題目：智能激光報(bào)警器的設(shè)計(jì)與制作Title:Designandmanufactureofintelligentlaseralarm摘要本設(shè)計(jì)主要是制作一個(gè)激光報(bào)警器，它的設(shè)計(jì)與制作由聲光報(bào)警模塊，語(yǔ)音模塊，激光發(fā)射接收控制模塊等各個(gè)小模塊組成。通過(guò)電路將各個(gè)模塊連通，再用直流電源給各個(gè)模塊供電，正常工作狀態(tài)下光線發(fā)射端發(fā)射激光紅外線，激光一直照射在光敏電阻上，聲光報(bào)警模塊和語(yǔ)音模塊都不工作。當(dāng)有人闖入時(shí)或有物體遮擋了光線，激光不能正常照射到光敏電阻上時(shí)，聲光報(bào)警模塊和語(yǔ)音模塊工作，達(dá)到激光只能報(bào)警的效果。實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警和語(yǔ)音報(bào)警等功能，實(shí)現(xiàn)家庭等的防盜作用，該功能的完成為有效的保護(hù)人民生命財(cái)產(chǎn)安全和實(shí)現(xiàn)智能化安全化的生活提供了技術(shù)支持。關(guān)鍵詞：XY-V17B 語(yǔ)音模塊，直流電源，三極管，光敏電阻，LED燈，蜂鳴器，數(shù)碼管，光線發(fā)射端，光感控制端AbstractThisdesignismainlytomakealaseralarm,itsdesignandproductionbythesoundandlightalarmmodule,voicemodule,lasertransmissionandreceptioncontrolmoduleandothersmallmodules.Connecteachmodulethroughthecircuit,andthensupplypowertoeachmodulewithdcpowersupply.Undernormalworkingcondition,thelighttransmitterwillemitlaserinfraredray,andthelaserwillshineonthephotosensitiveresistorallthetime.Neithertheacousto-opticalarmmodulenorthevoicemodulewillwork.Whensomeonebreaksinorthereisanobjectblockingthelightandthelasercannotnormallyilluminatethephotosensitiveresistor,thesound-lightalarmmoduleandthevoicemoduleworktoachievetheeffectthatthelasercanonlyalarm.Thesoundandlightalarmandvoicealarmfunctionsarerealized,andtheanti-theftfunctionsoffamiliesarerealized.Thecompletionofthisfunctionprovidestechnicalsupportfortheeffectiveprotectionofpeople'slivesandpropertiesandtherealizationofintelligentandsafelife.Keywords:Xy-v17bspeechmodule,dcpowersupply,triode,photosensitiveresistor,LEDlamp,buzzer,digitaltube,lightemittingend,lightsensingcontrolend、目錄摘要 ⅠAbstract Ⅱ1引言 12設(shè)計(jì)要求 13方案論證 23.1激光發(fā)射模塊 23.2激光控制模塊 2（1）5516光敏電阻 2（2）PNP型2N3906三極管 3（3）202可調(diào)電阻 33.3聲光報(bào)警模塊 4（1）發(fā)光二極管 4(2)蜂鳴器 43.4顯示模塊 43.5語(yǔ)音模塊 5(1) XY-V17B模塊尺寸圖 5(2)XY-V17B模塊引腳說(shuō)明 6(3)典型應(yīng)用電路-IO獨(dú)立模式0電路圖 7（4）模式配置及引腳功能 84設(shè)計(jì)原理 94.1激光發(fā)射模塊 10(1)激光發(fā)射器介紹 10（2）激光二極管原理 11（3）激光紅外發(fā)射裝置電路圖 114.2激光控制模塊 12(1)激光控制模塊介紹 124.3聲光報(bào)警模塊 14(1)聲光報(bào)警模塊介紹 144.4顯示模塊 15(1)數(shù)碼管及其工作原理介紹 15(2)數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)介紹 164.5語(yǔ)音模塊 17（1）YS-M3詳細(xì)參數(shù) 17(2)YS-M3語(yǔ)音模塊圖 18（3）YS-M3語(yǔ)音模塊原理 19（4）應(yīng)用場(chǎng)景 19（5）注意事項(xiàng) 20（6）語(yǔ)音模塊功能簡(jiǎn)單測(cè)試 205設(shè)計(jì)的制作與測(cè)試結(jié)果 205.1設(shè)計(jì)的制作 205.2設(shè)計(jì)過(guò)程中的問(wèn)題及解決 215.3測(cè)試結(jié)果 22（1）設(shè)計(jì)效果圖 226結(jié)束語(yǔ) 23PAGE251引言在科技水平日益發(fā)展的今天，隨著經(jīng)濟(jì)水平的上漲，人們的防盜報(bào)警的概念已經(jīng)發(fā)生根本的變化。