农村大牲畜防盗设备.doc

河南农业大学机电工程学院2015-2016年度本科生创新创业训练项目报告书课题名称000000000000农村大牲畜防盗设备00000000000000学 院000000000000000机电工程学院00000000000000000专业班级00000000000电子信息工程2013-1班0000000000000小组成员00000000朱创、徐朝红、周智鹏、宋银平000000000学 号01304101025、1304101023、1304101027导老师0000000000000000000王永田000000000000000000000撰写日期：2016年11月06日承 诺 书我组全体成员承诺，本项目完成过程中我组成员在王永田老师指导下完成所选课题项目，自主完成本次设计、资料查找和课题实施、成果（系统）交流研究报告撰写等工作。小组负责人签字： 孙浩 宸 时 间 ：2016年6月12日目 录0 摘要11 引言21-1 我们的“好朋友”21-2 耕牛的没落21-3 保护朋友，刻不容缓22 课题理论42-1 单片机42-1-1 AT89S5142-1-2 AT89S51引脚52-1-3 Keil C51 软件52-1-4 时钟电路62-1-5 计数器62-2 通信技术82-2-1 调制82-2-2 传输介质82-2-3 解调92-2-4 无线电波92-3 其他器件及原理102-3-1 发光二极管（LED）102-3-2 电阻器及色环读数102-3-3 电容器及其特点112-3-4 中周122-3-5 三极管123 课题设计143-1 整体思路143-2 发射部（牲畜佩戴）设计143-2-1 发射部电路设计143-2-2 项圈设计153-3 接收部设计153-3-1 接收部电路设计153-3-2 接收部安装163-4 报警部设计163-4-1 报警电路设计163-4-2 报警装置安装164 程序分析及测试174-1 单片机程序设计174-1-1 发射部51芯片程序174-1-2 接收部51芯片程序175 设备运行与讨论195-1 设备运行情况195-2 讨论结果196 结语20参考文献211农村大牲畜防盗设备摘要：随着现代通信技术，计算机网络技术以及现场总线控制技术的飞速发展，数字化、网络化和信息化正日益融入人们的生活之中。人们在生活水平、农业生产、居住条件不断提升与改善的基础上，对生活、工作的质量提出了更高的要求，智能化农业、智能牧业与防盗就是在这一背景下产生的，而且其需求日益增长，智能化的内容也不断有新的概念融入。关键词：通信 农业生产 防盗 智能化1 引言1-1 我们的“好朋友”我国自古以来是农业大国，自我们祖祖辈辈的生活与生命里，土地是他们唯一的依赖。而在繁重的体力农业期间，有一个词与土地紧紧相连，有一种物成为了农民最好、也是最不可或缺的朋友，那就是牲口。牲口，一般指大型家养牲畜，如马、牛、驴、骡等动物，又因在实际生产生活中，农业生产中对牲畜体力、耐力方面要求较高，饲养成本也有限制，牛这一吃苦耐劳，膘肥体壮的生物脱颖而出，成为人们不可或缺的伙伴。主张牛耕的提出是始于西汉时期，据汉书。食货志载：西汉武帝时，搜粟都尉赵过在陕、甘一带推广牛耕和“以人挽犁”，提倡“代田法”，进而各郡“遣令长、三老、力田及父老善田者受田器，学耕种养苗状”。这确实是我国史籍明载的第一次大规模推广牛耕技术，东汉的王景、任延继续在庐江郡、九真郡推广，因而后汉书。五行志开始有“牛疫”的记载。这表明西汉中叶以后的一段时间，由北到南，已广泛地推广牛耕。江苏徐州、山东滕县、陕西绥德出土的汉代牛耕画像石，更是生动而真实的记录。1其后，耕牛更是被广大人民所接受，历来百姓的梦想生活变为了“老婆孩子热炕头，有田有犁一头牛”。就连历来文人墨客也对牛做过很高评价。如现代诗人叶千华先生曾作咏耕牛三首，“为民服务为人勤，任劳任怨系本分。模范不是谁能做，无私奉献赞精神。”句句赞扬耕牛无私奉献，任劳任怨的精神。1-2 耕牛的没落随着农村联产承包责任制的实行,耕牛于上世纪八十年代初逐步实行了作价到户、保本保值的责任制。