2022年红外报警器的设计方案与实现 .pdf

0 / 21 Anhui Vocactional & Technical College of Industry & Trade毕 业 论文红外报警器的设计与实现Infrared alarm system design and Implementation所在系院：电气与信息工程系专业班级：电子信息工程技术学生学号：2018240243 学生姓名：张锐祺指导教师：白志青精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 21 页1 / 21 年月日Anhui Vocactional & Technical College of Industry & Trade毕业设计说明书红外报警器的设计与实现Infrared alarm system design and Implementation所在系院：电气与信息工程系专业班级：电子信息工程技术学生学号：2018240243 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 21 页2 / 21 学生姓名：张锐祺指导教师：白志青年月日安徽工贸职业技术学院毕业设计 论文）任务书系 院）专业班级学生姓名学号一、题目：二、内容与要求：三、设计 论文）起止日期：任务下达日期：年月日完成日期：年月日精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 21 页3 / 21 指导教师签名：年月日四、教研室审查意见：教研室负责人签名：年月日安徽工贸职业技术学院毕业设计 论文）指导教师、评阅人评语专业、班级学生姓名完成日期题目：毕业设计 论文）共页，其中：图幅，表个指导教师评语：建议成绩指导教师签名）：年月日评阅人评语：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 21 页4 / 21 建议成绩评阅人签名）：年月日安徽工贸职业技术学院毕业设计 论文）成绩评定专业、班级学生姓名完成日期题目：毕业设计 论文）共页，其中：图幅，表个毕业设计 论文）指导小组评定意见：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 21 页5 / 21 毕业论文成绩的评定：指导教师审阅成绩70% ）评阅教师评阅成绩30% ）总分系 C1输出低电平的时间是: t2 = 0.693 (R2 C1所以周期为 : T = t1 + t2 = 0.693 (R1 + 2R2 C1频率有 :精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共 21 页3 / 21 占空比为 t1/(t1+t2.从上面的公式中带入38K的频率就能确定各个参数. 为此我们取C1为 0.01uF,R1 为 560,R2 取 2K的电位器 ,这是为了排除 电阻 和电容的制作时的阻差和容差, 为此我们可以精确地调到38K. 2.1.3 红外接收部分接收部分采用的是TSOP1838 , 图二是它的内部电路图:图二 : TSOP1838 内部结构它的内部集成了放大电路和带通滤波器 , 具有高选择性 , 但是这对我们的电路设计无疑是一大方便- 不用自己加运算放大器 . 其设计电路见总电路图. 2.1.4 LED灯和蜂鸣器这算是最简单的硬件设计了. 对于 LED灯来说 ,接入回路中加一限流电阻就可以了, 二蜂鸣器则需要加一三极管用来驱动 , 电路见总电路图 . 2.1.5 整体框架图图三 : 系统总体方框图 2.2 软件设计程序设计流程图如图四:精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页，共 21 页4 / 21 图四 : 程序流程图第 3 章基于单片机的红外线报警器设计3.1. 硬件 电路电路原理图如图1 所示 .可将该电路分为以下三个部分. 3.1.1电源电路 220V 交流市电经 变压器 T 降压 . 桥式整流器D1整流 . 电解 电容 C7滤波 . 三端稳压器78L05 稳压, 最后得到整机要求的+5V稳定直流电源 . 3.1.2单片机 系统 . U1 为 AT89C20 51 单片机 .C1.R0,R1 和复位按钮RESET组成手动电平复位和上电自动复位电路。