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1、 毕业设计报告（论文）(2012届)题 目： 智能自动售货机系统电路设计 所 属 系： 自动化技术系 班 级： 电子0911 学 生 姓 名： 学 号： 同 组 成 员： 指 导 教 师： 2012届毕业设计（论文）目录摘要1关键词10 引言21 总体设计方案21.1 设计要求21.2 设计目标21.3 分析结果31.4 功能框图32 硬件设计52.1 检空装置52.2 推进装置62.3 报警装置133 软件设计203.1 主程序203.2 报警系统程序204 硬件方案整合224.1 其他单元电路224.2 总原理图234.3元器件清单234.4 PCB板235 软件方案整合255.1 选择系
2、统程序255.2 投币系统程序255.3 出货系统程序345.4 找零系统程序356 外观设计367 生产工艺文件368 总结40致谢42参考文献43附录1 电路中主要集成芯片引脚图及引脚功能说明44附录2 软件系统程序代码471 报警系统472 选择系统473 投币系统564 出货系统565 找零系统57附录3 总原理图59附录4 元器件清单及封装形式60附录5 工艺文件62摘要 本文设计了一种以AT89C51单片机为核心的自动售货机装置的控制系统。详细介绍了自动售货机系统的方案设计、硬件选择、软件编写，并重点描述了自动售货机系统的工作原理、系统设计、软件编程的原则和技巧。该系统以单片机AT
3、89C51芯片为核心，采用集中控制方式实现了对自动售货机全过程的自动控制。系统程序采用汇编及C语言软件进行程序的编写和编译，该软件具有编程简单、查错方便、阅读容易等特点。汇编语言是程序的基本语言，具有容易理解，便于记忆和使用等特点。 关键词 智能自动售货机 AT89C51单片机 LCD液晶 控制系统- 1 -0 引言随着经济发展，传统的固定地点人员售货方式暴露出许多弊端：人力资源需求大；受所需服务地点，地理条件的限制；而且在服务时间上不能最大限度的服务于消费者。自动售货机的出现解决了这些难题。品种繁多，对生活的覆盖面广，自动售货，效率高，可24小时不间断运营；选址容易，且方便改换场地；适合全职
4、经营，也可兼职（副业）经营；作为广告载体，可赚高额外块。投资风险低，收益高。工作人员唯一所需要做的就是添加商品取走货币。如此多的优点使得自动售货机在世界范围内得到广泛的应用。智能自动售货机是以单片机为核心的自动化控制装置，它集按键选择技术、单片机技术和显示技术于一体，有功能强大、可靠性高、使用方便、维护简单等特点。因此，在商业、生活中得到了广泛的应用。有些智能自动售货机不仅能够自动识别1元、5角硬币，而且能够自动识别20元、10元、5元纸币，还会自动找零，人机对话的应用性提高使自动售货机在国内大面积普及成为可能。智能自动售货机越来越人性化的设计将会很快的占领中国市场。1 总体设计方案1.1 设
5、计要求设计一台销售袋装小零食的自动售货机，具有硬币识别、币值累加、自动售货等功能。基本要求：可识别5角、1元的硬币。并进行累加。有货物选择按键，根据选择自动出售对应货物。具有防盗报警功能。1.2 设计目标从自动售货机的发展趋势来看，它的出现是由于劳动密集型的产业构造向技术密集型社会转变的产物。大量生产、大量消费以及消费模式和销售环境的变化，要求出现新的流通渠道；而相对的超市、百货购物中心等新的流通渠道的产生，人工费用也不断上升；再加上场地的局限性以及购物的便利性等这些因素的制约，无人自动售货机作为一种必须的机器便应运而生了。从广义来讲投入硬币、纸币、信用卡等后便可以销售商品的机械，从狭义来讲就
6、是自动销售商品的机械。从供给的条件看，自动售货机可以充分补充人力资源的不足，适应消费环境和消费模式的变化，24小时无人售货的系统可以更省力，运营时需要的资本少、面积小，有吸引人们购买好奇心的自身性能，可以很好地解决人工费用上升的问题等各项优点。 （1）发达国家现状日本：各种自动售货机保有量超过600万台，平均20人一台，世界普及率第一。1990年通过自动售货机实现的销售额即已达到5兆日元（约3000亿人民币）。美国：总的机器保有量大致和日本相当，2000年通过自动售货机实现的销售额达到250亿美元，其中OCS(Office Coffee Service）的销售额排第六位。 韩国：自动售货机的使