经过几年的实践,对耕牛生产有何促进与影响,按山区、丘陵和平畈的不同地理条件分别作了一次抽样调查。目前耕牛生产情况是: 耕牛实行作价到户以后,扭转了耕牛自六八年以来连续十五年下降的局面。2由于我省农业机械化程度不高,耕牛的需要量很大。然而,我省耕牛数量与农田对耕牛的需要极不相适,矛盾十分突出。据统计,1982年全省耕牛存栏300.49万头,其中役牛为224.3万头。而全省耕地面积为5,577.3万亩,平均每头役牛负担25亩耕地。3耕牛在农耕时代,是农业生产中的主要动力,是可再生的农业能源,被誉为吃草的拖拉机;它为种植业提供大量优质肥料,一头400 kg体重的耕牛年产粪肥10 000 kg之多,相当于氮磷钾肥97.36 kg,无异于一座活的有机肥料厂,是用地养地的法宝。它役用能力散失后还可以将自己的躯体贡献给人类食、用,真可谓鞠躬尽瘁。但是这个农民眼中的宝,随着农业产业结构调整,耕牛失去了古老的用武之地,养殖效益下滑、养殖数量锐减。41-3 保护朋友，刻不容缓据陕西广播电视台第一新闻2015年11月19日报道新闻冬季农村注意防盗 小心家养牲畜被“顺手牵羊”，“每年冬季，在一些郊县农村，家禽家畜被偷的案件时有发生。”“在一些农村地区，就有人打起了家养牲畜的主意，有的小偷竟然趁着夜深人静在农户墙上凿个大洞，将家畜偷走。”5村子里养这些家畜的大都是年龄大的或者是没有外出务工的留守人员，看养家畜是他们生活的主要来源，家畜被盗这种事对他们来讲可以说损失很大。农户应该如何防盗，避免这样的事情发生，民警建议家畜养殖户最好安装监控设施，一旦出现问题，也可以给公安机关提供破案线索。在我国北方广大的农村地区，以牛、驴、骡为主要对象的大牲畜被盗案件时有发生，特别是在冬春农闲季节，该类案件的发案率非常高，这不仅直接损害了农民的经济利益，也诱发许多不安定因素。因此采取有效技术手段加强对大牲畜的安全管理很有必要。2 课题理论2-1 单片机单片机就是在一块半导体硅片上，集成了中央处理单元（CPU)、储存器（RAM、ROM）、并行I/O、定时器/计数器、中断系统、系统时钟电路及系统总线的用于测控领域的微型计算机，简称单片机。单片机重要应用于测控领域。由于单片机在使用时，通常处于测控系统的核心地位并嵌入其中，所以国际上通常把单片机称为嵌入式控制器（Embedded MicroController Unit,EMCU）或微控制器（MicroController Unit,MCU）。而在我国，大部分工程技术人员则习惯于使用“单片机”这一名称。62-1-1 AT89S5151单片机的代表产品。MCS-51单片机是美国INTE公司于1980年推出的产品，它的结构先进，功能强，在原来的基础上增加电路单元和指令,指令数达111条，MCS-51单片机可以算是相当成功的产品，一直到现在，MCS-51系列或其兼容的单片机仍是应用的主流产品，各高校及专业学校的培训教材仍与MCS-51单片机作为代表进行理论基础学习。MCS-51以其典型的结构和完善的总线专用寄存器的集中管理，众多的逻辑位操作功能及面向控制的丰富的指令系统，堪称为一代“名机”，为以后的其它单片机的发展奠定了基础。近年来C51获得了飞速的发展，C51的发源公司INTEL由于忙于开发PC及高端微处理器而无精力继续发展自己的单片机，而由其它厂商将其发展，最典型的是PHILIPS和ATML公司，ATMEL公司推出的AT89Cxx系列兼容C51的单片机，完美地将Flash(非易失闪存技术)EEPROM与80C51内核结合起来，仍采用C51的总体结构和指令系统，Flash的可反擦写程序存储器能有效地降低开发费用，并能使单片机作多次重复使用。AT89S51的外围部件和特性如下：8位微处理器（CPU)；数据储存器（128B RAM)；程序储存器（4KB Flash ROM)；4个8位可编程并行I/O口；1个全双工的异步串行口；2个可编程的16位定时器/计数器；1个看门狗定时器（WDT）；5个中断源、中断向量；26个特殊功能寄存器（SFR）；具有低功耗模式，且具有中断恢复模式；3个程序加密锁定位。