傳統(tǒng)的人防由于人的弱點(diǎn)(偷懶、打瞌睡、疏忽)及投資回報(bào)等問(wèn)題，已漸由物防和技防所取代。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和人民整體生活水平的逐步提高，報(bào)警系統(tǒng)可以包括室外主動(dòng)紅外入侵探測(cè)器、室外激光入侵探測(cè)器等各種探測(cè)器，從多個(gè)方面保護(hù)人們的安全。在系統(tǒng)布防時(shí)，當(dāng)上述各種探測(cè)器探測(cè)到任何異動(dòng)時(shí)，如有人翻越圍墻，甚至撬門，或打破玻璃，或進(jìn)入房間，或企圖破壞保險(xiǎn)箱等，都將會(huì)發(fā)出聲光警報(bào)，提醒人們的注意與行動(dòng)，從而有效地保護(hù)了人民的生命財(cái)產(chǎn)的安全。同時(shí)，現(xiàn)如今盜竊、入室搶劫等案件呈現(xiàn)出增長(zhǎng)趨勢(shì)，依靠傳統(tǒng)的安裝防盜門窗、或靠人防的防范方式已經(jīng)越來(lái)越不能滿足人們的要求。而且隨著經(jīng)濟(jì)水平的提高，人們對(duì)其生活的要求也越來(lái)越高,不僅希望居室溫馨舒適,而且對(duì)其安全性、智能性方面也提出了更高的要求。因此各種各樣智能自動(dòng)報(bào)警器應(yīng)運(yùn)而生，被廣泛地應(yīng)用于需要高安全要求的各種場(chǎng)所。主要針對(duì)戶內(nèi)外大型公共場(chǎng)所，如廠礦企業(yè)、大型油田、圖書館、銀行、博物館、展覽館、學(xué)校、養(yǎng)殖場(chǎng)、監(jiān)獄以及有重要物品的商鋪和倉(cāng)庫(kù)等，同樣使用在家庭防盜上也更有安全保證!針對(duì)以上各方面,本文設(shè)計(jì)了基于聲光報(bào)警模塊和語(yǔ)音模塊的激光報(bào)警系統(tǒng)。本系統(tǒng)采用激光作為發(fā)射光源,充分利用激光紅外線的光束線是直線型且不散光，能夠準(zhǔn)確定位照射。當(dāng)有警情發(fā)生時(shí),激光接收器觸發(fā)的開關(guān)報(bào)警信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)處理電路后輸入后對(duì)信號(hào)加以判斷,然后發(fā)出命令，控制蜂鳴器發(fā)聲和LED燈，以及語(yǔ)音播報(bào)。2設(shè)計(jì)要求完成智能激光報(bào)警器的設(shè)計(jì)與制作，通過(guò)激光對(duì)射，當(dāng)激光對(duì)射有物體遮擋時(shí)實(shí)現(xiàn)蜂鳴器鳴響，LED燈閃爍和語(yǔ)音播報(bào)功能提醒?；疽笕缦拢?.接通電源后蜂鳴器默認(rèn)響起，發(fā)光二極管燈亮，語(yǔ)音播報(bào)提醒；2.將激光對(duì)準(zhǔn)光敏電阻后蜂鳴器停止聲響，發(fā)光二極管燈滅；3.用物體遮擋住激光對(duì)射，蜂鳴器響起，發(fā)光二極管燈亮，語(yǔ)音播報(bào)提醒。3方案論證圖1原理框圖分析本文題目，根據(jù)設(shè)計(jì)要求結(jié)合設(shè)計(jì)實(shí)施制作先確定了本系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)原理框圖如圖1圖1原理框圖3.1激光發(fā)射模塊激光的發(fā)射原理及其產(chǎn)生過(guò)程中的特殊性決定了激光具有其他普通光所不具有的特點(diǎn)：即單色性好、相干性好、方向性好和亮度高。理論上，在無(wú)灰塵、無(wú)煙霧、無(wú)任何阻擋物的理想情況下，激光的傳輸距離是無(wú)限遠(yuǎn)的。本激光發(fā)射模塊在空氣質(zhì)量較好的情況下，給20毫安的工作電流時(shí)，傳輸距離甚至可以達(dá)到1千米以上，在一般陰天的夜晚，即使照射到200米左右的物體上也都清晰可見(jiàn)；對(duì)于較近距離時(shí)，即使在白天的太陽(yáng)下，照在室外的路面、建筑物上也是清晰可見(jiàn)的。此激光發(fā)射器可以滿足要求，再根據(jù)成本所以選擇。3.2激光控制模塊（1）5516光敏電阻5516光敏電阻內(nèi)部的光電效應(yīng)和電極沒(méi)有關(guān)系，所以可以直接使用直流電源。半導(dǎo)體材料、入射光的波長(zhǎng)與其靈敏度有關(guān)。而且用環(huán)氧樹脂膠封裝所以可靠性好，體積小，靈敏度高，反應(yīng)速度較快，光譜特性好，設(shè)計(jì)要求完全可以達(dá)到，故選擇常用的低成本的5516光敏電阻。（2）PNP型2N3906三極管方案一：采用型號(hào)為2N3904的NPN型三極管，NPN三極管是采用B—E的電流（IB）來(lái)控制C—E的電流（IC），E極的電位是最低的，且當(dāng)正常放大時(shí)通常C極的電位是最高的，即VC》VB》VE。NPN基極高電壓時(shí)，集電極與發(fā)射極短路，即工作狀態(tài)。低電壓時(shí)，集電極與發(fā)射極開路，即不工作狀態(tài)。如果需要輸入一個(gè)高電平，而輸出時(shí)需要一個(gè)低電平時(shí)，應(yīng)該選擇NPN型三極管。如果輸入一個(gè)低電平，而輸出時(shí)需要一個(gè)高電平，也應(yīng)該選擇NPN型三極管。方案二：采用型號(hào)為2N3906的PNP型三極管，PNP三極管是用E—B的電流（IB）來(lái)控制E—C的電流（IC）的，E極的電位是最高的，且當(dāng)正常放大時(shí)通常C極的電位是最低的，即VC《VB《VE。