防盗警报领域的传感器论文.doc

绪 论随着社会民生建设，经济的不断发展，和人们生活节奏的加快，财产安全成为社会健康发展的重中之重，尤其在工农业、消防、银行、酒店、商场、航天等部门，经常需要对环境进行监控和报警，特别要防止失窃行为的发生，因此防盗报警技术也应运而生。该技术可应用与小区安全建设、个人住宅财产安全、仓库物资安全管理等重要财产的安全保障上。有些场合要求防盗控制可以达到自动化，可操作化，减少人工的现场监控，所以探测与布线是最关键的，国内的一些智能防盗产品大多来自国外、不易购买、价格昂贵且多为有线控制，而且有线探头来布线早已无法满足现代防盗报警的需要，这是因为有线探头探测位置固定，不能自由转换，因此，用常规的方法探测人体的误差可达1%5%以上；其它的防盗产品也不少但多为纯硬件的模拟信号控制，无法实现无线多探头控制。如何能在探测精度高的基础上实现无线安装，以达到方便与实用，这一点就是我研究的方向运用于防盗报警领域的传感器有很多种，这里我们就只对红外无线探测器探头作为对象进行分析讨论来说明如何进行防盗、控制与报警。设计中我选用了一个利用被动式热释电传感器（KDS-7K）作为人体检测信号检测传感器，检测到的信号经放大与整型处理后，利用无线电的形式与报警主机进行通讯的方法来制作防盗报警系统。在无线发射方面，我使用了市场上固定频率的315M频率的发射与接收模块，在芯片处理方面，我采用芯片解码技术，利用单片机AT89C2051，PT2274L4无线解码模块和相关的控制电路，无太多复杂硬件电路的连接，应用软件编程控制实现稳定性好、成本低。另外单片机体以其积小、携带及安装方便、功能齐全等特点，应用前景很广。从红外探头的接收到的人体信号，经编码后通过315M的无线电信号，向报警主机发出报警信号，主机根据收到的无线电信号，经解码后，读出相应的报警信息，通过计算机的处理，一方面从显示电路中输出具体的报警地址，另一方面驱动报警电路工作，发出响亮的110警车报警声，此外我们可以通过遥控器直接控制开和关的功能，方便自己人员安全进入，进行智能操作来满足我们防盗报警的需要，从而达到了一个自动检测、控制和报警的目的。系统方案设计2.1 系统预期功能2.1.1设计要求1、人体探测器与主机间的信号传递采用无线的型式；2、在同一区域范围内能有多套系统同时工作而相互间不影响。3、能每时每刻进行监控。 人体传感器检测到人体发出的红外线信号后，将自己的地址码数据直接通过天线发射无线信号，然后应用接受模块，接收这些信号直接输给单片机，而且精度高。4、具有110警车声报警功能。具有智能性，当发现有人进入探测现场时马上报警，音质好，失真小。同时能显示出出现警情的具体位置；5、可以人为操作遥控器对主机进行设防与撤防的操作；控制器数码显示报警电路数据解码无线接收电源电路图2-1 无线防盗报警器系统原理框（）图无线发射数据编码人体红外辐射传感器信号处理涅菲尔透镜2.2 产品方案确定2.2.1 传感器的选择方案一：人体红外传感式传感器最不敏感的移动方向最敏感的移动方向图2-2 人体红外检测示意图这类传感器主要是通过检测环境温度的变化来工作的，人体由于体温的关系，会向周围发出一种红外线信号，当走近传感器所能接收的范围内时，发出的红外线信号便可以被热释电传感器所接收，正是这种工作方式，所以该类传感器使用中会存在以下不足：1、当环境温度接近人体温度时，人体探测器会失灵，即检测不到信号，从而使系统无法正常工作；2、当使用环境中有气流流动时，非常容易产生误动作。就因为以上不足，使得在室外布防时就无法用这类传感器，然而这类传感器由于是被动式接收，因此功耗非常低，所以在室内布防特别是采用电池供电的系统中被广泛应用。方案二：红外对射型利用红外对射作为人体入侵探测器。红外线及激光技术目前已相当成熟，利用红外发射管发射一束光束，如接收端能正常接收表示系统正常，当有人挡住光束时，接收端便收不到光束，启动报警电路工作，其工作过程如下图所示： 院子 围墙激光发射器接收器图2-3红外对射模型这种方式受环境影响较小，可以在室外应用，而且距离可以做到很远，如用激光发射器作为发射器件的话，可以做到几百米，但由于这种方式安装与调试非常麻烦，系统成本较高，静态工作电流较大，不适合于电池供电的场所。经过综合各方面的利与弊，考虑到本设计主要针对室内场所的设防，且需要电池供电，最终选定方案1为本设计优选方案。2.2.2 无线收发模块的选择市场上的无线收发模块多种多样，但是基本工作原理大多相同。