红外报警器综合课程设计(共16页).doc

精选优质文档-倾情为你奉上电 子 信 息 与 电 气 工 程 系综合课程设计题 目： 红外报警器的设计 指导老师： 姚 红 小组成员： 黄 和 霞（） 沈 湫 漪（） 吴 桐（） 2010年1月1日 设计题目红外报警器的设计实现设计类型应用基础研究导师姓名姚红主要内容及目标设计利用多谐振荡电路作为红外线发射器的驱动电路，驱动红外发射管，向布防区内发射红外线，接收端利用专用的红外线接收器件对发射的红外线信号进行接收，经放大电路进行信号放大及整形后驱动数字门电路，输出报警信号，又经报警信号锁定电路，将报警信号进行锁定，即使现场的入侵人员走开，报警电路也将一直报警，直到人为解除后方能取消报警。具有的设计条件利用所学电子技术知识、单片机知识，完成红外报警器的设计实现计划学生数及任务计划学生数 3 一名同学主要负责理解红外报警器的硬件电路工作原理与电路设计情况； 一名同学主要负责单片机编程与实现； 一名同学主要负责基于文档撰写整理，并协助电路与编程实现。计划设计进程第一周，查找搜集资料，了解掌握红外报警硬件电路工作原理；第二周，利用单片机进行编程，通过proteus仿真实现，得出结果；第三周，完成设计报告，要有摘要、正文、附录、参考文献等部分。参考文献谭浩强编著.C程序设计第二版M.北京:清华大学出版社,1999徐爱钧、彭秀华单片机高级语言 C51 应用程序设计.-北京:北京航空航天大学出版社 2006.薛均义、张彦斌. MCS-51 系列单片微型计算机及其应用.-西安:西安交通大学出版社 2005.楼然苗.51系列单片机设计实例.北京：北京航空航天大学出版社2006.黄智伟.传感器应用设计实例制作.北京：电子工业出版社 2006.唐桃波、陈玉林. 基于AT89C51的智能无线安防报警器 J.电子设计应用 2003课程设计任务书目 录4 2.2.3红外线发射电路.5 2.2.4红外线接收电路.6 2.2.5报警电路.7专心-专注-专业摘要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及自身的安全保护意识在不断的增强，因而对安防措施提出了新的要求。 本设计就是为了满足安防的需要而设计的电子报警系统。 就目前市面上装备主要有压力触发式报警器、开关电子报警器和压力遮光触发式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。本系统采用了红外发射与接收管，它的制作简单、成本低，安装比较方便，而且安防性能比较稳定，抗干扰能力强、灵敏度高、安全可靠，同时它的信号经过单片机系统处理后方便和机通信，便于多用户统一管理和用户操作。关键词 单片机、电源、红外对管、发射电路、接收电路、报警电路1 引言1.1 系统设计目的随着电子技术的发展，人类不断研究，不断创新纪录，人们自身的安防意识也在逐渐增强。红外线具有隐蔽性，在露天防护的地方设计一束红外线可以方便地检测到是否有人出入。此类装置设计的要点：其一是能有效判断是否有人员进入；其二是尽可能大地增加防护范围。当然，系统工作的稳定性和可靠性也是追求的重要指标。至于报警可采用声光信号。自己亲手制作一个红外报警器不仅有实用性而且也是很有意义的一件事情，同时本次实验设计注重对单片机工作原理及报警原理的理解，以便今后自己在单片机领域的学习和开发打下基础，提高自己的动手能力和设计能力，培养创新能力，丰富自己的理论知识，做到理论和实践相结合。本次设计的重要意义还在于对单片机的内部结构和工作状态做更进一步的了解，同时还对单片机的接口技术，中断技术，存储方式和控制方式作更深层次的了解。此次设计更进一步了解基本电路的设计流程，提高自己的设计理念，丰富自己的理论知识，巩固所学知识，使自己的动手动脑能力有更进一步提高，为自己今后的学习和工作打好基础，为自己的专业技能打好基础。1.2 系统设计思想 本次设计的要点在于红外线信号的发射与接收部分，由于目前市场上常用的红外线发射器件和接收器件都具有频率选择性，因此要想得到较好的传输距离和稳定的性能，必须将驱动红外线发射管工作的振荡电路频率调整在红外发射器件的工作频率附近，现大部分产品的频率为38KHz，我们在设计该电路时，VT7、VT8、R13R16、C8和C9组成多谐振荡器也是工作在38KHz附近。至于接收电路，作为报警工作的话，没有像红外线通讯那样要精确地还原出发射端发射的每一个数据，因此相对来说，要求可以放宽一些，设计时可以通过低通滤波，加倍压整流等措施，将发射的红外线信号转变成用于控制的直流控制电压，可以理解为：当有红外线信号收到时输出一个高电平信号，如果有人阻断了红外线信号，输出一个低电平信号，后续电路通过这个低电平信号启动报警。从实际的效果来看，报警信号必带有锁存功能，即当有人进入设防区域后报警信号就被锁住即使人离开，报警也将继续，直到人为的按动复位键才停止报警。