電動車無線防盜報警器設(shè)計畢業(yè)論文

1、圖書分類號：密 級：畢業(yè)設(shè)計(論文)電動車無線防盜報警器設(shè)計THE ELECTRIC BICYCLE WIRELESS ANTI-THEFT ALARM SYSTEM DESIGN學(xué)生姓名學(xué)院名稱專業(yè)名稱指導(dǎo)教師年月02日 徐州工程學(xué)院學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明： 所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨立進行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用或參考的內(nèi)容外，本論文不含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品或成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)注。本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。論文作者簽名： 日期： 年 月 日徐州工程學(xué)院學(xué)位論文版權(quán)協(xié)議

2、書本人完全了解徐州工程學(xué)院關(guān)于收集、保存、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：本校學(xué)生在學(xué)習(xí)期間所完成的學(xué)位論文的知識產(chǎn)權(quán)歸徐州工程學(xué)院所擁有。徐州工程學(xué)院有權(quán)保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交學(xué)位論文的紙本復(fù)印件和電子文檔拷貝，允許論文被查閱和借閱。徐州工程學(xué)院可以公布學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容，可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容提交至各類數(shù)據(jù)庫進行發(fā)布和檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。論文作者簽名： 導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日摘要本論文課題是開發(fā)設(shè)計一款基于單片機的電動自行車無線防盜報警器。通過市場調(diào)研和查閱相關(guān)資料，論證了本設(shè)計的必要性和可行性。文中主要

3、論述了該無線防盜報警器各個模塊的詳細設(shè)計過程。設(shè)計從總體方案的設(shè)計入手，對無線收發(fā)模塊、信號觸發(fā)模塊、報警電路模塊等進行了相關(guān)的分析、選擇及最終方案的確定；使用Protel軟件繪制出該設(shè)計的最終方案的電路圖，通過Protel電路圖清晰地表達出該設(shè)計各個工作模塊電器元件的連接情況，并通過protel電路圖生成PCB圖，為PCB電路板的焊接奠定基礎(chǔ)，根據(jù)Protel電路圖連接電路并進行硬件調(diào)試；使用Pro|E軟件對產(chǎn)品的外觀進行了設(shè)計。本設(shè)計用單片機作為控制單元，彈簧開關(guān)作信號觸發(fā)，遠距離無線收發(fā)模塊作信號傳輸，揚聲器（或蜂鳴器）作報警裝置。當(dāng)單片機收到無線收發(fā)模塊發(fā)出的預(yù)警信號后，進入預(yù)警狀態(tài)，

4、并當(dāng)彈簧開關(guān)在收到外界振動影響后，接通電路,以使報警器報警，以此來威懾犯罪分子，達到保護電動自行車的目的。本課題開發(fā)設(shè)計的電動車無線防盜報警器體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、技術(shù)先進、成本低、生產(chǎn)率高、實用性強，適用于千千萬萬電動車使用者。關(guān)鍵詞 單片機；無線收發(fā)模塊；彈簧開關(guān)；防盜報警器；揚聲器AbstractThis thesis focuses on the development and design of the electric bicycle SCM of wireless anti-theft alarm based on Monolithic integrated circuit. Thr

5、ough market research and access to relevant information, demonstrated the necessity and feasibility of the design . In the major expositions of the wireless anti-theft alarm for the detailed design of each module process . Design from starting with the design of the overall plan, carrying out the re

6、levant analysis about the radio transceiver modules, signal trigger module, alarm circuit module , selection and exterminating the final package; Protel software is used to map out the final design of the circuit, Through the Protel clearly show the work of various electrical components connecting m

7、odule, and generate PCB by Protel circuit plans, lay the foundation for welding the PCB circuit boards , according to the Protel circuit ,connecting circuits and hardware debug; products Appearance was designed by using the Pro | E software .The design is used as a control unit SCM, spring switch to

8、 trigger signal, wireless transceiver modules for long-distance signal transmission, speakers (or buzzer) for the alarm device. When the wireless transceiver module SCM received a warning signal, go into the early warning status , and when the spring switch vibration impact of the receipt of the out

9、side world, connected to circuit , to enable the alarm warning, in order to deter crime Elements, to realize the purpose of protecting electric bicycles.The topic of electric vehicle development and design wireless anti-theft alarm system are small, compact, technologically advanced, low cost, high

10、productivity, practical, applied to millions of users of electric vehicles.Keywords SCM Wireless Transceiver Module Spring switch Anti-theft Alarm System Loudspeakers 目 錄1 緒論31.1 電動車無線防盜報警器研究背景31.2 電動車無線防盜報警器的研究現(xiàn)狀31.3 電動車無線防盜報警器的研究要求41.4 電動車無線防盜報警器的研究意義42 總體方案設(shè)計52.1 框架結(jié)構(gòu)體系設(shè)計52.2 各功能模塊方案設(shè)計52.2.1 無線收發(fā)

11、模塊52.2.2 信號觸發(fā)模塊72.2.3 報警電路模塊82.3 本章小結(jié)103 無線收發(fā)模塊設(shè)計113.1 LR-T15CTM4-S紅外接收遠程控制系統(tǒng)模塊介紹113.1.1 主要特性113.1.2 工作原理方框圖123.1.3 外部應(yīng)用電路133.1.4 光電特性143.1.5 外部特征153.2 無線收發(fā)模塊設(shè)計163.3 本章小結(jié)174 音樂集成電路模塊設(shè)計184.1 音樂集成電路184.1.1 音樂集成電路內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其工作原理184.1.2 音樂集成電路使用過程中應(yīng)注意的問題194.2 音樂集成電路報警模塊設(shè)計194.2.1 整流二極管的選用194.2.2 晶體三極管的選用204.2