发射模块都是由一个能产生等幅振荡的高频载频振荡器和一个产生低频调制信号的低频振荡器组成，而接收模块则可以分为超再生接收和超外差接收两种方式。1、超再生检波电路实际上是一个受间歇振荡鞚制的高频振荡器，这个高频振荡器采用电容三点式振荡器，振荡频率和发射器的发射频率相一致。而间歇振荡又是在高频振荡的振荡过程中产生的，反过来又鞚制着高频振荡器的振荡与间歇。2、超外差式接收电路的工作原理和一般的超外差式收音机的原理相同。它将接收到的信号加以放大，并和本机产生的等幅振荡信号相减，产生一个固定频率的中频信号，这个中频信号的幅度中包含有低频调制的鞚制信号，将这个中频信号加以两级或三级放大，然后进行检波，将中频信号中所包含的低频指令信息取出，就得到正确的遥鞚信号。所以选用时本着可以充分实现无线收发功能而且价格便宜、用着方便易懂的原则，我选用了DF发射模块，该无线发射模块工作频率可以为315MHZ或433MHZ，采用声表谐振器SAW稳频，频率稳定度极高，声表谐振器的频率稳定度仅次于晶体，而一般的LC振荡器频率稳定度及一致性较差。未设编码集成电路，而增加了一只数据调制三极管Q1,这种结构使得它可以方便地和其它固定编码电路及单片机接口，而不必考虑编码电路的工作电压和输出幅度信号值的大小。用PT2262或者SM5262等编码集成电路配接时，直接将它们的数据输出端第17脚接至DF数据模块的输入端即可。接收模块选用可与2262配套使用的由2272构成的接收模块，该模块可以接收到315MHZ的高频信号，分为锁存型和非锁存型，此处选用了锁存型，可以接收到50米以外的无线信号，基本满足设计要求。2.2.3 主控电路的选择主控电路功能就是实现外部电路与控制电路的通讯功能，需要选择能满足功能要求的控制电路，如今以大规模、超大规模集成电路组成控制芯片不仅体积小，而且凭借其技术，内部大多集成了中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能，有的可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路，集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。我选择了有一种低损耗、高性能、CMOS八位微处理器AT89C2051其拥有20个引脚，片内有4k字节的多功能存储器，数据保存时间为十年。它与MCA-51系列单片机在指令系统和引脚上完全兼容，不仅可完全代替MCS-51系列单片机，而且能使系统具有许多MCS-51系列产品没有的功能。图2-4 超再生接收模块 图2-5 AT89C205实物图 硬件电路设计硬件电路主要由人体检测模块、无线接收模块（集成电路PT2272-L4）、数码显示电路、按键电路、报警电路、主控电路和电源电路组成。3.1 工作原理由无线信号发射电路和无线接收电路组成检测电路，用来检测人体发出红外线。将红外信号转化为变化的电信号，经放大处理后，发射电路发出无线信号。接收天线接收到相应的无线信号后，对无线信号进行检测、解码，系统由51单片机中的简易型产品AT89C2051单片机担任中央控制器，无线部分采用专用无线接收模块设计，无线编、解码采用目前市面上用得较多的无线专用编解码芯片2262/2272来完成，这里采用PT2272-L4作为解码芯片，其引脚及使用方式与PT2272L4完全一样。无线电信号采用四位数据进行传输，可以输出16种控制信号，这里用了12组，10组报警信号，2组控制信号，数码管显示报警方位，报警信号采用专用四声音乐电路完成，这里接成110警车声，最后通过LM386功放电路进行放大并驱动扬声器发音。图1中可见，单片机的P1口为数码管的显示数据驱动端口，需要显示的数字由这里输出，P3.2-P3.5为四位遥控数据输出端,P3.0为遥控解码成功标志，P3.1控制蜂鸣器，以配合各种动作，P3.7为功放部分电路的控制端口。最后单片机发出正确的段码输送给数码管显示，同时报警电路在需要报警的时候实现报警功能。按键电路可以实现布防和撤防（复位）功能。下面将分别对这些电路的设计过程进行阐述。3.2 无线信号接收电路接收电路的无线接收与解调部分采用的是现成的高频接收模块，可以简化设计工作，而且采用SMT工艺，可靠性较高、占用空间小。高频接收模块TX315MHZ图3-1 无线信号接收示意图VCCOUT DATAGNDVCC提供的是经三端稳压器7805稳压后5V输出电压，为接收模块提供稳定的工作电压。