基于单片机的防火防盗报警系统.doc

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1、编号 本科生毕业设计基于单片机的防火防盗报警系统Fire alarm system based on single-chip microcomputer学 生 姓 名 XXX专 业电子信息科学与技术学 号XXX指 导 教 师XXX分 院电子工程分院2013年 6 月摘 要 近年来，随着各高校规模的扩大，在校生的数目飞速增长，学生宿舍的不安定因素也越来越多。由于同学们安全意识不强，盗窃、火灾等危害学生财产和生命安全事件的发生概率也在增长，给各高校的平安校园建设带来一定困难。为此，在计算机技术、电子信息技术和无线通信技术的基础上，文中提出了宿舍智能防火防盗报警系统的设计。该系统可以对学生宿舍内部中

2、的盗窃、火灾和违章用电等不安全因素进行监控，如有警情可迅速告知宿舍管理人员前去处理，实现了对学生宿舍的安全监控，缩短了对宿舍中突发事件的反应时间，给高校学生的平安求学带来了保障。文中提出了一种宿舍智能防火防盗报警系统的设计。系统中，监测电子系统以ATmega16为控制核心，辅以各种传感器，对学生宿舍的安全信息进行采集，如有警情通过无线通信模块传送至监控中心，自动提示值班人员前去处理，实现了对学生宿舍的安全管理。关键词：mega16；烟雾传感器；热释电人体红外传感器 ；报警系统；无线通信模块ABSTRACTIn recent years, with the expansion of the un

3、iversity scale, the number of students increased rapidly, unstable factors are more and more students dormitory. As a result of the students safety awareness is not strong, the probability of occurrence of theft, fire and other hazards students property and life safety event is on the increase, brin

4、g certain difficulty to building a peaceful campus in Colleges and universities. Therefore, based on computer technology, electronic information technology and wireless communication technology, this paper puts forward the design of intelligent fire alarm system in the dormitory. The system can moni

5、tor electric insecurity factors of student dormitory in the theft, fire and illegal, such as alarm can quickly inform dormitory management personnel to deal with, the safety monitoring of the student dormitory, to shorten the reaction time of unexpected events in the dormitory, to the university stu

6、dents study brings peace security.This paper presents a design of intelligent fire alarm system in the dormitory. In the system, monitoring electronic system with mega16 as the control core, supplemented by a variety of sensors, acquisition of safety information on the student dormitories, such as a

7、larm through the wireless communication module are transmitted to the monitoring center, automatically prompts the staff on duty to deal with, the realization of student dormitory safety management. Keywords: mega16; SIM300 communication; smoke sensor; human pyroelectric infrared sensor绪论课题研究的相关背景 随

8、着人类的进步和社会科学与技术的迅猛发展，人类开始迈入数字化和网络化为平台的智能化社会，人们对工作、生活等环境的要求也越来越高，开始出现了比如智能化仪表、智能化家电、智能化汽车、智能化小区等具有不同职能成都的产品、设备工具甚至工作环境和生活环境，并且呈现出高速发展的趋势。伴随着数字化与网络化的进程买智能化的浪潮席卷了世界的每一个角落，成为一种是不可当的历史趋势。其中正在兴起的智能小区建设热潮，反映了国际社会信息化和智能化的发展要求，是21世纪的主流和趋势。课题研究的目的近年来，随着科技的发展和人们安全防范意识的提高，钢质防盗门和钢质窗户防盗网等传统的防盗措施已不能满足人们的需要。迫切需要一种面向

9、普通家庭用户，性价比高，运行可靠，可拒非法入侵者于户外的智能防盗报警系统来代替防盗门、防盗网。因此本设计的目的就是为了找到一种适合普通家庭式防盗系统。国内外研究现状及发展动态防盗报警系统是用物理方法或电子技术，自动探测发生在布防监测区域内的侵入行为，产生报警信号，并辅助提示值班人员或其主人发生报警的区域部位，显示可能采取的对策的系统。防盗报警系统是预防抢劫、盗窃等意外事件的重要设施。一旦发生突发事件，就能通过声光报警信号，使于迅速采取应急措施。防盗报警系统与出入口控制系统、闭路电视监控系统、访客对讲系统和电子巡更系统等一起构成了入侵防范系统。防盗报警系统通常由探测器（又称防盗报警器）、传输通道