12、.3 電磁繼電器的選用224.2.4 音樂集成電路報警模塊的設(shè)計224.3 本章小結(jié)235 安裝與調(diào)試245.1 硬件安裝245.1.1 AT89C51單片機相關(guān)特性及參數(shù)介紹245.1.2 硬件安裝275.2 硬件調(diào)試285.2.1 無線收發(fā)模塊調(diào)試285.2.2 音樂集成電路模塊調(diào)試285.2.3 復(fù)位電路及晶振電路調(diào)試285.3 C語言編程295.3.1 AT89C51單片機軟件編程的注意事項295.3.2 C語言編程315.4 軟件調(diào)試355.5 本章小結(jié)366 產(chǎn)品外觀設(shè)計376.1 控制電路外觀設(shè)計376.2 執(zhí)行電路外觀設(shè)計396.3 本章小結(jié)40結(jié)論41致謝42參考文獻43附錄

13、44 附錄1441 緒論1.1 電動車無線防盜報警器研究背景隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，人民生活水平的不斷提高，電動自行車已經(jīng)進入人們的生活，并進一步改善了人們的出行方便。電動自行車以電為能源，無廢氣排放，噪音小，不污染環(huán)境，且騎行省力，經(jīng)濟適用，通用性廣，上牌手續(xù)方便，政府也大力支持。目前摩托車，燃油助力車因污染環(huán)境而受到限制。國家出臺燃油含稅政策，又給電動自行車帶來了福音，因此電動自行車成為工薪階層的最佳選擇，也受到越來越多人青睞。然而就在電動自行車進入千家萬戶的同時，其失盜率也連連攀升，給使用者帶來了很大的經(jīng)濟損失，為解決廣大電動自行車使用者的后顧之憂，現(xiàn)設(shè)計一套基于單片機的關(guān)于電動自行車用

14、無線防盜報警器的方案，給廣大使用者裝上一把“安心鎖”。1.2 電動車無線防盜報警器的研究現(xiàn)狀為了充分掌握電動車市場防盜報警類產(chǎn)品的現(xiàn)狀及發(fā)展動態(tài)，我深入開展了市場調(diào)研和文獻搜索，從商家提供的電動車年銷量和報警器（包括報警鎖）年銷量數(shù)據(jù)不完全統(tǒng)計，現(xiàn)在購買電動車的用戶同時配備防盜報警裝置的約占98。目前市場上出售的電動車防盜報警裝置大致有如下幾類： （1）防盜報警鎖，將報警器與車鎖集成，只要內(nèi)部振動傳感器感知到車身振動，就會立即觸發(fā)啟動鎖上報警喇叭報警。這種防盜報警鎖使用比較方便，售價也能為大家接受，一般在50元左右，如杰達KL02、新奇特FB8224。但是用戶反映使用這種防盜報警鎖，發(fā)生誤報的

15、頻率較高，而且發(fā)現(xiàn)是誤報還得不到解除，同時在鎖緊狀態(tài)下無法人為撤防，造成不必要的干擾。（2）普通防盜報警器，與防盜報警鎖相比，這類報警裝置體積較小，可獨立安裝在電動車上較為隱蔽的地方，不易被發(fā)現(xiàn)而拆卸。其布防、撤防都是通過報警器外殼上的同一開關(guān)按鈕實現(xiàn)，探測警情信號的也是各種類型的振動傳感器，電源一般使用兩節(jié)7號電池，性能比較穩(wěn)定，價格在60元左右。但是一旦將其安裝在車身較為隱蔽的地方，如車身底部等，那么車主啟動布防和撤防時要按開關(guān)就很困難，不易操作；如果安裝在方便車主啟動開關(guān)的地方，此報警器又很容易被盜賊發(fā)現(xiàn)而將其拆卸。（3）遙控防盜報警器，由車載主機和手持遙控發(fā)射器組成，報警喇叭多是只安裝

16、在車載主機上，遙控器的作用主要是設(shè)防、撤防和啟動報警功能，相當(dāng)于主機的一個無線遙控電源開關(guān)，如新奇特E-12，龍銳lr-007。這類報警器是現(xiàn)在電動車市場上的主流防盜產(chǎn)品，一般靈敏度較高，性能穩(wěn)定，報警聲響可達100分貝以上，基本可以滿足一般電動車用戶的需要，市場價格在80元左右。漏報率和故障率都較低，但是誤報率很高，報警噪音擾民現(xiàn)象嚴重。（4）無線智能數(shù)字報警器，如榮高VA-2型、旭飛報警器。這類防盜報警器一般采用微電腦技術(shù)，智能化程度較高，除了能遙控設(shè)防撤防、強警尋車外，還具有遙控熄火、自動延時設(shè)防和智能記憶等功能。這類產(chǎn)品設(shè)計合理、性能優(yōu)越，但是作為電動車的附屬配件，它們的價格相對較高，

17、一般要超過150元，普通用戶不能接受，因而在電動車市場也就得不到推廣。電動自行車之所以能走進千家萬戶，為廣大消費者所青睞，一個很重要的原因就是其價格相對于摩托車和汽車要低得多，能被一般收入的人們所接受。因此，開發(fā)一種高性能、低價位的電動車專用防盜報警器是適合市場需要的，也是目前電動車用戶這個消費群體給我們提出的一項艱巨任務(wù)。1.3 電動車無線防盜報警器的研究要求電動車無線防盜報警器的的研究要求就是體積小，能安裝在比較隱蔽的地方，不易被盜車賊發(fā)現(xiàn)拆卸，而車主又能操作方便；靈敏度較高，性能穩(wěn)定，漏報率、誤報率和故障率都應(yīng)比較低，報警聲應(yīng)適中，能在有效范圍內(nèi)提醒車主或路人，達到震懾盜車賊的目的即可，

18、以免報警聲音太大，噪音擾民；價格適中能讓普通消費者所接受。1.4 電動車無線防盜報警器的研究意義現(xiàn)在市場上有各式各樣的電動車防盜報警裝置出售，一些高檔的智能報警器由于價格過高，用戶不愿意為售價僅兩三千的電動車去配置，而得不到推廣；另外，也有價格適中、質(zhì)量可靠的防盜報警器出售，但是此類報警器的報警喇叭一般都只是安裝在電動車身上，而完成警情傳遞任務(wù)的主要部件都是振動傳感器，其靈敏度較高，致使一些外界環(huán)境因素，如刮風(fēng)打雷，兒童嬉鬧等，都有可能使其動作，并觸發(fā)報警器報警，這種由于誤報警帶來的噪音污染常常造成不必要的擾民。種種原因使得大部分電動車用戶并沒有為他們的車去配備防盜報警裝置，導(dǎo)致一些不法分子有

