程设计报告电气工程专业 单片机课程设计.docx
《程设计报告电气工程专业 单片机课程设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《程设计报告电气工程专业 单片机课程设计.docx（19页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
程设计报告电气工程专业单片机课程设计
新能源与动力工程学院
课程设计报告
基于51单片机红外热释电家庭防盗报警器的设计
专业
电力工程与管理
班级
电力1201
姓名
任维维
学号
201211341
指导教师
王鹏远
2015年1月
兰州交通大学新能源与动力工程学院课程设计任务书
课程名称单片机红外热释电家庭防盗报警器的设计指导教师（签名）：
王鹏远
班级：
电力1201姓名：
任维维学号：
201211341
一、课程设计题目:
单片机红外热释电家庭防盗报警器的设
二、课程设计使用的原始资料（数据）及设计技术要求：
1、设计由软件和硬件共同组成的红外线防盗报警系统。
2、系统能有效判断是否有人员进入，检测到有人进入后发出报警信号。
3、正常状态下绿色指示灯亮，发生报警时红色指示灯亮并有蜂鸣器发生报警声音。
二、课程设计的目的
三、课程设计的主要内容和要求（包括原始数据、技术参数、设计要求、工作量要求等）本课题基于单片机设计一种简易的红外报警器。
此热释红外报警器安装在禁区，根据检测人体自身的热量，检测到有人时，自动发出报警信息，并且能够自动或手动取消报警
四、工作进度安排、
1.2015.7.6上午集体培训，统一讲述工作过程中的各项要求，和工作计划。
2、2013.5.7—2013.5.10独立设计电路后上交给老师检测。
3、2013.5.10—2013.5.14完成软件设计，焊接电路板进行调试。
4、2013.5.6—2013.5.17完成设计报告。
五、主要参考文献
[1]陈权昌,李兴富.单片机原理及应用[M].广州:
华南理工大学出版社,2007.8
[2]李庆亮.C语言程序设计实用教程[M].北京:
机械工业出版社,2005.3
[3]杨志忠.数字电子技术[M].北京:
高等教育出版社,2003.12.
审核批准意见
系主任（签字） 年 月 日
指导教师评语及成绩
指导教师评语
成绩
设计过程
（40）
设计报告
（50）
小组答辩
（10）
总成绩
（100）
指导教师签字：
年月日
1设计原始资料………………………………………………………………………………………………………………………1
1.1具体题目…………………………………………………………………………………………………………………….
1.2要完成的内容………………………………………………………………………………………………………………
2BISSOOO1的功能简介…………………………………………………………………………………………………………….
3设计的课题内容……………………………………………………………………………………………………………………
3.1设计规程…………………………………………………………………………………………………
3.2本设计各部分电路设计……………………………………………………………………………………
3.2.1电源电路设计………………………………………………………………………………………………………
3.2.2信号采集处理模型…………………………………………………………………………………
3.2.3单片机最小系统……………………………………………………………………………………
3.2.4放大电路的设计…………………………………………………………………………………….
3.2.5复位电路的设计……………………………………………………………………………………
3.2.6声音报警电路的设计………………………………………………………………………………
3.2.7电红外传感电路的设计……………………………………………………………………………
3.2.8时钟电路的设计…………………………………………………………………………………….
4软件的程序实现………………………………………………………………………………………………………………….
4.1系统硬件电路的选择及说明…………………………………………………………………………….
4.2主程序工作流程图………………………………………………………………………………………
5各部分原理图的绘制………………………………………………………………………………………
5.1主保护电路………………………………………………………………………………………………
5.2人体感应电路图原理……………………………………………………………………………………
6软件测试及红外防盗报警器使用结果……………………………………………………………………………………
附件1总体原理图设计………………………………………………………………………………………………………….
附件2：
源程序……………………………………………………………………………………………………………………..
