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1、 第 1 页西华大学电气信息学院智能化测控应用系统设计报告1 前言随着微电子技术与网络技术的飞速发展，人们对于居住环境的安全、方便、舒适提出了越来越高的要求因此智能化住宅就随之出现，也随着改革开放的深入和市场经济的迅速发展、提高，城市外来流动人口的大量增加，带来了许多不安全因素，刑事案件特别是入室盗窃、抢劫居高不下，因此家庭智能安全防范系统是智能化小区建设中不可缺少的一项，而以往的做法是安装防盗门、防盗网，但普遍存在有碍美观，不符合防火要求，而且不能有效地防止犯罪分子对住宅的入侵，故利用高科技的电子防盗报警系统也就应运而生。无线红外防盗报警器的发展主要是基于传感器之上，所以有必要先谈谈红外传感
2、器的发展状况。而传感器技术是 21 世纪人们在高新技术发展方面争夺的一个制高点，各发达国家都将传感技术视为现代高新技术发展的关键。从 20 世纪 80 年代起，日本就将传感器技术列为优先发展的高新科技之首，美国等西方国家也将此技术列为国家科技和国防技术发展的重点。从而基于传感器技术的防盗报警系统也得到了高速发展。无论是基于哪种方式的无线防盗报警器，它的工作原理都是将探测到的信号，通过编码，经电路放大，输出并将报警信号通过天线发射出，再用接收电路接收信号，解码并通过控制电路判断是否属于异常信号，再决定是否发送报警信号给报警电路，从而达到防盗的效果，本系统也是采用此原理。本系统采用常用的 STC8
3、9C52 单片机作为系统的核心控制部分，是一个利用红外传感器作为信号输入的控制部分的智能报警器。当有不明人物进过红外探头时，会有控制信号输入单片机，进而输出刺耳报警声引起相关人员的注意，同时利用显示器来显示。这样很大程度上减少了搜索时间，从而提高了时效性。达到了信号接受灵明度高，显示反应快，报警声音响的效果。 第 2 页西华大学电气信息学院智能化测控应用系统设计报告2 总体方案设计2.1 方案比较2.1.1 方案一信号检测电路单片机AT89C51RC 复位电路晶振电路报警电路显示电路 LCD编码电路 发送电路Nrf905解码电路接收电路Nrf905图2.1 方案一方框图2.1.1 方案二信号检
4、测电路单片机SCT89C52看门狗复位电路晶振电路报警电路显示电路 LED编码电路 发送电路Nrf401解码电路接收电路Nrf401图 2.2 方案二方框图 第 3 页西华大学电气信息学院智能化测控应用系统设计报告2.2 方案论证2.3.1 收发模块的比较 方案一中收发模块采用的核心芯片是 Nrf905，此芯片为 32 引脚芯片，工作电压在1.9-3.6V，需外接 433MHz 50 天线。方案二中收发模块采用的核心芯片是 Nrf401，它是真正的单片 FSK 收发芯片，此芯片为 20 引脚芯片，更加容易封装，工作电压为 2.7-5.25V，无需进行初始化和配置，不需要对数据进行曼彻斯特编码，
5、且功耗很低。2.3.2 显示电路的比较方案一中采用 LCD 显示电路，其功耗较大，且显示不太清晰。方案二中采用 LED 显示电路，其功耗很小，刷新速率快，显示较为清晰。 2.3.3 复位电路的比较方案一用的是 RC 复位电路，RC 复位电路不稳定，其工作原理是，上电前电容里的电荷放光，上电瞬间，电源通过电阻向电容充电，在充电过程中，RESET 的电压慢慢上升，对外部电路进行复位，当 RESET 上升到复位高电平时，外部系统开始工作。这里存在两个问题，一个是必须合理选择电阻和电容的值，否则复位时间过长或过短都不能满足要求，第二个问题是当系统正常复位后在工作状态下，电源突然有一个较短时间的大幅度抖
6、动，例如在保持了 1ms 的低电平，此时外部系统已经紊乱了，但可能电容里的电荷还没有放干尽，故这时 RESET 输出仍然是高电平，没能对外部系统进行复位，这种情况比较容易发生在电源合闸瞬间（机械接触存在抖动） 。方案二采用的是看门狗复位电路，此电路较为稳定，且我组同学较为熟悉它的性能及编程。2.4 方案选择从对各个模块的比较看来，我组选择方案二，因为方案二功耗较低，各个模块采用的电压都为 5V，各部分工作稳定，为整个系统提供便利，且编程较为容易。 第 4 页西华大学电气信息学院智能化测控应用系统设计报告3 单元模块设计 3.1 各单元模块的功能介绍及电路设计3.1.1 红外传感器与检测电路模块
7、这一模块，选用了热释红外传感器 RE200B 和传感信号处理器 BISS0001 组成的，其热释红外探头 比较器 与门延迟时间定时器 Tx封锁时间定时器 Ti状态控制器参考电源U。(a)R21MR11MC10.01uC50.01uR410kR52MC40.01uR31MC310uR810MC20.01uA 1RR1 3VO 2RC14RC2 5RR2 6VSS7VRF/RESET 8VC9 IB101OUT16 1IN-15 1IN+142IN-13 2OUT12 VDD11IC?BISS0001R647kR710MC60.01uR95.1k VOVCCVCCDEG(b)图 3.1（a）热释红
8、外探测器的原理框图(b)信号检测电路电路图和原理框图如图 3.1。配以滤波镜片和阻抗匹配用场效应管组成的热释电红外传感器，以非接触方式检测出来自人体的红外辐射并将其转换为电信号，经 BISS0001 中的一级运算放大器的同乡输入端，即 14 脚，从 V0 脚（2 脚）输出高电平信号，送入单片机进行报警处理。在定时期 Tx 内，BISS0001 的输出端 2 脚位高电平，将这一信号送出；当Tx 结束时，BISS0001 进入封锁周期 Ti，其输出端（2 脚）为低电平。3.1.2 单片机最小系统在单片机模块，我组使用的是 AT89C51，它 是 一 种 带 4K 字 节 闪 存 可 编 程 可 擦
