红外线报警系统的设计

1、1 红外线报警系统的设计摘要本系统是基于 at89s52单片机控制的红外线防盗报警器， 主要由红外线发射部分、红外线接收部分、 单片机以及声光报警部分组成。可通过发射电路发射的红外线被遮挡时控制报警系统报警, 通过单片机控制报警电路的运行， 并能同时进行声光报警，用红外线收发管进行检测，安装隐蔽，不易被发现；探测信号采用脉冲信号， 节能且抗干扰。 系统可以探测到一定范围内的人的闯入, 可以应用在安防范围比较确定的情况下。 采用这种方法设计的防盗报警器具有成本廉价和探测效果好的优点，有着广阔的市场前景。关 键 词：单片机；红外线防盗报警器；声光报警2 目录绪论 . 4 1.1 研究背景 . 4

2、1.2 课题研究的意义. 4 1.3 课题研究的目的. 5 1.4 无线通信的发展状况. 6 2 系统分析 . 6 2.1 系统总体构成. 6 2.1.4 红外接收器 . 7 2.2 总体设计方案. 7 2.2.1 方案选择 . 7 2.2.2 总体设计框图. 8 2.3 方案的可行性论证. 9 2.3.1 实用性 . 9 2.3.2 经济可行性 . 9 2.3.3 技术可行性 . 9 2.4 小结 . 10 3 硬件设计 . 10 3.1 单片机及其硬件电路设计. 10 3.1.1 单片机的介绍. 10 3.1.2 时钟电路及rc复位电路 . 12 3.2 单片机红外发射器的电路设计. 14

3、 3.2.1 矩阵键盘电路. 14 3.2.2 红外发射电路. 15 3.2.3 存储器电路 . 18 3.3 单片机红外接收器的电路设计. 18 3.3.1 红外接收电路. 19 3.3.2 led七段数码管显示模块. 21 3.3.3 录音模块 . 22 3.3.4 时钟模块 . 26 3.3.5 温度传感器模块. 27 3.4 小结 . 27 4 程序设计 . 27 4.1 红外发射模块. 27 4.1.1 发射电路主程序流程图. 28 4.1.2红外发射子程序流程图. 28 4.2 红外接收模块. 29 4.2.1红外接收电路主程序流程图. 29 4.2.2红外接收电路子程序流程图.

4、30 4.3 小结 . 31 5 系统测试 . 32 5.1 系统功能测试. 32 5.1.1发射模块测试. 32 3 5.1.2接收模块测试. 32 5.2 红外线防盗报警系统的性能分析. 32 6 心得与体会 . 32 参考文献 . 34 附录 1. 35 附录 2. 54 4 绪论1.1 研究背景近年来随着计算机在社会领域的渗透, 单片机的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月益更新。传统的遥控器大多数采用了无线电遥控技术，但是随着科技的进步， 红外线遥控技术的成熟， 红外也成为了一种被广泛应用的通信和遥控手段。继彩电、录像机之后，在录音机、音响设备、空凋机以及玩具等其它小型

5、电器装置上也纷纷采用红外线遥控。工业设备中，在高压、辐射、有毒气体、粉尘等环境下， 采用红外线遥控不仅完全可靠而且能有效地隔离电气干扰。由于红外线抗干扰能力强，且不会对周围的无线电设备产生干扰电波，同时红外发射接收范围窄，安全性较高。红外遥控虽然被广泛应用，但各产商的遥控器不能相互兼容。 当今市场上的红外线遥控装置一般采用专用的遥控编码及解码集成电路， 由于其灵活性较低， 应用范围有限。 所以采用单片机进行遥控系统的应用设计，遥控装置将同时具有编程灵活、控制范围广、体积小、功耗低、功能强、成本低、可靠性高等特点，因此采用单片机的红外遥控技术具有广阔的发展前景。1.2 课题研究的意义红外线报警器

6、分主动式和被动式两种1。主动式红外线报警器，是报警器主动发出红外线，红外线碰到障碍物，就会反弹回来，被报警器的探头接收。如果探头监测到，红外线是静止不动的，也就是不断发出红线线又不断反弹的，那么报警器就不会报警。 当有会动的物体触犯了这根看不见的红线的时候，探头就会检测到有异常，就会报警。被动式报警器少了一项功能，就是发射红外线。物理学上告诉我们，当物体的温度高于 0k 的时候，就会发出红外线，换句话说任何物体都能发出红外线2。而其后的原理，被动式报警器和主动式是一样的。红外线报警器对温度敏感，温度越高的物体辐射出的红外线越强，当感应到环境中存在高出背景强度的辐射时 ,就触发报警。主动式红外探

7、测器是由收、发装置两部分组成3。发射装置向装在几米甚至于几百米远的接收装置辐射一束红外线，当被遮断时， 接收装置即发出报警信号，因此，它也是阻挡式报警器，或称对射式探测器。通常，发射装置由多谐5 振荡器、波形变换电路、红外发光管及光学透镜等组成。振荡器产生脉冲信号，经波形变换及放大后控制红外发光管产生红外脉冲光线，通过聚焦透镜将红外光变为较细的红外光束，射向接收端。接收装置由光学透镜、红外光电管、放大整形电路、功率驱动器及执行机构等组成 4。光电管将接收到的红外光信号转变为电信号，经整形放大后推动执行机构启动报警设备。 主动式红外报警器有较远的传输距离，因红外线属于非可见光源， 入侵者难以发觉

