毕业设计论文儿童反锁汽车内报警器的设计

马明明：儿童反锁汽车内报警器的设计安徽工程大学机电学院毕业设计（论文）随着电子信息技术和计算机网络技术的发展、人们生活水平的提高和安防意识的增强，迫切需要价格低廉、运行可靠及智能化的自动报警系统应用到报警系统中。报警系统通过各种传感器实时采集现场的环境信息，通过无线的方式将信息传输给控制中心。目前世界智能化系统均向网络化布线及总线制控制相结合的方向发展，无线通讯技术也成为了当今的热点技术。报警系统也不可避免地跟进世界技术发展的潮流，在报警系统向远距离无线方向发展的过程中，报警系统是建筑智能化系统的一个子系统。依靠被探测物体本身发射出的红外线而工作，所以选用了被动式红外探测器。第3章系统硬件设计3.1系统的总体方案设计本设计总体上需要解决的主要任务是要检测车门锁的状态、车内是否有儿童、把人体的红外线能量转换成电信号、用处理过的电信号触发报警信号。该系统的总体设计框图如图3-1所示。图3-1系统总体设计框图3.2硬件模块的设计3.2.1被动式红外报警器的设计红外线(PIR)传感器是80年代发展起来的一种新型高灵敏度探测元件，是一种能检测人体发射的红外线而输出电信号的传感器，它能组成防入侵报警器或各种自动化节能装置。它能以非接触形式检测出人体辐射的红外线能量的变化，并将其转换成电压信号输出。将这个电压信号加以放大，便可驱动各种控制电路。被动式红外报警器具有价格便宜、设计合理、性能稳定、元器件简单、抗干扰能力强、准确报警等优点。该报警器适用于室内外各种场合的防盗、防火,可以昼夜监测,可以长期连续工作。它可以完成武器库、弹药库、储备库、金库、机要档案室、商店、展览馆、博物馆、工厂车间等场合的保安工作。对于大型仓库及分散场所,可同时采用多台报警器联合监测方法确保完成保安工作。被动式红外报警器的特点是:1.由于它依赖人体自身发出的自然辐射,因此具有良好的隐蔽性,不会被入侵者探知；2.采用优质双光敏热释电探测器,具有消除环境温度变化的效应,从而防止误报；3.探测器上加有滤光片,响应峰值波长为人体辐射波长,对非人体辐射具有较好的抗干扰能力；4.该仪器无发射源,功耗低,交、直流两用,可长距离传输报警信息；5.仪器电路有完好的射频滤波及其它滤波等屏蔽措施,因此抗无线电干扰及杂波干扰能力强。其工作原理是根据电路无发射部分，仅仅由接受部分电路组成。它依靠被探测物体本身发射出的红外线而工作。被动式红外电路的一般性原理框图如图3-2所示。图3-2被动式红外的原理框图红外传感器把接收到的红外光转换成电信号,放大及处理电路先对转换后的微弱信号进行放大,然后按某种方进行处理。执行电路对前面送来的信号进行指示、记录、显示或执行一定的动作。本设计所用的被动式红外传感器采用了双探测元的结构。其工作电路原理及设计电路如图3-3所示,在VCC电源端利用C1和R2来稳定工作电压，同样输出端也多加了稳压元件稳定信号。当检测到人体信号时，电荷信号经过FET放大后，经过C2，R1的稳压后使输出变为高电位，再经过NPN的转化，输出OUT为低电平。图3-3被动式红外传感器原理图被动式红外传感器其内部的热电元由高热电系数的铁钛酸铅汞陶瓷以及钽酸锂、硫酸三甘铁等配合滤光镜片窗口组成，其极化随温度的变化而变化。为了抑制因自身温度变化而产生的干扰，该传感器在工艺上将两个特征一致的热电元反向串联或接成差动平衡电路方式，因而能以非接触式检测出物体放出的红外线能量变化，并将其转换为电信号输出。被动式红外传感器在结构上引入场效应管的目的在于完成阻抗变换。由于热电元输出的是电荷信号，并不能直接使用，因而需要用电阻将其转换为电压形式，该电阻阻抗高达104MΩ，故引入的N沟道结型场效应管应接成共漏形式，即源极跟随器来完成阻抗变换。其由传感探测元、干涉滤光片和场效应管匹配器三部分组成。设计时应将高热电材料制成一定厚度的薄片，并在它的两面镀上金属电极，然后加电对其进行极化，这样便制成了热释电探测元。