2022年红外线报警器的设计方案电路课设.docx

精选学习资料 - - - - - - - - - 郑州轻院轻工职业学校课程设计说明书题目 红外线报警器的设计学院 <系）机电工程 年级专业： 11 级电子信息 1 班 学号： 11103018 同学姓名：李宾宾 指导老师：老师职称：课程设计 <论文）任务书院 <系）：机电工程基层教案单位：11 级电子信息工程技术11 级电子信息学号11103018 学 生 姓李宾宾专业 <班级）名1 班设计题 目红外线报警器的设计1 / 11 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 11 页精选学习资料 - - - - - - - - - 设计 设计参数：技 红外线报警器的功能；术 参 数基于 AT89C51 单片机设计一台红外线报警器,使其能任意一个红外线切 断,数码管显示相应的位数,蜂鸣器接着报警；按下复位键,可以回到设 初始状态；计 要 求工 作量工 作计 划字1 徐玮,徐富军,沈建良C51 单片机高效入门M 北京：机械工参业出版社考2 裴彦纯,陈志超基于单片机系统的红外遥控器应用J 现代仪资器,料3 朱纯益,路建华单片机用作通用红外遥控接收器的设计M 北京：华录信息技术讨论所指 导 教 师 签基层教案单位主任签字说明：此表一式四份,同学、指导老师、基层教案单位、系部各一份；年月日课程设计评审看法表2 / 11 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 11 页精选学习资料 - - - - - - - - - 指导老师评语：成果：指导老师：年月日答辩小组评语：成果：组长：年月日课程设计总成果：答辩小组成员签字：年月日3 / 11 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 11 页精选学习资料 - - - - - - - - - 红外线报警器的设计摘要： 本文介绍了红外发射和红外接收的工作原理及其特点,提出了一种红外线接收发的简洁应用电路,并基于 AT89C51 单片机设计了一个简洁的红外遥控报警电路；用红外 线做信号载波具有成本低、传播范畴和方向可以掌握、不产生电磁辐射干扰和被干扰等诸多优点,因此被广泛地应用在各个技术领域中；关键词： 红外线报警器, AT89C51 单片机,红外发射电路,显示电路,报警电路Infrared alarm designAbstract: This paper introduces the infrared emission and infrared receiving work principle and features, and put forward a kind of infrared receiver hair of simple application circuit, and based on AT89C51 design a simple infrared remote alarm circuit. With infrared signal carrier with lower cost and scope and direction can control the spread, do not produce the electromagnetic radiated interference and interfered with, and many other advantages, so is widely used in the various technology areas. Key words:Infrared alarm, AT89C51 microcontroller, infrared transmitter circuit, display circuit, the alarm circuit一、试验目的 ：1明白红外先报警器的组成及原理 2明白各种在制作中用到的中小规模集成电路的作用及有用方法；3进一步学习与把握各种组合规律电路与时序电路的原理与使用方法；4熟识红外线报警器的设计与制作 . 二、试验任务：1设计红外发射电路；2设计显示电路；3. 设计报警电路；4单片机程序设计；5. 