单键触摸开关

单键触摸开关 毕业() 课 题 名 称 单键触摸开关 学 生 姓 名 王 学 号 院(系)、专业 信息工程系 指 导 教 师 职 称 2007年 12月 28 日 ?0? 目 录 前言„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1 第1章 设计思路与„„„„„„„„„„„„.„„„„„„„„„„„2 1.1 设计思路„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2 1.2 方案设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2 1.3 方案论证„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3 第2章系统组成与工作原理„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4 2.1 系统组成„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4 2.2 系统工作原理„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„8 2.3 主要技术指标„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„9 第3章 单元电路的设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„35 3.1 传感器的选用„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„25 3.2 单片机控制处理电路„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„29 3.3继电器控制电路的设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„30 3.4声光报警电路的设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„33 3.5自动点火电路的设计 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„37 3.6无线遥控组件 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„37 3.7拨号电路的设计 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„37 第4章 程序设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„38 4.1 程序流程图„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„38 第5章 产品制作与调试„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„42 5.1 PCB板设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„42 5.2 元器件检测„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„43 5.3 产品安装„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„44 5.4 产品调试„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„44 总结„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„46 参考文献„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„47 致谢„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„48 附录一 主电路电气原理图 附录二 元件清单 ?1? 第1章 设计思路与方框 1.1 设计思路 随着社会的进步，人类生活水平的不断提高，各种电子开关出现，为了设计 一款方便使用，简单可靠的的单键触摸开关，我特意选择了单键触摸开关作为我的 课程设计课题。 单键触摸开关由触摸信号输入电路，IC CD4017信号处理电路，电子开关驱动 电路及电源组成。首先由触摸片把人体的触摸信号转化成市电同频的的MOS电平，然后输入ICCD4017的十进制的计数器进行信号处理,最后由ICCD4017处理后的结果决定是否驱动电子开关导通灯泡或其他使用设备工作。 1.2 方案设计 方案框图 触摸信IC CD4017电子开关 电子开关号输入信号处理电驱动电路 电路 电路 路 电源 图1.1方案图 ?2? 第2章 单元电路设计 2.1触摸信号输入电路 HD为管式氖泡，它与光敏电阻RG组成“自制光电耦合器”，并与触摸电极M、R1形成触摸信号输入通路, 人体带电与市电同频，当人体接触触摸片时，经输入电阻和HD管式氖泡及光敏电阻RG后成为标准的MOS电平。触摸持续时间大于32毫秒、小于332毫秒时，控制逻辑部分控制电路呈开关工作状态。