19、機可乘，電動車被盜現(xiàn)象日益嚴重，“電動自行車保險”也因出險率太高而銷聲匿跡。報警裝置作為電動車的一個重要附屬配件，其防盜守護的重要作用眾所周知。由此，一種低價位、高品質(zhì)，適合于普通用戶的防盜報警器將是電動自行車市場翹首以盼的。 著眼于解決上述問題，我們展開了一系列調(diào)查研究、開發(fā)創(chuàng)新工作，希望我們的努力可以在報警器成本與性能之間找到一個最佳平衡點，為電動車增加一道理想的安全防線，解除用戶的后顧之憂。2 總體方案設(shè)計電動車無線防盜報警器的總體方案設(shè)計是根據(jù)其功能和設(shè)計要求，從全局的角度，以系統(tǒng)的觀點而進行整體方面的設(shè)計，主要包括無線收發(fā)模塊設(shè)計，信號觸發(fā)模塊設(shè)計和報警電路模塊設(shè)計等內(nèi)容。2.1 框

20、架結(jié)構(gòu)體系設(shè)計本設(shè)計主要依據(jù)下列框架結(jié)構(gòu)(如圖2-1)進行設(shè)計。AT89C51單片機信號觸發(fā)模塊無線發(fā)送模塊無線接收模塊報警電路模塊圖2-1 總體框架結(jié)構(gòu)體系其中單片機作為控制單元模塊，彈簧開關(guān)作信號觸發(fā)模塊，采用遠距離無線收發(fā)裝置作無線收發(fā)模塊，揚聲器（或蜂鳴器）作報警電路模塊。當(dāng)單片機收到無線收發(fā)模塊發(fā)出的預(yù)警信號后，進入預(yù)警狀態(tài)，并讓彈簧開關(guān)在收到外界振動影響后，接通電路使報警器報警，以此來威懾犯罪分子，達到保護電動自行車的目的。2.2 各功能模塊方案設(shè)計本設(shè)計各功能模塊主要包括無線收發(fā)模塊，信號觸發(fā)模塊和報警電路模塊等，下面將分模塊討論各個模塊擬采用方案和最終方案的確定。2.2.1 無

21、線收發(fā)模塊2.2.1.1 HF-15/HJ-15紅外收發(fā)組件普通紅外遙控器作用距離一般為10m左右，且方向性很強。而由HF-15/HJ-15構(gòu)成的紅外遙控發(fā)射/接收電路（見圖2-2）作用距離可達25m，其對射夾角大于15°，且外接電路簡單，安裝方便。HF-15為紅外遙控發(fā)射組件，其工作電壓412V，典型值9V；工作頻率3250kHz可調(diào)，由第1、2腳之間所接的電位器來調(diào)節(jié)發(fā)射電路的載波頻率，一般選40kHz。HJ-15內(nèi)部設(shè)有前置放大電路、整形電路和濾波電路，放大器放大倍數(shù)可達2.5萬倍。如果需要加大遙控距離，可在紅外發(fā)射或接收管的前面加只帶凸鏡聚光片的聚光筒，但此時應(yīng)注意調(diào)整好焦距

22、，否則無效果。圖2-2 HF-15/HJ-15紅外收發(fā)應(yīng)用電路圖當(dāng)紅外遙控發(fā)射電路的SK開關(guān)閉合時，通過HF-15裝置的5、6腳將HF-15裝置啟動，再經(jīng)HF-15裝置的1、2腳之間所接的電位器調(diào)節(jié)發(fā)射電路的載波頻率，載波頻率的大小直接影響傳輸距離。電位器調(diào)節(jié)的數(shù)值越大發(fā)射電路的載波頻率就越小，其傳輸距離也就越短；電位器調(diào)節(jié)的數(shù)值越小發(fā)射電路的載波頻率就越大，其傳輸距離就越長，因為頻率低衰減小，頻率高衰減大。當(dāng)載波頻率確定后HF-15裝置的3、4腳所接的型號為PH303的發(fā)光二極管，將給紅外遙控接收電路型號為PH303的二極管一個脈沖，HJ-15通過內(nèi)部的前置放大電路、整形電路和濾波電路對接收

23、到的脈沖信號進行分析，當(dāng)是其識別的波形時就啟動該電路，完成紅外收發(fā)的工作。HF-15/HJ-15紅外收發(fā)裝置的傳輸距離和安全性的確可以滿足本設(shè)計的需要，但是其體積比較大，價格也遠遠超出了市場上現(xiàn)在所出售的整套電動車無線防盜報警器的價格，從產(chǎn)品的性價比考慮，不予采納。2.2.1.2 LR-T15CTM4-S紅外接收遠程控制系統(tǒng)模塊LR-T15CTM4-S系列是紅外遙控接收模塊。該模塊的最大優(yōu)點就是即使在很弱的光源下也能可靠運行、并保護、防止受到其他輸出脈沖的干擾。LR-T15CTM4-S系列所需的供電電壓在2.4V6.5V之間，與本設(shè)計所構(gòu)想的5V供電電壓很吻合；而其低電流消耗是HF-15/HJ

24、-15紅外收發(fā)組件不可比擬的；其輸出信號為4.5V高電壓正好能被本設(shè)計中采用的AT89C51單片機所識別。LR-T15CTM4-S系列與無線發(fā)送裝置的有效作用距離為28米，相對HF-15/HJ-15紅外收發(fā)組件有了相當(dāng)大的改觀，其最大優(yōu)點就是即使在很弱的光源下也能可靠運行、并能有效防止受到其他輸出脈沖的干擾。本設(shè)計就是想找到這樣的紅外無線收發(fā)模塊：體積小、重量輕，5V供電電壓，4.5V高電平輸出，低電流消耗；作用距離長，能適用惡劣環(huán)境，而不至于受到其他輸出脈沖的干擾。因此欲采用LR-T15CTM4-S紅外接收遠程控制系統(tǒng)模塊為本設(shè)計的無線收發(fā)模塊。該模塊將在第3章中詳細介紹。2.2.2信號觸發(fā)

