基于单片机控制的智能窗的设计毕业论文

1、基于单片机控制的智能窗的设计基于单片机控制的智能窗的设计 目目 录录 摘 要 .4 abstract .5 第 1 章 .总体方案的设计 6 1.1.本设计的主要任务和内容 6 1.2.控制系统架构图 6 第 2 章 机械结构的设计.8 2.1.自动开关窗机械传动形式设计 8 2.1.1 自动开关窗任务分析 .8 2.1.2 齿轮齿条参数选择 .8 第 3 章 自动控制系统主要硬件的设计.9 3.1.单片机选型 9 3.1.1 单片机发展过程 .9 3.1.2 单片机发展趋势 .9 3.1.3at89s51 单片机简介 .10 3.2.数据检测传感器的选择 10 3.2.1 数据检测传感模块组

2、成 .10 3.2.2 传感器选型及电路 .10 3.3 a/d 转换电路的设计 .15 3.3.1 a/d 转换器的选型 .15 3.3.2adc0809 内部功能与引脚介绍.16 3.3.3a/d 转换器与单片机接口电路的设计.18 3.4.语音报警电路的设计 19 3.4.1 语音录放电路的设计 .19 3.4.2 扬声器 .20 3.5.行程开关 21 第 4 章 红外线遥控开关的设计.22 4.1 红外线简介.22 4.2 遥控方案设计.22 4.3 成品红外接收头.23 4.4 编码器和译码器的选择.24 4.5 红外遥控发射电路的设计.27 4.6 红外遥控接收电路设计.27 4

3、.7 电源电路的设计.29 第 5 章 动力源的选型与设计.30 5.1 步进电机选型.30 5.2 步进电机驱动电路的设计.30 结束语.32 致谢.32 英文资料.33 摘摘 要要 我们现在使用的窗户大部分采用人工关闭方式，不具有自动防盗、防雨、防煤气中 毒等人性化的功能；平时我们外出时经常忘记关闭窗户，遇上下雨时，雨水会进入室 内，对室内的电器、摆设等物品造成不必要的损害。晚上睡觉时我们通常把窗户关死， 一旦燃气发生泄漏，由于室内不透气造成窒息中毒致残、致死的事件时有发生。为了 防盗，我们一般在窗户外面安装防护栏，但如今很多城市为了美化市容通常不允许安 装防盗窗。再者，现在使用的窗户大多

4、数是单纯推拉式或平移式的，这给在楼层高的 住户擦拭玻璃带来很大困难。本文借助单片机、电子电路及传感器的知识设计了可以 实现清晨自动开窗、防雨、智能防盗和可燃性气体泄漏时报警并开窗，从而可解决现 实生活中存在的很多问题。本智能窗的设计本着安全、方便、节能、人性化的原则进 行，可使现代生活显著提高。 关键词关键词：防风雨 防盗 51 单片机 智能 abstract we now use the windows closed most of the artificial means, does not have auto theft, rain, wind, anti-gas poisoning a

5、nd other personalized features; normally closed we often forget when they go out the window, encountered bad weather, sand and rain will enter the room, and indoor appliances, furnishings and other items causing unnecessary damage. usually at night when we closed the windows, once the gas leak, pois

6、oning, suffocation caused by indoor air tight disabled, the frequent occurrence of death. for security, we usually install the fence outside the window, but now many of the cities to beautify the city usually do not allow the installation of security window. moreover, the windows are mostly used pus

7、h-pull or pan-style, giving the floor a high household cleaning glass more difficult. we designed the smart window can be achieved early in the morning automatically open the window, automatic wind, rain, smart security and combustible gas leak alarm window, and relative rotation between the two sas

8、hes, in order to address the reality life of the aforementioned problems. the smart window design in line with safe, convenient, energy saving, the principle of humanity, can significantly improve modern life. key words: prevent rain anti-theft 51 scm intelligent window 第 1 章 总体方案的设计 1.1 本设计的主要任务和内容

9、 1、自动开关窗：阳光明媚的早上光敏晶体管感光通过单片机控制板自动打开窗户， 更新室内空气；傍晚太阳落下时窗子自动关闭； 2、自动防风：当风速超过 8m/s 时，风速传感器检测信号，单片机控制板使窗户 自动关闭。即使主人不在家，照样将其看管得无微不至，为您营造一个干干净净的环 境。 3、自动防雨：平时上班或临时加班不能及时关窗、出门也总有忘记关窗的时候， 遇到下雨时，湿敏传感器检测到下雨信息，单片机控制板控制电动机动作，窗门自动 关闭，使家用设备遭雨水侵袭，解除后顾之忧。 4、防盗：如遇上小偷触碰窗户，振动传感器检测到振动信号后，单片机控制板控 制窗户上的喇叭播放“抓贼了，在单元号”的报警声，