8、与躲避， 防御界线非常明确。 主动式红外报警器是点型、线型探测装置， 除了用作单机的点警戒和线警戒外，为了在更大范围有效地防范，也可以利用多机采取光墙或光网安装方式组成警戒封锁区或警戒封锁网，乃至组成立体警戒区。单光路由一个发射器和一个接收器组成。双光路由两对发射器和接收器组成5。两对收、发装置分别相对，是为了消除交叉误射；多光路构成警戒面；反射单光路构成警戒区。1.3 课题研究的目的近年来，随着改革开放的深入发展，电子电器的飞速发展，人民的生活水平有了很大提高。 各种高档家电产品和贵重物品为许多家庭所拥有。然而一些不法分子也是越来越多。这点就是看到了大部分人防盗意识还不够强.造成偷盗现象屡见

9、不鲜。因此，越来越多的居民家庭对财产安全问题十分担忧。现在很多小区都安装了智能报警系统，因而大大提高了小区的安全程度，有效保证了居民的人身财产安全。由于红外线是不见光， 有很强的隐蔽性和保密性，因此在防盗、 警戒等安保装置中得到了广泛的应用。红外报警器大多数采用国外的先进技术 ,其功能也非常先进。其中包括被动式热释电型红外报警器。还有红外监控无线报警器 ,超声波防盗报警器 ,红外线防盗报警器 ,高灵敏红外报警器,触摸式延时防盗报警器 , 触摸式防盗报警器 ,红外报警器 , 红外线声先报警器 6 防盗报警系统是在探测到防范现场有入侵者时能及时发出报警信号的专用电子系统，一般由探测器（报警器） 、

10、传输系统和报警控制器组成。探测器检测到意外情况就产生报警信号， 通过传输系统送入报警控制器发出声、光或其他报警信号 7。探测器（报警器）的种类很多，按所探测的物理量的不同，可分为微波、红外、激光、超声波和振动等方式；按电信号传输方式不同，又可分为6 无线传输和有线传输两种方式8。由于红外线是不见光，有很强的隐蔽性和保密性，因此在防盗、 警戒等安保装置中得到了广泛的应用，这时红外线报警器的简易、灵敏度高为人们解决了不少问题。但是市场上的报警器大部分都是用于一些大公司财政机构， 价格高昂，一般人们难以接受， 如果再设计和生产一种价廉、性能灵敏可靠的防盗报警器， 必将为大多数需求者所利用， 在人们的

11、防盗和保证财产安全方面发挥更加有效的作用。本课题尝试用价格低廉、应用普遍的at89s52单片机控制的电路来设计一个主动式对射式的红外线防盗报警器，期望达到方便、实用的效果。1.4 无线通信的发展状况当今，全球无线通信产业主要体现出两个特点：一是公众移动通信保持增长态势强劲，但也存在发展不均衡的现象。具统计，2003 年全球移动用户数增长率在 17以上，在市场值方面，比上年增长了11.3 以上。尽管全球移动市场在增长，但这种增长也呈现出很大的不均衡性。从用户数来看，在北美、欧洲等发达国家和地区， 由于移动用户普及率已经很高，因此新增用户数日益减少； 而在亚洲、非洲等地区移动用户数增长迅猛。从用户

12、创造的价值来看， 欧美发达国家的 arpu 值远远超过了新兴的发展中国家。二是宽带无线通信热点技术研究和应用十分活跃。 目前，我国的移动通信市场呈现持续快速增长的局面，移动用户总数达到 4 亿左右，用户普及率达到30左右。所以，我国移动通信用户普及率相对还比较低，仍有相当巨大和持久的增长空间。2 系统分析2.1 系统总体构成2.1.1 红外通信的基本原理红外通信是利用950nm 近红外波段的红外线作为传递信息的媒体, 即通信信道。发送端采用脉时调制( ppm)方式, 将二进制数字信号调制成某一频率的脉冲序列 , 并驱动红外发射管以光脉冲的形式发送出去, 接收端将收到的光脉冲转换成电信号 , 再

13、经过放大、滤波处理后送给解调电路进行解调, 还原为二进制数字信号后输出。 换句话说 , 红外通信的实质就是对二进制数字信号进行调制和解调, 以便利用红外进行传输 , 红外通信接口就是针对红外信道的调制解调器。2.1.2 红外通信的组成红外通信系统采用红外光传输及无线工作机制, 其组成结构主要包括 : 发射器部分 : 需要传输的信号经数字化 ( 采样及量化 ) 后, 一般需要进行基带调制和传输调制, 有时还要进行信号源压缩编码, 采用所得的电信号驱7 动电光变换电路来完成红外脉冲发射。 包括键盘输入模块、输入警报开启或关闭、密码等信息， 红外线采用 nec 编码。显示模块将显示输入信息。 89c

14、52根据输入，将信息处理后发送给红外发送模块和led显示模块分别进行发送和显示。通信信道 : 红外无线数字通信的信道泛指发射器与接收器之间的空间。由于自然光及人工光源等背景光信号的介入, 信号源以及发射 / 接收端设备中电学或光学噪声的影响 , 红外无线数字通信在某些场合的通信质量较差, 需要采用信道编码技术。接收器部分 : 信道中的光信号由光接收器部分实现光电变换, 为了消除噪声以及码间干扰 , 需要加入滤波和均衡等环节。 来提高抗干扰能力。 接收模块接收到信息后发送到89c52单片机上进行解码等处理， 然后将处理后的信息分别传送到显示模块进行显示和报警模块进行报警或提示。2.1.3 红外发

