芯片，采用超大规模技术把具有数据处理能力(如算术运算， 逻辑运算、数据传送、中断处理)的微处理器(cpu)，随机存取数据存储器(ram)，只读 程序存储器(rom)，输入输出电路(i/o 口)，可能还包括定时计数器，串行通信口(sci)， 显示驱动电路(lcd 或 led 驱动电路)，脉宽调制电路(pwm)，模拟多路转换器及 a/d 转 换器等电路集成到一块单块芯片上，构成一个最小然而完善的计算机系统。这些电路 能在软件的控制下准确、迅速、高效地完成程序设计者事先规定的任务。 8051 单片机原理图如图 1 所示 图 1 8051 单片机原理图 由此来看，单片机有着微处理器所不具备的功能，它可单独地完成现代工业控制 所要求的智能化控制功能，这是单片机最大的特征。 然而单片机又不同于单板机，芯片在没有开发前，它只是具备功能极强的超大规 模集成电路，如果赋予它特定的程序，它便是一个最小的、完整的微型计算机控制系 统，它与单板机或个人电脑(pc 机)有着本质的区别，单片机的应用属于芯片级应用， 需要用户了解单片机芯片的结构和指令系统以及其它集成电路应用技术和系统设计所 需要的理论和技术，用这样特定的芯片设计应用程序，从而使该芯片具备特定的功能。 5 不同的单片机有着不同的硬件特征和软件特征，即它们的技术特征均不尽相同， 硬件特征取决于单片机芯片的内部结构，用户要使用某种单片机，必须了解该型产品 是否满足需要的功能和应用系统所要求的特性指标。这里的技术特征包括功能特性、 控制特性和电气特性等等，这些信息需要从生产厂商的技术手册中得到。软件特征是 指指令系统特性和开发支持环境，指令特性即我们熟悉的单片机的寻址方式，数据处 理和逻辑处理方式，输入输出特性及对电源的要求等等。开发支持的环境包括指令的 兼容及可移植性，支持软件(包含可支持开发应用程序的软件资源)及硬件资源。要利 用某型号单片机开发自己的应用系统，掌握其结构特征和技术特征是必须的。 单片机控制系统能够取代以前利用复杂电子线路或数字电路构成的控制系统，可 以软件控制来实现，并能够实现智能化，现在单片机控制范畴无所不在，例如通信产 品、家用电器、智能仪器仪表、过程控制和专用控制装置等等，单片机的应用领域越 来越广泛。 从最初的单片机发展到如今的新一代单片机，大致经历了三个年代。如以 intel 8 位 单片机为例，这三个年代划分大致是: 第一代:以 1976 年推出的 mcs - 48 系列为代表。其主要的技术特征是将 cpu 和计 算机外围电路集成到一个芯片上，使单片机与通用 cpu 分道扬镰、构成新型工业微控 制器，为单片机的进一步发展开辟了成功之路。 第二代:以 mcs 一 51 的 8051. 8052 为代表。mcs 一 51 系列 8 位高档单片机是在总 结 mcs -48 系列单片机的基础上，于 80 年代初推出的新产品。其主要的技术特征是: 扩大了片内存储容量、外部寻址空间:程序存储器和外部数据存储器的寻址都增加 为 64ko 4k x brom 作为内部程序存储器，用来存放系统程序、用户的专用程序和固定 常数。 这一代单片机主要的技术特征是为单片机配置了完善的外部并行总线(ab,db,cb) 和具有多机识别功能的串行通讯接口(uart)，规范了功能单元的特殊功能寄存器(sfr) 控制模式及适应控制器特点的布尔处理系统和指令系统，为发展具有良好兼容性的新 一代单片机奠定了良好的基础。 但是，无论是第一代还是第二代单片机都还未突破单片微机的内涵。 第三代:以 80051 系列为代表。它包括了 intel 公司发展 mcs-51 系列的新一代产 品，如 8x0152, 80c51fa/fb,80c51ga/gb,8xc451,8xc452，还包括了飞利浦、西门子、 6 adm、富士通、oki, atmel 等公司以 80051 为核心推出的大量各具特色、与 mcs 一 51 兼容的单片机。 80c51 系列单片机是在 mcs 一 51 的 hmos 基础上发展起来的，它们具有 chmos 结构。 