10、接着电动机动作，关闭窗 户，避免造成财产及安全损失。 5、防可燃性气体泄漏： 当室内的液化气、天然气等可燃气体发生泄漏时，传感 器检测到气体信号时，单片机控制板控制报警蜂鸣器立即发出报警声，接着电动机动 作，打开窗户将有毒气体排到窗外，这样既有效地防止人中毒，也能避免火灾、爆炸 事故的发生。 1.2 控制系统架构图 ats89c51 电源模块 盗情监测模块 窗户状态监测 模块 电机驱动模块 光强检测模块 煤气检测模块 湿度检测模块 风速检测模块 红外接收模块 图 1-2 控制系统架构图 第 2 章 机械结构的设计 2.1 自动开关窗机械传动形式设计 2.1.1 自动开关窗任务分析 智能窗的传动

11、任务是由动力源通过传动机构带动窗扇在滑移槽内来回滑动，任务简 单，但要求精确度较高。通过学习机械设计知道，齿轮齿条传动传动较为准确、可靠， 并且机械效率高，因此，选定齿轮齿条传动能满足智能窗传动任务的要求。传动形式 见图 2-1。 图 21 齿轮齿条传动 2.1.2 齿轮齿条参数选择 由于此传动所带负载不是很大，故齿轮齿条参数选取较为宽松，根据具体需要确 定其主要参数为： 齿轮：m=1.5 z=20 d=m z=30mm =20 p= m=3.141.5=4.7mm 齿条：m=1.5 =20 p= m=3.141.5=4.7mm 第 3 章 自动控制系统主要硬件的设计 3.1 单片机选型 3.

12、1.1 单片机发展过程 单片机是一种集成电路芯片。它采用超大规模技术将具有数据处理能力的微处理 器(cpu)、存储器（含程序存储器 rom 和数据存储器 ram）、输入、输出接口电路(i/o 接口)集成在同一块芯片上，构成一个既小巧又很完善的计算机硬件系统，在单片机程 序的控制下能准确、迅速、高效地完成程序设计者事先规定的任务。其诞生于 20 世纪 70 年代末，主要经历了 scm、mcu、soc 三大阶段。 1）scm 即单片微型计算机（single chip microcomputer）阶段，主要是寻求最佳 的单片形嵌入式系统的最佳体系结构。“创新模式”获得成功，奠定了 scm 与通用计

13、算机完全不同的发展道路。在开创嵌入式系统独立发展道路上，intel 公司功不可没。 2） mcu 即微控制器（micro controller unit）阶段，主要的技术发展方向是： 不断扩展满足嵌入式应用时，对象系统要求的各种外围电路与接口电路，突显其对象 的智能化控制能力。 3)mcu 的重任不可避免地落在电气、电子技术厂家。从这一角度来看，intel 逐渐 淡出 mcu 的发展也有其客观因素。在发展 mcu 方面，最著名的厂家当数 philips 公司。 philips 公司以其在嵌入式应用方面的巨大优势，将 mcs-51 从单片微型计算机迅速发 展到微控制器。 4)单片机是嵌入式系统的

14、独立发展之路，向 mcu 阶段发展的重要因素，就是寻求 应用系统在芯片上的最大化解决；因此，专用单片机的发展自然形成了 soc 化趋势。 随着微电子技术、ic 设计、eda 工具的发展，基于 soc 的单片机应用系统设计会有较 大的发展。因此，对单片机的理解可以从单片微型计算机、单片微控制器延伸到单片 应用系统。 3.1.2 单片机发展趋势 （1）cmos 化 近年，由于 chmos 技术的进步，大大地促进了单片机的 cmos 化。 cmos 芯片除了低功耗特性之外，还具有功耗的可控性，使单片机可以工作在功耗精细 管理状态。因为单片机芯片多数是采用 cmos（金属栅氧化物）半导体工艺生产。cm

15、os 电路的特点是低功耗、高密度、低速度、低价格。采用双极型半导体工艺的 ttl 电路 速度快，但功耗和芯片面积较大。随着技术和工艺水平的提高，又出现了 hmos（高密 度、高速度 mos）和 chmos 工艺。chmos 和 hmos 工艺的结合。目前生产的 chmos 电路 已达到 lsttl 的速度，传输延迟时间小于 2ns，它的综合优势已在于 ttl 电路。因而， 在单片机领域 cmos 正在逐渐取代 ttl 电路。 （2）高性能化 主要是指进一步改进 cpu 的性能，加快指令运算的速度和提高系 统控制的可靠性。采用精简指令集（risc）结构和流水线技术，可以大幅度提高运行 速度。现指

16、令速度最高者已达 100mips（million instruction per seconds，即兆指 令每秒） ，并加强了位处理功能、中断和定时控制功能。这类单片机的运算速度比标准 的单片机高出 10 倍以上。由于这类单片机有极高的指令速度，就可以用软件模拟其 i/o 功能，由此引入了虚拟外设的新概念。 （3）低噪声与高可靠性 为提高单片机的抗电磁干扰能力，使产品能适应恶劣的工 作环境，满足电磁兼容性方面更高标准的要求，各单片厂家在单片机内部电路中都采 用了新的技术措施。 （4）低功耗化 单片机的功耗已从 ma 级，甚至 1ua 以下；使用电压在 3 至 6v 之间， 完全适应电池工作。低

