紅外線自動門控制系統(tǒng)

1、摘要隨著科技的不斷發(fā)展，自動化程度的不斷提高，自動門在人們日常 生活中斷得到了廣泛的應用。 單片機 SCM(Single Chip Microcomputer)， 即 Micro Controller, 是把微型計算機主要部分都集成在一個芯片上的單 芯片微型計算機。由于單片機系統(tǒng)的適應能力強，穩(wěn)定性高 ,所以本設計 采用 AT89C51 單片機作為主控制器 .本次設計是紅外線自動門控制系統(tǒng) ,使用紅外線傳感器作為感應器 , 檢測到人體輻射的紅外線能量變化 ,將其轉化為電信號，傳給單片機。交 流電機作為門驅動裝置 .通過單片機控制交流電機，使門自動打開， 當人 進門后又可以使門自動關閉。本課題主

2、要實現(xiàn)紅外線檢測和基于 AT89C51 的單片機控制系統(tǒng)設計，是檢測和控制相結合的測控課題。關鍵詞 :單片機 熱釋紅外線傳感器 AT89C51 BISS0001AbstractWith the continuous development of science and technology, automatic door in People's Daily life interrupts a wide range of applications, and to its security and the properties of the demand is higher and hig

3、her。 The automatic control system is as people living conditions for the pursuit of science and technology， the development of high-tech products。 Arises because of the strong ability to SCM system .So this design uses AT89C51 single chip microcomputer as the main controller。This design is infrared

4、automatic control system, the use of infrared sensors as sensors, detection tohuman radiation of the infrared ray energy changed ， turn it into electrical signals, to microcontroller。 Put Ac motor as a door drive device。 Through the single-chip microcomputer control ac motor, making the door automat

5、ically open, when people can make the door again after the door shut automatically 。 This subject mainly realizes in frared detect ion and con trol system based on AT89C51 si ngle chip 本文為互 聯(lián)網(wǎng)收集，請勿用作商業(yè)用途本文為互聯(lián)網(wǎng)收集，請勿用作商業(yè)用途Key words ： thermal infrared sensors AT89C51 single chip interpretation BIS0001

6、chip.摘 要 I.AbstractI.I.第一章 緒論 11.2 課題的意義和目的 11。3 該設計的基本設計思路 2第二章 方案論證 42.1 調速控制方法及選擇 42.1。1 直流伺服電機與普通直流電機以及交流伺服電機的比較 42.1。2 選用 PWM 調速系統(tǒng)控制直流伺服電機 422 單片機的選擇 523 門控傳感器的選擇 6第三章 主要器件的介紹 73.1 熱釋紅外傳感器的原理和使用 73。2 BISS0001芯片介紹和典型電路 103。 2.1 BISS0001 的內部： 113.2.2 BISS0001 的特點：123。 2。 3 BISS001 管腳圖： 123。 2.4 B

7、ISS001 管腳說明： 133。 2。 5 BISS0001 的參數(shù): 14工作原理153.3 AT89C51 單片機簡介 193。 3.1 AT89C51 主要特性： 213。 3。 2 AT89C51 管腳說明： 2233.3振蕩器特性： 243.3。4 芯片擦除： 243。 4 菲涅爾透鏡原理 253.4。1 鏡片主要有三種顏色 : 263。4。2 菲涅爾透鏡的主要技術指標 273。5 步進電機 273.5。1步進電動機有如下特點 : 273.5。2 反應式步進電機 283。 5.3 反應式步進電動機的步進原理 293。5.4 驅動控制系統(tǒng)組成 31斬波驅動 33第四章 系統(tǒng)硬件設計

8、364。1 設計電路的電框圖和原理 364。1.1系統(tǒng)硬件總體邏輯設計 374.2 設計電路原理圖 38第五章 系統(tǒng)軟件設計 405.1 系統(tǒng)軟件結構 405。2 各部分程序設計 40第六章 調試 476.1 初步檢查 476。2 為了確保該門控系統(tǒng)的安全高效運行必須滿足下列條件： 476。3 自動化性能測試 47第七章 設計總結 48致 謝 51第一章 緒論1.1 課題研究的可行性 現(xiàn)如今自動化、信息化程度越來越高，單片機的應用領域也就越來 越廣，成為人們生活不可或缺的一部分。隨著社會的發(fā)展、科技的進步 以及人們生活水平的逐步提高 ,各種方便于生活的自動控制系統(tǒng)開始進 入了人們的生活，以單片

9、機為核心的自動門系統(tǒng)就是其中之一。同時也 標志了自動控制領域成為了數(shù)字化時代的一員。 它實用性強，功能齊全， 技術先進，使人們相信這是科技進步的成果。它更讓人類懂得 ,數(shù)字時代 的發(fā)展將改變人類的生活 ,將加快科學技術的發(fā)展。通過對“自動門控制系統(tǒng)”的研究和設計，我精心撰寫了單片機控 制自動門系統(tǒng)論文 .本論文著重闡述了以單片機為主體，步進電機、 傳感 器為核心的系統(tǒng) .1.2 課題的意義和目的經(jīng)濟飛速發(fā)展的中國，高樓聳立的大都市 ,自動門已經(jīng)是隨處可見， 在各大廈、賓館、酒店、銀行、商場、醫(yī)院、寫字樓等場所 ,自動門更是 得到大范圍的普及使用。自動門不但能給我們帶來人員進出方便、節(jié)約 空調能