由于加电极化的电压是有极性的，因此极化后的探测元也是有正、负极性的。被动式红外传感器主要工作参数：工作电压：常用工作电压范围为3-15V；工作波长：通常为7.5-14um；源极电压：通常为0.4-1.1V，R约为47kΩ；输出信号电压：通常大于2.0V；检测距离：检测距离约为6-10m；水平角度：约为120°。图3-4为该电路的工作波形图。当未接收到红外线时,IC1输出Ua为低电平。由于V的跟随作用,IC2输入为低电平,其输出Ub为高电平。此时IC3处于稳态,输出Uc为低电平。当红外接收头接收到红外线后,IC1输出Ua跳变为高电平,IC2输出Ub跳变为低电平,此低电平触发IC3电路,其输出Uc立刻上跳为高电平。红外线开关电路就是用此高电平去控制其它执行电路动作的。红外头部分采用红外传感器KP2288和集成电路KC778B构成。IC2、IC3合用一块双极性NE556定时器。电源电压VCC为4-12V,电压越高,检测距离越远,可按需要选定。图3-4工作波形图3.2.2无线通信模块的设计无线发射模块采用FSK半双工工作方式，自动过滤噪声。具有自动避让功能，避免同频率同时发送而干扰，类似载波侦听，工作稳定可靠。模块集成数据输入天线信号发射输出功能，可以在300～450MHz范围内定制，发射功率达10mW，内部设有锁相环，最高接收数据速率可达50Kbps，使用简单，无需外加任何电路即可实现无线信号输入到数据信号输出。如下图3-5声音报警电路图所示，用一个Speaker、继电器、三极管和电阻接到单片机的TXD引脚上，外接VCC，构成报警电路，当TXD引脚被置高电平后，系统开始报警。图3-5声音报警电路图3.2.3单片机的设计将报警系统设计中所需要用到AT89C51单片机的引脚及其功能说明列出表格，以对报警系统设计有更好的了解与设计。如下表3-1所示：表3-1AT89C51单片机引脚分配引脚功能说明P1.0接收外接传感器控制信号RESET复位P3.1（TXD）控制外接电路P3.2中断VCC供电电压GND接地3.2.4放大电路的设计如下图3-6放大电路图所示。在电路中，当热释电红外传感器接收到人体信号时，输出一个微弱的低频电信号，其大小仅1mV，频率约为0.3Hz到3Hz，需要通过三极管放大至70dB-75dB。晶体管S9014是NPN三极管，其Ic静态工作电流达100mA，放大倍数最大可达1000倍。R9可以给S9014提供静态基极电压。放大后的信号由C6耦合至反相器74LS04输入端。74LS04反相器输出的是TTL电平，若探测器检测到有信号输入，输出低电平，即逻辑信号0,经51单片机处理，将产生报警。若无信号输入，则持续输出高电平，即逻辑信号1，经51单片机处理，将不产生报警。图3-6放大电路图3.2.5时钟电路的设计XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。因为一个机器周期含有6个状态周期，而每个状态周期为2个振荡周期，所以一个机器周期共有12个振荡周期，如果外接石英晶体振荡器的振荡频率为12MHZ，一个振荡周为而一个机器周期为1us。如下图3-7所示为时钟电路图。图3-7时钟电路图3.2.6复位电路的设计单片机在时钟电路工作以后,在RESET端持续给出2个机器周期的高电平时就可以完成复位操作。复位方法一般有上电复位和外部手动复位两种方式。上电复位是复位时在单片机接通电源后，对单片机的复位。本次设计采用的是外部手动按键复位电路。如图3-8复位电路图所示，当需要外部复位时，按下复位按钮即可达到复位目的。图3-8复位电路图