当触摸持续时间大于332毫秒时，控制逻辑部分控制电路呈调光工作状态，输出触发脉冲相位角在41?～159?之间连续周 期变化，并根据人眼的感受力，分为快、慢和暂歇三个过程。当触摸结束时，亮度记忆 对该时相位角进行记忆，若再施与大于32毫秒、小于332毫秒的触摸，电路呈关状态 时，相位角仍由该部分记忆，保证电路在下一次开状态时，保持原选定相位角，光源保 持原亮度。触发脉冲与市电的同步，由锁相环保证电路的工作时钟，也均由其产生。电 路图如下： RG HD R11M M触摸片 图2.1触摸信号输入电路 2.2 IC CD4017信号处理电路 1MR8 C21MR7 0.68UFV1 Q9C122UF9VC3V7IC CD4017100UFR220VVDDCLVSSEN Q1R2插座270K R4100K R3 100K ?3? （1）cd4017工作原理及应用电路图: 方框图: 十进制计数／分频器CD4017，其内部由计数器及译码器两部分组成，由译码输出实现对 脉冲信号的分配，整个输出时序就是O0、O1、O2、„、O9依次出现与时钟同步的高电 平，宽度等于时钟周期。 CD4017有10个输出端（O0～O9）和1个进位输出端～O5-9。每输入10个计数脉冲，～O5-9就可得到1个进位正脉冲，该进位输出信号可作为下一 级的时钟信号。CD4017有3个输入（MR、CP0和~CP1），MR为清零端，当在MR端上加高电平或正脉冲时其输出O0为高电平，其余输出端（O1～O9）均为低电平。CP0和～CP1是2个时钟输入端，若要用上升沿来计数，则信号由CP0端输入；若要用下降沿来计 数，则信号由～CP1端输入。设置2个时钟输入端，级联时比较方便，可驱动更多二极 管发光。 由此可见，当CD4017有连续脉冲输入时，其对应的输出端依次变为高电平状 态，故可直接用作顺序脉冲发生器。IC CD4017的引脚图如下： ?4? 2.3电子开关驱动电路 V69013VT V2V3V4V5V6R530K R61KV1--V6IN4007*6 该电路为触摸开关的驱动电路由5个二极管R5、R6及一个三极官和一个可控硅管组成。当IC CD4017输出高电平能驱动二极管后则在二极管和R5、R6的限压和限流的作用下给三极管基极电流和电压及可控硅管以驱动三极管和可控硅管导通这样就可以使灯泡 或其他电器设备正常工作了。 ?5? 第3章 系统组成与工作原理 3.1 系统组成的总原理图 1MR8 C21MR7 0.68UFV1 Q9C1RG22UF9V C3V7IC CD4017HD100UFR220VVDDCL ENVSS Q1R2插座R1270K 1MR4V6100K9013VT V2V3V4V5V6R3 R5100K30KM触摸片R6 1KV1--V6IN4007*6 图3.1总原理图 Figure 3.1 schematics 3.2 系统的工作原理 用CD4017组成的单键触摸开关，该开关为单触摸电极控制方式，每触摸一次电极， 开关即动作（开或关）一次，与普通机械开关功能相同，使用非常方便。电路原理如图 3.1所示，其中HD为管式氖泡，它与光敏电阻RG组成“自制光电耦合器”，并与触摸 电极M、R1形成触摸信号输入通路。CD4017的Q1、Q3、Q5、Q7、Q9等奇数输出端分别接二极管V2～V6，当其中之一输出高电平时，V8导通并触发双向可控硅VT导通，接入插座的负载得电工作，此时Q2、Q4„偶数输出端悬空；反之，当偶数输出端其中之一为 高电平时，V8、VT均截止，插座负载断电，该触摸开关刚通电时，因C1、R4微分作用，CD4017自动复位清零，插座为断电状态。首次触摸M后，HD启辉发光，RG阻值减小，CD4017的CL端变为高电平，Q1输出高电平；而再触摸一次M后，CD4017计数一次，Q1变为低电平，Q2输出高电平，依次类推，从而实现触摸开关功能，市电两输入线分别通 过R7、R8接至触摸通路，因此无需分相线、零线，均可保证电路正常工作。 ?6? 第4章 系统元件的选择及安装与调试 4.1元件选择： 触摸电极可采用10mm×10mm的铜片或印制板的边角料制作。C2和VT的耐压应大于400V，VT的规格可根据负载的功率而定。HD的启辉电压应低于100V，V8可用9013，β?60即可，RG的亮阻应不低于20K，暗阻应大于2MΩ。其余元件可按图示数据选用。该开关 只要元器件良好、焊接正确无误，无需调试即可正常工作。整个电路可装在一只 100mm×70mm×50mm的塑料盒中，并将其固定在室内墙壁的适当位置处，触摸电极可采 用10mm×10mm的铜片或印制板的边角料制作。 4.2元件的检测： 三极管的判别方法：? 基极的确定：先用任意一支万用表笔，〈设为黑点〉，任某个 电极不动，再用另一支表笔〈红色〉分别去点其它两个极，如果分别点测两次中，其阻 值相同，则黑表笔点的为基极；若只有一次有阻值，或两次都没有阻值，说明急木找到； ? 在确定基极过程中，两次测量阻值中，两次测量阻值不相等，阻值大的为发射极， 阻值小的为集电极。 (2) 电子元器件的极性：电解电容上标有白色箭头的一极是负极；玻璃封装二极管上标 有黑色环的一端，塑料封装二极管上标有白色环的一端为负极；某些三极管的管脚上非 标准排列，在其外壳的柱面上用红色点表示发射极等； (3) HDHD为管式氖泡的判测：由于“二极管”挡能够提供3V、1mA的电源，所以可直接测光管（LED）的正向导通压降，一般显示在2V以下，管子会发出微光说明管子良好。 