10、源、防風、防塵、降低噪音等好處 ,更令我們的建筑增添了不少高 貴典雅的氣息 .自動門根據(jù)使用的場合及功能的不同可分為自動平移門、自動平開 門、自動旋轉門、自動圓弧門、自動折疊門等 ,其中自動平移門使用得最 廣泛，我們通常所說的自動門、感應門就是指自動平移門 .自動平移門最常見的結構形式是自動門機械驅動裝置和門內外 兩側紅外線，當人走近自動門時 ,紅外線感應到人的存在，給控制器一個信號,控制器通過驅動裝置將門打開 .當人通過門之后， 再將門關閉。 由于 自動門在通電后可以實現(xiàn)無人看管，同時又可節(jié)約空調能源、防風、防 塵、降低噪音，提高了建筑的檔次 .1.3 該設計的基本設計思路一、智能化設計自動

11、門選擇配置智能化控制系統(tǒng)，可隨意設定門扇的運行速度,并可設定半開狀態(tài)，調節(jié)方便。使自動門始終保持在最佳運行狀態(tài)。并具有 自動矯正功能， 即使遇到大風等原因引起的運行阻力增大 ,仍然能夠保持 平穩(wěn)的開關門動作。二、安全性設計具有自動反轉安全裝置， 當碰到障礙物或人體等異常狀況時， 門扇自 動反轉退出，并在下次接近阻力區(qū)域時以安全速度前進，避免夾人事件 和機件損毀的現(xiàn)象發(fā)生， 提高自動門運行時的安全性， 延長自動門壽命。 門扇開啟輕巧方便，當停電時，老人、兒童等均可開閉自如 ,開閉力量在 3.5 公斤以下，方便、安全、可靠。三、穩(wěn)定性設計自動門采用步進電機 ,具有高效、省電、低噪音、高轉速、高扭力

12、、 連續(xù)使用不過熱等特性，大大超越傳統(tǒng)交流伺服馬達。設計思路:1、有人來時 （進門或出門）開門 .當人走到離門不遠的時候時，安裝 在門上側的熱釋紅外線傳感器信號檢測裝置檢測到有人時,將啟動電動機帶動傳動鏈開門 .2、無人時關門延遲 ,當熱釋收發(fā)裝置沒有檢測到有人在離門 1m 的 范圍內，將延遲 1 秒啟動電動機帶動傳動鏈關門。3、關門中途來人 ,立即開門。當啟動電動機帶動傳動鏈關門時，感應探頭突然檢測到在離門1m的范圍內有人,則立即停止電動機關門，啟 動電動機帶動傳動鏈開門?？傮w結構圖如下圖一：光學系統(tǒng)（菲扼釋紅外信號自動門1駕涅耳透鏡）afes器處理k控制電路圖1 1設計總結構圖第二章 方案

13、論證2.1 調速控制方法及選擇伺服電機也稱執(zhí)行電機， 它具有一種服從控制信號的要求而動作的， 在信號來到之前，轉子靜止不動；信號來到之后，轉子立即轉動 ;當信號 小時，轉子能即使自行停轉 ,由于這種“伺服”性能，因此而得名 .按照在自動控制系統(tǒng)中的功用所要求， 伺服電機具備可控性好、 穩(wěn)定 性高和速應性強等基本性能?？煽刂菩院檬侵笇ず孟б院螅芰⒓醋?行停轉；穩(wěn)定性高是指轉速隨轉矩的增加而均勻下家，速應性強是指反 應快，靈敏。2.1。1 直流伺服電機與普通直流電機以及交流伺服電機的比較直流伺服電機的工作原理和普通直流電機相同 .只要在其勵磁繞組 中有電流通過且產(chǎn)生了磁通 ,當電樞繞組中通過電

14、流時， 這個電樞電流與 磁通互相作用而產(chǎn)生轉矩使伺服電機投入工作。這兩個繞組其中的一個 斷電時,電動機立即停轉，它不象交流伺服電動機那樣有“自轉”現(xiàn)象。 所以我們選擇直流伺服電動機來進行自動門的拖動。選用 PWM 調速系統(tǒng)控制直流伺服電機與 V M 系統(tǒng)相比， PWM 調速系統(tǒng)有下列優(yōu)點：由于 PWM 調速系統(tǒng)的開關頻率較高，僅靠電樞電感的濾波作用可 能就足以獲得脈沖動很小的直流電流， 電樞容易連續(xù) ,系統(tǒng)的低速運行平 穩(wěn)，調速范圍較寬，可達 1：10000 左右.又由于電流波形比 V-M 系統(tǒng)好 , 在相同的平均電流即相同的輸出轉矩下，電動機的損耗和發(fā)熱都較小。同樣由于開關頻率高 , 若與快

15、速響應的電機配合， 系統(tǒng)可以獲得很寬 的頻帶，因此快速響應性能好 ,動態(tài)抗干擾能力強 . 由于電力電子器件只工作在開關狀態(tài) ,主電路損耗較小，裝置效率比較 高。22 單片機的選擇20世紀 80年代以來，單片機的發(fā)展非常迅速，就通用單片機而言， 世界上一些著名的計算機廠家已投入市場的產(chǎn)品就有 50 多個系列，數(shù)百 個品種。盡管單片機的品種很多， 但是在我國使用的最多的是 INTER 公 司的 MCS-51 系列單片機 ,直到現(xiàn)在 MCS51 系列單片機仍不失為主流 系列。在最近的若干年仍是工業(yè)檢測控制的主角。MCS-51 系列單片機有 3 個基本類型： 8031、 8051、8751。這里選 用