1.3 系统设计方案设计方案1：基于红外线对射型传感器的防盗报警器红外线及激光技术目前已相当成熟，利用红外发射管发射一束光束，如接收端能正常接收表示系统正常，当有人挡住光束时，接收端便收不到光束，启动报警电路工作。设计方案2：基于单片机的红外报警器的设计红外线报警器硬件电路系统框电路分为五个部分：1、电源电路 2、脉冲式红外发送与接收电路 3 、数据解码电路 4、单片机系统 5、声光报警电路1、 电源电路：220V交流电经过变压器，桥式整流，电解电容滤波，三端稳压器78L05变成+5V的直流电2、 脉冲式红外发送与接收电路：由运算放大器，电压比较器，滤波器，红外发射与接收管构成3、 单片机系统：用AT89C2051单片机，复位电路，时钟电路4、 声光报警电路：稳压电路，音频放大电路，扬声器，普通红色发光二极管组成通过比较，由于方案一未用到单片机进行设计，设计过程较为简单，与我们此次的课程设计要求不符，因此我们选择方案二进行设计。2系统硬件设计2.1基于89S51单片机的红外报警器的的总体设计2.2单元模块设计根据系统要实现的功能，本系统分为五个电路：单片机控制电路、电源电路、发射电路、接收电路、报警电路。分别将各单元电路功能介绍如下：2.2.1单片机控制电路AT89S51 为 ATMEL 所生产的可电气烧录清洗的 8051 相容单芯片，其内部程序代码容量为4KBAT89S51主要功能列举如下：1、为一般控制应用的 8 位单芯片2、晶片内部具时钟振荡器（传统最高工作频率可至 12MHz）3、内部程式存储器（ROM）为 4KB4、内部数据存储器（RAM）为 128B5、外部程序存储器可扩充至 64KB6、外部数据存储器可扩充至 64KB7、32 条双向输入输出线，且每条均可以单独做 I/O 的控制8、5 个中断向量源9、2 组独立的 16 位定时器10、1 个全多工串行通信端口11、8751 及 8752 单芯片具有数据保密的功能12、单芯片提供位逻辑运算指令2.2.2电源电路因为系统是由单片机直接控制处理，其稳定的电压是十分重要的，所以我们专门精心设计了一个稳压电源，如下图所示：为了改善波纹特性，在稳压电源的输入端加接电容C10，在其输出端加接电容C1、C2，目的是为了改善负载的瞬态响应、防止自激振荡和减少高频噪声，电路中加入一个发光二极管是为了对输出的电压进行稳压保护，用于电压小于额定电压或对地短路的时候的保护。2.2.3 红外线发射电路电路图如下：整个发射电路的工作过程：VT7、VT8、R13R16、C8和C9组成多谐振荡器。系统上电后，VT7或VT8两都必有一管进入导通状态，若VT7先进入导通状态，电源经R14、C8和VT7向C8充电。2.2.4红外线接收电路由于该系统是利用红外发射管通过发射的接收来工作的，所以应该配较高性能的红外线接收电路。电路图如下：红外发射电路发送的红外线信号被D3接收后，进入VT2基极，进行放大，经放大后的红外线信号经C5耦合后，进入VT1进行再次放大，经两级放大后，接收到的红外线信号已足够强，经C4耦合后送入由D1、D2组成的倍压整流电路进行整流，C7滤波后形成一个直流控制电压，这个直流控制电压信号足够强，大于CW1的稳压电压，因此CW1击穿，电流流经VT5的基极，VT5饱和导通，集电极输出低电平信号；当发射过来的红外线信号被人挡住时，D3将无法接收到红外线信号，倍压整流电路无信号输出，原充在C7两端的电荷经R12进行放电，此时CW1阻断，电流极小，VT5截止，其集电极输出高电平，这个高电平信号送入后续逻辑处理电路，就可以判断为有人进入，从而做出相应的操作。2.2.5报警电路电路图如下：当检测到有人进入布防区域后，逻辑控制单元输出低电平信号，经R7使VT3饱和导通，经R21、CW2提供一个3.6V的电压，作为语音电路的工作电源，语音电路工作后，从B脚输出音频信号，经R2送入VT4进行功率放大，放大后驱动蜂鸣器发出报警声。3 系统软件设计按下布防键启 动 报 警 电 路为布防信号？延 时延时与否？开 始初 始 化有 无 信 号？为布防信号？布 防 程 序布 防 程 序是否是3.1 程序流程图3.2 程序 #include <AT89X51.H> #include <INTRINS.H> bit flag; unsigned char count; void dely500(void) /延时 unsigned char i; for(i=250;i>0;i-) _nop_(); void main(void) while(1) if(P3_0=0) /检测到低电平 while(1)/死循环报警 /*两种频率不一样的脉冲*/ for(count=200;count>0;count-) P2_0=P2_0; dely500(); for(count=200;count>0;count-) P2_0=P2_0; dely500(); dely500(); 4 系统测试4.1软件测试（1）打开Keil Vision3，新建Keil项目，选择AT89S52单片机作为CPU，新建C源文件，编写程序，并将其导入到“Source Group 1”中。