感應(yīng)式門鈴的設(shè)計(jì)

1、摘要：31 緒論31.1國內(nèi)外研究現(xiàn)狀41.2課題研究的背景及意義42.系統(tǒng)設(shè)計(jì)總述42.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案與原理42.2 AT89C51單片機(jī)的引出及特點(diǎn)52.2.1 AT89C51D的功能62.3熱釋電紅外探測器72.3.1 HN911紅外探測器原理及特點(diǎn)72.3.2 HN911紅外探測器的特點(diǎn)補(bǔ)充72.4 ADC0809簡介83.系統(tǒng)硬件及電路83.1鍵盤輸入電路83.2復(fù)位93.3顯示電路93.4揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)電路104.軟件設(shè)計(jì)104.1程序方框圖104.2模/數(shù)轉(zhuǎn)換測量124.3數(shù)據(jù)采集125.結(jié)束語136.致謝13感應(yīng)式門鈴的設(shè)計(jì)摘要：門鈴的出現(xiàn)大大簡化了生活的方便性，隨著現(xiàn)代社會(huì)的日

2、益發(fā)展，普通門鈴已不能滿足人類的生活需要。本論文基于單片機(jī)的感應(yīng)門鈴設(shè)計(jì)是以單片機(jī)為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)造價(jià)相對(duì)低廉；論文設(shè)計(jì)運(yùn)用熱釋電紅外傳感器的基本原理，設(shè)計(jì)一個(gè)置于店鋪門口的用于迎接顧客的紅外感應(yīng)式門鈴。它可根據(jù)顧客的進(jìn)出情況作出不同的反應(yīng)。研究結(jié)果表明門鈴電路設(shè)計(jì)方案能達(dá)到預(yù)想的效果，當(dāng)現(xiàn)場情況發(fā)生變化時(shí)，揚(yáng)聲器立即發(fā)出聲音，恢復(fù)原狀時(shí)則不提示，并可以根據(jù)需要來設(shè)置不一樣的聲音。利用51系列單片機(jī)進(jìn)行低成本感應(yīng)式門鈴的設(shè)計(jì)，能夠簡化系統(tǒng)構(gòu)成、降低設(shè)計(jì)成本、增強(qiáng)系統(tǒng)性能,滿足多種復(fù)雜場合的控制需求。關(guān)鍵詞：熱釋電紅外傳感器；單片機(jī)；揚(yáng)聲器Abstract：The advent of doorbell

3、s greatly simplifies the convenience of life, and as the modern society grows, the ordinary doorbell cannot meet the needs of human life. This paper is based on a single chip, which is designed to be relatively inexpensive based on a single chip. The paper designs the basic principle of thermal emis

4、sion infrared sensor, and designs an infrared sensor doorbell which is used to greet customers at the door of the shop. It can respond differently depending on the customers going in and out. The results show that the doorbell circuit design scheme can achieve expected effect, when the situation cha

5、nges, speaker sound, immediately restorable is not prompt, and can according to need to set up different voices. The use of 51 series microcontroller for low cost induction door bell design, can simplify the system structure, reduce design cost and enhance the system performance, meet the control de

6、mand a variety of complex situations.Keywords : Pyroelectric infrared sensor; microcontroller; speaker1 緒論 1.1國內(nèi)外研究現(xiàn)狀當(dāng)下國內(nèi)外對(duì)感應(yīng)門鈴的研究大致可分為兩種，即：光感應(yīng)式和紅外感應(yīng)式。對(duì)光感式門鈴影響最大的就是光照；它是利用光的反射原理，當(dāng)人物體遮擋住光照時(shí)，它的主要原件光敏電阻就會(huì)感受到光的變化進(jìn)而其阻值也發(fā)生很大的變化，進(jìn)而對(duì)電路產(chǎn)生作用；一定情況下還受被感應(yīng)物反射率的影響；缺點(diǎn)就是在黑暗或晚上時(shí)，不能工作。這樣為了彌補(bǔ)缺陷，紅外感應(yīng)式門鈴隨即產(chǎn)生。它會(huì)感應(yīng)被感應(yīng)物的特定紅