16、的是8751單片機。8031內部包括一個8位CPU, 128個字節(jié)RAM , 21 個特殊功能寄存器， 4 個 8 位并行 I/O 口， 1 個全雙功串行口， 2 個 16位定時器 /計數(shù)器,但片內無程序存儲器,需要外擴 EPROM 芯片。 8051在8031基礎上，片內又集成有4K ROM,作為程序存儲器，是一個 程序不超過 4K 字節(jié)的小系統(tǒng)。 ROM 內的程序是公司制作芯片時,代為 用戶燒制的 ,出廠的 8051都是含有特殊用途的單片機。 所以 8051適合用 于應用在程序已定的產(chǎn)品中 .8751是在8031的基礎上，增加了 4K字節(jié)的EPROM，它構成了一 個程序小于 4KB 的小系統(tǒng)

17、。 用戶可以將程序固化在 EPROM 中，可以反 復修改程序 .本系統(tǒng)需要通過對程序的修改 ,來達到電機轉速可調， 可能需 要反復的寫入程序,所以選用8751單片機的定時器配合P0 口輸出來產(chǎn)生PWM 調制波，來控制直流伺服電動機。23 門控傳感器的選擇微波感應器：又稱微波雷達，對物體的移動進行反應 ,因而反應速度快 ,適用于行走 速度正常的人員通過的場所，它的特點是一旦在門附近的人員不想出門 而靜止不動 ,雷達便不再反應，自動門就會關閉，有可能出現(xiàn)夾人現(xiàn)象。熱釋紅外感應器 : 對物體的存在進行反應，不管人員是否移動，只要處于感應器的掃 描范圍內，它都會反應。紅外感應器的反應速度比微波感應器慢

18、。本系 統(tǒng)首先要求的是安全 ,所以選用熱釋紅外線傳感器。第三章 主要器件的介紹3。1 熱釋紅外傳感器的原理和使用熱釋電紅外傳感器是一種能檢測人體發(fā)射的紅外線而輸出電信號的 傳感器，它能組成防入侵報警器或各種自動化節(jié)能裝置。熱釋電紅外傳 感器能以非接觸形式檢測出人體輻射的紅外線， 并將其轉變?yōu)殡妷盒盘枺?同時 ,它還能鑒別出運動的生物與其它非生物。 熱釋電紅外傳感器既可用 于防盜報警裝置，也可以用于自動控制、接近開關、遙測等領域。熱釋電效應：自然界的任何物體，只要其溫度高于絕對零度（273C），總是不斷地向外發(fā)出紅外輻射，并以光的速度傳播能量。物體 向外輻射紅外輻射的能量與物體的溫度和紅外輻射的

19、波長有關。物體的 溫度越高，它所發(fā)射的紅外輻射的峰值波長越小，發(fā)出紅外輻射的能量 也越大 .通常，電介質的內部是沒有載流子的，因此它沒有導電能力。但 是任何電介質毫無例外地都是由帶電粒子組成的，即自由電子和原子核 組成的 .在外加電壓的作用下， 這些帶電粒子也要發(fā)生移動 ,帶正電荷的粒 子趨向負極，帶負電荷的粒子趨向正極。其結果是使電介質的一個表面 帶正電，另一個表面帶負電，我們稱這種現(xiàn)象為電極化 .對于上述現(xiàn)象， 某些鐵電體電介質材料卻是個例外， 像上述的幾種鐵電體材料 ,當被極化 后撤去外加電壓時， 這種極化現(xiàn)象仍然保留下來 ,這種現(xiàn)象被稱為自發(fā)極 化。自發(fā)極化的強度與溫度相關，當溫度升高

20、時，極化強度降低。自發(fā) 極化的鐵電體平時靠捕捉大氣中的浮游電荷保持平衡狀態(tài)。當一些晶體 受熱時，在晶體兩端將會產(chǎn)生數(shù)量相等而符號相反的電荷，這種由于熱 變化產(chǎn)生的電極化現(xiàn)象，被稱為熱釋電效應。晶體自發(fā)極化所產(chǎn)生的束 縛電荷被來自空氣中附著在晶體表面的自由電子所中和，其自發(fā)極化電 矩不能表現(xiàn)出來。當溫度變化時，晶體結構中的正負電荷重心相對移位 , 自發(fā)極化發(fā)生變化， 晶體表面就會產(chǎn)生電荷耗盡 ,電荷耗盡的狀況正比于 極化程度 ,下圖表示了熱釋電效應形成的原理。 將釋放出的電荷通過放大 器放大后就成了一種控制信號，利用這一原理制成的紅外傳感器稱為熱 釋電紅外傳感器。 本文為互聯(lián)網(wǎng)收集，請勿用作商業(yè)

21、用途文檔為個人收集整理，來源于網(wǎng)絡 紅外感應源通常采用熱釋電元件，這種元件在接收到人體紅外輻射 溫度發(fā)生變化時就會失去電荷平衡，向外釋放電荷，后續(xù)電路經(jīng)檢測處 理后就能產(chǎn)生報警信號。由于系檢知從物體放射出出來的紅外線，所以 不必直接接觸就能夠感知物體表面的溫度 ,故人體檢知以及移動中物體 的溫度當然均能以非接觸之方式測得。熱電型紅外線傳感器系接受檢知 對象物所發(fā)出的紅外線，因此是被動型，由于不是主動型，所以并不需 要校對投光器、受光器之光軸等煩瑣的作業(yè)。熱電效果系溫度變化而產(chǎn) 生的，這將在稍后說明之，因此只接受因溫度變化之能量（ En ergy），而 熱電型紅外線傳感器將電壓微分而輸出之 .如