7、用历史要远短于其它发达国家，仅有25 年，但据2001 年的统计，总保有量已超过80万台。在2001年韩国生产的自动售货机中OCS占32.7%，排第一位，咖啡自动售货机占 18.1% ，排第三位，仅次于18.6% 的充电自动售货机。瓶罐饮料自动售货机和复合型自动售货机（同机销售瓶罐饮料和热咖啡）都仅占 8.6%，并列第四位。（2）国内现状保有量约2万台，且品种单一，主要以瓶饮料售货机为主，技术质量还未完全过关，生产和运营成本较高，收益也不高。导致此现状的主要原因是中国有关的自动售货机企业未能有效解决成本，质量，运营等诸多问题。但由于随中国经济的快速发展和社会的巨大进步，自动售货机的实际需求已相
8、当大。1.3 课题分析从自动售货机的发展趋势来看，它的出现是由于劳动密集型的产业构造向技术密集型社会转变的产物。大量生产、大量消费以及消费模式和销售环境的变化，要求出现新的流通渠道；而相对的超市、百货购物中心等新的流通渠道的产生，人工费用也不断上升；再加上场地的局限性以及购物的便利性等这些因素的制约，无人自动售货机作为一种必须的机器便应运而生了。广义来讲投入硬币、纸币、信用卡等后便可以销售商品的机械，从狭义来讲就是自动销售商品的机械。从供给的条件看，自动售货机可以充分补充人力资源的不足，适应消费环境和消费模式的变化，24小时无人售货的系统可以更省力，运营时需要的资本少、面积小，有吸引人们购买好
9、奇心的自身性能，可以很好地解决人工费用上升的问题等各项优点。1.4 功能框图智能自动售货机的功能框图，如图1所示，该框完整的表现出智能自动售货机的每一个功能模块，从框图中也可以看出我们的整体思路，在此思路中，我主要负责储存货物模块的制作与设计，其中包括了储存箱体、物品支架、推进系统、检空装置以及报警系统。同时也和同组人员一起负责出货模块与外观的设计以及控制核心的编程与设计。在我负责储存货物模块的同时，也和同组人员积极配合，及时反馈各自的信息与进度，保证我们各模块之间的衔接，使我们的项目顺利完成。 - 70 -储存货物投币出货储存箱体物品支架推进系统硬币存储箱检测识别硬币自动累加自动返还投入存储
10、硬币找零假币返还选择装置显示装置选择按钮出货口出货箱显示币值显示余额检空装置报警系统外观自主设计广告植入步进装置自动售货控制核心供电系统 图1 智能自动售货机的功能框图2 硬件设计在此次设计中，我主要负责储存货物模块中的检空装置、推进装置和报警装置的设计。2.1 检空装置2.1.1 方案一：安装接触行程开关售完检测系统，在自动售货机商品存储存道下方安装有接触行程开关，当存储存道有商品时，压下行程开关，自动售货机正常工作；当商品出售完毕时，行程开关被释放，向CPU发出无货信号，经过检测通过串行扩展接口向相应的售完指示灯发出信号，使机身“售完”指示灯亮，此种商品自动停售，即使投币金额达到该道商品预
11、设价格数值，可售按钮仍然无法启动信号，金额累计存储器也不清零。2.1.2 方案二：红外线对射在自动售货机内最后一个商品的两侧，放置红外线。当有商品时，商品挡住红外线使其无法对射，自动售货机正常工作；当商品出售完毕时，红外线对射，向CPU发出无货信号，经过检测通过串行扩展接口向相应的售完指示灯发出信号，使机身“售完”指示灯亮，此种商品自动停售，即使投币金额达到该道商品预设价格数值，可售按钮仍然无法启动信号，金额累计存储器也不清零。2.1.3 方案三：眼观法售货机的正面橱窗采用有机板窗，机玻璃板有极佳透明度：无色透明有机玻璃板材，透光率达92%以上，有优良的耐候性：对自然环境适应性很强，即使长时间
12、在日光照射、风吹雨淋也不会使其性能发生改变，抗老化性能好，在室外也能安心使用。加工性能良好：既适合机械加工又易热成型，压克力板可以染色，表面可以喷漆、丝印或真空镀膜。优异的综合性能：压克力板品种繁多、色彩丰富，并具有极其优异的综合性能，为设计者提供了多样化的选择，压克力板可以染色，表面可以喷漆、丝印或真空镀膜。无毒，即使与人长期接触也无害，还有燃烧时产生的气体不产生有毒气体。 自动售货机前体的透明有机板窗相当于商店橱窗或者柜台，商品展示、明码标价以及商品有无都可以清晰明了的展示出来，无论是对管理人员还是消费者都是简洁方便的，如图2所示。图2 自动售货机正面橱窗2.1.4 检空装置方案选择三种方
