基于单片机应用系统的报警电路仿真设计

目录

第1章 绪论.................................................................................................................. 1

1.1研究意义.......................................................................................................... 1 1.2 本课题设计任务............................................................................................. 2 第2章 单片机应用系统中的报警电路...................................................................... 3

2.1 闪光报警......................................................................................................... 3 2.2鸣音报警.......................................................................................................... 3 2.3语音报警.......................................................................................................... 4 第3章 硬件设计........................................................................................................ 5

3.1 总体设计思路................................................................................................. 5 3.2硬件电路设计.................................................................................................. 5

3.2.1红外感应部分....................................................................................... 6 3.2.2单片机部分......................................................................................... 11 3.3按键控制电路................................................................................................ 13 3.4指示灯和报警电路........................................................................................ 14 第4章 软件设计...................................................................................................... 16

4.1软件的程序实现............................................................................................ 16

4.1.1主程序工作流程图............................................................................. 16 4.2 报警判断程序............................................................................................. 17 第5章 系统调试...................................................................................................... 18

5.1 Keil编译器软件简介.................................................................................. 18 5.2 使用Keil软件建立一个工程................................................................... 19 5.3 使用Debug进行调试................................................................................. 22 5.4 硬件调试及调试中遇到的问题................................................................... 24 第6章 总 结............................................................................................................ 25 致 谢........................................................................................................................ 26 参考文献...................................................................................................................... 27 附录一：总体原理图设计.......................................................................................... 28 附录二：实物图.......................................................................................................... 29

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附录三：程序源代码.................................................................................................. 30 附录四：器件清单...................................................................................................... 34

摘 要

基于社会安全保障的需要，电子报警这门综合技术的正在不断的发展。与此同时，红外线技术已成为先进技术的重要组成部分，由于红外线是不可见光，因此用它进行红外探测监控，具有良好的隐蔽性，白天和黑夜都可以使用，而且其抗干扰能力强。防盗报警系统利用单片机控制技术，自动探测发生在布防去内的侵入行为，产生警报信号，一旦发生突发事件，就会向人们发出报警提示，从而让人及时采取应对措施。

本系统采用了热释电红外传感器，它的制作简单、成本低、安装比较方便，而且防盗性能比较稳定，抗干扰能力强、灵敏度高、安全可靠。这种防盗器安装隐蔽，不易被盗贼发现，同时它的信号经过单片机系统处理后方便和PC机通信，便于多用户统一管理。本设计包括硬件和软件两个部分。硬件部分包括单片机控制电路、红外探头电路、驱动执行报警电路、LED控制电路等部分组成。处理器采用52系列单片机AT89C52，整个系统是在系统软件的控制下工作的，因此在防盗、警戒等安保装置中得到了广泛的应用。此外，在电子防盗、人体探测等领域中，热释电红外探测器也以其价格低廉、技术性能稳定等特点而受到广大用户和专业人士的欢迎。

关键字：单片机；红外传感器；数据采集；报警电路

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Abstract

Based on the needs of the social security, electronic alarm is continuous development of the comprehensive technology. Infrared technology, meanwhile, has become an important part of advanced technology, due to the infrared light is not visible light, so use it for infrared detection monitoring, good concealment, day and night, can be used and its anti-interference ability is strong. Security alarm system using single-chip microcomputer control technology, automatic detection occurs within the protection to the intrusion behavior, an alarm signal, in case of emergency, will send out alarm prompt to people, so that people respond in a timely manner.

The running of the system used the pyroelectric infrared sensor, its simple, low cost, installation is more convenient, and anti-theft performance is stable, strong anti-interference ability, high sensitivity, safe and reliable. The alarm installed concealment, is not easy to be thieves, found that at the same time its signal after dealing with the single chip microcomputer system is convenient and PC communication, facilitate unified management among multiple users. This design includes two parts of hardware and software. Hardware part includes single chip microcomputer control circuit, infrared sensor circuit, drive to perform alarm circuit, LED control circuit and other parts. With 52 series single chip processor AT89C52, the whole system is under the control of the system software work, so in security, alert security devices such as widely used. In addition, in the field of electronic guard against theft, the human body detection, pyroelectric infrared detector also by its price is low, the technical characteristics of stable performance and welcomed by the masses of users and professionals.