4.3调试与安装 （1）调试 首先根据4.2元件提供的检测方法检测元器件，如果元器件良好；其次焊接是否正 确误在后面接一个220的灯泡如果灯泡不亮则用万用表检测每个焊点两侧看是否断路如 断路则是虚焊另外对照电路图检测每个焊点是否有连接到其他不该接的线路上如果有 则是连焊，需要用烙铁修改；最后，不断重复前面的两步直到灯泡能正常发光即可。 （2）安装 整个电路可装在一只100mm×70mm×50mm的塑料盒中，并将其固定在室内墙壁或用 户认为的安全的适当位置处。 ?7? 第5章 总结与体会 通过本次课程设计我学会不了电子产品设计论文的写方法，在设计过程中遇到了 不少麻烦和问题，通过刘老师的指导和自己的主观路努力终于克服了一个个问题最后得 以完成这个单键触摸开关的设计。 通过设计我觉得自己的思维更为严谨、办事情的方法更为科学，学会了电子手册的 正确查找和使用，同时学会了和自己这组同学的合作，同样在设计的过程之中使自己平 时学习的理论与实践得到了很好的结合，明白一些理论与实践结合的方法。 最后，真诚地感谢刘老师给我的指导和同学们给我的帮助！ ?8? 3.2 单片机控制处理电路 单片机系统的简介 80C51是INTEL公司MCS-51系列单片机中最基本的产品，它采用NTEL公司可靠的CHMOS工艺技术制造的高性能8位单片机，属于标准的MCS-51的HCMOS产品。它结合了HMOS的高速和高密度技术及CHMOS的低功耗特征，它继承和扩展了MCS-48单片机的体系结构和指令系统。 80C51内置中央处理单元、128字节内部数据存储器RAM、32个双向输入/输出(I/O)口、2个16位定时/计数器和5个两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内时钟振 荡电路。 此外，80C51还可工作于低功耗模式，可通过两种软件选择空闲和掉电模式。在空 闲模式下冻结CPU而RAM定时器、串行口和中断系统维持其功能。掉电模式下，保存RAM数据，时钟振荡停止，同时停止芯片内其它功能。80C51有PDIP(40pin)和PLCC(44pin) 两种封装形式。 表3.1.1 主要功能特性 Tab3.1.1 The improtent functioncharacteristic 标准MCS-51内核和指令系统 4kB内部ROM（外部可扩展至64kB） 32个可编程双向I/O口 128x8bit内部RAM(可扩充64kB外部存储器) 时钟频率0-16MHz 2个16位可编程定时/计数器 5个中断源 5.0V工作电压 可编程全双工串行通信口 布尔处理器 2层优先级中断结构 电源空闲和掉电模式 快速脉冲编程 2层程序加密位 PDIP和PLCC封装形式 兼容TTL和CMOS逻辑电平 （1） 80C51的封装 80C51的封装与引脚图如图3.1.1所示 ?9? 140P1.0VCC2P1.139P0.0P1.2338P0.14P1.337P0.2 P1.4536P0.335P0.4P1.5634P0.5P1.6733P0.68P1.732P0.7RESET9EA/VP3110RXD50.8mm30ALE/P11TXD29PSEN12INT080C5128P2.7INT11327P2.6T01426P2.515T11625P2.4WR17RD24P2.31823P2.2X11922X2P2.120GND21P2.0 12.7mm 15.24mm 图3.1.1 80C51引脚图 Fig3.1 80C51’s working for leading feet diagram （2）80C51引脚功能 P0.0~P0.7 P0口8位双向口线（在引脚的39~32号端子）； P1.0~P1.7 P1口8位双向口线（在引脚的1~8号端子）； P2.0~P2.7 P2口8位双向口线（在引脚的21~28号端子）； P3.0~P3.7 P2口8位双向口线（在引脚的10~17号端子）； P0口有三个功能： ? 外部扩展存储器时，当做数据总线； ? ? 外部扩展存储器时，当作地址总线； ? 不扩展时，可做一般的I/O使用，但内部无上拉电阻，作为输入或输出时 应在外部接上拉电阻。 P1口只做I/O口使用：其内部有上拉电阻； P2口有两个功能： ? 扩展外部存储器时，当作地址总线使用； ? 做一般I/O口使用，其内部有上拉电阻。 P3口有两个功能： ?10? 除了作为I/O使用外（其内部有上拉电阻），还有一些特殊功能，由特 殊寄存器来设置，比如： 编程脉冲：30脚（ALE/PROG）； 编程电压（25V）：31脚（EA/Vpp），当外接电源下降到下限值时，备 用电源就会经第二功能的方式由第9脚（即RST/VPD）引入，以保护内部 RAM中的信息不会丢失。 ALE/PROG地址锁存控制信号： 在系统扩展时，ALE用于控制把P0口的输出低8位地址送锁存器锁存起 来，以实现低位地址和数据的隔离。ALE与74LS373锁存器的G相连接，当CPU对外部进行存取时，用以锁住地址的低位地址，即P0口输出。ALE有可能是高电平也有可能是低电平，当ALE是高电平时，允许地址锁存信号， 当访问外部存储器时，ALE信号负跳变（即由正变负）将P0口上低8位地址信号送入锁存器。当ALE是低电平时，P0口上的内容和锁存器输出一致。 在没有访问外部存储器期间，ALE以1/6振荡周期频率输出（即6分频），当访问外部存储器以1/12振荡周期输出（12分频）。从这里我们可以看到， 当系统没有进行扩展时ALE会以1/6振荡周期的固定频率输出，因此可以做 为外部时钟，或者外部定时脉冲使用。 PORG编程脉冲的输入端： 在8051单片机内部有一个4KB或8KB的程序存储器（ROM），ROM的作用就是用来存放用户需要执行的程序的，通过编程脉冲输入才能写进去 的，这个脉冲的输入端口就是PROG。 