17、功耗化的效应不仅是功耗低，而且带来了产品的高可靠性、高 抗干扰能力以及产品的便携化 （5）大容量化 以往单片机内的 rom 为 1kb 至 4kb，ram 为 64b 至 128b。但在需要 复杂控制的场合，该存储容量是不够的，必须进行外接扩充。为了适应这种领域的要 求，须运用新的工艺，使片内存储器大容量化。目前，单片机内 rom 最大可达 64kb，ram 最大为 2kb （6）低电压化 几乎所有的单片机都有 wait、stop 等省电运行方式。允许使用的 电压范围越来越宽，一般在 3 至 6v 范围内工作。低电压供电的单片机电源下限已可达 1 至 2v。目前 0.8v 供电的单片机已经问世

18、。 3.1.3 at89s51 单片机简 随着半导体集成工艺的不断发展，单片机的集成度将更高、体积将更小、功能更 强。在单片机家族中，80c51 系列是其中的佼佼者，加之 intel 公司将其 mcs 51 系 列中的 80c51 内核使用权以专利互换或出售形式转让给全世界许多著名 ic 制造厂商， 如 philips、 nec、atmel、amd、华邦等，这些公司都在保持与 80c51 单片机兼容的基 础上改善了 80c51 的许多特性。这样，80c51 就变成有众多制造厂商支持的、发展出上 百品种的大家族，现统称为 80c51 系列。80c51 系列单片机已成为单片机发展的主流。 专家认为

19、，虽然世界上的 mcu 品种繁多，功能各异，开发装置也互不兼容，但是客观 发展表明，80c51 系列可能最终形成事实上的标准 mcu 芯片。 本设计采用美国 atmel 公司生产的低功耗，高性能 cmos 8 位单片机 at89s51。其片内含 4k bytes 的可系统编程的 flash 只读程序存储器，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 8051 指令系统及引脚。它 集 flash 程序存储器，既可在线编程（isp）也可用传统方法进行编程及通用 8 位微处 理器于单片芯片中,atmel 公司的功能强大，低价 at89s51 单片机可为您提供许多高 性价比的应

20、用场合，可灵活应用于各种控制领域。 主要性能参数： （1）与 mcs-51 产品指令系统完全兼容 （2）4k 字节在系统编程（isp）flash 闪速存储器 （3）1000 次擦写周期 （4）4.0-5.5v 的工作电压范围 （5）全静态工作模式：0hz-33mhz （6）三级程序加密锁 （7）128*8 字节内部 ram32 个可编程 i/o 口线 （8）2 个 16 位定时/计数器 （9）6 个中断源 （10）全双工串行 uart 通道 （11）低功耗空闲和掉电模式 （12）中断可从空闲模式唤醒系统 （13）看门狗（wdt）及双数据指针 （14）掉电标示和快速编程特性 （15）灵活的在系统

21、编程（isp-字节或页写模式） 3.2 数据检测传感器的选择 3.2.1 数据检测传感模块组成 根据该设计的功能要求数据检测传感系统由四个部分组成： 1)光度传感电路； 2)风 速传感电路；3）湿度传感电路；4)有害气体传感电路；5)红外防盗传感器。 3.2.2 传感器选型及电路 传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按 一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存 储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。 1、光度传感器 光敏传感器是最常见的传感器之一，它的种类繁多，主要有：光电管、光电倍增 管、光敏电阻、

22、光敏三极管、太阳能电池、红外线传感器 、紫外线传感器、光纤式 光电传感器、色彩传感器、ccd 和 cmos 图像传感器等。它的敏感波长在可见光波长附 近，包括红外线波长和紫 外线波长。其中最简单的光敏传感器是光敏电阻，本设计中采用光敏电阻与驱动电路 来构成光敏传感电路。电路图如图 2-1 所示。 + +5 5v v 1 1m mr rr r1 1 r r2 2 光光敏敏电电阻阻 a a p p2 2. .1 1 图 3-1 光敏传感器驱动电路 图 3-1 中，当外界环境光照强时，光敏电阻 r2 阻值较小，则 a 点电平较低；当外 界环境光照弱时，光敏电阻 r2 阻值较大，则 a 点电平较高，将

23、此电平送到单片机，由 程序控制是否驱动电机开关窗。 2、风速传感器 风速传感器是将空气的流动速度变量转换成有一定对应关系的输出信号的装置。风速 传感器种类有采用毕托管测风速、热线热膜测风速、机械式传感器测风速、超声波测 风速和三杯式风速传感器测风速。在本设计中采用风杯式yh12x 风速传感器，产品见 图 3-2。 图 3-2 yh12x 风速传感器 yh12x 风速传感器工作原理：当风杯随着气流的运动而转动时，风速轴带动码盘与 风杯成正比地转动，从而输出电脉冲信号，将机械转动信号转换成电信号。风向测量 采用进口红外光电管,格雷码盘等器件。当风向标随着气流的运动而转动时，风向轴带 动格雷码盘同时

