光電傳感器及應用

1、教學單元（學習情境）5授課說明學習領域名稱：光電傳感器及應用 授課教師： 課程總學時： 64 教學單元5：光電傳感器及應用 學時數(shù)： 12 累計學時： 38 授課時間安排與執(zhí)行記錄授課班級 授課地點授課日期資訊1.5 計劃0.5 決策0.5 實施2.5 檢查0.5 評估0.5 參考資料PPT、網絡資源傳感器技術教材教學方法宏觀：引導文法微觀：見下教學目標知識目標：1. 熟悉光電效應及其分類2. 了解光電傳感器工作原理3. 熟悉熱釋電紅外傳感器的工作原理4. 掌握熱釋電紅外報警器的設計5. 掌握光電轉速計的設計6. 掌握尋跡小車的設計技能目標：1. 利用熱釋電紅外傳感器和單片機設計報警器2. 能

2、使用Proteus+KeilC仿真3. 能使用Proteus或protel繪制PCB圖4. 學習產品的制作與調試態(tài)度目標：1. 培養(yǎng)學生的溝通能力及團隊協(xié)作精神2. 養(yǎng)成良好的職業(yè)道德3. 提高質量、成本、安全、環(huán)保意識重點：1. 光電元件的主要特性和特點2. 熱釋電紅外報警器的設計與制作3. 光電轉速計的設計與制作4. 尋跡小車的設計與制作難點：1. 熱釋電紅外傳感器的工作激勵2. 熱釋電紅外報警器的設計資 訊：1.5學時 （注：1學時=45 min，下同）教學提綱主要內容教學資源及工具教學方法參考時間備 注1目標描述下發(fā)設計任務書，描述項目學習目標實物展示、PPT設計任務書講授法演示法5

3、min下發(fā)引導文2布置任務1）交代項目任務2）發(fā)放相關學習資料PPT講授法演示法5 min3.學習光電傳感器的理論知識1）講授光電效應概念和分類2）講授光電傳感器的組成和工作原理3）演示Proteus+KeilC軟件的使用PPT計算機及Proteus軟件講授法演示法模仿法40 min與練習題配合4熱釋電紅外報警器工作原理分析1）學生在老師的指導下分析熱釋電紅外報警器工作原理2）各學生根據(jù)項目需要，查找相關資料。投影儀PPT分析法講解法小組討論法15 min5回答學生提問回答學生提問PPT討論法5 min計 劃：0.5學時教學提綱主要內容教學資源及工具教學方法參考時間備 注1項目分組分配工作小組

4、，開展項目，制訂小組工作計劃花名冊討論法10 min2制定項目執(zhí)行計劃1）以小組為單位，討論全加器的設計方案，分配設計任務。2）教師對方案進行指導設計任務書頭腦風暴法小組討論法15min決 策：0.5學時教學提綱主要內容教學資源及工具教學方法參考時間備 注1原理圖輸入的熱釋電紅外報警器的設計方案確定1）分組討論修改方案，確定全加器的整體設計方案2）教師指導項目設計任務書方案、計劃初稿多媒體設備演示法項目法小組合作法15 min2項目工作計劃的確定1）分組討論修改項目工作計劃， 師生、小組內多次交流互動，達成一致紙、筆、電腦小組合作法10 min實 施：2.5學時教學提綱主要內容教學資源及工具教

5、學方法參考時間備 注1Proteus軟件的原理圖設計輸入1）學生完成熱釋電紅外報警器的Proteus原理圖設計輸入2）教師指導PPT計算機及Proteus軟件實際操作法20 min學生在實施過程中的每個步驟進行自查，及時修正。并進行工作情況記錄。2Proteus+KeilC軟件的綜合、編譯及下載設置1）按設計流程完成電路的綜合、編譯。2）按照給定管腳號對設計進行管腳分配。3）完成下載設置及下載計算機及Proteus+KeiC軟件學習開發(fā)套件項目教學法15min3產品的制作調試1）學生完成對熱釋電紅外報警器電路的制作調試2）列寫調試方法及步驟3）記錄發(fā)現(xiàn)的問題和解決問題的方法計算機及KeilC軟

6、件學習開發(fā)套件萬用表試驗法75 min檢 查：0.5學時教學提綱主要內容教學資源及工具教學方法參考時間備 注1質量檢驗全加器功能檢驗學習開發(fā)板萬用表測試法15 min2填寫檢查單學生填寫檢查單項目檢查單評價法10min評 估：0.5學時教學提綱主要內容教學資源及工具教學方法參考時間備 注1過程與結果評價1）自評：學生對本項目的整個實施過程進行評價2）互評：以小組為單位，分別對其他組做的工作結果進行評價和建議3）教師評價：教師對學生匯報及成結果進行評價，指出每個小組極其成員的優(yōu)點，并提出改進建議項目評價表學生自做匯報PPT計算機投影儀講解法討論法15 min教師就節(jié)能、環(huán)保、安全等問題提出建議2