2-1-2 AT89S51引脚AT89S51多采用40只引脚封装，共分为三大类：1，电源及时钟引脚VCC、VSS；XTAL1、XTAL2；2，控制引脚；3，I/O口引脚P0、P1、P2与P3口，为4个8位I/O口引脚。图2.1 AT89S51双列直插封装方式的引脚82-1-3 Keil C51 软件Keil C51是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。Keil提供了包括C编译器、宏汇编、链接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（Vision）将这些部分组合在一起。2006年1月30日ARM推出全新的针对各种嵌入式处理器的软件开发工具，集成Keil Vision3的RealView MDK开发环境。RealView MDK开发工具Keil Vision3源自Keil公司。RealView MDK集成了业内领先的技术，包括Keil Vision3集成开发环境与RealView编译器。支持ARM7、ARM9和最新的Cortex-M3核处理器，自动配置启动代码，集成Flash烧写模块，强大的Simulation设备模拟，性能分析等功能，与ARM之前的工具包ADS等相比，RealView编译器的最新版本可将性能改善超过20%。C51工具包的整体结构，Vision与Ishell分别是C51 for Windows 和for Dos 的集成开发环境(IDE），可以完成编辑、编译、连接、调试、仿真等整个开发流程。开发人员可用IDE本身或其它编辑器编辑C或汇编源文件。然后分别由C51及C51编译器编译生成目标文件（.obj）。目标文件可由LIB51 创建生成库文件，也可以与库文件一起经L51 连接定位生成绝对目标文件(.abs）。abs文件由OH51 转换成标准的hex 文件，以供调试器dScope51 或tScope51 使用进行源代码级调试，也可由仿真器使用直接对目标板进行调试，也可以直接写入程序存贮器如EPROM中。7Keil C51生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。用过汇编语言后再使用C来开发，体会更加深刻。2-1-4 时钟电路AT89S51内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，它的输入端为芯片引脚XTAL1（19脚），输出端为引脚XTAL2（18脚）。这两个引脚跨接石英晶体振荡器和微调电路，构成一个稳定的自激振荡器。下图9所示为AT89S51内部时钟方式的电路。2-1-5 计数器AT89S51的定时器计数器有两个：T0和T1。T0由特殊功能寄存器TH0、TL0构成，T1由TH1和TL1构成。T0与T1均具有定时、计数两种工作模式，4种工作方式，且都属于增1计数器。此外，其内部还有一个8位的定时器方式寄存器TMOD和一个8位的定时控制寄存器TCON。这些工作方式；TCON主要是用于控制定时启动停止，此外TCON还可以保存T0、T1的溢出和中断标志。TMOD的高4位用控制于T1，低4用于控制T0，每一位的具体作用如下：GATE：门控制位。GATE和软件控制位TR0（或TR1）、外部引号的状态,共同控制定时器计数器的打开或关闭。C/：定时器计数器选择位。C/1，为计数器方式；C/0，为定时器方式。M1/M0：工作方式选择位，定时器计数器工作方式由M1、M0设定。在使用AT89S51的定时器计数器之前，一般完成以下几个步骤：1，确定定时/计数器工作方式，对TMOD赋值；2， 计算定时/计数器的初值，对TH0、TL0或TH1、TL1赋值；3，开放CPU、定时/计数器中断，对IE中的EA、ET0、ET1赋值；4，启动定时器计数器，对TCON中TR1或TR0位赋值。在不同工作方式下计数器位数不同，最大计数值也不同。现假设最大计数值为M，那么各方式下的最大值M值如下：方式0：M=213=8192方式1：M=216=65536方式2：M=28=256方式3：定时器0分成两个8位计数器，所以两个M均为256。