24、转动,从而输出七位格雷码信号，将机械位置信号转换成光电脉冲信号， 通过微处理器 cpu 记录每秒种的产生的光电脉冲的个数，快速运算处理后即可的出气 流的运动速度。计算原理如下： 每秒种产生光电脉冲的个数：n 齿轮的圆周半径 ： r (m) 齿轮的总个数： n 风杯轴承的传动系数： 风杯的线速度 : v1(m/s) 风速：v （m/s） 风速的计算公式为： (3- vv 1) 风杯的转动线速度： (3- n nr v 3602 1 2) 可通过转换处理将数据以其他形式输出，传递给其他智能设备。 yh42x 风速显示器工作原理：风速显示器对接收到的风速信息进行处理,换算转化 成实际风速风级显示到对

25、应的显示器中,风速显示器还可以针对预先设定的报警参数, 当风速超过其参数时触发关窗信号，单片机接到信号处理后，通过驱动电路驱动电机， 完成关窗动作。 2、湿度传感器 honeywell 公司的 hih3610 湿度传感器是为大批量 oem 设计，具有湿度仪表级测量 性能，低成本，sip 封装。线形放大电压输出，驱动电流 200 微安，器件一致性好3。 特点：湿度传感器 hih3610 主要性能： （1）热固性聚合物电容湿度传感器，带集成信号处理电路 （2）3 针可焊塑封 （3）宽量程：0100rh 非凝结，宽工作温度范围4085 （4）高精度：2rh，极好的线形输出 （5）5vdc 恒压供电，

26、0.8-3.9vdc 放大线形电压输出 （6）低功耗设计 200 微安驱动电流 （7）激光修正互换性 （8）快速响应 15 秒 （9）稳定性好，低温漂，抗化学腐蚀性能 其引脚如图 3-2 所示： + +5 5v v h hi ih h3 36 61 10 0 v vo ou ut t 图 3-2 hih3610 引脚图 3、有害气体传感器 my1000 系列电化学式一氧化碳气体传感器是由广州市中敏仪器有限公司生产的产 品,它是一种定电位电解式电流型传感器。该产品具有结构紧凑，体积小，功耗低，测 量精度高，稳定性好，寿命长等优点。其性能和可靠性达到国内或国外同类产品的水 平，属于气体传感器整机的

27、核心部件。 （1）检测原理： 本传感器元件采用的是定电位电解原理，组成主要由三个电极组成，电极材料是 贵金属催化剂，主要是铂黑，其中各电极的作用如下：工作电极（w）：一氧化碳气体 的氧化，对电极（c）：氧气的还原，对电极（r）：为工作电极提供恒定电位。 当一氧化碳接触到工作电极时，即发生氧化反应，生成二氧化碳和氢离子，并产 生电子，氢离子发生离子迁移，在对电极上接受电子，并与氧气发生还原发应，生成 水。电极反应如下; 工作电极：co+h2oco2+2h+2e 对电极： 1/2o2+2h+2eh2o 总反应： 2 coo22 co2 由反应式可知产生的电流大小与一氧化碳的浓度成正比，因此可以通过

28、测量产生 的电流的大小就可以检测出一氧化碳的浓度。 （2）技术指标： 表 3-1 my1000 技术性指标 范围 参数 检测范围0 至 1000ppm 相对误差5 压力范围 86-106 kappa 先好衰减%2/月 温度系数 1.5% 相对湿度%30 至 95% 响应时间 10s 零点漂移 2fimax （1）由于 a/d 转换需要一定的时间，所以在每次采样结束后，应保持采样 电压在一段时间内不变，直到下一次采样的开始。实际中采样-保持是做成一个 电路。 （2）量化与编码 模拟信号经采样-保持电路后，得到了连续模拟信号的样 值脉冲，他们是连续模拟信号在给定时刻上的瞬时值，并不是数字信号。还要

29、把 每个样值脉冲转换成与它幅值成正比的数字量。以上为 a/d 转换的一般步骤，在 本电路中由 adc0809 芯片完成 2.adc0809 内部结构及主要性能 adc0809 八位逐次逼近式 ad 转换器是一种单片 cmos 器件，包括 8 位模拟 转换器、8 通道转换开关和与微处理器兼容的控制逻辑。8 路转换开关能直接连 通 8 个单端模拟信号中的任何一个。其内部结构如图 2-6 所示。 8 8 路路 模模 拟拟 开开 关关 控控制制电电路路 s sa ar r 树树状状开开关关 2 25 56 6电电阻阻阶阶梯梯 三三 态态 输输 出出 锁锁 存存 器器 比比较较器器 地址锁存 与译码器

30、2 26 6 2 27 7 2 28 8 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 2 25 5 2 24 4 2 23 3 2 22 2 7 7 1 17 7 9 9 1 11 11 13 31 12 21 16 6 i in n0 0 i in n1 1 i in n2 2 i in n3 3 i in n4 4 i in n5 5 i in n6 6 i in n7 7 a ad dd da a a ad dd db b a ad dd dc c a al le e v vc cc c g gn nd dv vr re ef f( (+ +) ) v vr re ef f( (- -) )

