摘 要
当今社会，人们的生活水平和生活方式都在不断的提高，智能化已经在我们
生活中得到了实施。随着科学技术的进步和人们生活条件的友好改善，各种智能设备在人们的生活中不断出现，使人们的生活越来越方便和舒适。其中以单片机为核心实现的智能捕鼠器因功能强、可靠性强而得到应用，给我们带来了方便。将计算机技术和信息技术结合起来，形成了智能捕鼠器的实现。本论文主要设计研究新型的智能捕鼠器电路，其主要特点是以PIC12LF1501单片机为核心，实现一个自动感应老鼠进笼子系统的功能。本文对每个电路逐一进行了研究，并对各种方案进行了全面的分析和论证，全面详细地论述了硬件电路的设计流程。对本设计中红外检测电路、电机驱动电路等进行了详细的说明。另外还介绍了PLC 单片机软编写的流程，流程图编写的方法，以及开发MPLAB X IDE 环境的使用介绍，下载软件的操作方法，并演示了实物的操作。本论文围绕单片机实现智能捕鼠展开了讨论，介绍了捕鼠器的相关技术及发展，如何通过单片机实现智能捕鼠，以达到捕鼠的目的。
关键词：PLC 单片机；超声波；智能；捕鼠器；电机；红外检测
Abstract
In today's society, people's living standard and life style are constantly improving, intelligence has been implemented in our life. With the progress of science and technology and friendly to improve people's living conditions, a variety of intelligent devices continue to appear in people's life, make people's life more and more convenient and comfortable. The single chip microcomputer as the core of the realization of the smart mousetrap because of strong function, high reliability and application, brings convenience to us. The combination of computer technology and information technology, the formation of intelligent mousetrap. This thesis mainly studies the design of smart mousetrap circuit model, its main characteristic is to PIC12L F1501 microcontroller as the core, to achieve an automatic induction of mice into the cage system. This paper for each circuit are studied one by one, and the various methods are analyzed and demonstrated comprehensively, fully discusses in detail the design process of hardware circuit. The design of the infrared detection circuit, motor drive circuit in detail description. It also introduces PLC MCU software compilation process, flow chart method preparation, and use MPLAB to develop X IDE environment, the operation method of downloading software, and demonstrate the real operation. This paper discussed the MCU intelligent mouse This paper introduces the relevant technology and development of the mousetrap, and how to realize the intelligent rat catching by the single chip microcomputer in order to achieve the purpose of catching mice.
Key words: PLC MCU; ultrasonic; intelligence; mousetrap; motor; infrared detection
目录
1 绪论 ........................................................................... 1
1.1本课题的研究目的及意义 .................................................... 1
1.2 单片机在捕鼠器中的应用 . ................................................... 1
1.3国内外对本课题的研究现状 .................................................. 2
2 单片机的概述 ................................................................... 3
2.1 PIC单片机技术的发展 ..................................................... 3
2.2 PIC单片机的技术特点 ..................................................... 4
2.3 PIC单片机基本结构 ....................................................... 4
2.4 PIC12LF1501单片机介绍 ................................................... 5