15、射器完成信号的电光变换并向空间发射红外脉冲。红外发射器的关键部件是红外发光二极管 ( led) 和相应的驱动电路。红外 led 器件首先要满足其调制带宽大于信号的频谱宽度 , 保证通信线路畅通。此外 led 的发射波长应与接收器端的光电探测器 ( 一般选用硅光二极管) 的峰值响应率相匹配, 最大程度地抑制背景杂散光干扰 , 现阶段一般选用 780 950nm 的红外波段进行数字信号传输。 由于红外无线通信系统的信噪比与发射器发射功率的平方成正比所以适当提高红外发射器的发射功率, 并采用空间分集全息漫射片等可使发射端的光功率在空间均匀分布的措施来降低误码率, 提高通信质量。2.1.4 红外接收器

16、红外接收器包括红外光接收部分以及后续的信号采样、滤波、判决、量化、均衡和解码等。2.2 总体设计方案2.2.1 方案选择（一）单片机控制器模块采用目前比较通用的51 系列单片机。此单片机的运算能力强， 软件编程灵活， 自由度大， 市场上比较多见价格便宜且技术比较成熟容易实现。（二） 38khz载波实现利用载波对信号进行调制从而减少信号传输过程中的光波干扰, 提高数据传输效率。方案：单片机 t0 定时产生 38khz载波电路原理 :stc89c52rc 定时器 t0产生周期性的 26.3us 的矩形脉冲 , 即每隔8 13us，定时器 t0 产生中断输出一个相反的信号使输出端产生周期的38khz

17、脉冲信号。计算公式如2-1 所示，脉冲图如图2-1 所示。 t=1/38mhz （2-1）图 2-1 38khz载波信号对于产生 38khz脉冲信号的软、硬件电路的实现进行比较选择，软件实现经济有利于产品开发使用，加密性强，电路板元件少，经济实用，便于产品的推广。即用软件定时产生38khz的载波信号。（三）红外解码电路的选择方案：采用单片机软件解码根据实际情况进行选择， 其外围电路简洁， 空出的 io 口多，利于单片机扩展多路开关电路的设计，而编程就会复杂些。2.2.2 总体设计框图经过上述方案的分析选择，得出系统硬件由以下几部分组成：红外数据发射电路，键盘采用矩阵键盘，44 矩阵键盘中p1.

18、0-p1.3为采集数据入口，p1.4-p1.7 采集数据出口。整体设计思路为：根据扫描到不同的按键值转至相对应的rom 表读取数据。确认设备及菜单选择键后at89c2051 将从 rom 读取出来的值，按照数据处理要求从 p2.5 输出控制脉冲与t0产生的 38khz的载波（周期是26.3us ）进行调制，经 npn 三极管对信号放大驱动红外发光管将控制信号发送出去。红外数据接收则是采用 lt0038一体化红外接收头， 内部集成红外接收、 数据采集、 解码的功能，只要在接收端 int0 检测头信号低电平的到来，就可完成对整个串行的信号进行分析得出当前控制指令的功能。然后根据所得的指令去操作相应

19、的用电器件工作，如图 2-3 所示。9 图 2-3 电路设计整体框图2.3 方案的可行性论证2.3.1 实用性本系统具有实时性、灵活性、稳定性、以及多功能同时控制等优点，方便用户对多个设备进行控制。2.3.2 经济可行性对于有多个红外遥控家电的用户来说，可通过识别已存储在rom 中的信号，实现以现有的单一红外信号， 同时对任意红外遥控家用电器进行控制，由于节约了实现控制功能的多个遥控硬件，从而减少了用户的投资。 为家庭电器的使用带来意想不到的好处。2.3.3 技术可行性单片机对数据进行处理， 定时器产生 38khz的载波对红外信号调制， 采用一体红外接收头对红外信号放大、解码、电平转换。红 外

20、传输89c52 单片机红外发射电路4*4 矩阵键盘红外接收电路89c52单片机设备控制电路1 02.4 小结整个系统的设计要求抗干扰能力强，防止误动作；安装、操作简单，维护方便；总体成本低。总体设计经过综合分析论证采取最优方案。系统硬件由以下几部分组成： 红外数据发射电路，键盘采用矩阵键盘，44 矩阵键盘中 p1.0-p1.3 为采集数据入口， p1.4-p1.7 采集数据出口。3 硬件设计3.1 单片机及其硬件电路设计3.1.1 单片机的介绍 89c52 单片机89c52是 intel公司 mcs-51系列单片机中基本的产品，它采用atmel 公司可靠的 cmos 工艺技术制造的高性能8 位

21、单片机，属于标准的mcs-51的 hcmos产品。它结合了 cmos 的高速和高密度技术及cmos 的低功耗特征， 它基于标准的 mcs-51单片机体系结构和指令系统，属于89c51增强型单片机版本，集成了时钟输出和向上或向下计数器等更多的功能，适合于类似马达控制等应用场合。89c52内置 8 位中央处理单元、 256 字节内部数据存储器ram 、8k 片内程序存储器（rom ）32 个双向输入 / 输出(i/o) 口、3 个 16 位定时 / 计数器和 5 个两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内时钟振荡电路。此外，89c52还可工作于低功耗模式，可通过两种软件选择空闲和掉电模式。在空闲模

22、式下冻结cpu 而 ram定时器、串行口和中断系统维持其功能。掉电模式下，保存ram 数据，时钟振荡停止，同时停止芯片内其它功能。89c52有 pdip(40pin) 和 plcc(44pin)两种封装形式。功能特性：1 1 标准 mcs-51内核和指令系统 片内 8krom （可扩充 64kb外部存储器） 32 个双向 i/o 口 256x8bit内部 ram （可扩充 64kb 外部存储器） 3 个 16 位可编程定时 / 计数器 时钟频率 3.5-12/24/33mhz 向上或向下定时计数器 改进型快速编程脉冲算法 6 个中断源 5.0v 工作电压 全双工串行通信口 布尔处理器帧错误侦测