PSEN外部程序存储器读选通信号： 在读外部ROM时PSEN低电平有效，以实现外部ROM单元的读操作。 ? 内部ROM读取时，PSEN不动作； ? 外部ROM读取时，在每个机器周期会动作两次； ? 外部RAM读取时，两个PSEN脉冲被跳过不会输出； ? 外接ROM时，与ROM的OE脚相接。 EA/VPP访问片外存储器控制信号： ? 接高电平时：CPU读取内部程序存储器（ROM）；扩展外部ROM：当读取内部程序存储器超过0FFFH（8051）1FFFH（8052）时自动读取外部ROM； ? 接低电平时：CPU读取外部程序存储器（ROM）； ?11? ? 80C51在写内部EPROM时，利用此脚输入21V的写电压； RST复位信号： 当输入的信号连续2个机器周期以上高电平时即为有效，用以完成单片 机的复位初始化操作，当复位后程序计数器PC=0000H，即复位后将从程序存储器的0000H单元读取第一条指令码。 XTAL1和XTAL2 ： 外接晶振引脚。当使用芯片内部时钟时，此二引脚用于外接石英晶体和 微调电容；当使用外部时钟时，用于接外部时钟脉冲信号。 VCC：电源+5V输入； [7]VSS：GND接地。 111GOE14032P10VCC1D1Q23945P11P002D2Q33876P12P013D3Q43789P13P024D4Q5361312P14P035D5Q6351415P15P046D6Q7341716P16P057D7Q8331819P17P068D8Q932RESETP071031RXDEA/VP113074LS373TXDALE/P1229INT0PSEN1328INT1P271427T0P261526T1P251625WRP241724RDP231823X2P221922X1P21P1.02021GNDP20 80C51 1428132712AD574A2620VspnSTATUSmsb-11-Vs11DB102510VspnDB92410BPLRofDB8923DB78REF-IN22DB67AN-GND21+VsDB56CEREFout20DB4519DB34R/C18DB23CS17DB12A0/SC16112/815VCClsbDB0DN-GND .～+10V-10V74LS00A13～+5V-5V2 W4100Ω W3100Ω 图3.1.2AD574A与80C51的连接电路原理图 ?12? Fig 3.1.2AD57A and 80C51’s conaction electric circuit principle diagram AD574A的DB～msb-11分别与80C51的P～P相连，DB～DB与5D～8D40.00.703相连。80C51的WR和RD端口通过非门74LS00产生CE信号，并使CE为1，启动A/D转换，且处于低电平，A/D转换结果分两次读出，高4位从D～D读出，74低4位从D～D读出：读高4位结果时，要求A=0，R/C=1，端口地址为0FFH；300 读低4位结果时，要求A=1，R/C=1，端口地址为0FFH。 0 其中在AD574A与80C51的连接图中还使用了地址锁存器74LS373，其1D～8D、G与80C51的P～P、ALE相连，1Q～3Q与AD574A的R/C、A和CS0.00.70接。 VCCG120 8Q1Q219 31D8D182D47D172Q525.4mm7Q163Q66Q153D7146D74LS3734D8135D 4Q95Q12 1011OEGND 5.08mm 7.62mm 图3.17 74LS373的引脚图 Fig3.17 74LS373ses of lead the feet the diagram Fig 3.18 74 LS373’s internal construction （4）74LS373的功能说明 74LS373是一种8D锁存器，具有三态驱动输出，该锁存器由8个D门组成，有8个输入端1D～ 8D，八个输出端1Q～ 8Q，2个控制端（G和OE），使能端G有效时，将D端数据打入锁存器中D门，当输出允许端有效时，将锁存器中锁存的数据送到输出端 Q。 当使能端G为高电平时，同时输出允许端为低电平，则输出Q等于输入D；当使能 端G为低电平，而输出允许端也为低电平时，则输出Q=Qo(原状态，即使能端G由高电平变为低电平前，输出端Q的状态，这就是“锁存”的意义)：当输出允许端为高电平 时，不论使能端G为何值。输出端Q总为高阻态。 ?13? 简介 74LS00为四组2输入端与非门，其主要电特性的典型值如表3.6所示 表3.6 74LS00主要特性 ...Tab2.6 74LS00’s main characteristic . TTPPLH PHL D 9ns 10ns 9mW 图uction （2）逻辑门74LS00芯片的引脚排列如图3.20所示 ..141VCCA1213B1A3312Y1B3411A2Y3510B2A474LS0069Y2B478GNDY4 图3.20 74LS00芯片的引脚图 Fig3.20 74LS00s slice leading feet diagram （3）74LS00芯片的接线图如图3.21所示 . ...A A1114VCCBB14A213A11Y4A233123224AY1411.23BB510A32AY174LS0069A3.32Y2GND783.1 图3.21 74LS00芯片的接线图 Fig 3.21 74LS00's lices feet diagram （4）74LS00芯片逻辑符号图如图3.22所示， ?14? ..A 1 3 2 74LS00.. 