一种简单的红外监控器的设计

【摘要】 本设计采用当下发展较为成熟的Atmel单片机主控电路结合简单的红外发射电路,成本合理,装备简单。在需要监控的地方设置一束隐蔽性很高的红外线便可方便的检测是否有物体经过,事后还能调取查询相关信息,同时加入了报警功能供用户选择。

【关键词】 红外监控时间

当今社会,人们对各种财产的保护意识不断提高。目前市场上此类设备存在的不足有:误报、安装使用不便、产品本身质量问题等,产品难以实现规模化、个性化生产,价格水平制约了产品消费市场的拓宽。随着人们安全意识的提高和生活水平的提升,家庭防盗报警产品将会有更广阔的市场需求空间。本设计使用的红外线具有很强的隐蔽性,而且加入了时间记录功能,可以把红外线被物体阻挡的时间和次数记录下来供事后调取查询,测试表明,系统己达预期效果,总体电路利用干电池供电,便携性很高,非常具有实际使用价值。

本系统工作流程是:复位后,用户通过三个按键实现对LCD所显时间(包括年月日时分秒)的精确调正,打开红外发射电路和主控电路,进入监控状态,若红外线被移动的物体阻挡,系统会自动记录下此时的时间和对应的次数并触发蜂鸣器报警(持续时间可设定),继续工作直到用户通过按键进入调取查询状态,对单片机RAM内存储的信息进行翻阅查看,退出后继续工作,因而此系统还可以用于工业制动控制、信号采集等。

1 红外发射模块的设计

NE555是555系列计时IC的一种型号,接脚功能及运用都是相容的,因其价格不同其稳定度、省电度和可产生的振荡频率也不大相同(由于本设计中,红外遥控常用的载波频率为38kHz,因而此处需要产生38kHz振荡频率),只需少量电阻和电容,便可产生电路所需的各种不同频率的脉波讯号,延时范围可由几微秒至几小时之久,计时精确、温度稳定、价格便宜。本设计中只需几个电阻、电容和一个滑动变阻器(用来调节产生的振荡频率),连接红外发射管LED,便可以产生稳定的红外线,考虑到产生的灵敏度和由于发射、接收管距离问题产生的功率衰减,需要在发射电路接一个带有放大功能的三极管,经多次试验,此处选用NPN型三极管S8050,它是一种中功率晶体三极管,广泛用于放大电流和作为开关电路使用,电路图设计如下图1。

2 时间提供模块的设计

DS1302是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗实时时钟芯片,附加31字节静态RAM,采用SPI三线接口与CPU进行同步通信,并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号和RAM数据。实时时钟可提供秒、分、时、日、星期、月和年,一个月小于31天可自动调整,且具有闰年补偿功能,工作电压宽达2.5～5.5V。它与单片机连接只需三条线,即CE引脚、SCLK串行时钟引脚、I/O串行数据引脚,VCC2为备用电源(本设计中,由于总体电路有干电池供电,且系统初始化后需要用户输入当下时间,故此管脚不用),X1\X2外接32.768kHz晶振,为芯片提供计时脉冲。

3 液晶显示、时间调整、调取和报警模块的设计

在本设计中,液晶显示电路显示DS1302提供的时间、开始阶段对时间的调整及事后查询阶段对单片机RAM内保存信息的显示,故需让LCD可逐条对年月日时分秒这六项内容进行调整,还有查阅时,要能提示是否已到条目末端,需要注意的是,本设计使用的AT89S52单片机的P0口内部无上拉电阻,需外部提供,为提高高电平时的输出电流,提高信号稳定度,增强抗干扰能力,PO口八个数据端要各自外接一个上拉电阻,才能正常工作。

关于红外接收,此处无需像红外通讯那样精确还原发射端数据,只需将接收到的信号转变为用于控制的高低电平,故只需把红外接收头直接接在单片机某个I/O口即可,而所使用的AT89S52单片机中,对P3端口写“1”时,内部上拉电阻把端口拉高,此时可以作为输入口使用,被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因,将输出电流(IIL),在flash编程和校验时,P3口也接收一些控制信号,此处将红外接收管与单片机P3.0口连接,由于可能出现接收不灵或者其他问题,不妨给红外接收管加一个复位按键,出现问题时方便解决。