7、資料整理和提升1學生項目準備過程中收集的電子與紙質資料2項目設計文件的整理3工作過程手冊的填寫完善多媒體演示U盤工作過程手冊演示法討論法10min學習情境（項目）小結講稿格式：教學單元（項目）5一、資訊：1下發(fā)項目任務：項目實施任務書-熱釋電紅外報警器制作，任務書見附錄1項目實施任務書-光電轉速計制作，任務書見附錄1項目實施任務書-尋跡小車制作，任務書見附錄12布置任務1）交代項目任務2）發(fā)放相關學習資料熱釋電 紅外報警器制作，學習資料見附錄2光電轉速計制作，學習資料見附錄2尋跡小車制作，學習資料見附錄23熱釋電紅外報警器/光電轉速計/尋跡小車設計的軟硬件基本知識1）光電效應及其分類2）光電傳

8、感器組成及其工作原理4熱釋電紅外報警器/光電轉速計/尋跡小車原理分析1）組成和工作原理2）原理圖設計3）軟件框圖設計及其代碼編寫二、計劃：1項目分組每2人1組，每人制作1塊電路板，可以共同合作討論設計、布局、制作和調試）2制定項目執(zhí)行計劃執(zhí)行計劃樣本見附錄3三、決策1.確定項目執(zhí)行計劃2.清點配件，包括數(shù)量和好壞的檢測3.小組成員按照電子產品生產管理模式分配工作任務四、實施實施記錄文件（工作單、記錄表等）五、檢查檢查標準檢查單六、評估1評價表2資料整理要求（附：將以上資料執(zhí)行的先后次序附于此頁后。如果資料是一本完整的書，可將整個書附在教案后）附錄1：項目實施任務書-熱釋電紅外報警器/光電轉速計

9、/尋跡小車制作附錄2：學習資料-熱釋電紅外報警器/光電轉速計/尋跡小車制作附錄3：執(zhí)行計劃樣本附錄4：實施記錄文件項目實施任務書熱釋電紅外報警器制作項目描述隨著社會的不斷進步和科學技術、經濟的不斷發(fā)展，人們生活水平得到很大的提高，對私有財產的保護意識在不斷的增強，因而對防盜措施提出了新的要求。本設計就是為了滿足現(xiàn)代住宅防盜的需要而設計的家庭式電子防盜系統(tǒng)，產品功能如下：(1)該設計包括硬件和軟件設計兩個部分。模塊劃分為數(shù)據(jù)采集、鍵盤控制、報警等模塊子函數(shù)。(2)本紅外線防盜報警系統(tǒng)由熱釋電紅外傳感器、報警器、單片機控制電路、LED控制電路及相關的控制管理軟件組成。用戶終端完成信息采集、處理、數(shù)

10、據(jù)傳送、功能設定、本地報警等功能。終端由中央處理器、輸入模塊、輸出模塊、通信模塊、功能設定模塊等部分組成。(3)系統(tǒng)可實現(xiàn)功能。當人員外出時，可把報警系統(tǒng)設置在外出布防狀態(tài)，探測器工作起來,當有人闖入時，熱釋電紅外傳感器將探測到動作，設置在監(jiān)測點上的紅外探頭將人體輻射的紅外光譜變換成電信號，經放大電路、比較電路送至門限開關，打開門限閥門送出TTL 電平至AT89C51單片機，經單片機處理運算后驅動執(zhí)行報警電路使警號發(fā)聲1。(4)紅外線具有隱蔽性，在露天防護的地方設計一束紅外線可以方便地檢測到是否有人出入。此類裝置設計的要點：其一是能有效判斷是否有人員進入；其二是盡可能大地增加防護范圍。當然，系

11、統(tǒng)工作的穩(wěn)定性和可靠性也是追求的重要指標。至于報警可采用聲光信號。要求：1. 每2人1組，每人制作1塊電路板，可以共同合作討論設計、布局、制作和調試。2. 繪制電路原理圖和走線圖。3. 編制設計開發(fā)文檔和制作工藝文件。目標：通過本次電路的制作，要求學員能夠：1. 熟悉光電傳感器和熱釋電紅外傳感器的工作原理。2. 掌握熱釋電紅外報警器的工作原理和過程。3 掌握電阻、電容、二極管、三極管、熱釋電紅外傳感器的選用、識別與檢測方法。4. 熟悉熟練焊接技術。5. 了解元件布局的工藝要求。6. 了解連線的走線工藝要求。6. 掌握裝配設計開發(fā)文檔和工藝文件的編制。項目資訊1、什么是光電效應？它可分為哪幾類？

12、2、常見二極管是如何分類的？本電路中的二極管是何種類？如何測試？3、常見三極管是如何分類的？本電路中的三極管是何種類？引腳如何分布？4、如何用萬用表區(qū)分三極管的e，b，c三極？5、產品中為什么要加菲涅爾透鏡？6、從測量對象與功能來看，熱釋電紅外傳感器的特點是什么？原理圖與PCB圖設計一、 原理圖及其仿真結果二、 PCB圖制作準備一、元件明細表請根據(jù)電路圖將元器件填入元器件明細表，并根據(jù)明細表領取相應元器件及萬能電路板。二、 儀表與工具在制作電路之前應準備好以下儀表與工具：（1）儀表：萬用表。（2）工具：恒溫焊臺、電烙鐵（架）、焊錫、松香、鑷子、斜口鉗等。三、 教學材料（1）教材：傳感器技術、傳