7、外線，進(jìn)而來觸發(fā)電路。光感式門鈴優(yōu)點(diǎn)之一就是價(jià)格便宜，但是誤報(bào)率高，因?yàn)樗袘?yīng)的核心器件是光敏電阻，光敏電阻對(duì)可見光大部分波長都反應(yīng)變化，故光線變化可能會(huì)觸發(fā)門鈴反應(yīng)；紅外感應(yīng)式門鈴的價(jià)格雖然昂貴，但它相對(duì)于光感式門鈴，誤報(bào)率是極低，這樣我們就從元器件的價(jià)格上來進(jìn)行更好的選擇，來補(bǔ)全感應(yīng)式們的高成本問題。紅外傳感器的產(chǎn)生對(duì)現(xiàn)代生活產(chǎn)生的影響是巨大的，但為了能適應(yīng)生活形態(tài)的復(fù)雜性，進(jìn)而就需要更加先進(jìn)的門鈴來彌補(bǔ)空缺?；趩纹瑱C(jī)的感應(yīng)式門鈴就是在不同的需求下產(chǎn)生不同的效果，很好的與現(xiàn)代社會(huì)進(jìn)行了銜接。1.2課題研究的背景及意義門鈴在我國的歷史中可以延伸很多年以前，門鈴的產(chǎn)生對(duì)人類的生活方式產(chǎn)的影響

8、也是巨大的；隨著時(shí)間的洗禮，門鈴的發(fā)展也發(fā)生了翻天覆地的變化。古時(shí)的門環(huán)到現(xiàn)在的有線門鈴再到無線門鈴，無一不在體現(xiàn)門鈴的發(fā)展。其用途也從發(fā)聲來提醒主人到發(fā)聲來歡迎客人的轉(zhuǎn)變，歡迎客人的延伸就是防盜門鈴；感應(yīng)式門鈴就這樣從中被發(fā)明出來。感應(yīng)式門鈴的用途場所很多，超市、商場、工廠；如果作為防盜鈴的話，可以應(yīng)用于銀行、金店等一些特別重要場所。但是現(xiàn)在市面上也出現(xiàn)了一些類似的感應(yīng)式門鈴，各種缺陷也應(yīng)運(yùn)而生。靈敏度低，價(jià)格貴，壽命短等等。所以現(xiàn)實(shí)是急需要研究出靈敏度高，價(jià)格低，壽命長，并且還讓其感應(yīng)更準(zhǔn)確，功能更完善，能讓感應(yīng)式門鈴在各種應(yīng)用場合中完美地起到迎賓、醒主和防盜報(bào)警作用。2.系統(tǒng)設(shè)計(jì)總述2.

9、1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案與原理 經(jīng)過查閱大量文獻(xiàn)資料和對(duì)主要元器件的研究，本設(shè)計(jì)采用新型的實(shí)用的紅外探測模塊HN911，ADC0809數(shù)模轉(zhuǎn)換器和89C51單片機(jī)構(gòu)成整個(gè)設(shè)計(jì)的核心元件。89C51具有兩個(gè)定時(shí)器T0與T1。通過控制定時(shí)器初值T0和T1，來實(shí)現(xiàn)端口輸出不同占空比的脈沖波形。89C51控制簡單，價(jià)格低廉，且利用89C51構(gòu)成最小系統(tǒng)，可以縮小系統(tǒng)體積，同時(shí)應(yīng)用到了鍵盤與顯示模塊，使用方便直觀，提高了系統(tǒng)的可靠性，降低了系統(tǒng)成本。整個(gè)設(shè)計(jì)的總程序框圖如圖1所示，系統(tǒng)采用的主要硬件設(shè)備以熱釋電紅外探測器以及單片機(jī)為主，其他用到了ADC0809模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，鍵盤，數(shù)碼管，揚(yáng)聲器和電源等，這章著重

10、介紹單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和功能，以及熱釋電紅外探測器HN911。通過熱釋電紅外探測器的探測使信號(hào)經(jīng)ADC0809進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換傳入單片機(jī)與其控制電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)子電路的控制以及對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行核心處理，使門鈴能夠準(zhǔn)確的發(fā)出聲音。因?yàn)?1單片機(jī)的正常工作條件的特殊之處，所以這里就需要用到穩(wěn)壓電源；本設(shè)計(jì)系統(tǒng)的控制流程首先就得紅外感應(yīng)，采集紅外信號(hào)，在經(jīng)過ADC0809模/數(shù)轉(zhuǎn)換，將信號(hào)傳入單片機(jī)，使單片機(jī)發(fā)出信號(hào)來控制觸發(fā)電路，最后使門鈴發(fā)出聲音。然后通過單片機(jī)的按鍵功能和LCD液晶顯示功能，能靈活的控制和顯示門鈴的實(shí)時(shí)鈴聲。這樣就可以達(dá)到需要什么樣的鈴聲就按相應(yīng)的鍵盤來控制門鈴。圖1 總程序框圖2.2 AT89C