25、模塊2.2.2.1水銀開關(guān)水銀開關(guān)（見圖2-3），又稱傾側(cè)開關(guān)，是電路開關(guān)的一種，用一個接著電極的小巧容器儲存著一小滴水銀，容器中多數(shù)注入惰性氣體或為真空。因為重力的關(guān)系，水銀水珠會隨容器中較低的地方流去，如果同時接觸到兩個電極的話，開關(guān)便會將電路閉合，開啟開關(guān)。圖2-3 水銀開關(guān)容器的形狀亦會影響水銀水珠接觸電極的條件，例如郵包炸彈使用的會是倒 V 字型的，令收件人在不知情的情況下傾側(cè)郵包，閉合電路、制動爆炸，但送件人（或郵包攜帶者）則不會。水銀開關(guān)的原理很簡單，在普通固定電路中均可用于信號觸發(fā)，但在本設(shè)計中，電動車無線防盜報警器不可能完全保持水平狀態(tài)；并且水銀對人體及環(huán)境均有毒害，不適合在

26、本設(shè)計中采用。2.2.2.2振動傳感器振動傳感器在測試技術(shù)中是關(guān)鍵部件之一，它的作用主要是將機械量接收下來，并轉(zhuǎn)換為與之成比例的電量。由于它也是一種機電轉(zhuǎn)換裝置。所以我們有時也稱它為換能器、拾振器等。振動傳感器目前廣泛應(yīng)用的報警檢測傳感器，它內(nèi)部用壓電陶瓷片加彈簧重錘結(jié)構(gòu)檢測振動信號，并通過LM358等運放器放大并輸出控制信號。當(dāng)檢測到振動大于一定幅度時，動作指示燈點亮，并發(fā)出報警，振動檢測的靈敏度可以通過靈敏度調(diào)節(jié)旋鈕調(diào)節(jié)，順時針靈敏度增加，逆時針靈敏度降低。振動傳感器并不是直接將原始要測的機械量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏浚菍⒃家獪y的機械量作為振動傳感器的輸入量Mi，然后由機械接收部分加以接收，形成另

27、一個適合于變換的機械量Mt，最后由機電變換部分再將Mt變換為電量E，如圖2-4所示。因此一個傳感器的工作性能是由機械接收部分和機電變換部分的工作性能來決定的。振動傳感器具有成本低、靈敏度高、工作穩(wěn)定可靠，振動檢測可調(diào)節(jié)范圍大的優(yōu)點，器件的內(nèi)部均含有專用的控制芯片,應(yīng)用非常方便,可直接帶動小功率負載,用一只三極管進行電流放大后,即可驅(qū)動繼電器或報警被大量應(yīng)用到汽車、摩托車、電動車的防盜系統(tǒng)上，目前80的車輛報警器都用這類傳感器。 機械接受部分 機電變換部分 Mi Mt E圖2-4 振動傳感器振動傳感器的性能特點符合本設(shè)計的需要，但在元件采購的過程中發(fā)現(xiàn)徐州電子市場找不到振動傳感器的銷售，給本設(shè)計

28、的實物制作造成了困難。因此將在第4章音樂集成電路報警模塊設(shè)計中對信號觸發(fā)模塊的設(shè)計做詳細介紹。 2.2.3報警電路模塊2.2.3.1蜂鳴器 蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應(yīng)用于計算機、打印機、復(fù)印機、報警器、電子玩具、汽車電子設(shè)備、電話機、定時器等電子產(chǎn)品中作發(fā)聲器件。蜂鳴器主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種，在電路中用字母“H”或“HA”（舊標(biāo)準(zhǔn)用“FM”、“LB”、“JD”等）表示。（1）壓電式蜂鳴器 壓電式蜂鳴器主要由多諧振蕩器、壓電蜂鳴片、阻抗匹配器及共鳴箱、外殼等組成。有的壓電式蜂鳴器外殼上還裝有發(fā)光二極管。多諧振蕩器由晶體管或集成電路構(gòu)成。當(dāng)接通電源

29、后（1.515V直流工作電壓）,多諧振蕩器起振,輸出1.52.5kHz的音頻信號，阻抗匹配器推動壓電蜂鳴片發(fā)聲。壓電蜂鳴片由鋯鈦酸鉛或鈮鎂酸鉛壓電陶瓷材料制成。在陶瓷片的兩面鍍上銀電極，經(jīng)極化和老化處理后，再與黃銅片或不銹鋼片粘在一起。（2）電磁式蜂鳴器 電磁式蜂鳴器由振蕩器、電磁線圈、磁鐵、振動膜片及外殼等組成。接通電源后，振蕩器產(chǎn)生的音頻信號電流通過電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場。振動膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下，周期性地振動發(fā)聲。（3）自制簡易蜂鳴器電路目前蜂鳴器被廣泛應(yīng)用與多種控制裝置和家用電器的特定功能指示。筆者在做本設(shè)計的時候發(fā)現(xiàn)了一種簡易蜂鳴器電路12，現(xiàn)介紹給大家（如圖2-5

30、）。圖2-5 簡易蜂鳴器電路基本電路如上圖所示，由R1R4、C1、C2和Q1、Q2組成自激多諧振蕩器電路，產(chǎn)生的音頻振蕩信號經(jīng)Q3放大、驅(qū)動壓電陶瓷片發(fā)出響亮的蜂鳴聲。電路的振蕩頻率見式（2.1）。 f= 式（2.1）改變其元件的參數(shù)，就可以得到自己滿意的聲調(diào)。壓電陶瓷片為該電路的發(fā)聲部件，其質(zhì)量好壞直接影響發(fā)聲音量的大小，選用時還要注意其工作電壓。在制作時，最好選用帶有助聲腔的蜂鳴器。圖中電感L可用線圈完好的廢舊6V12V直流繼電器繞組代替，也可用廢舊錄音機磁頭和晶體管收音機中音頻變壓器繞組代替。按圖中所示數(shù)值，本電路可在3V15V直流電壓范圍內(nèi)正常工作，其最大工作電流為45ma。若加大工作

