红外线遥感距报警器大学学位大学论文.docx

1、红外线遥感距报警器大学学位大学论文学士学位毕业设计（论文）红外线感距报警仪 毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕

2、业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全

3、了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名： 日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日指导教师评阅书指导教师评价：一、撰写（设计）过程1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神 优 良 中 及格 不及格2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度 优 良 中 及格 不及格3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力 优 良 中 及格 不及格4、研

4、究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性 优 良 中 及格 不及格5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格三、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格建议成绩： 优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的内画“”

5、）指导教师： （签名） 单位： （盖章）年 月 日评阅教师评阅书评阅教师评价：一、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格建议成绩： 优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的内画“”）评阅教师： （签名） 单位： （盖章）年 月 日教研室（或答

6、辩小组）及教学系意见教研室（或答辩小组）评价：一、答辩过程1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况 优 良 中 及格 不及格2、对答辩问题的反应、理解、表达情况 优 良 中 及格 不及格3、学生答辩过程中的精神状态 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格三、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明

7、书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格评定成绩： 优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的内画“”）教研室主任（或答辩小组组长）： （签名）年 月 日教学系意见：系主任： （签名）年 月 日摘要本文介绍了一种基于AT89C2051单片机控制的红外线测距及报警系统，由555和反向器cc4069配合红外传感器有效组成了红外发射电路和红外对管接收电路。本文主要阐述了红外线测距系统的硬件电路构成、工作原理及软件设计方法。该系统硬件结构简单、节能抗干扰，工作可靠,有良好灵敏度。关键字：红外线 单片机 红外发射接受对管 报警器 ABSTRACTOne kind of infrared sensor

8、 cooperating with opposite direction implement cc4069 owing to that infrared ray distance measurement and warning system that the AT89C2051 monolithic machine controls, from 555 the main body of a book has been introduced has an effect to have been composed of the infrared launch a circuit and infra

9、red pair of tubes receiving circuit. The hardware circuit having set forth infrared ray distance measurement system mainly composes the main body of a book , operating principle and the software design method. This system the hardware structure simplicity , energy conservation anti-interference , th

10、e fine sensitiveness working reliably , having fine sensitivenes.Keywords: Infrared ray Monolithic machine The infrared launch is accepted to Alarm目录摘要 IABSTRACT II前言 IV1 绪论 11.1 选题背景及研究意义 11.2 研究步骤、方法 12 方案论证 22.1 红外线探测原理 22.2 系统的工作原理 43 系统硬件电路的设计 53.1 AT89C2051单片机 53.3声光报警电路 93.3直流稳压电源 124系统软件设计 1

11、34.1主程序软件设计 134.2中断程序软件设计 14结论 16参考文献 17致谢 18附录 19前言随着科技的迅猛发展越来越多科技成果被广泛的运用到人们的日常生活当中,给我们的生活带来了诸多方便。本设计利用红外线特有的特性不能被肉眼察觉，当人在一定的距离内报警起就回发出声音，这一设计为各种需要安全保障的设备安上了一道电子锁。红外线是位于可见光中的红色光外的光线，是一种人眼看不见的光线。但是这种光和其他任何光一样，也是一种客观存在的物质。红外线与可见光、紫外线、X射线、r射线、和微波等无线电磁波构成无线连续的电磁波谱。在电磁波谱中，通常将波长范围为0.761000微米的区域称为红外光谱区。他

12、相对应的频率范围大致在4101431011HZ。红外线与可见光，无线电波一样，在真空中的传播速度也是以光的速度（2.9971014cm/s）.在红外技术中，为了对不同的波长的红外光线进行研究，一般将红外辐射分为四个区域：近红外（波长=0.763m）,中红外（波长=36m），z中远红外（波长=620m），远红外（波长=201000m）。本设计使用红外发光二极管获得红外光。在使用红外发光二极管获得红外光是相当简便。红外发光二极管是一种由PN结构成注入电流型发光器件，在加上合适的正向偏置电压后，就可以发出一定的波长的红外光。在与接收光电极管，组成发射，接收一体化的检测、报警电路。1 绪论1.1 选题

