畢業(yè)設(shè)計(jì)論文-傳感器課程設(shè)計(jì).doc

紅外熱釋防盜電報(bào)警電路傳感器課程設(shè)計(jì)熱釋電紅外防盜報(bào)警電路系 別：機(jī)械電子工程系姓 名：邢鯤學(xué) 號(hào)：0952137指導(dǎo)教師：李春梅 目 錄目 錄ii摘 要iii一 、課程設(shè)計(jì)的背景1二 設(shè)計(jì)12.1 技術(shù)要求12.2 主要任務(wù)1三 、基礎(chǔ)知識(shí)簡(jiǎn)介23.1 熱釋電紅外傳感器簡(jiǎn)單介紹23.2 at89s51單片機(jī)簡(jiǎn)單概述2四、 方案設(shè)計(jì)34.1 總體設(shè)計(jì)思路34.2 具體電路模塊設(shè)計(jì)54.2.1 熱釋電紅外傳感器原理54.2.2 調(diào)整電路的設(shè)計(jì)54.2.3 時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)64.2.4 復(fù)位電路的設(shè)計(jì)74.2.5 數(shù)碼管顯示報(bào)警電路的設(shè)計(jì)84.2.6 聲音報(bào)警電路的設(shè)計(jì)94.3 系統(tǒng)硬件電路的選擇及說(shuō)明94.4總原理圖9五、軟件編程105.1 軟件程序的實(shí)現(xiàn)10六、課程設(shè)計(jì)心得體會(huì)15七、 參考文獻(xiàn)16摘 要現(xiàn)在很多小區(qū)都安裝了智能報(bào)警系統(tǒng), 因而大大提高了小區(qū)的安全程度 , 有效保證了居民的人身財(cái)產(chǎn)安全。由于紅外線是不可見(jiàn)光, 有很強(qiáng)的隱蔽性和保密性, 因此在防盜、警戒等安保裝置中得到了廣泛的應(yīng)用。此外,在電子防盜、人體探測(cè)等領(lǐng)域中,被動(dòng)式熱釋電紅外探測(cè)器也以其價(jià)格低廉、技術(shù)性能穩(wěn)定等特點(diǎn)而受到廣大用戶和專業(yè)人士的歡迎。該報(bào)警器主要由熱釋電紅外傳感器及其檢測(cè)電路，led顯示組成，熱釋電紅外傳感器是報(bào)警器設(shè)計(jì)中的核心器件。它是一種被動(dòng)式紅外報(bào)警探測(cè)器，只需要提供它工作電壓，它就可以把在感應(yīng)到人體的紅外信號(hào)后將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)輸出以供信號(hào)處理部分使用。目前，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上的防盜報(bào)警器大部分是國(guó)外品牌，國(guó)內(nèi)防盜報(bào)警產(chǎn)品廠商發(fā)展時(shí)間比較短，真正取得長(zhǎng)足發(fā)展也是在2000年以后，特別是在2004年國(guó)內(nèi)有些廠商迅速成長(zhǎng)，投資規(guī)模和企業(yè)規(guī)模都在迅速發(fā)展和擴(kuò)大。熱釋電紅外傳感器是一種被動(dòng)式調(diào)制型溫度敏感器件，利用熱釋電效應(yīng)工作，它是通過(guò)目標(biāo)發(fā)出的紅外輻射來(lái)探測(cè)目標(biāo)的。其相應(yīng)速度雖不如光子型，但由于它可在室溫下使用、光譜響應(yīng)寬、工作頻率寬、靈敏度與波長(zhǎng)無(wú)關(guān)，容易使用。這種探測(cè)器，靈敏度高，探測(cè)面廣，是一種可靠性很強(qiáng)的探測(cè)器。因此廣泛應(yīng)用于各類入侵報(bào)警器，自動(dòng)開(kāi)關(guān)、非接觸測(cè)溫、火焰報(bào)警器等。在電子防盜、人體探測(cè)器領(lǐng)域中，熱釋電紅外傳感器的應(yīng)用非常廣泛，因其價(jià)格低廉、技術(shù)性能穩(wěn)定而受到廣大用戶和專業(yè)人士的歡迎。17 一 、課程設(shè)計(jì)的背景隨著時(shí)間的推移，計(jì)算機(jī)革命的完成，信息高速公路的發(fā)展，人們生活水平得到很大的提高，對(duì)私有財(cái)產(chǎn)的保護(hù)意識(shí)在不斷的增強(qiáng)，因而對(duì)防盜措施提出了新的要求。本設(shè)計(jì)就是為了滿足現(xiàn)代住宅防盜的需要而設(shè)計(jì)的家庭式電子防盜系統(tǒng)。