红外感应式门铃的设计说明书

XXX(设计)感应式门铃的设计摘要本设计的红外线感应电子门铃，有两种功能：迎宾和防盗。当主人在家的时候可以开启迎宾功能，门铃可以感应到来宾并发出音频信号以通知主任“有客来访”。当主人要离开家时，可开启防盗功能。在启动防盗20秒后（为了防止误把主人当做小偷），启动布防。电路能探测人体发出的红外线，该红外线感应电子门铃电路由红外线发射电路、红外线接收电路、低频振荡器、音频振荡器和音频输出电路等组成。当人进入感应的区域内，即可发出铃声或者报警声，适用于家庭、办公室、仓库、实验室等比较重要场合的铃声和报警。概述了红外辐射的知识、反射式红外传感器的结构和工作原理。利用反射式红外传感器设计了一种被动式红外报警电路,分析了该电路的功能和工作原理。反射式红外传感器具有很多的优点,在人们生活、安全、警戒等装置中应用较广。关键词：单片机红外线反射式感应门铃

ThedesignofinductiontypedoorbellAbstract

Thedesignoftheinfraredelectronicbell,therearetwokindsoffunctions:welcomeandsecurity.WhenthemasterinthehomecanbeopenedWelcomefunction,thedoorbellcaninductiontotheguestandtheissueofaudiosignaltoinformthedirectorofthe"guests".Whenthemastertoleavehome,canopentheanti-theftfeature.Atthestartoftheftafter20seconds(inordertopreventthemisuseoftheownerasathief),start.Circuitcandetectthehumanbodyemitsinfrared,theinfraredinductionelectronicdoorbellcircuitiscomposedofaninfraredemissioncircuit,infraredreceivingcircuit,alowfrequencyoscillator,audiooscillatorandanaudiooutputcircuit.Whenpeopleentertheareaoftheinduction,youcansendoutthesoundoftheringoralarm,forfamily,office,warehouse,laboratoryandotherimportantoccasionsofthebellandalarm.Thestructureandworkingprincipleofinfraredradiationandreflectiveinfraredsensoraresummarized..Apassiveinfraredalarmcircuitwasdesignedbyusingreflectiveinfraredsensor,andthefunctionandworkingprincipleofthecircuitwereanalyzed..Reflectiveinfraredsensorhasalotofadvantages,anditiswidelyusedinpeople'slife,safetyandsecurity..

Keywords:singlechipinfraredreflectiontypesensordoorbellKeywords:singlechipinfraredreflectiontypeinductiondoorbell