3智能捕鼠器系统总体设计方案 ...................................................... 6
3.1设计思路 ...................................................................... 6
3.2总体设计框图 .................................................................. 6
4 智能捕鼠器的硬件设计............................................................ 7
4.1概述 ...................................................................... 7
4.2核心处理器PIC12LF1501 . .................................................... 8
4.3超声波发射电路 ............................................................ 8
4.4红外检测电路 .............................................................. 9
4.5电机驱动电路 ............................................................. 10
4.6报警电路 ................................................................. 11
4.7电源电路 ................................................................. 12
4.8整体电路设计 ............................................................. 12
5智能捕鼠器的软件设计 ........................................................... 13
5.1概述 ..................................................................... 13
5.2 C语言的简介 ............................................................. 13
5.2.1 C语言的产生与发展 ..................................................... 13
5.2.2 C语言的主要特点 ....................................................... 14
5.3主程序设计 ............................................................... 14
5.4MPLAB X IDE的使用 ........................................................ 16
5.5 实验结果的描述........................................................... 21
6 总结 .......................................................................... 22
参考文献 ........................................................................ 23
致谢 ............................................................................ 25
附录 ............................................................................ 26
附录A ：原理图 ............................................................... 26
附录B ：程序清单 ............................................................. 27
附录C ：实物图 ............................................................... 35
1 绪论
1.1本课题的研究目的及意义
捕鼠器是用来对付危害农、牧、林业，传播疾病，并对工交业（主要是破坏供电和通讯）实施破坏的老鼠。智能捕鼠器是为了提高捕捉老鼠的机率，操作起来较安全且方便，以及对我们身边环境的保护。开展基于单片机的智能捕鼠器的设计，对于学生学会利用单片机编程来控制捕鼠器来捕鼠并实现智能，掌握基于单片机的智能捕鼠器的设计思路，掌握智能捕鼠器的结构以及如何实现捕鼠。
随着电子技术的飞速发展, 单片机已经成为科技领域的有力工具, 人类生活的得力助手, 它的应用遍及各个领域。我国的单片机年容量己达2亿片, 且每年以大约20%的速度增长, 但相对于世界市场我国的占有率还不到2%。嵌入式计算机在应用数量上远远超过了电脑, 一台通用计算机的外部设备中就包含了近个10嵌入式微处理器。为适应不同的应用需求, 一个系列的单片机具有多种衍生产品, 每种衍生产品的处理器都是一样的, 不同的是存储器和外设的配置及封装。这样可以使单片机最大限度地和应用需求相匹配, 像AT89S51和AT89S52就是一个很好的例子。另一方面单片机应用的意义还在于, 它从根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计方法。以前都是由模拟或数字电路实现所需的大部分功能, 现在己经可以通过单片机软件编程的方法来实现了。可以说这是传统控制技术的一次飞跃性的革命。
本论文讨论了单片机在智能控制方面的一个重要应用。捕鼠器是用来对付危害农、牧、林业，传播疾病，并对工交业（主要是破坏供电和通讯）实施破坏的老鼠。智能捕鼠器是为了提高捕捉老鼠的机率，操作起来较安全且方便，以及对我们身边环境的保护。开展基于单片机的智能捕鼠器的设计，对于学生学会利用单片机编程来控制捕鼠器来捕鼠并实现智能，掌握基于单片机的智能捕鼠器的设计思路，掌握智能捕鼠器的结构以及如何实现捕鼠。本课题是基于单片机来设计一种智能型的捕鼠器，在我们人类日常的生活中，“智能”无处不在。智能的路灯、智能的银行大门、智能的电脑、智能的手机等。 随着时代的进步、科技的发展，人们对身边的生活环境要求越来越高。小区里，工厂里， 都会发现有捕鼠器。国内外 ，捕鼠器的存在可谓是家喻户晓。