13、案放在一起比较，综合考虑，选用方案三作为检空装置。既一目了然，又在设计的过程中简单方便。2.2 推进装置2.2.1 方案一：步进电机推进采用步进电动机控制，步进电动机的精度很高，可实现精确的步距角运动，由其组成的位置控制系统定位准确，稳定时间短，采用单片机控制步进电动机，控制信号为熟悉信号，不再需要数/摸转换，具有快速起停功能，延时短、定位准确、精度高和可操作性强。与驱动控制器匹配使用时，控制起来也十分方便，很容易构成数字位置控制系统。但步进电动机的控制系统相对复杂，价格比直流电动机高。本设计是由单片机直接控制，步进电机可以直接接受的数字信号不需要数/模转换，具有快速起停功能，延时短、定位准确
14、、精度高和可操作性强。与驱动控制器匹配使用时控制起来方便，在销售移动距离较小的商品的时候不会产生误差。步进电机又叫脉冲电机，它是一种将电脉冲信号转化为角位移的机电数模（D/A）转换器。在开环数字程序控制系统中，输出控制部分常用步进电机作为驱动元器件。步进电机的控制电路接受计算机发来的指令脉冲，控制步进电机作相应的转动。很明显脉冲的总数决定了移动量，指令的频率决定了移动的速度。因此，指令脉冲可否被可靠的执行，基本上取决于步进电机的性能。三相步进电机结构图，如图3所示。图3 三相步进电机结构示意图步进电机的工作就是步进转动。在一般的步进电机工作中，其电源都是单极性的直流电源。要使步进电机转动，就必
15、须对步进电机的定子的各项绕组以适当的时序进行通电。步进电机的步进过程表示为，其定子的每相都有一对磁极，每个磁极都只有一个齿，即磁极本身，故三相步进电机有三对磁极一共是6个齿；其转子有4个齿，分别称为0.1.2.3齿直流电源U通过开关A，B，C，分别对步进电机的A，B，C，相绕组通电。初始状态时，开关A接通，则A相磁极和转子的0，2 号齿对齐，同时转子的1，3号齿和B，C相磁极形成错齿状态。当开关A断开，B接通，由于B相绕组和转子的1，3号齿之间的磁力线作用，使得转子的1，3号齿和B相磁极对齐，则转子的0，2号齿就和A，C， 相绕组形成错齿状态。此后，开关的B断开，C接通，由于C相绕组和转子的0
16、，2之间的磁力线的作用，使得转子0，2号齿和C相磁极相对齐，这时转子的1，3 号齿和A，B相绕组磁极产生错齿。当开关C断开，A接通后，由于A相绕组磁极和转子1，3号之间的磁力线的专用使转子1，3号齿和A相绕组磁极对齐，这时转子的0，2号齿和B，C 相绕组磁极产生错齿。很明显，这时转子转动了一个齿距角。如果对一相绕组的操作称为一拍，那么对A，B，C三相绕组的轮流通电需要三拍。对A，B，C，三相轮流通电一次成为一个周期。从上面分析看出，该三相步进电机转子转动一个齿距需要三拍操作。由于按ABCA相轮流通电，则磁场沿A，B，C方向转动了360度空间角，而这时转子沿ABC方向转动了一个齿距的位置。在图一
17、中，转子的齿数为4，故齿距角为90度，转动了一个齿距就是转动了90度本次设计采用的是三相步进电机型号是36BF003（属于三相步进电机），工作电压的标称值是27V，相电流的标称值是1.5A，保持转矩是78Mn.m（豪牛顿。米），步距角为1.5度/3度。36bf003矩频特性，如图4所示。图4 36bf003矩频特性步进电机与单片机接口，如图5所示。图5 步进电机与单片机接口8051PA0PA1PA2PB2PB0PB1驱动电路驱动电路X轴步进电机Y轴步进电机选定由PA口的PA0，PA1，PA2，控制x轴的三相步进电机， PB0，PB1，PB2通过驱动电路控制y轴三相步进电机，并假设数据输出为“1