PNP基極高電壓時(shí)，集電極與發(fā)射極開路，即不工作狀態(tài)。如果基極低電壓時(shí)，集電極與發(fā)射極短路。如果輸入一個(gè)低電平時(shí)，而當(dāng)需要輸出一個(gè)低電平時(shí)，應(yīng)該選擇PNP型三極管。如果輸入一個(gè)高電平，而輸出的時(shí)候需要一個(gè)高電平時(shí)，首選擇PNP型三極管。而此設(shè)計(jì)要求需要用到PNP型三極管，所以我選擇常用的低成本的2N3906三極管。（3）202可調(diào)電阻雖然可變電阻由于其本身結(jié)構(gòu)和使用的原因，故障發(fā)生率明顯高于其他普通電阻，但是可變電阻器依然有著不可取代的作用。通常用在需要經(jīng)常調(diào)節(jié)阻值但是阻值不需要頻繁變動(dòng)的電路中，以起到調(diào)整電壓、調(diào)整電流或者用來(lái)控制信號(hào)等作用?？勺冸娮枋紫葋?lái)說(shuō)它也是一種電阻，它在電子電路中也可以起到電阻的作用，而它與一般電阻的不同之處是在于它的阻值可以控制在一定范圍內(nèi)連續(xù)發(fā)生變化，在一些需要電阻值發(fā)生變動(dòng)但是又不常變動(dòng)的情況下，就可以使用可變電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)?？勺冸娮杵饕话闱闆r下用于小信號(hào)的電路中，在電子管放大器等少數(shù)場(chǎng)合中也可以使用大信號(hào)可變電阻。所以此設(shè)計(jì)選用202藍(lán)白可調(diào)電阻用來(lái)控制3906三極管的B極電流。3.3聲光報(bào)警模塊（1）發(fā)光二極管LED燈具有體積小、穩(wěn)定性高、堅(jiān)固耐用、使用低壓電源、亮度高、熱量低、耗能少、使用壽命長(zhǎng)、適用性強(qiáng)、響應(yīng)快、對(duì)環(huán)境無(wú)污染、多色發(fā)光等的優(yōu)點(diǎn)。LED燈實(shí)際上是一塊很小的晶片被完全隔離真空的封裝在環(huán)氧樹脂里面，所以它體積非常小，質(zhì)量非常輕，而且也比普通的燈泡和熒光燈管都要堅(jiān)固耐用。燈體內(nèi)也沒(méi)有松動(dòng)的部分，因?yàn)檫@些特點(diǎn)的存在所以使得LED燈是不容易損壞的。LED燈的耗電量也是非常低的，一般來(lái)說(shuō)它的工作電壓只有2-3.6V。工作電流是0.02-0.03A。也就是說(shuō)它消耗的電量不會(huì)超過(guò)0.1W。在合適的正常電流和電壓下，LED燈的使用壽命可以達(dá)到10萬(wàn)個(gè)小時(shí)。而且LED燈是由無(wú)毒的材料制作而成，不像熒光燈含有水銀而擔(dān)心會(huì)造成污染，同時(shí)LED等也是可以回收再二次利用。(2)蜂鳴器而蜂鳴器則具有體積小、重量輕、使用低壓電源、耗能少、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，所以此聲光報(bào)警模塊電路選用LED燈閃爍方式報(bào)警和蜂鳴器報(bào)警來(lái)結(jié)合完成。3.4顯示模塊方案一：選用數(shù)碼管顯示，用普通的數(shù)碼管僅僅用來(lái)顯示簡(jiǎn)單的數(shù)字，來(lái)區(qū)分有無(wú)報(bào)警即可。方案二：選用液晶顯示,顯示的內(nèi)容更加的豐富。此設(shè)計(jì)顯示的只是簡(jiǎn)單的區(qū)分有無(wú)報(bào)警，只需顯示出兩個(gè)數(shù)字，由于數(shù)碼管的價(jià)格便宜，使用簡(jiǎn)單，功耗小，無(wú)熱量，耐沖擊，長(zhǎng)壽命等優(yōu)點(diǎn)，故我選擇了方案一。3.5語(yǔ)音模塊方案一：XY-V17B是一款智能語(yǔ)音模塊，集成IO分段觸發(fā)，ONEline單總線串口控制，標(biāo)準(zhǔn)MP3等功能。支持MP3和WAV的解碼格式，而且最大支持32GTF存儲(chǔ)卡，支持32G的U盤，可以用USB數(shù)據(jù)線來(lái)連接電腦，來(lái)更新TF卡存儲(chǔ)音頻文件。采樣率支持8/11.025/12/16/22.05/24/32/44.1/48等KHZ。24位DAC輸出，不僅如此，動(dòng)態(tài)范圍也能支持90dB，而信噪比也支持85dB。完全支持FAT16/FAT32文件系統(tǒng)，支持UART串口控制語(yǔ)音播報(bào)功能，可控制播放，暫停，選曲，音量加減等功能，最大選曲65535首曲目，波特率9600bit/s。支持IO觸發(fā)功能，8個(gè)IO口單獨(dú)觸發(fā)8首曲目或8個(gè)IO口組合觸發(fā)255首曲目。支持One_line單總線串口控制，可用來(lái)控制播放，暫停和選曲，以及音量加減等功能。模式選擇支持3個(gè)配置IO進(jìn)行。功能強(qiáng)大，可靠性高。