本次設(shè)計(jì)所用的這種熱釋電紅外傳感器能以非接觸形式檢測(cè)出人體輻射的紅外線，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)，同時(shí)，熱釋電紅外傳感器既可用于防盜報(bào)警裝置，也可用于制動(dòng)控制、接近開(kāi)關(guān)、遙測(cè)等領(lǐng)域。此次設(shè)計(jì)也是對(duì)所學(xué)理論知識(shí)的檢驗(yàn)，以適應(yīng)時(shí)代發(fā)展的需要。二 、設(shè)計(jì)2.1 技術(shù)要求基于單片機(jī)控制的熱釋電紅外報(bào)警，將檢測(cè)到人體紅外信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，經(jīng)調(diào)理電路整形處理為ttl電平送入單片機(jī)，單片機(jī)對(duì)送入信號(hào)進(jìn)行判別，是哪一路報(bào)警信號(hào)，發(fā)出音響報(bào)警并通過(guò)數(shù)碼管顯示報(bào)警位置。2.2 主要任務(wù)1.系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)：對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)研，詳細(xì)分析系統(tǒng)，設(shè)計(jì)出基于單片機(jī)控制的熱釋電紅外報(bào)警系統(tǒng)方案；2實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)：熱釋電傳感器調(diào)理電路；報(bào)警音響電路；報(bào)警顯示電路；軟件控制；3系統(tǒng)電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)：器件選擇；地址分配和硬件連接；4系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn):單片機(jī)代碼的實(shí)現(xiàn)，計(jì)算機(jī)控制代碼的實(shí)現(xiàn)；5系統(tǒng)調(diào)試；6系統(tǒng)聯(lián)調(diào)；7寫(xiě)課設(shè)報(bào)告。三 、基礎(chǔ)知識(shí)簡(jiǎn)介3.1 熱釋電紅外傳感器簡(jiǎn)單介紹熱釋電紅外線(pir)傳感器是80年代發(fā)展起來(lái)的一種新型高靈敏度探測(cè)元件。是一種能檢測(cè)人體發(fā)射的紅外線而輸出電信號(hào)的傳感器，它能組成防入侵報(bào)警器或各種自動(dòng)化節(jié)能裝置。它能以非接觸形式檢測(cè)出人體輻射的紅外線能量的變化，并將其轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)輸出。將這個(gè)電壓信號(hào)加以放大，便可驅(qū)動(dòng)各種控制電路。如圖1示圖1 熱釋電紅外傳感器的內(nèi)部電路框圖3.2 at89s51單片機(jī)簡(jiǎn)單概述at89s51單片機(jī)是美國(guó)atmel公司生產(chǎn)低電壓，高性能cmos 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4k bytes的可反復(fù)擦寫(xiě)的只讀程序存儲(chǔ)器（eprom）和128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(ram)，器件采用atmel公司的高密度、非易失性存取技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)mcs-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器（cpu）和flash 存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大。振蕩器和時(shí)序osc程序存儲(chǔ)器4 kb rom數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器256 b ram/sfr定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 2 16 at89s51cpu64 kb總線 擴(kuò)展控制器可編程 i/o可編程全雙工串行口內(nèi)中斷 圖2 at89s51 功能方塊圖圖2為at89s51片機(jī)的基本組成功能方塊圖。