18、”时，相应的绕组通电;当“0”时，相应的绕组断电。使用集成功率放大开关器件构成的斩波型功放电路:集成功率电子开关TWH8751 可直接由TTL，CMOS等数字电路直接驱动，该器件开关速度快，工作频率高（可以达到1.5MHZ），控制功率比较大，内部开关管反向击穿电压为100v，加上散热器后，通过的灌电流可以达到3A，其输出管采用集电极开路方式，可以根据负载的要求选择合适的电源电压，片内还没有热减流保护电路。TWH8751的引脚及外观如图6所示，Vi,Vo分别为信号的输入端和输出端，V+为正电源的输入端，GND为接地端，St为 选通控制端，该器件为数字逻辑开关，不是模拟开关。当Sr为高电平“1”（
19、大于1.6V）时，不论Vi端的电平为多少 其输出级的达林顿管总是截至。当St端为低电平（不超过1.2V）时，输出V0受Vi的控制，当Vi为高电平输出级的达林顿管截止：当Vi为高电平“1”时应加限流电阻Rs，因片内电源与地之间设有一个6.8V的稳压管，Rs 的值可以按照(VCC-6.8V)/10mA进行估算。由于输出级的达林顿管的反向击穿电压可以达到100V，所以输出级可以不与V+共电源，而是根据需要加80V100V的高压于负载上。图6 TWH8751引脚及外观图图中只给出了驱动A相绕组的功放电路，B，C相的驱动电路与之相同，该电路的工作原理是 ：环形分配器的输出信号A送到TWH8751的输入端
20、Vi ，NE555振荡器产生频率较高的载频脉冲信号 ，送到选通控制端St ，因此，TWH8751 处于高频开关斩波工作状态，其输出端Vo为间歇脉冲序列，故称为斩波型驱动电路，如图7所示。各点的波型如图8所示。图7 斩波型功放电路 图8 A相波型绕组中电流il的大小与电流Vcc和高频脉冲序列的脉宽Ton有关，当Vcc较大的时候，I 较大，当Ton较宽的时候i会增大。载频脉冲频率fc的选取是比较重要的。当fc比较小的时候，电机会发出很大的噪声，一般选取fc=15MHZ为适宜的。单片机与步进电机的接口电路设计：8255是单片机应用系统中广泛被采用的可编程外部I/O扩展芯片。它有3个8位并行I/O口，
21、每个口有三种工作方式。三个并行I/O端口：A口可编程为8位输入，或者8位输出，或者双向输出：B 口可编程为8位输入，或者8位输出，但是不可以双向传输；C口分为两个4位口，用于输入或者输出，也可以用作A口，B口的状态控制信号。图9 步进电机外观图这个三相步进电机的市场价格约为650元，步进电机的外观图如图9所示。2.2.2 方案二：直流电机推进直流电机结构复杂、成本高、运行维护困难，但是直流电机具有良好的调速性能、较大的启动转矩和过载能力强等许多优点，因此在许多行业仍大量应用。近年来，直流电动机的机构和控制方式都发生了很大的变化。随着计算机进入控制领域以及新型的电力电子功率元器件的不断出现，采用
22、全控型的开关功率元件进行脉宽调制（Pulse Width Modulation，简称PWM）已成为直流电机新的调速方式。本设计是要利用89C51单片机控制PWM调速电路实现小功率直流电机的转速调节。而本系统必须符合以下几点要求：（1）在(10005500)转/分内对直流电机进行任意调速，最小调速级差为1转/分。（2）所设速度下稳定运转，运转速度与设定速度之差小于20转/分。（3）启动和加减80%额定负载时,其转速能迅速回到设定值，转速超调5%内。本设计在硬件电路上共分3个部分，单片机部分、调速驱动电路、检测电路。1.单片机部分及其接口电路,如图10所示。图10 单片机部分原理图在第9脚-RST
23、，复位脚外，加了一个复位按键和复位电路，复位原理为：第一次上电时，+5V通过给电容充电，于是此时电容相当于短路，+5V直接加到RST脚上，单片机自动复位。过了极短的时间，电容充电完毕，此时电容则相当于开路，于是RST脚被电阻拉为低，单片机开始正常工作。当RESET键按下时，+5V通过按键加到RST脚上，单片机复位，RESET键弹起之后，RST脚重新被电阻拉为低，单片机开始正常工作。单片机供电方面，采用的是12V直流通过7805三端稳压器稳压到5V，给单片机和显示部分供电。2.调速驱动电路电机调速控制模块有三种方法可供选择：方法一：采用电阻网络或数字电位器调整电动机的分压，从而达到调速的目的。但
