多功能遥控防盗声控灯设计毕业设计

河南科技学院 2010 届本科毕业论文多功能遥控防盗声控灯设计The Design of Multifunctional RemoteBurglar Alarm and Voice-activated Lamp学生姓名 刁会娜学生学号 20060344431所在院系 机电学院所学专业 电气工程及其自动化导师姓名 田熙燕论文完成时间 2010 年 5 月 22 日 2010 年 5 月 22 日摘 要随着人们家庭生活的单元化，声控灯，防盗报警，门铃在当今生活中获得了广泛的应用，但是目前这些功能还都是独立运行。鉴于此，本文通过采用新型的红外无线发射芯片 BL9148 和接收芯片BL9149 作为实现多功能系统的发射及接收电路的核心部分，并采用 89S51 单片机对 BL9149 接收到的信号进行处理。使用者只需按下相应的功能键，就可以实现防盗报警、声控灯与门铃三种功能的随意切换，方便快捷，具有一定的实用价值。关键词：红外遥控 BL9148/BL9149 单片机ABSTRACTAs the unit of family life ,voice-activated lights ，burglar alarm and doorbell are widely used in our life today, but these features are independent of the operation.In view of this, in this paper, through the introduction of a new type of infrared wireless transmit chip BL9148 and receive chip BL9149 as the launch and receive core of the circuit multi-functional system, and the use of 89S51 MCU on the signal received by BL9149 to deal with. While users simply press the corresponding function key, it can achieve anti-theft alarm, voice-activated light and doorbell and switch among the three functions with a certain degree of practical value.Keywords: Infrared Remote Control BL9148/BL9149MCU目 录第 1 章 引言 .11.1 选题背景及意义 .11.2 本文所做的工作 .1第 2 章 系统硬件设计及模块简介 .22.1 系统总体功能概述 .22.2 红外发射电路 .22.3 红外接收电路 .62.4 单片机处理控制电路 .9第 3 章 系统软件设计 .153.1 软件功能概述 .153.2 主程序 .153.3 外部中断程序 .163.4 声控灯程序 .183.5 防盗报警程序 .193.6 门铃程序 .20结 论 .23致 谢 .24参考文献 .25附录 .26第 1 章 引言1.1 选题背景及意义为了节能以及人们生活的需要，声控灯、防盗报警装置、门铃等获得了广泛的应用，由于这些功能单一的系统独立工作，布线工程比较费事，并且这一问题广泛存在于家居系统中。为了进一步方便人们的生活，可以利用遥控控制这些功能模块，而且目前遥控技术比较成熟，成本也比较低廉。考虑到本系统的遥控距离较短，使用红外 IR 遥控技术即可满足要求。而且随着电子技术的飞速发展，各种体积小、功能强的遥控发送与接收芯片比较多，实现本系统也相对容易。本文设计的遥控系统电路结构简洁，只需 3 个按键就可实现所需要的功能。房主不在家时，可以一键设防，当有外人闯入即触发报警装置，起到威慑作用；当房主夜晚归来时，一键切换到声控灯状态极大的方便了生活。系统加上门铃电路后，如有客人来访，只需按下门铃按键，就可发出“叮咚”声音，具有广阔的应用前景。