基于单片机的播控报警器系统设计

基于单片机的播控报警器系统设计
摘要：本电视机房报警器系统采用STC12C5A60S2单片机作为系统的控制器，并用其内部AD采集电压模块。

最小系统的外部电路由电压跟随器、峰值检波电路、偏置电路组成，本系统可采集0-5Vpp的音频信号，偏置电路将波形偏移到
正半轴，AD采集正电压进行数据分析和报警，达到了较理想的效果。

关键词：A/D；电压跟随器；报警器；音频信号
引言
随着计算机科学的快速发展，报警设备已经被广泛地应用于许多不同的行业。

其中，数字信息收集对于工业、农业的监管来说非常重要，因为它可以帮助我们
监测到不同的气候变化，如温度、湿度、水位、电压。

通过采用随机搜索技术，
可以有效地从特定的检测点获取有关该区域的信息，并且可以根据不断变化的环境，通过分析和综合，从而更加准确地判断和优化控制方案，从而有助于提升产
品的质量，并带来更大的经济收益。

随着技术的进步，多种数字化收集技术的使
用范围正变得更加广泛，因此，对此领域的深入探索变得尤其迫切。

通过使用数
字化收集技术，我们不仅能够收集更加丰富的实时信息，而且还能够更好地收集
有价值的科学资料，从而更好地推进社会的进步。

无论是何种行业，数据收集、
分析、整合以及利用都会对企业的运营产生重大的影响，从而提升其运营的经济
效益。

通过使用硬件和软件结合，开发设计一种监听和报警系统。

用单片机自动检测，实时电压采集，并对数据进行分析和处理。

随着技术的发展，电压的准确性、可靠性等方面的需求日益增加，电压的测量及其相关的显示技术变得尤其重要。

电压采集与通信控制采用模块化设计，硬件部分采用51单片机作为主控芯片，
结合模数转换模块、显示模块、串口通信等，再加上一些基本的外围电路，使得
整个系统更加完善。

通过STC12C5A60S单片机内部的A/D模块采集音频模拟信号，
并将模拟信号转换为数字信号，经过单片机的精确计算和分析，最终发出报警信号。

1系统方案设计与论证
1.1主要模块方案选择和论证
方案一：利用AD0809实现模拟电压的数字化转换，经过微处理器8051单片机进行处理，最后通过数据分析与报警。

方案二：采用STC12C5A60S2单片机作为主控芯片，使用内部集成的A/D模块进行电压采集，减少外围电路，节约成本，电路板面积小，硬件结构简单。

STC12C5A60S2单片机是增强型51系列微处理器，使用12M的晶振时，单周期指令为1/12us，比普通51单片机的运行速度快12倍左右。

经过论证对比，最终本电视机房报警器系统选择方案二。

1.2系统总体方案设计
图1-1 系统总体框图
2电路设计及分析
2.1电压跟随器
在模拟电子电路中一般将电压跟随器作为放大电路的第一级，是信号检测电路的关键部件之一，具有阻抗匹配的作用。

前极放大电路要求具有低噪声性能，否则，放大器本身的噪声就会淹没原来的微弱信号，所以前置放大器必须是一个性能优良的低噪声放大器。

电压跟随器还有一个重要作用，那就是缓冲和隔离，
防止后级电路对前级电路的干扰，电压跟随器输入输出电压幅度相近，对前级电路呈高阻状态，对后级电路呈低阻状态，因而对前后级电路起到隔离作用，电压跟随器起缓冲、隔离、提高带负载能力的作用。

模拟电子电路电压跟随器具有输入高阻抗，输出低阻抗的特性，因此在电路中可以起到阻抗匹配的作用，能够使得后一级的放大电路稳定的运行。

电压跟随器电路如下图2-1。

图2-1电压跟随器
2.2峰值检波电路
峰值检波电路如图2-2所示，采用运算放大器、二极管、电阻、电容构成的能够使信号一直在其峰值的电路。

当输入信号的新峰值到达时，运算放大器的输入电压值小于其峰值，因虚断，前级运算放大器的输出电压大于输入电压，D1二极管断开，D2二极管通路，继续给电容C1充电保持其峰值，所以前级运算放大器的输出会比后级运放的输出大一个管压降。

因D1二极管断开，后级运算放大器与电阻R1、二极管D2构成一个反馈通路，让前级运算放大器的输入端之间保持虚短，因R1上没有电流通过，所以后级运算放大器的输出电压跟随前级运算放大器的输入电压，称其为跟踪模式。

信号峰值过后，前级运算放大器的输入电压变小，输出变小，输出电压小于电容上的电压，D2二极管截止。

因输入端虚短，等于，所以D1存在管压降，导致前级运算放大器的输出电压小于输入端VD1电压。

R1给D1提供一个电流通路，此时后级运算放大器的电压一直在其峰值，大于输入端的电压，电阻R1上有电流通过。

电流大小等于后级运算放大器的输出与前级运算放大器的输入之间的压差除以电阻R。

D2二级管、前级运算放大器、后级运算放大器构成反馈通路，可以消除由二极管D2的管压降和后级运算放大器的输入失调电压所引的误差。

图2-2峰值检波电路
2.3 偏置电路
由偏置电路如图2-3电路可以分析出，当偏移电压为，R20=R26时，静态工作点Up=Un==，此时交流放大倍数为-1倍。

最终输入与输出的数学表达式为：
=–（2-3）
由上式子可见，对输入交流信号实现了直流偏置。

图2-3偏置电路
2.4 最小系统原理图
STC12C5A60S2单片机最小系统由外围一些电路构成，有时钟电路、复位电路、电源供电电路。

51单片机最小系统原理图如图2-4所示。

在时钟信号控制下STC12C5A60S2单片机才能有序地工作，先取指令，再译
码进行控制输出高低电平。

时钟电路为单片机工作提供基本时钟，STC12C5A60S2
单片机的时钟信号有外部时钟和内部时钟两种方式。

内部时钟电路如图2-4所示。

在STC12C5A60S2单片机XTAL1引脚、XTAL2引
脚接上晶振和两个稳频瓷片电容，与单片机片内部电路构成一个自激振荡器。

晶
振频率一般为0~24MHz，常用的晶振频率有12 MHz、11.0592 MHz、24 MHz等，
外接瓷片电容的作用是对振荡器进行频率微调，使振荡信号的频率与晶振频率一致，同时起到稳定频率的作用，稳频瓷片电容的大小一般采用20~30pF。

图2-4最小系统原理图
3 程序流程图
根据原理设计程序流程图，程序流程图如下：
图3-1 主程序流程图
4 结论
安全播出是广播电视工作的生命线，关系全局，影响重大。

通过研究设计报警系统，可以及时的提示我们在遇到安全播出事故时，及时采取措施应急处置，避免出现长时间停播事故。

通过本电视机房报警器系统设计，我加深了对模拟电子电路、单片机、C语言程序设计的理解和掌握，增强了动手实践能力。

在板子制作过程中，虽然遇到了不少问题，如偏置电路没法偏置、波形失真、噪声干扰等问题。

但经过耐心、仔细地排查后终于还是解决了这些问题，最终完成了电视机房报警器系统设计，达到了较理想的效果，这次设计加强了我耐心分析问题的能力和学会交流解决问题的能力。

参考文献
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[2]邵鹏．信号/电源完整性仿真分析与实践[M]．北京：电子工业出版社，2013.6
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