自制电动自行车无线防盗警报器毕业设计说明

1、 1 / 34高等职业学校高等职业学校毕毕业业论论文文姓名：学号：系 部：专业：机电一体化机电一体化论文题目：电动自行车无线防盗报警器电动自行车无线防盗报警器 指导教师：职 称： 讲师讲师2012 年 5 月 9 / 34高等职业学校毕业论文任务书系部系专业年级班学生任任务务下下达达日日期期：20112011 年年 1212 月月 1919 日日毕业论文日期：毕业论文日期：20112011 年年 1212 月月 1919 日日 至至 20122012 年年 5 5 月月 1919 日日毕业论文题目：电动自行车无线防盗报警器毕业论文题目：电动自行车无线防盗报警器 毕业论文主要容和要求：毕业论文主

2、要容和要求：要求设计一款基于单片机的电动自行车无线防盗报警器。通过调研和查阅相关资料，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相关的分析、选择与最终方案的确定；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。系主任签字：指导教师签字： 10 / 34高等职业学校毕业论文指导教师评阅书指导教师评语（基础理论与基本技能的掌握；独立解决实际问题的能力；研究容的理论依据和技术方法；取得的主要成果与创新点；工作态度与工作量；总体评价与建议成绩；存在问题；是否同意答辩等）：成绩： 指导教师签字

3、：年月日高等职业学校毕业论文 11 / 34评阅教师评阅书评阅教师评语（选题的意义；基础理论与基本技能的掌握；综合运用所学知识解决实际问题的能力；工作量的大小；取得的主要成果与创新点；写作的规程度；总体评价与建议成绩；存在问题；是否同意答辩等）：成绩： 评阅教师签字：年月日 高等职业学校毕业论文答辩与综合成绩答辩情况答辩情况 12 / 34回答问题提出问题正确基本正确有一般性错误有原则性错误没有回答答辩委员会评语与建议成绩答辩委员会主任签字：年月日系部领导小组综合评定成绩系部领导小组负责人：年月日 I / 34摘摘 要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

4、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、选择与最终方案的确定；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。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

5、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; 弹簧开关防盗报警器; 扬声器目目 录录1 1 绪论绪论 11.1 电动车无线防盗报警器研究背景 11.2 电动车无线防盗报警器的研究现状 11.3 电动车无线防盗报警器的研究要求 21.4 电动车无线防盗报警器的研究意义 22 2 总体方案设计总体方案设计 32.1 框架结构体系设计 32.2 各功能模块方案设计 32.2.1 无线收发模块 32.2.2 信号触发模块 42.2.3 报警电路模块 53 3 无线收发模块设计

6、无线收发模块设计 7 2 / 343.1 LR-T15CTM4-S 红外接收远程控制系统模块介绍 73.1.1 主要特性 73.1.2 工作原理 83.1.3 外部应用电路 83.1.4 外部特征 93.2 无线收发模块设计 94 4 音乐集成电路模块设计音乐集成电路模块设计 104.1 音乐集成电路 104.1.1 音乐集成电路部结构与其工作原理 104.2 音乐集成电路报警模块设计 114.2.1 整流二极管的选用 114.2.2 晶体三极管的选用 124.2.3 电磁继电器的选用 134.2.4 音乐集成电路报警模块的设计 145 5 安装与调试安装与调试 155.1 硬件安装 155.

7、1.1 AT89C51 单片机相关特性与参数介绍 155.1.2 硬件安装 185.2 电路设计 185.2.1 复位电路设计 185.3 C 语言编程 225.3.1 AT89C51 单片机软件编程方法 225.3.2 C 语言编程 23结论结论 28参考文献参考文献 29致致 30 1 / 341 绪 论1.1 电动车无线防盗报警器研究背景随着科学技术的迅猛发展，人民生活水平的不断提高，电动自行车已经进入人们的生活，并进一步改善了人们的出行方便。电动自行车以电为能源，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

8、境而受到限制。国家出台燃油含税政策，又给电动自行车带来了福音，因此电动自行车成为工薪阶层的最佳选择，也受到越来越多人青睐。然而就在电动自行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，为解决广大电动自行车使用者的后顾之忧，现设计一套基于单片机的关于电动自行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” 。1.2 电动车无线防盗报警器的研究现状为了充分掌握电动车市场防盗报警类产品的现状与发展动态，我深入开展了市场调研和文献搜索，从商家提供的电动车年销量和报警器（包括报警锁）年销量数据不完全统计，现在购买电动车的用户同时配备防盗报警装置的约占 98。目前市场上出