C2.C3 以及 晶振 T1 组成时钟电路iC4.C5 为+5V电源滤波电容 .U2 为 CM0S6 反相器 CC4069 , 起驱动作用 .VD1 VD6 为红外 发射管 , 其负极端接与P1口.P1 口设置为输出状态 , 当 P1口为 .0时 ,VD1 VD6发红外光 .VD7VD12为红外接收管. 当接收到红外光时导通,+5V 电源通过 VD7一 VD12加到反相器CC4069的输入端 , 经反相为低电平, 这时 P3_0P3.5 为低电平 . 发管和接收管分别安装在门和窗口的适当位置 . 当有人闯入时遮挡了红外线, 接收管截止 . 反相器输入端为低电平 . 这时 U1的 P3.0 一 P3.5 为高电平 . 当在一定时间内检测到位于不位置的光束被遮挡时. 则由 P3.7 口输出报警信号( 高低电平间隔1S 的脉冲信号 . 驱动声光报警电路. 进声光报警 . 直至按复位按钮RESET 或电源 开关 S1. 由于红外收发管之间没有遮挡时为正常. 有遮挡时为异常, 则当 P 1 口输出 o 0 H时. P 3口的正常状态数据为00H. 3.1.3声光报警电路 . 555 定时器 U4.扬声器 BY, 普通红色发光二极管 VD13等组成声光报警电路 . 其中 555 定时器接成了一个低频多谐振荡器 . 其控制电压输入端5 脚与单片机 AT89C2051 的 P3.7 脚相连 , 受 P3.7 脚输出的高低电平间隔1S的脉冲信号控制. 当 P3.7 为高电平时控制电压Uco较高 , 阈值电压UT+(=Uco和 UT-(=1/2Uco 也较高。当 P3.7 为低电平时UT+ 和 UT-也较低 . 当 UT+ 较高时 , 电容 C9充、放电的电压幅度较大 . 因而振荡频率较低 . 反之 , 当 UT+ 较低时 , 电容 C9充 、放电过程中电压变化幅度较小.充、放电过程完成得较快, 故振荡频率较高. 即当 P3.7=1 时.555 输出脉冲的振荡频率较低。当P3.7=0时.555 输出脉冲的振荡频率高. 该输出脉冲经过隔直电容C8加到扬声器上, 扬声器将交替发出高、上精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页，共 21 页5 / 21 位机的通信 . 液晶显示模块使用了12864 的并行模式 , 数据端 DB0-DB7与单片机的P2.0-P2.7相连 ,PSB控制 12864 工作在并行模式, 电路中未接液晶的背光 .RST 复位端直接悬空. 通信协议开始发送数据时,A1_89S52 发 出 SS下降沿信号然后等待ZLG500在 SDA线上的响应 , 若在 50ms内未检测到此响应则退出本次传输( 由 SPI 看门狗定时器实现 将错误代码返回给主程序由主程序进行错误处理 . 若 ZLG500正确响应则AT89S52可将命令和数据发送出去, 然后 AT89S52等待 ZLG500发回的状态和响应数据. 即等待 SS线上的下降沿的产生, 此时的 AT89S52用外部中断响应. 若在 500ms内未检测到此信号则退出本次传输且向主程序报告错误代码( 由 SPI 看门狗定时器实现 . 若正确检测到SS信号则可接收状态和数据.SS 为数据发送使能, 若一方有数据要发送给另一方, 则该方控制SS线为低 .并在发送结束后将该线置高. 接收数据方不得控制该线 . 双方必须遵守通信协议. 不得同时控制该线.SDAT为数据线由数据发送端控制数接收端必须释放该线, 该线在一次传输开始时还同时作为数据接收端的响应信号.SPI 线上信号波形圈见图4 .本系统主要由四个源程序实现分为三层. mface-3.asm为底层程序 .定义最基本的函数且直接操作硬件 zig500.C .12864.C为中层程序定义各种功能函数main .C 为顶层程序直接调用底层和中层文件中的函数 . 其中 zig500.C和 m-face.asm 由 ZLG500模块的生产厂家提高低不同的两种叫声.同时 P3.7脚输出的高低电平间隔1S的脉冲信号经电阻 R8加到红色 发光二极管VD13上 .VD13 将闪烁发光 . 达到声光同时报警的效果.3.2 系统设计我们的目标是, 当检测到有人闯入时就由 P3713 输出高低电平间隔1S 的脉冲信号去驱动声光报警电路 . 产生声光报警. 