发射模块发出的是1时（即315MH的高频信号）经过天线后，经内部超再生检波电路检波并接收由后续的LM358运放进行信号放大，最后由1脚输出高电平“1”送到解码集成块PT2272-L4的14脚，当发射部分发送的是0时，发射高频部分停止工作，接收部分就输出为0，这样就实现了无线信号的传输，原理图下图所示。图3-2 无线信号接收原理图此模块主要由超再生检波电路和运放电路构成，因为该高频接收模块是市场现成的，所以在此主要介绍其工作原理。超再生检波电路实际上是一个受间歇振荡控制的高频振荡器，这个高频振荡器采用电容三点式振荡器，振荡频率和发射器的发射频率相一致。而间歇振荡又是在高频振荡的振荡过程中产生的，反过来又控制着高频振荡器的振荡与间歇。而间歇振荡的频率是由电路的参数决定的（一般为百到几百千赫）。图中Q1等组成高放电路，Q2及相关元件组成超再生检波电路，检出的控制信号经两级运放LM358进行放大处理后，从输出端输出接收到无线信号。3.3 红外报警编/译码器电路设计PT2262/72是一对采用CMOS工艺制作的专用数字编/译码器，外围元件少，电路简单，便于设计，使用起来非常方便，其他数字编/译码器相比，最突出的特点是地址编码容量特别大，而且目前被广泛地运用于各个遥控电路中，因而可靠性非常好图3-3 PT2262/72集成块实物图PT2262为数字编码器，引脚及参数如下图3.4 2262外形及引脚图表2.1 PT2262芯片极限参数（Ta=25）参数符号参数范围单位电源电压Vcc215.0V输入电压ViVCC0.3V输出电压VoVCC0.3V最大功耗Pa300mW工作温度Topr-20+70贮存温度Tstg-40+125PT2272-L4为译码器，其型号后面的L4是指四位数据是锁存型。其引脚及参数如下：图3.4 2272外形及引脚图表2.2 PT2272芯片极限参数（Ta=25）参数符号参数范围单位电源电压Vcc215.0V输入电压ViVCC0.3V输出电压VoVCC0.3V最大功耗Pa300mW工作温度Topr-20+70贮存温度Tstg-40+125当编码器设置好地址和数据后，接通电源，便在Dout端输出一帧接一帧的连续串行信号，直到电源断开时为止。LX2272通电后立即做好接收准备，当收到有效输入信号后，马上与其地址进行比较。如连续两次比较地址码完全相同，数据便会从D0到D3端输出，同时其译码有效输出端VT还同时输出一个正脉冲，作为译码成功标志。根据前述要求，选用四位数据已能满足，固编码芯片选取LX2262-R4，而接收解码芯片则选取LX2272-L4，四位数据的锁存输出。为了使收与发匹配使用，两者的振荡电阻分别选1.5M和270K，同时两者的8位地址也设置成一样。利用接收电路的四位数据位，可以组成不同的十六种地址：1号00002号00013号0010. .16号1111单片机就是根据接收到的这四位数据码来进行判断，点亮相应的发光管，用于地址显示。表2.3 主机接收遥控数据信号的定义如下D3D2D1D0功能对应信息0000报警0号通道0001报警1号通道1010报警2号通道0011报警3号通道1100报警4号通道0101报警5号通道0110报警6号通道0111报警7号通道1000报警8号通道1001报警9号通道0010布防不显示0100撤防显示FPT2272是一款用以解码的芯片，编码芯片PT2262发出的编码信号由：地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字，解码芯片PT2272接收到信号后，其地址码经过两次比较核对后，VT脚才输出高电平，与此同时相应的数据脚也输出高电平，如果发送端一直按住按键，编码芯片也会连续发射。当发射机没有按键按下时，PT2262不接通电源，其17脚为低电平，所以315MHz的高频发射电路不工作，当有按键按下时，PT2262得电工作，其第17脚输出经调制的串行数据信号，当17脚为高电平期间315MHz的高频发射电路起振并发射等幅高频信号，当17脚为低平期间315MHz的高频发射电路停止振荡，所以高频发射电路完全收控于PT2262的17脚输出的数字信号，从而对高频电路完成幅度键控（ASK调制）相当于调制度为100的调幅。 