13、感器應用資源庫（2）教學資源：教學課件、引導文、元器件加工工藝卡等電路制作一、元件識別在電路制作之前，應按照原理圖及元件清單，將下發(fā)的元器件與清單中的元件一一對應，并保證所用的元器件的性能良好。元件的識別方法請參考教材。二、規(guī)劃元件布局通常，應根據(jù)電路板的尺寸及選用元器件的型號、規(guī)格等進行布局。并且電路板上所有元器件的排列應均勻、整齊、緊湊，位于電路板邊緣的元器件離邊緣的距離應大于2mm。元件布局應使走線方便，不出現(xiàn)交叉，方便電路的調試。三、 電路走線規(guī)劃好元器件布局后，需要在元器件布局的基礎上完成電路的走線。走線時應注意橫平豎直，走線最短，不走斜線，不能交叉。四、元器件成形與焊接根據(jù)元器件的

14、布局，將繪制的電路連線圖貼在萬能板元件面，再將所有元器件成形插入相應位置，并用電烙鐵焊接固定好。插放元器件時應注意元件的參數(shù)、極性，不能接錯。相似元件（如電阻與電阻，電容與電容等）的高度應保持一致。反面過長的引腳可剪掉，或保留作為連線使用。然后按照繪制好的電路連線圖，完成電路線路的焊接。五、編制裝配工藝文件依照剛才的元器件成形及裝配過程，編制元器件加工工藝卡、設計文檔。總結與提高一、自我總結1. 請總結你在整個任務完成過程中做得好的是什么？還有什么不足？有何打算？2. 你在整個任務完成過程中出現(xiàn)了哪些問題？你是如何解決的？你還有什么問題不能解決？二、拓展提高1、通過查找資料等方式，了解光電傳感

15、器的發(fā)展。2、查找資料，了解目前主流的光電傳感器有哪些。3、制作與測試紅外報警器?？己伺c評價1自我評價個人簽字： 日期：2組長評價組長簽字： 日期：3教師評價教師簽字： 日期：項目實施任務書光電轉速計制作項目描述在工程實踐中，經常會遇到各種需要測量轉速的場合。例如，在發(fā)動機，電動機，卷揚機，機床轉軸等旋轉設備的測試，運轉和控制中，常需要分時或連續(xù)測量和顯示其轉速或瞬間轉速。對于工業(yè)測試，水利，機械等方面，轉速是重要的控制參數(shù)之一。尤其機在工業(yè)測試系統(tǒng)中，大部分旋轉儀器無法測定目前的轉速，從而無法安全有效地械設備進行故障預防，無形中降低了系統(tǒng)的安全性，增加了設備維護的成本。因此，如何利用先進的數(shù)

16、字技術和計算機技術改造傳統(tǒng)的工業(yè)技術，提高監(jiān)控系統(tǒng)的準確性，安全性，方便性是當前工業(yè)測控系統(tǒng)急需解決的難題。轉速測量方法較多，通常可分為模擬式和數(shù)字式兩種。模擬式采用測速發(fā)電機為檢測元件，得到的信號是模擬量。數(shù)字式通常采用光電編碼器，霍爾元件等為檢測元件，得到的信號是脈沖信號。隨著微型計算機的廣泛應用，特別是高性能價格比的單片機的出現(xiàn)，轉速測量普遍采用以單片機為核心的數(shù)字式測量方法。本項目引入AT89C51單片機為核心，采用光電脈沖編碼傳感器設計智能化轉速測量儀，實現(xiàn)轉速的測量和顯示.上。要求：1.光電轉速計基本要求：1）.設計完整的轉速計智能產品；2）.利用光電傳感器采集數(shù)據(jù)；3）.利用AT

17、89C52作為MCU，處理數(shù)據(jù)，并顯示轉速。2. 擴展部分要求：使用LCD1602顯示信息；擴展計算里程功能，計算產品運行的距離；擴展外部存儲器EEPROM，記錄總行程。目標：1) 熟悉光電傳感器的工作原理及其使用方法。2) 結合任務要求，完成系統(tǒng)設計和調試，鼓勵功能擴展和創(chuàng)新；3) 根據(jù)設計的電路，用protel工具，畫出完整的硬件電路圖；4) 理解51系列單片機的信號采集，及其數(shù)據(jù)處理的過程；項目資訊1、本項目中采用的是哪種光電傳感器，它在其中起什么作用？2、光電傳感器的測速原理是什么？3、據(jù)你所知，可采用哪些傳感器來測量轉速？4、光電傳感器除了用來測量轉速，還可用于哪些場合？原理圖與PC

18、B圖設計三、 原理圖及其仿真結果四、 PCB圖制作準備一、元件明細表請根據(jù)電路圖將元器件填入元器件明細表，并根據(jù)明細表領取相應元器件及萬能電路板。二、 儀表與工具在制作電路之前應準備好以下儀表與工具：（1）儀表：萬用表。（2）工具：恒溫焊臺、電烙鐵（架）、焊錫、松香、鑷子、斜口鉗等。三、 教學材料（1）教材：傳感器技術、傳感器應用資源庫（2）教學資源：教學課件、引導文、元器件加工工藝卡等電路制作一、元件識別在電路制作之前，應按照原理圖及元件清單，將下發(fā)的元器件與清單中的元件一一對應，并保證所用的元器件的性能良好。元件的識別方法請參考教材。二、規(guī)劃元件布局通常，應根據(jù)電路板的尺寸及選用元器件的型