1.2 本文所做的工作本系统采用 ATMEL 公司生产的芯片 AT89S51，本文采用芯片作为控制器及微处理器，完成以下工作：1.使用 BL9148 设计红外发射电路，利用按键发出红外指令编码；2.使用 TL1380 红外一体化接收头和 BL9149 设计红外接收电路；3 设计声控灯、防盗报警、门铃电路；4.设计主要软件程序模块，完成软件设计。第 2 章 系统硬件设计及模块简介2.1 系统总体功能概述该系统以 BL9148 作为红外指令发送电路的核心，红外指令经红外一体化接收头 TL1380 接收后由 BL9149 译码，再由单片机 AT89S51 作为核心控制部件，外加一定的执行电路来完成系统的预期任务，即声控灯、门铃、防盗报警。整体电路的框图如图 2-1 所示： 图 2-1 系统整体框图本章以下着重介绍系统各个硬件模块。2.2 红外发射电路2.2.1 红外发射部分框图如图 2-2 所示： 图 2-2 红外发射框图红外遥控发射电路的功能是对输入控制指令信号进行扫描、产生遥控编码脉冲、驱动红外发射管输出红外遥控信号。2.2.2 基于 BL9148 的红外线发射电路BL9148 是通用红外线遥控发射器集成芯片，可发射的指令可达 75 个，其中 63 个是连续指令(可多键组合 )，12 个是单发命令 (只能单键使用)。其特点为：电源电压范围较宽：2.2V-5.5V；CMOS 工艺保证了极低的功耗；可多键组合；外围元件少；码位与其他模式兼容；只需外接 LC 或陶瓷振荡器产生振荡，并且只有在有按键按下时才产生振荡，进一步降低功耗；BL9148电路外形图如图2-3：图 2-3 BL9148管脚图管脚描述如表1所示：表 1管脚号 符号 输入/输出 功能描述 1，16 GND，Vdd 地/电源 提供电源 2，3 XT，NXT 振荡器 连接455kHz晶振等产生振荡，（内建反馈电阻）49 K1K6 I 键输入端 键矩阵键输入端T1T3*K1K6连成18键（内建下拉电阻） 1012 T1-T3 O 时序信号输出端 键矩阵的数字时序信号输出 13 CODE I 码位输入端 用作传输和接受的码位匹配用 14 NTEST I 测试端 开路 15 TXOUT O 输出端 传输信号输出，信号12位一个周期，38kHz载波调制 发送命令由12位码组成，如表 2所示。 其中C1-C3是用户码，用来确定不同的模式，C1 和C2与接收电路BL9149相配。每种组合有三个状态：01 、10 和11，而00状态不用。 表 2C1 C2 C3 H S1 S2 D1 D2 D3 D4 D5 D6 用户码 连发/单发码 键输入码 设定用户码的方法：在T1、T2、T3与CODE 之间分别接二极管则分别代表C1、C2、C3 为“ 1”， 若某一端不接二极管则代表“0” 。与BL9149 相配，C1必须接二极管。H、S1和S2是代表连续发送或单次发送的码，且分别与T1、T2和T3的键对应。D1-D6 是发送的数据码。本系统所用到的键与码的关系如表3所示：表 3数据 输出形式键号 H S1 S2 D1 D2 D3 D4 D5 D6K1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 连续K2 1 0 0 0 1 0 0 0 0 连续K3 1 0 0 0 0 1 0 0 0 连续本文设计的基于BL9148红外发射电路原理图如图2-4 ：GND1XT2/XT3K14K25K36K47K58 K6 9T1 10T2 11T3 12CODE 13/TEST 14TXout 15VDD 16BL9148Y455kC1100pfC2100pfk1k2C3100pfC4100pfD2DIODED1DIODER110k+3C547ufQ12SA1015D3TLN105D4TLN105R210K3C6100pf上上上上上上上Q22SC1815图 2-4 基于 BL9148 红外发射电路原理图将 455kHz 的晶振接于 BL9148 的 XT、/XT 引脚，产生 455kHz 振荡频率，对应的发射载波频率被设定为 38kHz。并且只有当键操作时才会产生振荡，这样可以降低功耗。三极管 2SA1015 和 2SC1815 组成放大电路，将放大后的信号送至红外线二极管 D3、D4，D3 、D4 将高频信号转换为红外线信号发射到空间。