1.2 单片机在捕鼠器中的应用
目前有捕鼠器是单片机控制，采用单片机控制的捕鼠器，不仅安全，而且可靠性好，比之前的机械式控制更上一层楼。本次课题研究的是基于单片机智能捕鼠器的设计，查阅了大量资料发现有使用51系列单片机作为捕鼠器的。因此，本课题的采用PIC 单片机研究作为一种新尝试，对于本身就是一种进步。
1.3国内外对本课题的研究现状
一种捕鼠笼的门锁装置, 在下旋式门锁两臂与笼身之间有弹簧连接, 防止当捕鼠笼翻倒时下旋式门锁因重力作用与笼门分离, 从而放跑老鼠, 同时, 笼门或把手上有止动凸起, 使得老鼠从笼内推动笼门时因下旋式门锁被止动凸起挡住而无法将笼门打开。本实用新型结构简单并能有效防止捕获的老鼠利用各种方法逃脱。一种捕鼠笼的动作触动机构, 笼体内铰接了前部略翘起的踏板, 踏板上设有可插入悬杆下部尖端的凹台, 笼体上壁网上铰接了悬杆, 用定向弹簧作用于悬杆, 使悬杆顶端的套环保持背离压杆方向运动的趋势, 悬杆竖直时其下端就可插入踏板的凹台[2] [1]。一种诱鼠捕鼠笼, 其包括鼠笼、设置在鼠笼一侧 的可上下移动的笼门以及设置在鼠笼内的踏板和鼠饵挂钩, 本实用新 型通过设置在鼠笼底端的踏板的转动控制鼠笼门的关闭, 由于踏板面 积大, 只要有老鼠进入鼠笼扑食诱饵必定会关闭在鼠笼内, 达到捕鼠的目的。一种智能连续捕鼠器, 包括车体、电磁探测线圈、控制板、控制器、电瓶、两个行走减速电机、翻转减速电机、翻转杆、两个霍尔开关、翻转杆定位磁铁、翻转杆定位板、翻板、电击板、称重传感器、诱饵支架、张力传感器、诱饵、线性霍尔传感器、无线发射模块、无线接收模块、至少两块导航定位磁铁、功率放大器和振荡器, 本发明的智能连续捕鼠器, 实现了自动连续捕鼠。【5】红外捕鼠器是涉及捕鼠器结构的改进。一种诱饵可长时间使用、使用可靠的红外捕鼠器。本实用新型包括箱体、单片机、电机、隔板、触碰开关和红外传感器, 其结构要点箱体横向一端设置有内开门, 箱体横向另一端的上部设置有饵料盒, 红外传感器设置在箱体内下部, 箱体内侧壁相应于红外传感器的位置设置有隔板滑槽, 隔板设置在隔板滑槽的上部, 隔板下端设置有挡板, 挡板通过连接板与电机的转轴相连, 触碰开关设置在隔板的下方；所述电机、隔板、触碰开关、红外传感器、隔板滑槽、挡板、连接板的组合为三组且沿箱体横向均布；所述各触碰开关、红外传感器、电机的控制部分均与单片机相连
[5][4][3]。一种捕鼠笼, 笼体中设有诱捕仓、诱鼠爬梯、捕捉仓、储鼠仓和控制单元, 诱捕仓的一侧设有总入口, 诱捕仓的另一侧通过诱鼠爬梯与捕捉仓的第一入口连通, 捕捉仓位于储鼠仓的上方, 储鼠仓的一侧设有仓门, 控制单元包括电源模块、行程开关、第一红外传感器、第二红外传感器、控制器、电磁锁、直线电机和枪锁电机；总入口的闸门通过拉缆与直线电机的伸缩杆相连, 第一红外传感器装设于诱捕仓中；捕捉仓和储鼠仓之间设有跷板, 第二红外传感器装设于捕捉仓中。一种老鼠笼的电连接, 所述笼体中设有诱捕仓、诱鼠爬梯、捕捉仓、储鼠仓和控制单元, 所述控制单元包括电源模块、行程开关、第一红外传感器、第二红外传感器、控制器、电磁锁、直线电机和枪锁电机, 所述行程开关、第一红外传感器、第二红外传感器分别与控制器的输入端相连, 所述控制器的输出端分别与电磁锁、直线电机和枪锁电机相连, 所述电源模块分别与行程开关、第一红外传感器、第二红外传感器、控制器、电磁锁、直线电机、枪锁电机相连通。【8】一种超级灵敏捕鼠笼, 包括捕鼠笼本体、第一复位弹簧、第二复位弹簧、第二鼠笼门、第一鼠笼门、连动压杆、摇摆轴、活动踏板、第一连杆、第二连杆、第二活动踏板和磁铁；所述第一鼠笼门与第二鼠[7][6]
笼门分别通过设置于捕鼠笼本体右顶端和左顶端的连接轴与捕鼠笼本体连接；该超级灵敏捕鼠笼, 彻底改变了传统的单开门与双开门捕鼠笼基本结构的连接方式, 使鼠笼门开启连动控制机构, 与触发闭合机构相分离, 独立设置互不衔接；此外, 利用磁感激发弹射方式关闭笼门, 使之真正达到了超级灵敏的性能。一种双开口的电控捕鼠笼, 包括两侧设有开口的笼子本体, 笼子本体的一侧壁中部固定有传感器, 笼子本体的另一侧壁上固定有与传感器相对的传感器接收器；所述的笼子本体开口侧的两侧边上成型有凹字形的侧挡条, 侧挡条上插接有闸门, 闸门的上端面上固定有导柱, 导柱插接在横杆的两端, 横杆上固定有支柱, 支柱固定在笼子本体上, 所述的导柱上插套有压簧, 压簧的两端分别压靠在闸门和横杆上, 所述的闸门上成型有定位口。一种机器人连续捕鼠器, 包括主机箱和网罩, 所述主机箱通过自动合扣机构与网罩连接, 所述主机箱连接过鼠道一端带有开口的存鼠笼, 所述存鼠笼内部设有跳跃式捕鼠装置和折叠式捕鼠装置两种, 所述主机箱外侧表面上设有充电器DC 孔、电池仓、电源提示灯、电源开关、上挂扣和下挂扣, 所述单片机控制器分别与感应器、电机、充电器DC 孔、电池仓、电源提示灯和电源开关电性连接[10] [9][8]。一种磁力吸高灵敏灭鼠笼, 它包括鼠笼本体、触发装置和压板装置, 鼠笼本体的两端设置有卡槽, 卡槽内设置有笼门, 触发装置包括触发板、磁铁片、接触开关和永磁体, 压板装置包括压板、以及与压板两侧面固定连接的挡杆、扭簧和挂钩, 挂钩连接有杠杆A 的一端, 杠杆A 的另一端连接有杠杆B, 杠杆B 的一端设置有与杠杆B 端部垂直的挂杆, 杠杆B 的另一端设置有圆形铁片, 圆形铁片的下部设置有电磁线圈, 鼠笼本体另一侧侧面内部纵向设置有锁定条, 锁定条表面设置为锯齿结构, 锁定条的下端与鼠笼本体铰接连接, 锁定条的上端通过弹片与鼠笼本体连接[11]。一种组合踏板式捕鼠笼, 它包括笼体、笼门和笼门控制装置, 其特征在于：所述笼体包括上笼体和下笼体, 上笼体和下笼体为可拆装的分体式结构, 上下笼体通过上笼体纵筋后侧和下笼体两侧的横筋的开口扣相互连接；所述笼门控制装置包括笼门把手、拉簧、门控杆、触发杆、悬杆和踏板。该结构的捕鼠笼的笼体部分为可拆装的分体式结构, 拆装方便, 安装时无须任何工具, 采用对扣方式即可完成组装[12]。
2 单片机的概述
2.1 PIC单片机技术的发展
PIC 单片机是由美国微芯科技公司（Microchip Technology Inc. ）开发、生产的微控制器系列产品，采用了RISC 结构的嵌入式微控制器、运用了哈佛总线结构，高速度、精简指令技术等 都体现出单片机产业的新趋势；加上低电压、低功耗、大电流LCD 驱动能力高运行率和成本低、90%良品率，得到了国际电子行业内普及、认可。在短短几年时间里，PIC 单片机的销售量迅速发展到世界前茅，显示PIC 单片机产品的巨大优势，现今的PIC 单片机已经是世界上最有影响力的嵌入式微控制器之一[13]。