Key words: single chip microcomputer;infrared sensor;data acquisition;alarm circuit

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第1章 绪论

1.1研究意义

在单片机的应用系统中,一般的工作状态可以通过指示灯或数码显示来指示供操作人员参考,了解系统的工作状况。但对于某些紧急状态，比如系统监测到的错误状态等，为了使操作人员不至于忽视，及时采取措施，往往还需要有某种更能引人注意，提高警觉的报警信号。这种报警信号通常有三种类型：一是闪光报警，因为闪动的指示灯更能提醒人们的注意；二是鸣音报警，发出特定的音响，作用于人们的听觉器官，易于引起和加强警觉；三是语音报警，不仅能起到报警作用，还能给出警报种类信息。

随着社会的不断进步和科学技术、经济的不断发展，人们生活水平得到很大的提高，对私有财产的保护意识在不断的增强，因而对防盗措施提出了新的要求。本设计及时为了满足现代住宅防盗的需要而设计的家庭式电子防盗系统。就目前市面上装备主要有压力触发式防盗报警器、开关电子防盗报警器和压力遮光触发式防盗报警器等各种报警器，但这几种比较常见的报警器都存在一些缺点。而本设计中所使用的红外线是不可见光，有很强的隐蔽性和保密性，因此在防盗、警戒等安保装置中得到了广泛的应用。这种热释电红外传感器能以非接触形式检测出人体辐射的红外线，并将其转换为电压信号，同时，热释电红外传感器既可用于防盗报警装置，也可用于制动控制、接近开关、遥测等领域。红外线报警器分主动式和被动式两种。

主动式红外线警报器，是报警器主动发出红外线，红外线碰到障碍物，就会反弹回来，被警报器的探头接收。如果探头监测到，红外线是静止不动的，也就是不断发出红外线又不断反弹的，那么报警器就不会报警。当有会动的物体触犯了这根看不见的红外线的时候，探头就会检测到有异常，就会报警。

被动式报警器少了一项功能，就是发射红外线。物理学上告诉我们，当物体的温度高于OK的时候，就会发出红外线，换句话说任何物体都能发出红外线。而其后的原理，被动式报警器和主动式报警器是一样的。

红外线报警器对温度敏感，温度越高的物体辐射处的红外线越强，当感应到环境中存在高出背景强度的辐射时，就触发报警。

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图3.2热释感应传感器 3.2.1.3 菲涅耳透镜

菲涅耳透镜片相当于热释感应传感器的“眼镜”，它和人的眼睛一样的作用，配用得当与否直接影响到使用的功效，配用不当产生错误的动作，致使用户或者开发者对其失去信心。它的作用是有效的将探测到空间的红外线集中到传感器上，菲涅耳透镜根据性能要求不同，具有不同的焦距（感应距离），从而产生不同的监控视场，视场越多，控制越严密。如图3-3所示为菲涅耳透镜模型图。

图3.3 菲涅耳透镜

3.2.1.4 BISS0001芯片简介

BISS0001是一款传感信号处理集成电路，只要热释感应器把红外线接收到信号传输到BISS0001里进行信号处理，它本身静态电流极小，工作电压在3V—5V之间，当工作电压为5V时输出的驱动电流为10MA。配以热释电红外传感器和少量外围元器件即可构成被动式热释电红外传感器，广泛用于安防，自控等一些领域，它是有16个管脚组成的一种集成块。如图3-4所示为BISS000集成芯片的内部框图，管脚功能说明如表1所示。

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图3.4 BISS0001内部框图 引 名脚 称 1 A I/O 功能说明 可重复触发和不可重复触发选择端。当A为“1”时，允许重复触发；反之，不可重复触发 控制信号输出端。由VS的上跳前沿触发，使Vo输出从低电平跳变2 VO O 到高电平时视为有效触发。在输出延迟时间Tx之外和无VS的上跳变时，Vo保持低电平状态。 3 4 5 6 7 8 9 RR1 -- RC1 -- RC2 -- RR2 -- VSS -- VRF I VC I -- 输出延迟时间Tx的调节端 输出延迟时间Tx的调节端 触发封锁时间Ti的调节端 触发封锁时间Ti的调节端 工作电源负端，一般接0V 参考电压及复位输入端。通常接VCC，当接“0”时可使定时器复位 触发禁止端。当Vc＞VR时允许触发(VR≈0.2VDD) 运算放大器偏置电流设置端，经RB接VSS端，RB取值为1M左右。 工作电源正端，范围为3~5V 第二级运算放大器的输出端 8

I 10 IB 11 VCC -- 12 2OUT O

13 2IN- I 14 1IN+ I 15 1IN- I 16 1OUT O 第二级运算放大器的反相输入端 第一级运算放大器的同相输入端 第一级运算放大器的反相输入端 第一级运算放大器的输出端 表1：管脚说明图