XY-V17B模塊尺寸圖XY-V17B模塊尺寸如下圖2所示圖2XY-V17B模塊尺寸圖(2)XY-V17B模塊引腳說(shuō)明XY-V17B模塊引腳如下圖3所示圖3圖3XY-V17B模塊引腳圖XY-V17B模塊實(shí)物圖如下圖4所示圖4XY-V17B模塊實(shí)物圖圖4XY-V17B模塊實(shí)物圖引腳序號(hào)對(duì)應(yīng)的引腳名稱及其引腳的描述如下表1所示表1引腳對(duì)照表引腳序號(hào)引腳名稱引腳描述1IO0/UART_TXIO觸發(fā)模式下為輸入引腳IO0；UART控制模式下為TX引腳2IO1/UART_RXIO觸發(fā)模式下喂輸入引腳IO1;UART控制模式下為RX引腳3IO2IO觸發(fā)模式輸入引腳IO24IO3IO觸發(fā)模式輸入引腳IO35IO4/ONE_LINEIO觸發(fā)模式輸入引腳IO4；One_Line一線串口控制模式數(shù)據(jù)發(fā)送引腳6IO5IO觸發(fā)模式輸入引腳IO57IO6IO觸發(fā)模式輸入引腳IO68IO7IO觸發(fā)模式輸入引腳IO79GND地10CON1模式配置引腳111CON2模式配置引腳212CON3/BUSY模式配置引腳3；Busy信號(hào)輸出，播放音樂(lè)輸出高電平，暫停音樂(lè)輸出低電平13USB_DMUSBDM信號(hào)14USB_DPUSBDP信號(hào)15VDD/5V模塊供電，3.3-5V電壓輸入引腳163.3VLDO3.3V輸出引腳，最大輸出電流100mA17DACL音頻左聲道輸出18DACR音頻右聲道輸出(3)典型應(yīng)用電路-IO獨(dú)立模式0電路圖IO獨(dú)立模式0電路如下圖5所示圖5IO獨(dú)立圖5IO獨(dú)立模式0電路圖（4）模式配置及引腳功能模式配置及引腳功能如下表2所示表2模式配置及引腳功能表“按鍵組合播放”是指IO0-IO7輸出對(duì)應(yīng)的電平后恢復(fù)原來(lái)的高電平,類似于按鍵觸發(fā)一次。“電平組合播放”是指IO0-IO7輸出對(duì)應(yīng)的電平后保持電平不變?！癐/O組合（獨(dú)立）模式0”與“I/O組合（獨(dú)立）模式1”的區(qū)別在于前者模式釋放電平后繼續(xù)播放當(dāng)前曲目至結(jié)束，后者模式釋放電平后立即停止播放曲目。此設(shè)計(jì)擬采用IO獨(dú)立模式0（按鍵獨(dú)立控制）。IO0-IO7獨(dú)立控制8首曲目，IO觸發(fā)（低電平有效）指定的曲目后釋放（IO0-IO7恢復(fù)高電平），播放完當(dāng)前曲目停止；播放中途重新觸發(fā)，播放新的曲目，播放結(jié)束停止；若一直觸發(fā)（不釋放電平），循環(huán)播放。方案二：采用YS-M3語(yǔ)音模塊，9個(gè)觸發(fā)端口直接觸發(fā)播放，觸發(fā)一次播放一次，結(jié)合單片機(jī)編碼觸發(fā)播放31首MP3，內(nèi)部自帶3W功放，滿足大部分應(yīng)用要求，插入內(nèi)存卡，5v供電后即可觸發(fā)，操作簡(jiǎn)單。所以我選擇方案二。4設(shè)計(jì)原理本系統(tǒng)設(shè)計(jì)由激光發(fā)射模塊，激光控制模塊，聲光報(bào)警模塊，顯示模塊和語(yǔ)音模塊等五個(gè)模塊組成。光線發(fā)射端首先用到的是激光紅外線，激光紅外線的光束線是直線型且不散光,能夠精準(zhǔn)定位照射。再用光敏電阻來(lái)監(jiān)測(cè)激光紅外線當(dāng)紅外光線直照射在光敏電阻上的時(shí),光敏電阻阻值很小，流過(guò)電流很大。反之，當(dāng)激光紅外線被阻擋的時(shí)候光敏電阻處于弱光狀態(tài)，此時(shí)電阻很大，流過(guò)的電流很小，所以光敏電阻需要流出一個(gè)大電流與小電流，然后通過(guò)可調(diào)電阻利用這個(gè)值去控制三極管的電路。此電路中用一個(gè)PNP型三極管來(lái)控制電路，極管有E、B、C三個(gè)極，B極為控制極。正常工作狀態(tài)下光線發(fā)射端發(fā)射激光紅外線，激光一直照射在光敏電阻上，光敏電阻為三極管B極提供了一個(gè)“+”電流，此時(shí)E到C是關(guān)閉狀態(tài)，LED燈與蜂鳴器和語(yǔ)音模塊都不工作，當(dāng)有物體遮擋了光線，光敏電阻阻值變大，光敏電阻流到三極管B極的電流小于“-”極電流時(shí)E到C導(dǎo)通，此時(shí)LED燈會(huì)亮，蜂鳴器響起，數(shù)碼管顯示，語(yǔ)音提示告警，達(dá)到激光智能報(bào)警的效果。而當(dāng)B極“+”電流大于“-”電流時(shí)，E到C為截止?fàn)顟B(tài)，即開關(guān)關(guān)閉；當(dāng)B極"-”電流大于"+"電流時(shí)，E到C為導(dǎo)通狀態(tài)，即開關(guān)開啟。蜂鳴器與LED燈等的電流需要經(jīng)過(guò)三極管的E極通過(guò)B極控制流向C極然后到電池負(fù)極，而它們的開關(guān)就是三極管的B極。三極管是用小電流去控制大電流的半導(dǎo)體元件，所以在B極的輸入電流都要加上電阻來(lái)限流，在電路中“+”極是光敏電阻，"-"極是藍(lán)白可調(diào)電阻，它們都是用來(lái)縮小到B極的電流，而光敏電阻與藍(lán)白可調(diào)電阻都是可變電阻，這樣又達(dá)到了控制B極的作用。4.1激光發(fā)射模塊(1)激光發(fā)射器介紹激光二極管是當(dāng)前最為常用的激光器之一，在二極管的PN結(jié)兩側(cè)電子與空穴的自發(fā)復(fù)合而發(fā)光的現(xiàn)象稱為自發(fā)輻射。當(dāng)自發(fā)輻射所產(chǎn)生的光子通過(guò)半導(dǎo)體時(shí)，一旦經(jīng)過(guò)已發(fā)射的電子—空穴對(duì)附近，就能激勵(lì)二者復(fù)合，產(chǎn)生新光子，這種光子誘使已激發(fā)的載流子復(fù)合而發(fā)出新光子現(xiàn)象稱為受激輻射。如果注入電流足夠大，則會(huì)形成和熱平衡狀態(tài)相反的載流子分布，即粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。