31、電壓，須將Q3換成耐壓和電流值較大的三極管。2.2.3.2揚聲器揚聲器是一種把電信號轉(zhuǎn)變?yōu)槁曅盘柕膿Q能器件，揚聲器的性能優(yōu)劣對音質(zhì)的高低影響很大。揚聲器的種類很多，按其換能原理可分為電動式（即動圈式）、靜電式（即電容式）、電磁式（即舌簧式）、壓電式（即晶體式）等幾種；按其頻率范圍可分為低音揚聲器、中音揚聲器、高音揚聲器。電動式揚聲器的結(jié)構(gòu)和工作原理電動式揚聲器應(yīng)用最廣泛，它又分為紙盆式、號筒式3和球頂形三種。而前兩種應(yīng)用比較廣泛，因此這里只介紹前兩種。（1）紙盆式揚聲器紙盆式揚聲器其結(jié)構(gòu)如圖2-6所示。它由三部分組成：振動系統(tǒng)，包括錐形紙盆、音圈和定位支片等；磁路系統(tǒng)，包括永久磁鐵、導(dǎo)磁板和場

32、心柱等；輔助系統(tǒng)，包括盆架、接線板、壓邊和防塵罩等。當(dāng)處于磁場中的音圈有音頻電流通過時，就產(chǎn)生隨音頻電流變化的磁場，這一磁場和永久磁鐵的磁場發(fā)生相互作用，使音圈沿著軸向振動，由于揚聲器結(jié)構(gòu)簡單、低音豐滿、音質(zhì)柔和、頻帶寬，但效率較低。（2）號筒式揚聲器號筒式揚聲器其結(jié)構(gòu)如圖2-7所示，它由振動系統(tǒng)（高音頭）和號筒兩部分構(gòu)成。振動系統(tǒng)與紙盆揚聲器相似，不同的是它的振膜不是紙盆，而是一球頂形膜片。振膜的振動通過號筒（經(jīng)過兩次反射）向空氣中輻射聲波。它的頻率高、音量大，常用于室外及廣場擴聲。2.2.3.3音樂集成電路就在商榷報警電路元件的選用時，無意中發(fā)現(xiàn)了音樂集成電路4，它是一種樂曲發(fā)生器，它可以

33、向外發(fā)送固定存儲的樂曲。它具有聲音悅耳、外接元件少、價格低、功能全面及使用方便等特點，因而音樂集成電路在家用電器，時鐘，玩具等方面得到了廣泛的應(yīng)用。通過比較蜂鳴器揚聲器和音樂集成電路的外接元件數(shù)量、價格、功能全面性及使用方便等特點決定采用音樂集成電路作為本設(shè)計的報警電路模塊，該模塊將在第4章音樂集成電路報警模塊設(shè)計中做詳細介紹。2.3 本章小結(jié)本章對該設(shè)計的總體框架結(jié)構(gòu)體系設(shè)計進行了論述，并對該設(shè)計的各功能模塊擬采用和最終采用的方案進行了詳細的介紹，通過比較HF-15/HJ-15紅外收發(fā)組件和LR-T15CTM4-S紅外接收遠程控制系統(tǒng)模塊確定了本設(shè)計的無線收發(fā)模塊；通過比較水銀開關(guān)和振動傳感

34、器確定了本論文的信號觸發(fā)模塊；通過比較蜂鳴器、揚聲器和音樂集成電路確定了本論文的報警電路模塊，而被選定的模塊元件將在下面幾章做詳細的介紹。3 無線收發(fā)模塊設(shè)計LR-T15CTM4-S系列是紅外遙控接收模塊。它已轉(zhuǎn)移成型、體積小、重量輕和低電流消耗。該模塊的最大優(yōu)點就是即使在很弱的光源下也能可靠運行、并保護、防止不受控制的輸出脈沖的干擾。3.1 LR-T15CTM4-S紅外接收遠程控制系統(tǒng)模塊介紹本小節(jié)將詳細介紹LR-T15CTM4-S紅外遙控接收模塊（見圖3-1）的主要特性、引腳特征、光電特性、極限參數(shù)、材料配置，外部尺寸等物理特性。3.1.1 主要特性（1）供電電壓2.4 V6.5v之間 ；

35、（2）光電檢測器及前置放大器封裝在一起；（3）PCM頻率的內(nèi)部過濾器；（4）對不同種干擾光源的免疫力較強；（5）低效輸出（6）低功率消耗； 圖3-1 LR-T15CTM4-S因LR-T15CTM4-S紅外遙控接收模塊具有上述的主要特性，所以其應(yīng)用范圍也是比較廣泛的。大致有AV設(shè)備（如：電視，DVD播放機，音響，CD播放機，機頂盒等）；家電（如：電腦，空調(diào)，照相機等）；紅外遙控器控制玩具。LR系列紅外遙控接收模塊的引腳配置和載波頻率如表3-1所示。表3-1 LR系列引腳配置和載波頻率在本設(shè)計中該元件要與單片機連接使用，完成報警系統(tǒng)的上鎖和解鎖過程，因此要選擇合適的工作電壓和輸入頻率，焊接電路板時

36、應(yīng)考慮該電子元件的焊錫溫度，以免過高燒壞元件。LR-T15CTM4-S紅外遙控接收模塊的建議操作條件和極限參數(shù)見表3-2和表3-3。表3-2 建議操作條件參數(shù)符號數(shù)值單位運行電壓Vcc2.46.5V輸入頻率fin3060kHz表3-3 極限參數(shù) (溫度=25)參數(shù)符號數(shù)值單位供電電壓Vcc7V輸出電流Iout2.5mA運行溫度Topr-20+80存儲溫度Tstg-30+85焊錫溫度Tsd2703.1.2工作原理方框圖圖3-2方框圖發(fā)射裝置輸出波形 紅外模塊輸出波形 圖3-3 輸出波形LR-T15CTM4-S紅外遙控接收模塊工作原理方框圖如圖3-1所示。當(dāng)無線發(fā)射裝置有信號輸入后，通過自動增益控