9、售的电动车防盗报警装置大致有如下几类： （1）防盗报警锁，将报警器与车锁集成，只要部振动传感器感知到车身振动，就会立即触发启动锁上报警喇叭报警。这种防盗报警锁使用比较方便，售价也能为大家接受，一般在 50 元左右，如杰达 KL02、新奇特 FB8224。但是用户反映使用这种防盗报警锁，发生误报的频率较高，而且发现是误报还得不到解除，同时在锁紧状态下无法人为撤防，造成不必要的干扰。（2）普通防盗报警器，与防盗报警锁相比，这类报警装置体积较小，可独立安装在电动车上较为隐蔽的地方，不易被发现而拆卸。其布防、撤防都是通过报警器外壳上的同一开关按钮实现，探测警情信号的也是各种类型的振动传感器，电源一般使

10、用两节 7号电池，性能比较稳定，价格在 60 元左右。但是一旦将其安装在车身较为隐蔽的地方，如车身底部等，那么车主启动布防和撤防时要按开关就很困难，不易操作；如果安装在方便车主启动开关的地方，此报警器又很容易被盗贼发现而将其拆卸。（3）遥控防盗报警器，由车载主机和手持遥控发射器组成，报警喇叭多是只安装在车载主机上，遥控器的作用主要是设防、撤防和启动报警功能，相当于主机的一个无线遥控电源开关，如新奇特 E-12，龙锐 lr-007。这类报警器是现在电动车市场上的主流防盗产品，一般灵敏度较高，性能稳定，报警声响可达 100 分贝以上，基本可以满足一般电动车用户的需要，市场价格在 80 元左右。漏报

11、率和故障率都较低，但是误报率很高， 2 / 34报警噪音扰民现象严重。电动自行车之所以能走进千家万户，为广大消费者所青睐，一个很重要的原因就是其价格相对于摩托车和汽车要低得多，能被一般收入的人们所接受。因此，开发一种高性能、低价位的电动车专用防盗报警器是适合市场需要的，也是目前电动车用户这个消费群体给我们提出的一项艰巨任务。1.3 电动车无线防盗报警器的研究要求电动车无线防盗报警器的的研究要求就是体积小，能安装在比较隐蔽的地方，不易被盗车贼发现拆卸，而车主又能操作方便；灵敏度较高，性能稳定，漏报率、误报率和故障率都应比较低，报警声应适中，能在有效围提醒车主或路人，达到震慑盗车贼的目的即可，以免

12、报警声音太大，噪音扰民；价格适中能让普通消费者所接受。1.4 电动车无线防盗报警器的研究意义现在市场上有各式各样的电动车防盗报警装置出售，一些高档的智能报警器由于价格过高，用户不愿意为售价仅两三千的电动车去配置，而得不到推广；另外，也有价格适中、质量可靠的防盗报警器出售，但是此类报警器的报警喇叭一般都只是安装在电动车身上，而完成警情传递任务的主要部件都是振动传感器，其灵敏度较高，致使一些外界环境因素，如刮风打雷，儿童嬉闹等，都有可能使其动作，并触发报警器报警，这种由于误报警带来的噪音污染常常造成不必要的扰民。种种原因使得大部分电动车用户并没有为他们的车去配备防盗报警装置，导致一些不法分子有机可

13、乘，电动车被盗现象日益严重， “电动自行车保险”也因出险率太高而销声匿迹。报警装置作为电动车的一个重要附属配件，其防盗守护的重要作用众所周知。由此，一种低价位、高品质，适合于普通用户的防盗报警器将是电动自行车市场翘首以盼的。 着眼于解决上述问题，我们展开了一系列调查研究、开发创新工作，希望我们的努力可以在报警器成本与性能之间找到一个最佳平衡点，为电动车增加一道理想的安全防线，解除用户的后顾之忧。2 总体方案设计 3 / 34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容。

14、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。2.2.12.2.1 无线收发模块无线收发模块HF-15/HJ-15

15、HF-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 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。AT89C51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

16、号触发模块信号触发模块 4 / 34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。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

17、 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。2.2.22.2.2 信号触发模块信号触发模块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，它部用压电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