目录第一章绪论 11.1课题来源 11.2课题研究背景 21.3基本工作原理 21.4设计在国内外研究现状 2第二章系统设计 42.1系统方案 42.2热释红外传感器HC-SR501概述 52.2.1基本内容 52.2.2使用时注意事项 52.2.3电器参数和图片 62.3STC89C51单片机 62.3.1基本介绍 62.3.2基本功能 72.3.3仿真功能 72.3.4电路和引脚图 82.4语音模块 92.4.1迎宾语音模块 92.4.2防盗语音模块 9第三章实验 123.1电路设计 123.1.1电路的原理图 123.1.2电路的组成部分 123.1.3电路的工作原理 133.2电路原理图、PCB板图的设计 143.2.1使用相关软件的介绍 143.2.2如何绘制原理图 143.2.3PCB板的生成 143.3Protel使用常见问题 143.4做板 163.5焊接、组装 173.5.1焊接 173.5.2组装 173.6调试、结果 18总结与展望 19致谢 20参考文献 21第一章绪论1.1课题来源红外线(Infraredrays)它是一种光线，由于它的波长相比红色光还长，超出了肉眼可以识别的范围，所以我们看不见它。红外线是由德国科学家霍胥尔于1800年发现的，又称之为红外热辐射。通常把波长在0.75～1000μm范围内的光都称为红外线，并可以按照光波波长继续细分为三部分，即近红外线，波长为0.75～1.50μm之间；中红外线，波长为1.50～6.0μm之间；远红外线，波长为6.0～l000μm之间。红外对射的特点是它不影响周边环境、不干扰其它设备，红外线虽说是一种光线，但它又不同于普通可见光，它不会被察觉，所以不会干扰到人们的正常生活。可以使用一对红外线发射与接收的装置，构成红外线的对射系统，称为主动式红外线应用系统。当红外线收、发装置之间的隐形光路被阻挡时，接收装置可以立即察觉到，发出警示信号。利用这种对射系统，可以很方便地构建各种隐蔽的防盗警戒布控，还可以用于各种设备的安全防护或者自动控制方面，过探测特定空间中，一定波长范围内红外光线的位置移动，识别空间范围内是否有移动人体存在，达到安全警戒或者自动控制的目的。使用红外线做信号载波的优点很多：成本低、传播范围和方向可以控制（不会穿过墙壁，对隔壁家的电视造成影响）、不产生电磁辐射干扰，也不受干扰等等。因此被广泛地应用在各个技术领域中。所谓的感应式门铃是针对传统的按键门铃相对而讲的。传统的门铃都为按键门铃，正常使用寿命为一年（按20次/天为标准）。而红外线感应式门铃，可以取代人们按传统门铃的按钮的动作。直接由红外线感应人体红外线并触发门铃响起，节约了每年更换按钮的成本，避免了资源的浪费，环保，美观。亦可作为警报作用，极大推到了人们的智能水平。随着微电子技术、无线技术和网络技术的飞速发展以及人们生活水平的大幅度提高，更廉价、功能更多、性能更好的无线遥控音乐门铃不断被研究并生产流入市场。本设计是在指导老师给定课题的基础上经过分析利用红外线传感器探测人体发射回来的红外线信号原理设计出来的红外线感应门铃。内容广泛，灵活应用。课题利用51单片机，语音芯片以及热释红外线传感器原理设计而成的典型电路。电路设计简单，能够应用到很多领域，实用价值较高，可以起到迎宾与防盗的作用。1.2课题研究背景就目前市面上常见的防盗报警器如压力触发式报警器，遮光式报警器，开关电子防盗报警器等，这些常见的报警器都存在一些缺陷。比如压力式触发报警器容易引起误报和失报，它的可靠性偏低。遮光式报警器容易受到其他光线干扰，比如窗外的太阳光和反射光就能引起误报，所以它的可靠性不不高。还有缺乏隐蔽性和保密性，不能及时迅速的将报警信息传送到户主手中等等。而闭路电视防控系统的安装和使用复杂，而且面临线路被切断的隐患，价格也比较昂贵，不利于在老百姓中广泛普及。红外遥控电路功耗低，可靠性高，外界抗干扰能力强，相互干扰小，在现代生活中应用的较为广泛，例如红外线医疗器械、红外线通讯、红外线摄像、红外线加热、红外线遥控等，红外线遥控只是红外线众多应用中的一部分，目前在家用电器中广泛应用的彩电遥控器、录像机遥控器，VCD机遥控器、高保真音响遥控器等，都采用了红外线遥控，它使这些家用电器的控制变得十分简单、方便。1.3基本工作原理设计的主体是热释电型红外传感器HC-SR501。人体都有恒定的体温，一般在37度，所以会发出特定波长10UM左右的红外线，被动式红外探头就是靠探测人体发射的10UM左右的红外线而进行工作的。人体发射的10UM左右的红外线通过菲泥尔滤光片增强后聚集到红外感应源上。红外感应源通常采用热释电元件，这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，单片机接收到电荷信号后调用寄存器中的指令，这些指令是经过Keil软件通过电脑编译而成的汇编语言，便于单片机识别和调用。指令通过串口线发送到语音芯片并使其发出音频。1.4设计在国内外研究现状目前感应式门铃主要分光感应式和红外感应式。光感应式门铃主要是通过人体反射光线，改变光敏电阻的阻值来让电路产生变化并触发电路，其感应的灵敏度与物体反射率有较大的关系，并且从实际使用的角度来说容易收到很多因素的干扰。因为它的传感核心是光敏电阻，光敏电阻对大部分可见光都游反应变化，故光线变化可能会触发门铃响应。而红外感应虽然价格比较高，但有点是误报极少，加上传感器上的菲涅尔透镜，从而使误报率达到最低。红外感应式门铃性能卓越，节能易用，灵敏度强，更适合市场的需要，更贴近消费者的生活内容。在生活中的大部分场合之内可以方便，环保的使用，适合现代人类的生活方式[1]。报警系统是以保护社会公共安全为目的，然后运用安全防范工具和其它相关电子产品所构成的防入侵报警系统、视频安全监控系统、出入口控制系统、停车场管理系统、防爆安全检查系统等，或由这些系统子系统组合或集成的电子系统或网络系统。报警系统与人们的生活之间息息相关，随着现如今经济的发展，人民生活水平的提高，报警系统更成为了构建社会防控体系、维护社会稳定的重要组成部分，并受到社会广泛的关注。随着科技的提高，电子电器飞速发展，我们的生活水平有了很大提高。各许多家庭也拥有贵重的家庭电器等物品。正因如此，一些不法分子也越来越多。正是因为不法分子看到了大部分人防盗意识不够强所造成的结果，因此越来越多的居民家庭对财产安全问题十分担忧。报警系统则在这时为人们解决了大部分问题。但是市场上的报警系统大部分是适用于一些较大公司的重要机构。其价格昂贵，使普通家庭难以承受。如果设计一种价格低廉，性能可靠的报警系统，将在私人财产的防盗领域起到巨大作用。由于红外线是不可见光，隐蔽性能良好，因此在防盗、警戒等安保装置中被广泛应用。第二章系统设计2.1系统方案打开开关，并选择工作模式（迎宾或防盗）打开开关，并选择工作模式（迎宾或防盗）热释电红外传感器感应到人体红外线，电荷失衡而发射电荷热释电红外传感器感应到人体红外线，电荷失衡而发射电荷51单片机IO接口接收电荷，通过编写好的程序处理高低引脚，将信号发布到音频电路51单片机IO接口接收电荷，通过编写好的程序处理高低引脚，将信号发布到音频电路音频电路根据之前选择的工作模式，调用扬声器或蜂鸣器工作音频电路根据之前选择的工作模式，调用扬声器或蜂鸣器工作图2-1本方案的基本原理框架图输出振荡信号：接通电源后，热释电红外传感器接收人体发出的红外线，向单片机发出震荡信号接收信号并发出指令：51单片机接收信号并向音频电路发出指令；音频、低频振荡器工作：语音芯片开始工作，发出音频信号；音频电路工作：信号通过音频电路接收，经三极管放大信号然后输出信号，扬声器开始工作，发出声音。2.2热释电红外传感器HC-SR501概述2.2.1基本内容主要是由一种高热电系数的材料，如锆钛酸铅系陶瓷、硫酸三甘钛等制成尺寸为2*1mm的探测元件。在每个探测器内装入一个或多个探测元件，并将两个探测元件以其反极性串联，从而抑制由自身温度升高而产生的信号干扰。探测元件将探测并接收到的红外辐射转变成微弱的电压信号，经装在探头内的场效应管放大后向外输出。为了提高探测器的探测灵敏度以增大探测距离，一般在探测器的前方装设一个菲涅尔透镜，该透镜用透明塑料制成，呈椭圆状，将透镜的上、下两部分各分成若干等份，制成一种具有特殊光学系统的透镜，以达到更好的接收信号。它和放大电路相配合，可将信号放大70分贝以上，这样就可以测出10~20米范围内人的行动[2]。