由图可见BISS0001 由运算放大器、电压比较器和状态控制器、延迟时间定时器、封锁时间定时器即参考电压等构成的数模混合专用集成电路。可广泛应用于多种传感器和延时控制器。首先，根据实际需要，利用运算放大器OP1组成传感信号预处理电路，将信号放大。然后耦合给运算放大器OP2，再进行第二级放大，同时将直流电位抬高为VM(≈0.5VDD)后，将输出信号V2送到由比较器COP1和COP2组成的双向鉴幅器，检出有效触发信号Vs。由于VH≈0.7VDD、VL≈0.3VDD，所以，当VDD=5V时，可有效抑制±1V的噪声干扰，提高系统的可靠性。 COP3是一个条件比较器。当输入电压Vc＞VR时，COP3输出为高电平，进入延时周期。 当A端接“0”电平时，在Tx时间内任何V2的变化都被忽略，直至Tx时间结束，即所谓不可重复触发工作方式。当Tx时间结束时，Vo下跳回低电平，同时启动封锁时间定时器而进入封锁周期Ti。在Ti时间内，任何V2的变化都不能使Vo跳变为有效状态（高电平）,可有效抑制负载切换过程中产生的各种干扰。而可重复触发工作方式下的波形在Vc=“0”、A=“0”期间，信号Vs不能触发Vo为有效状态。在Vc=“1”、A=“1”时，Vs可重复触发Vo为有效状态，并可促使Vo在Tx周期内一直保持有效状态。在Tx时间内，只要Vs发生上跳变，则Vo将从Vs上跳变时刻起继续延长一个Tx周期；若Vs保持为“1”状态，则Vo一直保持有效状态；若Vs保持为“0”状态，则在Tx周期结束后Vo恢复为无效状态，并且，同样在封锁时间Ti时间内，任何Vs的变化都不能触发Vo为有效状态。

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3.2.1.5 信号采集处理模块

图3.5信号处理模块

图3.6实物图

本电路是将人体辐射的红外线转变为电信号。热释红外感应2脚输入到前置放大器OP1进行放大，然后由C4耦合给运算放大器OP2进行第二级放大。再经过电压比较器COP1和COP2构成双向鉴幅器处理后，检出有效触发信号去启动延时时间定时器输出信号在经过R3进入单片机部分进行处理。延时周期可通过R12来调节输出，在延时时间内只要Vs发生上跳变，Vo就会从Vs上跳变时刻起继续延长一个周期，而电路中的电容为了能够更好的控制了芯片内的定时器，若

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Vs一直保持为高电平，这样就可以通过P10传输到单片机内进行下一步处理。而根据不同的距离要求来调节R13，最大可以调节到7米左右。图中BISS0001中1脚用跳线连连接住一个接高电平后，在延时时间段内如果有人体在其感应范围活动，其输出将一直保持高电平，直到人离开后才将高电平变为低电平，本电路设计就是可触发方式。 3.2.2单片机部分

3.2.2.1 STC89C52单片机简介

STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系统可编程Flash 存储器。使用高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。STC89C52具有以下标准功能： 8k字节Flash，256字节RAM，32 位I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，STC89C52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。这一模块以单片机为中心把程序代码烧进去然后外围接上复位电路、振荡电路、键盘控制、LED显示电路、报警电路等子模块。 3.2.2.2 单片机最小系统

要使单片机工作起来最基本的电路构成为单片机最小系统如图3-7所示。

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4.2 报警判断程序

来的脉冲信号后，表示有人闯入监控区，从而经过单片机内部程序处理后，驱动声光报警电路开始报警，持续报警,然后程序开始循环工作，

/******************红外报警处理**********************/ void hongwai_dis() { }

if(flag_alarm == 1) //报警 {

red = ~red;

//红灯报警

beep = ~beep; //蜂鸣器报警

}

if(flag_bufang_en == 1) //准备开始布防 {

green = ~green; //绿灯闪

}

if(flag_bufang == 1) //确认布防 { }

green = 0; //如果延时布防成功 绿灯长亮 if(hw == 1) { }

flag_alarm = 1;

//红外有输出

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第5章 系统调试

5.1 Keil编译器软件简介

Keil C51是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。用过汇编语言后再使用C来开发，体会更加深刻。Keil C51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows界面。另外重要的一点，只要看一下编译后生成的汇编代码，就能体会到Keil C51生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。下面详细介绍Keil C51开发系统各部分功能和使用。