硬件电路的布线与焊接；三、 设计方案3.1 背景：当今岁月,红外线进展火热；红外线 色光 <750nm>仍长,超出了人眼可以识别的Infrared rays>也是一种光线,由于它的波长比红 <可见光）范畴,所以我们看不见它；红外线由德国科学家霍胥尔于1800 年发觉,又称为红外热辐射Infrared Radiation>；通常把波长为0.751000 m的光都称为红外线,并可以根据波长连续细分为三部分,即近红外线,波长为 0.751.50 m之间；中红外线,波长为1.506.0 m之间；远红外线,波长为6.0l000 m 之间；红外对射的特点是不影响周边环境、不干扰其它设备,红外线是一种光线,但又不同于一般可见光,它不会被察觉有了它不仅大大提高了劳动生产率,降低了成本,而 且减轻了人们的劳动强度,改善了劳动条件；可以使用一对红外线发射与接收的装置,构成 红外线的对射系统,称为主动式红外线应用系统；当红外线收、发装置之间的隐形光路被阻4 / 11 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 11 页精选学习资料 - - - - - - - - - 挡时,接收装置可以立刻察觉到,发出警示信号；利用这种对射系统,可以很便利地构建各 种隐藏的防盗戒备布控,仍可以用于各种设备的安全防护或者自动掌握方面,过探测特定空间中,肯定波长范畴内红外光线的位置移动,识别空间范畴内是否有移动人体存在,达到安 全戒备或者自动掌握的目的；使用红外线做信号载波的优点很多：成本低、传播范畴和方向 可以掌握 <不会穿过墙壁,对隔壁家的电视造成影响）、不产生电磁辐射干扰,也不受干扰 等等；因此被广泛地应用在各个技术领域中；红外防盗报警器有以下的优势：1 、 无 形 的 防 卫 方 式 ： 打 破 传 统 的 防 盗 方 式 , 使 入 侵 者 在 不 知 不 觉 中 触 警 ；2、良好的抗干扰特性：当昆虫或小动物等通过防盗网时,由于不能完全遮断防卫射束,所 以不会产生误报警；AT89C51 是 一 种 带 4K 字 节 闪 烁 可 编 程 可 擦 除 只 读 存 储 器 <FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压,高性能 CMOS8 位微处理器,俗 称单片机 3；AT89C 单片机的进展为很多嵌入式掌握系统供应了一种敏捷性高且价廉的方 案；3.2 设计方案思路：本次设计的思路是安装 4 个红外接收头, 4 位共阳数码管,一个蜂鸣器；任意一个红外 线切断,数码管显示相应的位数,蜂鸣器接着报警,然后按下复位键,回到初始状态；3.3 总体设计 红外线报警器采纳 AT89C51作为主要的芯片来制作, AT89C51芯片的功能比较全；红外 对射由发射管和接收管两部分组成,当发射管和接收管在某一角度的范畴之内,接收头接收 到发射管发出的红外信号时,相应的指示灯点亮；当有障碍物阻挡了红外对射管之间的信号 传输,那么相应的指示灯熄灭,同时报警器鸣叫,提示报警；图 1 本方案的红外基本原理四、硬件设计 ：5 / 11 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 11 页精选学习资料 - - - - - - - - - 4.1 硬件介绍红外对射管 ：红外对射管由红外发射管和红外接收管两部分组成；红外发射管在外加 电压的情形下可以产生出红外线；红外线是一种光线,具有一般光的性质,但又不同于一般 可见光,它不会被察觉；红外线具有可以光速直线传播、强度可调、可以通过光学透镜聚 焦、可以被不透亮物体遮挡等等诸多优点；红外接收管是与发射管配对的特制二极管,它可 以接收到红外发射管发射出的红外线,并产生微小的光电流,可以使用一对红外线发射与接 收的装置,构成红外线的对射系统,称为主动式红外线应用系统；使用中,常常配对显现,当红外线收、发装置之间的隐形光路被阻挡时,接收装置可以立刻察觉到,发出警示信号；利用这种对射系统,可以很便利地构建各种隐藏的防盗戒备布控,仍可以用于各种设备的安 全防护或者自动掌握方面；红外线发射与接收的方式有两种,其一是直射式,其二是反射 式；直射式指的是发光管和接收管彼此相对安放在发射与受控物的两端,中间相距肯定距 离；反射式指发光管与接受管并列一起,平常接收管始终无光照,只有在发光管发出的红外 光线遇到反射物时,接收管收到反射回来的红外光线才工作；本次设计的是运用直射方式的 红外对射管；AT89C51: AT89C51 是一个低电压,高性能 CMOS 8 位单片机,片内含 4k bytes的可反 复擦写的 Flash 只读程序储备器和 128bytes 的随机存取数据储备器 <RAM ）,器件采纳ATMEL 公司的高密度、非易失性储备技术生产,兼容标准MCS-51 指令系统,片内置通用8 位中心处理器和 Flash 储备单元,功能强大的 AT89C51 单片机可以供应很多较复杂系统控制应用场合； AT89C51 具有以下标准功能：4k 