11、51單片機(jī)的引出及特點(diǎn)回顧近代社會(huì)，發(fā)展之迅速，科技產(chǎn)品更新快之驚人。從四五十年代的超大型計(jì)算機(jī)到現(xiàn)在的微型計(jì)算機(jī)。人類的創(chuàng)新文明越來越強(qiáng)大；小的功能強(qiáng)大的產(chǎn)品越來越多。單片機(jī)就是微型計(jì)算機(jī)其中的代表產(chǎn)品之一；經(jīng)過了幾十年的研究，單片機(jī)也是有了很大的改善，功能也越來越完善。經(jīng)過嚴(yán)格的篩選與實(shí)驗(yàn)，最終選用AT89C51型單片機(jī)來作為本設(shè)計(jì)的核心元件。AT89C51單片機(jī)的不僅自身功能強(qiáng)大，而且還可與MCS-51 兼容。它可在0Hz-24MHz的大范圍中實(shí)現(xiàn)全靜態(tài)工作，1288位內(nèi)部RAM，32可編程I/O線，兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，5個(gè)中斷源等等；AT89C51的優(yōu)點(diǎn)相對(duì)于其他的一些單片機(jī)還是

12、很多的，選用它對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)有著決定性的作用。AT89C51單片機(jī)的管腳圖如下圖2管腳說明如下：VCC：供電電壓； GND：單片機(jī)接地引腳； P0口， P1口，P2口和P3口都是8位I/O接口。此單片機(jī)特殊的一點(diǎn)就是P3口都有第二功能，讓AT89C51更加顯得功能強(qiáng)大。圖2 89C51管腳圖2.2.1 AT89C51D的功能（1）中斷系統(tǒng)：中斷系統(tǒng)是單片機(jī)的特有功能，并且在本設(shè)計(jì)中也充分的運(yùn)用到了此作用。當(dāng)單片機(jī)CPU收到內(nèi)部或者外部的功能請(qǐng)求時(shí)，中斷系統(tǒng)就會(huì)中斷正在進(jìn)行的程序。當(dāng)運(yùn)用在此設(shè)計(jì)中就體現(xiàn)在，當(dāng)有客人進(jìn)入時(shí)，門鈴響起；這時(shí)又一客人進(jìn)入，就會(huì)中斷第一位客人的感應(yīng)鈴聲，再一次的重新響起鈴聲

13、。（4）鍵盤接口：顧名思義，鍵盤就是一個(gè)人機(jī)的一個(gè)互動(dòng)接口。設(shè)置的鍵盤可以很好的控制鈴聲的類型。讓其在社會(huì)中有更多的用途（5）數(shù)碼管顯示：單片機(jī)的作用至關(guān)重要，對(duì)設(shè)計(jì)的測量和控制尤為重要。測控的同時(shí)，如果能夠把控制結(jié)果以某一種形式形象的顯示出來，這樣我們就可以更好的掌握情況，以便來控制此設(shè)計(jì)產(chǎn)品。AT89C51就很好的做到了這一點(diǎn)，它使用的是八斷的數(shù)碼管顯示器。目前就只有共陰極和共陽極兩種。共陰極數(shù)碼管的所有引腳應(yīng)接到公共的低電平，當(dāng)某一段發(fā)光二極管為高電平時(shí)，相應(yīng)的一段發(fā)亮；共陽極與之相反。2.3熱釋電紅外探測器熱釋電紅外探測器實(shí)現(xiàn)的功能就是以非接觸形式感應(yīng)人體輻射的紅外線能量的變化，然后變