19、號、規(guī)格等進行布局。并且電路板上所有元器件的排列應均勻、整齊、緊湊，位于電路板邊緣的元器件離邊緣的距離應大于2mm。元件布局應使走線方便，不出現(xiàn)交叉，方便電路的調試。三、 電路走線規(guī)劃好元器件布局后，需要在元器件布局的基礎上完成電路的走線。走線時應注意橫平豎直，走線最短，不走斜線，不能交叉。四、元器件成形與焊接根據(jù)元器件的布局，將繪制的電路連線圖貼在萬能板元件面，再將所有元器件成形插入相應位置，并用電烙鐵焊接固定好。插放元器件時應注意元件的參數(shù)、極性，不能接錯。相似元件（如電阻與電阻，電容與電容等）的高度應保持一致。反面過長的引腳可剪掉，或保留作為連線使用。然后按照繪制好的電路連線圖，完成電路

20、線路的焊接。五、編制裝配工藝文件依照剛才的元器件成形及裝配過程，編制元器件加工工藝卡、設計文檔。總結與提高一、自我總結1. 請總結你在整個任務完成過程中做得好的是什么？還有什么不足？有何打算？2. 你在整個任務完成過程中出現(xiàn)了哪些問題？你是如何解決的？你還有什么問題不能解決？二、拓展提高1、通過查找資料等方式，了解光電傳感器的發(fā)展。2、查找資料，了解目前主流的光電傳感器有哪些。3、制作與測試紅外報警器?？己伺c評價1自我評價個人簽字： 日期：2組長評價組長簽字： 日期：3教師評價教師簽字： 日期：項目實施任務書尋跡小車制作項目描述本尋跡小車在現(xiàn)有小車模型的基礎上，以AT89C52單片機為控制核心

21、，加以直流電機、光電傳感器和電源電路以及其他電路構成。尋跡由RPR220型光電對管完成，系統(tǒng)在實現(xiàn)對周圍環(huán)境的檢測和按斷后，控制小車前進后退以及轉向，自主識別黑色引導線并根據(jù)黑線走向目的地。要求： 1)自動尋跡小車從安全區(qū)域啟動。2)小車按指定路線運行，自動區(qū)分直線軌道和彎路軌道，在指定彎路處拐彎，實現(xiàn)靈活前進、轉彎、倒退等功能，在軌道上劃出設定的地圖。 3)小車完成指定運行任務后，自動返回出發(fā)起點，自動倒車，入庫。4) 自由發(fā)揮部分（音樂、彩燈、避障、顯示等）尋跡路線如圖1所示：目標：5) 熟悉光電傳感器的工作原理及其使用方法。6) 結合任務要求，完成系統(tǒng)設計和調試，鼓勵功能擴展和創(chuàng)新；7)

22、 根據(jù)設計的電路，用protel工具，畫出完整的硬件電路圖；8) 理解單片機的信號采集，及其數(shù)據(jù)處理的過程；項目資訊1、本項目中采用的是哪種光電傳感器，它在其中起什么作用？2、在本項目中，光電傳感器的尋跡原理是什么？3、根據(jù)所學知識和所查資料，可哪些傳感器來實現(xiàn)小車尋跡功能？ 原理圖與PCB圖設計五、 原理圖及其仿真結果六、 PCB圖制作準備一、元件明細表請根據(jù)電路圖將元器件填入元器件明細表，并根據(jù)明細表領取相應元器件及萬能電路板。二、 儀表與工具在制作電路之前應準備好以下儀表與工具：（1）儀表：萬用表。（2）工具：恒溫焊臺、電烙鐵（架）、焊錫、松香、鑷子、斜口鉗等。三、 教學材料（1）教材：

23、傳感器技術、傳感器應用資源庫（2）教學資源：教學課件、引導文、元器件加工工藝卡等電路制作一、元件識別在電路制作之前，應按照原理圖及元件清單，將下發(fā)的元器件與清單中的元件一一對應，并保證所用的元器件的性能良好。元件的識別方法請參考教材。二、規(guī)劃元件布局通常，應根據(jù)電路板的尺寸及選用元器件的型號、規(guī)格等進行布局。并且電路板上所有元器件的排列應均勻、整齊、緊湊，位于電路板邊緣的元器件離邊緣的距離應大于2mm。元件布局應使走線方便，不出現(xiàn)交叉，方便電路的調試。三、 電路走線規(guī)劃好元器件布局后，需要在元器件布局的基礎上完成電路的走線。走線時應注意橫平豎直，走線最短，不走斜線，不能交叉。四、元器件成形與焊

24、接根據(jù)元器件的布局，將繪制的電路連線圖貼在萬能板元件面，再將所有元器件成形插入相應位置，并用電烙鐵焊接固定好。插放元器件時應注意元件的參數(shù)、極性，不能接錯。相似元件（如電阻與電阻，電容與電容等）的高度應保持一致。反面過長的引腳可剪掉，或保留作為連線使用。然后按照繪制好的電路連線圖，完成電路線路的焊接。五、編制裝配工藝文件依照剛才的元器件成形及裝配過程，編制元器件加工工藝卡、設計文檔?？偨Y與提高一、自我總結1. 請總結你在整個任務完成過程中做得好的是什么？還有什么不足？有何打算？2. 你在整個任務完成過程中出現(xiàn)了哪些問題？你是如何解決的？你還有什么問題不能解決？二、拓展提高1、通過查找資料等方式