24、是电阻网络只能实现有级调速，而数字电阻的元器件价格比较昂贵。更主要的问题在于一般电动机的电阻很小，但电流很大；分压不仅会降低效率，而且实现很困难。方法二：采用继电器对电动机的开或关进行控制，通过开关的切换对小车的速度进行调整。这个方案的优点是电路较为简单，缺点是继电器的响应时间慢、机械结构易损坏、寿命较短、可靠性不高。方法三：采用由达林顿管组成的H型PWM电路。用单片机控制达林顿管使之工作在占空比可调的开关状态，精确调整电动机转速。这种电路由于工作在管子的饱和截止模式下，效率非常高；H型电路保证了可以简单地实现转速和方向的控制；电子开关的速度很快，稳定性也极佳，是一种广泛采用的PWM调速技术。
25、兼于方法三调速特性优良、调整平滑、调速范围广、过载能力大，因此本设计采用方法三。PWM调速工作方式：单极性工作制。单极性工作制是单片机控制口一端置低电平，另一端输出PWM信号，两口的输出切换和对PWM的占空比调节决定电动机的转向和转速。单极性工作制电压波开中的交流成分比双极性工作制的小，其电流的最大波动也比双极性工作制的小。PWM调脉宽方式：调脉宽的方式有三种：定频调宽、定宽调频和调宽调频。我们采用了定频调宽方式，因为采用这种方式，电动机在运转时比较稳定；并且在采用单片机产生PWM脉冲的软件实现上比较方便。PWM软件实现方式：采用软件延时方式，这一方式在精度上不及方案一，特别是在引入中断后，将
26、有一定的误差。但是基于不占用定时器资源，且对于直流电机，采用软件延时所产生的定时误差在允许范围。调速驱动电路，如图11所示。图11 调速驱动电路电路图3.检测电路检测电路原理图，如图12所示。图12 检测电路电路图采用直流电动机控制，直流电动机精度较低，不易实现精确的位置控制。用单片机和A/D转换构成系统，控制普通电动机的步数和旋转方向，可以考虑达林顿管组成的H型PWM电路。用单片机控制达林顿管使之工作在占空比可调的开关状态，精确调整电动机转速，减小因惯性、速度和步距角过大而引起的调整误差。其控制信号为模拟信号，需要将单片机输出的序列脉冲转换，延长了控制时间，将难以控制其精确位置，系统稳定性也
27、比较差。但使用方便，价格便宜市场价格约为500元，直流电机外观图，如图13所示。 图13 直流电机外观图2.2.3 方案三：采用软件控制在本设计中，设置了价格分别为2元、3元、4元不等的货物，一共3种。在通过按键选择物品后，将会把产生的信号输入给89C51的P1的引脚上，89C51接收信号后，经过处理后，将会在货物输出端产生与其相对应的信号输出，控制利用商品的自重将其推出。本次设计用P1.0P1.2作为货物的输出端,在货物的输出端采用光电隔离技术,对于光电隔离技术这里不做介绍,在这里用一个LED指示灯代替货物的掉出情况,若有货物掉出则对应输出口为高电平,则指示灯亮，反之指示灯不亮。由于这里P0
28、口作通用的I/O口输出，所以必须接上拉电阻。采用软件编程方便简单、成本低，易于控制。2.2.4 推进装置方案选择推进装置的三种方案，从成本、功能实现、效率、操作难易、以及精度等方面，综合考虑，我选择方案三软件控制作为该设计的推进装置。2.3 报警装置2.3.1 方案一：振动报警设计一种利用振动传感器检测环境变化，进而完成报警功能的系统，该系统方便、稳定。振动报警框图，如图14所示。遭到破坏振动声音报警手动复位 图14 振动报警框图系统由人为启动，接通电源后，进入警戒状态，检测到有破坏时，立即发出报警声，声响延迟一段时间后，再次进入警戒状态。为达到良好的实际使用效果，系统还应具备开机延时功能：用
29、来防止主人在接通电源后，由于操作过程中的某些振动引起误报。振动系统原理图，如图15所示。Xi 图 15 振动报警原理图该电路由电阻、PNP三极管和一个扬声器组成。把Xi端和单片机的输出端P0.7相连。单片机工作时低电平有效，利用PNP三极管作为开关，当三极管处于截止状态时，相当于开关断开状态。当三极管处于深饱和状态时，相当于开关闭合，高电平变化为低电平，单片机工作，三极管驱动扬声器发出报警声音，只有人为的复位，才结束报警。如图16 振动报警器外观图该报警器的使用特性：无源分布、电缆形状。本系统可以适应于各种复杂地形，不受地形的高低、曲折、转角等限制，不留死角，打破了红外线、微波墙等只适用于视距