菲涅尔透镜拥有透镜的特殊光学原理，可以在探测器前方产生一个相互交替变化的“盲区”和“高灵敏区”，以提高它的探测接收灵敏度。当有人从透镜前走过时，人体所发出的红外线就不断地交替从“盲区”进入“高灵敏区”，这样就可以使接收到的红外信号以脉冲形式输入，从而强其能量幅度[12]。

人体辐射的红外线中心波长为9~10--um之间，而该传感器的波长灵敏度在0.2~20--um范围内，较为稳定。在传感器顶端开了一个装有滤光镜片的窗口，该滤光片允许通过光的波长范围为7~10--um之间，正好适合于人体红外辐射的探测范围，而其它波长的红外线则由滤光片进行吸收，这样便形成了一种可用于专门探测人体辐射的红外线传感器。

被动式热释电红外探头的优缺点：优点：本身不发任何类型的辐射，体积小，器件功耗较小，隐蔽性高，容易购买，价格低廉。缺点：1容易受外界各种热源、光源干扰2被动红外穿透力差，从而造成人体的红外辐射被遮挡，不易被探头接收3当使用时外界温度和人体温度接近时，探测的灵敏度明显下降，有时甚至造成短时失灵。2.2.2使用时注意事项一、直流工作电压必须符合我们所需要的数值，过高和过低都会影响到感应性能，而且要求电源必须经过良好的稳压滤波，例如手机充电器电源、电脑USB电源、比较旧的层叠电池都无法满足模块工作要求，建议用变压器的电源并且经过三端稳压芯片稳压后再通过220UF和0.1UF的电容滤波后再供电。二、调试时人体应尽量远离感应区域，有时人体虽然不在模块的正前方，但是人体如果离模块太近时模块也能感应到，造成电路一直有输出。还有调试时人体不要触摸电路部分，这样也会影响模块工作，比较科学的办法是将输出端接一个LED，将模块用报纸盖住，然后人离开这个房间，等2分钟后看看模块是否还是一直有输出。三、模块不接负载时能正常工作，接上负载后工作紊乱，出现这种现象一种原因是由于电源的电量容量较小而负载比较耗电，负载工作时引起的电压波动会导致模块误动作。另一种原因是负载通电工作时会产生干扰，例如继电器或者电磁铁等感性负载会产生反向电动势，315M发射板工作时会有电磁辐射等都会影响模块。解决办法如下：A、电源部分加电感滤波。B、采用负载和模块使用不同的电压的方法，例如：负载使用24V工作电压，模块使用12V工作电压，其间用三端稳压器隔离。C:使用更大容量的电源。

