电子产品模块及应用工作任务七

选择综合报警系统作搭建电路，主要是该电路应用了多种具有代表性模块电路，电路比较复杂，是多种电子单元模块的综合使用。所以，该项任务也可以说是综合训练，有利于学习者学习和掌握在复杂电路中对电路进行分解和运用的方法，增强了学习者提高学习和运用电子单元电路模块学习电路的信心。在这个综合报警系统电路中，使用了多个传感器，这使我们更加认识传感器在电子产品中的作用和重要地位。1．电路原理图综合报警系统电路原理图如图7-1所示。2．电路模块的配置根据电路图原理，搭建该电路须配置EDM314±5V、±12V、EDM315电源变压器、EDM002-ATMEGA16单片机主板、EDM605四位数码显示管、EDM201触摸按键、EDM107热释电红外传感器、EDM112红外反向器、EDM106烟雾传感器、EDM302四种音乐和EDM503扬声器。（1）功能作用该电路由于使用触摸按键、热释电红外线传感器、红外反向器和烟雾传感器四种传感器，所以电路能够对触摸、红外、烟雾和热释在一定范围内的信号进行报警和显示。只要有其中一种报警信号，则扬声器便会发出报警声音，同时对应的数码管显示“1”，十几秒后若无报警信号，则扬声器停止报警，对应的数码管也回复到“0”。电源主要提供由外电路提供±12V、VCC和－5V电源或使用模块EDM314、EDM315提供。（2）工作过程微处理器IC4已经写入编好的程序，四种传感器也已经做好了信号处理的电路模块，如果按电路连接以后，只要其中一个传感器产生信号，经过模块对信号的处理以后，便把信号传送到微处理器去进行处理。微处理器便根据编好的程序，向数码显示电路及语音电路发出指令，使报警显示电路及时显示和扬声器报警。1．模块电路连接（1）连接实物图综合报警系统电路连接实物如图7-2所示。图7-2综合报警系统电路连接实物图（2）连接说明各模块都连接电源5V，GND。EDM002-ATMEGA16单片机主机模块：PA0～PA7插孔连接EDM605四位数码管显示模块的A～DP插孔；PB1～PB4插孔连接EDM605四位数码管显示模块的DS1～DS4插孔；PC0插孔连接EDM112红外反射模块的OUT插孔；PC1插孔连接EDM201触摸按键模块的FLAGE插孔；PC2插孔连接EDM107热释电模块的OUT插孔；PC3插孔连接EDM106烟雾传感器模块的VOUT；PD0插孔连接EDM302四种音乐模块的。EDM302四种音乐模块：SP+，SP-插孔连接EDM503扬声器模块的SP+，SP-插孔。2.电路调整与测量（1）电路调整把模块按照电路图连接，并正确接入电源。这里主要是调试四个传感器模块的工作灵敏度：1）EDM106烟雾传感器模块。2）EDM107热释电红外传感器模块。3）EDM201触摸按键模块。4）EDM112红外反射模块。（2）电路测量1）测量微处理器IC4的时基脉冲。通电后，使用仪器测量微处理器IC4的时基脉冲信号，并把相关的数据记录在图7-3中。波形周期幅度T＝250nsVP－P＝4V量程档位量程档位50ns/div1V/div图7-3IC4的时基脉冲信号2）传感器模块的输出信号测量。把各模块按电路连接并接入电源，分别用烟雾接近EDM106传感器、人体接近EDM107传感器、用物体靠近EDM112传感器、用手触摸EDM201触摸按键，测量PC3～PC0插孔在传感器出现信号前后的电压变化，并记录在表7-1中。表7-1传感器出现信号前后的电压变化传感器PC3PC2PC1PC0出现信号前4.64.64.64.6出现信号后00003.电路检测由于电路是由模块搭建而成的，因此电路是根据电路测试的结果来判断电路出现的故障是在那一块的模块电路上。我们可以用排除法来确定故障的模块。因为这个电路最大的特点是多个传感器完全是由微处理器来控制的，所以，如果某模块出现故障，就应很快确定是对应的传感器模块的故障了。故障现象：把各模块按电路要求连接，并加电。