37、制器保證通道內(nèi)的信號同步放大穩(wěn)定動態(tài)工作點,以達到更高的傳輸效率。通過限制器將突發(fā)的信號、過強的信號、誤操作所產(chǎn)生的大信號和聲反饋，按一定的比例進行壓縮或限幅，解決了功率放大器過載問題，從而保護了昂貴的功率放大器和揚聲器。通過濾波器過濾掉不理想的信號，得到單一頻段的理想信號，保證了信號傳輸?shù)恼_。通過高峰活塞和比較器比較電壓，然后根據(jù)比較結(jié)果，把輸出電壓設(shè)定在數(shù)字高態(tài)。通過積分器將前后信號疊加。最后通過施密特觸發(fā)器對脈沖邊緣進行整形和產(chǎn)生輸出方波脈沖，如圖3-3所示。3.1.3 外部應(yīng)用電路（1）該元件的外部應(yīng)用電路5如圖3-4所示。防止電壓包括任何噪音因素的影響，請將RC濾波器放在頂端. R

38、C濾波器應(yīng)和Vcc引腳和GND引腳緊密聯(lián)接 ON/OFF脈沖寬度最好是小于0.3米圖3-4 外部應(yīng)用電路*光照強度檢查檢測表面的紅外模塊是0 Lux（照度單位）圖3-5 抵達物距離試驗條件LR-T15CTM4-S紅外遙控接收頭與紅外發(fā)射裝置的夾角直接影響傳輸?shù)木嚯x，夾角越小傳輸距離越遠，當(dāng)夾角=0°時傳輸距離最遠為28 m ；當(dāng)夾角=45°時傳輸距離為15m。抵達物距離試驗條件見圖3-5。（2）當(dāng)LR-T15CTM4-S系列受到一些干擾信號抑制時，它仍然可以接收數(shù)據(jù)信號。不過靈敏度降低到不能產(chǎn)生理想脈沖的水平。一些抑制LR-T15CTM4-S系列干擾信號的例子：熒光燈信號電

39、子鎮(zhèn)流器（參照圖3-6，圖3-7 ） 頻率為38KHz的連續(xù)信號或在其他任何頻率直流燈（鎢燈泡或節(jié)能燈）圖3-6和圖3-7顯示的信號來自一個用60Hz電子鎮(zhèn)流器作用的熒光燈。一種熒光燈電子鎮(zhèn)流器造成的不同類型的干擾信號。如果燈的頻率在50kHz-100kHz之間，那么通常的振蕩頻率是光學(xué)干擾信號，這個頻率是電氣振蕩驅(qū)動電路鎮(zhèn)流器頻率的兩倍。所有LR-T15CTM4-S系列的紅外接收機模塊都可以制止這種干擾信號如圖3-6和圖3-7所示。所以這些燈將不會產(chǎn)生不理想的輸出脈沖。不過敏感性會根據(jù)干擾信號的強弱而有所降低，更重要的是電子鎮(zhèn)流器的高調(diào)制的振蕩幅度。3.1.4光電特性LR-T15CTM4-S

40、紅外接收模塊的光電特性6見表3-4。表3-4 光電特性參數(shù)符號條件最小典型最大單位供電電壓Vcc-2.456.5V供電電流Icc無信號輸入0.811.3mA包過濾器中心頻率fo-3fo3%峰值波長p-940-nm高層次的輸出電壓Voh圖3.5Vcc-0.5-V低層次的輸出電壓Vol圖3.5-0.20.4V高層次輸出脈沖寬度Twh圖3.5450600750s低層次輸出脈沖寬度Twl圖3.5450600750s到達物距離L圖3.5 ±0°-28m圖3.6 ±30°-22m圖3.7 ±45°-15m通過下表可以看出當(dāng)LR-T15CTM4-S

41、紅外遙控接收模塊的供電電壓為5V時，其靈敏度最高；供電電壓和電流是成正比關(guān)系，即供電電壓越大電源電流越大，反之越小；距離和輸出脈沖寬度近似成反比例關(guān)系，即距離越遠輸出脈沖寬度越窄，反之越寬。測試條件如表3-9所示。表3-5靈敏度與供電電壓 表3-6電源電流與電壓表3-7輸出脈沖寬度與距離 表3-8方向性（水平/垂直）表3-9測試條件參數(shù)試驗條件備注高溫Ta=+75,Vcc=5.0V t=500h，低溫Ta=-25, Vcc=5.0V t=500h，高氣溫/高濕度Ta=+80 90%RH, Vcc=5.0V t=500h，熱循環(huán)Ta=-30(0.5h)-+85(0.5h) 20圈，屬性測試高度=

42、75cm 3次負載測試的供電電壓是5V光電學(xué)特性正常條件下應(yīng)在停止2小時后恢復(fù)正常 加熱周期測試應(yīng)在無負載條件下重復(fù)20次 測試裝置應(yīng)從高度75厘米的硬木版上下降3次3.1.5 外部特征3.1.5.1注意事項（1）在不會造成其變型或變質(zhì)的地方儲存和使用。 （2）在非很濕的地方儲存和使用。 （3）為了防止靜電的損害，在使用前確保人體和烙鐵間接地。 （4）電源和地線之間接入解耦冷凝器（47f-470f）以減少供電線路噪音影響。（5）遠程控制系統(tǒng)的表現(xiàn)取決于環(huán)境條件和周邊元件的能力。因此，這里強烈推薦該接收模塊與周邊元件如電阻器，冷凝器，繼電器等共同使用。3.1.5.2 材料配置表3-10 LR-T