至于时间调整电路,即用户复位系统后,要通过按键对LCD显示的时间进行调整,而每使用一次后,单片机被断电,其RAM内保存的信息会丢失,且DS1302由于此设计未接备用电源,总体电路断电后不运行,所以每次使用时,用户须调整当下时间,借鉴当前某些收音机或者电子日历等设备在时间调整方面的设计,只需三个按键即可对年月日时分秒这六项进行调整,一个选择,一个调整,另一个确定,这些功能通过编程即可实现。硬件方面,只需三个碰触按键,依次接在单片机P3.1、P3.2、P3.3口即可,在事后调取阶段,也是通过这三个按键对单片机RAM内保存的信息进行翻阅,一个按键进入查询功能,一个上下翻阅,直到所保存的十条(由于受单片机AT89S52只有256字节RAM限制,此处只保存最新的十条信息)信息全部查完,另一个按键退出功能。

报警电路选用的是蜂鸣器JZJ231716,额定电压宽达5-12(V),频率范围:400(KHz),性噪比:90(db),由于单片机P2口输出电流不是很大,这样会导致声音较小,为此需接一个三极管用来放大声音信号,本设计选用PNP型三极管9015,它是使用非常广泛的硅小型三极管,在收音机电路中常见,三极管的基极接单片机I/O口,集电极接电源正极,发射极接蜂鸣器正极。为了让用户能通过开关选择是否在监控的同时启用报警功能,只需在蜂鸣器支路上接一个开关即可,P2.5口作为蜂鸣器报警电路接口。另外,一个普通的LED和一个阻值约1K的限流电阻接单片机P2.7口用来组成整体工作电源指示。

4 单片机主控模块的设计

本部分是本设计的核心,接收到的红外线要经过这个模块处理才能实现功能。作为一种低功耗、高性能的CMOS8位微控制器,AT89S52具有8K在系统可编程Flash存储器,它使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造,与工业80C51产品指令和引脚完全兼容,片上Flash允许程序存储器在系统可编程,也适于常规编程器。在单芯片上,拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash,使得它可以为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。它有以下标准功能:8k字节Flash,256字节RAM,32位I/O口线,看门狗定时器,2个数据指针,三个16位定时/计数器,一个6向量2级中断结构,全双工串行口,片内晶振及时钟电路。它可降至0Hz静态逻辑操作,支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下,CPU停止工作,允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作;掉电保护方式下,RAM内容被保存,振荡器被冻结,单片机一切工作停止,直到下一个中断或硬件复位为止。

AT89S52共有四个I/O口,我们选用其中三个;P0口连接显示电路,P1口高三位接时间提供电路,P2口的低三位作为LCD数据/命令选择端、读/写选择端和使能端,剩下五个脚的某两个连接电源指示和报警,P3口连接红外接收管和按键输入、查询接口。AT89S52供电电压为5V;XTAL1、XTAL2管脚与晶振相连,选用的晶振大小为11.0592MHz,方便串口通信时波特率的设置;RST管脚接复位信号;RXD管脚为串口信号的读入;TXD管脚为串口信号的写出。程序下载使用的是P1.5、1.6和1.7口,整体原理图如下图2。

5 结语

本系统采用的是隐蔽性很高的红外线,且具备报警、时间记录和调取查阅功能,装备简单、操作简易、成本低廉、便携性高。若监控触发方式改为其他传感器,便可用于更加广泛的领域,无论是日常生活还是工业生产,都具有一定的研究意义和实用价值。

参考文献:

[1]李朝青.单片机原理与接口技术.北京:航空航天大学出版社,1996.

[2]杨建国,王建校.51系列单片机及C51程序设计.北京:科学出版社,2002.