图3.22 74LS00逻辑符号图 Fig3.22 74LS00's logic sign diagram 3.3 声光报警电路 原理图 .VCC.BEL 绿色安全灯红色报警灯8Ω.R3R5R710k22k75k 9012R8VT3P1.5100KR190139012.P1.3R4VT1VT2P1.4150K10K R2R6R9 22K10K75K. 图3.3.1 声光报警电路的原理图 Fig3.3.1 Sound and lights reporting to the police electric circuit diagram 工作原理 工作指示灯为绿色闪烁灯，其工作状态的控制由P1.3完成。通过软件设置，从P1.3 输出一方波来控制三极管VT1的通断，从而控制工作指示灯的闪烁。当泄漏气体的浓度 达到某一定值时，由软件将P1.4和P1.5置位，此时三极管VT2和VT3均导通，红色报 警灯亮，喇叭发出报警声。 ?15? 3.4继电器控制电路 3.4.1继电器控制电路的原理图 +5VYVK2K1M16Ω8ΩJ2J1 VD1IN4001 R1P1.6IN4001VD29012100KR2VT19012P1.7VT2470Ω 图3.4.1继电器控制电路的原理图 Fig 2.31 After the principle that electric appliances control the electric circuit diagram 3.4.1 工作原理 该电路由继电器K和K、点火电路、电磁阀、无线发射电路等组成。当泄漏气体浓12 度达到一定值时，通过软件将P1.6、P1.7置为1，此时三极管VT、VT均导通，继电器12K、K工作，其常开触点闭合，自动点火电路进行点火；电磁阀电路接通，将气体管道12 关闭。当气体浓度下降到某一值时，通过软件将P1.6、P1.7清零，此时三极管VT、VT12 均截止，继电器K、K停止工作，其常开触点断开，K2与K3接通开始无线报警。 12 3.5 无线遥控组件 该设计的无线遥控部分的核心部件是无线收发组件，它包括发射机和接收机两部 分，无线发射机和接收机多采用高频电路来传输低频的数字编码信号，频率可达几百兆 赫以上。目前，国内规定和通常使用的频率为315MHz。。无线遥控组件主要用于当人不在家中时，通过单片机将险情信号输送给发射电路，然后由发射电路向在外的家庭人员 进行报警。 2.2.1无线遥控组件原理介绍 （1）无线发射机原理介绍 无线发射机将当人不在家发生液化气泄漏的输出信号通过单片机处理后，转换成不 同的地址码和数字码数字信号。这组表示报警地址和报警类型等信息的数字信号先由发 ?16? 射机的载波对其进行频率调制，调制后的信号再经功率放大和匹配，发至发射天线，最 后转换为空间电磁波辐射出去。 （2）无线接收机原理介绍 由天线收到的高频调制信号经于本机振荡信号混频、滤波变化为中频信号，而后再 由解调电路解调出原发射机送出的报警数字信号。该数字信号分两路，依次经过判决、 整形后再送入‘与门’，以进一步除去干扰。‘与门’输出信号送微处理器进行进一步 的处理，经译码后还原为模拟点信号，最后去除动声、光报警并在面板上同时显示报警 个数、报警地址编号、报警类型以及报警时间等。 （3）无线接收机和无线发射机共同的主要技术指标 无线通信方式，即调制与解调方式；调幅（AM）或调频（FM）方式，接收机采用对对应得频率解调方式。 本设计采用的是编码式无线射频收发开关电路，其无线接收模块为超再生SH9902模块，该高频接收模块采用进口SMD器件，6.5G高频三极管，高Q值电感生产，性能稳定可靠，灵敏度高，功耗低，质优价廉，广泛应用于各种防盗系统，遥控控制系统。 超再生检波电路实际上是一个受间歇振荡控制的高频振荡器，这个高频振 荡器采用电容三点式振荡器，振荡频率和发射器的发射频率相一致。而间歇振 荡又是在高频振荡的振荡过程中产生的，反过来又控制着高频振荡器的振荡与 间歇。而间歇振荡的频率是由电路的参数决定的，这个频率选低了，电路的抗 干扰性能较好，但接收灵敏度较低，反之，频率选高，接收灵敏度较好，但抗 干扰性能变差。超再生检波电路有很高的增益，在未收到控制信号时，由于受 外界杂散信号的干扰和电路自身的热骚动，产生一种特有的噪声，叫超噪声， 这个噪声的频率范围为0.3～5kHz之间，听起来像流水似的“沙沙”声。在无 信号时，超噪声电平很高，经滤波放大后输出噪声电压；当有控制信号到来时， 电路谐振，超噪声被抑制，高频振荡器开始产生振荡，输出信号。 超再生接收机的等效电路图如下所示： ?17? 图2.1 315MHz带PT2272解码接收原理图 超再生接收机采用高精度带骨架的铜芯电感将频率调整到315M后封固，这与采用可调电容调整接收频率的电路相比，温度、湿 度稳定性及抗机械振 动性能都有极大改善。可调电容调整精度较低，只有3/4圈的调整范围，而可 调电感可以做到多圈调整。可调电容调整完毕后无法封固，因为无论导体还是 绝缘体，各种介质的靠近或侵入都会使电容的容量发生变化，进而影响接收频 率。另外未经封固的可调电容在受到振动时定片和动片之间发生位移；温度变 化时热胀冷缩会使定片和动片间距离改变；湿度变化因介质变化改变容量；长 期工作在潮湿环境中还会因定片和动片的氧化改变容量，这些都会严重影响接 收频率的稳定性，而采用可调电感就可解决这些问题，因为电感可以在调整完 毕后进行封固，绝缘体封固剂不会使电感量发生变化，而且由于采用贴片工艺， 所以即使强烈震动也不必担心接收频点漂移，接收电路的接收带宽约500KHz，产品出厂时已经将中心频率调整在315MHz，接收芯片上的微调电感约有5MHz频率的可调范围，使用时不要轻易变动，以免影响性能。