23、 4 层优先级中断结构自动地址识别 兼容 ttl和 cmos 逻辑电平 空闲和掉电节省模式 pdip(40) 和 plcc(44)封装形式管脚说明：vcc ：供电电压。 gnd ：接地。p0 口：p0 口为一个 8 位漏级开路双向i/o口，每脚可吸收 8 个 ttl门电流。当 p0口的管脚第一次写“ 1”时，被定义为高阻输入。p0能够用于外部程序数据存储器， 它可以被定义为数据 / 地址的第八位。在 fiash编程时， p0 口作为原码输入口，当fiash进行校验时， p0输出原码，此时 p0外部必须被拉高。p1口：p1口是一个内部提供上拉电阻的8 位双向 i/o 口，p1口缓冲器能接收输出

24、4 个 ttl门电流。p1口管脚写入 “1”后，被内部上拉为高， 可用作输入，p1口被外部下拉为低电平时， 将输出电流， 这是由于内部上拉的缘故。 在 flash编程和校验时， p1口作为第八位地址接收。p2口：p2口为一个内部上拉电阻的8 位双向 i/o 口，p2口缓冲器可接收，输出 4 个 ttl门电流，当 p2口被写“ 1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，p2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。 p2口当用于外部程序存储器或16 位地址外部数据存储器进行存取时， p2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位

25、地址数据存储器进行读写时，p2口输出其特殊功能寄存器的内容。p2口在 flash 编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。p3口： p3口管脚是 8 个带内部上拉电阻的双向i/o 口， 可接收输出 4 个 ttl门电流。当 p3口写入“ 1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输1 2入，由于外部下拉为低电平，p3口将输出电流（ ill ）这是由于上拉的缘故。 p3口作为 at89c51的一些特殊功能口，管脚备选功能p3.0 rxd（串行输入口）p3.1 txd（串行输出口）p3.2 /int0 （外部中断 0）p3.3 /int1 （外部中断 1）p3.4 t0 （计时器 0 外部

26、输入）p3.5 t1 （计时器 1 外部输入）p3.6 /wr（外部数据存储器写选通）p3.7 /rd （外部数据存储器读选通）rst ：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持rst脚两个机器周期的高电平时间。ale/prog：当访问外部存储器时， 地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在 flash 编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ale端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6 。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。 然而要注意的是： 每当用作外部数据存储器时，将跳过一个 ale脉冲。如想禁止 ale的输出可在 sfr8eh 地址上置 0。此时，

27、ale 只有在执行 movx，movc 指令是 ale才起用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ale禁止，置位无效。/psen ：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两 /psen有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/psen信号将不出现。 /ea / vpp ：当 /ea 保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000h-ffffh ），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1 时，/ea 将内部锁定为 reset ；当/ea 端保持高电平时，此间内部程序存储器。在flash 编程期间，此引脚也用于施加12v编程电源（ vpp ）。x

28、tal1 ：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。xtal2 ：来自反向振荡器的输出。3.1.2 时钟电路及 rc复位电路外接石英晶体或者陶瓷谐振器以及电容c1、c2 接在放大器的反馈回路（at89c52内部有一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大电路，xtal1 、xtal2分别是该放大器的输入和输出端）中构成并联振荡电路。晶振频率为12mhz 。c12 ，c13是两个瓷片电容，与晶振y2 构成了自激谐振电路。其电容的1 3作用主要是对频率进行微调，一般取30-45pf 左右。使用该电路可产生稳定的12mhz 频率，受外界的环境的干扰影响非常小。其接法如图3-2 所示：图 3-2 晶

29、振电路复位是单片机初始化操作，其主要功能是把pc初始化为 0000h ，使单片机从 0000h单元执行程序。 除了进入系统的正常初始化之外，当程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也需要按复位键重新启动。复位操作有上电自动复位和按键手动复位两种方式。本设计采用了按键手动复位方式。该复位电路如图3-3 所示。复位电路采用了按键与上电复位。上电与按键均可以有效复位。上电瞬间rst引脚获得高电平，单片机复位电路随着电容的c11的充电， rst引脚的高电平逐渐下降。 rst引脚的高电平只要能保持足够的时间（2 个机器周期），单片机就可以进行复位操作。按键复位是直接将高电平通过电阻r1

30、1 、r10分压到达reset 引脚，实现复位操作【 4】。1 4图 3-3 复位电路图3.2 单片机红外发射器的电路设计硬件电路组成 : 4x4矩阵键盘电路、红外发射电路、红外接收电路、电源电路。3.2.1 矩阵键盘电路(1)4 4 矩阵键盘的工作原理 : 矩阵键盘又称为行列式键盘，它是用4 条 i/o 线作为行线， 4 条 i/o 线作为列线组成的键盘。 在行线和列线的每一个交叉点上，设置一个按键。 这样键盘中按键的个数是44 个。这种行列式键盘结构能够有效地提高单片机系统中i/o口的利用率。行线接p2.4-p2.7 ，列线接 p2.0-p2.3 ，如图 3-4 所示。1 5图 3-4 矩

31、阵键盘电路图(2) 键值得读取 : 首先从 p2口的高四位输出低电平，低四位输出高电平，从p2口的低四位读取键盘状态。然后再从p2口的低四位输出低电平，高四位输出高电平，从p2口的高四位读取键盘状态。 将两次读取结果组合起来就可以得到当前按键的特征编码(3) 按键功能说明 : 按键 0-9 表示数字 0-9；10 表示 a，按 a键修改密码，显示no表示错误；11 表示 b，按 b 键保存密码，将密码写入存储器，yes表示修改密码成功； 12表示 c，按 c键确认密码，若显示corr 表示密码正确，之后显示send 发送，若显示 eeor 则表示密码错误，之后仍会显示send 表示发送信息；