第4章软件的程序实现4.1主程序工作流程图按上述工作原理和硬件结构分析可知系统主程序工作流程图如图4-1所示：图4-1系统流程图4.2设计编程程序主程序如下：#include<reg52.h>typedefunsignedcharuint8;typedefunsignedintuint16;sbits1=P1^0;sbits3=P3^2;sbitlight=P3^0;sbitspeaker=P3^1;sbitzhishi=P1^2;voidbaojing(){ uint8counter;TMOD=0x01; TH0=0xB8; TL0=0x00; TR0=1; while(s3) { if(1==TF0) { TF0=0; TH0=0xB8; TL0=0x00; counter++; } if(25==counter) { counter=0; light=~light; speaker=~speaker; }}}voidzs(){zhishi=s3;zhishi=s1;}voidfun(){if(s1==0)baojing();}voidmain(){zs();fun();}

第5章原理图仿真5.1Proteus简介Proteus的ISIS是一款Labcenter出品的电路分析实物仿真系统，可仿真各种电路和IC，并支持单片机，元件库齐全，使用方便，是不可多得的专业的单片机软件仿真系统。该软件的特点:全部满足我们提出的单片机软件仿真系统的标准，并在同类产品中具有明显的优势；具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、RS-232动态仿真、C调试器、SPI调试器、键盘和LCD系统仿真的功能；有各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。目前支持的单片机类型有：68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各种外围芯片。支持大量的存储器和外围芯片。总之该软件是一款集单片机和SPICE分析于一身的仿真软件，功能强大，可仿真51、AVR、PIC。5.2Keil简介单片机开发中除必要的硬件外，同样离不开软件，我们写的汇编语言源程序要变为CPU可以执行的及其码有两种方法，一种是手工汇编，另一种是机器汇编。随着单片机开发技术的不断发展，从普遍使用汇编语言到逐渐使用高级语言开发，单片机的开发软件也在不断发展，Keil软件是目前最流行开发MCS-51系列单片机的软件，这从近年来各仿真机厂商纷纷宣布全面支持Keil即可看出。Keil提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境将这些部分组合在一起。5.3系统仿真编写的程序用Keil软件编译，采用protel绘制原理图，最后通过Proteus软件来进行软硬件联机仿真。结论与展望本设计详细的分析了儿童被锁车内的原因以及可能带来的后果，同时，该系统从多个角度出发，充分考虑可能引发事故的各种因素，并且经过一系列的分析和选取设计出了一套基于单片机和被动式红外探测器的报警系统，以解决儿童被误锁车内可能引起的各类问题。通过本课题的设计，我明白了热成像技术的原理是利用红外探测器探测和接收目标物体自身发射的红外辐射，并通过光电转换、电信号处理等手段将目标物体的温度分布图像转换成视频图像，该图像既反映了目标表面不同部位辐射红外线的强弱，也表明了该部位温度的高低。在设计的同时我也学习了单片机的有关内容，解决了51单片机的片内硬件基本结构、引脚功能、存储器结构和I/O端口的结构的连接和使用说明，以及有关特殊功能寄存器的基本知识和复位电路、时钟电路的设计。通过设计电路把各个模块联系在一起，实现了报警器的基本功能。总体方案设计基本正确可行，其主要功能得以实现，检测车内的情况准确可靠，具有较强的抗干扰性能力，为将来系统产品化打下了良好的基础。在设计本课题的同时我也意识到了一些此设计不足的地方。输出信号都是开关量，有无情况很容易识别，但由于信号线上受到空间电磁波的干扰，例如附近手机、电焊机等的工作，会导致误报，因此，实际电路中，要考虑到对信号进行特殊的处理，如在硬件上设置滤波电路，或采用比较器进行处理。