因为定时器/计数器是作“加1”计数，并在计数满溢出时产生中断，因此初值X可以这样计算：X=M-N/(12/fosc) 其中N为定时时间，fosc为晶振频率。在实际应用中经常采用16位的方式1，下面以16位的方式1说明如何确定初值。例如，T0选用方式1用于定时，外接晶振频率12MHz，定时时间为10ms，计算过程如下：方式1时，M=65536，定时时间N=10(-3)s，fosc=12MHz=12*106 HzX=M-N/(12/fosc)=65536-10*10-3 /(12/12*106)=65536-10000=55536=D8FO拆分X的高八位D8送TH0，低八位F0送TL0。2-2 通信技术通信技术，又称通信工程（也作信息工程、电信工程，旧称远距离通信工程、弱电工程），是电子工程的重要分支，同时也是其中一个基础学科。该学科关注的是通信过程中的信息传输和信号处理的原理和应用。通信工程研究的是，以电磁波、声波或光波的形式把信息通过电脉冲，从发送端 （信源）传输到一个或多个接受端（信宿）。接受端能否正确辨认信息，取决于传输中的损耗功率高低。信号处理是通信工程中一个重要环节，其包括过滤，编码和解码等。2-2-1 调制信号调制是使一种波形的某些特性按另一种波形或信号而变化的过程或处理方法。在无线电通信中，利用电磁波作为信息的载体。信息一般是待传输的基带信号（即调制信号），其特点是频率较低、频带较宽且相互重叠，为了适合单一信道传输，必须进行调制。所谓调制，就是将待传输的基带信号（调制信号）加载到高频振荡信号上的过程，其实质是将基带信号搬移到高频载波上去，也就是频谱搬移的过程，目的是把要传输的模拟信号或数字信号变换成适合信道传输的高频信号。人耳能听到的声音的频率范围大约在300Hz到3000Hz间，通常把这一频率范围叫作音频。声波在空气中传播很慢，约为340m/s,且衰减很快，不会传播很远。我们知道，交变的电磁场可以利用天线向天空辐射。但要做到有效的辐射，天线的尺寸应和电磁波的波长相比拟音频的波长在106105m，要制造尺寸相当的天线显然是不可能的。因此不能直接将音频信号辐射到空中。为了减少在传输时的耗损，人们一般是先对传输信号进行特殊处理，然后再传递。把原始的待传信号托附到高频振荡的过程称为调制，调制技术主要用来将模拟或数字信号转换成特殊的模拟信号。调制的种类很多，分类方法也不一致。按调制信号的形式可分为模拟调制和数字调制。用模拟信号调制称为模拟调制；用数据或数字信号调制称为数字调制。按被调信号的种类可分为脉冲调制、正弦波调制和强度调制（如对非相干光调制）等，调制的载波分别是脉冲、正弦波和光波等。正弦波调制有幅度调制（调幅ASK）、频率调制（调频FSK）和相位调制（调相PSK）三种基本方式，后两者合称为角度调制。102-2-2 传输介质无线传输介质：指我们周围的自由空间。我们利用无线电波在自由空间的传播可以实现多种无线通信。在自由空间传输的电磁波根据频谱可将其分为无线电波、微波、红外线、激光等，信息被加载在电磁波上进行传输。无线传输的介质有：无线电波、红外线、微波、卫星和激光。在局域网中，通常只使用无线电波和红外线作为传输介质。无线传输介质通常用于广域互联网的广域链路的连接。无线传输的优点在于安装、移动以及变更都较容易，不会受到环境的限制。但信号在传输过程中容易受到干扰和被窃取，且初期的安装费用较高。不同的传输介质，其特性也各不相同。他们不同的特性对网络中数据通信质量和通信速度有较大影响！2-2-3 解调解调是从携带消息的已调信号中恢复消息的过程。在各种信息传输或处理系统中，发送端用所欲传送的消息对载波进行调制，产生携带这一消息的信号。接收端必须恢复所传送的消息才能加以利用，这就是解调。解调是调制的逆过程。调制方式不同，解调方法也不一样。与调制的分类相对应，解调可分为正弦波解调（有时也称为连续波解调）和脉冲波解调。正弦波解调还可再分为幅度解调、频率解调和相位解调，此外还有一些变种如单边带信号解调、残留边带信号解调等。同样，脉冲波解调也可分为脉冲幅度解调、脉冲相位解调、脉冲宽度解调和脉冲编码解调等。