某年电子设计创新与制作设计报告

2010年电子设计创新与制作设计报告

题目：╳╳╳╳╳╳╳╳╳

系院：

学生：

专业：

指导教师：

2010年10月20日

╳╳╳╳╳╳╳╳╳

1. 方案的设计与论证

宿舍智能防火防盗报警系统应用于学生宿舍，能够自动监视宿舍内的安全情况，如有发生火灾、非法入室等异常情况能够立即发出报警和求助信息。如图1所示为该系统的总体设计框图。 图1 总体设计框图

以总体设计框图为根本，按照设计的总体要求和电路功能的实际需要，下面对主要的功能模块的选择应用进行对比与论证。 1.1稳压电源模块

方案一：采用LM7805和LM1117稳压芯片。优点：LM7805和LM1117可以分别提供5V 、3.3V 稳定电压，使用方便，价格便宜，输出电压比较稳定。缺点：输入输出压差大，热稳定性差。

方案二：采用AS1015开关稳压芯片。优点：其工作电压高达38V ，通过精密电阻可以实现输出电压0.8V 至输入电压可调，输入输出压差为零，热稳定性优秀，转换效率达95%以上。驱动能力强，最大输出电流为5A 。缺点：需要考虑EMC(电磁兼容性)，需配合电感及优质电容（如钽电容）工作。

信号1

信号2 信号3

房间1 房间2 房间3 总控台 无线通讯

ATmega

16

单

片

机 热释电传感烟雾传感器 光电开关 EAS

声光报警 显示电路 无线收发

ATmega 16 单 片

机 无

线

收

发 声光报警 显示电路 上位机 TC35

键盘输入

键盘输入

考虑以上两种方案的优缺点，因本系统中TC35手机通讯模块对电压稳定性高，且语音模块BMP5008和无线编解码器PT2262/2272等工作电压要求多元化。经比较，我们选用了方案二。

1.2主控器模块

方案一：采用AT89S52单片机作为主控芯片。优点：AT89S52是一种低功耗，高性能的COMS8位微控制器。作为一种比较成熟的单片机型号，广泛的应用于各领域，技术比较成熟，价格相对便宜。缺点：其内部集成资源偏少，功能不够强大，中断源和定时器较少。

方案二：采用ATmega16单片机作为主控芯片。优点：AVR是高速嵌入式单片机，具有高速、低耗、保密的优点。其内部集成资源丰富，具有功能强大的定时/计数器和A/D转换功能及通讯接口。

考虑到项目的实际需求和可操作性，本系统选用AVR系列中的ATmega16作为主控芯片。

1.3异地监控电路模块

方案一：采用PT2262/2272编解码电路。PT2262/2272是一种CMOS工艺制造的低功耗低价位通用编解码电路，其外部元器件少，电压工作范围较宽，焊接、编码操作简单，成本较低。但是其编解码的数据量较小，不能实现多通道控制，抗干扰能力和传输距离较差，相对于单片机的传输速度慢，不适于实时大量的数据传输。

方案二：采用NRF24L01射频收发器。NRF24L01是一款新型单片射频收发器件,工作于2.4 GHz～2.5 GHz ISM频段，内置集成功能模块丰富。功耗低，有多种低功率工作模式使节能设计更方便。拥有自动应答和跳频功能，并具有CRC 数据校对和错包重发功能，能够很好的实现数据保护和躲避干扰的能力。

在本系统的实际应用中，应使得总控台与子系统的无线通讯与控制总控台与子系统的无线通讯与控制，且实时的信息传递需要大量的数据，考虑以上几点故此选用方案二。

２．硬件设计

2.1总控台设计

总控台是全系统的控制核心，总控台以ATmega16为主控芯片，通过多通道无线射频收发器NRF24L01完成了对各房间子系统实时监控。并且以TC35手机通信模块为通信中介实现了手机对本系统的实时监控。可以使用串口通信完成与上位机的连接，实现上位机控制。并配有声光报警电路和显示电路，以完成对子系统的全局掌控与定位。

