朱艷， 喻麗麗， 嚴佳雯

(江蘇省鎮(zhèn)江市金山職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212200)

0 引 言

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，人們的安全意識有了顯著提高，開始應(yīng)用前沿科技引領(lǐng)生活安全。報警器在安全防范、交通運輸、醫(yī)療救護、應(yīng)急救災(zāi)、系統(tǒng)故障和感應(yīng)檢測等領(lǐng)域都發(fā)揮了強大的報警功能。單片機、傳感器及微機控制等一系列高新科技的發(fā)展，帶動了防盜報警器的研制設(shè)計和生產(chǎn)制造等方面的快速發(fā)展?；贏T89S52單片機為系統(tǒng)核心[1]，軟件設(shè)計采用C語言編程[2]，以此實現(xiàn)多音頻報警器的設(shè)計，對于開發(fā)出既能有效報警又適用于一般家庭消費需求的報警器[3]有著重要意義。

1 硬件設(shè)計

1.1 系統(tǒng)設(shè)計原理

圖1 報警器系統(tǒng)原理框圖

多音頻報警器共有6種不同音頻的報警聲音，6個LED發(fā)光燈，對應(yīng)著6種險情[4]。用6個開關(guān)模擬這6種險情的傳感器檢測輸入信號。系統(tǒng)的功能原理如圖1所示。

1.2 單片機最小系統(tǒng)構(gòu)建

圖2為AT89S52單片機[5]的內(nèi)部系統(tǒng)組成圖。

圖2 單片機最小系統(tǒng)

1.3 電源電路設(shè)計

該設(shè)計中供電電源為220 V，而系統(tǒng)中的單片機和喇叭等元件都采用5 V或12 V供電，所以設(shè)計一個直流穩(wěn)壓電源電路是很必要的[6]。該電路的原理結(jié)構(gòu)如圖3所示。電源電路如圖4所示。

圖3 電源電路結(jié)構(gòu)框圖

圖4 電源電路圖

1.4 鍵盤電路設(shè)計

圖5 獨立式鍵盤連接方式

通常鍵盤電路有矩陣式和獨立式兩種方式。矩陣式適用于按鈕較多的情況，且矩陣式編程較難，所以該系統(tǒng)中選擇獨立式鍵盤。由于該電路中需發(fā)出6種不同聲音，即6個按鈕，一個按鍵連接一個I/O口即可。實際上，每個開關(guān)按鈕都會串聯(lián)一個上拉電阻，開關(guān)電路置為高電平[7]。當其中一個按鈕被按下時，連接該按鈕的檢測線因為接地就變成低電平，而沒有被按下的按鍵所連的檢測線依然是高電平。此時只需讀取I/O 口輸入線的電平狀態(tài)，如I/O 口輸入線為低電平，相對應(yīng)的按鍵就被按下。獨立式鍵盤連接方式如圖5所示。

1.5 LED燈電路設(shè)計

圖6 LED燈電路

當一個報警信號產(chǎn)生時，對應(yīng)的一個LED燈亮起，系統(tǒng)中的LED燈也就是綠色發(fā)光二極管，LED燈電路如圖6所示。

1.6 喇叭電路設(shè)計

在Proteus中，喇叭電路有三種，該系統(tǒng)中選用數(shù)字蜂鳴器SOUNDER。將SOUNDER直接與單片機相連[8]，利用編程將聲音數(shù)據(jù)存入數(shù)組，使單片機發(fā)出頻率各異的方波從而驅(qū)動其發(fā)出不同音頻的聲音[9]。

2 軟件設(shè)計

2.1 編程語言和開發(fā)平臺介紹

鑒于C語言可讀性好，代碼便于維護和開發(fā)，該系統(tǒng)中選擇使用C語言編程[10]，開發(fā)平臺是Keil uVision4。

2.2 系統(tǒng)軟件I/O口分配

51系列單片機通常有40個引腳，而在單片機的開發(fā)和使用中只會用到部分的引腳，所以要適當分配I/O口，引腳分配如表1所示。

表1 I/O口分配表

2.3 喇叭音調(diào)設(shè)計

喇叭共有6種不同音色，而聲音頻率不同，音色就不同，因此只要計算出聲音頻率即可。該系統(tǒng)中采用的是AT89S52 的內(nèi)部定時器/計數(shù)器，此計數(shù)器的模式為工作方式0。也就是通過改變TL0和TH0 的計數(shù)值就能夠發(fā)出一系列不同的頻率，同時發(fā)出不同音調(diào)的音樂。

2.4 程序設(shè)計

2.4.1程序總體設(shè)計

圖7 程序總體算法流程圖

圖7為該系統(tǒng)的總體算法流程圖。當有任何一種險情出現(xiàn)時，按下按鈕，對應(yīng)的警報鈴聲響起，對應(yīng)的LED燈亮[11]。

2.4.2主程序設(shè)計

圖8所示為主程序流程圖?；谀K化的思想，主程序只完成定時器的初始化，以及發(fā)光二極管的初始化。鍵盤識別和刷新是通過中斷函數(shù)來完成的[12]。

圖8 主程序算法流程圖

圖9 鍵盤程序設(shè)計流程圖

2.4.3鍵盤掃描程序

鍵盤掃描算法流程如圖9所示，采用兩種數(shù)值分別表示按鈕被按下和放開兩種狀態(tài)。當一個鍵被按下時，會有一個對應(yīng)的數(shù)值產(chǎn)生；當一個按鍵被松開時，也會產(chǎn)生對應(yīng)數(shù)值。把這些數(shù)值存在表里，通過查表就能清楚是哪個按鍵被按下，另外還可以識別出其是被按下或是被松開[13]。

2.4.4定時器初始化程序

對51系列單片機定時器最重要的操作就是對TMOD寄存器的初始化[14]，程序流程如圖10所示。

2.4.5鍵盤選曲報警函數(shù)設(shè)計

該程序要實現(xiàn)按下不同按鍵就播放不同音樂，所以選曲函數(shù)是一定要具備的。在報警選曲函數(shù)中，需同時實現(xiàn)兩個功能：一是鍵盤掃描程序返回值不同就選取不同的報警音樂;二是當鍵盤掃描程序有返回值時，LED燈光打開。鍵盤程序設(shè)計框圖如圖11所示。

圖10 定時器程序流程圖圖11 鍵盤選曲報警函數(shù)算法

3 結(jié)果

成品設(shè)計效果圖及聲音波形仿真圖如圖12～圖16所示。

圖12 系統(tǒng)整體效果圖圖13 系統(tǒng)印制電路板俯視圖圖14 按下鍵1時的波形圖15 按下鍵3時的波形

圖16 按下鍵5時的波形

4 結(jié)束語

基于單片機系統(tǒng)，采用數(shù)字電子技術(shù)，研制出一種成本低、功能強的聲光報警器，簡單實用，市場推廣性強。隨著制造技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)和計算機技術(shù)的日趨成熟，報警器的研制定將越來越智能化[15]。