10、和报警控制器三部分构成。 报警探测器是由传感器和信号处理组成的用来探测入侵者入侵行为的电子和机械部件组成的装置，是防盗报警系统的核心，而传感器又是报警探测器的核心元件。采用不同原理的传感器件，可以构成不同种类、不同用途、达到不同探测目的的报警探测装置。 中国防盗控制技术的发展大致起源于上世纪60年代初北京故宫博物院的安防报警系统。当年，中国老一辈的安防技术工作者在完全隐蔽、可靠报警、绝对防火的全木质结构环境下完成了该系统的安装与调试，该系统就发挥了很好的作用。之后的若干年，中国安防技术一直是以防盗报警系统为主，其应用场合也主要限于金融与文博系统。由于当时基于光电导摄像管的摄像机体积大且价格昂贵

11、，因而在安防技术市场中可视化的闭路电视监控系统的应用案例极少。 随着时代的变迁，智能防盗技术有了较大的发展， 1994年秋在北京全国农业展览馆举办的展览会上，展出了部分关于防盗控制系统产品；1995年夏在天津国际展览中心的消防安防设备展览会上，展出了更多的安防技术相关产品，气氛火热。紧接着到1996年，由中国安防产品行业协会等单位主办了全国首届“国际社会公共安全产品博览会”，一下子吸引了国内外300多厂商参展，由此标志了中国防盗及安防技术市场的形成。 在国内安防防盗市场开始蓬勃发展的同时，2001年11月，中国安防界在深圳成功举办了首届中国安防论坛，全国人大副委员长、中国科协主席周光召院士题词

12、。中国科学院和中国工程院的5位院士以及国内30多位安防领域的知名专家、教授发表了演说，较全面地展示了中国安全防范领域的技术动态和发展方向，促进了学术界和企业界的交流与合作，探讨了中国公共安全行业如何应对WTO，以及行业发展、管理、动作更加科学化、规范化的有关问题。首届安防论坛的举办，为架构中国安防的理论体系，研讨中国安防的发展战略，开创良好的学术氛围，为举办更大规模的学术论坛积累了经验，创造了条件。到2008奥运项目首都国际机场捷运系统监控项目就是在先进的数字化、网络化视频监控系统中进一步整合了无人驾驶车辆自动传感监控系统、无线移动网络系统以及多系统的智能网管系统，一改传统电视监控系统仅仅是画

13、面监视及简单报警联动的实现方式，而安防系统整体解决方案（Total Solution）概念必将成为现代电视监控系统的发展方向。基于单片机的防火防盗报警系统研究内容本系统采用mega16单片机作为控制系统的控制核心，利用烟雾传感器实现烟雾检测，热释电人体红外传感器实现人体检测，红外光电传感器检测人员进出，sim300模块实现异地通讯和网络控制实现短信报警功能，键盘输入密码解警，无线发射器和无线接收报警器实现贵重物品进出检测，蜂鸣器模块实现声音报警，所有记录情况采用液晶显示。上位机与主控端直接通信，实现人机交互，体现智能化。主控端可以与各监控端通信，能显示当前各监控端的安全信息。监控端具有人体监测

14、、烟雾监测、声光报警。烟雾传感器放大电路、声光报警电路、键盘电路、稳压电源电路经过测试均达到较好效果。利用有线通信实现主控端对各宿舍监控端传感器模块的控制。经过测试，本系统能够很好的完成题目各项要求。第一章 基于单片机的防火防盗系统总体设计本次毕业设计选用avr单片机atmega16作为主系统，利用烟雾报警器识别是否有火灾用LCD12864液晶显示屏和声光报警系统输出，运用3*4矩阵键盘控制和sim300模块进行远程无线报警系统实现上位机与主控端直接通信，实现人机交互，体现智能化来完成本次设计 。 1.1 基于单片机的防火防盗系统总体功能本防盗报警系统是一种新型的电子安全报警系统，该系统的设计