这可通过使P3.7 口每隔 1S取反一次实现. 而 1S时间可通过让定时器T0(工作于定时方式1 重复定时1OOms 十次实现 .用工作寄存器R1作循环计数器. 初值为 10(OAHo采用中断方式编程 . 整个软件由主程序和中断服务程序两部分构成.精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页，共 21 页6 / 21 3.2.1主程序 . 主要功能是对系统进行初始化和对系统进行监视看是否有人闯入. 其程序流程图如图2所示 .程序清单如下: 0RG O0O0H AJMP MAIN 。 转向主程序 ORG O00BH : 定时器 T O 中断八 E l LJMP BJ 。 转向中断服务程序 0RG O0 30H MAI N: MOV SP , #50H 。 设置堆栈栈底 MOV R1.#OAH。 设置循环计数器初值 MOV P3, # OOH 。 设置 P3 口为正常状态 MOV P1.#OOH。 使 VD1-VD6发红外光 MOV TMOD. #01H。 设 TO为定时方式 1 MOV TH0. # 3CH 。 设置定时100ms初值 M0V TL O. # OBOH SETB EA 。 CPU开中断 SETB ETO 。 定时器 0 允许中断 JS: MOV A, P3 。 监视是否有人闯入 CJNE A. #O OH. LP由于设备生产厂家停产老机型, 配件价高难购 , 导致我单位一台老型号数控塑钢门窗角缝清理机( 简称清角机 闲置至今 . 弃之可惜 , 留着无用 . 最近生产任务又比较紧. 原定要购买一台新的清角机. 但本着为单位减少资金投入的目的. 决定对闲置清角机进行低投入改装.经过仔细查看、分析: 原机由数控电路控制步进电机拖动清角机构运动. 精确控制清角机构进给、升降量 . 可原机控制电路部分已经损坏 , 还缺少一只步进电机. 但机械部分完好. 因此决定舍去原机电路和步进电机等部分不用, 只保留原机机械部分. 改用一只气缸来拖动清角机构运动. 机械定位来控制进给量 .由多只气缸协作完成物件加工的工作过程. 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页，共 21 页7 / 21 机械部分改装办法确定了可编程控制器改装过其它生产设备 . 使用 P111-G可编程控制器控制线路简洁、性价比高. 编程简单、方便、快捷.决定选用P111-G 可编程控制器来控制机械部分运行.改装方法构思好后. 动手改装 . 先加装气缸、电磁阀 、行程开关 、限位装置等 ( 机械部分改装后结构简图如上图 . 再拆掉原机配电箱内所有电路并装入P111-G可编程控制器 . 按拟定的线路配线接好相关电路 . 一切就绪后 . 重点转到对P111一 G可编程控制器的编程上. 下面介绍具体编程步骤: AJ MP JS LP . SETB TR0 。 启动 T0 定时 100ms S J MP$ 。等待定时100ms完成 2 、 中断服务程序 . 主要功能是判断定时1S是否完成 . 从而决定是否对P3.7Iq取反 . 其程序流程图如图3 所示 . 程序清单如下: ORG 0060H BJ : PUSH Acc 。 现场保护 PUSH PSW MOV TH0 . #3CH 。 重设定时初值 MOV TL0.B0H DJ NZ R1.FH MOV R1 . OAH CPL P3.7 FH: POP PSW POP Acc RETl END。 1S 未到返回。 重设计数器初值。 P3.7 口取反 : 恢复现场精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页，共 21 页8 / 21 : 中断返回3.3 系统调试3.3.1 软件调试 .先在 Keilc51 环境中进行软件调试 . 再利用 编程器 将调试好的程序固化到AT89C2051单片机中 . 3.3.2 硬件调试 (1 检查线路应焊接无误.(2 电 源电路调试 . 断开负载 . 用万用表测量78L05 的 3脚应有 +5v电压 .(3 先不装入AT89C2051单片机 . 用短路线把U1插座的 12 脚接地 . 调整 VD1 和 VD7的安装位置和角度 , 测量 U1插座的 2 脚电压 . 