25、，了解光電傳感器的發(fā)展。2、查找資料，了解目前主流的光電傳感器有哪些。3、制作與測試紅外報警器?？己伺c評價1自我評價個人簽字： 日期：2組長評價組長簽字： 日期：3教師評價教師簽字： 日期：附錄2：熱釋電 紅外報警器制作子項目-熱釋電紅外報警器項目目標: 基于AT89C51單片機，利用光電傳感器中的熱釋電紅外線傳感器的紅外感應作用，設計電路并編程實現(xiàn)監(jiān)控區(qū)域的人體防盜報警。 1 項目背景隨著社會的不斷進步和科學技術、經濟的不斷發(fā)展，人們生活水平得到很大的提高，對私有財產的保護意識在不斷的增強，因而對防盜措施提出了新的要求。本設計就是為了滿足現(xiàn)代住宅防盜的需要而設計的家庭式電子防盜系統(tǒng)。就目前市

26、面上裝備主要有壓力觸發(fā)式防盜報警器、開關電子防盜報警器和壓力遮光觸發(fā)式防盜報警器等各種報警器，但這幾種比較常見的報警器都存在一些缺點。而本設計中所使用的紅外線是不可見光，有很強的隱蔽性和保密性，因此在防盜、警戒等安保裝置中得到了廣泛的應用。這種熱釋電紅外傳感器能以非接觸形式檢測出人體輻射的紅外線，并將其轉變?yōu)殡妷盒盘?，同時，熱釋電紅外傳感器既可用于防盜報警裝置，也可用于制動控制、接近開關、遙測等領域。1.1 設計任務與要求 (1)該設計包括硬件和軟件設計兩個部分。模塊劃分為數(shù)據(jù)采集、鍵盤控制、報警等模塊子函數(shù)。(2)本紅外線防盜報警系統(tǒng)由熱釋電紅外傳感器、報警器、單片機控制電路、LED控制電路

27、及相關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、功能設定、本地報警等功能。終端由中央處理器、輸入模塊、輸出模塊、通信模塊、功能設定模塊等部分組成。(3)系統(tǒng)可實現(xiàn)功能。當人員外出時，可把報警系統(tǒng)設置在外出布防狀態(tài)，探測器工作起來,當有人闖入時，熱釋電紅外傳感器將探測到動作，設置在監(jiān)測點上的紅外探頭將人體輻射的紅外光譜變換成電信號，經放大電路、比較電路送至門限開關，打開門限閥門送出TTL 電平至AT89C51單片機，經單片機處理運算后驅動執(zhí)行報警電路使警號發(fā)聲1。(4)紅外線具有隱蔽性，在露天防護的地方設計一束紅外線可以方便地檢測到是否有人出入。此類裝置設計的要點：其一是能有效判

28、斷是否有人員進入；其二是盡可能大地增加防護范圍。當然，系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性和可靠性也是追求的重要指標。至于報警可采用聲光信號。2 熱釋電紅外傳感器與AT89C51單片機2.1 熱釋電紅外傳感器簡介熱釋電紅外傳感器是一種能檢測人或動物發(fā)射的紅外線而輸出電信號的傳感器。早在1938年，有人提出過利用熱釋電效應探測紅外輻射，但并未受到重視，直到六十年代才又興起了對熱釋電效應的研究和對熱釋電晶體的應用。熱釋電晶體已廣泛用于紅外光譜儀、紅外遙感以及熱輻射探測器。除了在樓道自動開關、防盜報警上得到應用外，在更多的領域得到應用。比如：在房間無人時會自動停機的空調機、飲水機；電視機能判斷無人觀看或觀眾已經睡覺后自

29、動關機的電路；開啟監(jiān)視器或自動門鈴上的應用；攝影機或數(shù)碼照相機自動記錄動物或人的活動等等熱釋電紅外線(PIR)傳感器能以非接觸形式檢測出人體輻射的紅外線能量的變化，并將其轉換成電壓信號輸出。將這個電壓信號加以放大，便可驅動各種控制電路2。如圖1示為熱釋電紅外傳感器的內部電路框圖。 圖1 熱釋電紅外傳感器的外形圖和內部電路框圖2.2 PIR的原理特性熱釋電紅外線傳感器主要是由一種高熱電系數(shù)制成的探測元件，在每個探測器內裝入一個或兩個探測元件，并將兩個探測元件以反極性串聯(lián)，以抑制由于自身溫度升高而產生的干擾。由探測元件將探測并接收到的紅外輻射轉變成微弱的電壓信號，經裝在探頭內的場效應管放大后向外輸

30、出。人體輻射的紅外線中心波長為9-10um，而探測元件的波長靈敏度在0.2-20um范圍內幾乎穩(wěn)定不變。在傳感器頂端開設了一個裝有濾光鏡片的窗口，這個濾光片可通過光的波長范圍為7-10um，正好適合于人體紅外輻射的探測，而對其它波長的紅外線由濾光片予以吸收，這樣便形成了一種專門用作探測人體輻射的紅外線傳感器。一旦人侵入探測區(qū)域內，人體紅外輻射通過部分鏡面聚焦，并被熱釋電元接收，但是兩片熱釋電元接收到的熱量不同，熱釋電也不同不能抵消，經信號處理而輸出電壓信號。如圖2所示，熱釋電晶片表面必須罩上一塊由一組平行的棱柱型透鏡所組成菲涅爾透鏡，每一透鏡單元都只有一個不大的視場角，當人體在透鏡的監(jiān)視視野范