图5.1 C51工具包整体结构图

Keil C51单片机软件开发系统的整体结构C51工具包的整体结构，如图5.1所示，其中uVision与Ishell分别是C51 for Windows和for DOS的集成开发环境(IDE)，可以完成编辑、编译、连接、调试、仿真等整个开发流程。开发人员可用IDE 本身或其它编辑器编辑C 或汇编源文件。然后分别由C51及A51编译器编译生成目标文件(.OBJ)。目标文件可由LIB51创建生成库文件，也可以与库文件一起经L51连接定位生成绝对目标文件(.ABS)。ABS文件由OH51转换成标准的Hex文件，以供调试器dScope51或tScope51使用进行源代码级调试，也可由仿真器使用直接对目标板进行调试，也可以直接写入程序存贮器如EPROM 中。

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5.2 使用Keil软件建立一个工程

Keil是目前进行51单片机开发最常用的编译软件。关于Keil的使用，有很多的资料介绍，这里只介绍其整个编译过程，在最短时间内开始使用Easy 51DP-2开发板。对于Keil更详细的介绍，可以参考一些专门书籍资料。在Keil里，每一个完整的程序，都是以一个工程的形式建立的。一个工程里可以有一个或多个*.c文件和*.h文件，但只可以有一个main()函数。一般的做法是将包含main()函数的C文件加入到工程中，其他文件以#include头文件的形式加到这个C文件里。这样，在编译的时候，其他的文件会被自动的导入到工程里来。

打开Keil软件后，出现（图5.2）所示界面。当然，如果Keil在上次关闭时有打开的工程，再一次打开时它会自动加载上一次的工程文件。

图5.2 Keil软件主界面

首先点击Project->New Project?（Project->Open Project?为打开一个已经存在的工程），如图5.3所示。

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图5.3 Keil软件打开新工程界面

点开后，在出现的对话框中选择工程存在路径，单击“保存”后，出现（如图5.4所示）界面。在此界面上选择电路板上所用的单片机型号：Atmel STC89C52（或者是AT89S52，视开发板上具体型号而定），单击“确定”。

图5.4 选择电路板上所用的单片机型号

设置完成后，软件会提示“是否将8051上电初始化程序添加入工程？”如图5.5所示，这个一般选择“否”。（关于STARTUP.A51的相关内容可查阅相应资料）

图5.5是否将8051上电初始化程序添加入工程

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这样，就建立了一个空的51工程。

接下来的事，就是在这个工程里面加入自己的程序代码。点击

，或者

File->New，便建立了一个空的文本框。现在，就可以开始在里面输入你的代码了。

保存时注意：如果是用C语言写的程序，则将文本保存成*.c，如果是用汇编写的程序，则将文本存成*.asm。

到目前为步，我们已经建立了一个工程，也写了一个程序代码。但现在还不能开始编译。因为还没有将程序代码添加到工程里面去。

下一步就是将写完的程序添加到工程里面，如图5.6所示，在左边Project Workspace里的Source Group 1上右击，选择Add Files to Group ’Source Group 1’。在打开的对话框中，选择刚存的文件路径和对应的扩展名。这样，程序就添加进了这个工程。

图5.6添加文件到工程中

下一步，就开始编译刚输入进去的代码。点击工具栏中的Keil会打出下面的提示： Build target 'Target 1' assembling led.asm... linking...

按钮。接着，

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Program Size: data=8.0 xdata=0 code=100 \

其中“\”说明现在的工程编译通过，0个错误和0个警告。建立工程的时候，默认是不生成HEX文件的，得在编译做如下设置：单击

，或者在Project Workspace里Target 1上右击，选择“Options

for Target ‘Target 1’”。出现如图5.7所示对话框，选择“Output”按图示，将箭头所指的多选框勾上，点“确定”。 现在再点击

重新编译，系统提示：“creating hex file from \”。

便会在工程所在文件夹里生成HEX文件。

图5.7 生成HEX文件

5.3 使用Debug进行调试

Keil有很强大的调试功能，可以显示C程序的反汇编代码、可以计算代码运行的时间、可以显示程序中某一变量的值??能用好这个调试工具对编写单片机程序会有很大的帮助。同样的，在这里，只对Debug进行简单应用介绍，更详细的使用方法可以参看相关书籍资料。

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图5.8 调试前设置窗口

首先，单击

，弹出如图22所示对话框，在Target页面上设置对应的晶

，进入调试界面（如图5.9所

振频率。其他不用作修改。设置完成后，单击示）。

图5.9Keil调试界面

点击

中对应的工具按钮则可以开始调试。

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另外，“View”下的三个工具在调试中会经常用到如.图5.10所示，“Disassembly Window”显示C文件的反汇编程序；“Watch & Call Stack Window”可以显示程序中某一变量的值；“Memory Window”可以显示内存中某一地址的值。