在“Options for Target”对话窗口中，选中“Output”选项卡中的“Create HEX File”选项和“Debug”选项卡中的“Use：Proteus VSM Simulator”选项。编译源程序，改正程序中的错误。（2）在Proteus ISIS中，选中AT89S52并单击鼠标左键，打开“Edit Component”对话窗口，设置单片机晶振频率为12MHz，在此窗口中的“Program File”栏中，选择先前用Keil生成的.HEX文件。在Proteus ISIS的菜单栏中选择“File”“Save Design”选项，保存设计。在Proteus ISIS的菜单栏中，打开“Debug”下拉菜单，在菜单中选中“Use Remote Debug Monitor”选项，以支持与Kile的联合调试。（3）在Kile的菜单栏中选择“Debug”“Start/Stop Debug Session”选项，或者直接单击工具栏中的“Debug>Start/Stop Debug Session”图标，进入程序调试环境。按“F5”键，顺序运行程序。调出“Proteus ISIS”界面，得到程序运行结果。4.2 硬件测试接入电源后，当有物体经过红外对管时，发射电路发射的红外线信号被物体反射，使接收电路接收到信号，控制报警电路使报警器发出报警声，按下复位键报警结束。5总结简单仪器原理与设计的课程设计是电子信息工程专业学生所必修的，是实践教学不可缺少的重要一环。通过课程设计，不仅能提高学生学习智能仪器的兴趣，加深对智能仪器的理解，开阔视野，也能为以后毕业设计打下良好的基础。学生基本经历了单片机应用系统开发的全过程，扩大了学生的实践内容，从而取得了较好的教学实践效果。任何收获都要付出巨大的努力，在这个领域里面我几乎是从零开始，但是我们克服了重重困难，学到了很多东西。经过两个星期的努力，我们终于成功的完成了本次课程设计。在设计过程中我们有很多收获当然也遇到了很多困难。譬如说不能够把书本上的知识与实践相结合。还有当我们第一次把硬件电路做出来以后在调试时发现白天它一直在报警，只有在夜晚才是正常的。后来我们通过修改程序，改了一个条件判断语句以后重新下到单片机中结果就对了。我们此次设计的软件部分是用C语言来编程的。由于C语言是近年在国内外得到迅速推广应用的一种语言。C语言功能丰富，表达能力强，使用灵活方便，应用面广，目标程序效率高，可移植性好，既具有高级语言的优点，又具有低级语言的许多特点。通过这次的c语言程序设计我们更加了解了c语言。在C语言程序设计的过程中我们知道了自己在以前的学习中有很大的不足，有些地方看不懂也不知道怎么去设计，但是在设计过程中也学习了很多，掌握了自己以前没有学好的知识，不过这也给自己敲响了警钟，在学习中不可以浮于表面，要想学好每一门课程都要踏实。本次实训增强了我们查阅资料的方法技巧，更是大大的提高了我们自学的能力，同时也增强了我们的动手能力。在这两个星期的课程设计过程中，我们三个人一起查找资料、一起讨论、一起交流，最终我们决定了设计方案并成功完成设计，这些都培养了我们的团结合作精神。此次设计让我们受益匪浅。参考文献【1】谭浩强编著.C程序设计第二版M.北京:清华大学出版社,1999【2】徐爱钧、彭秀华单片机高级语言 C51 应用程序设计.-北京:北京航空航天大学出版社 2006.1【3】薛均义、张彦斌. MCS-51 系列单片微型计算机及其应用.-西安:西安交通大学出版社 2005.1【4】楼然苗.51系列单片机设计实例.北京：北京航空航天大学出版社 2006【5】黄智伟.传感器应用设计实例制作.北京：电子工业出版社 2006.4【6】唐桃波、陈玉林. 基于AT89C51的智能无线安防报警器 J.电子设计应用 ,2003,附录源程序：#include <AT89X51.H> #include <INTRINS.H> bit flag; unsigned char count; void dely500(void) /延时 unsigned char i; for(i=250;i>0;i-) _nop_(); void main(void) while(1) if(P3_0=0) /检测到低电平 while(1)/死循环报警 /*两种频率不一样的脉冲*/ for(count=200;count>0;count-) P2_0=P2_0; dely500(); for(count=200;count>0;count-) P2_0=P2_0; dely500(); dely500();