关于被动式红外探测器电路可以设计声光报警器，可以增加对驾驶员的提醒作用。另外，在无线通信模块方面我选用了最简单的信号的发送、接受提醒。在车联网技术快速发展的时代，实现汽车与手机联网具有较高的价值，考虑到驾驶员可能注意不到汽车发出的报警信号，系统可以设置短信提醒的功能，也就是给驾驶员的手机发送短信。这就要求将驾驶员的手机与车载电路控制系统联机，在驾驶员离开驾驶位置后，仍能利用移动通信的技术将车内状态以手机短信的形式发送到驾驶员手机上，提示驾驶员车内仍有儿童存在，以便其及时采取措施，将儿童带出车外。这就要求车联网技术的发展，使得驾驶员对汽车性能的监控更加智能化。此外，考虑到驾驶员收到短信后不能及时赶回车内将儿童带出来的情况，系统还可以设置短信开锁的功能。由于启动了声光报警装置，会将附近的人或者警察吸引过来；驾驶员收到短信后意识到问题的严重性，若不能及时赶回，可回复指定内容或者代码的短信。当系统收到此短信，根据提前设置的功能，可以自动开启车门，以便警方或者他人及时将儿童带出车外，这样使事故的发生概率降到最低化。儿童反锁汽车内报警器具有很高的实用价值。在汽车如此繁多的今天，设计甚至制造出一套具有与汽车联网功能的报警器会有很大的市场。在日常工作和生活中,汽车已成为人们理想的交通工具。但随之而来的交通事故也逐渐增多,造成了人员伤亡及经济财产的损失。为了减少汽车事故的发生率,给拥有汽车的用户提供安全感,研制一种简单可靠、操作方便,能自动检测汽车各部分状况,发现不正常情况能给驾驶员发出报警提醒和防盗警报的安全系统具有实际意义。致谢经过一段时间的收集资料查找有关书籍，下载软件等方面的准备工作，开始着手系统的设计。在本次的设计中，要特别感谢指导老师郎璐红老师。郎老师在此次的设计方面给予了我很大的帮助。在查找资料和有关书籍的时候，郎老师给我推荐了几本非常有用的书，在经过阅读之后才有一点思绪。其次，在设计的期间碰到一些不明白的问题，老师也都耐心的一一解答。在设计过程中，老师每周都会检查我们的进展情况，督促我们按时完成设计。如果没有郎老师的帮助我会很难完成我的毕业设计。老师认真负责的工作态度，严谨的治学精神和深厚的理论水平都使我收益匪浅。她无论在理论上还是在实践中，都给予我很大的帮助，使我得到不少的提高，这对于我以后的工作和学习都有一种巨大的帮助，感谢她耐心的辅导。当然也要感谢我的同学们，因为在外地实习，常常因为一些书籍查阅不到而无法下手的时候，这时候我请同班同学帮助从图书馆借到我想用的书寄给我。另外，在设计时需要用到一些软件，有同学有的发给我一份，安装过后才能够画出原理图等等。十分感谢这些同学对我的帮助。还要感谢大学所有的老师们，他们的敬业精神对我影响很大。他们不仅教给了我知识还有如何去学习，如何让自己的大学光阴不虚度，过得有意义。非常感谢老师们的帮助。最后非常感谢学校培养了我四年。在大学的四年里面我学到了很多东西，不管是学习上的还是生活上的。让我养成良好的学习习惯和生活习惯，让我能督促自己每天进步一点。感谢学校对我的栽培。参考文献[1]严洁.单片机原理及其接口技术[M].北京：机械工业出版社，2010[2]蒋力培.单片微机系统使用教程[M].北京：机械工业出版社，2004[3]苏惠芹.单片机项目设计教程[M].北京：电子工业出版社，2009[4]苏晓燕..基于NFC技术的Android移动支付端的设计与实现[D].重庆：西南交通大学出版社，2013[5]麻友良.汽车电器与电子控制系统[M].北京：机械工业出版社，2013.[6]梁光清.基于被动式红外探测器的人体识别技术研究[D].重庆：重庆大学出版社，2009[7]李全利.单片机原理及接口技术[M].北京：北京航空航天大学出版社，2004[8]余永权.单片机应用系统的功率接口技术[M].北京：北京航空航天大学出版社，1993[9]张维平.汽车多功能报警器[J].电子世界，2000（2）：51[10]Themeasurementofoilconsumptionon