从携带消息的调幅信号中恢复消息的过程。这种方式应用得最早，现代仍广泛地用于广播、通信和其他电子设备。早期的键控电报是一种典型的调幅信号。对这类信号的解调，通常可用拍频振荡器(BFO) 产生的正弦振荡信号在一非线性器件中与该信号相乘（差拍）来实现。差拍输出经过低通滤波即得到一断续的音频信号。这种解调方式有时称为外差接收。标准调幅信号的解调可以不用拍频振荡器。调幅信号中的载波实际上起了拍频振荡波的作用，利用非线性元件实现频率变换，经低通滤波即得到与调幅信号包络成对应关系的输出。这种方法属于非相干解调。112-2-4 无线电波无线电波是一种电磁波，以横波的形式传播。类似于池塘的波纹，在传播过程中波的能量会逐渐减弱。在不同的波段内的无线电波具有不同的传播特性。频率越低，传播损耗越小，覆盖距离越远，绕射能力也越强。但是低频段的频率资源紧张，系统容量有限，因此低频段的无线电波主要应用于广播、电视、寻呼等系统。高频段频率资源丰富，系统容量大。但是频率越高，传播损耗越大，覆盖距离越近，绕射能力越弱。另外，频率越高，技术难度也越大，系统的成本相应提高。2-3 其他器件及原理2-3-1 发光二极管（LED）是半导体二极管的一种，可以把电能转化成光能。发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成，也具有单向导电性。当给发光二极管加上正向电压后，从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子，在PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合，产生自发辐射的荧光。不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同。当电子和空穴复合时释放出的能量多少不同，释放出的能量越多，则发出的光的波长越短。发光二极管的核心部分是由P型半导体和N型半导体组成的晶片，在P型半导体和N型半导体之间有一个过渡层，称为PN结。在某些半导体材料的PN结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。PN结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管，通称LED。 当它处于正向工作状态时（即两端加上正向电压），电流从LED阳极流向阴极时，半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线，光的强弱与电流有关。发光二极管的两根引线中较长的一根为正极，应接电源正极。有的发光二极管的两根引线一样长，但管壳上有一凸起的小舌，靠近小舌的引线是正极。LED只能往一个方向导通（通电），叫作正向偏置（正向偏压），当电流流过时，电子与空穴在其内复合而发出单色光，这叫电致发光效应。与白炽灯泡和氖灯相比，发光二极管的特点是：工作电压很低（有的仅一点几伏）；工作电流很小（有的仅零点几毫安即可发光）；抗冲击和抗震性能好，可靠性高，寿命长；通过调制通过的电流强弱可以方便地调制发光的强弱。LED使用低压电源，供电电压在直流3-24V之间，根据产品不同而异，也有少数DC36V、DC40V等，所以它是一个比使用高压电源更安全的电源，特别适用于公共场所。122-3-2 电阻器及色环读数用电阻材料制成的、有一定结构形式、能在电路中起限制电流通过作用的二端电子元件。阻值不能改变的称为固定电阻器。阻值可变的称为电位器或可变电阻器。理想的电阻器是线性的，即通过电阻器的瞬时电流与外加瞬时电压成正比。一些特殊电阻器，如热敏电阻器、压敏电阻器和敏感元件，其电压与电流的关系是非线性的。电阻器是电子电路中应用数量最多的元件，通常按功率和阻值形成不同系列，供电路设计者选用。 电阻器在电路中主要用来调节和稳定电流与电压，可作为分流器和分压器，也可作电路匹配负载。根据电路要求,还可用于放大电路的负反馈或正反馈、电压-电流转换、输入过载时的电压或电流保护元件，又可组成RC电路作为振荡、滤波、旁路、微分、积分和时间常数元件等。