32、13表示 d，按 d键显示 conc 表示取消。3.2.2 红外发射电路 (1) 红外线遥控制系统的原理框图：将指令脉冲编码信号调制在载波振荡器产生的载波上（也称脉码调制） ，然后用这脉码调制信号去驱动红外发光二极管，以发出经过调制的红外光波， 其红外遥控系统电路如图3-5 所示。图 3-5 红外遥控系统电路框图(2) 红外编码原理 : 通常，红外遥控器将遥控信号(二进制脉冲码 ) 调制在 38khz的载波上，经缓冲放大后送至红外发光二极管，转化为红外信号发射出去。二进制脉冲码的形式有多种，其中最为常用的是pwm 码(脉冲宽度调制码 )和 ppm 码( 脉冲位置调89c52( 指 令编码) 3

33、8khz 载波驱动电路调制红外发射控制盘1 6制码）。前者以宽脉冲表示1，窄脉冲表示 0。后者脉冲宽度一样，但是码位的宽度不一样， 码位宽的代表 1，码位窄的代表 0。脉宽为 0.56ms、间隔 0.565ms、周期为 1.125ms 的组合表示二进制的“ 0”；以脉宽为 0.56ms、间隔 1.69ms、周期为 2.25ms 的组合表示二进制的“ 1”。 如图 3-6 示。本课题是以 ppm 码 （脉冲位置调制码）对红外数据的发送进行论证【5】。图 3-6 指令脉冲图遥控编码脉冲信号由引导码、系统码、系统反码、功能码、功能反码等信号组成。引导码也叫起始码， 由宽度为 9ms的高电平和宽度为4

34、.5ms 的低电平组成（不同的红外家用设备在高低电平的宽度上有一定区别），用来标志遥控编码脉冲信号的开始。如图3-7 所示【 5】。图 3-7 信号引导码图系统码也叫识别码， 它用来指示遥控系统的种类， 以区别其它遥控系统， 防止各遥控系统的误动作功能码也叫指令码，它代表了相应的控制功能， 接收机中的可根据功能码的数值完成各种功能操作。系统反码与功能反码分别是系统码与功能码的反码，反码的加入是为了能在接收端校对传输过程中数据是否产生差错。脉冲位置表示的“ 0”和“1”组成的 32 位二进制码前 16 位控制指令，控制不同的红外遥控设备。而不同的红外家用电器又有不同的脉冲调控方式，后16位分别是

35、 8 位的功能码和 8 位的功能反码。 串行数据码时序图如3-8 所示【6】。1 7图 3-8 串行数据码时序图将要发送的指令脉冲编码信号调制在38khz的载波上，可以增加信号的抗干扰能力，提高信号传输效率。信号调制时序如3-9 所示。图 3-9 信号调制图(3) 红外发射二极管的主要技术参数: （发射管我不记得用哪个了）sir333是 gaalas红外发射二极管，其特点是体积小、功耗低、高发射强度、高可靠性、发射角度45、sir333 管子直径 5mm 。广泛应用于仪器、仪表、电气设备近距离红外数据传输、 电视机、空调机等家用电器红外遥控信号发射其红外发射距离为 8-10 米【7】。(4)

36、红外数据发射电路的设计 : 在红外数据发射过程中，由于发送信号时的最大平均电流需几十ma （对应mw级发射功率），所以需要三极管放大后去驱动红外光发射二极管（又称电光二极管）。 软件编程将数据从p3口第 6脚 （p37） 将数据输出。t0 定时产生 38khz载波信号。红外数据射发射电路图如3-10 所示。1 8图 3-10 红外数据发射电路3.2.3 存储器电路在红外线发射模块上又增加了一个24c02flash 存储器，用于存储密码，电路图如下：图 3-11 存储器电路3.3 单片机红外接收器的电路设计硬件电路组成有 : 红外接收电路、 录音电路、 时钟电路、 温度传感器电路、led显示电路

37、。1 93.3.1 红外接收电路 hs0038b 是用于红外遥控接收的小型一体化接收头，集成红外线的接收、放大、解调，不需要任何外接元件， 就能完成从红外线接收到输出与ttl电平信号兼容的所有工作， 而体积和普通的塑封三极管大小一样，它适合于各种红外线遥控和红外线数据传输，中心频率38.0khz。接收器对外只有3 个引脚： out 、gnd 、vcc 与单片机接口非常方便，如图3-11 所示【8】。图 3-12 hs0038b 外型图3 脚接电源（ +vcc ），2 脚 gnd 接系统的地线（ 0v），1 脚脉冲信号输出，经非门 u6缓冲与 p24的判断信号进行逻辑与使得进入int0的信号恰好

38、是红外数据发射电路输出端p25的相反相信号，只要检测到int0 信号下降沿从而测出控制指令的功能【 8】。hs0038b 内部结构框图图 3-13 hs0038b 内部结构工作流程hs0038接收原理红外线接收是把遥制发送的数据( 已调信号 ) 转换成一定格式的控制指令脉冲(调制信号、基带信号 ) ，是完成红外线的接收、放大、解调，还原成发射格式（高、低电位刚好相反）的脉冲信号。这些工作通常由一体化的接收头来完成，2 0输出 ttl兼容电平。 最后通过解码把脉冲信号转换成数据， 从而实现数据的传输。图 3-13 是一个红外线接收电路框图【9】。图 3-14 红外接收及控制电路框图本课题的核心部