字节 Flash,128 字节 RAM ,32 位 I/O 口线, 2 个数据指针, 2 个 16 位定时器 /计数器, 1 个全双工串行口,片内晶振准时钟电路；4.2 硬件电路：4.2.1 红外对射电路：图 2 红外对射电路原理图红外对射电路一共有四幅同样的红外对射电路构成；图2 为其中的一幅红外对射电路；当红外发射管 D5 加上电压导通之后,红外接收管 D6 将产生一个微小的光电流,NPN 三极管 Q15 的基极将产生一个微小的电流,基极微小的电流存在使得 Q15 的 b-e 之间导通,NPN 三极管 Q15 工作在饱和状态, c-e 之间的电阻很小,近似短路,集电极相当于直接接地,电压为 0V；Q15 的导通使得 Q10 的集电极电位近似于0V,就 PNP 三极管 Q10 饱和导通,那么 Q10 的发射极和集电极近似为短路,相当于5V 的电压加载到发光二极管D7 和电6 / 11 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 11 页精选学习资料 - - - - - - - - - 阻 R43 上,发光二极管点亮,表示红外对射管已经形成通路；当红外对射管的通路被阻 挡, D6 产生不了光电流,三极管 Q15、Q10 截止, Q10 的集电极上的电压相当于 3.7V,发光二极管接地,不点亮,表示红外对射管不导通；4.2.2 显示电路：图 3 显示电路原理图显示电路由四位共阳数码管、PNP 三极管、单片机组成；Q6、Q7、Q8、Q9 分别掌握四位数码管显示；当红外对射管1 号被阻挡,就红外对射电路中的发光二极管的正端,与单片机相连的引脚上测得 3.7V 的高电平,单片机掌握数码管显示“ 1”,提示用户 1 号门有人闯入；同样,当其他的红外对射管被阻挡后,同样会显示 2、3、4,提示用户有人闯入；单片机的 P1 口与数码管的八个显示段相连,三极管的集电极串联一个电阻后与数码管的片选端相连；当单片机的 P3 口输出为高电平的时候,三极管截止,如此时 P1 口输出为高电平,就数码管将显示数字 “ 8”；通过转变 P1 口输出高电、低电平的不同,数码管将会显示 09 之间的数字；转变 P3 口的高低电平就可以挑选数码管的位显示；4.2.3 报警电路：7 / 11 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 11 页精选学习资料 - - - - - - - - - 图 4 报警电路原理图报警电路由蜂鸣器驱动电路和按键电路两部分组成；当P2.42.8 口检测到高电平,即表示有人闯入,就单片机的 P2.2 口将输出低电平,使得 PNP 三极管 Q3 饱和导通,蜂鸣器发出报警声；按键电路是让用户手动解除报警 11；当按键按下后,单片机 P2.0 口检测到低电平,使得 P2.2输出为高电平,解除报警；五、单片机程序设计：5.1 总体方案：软件设计是通过不断检测单片机上与红外对射电路相连的管脚的高、低电平,如测得单片机引脚上为高电平常,表示有人闯入,提示报警,数码管显示闯入的详细位置；5.2 程序流程图：8 / 11 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 11 页精选学习资料 - - - - - - - - - 图 5 程序流程图5.3 模块说明：程序初始化模块 ：#include <reg51.H> unsigned char code table4=0x06,0x5b,0x4f,0x66 sbit P2_7=P27 ；sbit P2_6=P26 ；sbit P2_5=P25 ；sbit P2_4=P24 ；sbit P2_2=P22 ；sbit P3_0=P30 ；sbit P3_1=P31 ；sbit P3_2=P32 ；sbit P3_3=P33 ；unsigned int i；延时模块：void delay30msint j> whilej-> fori=0；i<50000 ；i+>； 检测端口电平及显示模块：void main void> P2_2=1 ；定义 P2-1为高电平；9 / 11 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 11 页精选学习资料 - - - - - - - - - P1=0x00 ； P3_0=1 ；定义 P0口为低电平；定义 P3-0为高电平； P3_1=1 ；定义 P3-1为高电平； P3_2=1 ；定义 P3-2为高电平； P3_3=1 ；定义 P3-3为高电平while1> 