电阻的阻值和允许偏差的标注方法有直标法、色标法和文字符号法。用数字或色标在电阻器上标志的设计阻值。单位为欧、千欧、兆欧、太欧。将不同颜色的色环涂在电阻器(或电容器)上来表示电阻(电容器)的标称值及允许误差，各种颜色所对应的数值见下图。固定电阻器色环标志读数识别规则如图所示。读数举例：红蓝绿黑棕=265*100=265(1%)2-3-3 电容器及其特点电容器，通常简称其容纳电荷的本领为电容，用字母C表示。电容器，顾名思义，是装电的容器，是一种容纳电荷的器件。英文名称：capacitor。电容器是电子设备中大量使用的电子元件之一，广泛应用于电路中的隔直通交，耦合，旁路，滤波，调谐回路， 能量转换，控制等方面。任何两个彼此绝缘且相隔很近的导体（包括导线）间都构成一个电容器。电容器特点：1，它具有充放电特性和阻止直流电流通过，允许交流电流通过的能力；2，在充电和放电过程中，两极板上的电荷有积累过程，也即电压有建立过程，因此，电容器上的电压不能突变；电容器的充电：两板分别带等量异种电荷，每个极板带电量的绝对值叫电容器的带电量。电容器的放电：电容器两极正负电荷通过导线中和。在放电过程中导线上有短暂的电流产生。3，电容器的容抗与频率、容量之间成反比。即分析容抗大小时就得联系信号的频率高低、容量大小。电容器的作用：耦合：用在耦合电路中的电容称为耦合电容，在阻容耦合放大器和其他电容耦合电路中大量使用这种电容电路，起隔直流通交流作用；滤波：用在滤波电路中的电容器称为滤波电容，在电源滤波和各种滤波器电路中使用这种电容电路，滤波电容将一定频段内的信号从总信号中去除；退耦：用在退耦电路中的电容器称为退耦电容，在多级放大器的直流电压供给电路中使用这种电容电路，退耦电容消除每级放大器之间的有害低频交连；高频消振：用在高频消振电路中的电容称为高频消振电容，在音频负反馈放大器中，为了消振可能出现的高频自激，采用这种电容电路，以消除放大器可能出现的高频啸叫；谐振：用在LC谐振电路中的电容器称为谐振电容，LC并联和串联谐振电路中都需这种电容电路；旁路：用在旁路电路中的电容器称为旁路电容，电路中如果需要从信号中去掉某一频段的信号，可以使用旁路电容电路，根据所去掉信号频率不同，有全频域（所有交流信号）旁路电容电路和高频旁路电容电路；中和：用在中和电路中的电容器称为中和电容。在收音机高频和中频放大器，电视机高频放大器中，采用这种中和电容电路，以消除自激；定时：用在定时电路中的电容器称为定时电容。在需要通过电容充电、放电进行时间控制的电路中使用定时电容电路，电容起控制时间常数大小的作用；积分：用在积分电路中的电容器称为积分电容。在电势场扫描的同步分离电路中，采用这种积分电容电路，可以从场复合同步信号中取出场同步信号；微分：用在微分电路中的电容器称为微分电容。在触发器电路中为了得到尖顶触发信号，采用这种微分电容电路，以从各类（主要是矩形脉冲）信号中得到尖顶脉冲触发信号；补偿：用在补偿电路中的电容器称为补偿电容，在卡座的低音补偿电路中，使用这种低频补偿电容电路，以提升放音信号中的低频信号，此外，还有高频补偿电容电路；自举：用在自举电路中的电容器称为自举电容，常用的OTL功率放大器输出级电路采用这种自举电容电路，以通过正反馈的方式少量提升信号的正半周幅度；分频：在分频电路中的电容器称为分频电容，在音箱的扬声器分频电路中，使用分频电容电路，以使高频扬声器工作在高频段，中频扬声器工作在中频段，低频扬声器工作在低频段；负载电容：是指与石英晶体谐振器一起决定负载谐振频率的有效外界电容。负载电容常用的标准值有16pF、20pF、30pF、50pF和100pF。负载电容可以根据情况作适当的调整，通过调整一般可以将谐振器的工作频率调到标称值。132-3-4 中周是中频变压器（俗称中周），是超外差式晶体管收音机中特有的一种具有固定谐振回路的变压器，但谐振回路可在一定范围内微调，以使接入电路后能达到稳定的谐振频率（465kHz）。微调借助于磁心的相对位置的变化来完成。收音机中的中频变压器大多是单调谐式，结构较简单，占用空间较小。