它适用于各种低速率数字信号的接收，工业遥控、遥测、遥感，防盗报警器信号接收，各种家用电器的遥控等， PT2262具有CMOS工艺制造，低功耗；外部元器件少；RC振荡电阻；工作电压范围 宽：2.6-15v；数据最多可达6位；地址码最多可达531441种等特点。其广泛应用于车 辆防盗系统、家庭防盗系统、遥控玩具、其他电器遥控。具体外型和引脚如下图2.2所示： ?18? 图2.2 编码电路PT2262外型图和引脚图 图2.3解码电路 PT2272 外型图和引脚图 3.8拨号电路 智能语音拨号报警系统的功能：用户根据需要把自己的手机号码、办公室电话或报 警监控中心的电话预存入报警主机，当报警主机在无线报警接收电路的信号输送给 AT89C51时，报警主机拨通预先存入的电话号码，播放相应的警情语音。若电话占线或 者无人接听，可拨下一个预存的电话号码，如果所有预存的电话都占线或者无人接听， 则会自动把所有的预存电话重拨一遍，保证了报警的有效性和可靠性。 2.8.1 ?19? 系统组成框图如图l所示。采用AT89C51单片机作为控制核心，外接E2PROM用于存储电话号码、设置参数(定时布/撤防、联动、视频等)以及警情信息等。当AT89C51单片机实时接收到无线报警新的警情信号时，报警主机就会自动进行警情处理(声光报警、启动相应联动、记录警情以及拨号报警等)。拨号报警的工作原理如下：系统自动 地控制摘／挂机电路模拟摘机，同时AT89C51单片机通过可编程并行接口8255将MT8880置为呼叫模式，检测是否有拨号音。若有拨号音，则将MT8880设为突发方式，并按用户预设的电话号码自动拨号。拨完电话号码以后立即检测对方是否摘机，一旦检 测到对方摘机，就启动语音提示电路发送与警情相一致的语音信息，完成自动拨号报警。 2.8.2 2.8.2.1 信号采集电路由16路无线报警接收输入信号采集电路和16路视频丢失检测采集电 路组成。16路防区输入信号采集电路如图2所示。采集电路通过一片可编程并行接口芯 片8255与AT89C51单片机的P0口接口，而16路无线报警接收输入信号则通过光电隔 离后与8255的PA口和PB口相接。PA口和PB口均设为输入口，这16个输入口分别对应16路无线接收电路信号的输入。系统通过采集8255的PA、PB口的数据来判断是否有警情产生。 ?20? 16路视频丢失检测采集电路如图3所示。该电路首先通过一片16路模拟开关芯片CD4067进行视频通路选择，随后经过视频信号检测电路，最后再与AT89C5l单片机的P1．3口相接。系统首先将视频通路号送给模拟开关CD4067．然后将采集的数据送给Pl.3口，来判断视频是否丢失。 2.8.2.2 MT8880是MITEL公司推出的专门用于处理DTNF信号的专用集成电路芯片，不仅具 有接收和发送DTMF信号的自动拨号功能，还可以检测电话干线上拨号音、回铃音和忙 音等信号音。适合与单片机接口，外围电路简单。 MT8880内部有五个寄存器，分别为接收数据寄存器、发送数据寄存器、收发控制 寄存器CRA和CRB以及收发状态寄存器。在本设计中，由于仅采用发送数据寄存器、收 发控制寄存器CRA和CRB发送DTMF信号实现自动拨号功能，因此在此仅介绍这三个寄 存器。发送数据寄存器中的数据决定要发送的双音频信号的频率，因此只能向发送数据 寄存器写入数据。两个收发控制寄存器占用同一个地址，因此根据CRA中的寄存器选择位的值决定是否对CRB进行操作。其接口电路如图4所示。 ISDl420语音芯片采用直接模拟存储技术，且录放音质极好，并有一定的混响效果； 它的外围元件简单，仅需简单的阻、容器件即可组成简单的录、放音电路；无需后备电 源，信息存储时间长，不需要专用的编程器及语音开发器；具有较强的选址能力，可把 存储器分成160段来管理，形成最小的录放时间为125ms。其接口电路图如图4所示。 ?21? 语音分段方法：地址输入端AO~A7由低位向高位排列，每位地址代表125ms的寻址，160个地址覆盖20s的语音范围(160×0.125s=20s)，录音及放音功能均从设定的起 始地址开始，录音结束由停止操作决定．芯片内部在该段的结束位置自动插入结束标志 (EOM)；而放音时遇到EOM标志即自动停止放音。在本设计中，因需要四段报警提示 语音，因此在设计时均将每段语音设为5s，其起始地址分别为00000000B、00101000B、01010000B、01111000B，由这四段起始地址可以看出A7、A2、Al和AO均为0，因此将其接地。，不仅具有接收和发送DTMF信号的自动拨号功能，还可以检测电话干线上 拨号音、回铃音和忙音等信号音。适合与单片机接口，外围电路简单。 MT8880内部有五个寄存器，分别为接收数据寄存器、发送数据寄存器、收发控制 寄存器CRA和CRB以及收发状态寄存器。在本设计中，由于仅采用发送数据寄存器、收 发控制寄存器CRA和CRB发送DTMF信号实现自动拨号功能，因此在此仅介绍这三个寄 存器。发送数据寄存器中的数据决定要发送的双音频信号的频率，因此只能向发送数据 寄存器写入数据。两个收发控制寄存器占用同一个地址，因此根据CRA中的寄存器选择位的值决定是否对CRB进行操作。其接口电路如图4所示。 ISDl420语音芯片采用直接模拟存储技术，且录放音质极好，并有一定的混响效果； 它的外围元件简单，仅需简单的阻、容器件即可组成简单的录、放音电路；无需后备电 源，信息存储时间长，不需要专用的编程器及语音开发器；具有较强的选址能力，可把 存储器分成160段来管理，形成最小的录放时间为125ms。