22、果紅外輻射持續(xù)下去， 電介質的溫度就會升到新的平衡狀態(tài) ,表面 電荷也同時達到平衡 .這時它就不再釋放電荷，也就不再有信號輸出了， 如下圖圖 3-1所示.因此,對于這類熱釋電紅外傳感器， 只有在紅外輻射強 度不斷變化，它的內部溫度隨之不斷升降的過程中，傳感器才有信號輸 出，而在穩(wěn)定狀態(tài)下 ,輸出信號則為零。因此在應用這類傳感器時，應設 法使紅外輻射不斷變化，這樣才能使傳感器不斷有信號輸出。為了滿足 這一要求，通常在熱釋電傳感器的使用中，總是要在它的前面加裝一個 菲涅爾透鏡。A®e 一 ）©©©©型痕住化樓化總廛査化St專耗化T+A r（K）：f

23、n HK)圖3 1熱釋電效應的形成原理能產(chǎn)生熱釋電效應的晶體稱之為熱釋電體或熱釋電元件，其常用的 材料有單晶（LiTaO3等）、壓電陶瓷（PZT等）及高分子薄膜（PVFZ 等）。熱釋紅外線傳感器內部結構與電路如下圖3-2所示。熱釋電傳感器利用的正是熱釋電效應，是一種溫度敏感傳感器。它由陶瓷氧化物或壓電 晶體元件組成，元件兩個表面做成電極，當傳感器監(jiān)測范圍內溫度有厶T 的變化時，熱釋電效應會在兩個電極上會產(chǎn)生電荷Q,即在兩電極之間產(chǎn)生一微弱電壓厶V.由于它的輸出阻抗極高，所以傳感器中有一個場效 應管進行阻抗變換。熱釋電效應所產(chǎn)生的電荷Q會跟空氣中的離子所結合而消失，當環(huán)境溫度穩(wěn)定不變時， T=0

24、,傳感器無輸出。當人體進入 檢測區(qū)時，因人體溫度與環(huán)境溫度有差別，產(chǎn)生T,則有信號輸出；若人體進入檢測區(qū)后不動，則溫度沒有變化，傳感器也沒有輸出，所以 這種傳感器能檢測人體或者動物的活動。熱釋電紅外傳感器的結構及內 部電路見下圖所示。傳感器主要有外殼、濾光片、熱釋電元件PZT、場效應管FET等組成.其中，濾光片設置在窗口處，組成紅外線通過的窗 口。濾光片為6mm多層膜干涉濾光片，對太陽光和熒光燈光的短波長（約5mm以下）可很好濾除.熱釋電元件PZT將波長在8mm12mm之 間的紅外信號的微弱變化轉變?yōu)殡娦盘枺瑸榱酥粚θ梭w的紅外輻射敏感，在它的輻射照面通常覆蓋有特殊的菲涅耳濾光片，使環(huán)境的干擾受

25、到明 顯的抑制作用。 本文為互聯(lián)網(wǎng)收集，請勿用作商業(yè)用途本文為互聯(lián)網(wǎng)收集，請勿用作商業(yè)用途°圖3 2熱釋電紅外線傳感器的結構及內部電路3.2 BISS0001芯片介紹和典型電路BISS0001是一款具有較高性能的傳感信號處理集成電路，它配以熱 釋電紅外傳感器和少量外接元器件構成被動式的熱釋電紅外開關。它能 自動快速開啟各類白熾燈、熒光燈、蜂鳴器、自動門、電風扇、烘干機 和自動洗手池等裝置，特別適用于企業(yè)、賓館、商場、庫房及家庭的過 道、走廊等敏感區(qū)域，或用于安全區(qū)域的自動燈光、照明和報警系統(tǒng)。 它不僅能和熱釋電紅外傳感器的輸出良好地匹配，而且也能和其他多種傳感器進行匹配。它的內都是由

26、運算放大器、電壓比較器、與門電路、 狀態(tài)控制器、定時控制器、鎖定時間控制器和禁止電路等組成。BISS0001采用16腳標準型塑料封裝結構。腳（A）為觸發(fā)方式 控制端，當A = 1時，電路可重復觸發(fā)；當 A = 0時,電路不可重復觸發(fā). 腳（V0）為控制信號輸出端，當有傳感信號輸人時，V0輸出高電平。 腳（RX）和腳（CX）為輸出定時控制器T,的外接元件端，定時時間 為：TX = 50X103RXCX。腳（Ri）和腳Ci）為鎖定時間控制器Y i 的外接元件，鎖定時間Ti = 24RiCi。腳（VRF）為參考電壓及復位端， 使用時一般接VDD，若按V SS，可使定時器復位。腳（Vc）為觸發(fā) 禁止端

27、，當VC v VR時禁止觸發(fā)；當VC > VR時，允許觸發(fā)，VR = 0.2VDD. 腳（IB ）為偏置電流設置端，由外接電阻RB接V SS端, RB 一般取1M Q的電阻。12腳（0UT2）和13腳（IN2-）分別為第二級運放的輸出端和 反相輸人端。14腳（IN1 + ）和15凈（IN1 ）分別為第一運放的同相和反 相輸入端。16腳（OUT1 ）為第一運放的輸出端。11腳（VDD ）和7腳（VSS）分別為電源正、負端。3.2。1 BISS0001 的內部:圖33熱釋紅外傳感器處理芯片 BISS0001的內部電路上圖中，運算放大器OPI將熱釋電紅外傳感器的輸出信號作第一級 放大，然后由C