當(dāng)有源層內(nèi)的載流子在大量反轉(zhuǎn)情況下，少量自發(fā)輻射產(chǎn)生的光子由于諧振腔兩端面往復(fù)反射而產(chǎn)生感應(yīng)輻射，造成選頻諧振正反饋，或者說(shuō)對(duì)某一頻率具有增益。當(dāng)增益大于吸收損耗時(shí)，就可從PN結(jié)發(fā)出具有良好譜線的相干光——激光。[1]表3激光二極管詳細(xì)參數(shù)（2）激光二極管原理激光二極管是以半導(dǎo)體材料為工作材料產(chǎn)生受激發(fā)射的器件。其工作原理是通過(guò)一定的激發(fā)方式實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體材料能帶（導(dǎo)帶和價(jià)帶）之間或半導(dǎo)體材料能帶與雜質(zhì)（受體或供體）能級(jí)之間非平衡載流子粒子數(shù)的反演。當(dāng)大量的電子與粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的空穴結(jié)合時(shí)，就會(huì)發(fā)生受激發(fā)射。半導(dǎo)體激光器的激發(fā)方式有三種，即電注入、光抽運(yùn)和高能電子束激發(fā)。電注入半導(dǎo)體激光器一般是由砷化鎵（GaAs）、硫化鎘（CdS）、磷化銦（InP）、硫化鋅（ZnS）和其他材料制成的半導(dǎo)體平面二極管，它們是由注入電流沿正向偏壓激發(fā)的。激發(fā)發(fā)射產(chǎn)生在接合面區(qū)域。光抽運(yùn)半導(dǎo)體激光器通常使用N型或P型半導(dǎo)體單晶（如GaAs、InAs、InSb等）作為工作材料，其他激光器則作為光抽運(yùn)激勵(lì)。高能電子束激發(fā)的半導(dǎo)體激光器，通常使用n型或p型半導(dǎo)體單晶體，如PBS、CDS、ZHO，是由高能電子束的外部注入激發(fā)的。在半導(dǎo)體激光器件中，性能較好，廣泛應(yīng)用的是雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)的電注入砷化鎵二極管激光器。（3）激光紅外發(fā)射裝置電路圖圖6激光圖6激光紅外發(fā)射裝置電路圖4.2激光控制模塊(1)激光控制模塊介紹激光控制模塊完成激光接受和控制操作，由5516光敏電阻，可調(diào)電阻和三極管組成。電路圖如下圖7所示圖7光線感應(yīng)控制裝置電路圖圖7光線感應(yīng)控制裝置電路圖5516光敏電阻光敏電阻是一種由半導(dǎo)體光電導(dǎo)效應(yīng)制成的電阻，其電阻隨入射光強(qiáng)度的變化而變化，又稱光電導(dǎo)檢測(cè)器。當(dāng)入射光強(qiáng)度較大時(shí)，電阻減小，入射光較弱，電阻增大。二是入射光較弱，電阻減小，入射光強(qiáng)度增大，電阻增大。常用的材料有硫化鎘、硒、硫化鋁、硫化鉛和硫化鉍。這些材料具有在特定波長(zhǎng)的光照射下電阻值迅速減小的特點(diǎn)。這是由于光照產(chǎn)生的載流子參與導(dǎo)電，在外加電場(chǎng)的作用下，電子流到電源的正極，空穴流到電源的負(fù)極，使光敏電阻的電阻值迅速下降。光敏電阻的原理是基于內(nèi)部光電效應(yīng)。光敏電阻是在半導(dǎo)體光敏材料兩端安裝電極引線，并將其封閉在透明窗口的管殼中形成的。為了提高靈敏度，兩個(gè)電極通常呈梳狀。用于制造廣敏電阻的材料主要是金屬硫化物、硒化物和碲化物半導(dǎo)體。在絕緣基體上，通常采用噴涂燒結(jié)等方法制備薄的光敏電阻體和梳狀歐姆電極。導(dǎo)線用傳輸透鏡連接并封裝在密封的外殼中，以防受潮。當(dāng)入射光消失時(shí)，光子激發(fā)的電子空穴對(duì)結(jié)合在一起，光敏電阻恢復(fù)到初始值。當(dāng)在光敏電阻兩端的金屬電極上加電壓時(shí)，電流通過(guò)，在一定波長(zhǎng)的光照射下，電流隨光強(qiáng)的增加而增大，從而實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。光敏的電阻沒(méi)有極性，只是一個(gè)電阻器件。它可以與直流和交流電壓一起使用。半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力取決于半導(dǎo)體導(dǎo)帶內(nèi)載流子數(shù)目的多少。[2]表4常用光敏電阻參數(shù)對(duì)照表型號(hào)最大電壓Vdc最大功耗

(mW)環(huán)境溫度（℃）光譜峰值

(nm)亮電阻

（10Lux)(KΩ)暗電阻

（MΩ）100λ10響應(yīng)時(shí)間（ms）上升下降照度電阻特性551615090-30～+505405-100.50.5303025528150100-30～+5054010-2010.6203035539150100-30～+5054050-10050.8203055549150100-30～+50540100-200100.9203065606150100-30～+505604-70.50.5303025616150100-30～+505605-100.80.6303025626150100-30～+5056010-2020.6303②PNP型2N3906三極管三極管，也稱為雙極晶體管和晶體三極管，是一種控制電流的半導(dǎo)體器件。其功能是將微弱信號(hào)放大為更大振幅的電信號(hào)，也用作非接觸式開關(guān)。三極管是半導(dǎo)體的基本組成部分之一。它具有電流放大功能，是電子電路的核心部件。