SC2262/2272对应震荡电阻 SC2262/2272 OSC RESISTANCE 1.2M 200K 1.5M 270K 2.2M 390K 3.3M 680K 4.7M 820K 表2.4 SC2272 管脚功能表管脚名称管脚功能A0-A11（1-8、10-13）地址管脚,用于进行地址编码,可置为“0”,“1”,“f”(悬空), 必须与2262 一致,否则不解码D0-D5 7-8、10-13地址或数据管脚,当做为数据管脚时,只有在地址码与2262 一致, 数据管脚才能输出与2262数据端对应的高电平,否则输出为低 电平,锁存型只有在接收到下一数据才能转换Vcc 18电源正端（）Vss 9电源负端（）DIN 14数据信号输入端，来自接收模块输出端OSC1 16振荡电阻输入端，与OSC2 所接电阻决定振荡频率OSC2 15振荡电阻振荡器输出端VT 17解码有效确认输出端（常低）解码有效变成高电平（瞬态）3.4 主控电路主控电路核心是一个由中央控制器AT89C2051组成的控制电路，完成对PT2272-L4解码后的信号接收，继而依照程序的运行指令分析处理解码信号，控制数码管显示正确的发生危情的地点，同时发出指令，使驱动电路带动扬声器工作，发出预警的全部控制功能。3.4.1 AT89C2051的介绍AT89C2051是由美国Atmel 公司生产的至今为止世界上最新型的高性能八位单片机。该芯片采用FLASH存储技术，内部具有2KB字节快闪存存储器，采用DIP封装，是目前在中小系统中应用最为普及的单片机。1、AT89C2051特点：l AT89C2051与MCS-51系列的单片机在指令系统和引脚上完全兼容；l 片内有4k字节在线可重复编程快擦写程序存储器；l 全静态工作,工作范围:0Hz24MHz；l 三级程序存储器加密；l 1288位内部RAM；l 32位双向输入输出线；l 两个十六位定时器/计数器l 五个中断源,两级中断优先级；l 一个全双工的异步串行口；l 间歇和掉电两种工作方式。2、AT89C2051的功能描述：AT89C2051是一种低损耗、高性能、CMOS八位微处理器，片内有4k字节的在线可重复编程、快速擦除快速写入程序的存储器，能重复写入/擦除1000次，数据保存时间为十年。它与MCA-51系列单片机在指令系统和引脚上完全兼容，不仅可完全代替MCS-51系列单片机，而且能使系统具有许多MCS-51系列产品没有的功能。AT89C2051可构成真正的单片机最小应用系统（图3-5），缩小系统体积，增加系统的可靠性，降低系统的成本。只要程序长度小于4K，四个I/O口全部提供给用户。可用5V电压编程,而且擦写时间仅需10毫秒，仅为8751/87C51的擦除时间的百分之一,与8751/87C51的12V电压擦写相比，不易损坏器件，没有两种电源的要求，改写时不拔下芯片，适合许多嵌入式控制领域。工作电压范围宽（2.7V6V），全静态工作，工作频率宽在0Hz24MHz之间，比8751/87C51等51系列的6MHz12MHz更具有灵活性,系统能快能慢。AT89C2051芯片提供三级程序存储器加密，提供了方便灵活而可靠的硬加密手段，能完全保证程序或系统不被仿制。P0口是三态双向口,通称数据总线口,因为只有该口能直接用于对外部存储器的读/写操作。图3.5 AT89C2051构成最小系统图3、AT89C2051引脚功能1） 口线：P1、P3共2个八位口。 P1口是专门供用户使用的I/O口,是准双向口，其中P1.0和P1.1除作为普通I/O用外，还可作为电压比较器输入端。 P3口是双功能口,该口的每一位均可独立地定义为第一I/O功能或第二I/O功能。作为第一功能使用时操作同P1口。P3口的第二功能如表2所示，第6脚不引出。 VCC： 工作电源+5V GND ：电源地。 VPP： 访问外部程序存储器允许信号。 RST：复位信号输入端。 XTAL1：片内振荡器输入端。在采用外部时钟时，对于HMOS单片机，该端必须接地，对于CHMOS单片机，此引脚用为驱动器。 XTAL2：片内振荡器输出端。在片内它是一个振荡电路反向放大电路输出端，振荡电路的频率是晶体振荡频率，若需采用外部时钟电路，对于HMOS单片机，该引脚输入外部时钟脉冲，对于CHMOS单片机，此引脚应悬浮。 RXD：串行口输入。 TXD：串行口输出。 ALE：访问片外存储器时，它作为锁存扩展地址低字节的控制信号的输入。2）、控制口线:PSEN(片外选取控制)、ALE(地址锁存控制)、EA(片外存储器选择)、RESET(复位控制);3）、电源及时钟：VCC、VSS、XTAL1、XTAL2操作方法。