31、 o oe e e eo oc c 2 2_ _1 1 2 2_ _2 2 2 2_ _3 3 2 2_ _4 4 2 2_ _5 5 2 2_ _6 6 2 2_ _7 7 2 2_ _8 8 6 61 10 0 s st ta ar rt t c cl lo oc ck k v vi in n v vs st t 1 14 4 1 15 5 8 8 1 18 8 1 19 9 2 20 0 2 21 1 图 3-6 adc0809 内部结构图 adc0809 主要性能： （1）逐次比较型 （2）cmos 工艺制造 （3）单电源供电 （4）无需零点和满刻度调整 （5）具有三态锁存输出缓冲器，

32、输出与 ttl 兼容 （6）易与各种微控制器接口 （7）具有锁存控制的 8 路模拟开关 （8）分辨率：8 位 （9）功耗：15mw （10）最大不可调误差小于1lsb（最低有效位） （11）转换时间 128 微秒 （12）转换精度：0.4% adc0809 没有内部时钟，必须由外部提供，其范围为 101280khz。典型时 钟频率为 640khz 3. 引脚排列及各引脚的功能，引脚排列如图 3-7 所示。 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 9 9 1 10 0 1 11 1 1 12 2 1 13 3 2 28 8 2 27 7 2 26 6 2 25 5 2 2

33、4 4 2 23 3 2 22 2 2 21 1 2 20 0 1 19 9 1 18 8 1 17 7 1 16 6 1 15 51 14 4 i in n3 3 i in n4 4 i in n5 5 i in n6 6 i in n7 7 s st ta ar rt t e eo oc c d d3 3 o oe e c cl lk k v vc cc c r re ef f( (+ +) ) g gn nd d d d1 1 i in n2 2 i in n1 1 i in n0 0 a a b b c c a al le e d d7 7 d d6 6 d d5 5 d d4 4 d

34、 d0 0 d d2 2 r re ef f( (- -) ) a ad dc c0 08 80 09 9 图 3-7 adc0809 引脚图 in0in7：8 个通道的模拟量输入端，可输入 05v 待转换的模拟电压。 d0d7：8 位转换结果输出端。三态输出，d7 是最高位，d0 是最低位。 a、b、c：通道选择端。当 cba=000 时，in0 输入；当 cba=111 时，in7 输入。 ale：地址锁存信号输入端。该信号在上升沿处把 abc 的状态锁存到内部的 多路开关的地址锁存器中，从而选通 8 路模拟信号中的某一路。 start：启动转换信号输入端。从 start 端输入一个正脉冲

35、，其下降沿启动 adc0809 开始转换。脉冲宽度应不小于 100200ns。 eoc：转换结束信号输出端。启动 a/d 转换时它自动变为低电平。 oe：输出允许端。 clk：时钟输入端。adc0809 的典型时钟频率为 640khz，转换时间约为 100s。 ref(-)、ref(+)：参考电压输入端。adc0809 的参考电压为5v。 vcc、gnd：供电电源端。adc0809 使用5v 单一电源供电。 当 ale 为高电平时，通道地址输入到地址锁存器中，下降沿将地址锁存，并 译码。在 start 上升沿时，所有的内部寄存器清零，在下降沿时，开始进行 a/d 转换，此期间 start 应保

36、持低电平。在 start 下降沿后 10us 左右，转换结束信 号变为低电平，eoc 为低电平时，表示正在转换，为高电平时，表示转换结束。 oe 为低电平时，d0d7 为高阻状态，oe 为高电平时，允许转换结果输出。 3.3.3a/d 转换器与单片机接口电路的设计 adc0809 与 8051 单片机的硬件接口有 3 种形式，分别是查询方式、中断方式 和延时等待方式，本设计中选用中断接口方式。由于 adc0809 无片内时钟，时钟 信号可由单片机的 ale 信号经 d 触发器二分频后获得。ale 引脚得脉冲频率是 8051 时钟频率的 1/6。该题目中单片机时钟频率采用 6mhz, 二分频后为

37、 500hz, 符合 adc0809 对频率的要求。由于 adc0809 内部设通道基本地址为 0000h0007h。其对应关系如下表所示。有地址锁存器，所以通道地址由 p0 口 的低 3 位直接与 adc0809 的 a、b、c 相连。 表 3-3 地址通道对应关系 控制信号：将 p2.7 作为片选信号，在启动 a/d 转换时，由单片机的写信号 和 p2.7 控制 adc 的地址锁存和启动转换。由于 ale 和 start 连在一起，因此 adc0809 在锁存通道地址的同时也启动转换。在读取转换结果时，用单片机的读 信号和 p2.7 引脚经或非门后，产生正脉冲作为 oe 信号，用一打开三态

38、输出 rd 锁存器。其接口电路如图 3-8 所示。 地址码 输入通道 abc in0000 in1001 in2010 in3011 in4100 in5101 in6110 in7111 p p1 1. .0 0 1 1 r rx xd d p p1 1. .1 1 p p1 1. .2 2 p p1 1. .3 3 2 2 3 3 4 4 5 5 p p1 1. .4 4 p p1 1. .5 5 p p1 1. .6 6 p p1 1. .7 7 t tx xd d i in nt t0 0 i in nt t1 1 t t0 0 6 6 7 7 8 8 r rs st t 9 9 1