PIC 系列单片机在1990年仅排名世界第20位，经过10余年的积极扩展，其8位单片机的业绩节节攀升。据市场研究公司Gartner Dataquest 于2003年6月公布的“2002年单片机市场份
额和单位出货量”报告，Microchip 公司8位机已跃居全球“第一”，占到全球市场份额的16.1%。来自信息产业部的数据表明，2002年我国电子制造业的销售额上升了17.8%，达1690亿美元[14] 。
Microchip 公司推出的PIC 系列单片机由于采用精简指令集、哈佛总线结构、流水线取指的方式，抗干扰能力强，性能价格比高，深受国内客户的普遍欢迎。
2.2 PIC单片机的技术特点
PIC 是美国Microchip 公司所生产你的单片机系列产品型号的前缀。PIC 系列单片机的硬件系统设计简洁，指令系统设计精炼。在所有的单片机品种当中，它最容易学习，最容易应用的单片机品种之一。PIC 的精简指令使微处理器具有执行速度快等优点，其主要原因是PIC 系列单片机在结构上与其他单片机不。PIC 系列单片机引入了原用于小型计算机的双总线和两级指令流水结构，这种结构与其他采用CISC （复杂指令集计算机）的单片机在结构上是有不同的。
双总线结构，又所谓的哈佛结构。这种结构有两种总线，即程序总线和数据总线，相当于另外多开了一个车道，可以同时运输货物，且宽度不同，改良了运输能力。这样做的好处是，便于实现指令提取的“流水作业”，也就是在执行一条指令的同时对下一条指令进行取指操作。指令单字节化：因为数据总线和指令总线是分离的，并采用了不同的宽度，所以程序存储器ROM 和数据存储器RAM 的寻址空间是相互独立的，而且两种存储器的宽度也不同，这样设计不仅可以确保数据的安全性，还能提高运行速度和实现全部指令的“单字节化”。精简指令集（RISC ）技术：PIC 系列单片机的指令系统（就是该单片机所能识别的全部指令集合，叫做指令系统或者指令集）只有35条指令。PIC 单片机不仅全部指令均为单字节指令，而且绝大多数指令为单周期指令，以利于提高执行速度。寻址方式简单，寻址方式就是寻找操作数的方法。PIC 系列单片机只有4中寻址方式（即寄存器间接寻址、立即数寻址、直接寻址和位寻址）。代码压缩率高、运行速度高，由于采用了哈佛总线结构，以及指令的读取和执行采用了流水作业方式，使得运行速度大大提高、功耗低、驱动功能强[14]。
2.3 PIC单片机基本结构
外表看去，单片机也是一个集成电路片，如有直插式、贴片式，与普通的集成块无异。一般集成电路片按规定接上电路板就可以工作了，而单片机集成片则不同，还需要进过专业设备进行软件程序处理。单片机不是一般的集成电路片，它的内部含有计算机最基本的部件：CPU （进行处理数据、运算、逻辑控制）、RAM （数据存储）、ROM （程序存储）、I/O（输入/输出设备）等部分。把计算机的基本部件缩小体积与规模，全部被压缩到一块集成电路芯片中了，构成了单片机型计算机（单芯片）。可见单片机有计算机的基本功能，将其安装到电路中就可以控制电器按
人的意愿运行。
只有注入程序，单片机才能发挥作用。而程序是由指令有序组成的，涉及存放指令的存储体的地址，还有信息数据等，单片机的基本构成，不仅有硬件CPU 、存储器、I/O口，而且还有程序的软件系统，而程序包含有指令、地址、数据等，通过数据传输执行指令、交换信息[13]。
2.4 PIC12LF1501单片机介绍
PIC12LF1501是8引脚8位闪存单片机，如图2.1 PIC12LF1501单片机引脚（PIC12LF1501）。
图2.1 PIC12LF1501单片机引脚
Figure 2.1 PIC12LF1501 microcontroller pin
高性能 RISC CPU：优化的C 编译器架构、仅需49条指令、可寻址1K 字的线性数据存储空间、可寻址 64 字节的线性数据存储空间；工作速度，DC –20 MHz 时钟输入、DC –200ns 指令周期、带有自动现场保护的中断功能、带有可选上溢/下溢复位的 16 级深硬件堆栈；直接、间接和相对寻址模式，两个完全16 位文件选择寄存器（File SelectRegister ， FSR）、FSR 可以读取程序和数据存储器；
灵活的振荡器结构：16 MHz 内部振荡器模块，出厂时精度已校准到±1%（典型值）、可通过软件选择频率范围：31kHz 至16 MHz、31kHz 低功耗内部振荡器、三种外部时钟模式，频率最高为20MHz ；
单片机特性：工作电压范围，1.8V 至3.6V （PIC12LF1501）、可编程周期从1ms 至256s 、低功耗休眠模式、128 字节高耐用性闪存、低功耗特性（待机电流：1.8V 时，典型值为 20 nA
看门狗定时器电流：1.8V 时，典型值为200 nA工作电流：1.8V 时，典型值为 30A/MHz），如表1.18位8引脚分配表（PIC12LF1501 ）。
表1.1 8引脚分配表PIC12LF1501
3智能捕鼠器系统总体设计方案
3.1设计思路
电路总体上分为单片机最小系统、超声波发射电路、红外监测电路、报警电路、电机驱动电路和电源电路组成。使用了超声波发射电路发出和老鼠相近频率的声波，引诱老鼠进笼子，以PIC12LF1501单片机最小系统作为核心控制电路，完成红外监测电路的控制，通过软件实现电机的控制，从而驱动电机带动智能捕鼠器笼子的关闭，报警电路发出鸣叫。
3.2总体设计框图
本设计以PIC12LF1501单片机作为主控制芯片，1.8V 至 3.6V；单片机工作电压为1.8V 至
3.6V ，另外使用了超声波发射器。
本设计目的是便于智能的捕鼠，使用户使用更为方便，整个电路可分为：超声波发射电路（发出频率吸引老鼠），红外监测电路（接受到老鼠进到笼子的信号），主控模块（由PIC12LF1501芯片和电路板线路组成接受老鼠感应发出的信号，并做出相应的动作），电机驱动电路（通过向电机发送不同宽度的脉冲信号从而达到控制的效果），最后通过软件编程合理有序的控制模块，控制报警器鸣叫，实现相应功能。其系统框图由图3.1所示。整个系统结构简单、稳定可靠、具
有一定的实用价值。
图3.1 系统框图
Figure3.1 system block diagram
4 智能捕鼠器的硬件设计
4.1概述
本设计系统硬件电路比较简单，主要有单片机最小系统、超声波发射电路、红外检测电路和报警电路、电机驱动电路构成。其中主控芯片、超声波发射电路、电机驱动电路是此次设计的核心模块。主控芯片PIC12LF1501控制整个系统的运行，利用它的各个接口将其他模块连接成一个整体，通过MPLAB X IDE编程让它完成对整个硬件系统的逻辑控制，使系统具有自动控制捕鼠器的功能。整机工作原理如下所示。