四、人体感应模块应在室内使用并且使用时避免阳光、强烈灯光直接照射，如果工作环境有强大的射频干扰，可以采用屏蔽措施。若遇有强烈气流干扰，关闭门窗或阻止对流。感应区尽量避免正对着发热电器和物体以及容易被风吹动的杂物和衣物。

五、人体感应模块建议安装在密封的盒里，否则可能一直会有输出信号。

六、如果实验时有要求人体感应模块的探测角度小于90度，可以通过用不透明胶纸遮挡住镜片或裁剪缩小镜片来实现。

七、人体感应模块应采用双元探头，人体的四肢脚和头部运的动方向与感应灵敏度之间有着密切的联系，而且红外模块的特性决定了其无法精确控制感应距离。

八、模块中的探头（PIR）既可以装焊在电路板的另一面，同时也可将探头用双芯屏蔽线有限延长，长度在20厘米以内为宜。2.2.3电器参数和图片表2.2HC--SR501人体感应模块电气参数产品型号HC--SR501人体感应模块工作电压范围直流电压4.5-20V静态电流<50uA电平输出高3.3V/低0V触发方式L不可重复触发/H重复触发(默认重复触发)延时时间0.5-200S(可调)可制作范围零点几秒-几十分钟封锁时间2.5S(默认)可制作范围零点几秒-几十秒电路板外形尺寸32mm*24mm感应角度<100度锥角工作温度-15-+70度感应透镜尺寸直径:23mm(默认)

图2-2人体感应模块

1.工作电压：DC5V至20V

2.静态功耗：65微安

3.电平输出：高3.3V，低0V

4.延时时间：可调(0.3秒~18秒)

5.封锁时间：0.2秒

6.触发方式：L不可重复，H可重复，默认值为H(跳帽选择)

7.感应范围：小于120度锥角，7米以内

8.工作温度：-15~+70度

模块特性：

1、这种探头是以探测人体辐射为目标的。所以热释电元件对波长为10UM左右的红外辐射必须非常敏感。

2、为了仅仅对人体的红外辐射敏感，在它的辐射照面通常覆盖有特殊的菲泥尔滤光片，使环境的干扰受到明显的控制作用。

3、被动红外探头，其传感器包含两个互相串联或并联的热释电元。而且制成的两个电极化方向正好相反，环境背景辐射对两个热释元件几乎具有相同的作用，使其产生释电效应相互抵消，于是探测器无信号输出。

4、一旦人侵入探测区域内，人体红外辐射通过部分镜面聚焦，并被热释电元接收，但是两片热释电元接收到的热量不同，热释电也不同，不能抵消，经信号处理而报警。

5、菲泥尔滤光片根据性能要求不同，具有不同的焦距(感应距离)，从而产生不同的监控视场，视场越多，控制越严密。

触发方式：

L不可重复，H可重复。可跳线选择，默认为H。

A.不可重复触发方式：即感应输出高电平后，延时时间一结束，输出将自动从高电平变为低电平。

B.可重复触发方式：即感应输出高电平后，在延时时间段内，如果有人体在其感应范围内活动，其输出将一直保持高电平，直到人离开后才延时将高电平变为低电平(感应模块检测到人体的每一次活动后会自动顺延一个延时时间段，并且以最后一次活动的时间为延时时间的起始点)。

可调封锁时间及检测距离调节：

1、封锁时间：感应模块在每一次感应输出后(高电平变为低电平)，可以紧跟着设置一个封锁时间，在此时间段内感应器不接收任何感应信号。此功能可以实现(感应输出时间和封锁时间)两者的间隔工作，可应用于间隔探测产品；同时此功能可有效抑制负载切换过程中产生的各种干扰。(默认封锁时间2.5S)