它保留了 mcs - 51 单片机的所有特性，内部组成基本相同。 80c51 系列单片机增设了两种可以用软件进行选择的低功耗工作方式:空闲方式和 掉电方式。87051 单片机是 80051 含 eprom 的产品，89051 单片机是 80051 含 ezprom 的产品。这种单片机有两级或三级程序存储器保密系统，用于保护 eprom 或其中的程 序，以防止非法拷贝。另外，87051 单片机还可用智能编程法进行编程。可使每个字节 的编程时间由 50m。减少到 4ms，速度快，效率高。 新一代 80051 系列单片机除了上述的结构特性外，其最主要技术特点是向外部接 口电路扩展，以实现微控制器完善的控制功能为己任。如:为单片机配置了芯片间的串 行总线，为单片机应用系统设计提供了更加灵活的方式。飞利浦公司还为 80051 系列 8x0592 单片机引入了具有较强功能的设备间网络系统总线can(controller area networkbus )等，这一系列的单片机为外部提供了相当完善的总线结构，为系统的扩 展与配置打下了良好的基础。 8051 系列产品中增加了一些外部接口功能单元如 a/d,pwm;pca(可编程计数器阵列)、 wdt(监视定时器)、高速 i/0 口、计数器的捕获/比较逻辑等。 此外，由于 soc51 系列采用了 cmos 技术制造而成，较之 mcs 一 51 系列集成度高、 速度快、功耗低。 虽然，现在 mcs 一 51 仍不失为单片机中的主流机型，国内仍以 intel 的 mcs 一 51 系列单片机应用最广。但是，由于 80051 系列所具有的一系列特点，其获得广泛使用 将是指日可待的。 诚然，单片机的应用意义远不限于它的应用范畴或由此带来的经济效益，更重要的 是它已从根本上改变了传统的控制方法和设计思想。是控制技术的一次革命，是一座 重要的里程碑。 2.3 单片机的串口通信 接口种类繁多，从传统的通用外围电路、rs-232、rs-422/485、modem 到现在的 usb、ieee 1394、internet 网络芯片等，它们在不同的领域得到了广泛的应用。 数字信号的传输随着距离的增加和信号传输速率的提高，在传输线上的反射、串扰、 7 衰减和共地噪声等影响将引起信号的畸变，从而限制了通信距离。普通的 ttl 电路， 由于驱动能力差，输入电阻小，灵敏度不高以及抗干扰能力差，因而信号传输的距离 短。借助接口电路，可以进行较长距离的数据传输。 通信接口（interface）按电气标准及协议来分包括 rs-232、rs-422、rs485、usb 等。 rs-232、rs-422 与 rs-485 标准只对接口的电气特性做出规定，不涉及接插件、 电缆或协议。usb 是近几年发展起来的新型接口标准，主要应用于高速数据传输领域。 modem 芯片通常配合串行口实现数字信号与模拟信号之间的相互转换，从而可以利 用电话线或电力线进行远程通信。 单片机与 pc 机串口通信原理图如图 2 所示 图 2 单片机与 pc 机串口通信原理图 目前 rs-232 是 pc 机与通信工业中应用最广泛的一种串行接口。rs-232 被定义为一种 在低速率串行通讯中增加通讯距离的单端标准。rs-232 采取不平衡传输方式，即所谓 单端通讯。 收、发端的数据信号是相对于信号地，如从 dte 设备发出的数据在使用 db25 连接 器时是 2 脚相对 7 脚（信号地）的电平，db25 各引脚定义参见图 1。典型的 rs-232 信 号在正负电平之间摆动，在发送数据时，发送端驱动器输出正电平在+5+15v，负电 平在-5-15v 电平。当无数据传输时，线上为 ttl，从开始传送数据到结束，线上电 平从 ttl 电平到 rs-232 电平再返回 ttl 电平。接收器典型的工作电平在+3+12v 与- 3-12v。由于发送电平与接收电平的差仅为 2v 至 3v 左右，所以其共模抑制能力差， 再加上双绞线上的分布电容，其传送距离最大为约 15 米，最高速率为 20kb/s。