参考文献……………………………………………………………………………………………………………………………
1设计原始资料
1.1具体题目
热释电人体红外家庭防盗报警器的设计
1.2要完成的内容
根据检测人体自身的热量，检测到有人时，自动发出报警信息，并且能够自动或手动取消报警。
2BISSOOO1的功能简介
BISS0001是一款传感信号处理集成电路，只要热释感应器把红外线接收到信号传输到BISS0001里进行信号处理，它本身静态电流极小，工作电压在3V—5V之间，当工作电压为5V时输出的驱动电流为10MA。
配以热释电红外传感器和少量外围元器件即可构成被动式热释电红外传感器，广泛用于安防，自控等一些领域，它是有16个管脚组成的一种集成块。
如图所示为BISS000集成芯片的内部框图，管脚功能说明如表1所示。
引脚
名称
I/O
功能说明
1
A
I
可重复触发和不可重复触发选择端。
当A为“1”时，允许重复触发；反之，不可重复触发
2
VO
O
控制信号输出端。
由VS的上跳前沿触发，使Vo输出从低电平跳变到高电平时视为有效触发。
在输出延迟时间Tx之外和无VS的上跳变时，Vo保持低电平状态。
3
RR1
--
输出延迟时间Tx的调节端
4
RC1
--
输出延迟时间Tx的调节端
5
RC2
--
触发封锁时间Ti的调节端
6
RR2
--
触发封锁时间Ti的调节端
7
VSS
--
工作电源负端，一般接0V
8
VRF
I
参考电压及复位输入端。
通常接VCC，当接“0”时可使定时器复位
9
VC
I
触发禁止端。
当Vc＞VR时允许触发（VR≈0.2VDD）
10
IB
--
运算放大器偏置电流设置端，经RB接VSS端，RB取值为1M左右。
11
VCC
--
工作电源正端，范围为3~5V
12
2OUT
O
第二级运算放大器的输出端
13
2IN-
I
第二级运算放大器的反相输入端
14
1IN+
I
第一级运算放大器的同相输入端
15
1IN-
I
第一级运算放大器的反相输入端
16
1OUT
O
第一级运算放大器的输出端
3设计的课题内容
系统设计简介
本系统采用了热释电红外线传感器，它的制作简单、成本低，安装比较方便，而且防盗性能比较稳定、抗干扰能力强、灵敏度高、安全可靠。
这种防盗器安装隐蔽，不易被盗贼发现，便于多用户统一管理和用户操作。
为了探测移动人体，通常使用双元件型热释电红外线传感器，在这种传感器内部，两个灵敏元件反相连接，当人体静止时两元件极化程度相同，互相抵消。
但人体移动时，两元件极化程度不同，净输出电压不为0，从而达到了探测移动人体的目的。
该设计包括硬件和软件设计两个部分。
模块化分为数据采集、按键控制、报警等模块。
电路结构可划分为：
热释电红外传感器、蜂鸣器、单片机控制电路、LED指示灯组成。
3.1设计规程
包括硬件和软件设计两个部分。
模块划分为数据采集、键盘控制、报警等子模块。
电路结构可划分为：
热释电红外传感器、报警器、单片机控制电路、LED控制电路及相关的控制管理软件组成。
用户终端完成信息采集、处理、数据传送、功能设定、本地等功能从设计的要求来分析该设计须包含如下结构：
热释电红外传感探头电路、报警电路、单片机、复位电路及的控制管理软件组成；它们之间的构成框图如图总体设计框图所示
STC89C51
复位电路
信号检测电路
报警执行电路
LED发光显示
放大
驱动电路
驱动电路
3.2本设计各部分电路设计
3.2.1电源电路设计
本系统电压为4.5v左右，直接接3个1.5V的直流干电池提供电源，然后用导线连接电源接口模块
3.2.2信号采集处理模块
3.2.3单片机最小系统
3.2.4放大电路的设计
（1）内部发射极杂质浓度远大于基极杂质浓度，且基极很薄；
（2）外部必须做到发射极正向偏置，集电极反向偏置。
Vi是输入电压信号，Vo是输出放大的电压信号。
本电路实现放大功能的核心元件是三极管，前提是放大不失真。
三极管的放大作用主要依靠它的发射极电流能够通过基极传输，然后到达集电极而实现的。
3.2.5复位电路的设计
复位方法一般有上电自动复位和外部按键手动复位，单片机在时钟电路开始工作以后,在RESET端持续给出2个机器周期的高电平时就可以完成复位操作。
例如使用晶振频率为12MHz时，则复位信号持续时间应不小于2us。
本设计采用的是外部手动按键复位电路。
3.2.6声音报警电路的设计
该电路由三极管、电阻和蜂鸣器组成。
电路中三极管起到信号放大作用，电阻负责保护电路，蜂鸣器用来提示报警状态。
而单片机的P3.1（TXD）端口是串行输出口，用来接收外部高电平信号。
将电路的输出端接到单片机的TXD引脚上，当电路接通后，蜂鸣器发出声音报警信号，构成声音报警电路。
3.2.7电红外传感电路的设计
热释电红外线（PIR）传感器是80年代发展起来的一种新型高灵敏度探测元件。
是一种能检测人体发射的红外线而输出电信号的传感器，它能组成防入侵报警器或各种自动化节能装置。
它能以非接触形式检测出人体辐射的红外线能量的变化，并将其转换成电压信号输出。
将这个电压信号加以放大，便可驱动各种控制电路。