表2.5 P3口的第二功能端口引脚引脚功能P3.0RXD(串行口输入端)P3.1TXD（串行口输出端）P3.2INT0（外部中断0请求输入端，低电平有效）P3.3INT1（外部中断1请求输入端，低电平有效）P3.4T0（定时/计数器0脉冲输入端）P4.5T1（定时/计数器1脉冲输入端）P3.6WR（外部数据存储器写选通信号输出端，低电平有效）P3.7RD（外部数据存储器读选通信号输出端，低电平有效）4）、总结其主要的功能特性如下表2.6所示表2.6 AT89C2051的主要功能特性兼容MCS51指令系统2K可反复擦写(1000次)Flash Rom15个双向I/O口6个中断源两个16位可编程定时计数器2.7-6.0V的宽工作电压范围时钟频率0-24MHz128 X8bit内部RAM两个外部中断源两个串行中断可直接驱动LED两级加密位低功耗睡眠功能内置一个模拟比较放大器可编程UARL通道软件设置睡眠和唤醒功能3.4.2 数码显示电路图3.6 显示电路此处选用的数码管型号为SM4105A，为共阳极数码管（图3.7），引脚排列如右图，即com送入高电平，当有哪个段码引脚变为低电平时，相应的液晶LCD就会发光。图3.7 共阳极数码管SM4105A因为AT89C2051的P1口可以直接驱动数码管，所以不用再外接38译码器译码驱动或者利用其他可驱动数码管的集成块如CD4511等，即节省成本又增加整体稳定性。数码管的段码引脚a、b、c、d、e、f、g，通过上拉电阻分别与单片机的P1.6、P1.5、P1.4、P1.3、P1.2、P1.1、P1.0相连接。单片机的控制信号送给P1.6P1.0相应的低电平信号，就可以是数码管显示预先设置好的提示信号了。3.4.3 遥控按键电路图3.8所示遥控按键电路，也就是开关电路，它负责整个电路“通”，“断”的控制，是电路中必不可少的控制电路。根据电路功能，我采用2262作为编码芯片，实现布防、撤防的控制。图3.8 遥控按键电路SC2262的原理上是可以实现多建同时按下的，但我选用的布防信号为0010，撤防信号为0100，所以只要保证编码方式与发射模块和接收模块的地址码一样，就可以实现开关控制。本来，4个按键对应的是4位数据位，一般情况下电路设计中，这4位中只有一个是“1”（按下），其余的为“0”。当你实现设定这4位有多个“1”，比如“1010”，那么接收中也会是“1010”，就是有2位输出状态，需要送两个高电平信号进去，也就是要用两个开关控制“开”，但是，我只设定了一个“1”，所以用一个开关控制“开”，一个开关控制“关”。这个数据是在2262发射之前就已经检测、组织好才有效。3.5 电源电路通过三端稳压芯片7805稳压成5V直流电源，可供给单片机AT89C2051等电路使用。图3.9 电源电路图如图上图所示，三端稳压芯片采用LM7805,为输出正电压的LM7800系列，该系列集成稳压IC型号中78后面的数字即代表该三端稳压电路的输出电压，在本电路中为正5V。此类集成块具有体积小、重量轻、可靠性高、使用方便等优点。封装形式为三端试：Vin脚为输入，Vout脚为GND，GND脚为输出。LM7805最大输出电流为1.5A。装上足够大的散热片后，耗散功率可达15W。C10为整流滤波电容,C4、C5构成多级滤波，具有改善输出瞬态特性和防止电路产生自激振荡的作用。3.6 驱动电路与传统驱动电路相比，用单片机的信号输出进行驱动控制更具有可操作性，首先它成本低，而且具有硬件电路简单、控制方便、运行稳定的优点。如图3.9所示驱动电路，R19和VT3的集电极接12V电压，作为驱动电源。当出现险情时，单片机的P3.7脚发出控制信号（高电平），作为开关用的晶体管闭合，12V的电压送到运放LM386的VS端（为扬声器提供工作电压）还有通过限流电阻R22接音乐芯片TQ9561的VCC和OSC0端，下端串联一个3.6V的稳压管为其提供工作电压。音乐芯片3脚送出的周期性震荡信号经C6耦合到运放的同相输入端（3脚），对信号放大后输出到扬声器，发出110报警声，实现报警。图3.10 报警驱动电路软件设计4.1 程序设计方案任何硬件电路在使用到单片机进行电路控制时，就必须在硬件的基础上设计使用相应的软件进行信号控制。此处设计的无线防盗报警器使用的AT89C2051单片机，它支持C语言、汇编语言、VHDL语言等语言的编程，此处为了方便读者理解，使用汇编语言进行编程，进而实现信号的接收、比较、处理、和输出显示、控制报警等功能。此软件设计环境：Windows；设计语言：汇编语言；4.2 程序流程图及相关程序程序采用模块化设计，把整个程序分成多个具有独自功能的模块，经主程序的调用，和各个程序之间的衔接，处理一系列指令功能，完成了相关的电路预期功能，达到设计要求。