由圖可見(jiàn)，在這一塊芯片上，集成了一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)的主要組成部分，其中包括cpu、存儲(chǔ)器、可編程i/o口、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串行口等，各部分通過(guò)內(nèi)部總線相連。下面介紹幾個(gè)主要部分。四、 方案設(shè)計(jì)4.1 總體設(shè)計(jì)思路本設(shè)計(jì)包括硬件和軟件設(shè)計(jì)兩個(gè)部分。模塊劃分為數(shù)據(jù)采集、鍵盤(pán)控制、報(bào)警等子模塊。電路結(jié)構(gòu)可劃分為：熱釋電紅外傳感器、報(bào)警器、單片機(jī)控制電路、led控制電路及相關(guān)的控制管理軟件組成。用戶終端完成信息采集、處理、數(shù)據(jù)傳送、功能設(shè)定、本地報(bào)警等功能。就此設(shè)計(jì)的核心模塊來(lái)說(shuō)，單片機(jī)就是設(shè)計(jì)的中心單元，所以此系統(tǒng)也是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的一種應(yīng)用。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)也是有硬件和軟件組成。硬件包括單片機(jī)、輸入/輸出設(shè)備、以及外圍應(yīng)用電路等組成的系統(tǒng)，軟件是各種工作程序的總稱。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的研制過(guò)程包括總體設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)等幾個(gè)階段。 at89s51復(fù)位電路傳感器報(bào)警執(zhí)行電路led發(fā)光顯示調(diào)整電路驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管從設(shè)計(jì)的要求來(lái)分析該設(shè)計(jì)須包含如下結(jié)構(gòu)：熱釋電紅外傳感探頭電路、報(bào)警電路、單片機(jī)、復(fù)位電路及相關(guān)的控制管理軟件組成；它們之間的構(gòu)成框圖如圖3總體設(shè)計(jì)框圖所示：圖3 總體設(shè)計(jì)框圖處理器采用51系列單片機(jī)at89s51整個(gè)系統(tǒng)是在系統(tǒng)軟件控制下工作的。設(shè)置在監(jiān)測(cè)點(diǎn)上的紅外探頭將人體輻射的紅外光譜變換成電信號(hào)，經(jīng)放大電路送出ttl 電平至at89s51單片機(jī)。在單片機(jī)內(nèi)，經(jīng)軟件查詢、識(shí)別判決等環(huán)節(jié)實(shí)時(shí)發(fā)出入侵報(bào)警狀態(tài)控制信號(hào)。驅(qū)動(dòng)電路將控制信號(hào)放大并推動(dòng)聲光報(bào)警設(shè)備完成相應(yīng)動(dòng)作。當(dāng)報(bào)警延遲10s一段時(shí)間后自動(dòng)解除，當(dāng)警情消除后復(fù)位電路使系統(tǒng)復(fù)位。4.2 具體電路模塊設(shè)計(jì)4.2.1 熱釋電紅外傳感器原理本設(shè)計(jì)所用的熱釋感器就采用這種雙探測(cè)元的結(jié)構(gòu)。其工作電路原理及設(shè)計(jì)電路如圖4所示, 在vcc電源端利用c1和r2來(lái)穩(wěn)定工作電壓，同樣輸出端也多加了穩(wěn)壓元件穩(wěn)定信號(hào)。當(dāng)檢測(cè)到人體移動(dòng)信號(hào)時(shí)，電荷信號(hào)經(jīng)過(guò)fet放大后，經(jīng)過(guò)c2，r1的穩(wěn)壓后使輸出變?yōu)楦唠娢?，再?jīng)過(guò)npn的轉(zhuǎn)化，輸出out為低電平。圖4 熱釋電紅外傳感器原理圖4.2.2 調(diào)整電路的設(shè)計(jì)如圖5所示為最基本的調(diào)整電路，圖中1為輸出，接單片機(jī)的p0.7,p0.6輸入輸出口。圖5 調(diào)整電路電路圖4.2.3 時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)xtal1和xtal2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，xtal2應(yīng)不接。因?yàn)橐粋€(gè)機(jī)器周期含有6個(gè)狀態(tài)周期，而每個(gè)狀態(tài)周期為2個(gè)振蕩周期，所以一個(gè)機(jī)器周期共有12個(gè)振蕩周期，如果外接石英晶體振蕩器的振蕩頻率為12mhz，一個(gè)振蕩周期為1/12us，故而一個(gè)機(jī)器周期為1us。