老鼠对声音很明感，在特定的超声波频率下回诱惑老鼠来觅食；所以超声波发射器在本设计中是必然物件。
超声波可以通过频率的振荡产生电信号，再经过电声转换器件发生超声波。传统做法是运用555时基振荡器产生矩形波，通过外围器件调节振荡频率，再转换发射的超声波。因为本设计会运用到单片机的信息采集与信息的处理，所以在此处运用了PWM 产生不同频率的矩形波，通过按键来调节PWM 的占空比，从而实现输出的电平信号的变化；超声波人耳无法分辨，设计中通过LED 的亮度来观察其变化。其次是红外检测器，检测老鼠是否进入捕鼠盒子中，一旦检测有物体进入盒中，单片机会触发电机关闭盒子的门，让老鼠无法逃脱；同时蜂鸣器动作，通知用户有老鼠进入了盒中。
4.2核心处理器PIC12LF1501
单片机实训考核装置中的主机模块采用的是PIC12LF1501单片机。如图4.1所示。该图为核心处理器，型号PIC12LF1501，这款芯片是美国Microchip 公司的工业级芯片之一。其优点是：体积小、功耗低等，除了供电引脚外只有六个引脚，其中RA0/RA1/RA2/RA4都可以作为PWM 输出，每个引脚都有多个复用功能，通过芯片内部寄存器设置。本设计中，RA0为电机的正转；RA1为电机的反转；RA2为蜂鸣器控制引脚；RA3为红外检测引脚，相当于按键一样，都是低电平触发；RA4为超声波控制引脚，输出矩形波；RA5为按键输入引脚。芯片外围不需要其他元件，该芯片内部自带31KHZ-16MHZ 的时钟，无需外部晶振；正常工作电压为3.3V ，范围在1.8-3.6V 。调节芯片的时钟频率等可以让该芯片正常工作下功耗达到5uA ，进入掉电模式可达到0.1uA 以下。
图4.1 主控芯片
Figure 4.1 master control chip
4.3超声波发射电路
超声技术是一门以物理、电子、机械及材料学为基础的，各行各业都有使用的通用技术。超声波技术广泛应用于冶金、船舶、机械、医疗等各个工业部门的超声清洗、超声焊接、超声加工、超声检测和超声医疗等方面，并取得了很好的社会效益和经济效益。因此，我国对超声波技术及其传感器的研究十分重视。超声技术是通过超声波产生、传播及接受的物理过程完成的。超声波具有聚束、定向及反射、透射等特性
[15]
。
如图4.2所示。标有T 字样的器件为超声波发射头，它可以把电信号转换位声信号，一般的喇叭无法达到20KHZ 以上的频率，容易被烧毁。Q13为超声波发射头的驱动三极管，通过RA4电平信号控制Q13的开关状态，从而实现超声波的频率变化。Q1是驱动
LED 指示灯的，方便观察超
声波的变化情况。K2为轻触按键，具有回弹的功能，不会自锁；其RA5接芯片输入引脚，用来调节RA4输出的波形。具体实现见程序代码。
D 2D
14PN
图4.2 超声波发射电路
Figure 4.2 ultrasonic transmitter circuit
4.4红外检测电路
如下图4.3所示。该图为初步设计的检测电路，因为太复杂了，可以省略Q4和Q5，简化后的电路如下图4.4所示。
图4.3 红外检测电路
Figure 4.3 infrared detection circuit
图4.4 红外检测电路简化
Figure 4.4 simplified infrared detection circuit
该图4.4 电路的红外发射管为电阻驱动方式，其发射距离跟驱动电压成正比，但发射管的峰值电压有限，所以距离也是有限的；在应用过程中往往通过串联多个管个或者并联多个管子来增加发射距离。接收端DB1为红外接收管，设计中采用5mm 的黑色接收管，Q3起到放大的作用，也可以说是开关的作用。
通电情况下，DA1与DB1的工作的，DB1导通后，会直接拉低Q3的b 极电位，让Q3工作在截止状态，RA3此时的电位为电平；
当有障碍物阻断红外管的通讯线路时，DB1会截止，Q3导通，RA3电位被拉低，单片机会监测到信号的变化，从而控制其它器件的工作。
4.5电机驱动电路
电机及其控制在国民经济中起着重要作用。无论是在工农业生成、交通运输、国防宇航、医疗卫生、商务与办公设备，还是日常生活中的家用器电，都大量的使用这各式各样的电机。电机即可作为电能生产的手段，也是电能应用的主要形式，据资料统计，我国生产的电能约为60%用于电动机。一般用途电动机将电能转换成机械能向被驱动发热机械提供动力来源。它们作为机电能量转换的一个部件外，实际上，相当于一部分电动机在应用时还需要对其进行起停、正反转、制动，以及速度控制和某些保护等控制，通常将这些控制纳入“电气传动”范畴
[16]
。
如下图4.5所示。DA 、DB 、Q6等组成一个红外检测电路，工作原理图同上一节，这里不重复讲解。K1的作用是在Q6截止的情况下，短接Q6，让该通路导通，从而让电机工作。
电机驱动电路由四个三极管组成，其中Q9/Q12工作在同一状态，Q10/Q11工作在同一状态；两组三极管交替导通，实现电机的正反转。在实际电路应用中采用集成芯片来实现。
L9110S 电机驱动芯片，八个引脚，两个输入控制引脚，两个输出电机驱动引脚，另外四个引脚为VCC 和GND 。如下表1.2所示引脚功能表，具体工作原理同分离元件。
图4.5电机驱动电路 Fig. 4.5 motor drive circuit
表1.2引脚功能表
4.6报警电路
如下图4.6所示。BELL 为蜂鸣器，驱动电压5V ，防止蜂鸣器烧毁，串联了一个100欧的电阻，RA2的电平变化控制Q1的开关状态，初始BELL 通断；Q2为led 驱动，工作原理同蜂鸣器。
D1D
图4.6报警电路 Fig. 4.6 alarm circuit
4.7电源电路
如图4.7所示。该电路是一个三端稳压器，转换效率不是很高，相当于串联型稳压电源的集成器件，在本设计中足以应用；输入电压为USB 供电5V ，正常情况下为5.1V 左右，输出电压为3.3V ，偏差不会很大。输入输出滤波电容是为了滤出纹波，让输出电压更稳定，没有太大的波动。
图4.7 电源电路 Figure 4.7 power circuit
4.8整体电路设计
Protel 99 SE由Protel 公司推出，功能强大、操作简便，是最流行的电子设计软件之一。Protel 99 SE 由于引入了数据库文件和团队设计概念，将所有与设计相关的文件都保存在一个独立的数据库文件中，让设计变得更为方便。团队设计中设计人员能更好地进行分工协作。此外，
Protel 99 SE还把电路的模拟/仿真功能归入系统，简化了EDA 工作，大大提高了工作的效率。