当 VD1和 VD7之间无遮挡时2 脚电压为0 伏, 有遮挡时为 +5 伏. 用相同方法反复调整其他几对红外收发管的位置和角度. 使 U1插座的 3、6、7、 8、9 各脚的电压符合要求.(4 将固化好程序的AT89C2051插入电路中的U1插座上 . 接上电源即可工作.结论通过这一两个月的毕业设计，我从中学到了很多以前我没学好的知识。从最初的茫然，到后来的得心应手其中有太多的过程值得回味。始进入设计电路阶段，我开始到网上资料，可方向不明确的我，不知道选择什么样的电路，才能把做出红外报警。问题出来了，我该怎么办呢？我要怎样设计我的电路呢？就在我不知道怎么办时，这时我想到了找老师。对以思维混乱的我，老师的话给了我非常大的启发“现在你需要实现的红外报警器的功能是什么，根据你的需要设计每一部分电路”。老师的话提醒了我做事不能好高骛远，在接下来的一段时间我先是上网查看别人的红外报警器的设计思路。在观看他人设计的时候我发现虽然红外报警器有着很大的前景但是大多素的普通人对红外报警器的了解并不够，所以他们往往不会选择购买红外报警器就更别提区分其中的好坏了。最终我将我的红外报警器定位在一个适用于普遍大众的基础上，并且功能简单实用价格便宜不易损坏。最终我将简单的红外报警功能与门铃功能集合到我的红外报警器中。在电路的设计中我采用了模块化设计的思路针对具体的功能，设计电路模块在整合修改，经过最简答功能的实现到多步骤功能的统一最终完善整体电路的设计方案。在方案确定以后我网购了所需的元件，安装并调试电路。在调试电路的过程中我遇到课很多的问题，如接线错误红外发射管件装反等。其中有一个问题靠自己的能力始终没有解决，在老精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 18 页，共 21 页9 / 21 师的帮助下终于解决了上电瞬间电路自锁的问题。原来是PNP三极管BC 级反向击穿的问题，三极管作为一种非线性元器件它和其它的一些非线性元器件的使用和调试需要我们更加丰富的基础知识和灵活的思路。在这次毕业设计的过程中它检验了我两年的来的学习，是对我所学知识的一次整合更开阔了我的眼界。参考文献1. 刘慰. 模拟电子技术基础 . 北京：北京理工大学出版社，2008.2 3.Pothe cary N.FeedforwaCD limear Power AmplifiersM，1999 4. 任德齐. 低频电子技术 . 重庆：重庆大学出版社， 2002 5. 金泽滇，刘毅坚 . 低频电子线路 . 北京：国防科技大学出版社，1998 6. 陈大钦. 电子技术基础 模拟部分） . 北京：高等教育出版社， 1996 7. 付家才. 电子工程实践技术 . 化学工业出版社 , 2005-3-1 8. 刘修文. 实用电子电路设计制作300 例. 中国电力出版社 , 2004-12-01 9. 胡宴如. 模拟电子技术 . 北京：高等教育出版社， 2000 10. 张延淇 . 看图巧学电子实用线路 . 中国电力出版社， 2008 11.http:/WWW - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 19 页，共 21 页10 / 21 致谢首先我要感谢白志青老师在这次毕业设计中对我的悉心指导，他给了我一个前进的方向是我能够在毕业设计最初的时候有了一个好的开始。在接下来的设计过程中我还要感谢白志青老师对我的指导，他在百忙之中抽空帮我解决了设计过程中一个重要的缺陷。其次还要感谢同学们再设计过程中对我的无私帮助。在三年的大学生活中我收到了太多的帮助来自于老师与同学，还有那些不认识的陌生人。但是我最需要感谢的是我的父母他们辛苦的养育是我长大成人，他们的辛苦工作才换来了读书的机会。然后我应该感谢的是我们伟大的祖国是它庇佑着我们让我们能够在这片土地上幸福的生活与学习。最后我要感谢我的老师他们不光教会了生存在这个世界上的知识更教会了我做人的道理，是他们的无私奉献让我们的社会进步使我们的文化得到传承。在这里再次感谢我的父母！我的祖国！以及我们可爱的老师！精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 20 页，共 21 页11 / 21 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 21 页，共 21 页