主要是由一种高热电系数制成的探测元件，在每个探测器内装入一个或两个探测元件，并将两个探测元件以反极性串联，以抑制由于自身温度升高而产生的干扰。
由探测元件将探测并接收到的红外辐射转变成微弱的电压信号，经装在探头内的场效应管放大后向外输出。
人体辐射的红外线中心波长为9--10um，而探测元件的波长灵敏度在0.2--20um范围内几乎稳定不变。
在传感器顶端开设了一个装有滤光镜片的窗口，这个滤光片可通过光的波长范围为7--10um，正好适合于人体红外辐射的探测，而对其它波长的红外线由滤光片予以吸收，这样便形成了一种专门用作探测人体辐射的红外线传感器。
一旦人侵入探测区域内，人体红外辐射通过部分镜面聚焦，并被热释电元接收，但是两片热释电元接收到的热量不同，热释电也不同不能抵消，经信号处理而输出电压信号。
本设计所用的热释传感器就采用双探测元的结构。
在VCC电源端利用C2和R1来稳定工作电压，同样输出端也多加了稳压元件稳定信号。
当检测到人体移动信号时，电荷信号经过FET放大后，经过C2，R1的稳压后使输出变为高电位，再经过NPN型三极管的放大，外加反相器使输入单片机的电信号为低电平。
3.2.8时钟电路的设计
XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。
该反向放大器可以配置为片内振荡器。
石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。
如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。
因为一个机器周期含有6个状态周期，而每个状态周期为2个振荡周期，所以一个机器周期共有12个振荡周期，如果外接石英晶体振荡器的振荡频率为12MHZ，一个振荡周期为1/12us，故而一个机器周期为1us。
4软件的程序实现
4.1系统硬件电路的选择及说明
本设计中需要用到如下器件：
AT89S52、热释电红外传感器、LED、按键、反相器74LS04、蜂鸣器等一些单片机外围应用电路，以及单片机的手工复位电路等。
其中绿灯为电源工作指示灯，代表电路处于正常状态，红灯是起报警指示作用，当RXD引脚处于低电平时红灯开始报警，同样，TXD引脚处于高电平时声音报警电路开始工作。
电路设有2个按键，S1键作为倒计时的暂停键,S2键作为电路的复位键
4.2主程序工作流程图
开始时先对系统初始化，然后检测是否有无信号输入，如果没有外界信号输入继续循环检测，如果检测到外部信号输入则启动声光报警电路开始报警，报警启动后经过十秒，声光报警结束，继续检测，循环工作，保证电路的正常工作
5各部分原理图的绘制
5.1主保护电路
5.2人体感应电路图原理
人体感应原理图
6软件测试及红外防盗报警器使用结果
第一步为目测，单片机应用系统电路全部手工焊接在洞洞板上，因此对每一个焊点都要进行仔细的检查。
检查它是否有虚焊、是否有毛剌等。
第二步为万用表测试，先用万用表复核目测中认为可疑的连线或接点，查看它们的通断状态是否与设计规定相符，再检查各种电源线与地线之间是否有短路现象。
第三步为加电检查。
当系统加电时，首先检查所有插座或器件引脚的电源端是否有符合要求的电压值，接地端电压值是否接近零，接固定电平的引脚端是否电平正确。
第四步是联机检查。
在对硬件电路调试过程中，还遇到了不少问题，第一次把所有的元件都焊上去后，都准备调试了，才发现正负电源的插针离得太近了，不容易接电源，本不该犯的错误，这些都是由于自己的粗心大意造成的，所以说，做任何事情都必需经过“三思而后行”，来不得半点的马虎，否则浪费了时间和精力
附件1总体原理图设计
附件2：
源程序
#include//调用单片机头文件
#defineucharunsignedchar//无符号字符型宏定义变量范围0~255
#defineuintunsignedint//无符号整型宏定义变量范围0~65535
//红外热释电传感器平时为0有输出为1
sbitbeep=P2^3;//蜂鸣器定义
sbitred=P2^2;//红色发光二极管定义
sbitgreen=P2^1;//绿色发光二极管定义
sbityellow=P2^0;//黄色发光二极管定义
sbithw=P1^3;//红外热释传感器定义
bitflag_300ms=0;
ucharflag_alarm;//报警标志位
ucharflag_bufang;//布防标志位
ucharflag_bufang_en;//布防标志位使能
uintflag_value;//用做定时器的变量
/***********************1ms延时函数*****************************/
voiddelay_1ms（uintq）
{
uinti,j;
for（i=0;ifor（j=0;j<120;j++）;
}
/********************独立按键程序*****************/
ucharkey_can;//按键值
voidkey（）//独立按键程序
{
staticucharkey_new;
key_can=20;//按键值还原
P1|=0x07;
if（（P1&0x07）!