2、调节检测距离

光敏控制：

模块预留有位置，可设置光敏控制，白天或光线强时不感应。光敏控制为可选功能,出厂时未安装光敏电阻。

模块优缺点：

优点：

本身不发任何类型的辐射，器件功耗很小，隐蔽性好。价格低廉。

缺点：

容易受各种热源、光源干扰

被动红外穿透力差，人体的红外辐射容易被遮挡，不易被探头接收。

易受射频辐射的干扰。

环境温度和人体温度接近时，探测和灵敏度明显下降，有时造成短时失灵。

模块抗干扰：

1、防小动物干扰

2、防电磁干扰

3、防强灯光干扰2.3STC89C51单片机2.3.1基本介绍51单片机是指所有兼容Intel8031指令系统的单片机的统称。该系列的单片机始祖是Intel系列的8031单片机，后来随着Flash技术的发展，8031单片机取得了长足的发展与进步，成为应用的最多的8位单片机之一，其代表型号是ATMEL公司的AT89系列，它广泛应用于各行各业的测控系统之中。很多公司目前都有51系列的兼容机型推出，预计在今后很长的一段时间内将占有大量市场。51单片机是相对基础入门的一个单片机，同时还是应用的最多的一种。这里需要特别注意的是52系列的单片机一般不具备自编程能力。2.3.2基本功能8位CPU·4kbytes程序存储器(ROM)(52为8K)·128bytes的数据存储器(RAM)（52有256bytes的RAM）·32条I/O口线拥有111条指令，大部分为单字节指令图2-323个引脚·2个可编程定时/计数器，5个中断源，2个优先级（52有6个）·一个全双工串行通信口·外部数据存储器寻址空间为64kB·外部程序存储器寻址空间为64kB·逻辑操作位寻址功能·双列直插40PinDIP封装·单一+5V电源供电CPU：由运算和控制逻辑组成，同时还包括中断系统和部分外部特殊功能寄存器；RAM：用以存放可以读写的数据，如运算的中间结果、最终结果以及欲显示的数据；ROM：用以存放程序、一些原始数据和表格；I/O口：四个8位并行I/O口，既可用作输入，也可用作输出T/C：两个定时/记数器，既可以工作在定时模式，也可以工作在记数模式；五个中断源的中断控制系统；一个全双工UART（通用异步接收发送器）的串行I/O口，用于实现单片机之间或单片机与微机之间的串行通信；片内振荡器和时钟产生电路，石英晶体和微调电容需要外接。最佳振荡频率为6M—12M。2.3.3仿真功能电脑仿真Proteus自从有了单片机的同时也就有了开发系统，随着单片机的发展开发系统也在不断的进步。keil是一种先进的单片机集成开发系统，它代表着汇编语言单片机开发系统的现阶段最新技术，首创多项便利技术，将开发的编程/仿真/调试/加密等过程同时完成，中间不须再进行任何编译或汇编[16]。功能特性1，可以仿真63K程序空间,接近64K的16位地址空间；2，可以仿真64Kxdata空间,全部64K的16位地址空间；3，可以真实仿真全部32条IO脚；4，完全兼容keilC51UV2调试环境,可以通过UV2环境进行单步,断点,全速等操作；5，可以使用C51语言或者ASM汇编语言进行调试；6，可以非常方便地进行所有变量观察,包括鼠标取值观察,即鼠标放在某变量上就会立即显示出它此的值；7，可选使用用户晶振，支持0－40MHZ晶振频率；8，片上带有768字节的xdata,您可以在仿真时选使用他们,进行xdata的仿真；9，可以仿真双DPTR指针；10，可以仿真去除ALE信号输出.；11，自适应300-38400bps的所有波特率通讯；12，体积非常细小,非常方便插入到用户板中.插入时紧贴用户板,没有连接电缆,这样可以有效地减少运行中的干扰,避免仿真时出现莫名其妙的故障；13，仿真插针采用优质镀金插针,可以有效地防止日久生锈,选择优质园脚IC插座，保护仿真插针，同时不会损坏目标表上的插座.；14，仿真时监控和用户代码分离,不可能产生不能仿真的软故障；15，RS-232接口不计成本采用MAX202集成电路,串行稳定稳定可靠,绝非一般三极管的简易电路可比。功能限制仿真器占用单片机串口及定时器2，与KeilC(PC)通讯，故不支持串口及定时器2的仿真功能。全速运行时单片机串口及定时器2可供用户使用。使用方法1．将仿真器插入需仿真的用户板的CPU插座中，仿真器由用户板供电；2．将仿真器的串行电缆和PC机接好，打开用户板电源；3．通过keilC的IDE

开发仿真环境UV2下载用户程序进行仿真、调试。硬件说明1、使用用户板的晶振：仿真器晶振旁有两组跳线用来切换内部晶振和用户板晶振，当两个短路块位于仿真器晶振一侧时，默认使用仿真板上的晶振（11.0592MHz）,当两个短路块位于电容一侧时，使用用户板的晶振。2、为便于调试带看门狗的用户板，仿真器的复位端未与用户板复位端相连；故仿真器的复位按钮只复位仿真器，不复位用户板；若要复位用户板，请使用用户板复位按钮。2.3.4晶振电路，复位电路与引脚图图2-4复位电路图2-5晶振电路图2-6引脚图2.4语音模块2.4.1迎宾语音模块本模块是通过单片机驱动语音芯片，语音芯片中存有“欢迎光临”的MP3，然后语音芯片驱动扬声器，发出迎宾音乐。单片机驱动语音芯片有两种控制模式，此次设计选用的是串行控制模式。语音芯片的类型有许多，在本设计中采用的是ISD4004-08语音芯片/录音芯片。该芯片可以自己录想要的音。