三極管由兩個(gè)在半導(dǎo)體襯底上彼此非常接近的PN結(jié)制成。兩個(gè)PN結(jié)將整個(gè)半導(dǎo)體分為三個(gè)部分，中間部分為基極區(qū)，兩側(cè)為發(fā)射極區(qū)和集電極區(qū)，排列為PNP和NPN。表52N3906三極管主要參數(shù)晶體管類型電流-集電極(Ic)（最大）電壓-集電極發(fā)射極擊穿（最大）Ib、Ic條件下的Vce飽和度（最大）在某Ic、Vce時(shí)的最小直流電流增益(hFE)功率-最大頻率-轉(zhuǎn)換PNP200mA40V400mV@5mA,50mA100@10mA,1V625mW250MHz③202可調(diào)電阻可調(diào)電阻主要是通過(guò)改變電阻接入電路的長(zhǎng)度來(lái)改變阻值，對(duì)于對(duì)光敏感的電阻，通過(guò)改變光照強(qiáng)度來(lái)達(dá)到改變阻值的目的，這叫光敏電阻；除此之外還有壓敏電阻、氣敏電阻等。可調(diào)電阻逐漸地改變和它串聯(lián)的用電器中的電流，也可以逐漸地改變和它串聯(lián)的用電器的電壓，還可以起到保護(hù)用電器的作用。在實(shí)驗(yàn)中，它還起到獲取多組數(shù)值的作用。可變電阻器由于結(jié)構(gòu)和使用的原因，故障發(fā)生率明顯高于普通電阻器?？勺冸娮杵魍ǔＳ糜谛⌒盘?hào)電路中，在電子管放大器等少數(shù)場(chǎng)合也使用大信號(hào)可變電阻器。[3]

4.3聲光報(bào)警模塊(1)聲光報(bào)警模塊介紹①發(fā)光二極管發(fā)光二極管是一種固態(tài)半導(dǎo)體器件，可以將電轉(zhuǎn)換成可見(jiàn)光，可以將電直接轉(zhuǎn)換成光。LED的核心是半導(dǎo)體晶片，其一端連接在支架上，一端是負(fù)極。另一端連接到電源的正極，使整個(gè)晶圓能夠用環(huán)氧樹脂封裝。半導(dǎo)體晶片由兩部分組成，一部分是p型半導(dǎo)體，其中空穴占主導(dǎo)地位，另一部分是n型半導(dǎo)體，這里是電子。但是當(dāng)兩個(gè)半導(dǎo)體連接起來(lái)時(shí)，兩個(gè)半導(dǎo)體之間就會(huì)形成一個(gè)p-n結(jié)。當(dāng)電流通過(guò)導(dǎo)線作用在晶圓上時(shí)，電子被推入P區(qū)，在那里電子與空穴結(jié)合，然后以光子的形式發(fā)射能量，這就是LED燈的發(fā)光方式。光的波長(zhǎng)，即光的顏色，由構(gòu)成PN結(jié)的材料決定。發(fā)光二極管具有固定的工作電壓和電流，當(dāng)工作電壓和電流低于工作電壓和電流時(shí)，發(fā)光二極管不亮；當(dāng)工作電壓和電流高于工作電壓和電流時(shí)，發(fā)光二極管因過(guò)載而燒毀。蜂鳴器有源自激型蜂鳴器的工作發(fā)聲原理是：直流電源輸入經(jīng)過(guò)振蕩系統(tǒng)的放大取樣電路在諧振裝置作用下產(chǎn)生聲音信號(hào)，有源自激型蜂鳴器的工作發(fā)聲原理圖4如下：直流電源輸入聲音輸出直流電源輸入聲音輸出振動(dòng)系統(tǒng)放大振蕩電路電路振動(dòng)系統(tǒng)振蕩電路電路取樣反饋圖圖8蜂鳴器工作發(fā)聲原理圖4.4顯示模塊(1)數(shù)碼管及其工作原理介紹數(shù)碼管是由發(fā)光二極管構(gòu)成，發(fā)光二極管是一種結(jié)構(gòu)復(fù)雜的電致發(fā)光器件，可以將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)。如果將發(fā)光二極管制成條帶并以某種方式連接以形成數(shù)字8，則它們構(gòu)成LED數(shù)字管。LED數(shù)碼管分為共陽(yáng)極和共陰極。外形如圖9（a）所示，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖9（b）或圖9（c）所示。A-G代表七段的驅(qū)動(dòng)端，也稱為段極，dp為小數(shù)點(diǎn)。3和8內(nèi)部連接，（+）為共陽(yáng)極，（-）為共陰極。對(duì)于普通陽(yáng)極LED數(shù)碼管，八個(gè)發(fā)光二極管的陽(yáng)極（正極）短接作為普通陽(yáng)極。其工作特性是，當(dāng)所述筆段的電極連接到低電平，所述公共陽(yáng)極連接到高電平時(shí)，所述相應(yīng)的筆段可以發(fā)光。普通陰極LED數(shù)碼管，相反，短接后使用發(fā)光二極管的陰極（負(fù)極）作為普通陰極。只有當(dāng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)為高電平且（-）端子為低電平時(shí)，才能發(fā)光。LED燈數(shù)碼管外形圖以及共陰極數(shù)碼管和共陽(yáng)極數(shù)碼管的結(jié)構(gòu)圖如下圖9所示。圖9LED數(shù)碼管圖9LED數(shù)碼管結(jié)構(gòu)圖LED數(shù)碼管的產(chǎn)品中,以發(fā)紅光綠光、黃光的居多。如前所述LED數(shù)碼管等效于多只具有發(fā)光性能的PN結(jié),當(dāng)PN結(jié)導(dǎo)通時(shí),依靠少數(shù)載流子的注人及隨后的復(fù)合而輻射發(fā)光,其伏安特性與普通二極管相似。升筆段發(fā)光。因此,LED數(shù)在正向?qū)ㄖ?，正向電流近似于?筆段不發(fā)光。當(dāng)電壓超過(guò)開啟電壓時(shí)，電流就急劇上升，筆段發(fā)光。