电容 C5 用于电源滤波。2.3 红外接收电路2.3.1 红外接收部分框图如图 2-5 所示： 图 2-5 红外接收框图红外遥控接收电路的功能是接收遥控指令信号并将之放大、检波、整形，解调出编码脉冲。2.3.2 基于 BL9149 的红外线接收电路在红外线遥控系统的接收端采用BL9149对接收到的信号进行处理，去掉38kHz的载波信号，得到红外输入信号的包络-调制信号。BL9149 的内部包含了红外信号接收过程所需的全部电路。与图2-4对应的红外线接收电路原理图如图2-6所示。实验采用TL1380作为红外线的接收组件，它内部包含红外线接收管、前置放大、解调等几部分电路，包含对接收信号进行整形的施密特触发器。gnd 1vcc 2out 3TL1380上上上上上GND1 RxIN2HP13 HP24HP35 HP46HP57 SP58 SP4 9SP3 10SP211SP1 12C3 13C214OSC 15VDD 16BL9149BL9149Q39014R1010KR11 10KR134.7K R144.7KR154.7KC510ufC61000pfC71000pfR1239kR1210kP32P20P21P22+5V+5VHP1HP2HP3HP3HP2HP1Q4 9014Q5 9014 Q690141213 12U?A74HC11INT0R234.7KR244.7KR254.7K图 2-6 红外线接收电路原理图与BL9148对应的BL9149的键与码的关系见表4表 4 数据位 功能 输出端 键号 H S1 S2 D 1 D 2 D 3 D 4 D 5 D 6 K 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 连续信号 HP1 K 2 1 0 0 0 1 0 0 0 0 连续信号 HP2 K 3 1 0 0 0 0 1 0 0 0 连续信号 HP3 HP 为连续脉冲，见图 2-7： s s s160ms图 2-7 HP 时序图当BL9149接收到连续发送信号后，在第一个锁定脉冲产生的同时，在相应的输出端产生高电平，直至最后一个锁定脉冲结束以后160ms再回复到低电平。红外一体化接收头TL1380将接收到的红外信号送入BL9149 ，再由BL9149对收到的信号进行判断，查表确定发送端的按键，最后由对应的BL9149输出引脚HP1 、HP2、HP3 输出。电容C7用于使BL9149在开机时处于低电平状态，在内部电路产生初始化脉冲，随后C2和C3引脚停留在设定的电平上。电阻R23、R24、R25和三极管 Q4、Q5、Q6组成TTL开关。如当BL9149的HP1引脚为高电平时，Q4 导通， 89S51单片机的P20变为低电平，从而产生中断信号，然后通过单片机查询P20P22口，确定遥控信息。同理，R10、R11和Q3也构成TTL开关。电阻R13-R15用作上拉电阻，使89S51的P20P22口在晶体管Q4Q6截止时保持高电平。电容 C6和电阻R12构成并联谐振多路，为BL9149提供稳定的振荡频率。2.4 单片机处理控制电路2.4.1 89S51 单片机及晶振与复位电路AT89S51 是一种的低电压，高性能 CMOS8 位微处理器。具有 4K 字节Flash 闪速存储器，128 字节内部 RAM，1000 次的擦写周期， 32 个 I/O 线，看门狗(WDT)，两个数据指针，两个 16 位定时器 /计数器，一个 5 向量两级中断结构和一个全双工串行通信口。该器件采用 ATMEL 公司高密度非易失存储器制造技术，与标准的 8051 指令系统和引脚相兼容。作为单片机市场的主流商品，AT89S51 单片机具有 1000 次的擦写周期，支持在线编程（ISP） ，是初学者的首选单片机。ATMEL 公司生产的这款单片机功能强大，可灵活应用与各种控制领域。该单片机能够完成本设计的各种控制任务，而且性价比非常高，因此，AT89S51 是我完成本设计首选的一款单片机。 