其接口电路图如图4所示。 语音分段方法：地址输入端AO~A7由低位向高位排列，每位地址代表125ms的寻址，160个地址覆盖20s的语音范围(160×0.125s=20s)，录音及放音功能均从设定的起 始地址开始，录音结束由停止操作决定．芯片内部在该段的结束位置自动插入结束标志 (EOM)；而放音时遇到EOM标志即自动停止放音。在本设计中，因需要四段报警提示 语音，因此在设计时均将每段语音设为5s，其起始地址分别为00000000B、00101000B、01010000B、01111000B，由这四段起始地址可以看出A7、A2、Al和AO均为0，因此将其接地。 ?22? ?23? 2.8.3 2.8.3.1 系统在接受到警情信号后就模拟摘机。为了识别模拟摘机后电话系统是否处于可拨号 的状态、电话拨完号码后电话是否接通以及对方是否摘机接听电话等几种状态，系统必 须进行信号音的识别。为了识别信号音，必须知道各种信号音的特性。各种信号音特性 如下： 拨号音：450?25Hz连续蜂音； 忙音：O．35s断0．35s通的450?25Hz蜂音，音断周期为O．7s； 回铃音：4s断ls通的450?25Hz蜂音，音断周期为5s。 这些电话信号均是模拟信号，然而单片机是无法识别模拟信号的，故必须先将模拟 信号转换为脉冲信号，然后再根据脉冲信号的脉冲个数进行识别。这些电话音频信号的 脉冲个数可用下式计算： N=tm/T 式中，N为每音段周期的脉冲个数；T为电话音频信号的音频周期，单位为s；tm为信号音断周期的通时间，单位为s。 在实际使用中，主要需要识别拨号音、忙音和回铃音。分析这三种信号的特性可以 看出，在一定的计数时间内，其脉冲个数是不一样的。在设计之初，考虑采用5s为一个计数单位来判断这三种信号音，但通过实际的调试发现：当对方摘机时，要等待一段 时间才能听到报警语音。通过反复研究及调试，最终采用2s计数判断拨号音，采用2.8s(即4个忙音周期)判断是否为忙音，若否则代表电话拨通了。随后采用ls为一个计数单元，采用计五次后的累加脉冲数来判断对方是否接听电话。若有，则放相应的报警提示语音； 否则再计ls，然后计算最后5s内的脉冲数，再次判断对方是否摘机。如此反复。直到 超过等待时间仍没有人接听电话就挂机。由于干扰和一些其他因素的存在，难免会有误 判的现象而导致漏报警情。因此采取在所有预先设定的电话至少有一个拨通就只拨一 遍．如果全部投拨通或者没人接听则把所有预存电话重拨一边，这样漏报报警的概率就 非常低以致可忽略不计。 2.8.3.2 自动拨号程序的流程图如图5所示。下面是自动拨号的部分程序 ?24? 第4章 程序设计 4.1 程序流程图 主程序流程图如图4.1所示： 开始 复位清零 读取浓度 N 是否超量程 Y 人是否在家 无线报警 自动点火 结束 图4.1主流程图 Fig4.1 Main flow chart ?25? ?26? 2.8.4 首先，MT8880的DTMF产生器是发送部分的主体，它产生全部十六种失真小、精度 高的标准双音频信号，这些频率均由3．579545MHz晶体振荡器分频产生。电路由数字 频率合成器、行/列可编程分频器、开关电容式D/A变换器组成。行和列单音正弦波经 混合、滤波后产生双音频信号。通过DTMF编解码表把编码数据写入MT8880发送寄存器产生单独的fLOW和fHIGH，一旦编码错误就会导致拨号失败．故在编程过程中要十 分小心。 其次，在摘机后应延时一段时间再去判断 摘机音，因为本系统采用机械继电器实现自动摘机，故应考虑继电器的响应时间。 最后，一个电话号码拨完后不能立即拨下一个电话号码，应保证挂机的最短有效时 间以确保前一电话号码确实已挂机，否则拨下一个电话号码时会没有拨号音。 第5章 产品制作与调试 5.1 PCB板设计 5.1.1 元件布局规则 (1) 按电路模块进行布局，实现同一功能的相关电路称为模块，电路模块中的元件应采 用就近集中原则，同时数字电路和模拟电路分开。 (2) 定位孔、标准孔等非安装孔周围1.27mm内不得贴装元件，螺钉等安装孔周围3.5mm内不得贴原器件。 (3) 卧装电阻、电感、电解电容等元件的下方避免布过孔，以免波峰焊后过孔与元件壳 体短路。 (4) 元器件的外侧距板边的距离为5mm。 (5) 贴装元件焊盘的外侧与相邻插装元件的外侧距离大于2mm。 (6) 金属壳体元件与金属件不能与其他壳体相碰，不能紧贴印制线、焊盘，其间距应大 于2mm；定位孔、紧固件安装孔、椭圆孔及板中其他方孔外侧距板边的尺寸应大于3mm。 (7) 发热元件不能紧邻导线和热敏元件；高热器件要均匀分布。 (8) 电源插座要尽量布置在印制板的四周，电源插座与其相连的汇流条接线端应布置在 同侧。 (9) 所有IC元件单边对齐，有极性元件极性标示明确，同一印制板上极性标示不得多 ?27? 于两个，出现两个方向时，两个方向互相垂直。 (10) 板面布线应疏密得当，当疏密差别太大时应以网状填充，网格大于8mil； (11) 贴片焊盘上不能有通孔，以免焊膏流失造成元件虚焊。 (12) 贴片单端对齐，字符方向一致，封装方向一致。 (13) 有极性的器件在以同一板上的极性标示方向一致。 元件布线规则 (1) 画定布线区域距PCB板边<1mm的区域内，以及安装孔周围1mm内，禁止布线。 (2) 电源线应尽可能的宽，不应低于18mil；模拟信号线宽不应低于12mil；CPU入出线不应低于10mil；线间距不应低于10mil。 (3) 正常过孔的焊盘不应低于30mil；孔径不低于14mil。 (4) 双列直插：焊盘60mil；孔径40mil。 (5) 注意电源线与地线应尽可能呈放射状，以及信号线不能出现回环走线。 5.2 元器件检测 (1) 三极管的判别方法：? 基极的确定：先用任意一支万用表笔，〈设为黑点〉，任 某个电极不动，再用另一支表笔〈红色〉分别去点其它两个极，如果分别点测两次中， 其阻值相同，则黑表笔点的为基极；若只有一次有阻值，或两次都没有阻值，说明急木 找到；? 在确定基极过程中，两次测量阻值中，两次测量阻值不相等，阻值大的为发 射极，阻值小的为集电极。 (2) 电子元器件的极性：电解电容上标有白色箭头的一极是负极；玻璃封装二极管上标 有黑色环的一端，塑料封装二极管上标有白色环的一端为负极；某些三极管的管脚上非 标准排列，在其外壳的柱面上用红色点表示发射极等； (3) 发光二极管的判测：由于“二极管”挡能够提供3V、1mA的电源，所以可直接测光管（LED）的正向导通压降，一般显示在2V以下，同时管子会发出微光；反向显示为“1”。红色LED导通压降约为1.759V橙色LED为1.686V，绿色LED为1.767V。指针式万用表由于使用1.5V电池，故不能测量发光二极管。 (4) 电位器的检测：检查电位器时，首先要转动旋柄，看看旋柄转动是否平滑，开关是 否灵活，开关通、断时“喀哒”声是否清脆，并听一听电位器内部接触点和电阻体摩擦 的声音，如有“沙沙”声，说明质量不好。用万用表测试时，先根据被测电位器阻值的 大小，选择好万用表的合适电阻挡位，然后可按下述方法进行检： ?28? 用万用表的欧姆挡测“1”、“2”两端，其读数应为电位器的标称阻值，如万用表的 指针不动或阻值相差很多，则表明该电位器已损坏。 检测电位器的活动臂与电阻片的接触是否良好。用万用表的欧姆档测“1”、“2”(或 “2”、“3”)两端，将电位器的转轴按逆时针方向旋至接近“关”的位置，这时电阻 值越小越好。再顺时针慢慢旋转轴柄，电阻值应逐渐增大，表头中的指针应平稳移动。 当轴柄旋至极端位置“3”时，阻值应接近电位器的标称值。如万用表的指针在电位器 的轴柄转动过程中有跳动现象，说明活动触点有接触不良的故障。 (5) 电源变压器的检测： A 直接测量法。将次级所有绕组全部开路，把万用表置于交流电流挡(500mA)，串入初级绕组。当初级绕组的插头插入220V交流市电时，万用表所指示的便是空载电流值。 此值不应大于变压器满载电流的10％～20％。一般常见电子设备电源变压器的正常空 载电流应在100mA左右。如果超出太多，则说明变压器有短路性故障。 B 间接测量法。在变压器的初级绕组中串联一个10/5W的电阻，次级仍全部空载。把万用表拨至交流电压挡。加电后，用两表笔测出电阻R两端的电压降U，然后用欧姆定律算出空载电流I空，即I空=U/R。 C 一般小功率电源变压器允许温升为40?～50?，如果所用绝缘材料质量较好，允许 温升还可提高。 D 检测判别各绕组的同名端。在使用电源变压器时，有时为了得到所需的次级电压， 可将两个或多个次级绕组串联起来使用。采用串联法使用电源变压器时，参加串联的各 绕组的同名端必须正确连接，不能搞错。否则，变压器不能正常工作。 E 电源变压器短路性故障的综合检测判别。电源变压器发生短路性故障后的主要症状是 发热严重和次级绕组输出电压失常。通常，线圈内部匝间短路点越多，短路电流就越大， 而变压器发热就越严重。检测判断电源变压器是否有短路性故障的简单方法是测量空载 电流(测试方法前面已经介绍)。存在短路故障的变压器，其空载电流值将远大于满载电 流的10％。当短路严重时，变压器在空载加电后几十秒钟之内便会迅速发热，用手触 摸铁心会有烫手的感觉。此时不用测量空载电流便可断定变压器有短路点存在。 F空载电压的检测。将电源变压器的初级接220V市电，用万用表交流电压接依次测 出各绕组的空载电压值(U、U、U、U)应符合要求值，允许误差范围一般为：高21222324 压绕组??10％，低压绕组??5％，带中心抽头的两组对称绕组的电压差应??2％。 5.3 产品安装 ?29? (1) 可报警器安装在距气源半径1.5m以内合适位置； (2) 若用于检测石油液化气、煤气时，因石油液化气、煤气比空气轻，报警器须安装在 接近天花板0.3—1.0m处； (3) 安装位置不要正处燃气灶上面，不要安放在排气扇、门窗边和浴室水汽较大处。 5.4 产品调试 (1) 将可燃气体探测器电源插头插入电源插座中。（或接入12V DC电源）。 (2) 通电后，探测器在正常探测状态下,能自动检测到接入的阀门控制器,并将阀门打开。 (3) 此后探头进入预热状态，绿色发光二极管每秒闪烁一次，约三分钟后，蜂鸣器发出 “嘀—”的一声，电路进入稳定的工作状态。绿色指示灯点亮，表示电路正常工作。如 蜂鸣器长鸣且绿色发光二极管不发光，则表示可燃探头已损坏，应切断电源。 (4) 按住开/关阀按键，听到蜂鸣器发出‘嘀-’的一声，阀门控制器开始关闭阀门；再 次按住开/关阀按键，听到蜂鸣器发出‘嘀-’的一声，阀门控制器开始打开阀门。 (5) 报警器探测到可燃气体泄漏后，红色发光二极管闪烁发光，同时蜂鸣器发出 "嘀－嘀"报警声，延时约10秒阀门控制器关闭阀门。可燃气体排除后，报警器自动恢复正常 工作状态。阀门控制器恢复正常，需要按住开/关阀按键，听到蜂鸣器发出‘嘀-’的一声，阀门控制器打开阀门，恢复正常监视状态。 (6) 如果可燃气体探测器单用户使用时，可把常开点当作开关控制窗式排气扇将泄漏气 体排出窗外。 (7) 如果可燃气体探测器动作异常，请把电源关闭再打开。 ?30?