39、分在于红外发射、接收及八路开关功能演示。 其中红线数据接收是对红外二进制脉冲的宽度进行测量，从而获得红外遥控的脉冲信息。 怎样才能实时、准确地对红外二进制脉冲波形进行测量呢？采用外部中断成为了理所当然的选择， 外部中断只有低电平和下降沿触发两种方式，这就使得单片机只能一次性对脉冲的高电平或低电平进行测量，而一连串的脉冲是不可能分开多次测量的，因此，为了解决这一问题， 本人将从接收头出来的红外二进制脉冲信号与标志位（p24）进行逻辑或非，然后再输入到int0（p3.2）引脚，使得输入 int0的信号恰好是红外数据发射电路输出端p25的信号，只要检测到int0 信号下降沿到上升沿的这段时间。如果相

40、邻的两个中断间隔的时间长度为1.125ms，说明接收到的是“ 0”；时间长度是 2.25ms 则为“ 1”。因此，脉冲电平的每一次跳变都会形成一次中断， 在中断服务子程中即可实现一次性对一连串连续波形的测量，在测量后对 0 和 1 的个数据统计从而测出控制指令的功能。硬件或非门的反应速度是纳秒级的，满足实时要求。红外接收电路连接图如图3-14 所示。八路开关放大电路调制电路红外接收89c52 (指令译码 ) 2 1图 3-15 红外接收电路图3.3.2 led七段数码管显示模块这类数码管可以分为共阳极与共阴极两种，共阳极就是把所有 led的阳极连接到共同接点 com ，而每个 led的阴极分别

41、为 a、b、c、d、e、f 、g 及 dp（小数点）；共阴极则是把所有led的阴极连接到共同接点com ， 而每个 led的阳极分别为 a、b、c、d、e、f 、g 及 dp（小数点），如下图所示。图中的8 个 led分别与上面那个图中的 adp各段相对应，通过控制各个led的亮灭来显示数字。数码管使用条件：a、段及小数点上加限流电阻b、使用电压：段：根据发光颜色决定；小数点：根据发光颜色决定c、使用电流：静态：总电流80ma （每段10ma ） ；动态：平均电流4-5ma 峰值电流100ma 下图为共阴 ,共阳七段数码管引脚图. 2 2图3-16共阳极 led七段数码管上面这个只是七段数码管

42、引脚图，其中共阳极数码管引脚图和共阴极的是一样的. 数码管使用注意事项说明：（）数码管表面不要用手触摸，不要用手去弄引角；（）焊接温度：度；焊接时间：（）表面有保护膜的产品, 可以在使用前撕下来。3.3.3 录音模块【 概述 】isd1700 系列录放芯片是一种高集成度，高性能的芯片。 它可以多段录音， 采样率可在 4k 至 12k 间调节，供电范围可以在 2.* 至 5.5v 之间。 sd1700 系列录放芯片可工作于独立按键模式和 spi 控制模式。芯片内有存储管理系统来管理多段语音，这样在独立按键模式下也能进行多* 音录放。 此芯片内有振荡器，可通过外部电阻来调节其振荡频率；还有带自动增

43、益控制 （ agc ）的话筒运放，模拟线路输入，抗锯齿滤波器，多级存储阵列，平滑滤波器，音量控制，直接驱动喇叭的 pwm 输出与接外部功放的电流 / 电压输出。 isd1700 还有有新录音提示功能，当有新的录音后， led 回每几秒闪一次来提示用户有新的录音。此外还有 4 种音效来提示用户的操作结果，如开始录音、停止录音、擦除、下一曲和全部擦除等。录音数据存储在芯片的 flash 内，没有经过任何压缩，所以有较* 音质和断电存储。 芯片有两路独立的语音信号输入通道，话筒输入与模拟信号输入。在独立按键模式下， 当某功能操作完成后芯片会自动进入掉电模式来降低功耗。在 spi * ，用户可对芯片进

44、行更多功能操作。如对任意存储地址进行录放，对模拟通道配置寄存器（analog path configuration register, apc * 行读写等。【引脚图】2 3图 3-17 isd1700 管脚图【 特点 】录、放音十万次，存储内容可以断电保留一百年。控制方式，两种录音输入方式，两种放音输出方式处理多达 159 段以上信息丰富多样的工作状态提示多种采样频率对应多种录放时间音质好，电压范围宽，应用灵活，价廉物美工作电压 : 2.4v-5.5v, 最高不能超过 6v 静态电流 : 0.5 - 1 a 2 4工作电流 : 20ma 用户可利用震荡电阻来自定芯片的采样频率，从而决定芯片的

45、录放时【引脚说明】脚名pdip/soictsop 说明vccd122数字电源正l*223led，平时为高电平reset324复位，低电平有* 有内部上拉电阻。miso425数据在时钟下降沿输出spi 接* 行输出。 isd1700 在 sclk 下降沿之前的半个周期将数据放置在miso 端。数据在sclk 的下降沿时移出mosi526数据在时钟上升沿输入，有内部上拉电阻。 spi 接口的数据输入端口。主控制芯片在sclk 上升沿之前的半个周期将数据放置在mosi 端。数据在 sclk 上升沿被锁存* 内。此管脚在空闲时,应该被拉高sclk627时钟口，由主控芯片产生时钟，有内部上拉电阻;spi