18、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 5 / 34图 2-4 振动传感器本低、灵敏度高、工作稳定可靠，振动检测可调节围大的优点，器件的部均含有专用的控制芯片,应用非常方便,可直接带动

19、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。 图 2-3 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。 2.2.32.2.3 报警电路模块报警电路模块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、机、定时器等电子产品中作发声器件。蜂鸣器主要分为压

20、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。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为纸盆式1 纸盆式扬声器纸盆式扬声器其结构如图 2-5 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 6 /

21、34磁铁、导磁板和场心柱等；辅助系统，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，但效率低。图 2-5 纸盆式扬声器其结构2.2.3.3 音乐集成电路就在商厂报警电路元件的选用时，无意中发现了音乐集成电路4，它是一种乐曲发生器，它可以向外发送固定存储的乐曲。它具有声音悦耳、外接元件少、价格低、功能全面与使用方便等特点，因而音乐集成电路在家用电器，时钟，玩具等方面得到了广泛的应用。通过比较蜂鸣器扬声器和音乐集成电路的外接元件数量、价格、功能全面性

22、与使用方便等特点决定采用音乐集成电路作为本设计的报警电路模块，该模块将在第 4 章音乐集成电路报警模块设计中做详细介绍。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、 、 ，外部尺寸等物理特性。3.1.13.1.1 主要特性主要特性（1）供电电压 2.4 V6.5v 之间

23、；（2）光电检测器与前置放大器封装在一起；（3）PCM 频率的部过滤器；（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 7 / 34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3.1.23.1.2 工作原理工作原理发射装置输出波形 红外模块输出波形

24、图 3-2 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3-2所示

25、。3.1.33.1.3 外部应用电路外部应用电路 8 / 34（1）该元件的外部应用电路5如图 3-3 所示。图 3-3 外部应用电路3.1.43.1.4 外部特征外部特征3.1.4.1 注意事项（1）在不会造成其变型或变质的地方储存和使用。 （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。3.1.4.2 材料配置表 1 LR-T15CTM4-S

26、 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%）部3.2 无线收发模块设计输入输出 9 / 34本设计无线接收模块的设计如图 3-4 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-T15CTM4-S 红外接收头收到彩色电视遥控器的脉冲信号后，就能通过其部电路给单片机P00

27、口一个 4.5V 高电平，完成无线收发模块的工作环节。图 3-4 无线收发模块4音乐集成电路模块设计音乐集成电路报警模块是该设计的信号触发模块和报警电路模块的组合模块，将弹簧开关作为信号触发模块，音乐集成电路作为报警电路模块。下面将对该部分的设计做详细的介绍。4.1 音乐集成电路音乐集成电路是一种乐曲发生器，它可以向外发送固定存储的乐曲。它具有声音悦耳、外接元件少、价格低、功能全面与使用方便等特点，因而音乐集成电路在家用电器，时钟，玩具等方面得到了广泛的应用。4.1.14.1.1 音乐集成电路部结构与其工作原理音乐集成电路部结构与其工作原理音乐集成电路的部结构如下图 4-1 所示，它由振荡电路

28、、音调发生器、包络发生器、驱动电路、速度控制、节奏发生器、存储器（ROM）和前置放大器等组成。图 4-1 音乐集成电路的部结构框图下面将图中各电路的功能作以简要介绍。（1）振荡电路 10 / 34振荡电路与外接电阻 R 构成完整的振荡器，其振荡频率与 R 阻值的大小有关，一般振荡频率为 5OkHz 或 10OkHz，振荡频率是音调发生器和节奏发生器的时间基准，该频率用作音调、节奏、速度的时间基础，它直接影响乐曲的质量。（2）音调发生器音调发生器按存储器（ROM）的数据分配产生不同音调的代码。音调频率围一般包括两个八度音音阶。（3）包络发生器包络发生器的功能是产生包络信号，包络信号的形状决定着乐