31、圍中運動時，順次地進入第一、第二單元透鏡的視場，晶片上的兩個反向串聯(lián)的熱釋電單元將輸出一串交變脈沖信號。當然，如果人體靜止不動地站在熱釋電元件前面，它是“視而不見”的。圖2 菲涅爾透鏡外形和內部原理圖2.3 AT89C51單片機簡介2.3.1 AT89C51單片機的結構 AT89C51單片機是美國Atmel公司生產低電壓，高性能CMOS 8位單片機，片內含4k bytes的可反復擦寫的只讀程序存儲器（EPROM）和128 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器(RAM)，器件采用Atmel公司的高密度、非易失性存取技術生產，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)，片內置通用8位中央處理器（CPU）和Flash

32、存儲單元，功能強大3。AT89C51單片機可提供許多高性價比的應用場合，可靈活應用于各種控制領域。圖3為AT89C51單片機的基本組成功能方塊圖。由圖可見，在這一塊芯片上，集成了一臺微型計算機的主要組成部分，其中包括CPU、存儲器、可編程I/O口、定時器/計數(shù)器、串行口等，各部分通過內部總線相連。下面介紹幾個主要部分。振蕩器和時序OSC程序存儲器4 KB ROM數(shù)據(jù)存儲器256 B RAM/SFR定時器/計數(shù)器 2 ×16 AT89C51CPU64 KB總線 擴展控制器可編程 I/O可編程全雙工串行口內中斷外時鐘源 外部事件計數(shù) 外部中斷 控制 并行口 串行通信圖3 AT89C51

33、功能方塊圖2.3.2 AT89C51管腳說明ATMEL公司的AT89C51是一種高效微控制器。采用40引腳雙列直插封裝形式。AT89C51單片機是高性能單片機，因為受引腳數(shù)目的限制，所以有不少引腳具有第二功能。VCC：供電電壓。GND：接地。P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FLASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當FLASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。P1口：P1口是一個內部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器

34、能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。 P2口：P2口為一個內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫1時，其管腳被內部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址1時，它利用內部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功

35、能寄存器的內容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。P3口：P3口管腳是8個帶內部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入1后，它們被內部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：P3口管腳 備選功能P3.0 RXD（串行輸入口）P3.1 TXD（串行輸出口）P3.2 INT0（外部中斷0）P3.3 INT1（外部中斷1）P3.4 T0（記時器0外部輸入）P3.5 T1（記時器1外部輸入）P3.6 （外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）P3.7 （外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）

36、P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。ALE/：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許端的輸出電平用于鎖存地址的地址字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。PSEN：外部程序存儲器的選通信號端。在由外部程序存儲

37、器取指期間，每個機器周期兩次PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。/VP：當保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內部程序存儲器。注意加密方式1時，將內部鎖定為RESET；當端保持高電平時，此間內部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入。XTAL2：反向振蕩器的輸出,如采用外部時鐘源驅動器件，應不接。3 方案設計3.1 總體設計思路本設計包括硬件和軟件設計兩個部分。模塊劃分為數(shù)據(jù)采集、鍵盤控制、報警等子模塊。電路結構可劃分為：熱釋電紅外

38、傳感器、報警器、單片機控制電路、LED控制電路及相關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、功能設定、本地報警等功能。就此設計的核心模塊來說，單片機就是設計的中心單元，所以此系統(tǒng)也是單片機應用系統(tǒng)的一種應用。單片機應用系統(tǒng)也是有硬件和軟件組成。硬件包括單片機、輸入/輸出設備、以及外圍應用電路等組成的系統(tǒng)，軟件是各種工作程序的總稱。單片機應用系統(tǒng)的研制過程包括總體設計、硬件設計、軟件設計等幾個階段。從設計的要求來分析該設計須包含如下結構：熱釋電紅外傳感探頭電路、報警電路、單片機、復位電路及相關的控制管理軟件組成；它們之間的構成框圖如圖4總體設計框圖所示： AT89C51復位電路

39、信號檢測電路報警執(zhí)行電路LED發(fā)光顯示放大驅動驅動圖4 總體設計框圖 處理器采用51系列單片機AT89C51。整個系統(tǒng)是在系統(tǒng)軟件控制下工作的。設置在監(jiān)測點上的紅外探頭將人體輻射的紅外光譜變換成電信號，經放大電路、比較電路送至門限開關，打開門限閥門送出TTL 電平至AT89C51單片機。在單片機內，經軟件查詢、識別判決等環(huán)節(jié)實時發(fā)出入侵報警狀態(tài)控制信號。驅動電路將控制信號放大并推動聲光報警設備完成相應動作。當報警延遲10s一段時間后自動解除，也可人工手動解除報警信號，當警情消除后復位電路使系統(tǒng)復位，或者是在聲光報警10s鐘后有定時器實現(xiàn)自動消除報警4。3.2 具體電路模塊設計3.2.1 熱釋電