39、10 0 1 11 1 1 12 2 1 13 3 1 14 4 t t1 1 w wr r r rd d g gn nd d 1 15 5 1 16 6 1 17 7 1 18 8 1 19 9 2 20 0 x xt ta al l2 2 x xt ta al l1 1 p p0 0. .0 0 3 39 9 v vc cc c 4 40 0 p p0 0. .1 1 3 38 8 p p0 0. .2 2 3 37 7 p p0 0. .3 3 3 36 6 p p0 0. .4 4 3 35 5 p p0 0. .5 5 3 34 4 p p0 0. .6 6 3 33 3 p p0

40、0. .7 7 3 32 2 e ea a/ /v vp pp p 3 31 1 a al le e/ /p pr ro og g 3 30 0 p pe es sn n 2 29 9 p p2 2. .7 7 2 28 8 p p2 2. .6 6 2 27 7 p p2 2. .5 5 2 26 6 p p2 2. .4 4 2 25 5 p p2 2. .3 3 2 24 4 p p2 2. .2 2 2 23 3 p p2 2. .1 1 2 22 2 p p2 2. .0 0 2 21 1 m ms sb b2 2_ _1 1 2 21 1 2 2_ _2 2 2 20 0 2 2_

41、 _3 3 1 19 9 2 2_ _4 4 1 18 8 2 2_ _5 5 8 8 2 2_ _6 6 1 15 5 2 2_ _7 7 1 14 4 1 1s sb b2 2_ _8 8 1 17 7 e eo oc c 7 7 a ad dd d_ _b b 2 24 4 a ad dd d_ _c c 2 23 3 a al le e 2 22 2 e en na ab bl le e 9 9 a ad dd d_ _a a 2 25 5 s st ta ar rt t 6 6 c cl lo oc ck k 1 10 0 i in n_ _0 0 2 26 6 i in n_ _1

42、 1 2 27 7 i in n_ _2 2 2 28 8 i in n_ _3 3 1 1 i in n_ _4 4 2 2 i in n_ _5 5 3 3 i in n_ _6 6 4 4 i in n_ _7 7 5 5 r re ef f( (- -) ) 1 16 6 r re ef f( (+ +) ) 1 12 2 1 1q q 2 2 2 2q q 5 5 3 3q q 6 6 4 4q q 9 9 5 5q q 1 12 2 6 6q q 1 15 5 7 7q q 1 16 6 7 7q q 8 8q q 1 19 9 8 8d d 1 18 8 7 7d d 1 17

43、7 6 6d d 1 14 4 5 5d d 1 13 3 4 4d d 8 8 3 3d d 7 7 2 2d d 4 4 1 1d d 3 3 c c 1 11 1 o oc c 1 1 a7 a6 a5 a4 a3 a2 a1 a0 a7 a6 a5 a4 a3 a2 a1 a0 a7 a6 a5 a4 a3 a2 a1 a0 q q 2 2 q q 1 1 r r 4 4 s s 6 6 d d c ck k 3 3 5 5 v vc cc c 1 1 2 2 u u6 6a a u u4 4a a 4 40 01 13 3 u u5 5b b 7 74 4f f0 02 2 u u5

44、 5a a7 74 4f f0 02 2 7 74 4f f0 04 4 a at t8 89 9s s5 51 1 a ad dc c0 08 80 09 9 图 3-8 adc0809 与 at89s51 单片机接口电路 3.4 语音报警电路的设计 3.4.1 语音录放电路的设计 sd1420 是美国 isd 公司出品的新型单片优质语音录放电路，较之以往所有的 语音电路，具有专利技术的模拟处理存储方式，使录放音质极佳，没有常见的的 背景噪音，且电路断电后语音内容仍不丢失。电路内部由振荡器、语音存储单元、 前置放大器、自动增益控制电路、抗干扰滤波器、输出放大器组成。一个最小的 录放系统仅由一

45、个麦克风、一个喇叭、两个按钮、一个电源、少数电阻电容组成。 特性： （1）使用简单的单片录放音电路 （2）高保真语音/音频处理 （3）开关接口放音可以是脉冲触发或电平触发 （4）录放周期为 16 和 20 秒 （5）自动功率节约模式 （6）当一个录音或放音周期结束后自动进入掉电状态 （7）掉电状态的典型电流为 0.5ua （8）零功率存储 （9）不需要电池备份电路 （10）处理复杂信息可使用地址操作 （11）100 年信息保存典型 （12）片上时钟 （13）不需要编程器和开发系统 （14）+5v 供电 （15）提供裸片 dip soic 封装 （16）提供工业级别温度型号（-40 到 85）