晶振与复位电路如图 2-8 所示：Y112MC133pfC233pfR110KResetSW-PB P10P11P12P13P22P21P20P17+5Vp1.01p1.12p1.23p1.34p1.45p1.56p1.67p1.78RST9P3.0(RXD)10P3.1(TXD)11P3.2(/INT0)12P3.3(/INT1)13P3.4(T0)14P3.5(T1)15P3.6(/WR)16P3.7(/RD)17XTAL218XTAL119GND20 P2.0 21P2.1 22P2.2 23P2.3 24P2.4 25P2.5 26P2.6 27P2.7 28/PSEN 29ALE(/PROG) 30VPP(/EA) 31P0.7 32P0.6 33P0.5 34P0.4 35P0.3 36P0.2 37P0.1 38P0.0 39VCC 40AT89S51C310uf+5VP33P02P01P00P32P35+5V图 2-8 单片机晶振与复位电路原理图系统采用 12MHZ 晶振，由于系统对晶振要求不高，可以根据情况适当改变晶振频率；另外系统的复位可上电复位，也可手动复位。2.4.2 声控灯电路声控灯全名应该为-声光控灯。因为和光线也有关系。白天即使放鞭炮它都不会亮。该电路可以起到日熄夜亮的控制作用，以节约用电。声控灯电路原理图如图 2-9 所示：R32.1M R433kR518kMIC上上上上上上上C40.1ufQ19014R6上上上上上上上上上上上上上上P11 R1610KP12P13+5V+5VR21MQ7S8550QBT136LAMPLSOCKETNSOCKET220V ACP10U?MOC3020R1910K+5VR20180R212.4KC10 0.1uFR22150C1147nf3124612图 2-9 声控灯电路原理图当系统工作于声控灯状态时，P11 引脚输出声控灯控制信号为高电平，使得电路能在声控状态下工作。当驻极体电容话筒接收到声音信号时（如拍手的声音） ，驻极体电容话筒能将声音信号转换为电信号，经电容 C4 耦合，三极管Q1 放大后，单片机可以在 P12 引脚（声控输出点）检测到高电平信号。白天，由于光线较亮，光敏电阻 R6 只有几个欧姆到几百欧姆，P13 引脚（光控输出点）检测到低电平信号；夜晚，光线暗，R6 达到几 M 欧姆，P13 检测到高电平信号。当单片机检测到 P12、P13 均为高电平时，将 P10 置为低电平。驱动电路采用 TI 公司生产的 MOC3020 作为光电隔离驱动器，图 2-9 中为MOC3020 的典型连接图。由于双向晶闸管 BT136 可能会在反向电压的作用下误 ，所以在 BT136 两端并联上 R21 和 C10 阻容吸收电路。电阻 R22 和 C11用于电源滤波。当灯泡 LAMP 亮 1 分钟后（单片机延时） ，将 P10 置为高电平，从而 LAMP 灭，实现了声控灯的功能。2.4.3 防盗报警电路如图 2-10 所示防盗报警电路原理图：R81kLEDNPN-PHOTO上上上上R910k上上上上P33+5V+5VINT1R7 10KLSSPEAKERP17+5VQ2S8550图 2-10 防盗报警电路原理图本系统将红外对管置于门上。当系统工作于防盗报警状态时，若有不明身份人物闯入，红外对管分开，红外接收三极管截止，从而由 P33 引脚给单片机引入外部中断，单片机响应中断，由 P17 引脚输出高电平，使 SPEAKER 发出报警声，直到报警状态解除，单片机才进入正常工作状态。2.4.3 门铃电路除了遥控门铃外，本系统加装了额外的门铃按键，置于门上，如有人拜访，可按下此按键。每按下一次，门铃发出“叮咚”响声。本系统利用定时器 T1进行中断扩展。如图 2-11 所示门铃电路原理图：上上上上SW-PBP35R7 10KLSSPEAKERP17+5VQ2S8550图 2-11 门铃电路原理图2.4.4 其他外围电路如图 2-12 所示为+5V 电压源电路原理图：220v C80.33ufC90.1uf1 32V VGNDIN OUT78L05+5v上上上上上CRKBPC10005TTRANS19v+5V图 2-12 +5V 电压源电路原理图交流 220V 电压经过变压器降压，KBPC10005 桥路整流芯片整流后，由74L05 稳压输出 +5V 电压，给单片机供电。KBPC10005 最大交流峰值转换电压 50V，最大均值电桥输入电压 35V，最大正向平均整流电流 10A。