15、是将电子探测、单片机控制和通信技术相结合，从而形成一个可靠的防盗报警系统。系统总体构成包括烟雾模块、信号采集与处理模块、短信自动报警器和键盘显示模块等。当用户离家时，把系统置于工作模式，防盗、防火探测器不断地进行采集，当在警戒范围内出现人体时、家中发生煤气泄 漏或火灾时，信号处理电路向单片机输出信号，单片机与短信模块通信，短信通知家主，同 时启动本地声光报 警，提起周围人的警惕。1.2 系统组成图1-1 基于单片机的防火防盗报警系统框图第二章 方案论述与比较2.1控制模块方案 方案一：采用通用的51单片机作为主控制器。51单片机通用灵活、价格低廉、使用方便，但此单片机字长有限，数据处理能力很弱

16、，处理速度较慢，资源不够丰富，需要扩展较多的外围电路，降低了系统的可靠性，增加了制作的费用，难以满足本设计要求。 方案二：可编程逻辑器件CPLD,它具有编程灵活、集成度高、设计开发周期短、适用范围宽、开发工具先进、设计制造成本低、标准产品无需测试等特点，可实现较大规模的电路设计。但是，该器件主要依赖于软件设计，缺少硬件的配合，致使程序设计复杂，难以使用，运算速度太快。CPLD同样难以满足本设计的需要。 方案三： 采用mega16 单片机来实现，此单片机I/O接口比较多，易于扩展外围电路，开发板集成了键盘、数码管，时钟、另外方便的是该芯片内置在线仿真，编程接口，可以方便实现在线调试，这大大简化了

17、系统的开发和调试的复杂度。对以上三种方案进行比较，方案一需要扩展较多的外围电路，降低了系统的可靠性，增加了制作的费用，方案二依赖于软件设计，缺少硬件的配合，致使程序设计复杂，难以使用，采用方案三接口比较多，使用灵活，可以方便实现在线调试，这大大简化了系统的开发和调试的复杂度。2.2电源模块方案 方案一：采用两节4.2V可充电式锂电池供电，经过7805的电压变换后给单片机系统和其他芯片供电。锂电池的电量比较足，并且可以充电，重复利用，因此，这种方案比较可行。但锂电池的价格过于昂贵，这会大大超出我们的预算，为遵循此次大赛成本低的原则，放弃了这种方案。方案二： 采用9V干电池经7805降压、稳压后给

18、单片机系统和其他传感器供电。电池电量低，使用后丢弃会对环境造成污染，不符合绿色环保的理念。方案三：采用直流稳压电源。输出精度高，0到32V可调，调节范围大，使用简单，能为单片机提供稳定的工作环境。经过比较，采用方案三。2.3无线模块方案方案一：红外通信，红外通信器件易得，价格低廉，但必须直线收发是其致命弱点。方案二：采用自制的无线电发射和接收电路进行无线收发，此方案虽然思路简单，但是硬件电路的连接与调试十分复杂，装置工作时的稳定性难以保证。方案三：综合使用RS485总线和RS232总线，通过RS485与RS232接口转换，将通过RS485的信息通过RS232传到单片机上，但是这需要连线布局，较

19、为麻烦。方案四：采用sim300无线通信模块，sim300无线通信协议十分简单，以低电平作为起始位，高电平作为停止位，中间可传输58比特数据和一比特奇偶校验位，奇偶校验位的有无和数据比特的长度有通信双方约定。收发可同时进行，互不干扰。综上考虑，我们选用sim300无线通信模块，确保了通信的流畅性和准确性2.4显示部分设计方案方案一：采用八位共阴极LED数码管进行显示，利用单片机串行口的移位寄存器工作方式，外接MAX7219串行输入共阴极显示驱动器，每片可驱动8个LED数码管。方案二：采用点阵字符型TS12864A-3LCD液晶显示，可以显示数字与阿拉伯字母等字符，随着半导体技术的发展，TS12