46、系统的语音录放电路如图 3-9 所示。电路中采用 at89s51 作为 cpu，用它的 p1.0p1.5 与 isd1420 相接。在设计电路时 isd1420 的所有地址端、控制端必须 可靠接高电平或低电平而不能悬空，否则可能出现停止播放的情况。话筒信号耦 合电容与连接 micref 端到模拟地的电容要相同。要特别注意的是 isd1420 芯片 的 sp+、sp-端一定不要直接接地，只能接扬声器或者悬空。外接功放器时，采用 单端输出，另一端接 10f 到地或悬空，否则 isd 器件会损坏。 p p1 1. .0 0 1 1 p p3 3. .0 0 a a0 0 1 1 a a2 2 3 3

47、 a a1 1 2 2 a a3 3 4 4 a a4 4 5 5 a a5 5 6 6 n nc c 8 8 a a6 6 9 9 a a7 7 1 10 0 n nc c 1 11 1 v vs ss sd d 1 12 2 v vs ss sa a 1 13 3 s sp p+ + 1 14 4 n nc c 7 7 v vc cc cd d r re ec c x xc cl lk k a ag gc c m mi ic c v vc cc ca a s sp p- - 2 28 8 2 26 6 2 27 7 2 24 4 2 23 3 2 22 2 2 21 1 2 20 0 1

48、19 9 1 18 8 1 17 7 1 16 6 1 15 5 2 25 5 r re ec cl le ed d p pl la ay ye e p pl la ay yl l a an na ao ou ut t a an na ai in n m mi ic cr re ef f n nc c p p1 1. .1 1 p p1 1. .2 2 p p1 1. .3 3 2 2 3 3 4 4 5 5 p p1 1. .4 4 p p1 1. .5 5 p p1 1. .6 6 p p1 1. .7 7 p p3 3. .1 1 p p3 3. .2 2 p p3 3. .3 3 p

49、p3 3. .4 4 6 6 7 7 8 8 r rs st t 9 9 1 10 0 1 11 1 1 12 2 1 13 3 1 14 4 p p3 3. .5 5 p p3 3. .6 6 p p3 3. .7 7 g gn nd d 1 15 5 1 16 6 1 17 7 1 18 8 1 19 9 2 20 0 x xt ta al l2 2 x xt ta al l1 1 p p0 0. .0 0 3 39 9 v vc cc c 4 40 0 p p0 0. .1 1 3 38 8 p p0 0. .2 2 3 37 7 p p0 0. .3 3 3 36 6 p p0 0.

50、.4 4 3 35 5 p p0 0. .5 5 3 34 4 p p0 0. .6 6 3 33 3 p p0 0. .7 7 3 32 2 e ea a/ /v vp pp p 3 31 1 a al le e/ /p pr ro og g 3 30 0 p pe es sn n 2 29 9 p p2 2. .7 7 2 28 8 p p2 2. .6 6 2 27 7 p p2 2. .5 5 2 26 6 p p2 2. .4 4 2 25 5 p p2 2. .3 3 2 24 4 p p2 2. .2 2 2 23 3 p p2 2. .1 1 2 22 2 p p2 2. .0

51、 0 2 21 1 + +5 5v v + +5 5v v 4 45 50 0k k 1 1k k 3 30 0p pf f 1 12 2m mh hz z 3 30 0p pf f i is sd d1 14 42 20 0 1 10 0u uf f 1 10 0u uf f 1 10 0u uf f 1 13 3k k 1 13 3k k 1 10 00 0k k 1 12 20 0k k 3 36 6k k1 10 0u uf f 5 56 6k k 5 56 6k k 1 1u uf f 1 10 0u uf f 1 10 0u uf f m mk k1 1 + +5 5v v v v

52、c cc c 接接功功放放电电路路 a at t8 89 9s s5 51 1 2 22 2u uf f 图 3-9 语音录放电路 3.4.2 扬声器 通常 isd1420 的驱动能力有限（0.5w） ，直接接到扬声器上效果不太理想，若 接 1w 以上的扬声器将发生失真。通常 1w 以下的扬声器可用 lm386、d2283、d2822、mc34119 及 ta7368 等芯片驱动。若选用 1w 以下的扬声器， 用低电压通用集成功率放大器 lm386 作为扬声器的驱动芯片，其电路如图 3-10 所示。1w 至 10w 的扬声器用 tda2003 芯片驱动。选用 tda2003 作为扬声器驱动芯

53、片的电路如图 3-11 所示。 0 0. .1 1u uf f1 10 0k k 3 3 2 2 v vc cc c l lm m3 38 86 6 0 0. .1 1u uf f 1 10 00 0u uf f 4 4. .7 7 + + - - s sp p+ + 4 46 6 5 5 图 3-10 以 lm386 为驱动芯片的电路 声声音音 输输入入 1 10 0 1 10 0u uf f 0 0. .1 1u uf f t td da a2 20 00 03 3 2 22 20 0 1 10 00 00 0u uf f 0 0. .1 1u uf f 2 22 20 0u uf f +