78L05 可以提供 100mA 电流，体积比 7805 小，功耗低。C8、C9 用于电源滤波。图 2-13 所示为功能指示灯电路原理图：上上上上上上上上上上上上上上上上上上上上上上D1D2D3R181KR171KR161KP00P01P02+5V图 2-13 功能指示灯电路原理图当单片机工作在不同状态时，相应的功能指示灯亮。从而使使用者能清晰得分辨出系统的工作状态。第 3 章 系统软件设计本系统中的程序设计采用模块化的设计方法。多个功能模块的功能相互独立，又能够互相调用，修改非常的方便，具有较强的可读性。3.1 软件功能概述在系统的硬件确定以后，足够强大的且功能完善的软件能够很好的指导和协调硬件的工作，可使系统发挥其最大的作用，并且便利以后的更新换代升级。主程序完成的任务相对简单，它只是完成初始化等工作而进入等待方式。由于单片机不能一直处于查询状态，那样太浪费单片机资源，又不利于系统整体流程的复杂程度，并且系统在 3 种功能之间切换具有不确定性，所以采用了中断方式。本系统用到的中断比较多，综合进行考虑，将定时计数器 T1 进行扩展来满足中断需要。当有中断发生时，转到相应中断子程序。3.2 主程序主程序完成的任务相对简单。它只是完成初始化等工作而进入等待方式。其流程图如图 3-1 所示。 while图 3-1 主程序流程图3.3 外部中断程序外部中断 0 程序用于检测遥控信号，当有中断时利用查询方式查询 I/O 口确定单片机工作状态，其流程图如图 3-2 所示：FD=0?SK=0?NFD()SKF()ML=0?N MLF()NYYY图 3-2 外部中断 0 流程图3.4 声控灯程序声控灯部分流程图如图 3-3 所示：S&GS=1Y1N图3-3 声控灯流程图：SS 为声控输出点， GS 为光控输出点。3.5 防盗报警程序本系统如图 3-4 所示：10图3-4 防盗报警流程图INT1 中断如图 3-5 所示：P17=1图3-5 INT1 中断流程图3.6 门铃程序门铃分为遥控门铃与门上按键门铃。 遥控门铃流程图如图 3-6 所示：INT100图3-6 遥控门铃流程图用定时/计数器 T0 来产生 700HZ 和 500HZ 的频率，根据定时/计数器 T0，取定时 250us，因此，700HZ 的频率要经过 3 次 250us 的定时，而 500HZ 的频率要经过 4 次 250us 的定时。在设计过程，只有当按下遥控门铃按键或者门上门铃按键之后，才启动 T0 开始工作，当 T0 工作完毕，回到最初状态。 “叮”和“咚”声音各占用 0.5 秒，因此定时/计数器 T0 要完成 0.5 秒的定时，对于以250us 为基准定时 2000 次才可以。叮咚门铃程序流程图为图 3-7 所示：T0T0YNtcnt=20?tcnt=0Yflag=0?flagY stop=1,TR0=0tcnt+flag=0?t7hz+t7hz=3?Yt7hz=0,P17t5hz+Y t5hz=4?t5hz=0,P17YNN NNN图3-7 叮咚门铃程序流程图门上按键门铃利用定时器 T1 来扩展中断，由于定时器回零产生中断，所以将计时器初值设置为 0xFF，每次按键后，都把定时器初值设置为 0xFF。从而每次按下键时都能产生中断。其流程图如图 3-8 所示：T1图3-8 门上按键门铃流程图结 论本次毕业设计经过努力，整个系统实现了预期的目标，达到了控制的可操作性, 灵活性,稳定性的要求，能随时改变系统在声控灯、防盗报警、门铃三种功能下工作。鉴于其系统特性以及成本低的特点，能在家庭生活中获得很好应用，而且系统预留了遥控控制口，若系统需要完成其他功能，能方便的在原有系统上进行改进扩展，适应各种场所的需要。因此，将该系统的思想运用到生活的各个方面开发出一套红外控制的完整的系统，加以推广，具有一定的市场潜力，具有较强的应用价值和开发潜力。但是系统也存在不足。由于红外遥控的缺电是不具有像无线遥控那样穿过遮挡物质去控制被控对象的能力，因此遥控距离较短。若系统改进为了实现更远距离控制，本系统就有待进一步改进和完善。可以使用的改进方法有：1采用提高红外接收放大装置的放大倍数，将极弱的信号加以放大，使其转化的电信号能被后续