46、 接口的时钟。由主控制芯片产生,并且被用来同步芯片mosi 和 miso 端各自的数据输入和输出。此管脚空闲时，必须拉高。ss728片选，低有效，有内部上拉电阻。;为低时，选择该芯片成为当前被控制设备并且开启spi 接口。空闲时需要拉高vssa81模拟地anain92线路输入， 需串一个0.1uf 的耦合电容， 且输入信号的峰峰值不能超过 1v;芯片录音或直通时，辅助的模拟输入。需要一个交流耦合电容（典型值为0.1uf* 并且输入信号的幅值不能超出1.0vpp。apc 寄存器的 *3 可以决定analn 信号被立刻录制到存储器中，与mic 信号混合被录制到存储器中，或者被缓存到喇叭端并经由直通

47、线路从aud/aux输出。mic+*3话筒差分信号的正向输入端；输入信号需经过耦合电容；此电容与内部的10k 电阻决定了带通滤波器的剪切频率mic-114话筒差分信号的反向输入端；输入信号需经过耦合电容。vssp2125pwm 反向地 ;负极 pwm 喇叭驱动器地sp-136pwm 反向输出 ;喇叭输出 -（不可对地短路）vccp147pwm 电源正 ;pwm 喇叭驱动器电源sp+158pwm 正向输出 ;喇叭输出 +（不可对地短路）2 5vssp1169pwm 正向地 ;正极 pwm 喇叭驱动器地aud/aux1710aud 是单极音频电流输出，aux 是单极音频 * 输出，接外部功放；出厂

48、设置为aud 。 * 辅助输出，决定于apc 寄存器的d7，用来输出一个aud 或 aux 输出。 aud 是一个单端电流输出，而 auxout 是一个单端电压输出。 他们能够被用来驱动一个外部扬*出厂默认设置为aud 。apc 寄存器的 d9 可以使其掉电。agc18*1自动增益控 * 此脚需接一个4.7uf 的电容到地使agc 工作；若直接接到地，则增益为最大；若直接接到vcca，则增益为最小。vol19128 级音量调节；每个下* 降低1 级音量，到最低后有脉冲则增加音量直到变为最高，然后重复。rosc2013振荡电阻，决定内部工作频率;振荡电阻rosc 用一个电阻连接到地.vcca21

49、14模拟电源正ft2215直通：在独立模式下，当此脚置低时开启直通功能。即线路输入信号将从 sp 与 aud/aux输出，并可控制音量； 在 spi 模式下可用命令控制此 * 关，优先级高于独立模式。;在独立芯片模式下，当ft 一直为低， analn 直通线路被激活。analn 信号被立刻从analn 经由音量控制线路发射到喇叭以及aud/aux 输出。 d0 所控制。 该管脚有一个内部上拉设备和一个内部防抖动设计，当在spi 模式下， spi 无视这个输入， 而且直通线路被apc 寄存器的， 允许使用按键开关来控制开始和结束play2316播放，下降沿脉冲触发播放一段，播放时有下降沿脉冲则停

50、止播放；保持低电平将进入连续循环播放，高电平则停止播放。有 600k 的内部上拉电阻。rec2*17录音 ,低电平录音，高电平停止; 录音 ,有 600k 的内部上拉电阻。erase2518擦除， 下降沿脉冲触发并擦除当前曲，但只有当前曲为首段或末段时才可擦除。 保持此脚低电平一定时间将会擦除全部录音。有 600k 的内部上 * 。fwd2619播放下一曲。有600k 的内部上拉电阻。rdy/int2720rdy ：录音、放音、擦除与下一曲操作时为低电平；闲时为高电平。 int ：执行完一个spi 指令后将此脚置低，需收到清除指令后才将此脚置高。 ;一个开路输出。 re*y( 独立模式 )该管

51、脚在录音， 放音，擦除和快进操作时保持为低，保持为高时进入空闲状态interrupt(spi模式 )在完成 spi 命令后，会产生一个低信号的中断。一* 消除，该脚变回为高。vssd2821数字地2 6录音模块有vol 、play 按键， vol 实现 8 级音量调节；每个下* 降低 1 级音量，到最低后有脉冲则增加音量直到变为最高，然后重复，play 按键实现播放，下降沿脉冲触发播放一段， 播放时有下降沿脉冲则停止播放；保持低电平将进入连续循环播放，高电平则停止播放。有 600k 的内部上拉电阻。图 3-18 录音模块3.3.4 时钟模块时钟模块实现总的系统定时，单片机从此模块读取时间作为每

52、次报警或者时间的参考图 3-19 时钟模块2 73.3.5 温度传感器模块温度传感器电路利用芯片ds18b20 检测温度图 3-20 温度传感器电路3.4 小结发射模块采用 89c52单片机作为控制核心，硬件电路组成: 4x4 矩阵键盘电路、红外发射电路、红外接收电路、电源电路。遥控编码脉冲信号由引导码、系统码、系统反码、功能码、功能反码等信号组成。以ppm 码（脉冲位置调制码）对红外数据调制在38khz的载波上。接收模块采用 89c52单片机作为控制核心。硬件电路组成:采用 hs0038b 小型一体化红外接收头、 七段数码管显示电路， 及录音模块、 温度模块、时钟模块。20114817 4

53、程序设计4.1 红外发射模块单片机对红外遥控八路开关的控制括二个子系统：红外遥控器指令发射、 红外遥控指令接收， 二个子系统是有很强的互连性， 但各个子系统的软件系统差别较大，下面将分别介绍二个子系统的软件设计。使用c 语言编写程序，调用的库函数多，易于移植，编程简单。本论文的设计只给出了部分程序。2 84.1.1 发射电路主程序流程图主程序设计是首先是初始化键盘和红外发射端口的参数值，然后让单片机扫描检测键盘，如果有按键按下就让其相应的按键编码通过红外发射管发射出去。如图 4-1 所示。图 4-1 主程序流程图4.1.2 红外发射子程序流程图子程序设计是让单片机等待按键按下发送编码信号，如果