20、864A-3LCD的液晶显示越来越广泛的应用于各种显示场合。方案三：采用lcd12864显示屏，带中文字库的128X64 是一种具有4 位/8 位并行、2 线或3 线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体 中文字库的点阵图形液晶显示模块；其显示分辨率为12864, 内置8192 个16*16 点汉字，和128 个16*8 点ASCII 字符 集.利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。可以显示84 行1616 点 阵的汉字. 也可完成图形显示.低电压低功耗是其又一显著特点。由该模块构成的液晶显示方案与同类型的图形点阵液晶 显示模块相比，不论硬件电路结

21、构或显示程序都要简洁得多，且该模块的价格也略低于相同点阵的图形液晶模块比较这三种方案，数码管显示驱动简单，但显示信息量少，功耗大；利用液晶显示可以工作在低电压、低功耗下，显示界面友好、内容丰富，综合考虑，选用lcd12684来实现显示功能。2.5烟雾检测模块方案方案一：采用光敏传感器，该传感器是最常见的传感器之一，可以对许多烟雾浓度进行检测，但是在进行检测时要将烟雾信号转化为光信号才可以，经尝试，电路不稳定，不易控制。方案二：采用烟雾传感器，它是一种离子是烟雾传感器，工作性能稳定可靠，低功耗，结构设计独特，防虫、防尘、抗外界光线干扰并且有特殊的防潮设计。可以广泛运用到各种消防报警系统中，性能远

22、优于气敏电阻类的火灾报警器，并且价格适中。综合考虑我们选择方案二。2.6 提示锁门模块方案一：采用自制的蜂鸣器电路，实现声光报警。该方案实现比较容易，蜂鸣器的声音可以很好的提示锁门。并且所有报警电路都用蜂鸣器模块，节省了I/O口线资源。方案二：采用mega16编程的语音模块，以软件的形式实现。程序设计较为复杂，并且降低程序执行效率。综合考虑，选用方案一。2.7 贵重物品检测模块方案一:采用振动传感器。将振动的加速度转换成与之成比例的电压输出。可以检测环境振荡及低振荡，当物体移动时就报警，达到实时检测，但是其抗干扰能力低，而且麻烦，不利于一些经常移动的物体检测。方案二：根据超市等一些大型场合的防

23、偷盗检测原理，采用贴条形码的形式，将贵重物品的表面贴上条形码，将检测装置放置在宿舍的门口，当物品被拿出时便报警。方案三：采用再昂贵物品上装信号发生器，在监测地点装信号接收器，当贵重物品被拿出超过一定范围之后，自动发生报警信号，以此来监测贵重物品。此物品小巧，便宜，使用简单并且监测效果较好。综合上述方案，考虑推广普及成本及监测效果，采用方案三。第三章硬件设计3.1传输模块设计SIM300是一款三频段GSM/GPRS模块，可在全球范围内的EGSM 900MHz、DCS 1800MHz、PCS 1900MHz三种频率下工作，能够提供GPRS多信道类型多达10个，并且支持CS-1、CS-2、CS-3和

24、CS-4四种GPRS编码方案。SIM300结构小巧，外形尺寸仅40mm*33mm*2.85mm，几乎可满足所有对产品尺寸有要求的工业应用，比如智能电话，掌上电脑和其他移动设备。 模块与移动应用设备通过一个60引脚的板板连接器相连，它提供了模块与开发板的所有硬件接口，除了RF天线接口。 SIM300内部功能模块有：键盘和SPI 类型的LCD接口，方便用户开发自己的应用设备。 l具有调试和数据输出两个串口，帮助开发人员更容易开发产品。 l 双音频通道，包含两个麦克风输入和两个话筒输出，由AT指令配置其工作模式。 SIM300有两种RF天线接口：一种是天线连接器、一种是天线焊点。天线连接器型号为MU

25、RATA MM9329-2700，或者用户也可以通过天线焊点自己焊接天线。 SIM300具有低功耗设计，睡眠模式下的电流消耗仅为2.5mA。SIM300内部集成了TCP/IP协议栈，并且扩展了TCP/IP AT指令，使用户利用该模块开发数据传输设备变得非常简单方便。SIM300是小体积即插即用模块中完善的四频GSM/GPRS 解决方案使用工业标准界面， 使得具备GSM/GPRS 850/900/1800/1900MHz功能的SIM340以小尺寸和低功耗实现语音、SMS、数据和传真信息的高速传输。 SIM340的优良性能让它应用于许多方面，例如WLL、M2M、手持设备等等。 四频GSM/GPRS