ISD4004系列工作电压3V,单片录放时间8至16分钟,音质好,适用于移动电话及其他便携式\t"/product/infomation/49615/_blank"电子产品中。芯片采用CMOS技术,内含振荡器、防混淆滤波器、平滑滤波器、音频放大器、自动静噪及高密度多电平闪烁存贮陈列。芯片设计是基于所有操作必须由微控制器控制,操作命令可通过串行通信接口(SPI)送入[8]。芯片采用多电平直接模拟量存储技术,每个采样值直接存贮在片内闪烁存贮器中,因此能够非常真实、自然地再现语音、音乐、音调和效果声,避免了一般固体录音电路因量化和压缩造成的量化噪声和"金属声"。采样频率可为4.0,5.3,6.4,8.0kHz,频率越低,录放时间越长,而音质则有所下降,片内信息存于闪烁存贮器中,可在断电情况下保存100年(典型值),反复录音10万次。这款芯片操作简单移动，你在单片机编写录音程序，调用语音芯片录音，录音成功后语音芯片会返回当前录进去的音的地址给你，你可以用一个变量来储存，以后要播放声音时可以编写程序播放这个地址的声音。由于各种技术问题，所以我的设计中并没有采用录音，而是在线下载MP3到芯片中。图2-8串行模式引脚图2.4.2防盗语音模块相对于迎宾模块，本模块相对简单一些，三极管驱动蜂鸣器发出报警信号。不过相对于迎宾语音模块，本模块有一些小改动，那就是设置布防后整个语音模块有20秒的缓冲，是因为考虑到在实际应用中如果在启动布防后直接调用语音模块，那可能会把主人当做入侵者，所以设计了这一较为人性化的功能。蜂鸣器是一种结构一体化的电子讯响器，在电路中用字母“H”或“HA”（旧标准用“FM”、“LB”、“JD”等）表示。供电方式是直流电压供电，其能以某个固定频率发出声音，如嘀嘀嘀，嘟嘟嘟等。蜂鸣器根据激发方式不同主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型，通常在计算机、复印机、报警器、儿童玩具、打印机、汽车电子设备、电话、定时器等电子产品中起到发声器件的作用。由于自激蜂鸣器是通过直流电压驱动的，不需要利用交流信号进行驱动，所有只需对驱动口输出驱动电平并通过三极管放大驱动电流就能使蜂鸣器发出声音。这里只对必须用1/2duty的方波信号进行驱动的他激蜂鸣器进行说明。单片机驱动他激蜂鸣器的方式主要有两种：一种是利用PWM输出口直接驱动，另一种是利用I/O定时翻转电平所产生的驱动波形对蜂鸣器进行驱动。PWM输出口直接驱动是利用PWM输出口本身可以输出一定的方波来直接驱动蜂鸣器。在单片机的软件设置中有几个系统寄存器是用来设置PWM口的输出的，可以设置占空比、周期等等，通过设置这些寄存器产生符合蜂鸣器要求的频率的波形之后，只要打开PWM输出，PWM输出口就能输出该频率的方波，这个时候利用这个波形就可以驱动蜂鸣器了。比如频率为2000Hz的蜂鸣器的驱动，可以知道周期为500μs，这样只需要把PWM的周期设置为500μs，占空比电平设置为250μs，就能产生一个频率为2000Hz的方波，通过这个方波再利用三极管就可以去驱动这个蜂鸣器了。而利用I/O定时翻转电平来产生驱动波形的方式会比较麻烦一点，必须利用定时器来做定时，通过定时翻转电平产生符合蜂鸣器要求的频率的波形，这个波形就可以用来驱动蜂鸣器了。比如为2500Hz的蜂鸣器的驱动，可以知道周期为400μs，这样只需要驱动蜂鸣器的I/O口每200μs翻转一次电平就可以产生一个频率为2500Hz，占空比为1/2duty的方波，再通过三极管放大就可以驱动这个蜂鸣器了。由于蜂鸣器的工作电流一般比较大，以致于单片机的I/O口是无法直接驱动的*（但AVR可以驱动小功率蜂鸣器），所以要利用放大电路来驱动，一般使用三极管来放大电流就可以了。蜂鸣器驱动电路一般都包含以下几个部分：一个三极管、一个蜂鸣器、一个续流二极管和一个电源滤波电容。1．蜂鸣器发声元件，在其两端施加直流电压（有源蜂鸣器）或者方波（无源蜂鸣器）就可以发声，其主要参数是外形尺寸、发声方向、工作电压、工作频率、工作电流、驱动方式（直流/方波）等。这些都可以根据需要来选择。2．续流二极管滤波电容蜂鸣器本质上是一个感性元件，其电流不能瞬变，因此必须有一个续流二极管提供续流。