rs-232 是为点对点（即只用一对收、发设备）通讯而设计的，其驱动器负载为 37k。所以 8 rs-232 适合本地设备之间的通信。其有关电气参数参见表 1。 规定rs232rs422r485 工作方式单端差分差分 节点数1 收、1 发1 发 10 收1 发 32 收 最大传输电缆长 度 50 英尺400 英尺400 英尺 最大传输功率20kb/s10mb/s10mb/s 最大驱动输出电 压 +/-25v-0.25v+6v-7v+12v 驱动器输 出 信号电 （负载最 小值 0 负 载 +/-5v+-15v+/-2.0v+/-1.5v 驱动器输 出 信号电平 （ 空载最大 值） 空 载 +/-25v+/-6v+/-6v 驱动器负载阻抗 ()3k7k10054 摆率（最大值）30v/usn/an/a 接收器输出电压 范围 +/-15v-10v+10v-7v+12v 接收器输出门限+/-3v+/-200mv+/-200mv 接收器输入电阻 ()3k7k 4k（最小）12v 驱动器共模电压-3v+3v-1v+3v 接收器共模电压-7v+7v -7v+12v 9 表 1 rs-232、rs-422 与 rs-485 都是串行数据接口标准，最初都是由电子工业协会 （eia）制订并发布的，rs-232 在 1962 年发布，命名为 eia-232-e，作为工业标准， 以保证不同厂家产品之间的兼容。rs-422 由 rs-232 发展而来，它是为弥补 rs-232 之 目前 rs-232 是 pc 机与通信工业中应用最广泛的一种串行接口。rs-232 被定义为 一种在低速率串行通讯中增加通讯距离的单端标准。rs-232 采取不平衡传输方式，即 所谓单端通讯。 收、发端的数据信号是相对于信号地，如从 dte 设备发出的数据在使用 db25 连接 器时是 2 脚相对 7 脚（信号地）的电平。典型的 rs-232 信号在正负电平之间摆动，在 发送数据时，发送端驱动器输出正电平在+5+15v，负电平在-5-15v 电平。当无数 据传输时，线上为 ttl，从开始传送数据到结束，线上电平从 ttl 电平到 rs-232 电平 再返回 ttl 电平。接收器典型的工作电平在+3+12v 与-3-12v。由于发送电平与接 收电平的差仅为 2v 至 3v 左右，所以其共模抑制能力差，再加上双绞线上的分布电容， 其传送距离最大为约 15 米，最高速率为 20kb/s。rs-232 是为点对点（即只用一对收、 发设备）通讯而设计的，其驱动器负载为 37k。所以 rs-232 适合本地设备之间的 通信。 10 2 总体方案设计 电动车无线防盗报警器的总体方案设计是根据其功能和设计要求，从全局的角度， 以系统的观点而进行整体方面的设计，主要包括无线收发模块设计，信号触发模块设 计和报警电路模块设计等内容。 2.1 框架结构体系设计 本设计主要依据下列框架结构(如图 2-1)进行设计。 图 2-1 总体框架结构体系 其中单片机作为控制单元模块，弹簧开关作信号触发模块，采用远距离无线收发 装置作无线收发模块，扬声器（或蜂鸣器）作报警电路模块。当单片机收到无线收发 模块发出的预警信号后，进入预警状态，并让弹簧开关在收到外界振动影响后，接通 电路使报警器报警，以此来威慑犯罪分子，达到保护电动自行车的目的。 2.2 各功能模块方案设计 本设计各功能模块主要包括无线收发模块，信号触发模块和报警电路模块等，下 面将分模块讨论各个模块拟采用方案和最终方案的确定。 2.2.1 无线收发模块 2.2.1.1 hf-15/hj-15hf-15/hj-15 红外收发组件 普通红外遥控器作用距离一般为 10m 左右，且方向性很强。而由 hf-15/hj-15 构 成的红外遥控发射/接收电路（见图 2-2）作用距离可达 25m，其对射夹角大于 15， 且外接电路简单，安装方便。 hf-15 为红外遥控发射组件，其工作电压 412v，典型值 9v；工作频率 3250khz 可调，由第 1、2 脚之间所接的电位器来调节发射电路的载波频率，一般选 40khz。 