26、 模块，外形尺寸40mm x33mm x2.85mm 支持用户定制的MMI和键盘/LCD内嵌强大的TCP/IP协议栈3.2键盘模块设计我们采用34键盘实现输入密码解码解除报警功能，并且可以用键盘模拟锁门与未锁门，开启与关闭人体检测功能与贵重物品报警系统。 连接mega16单片机控制声光报警。具体电路图如下图所示图3.1 键盘电路图3.3烟雾检测模块烟雾报警器，别称火灾烟雾报警器、烟雾传感器、烟雾感应器等。一般将独立的， 实物产品 电池供电、或交流电供电电池为备电，现成报警时能发出声光指示的，称为独立式烟雾报警器。由总线供电，总线上可以连接有多个，与火灾报警控制器联网、通讯组成一个报警系统，报警

27、时现场无声音，主机有声光提示，这类感烟报警装置一般称之为感烟探测器。感烟探测器分带地址编码的、不带地址编码的。我们采用烟雾传感器，每个宿舍安装一个烟雾传感器，它是通过监测烟雾的浓度来实现火灾防范的，当有烟雾时它产生一个高电平，并将此高电平输出给单片机，单片机得到高电平信号控制报警装置发出报警信号，并使LED灯发光。我们未采用现有的烟雾传感器的模组。调试过程中我们尝试过多种方案，如利用反相器等设计的方案，最终确定用该模块实现烟雾检测。最终设计的烟雾传感器电路原理图如下图所示图3.2 烟雾传感器原理图3.4人体检测模块题目要求我们检测出宿舍人员的进出情况并记录人数，若只用两个热释电人体红外传感器来

28、检测并计数，由于它的反应速度较慢，当两人或两人以上同时进入宿舍时它无法识别，因此，我们额外用了两个红外传感器来计数。考虑到以上情况，我们采用热释电人体红外传感器来识别是否有温度变化（即是否进出物是人），用红外避障传感器来统计出入人数。功能特点 1.全自动感应当有人进入其感应范围则输入高电平人离开感应范围则自动延时关闭高电平。输出低电平。 2.光敏控制(可选模块预留有位置可设置光敏控制白天或光线强时不感应。光敏控制为可选功能,出厂时未安装光敏电阻。如果需要请另行购买光敏电阻自己安装。 3.两种触发方式L不可重复H可重复。可跳线选择默认为H。不可重复触发方式即感应输出高电平后延时时间一结束输出将自

29、动从高电平变为低电平。可重复触发方式即感应输出高电平后在延时时间段内如果有人体在其感应范围内活动其输出将一直保持高电平直到人离开后才延时将高电平变为低电平(感应模块检测到人体的每一次活动后会自动顺延一个延时时间段并且以最后一次活动的时间为延时时间的起始点)。可重复触发方式即感应输出高电平后在延时时间段内如果有人体在其感应范围内活动其输出将一直保持高电平直到人离开后才延时将高电平变为低电平(感应模块检测到人体的每一次活动后会自动顺延一个延时时间段并且以最后一次活动的时间为延时时间的起始点)。4.具有感应封锁时间(默认设置0.2秒)感应模块在每一次感应输出后(高电平变为低电平)可以紧跟着设置一个封

30、锁时间在此时间段内感应器不接收任何感应信号。此功能可以实现(感应输出时间和封锁时间)两者的间隔工作可应用于间隔探测产品同时此功能可有效抑制负载切换过程中产生的各种干扰。 5.工作电压范围宽默认工作电压DC5V至20V6.微功耗静态电流65微安特别适合干电池供电的电器产品。7.输出高电平信号可方便与各类电路实现对接。人体检测功能可关闭，需要时用键盘开启。开启时如果检测到有人就开启声光报警。通过算法可使两个红外避障传感器分辨人员进、出两种状态。从而计算出宿舍人数。 当宿舍人数为零，并且门已锁时(可用键盘模拟)，开启人体检测，如果检测到有人进入，则进行报警。热释电红外传感器原理图如下图3.3所示图3