28、3耦合給運算放大器01 '2進行第二級放大，再經(jīng)由電 壓比較器COPI和ODP2構成的雙向鑒幅器處理后，檢出有效觸發(fā)信號 vs去啟動延遲時間定時器，輸出信號 VO經(jīng)晶體管T1放大驅動繼電器 去接通負載。3.2。2 BISS0001 的特點：衣 CMOS工藝，公耗低*數(shù)?；旌? 具有獨立的高輸入阻抗運算放大器* 內部的雙向鑒幅器可有效抑制干擾*內設延遲時間定時器和封鎖時間定時器* 采用16腳DIP封裝* 內置參考電源* 工作電壓范圍寬（3V5V）3.2。3 BISS001 管腳圖:10UT 1IH- 1DT+ 2IW- 20UT VUD IB VC16L5141312111109c r1

29、235k VU Rll KC1 RC2 RB2 V5S VRF/SESET圖34 BISS001管腳圖3.2。4 BISS001 管腳說明：引腳名稱I/O1AI能說明 可重復觸發(fā)和不可重復觸發(fā)選擇端 .當 A 為“1"時，允許重復觸發(fā) ;反之 ,不可重復觸。控制信號輸出端。由 VS 的上跳變沿觸2VOO發(fā)，使 Vo 輸出從低電平跳變到高電平時視為 有效觸發(fā)。在輸出延遲時間 Tx 之外和無 VS 的上跳變時， Vo 保持低電平狀態(tài)。3RR1-輸出延遲時間 Tx 的調節(jié)端4RC1-輸出延遲時間 Tx 的調節(jié)端5RC2觸發(fā)封鎖時間 Ti 的調節(jié)端6RR2-觸發(fā)封鎖時間 Ti 的調節(jié)端7VS

30、S-工作電源負端8VRFI參考電壓及復位輸入端。通常接 VDD, 當接“0”時可使定時器復位VCI觸發(fā)禁止端。當 Vc<VR 時禁止觸發(fā)10IB-運算放大器偏置電流設置端11VDD-工作電源正端122OUTO第二級運算放大器的輸出端132IN-I第二級運算放大器的反相輸入端141IN+I第一級運算放大器的同相輸入端151IN-I第一級運算放大器的反相輸入端161OUTO第一級運算放大器的輸出端3。2.5 BISS0001 的參數(shù):符號參數(shù)測試條件最小值最大值Vm工作電壓范圍-35Im工作電流無負載Vm=3V50AVm=5V100Vos輸入失調電壓Vm=5V50VIos輸入失調電流Vm=5

31、V50AAvo開環(huán)增益Vm=5VR=105M ?60CMR工模抑制比Vm=5VR=105M ?60BV?h運放輸出高Vm=5V4.25VV ummBV符號參數(shù)測試條件參數(shù)范圍單位Vm電源/電壓0.36。0VV1/V0輸入/出電壓Vss-0.3Vdd+0。3VIm最大輸出電流Vm1 0MATopr工作溫度20+70CTstg貯存溫度-40 +125BISS0001直流特性參數(shù)：（除特殊說明外，Tamb=25C）V?l運放輸出低Rl=500 接 1/2Vm0.75VrmVc端輸入高Vm=5V1.1VrlVc端輸入低0。9VohVc端輸出高Vm=5V4VolVc端輸出低Vm=5V0.4VahA輸入高

32、電壓Vm=5V3。5ValA輸入低電壓Vm=5V1。5VVVVVVV326 BISS0001工作原理BISS0001是由運算放大器、電壓比較器、狀態(tài)控制器、延遲時間定 時器以及封鎖時間定時器等構成的數(shù)?；旌蠈Ｓ眉呻娐贰Ｒ韵聢D所示 的不可重復觸發(fā)工作方式下的波形，來說明其工作過程。首先，根據(jù)實際需要，利用運算放大器0P1組成傳感信號預處理電 路，將信號放大。然后耦合給運算放大器 0P2,再進行第二級放大，同 時將直流電位抬高為VM （0。5VDD）后，將輸出信號V2送到由比較 器COP1和COP2組成的雙向鑒幅器，檢出有效觸發(fā)信號 Vs。由于VH 0。7VDD、VL0.3VDD，所以，當 VD

33、D=5V 時，可有效抑制土 1V 的噪聲干擾，提高系統(tǒng)的可靠性。COP3是一個條件比較器。當輸入電壓Vc VR（ - 0.2VDD）時,COP3輸出為低電平封住了與門U2，禁止觸發(fā) 信號Vs向下級傳遞；而當VcVR時，COP3輸出為高電平，進入延時 周期。當A端接“ 0"電平時，在Tx時間內任何V2的變化都被忽略, 直至Tx時間結束，即所謂不可重復觸發(fā)工作方式。當Tx時間結束時，Vo下跳回低電平，同時啟動封鎖時間定時器而進入封鎖周期Ti.在Ti時間內,任何V2的變化都不能使Vo跳變?yōu)橛行顟B(tài)（高電平），可有效抑制負載切換過程中產(chǎn)生的各種干擾。1、不可重復觸發(fā)工作方式以下圖所示的不可重