因此數(shù)碼管屬于電流控制型器件，其發(fā)光亮度L（cd/m2）與正向電流If有關(guān),用公式表示：L=KIf即亮度與正向電流成正比。LED的正向電壓Uf則與正向電流以及管芯材料有關(guān)。使用LED數(shù)碼管時(shí)，工作電流一般使用10mns左右/段，既保證充度適中,又不會(huì)損壞器件。[4](2)數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)介紹LED數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動(dòng)電路來(lái)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的各個(gè)段碼，從而顯示出我們要的數(shù)字，因此根據(jù)LED數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動(dòng)態(tài)式兩類。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)靜態(tài)驅(qū)動(dòng)也稱為直流驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)是指每個(gè)數(shù)碼管的每個(gè)段碼都由單片機(jī)的I/O端口或二進(jìn)制十進(jìn)制解碼器（如BCD碼）驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)程序具有編程簡(jiǎn)單、顯示亮度高、占用I/O端口較多等優(yōu)點(diǎn)。如果五個(gè)數(shù)碼管由靜態(tài)顯示器驅(qū)動(dòng)，則需要5*8=40個(gè)I/O端口來(lái)驅(qū)動(dòng)。必須知道，89S51單片機(jī)只有32個(gè)I/O端口可用。在實(shí)際應(yīng)用中，必須在驅(qū)動(dòng)器中加入譯碼驅(qū)動(dòng)器，這增加了硬件電路的復(fù)雜性。動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)LED數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示接口是單片機(jī)中應(yīng)用最廣泛的顯示方式之一。動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)將所有數(shù)碼管“A、B、C、D、E、F、G、DP”的八個(gè)顯示行程連接到與“A、B、C、D、E、F、DP”同名的一端。另外，在每個(gè)數(shù)碼管的公共極COM上增加了位選通控制電路，位選通由獨(dú)立的I/O線控制。當(dāng)單片機(jī)輸出字體代碼時(shí)，單片機(jī)控制位選通COM電路。因此，只要我們打開需要顯示的數(shù)碼管的選通控制，位就會(huì)顯示字形，沒(méi)有選通的數(shù)碼管就不會(huì)亮。通過(guò)分時(shí)旋轉(zhuǎn)控制各數(shù)碼管的COM端，依次控制各數(shù)碼管，即動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。在輪流顯示過(guò)程中，每位數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為1～2ms，由于人的視覺(jué)暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會(huì)有閃爍感，動(dòng)態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I/O端口，而且功耗更低。[5]4.5語(yǔ)音模塊（1）YS-M3詳細(xì)參數(shù)規(guī)格：4*4.1cm供電：直流5V1A觸發(fā)端口：9個(gè)觸發(fā)歌曲：直接觸發(fā)9首，單片機(jī)觸發(fā)31首喇叭參數(shù)：0-2W4-8Ω（音量可調(diào)）支持最大內(nèi)存：32GTF卡支持播放格式：MP3、WAV支持采樣率：8、11.025、12、16、22.05、24、32、44.1、48KHZ其他接口：標(biāo)準(zhǔn)3.5音頻接口、支持音響、功放連接(2)YS-M3語(yǔ)音模塊圖YS-M3語(yǔ)音模塊尺寸如下圖10所示，實(shí)物如下圖11所示。圖10YS-M3語(yǔ)音模塊尺寸圖圖11YS-M3語(yǔ)音模塊實(shí)物圖（3）YS-M3語(yǔ)音模塊原理YS-M3語(yǔ)音模塊原理圖如下圖12所示3mm固定板3mm固定板圖12TS-M3語(yǔ)音模塊常規(guī)觸發(fā)原理圖模塊具備9個(gè)直接觸發(fā)端口，是A1-A9這9根排針。這9個(gè)端口同時(shí)對(duì)應(yīng)9首MP3，分別是第一首到第九首，先放入TF卡的為第一首。觸發(fā)方式采用GND端口碰A1-A9端口，碰A1播放第一首，碰A2播放第二首。例如A1口，只要向A1口提供1個(gè)低電平，就馬上進(jìn)行播放第一首MP3。低電平為0V電壓，可以將板上的GND去觸發(fā)?；蛘咧苯佑脝纹瑱C(jī)IO口觸發(fā)。（4）應(yīng)用場(chǎng)景1.單片機(jī)語(yǔ)音播報(bào)應(yīng)用；2.工廠、倉(cāng)庫(kù)、樓道安全警示；3.智能小車、電子設(shè)計(jì)應(yīng)用；4.