31、.3 热释电红外传感器原理图3.5显示模块设计 在系统中，利用LCD12864液晶显示模组作为显示模块，利用键盘相应按键显示时间、人数、人员的进出情况、烟雾检测情况以及输入密码解警情况。该模块具有计数、状态显示、时间显示等功能。 带中文字库的128X64 是一种具有4 位/8 位并行、2 线或3 线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体 中文字库的点阵图形液晶显示模块；其显示分辨率为12864, 内置8192 个16*16 点汉字，和128 个16*8 点ASCII 字符 集.利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。可以显示84 行1616 点 阵的

32、汉字. 也可完成图形显示.低电压低功耗是其又一显著特点。由该模块构成的液晶显示方案与同类型的图形点阵液晶 显示模块相比，不论硬件电路结构或显示程序都要简洁得多，且该模块的价格也略低于相同点阵的图形液晶模块。引脚图如图3.4所示图3.4 LCD12864引脚图表3-1 LCD12864的引脚引脚名称功能备注1GND液晶供电。必须连接，否则液晶不工作。2VCC液晶供电。必须连接，否则液晶不工作。3NC无连接。4RS（CS）5RW（STD）6En（SCLK）7DB0并行数据位。串行中不使用。8DB1并行数据位。串行中不使用。9DB2并行数据位。串行中不使用。10DB3并行数据位。串行中不使用。11D

33、B4并行数据位。串行中不使用。12DB5并行数据位。串行中不使用。13DB6并行数据位。串行中不使用。14DB7并行数据位。串行中不使用。15PSB16NC17/RST18NC19VCC_LED背光供电。可以不连接，不使用背光。20GND_LED背光供电。可以不连接，不使用背光。表3-2 LCD12864的引脚功能 引脚 引脚功能GND液晶GND。这是给液晶工作供电的，不正常会不能正常的显示。VCC液晶VCC。这是给液晶工作供电的，不正常会不能正常的显示。VO液晶对比度调整端。需要输入一个电压信号控制液晶的灰度。不连接或是连接不正常会不显示。RS寄存器选择位。1-数据寄存器；0-指令寄存器。R

34、W读写信号位。1-读信号；0-写信号。EN液晶使能位。1-使能液晶；0-禁止液晶操作。D0数据传输位0。D1数据传输位1。D2数据传输位2。D3数据传输位3。D4数据传输位4。D5数据传输位5。D6数据传输位6。D7数据传输位7。VCC背光VCC。如果连接不正常会导致液晶背光不亮，但是不影响液晶显示。可以不连接。GND背光GND。如果连接不正常会导致液晶背光不亮，但是不影响液晶显示。可以不连接。基本特性（1）低电源电压（VDD:+3.0-+5.5V）（2）显示分辨率:12864 点（3）内置汉字字库，提供8192 个1616 点阵汉字(简繁体可选)（4）内置128 个168 点阵字符（5）2M

35、HZ 时钟频率（6）显示方式：STN、半透、正显（7）驱动方式：1/32DUTY，1/5BIAS（8）视角方向：6 点（9）背光方式：侧部高亮白色LED，功耗仅为普通LED 的1/51/10（10）通讯方式：串行、并口可选（11）内置DC-DC 转换电路，无需外加负压（12）无需片选信号，简化软件设计（13）工作温度: 0 - +55 ,存储温度: -20 - +603.6提示锁门模块设计 当单片机系统检测宿舍无人时，由内部程序控制麦克发出报警，提示锁门，锁门后即使宿舍无人也不会报警，键盘可模拟是否锁门与解除报警器。3.7贵重物品检测模块设计 金属传感器金属传感器按工作原理分大致可以分为以下三