13、背景及研究意义1.1.1 选题背景此设计的要点在于红外线信号的发射与接收部分，由于目在市场上常用的红外线发射器件和接收器件都具有频率选择性，因此要想得到较好的传输距离和稳定的性能，必须将驱动红外线发射管工作的振荡电路频率调整在红外发射器件的工作频率附近，至于接收电路，没有像红外线通讯那样要精确地还原出发射端发射的每一个数据，因此相对来说，要求可以放宽一些，设计时可以通过低通滤波，稳压整流等措施，将发射的红外线信号转变成用于控制的直流控制电压，可以理解为：当有红外线信号收到时输出一个高电平信号，如果有人阻断了红外线信号，单片机就会输出一个低电平信号，后续电路通过这个低电平信号启动报警。1.1.2

14、 研究意义本设计是红外线测距，报警装置,该装置是集发射、接收一体的光耦合传感和80系列单片机微处理器。采用红外线分时工作于发射和接收,首先由发射机发射红外线，当这些射线被一定距离的物体反射或遮掩时，接收管接收不到发射的红外线就会触发报警器发出报警声。这一设计可以用于需要安全保护的商场、酒店、家庭等。1.2 研究步骤、方法第一：理论准备阶段，理解题目，研究题目所涉及到的内容，能够较好的掌握有关题目的知识。第二：确定系统各个模块，理清各个模块与单片机之间的关系。并开始进行相关硬件电路的资料收集。第三：规划课题，确定组成结构，提出大体系统框架并在结构框架的基础上提出原理框图。第四：完成硬件设计部分并

15、画出各部分电路图，将系统部件通过接口电路集合在一起，并画出电路图。第五：根据系统控制过程完成软件设计部分，绘制出主流程图。第六：硬件电路的生成，各部分软件与硬件的结合、调试。第七：检查要求的控制目的，能够按照要求实现控制功能。整理论文。2 方案论证2.1 红外线探测原理红外探测器的种类很多，且不断有新的探测器涌现。按探测机理的物理效应可以分为两大类：一类是器件的某些性能参数随入射的辐射的通量作用而引起温度变化的热探测器；另一类是指入射到探测器上的红外辐射能，以光子的形式与光电探测器材的束缚电子相互作用而释放出自由电子和自由空穴参与导电的器件。光子探测器与热探测器的工作机理不同，主要区别在与对红

16、外辐射的响应不同。光子探测器是将入射的红外光子直接转换变为器件的传导电子或空穴，或同时转换变为电子、空穴对，没有引起材料的发热的中间过程。本设计属第二类，使用光电二极管把光信号转换成电信号。光电二极管基于光伏特效应原理制作的光探测器。按照半导体PN结构和参杂的杂质浓度不同，有硅光电二极管、PIN光电二极管等。常用的是硅光电二极管，本设计使用的也是硅光电二极管。硅光电二极管有两种基本的结构：P+N型结构和N+P结构。前者使用N型单晶硅及硼扩散工艺，后者采用P型单晶硅及磷扩散工艺。当入射光照PN结部位时，如果光子的能量禁带宽度能量Eg时，光被吸收并使电子由价带激发到导带，分别在导带和价带生成电子和

17、空穴，并在耗尽层内产生电子空穴对。由于电场得作用，电子和空穴分别向N侧和P侧移动，在外电路获得反向电流，即形成光生电流。此外，P层和N层中远离耗尽层区域中产生的电空穴对，因自动复合而不产生电流。当PN结上加上反向偏压时，外加电场的方向与耗尽层里电场方向相同，外加电场使势垒加强，就形成了能量带，此时当入射到PN结上的光子能量大于Eg条件下，光生电流就会随入射功率的变化呈线性变化，便把光信号转换成电流信号。一般是在光电二极管上加上反向电压，即让光电二极管处于反偏的状态下，在光电二极管处于这种情况下，它的反向电流将随光射的强度变化而变化，即返乡电流将随红外光脉的作用而变化。2.1.1 红外驱动原理