14、為電信號(hào)來驅(qū)動(dòng)整個(gè)電路。如果我們使用傳統(tǒng)的探測模塊來進(jìn)行紅外探測，所用到的有光學(xué)感應(yīng)系統(tǒng)，熱釋電紅外傳感器，信號(hào)的濾波和信號(hào)的放大。器件的數(shù)量多以及各項(xiàng)功能的復(fù)雜性，即此處用到一新型紅外探測模塊HN911。2.3.1 HN911紅外探測器原理及特點(diǎn)HN911是一款新型熱釋電紅外探測器，采用雙列6腳直插式封裝；HN911集傳統(tǒng)探測模塊于一體，并且它還能在特別不理想的環(huán)境中將人物體的紅外輻射信號(hào)辨別出來來觸發(fā)系統(tǒng)，這樣就保證了其運(yùn)行穩(wěn)定性。突出的一點(diǎn)就是它的靈敏度非常好，對(duì)于這樣一種感應(yīng)式門鈴，就需要一種靈敏度高的感應(yīng)探測器。HN911的管腳圖如圖3所示。圖3 HN911管腳圖2.3.2 HN91

15、1紅外探測器的特點(diǎn)補(bǔ)充HN911也具有很強(qiáng)的溫度穩(wěn)定性；當(dāng)探測器在感應(yīng)時(shí)，如果環(huán)境溫度升高，背景紅外輻射就很強(qiáng)，對(duì)人物體的感應(yīng)探測就產(chǎn)生很大的影響，所以就加入了內(nèi)部溫度補(bǔ)償電路來填補(bǔ)這個(gè)缺點(diǎn)。2.4 ADC0809簡介熱釋電紅外探測器感應(yīng)物體發(fā)出信號(hào)，因?yàn)閱纹瑱C(jī)只接受數(shù)字信號(hào)，所以為了能讓AT89C51能很好的接受信號(hào)，此處就需要引進(jìn)模數(shù)轉(zhuǎn)換器。根據(jù)性能和功能等的綜合考慮，用ADC0809模/數(shù)轉(zhuǎn)換器來進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。ADC0809模/數(shù)轉(zhuǎn)換器是使用最多的轉(zhuǎn)換器之一，其性能優(yōu)越（轉(zhuǎn)換時(shí)間短、起停控制方便、工作溫度范圍廣、功耗也低），引腳眾多，并且采用雙列直插式包裝，最好的就是能與AT89C51能

16、很好的連接起來，能讓整個(gè)設(shè)計(jì)有序的進(jìn)行下去，真是缺其不可。ADC0809的引腳圖如圖4所示圖4 ADC0809引腳圖3.系統(tǒng)硬件及電路3.1鍵盤輸入電路本系統(tǒng)采用非編碼鍵盤，如下圖4所示。通過按鍵，可以控制感應(yīng)門鈴的鈴聲類型（在設(shè)計(jì)門鈴的時(shí)候會(huì)提前在揚(yáng)聲器設(shè)置例3種不同類型的鈴聲語或音樂，通過單片機(jī)的按鍵進(jìn)行控制），鍵盤的連接方式如圖，一側(cè)接地，另一側(cè)分別接單片機(jī)P0.0,P0.1,P0.2口。圖5 鍵盤按鍵電路3.2復(fù)位任何一個(gè)東西都不是完美無缺的，當(dāng)然就包括我的這個(gè)門鈴設(shè)計(jì)系統(tǒng)；有時(shí)會(huì)出現(xiàn)死機(jī)的情況。所以為了能阻止這些問題，就用到了復(fù)位電路對(duì)單片極重新賦值讓其重新開始工作。3.3顯示電路論

17、文的上部分已經(jīng)介紹了八段的數(shù)碼顯示管。這里我們就選用了TS1620字符液晶顯示模塊。此液晶顯示模塊其具有功耗低、無電磁輻射、壽命長、價(jià)格低、接口方便等顯著優(yōu)點(diǎn)。它多被用到了小型電腦、測量儀器中。圖6 89C51與TS1620連接圖3.4揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)電路本揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)電路是由三極管和電阻驅(qū)動(dòng)組成，三極管具有放大的功能。三極管將信號(hào)放大然后輸入到揚(yáng)聲器，這樣幾乎沒有任何干擾，音響效果比較好。播放電路如圖6所示。圖7 鈴聲播放電路圖中所示揚(yáng)聲器引腳接單片機(jī)P2.7口，當(dāng)有信號(hào)傳輸過來時(shí)揚(yáng)聲器引腳就會(huì)由初始的低電平變?yōu)楦唠娖?，?qū)動(dòng)于揚(yáng)聲器發(fā)出聲音。前邊也提過，會(huì)在揚(yáng)聲器中提前設(shè)置3種或更多的鈴聲，這樣就會(huì)

