基于單片機(jī)的聲光報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

　　1 聲光報(bào)警系統(tǒng)基本原理

　　超聲波是指頻率高于20000Hz 的機(jī)械波。為了實(shí)現(xiàn)超聲波回波測(cè)距，必須通過(guò)超聲波傳感器產(chǎn)生和接收超聲波。超聲波傳感器是利用壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)原理實(shí)現(xiàn)電能和超聲波能之間的相互轉(zhuǎn)化，即超聲波發(fā)射器是通過(guò)逆壓電效應(yīng)將電能轉(zhuǎn)換為超聲波能，產(chǎn)生超聲波;而超聲波接收器是通過(guò)壓電效應(yīng)將超聲波能轉(zhuǎn)換為電能，接收超聲波。若超聲波發(fā)射器發(fā)出的超聲波是以速度v( 單位：m/s) 在介質(zhì)中傳播，在有效防范區(qū)域內(nèi)遇到被測(cè)物體超聲波受到反射，被超聲波接收器接收，傳播經(jīng)歷的時(shí)間為t(單位：s)，那么可以計(jì)算出入侵者與防范物體之間的距離s(單位：m)，公式為：

　　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1 所示，單片機(jī)按照晶振電路給出的時(shí)鐘時(shí)序下接收來(lái)自超聲波傳感器輸出的入侵者距離電信號(hào)，并將該距離數(shù)值在LCD 顯示屏上實(shí)時(shí)顯示， 同時(shí)控制由發(fā)光二級(jí)管和蜂鳴器組成的聲光報(bào)警系統(tǒng)，使其以一定的頻率閃光并發(fā)出警報(bào)聲。

　　圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

　　2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　2.1 硬件電路

　　硬件電路的設(shè)計(jì)主要包括單片機(jī)系統(tǒng)及顯示電路、超聲波發(fā)射與接收電路、聲光報(bào)警電路四部分。單片機(jī)采用STC89C52.采用12 MHz 高準(zhǔn)確度的晶振，減小測(cè)量誤差。超聲波傳感器采用壓電式超聲波換能器，設(shè)置單片機(jī)端口P2.7 輸出超聲波換能器所需的40 kHz 的方波信號(hào)，端口P3.2 監(jiān)測(cè)超聲波接收電路輸出的返回信號(hào)。顯示電路采用KXM12864M 顯示屏。聲光報(bào)警電路由發(fā)光二極管和蜂鳴器組成。

　　2.2 各主要模塊的硬件

　　2.2.1 STC89C52 主控電路

　　圖2 STC89C52 主控電路

　　2.2.2 超聲波發(fā)射接收電路

　　壓電式超聲波換能器是通過(guò)壓電晶體的諧振來(lái)實(shí)現(xiàn)超聲波能和電能之間的轉(zhuǎn)換，從而實(shí)現(xiàn)超聲波的發(fā)射與接收的。將超聲波發(fā)射器安裝于J1 端，由單片機(jī)P27 端口以40kHz 的頻率輸出方波電信號(hào)，那么壓電晶體就會(huì)發(fā)生逆壓電效應(yīng)以相同的頻率進(jìn)行振動(dòng)，實(shí)現(xiàn)電能向超聲波能的轉(zhuǎn)化，產(chǎn)生超聲波，如圖3 所示。

　　圖3 超聲波發(fā)射電路

　　將超聲波接收安裝于J2 端，當(dāng)壓電晶體兩端沒(méi)有施加電信號(hào)，接收到超聲波信號(hào)時(shí)，壓電晶體就會(huì)發(fā)生壓電效應(yīng)并以同頻率進(jìn)行振動(dòng)，實(shí)現(xiàn)超聲波能向電能的轉(zhuǎn)化，產(chǎn)生電信號(hào)，該電信號(hào)經(jīng)LM358 放大后送入LM567 進(jìn)行鎖相環(huán)檢波，那么單片機(jī)就可以檢測(cè)到一個(gè)接地方波。如下圖4所示。

　　圖4 超聲波接收電路

　　2.2.3 顯示電路

　　顯示電路采用KXM12864M 型LCD 顯示屏。

　　2.2.4 聲光報(bào)警電路

　　如圖5所示，聲報(bào)警電路選用壓電式蜂鳴器。單片機(jī)輸出低電平時(shí)，三極管導(dǎo)通，蜂鳴器報(bào)警。

　　圖5 聲報(bào)警電路

　　如圖6所示，光報(bào)警電路，當(dāng)單片機(jī)在對(duì)應(yīng)端口輸出低電平時(shí)，綠、黃、紅三種顏色的發(fā)光二極管以不同頻率閃爍。

　　圖6 光報(bào)警電路

　　2.2.5 電源電路

　　如圖7所示，電源VCC 由2 到4 節(jié)5 號(hào)電池組組成，C1、C2、C3、C4 起到穩(wěn)壓作用，按下開(kāi)關(guān)SW1 電源接通，綠色發(fā)光二極管發(fā)光。

　　圖7 電源電路