43、15CTM4-S系列材料配置規(guī)格配置備注集成電路硅(99%)光電二極管硅(99%)引線框架鐵（99.5%），銀（0.5%）環(huán)氧樹脂樹脂（55.5%），固化劑（45.5%）銀環(huán)銀（80%）樹脂（10%），固化劑（10%）導(dǎo)線金（99.9%）盾狀盒鐵（99%），錫（1%）內(nèi)部3.1.5.3 外部尺寸（單位：mm）圖3-10 LR-T15CTM4-S系列外部尺寸3.2 無線收發(fā)模塊設(shè)計本設(shè)計無線接收模塊的設(shè)計如圖3-10所示，LR-T15CTM4-S紅外接收遠程控制系統(tǒng)模塊的Vcc腳接+5V電壓，GND腳接地，Vout腳接AT89C51單片機的P00口。當(dāng)LR-T15CTM4-S紅外接收頭收到彩色電

44、視遙控器的脈沖信號后，就能通過其內(nèi)部電路給單片機P00口一個4.5V高電平，完成無線收發(fā)模塊的工作環(huán)節(jié)。圖3-10 無線收發(fā)模塊3.3 本章小結(jié) 本章介紹了作為本設(shè)計無線收發(fā)模塊的LR-T15CTM4-S系列電子元件的一般特性、引腳特征、光電特性、極限參數(shù)、材料配置，外部尺寸等物理特性，并根據(jù)其特性設(shè)計出無線收發(fā)模塊。4 音樂集成電路模塊設(shè)計音樂集成電路報警模塊是該設(shè)計的信號觸發(fā)模塊和報警電路模塊的組合模塊，將彈簧開關(guān)作為信號觸發(fā)模塊，音樂集成電路作為報警電路模塊。下面將對該部分的設(shè)計做詳細的介紹。4.1 音樂集成電路音樂集成電路是一種樂曲發(fā)生器，它可以向外發(fā)送固定存儲的樂曲。它具有聲音悅耳、

45、外接元件少、價格低、功能全面及使用方便等特點，因而音樂集成電路在家用電器，時鐘，玩具等方面得到了廣泛的應(yīng)用。4.1.1 音樂集成電路內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其工作原理音樂集成電路的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖4-1所示，它由振蕩電路、音調(diào)發(fā)生器、包絡(luò)發(fā)生器、驅(qū)動電路、速度控制、節(jié)奏發(fā)生器、存儲器（ROM）和前置放大器等組成。圖4-1 音樂集成電路的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖下面將圖中各電路的功能作以簡要介紹。（1）振蕩電路振蕩電路與外接電阻R構(gòu)成完整的振蕩器，其振蕩頻率與R阻值的大小有關(guān)，一般振蕩頻率為5OkHz或10OkHz，振蕩頻率是音調(diào)發(fā)生器和節(jié)奏發(fā)生器的時間基準(zhǔn)，該頻率用作音調(diào)、節(jié)奏、速度的時間基礎(chǔ)，它直接影響樂曲的質(zhì)量。（2

46、）音調(diào)發(fā)生器音調(diào)發(fā)生器按存儲器（ROM）的數(shù)據(jù)分配產(chǎn)生不同音調(diào)的代碼。音調(diào)頻率范圍一般包括兩個八度音音階。（3）包絡(luò)發(fā)生器包絡(luò)發(fā)生器的功能是產(chǎn)生包絡(luò)信號，包絡(luò)信號的形狀決定著樂曲的音色。音調(diào)信號和節(jié)奏信號經(jīng)包絡(luò)發(fā)生器形成合成音樂信號后輸送給驅(qū)動電路。（4）驅(qū)動電路不同的集成電路驅(qū)動電路各不相同，有的在輸出端輸出電流，可直接驅(qū)動壓電蜂鳴器，有的集成電路內(nèi)還設(shè)置有前置放大器。（5）速度控制速度控制可提供與放音速度相匹配的速度，這種速度已按編好的程序固化在集成電路內(nèi)，不能由外部選擇。（6）節(jié)奏發(fā)生器節(jié)奏發(fā)生器按存儲器（ROM）的數(shù)據(jù)分配，可提供八種節(jié)拍去控制ROM地址時鐘，如1/4、1/3、3/4、

47、3/2、2、3、4拍。（7）存儲器存儲器(ROM)的存儲容量有64字七位的，也有512字七位的不等，其中四位用于控制音調(diào)發(fā)生器，三位用于控制節(jié)奏發(fā)生器，同時也提供自停信號。4.1.2 音樂集成電路使用過程中應(yīng)注意的問題（1）音樂集成電路種類很多，每一個系列的集成電路的外形和接線方式一樣，但樂曲不同。因此選購時最好臨時搭接外圍元件視聽一下曲調(diào)是否滿意。（2）不同系列的音樂集成電路，它們的工作電壓差異較大，如2830系列最大工作電壓為1.65V，若大于這個電壓音調(diào)就會失真，而2850系列的工作電壓為1.255V。使用時應(yīng)注意正確選擇工作電壓，才能保證集成電路的正確工作。（3）外接電阻阻值大小與輸出

48、樂曲的音調(diào)有關(guān)，阻值小時音調(diào)高，阻值大時音調(diào)低，調(diào)試時應(yīng)注意阻值的選取。（4）有的系列電路雖能驅(qū)動壓電蜂鳴器，但輸出的電流極小，對于這類集成電路在外接功放時要注意。（5）音樂集成電路由CMOS電路構(gòu)成，因此焊接時應(yīng)將電烙鐵外殼可靠接地，或待電烙鐵燒熱后切斷電源用余熱進行焊接。4.2 音樂集成電路報警模塊設(shè)計該模塊用到了整流二極管7、晶體三極管、直流繼電器及音樂集成電路等電器元件，下面將對各個元件的工作原理及型號的選用做詳細的介紹。4.2.1整流二極管的選用4.2.1.1整流二極管的工作原理 晶體二極管為一個由p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體形成的p-n結(jié)，在其界面處兩側(cè)形成空間電荷層，并建有自建電場。當(dāng)