hj-15 内部设有前置放大电路、整形电路和滤波电路，放大器放大倍数可达 2.5 万 倍。如果需要加大遥控距离，可在红外发射或接收管的前面加只带凸镜聚光片的聚光 筒，但此时应注意调整好焦距，否则无效果。 8051 单片机单片机 无线接收模块无线接收模块无线发送模块无线发送模块 报警电路模块报警电路模块 信号触发模块信号触发模块 11 图 2-2 hf-15/hj-15 红外收发应用电路图 当红外遥控发射电路的 sk 开关闭合时，通过 hf-15 装置的 5、6 脚将 hf-15 装置 启动，再经 hf-15 装置的 1、2 脚之间所接的电位器调节发射电路的载波频率，载波频 率的大小直接影响传输距离。电位器调节的数值越大发射电路的载波频率就越小，其 传输距离也就越短；电位器调节的数值越小发射电路的载波频率就越大，其传输距离 就越长，因为频率低衰减小，频率高衰减大。当载波频率确定后 hf-15 装置的 3、4 脚 所接的型号为 ph303 的发光二极管，将给红外遥控接收电路型号为 ph303 的二极管一 个脉冲，hj-15 通过内部的前置放大电路、整形电路和滤波电路对接收到的脉冲信号进 行分析，当是其识别的波形时就启动该电路，完成红外收发的工作。 hf-15/hj-15 红外收发装置的传输距离和安全性的确可以满足本设计的需要，但是 其体积比较大，价格也远远超出了市场上现在所出售的整套电动车无线防盗报警器的 价格，从产品的性价比考虑，不予采纳。 2.2.1.2 lr-t15ctm4-slr-t15ctm4-s 红外接收远程控制系统模块 lr-t15ctm4-s 系列是红外遥控接收模块。该模块的最大优点就是即使在很弱的光 源下也能可靠运行、并保护、防止受到其他输出脉冲的干扰。 lr-t15ctm4-s 系列所需的供电电压在 2.4v6.5v 之间，与本设计所构想的 5v 供 电电压很吻合；而其低电流消耗是 hf-15/hj-15 红外收发组件不可比拟的；其输出信 号为 4.5v 高电压正好能被本设计中采用的 at89c51 单片机所识别。 lr-t15ctm4-s 系列与无线发送装置的有效作用距离为 28 米，相对 hf-15/hj-15 红 外收发组件有了相当大的改观，其最大优点就是即使在很弱的光源下也能可靠运行、 并能有效防止受到其他输出脉冲的干扰。 本设计就是想找到这样的红外无线收发模块：体积小、重量轻，5v 供电电压， 4.5v 高电平输出，低电流消耗；作用距离长，能适用恶劣环境，而不至于受到其他输 出脉冲的干扰。因此欲采用 lr-t15ctm4-s 红外接收远程控制系统模块为本设计的无线 收发模块。该模块将在第 3 章中详细介绍。 2.2.2 信号触发模块 12 2.2.2.1 水银开关 水银开关（见图 2-3），又称倾侧开关，是电路开关的一种，用一个接着电极的小 巧容器储存着一小滴水银，容器中多数注入惰性气体或为真空。因为重力的关系，水 银水珠会随容器中较低的地方流去，如果同时接触到两个电极的话，开关便会将电路 闭合，开启开关。 图 2-3 水银开关 容器的形状亦会影响水银水珠接触电极的条件，例如邮包炸弹使用的会是倒 v 字 型的，令收件人在不知情的情况下倾侧邮包，闭合电路、制动爆炸，但送件人（或邮 包携带者）则不会。 水银开关的原理很简单，在普通固定电路中均可用于信号触发，但在本设计中， 电动车无线防盗报警器不可能完全保持水平状态；并且水银对人体及环境均有毒害， 不适合在本设计中采用。 2.2.2.2 振动传感器 振动传感器在测试技术中是关键部件之一，它的作用主要是将机械量接收下来， 并转换为与之成比例的电量。由于它也是一种机电转换装置。所以我们有时也称它为 换能器、拾振器等。振动传感器目前广泛应用的报警检测传感器，它内部用压电陶瓷 片加弹簧重锤结构检测振动信号，并通过 lm358 等运放器放大并输出控制信号。