40、紅外傳感器原理本設計所用的熱釋感器就采用這種雙探測元的結構。其工作電路原理及設計電路如圖5所示, 在VCC電源端利用C1和R2來穩(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。當檢測到人體移動信號時，電荷信號經過FET放大后，經過C2，R1的穩(wěn)壓后使輸出變?yōu)楦唠娢?，再經過NPN的轉化，輸出OUT為低電平。圖5 熱釋電紅外傳感器原理圖3.2.2 放大電路的設計如圖6所示為最基本的放大電路，Vi是輸入電壓信號，Vo是輸出放大的電壓信號。圖6 放大電路圖3.2.3 時鐘電路的設計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振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用

41、外部時鐘源驅動器件，XTAL2應不接。因為一個機器周期含有6個狀態(tài)周期，而每個狀態(tài)周期為2個振蕩周期，所以一個機器周期共有12個振蕩周期，如果外接石英晶體振蕩器的振蕩頻率為12MHZ，一個振蕩周期為1/12us，故而一個機器周期為1us5。如圖7所示為時鐘電路。圖7 時鐘電路圖3.2.4 復位電路的設計復位方法一般有上電自動復位和外部按鍵手動復位，單片機在時鐘電路工作以后, 在RESET端持續(xù)給出2個機器周期的高電平時就可以完成復位操作6。例如使用晶振頻率為12MHz時，則復位信號持續(xù)時間應不小于2us7。本設計采用的是外部手動按鍵復位電路。如圖8示為復位電路。圖8 復位電路圖3.2.5 發(fā)光

42、二極管報警電路的設計由4個發(fā)光二極管接上電阻后連上單片的RXD的引腳，外接VCC，當單片機的RXD引腳被置低電平后，發(fā)光二極管被點亮，起到報警作用8。圖9所示為發(fā)光二極管報警電路。圖9 發(fā)光二極管報警電路圖3.2.6 聲音報警電路的設計如下圖所示，用一個Speaker和三極管、電阻接到單片機的TXD引腳上，構成聲音報警電路，如圖10示為聲音報警電路。圖10 聲音報警電路圖3.3 系統(tǒng)硬件電路的選擇及說明硬件電路的設計見附圖示，從以上的分析可知在本設計中要用到如下器件： AT89C51、熱釋電紅外傳感器、LED、按鍵、反相器74LS04、蜂鳴器等一些單片機外圍應用電路，以及單片機的手工復位電路等

43、。其中D1為電源工作指示燈，D2是正常工作指示燈，D3D6是起報警指示作用，當RXD腳被置低電平時，D3D6亮紅燈開始報警，同樣，TXD腳置高電平時聲音報警電路開始工作。電路設有2個按鍵，S1鍵作為倒計時的暫停鍵, S2鍵作為作為電路復位鍵。3.4 軟件的程序實現(xiàn)3.4.1 主程序工作流程圖按上述工作原理和硬件結構分析可知系統(tǒng)主程序工作流程圖如下圖11所示；系統(tǒng)初始化聲光報警結束檢測外部有無信號輸入聲光報警是否持續(xù)10秒開始啟動聲光報警電路開始報警是否還有檢測信號等待下次報警結束YNNYYN圖11 主程序工作流程圖3.4.2 中斷服務程序工作流程圖本主程序實現(xiàn)的功能是：當單片機檢測到外部熱釋電

44、傳感器送來的脈沖信號后，表示有人闖入監(jiān)控區(qū)，從而經過單片機內部程序處理后，驅動聲光報警電路開始報警，報警持續(xù)10秒鐘后自動停止報警,然后程序開始循環(huán)工作，檢測是否還有下次觸發(fā)信號，等待報警從而使報警器進入連續(xù)工作狀態(tài)。同時，利用中斷方式可以實現(xiàn)報警持續(xù)時間未到10秒時，用手工按鍵停止的聲光報警的作用。手工按鍵停止報警中斷服務程序工作流程圖，如下圖12所示；中斷源發(fā)出中斷申請關中斷、保護現(xiàn)場INTO端有輸入信號關閉報警恢復現(xiàn)場、開中斷中斷返回圖12 中斷服務程序工作流程圖4 虛擬仿真本設計通過利用Proteus仿真，將所編寫的程序用KeilC軟件編譯，所仿真原理圖見下圖12。本設計所要求達到的目

45、標是在接收到紅外傳感器帶來的低電平信號，可使圖中的綠燈由暗變亮，紅燈產生報警，可觀察到紅燈一閃一閃的。當報警結束后，綠燈亮起。圖12 基于AT89C51的熱釋電紅外防盜報警器原理圖圖13 單片機控制的紅外防盜報警器PCB圖 圖14 Proteus仿真原理圖5 總結本項目設計了一種基于單片機技術的無線智能防盜報警器。該防盜報警器采用外接熱釋電紅傳感器以非接觸方式探測出人體發(fā)出的紅外輻射，并將其轉化為相應的電信號輸出，且以AT89C51單片機為工作處理器核心實時處理傳感器數(shù)據(jù)，能夠，能有效的抑制人體輻射波長以外的紅外光線與可見光的干擾。在正常情況下，傳感器輸出低電平，當有人在探測區(qū)范圍內移動時輸出