4.2.1 主程序流程图此系统中，包括了利用P3.0口对先前315MHZ无线信号的检测后判断信号功能，用P3.5P3.2采样当前数据，然后辨别具体信号地址功能，经布/撤防程序处理后，传送相应数据，控制输出显示和报警，最后辨别撤防指令，实现撤防。有无信号？初始化开始为撤防信号为布防信号报警地址查询显示险情地址启动报警电路按下撤防键延时到否延时布防程序撤防程序YESNONOYESYESNOYESYESNONO图4.1 总体方案流程图4.2.2 信号采集处理子程序流程图信号采集处理子程序主要完成对信号的采集和相应的处理功能。SC2272L4的17脚发出的信号（高电平）被单片机AT89C2051的P3.0口接收后，P3.2P3.5口开始接收从SC2272L4的数据输出端（13、12、11、10脚）D0、D1、D2、D3输出的发生险情地点或复位信号的编码地址，然后经判断后分别执行布防程序、撤防程序。YES开始初始化有无信号？延时5ms有无信号？单片机P3.2P3.5口进行数据采集数据处理为撤防信号撤防程序为险情信号险情程序YESNONOYESYESNONO图4.2 总体方案流程图4.2.3 显示电路子程序流程图当单片机的P3.0接收到高电平时，经采样模块采样，判别是否为险情信号或撤防信号，若是险情信号则数码管显示发生险情的地址（预先设置好的地址），若为撤防信号则数码管显示“F”，提示操作者撤防成功。初始化开始P3.0高电平为布防信号单片机驱动LED显示LED不显示结束YESYESNONO4.2.4 报警子程序流程图经过单片机内部程序对接收到的地址编码判别后，确定为险情地址时，单片机控制P3.7脚输出低电平，外围电路导通后，音乐芯片将报警信号送到LM386运放进行信号放大，送入扬声器发生报警，最终实现了报警功能，同时当此时按下撤防按键后，单片机收到撤防信号，结束报警。初始化开始发生险情启动报警器报警结束YESP3.7低电平NO为撤防信号YESNO4.3 软件调试4.3.1 软件调试的目的软件调试的目的是通过对程序的汇编、连接、执行来发现程序中的语法及逻辑错误，并加以纠正。由于大多数程序的运行依赖于硬件，因此，应用程序必须在联机状态下进行仿真调试。此处主要利用Keil仿真软件进行软件调试、运行等来检测软件。4.3.2 软件调试的过程这个软件设计采用模块化结构设计，所以在软件调试时，可分别对其送入不同的预先设定好的编码地址，软件看门狗及报警输出功能模块独立仿真调试。在软件仿真调试过程中，用单步运行功能对程序逐步地运行，观察程序中每条指令执行的状况，从而检查出具体的错误点，判断是语法错误还是指令错误或是结构安排不合理的错误等。单步调试完成后，还要继续做连续运行的调试，用以防止模块性错误的发生。经过软件调试后，可确定软件系统基本正确。这时，不要急着将程序固化到EEPROM中，等到后面硬件焊接完成后，在用硬件联机仿真现象正确后再进行程序固化。第4章 产品的安装调试5.1元件的安装与焊接5.1.1 元件安装的基本要求与原则制造电子产品，可靠性与安全是二个重要因素,而零件的安装对于保证产品的安全可靠是至关重要的。任何疏忽都可能造成整机工作失常，甚至导致更为严重的后果。元件安装时我们要保证导通与绝缘的电器性能、保证机械强度、抱着那个传热的要求和安装时接地与屏蔽要充分利用。为达到产品的可靠与安全，安装时应遵循一些基本的要求与原则。1、元件安装的基本要求： 保证导通与绝缘的电气特性，电气连接的通与断是安装的核心这里所说的通与断，不仅是安装后简单的使用万用表测试的结果，而且要考虑在振动，长期工作，湿度等自然条件变化的环境中，都能保证通者恒通，断者恒断。 保证机械强度，电子产品在使用过程中，不可避免的需要运输和搬动，会发生各种有意或无意达到振动，冲击，如果机械安装不够牢固，电气连接不够可靠，都有可能因为加速度的瞬间受力使装置受到损害。 保证传热的要求，在安装中，必须考虑某些零部件在传热，电磁方面的要求。 安装时接地与屏蔽要充分利用，接地与屏蔽一是消除外办对产品的电磁干扰，二是消除产品对外办的电碰干扰，三是减少产品内部的相互电磁干扰。2、安装元件时应注意以下原则： 为避免因元器件发热而减弱铜箔对基板的附着力，并防止元器件的裸露部分同印制导线短路，安装时元器件应离开面板约12mm。 装配时，应该先安装那些需要机械固定元器件，在此装置中如稳压管、中心芯片插座。 