端口电平检测； ifP2_7=1> 假如 P2-7为高电平； delay30ms>； d 调用延时子程序,延时 30ms； ifP2_7=0> 假如 P2-7为低电平； P3_0=0； P3-0 为低电平； P2_2=0； P2-2 为低电平； P1=table0； 调用数码管显示程序；六、制作与调试6.1 硬件电路的布线与焊接：对于电子产品来说,电路板设计是从电路原理图变成一个详细产品的必经之路,电路板设计的合理性与产品的生产及产品的质量亲密相关,要设计出一个有用的产品,仍必需遵守以下设计原就和抗干扰设计；6.1.1 电路板的选用选用环氧树脂板 , 环氧树脂与铜箔有极好的粘合力, 同箔的附着强度与工作温度高, 可以在260度的焊锡熔中不起泡；也可使用覆铜聚四氟乙烯玻璃布层压板；不同的材料有不同的特点,由于调试中可能多次更换元件,所以要考虑到铜箔的粘合力；6.1.2 走线应留意的问题线路板的好坏直接影响着放大器的性能,不好的线路板,会使信号产生歧变,产生本底噪音生尖峰脉冲干扰等,为了尽防止上述影响,线路板在线出尽量做到：接照信号的传输路径由小到大的次序在电路板上各路的布置各元器的位置,尽量缩短各元器件之间的距离,以削减外部干扰的引入和不必要的干扰；在供电线路中,大电流通过的路径应尽量设计得实一些,以降低电源内阻,使电流能顺当通过；在供电线路中,应尽量防止大电流的印刷电路式导线交布置在小电流通路的中间式邻近,以免造成对小电流的干扰；走线时,应尽量走大于90度直角的线以防止产生尖峰脉冲造成干扰；在焊接的时候都是通过手工完成,在打孔时也是通过手工操作电钻完成,而我们并不是这方面的技工,这将在打孔的时候无法防止一些技术失误；假如焊盘的直径过小,在打孔时,孔略微大了一点,焊盘便没有了；所以在设计旱盘大小是都设置为大于 2毫M；线的宽度问题很重要,由于在学校的条件是手工腐蚀铜板,考虑到热转印中,炭粉的吸附与脱落问题,防止显现断线的情形,布线宽为 1.5-2.5 毫M；地线就尽可能的加宽,设置为围绕在板的边缘；大功率元件与小功率元件尽量分开布线；在焊接的过程中要先将体形小的元器件比如电阻、瓷片电容先焊接好,然后再焊接芯片的插脚和其他体积较大的元器件；焊接好后用数字万用表检测电路是否有短路和断路以及虚焊现象；6.2 调试在调试的过程中,我先调试红外对射部分的电路,接通电源后,发觉发光二极管不亮,10 / 11 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 11 页精选学习资料 - - - - - - - - - 我对比原理图和 PCB板用数字万用表检测每个元器件引脚的电压值,发觉原先在画图的时候 三极管的三个引脚接反了,我将三极管重新焊接后,发光二极管点亮；然后我将写好的程序 烧录进单片机调试整个电路的工作情形；由于我事先在仿真器上已经将程序的调试胜利,所 以当单片机放入电路后用手阻挡了其中一个红外对射的通路,蜂鸣器发出警报并且数码管显 示“1” ；当我按下解除警报的按钮后,蜂鸣器不发出声响；整个电路完成；七、心得体会：通过本次设计,不但增强了我的动手才能,将以前在书本上学到的理论的学问用于实践 中；高校三年的学习使我积存了较多电子方面的理论学问,为本次设计奠定肯定的基础；在 设计阶段,查阅了大量相关的资料,并对这些资料进行挑选、归纳、分析、总结,最终确定 了自己的设计方案；在设计过程中,老师给了我大量的帮忙,不断的指点我,订正我的错 误,使我在完成设计途中防止了很多的弯路,设计最终获得胜利；在此期间真地学到了很多 东西；这次设计我们完成了对于设计的基本要求与一些附加功能,但由于对一些元器件的明白 甚少,一些地方的连接方式是参照典型连接方式的,或许不是本设计最为抱负的连接方式！为此,我熟识到基础学问非常重要,往后的应进一步努力巩固和懂得基础学问和基本原理；八参考文献 ：1 徐玮,徐富军,沈建良 C51 单片机高效入门 M 北京：机械工业出版社,2007,177-1872 裴彦纯,陈志超基于单片机系统的红外遥控器应用J 现代仪器, 20043> ,46-483 朱纯益,路建华单片机用作通用红外遥控接收器的设计 M 北京：华录信息技术讨论所,19974 楼然苗,李光飞51 系列单片机设计实例 其次版 >M 北京：北京航空航天高校出版社,20015 杨恢先,王子菡,杨穗,陶霞一种基于单片机的红外遥控软件解码方法 J自动化与仪器外表,2004 2> ,16-326 姚福安电子电路设计与实践M 济南：山东科学技术出版社,200111 / 11 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页,共 11 页