36、类：利用电磁感应高频振荡型，使用磁铁磁力型和利用电容变化电容型。接近传感器可以不与目标物实际接触情况下检测靠近传感器金属目标物。按检测方法分：所有金属型：相同检测距离内检测任何金属。有色金属型：主要检测铝一类有色金属。通用型：主要检测黑色金属(铁)。 非接触检测，避免了对传感器自身和目标物损坏。无触点输出，操作寿命长。有水或油喷溅苛刻环境中也能稳定检测。反应速度快。 小型感测头，安装灵活。 接近传感器原理：电容式接近传感器由高频振荡器和放大器等组成，由传感器检测面与外界构成一个电容器，参与振荡回路工作，起始处于振荡状态。当物体接近传感器检测面对，回路电容量发生变化，使高频振荡器振荡。振荡与停振

37、这二种状态转换为电信号经放大器转化成二进制开关信号。高频振荡型接近传感器工作原理：电感式接近传感器由高频振荡、检波、放大、触发及输出电路等组成。振荡器传感器检测面产生一个交变电磁场，当金属物体接近传感器检测面时，金属中产生涡流吸收了振荡器能量，使振荡减弱停振。振荡器振荡及停振这二种状态，转换为电信号整形放大转换成二进制开关信号，经功率放大后输出。通用型接近传感器工作原理：振幅变化程度随目标物金属种类不同而不同，检测距离也随目标物金属种类不同而不同。所有金属型传感器工作原理：所有金属型传感器基本上属于高频振荡型。和普通型一样，它也有一个振荡电路，电路中因感应电流目标物内流动引起能量损失影响到振荡

38、频率。目标物接近传感器时，目标物金属种类如何，振荡频率都会提高。传感器检测到这个变化并输出检测信号。有色金属型传感器工作原理：有色金属传感器基本上属于高频振荡型。它有一个振荡电路，电路中因感应电流目标物内流动引起能量损失影响到振荡频率变化。当铝或铜之类有色金属目标物接近传感器时，振荡频率增高；当铁一类黑色金属目标物接近传感器时，振荡频率降低。振荡频率高于参考频率，传感器输出信号。3.8单片机模块设计熟悉运用mega16单片机，并运用mega16作为本次设计的核心。设计本次系统ATmega16是基于增强的AVR RISC结构的低功耗8 位CMOS微控制器。由于其先进的指令集以及单时钟周期指令执行

39、时间，ATmega16 的数据吞吐率高达1 MIPS/MHz，从而可以缓减系统在功耗和处理速度之间的矛盾。 ATmega16 AVR 内核具有丰富的指令集和32 个通用工作寄存器。所有的寄存器都直接与算逻单元(ALU) 相连接，使得一条指令可以在一个时钟周期内同时访问两个独立的寄存器。这种结构大大提高了代码效率，并且具有比普通的CISC 微控制器最高至10倍的数据吞吐率。 ATmega16有如下特点:16K字节的系统内可编程Flash(具有同时读写的能力，即RWW)，512字节EEPROM，1K字节SRAM，32个通用I/O口线，32个通用工作寄存器，用于边界扫描的JTAG接口，支持片内调试与

40、编程，三个具有比较模式的灵活的定时器/计数器(T/C),片内/外中断，可编程串USART，有起始条件检测器的通用串行接口，8路10位具有可选差分输入级可编程增益(TQFP封装)的ADC，具有片内振荡器的可编程看门狗定时器，一个SPI串行端口，以及六个可以通过软件进行选择的省电模式。工作于空闲模式时CPU停止工作，而USART、两线接口、A/D转换器、SRAM、T/C、SPI端口以及中断系统继续工作；掉电模式时晶体振荡器停止振荡，所有功能除了中断和硬件复位之外都停止工作；在省电模式下，异步定时器继续运行，允许用户保持一个时间基准，而其余功能模块处于休眠状态；ADC噪声抑制模式时终止CPU和除了异

41、步定时器与ADC以外所有I/O模块的工作，以降低ADC转换时的开关噪声；Standby模式下只有晶体或谐振振荡器运行，其余功能模块处于休眠状态，使得器件只消耗极少的电流，同时具有快速启动能力；扩展Standby模式下则允许振荡器和异步定时器继续工作。ATmega16是以Atmel 高密度非易失性存储器技术生产的。片内ISP Flash 允许程序存储器通过ISP 串行接口，或者通用编程器进行编程，也可以通过运行于AVR 内核之中的引导程序进行编程。引导程序可以使用任意接口将应用程序下载到应用Flash存储区(ApplicationFlash Memory)。在更新应用Flash存储区时引导Fla