=0x07）//按键按下
{
delay_1ms
（1）;//按键消抖动
if（（（P1&0x07）!
=0x07）&&（key_new==1））
{//确认是按键按下
key_new=0;
switch（P1&0x07）
{
case0x06:
key_can=1;break;//得到按键值
case0x05:
key_can=2;break;//得到按键值
case0x03:
key_can=3;break;//得到按键值
}
}
}
else//按键松开
key_new=1;
}
/******************对应不同按键处理**********************/
voidkey_with（）
{
if（key_can==1）//按键紧急报警
{
flag_alarm=1;//报警标志位;
}
if（key_can==2）//布防按键
{
flag_bufang_en=1;
}
if（key_can==3）//取消报警把变量清零
{
flag_alarm=0;
flag_bufang=0;
flag_bufang_en=0;
flag_value=0;
beep=1;
red=1;//关闭红灯
green=1;//关闭绿灯
yellow=1;//关闭黄灯
}
}
/*************定时器0初始化程序***************/
voidtime_init（）
{
EA=1;//开总中断
TMOD=0X01;//定时器0工作方式1
ET0=1;//开定时器0中断
TR0=1;//允许定时器0定时
}
/******************红外报警处理**********************/
voidhongwai_dis（）
{
if（flag_bufang_en==1）//准备开始布防
{
green=~green;//绿灯闪
}
if（flag_bufang==1）//确认布防
{
green=0;//如果延时布防成功绿灯长亮
if（hw==1）//红外有输出
{
flag_alarm=1;
}
}
if（flag_alarm==1）//报警
{
red=~red;//红灯报警
beep=~beep;//蜂鸣器报警
}
}
/******************主程序**********************/
voidmain（）
{
time_init（）;//定时器初始化程序
beep=0;//开机叫一声
delay_1ms（200）;
P0=P1=P2=P3=0xff;//初始化单片机IO口为高电平
while
（1）
{
key（）;
yellow=~hw;//红外热释电指示灯有输出就亮黄灯
if（key_can<10）
{
key_with（）;//按键设置函数
}
if（flag_300ms==1）
{
flag_300ms=0;
hongwai_dis（）;//红外报警函数
}
}
}
/*************定时器0中断服务程序***************/
voidtime0_int（）interrupt1
{
staticuintvalue;
TH0=0x3c;
TL0=0xb0;//50ms
value++;
if（value%6==0）
{
flag_300ms=1;
}
if（flag_bufang_en==1）
{
flag_value++;//400*50ms=20000ms=20秒
if（flag_value>=400）//20秒
{
flag_bufang=1;
flag_bufang_en=0;
flag_value=0;
}
}
}
参考文献
[1]张保会.电力系统继电保护[M].北京:
中国电力出版社,2009:
166-194.
[2]崔家佩.电力系统继电保护与安全自动装置整定计算[M].北京:
中国电力出版社,1990:
548-
589.
[3]李骏年.电力系统继电保护[M].北京:
中国电力出版社,1992:
189-218.
升级会员 