利用Protel 99 SE制作本设计的整个电路图见附录A 原理图所示，在硬件制作时，将系统分为主控芯片、超声波发射电路、红外检测电路、电机驱动电路、报警电路、电源电路组成。原理图附录A 。
5智能捕鼠器的软件设计
5.1概述
程序软件是整个系统的灵魂, 系统依靠程序软件的运行自动实现事先预定的功能, 程序软件的设计可以有效的发挥扩展系统硬件的功能, 又可以完善抗干扰措施。程序设计应遵循以下原则，合理利用系统资源、功能程序尽量实行模块化, 便于调试、连接和修改、提高软件的抗干扰能力。
程序是将各个子模块衔接成一个整体的桥梁，用程序实现系统的逻辑控制功能。让单片机查询红外监测电路接收到的信号，根据信号对输出电路进行控制，从而达到远程遥控的效果。
为了完成要求设计，采用C 语言进行程序的编写，在进行软件设计时，常把整个过程分成若干个部分，每一部分称为一个模块。所谓“模块”，实质上就是所完成一个特定功能，相对独立的程序段，这种程序设计方法叫模块程序设计法子程序构成, 程序清单见附录B 。
模块程序设计法的特点：相对独立性，可以对模块单独进行设计、制造、调试、修改和存储，这便于由不同的专业化企业分别进行生产；互换性，模块接口部位的结构、尺寸和参数标准化，容易实现模块间的互换，从而使模块满足更大数量的不同产品的需要；通用性，有利于实现横系列、纵系列产品间的模块的通用，实现跨系列产品间的模块的通用。
[17]
。本次设计采用模块化结构，程序由主程序、
5.2 C语言的简介
5.2.1 C语言的产生与发展
C 语言是由早期的编程语言BCPL (Basic Combind Programming Language)发展演变而来。在1970年,AT&T贝尔实验室的Ken hompson根据BCPL 语言设计出较先进的并取名为B 的语言, 最后导致了C 语言的问世。 随着微型计算机的日益普及, 出现了许多C 语言版本。由于没有统一的标准, 使得这些C 语言之间出现了一些不一致的地方。为了改变这种情况, 美国国家标准研究所(ANSI)为C 语言制定了一套ANSI 标准, 成为现行的C 语言标准。
1967年，剑桥大学的 Martin Richards 对CPL 语言进行了简化，于是产生了BCPL （Basic Combined Pogramming Language)语言。
1970年，美国贝尔实验室的 Ken Thompson 。以BCPL 语言为基础，设计出很简单且很接近硬
件的B 语言（取BCPL 的首字母）。并且他用B 语言写了第一个UNIX 操作系统。
在1972年，美国贝尔实验室的 D.M.Ritchie 在B 语言的基础上最终设计出了一种新的语言，他取了BCPL 的第二个字母作为这种语言的名字，这就是C 语言。
1978年由美国电话电报公司(AT&T)贝尔实验室正式发表了C 语言。
2011年12月8日，ISO （International Organization for Standardization）正式公布C 语言新的国际标准草案
[18]
。
5.2.2 C语言的主要特点
C 语言简洁紧凑、灵活方便，一共只有32个关键字,9种控制语句，程序书写自由，主要用小写字母表示。它把高级语言的基本结构和语句与低级语言的实用性结合起来。 C 语言可以象汇编语言一样对位、字节和地址进行操作, 而这三者是计算机最基本的工作单元。
运算符丰富，数据结构丰富，具有现代化语言的各种数据结构，C 的运算符包含的范围很广泛，共有种34个运算符。C 语言把括号、赋值、强制类型转换等都作为运算符处理。从而使C 的运算类型极其丰富表达式类型多样化，灵活使用各种运算符可以实现在其它高级语言中难以实现的运算。
C 语言允许直接访问物理地址，可以直接对硬件进行操作， 因此既具有高级语言的功能，又具有低级语言的许多功能，能够象汇编语言一样对位、字节和地址进行操作, 而这三者是计算机最基本的工作单元，可以用来写系统软件。生成目标代码质量高，程序执行效率高，程序可移植形好
[18]
。
5.3主程序设计
代码初始化后，都会在while(1)循环中执行，断电后没有保护功能，没有写flash 寄存器，所以断电后，所有数据恢复初始状态。While 循环里面分为四个处理部分。
RA5按键处理：长按和短按的区分，短按调节PWM 改变超声波的频率，RA4接口输出，长按关闭PWM 频率、关闭蜂鸣器、关闭正转电机同时启动反转电机，待人为的按动翻转按键进入反转；
RA3红外检测：相当于按键的短按处理，当有物体遮挡红外光的路径时，进入RA3执行函数动作；电机RA0正转启动、蜂鸣器报警，待电机关门后，检测器自动断开电机电源；待人为按键触发开门；
频率显示：频率分为6个档位调节，在这里统一显示，与其他程序不冲突；计时处理：上电定时器工作，PWM 是依靠定时器工作的，所以上电定时器必须打开，这里添加一个变量作为定时器的计时开关。图5.1 主程序流程图。
图5.1 主程序流程图 Figure 5.1 main program design
RA5和RA3处理程序流程图：红外检测器一共三个，其中老鼠检测两个；电机关门检测一个；老鼠检测与处理器实时汇报，电机检测则控制三极管的通断，即开关电机驱动电源；电机一个，分为正转和反转，一共关门一共开门，关门至红外检测处自动停止；开门为人为短接红外检测控制的三极管集电极和发射极两端，实现开门；图5.2 RA5和RA3处理程序流程图。
图5.2 RA5和RA3处理程序流程图
Figure 5.2 flow chart of RA5 and RA3 processor
5.4 MPLAB X IDE的使用
MPLAB X IDE 是可以运行在PC （Windows 、Mac OS 和Linux ）上的软件程序，用于开发Microchip 单片机和数字信号控制器的应用，MPLABX 集成开发环境为PIC 单片机的开发工具链带来了巨大变化。MPLABX 是基于Oracle 的开源NetBeans IDE ，采用这种开源方式，使我们得以非常快捷轻松地添加了许多常用功能，同时还提供了一种更易于扩展的架构以便将来添加新功能。
在 MPLAB X IDE 中，选择文件（新建项目）。在打开的窗口中, 如图5.3所示，选择 Microchip 嵌入式类别，并从项目域中选择独立项目。
图5.3 新建文件窗口
Figure 5.3 new file window
该选择必须与所用硬件上的器件完全匹配。（如果在没有硬件的情况下使用软件模拟器，则
可以选择任意器件。），为了让选择器件变得更简单，器件按系列进行组织。MPLAB XC8可以针对 8 位单片机系列中的任何器件进行编译。在图5.4中，已经从 PIC（12/16/MCP）系列中选择了 PIC12LF1501
。