如圖6所示為時(shí)鐘電路。圖6 時(shí)鐘電路圖4.2.4 復(fù)位電路的設(shè)計(jì)復(fù)位方法一般有上電自動(dòng)復(fù)位和外部按鍵手動(dòng)復(fù)位，單片機(jī)在時(shí)鐘電路工作以后, 在reset端持續(xù)給出2個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)就可以完成復(fù)位操作。例如使用晶振頻率為12mhz時(shí)，則復(fù)位信號(hào)持續(xù)時(shí)間應(yīng)不小于2us。該復(fù)位電路連接單片機(jī)的reset引腳，如圖7示為復(fù)位電路。圖7 復(fù)位電路圖4.2.5 數(shù)碼管顯示報(bào)警電路的設(shè)計(jì)由2個(gè)數(shù)碼管接上電阻后連上單片的p0,p2輸入輸出口的引腳，外接vcc，當(dāng)單片機(jī)的相應(yīng)引腳被置低電平后，數(shù)碼管顯示相應(yīng)的數(shù)字，起到報(bào)警作用。注：當(dāng)p0口輸出0f9h時(shí)，數(shù)碼管ds1顯示數(shù)字1，當(dāng)p2口輸出025h時(shí)，數(shù)碼管ds2顯示數(shù)字2。圖8所示為數(shù)碼管報(bào)警電路。圖8 發(fā)光二極管報(bào)警電路圖4.2.6 聲音報(bào)警電路的設(shè)計(jì)如下圖所示，用一個(gè)speaker和三極管、電阻接到單片機(jī)的p2.0引腳上，構(gòu)成聲音報(bào)警電路，低電平觸發(fā)，如圖9示為聲音報(bào)警電路。圖9 聲音報(bào)警電路圖4.3 系統(tǒng)硬件電路的選擇及說(shuō)明硬件電路的設(shè)計(jì)從以上的分析可知在本設(shè)計(jì)中要用到如下器件： at89c51、熱釋電紅外傳感器、led、發(fā)光二極管、蜂鳴器等一些單片機(jī)外圍應(yīng)用電路。4.4總原理圖圖10紅外防盜報(bào)警電路總原理圖五、軟件編程5.1 軟件程序的實(shí)現(xiàn)按上述工作原理和硬件結(jié)構(gòu)分析可知系統(tǒng)主程序工作流程圖如下圖10所示；圖10 主程序工作流程圖c語(yǔ)言程序編寫(xiě)如下所示：#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define led8 p1#define shumaguan1 p0#define shumaguan2 p2 sbit beep = p20; /蜂鳴器對(duì)應(yīng)的是p2.0口sbit sensor = p07;/將p0.7口設(shè)置成傳感器入口 sbit sensor1= p06; uchar flag1;/定義全局變量，作為信號(hào)檢測(cè)標(biāo)位uchar flag;void delay(uint t)while(t-);void test_voltage(void)if(sensor =0)delay(10000);/延時(shí)50毫秒信號(hào)確定if(sensor = 0)flag1 = 1;/檢測(cè)到信號(hào)elseflag1 = 0; else flag1=0; void action(void)if(flag1 =1)shumaguan1 = 0xf9;/數(shù)碼管顯示【1】beep = 0;/檢測(cè)到信號(hào)后，蜂鳴器發(fā)出“滴答”聲led8 = 0x00;/8個(gè)led燈閃爍delay(10000);beep = 1;led8 = 0xff;delay(10000);elseshumaguan1 = 0xc0;/數(shù)碼管顯示【0】 void test_voltage1(void) if(sensor1 =0) delay(10000);/延時(shí)50毫秒信號(hào)確定if(sensor1 = 0)flag = 1;/檢測(cè)到信號(hào)elseflag= 0; else flag= 0; void action1(void)if(flag =1)shumaguan2= 0x25;/數(shù)碼管顯示【2】beep =0;/檢測(cè)到信號(hào)后，蜂鳴器發(fā)出“滴答”聲led8 = 0x00;/8個(gè)led燈閃爍delay(10000);beep =1;led8 = 0xff;delay(10000);elseshumaguan2 = 0x03;/數(shù)碼管顯示【0】 void main(void)while(1) test_voltage(); action(); test_voltage1(); action1();六、課程設(shè)計(jì)心得體會(huì)本系統(tǒng)采用了熱釋電紅外傳感器，它的制作簡(jiǎn)單、成本低、安裝比較方便，而且防盜性能比較穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)、靈敏度高、安全可靠。