46、低電平變?yōu)楦唠娖?，此高電平輸入單片機，作為單片機的外部觸發(fā)信號處理，經單片機內部軟件編程處理后，單片機輸出控制信號，驅動聲光報警電路開始報警。該熱釋電紅外報警器的操作簡單、易懂、靈活方便，智能性高，誤報率低，能有效地用于日常生活中的安全防盜報警。隨著現(xiàn)代人們安全意識的增強以及科學技術的快速發(fā)展，相信此類報警器必將在更廣闊的領域得到更深層次的應用。子項目光電轉速計項目目標: 本項目引入AT89C51單片機為核心，采用光電脈沖編碼傳感器設計智能化轉速測量儀，實現(xiàn)轉速的測量和顯示上。1 項目背景在工程實踐中，經常會遇到各種需要測量轉速的場合。例如，在發(fā)動機，電動機，卷揚機，機床轉軸等旋轉設備的測試，

47、運轉和控制中，常需要分時或連續(xù)測量和顯示其轉速或瞬間轉速。對于工業(yè)測試，水利，機械等方面，轉速是重要的控制參數(shù)之一。尤其機在工業(yè)測試系統(tǒng)中，大部分旋轉儀器無法測定目前的轉速，從而無法安全有效地械設備進行故障預防，無形中降低了系統(tǒng)的安全性，增加了設備維護的成本。因此，如何利用先進的數(shù)字技術和計算機技術改造傳統(tǒng)的工業(yè)技術，提高監(jiān)控系統(tǒng)的準確性，安全性，方便性是當前工業(yè)測控系統(tǒng)急需解決的難題。轉速測量方法較多，通?？煞譃槟M式和數(shù)字式兩種。模擬式采用測速發(fā)電機為檢測元件，得到的信號是模擬量。數(shù)字式通常采用光電編碼器，霍爾元件等為檢測元件，得到的信號是脈沖信號。隨著微型計算機的廣泛應用，特別是高性能價

48、格比的單片機的出現(xiàn)，轉速測量普遍采用以單片機為核心的數(shù)字式測量方法。本項目引入AT89C51單片機為核心，采用光電脈沖編碼傳感器設計智能化轉速測量儀，實現(xiàn)轉速的測量和顯示上。2 基于單片機的轉速測量方法及原理2.1單片機測量轉速的方法轉速是工程中應用非常廣泛的一個參數(shù)，早期模擬量的模擬處理一直是作為轉速測量的主要方法，這種測量方法在測量范圍和測量精度上，已不能適應現(xiàn)代科技發(fā)展的要求。而隨著大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路技術的發(fā)展，數(shù)字測量系統(tǒng)得到普遍應用，利用單片機對脈沖數(shù)字信號的強大處理能力，應用全數(shù)字化的結構，使數(shù)字測量系統(tǒng)的越來越普及。在測量范圍和測量精度方面都有極大的提高。下面對測量系統(tǒng)進行

49、探討4。一般轉速測量系統(tǒng)有以下幾個部分構成，轉速測量框圖如圖2.1所示。轉速信號拾取整形倍頻單片機顯示接口芯片顯示鍵盤驅動電路圖2.1 轉速測量框圖1轉速信號拾取轉速信號拾取是整個系統(tǒng)的前端通道，目的是將外界的非電參量，通過一定方式轉換成電量，這一環(huán)節(jié)可以通過敏感元件、傳感器或測量儀表等來實現(xiàn)。2整形和倍頻前向通道中，將傳感器輸出的信號轉換成計算機輸入要求的信號。3單片機單片機是整個測量系統(tǒng)的主要部分，擔負對前端脈沖信號的處理、計算、以及信號的同步，計時等任務，其次，將測量的數(shù)據(jù)經計算后，將得到的轉速值傳送到顯示接口中，用數(shù)碼管顯示數(shù)值。在本系統(tǒng)中考慮到計數(shù)的范圍、使用的定時/計數(shù)器的個數(shù)及I

50、/O口線，選用AT89C51單片機。4驅動和顯示由于LED數(shù)碼管具有亮度高、可靠性好等特點，工業(yè)測控系統(tǒng)中常用LED數(shù)碼管作為顯示輸出。本系統(tǒng)也采用數(shù)碼管作顯示。2.2轉速測量原理2.2.1測周期法“T法”轉速可以用兩脈沖產生的間隔寬度TP來決定。用以采集數(shù)據(jù)的碼盤，可以是單孔或多孔，對于單孔碼盤測量兩次脈沖間的時間，就可測出轉述數(shù)據(jù)，TP也可以用時鐘脈沖數(shù)來表示。對于多孔碼盤，其測量的時間只是每轉的1/N，N為碼盤孔數(shù)。如圖2.2“T”法脈寬測量所示。TP通過定時器測得。定時器對時基脈沖(頻率為fc)進行計數(shù)定時，在TP內計數(shù)值若為m2，則 計算公式為： n=60/PTp （2.1）即：n=60fc/Pm2 （2.2）P-為轉軸轉一周脈沖發(fā)生器產生的脈沖數(shù)；fc-為硬件產生的基準時鐘脈沖頻率：單位（Hz）；n-轉速單位：（轉/分）；m2-時基脈沖。輸入脈沖 時基脈沖 圖2.2 “T”法脈寬測量由 “T”法脈寬測量可知“T”法測量精度的誤差主要有兩個方面，一是兩脈沖的上升沿觸