29、曲的音色。音调信号和节奏信号经包络发生器形成合成音乐信号后输送给驱动电路。（4）驱动电路不同的集成电路驱动电路各不一样，有的在输出端输出电流，可直接驱动压电蜂鸣器，有的集成电路还设置有前置放大器。（5）速度控制速度控制可提供与放音速度相匹配的速度，这种速度已按编好的程序固化在集成电路，不能由外部选择。（6）节奏发生器节奏发生器按存储器（ROM）的数据分配，可提供八种节拍去控制 ROM 地址时钟，如1/4、1/3、3/4、3/2、2、3、4 拍。（7）存储器存储器(ROM)的存储容量有 64 字七位的，也有 512 字七位的不等，其中四位用于控制音调发生器，三位用于控制节奏发生器，同时也提供自停

30、信号。4.2 音乐集成电路报警模块设计该模块用到了整流二极管7、晶体三极管、直流继电器与音乐集成电路等电器元件，下面将对各个元件的工作原理与型号的选用做详细的介绍。4.2.14.2.1 整流二极管的选用整流二极管的选用4.2.1.1 整流二极管的工作原理 晶体二极管为一个由 p 型半导体和 n 型半导体形成的 p-n 结，在其界面处两侧形成空间电荷层，并建有自建电场。当不存在外加电压时，由于 p-n 结两边载流子浓度差引起的扩散电流和自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态。 当外界有正向电压偏置时，外界电场和自建电场的互相抑制作用使载流子的扩散电流增加引起了正向电流。当外界有反向电压偏置时

31、，外界电场和自建电场进一步加强，形成在一定反向电压围与反向偏置电压值无关的反向饱和电流 I0。 当外加的反向电压高到一定程度时，p-n 结空 11 / 34间电荷层中的电场强度达到临界值产生载流子的倍增过程，产生大量电子空穴对，产生了数值很大的反向击穿电流，称为整流二极管的击穿现象。4.2.1.2 整流二极管的导电特性二极管最重要的特性就是单向导电性。在电路中，电流只能从二极管的正极流入，负极流出。下面通过简单的实验说明二极管的正向特性和反向特性。（1）正向特性 在电子电路中，将整流二极管的正极接在高电位端，负极接在低电位端，二极管就会导通，这种连接方式称为正向偏置。当加在二极管两端的正向电压

32、很小时，整流二极管仍然不能导通，流过二极管的正向电流十分微弱。只有当正向电压达到某一数值（这一数值称为“门槛电压” ，锗管约为 0.2V，硅管约为 0.6V）以后，整流二极管才能直正导通。导通后二极管两端的电压基本上保持不变（锗管约为 0.3V，硅管约为 0.7V） ，称为二极管的“正向压降” 。 （2）反向特性 在电子电路中，二极管的正极接在低电位端，负极接在高电位端，此时二极管中几乎没有电流流过，此时二极管处于截止状态，这种连接方式，称为反向偏置。整流二极管处于反向偏置时，仍然会有微弱的反向电流流过二极管，称为漏电流。当整流二极管两端的反向电压增大到某一数值，反向电流会急剧增大，二极管将失

33、去单向导电特性，这种状态称为二极管的击穿。在本设计中对整流二极管并没有太多的性能要求，只要具备了二极管的单向导电性就可以了，在电路中起到保护电子元件的作用。所以本设计将采用 IN4007 型锗二极管。4.2.24.2.2 晶体三极管的选用晶体三极管的选用4.2.2.1 三极管放大电路的基本原理晶体三极管8是一种电流放大器件，有集电极 C，基极 B，发射极 E 三个极。晶体三极管按材料分常见的有两种：锗管和硅管。而每一种又有 NPN 和 PNP 两种结构形式，使用最多的是硅 NPN 和 PNP 两种，两者除了电源极性不同外，其工作原理都是一样的。我们仅以 NPN 型硅三极管的共发射极放大电路为例

34、来说明一下三极管放大电路的基本原理。 12 / 34图 4-2 NPN 型硅三极管引脚图如上图 4-2 所示，我们把从基极 B 流至发射极 E 的电流叫做基极电流 Ib；把从集电极 C 流至发射极 E 的电流叫做集电极电流 Ic。这两个电流的方向都是流出发射极的，所以发射极 E 上就用了一个箭头来表示电流的方向。三极管的放大作用就是：集电极电流Ic 受基极电流 Ib 的控制，并且基极电流 Ib 很小的变化，会引起集电极电流 Ic 很大的变化，Ic 的变化量与 Ib 变化量之比称作三极管的放大倍数 。如果我们将一个变化的小信号加到基极跟发射极之间，这就会引起基极电流 Ib 的变化，Ib 的变化被