当检 测到振动大于一定幅度时，动作指示灯点亮，并发出报警，振动检测的灵敏度可以通 过灵敏度调节旋钮调节，顺时针灵敏度增加，逆时针灵敏度降低。 振动传感器并不是直接将原始要测的机械量转变为电量，而是将原始要测的机械 量作为振动传感器的输入量 mi，然后由机械接收部分加以接收，形成另一个适合于变 换的机械量 mt，最后由机电变换部分再将 mt 变换为电量 e，如图 2-4 所示。因此一个 传感器的工作性能是由机械接收部分和机电变换部分的工作性能来决定的。振动传感 器具有成本低、灵敏度高、工作稳定可靠，振动检测可调节范围大的优点，器件的内 部均含有专用的控制芯片,应用非常方便,可直接带动小功率负载,用一只三极管进行电 流放大后,即可驱动继电器或报警被大量应用到汽车、摩托车、电动车的防盗系统上， 目前 80的车辆报警器都用这类传感器。 13 图 2-4 振动传感器 mi mt e 振动传感器的性能特点符合本设计的需要，但在元件采购的过程中发现徐州电子 市场找不到振动传感器的销售，给本设计的实物制作造成了困难。因此将在第 4 章音 乐集成电路报警模块设计中对信号触发模块的设计做详细介绍。 2.2.3 报警电路模块 2.2.3.1 蜂鸣器 蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于计算机、 打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中 作发声器件。蜂鸣器主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种，在电路中用字母 “h”或“ha” （旧标准用“fm” 、 “lb” 、 “jd”等）表示。 （1）压电式蜂鸣器 压电式蜂鸣器主要由多谐振荡器、压电蜂鸣片、阻抗匹配器及共鸣箱、外壳等组 成。有的压电式蜂鸣器外壳上还装有发光二极管。多谐振荡器由晶体管或集成电路构 成。当接通电源后（1.515v 直流工作电压）,多谐振荡器起振,输出 1.52.5khz 的音频 信号，阻抗匹配器推动压电蜂鸣片发声。 压电蜂鸣片由锆钛酸铅或铌镁酸铅压电陶瓷材料制成。在陶瓷片的两面镀上银电 极，经极化和老化处理后，再与黄铜片或不锈钢片粘在一起。 （2）电磁式蜂鸣器 电磁式蜂鸣器由振荡器、电磁线圈、磁铁、振动膜片及外壳等组成。接通电源后， 振荡器产生的音频信号电流通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场。振动膜片在电磁线 圈和磁铁的相互作用下，周期性地振动发声。 （3）自制简易蜂鸣器电路 目前蜂鸣器被广泛应用与多种控制装置和家用电器的特定功能指示。笔者在做本 设计的时候发现了一种简易蜂鸣器电路12，现介绍给大家（如图 2-5） 。 机电 变换 部分 机械 接受 部分 14 图 2-5 简易蜂鸣器电路 基本电路如上图所示，由 r1r4、c1、c2 和 q1、q2 组成自激多谐振荡器电路， 产生的音频振荡信号经 q3 放大、驱动压电陶瓷片发出响亮的蜂鸣声。电路的振荡频率 见式（2.1） 。 f= 式 2 1 312 crcr （2.1） 改变其元件的参数，就可以得到自己满意的声调。压电陶瓷片为该电路的发声部 件，其质量好坏直接影响发声音量的大小，选用时还要注意其工作电压。在制作时， 最好选用带有助声腔的蜂鸣器。图中电感 l 可用线圈完好的废旧 6v12v 直流继电器 绕组代替，也可用废旧录音机磁头和晶体管收音机中音频变压器绕组代替。按图中所 示数值，本电路可在 3v15v 直流电压范围内正常工作，其最大工作电流为 45ma。若 加大工作电压，须将 q3 换成耐压和电流值较大的三极管。 2.2.3.2 扬声器 扬声器是一种把电信号转变为声信号的换能器件，扬声器的性能优劣对音质的高 低影响很大。扬声器的种类很多，按其换能原理可分为电动式（即动圈式） 、静电式 （即电容式） 、电磁式（即舌簧式） 、压电式（即晶体式）等几种；按其频率范围可分 为低音扬声器、中音扬声器、高音扬声器。 