2.1.1电源电路设计

在本系统中采用了以AS1015开关稳压芯片的电源电路，由于AS1015稳压芯片对电路的EMC(电磁兼容性)要求较高，我们配合使用了电感及准确度高、滤高频谐波性能极好的钽电容工作。实现了高稳定性、高开关频率和高转换效率的高品质稳压电源。

图2 AS1015稳压电源电路图

由理论推导可得电路的输出电压表达式如下： 10.83out fb fb R V V V V R ⎛⎫=⨯= ⎪⎝⎭；且基准电压 系统需要3.3v 、5v 、12v 优质电压源，另据技术文档R3选用1k 金属膜电阻，R1选用15k 的精密可调电阻调制出上述电压。 蓄能电感的选定是开关电源电路的设计关键。控制开关关断期间才产生反电动势向负载提供能量，因此，流过负载的电流只有流过储能电感电流的四分之一。 42O I T I U L =⨯(K 关短前的瞬间) 式中输出电流I o 为流过负载的电流，当占空比D = 0.5时，其大小等于最大电流I LM 的四分之一；T 为开关电源的工作周期，T 正好等于2倍T on 。由此求得： 8i o T L U I ≥⨯ (D = 0.5) 根据芯片资料得知T =3.33us ；输入电压U i =12v ；要求输出电流I o =2A,求得L=2.4 uH 。故在此电感选用10 uH 。 2.1.2 ATmega16总控制电路的设计

图3 ATmega16总控制电路电路图

ATmega16作为总控台主控芯片，处理来自宿舍监控子系统的各类有效信号数据，同时接受上位机和运程控制手机控制命令，并将处理的数据发送给输出设备或将控制命令发送回子系统，实现了信息的实时监控与处理。

2.1.3无线通讯GSM 模块TC35的应用

GSM是全球移动通讯系统，采用了高效调制器、信道编码、交织、均衡和语音编码技术，使系统具有高频谱效率。且其防盗拷能力佳、网络容量大、手机号码资源丰富、通话清晰、稳定性强不易受干扰、信息灵敏、通话死角少、手机耗电量低。

本系统在总控台部分创新使用了无线通讯GSM模块TC35，其自带RS232通讯接口，可以方便地与PC机和单片机联机通讯。可以快速、安全、可靠地实现系统数据传输、语音传输、SMS（短消息服务）和传真。在本系统中TC35实现了系统与手机的GSM通讯。完成了短信报警、短信控制等功能。

2.1.4总控台的输入输出设备

人机界面输入设备为矩阵键盘，其功能是实现了按键控制、密码解警等。输出设备主要包括声光报警和显示电路。声光报警电路实现了异常情况的及时报警，显示电路实现了详细情况的显示和异常情况发生房间的追踪定位。

2.2宿舍监控子系统的设计

宿舍监控子系统是该报警系统的基础监控部分，子系统以ATmega16为主控芯片，通过烟雾传感器、热释电传感器、光电开关和EAS系统对安全情况实时监测，并将异常情况和统计数据通过nRF24L01传送给总控台，同时控制声光报警电路报警，并在误报的情况下可以实现密码解警功能。

2.2.1 贵重物品检测电路的设计

在子系统中，应用了以PT2262/2272为检测器和解码器组成的EAS（电子商品防窃（盗）系统）来实现贵重物品的监控。编码芯片PT2262发出的编码信号由：地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字，解码芯片PT2272接收到信号后，其地址码经过两次比较核对后，VT脚才输出高电平，与此同时相应的数据脚也输出高电平，如果发送端一直按住按键，编码芯片也会连续发射。

图4为子系统的PT2262实际应用电路图。PT2262作为信号发射源，持续的发射编码信号。本电路可以通过调节电位器R adj改变了发射天线的功率，进而实现了信号覆盖范围可调节功能。

图5为子系统中PT2272的实际应用电路图。PT2272作为信号接收器和检测器，实时接收编码信号，并在信号强度小于限定值即离开设定距离时时触发MCU

发生警报信息。