30、和平坦区域使用的局限性。 振动报警器的市场价格约为50元，其外观图如图16所示。2.2.3 方案三：红外探测报警器红外探测报警器主要由红外线传感器，信号放大电路，电压比较器，延时电路和报警电路组成。当红外探测器检测到前方人体辐射的红外信号后，探测器将输出微弱的电信号，然后经过放大、比较、延时，发出报警声音。红外线探测器即将检测到的红外信号转化成电信号，然后转化成声音信号发出报警声。因而可以用简单的放大电路就可实现此功能，采用红外线传感器，信号放大电路和报警电路组成。即只要红外探测器检测到红外信号就发出报警声，否则不发出报警声。此方案具有立即响应的功能，设计简单，易于实现。但该报警器离开了红外信
31、号源就无法发出声音，因而起不到真正的报警作用。但在此方案的基础上增加了报警延时电路，即当报警器检测到红外信号后发出报警声并让报警声持续约一分钟。该方案有红外传感器，信号放大电路，电压比较器，延时电路和报警电路组成。该方案的原理框图如图17所示。红外探测器信号放大电压比较延时报警 图17 红外探测报警框图1.信号放大模块：在此单元电路中，当红外线探测传感器J1探测到前方人体辐射出的红外线信号时，由IC1的脚输出微弱的电信号，经三极管等组成第一级放大电路放大，再通过C2输入到运算放大器U1中进行高增益、低噪声放大，此时由运放的脚输出的信号已足够强，能够对信号进行放大。信号放大模块电路图，如图18所
32、示。图18 信号放大模块电路图2.电压比较模块在本单元电路中，U1B作为电压比较器，它的第脚由R10、VD1提供基准电压，当U1B脚输出的信号电压到达U1B的脚时，两个输入端的电压进行比较，查看U1B的脚是高电平还是低电平。电压比较模块电路图，如图19所示。 图19 电压比较模块电路图3.报警延时模块当红外探测器检测到红外信号后，经过放大，比较Vin将为低电平，LM393的2脚也变为低电平，1脚输出为高电平，三极管导通，蜂鸣器发出声音开始报警，同时R14和C6开始充电，当2脚的电平超过3脚的电平时，比较器1脚输出为低电平，蜂鸣器停止报警。此充电过程大约为一分钟，即让蜂鸣器持续报警一分钟。报警延
33、时模块电路图，如图20所示。图20 报警延时模块电路图4.开机延时模块：由VT3、R20、C8组成开机延时电路，时间也约为1分钟，它的设置主要是防止使用者开机后立即报警，好让使用者有足够的时间离开监视现场，同时可防止停电后又来电时产生误报。开机延时模块电路图，如图21所示。 图21 开机延时模块电路图红外探测报警器的优点: 本身不发任何类型辐射，器件功耗很小，隐蔽性较好，价格低廉 。但也有一定的局限性：容易受各种热源、阳光源干扰； 红外穿透力差，人体的红外辐射容易被遮挡，不易被探测器接收；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。红外探测报警器的市
34、场价格约为：75元。其外观图如图22所示。 图22 红外探测报警器外观图2.3.3 方案三：智能无线报警本文介绍一种采用单片机控制的基于电话线的远程报警器。其主要特点是采用MITEL 公司的MT8880 集成电路收发电话双音频信号和检测呼叫信号。由于该芯片由ISO2CMOS技术制造,具有低功耗、高可靠性的特点,又能将其他同类芯片的单一功能集成,因此而节约了成本,提高了整体稳定性。整体电路的原理框图如图23所示。传感器接口DTMF信号收发中央处理单元振铃检测电话机/电话线接口电路电话机电话线语音电路电源 图23智能无线报警系统原理框图本报警器的工作原理:当发现警情时,探测器将警报信号通过传感器接
35、口送入单片机,单片机的报警中断程序开始运行,调用拨号子程序按照预置号码进行拨号。此时单片机控制MT8880发送双音频信号拨号,并检测呼叫信号以判定是否可以调用语音模块进行语音报警。当没有警情时,可以通过另一部话机拨打本机,振铃检测电路将振铃音信号转换成TTL 信号传送给单片机,由单片机计数;当振铃五次无人摘机时,系统就会自动摘机,调用远程设置子程序进行远程录音、查询警情等操作。摘挂机模块：电话摘机后,电话线的回路电流突然变大为约30mA的电流,程控电话交换机检测到此变化就认为话机已经摘机。单片机通过端口P2.0控制三极管T01的导通和截止来控制电路中的电流的大小,从而模拟摘挂机的动作。当P2.