图5.10 三个常用的调试工具

5.4 硬件调试及调试中遇到的问题

第一步为目测，单片机应用系统电路全部手工焊接在洞洞板上，因此对每一个焊点都要进行仔细的检查。检查它是否有虚焊、是否有毛剌等。

第二步为万用表测试，先用万用表复核目测中认为可疑的连线或接点，查看它们的通断状态是否与设计规定相符，再检查各种电源线与地线之间是否有短路现象。

第三步为加电检查。当系统加电时，首先检查所有插座或器件引脚的电源端是否有符合要求的电压值，接地端电压值是否接近零，接固定电平的引脚端是否电平正确。

第四步是联机检查。

在对硬件电路调试过程中，还遇到了不少问题，第一次把所有的元件都焊上去后，都准备调试了，才发现正负电源的插针离得太近了，不容易接电源，本不该犯的错误，这些都是由于自己的粗心大意造成的，所以说，做任何事情都必需经过“三思而后行”，来不得半点的马虎，否则浪费了时间和精力

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第6章 总 结

本设计研究了一种基于单片机技术的无线智能防盗报警器。该防盗报警器通过以AT89C52单片机为工作处理器核心，外接热释电红外传感器，它是一种新颖的被动式红外探测器件，能够以非解除方式探测出人体发出的红外辐射，并将其转化为相应的电信号输出，同时能有效的抑制人体辐射波长以外的红外线与可见光的干扰，平时传感器输出低电平，当有人在探测区范围内移动时输出低电平变为高电平，此高电平输入单片机，作为单片机的外部触发信号处理，经单片机内部软件程序处理后，单片机输出控制信号，驱动声光报警电路开始报警。该报警器的最大特点就是使用户能够操作简单、易懂、灵活；且安装方便、智能性高、误报率低。随着现代人安全意识的增强以及科学技术的快速发展，相信报警器必将在更广阔的的领域得到更深层次的应用。

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致 谢

在本次毕业设计中，我得到了指导老师石蕊老师的热心指导。自始至终关心督促毕业设计进程和进度。帮助解决毕业设计中遇到的许多问题。还不断向我传授分析问题和解决问题的办法，并指出了正确的努力方向，使我在毕设过程中少走很多弯路。同时，他还提供给我们专门的各种设备及场所，使我在调试过程中能够有充足的时间。在这里非常感谢石蕊老师的指导和帮助，并致以诚挚的谢意！

同时，身边的同学给了我许多的帮助。在此，我向身边关心我的同学致以诚挚的谢意！另外，系里的领导和老师也给了我们必要的指导，我也向系和年级的领导们表示衷心的感谢！最后感谢学院对我这几年的培养。

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{ green = 0; //如果延时布防成功 绿灯长亮 if(hw == 1) //红外有输出 { flag_alarm = 1; } } }

/******************对应不同按键处理**********************/ void key_with() { if(key_can == 1) //按键紧急报警 { flag_alarm = 1; //报警标志位 ; } if(key_can == 2) //布防按键 { flag_bufang_en = 1; } if(key_can == 3) //取消报警 把变量清零 { flag_alarm = 0; flag_bufang = 0; flag_bufang_en = 0; flag_value = 0; P2 = 0xff; } }

/******************主程序**********************/ void main() { time_init(); while(1) { key(); yellow = ~hw; //红外热释电指示灯 有输出就亮黄灯 if(key_can < 10)

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{ key_with(); //按键设置函数 } if(flag_300ms == 1) { flag_300ms = 0; hongwai_dis(); //红外报警函数 } } }

/*************定时器0中断服务程序***************/ void time0_int() interrupt 1 { static uint value; TH0 = 0x3c; TL0 = 0xb0; // 50ms value ++; if(value % 6 == 0) { flag_300ms = 1; } if(flag_bufang_en == 1) { flag_value ++; if(flag_value >= 600) //30秒 { flag_bufang = 1; flag_bufang_en = 0; flag_value = 0; } } }

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附录四：器件清单

红外热电释防盗报警器 名称 单片机 型号 STC89C52 数量 1 单片机座 DIP_40 蜂鸣器 有源 三极管 S8550 红色发光二极管

Ф5mm

绿色发光二极管

Ф5mm 黄色发光二极管 Ф5mm 晶振 12M 瓷片电容 20P 电解电容 10uF 红色发光二极管 Ф3mm 自锁开关 红色的按键 红色的按键 单排排针 5P 电阻 1k 电阻 10k 红外热电释传感器 人体感应万能板 7cm*9cm 杜邦线 焊接导线

1 1 1 1

1

1 1 2 1 1 1 1 3 1 5 2 1 1 3 若干

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/m9i6.html