35、放大后，导致了 Ic 很大的变化。如果集电极电流 Ic 是流过一个电阻 R 的，那么根据电压计算公式可以算得，这电阻上电压就会发生很大的变化。我们将这个电阻上的电压取出来，就得到了放大后的电压信号了。 4.2.2.2 三极管的工作状态的判断方法三极管的工作状态可以分为三个区域：截止区、放大区和饱和区，根据三极管发射极和集电极偏置情况，可以判别其工作状态：（1）对于 NPN 三极管来说，当 Ube0 时，三极管发射极处于反向偏置，Ib0，三极管工作在截止区；（2）当晶体三极管发射极处于正向偏置而集电极处于反向偏置时，三极管工作在放大区，Ic 随 Ib 近似作线性变化；（3）当发射极和集电极均处于

36、正向偏置状态时，三极管工作在饱和区，Ic 基本上不随 Ib 而变化，失去了放大功能。在本设计中三极管选用型号为 S9014 NPN 型硅三极管。4.2.34.2.3 电磁继电器的选用电磁继电器的选用继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路） ，通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的 13 / 34一种“自动开关” ，在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。 电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回

37、弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）吸合。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来区分：继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点” ；处于接通状态的静触点称为“常闭触点” 。在本设计中为了安全保护须在音乐集成电路中接入电磁继电器，而继电器的选用为了达到供电电压的一致从而选用 5V 直流继电器。4.2.44.2.4 音乐集成电路报警模块的设计音乐集成电路报警模块的设计本设计中音乐集成电路的

38、设计如图 4-3 所示。当无线接收模块（LR-T15CTM4-S 红外接收远程控制系统模块）收到无线发射模块（彩色电视遥控器）的脉冲信号后，其 Vout脚输出 4.5V 高脉冲信号，单片机接收到该脉冲信号后让 P27 口上电，当 P27 口有高电平输出时，通过基极偏置电阻 R1 给三极管加一偏置电流，三极管 Q1 正向偏置，直流继电器 KA 吸合，音乐集成电路发出报警信号，播放一遍音乐后便处在预警状态，当弹簧开关KM1 受到外界振动信号触发后将会再次接通音乐集成电路，达到电动车防盗报警的目的。图 4-3 音乐集成电路报警模块 14 / 34图 5-1 AT89C51 单片机引脚图5 安装与调试

39、安装是产品开发结构化的表现，合理的安装可以节约空间，使产品结构紧凑。调试对产品开发来说是必须的，也是产品开发过程中非常重要的一部分，主要分为硬件调试和软件调试。硬件调试是指在硬件全部焊接好以后,检查是否有焊错、漏焊、虚焊、元件有没有接错、接反的过程。软件调试是指在软件开发过程中与时改正测试时发现的软件错误。下面将介绍本设计中有关硬件和软件部分的安装与调试。5.1 硬件安装本设计采用 AT89C51 单片机作为本设计的核心，下面将介绍 AT89C51 单片机的相关特性与参数。5.1.15.1.1 AT89C51AT89C51 单片机相关特性与参数介绍单片机相关特性与参数介绍AT89C51 是美国

40、 ATMEL 公司生产的低电压，高性能 CMOS8 位单片机，片含 4K 字节的可反复擦写 Flash 只读存储器和 128 字节的随机存储器，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准 MCS-51 指令系统，片置通用 8 位中央处理器和 Flash存储单元。5.1.1.1 主要特性与 MCS-51 产品指令系统完全兼容 4K 字节可反复擦写 Flash 只读存储器 1000 次擦写周期数据保留时间：10 年全静态工作：0Hz24Hz三级加密程序存储器1288 位部 RAM32 可编程 I/O 线两个 16 位定时器/计数器6 个中断源 可编程串行通道低功耗空闲和掉电

41、模式 15 / 34片振荡器和时钟电路5.1.1.2 功能特性概述AT89C51 单片机提供以下标准功能：4K 字节 Flash 闪存，128 字节部 RAM，32 个 I/O口线，两个 16 位定时/计数器，一个向量两极中断机构，一个全双工串行通信口，片振荡器与时钟电路。同时，AY89C51 单片机还可降至 0Hz 的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式：空闲方式停止 CPU 的工作，但允许 RAM、定时/计数器、串行通信口与中断系统继续工作；掉电方式保存 RAM 中的容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。1、引脚功能9说明VCCVCC：供电电压。GNDGN