开机后，人体在靠近报警系统时，不能发出报警声音及对应的数码管显示未出现报警符号“1”。模块检测可能出现的问题及解决方法如表7-2所示表7-2模块检测可能出现的问题及解决方法问题原因解决方法EDM605四位数码管没有显示没有接电源接电源单片机模块EDM002坏置换单片机模块EDM002EDM302四种音乐模块不能发出报警声音没有接电源接电源单片机模块EDM002坏置换单片机模块EDM002EDM302四种音乐模块坏置换EDM302四种音乐模块有较大的烟雾时不能报警EDM106烟雾传感器模块上灵敏度电位器没有调节好重调EDM106烟雾传感器模块上灵敏度电位器EDM106烟雾传感器模块坏置换EDM106烟雾传感器模块单片机模块EDM002坏置换单片机模块EDM002有烟雾时不能报警EDM106烟雾传感器模块坏置换EDM106烟雾传感器模块人体接近时不能报警热释红外传感器坏置换EDM107热释电红外传感器模块热释红外信号处理集成IC6坏单片机模块EDM002坏置换EDM002单片机主板模块用障碍物放在红外反射传感器前不能报警红外反射传感器HW坏置换EDM112红外反射模块六反相器4069坏红外反射模块的灵敏度电位器没有调整好重新调整EDM112红外反射模块上的灵敏度电位器单片机模块EDM002坏置换EDM002单片机主板模块触摸按键不能报警触摸按键损坏置换EDM201触摸按键模块模块中的微处理器IC1坏模块中的译码器IC3坏单片机模块EDM002坏置换EDM002单片机主板模块4．电路框图根据图7-1电路原理图，综合报警系统电路框图如图7-4所示。图7-4综合报警系统电路框图（2）模块实物如图7-6所示图7-6EDM201-触摸按键模块实物图（3）模块功能接线端口说明：5V、GND插孔：模块电路5V电源输入插孔。FlAGE插孔：按键标志输出，当有触摸时此处输出低电平信号。F2～插孔：按键信号输出口。D1、D2、D4、D8插孔：按键数据信号口。排插J1输出功能与对应D1、D2、D4、D8插孔输出功能相同。在输出D1、D2、D4、D8插孔的信号时，可直接使用排插J1输出信号。排插J2输出功能与对应F2～插孔输出功能相同。在输出F2～插孔的信号时，可直接使用排插J2输出信号。6．EDM107-热释电红外传感器模块EDM107-热释电红外传感器模块是属于《传感器电路》之一。（1）模块电路如图7-7所示。图7-7EDM107-热释电红外传感器模块电路图1）电源电路。模块供电4.5～5.5V，模块采用外部5V电源供电，电源电路工作过程见本书《工作任务二搭建频率计电路》中的三、（一）、1、（3）、1）介绍。2）热释电红外感应电路。CS9803是红外感应信号输入的集成块，CS9803集成块内部由系统时钟、比较器、图7-8EDM107-热释电红外传感器模块实物图检测器、计时器、过零检测器和输出控制电路组成，主要利用人体感应红外光、应用在自动门、自动洗手机或楼宇监控报警设备上。集成块采用16脚DIP封装，各引脚功能见表7-3。表7-3CS9803集成块各引脚功能说明引脚功能引脚功能1运放输出19光敏电阻检测输入2运放正输入110双相可控硅控制输出3运放负输入111继电器控制输出4基准电压输出12过零检测输入5接地端13正电源端6系统时钟14运放负输入27测试端15运放正输入28定时始终16运放输出27．EDM112-红外反射器模块EDM112-红外反射器模块是属于《传感器电路》模块之一。（1）模块电路如图7-9所示。图7-9EDM112-红外反射器模块电路图（2）模块实物如图7-10所示图7-10EDM112-红外反射器模块实物图8．EDM106-烟雾传感器模块EDM106-烟雾传感器模块是属于《传感器电路》模块之一。（1）模块电路如图7-11所示。图7-11EDM106-烟雾传感器模块电路图（2）模块实物如图7-12所示。图7-12EDM106-烟雾传感器模块实物图（3）模块功能接线端口说明：5V、GND插孔：模块电路5V电源输入口。