否则，在蜂鸣器两端会产生几十伏的尖峰电压，可能损坏驱动三极管，并干扰整个电路系统的其它部分。3．滤波电容滤波电容C1的作用是滤波，滤除蜂鸣器电流对其它部分的影响，也可改善电源的交流阻抗，如果可能，最好是再并联一个220uF的电解电容。4．三极管三极管Q1起开关作用，其基极的高电平使三极管饱和导通，使蜂鸣器发声；而基极低电平则使三极管关闭，蜂鸣器停止发声。第三章实验3.1电路设计3.1.1电路的原理图图3-1红外感应门铃原理图 图3-2红外感应门铃实物图3.1.2电路的组成部分如图所示，供电方式是一个DC插头，也可以接电池盒。总开关用的是自锁开关，自锁开关电路中起到电源的开关作用，常开的其中一脚接DC电源插口电源脚，常开的另一脚接电路的VCC。自锁开关的左侧有3个轻触按钮，摁下自锁开关后，摁左边的按钮，黄灯亮，门铃开启迎宾功能，然后摁右边的按钮，电路复位。摁中间的按钮，门铃启动防盗功能，有20秒的缓冲，绿灯闪烁，20秒过后红灯亮，检测到人蜂鸣器会工作。正中间的单片机是电路核心，STC89051单片机，负责处理电路中的各种电流电荷电平信号，下方的晶振是控制单片机执行程序速度的，左侧一个语音芯片，里面存有欢迎光临的MP4文件，语音芯片连接扬声器，构成迎宾功能的语音模块。右上方是热释电传感器HC-SR501，作为电路的人体感应模块。左侧是三极管驱动蜂鸣器，作为报警功能的语音模块。其他的一些原件，例如色环电阻和电容，就不做详述。3.2电路原理图、PCB板图的设计3.2.1使用相关软件的介绍当前电子技术发展日新月异，电子绘图和制板技术专业化程度越来越高，电子CAD技术已经成为专业基础技术。Protel99SE共分5个模块，分别是原理图设计、PCB设计、自动布线器、原理图混合信号仿真、PLD设计。美国ACCELtechnologies公司于1988年推出了当时非常受欢迎的电子线路CAD软件包—TANGO，可以说是Protel的前身，ProtelTechnology公司收购ACCELTechnologies公司，推出了protelforDOS软件作为TANGO升级版本。3.2.2如何绘制原理图（1）原理图的绘制a.打开PROTEL99SE,执行FILE—NEW—感应式门铃.ddb—Browse—保存到桌面。b.执行FILE—NEW—SchematicDocument,建立文件并命名为“感应式门铃.Sch”.c.执行FILE—NEW—SchematicLibraryDocument,建立文件并命名为“感应式门铃.Lib”.c.在库中画出所需要的集成电路、发光二极管、三极管、开关、电阻、电容等。d.将所有的元器件排好进行连线。3.2.3PCB板的生成a.执行Design—creatnetlist生成网络发生器表b.执行FILE—NEW—PCBDocument,建立文件并命名为“感应式门铃.Pcb”.c.执行FILE—NEW—PCBLibraryDocument,建立文件并命名为“PCB.lib”.d.一样的自己在库中画出所需的元器件f.排出PCB板PCB板图3.3Protel使用常见问题 1.原理图常见错误：ERC报告管脚没有接入信号：创建封装时给管脚定义了I/O属性；创建元件或放置元件时修改了不一致的grid属性，管脚与线没有连上；创建元件时pin方向反向，必须非pinname端连线。元件跑到图纸界外：没有在元件库图表纸中心创建元件。创建的工程文件网络表只能部分调入pcb:生成netlist时没有选择为global。当使用自己创建的多部分组成的元件时，千万不要使用annotate.2.PCB中常见错误：网络载入时报告NODE没有找到：原理图中的元件使用了pcb库中没有的封装；原理图中的元件使用了pcb库中名称不一致的封装；C多几次导出文件，做成新的DDB文件，减少文件尺寸和PROTEL僵死的机会。如果作较复杂得设计，尽量不要使用自动布线[5]。3.4做板对于现代电子产品来说，电路板设计是从理论变为实践的必经之路，电路板设计的合理性与产品的生产及产品的质量密切相关，巧妇难为无米之炊，没有好的电路板设计，谁也做不出完美的成品。