36、0为低电平时,T01截止,电流比较小,处于挂机状态;当P2.0为高电平,T01 导通,此时T01 和T02 组成的恒流源电路将提供30mA左右的电流,相当于电话摘机,交换机就会接通话路，其电路图如图24所示。 图24 摘挂机电路原理图拨号音接收和DTMF 信号收发模块：信号的接收部分:在MT8880 的运放输出端和IN - 之间接反馈电阻可调节运放增益, 增益大小为R12/ R11。实际测试到电话线上的DTMF 信号比较小,不易检测到,故选择增益为3。为减少干扰,在IN2端接入100pF电容可改善MT8880 对DTMF 中高频分量的接收。信号的发送部分:从TONE 引脚输出的信号经过R13、
37、C15 滤波后经过音频放大,经过音频耦合器输出到电话线上。音频放大部分:由于构思是要使MT8880 发出的音频信号作为提示音信号,若要使它能够被电话信号另一端的人听到,就必须使信号输出的峰值达到2. 5V 以上。但是经过测试,TONE脚输出的峰值不到1V ,为此,必须加一个音频放大电路，其电路图如图25所示。 图25音频放大电路电话报警模块：电话报警模块主要通过中断服务程序来实现。该程序的基本流程是:报警器摘机,自动拨叫号码簿上相应的报警号码,如,110、119 ,或一组用户的自己设置的固定电话号码、手机号码。拨叫时,报警器摘机后先对电话线上的信号进行检测,检测到拨号音就拨号,检测不到拨号音说
38、明电话线已有问题,无法拨号,就自动挂机。拨号后等待三秒再检测有无回铃音或忙音,如果都没有,就表明已经接通,可以进行语音报警。如遇回铃音就等待三秒再检测,若等待三次后线路仍然不通,就拨叫下一个号码; 若遇忙音就先挂机再等待10s ,重新拨号,如此三次后仍然拨不通,就拨叫下一个号码,直到将电话簿上的所有号码拨完为止。本设计介绍一种采用单片机控制的基于电话线的远程报警器。其中使用目前比较新颖的多功能DTMF 收发集成电路MT8880 ,成本低,可靠度高,可广泛应用于家庭。智能无线报警器的市场价格约为：150元，其外观图如图26所示。图26 无线报警器外观图2.3.4 报警装置方案选择报警装置的三种方
39、案，从成本、功能实现、效率、操作难易、以及精度等，综合考虑，我选择方案一振动报警器作为设计的报警装置。3 软件设计3.1 主程序在软件编程中，我负责报警装置的软件编程。同组人员戴晓琴和孟祥续分别负责选择装置、投币装置和显示装置的编程，主程序由我们一起负责编写。3.1.1 I/O分配表 I/O分配表，如表1所示。表1 I/O分配表输入输出P1.0P1.7键盘P00P06二极管T0P2.0P2.7LCD控制P0.7扬声器3.2 报警系统程序3.2.1 报警系统流程图 报警系统流程图，如图27所示。c=p07D=0?YNf=0f=1c=1c=0蜂鸣器工作蜂鸣器不工作结束d=p32开始 图27 报警系
40、统流程图3.2.2 报警系统程序代码见附录24 硬件方案整合 我主要负责报警装置的电路图，比较简单。同组人员戴晓琴和孟祥续也分别负责晶体振荡电路和复位电路，同时我们一起完成了总原理图的绘制。4.1 其他单元电路4.1.1 晶体振荡电路 晶体振荡电路电路图，如图28所示。图28 晶体振荡电路1.晶体振荡电路功能介绍：此电路能让电路产生振荡频率，直流电经过晶体振荡电路就会产生电路所需的交流电，此电路不需要外信号刺激自身就可以将直流电能转化为交流电能，所以要是电路需要将直流电变成交流电，在这里就需要用一个晶体振荡电路。2参数计算：这是一个晶体振荡电路用到了两个电容和一个晶振，一般12MHZ 30P，