42、D：接地。P0P0 口口：P0 口为一个 8 位漏极开路双向 I/O 口，即地址/数据总线复用口。作为输出口用时，每脚可吸收 8 个 TTL 逻辑门电路。当端口写 1 可作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址和数据总线复用，在访问期间激活部上拉电阻。在 Flash 编程时，P0 口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时要求外接上拉电阻。P1P1 口口：P1 口为一个部提供上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P1 口输出缓冲器能驱动（吸收或输出电流）4 个 TTL 逻辑门电路。对端口写“1” ，通过部上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口使用，

43、并当某个引脚被外部信号拉低时回输出一个电流。在 Flash 编程和程序校验期间，P1 口接收低 8 位地址。P2P2 口口：P2 口为一个带有部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 口的输出缓冲器能驱动（吸收或输出电流）4 个 TTL 逻辑门电路，对端口写“1” ，通过部上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口使用，并当某个引脚被外部信号拉低时回输出一个电流。在访问外部程序存储器或 16 位地址的外部数据存储器，P2 口送出高 8 位地址数据；在访问 8 位地址的外部数据存储器时，P2 口线上的容在整个访问期间不改变。在 Flash 编程和程序检验时，P2 口也接收高位地址和其他控制信号。

44、表 5-1 P3 口特殊功能端口引脚第二功能P3.0RXD(串行输入口）P3.1TXD(串行输出口）P3.2INT0(外部中断 0） 16 / 34P3.3INT1(外部中断 1）P3.4T0(定时计数器）P3.5T1(定时计数器）P3.6WR(外部数据存储器写选通）P3.7RD(外部数据存储器读选通）P3P3 口口：P3 口为一个带有部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 口的输出缓冲器能驱动（吸收或输出电流）4 个 TTL 逻辑门电路，对端口写“1” ，通过部上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口使用，并当某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。P3 口还接收一些用于 Flash 闪

45、存编程和程序检验的控制信号。P3 口也可作为特殊功能口，其功能见表 5-1。RSTRST：复位输入。当振荡器工作时，要保持 RST 脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。PSENPSEN：程序存储允许输出是外部程序存储器的读选通信号，当 AT89C51 由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次 PSEN 有效，即输出两个脉冲。在此期间，当访问外部数据存储器，这两次有效的 PSEN 信号不出现。EA/VPPEA/VPP：外部访问允许。欲使 CPU 仅访问为部程序存储器（地址为 0000HFFFFH） ，EA端必须保持低电平（接地） 。需要注意的是：如果加密位 LB1 被编程，复

46、位时部会锁存 EA端状态。当 EA 端为高电平（接 Vcc 端） ，CPU 则执行部程序存储器总的指令。Flash 存储器编程时，该引脚加上+12V 的编程允许电源 Vpp，当然这必须是该器件是使用+12V 编程电压 Vpp。XTAL1XTAL1：振荡器反向放大器与部时钟发生器的输入端。XTAL2XTAL2：振荡器反向放大器的输出端。5.1.25.1.2 硬件安装硬件安装经过上面对 AT89C51 单片机相关特性与参数的介绍和前几章所选用电器元件的论述，本设计的硬件安装见图 5-3。 17 / 34图 5-3 Protel 电路图5.2 电路设计5.2.15.2.1 复位电路设计复位电路设计复

47、位电路的基本功能是：系统上电时提供复位信号，直至系统电源稳定后，撤销复位信号。为可靠起见，电源稳定后还要经一定的延时才撤销复位信号，以防电源开关或电源插头分/合过程中引起的抖动而影响复位。下面介绍三种复位电路的设计：5.2.1.15.2.1.1 RCRC 复位电路图 5-4 所示的 RC 复位电路可以实现复位电路的基本功能，图 5-6 上半部分为其输入-输出特性。但它解决不了电源毛刺（A 点）和电源缓慢下降（电池电压不足）等问题，而且调整 RC 常数改变延时会令驱动能力变差。左边的电路对高电平复位有效；右边的电路对低电平复位有效。其中 Sm 为手动复位开关，Ch 可避免高频谐波对电路的干扰。5