设计选用的电路板是环氧树脂板,这是因为环氧树脂与铜箔有极好的粘合力,铜箔的附着强度与工作温度较高,可以在260度的焊锡熔中不起泡。同时也可使用覆铜聚四氟乙烯玻璃布层压板。不同的材料有各自的优缺点，由于调试中可能因为各种原因而更换元器件，所以要着重考虑到铜箔的粘合力。线路板的好坏直接影响到电路里元器件的性能，一些不好的线路板，会导致信号产生歧变，产生本底噪音生尖峰脉冲干扰等。为了尽量避免这些影响，线路板在排线时尽量做到：接照信号的传输线路由小到大的顺序在电路板上各自的布置各元器的位置，尽量缩短各元器件之间的距离，以减少外部干扰的引入和不必要的干扰，如飞线或者短路。在供电线路中，有大电流过的路径应尽量设计得实一些，以降低电源内阻的影响，使电流能够顺利通过。在供电线路中，应尽量避免大电流的印刷电路式导线交错布置在小电流通路的中间附近，以免造成对小电流电路的干扰。走线时，应尽量走大于90度的电路以防止产生尖峰脉冲造成干扰。在焊接的过程中首先将体形小的元器件比如贴片电阻、瓷片电容先焊接好，然后再焊接芯片的插脚座和其他体积较大的元器件。焊接好后用数字万用表来检测电路是否有短路，断路以及虚焊现象。3.5焊接、组装3.5.1焊接焊接使用的方法是手工焊接方法中的一种：接触焊接。接触焊接是在加热的烙铁嘴或环直接接触焊接点时完成的。对烙铁环形式的焊接嘴也有多种设计结构。有两或四面的离散环，主要用于元件拆除。环的设计主要用于多脚元件，如集成电路((IC)；可是，它们也可用来拆卸矩形和圆柱形的元件。烙铁环对取下已经用胶粘结的元件非常有用。在焊锡熔化后，烙铁环可拧动元件，打破胶的连接。四边元件，如塑料引脚芯片载体(PLCC)，产生一个问题，因为烙铁环很难同时接触所有的引脚。如果烙铁环不接触所有引脚，则不会发生热传导，这意味着一些焊点不熔化。特别是在J型引脚元件上，所有引脚可能不在同一个参考平面上，这使得烙铁环不可能同时接触所有的引脚。这种情况可能是灾难性的，因为还焊接在引脚上的焊盘在操作员取下元件时将从PCB拉出来。焊接嘴与环要求经常预防性的维护。它们需要清洁，有时要上锡。可能要求经常更换，特别是在使用小烙铁嘴时。烙铁嘴或环安装在焊接工具上。焊接嘴用来加热单个的焊接点，而焊接环用来同时加热多个焊接点。焊接时，首先，电烙头要确认清洁，不能出现黑色的氧化物，如果有就用锉刀磨掉后马上粘松香补焊锡。焊锡丝与电路板、电烙铁与电路板之间的夹角最好成45度，这样焊锡与电烙铁夹角成90度。 将元器件的管脚对应好焊接电路板的焊接位置上，接着先将焊丝接触然后电烙头从下至上的较快速的上锡。焊接出来的焊点应该饱满，略有尖头，焊接时应确保焊锡完全粘附在铜片上，避免虚焊。焊接IC等芯片原件时，可以先在板子上焊上底座，安装在底座上有几个好处：如果芯片是坏的更换方便；实验完后可以取下来，而且引脚还是干净的，可重复利用；在调试的时候也比较容易检查错误。3.5.2组装 热释红外传感器在实际应用中会与主板分开，感应部分在室外，其余电路在室内，这样能够听清门铃的声音。所以传感器的安装位置需要注意一下需求，最好不要焊实。单片机应该放在电路中央，因为几乎所有的元器件都与单片机的引脚有关联，如果放在角落布线容易重叠，甚至可能造成短路。 电路中的发光二极管，极性电容在安装时，应注意管脚的极性，防止正负极的颠倒，导致电路损坏。

总结与展望进过一学期的打理，我的毕业论文总归是完成了。在做毕业设计的时候，会不经意的回想起已经过去的大学四年。本设计仅仅阐述了比较简单的红外感应功能，电路设计也可能比较简略。在大学中我的学习成果主要来自于课堂，课外阅读只占一小部分，也导致了我知识点的匮乏。在做设计的时候我深切的感受到，不管是学习还是生活，实践永远要高于理论，有许多东西只有上手了才能真正的理解。在以后的工作和生活中我也会继续秉承这种务实精神，做好自己。在刚拿到论文课题的时候，我的感觉一是比较新奇，而是觉得很容易。但真正做起来的时候发现无从下手，包括电路设计，元器件的选择，以及功能的实现，都让我有种云里雾里的感觉。并且这一学期我一直在接收java的培训，导致论文也只能周六周日去写，时间并不是很充沛，所以在中期一度有放弃的想法，幸好最后坚持了下来。在初期会