电动式扬声器的结构和工作原理 电动式扬声器应用最广泛，它又分为纸盆式、号筒式3和球顶形三种。而前两种 应用比较广泛，因此这里只介绍前两种。 （1）纸盆式扬声器 纸盆式扬声器其结构如图 2-6 所示。它由三部分组成：振动系统，包括锥形纸 盆、音圈和定位支片等；磁路系统，包括永久磁铁、导磁板和场心柱等；辅助系 15 统，包括盆架、接线板、压边和防尘罩等。当处于磁场中的音圈有音频电流通过时， 就产生随音频电流变化的磁场，这一磁场和永久磁铁的磁场发生相互作用，使音圈沿 着轴向振动，由于扬声器结构简单、低音丰满、音质柔和、频带宽，但效率较低。 （2）号筒式扬声器 号筒式扬声器其结构如图 2-7 所示，它由振动系统（高音头）和号筒两部分构成。 振动系统与纸盆扬声器相似，不同的是它的振膜不是纸盆，而是一球顶形膜片。振膜 的振动通过号筒（经过两次反射）向空气中辐射声波。它的频率高、音量大，常用于 室外及广场扩声。 16 3 无线收发模块设计 lr-t15ctm4-s 系列是红外遥控接收模块。它已转移成型、体积小、重量轻和低电 流消耗。该模块的最大优点就是即使在很弱的光源下也能可靠运行、并保护、防止不 受控制的输出脉冲的干扰。 3.1 lr-t15ctm4-s 红外接收远程控制系统模块介绍 本小节将详细介绍 lr-t15ctm4-s 红外遥控接收模块（见图 3-1）的主要特性、引脚 特征、光电特性、极限参数、材料配置，外部尺寸等物理特性。 3.1.1 主要特性 （1）供电电压 2.4 v6.5v 之间 ； （2）光电检测器及前置放大器封装在一起； （3）pcm 频率的内部过滤器； （4）对不同种干扰光源的免疫力较强； （5）低效输出 （6）低功率消耗； 图 3-1 lr-t15ctm4-s 因 lr-t15ctm4-s 红外遥控接收模块具有上述的主要特性，所以其应用范围也是比 较广泛的。大致有av 设备（如：电视，dvd 播放机，音响，cd 播放机，机顶盒等） ； 家电（如：电脑，空调，照相机等） ；红外遥控器控制玩具。 lr 系列红外遥控接收模块的引脚配置和载波频率如表 3-1 所示。 表 3-1 lr 系列引脚配置和载波频率 在本设计中该元件要与单片机连接使用，完成报警系统的上锁和解锁过程，因此 要选择合适的工作电压和输入频率，焊接电路板时应考虑该电子元件的焊锡温度，以 17 免过高烧坏元件。lr-t15ctm4-s 红外遥控接收模块的建议操作条件和极限参数见表 3- 2 和表 3-3。 表 3-2 建议操作条件 参数符号数值单位 运行电压 vcc 2.46.5 v 输入频率 fin 3060 khz 表 3-3 极限参数 (温度=25) 参数符号数值单位 供电电压 vcc7v 输出电流 iout2.5ma 运行温度 topr -20+80 存储温度 tstg -30+85 焊锡温度 tsd270 3.1.2 工作原理方框图 图 3-2 方框图 发射装置输出波形 红外模块输出波形 18 图 3-3 输出波形 lr-t15ctm4-s红外遥控接收模块工作原理方框图如图3-1所示。当无线发射装置有 信号输入后，通过自动增益控制器保证通道内的信号同步放大稳定动态工作点,以达到 更高的传输效率。通过限制器将突发的信号、过强的信号、误操作所产生的大信号和 声反馈，按一定的比例进行压缩或限幅，解决了功率放大器过载问题，从而保护了昂 贵的功率放大器和扬声器。通过滤波器过滤掉不理想的信号，得到单一频段的理想信 号，保证了信号传输的正确。通过高峰活塞和比较器比较电压，然后根据比较结果， 把输出电压设定在数字高态。通过积分器将前后信号叠加。最后通过施密特触发器对 脉冲边缘进行整形和产生输出方波脉冲，如图3-3所示。 3.1.3 外部应用电路 （1）该元件的外部应用电路5如图 3-4 所示。 