安徽工程大学机电学院毕业设计（论文）
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。
R2 C1 Q1OUT Y2RS C2 R1Y1 FETR3Q2NPN R4Vcc3vVCC12v 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
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马明明：儿童反锁汽车内报警器的设计
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 300～450 MHz 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。
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图3-5 声音报警电路图
3.2.3 单片机的设计
单片机是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计数器等功能(可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路)集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统，在工业控制领域广泛应用。从上世纪80年代，由当时的4位、8位单片机，发展到现在的300M的高速单片机。
目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械以及各种智能机械了。因此，单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师。
本设计选用了美国Intel公司生产的51单片机。51单片机是对所有兼容Intel 8031指令系统的单片机的统称。该系列单片机的始祖是Intel的8031单片机，后来随着Flash rom技术的发展，8031单片机取得了长足的进展，成为应用最广泛的8位单片机之一，其代表型号是ATMEL公司的AT89系列，它广泛应用于工业测控系统之中。很多公司都有51系列的兼容机型推出，今后很长的一段时间内将占有大量市场。
51单片机的主要功能如下：
.8位CPU·4kbytes程序存储器(ROM) ·128bytes的数据存储器(RAM)
·32条I/O口线·111条指令，大部分为单字节指令 ·21个专用寄存器
·2个可编程定时/计数器·5个中断源，6个优先级 ·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;
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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。
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3-1 AT89C51单片机引脚分配 引脚 功能说明 接收外接传感器控制信号 复位 控制外接电路 中断 供电电压 接地 P1.0 RESET P3.1（TXD） P3.2 VCC GND 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。
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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1/12us，故而一个机器周期为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。
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