各种元器件的安装,应使它们的标记(用色码或字符标注的数值,精度等)朝上面或易于辨认的方向,并注意标记的读方向一致(从左到右或从上到下)。 在安装元件时应与焊接同步进行操作。5.1.2 元器件的焊接焊接是制造电子产品的重要环节之一，如果没有相应的工艺质量保证,如何一个设计精良的电子装置都难以达设计指示。1、对焊点的基本要求： 可靠的电气连接，焊接是电子线路从物理上实现电气连接的主要手段，锡焊连接不是靠压力而是靠焊接过程形成的牢固连接的合金层达到电气连接的目的。 足够的机械强度，焊接不仅起到电气连接的作用，同时也是固定元器件，保证机械强度连接的手段。 光洁整齐的外观，良好的焊点要求焊料用量恰到好处，外表有金属光泽，没有粒尖，桥接等现象，并且不伤及导线的绝缘层及相邻元器件。2、焊接前的准备：为了提高焊接的质量和速度，避免虚焊等缺点，应该在装配以前对焊接表面进行可焊性处理镀锡。镀锡实际上就是液态焊锡对被焊金属表面浸润，形成以层既不同于被焊接金属又不同于焊锡的结合层，由这个结合层将焊锡于待焊金属这两种性能，万分都不相同材料牢固连接起来。镀锡有以下工艺要求： 待镀表应该清洁； 焊盘与元件引脚温度适宜，有利于形成良好的结合层。可用烙铁接近元器件引脚进行回热； 要使用有效的助焊剂，如松香，这种助焊剂无腐蚀性，焊接时支除氧化膜，增强焊锡流动性，使焊点可靠美观。3、 焊接操作：在做和焊接前准备工作后就可对元器件进行焊接操作了，可使用35W的圆头外热式烙铁对其进行焊接，焊接时掌握好的电烙铁温度和焊接时间，选择恰当的烙铁头和焊点的接触位置，才可能得到良好的焊点，焊接的操作步骤分为以下五个： 准备施焊，左手拿焊丝，右手握烙铁，进入备焊状态，要求烙铁头保持干净，无焊渣等氧化物，并将表面镀上层焊锡。 加热焊件，使烙铁头同时接触焊盘和元器件的引线同时加热，便于焊锡更好的溶入引脚和焊盘之间。 送入焊丝，焊件的焊接面被加热到一定温度时，焊锡丝从烙铁对面接触焊件。 移开焊丝，当焊丝熔化一定量后，立即向上45度方向移开焊丝，然后同时移开烙铁结束焊接。5.2 硬件调试1、电源、复位电路调试：对电源电路调试前已知，接通电源，VCC应输出5V直流稳定的电压，接通电源后电源指示灯亮，正常发光。在开始时系统自动通过复位电容实现开机瞬时自动复位，不需要人进行干扰。更能体现系统的自动性。首先对电源部分进行调试。先将整流、滤波部分元件焊上，然后接上电源变压器，用交流档测变压器输出电压为12V，再用直流档测整流滤波后的电压为直流13.7V左右，正常，接上三端稳压后再测其输出电压，为稳定的5.04V，这些数据说明电源部全全部工作正常。2、 安装与调试报警电路：焊接完成后，通过一只3.9K的电阻接VT1基极，然后接地，正常时在喇叭中听到响亮的110警车声音；在用导线短接后，却无任何声响，分析电路，在短接时测量VT3发射极电压，结果为0，检查后发现发射极电阻R21虚焊，补焊后再试，一切正常。3、 无线接收部分的调试：正常情况时，当无线发射部分发射信号后，SC2272L4的17脚应输出一个高电平作为解码成功的响应，同时在其四位数据位上输出与发射器相对应的四位数据码。电源接通后，先测量了无线接收模块的工作电压和2272的18脚电压，均为5V左右，然后一手测2272的17脚电压，一只手按动遥控器，结果按下后没反应，检查后，发现2272的15与16脚间的振荡电阻阻值选用错误，换成270K的电阻焊上后，再试，正常，同时测了四位数据电压也正常。设计总结在上述软件调试和硬件调试都基本正常的情况下，将源程序烧(写)入AT89C2051单片机中，然后将其插入20脚插槽，引脚顺序不能搞错。通电前在次仔细检查电路板各个元器件是否存在虚焊，短路故障，一切正常后，进行整机通电调试。先将发射模块电源打开，调节天线接收范围，放到对着走廊或前方的空旷地段，然后主机通电，数码管显示09十个数字，说明程序段码显示部分正常，程序初始化示正常。按下遥控布防按钮，蜂鸣器应该鸣一声提示，结果蜂鸣器不发声，仔细检查后是蜂鸣器坏了，更换后正常。人体走到红外感应区域内，数码管不显示险情发生地址，检查核对后，是编码与解码为对应，即遥控开关、2262与2272的编码不一致，更改一致后，数码管显示正常预警地址，继而扬声器发出报警声。按下复位开关，本来应该马上复位，停止报警并且数码管提示复位成功的，可是电路却不马上复位，按几次才复位，将接收模块上的接收天线拉高一点，改变对信号的接收力度，再次操作后，实现了马上复位，停止报警的功能。本次锻炼对于我来说是一次综合的锻炼与理论知识的应用和升华。