防止电压包括任何噪音因素的影响，请将 rc 滤波器放在顶端. rc 滤波器应和 vcc 引脚和 gnd 引 脚紧密联接 on/off 脉冲宽度最好是小于 0.3 米 图 3-4 外部应用电路 *光照强度检查检测表面的红外模块是 0 lux（照度单位） 图 3-5 抵达物距离试验条件 lr-t15ctm4-s 红外遥控接收头与红外发射装置的夹角 直接影响传输的距离，夹 角越小传输距离越远，当夹角 =0时传输距离最远为 28 m ；当夹角 =45时传输 距离为 15m。抵达物距离试验条件见图 3-5。 （2）当 lr-t15ctm4-s 系列受到一些干扰信号抑制时，它仍然可以接收数据信号。 不过灵敏度降低到不能产生理想脉冲的水平。 19 一些抑制 lr-t15ctm4-s 系列干扰信号的例子： 荧光灯信号电子镇流器（参照图 3-6，图 3-7 ） 频率为 38khz 的连续信号或在其他任何频率 直流灯（钨灯泡或节能灯） 图 3-6 和图 3-7 显示的信号来自一个用 60hz 电子镇流器作用的荧光灯。 一种荧光灯电子镇流器造成的不同类型的干扰信号。如果灯的频率在 50khz- 100khz 之间，那么通常的振荡频率是光学干扰信号，这个频率是电气振荡驱动电路镇 流器频率的两倍。所有 lr-t15ctm4-s 系列的红外接收机模块都可以制止这种干扰信号 如图 3-6 和图 3-7 所示。 所以这些灯将不会产生不理想的输出脉冲。不过敏感性会根据干扰信号的强弱而 有所降低，更重要的是电子镇流器的高调制的振荡幅度。 3.1.4 光电特性 lr-t15ctm4-s 红外接收模块的光电特性6见表 3-4。 表 3-4 光电特性 参数符号条件最小典型最大单位 供电电压 vcc- 2.456.5v 供电电流 icc 无信号输入 0.811.3ma 包过滤器中心频率 fo- -3fo3% 峰值波长 p- -940-nm 高层次的输出电压 voh 图 3.5 vcc-0.5-v 低层次的输出电压 vol 图 3.5 -0.20.4v 高层次输出脉冲宽度 twh 图 3.5 450600750s 低层次输出脉冲宽度 twl 图 3.5 450600750s 图 3.5 0-28m 图 3.6 30-22m 到达物距离 l 图 3.7 45-15m 20 通过下表可以看出当 lr-t15ctm4-s 红外遥控接收模块的供电电压为 5v 时，其灵 敏度最高；供电电压和电流是成正比关系，即供电电压越大电源电流越大，反之越小； 距离和输出脉冲宽度近似成反比例关系，即距离越远输出脉冲宽度越窄，反之越宽。 测试条件如表 3-9 所示。 表 3-5 灵敏度与供电电压 表 3-6 电源电流与电压 表 3-7 输出脉冲宽度与距离 表 3-8 方向性（水平/垂直） 表 3-9 测试条件 参数试验条件备注 高温 ta=+75,vcc=5.0v t=500h ， 低温 ta=-25, vcc=5.0v t=500h ， 高气温/高湿度 ta=+80 90%rh, vcc=5.0v t=500h ， 热循环ta=-30(0.5h)-+85(0.5h) 20 圈， 属性测试高度=75cm 3 次 负载测试的供电电压是 5v 光电学特性正常条件下应在停止 2 小时后恢复正常 加热周期测试应在无负载条件下重复 20 次 测试装置应从高度 75 厘米的硬木版上下降 3 次 3.1.5 外部特征 3.1.5.1 注意事项 （1）在不会造成其变型或变质的地方储存和使用。 21 （2）在非很湿的地方储存和使用。 （3）为了防止静电的损害，在使用前确保人体和烙铁间接地。 （4）电源和地线之间接入解耦冷凝器（47f-470f）以减少供电线路噪音影 响。 （5）远程控制系统的表现取决于环境条件和周边元件的能力。因此，这里强烈推 荐该接收模块与周边元件如电阻器，冷凝器，继电器等共同使用。 