34、復觸發(fā)工作方式下的波形，來說明工作過程.rin ri，廠一一-tl譏n卩n卩n卩nVn11l-q1111V111T1工圖3-5 BISS0001不可重復觸發(fā)工作方式以下圖所示的可重復觸發(fā)工作方式下的波形，來說明其工作過程?？芍貜陀|發(fā)工作方式下的波形在 Vc= “0”、A= “0”期間，信號Vs不能 觸發(fā)Vo為有效狀態(tài)。在Vc= “ 1”、A= “ 1”時，Vs可重復觸發(fā)Vo為有 效狀態(tài)，并可促使 Vo在Tx周期內一直保持有效狀態(tài).在Tx時間內， 只要Vs發(fā)生上跳變，則Vo將從Vs上跳變時刻起繼續(xù)延長一個 Tx周期; 若Vs保持為“ 1”狀態(tài)，則Vo 一直保持有效狀態(tài)；若Vs保持為“ 0” 狀態(tài)

35、，則在Tx周期結束后Vo恢復為無效狀態(tài)，并且，同樣在封鎖時間 Ti時間內，任何Vs的變化都不能觸發(fā)Vo為有效狀態(tài).2、可重復觸發(fā)工作方式以下圖所示的可重復觸發(fā)工作方式下的波形，來說明工作過程。J 打 一 v件uL_nn :i iI iIT,|Tx|T.|圖3-6 BISS0001可重復觸發(fā)工作方式當熱釋電紅外傳感器接收到人體紅外輻射后輸出檢測信號，然后由14腳輸入BISS0001經(jīng)地內部電路處理，由2腳輸出探測信號（正向脈 沖信號）輸出脈沖信號的寬度由外接電阻 R9和電容C6來決定。當2腳 輸出控制脈沖后，電子開關被接通，數(shù)字編碼電路和無線電發(fā)射電路由于 得到電源而開始工作。電源變壓器為 5W

36、/15V,E為12V免維護蓄電池， 供停電使用。S1為鎖控電源開關，可根據(jù)需要安裝在適當處所，用來接 通工作電源，無必要時可取消設置。SCR采用1A的單向可控硅。HFC9301 為軟封裝發(fā)聲電路，發(fā)聲為“嘀、嘀”聲。電路的調試主要是主機與各 分機之間的統(tǒng)調。將發(fā)射電路和接收電路組裝好后，先將發(fā)射機中C10的調至適當位置后固定不動，接著調整接收機中的 C1,使接收機能收到 發(fā)射機發(fā)出的信號。若為“一對多”或“多對一”報警系統(tǒng)，應先將主 機“一”（可以是發(fā)射機，也可以是接收機）調好固定，然后調整各分機，使其與主機統(tǒng)調。BISS0001應用線路圖如3 7所示：+5Y+12VttDCl0. 01LLQ

37、R6 110kI-LD11FJ5 IK L3IQu14R7 2M lbH H7<mT i6J. Jl'j47k17kC5 QTu_L72IR104 -詔BLC6_ T1ci©T1cio-圖3 7 BISSOOO1的熱釋電紅外開關應用電路圖上圖中，運算放大器OP1將熱釋電紅外傳感器的輸出信號作第一級 放大，然后由C3耦合給運算放大器OP2進行第二級放大，再經(jīng)由電壓 比較器COP1和COP2構成的雙向鑒幅器處理后，檢出有效觸發(fā)信號 Vs 去啟動延遲時間定時器，輸出信號Vo經(jīng)晶體管T1放大驅動繼電器去接 通負載上圖中,R3為光敏電阻，用來檢測環(huán)境照度。當作為照明控制時， 若環(huán)

38、境較明亮,R3的電阻值會降低，使9腳的輸入保持為低電平，從而 封鎖觸發(fā)信號Vs。SW1是工作方式選擇開關，當SW1與1端連通時， 芯片處于可重復觸發(fā)工作方式；當 SW1與2端連通時，芯片則處于不可 重復觸發(fā)工作方式。圖中 R6可以調節(jié)放大器增益的大小，原廠圖紙選 10K，實際使用時可以用3K，可以提高電路增益改善電路性能。輸出延 遲時間Tx由外部的R9和C7的大小調整，觸發(fā)封鎖時間 Ti由外部的R10和C6的大小調整，R9/R10可以用470歐姆，C6/C7可以選0。1U 在 BISS0001 的內電路中，運放 A 是一個獨立的放大器，由它放大后輸 出的信號電壓通過。3。3 AT89C51 單

39、片機簡介單片機是把微型計算機主要部分都集成在一個芯片上的單芯片微型 計算機 ,即將運算器，控制器，輸入輸出接口，部分存儲器以及其他一些 邏輯部件集成在一個芯片上 ,故可以把單片機看成是一個不帶外部設備 的微型計算機，相當于一個沒有顯示器，沒有鍵盤，不帶監(jiān)控程序的單 板機。其結構如圖 28 所示:圖3 8單片機結構框圖由于單片計算機具有體積小，重量輕，耗電少，功能強和價格低等特 點，又由于數(shù)據(jù)大多是在芯片內傳送處理，所以運行速度快，抗干擾能力 強。單片機從七十年代問世以來，在二十多年的時間里，發(fā)展異常迅速，并已廣泛應用于各種領域。單片機具有通訊接口，用單片機進行接口的 控制與管理,單片機與主機可

40、并行工作，大大地提高了系統(tǒng)的運行速度，所 以在網(wǎng)絡通訊領域也得到了越來越多的應用。AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器(FPEROM Falsh Programmable and Erasable Read Only Memo)的低電壓，高性 能CMOS8位微處理器，俗稱單片機。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃 爍可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以 反復擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的MCS51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8 位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是