利用红外线探测（被动式），通过编/解码无线方式与主电路进行连接，利用简易多功能的单片机集成芯片，作为主控中心，它集成了现代集成技术和微电压控制等优点，且体积小、重量轻完可以全取代以往笨重、不稳定的纯硬件电路，是一个值得发展的方向。设计此产品之前，我常在图书馆、书店搜集相关资料，努力攻克每一个难点，注意可以想到每一处细节，再加上平日指导老师何晖老师的悉心关怀和耐心指导，结合以往在考工、实训室、校内电子工厂等处积累的焊接、设计经验，制作出了一套由单片机控制的多路红外无线防盗报警器。它具有以下几个优点：a) 运用模块化设计，重量轻、体积小、方便携带；b) 人体探测器和主控电路分开工作，易于安装、互不干扰；c) 采用无线方式工作和控制，可减少误报率，提高工作效率；d) 遥控控制，不需操作者现场操作。报警器可以实现预期功能，由于知识设计水平限制，依然有许多不足，恳请指导老师批评、指导。参 考 文 献1 杨碧石编. 模拟电子技术基础 人民邮电出版社 2008年4月出版2 沙占友编. 智能传感器系统设计与应用 电子工业出版社 2004年1月出版3 李全利编. 单片机原理及应用技术 高等教育出版社 2004年出版4 徐爱钧编. 智能化测量控制仪表原理与设计 北京航空航天大学出版社 2005年出版5 吴金戌编. 89c51单片机实践与应用 清华大学出版社 2002年出版6 黄智伟编. 全国大学生电子设计竞赛技能训练 北京航空航天大学出版社 2007年2月出版7吉雷编. Protel DXP电路设计实例教程 清华大学出版社出版社 2008年7月出版附 录附图1： 完整硬件电路图附图2： 无线人体探测器原理图 附图3：遥控开关原理图附图4：基于单片机的红外无线防盗报警器实物图附图5：完整功能程序设计;遥控信号采用数字判断,0100为撤防,0010为布防 ;报警信号采用数字信号，数码显示，布防响应为两声;数据信号为:;00000;10001;21010;30011;41100;50101;60110;70111;81000;91001;布防0010;撤防0100INEQUP3.0 D0EQUP3.2D1EQUP3.3D2EQUP3.4D3EQUP3.5OUTEQUP3.7FMQEQUP3.1MOVDPTR,#DAT;布防前检测START: MOVA,#0H MOVCA,A+DPTRMOVP1,A ;初始化CLRFMQ ACALLDEL250MS ;调用延时SETBFMQ ;蜂鸣器提示ACALLDEL500MS ;调用延时INCDPTRCJNEA,#0C0H,STARTMOVP1,#0FFH MOVP3,#0FFH MOV20H,#0 ;标志位清零AGARN: JNBIN,AGARN ;是否有有效无线信号输入ACALLDEL5MSJNBIN,AGARN ;判断P3.0是否有信号输入MOVA,P3 ;读入无线信号值RRA ;右移RRA ;右移ANLA,#0FH ;0000,1111 屏蔽高四位，保留低四位CJNEA,#4H,LOOP1;0100 判断是否为布防信号ACALLCF ;开始撤防AJMPAGARN ;撤防成功 返回LOOP1: CJNEA,#2H,LOOP2;0010 判断是否为布防信号ACALLBF ;开始布防AJMPAGARN ;布防成功 返回LOOP2: JB20H.1,AGARN ;判断撤防是否成功ACALLXH ;险情监测AJMPAGARN；*CF: CLRFMQ ;撤防成功响应 MOVP1,#8EH ;1000,1110 显示“F” SETB20H.1 ;标志位置1 ACALLDEL500MS SETBFMQ ;撤防成功提示 ACALLDEL500MS JBIN,$ RET ;返回；*BF:CLRFMQ;布防成功响应MOVP1,#7FHCLR20H.1ACALLDEL500MSSETBFMQACALLDEL500MSCLRFMQACALLDEL500MSSETBFMQACALLDEL500MSJBIN,$RET;*;对各个监控区监控XH:MOVA,P3RRARRAANLA,#0FHCJNEA,#1H,TWOACALLDISPACALLBJAJMPXH_END TWO: CJNEA,#0AH,THREE;0000,1010ANLA,#7H ACALLDISPACALLBJAJMPXH_END THREE: CJNEA,#3H,FOURACALLDISPACALLBJAJMPXH_END FOUR: CJNEA,#0CH,FIVE