48、.2.1.2 增加放电回路的 RC 复位电路 18 / 34图 5-5 所示的复位电路增加了二极管，在电源电压瞬间下降时使电容迅速放电，一定宽度的电源毛刺也可令系统可靠复位 图 5-6 所示复位电路输入输出特性图的下半部分是其特性，可与上半部无放电回路的 RC 复位电路比较增加放电回路的效果。图 5-6 复位电路输入-输出特性 图 5-7 上电自动复位电路5.2.1.3 上电自动复位电路在本设计中不需要考虑电源开关或电源插头分/合过程中引起的抖动现象、电源毛刺（A 点）和电源缓慢下降（电池电压不足）等问题，而只要在单片机供电时给其复位信号就可以了，所以完全可以用上电自动复位电路，见图 5-7。

49、5.2.25.2.2 晶振电路设计晶振电路设计5.2.2.1 晶振的选择无源晶振是有 2 个引脚的无极性元件，需要借助于时钟电路才能产生振荡信号，自身无法振荡起来。 无源晶体需要用 DSP 片的振荡器，无源晶体没有电压的问题，信号电平是可变的，就是说是根据起振电路来决定的，无源晶振应和其他元件才能组成正常的振荡电路,同样的晶体可以适用于多种电压，可用于多种不同时钟信号电压要求的 DSP，而且价格通常也较低，因此对于一般的应用如果条件许可建议用晶体，这尤其适合于产品线丰富、批量大的生产。晶振的选择主要看应用电路，如果有时钟电路，就用无源晶振，否则就用有源晶振。在本设计中选用的 AT89C51 系

50、列单片机片含有时钟电路，因此选用 12MHz 无源晶振。5.2.2.2 负载电容的选择 19 / 34负载电容分别接在对地和晶振的两个脚上，一般在几十皮发，它会影响到晶振的谐振频率和输出幅度。晶振引脚的部通常是一个反相器, 或者是奇数个反相器串联. 在晶振输出脚和晶振输入脚之间用一个电阻连接, 对于 CMOS 芯片通常是数千欧到数十千欧之间。这个电阻是为了使反相器在振荡初始时处与线性状态,反相器就如同一个有很大增益的放大器, 以便于起振。石英晶体也连接在晶振引脚的输入和输出之间,等效为一个并联谐振回路,振荡频率应该是石英晶体的并联谐振频率。晶体旁边的两个电容接地,实际上就是电容三点式电路的分压

51、电容, 接地点就是分压点。以接地点即分压点为参考点,振荡引脚的输入和输出是反相的, 但从并联谐振回路即石英晶体两端来看, 形成一个正反馈以保证电路持续振荡。在芯片设计时,这两个电容就已经形成了,一般是两个的容量相等, 容量大小依工艺和版图而不同, 但终归是比较小,不一定适合很宽的频率围。外接时大约是数皮发 到数十皮发,依频率和石英晶体的特性而定，计算公式参照式（5.1）晶振的负载电容=(CdCg)/(Cd+Cg)+Cic+C 式(5.1)式中 Cd,Cg表示为接在对地和晶振的两个脚上的电容Cic+C-Cic（集成电路部电容）+C（PCB 上电容）经验值为 35pf 20 / 34需要注意的是:

52、 这两个电容串联的值是并联在谐振回路上的,会影响振荡频率。当两个电容量相等时,反馈系数是 0.5,一般是可以满足振荡条件的,但如果不易起振或振荡不稳定可以减小输入端对地电容量,而增加输出端的值以提高反馈量。5.2.2.3 晶振电路的设计见图 5-8图 5-8 晶振电路5.3 C C 语言编程本节将介绍 AT89C51 单片机在编程时注意事项与本设计的 C 语言编程。5.3.15.3.1 AT89C51AT89C51 单片机软件编程单片机软件编程方法方法图 5-9 编程电路和校验电路 21 / 34是是是否否否编程前须按图 5-9 所示设置好地址、数据与控制信号，编程单元的地址加在 P1 口和P

53、2 口的 P2.0P2.3（11 位地址围为 0000H0FFFH） ，数据从 P0 口输入，引脚P2.6、P2.7 和 P3.6、P3.7 的电平设置见表 5-5，PSEN 为低电平，RST 为高电平，EA/Vpp引脚是编程电源的输入端，按要求加上电压，ALE/PROG 引脚输入编程脉冲（负脉冲） 。编程时，可采用 420MHz 的时钟振荡器，AT89C51 的编程方法如下：（1）在地址线上加上要编程单元的地址信号；（2）在数据线上加上要写入的数据字节；（3）激活相应的控制信号；（4）在高电压编程方式时，将 EA/Vpp 端加上+12V 编程脉冲；（5）没对 Flash 存储阵列写入一个字节