由于晶体管的输入、输出阻抗低，为了使中频变压器能与晶体管的输入、输出阻抗匹配，初级有抽头，且具有圈数很少的次级耦合线圈。双调谐式的优点是选择性较好且通频带较宽，多用在高性能收音机中。晶体管收音机中通常采用两级中频放大器，所以需用三只中周进行前后级信号的耦合与传送。实际电路中的中周常用BZ1、BZ2、BZ3等符号表示。在使用中不能随意调换它们在电路中的位置。2-3-5 三极管三极管，全称应为半导体三极管，也称双极型晶体管、晶体三极管，是一种控制电流的半导体器件其作用是把微弱信号放大成幅度值较大的电信号， 也用作无触点开关。晶体三极管，是半导体基本元器件之一，具有电流放大作用，是电子电路的核心元件。三极管是在一块半导体基片上制作两个相距很近的PN结，两个PN结把整块半导体分成三部分，中间部分是基区，两侧部分是发射区和集电区，排列方式有PNP和NPN两种。晶体三极管（以下简称三极管）按材料分有两种：锗管和硅管。而每一种又有NPN和PNP两种结构形式，但使用最多的是硅NPN和锗PNP两种三极管，（其中，N表示在高纯度硅中加入磷，是指取代一些硅原子，在电压刺激下产生自由电子导电，而p是加入硼取代硅，产生大量空穴利于导电）。两者除了电源极性不同外，其工作原理都是相同的，下面仅介绍NPN硅管的电流放大原理。对于NPN管，它是由2块N型半导体中间夹着一块P型半导体所组成，发射区与基区之间形成的PN结称为发射结,而集电区与基区形成的PN结称为集电结,三条引线分别称为发射极e （Emitter）、基极b (Base)和集电极c (Collector)。当b点电位高于e点电位零点几伏时，发射结处于正偏状态，而C点电位高于b点电位几伏时，集电结处于反偏状态，集电极电源Ec要高于基极电源Eb。在制造三极管时，有意识地使发射区的多数载流子浓度大于基区的，同时基区做得很薄，而且，要严格控制杂质含量，这样，一旦接通电源后，由于发射结正偏，发射区的多数载流子（电子）及基区的多数载流子（空穴）很容易地越过发射结互相向对方扩散，但因前者的浓度基大于后者，所以通过发射结的电流基本上是电子流，这股电子流称为发射极电流子。143 课题设计3-1 整体思路针对本课题，我组成员做出讨论，为实现牲畜防盗，就要能保证牲畜不会（主动或被动）超出饲养区域，或是说当牲畜超出饲养区域时，系统会提出报警信息。基于上述思路，我组认为系统应满足几个条件：1，系统分块，即分为子母块（发射/接收），独立供电，独立工作；2，块间通信，即发射端与接收端能匹配，也就既需要发射端与接收端能实现通信，又要保证接收端能分析识别出发射段的发出信息；3，警报信息明显，牲畜丢失是大事，应及时、明确地通知主人；4，合理，本系统是要使用于生活，所以理论基础满足，实际使用也要考虑清楚，应符合实际。针对系统要求，我组做出如下计划：1，设备分为三部分：发射部（牲畜佩戴）、接受部（固定）、报警部（养殖人员住处）；2，块间通信采用无线电波通信，主要原因为：能无线通信、可携带信息、随距离增加信号衰减；3，原始信号产生与信号识别均使用单片机作为主体；4，牲畜位置状况采用LED灯表示，直观醒目；5，发射部在给牲畜佩戴时，采用项圈形式，同时为牲畜舒适和进一步防脱落、防破坏，在项圈上添加前腿腿环。3-2 发射部（牲畜佩戴）设计3-2-1 发射部电路设计本机发射部分电路共分为三部分，按设计流程可表示为：调制发送部分、信号发生部分、电源部分。1，调制发送部分。该部分的重要作用是信息的传递，所以满足的第一个条件应该是信息能传出去。由无线电波的性质分类，我们挑选超短波（30300MHz）作通讯。工作电压1.54.5V。2，信号发生部分。采用以AT89S51单片机为主体，通过芯片、晶振、电容组成时钟电路，产生一个1000Hz的信号在P11口输出到调制发送部分。工作电压3.35.0V。3，（发射部）电源部分。综合调制发送部分与信号发生部分，电源部分采用三节可充电池供电（4.5V）。该电路设计图如下：3-2-2 项圈设计因发射部总体规格限制，易做成项圈形式佩戴于牲畜脖子上，故我们有此设计想法。