這種防盜器安裝隱蔽，不易被盜賊發(fā)現(xiàn)，同時(shí)它的信號(hào)經(jīng)過(guò)單片機(jī)系統(tǒng)處理后方便和pc機(jī)通信，便于多用戶統(tǒng)一管理。本設(shè)計(jì)包括硬件和軟件設(shè)計(jì)兩個(gè)部分。硬件部分包括單片機(jī)控制電路、led控制電路等部分組成。處理器采用51系列單片at89c51，整個(gè)系統(tǒng)是在系統(tǒng)軟件控制下工作的。課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí),發(fā)現(xiàn),提出,分析和解決實(shí)際問(wèn)題,鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié),是對(duì)學(xué)生實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過(guò)程。 回顧起此次課程設(shè)計(jì)，我仍感慨頗多，的確，從理論到實(shí)踐，在一個(gè)星期的日子里，可以說(shuō)得是苦多于甜，但是可以學(xué)到很多很多的的東西，同時(shí)不僅可以鞏固了以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)，而且學(xué)到了很多在書(shū)本上所沒(méi)有學(xué)到過(guò)的知識(shí)。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來(lái)，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會(huì)服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中遇到問(wèn)題，可以說(shuō)得是困難重重，這畢竟第一次做的，難免會(huì)遇到過(guò)各種各樣的問(wèn)題，同時(shí)在設(shè)計(jì)的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對(duì)以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固，比如說(shuō)不懂一些元器件的使用方法，對(duì)開(kāi)發(fā)板不太了解，對(duì)單片機(jī)c語(yǔ)言掌握得不好，通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)之后，一定把以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)重新溫故。這次實(shí)習(xí)讓我受益匪淺，無(wú)論從知識(shí)上還是其他的各個(gè)方面。上課的時(shí)候的學(xué)習(xí)單片機(jī)，只是從理論的角度去理解枯燥乏味。但在實(shí)習(xí)中使用了單片機(jī)及其系統(tǒng)，能夠理論聯(lián)系實(shí)際的學(xué)習(xí)，開(kāi)闊了眼界，提高了單片機(jī)知識(shí)的理解和水平。在這次課程設(shè)計(jì)中又讓我體會(huì)到了合作與團(tuán)結(jié)的力量，當(dāng)遇到不會(huì)或是設(shè)計(jì)不出來(lái)的地方，我們就會(huì)在qq群里討論或者是同學(xué)之間相互幫助。團(tuán)結(jié)就是力量，無(wú)論在現(xiàn)在的學(xué)習(xí)中還是在以后的工作中，團(tuán)結(jié)都是至關(guān)重要的，有了團(tuán)結(jié)會(huì)有更多的理念、更多的思維、更多的情感。這次課程設(shè)計(jì)終于順利完成了，在設(shè)計(jì)中遇到了很多問(wèn)題，最后在老師的辛勤指導(dǎo)下，終于游逆而解。同時(shí)，在老師那里我學(xué)得到很多實(shí)用的知識(shí)，在此我表示感謝！同時(shí)，對(duì)給過(guò)我?guī)椭乃型瑢W(xué)和指導(dǎo)老師再次表示忠心的感謝