VOUT插孔：烟雾传感器信号输出端口。插孔：模块信号输出端口。1）电源电路。模块供电4.5～5.5V，模块采用外部5V电源供电，电源电路工作过程见本书《工作任务二搭建频率计电路》中的四、（一）、1、（3）、1）介绍。2）烟雾传感器。该模块由气敏传感器QM-N5和IC1LM358电压比较器组成。9．EDM302-四种音乐模块EDM302-四种音乐模块是属于《执行器件》模块之一。（1）模块电路如图7-13所示。图7-13EDM302-四种音乐模块电路图（2）模块实物如图7-14所示。图7-14EDM302-四种音乐模块实物图（3）模块功能接线端口说明：5V、GND插孔：模块电路5V电源输入口。SP＋、SP－插孔：外接扬声器插口。插孔：控制模块信号输入端口。1）电源电路。模块供电4.5～5.5V，模块采用外部5V电源供电，电源电路工作原理见本书《工作任务二搭建频率计电路》中的四、（一）、1、（3）、1）介绍2）四种音乐模块电路。IC1TQ9561是报警语音芯片，其中含有四种报警声音：警车声、消防车声、救护车声和机枪声。S1B接到“6”时，VT1导通，报警语音芯片开始工作，S2A连接（集成IC1“7”脚高电平）的消防车声，模块接电后发出警车声，集成IC1“2，7”脚断开发出救护车声，S4A连接（集成IC1“1”脚高电平）的机枪声，调节Rp1可以调整发出声音的延长时间。（二）相关电路知识1．热释电人体红外线传感器热释电红外线传感器是利用被检测体热辐射引起敏感元件温度变化进行的。热释电红外线传感器的材料以陶瓷氧化物及压电晶体用得最多，如PbTiO3(钛酸铅)、LiTaO3（钽酸锂）、LATGS（硫酸三甘肽）及PED（锆钛酸铅）等。这类材料具有强烈的自发极化特性，平时靠捕获大气中的浮游电荷保持平衡，当受到热辐射而产生温度变化时，介质的极化状态随之变化，由于内部的电荷的速度远远高于表面电荷变化的速度，内、外电荷将产生“失去”现象，即在表面电荷重新达到平衡的短暂时间内，将出现独立的电荷，这就是电介质的热释电效应。（1）热释电红外线传感器的结构热释电红外线传感器的结构如图7-15所示。敏感元件通常采用PET材料，其上、下表面做成电极，表面上加一层氧化膜，用于提高转换效率，由于它的输出阻抗高，输出信号极其微弱，帮在其内部装有场效应管（FET）及偏置厚膜电阻RG、RS以进行电路放大，电路结构如图7-16所示。图7-15热释电红外线传感器的结构示意图图7-16热释电红外线传感器内部电路结构和实物图热释电红外线传感器按其内部安装的敏感元件数量的多少分为单元件、双元件、四元件及特殊型等几种。最常见的是双元件型如P228就是其中的一种通用型热释电红外线传感器，其内部电路结构如图7-17所示。图7-17双元件热释电红外线传感器内部电路结构双元件热释电红外线传感器具有输出比单元件提高一倍、防止太阳的红外线引起的误动作、消除因震动而引起的检测误差和防止由于温度变化而引起的检测错误。热释电红外线传感器的低频响应（一般为0.1~10Hz）和对特定波长红外线（一般为5~15um）的响应决定了传感器只对外界的红外线的辐射而引起传感器的温度的变化而敏感，而这种变化对人体而言就是移动。所以，传感器对人体的移动或运动敏感，对静止或移动很缓慢的人体不敏感；它可以抗可见光和大部分红外线的干扰。（2）热释电红外线传感器的封装方式热释电红外线传感器的封装方式如图7-18所示两种，分别为金属外壳TO-5封装和塑料TO-92封装。（a）TO-5封装（b）TO-92封装图7-18热释电红外线传感器的封装方式（3）菲涅耳透镜由于人体放射的远红外线能量十分微弱，不论哪种封装，直接由热释电红外线传感器接收，灵敏度很低，控制距离一般只有1～2m，远远不能满足要求，配以良好的光学光学透镜（如抛物镜、菲涅耳透镜等），才能实现较高的灵敏度。通常多配用菲涅耳透镜，用其将微弱的红外线能量进行“聚集”，可以将传感器的探测距离提高到10m以上。图7-19菲涅