54、或没写入一个程序加密位，加上一个ALE/PROG 编程脉冲。改变编程单元的地址和写入的数据，重复 15 步骤，直到全部文件编程结束。每个字节写入周期是自身定时的，通常约为 1.5ms.5.3.2 C C 语言编程本节将介绍该设计的 C 语言编程14部分。相应的 C 语言程序流程图见图 5-10。开始P0.0 为高电平？初始化计数器加 1 1计数器 2 ？启动报警装置弹簧开关触发？启动音乐集成电路计数器清零软件延时 6s 22 / 34图 5-10 C 语言程序流程图C 语言程序15如下：#include / * item1 * /#include / * item2 * /#define uc

55、har unsigned char / * item3 * /#define uint unsigned intsbit P00=P00; / * item4 * /sbit P27=P27;bit flag=0; / * item5 * /void msec(uint); / * item6 * /void main() / * item7 * / uchar i;for( ; ; ) / * item8 * / if(P00!=1) / * item9 * /flag=flag+1;If(flag=2) flag=0Msec(6000) / * item6 * / void msec(un

56、int x) / * item10 * /结束 23 / 34unchar j;while (x-)!=0for (j=0;j125;j+) ; item1 预处理命令item2 因 AT89C51 单片机与 8051 单片机的指令系统完全兼容，此处为插入 8051 单片机的预定义文件。item3 在编写程序时，如果使用 signed 和 unsigned 两种数据类型，那么就得使用两种格式类型的库函数，这将使占用的存储空间成倍增长，因此在编程时，如果只强调程序的运算速度，而不进行负数运算时，最好采用无符号（unsigned）格式。无符号字符类型的使用无论何时，应尽可能使用无符号字符类型，因为

57、它能直接被 8051 所接受。基于同样的原因，也应尽量使用无符号字符变量，有符号字符变量（unsigned char）虽然也只占用一个字节，但需要进行额外的操作来测试代码的符号位，这无疑会降低代码效率。在编程时，为了书写方便，经常使用简化的缩写形式来定义变量的数据类型，其方法是在源程序开头使用#define 语句。例如：#define uchar unsigned char#define uint unsigned intitem4 定义位变量item5 定义可寻址位item6 这里显示一个 ms 级延时程序的原型，这意味着实际函数存在于其他模块中，而这里只是简单地告诉编译器，其细节必须调用实

58、际的子程序。item7 定义主函数，函数返回值的类型确定了该函数的类型，因此在定义一个函数时函数本身的类型应与 return 语句中变量或表达式的类型一致。如果函数类型与 return语句中表达式的值类型不一致，则以函数的类型为准。对于数位函数可以自行进行类型转换，即函数的类型决定返回值的类型。如果不需要被调用函数返回一个确定的值，则可以不要 return 语句，同时应将被调用函数定义为 void 类型。由于 void 类型函数没有return 语句，因此在一个 void 类型函数的调用结束时，将从该函数的最后一个大括号处返回在主调用函数。item8 在 C 语言中，可以用 for(; ;)或

59、 while(1)表示一个无结束的无限循环，由于某种未知的原因，有些人觉得前者更好些，从可以解的角度看，这两者都是作为“永远”来定义的。 24 / 34YYNNitem9 if 程序块显示，当 POO 第一次输入高脉冲信号时，给 P27 一高电压接通音乐集成报警电路模块，并在该模块受到振动触发后报警；当 P00 第二次输入高脉冲信号时，音乐集成电路报警模块停止工作。item10 时间延时程序，循环的基本用途就是用嵌套循环产生时间延迟，执行的指令消磨一段已知的时间，这种延时方式是依靠一定数量的时钟周期来记时的。所以延时依赖于晶振的振荡频率。当需要执行其他操作时，用软件编程的方法来获得延时效率是很低的，软件延时使控制器在延时循环时接受不到其它的输入，解决这个问题的方法就是使用中断。12MHz 晶振，计数周期为 1s,最大计时为 65.536ms。取 50ms 定时，周期 3s