49、不存在外加電壓時，由于p-n 結(jié)兩邊載流子濃度差引起的擴散電流和自建電場引起的漂移電流相等而處于電平衡狀態(tài)。 當(dāng)外界有正向電壓偏置時，外界電場和自建電場的互相抑制作用使載流子的擴散電流增加引起了正向電流。當(dāng)外界有反向電壓偏置時，外界電場和自建電場進一步加強，形成在一定反向電壓范圍內(nèi)與反向偏置電壓值無關(guān)的反向飽和電流I0。 當(dāng)外加的反向電壓高到一定程度時，p-n結(jié)空間電荷層中的電場強度達到臨界值產(chǎn)生載流子的倍增過程，產(chǎn)生大量電子空穴對，產(chǎn)生了數(shù)值很大的反向擊穿電流，稱為整流二極管的擊穿現(xiàn)象。4.2.1.2整流二極管的導(dǎo)電特性二極管最重要的特性就是單向?qū)щ娦?。在電路中，電流只能從二極管的正極流入，

50、負極流出。下面通過簡單的實驗說明二極管的正向特性和反向特性。（1）正向特性 在電子電路中，將整流二極管的正極接在高電位端，負極接在低電位端，二極管就會導(dǎo)通，這種連接方式稱為正向偏置。當(dāng)加在二極管兩端的正向電壓很小時，整流二極管仍然不能導(dǎo)通，流過二極管的正向電流十分微弱。只有當(dāng)正向電壓達到某一數(shù)值（這一數(shù)值稱為“門檻電壓”，鍺管約為0.2V，硅管約為0.6V）以后，整流二極管才能直正導(dǎo)通。導(dǎo)通后二極管兩端的電壓基本上保持不變（鍺管約為0.3V，硅管約為0.7V），稱為二極管的“正向壓降”。 （2）反向特性 在電子電路中，二極管的正極接在低電位端，負極接在高電位端，此時二極管中幾乎沒有電流流過，此

51、時二極管處于截止?fàn)顟B(tài)，這種連接方式，稱為反向偏置。整流二極管處于反向偏置時，仍然會有微弱的反向電流流過二極管，稱為漏電流。當(dāng)整流二極管兩端的反向電壓增大到某一數(shù)值，反向電流會急劇增大，二極管將失去單向?qū)щ娞匦?，這種狀態(tài)稱為二極管的擊穿。在本設(shè)計中對整流二極管并沒有太多的性能要求，只要具備了二極管的單向?qū)щ娦跃涂梢粤?，在電路中起到保護電子元件的作用。所以本設(shè)計將采用IN4007型鍺二極管。4.2.2 晶體三極管的選用4.2.2.1三極管放大電路的基本原理晶體三極管8是一種電流放大器件，有集電極C，基極B，發(fā)射極E三個極。晶體三極管按材料分常見的有兩種：鍺管和硅管。而每一種又有NPN和PNP兩種結(jié)

52、構(gòu)形式，使用最多的是硅NPN和PNP兩種，兩者除了電源極性不同外，其工作原理都是相同的。我們僅以NPN型硅三極管的共發(fā)射極放大電路為例來說明一下三極管放大電路的基本原理。圖4-2 NPN型硅三極管引腳圖如上圖4-2所示，我們把從基極B流至發(fā)射極E的電流叫做基極電流Ib；把從集電極C流至發(fā)射極E的電流叫做集電極電流Ic。這兩個電流的方向都是流出發(fā)射極的，所以發(fā)射極E上就用了一個箭頭來表示電流的方向。三極管的放大作用就是：集電極電流Ic受基極電流Ib的控制，并且基極電流Ib很小的變化，會引起集電極電流Ic很大的變化，Ic 的變化量與Ib變化量之比稱作三極管的放大倍數(shù)。如果我們將一個變化的小信號加到

53、基極跟發(fā)射極之間，這就會引起基極電流Ib的變化，Ib的變化被放大后，導(dǎo)致了Ic很大的變化。如果集電極電流Ic是流過一個電阻R的，那么根據(jù)電壓計算公式可以算得，這電阻上電壓就會發(fā)生很大的變化。我們將這個電阻上的電壓取出來，就得到了放大后的電壓信號了。 三極管在實際的放大電路中使用時，還需要加合適的偏置電路。首先是由于三極管BE結(jié)的非線性（相當(dāng)于一個二極管），基極電流必須在輸入電壓大到一定程度后才能產(chǎn)生（對于硅管，常取0.7V）。當(dāng)基極與發(fā)射極之間的電壓小于0.7V時，基極電流Ib就可以認為是0。但實際中要放大的信號往往遠比0.7V要小，如果不加偏置的話，這么小的信號就不足以引起基極電流Ib的改變

54、（因為小于0.7V時，基極電流都是0）。如果我們事先在三極管的基極上加上一個合適的電流（叫做偏置電流，上圖中那個電阻Rb就是用來提供這個電流的，所以它被叫做基極偏置電阻），那么當(dāng)一個小信號跟這個偏置電流疊加在一起時，小信號就會導(dǎo)致基極電流Ib的變化，而基極電流Ib的變化，就會被放大并在集電極上輸出。另一個原因就是輸出信號范圍的要求，如果沒有加偏置，那么只有對那些增加的信號放大，而對減小的信號無效（因為沒有偏置時集電極電流為0，不能再減小了）。而加上偏置，事先讓集電極有一定的電流，當(dāng)輸入的基極電流Ib變小時，集電極電流Ic就可以減小；當(dāng)輸入的基極電流Ib增大時，集電極電流Ic就增大。這樣減小的信號和增大的信號都可以被放大了。 對于PNP型三極管，分析方法類似，不同的地方就是電流方向跟NPN的剛好相反。4.2.2.2三極管的工作狀態(tài)的判斷方法三極管的工作狀態(tài)可以分為三個區(qū)域：截止區(qū)、放大區(qū)和飽和區(qū)，根據(jù)三極管發(fā)射極和集電極偏置情況，可以判別