41、一種高 效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡版本。AT89C51單片機為很多 嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案，外形及引腳排列如 圖3-9所示。P 1 D<7 ¥CCPI Pfl.O lADQ)Fl J匚J?4a p®+i pi»pl 1*373 M 2 iAblP1 4 G PV.3 4AP3frl 4 L«，占Fl電 Mb*lPI ®匸U PQ'-i MC>&|«33U 拳04RST門> 22怦訓PJ Q f qID和a rsw(TKO> Pl 1 rM341nmr； r

42、a ? If?»口 P5TNlETT> n j c13H F2.r 4*15)|TV) Fl 4 匚14 Pi.a(H> 叫 553(口 p： 5卩 3 61A24p P2.J 4和可t呵叫rITJiPJSTAL7>923 F3 a A10KTAL1 »32 P3 1 (AV)卻J1q ps o “詐ASTftfPP 二1J20(AXO) P3J>219(TXD| PJ 13IBXTAL2 L417XTAL1£16INTO! P3 2fi15(INTIJ P5.37(TOI P14fl13(TH P3.5$12GND1011J VCCPI.

43、TP1.& ' P1.$J P14J P1 3Pt.2P1.I (AIN1) J PI JP37AT89C51AT89C2051圖3-9 AT89C51外形及引腳排列3。3.1AT89C51 主要特性：衣與MCS 51兼容* 4K字節(jié)可編程閃爍存儲器* 壽命：1000寫/擦循環(huán)*數(shù)據(jù)保留時間：10年* 全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz 三級程序存儲器鎖定 128*8 位內部 RAM32 可編程 I/O 線 兩個 16 位定時器 / 計數(shù)器 5 個中斷源 可編程串行通道 低功耗的閑置和掉電模式 片內振蕩器和時鐘電路332 AT89C51管腳說明：VCC:供電電壓。GND :接地.P0

44、 口 :P0 口為一個8位漏級開路雙向I/O 口，每腳可吸收8TTL門 電流。當P1 口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入.P0能夠用于外 部程序數(shù)據(jù)存儲器 ,它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。在 FIASH 編程 時， P0 口作為原碼輸入口 ,當 FIASH 進行校驗時 ,P0 輸出原碼 ,此時 P0 外部必須被拉高。P1 口 :P1 口是一個內部提供上拉電阻的 8位雙向I/O 口 ,P1 口緩沖器 能接收輸出 4TTL 門電流 P1 口管腳寫入 1 后,被內部上拉為高，可用作 輸入， P1 口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內部上拉的 緣故。在 FLASH 編程和校驗時，

45、P1 口作為第八位地址接收。P2 口 :P2 口為一個內部上拉電阻的8位雙向I/O 口，P2 口緩沖器可 接收，輸出4個TTL門電流，當P2 口被寫“ 1時，其管腳被內部上拉電 阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時 ,P2 口的管腳被外部拉低，將 輸出電流。這是由于內部上拉的緣故。 P2 口當用于外部程序存儲器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時， P2 口輸出地址的高八位 .在給出 地址“1時”，它利用內部上拉優(yōu)勢， 當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀 寫時 ,P2 口輸出其特殊功能寄存器的內容。 P2 口在 FLASH 編程和校驗 時接收高八位地址信號和控制信號。P3 口： P3 口管腳

46、是8個帶內部上拉電阻的雙向I/O 口，可接收輸出 4個TTL門電流。當P3 口寫入“ 1后,它們被內部上拉為高電平，并用 作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3 口將輸出電流（ILL ）這 是由于上拉的緣故。在實際應用中，大多數(shù)情況下都使用 P3 口的第二 功能。P3.0 RXD ：串行輸入口P3。1 TXD :串行輸出口P3.2 -/INTO:外部中斷0P3。3 /INT1:外部中斷1P3.4 TO:記時器0外部輸入P3。5 T1:記時器1外部輸入P3.6 -/WR:外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通P3。7 /RD:外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通P3 口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。RST：復位

47、輸入。當振蕩器復位器件時，要保持 RST腳兩個機器周 期的高電平時ALE/PROG :當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于 鎖存地址的地位字節(jié) .在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖 . 在平時， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號 ,此頻率為振蕩器頻率 的 1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個 ALE 脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時，ALE只有在執(zhí)行 MOVX ,MOVC 指令是 ALE 才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理 器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止 ,置

48、位無效。/PSEN:外部程序存儲器的選通信號在由外部程序存儲器取指期間， 每個機器周期兩次/PSEN 有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時 ,這兩次有效的 /PSEN 信號將不出現(xiàn)。EA/VPP :當 /EA 保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器(0000H-FFFFH)，不管是否有內部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA 將內部鎖定為RESET當/EA端保持高電平時，此間內部程序存儲器.在 FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源(VPP)。XTAL1 :反向振蕩放大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入。XTAL2 :來自反向振蕩器的輸出。 容并且凍結振蕩器 ,禁止所用其他 芯片功能 ,直

49、到下一個硬件復位為止 .33.3振蕩器特性:XTAL1 和 XTAL2 分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器 可以配置為片內振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時 鐘源驅動器件， XTAL2 應不接.有余輸入至內部時鐘信號要通過一個二 分頻觸發(fā)器 ,因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求 ,但必須保證脈沖的 高低電平要求的寬度 .芯片擦除:整個 PEROM 陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組 合，并保持 ALE 管腳處于低電平 10ms 來完成 .在芯片擦操作中，代碼 陣列全被寫“ 1" 且在任何非空存儲字節(jié)被重復編程以前，該操作必須被 執(zhí)行。此外,AT89C