图 5.4 器件选择对话框
Figure 5.4 device selection dialog
不需要使用调试功能，所以该选择可以为 None （无），如图 5.5 所示。
图 5.5 连接器选择对话框
Figure 5.5 connector selection dialog
如果您具有调试器，并希望对硬件使用它，则从列表中选择该调试器；否则，请选择Simulator
（软件模拟器）。图5.6显示了选择 MPLAB REAL ICE 作为编程器 / 调试器来运行所生成的代码。
图5.6
工具选择对话框
Figure 5.6 tool selection dialog
除非您必须使用特定的接插板，否则请选择 None （如果出现图5.7所示的对话框）。
图5.7 接插板选择对话框
Figure 5.7 connector selection dialog
如图 5.8中的 Select Compiler（选择编译器）窗口所示，XC8 展示小部件下可能会列出
MPLAB XC8 编译器的几个版本。请选择最新的版本。您可以在开发过程中更改该选择。
图 5.8
编译器选择对话框
Figure 5.8 compiler selection dialog box
在项目名称域中输入项目的名称。如果默认项目路径不合适，则单击浏览。在此例中，为了
说明目的已经选择了名称 quick_start_XC8，如图 5.9所示。要在 IDE 中将当前项目区分为主项目 （存在多个项目时），请单击设置为主项目。
图 5.9 项目名称和路径对话框
Figure 5.9 project name and Path dialog box
单击完成，项目就会被创建。项目窗口1中会出现一个代表该项目的图标，如图5.10所示。项目窗口显示在图中的左上角。在项目窗口下面，仪表板会提供更详细的项目信息。
图5.10
项目窗口
Figure 5.10 project window
5.5 实验结果的描述
当所有硬件和软件设计部分完成以后, 就可以通过单片机实训考核装置和智能捕鼠器实现智
能捕鼠的过程。
实验结果描述：上电，USB 接口供电，打开主板上黑色船型开关，调节超声波发射板上的按
键，从而调节超声波的频率，调节过程中会发现指示灯亮度会跟着变化，伸出手或者放置物品到捕鼠盒子里面，红外检测指示灯亮，手拿开或者物品拿到指示灯灭，但报警和关门不会停，电机转动，盒子的门关闭，门关完后，电机停止，蜂鸣器报警，长按超声波发射板上的按键3S ，蜂鸣器灭，电机反转，但电机本身不动作，按住门边的红外检测短接按键，电机转动，门打开，取出老鼠，完成。实物图见附录C 。
6 总结
毕业设计期间我们所设计的智能捕鼠器，经过多次调试和实验，基本上满足了设计的要求，
在设计要求的基础上加了手动的功能。可以选择自动或手动模式。
本文对智能捕鼠器的系统进作了细致、全面、规范的分析，对系统相应的软、硬件进行了设
计、制作及调试，并贯穿设计的全过程。此次设计的主要任务是开发一个以PIC12LF1501单片机为核心的智能捕鼠器，主要由单片机最小系统、红外监测电路、超声波发射电路和报警电路、电机驱动电路和电源电路构成。本设计主要分为硬件部分和软件部分，硬件部分着重考虑硬件电路的简单性和可行性，故尽可能简化硬件电路，节省线路板的空间，达到硬件电路最优化设计。软件采用C 语言编写，采用模块化设计思想，程序可读性强，修改方便快捷。通过对程序的烧录、运行验证了系统切实可行性，能满足设计要求，达到设计的任务指标，智能捕鼠器实现了捕鼠器盖智能控制，从运行情况来看控制的效果比较好。通过本次设计，不仅提高了我的动手能力，还让我熟悉了相关的专业软件。
通过本次设计我掌握了很多以前不熟练的东西，同时认识到很多的不足，如红外检测的可靠
性尚待解决，提高产品的实用性和稳定性是今后努力的方向，等待将来开发更好的智能捕鼠器。
参考文献
[1] 曾粤宗一种捕鼠笼的门锁装置曾粤宗2000.05.17
[2] 曾粤宗 一种捕鼠笼的动作触动机构曾粤宗 2001.10.03
[3] 罗明义; 闫纯锴 一种诱鼠捕鼠笼罗明义 2006.03.29
http://dbpub.cnki.net/grid2008/dbpub/detail.aspx?dbname=SCPD&filename=CN2766558
[4] 孙晓明; 万桂怡; 崔建军; 吴明海; 刘克敬 一种智能连续捕鼠器 圣达知识产权代理有限公司 2012.12.19 [5] 姜顺 红外捕鼠器 姜顺 2013.04.03
http://dbpub.cnki.net/grid2008/dbpub/detail.aspx?dbname=SCPD&filename=CN202842207U
[6] 陈津辰 智能捕鼠笼 陈津辰 2014.03.19
http://dbpub.cnki.net/grid2008/dbpub/detail.aspx?dbcode=SCPD&dbname=SCPD2014&filename=CN103636592A&uid=WEEvREcwSlJHSldRa1FhdkJkcGkzK1kwdEVWalg4ejk1d3lRVU04RzFlUT0=$9A4hF_YAuvQ5obgVAqNKPCYcEjKensW4ggI8Fm4gTkoUKaID8j8gFw!!
[7] 陈津辰 一种智能老鼠笼的电连接 陈津辰 2014.05.28 [8] 王波 一种超级灵敏捕鼠笼王波 2014.11.05
[9] 赵文旭 一种双开口的电控捕鼠笼赵文旭 2015.12.16
http://dbpub.cnki.net/grid2008/dbpub/detail.aspx?dbname=SCPD&filename=CN204860762U
[10] 樊小林 一种机器人连续捕鼠器 东莞市欧洁智能电子科技有限公司 2016.04.20 [11] 吴文明; 蒋孝斌; 千志科; 蒋艳霞; 余风雷 一种磁力吸高灵敏灭鼠笼黄河交通学院 2016.11.23
[12] 黄立成 组合踏板式捕鼠笼 黄立成 2016.11.09
[13]李金雄.PIC 单片机轻松入门[M].北京：中国电力出版社，2013：1-8.
[14]谭建成. 电机控制专业集成电路. 北京：机械工业出版社，1997.2003.6.1-3.
[15]张培仁. 传感器原理、检测及应用. 北京：清华大学出版社，2012.4.
[16]李学海.PIC 单片机实用教程基础篇. 北京航空航天大学出版社，2007.2：13-18.
[17]高福成, 李军, 尚丽娜, 王艾瑞.C 语言程序设计. 北京：清华大学出版社2004.1：157-158.
[18]张岗亭, 李立, 梁宏倩.C 语言程序设计教程[M].北京：人民邮电出版社，2013.2：4-6.