具体做法：1，取80cm、30cm、30cm软管各一根，在80cm软管壁上，距管子两端分别15cm、18cm处，打四个直径与软管外径一致的洞；2，将电源正极到单片机VCC引脚之间电源线传入软管。具体穿法：从80cm管一端传入，第一个洞处穿出并穿入一段30cm软管中，后穿入第二个洞，同理另一端的两个洞和另一根30cm管用线连到一块，最后电线从80cm管末端穿出；3，用胶枪将软管连接处密封粘牢。项圈成品大致形状可参考下图：3-3 接收部设计接收部两大重点：一，能收到发射部发出的无线电波，并将其解调出所需要的信息；能对接收信息作出处理，判断是否发出警报。对此，我们决定采用类同无线收音设备的设计思路，对无线电波进行俘获解析。解调结果输入单片机中，由51单片机做出判断。3-3-1 接收部电路设计该部分为四块：接收解调块、3V电源、信息处理块、4.5V电源。1，接收解调块，负责接收无线电波、解析信息。2，以单片机为主的信息处理块，负责信息判断（即统计50ms内是否有大于40个脉冲出现，有的话继续保持，当接收不到或接收小于40脉冲时，报警）。3，两路独立电源。3-3-2 接收部安装接收部应固定安装在牛舍中，如墙壁、木桩、窗台等位置，同时视家庭情况引出一510m细导线到住宿屋内（细导线一端连在接收部单片机P0.0口，另一端连警报部的三极管基极）。3-4 报警部设计报警，是该课题，或该设备最表象的表达，也是人们看重的一点。在本设备中，我组经过商议，决定用声光组合的方式来传递报警信息。3-4-1 报警电路设计报警电路采用独立供电，但使用三极管作为警报开关。三极管基极与接收部AT89S51芯片的P0.0口链接。具体电路如图所示：3-4-2 报警装置安装显眼，便于观察，是报警装置安装的基本要求，一般设置在床头，电视旁等位置。4 程序分析及测试4-1 单片机程序设计本设备使用两片独立的AT89S51芯片，因使用不同，故也有不同的被烧录其中程序。4-1-1 发射部51芯片程序根据设计设想，发射部51芯片的工作为持续产生一个1000Hz的信号，所以程序可设为：#include /*加载头文件*/#define uint unsigned int /*设置宏*/sbit P0_0=P00; /*位变量定义*/void ms(uint x) /*延时函数，实现功能为延时（x/2）ms*/ uint i,j; for(i=x;i0;i-) for(j=12;j0;j-); /*晶振频率为12.0MHz*/void main() /*主函数*/ while(1) /*循环*/ ms(5); /*大约等待2.5ms，即频率为1000Hz*/ P0_0=! P0_0; /*位取反*/ 4-1-2 接收部51芯片程序通过设想和分析要求，我们知道该处芯片工作会更复杂一点，因为这儿的51芯片既要计数（看信号频率是否正常），又要判断并点亮相应LED。出于这个考虑，我们决定用T0计数模式，工作方式采用方式2。#include /*加载头文件*/sbit P0_0=P00; /*位变量定义*/int i,j,k;void main()P0_0=1; /*位值*/TMOD=0x06; /*T0选择方式2计数*/TH0=0xd8; /*初值=ff-28=d8*/TL0=0xd8;ET0=1;EA=1;TF0=0;TR0=1;while (1);void T0_int() interrupt 1 using 0P0_0=0; /*低电平绿灯亮*/for (i=10 ;i0;i-) /*延时1s*/ for (j=100;j0;j-) for (k=120;k0;k-);5 设备运行与讨论5-1 设备运行情况该机做分部测试后，联机做整体测试。测试地点：1，河南农业大学桃李园学生公寓3#407 2，河南农业大学桃李园学生公寓3#楼顶 3，河南农业大学桃李园学生公寓院内（金属遮挡较多）测试情况：1，通讯较好，3m*4m空间内工作正常； 2，距离对信号影响很大，大致3m外衰减至不可收； 3，遮挡对信号影响更大。5-2 讨论结果一，设备基本满足运行条件；二，采用电池独立供电对设备实用性有很大帮助，可以使设备用于各个地方与场合；三，空间与金属障碍