9、 除 只读 存 储 器 的 低 电 压 、 高 性 能 CMOS 8 位 微 处 理 器 。 在 它 周 围 设 计 了 晶 振 电 路 、 复 位 电路 、 扩 展 存 储 器 电 路 。 如 图 3.2。 第 5 页西华大学电气信息学院智能化测控应用系统设计报告晶振用一种能把电能和机械能相互转化的晶体在共振的状态下工作，以提供稳定，精确的单频振荡。晶振电路的作用是为系统提供基本的时钟信号。通常一个系统共用一个晶振，便于各部分保持同步。如图 3.2。我组采用的复位电路时看门狗，看门狗复位电路主要利用 CPU 正常工作时,定时复位计数器,使得计数器的值不超过某一值;当 CPU 不能正常工作时,
10、由于计数器不能被复位,因此其计数会超过某一值,从而产生复位脉冲,使得 CPU 恢复正常工作状态。如图 3.2。CRY112MC922pC1022pVCCT19013SPK1SPK1VCCP1.01 P1.12P1.23 P1.34P1.45 P1.56P1.67 P1.78RST9P3.0(RXD)10 P3.1(TXD)11P3.2(INT0)12 P3.3(INT1)13P3.4(T0)14 P3.5(T1)15P3.6(WR)16 P3.7(RD)17XTAL218XTAL119GND20 P2.0(A8) 21P2.1(A9)22P2.2(A10) 23P2.3(A11) 24P2.4
11、(A12)25P2.5(A13) 26P2.6(A14) 27P2.7(A15)28PSEN 29ALE/PROG 30EA/VPP 31P0.7(AD7) 32P0.6(AD6)33P0.5(AD5) 34P0.4(AD4) 35P0.3(AD3)36P0.2(AD2) 37P0.1(AD1) 38P0.0(AD0)39VCC 40JC2C150.47uCIN11COUT9COUT10RST12Q47Q55Q64Q76Q814Q913Q1015Q121Q132Q143VDD16 VSS 8JC3CD4060C80.01uR1110kR12100kR102kC70.47uVCCVCCDIP1.
12、6P1.5P1.4P1.3DO R131KP1.0P1.1P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0P0.6P0.7P3.7图 3.2 单片机与复位电路、晶振电路的连接本次设计中采用两片 AT24C512 来构成扩展存储器。AT24C512 是 64KB 串行电可擦的可编程存储器，内部有 512 页，每一页为 128 字节，任一单元的地址为 16 位，地址范围为 0000-0FFFH.它采用 8 引脚封装，具有结构紧凑，存储容量大等特点。如图 3.3。 3.1.3 无线数据收发模块此模块采用的是一款基于 nRF401 芯片的 PTR2000 无线收发模块。本模块主要形成单
13、片机的无线数据传输系统，与微机进行无线数据传输。其电路图为图 3.4。nRF401 是集发射接收为一体的无线数据传输芯片，它是一个为 433MHz ISM 频段设计的真正单片机UFH 无线收发芯片，采用 FSK 调制解调技术。采用高增益天线的情况下传输距离可达3000m。而由 nRF401 集成的模块 PTR2000 如图 3.5。 第 6 页西华大学电气信息学院智能化测控应用系统设计报告R154.7kR144.7kVCCP1.1P1.0A01NC3A22GND4VCC 8WP 7SCL 6SDA 5iC2AT24C512A01NC3A22GND4VCC 8WP 7SCL 6SDA 5iC3A
14、T24C512图 3.3 扩展存储器部分XC11 VDD2VSS3 FITL14VCO15 VCO26VSS7 VDD8DIN9 DOUT10 RT_PWR 11CS 12VDD13VSS 14ANT2 15ANT116VSS 17PWR_UP 18TXEN19XC2 20IC2NRF401X24.000MR21M C922pFC822pFC10100nFC522pFC123.3pFC155.6pFC13100pFR3 18KR722KR4 4.7KC14100pFC181nFC1615nFC17 820pFL122nHDINDOUTPWR_UPVCCVCCVCCTXEN图 3.4 无线收发模
15、块12345678JP2CON8VCCVCCCSGNDTXENPWRDIDO12345678JP2CON8VCCVCCCSGNDTXENPWRDIDO(a) (b)图 3.5 (a)发射模块的接口电路(b)接收模块的接口电路 第 7 页西华大学电气信息学院智能化测控应用系统设计报告3.1.4 编码、解码电路模块为了识别多路发出的信号，必须在发送端对信号进行编码，接收端对信号实现解调，采用的是最常用的PT2262PT2272芯片组进行调制和解调的。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
16、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，PT2262得电工作，其第17脚输出经调制的串行数据信号，当17脚位高电平期间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315MHx的高频发射电路停止振荡，所以发射电路完全受控于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）相当于调制为100%调幅。如图3.6和图3.7。A01A12A23A34A45A56A6/D57VCC 18VT 17OSC1 16OSC2 15DIN 14A11/D0 13A10/D1 12A8/D3 10VSSA9/D2 11A7/D48IC3PT2272VCCR?