18、可以實(shí)現(xiàn)一物多用的情況，實(shí)現(xiàn)真正意義上的功能拓展。4.軟件設(shè)計(jì)4.1程序方框圖系統(tǒng)主程序如下圖8所示，整體的設(shè)計(jì)就是用熱釋電紅外探測器HN911來采集信號(hào)，基于單片機(jī)的控制作用來實(shí)現(xiàn)整個(gè)感應(yīng)門鈴的鈴聲類型的選擇。因?yàn)锳T89C51需要用ADC0809來對(duì)信號(hào)進(jìn)行數(shù)模變換，所以ADC0809在次設(shè)計(jì)中有著至關(guān)重要的角色。程序流程圖如圖8所示。圖8 系統(tǒng)主程序流程圖4.2模/數(shù)轉(zhuǎn)換測量模/數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換測量子函數(shù)用來控制對(duì)ADC0809的模擬輸入電壓進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，并將對(duì)應(yīng)的數(shù)值移入內(nèi)存單元。其程序流程如圖9.圖9A/D轉(zhuǎn)換測量流程圖流程圖能形象的把整個(gè)模/數(shù)轉(zhuǎn)換表示出來，從中也看出了其智能的一

19、面；EOC為A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束引腳。當(dāng)EOC取高電平時(shí)，轉(zhuǎn)換結(jié)束，然后才開始接下來的順序。4.3數(shù)據(jù)采集進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，就需要用到數(shù)據(jù)采集模塊；通過熱釋電感應(yīng)探測器，采集模擬信號(hào)，然后通過A/D轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，在傳入單片機(jī)中，最后驅(qū)動(dòng)整個(gè)電路，發(fā)出優(yōu)美的鈴聲。數(shù)據(jù)采集是整個(gè)系統(tǒng)的第一步驟，重中之重；只有設(shè)計(jì)好這一步接下來的設(shè)計(jì)內(nèi)容才能有序的往下進(jìn)行，最后能成功設(shè)計(jì)出感應(yīng)式門鈴的成品。圖10為數(shù)據(jù)采集流程圖圖10 數(shù)據(jù)采集流程圖5.結(jié)束語轉(zhuǎn)瞬間四年的大學(xué)生活即將結(jié)束，想當(dāng)初剛?cè)雽W(xué)時(shí)想著畢業(yè)論文距離我還是很遙遠(yuǎn)；但是現(xiàn)在我也通過努力終于完成了我的這篇畢業(yè)設(shè)計(jì)論文。本設(shè)計(jì)采用集功能齊全的熱釋電紅外探測器HN

20、911，并且利用單片機(jī)AT89C51控制和模數(shù)轉(zhuǎn)換ADC0809，利用ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換將紅外信號(hào)傳輸進(jìn)單片機(jī)AT89C51。ADC0809與單片機(jī)銜接的電路簡單，節(jié)省了大量的端口資源，為功能拓展做了很好的基礎(chǔ)。本設(shè)計(jì)成品基本用于超市，商場門鈴，為迎接顧客而設(shè)計(jì)；接下來就是特別之處，單純的迎接顧客顯得此設(shè)計(jì)尤為單調(diào)，所以可以通過單片機(jī)的鍵盤設(shè)置，來進(jìn)行門鈴的功能拓展（例：可以設(shè)置為報(bào)警器等）；當(dāng)然這些都需要提前在揚(yáng)聲器中提前設(shè)置好。關(guān)于本次設(shè)計(jì)由于設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的不足和理論知識(shí)的局限性，結(jié)果不是很如意，可能有些功能無法實(shí)現(xiàn)。通過這次的實(shí)踐我也認(rèn)清了自身的不足，學(xué)到的知識(shí)不扎實(shí)導(dǎo)致設(shè)計(jì)之初都無從下手。所以接下來我會(huì)不斷的對(duì)我這片論文進(jìn)行不斷的拓展與探究，用理論聯(lián)系實(shí)際來進(jìn)行自身的提高。實(shí)踐是才是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。6.致謝在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，從最初剛剛構(gòu)思，到現(xiàn)在成形，得到了指導(dǎo)老師以及同學(xué)極大的幫助，在