54、检测到信号就让其按循序发射引导码、系统码、系统反码、数据码、数据反码还有结束标志位。如图 4-2 所示。初始化键盘、红外发射端口按键扫描红外数据发射开始2 9图 4-2 红外发射子程序流程图4.2 红外接收模块4.2.1 红外接收电路主程序流程图主程序是首先初始化红外接收端口，然后检测是否接收红外信号，如果接收到红外信号就调用接收子程序， 然后就通过 led显示当前 led灯熄灭的状态如此循环，如图 4-3 所示。发送引导码发送系统码y 发送系统反码发送数据码发送数据反码发送结束标志位1 红外数据发送 ? 开始n 结束3 0图 4-3 红外接收主程序流程图4.2.2 红外接收电路子程序流程图子

55、程序是首先读取t0定时器的长度，如果是1.125ms 就认为是“ 0”，将其存入缓冲区并且计数器加一，如果是2.25ms 就认为是“ 1”，将其存入缓冲区并且计数器加一。如果计数器值为32 时，就接收结束标志位并且将计数器清0，如果计数器值不为 32 时，就认为是接收误码， 计数器也将清 0，此时重新等待读取红外信号。如图 4-4 所示。初始化红外接收端口调用接收子程序y 接收到红外信号？n 开始lcd1602 显示返回3 1图 4-4 红外接收程序流程图4.3 小结单片机对红外遥控八路开关的控制括二个子系统分别是：红外遥控器指令发射、红外遥控指令接收。 发射主程序设计是首先是初始化键盘和红外

56、发射端口的参数值，然后让单片机扫描检测键盘， 如果有按键按下就让其相应的按键编码通过红外发射管发射出去。 接收主程序是首先初始化红外接收端口，然后检测是否接收红外信号，如果接收到红外信号就调用接收子程序，然后就通过lcd1602显示当前 led灯熄灭的状态如此循环。 单片机控制的红外通信系统具有硬件电路简单、成本低廉、 编程方便、 通信可靠性高的特点 , 实现了通信双方非接触式的数据传送。如将该系统运用到电表抄表系统中, 将会大大提高抄表工作的效率, 同时这种方案也可用于其它遥控、遥测应用场合。进入中断读 t0 定时长度计数器 =32 0缓冲区2.25ms？1.125ms？计数器加 1 1缓冲

57、区正确接收标志 =1 计数器加 1 计数器清 0 n n 退出中断y y y 计数器清 0 n 3 25 系统测试5.1 系统功能测试5.1.1 发射模块测试发射模块测试的过程中出现了很多问题， 主要就是密码问题、还有仿真器的问题，软件编程时设定了初始密码，有时候调试时输入初始密码，led显示的是 eeor ，也就是密码写不进去存储器， 以为是软件的问题， 改了很久， 后来发现是存储器的问题，换了一个存储器就正常； 另一个问题是仿真器， 仿真器有时候部分管脚和板子接触不良，会造成显示错乱，因为这个问题我们组几乎浪费了一天的时间，怀疑软件、 硬件哪个地方出问题了， 先后换了很多个仿真器， 最后证

58、明就是仿真器的问题， 当时的大家心情真的是无比烦躁。幸运的是最后终于调好了， 输入密码显示正确，也可以修改密码。5.1.2 接收模块测试接收模块的测试过程中出现最主要的问题：不能正确解码。 此时调试的时候发射和接收联调， 发射电路发射信号， 接收电路接收。 调试过程中用示波器观察发射端和接收端是否有信号。 出现的问题是示波器显示发射和接收部分都有信号，引导码、系统码、系统反码的时序都正确，但就是接收模块的led不显示，最后发现是发射和接收电路离得太近了，必须离得稍微远一点才可以正确接收。5.2 红外线防盗报警系统的性能分析此红外线报警系统属于主动式红外线对射防盗报警系统，主要由系统自发发射接收

59、红外线， 由发射电路部分通过红外线发射管发射红外线，然后通过红外线接收电路中的红外接收管接收红外线， 正常的情况下，发射与接收活动正常进行，一旦有人闯入， 使得接收中断， 此时就通过线路连接反映给单片机系统电路，通过软件设计部分来使单片机及时掌握是否有人闯入使红外线接收受阻的信息，从而控制报警器电路的发光管与蜂鸣器部分同时进行声光报警。以上是该红外线防盗报警系统的主要实现过程。 该系统所使用的都是一些新型实用的芯片，性能优良价格便宜， 软件设计方面也十分简单， 适用于开发实用型家庭防盗报警器，且系统适用于一般家庭的220v 电压，原理简易，安装和使用都非常方便。6 心得与体会这次课程设计时间四

60、周， 学分四个， 而且是四个人一组， 是至今为止学分最重的一个，这个特殊性也让我们组的人对这次课设特别重视，大家积极性也很高，我们组大家一起齐心协力焊板子，编软件，调程序，写报告，配合的都很好，分工也很明确， 最开始的一周是焊电路板， 我们的课题需要焊两块电路板，所以任务艰巨，而且 led电路硬件连线特别复杂， 特别容易接错。 软件的编写也是工作量很多的工程，我们通常熬到一两点编程序，还要不断的调试。通过对课题的设计， 很大程度的提高了自己各方面的能力，例如对书本基础知识的掌握程度，对资料的查找方法，对自己知识面的扩展都不得有相对的提高，但在这其中， 也有自己茫然和不知所措的一面，当初决定做此