54、 + - - 2 20 0 5 50 0k k 1 1 2 2 4 4 3 35 5 图 3-11 以 tda2003 为驱动芯片的电路 3.5 行程开关 为了判断窗子是否闭合，需要使用行程开关。利用单片机自带的硬件中断资 源，设计了接触式的中断行程开关。当窗体闭合时引发中断，停止运行，进入节 电待机状态。 第 4 章 红外线遥控开关的设计 4.1 红外线简介 红外遥控技术是一种利用红外线进行点对点通信的技术。红外线由德国天文 学家威廉赫歇耳于 1800 年发现，又称为红外热辐射，是太阳光线中众多不可见 光线中的一种，人的眼睛能看到的波长最长的光是红光，从广义来讲，红外线是 一种电磁波，电磁波

55、家族按波长顺序是这样排列的：长波、短波、超短波、微波、 红外线、可见光、紫外线、x 射线等。其中长波的波长最长，顺序越来越短，x 射线的波长一般不超过 1nm。红外线波长在无线电波与可见光波之间，约为 0.751000m 之间，是一种肉眼看不到这种光线，但利用红外线发送和接收装 置却可以发送和接收红外线信号。 在近红外区，它和可见光相邻，因此具有可见光的某些特性，如直线传播、 反射、折射、衍射、可被某些物体吸收以及可以通过透镜将其聚焦等。在远红外 区，由于它邻近微波区，因此它具有微波的某些特性，如有较强的穿透能力和能 贯穿某些不透明物质等。自然界中，不论任何物体，也不论其本身是否发光（指 可见

56、光） ，只要其温度高于绝对零度(-273)，都会一刻不停地向周围辐射红外 线。只不过是温度高的物体辐射的红外线较强，温度较低的物体辐射的红外线较 弱。红外线摄像、红外线夜视、热释电红外探测以及某些导弹的瞄准等就是利用 红外线的这一特性工作的。 它具有以下特点： (1)由于为不可见光，因此，对环境影响很小。红外线的波长远小于无线电波 的波长，所以，红外遥控不会干扰其它家用电器，也不会影响近邻的无线电设备。 同时，由于红外线不能穿透墙壁，所以不同的电器可以使用通用的遥控器而不会 互相干扰，这是无线电遥控所不能做到的。 (2)红外线为不可见光，具有很强的隐蔽性和保密性，因此在防盗，警戒等安 全保卫装

57、置中也得到了广泛的应用。 (3)红外线遥控的遥控距离一般为几米至几十米或更远一点。 (4)红外线遥控具有结构简单，制作方便，成本低廉，抗干扰能力强，工作可 靠性高等一系列优点，特别是室内遥控的优先遥控方式。同时，由于采用红外线 遥控器件时，工作电压低，功耗小，外围电路简单，因此它在日常工作生活中的 应用越来越广泛。 它在技术上的主要优点是： (1)无需专门申请特定频率的使用执照； (2)具有移动通信设备所必需的体积小、功率低的特点； (3)传输速率适合于家庭和办公室使用的网络； (4)信号无干扰，传输准确度高； (5)编解码容易，可进行多路遥控。 它的缺点是： 由于它是一种视距传输技术，采用点

58、到点的连接具有方向性，两个设备之间 如果传输数据，中间就不能有阻挡物；而且通讯距离较短，此外红管 led 不是一 种十分耐用的器件 4.2 遥控方案设计 使用由常规数字集成电路组成的红外遥控电路。这种遥控电路使用配套的专 用编译码器，因此制作起来比较方便。红外线发射、接收系统组成框图如图 4-1 所示。 按键控制编码调制 红外接收 解码 (a)红外遥控发射器 红外发射 受控电源开关 （b）红外遥控接收器 图 4-1 红外线发射、接受系统组成框图 4.3 成品红外接收头 由于红外发光二极管的发射功率一般都较小（100mw 左右） ，所以红外接收二 极管接收到的信号比较微弱，ph302、ph303

59、 的最大接收距离一般在 5m。当要求 更长的遥控距离时，要增加高增益放大电路。前些年常用 pc1373h、cx20106a 等红外接收专用放大电路，最近几年不论是业余制作还是正式产品，大多采用成 品红外接收头。所以本设计也采用成品红外接收头。 成品红外接收头的封装大致有两种：一种采用铁皮屏蔽，一种是塑料封装。 均有三个引脚，即电源正（vdd） 、电源负（gnd）和数据输出（vo和 out） 。红外接 收头的引脚排列因型号不同而不尽相同，需参考厂家的使用说明。成品红外接收 头的优点是不需要复杂的调试和外壳屏蔽，使用起来如同一只三极管，非常方便。 但使用时需注意成品红外接收头的载波频率。本设计中用

60、到的成品红外接收头是 fps-4091。fps-4901 高灵敏红外线接收器，外形尺寸： 13.5mm14.4mm16.3mm。该红外线接收器内含一个红外线接收管（ph302）和 一个放大电路（cx20106） ，红外线接收管产生的光电流有前置放大器放大。该接 收器可以直接和红外线发射管配合组合成各种遥控系统 fps-4091 主要光电参数 见表 4-1 所示 表 4-1 fps-4901 主要光电参数 类别 参数名称 最小值典型值最大值 工作电压 3.7 4.7 至 5.3 6.3 图 4-2 是 fps-4901 接收器的内部电路图。该电路功耗低，v cc=5v 时，pcm =9mw；工作