41、6MHZ 20P，2MHZ 10P，我采用的是12MHZ 30P的晶振电路。4.1.2 复位电路 复位电路电路图，如图29所示。图29 复位电路1.复位电路功能介绍：为确保微机系统中电路稳定可靠工作，复位电路是必不可少的一部分，复位电路的第一功能是上电复位。一般微机电路正常工作需要供电电源为5V5%，即4.755.25V。由于微机电路是时序数字电路，它需要稳定的时钟信号，因此在电源上电时，只有当VCC超过4.75V低于5.25V以及晶体振荡器稳定工作时，复位信号才被撤除，微机电路开始正常工作。2.参数计算：这是一个复位电路，由一个电阻和一个电容组成，一般的复位电路电容都为10uF，电阻都为10
42、K。4.1.3 报警电路 报警电路电路图，如图30所示。图30 报警电路1.报警电路功能介绍：当箱体受到强行破坏时，外壳采用红外报警器，扬声器就会作用发出声音，提醒工作人员。2.参数计算：这是一个报警电路它由电阻、三极管、蜂鸣器组成，R4作为保护电阻它的阻值范围：3301K。4.2 总原理图见附录34.3元器件清单见附录44.4 PCB板PCB板又称印刷电路板，是电子元器件电气连接的提供者。它的发展已有100多年的历史了；它的设计主要是版图设计；采用电路板的主要优点是大大减少布线和装配的差错，提高了自动化水平和生产劳动率。PCB板的设计目的在于规范设计作业，提高生产效率和改善产品的质量。采用印
43、制板的主要优点是：1.由于图形具有重复性（再现性）和一致性，减少了布线和装配的差错，节省了设备的维修、调试和检查时间。2设计上可以标准化，利于互换。3布线密度高、体积小、重量轻，利于电子设备的小型化。4利于机械化、自动化生产，提高了劳动生产率并降低了电子设备的造价。 印制电路板布局一般原则：1距板边距离应大于5mm 。 2先放置与结构关系密切的元件，如接插件，开关，电源插座等 。 3优先摆放电路功能块的核心元件及体积较大的元器件，再以核心元件为中心摆放周围电路元器件。 4功率大的元件摆放在有利于散热的位置上。 5质量较大的元器件应避免放在板的中心，应靠近机箱中的固定边放置。 6有高频连线的元件
44、尽可能靠近，以减少高频信号的分布和电磁干扰。 7输入，输出元件尽量远离。 8带高压的元器件尽量放在调试时手不易触及的地方。 9热敏元件应远离发热元件。 10可调元件的布局应便于调节。 11考虑信号流向,合理安排布局使信号流向尽可能保持一致。 12布局应均匀,整齐,紧凑。 13SMT元件应注意焊盘方向尽量一致,以利于装焊,减少桥联的可能。 14去藕电容应在电源输入端就近位置。 15波峰焊面的元件高度限制为4mm 。 16对小尺寸高热量的元件加散热器尤为重要,大功率元件下可以通过敷铜来散热,而且这些元件周围尽量不要放热敏元件。 17定位孔到附近焊盘的距离不小于7.62mm(300mil),定位孔到表贴器件边缘的距离不小于5.08mm(200mil)。印制电路板布线的一般原则：1线应避免锐角,直角,应采用四十五度走线。 2相邻层信号线为正交方向。 3高频信号尽可能短。 4输入,输出信号尽量避免相邻平行走线,最好在线间加地线,以防反馈耦合。 5双面板电源线,地线的走向最好与数据流向一致,以增强抗噪声能力。 6数字地、模拟地要分开。 7时钟线和高频信号线要根据特性阻抗要求考虑线宽,做到阻抗匹配。 8整块线路板布线,打孔要均匀。 9单独的电源层和地层,电源线,地线尽量短和粗,电源和地构成的环路尽量小。