機(jī)電設(shè)備、電子應(yīng)用產(chǎn)品報(bào)警警示語(yǔ)；5.廣告、自動(dòng)廣播、定時(shí)播報(bào)消息；6.設(shè)備操作引導(dǎo)語(yǔ)音、語(yǔ)音警告。（5）注意事項(xiàng)1、供電電壓不得高于5.5V。2、喇叭功率最高3W4-8歐。（如3W注意發(fā)熱情況考慮加散熱片）。3、內(nèi)存卡存放mp3格式時(shí)需要建立一個(gè)文件夾命名為“01”，再將需要播放的語(yǔ)音歌曲放入文件夾中，mp3名稱需要以001-999開頭進(jìn)行命名。4、音箱接口和喇叭接口同一時(shí)間只有一個(gè)有輸出。例如喇叭播放中插入音箱插口，則喇叭停止播放，音箱正常播放。（6）語(yǔ)音模塊功能簡(jiǎn)單測(cè)試1、準(zhǔn)備5V電源、內(nèi)存卡、喇叭，并將內(nèi)存卡根據(jù)以上介紹的命名方式存入MP3文件。2、根據(jù)先后順序插上內(nèi)存卡、喇叭，5V電源（注意正負(fù)極，5V為正，GND為負(fù)）。3、采用連接線觸發(fā)聯(lián)通GND和A1，則指示燈熄滅，同時(shí)播放歌曲1。4、當(dāng)只需要利用此模塊上電就播放某一首歌曲，只需要在上電前把對(duì)應(yīng)觸發(fā)端口接地（GND）即可！5設(shè)計(jì)的制作與測(cè)試結(jié)果5.1設(shè)計(jì)的制作首先將實(shí)驗(yàn)的思路在腦海中梳理好，將大概的過(guò)程構(gòu)思完成一遍。再進(jìn)行實(shí)物的設(shè)計(jì)與制作，將各個(gè)底座安裝固定好，再把激光二極管連接在接線器上固定，再另一邊同等高度固定好光敏電阻用于接收檢測(cè)激光紅外線。將各個(gè)模塊分開測(cè)試制作完成，實(shí)現(xiàn)各個(gè)模塊的功能后再將其整合在一起。然后再將三極管，LED燈，蜂鳴器，可調(diào)電阻，光敏電阻端子，YS-M3語(yǔ)音模塊和數(shù)碼管等元器件的針腳和線芯連接，最后供電，在設(shè)計(jì)制作的過(guò)程逐步解決所遇到的問(wèn)題，最終完成設(shè)計(jì)的制作。5.2設(shè)計(jì)過(guò)程中的問(wèn)題及解決1、當(dāng)最初設(shè)計(jì)完成蜂鳴器和LED燈部分時(shí)發(fā)現(xiàn)此系統(tǒng)的輸出信號(hào)不是特別靈敏，應(yīng)該怎么解決？答：可通過(guò)調(diào)節(jié)藍(lán)白可變電阻來(lái)控制電路電壓壓降來(lái)改變其靈敏度，以及蜂鳴器報(bào)警聲音大小。2、可以播放多少首歌？怎么確定順序？怎么觸發(fā)端口播放？答：直接端口觸發(fā)可以觸發(fā)9首，單片機(jī)編碼控制可以31首；根據(jù)01文件夾里面的MP3命名序號(hào)進(jìn)行確定觸發(fā)順序，如第一首是001.MP3。9個(gè)端口的觸發(fā)功能，觸發(fā)端口A1--A9對(duì)GND（地）端口碰一下就播放對(duì)應(yīng)的歌曲。3、設(shè)計(jì)完成過(guò)程中單獨(dú)測(cè)試語(yǔ)音模塊時(shí)發(fā)現(xiàn)為什么播放1-2s后就自動(dòng)停止播放？答：這種故障可能是外部提供的電源瞬間電流供電不足導(dǎo)致復(fù)位停止，導(dǎo)致電流跟不上變化。用萬(wàn)用表測(cè)試電壓后發(fā)現(xiàn)兩節(jié)電池電壓只有3v，低于5v要求電壓。所以在使用過(guò)程中建議直接接入5v電源的源頭輸出口中。4、語(yǔ)音模塊觸發(fā)后指示燈熄滅，沒(méi)有聲音出來(lái)？接觸各個(gè)端口發(fā)現(xiàn)只有CN1端口有聲音播放？答：觸發(fā)后指示燈熄滅說(shuō)明觸發(fā)端口芯片工作正常，只是MP3文件無(wú)法播放，查看內(nèi)存卡中播放的mp3和其他不能播放的區(qū)別。將各個(gè)mp3都改為001等命名方式后發(fā)現(xiàn)仍然出現(xiàn)一樣問(wèn)題，之后再將所以的mp3放入一個(gè)新建的“000”文件夾中，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題還是沒(méi)有解決。多次試驗(yàn)反復(fù)改進(jìn)后將文件夾改為“01”后發(fā)現(xiàn)播放正常。當(dāng)出現(xiàn)此類問(wèn)題時(shí)，可以先后考慮內(nèi)存卡文件格式是否符合，以及文件命名規(guī)則是否正確、再考慮喇叭問(wèn)題、內(nèi)存卡問(wèn)題。喇叭問(wèn)題可以采用插上耳機(jī)試試、內(nèi)存卡也可以先格式化一下后測(cè)試。5、設(shè)計(jì)制作過(guò)程中發(fā)現(xiàn)蜂鳴器和LED燈采用3v電壓，而語(yǔ)音模塊和數(shù)碼管使用的是5v電壓，怎樣將其共用一個(gè)合適的電壓或者開關(guān)量電平信號(hào)？答：最開始是統(tǒng)一用5v電壓供電，在給蜂鳴器和LED燈供電中加入電阻，用萬(wàn)用表測(cè)量當(dāng)?shù)玫?v電壓時(shí)需要加入的電阻，發(fā)現(xiàn)當(dāng)電壓為3v時(shí)LED燈并不亮，蜂鳴器也沒(méi)有聲音，用萬(wàn)用表測(cè)量發(fā)現(xiàn)是因?yàn)殡娮柽^(guò)大導(dǎo)致電流太小。多次嘗試后想到將三節(jié)電池串聯(lián)給數(shù)碼管和語(yǔ)音模塊供電，然后將其中兩節(jié)電池重新用線引出給蜂鳴器和LED燈供電即可，再用線分別連接控制部分獲