四年大学生活匆匆而过，大学本科的学习生活就要结束了，我的大学生活也过的很充实，在此，我要感谢教导我的各位老师，还有一起学习和进步，关心我的同学们。
本次毕业设计能够顺利完成，是老师的耐心指导和在设计过程中帮助我们的同学和我共同努力的结果，在这里我对老师、一起努力的同学致以诚挚的谢意！
随着毕业设计的完成，四年的大学生活也将画上句号。这四年生活中，有青涩、茫然、美好。如今要和那年少轻狂的青春说再见了。首先，我要感谢我们的学校，感谢在这四年中教给我许多做人做事的道理；其次，我要特别的感谢我的指导老师许明老师，在设计过程中，许明老师给予了悉心的指导，最重要的是给了我解决问题的思路和方法；再次，我要感谢那些曾经教我的老师们，是他们教会了我这些知识和本领，才能在这次设计中得以运用。
通过这次毕业设计，使我深刻地认识到学好专业知识的重要性，也理解了理论联系实际的含义，并且检验了大学四年的学习成果。虽然在这次设计中对于知识的运用和衔接还不够熟练。但是我将在以后的工作和学习中继续努力、不断完善。这次的设计是对过去所学知识的系统提高和扩充的过程，为今后的发展打下了良好的基础。最后，再次感谢我的老师、同学和大学期间所有的朋友们，是你们为我的大学生活增光添色，让它变得丰富多彩。
由于自身水平有一定的局限，设计中存在着很多不足之处，敬请各位老师批评指正，能够使毕业设计尽可能的完善，做到最好。
附录A ：原理图
附录B ：程序清单
/*******************************************
2017.5.4
RA5：超声波频率的6个档位调节
RA4：PWM3
RA3：红外检测接口
RA2：蜂鸣器引脚
RA1：电机正转
RA0：电机反转
*******************************************/
#include
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
#define OFF_T 5000 //定义静止时延迟关闭时间，OFF_T*1s
// CONFIG1
#pragma config FOSC = INTOSC // 时钟为低功耗晶振
#pragma config WDTE = 0FF //关闭看门狗
#pragma config PWRTE = OFF // 禁止上电延时定时器
#pragma config MCLRE = OFF // (MCLR/VPP 引脚功能由LVP 决定)
#pragma config CP = OFF // 禁止程序储存器代码保护
#pragma config BOREN = OFF // 禁止低压复位
#pragma config CLKOUTEN = OFF // 禁止时钟输出 (CLKOUT引脚)
// CONFIG2
#pragma config WRT = OFF // 闪存保护， 000h 至 7FFh 被写保护，没有地址可被修改 #pragma config STVREN = OFF // 堆栈上溢或下溢不会导致复位
#pragma config BORV = LO // 欠压复位电压 （V BOR ） ，选择低跳变点。
#pragma config LPBOR = OFF // 禁止低功耗欠压复位
#pragma config LVP = OFF // 必须使用 MCLR 上的高电压进行编程
//禁止看门狗，（11 1111 1000 0001）
//芯片配置字，看门狗关，上电延时开，掉电检测关，低压编程关
uint m=0;
unsigned long NUM1=0; //定义静止1h 定时器0计数变量
uchar FLAG=0; //超声波执行变量
uchar FLAG2=0; //定义产生1s 时钟标志
uchar FLAG3=0; //延时计时标志
uchar x_h=6,z=0;
uchar Duty_Data1[7]={0,1,3,9,20,37,83};//PWM3超声波档位设置
uint Key_press_num_K1=0,Key_press_num_K2=0; //按键和红外检测接口误动作变量，必须赋初始值
void delay_us(uint t) //延时us 设置
{
}
void delay_ms(uint m)//延时ms 设置
{
delay_us(1000);//1000us=1ms
}
/*
定时器0初始化
*/
while(--t);
void timer0_init()
{
}
//PWM0占空比设定函数，0为低电平，100为高电平
void Set_PWM3(uchar duty)
{
OPTION_REG=0x07;//定时器256分频 INTCON=0xA8;//开总中断，开外设中断，开定时器中断, 使能电平变化中断 TMR0=0xFB;//定时器赋初值10ms,256-500000/4/256/100 uchar temp=0; if(duty==0) { } else if(duty==100) { } temp=0; temp=0xff;
else if(duty==1)
{ } else { } PWM3DCH=temp; PWM3DCL=temp; temp=150-150*duty/100; temp=149;
delay_us(20);
}
//长按关灯
void LED_off_K1()
{
}
void short_Button_K2() //RA3红外检测执行，意思就是有老鼠来了
{
if(RA3!=0)
{
delay_us(100);//延时避免误触发
if((Key_press_num_K2>5)&&(RA3!=0)) //
{
Key_press_num_K2=0;//清除消抖变量
//FLAG=0;
RA1=0;//电机反转截止
delay_ms(2000);//延时2S
RA0=1;//电机正转执行
delay_ms(2000);//延时2S
RA2=1;//蜂鸣器响
}
}
}
void long_Button_K1()
{
if(RA5!=0)
{
if(Key_press_num_K1>=350) //长按时关闭PWM ，也就是关闭超声波频率 { } Set_PWM3(0);
delay_us(100);
if((Key_press_num_K1>=300)&&(RA5!=0)) //长按
{
FLAG=0;//超声波执行变量清除
Key_press_num_K1=0;
RA2=0;//蜂鸣器关闭
//x_h=0;//超声波频率为0
m=0;//定时器变量清零
NUM1=0;//定时器变量清零
FLAG3=1;//启动定时器标志执行位
}
}
}
void short_Button_K1() //短按档位循环
{
if(RA5!=0)
{
delay_us(100);
if((Key_press_num_K1>5&&Key_press_num_K1
Key_press_num_K1=0;//清除消抖数值
FLAG=1;//打开超声波执行变量
x_h=x_h-1;//超声波档位递减循环
if(x_h==0)
{
x_h=6;
}
}
}
void Delay_Shutdowm() //计时
{
if(FLAG2==1) { FLAG2=0; NUM1++;
if(NUM1=OFF_T)//定时标志打开，且计时时间到
{
RA0=0;//电机正转截止
delay_ms(2000);//延时2S
RA1=1;//电机反转执行
FLAG3=0;//清除定时标志
m=0;
NUM1=0;//计时清零
}
}
void init_pin()//初始化
{
TRISA=0xe8;//0010 1000,RA0/RA1/RA2/RA4为输出 ANSELA=0x00;//设置为端口 }
PORTA=0xFF;//输出高电平
OSCCON=0x3A;//内部时钟500KHZ
RA2=0;//蜂鸣器不响
RA0=0;//电机正转截止
RA1=0;//电机反转截止
}
void init_PWM()
{
} PWM3CON=0xC0;//使能PWM1，低电平有效 T2CON=0x00;//定时器1分频 TMR2ON=1;//启动定时器 TMR2IF=0; //TMR2与PR2不匹配
//初始化
void init_devices(void)
{
init_pin();//引脚初始化
timer0_init();//开总中断，开外设中断，开定时器中断, 使能电平变化中断
}
void main()
{
init_devices();//初始化函数 init_PWM(); //pwm初始化， Set_PWM3(0);//上电为最高频率
ANSELA=0x00;//设置为端口
while(1) { if(RA5==0) //RA5按下 { while(!RA5)//开始区分长按和短按 { Key_press_num_K1++;
delay_us(20);
} long_Button_K1(); short_Button_K1(); //长按关闭 //短按频率调节循环
LED_off_K1(); //长按时超声波关闭
// if(RA3==0) { while(!RA3) { Key_press_num_K2++;
delay_us(20);
} if(FLAG==1) { } Set_PWM3(Duty_Data1[x_h]); //频率显示 } short_Button_K2(); //RA5按下
if(FLAG3==1)
{
Delay_Shutdowm();//定时器计时 }
}
/*
中断系列
*/
void interrupt time0()
{
//定时器中断
if((TMR0IE&T0IF)==1) { T0IF=0;//清除中断标志 TMR0=0xFB;//重新赋值
}
}
} if(m==1000) //1s { } m=0; FLAG2=1;
附录C ：实物图