3.1.5.2 材料配置 表 3-10 lr-t15ctm4-s 系列材料配置 规格配置备注 集成电路硅(99%) 光电二极管硅(99%) 引线框架铁（99.5%），银（0.5%） 环氧树脂树脂（55.5%），固化剂（45.5%） 银环银（80%）树脂（10%），固化剂（10%） 导线金（99.9%） 盾状盒铁（99%），锡（1%）内部 3.1.5.3 外部尺寸（单位：mm） 图 3-10 lr-t15ctm4-s 系列外部尺寸 3.2 无线收发模块设计 本设计无线接收模块的设计如图 3-10 所示，lr-t15ctm4-s 红外接收远程控制系统 模块的 vcc 脚接+5v 电压，gnd 脚接地，vout 脚接 at89c51 单片机的 p00 口。当 lr- 22 t15ctm4-s 红外接收头收到彩色电视遥控器的脉冲信号后，就能通过其内部电路给单片 机 p00 口一个 4.5v 高电平，完成无线收发模块的工作环节。 图 3-10 无线收发模块 23 2.12.1 硬件设计硬件设计 2.1.12.1.1 80c5180c51 单片机的内部结构单片机的内部结构 图 2-1 为 80c51 单片机功能结构框图 80c51 芯片内部集成了 cpu、ram、rom、定时/计数器和 i/o 口等 各功能部件，并由内部总线把这些不见连接在一起。 80c51 单片机内部包含以下一些功能部件： (1) 一个 8 位 cpu； (2) 一个片内振荡器和时钟电路； (3) 4kb rom（80c51 有 4kb 掩膜 rom，87c51 有 4kb eprom，80c31 片内有无 rom） ； (4) 128b 内 ram； (5) 可寻址 64kb 的外 rom 和外 ram 控制电路； (6) 两个 16 位定时/计数器； (7) 21 个特许功能寄存器； (8) 4 个 8 位并行 i/o 口，共 32 条可编程 i/o 端线； (9) 一个可编程全双工串行口； (10) 5 个中断源，可设置成 2 个优先级。 外时钟源 外部事件计数 中断 控制 并 行 口 串行通信 图 2-1 80c51 单片机功能结构框图 2.1.22.1.2 80c5180c51 单片机的引脚功能单片机的引脚功能 80c51 单片机一般采用双列直插 dip 封装，共 40 个引脚，图 2-2a 为 振荡器及 时序 osc 8051cpu 程序存储器 4kb rom 数据存储器 256b 2 个 16 位定时 器/计数器 64k 总线扩 展控制器 可编程 i/o可编程全双工 串行口 24 引脚排列图。图 2-2b 为逻辑符号图。40 个引脚大致可分为 4 类：电源、 时钟、控制和 i/o 引脚。 图 2-2 80c51 引脚图 1.电源 (1)vcc芯片电源，接+； (2)vss接地端。 2.时钟 xtal1、xtal2晶体振荡电路反相输入端和输出端。使用内部振 荡电路时外接石英晶体。 3.控制线 控制线共有 4 根，其中 3 根是复用线。所谓复用线是指具有两种功能， 正常使用时是一种功能，在某种条件下是另一种功能。 (1)ale/prog地址锁存允许/片内 eprom 编程脉冲。 ale 功能：用来锁存 p0 口送出的低 8 位地址。 80c51 在并行扩展外存储器（包括并行扩展 i/o 口）时，p0 口用于分 时传送低 8 位地址和数据信号，且均为二进制数。那么如何区分是低 8 位 地址还是 8 位数据信号呢？当 ale 信号有效时，p0 口传送的是低 8 位地 25 址信号；ale 信号无效时，p0 口传送的是 8 位数据信号。在 ale 信号的 下降沿，锁定 p0 口传送的内容，即低 8 位地址信号。 需要指出的是，当 cpu 不执行访问外 ram 指令（movx）时，ale 以时钟振荡频率 1 / 6 的固定频率输出，因此 ale 信号也可作为外部芯片 clk 时钟或其他需要。但是，当 cpu 执行 movx 指令时，ale 将跳过 一个 ale 脉冲。 ale 端可驱动 8 个 lsttl 门电路。 prog 功能：片内有 eprom 的芯片，在 eprom 编程期间，此引 脚输入编程脉冲。 (2)psen外 rom 读选通信号。 80c51 读外 rom 时，没个机器周期内 psen 两次有效输出。psen 可 作为外 rom 芯片输出允许 oe 的选通信号。在读