42、sh区(Boot Flash Memory)的程序继续运行，实现了RWW 操作。 通过将8 位RISC CPU 与系统内可编程的Flash 集成在一个芯片内，ATmega16 成为一个功能强大的单片机，为许多嵌入式控制应用提供了灵活而低成本的解决方案。ATmega16 具有一整套的编程与系统开发工具，包括：C 语言编译器、宏汇编、 程序调试器/ 软件仿真器、仿真器及评估板。ATmega16单片机有三种形式的封装：40脚双列直插PDIP、44脚方形的TQFP和MLF形式（贴片形式）。其外部引脚封装如图3.5所示图3.5 ATmage16 外部引脚与封装示意图其中，各个引脚的功能如下: Vcc:

43、芯片供电（片内数字电路电源）输入引脚，使用时连接到电源正极。 AVcc：为端口A和片内ADC模拟电路电源输入引脚。不使用ADC时，直接连接到电源正极；使用ADC时，应通过一个低通电源滤波器与Vcc连接。 AREF：使用ADC时，可作为外部ADC参考源的输入引脚。 GND: 芯片接地引脚，使用时接地。 XTAL2：片内反相振荡放大器的输出端。 XTAL1：片内反相振荡放大器和内部时钟操作电路的输入端。RESET：RESET为芯片复位输入引脚。在该引脚上施加（拉低）一个最小脉冲宽度为1.5us的低电平,将引起芯片的硬件复位（外部复位）。 I/O引脚，分成PA、PB、PC和PD四个8位端口，他们全部

44、是可编程控制的双（多）功能复用的I/O引脚（口）。 四个端口的第一功能是通用的双向数字输入/输出（I/O）口，其中每一位都可以由指令设置为独立的输入口，或输出口。当I/O设置为输入时，引脚内部还配置有上拉电阻，这个内部的上拉电阻可通过编程设置为上拉有效或上拉无效。 如果AVR的I/O口设置为输出方式工作，当其输出高电平时，能够输出20mA的电流，而当其输出低电平时，可以吸收40mA的电流。因此AVR的I/O口驱动能力非常强，能够直接驱动LED发光二极管、数码管等。而早期单片机I/O口的驱动能力只有5mA，驱动LED时，还需要增加外部的驱动电路和器件。 芯片Reset复位后，所有I/O口的缺省状

45、态为输入方式，上拉电阻无效，即I/O为输入高阻的三态状态。 其中MEGA16具有16KB系统内可编程Flash的8位AVR微控制器高性能、低功耗的 8 位 AVR® 微处理器先进的RISC结构（简单指令结构） 131 条指令 大多数指令执行时间为单个时钟周期32 个8 位通用工作寄存器- 计数/定时器：2个8位，1个16位 全静态工作 工作于16 MHz 时性能（最大吞吐量）高达16 MIPS 只需两个时钟周期的硬件乘法器 非易失性程序和数据存储器片内数据存储器： 16K 字节的系统内可编程 Flash + 512 字节的EEPROM（电可擦除可编程ROM）擦写寿命: 10,000 次

46、 具有独立锁定位的可选Boot 代码区通过片上Boot 程序实现系统内编程真正的同时读写操作擦写寿命: 100,000 次1K 字节的片内SRAM 可以对锁定位进行编程以实现用户程序的加密 JTAG 接口( 与IEEE 1149.1标准兼容 ) 符合JTAG标准的边界扫描功能 支持扩展的片内调试功能 通过JTAG接口实现对 Flash、EEPROM、熔丝位和锁定位的编程 外设特点 两个具有独立预分频器和比较器功能的8 位定时器/ 计数器 一个具有预分频器、比较功能和捕捉功能的16 位定时器 /计数器 具有独立振荡器的实时计数器RTC 四通道PWM8路 10 位ADC8 个单端通道TQFP 封装的7 个差分通道2个具有可编程增益 （1x, 10x, 或200x）的差分通道 面向字节的两线接口 两个