50、51設有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯 支持兩種軟件可選的掉電模式 .在閑置模式下， CPU 停止工作。但 RAM, 定時器，計數(shù)器 ,串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存 RAM 的內容并且凍結振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復位 為止。3。4 菲涅爾透鏡原理菲涅爾鏡片是根據(jù)法國光物理學家 FRESNEL 發(fā)明的原理采用電鍍 模具工藝和PE （聚乙烯）材料壓制而成鏡片（0.5mm厚）表面刻錄了 一圈圈由小到大，向外由淺至深的同心圓，從剖面看似鋸齒。圓環(huán)線多 而密感應角度大，焦距遠；圓環(huán)線刻錄的深感應距離遠，焦距近。紅外 光線越是靠進同心環(huán)光線越集中而且越強 .同

51、一行的數(shù)個同心環(huán)組成一 個垂直感應區(qū)，同心環(huán)之間組成一個水平感應段。垂直感應區(qū)越多垂直 感應角度越大；鏡片越長感應段越多水平感應角度就越大。區(qū)段數(shù)量多 被感應人體移動幅度就小，區(qū)段數(shù)量少被感應人體移動幅度就要大。不 同區(qū)的同心圓之間相互交錯 ,減少區(qū)段之間的盲區(qū)。區(qū)與區(qū)之間，段與段 之間，區(qū)段之間形成盲區(qū)。由于鏡片受到紅外探頭視場角度的制約，垂 直和水平感應角度有限，鏡片面積也有限。鏡片從外觀分類為：長形、 方形、圓形，從功能分類為：單區(qū)多段、雙區(qū)多段、多區(qū)多段。3。4。1鏡片主要有三種顏色聚乙烯材料原色，略透明，透光率好，不易變形 白色主要用于適配外殼顏色。三、黑色用于防強光干擾。鏡片還可以

52、結合產(chǎn)品外觀注色，使產(chǎn)品 整體更美觀.菲涅爾透鏡是一種精密的光學系統(tǒng)，專門是用來與熱釋電紅外傳感 器配套使用，其結構如圖3-10所示。圖310菲涅爾透鏡它由經(jīng)過特殊設計的透鏡組構成，上面的每個透鏡單元都只有一個 不大的視場，相鄰兩個單元透鏡的視場即不連續(xù)也不重疊，都相隔一個 盲區(qū)。當熱源（比如人）在透鏡前運動時，順次從某一單元透鏡視場進入 又退出，投射信號會出現(xiàn)一個接一個的斷續(xù)信號，但是熱源信號始終都是 集中在透鏡中部的。將連續(xù)的熱源信號變成斷續(xù)的輻射信號，使熱釋電 傳感器能正常工作。菲涅爾透鏡作用有兩個：一是聚焦作用，即將熱釋紅外信號折射（反 射）在PIR上，第二個作用是將探測區(qū)域內分為若干

53、個明區(qū)和暗區(qū) ，使進 入探測區(qū)域的移動物體能以溫度變化的形式在 PIR上產(chǎn)生變化熱釋紅外 信號。3。4.2 菲涅爾透鏡的主要技術指標 外形尺寸，根據(jù)傳感器和探測摘要來設計和生產(chǎn)不同尺寸的透鏡。 水平視角和垂直視角 ,它表明透鏡的可監(jiān)視范圍。 焦距，它表明鏡片與傳感器的安裝距離3.5 步進電機步進電動機是純粹的數(shù)字控制電動機：它將電脈沖信號轉變成角位 移即結一個脈沖信號，步進電動機就轉動一個角度因此作常適合于 單片機控制。近 30 年來數(shù)字技術、計算機技術和水磁材料的迅速發(fā) 展推動廠步進電動機的發(fā)展 ,為步進電動機的應用開辟了廣鬧的前景。3。5。1 步進電動機有如下特點 :步進電動機的角位移與輸

54、入脈沖數(shù)嚴格成正比具有良好的跟隨型。 以由步進電動機與驅動電路組成的開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，既非常簡單、廉價， 又非?？煽?。同時它也可以與角度反饋環(huán)節(jié)組成高性能的閉外數(shù)控系 統(tǒng).步進電動機的動態(tài)響應快。易于起停、正反轉及變速。 速度可在相當寬的范圍內平滑調節(jié)。低速下仍能保證獲很大轉矩， 因此，一般可以不用減速器而直接驅動負載。步進電動機只能通過脈沖電源供電才能遠行。它不能直接使用交流 電源和直流電源步進電動機存在振蕩和失步現(xiàn)象必須對控制系統(tǒng)和機械負載采取 相應的措施。步進電動機自身的噪音和振動較大帶慣性負載的能力較差。3。5。2 反應式步進電機以下是三相反應式步進電動機結構圖。 從圖中可以看出 ,它分成轉于 和定子兩部分。定子是由砧鋼片疊成的。定子上有 6 個磁極 （大極），每 2個相對的磁極（N、S極）組成一對，共有3對。每對磁極都纏有同一繞 組，也即形成一相，這樣 3對磁極有 3個繞組，形成三相。 如果給處于錯齒狀態(tài)的相通電則轉子在電磁力的作躺下，將向磁導率 最大（或磁阻最小 ）的位置轉動，即向趨于對齒的狀態(tài)轉動 .步進電動機就 是越于這一原理轉動的。每個磁極的內表面部分布著多個小齒，它們大 小相同，間距相同。轉子是由軟磁材料制成的， 其外表面也均勻分布著小齒