18、红外发光二极管是由PN结构成的注入电流型发光器件，按照对发光管的驱动方式的不同，发光二极管的驱动方式分为直流驱动、交流电流驱动、和脉动电流驱动。单个发光二级管常见驱动电路如图1所示，图1由四个基本的发光二极管驱动电路组成，由图可以看得出来单个二级管的驱动只要给定发光二极管一个偏值电压就可以驱动。一般的要给发光二级管恒定的电流驱动才能保证它的稳定的工作。 图1 单个发光二极管驱动电路由图1（a）可以看出其中Rs为限流电阻，改变Rs的阻值大小，使驱动红外发光二级管的电流为最佳电流，从而使输出红外功率尽可能的大。限流电阻Rs的阻值大小可由下式估算： Rs= （1）式中：E为供电电源GB的电压;U为红

19、外发光二极管的正向压降；I为红外发光二极管的工作电流。 发光二极管的辐射强度随着工作电流I增大而加大。设计电路时，应使I限定的在给定的电流范围内。I的大小会影响管子的正向压降U。管型不同 ，U的值也不同。对于小功率的红外发光二极管，在I=10mA时，其U的值为0.11.1V；对于大功率的红外发光二极管，在I=500mA时，U的值为1.41.6V。而常见的可见光二极管，当I=10mA时，其正向的压降在2V左右。 由图1（b）所示的驱动的电路是由稳压二极管VDW和三极管VT组成的恒流源。VDW的类型可以根据所加电源的电压E的高低来选用。恒流源的电流可以按下式估算： I= （mA） （2）式中：U为

20、稳压二极管的稳压值；U为三极管发射be的电压，通常U在0.65V左右；R的为射极串联的阻值。若电源电压E较大，选用的驱动R的值应稍大些。小功率的稳压二极管的电流一般取510mA。在图1（c），（d）中是利用三极管的驱动。还可以用达林顿型放大起来驱动红外发光二极管，因为人眼无法确认红外发光二极管是否工作，故在电路可以接上一个可以发可见光的二极管来提示电路的工作状态。有这样接法的电路我们称为动作指示驱动电路。2.2 系统的工作原理系统的工作过程是由软件和硬件的配合完成。先由单片机驱动红外管发射红外光，这些发射的红外光被光电二极管接收，转换为电信号。如果在这一过程中有物体闯进设计所在的范围内，使得发

21、射光线被挡住致使接收管没有接收到红外信号，这时由单片机就会触发555定时器去驱动扬声器和LED发光二极管，使扬声器发出一高一底的报警声，同时使得LED发光二极管不断的闪烁，从而达到声与光同时报警的结果。系统设计框图如图2所示。图2红外线探测系统组成框图3 系统硬件电路的设计硬件电路主要分为单片机系统、报警电路、红外线发射电路、红外线接收电路、直流稳压电源等五部分组成。3.1 AT89C2051单片机AT89C2051是关国ATMEE公司生产的低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含2k bytes的可反复擦写的只读程序存储器(PEROM)和128 bytes的随机存取数据存储器(RAM ),

22、器件采用ATMEE公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元。图3为AT89C2051引脚图。主要性能参数:与MCS-51产品指令系统完全兼容2k字节可重擦写闪速存储器1000次擦写周期2.7-6V的工作电压范围全静态操作:OHz-24MHz两级加密程序存储器128k8字节内部RAM15个可编程I/0口线两个16位定时/计数器 6个中断源可编程串行UART通道可直接驱动LED的输出端口内置一个模拟比较器低功耗空闲和掉电模式图3 AT89C2051单片机引脚3.1.1 时钟电路计算机工作时，是在统一的时钟脉冲控制下一拍一拍的进行

23、的，这个脉冲是由单片机控制器中的时序电路发出的。单片机的时序就是CPU在执行指令时所需控制信号的时间顺序。为了保证各部件间的同步工作。单片机内部电路就在惟一的时钟信号控制下严格的按时序进行工作。要给单片机提供时序要有相关的硬件电路，即振荡器和时钟电路。因此选择了内部时钟方式。利用芯片内部的振荡器，然后在引脚XTAL1和XTAL两端跨接晶体或陶瓷谐振器，就构成了稳定的自激振荡器，其发出的脉冲直接送入内部时钟电路如图4所示，图5表示了单片机的外部时钟驱动电路。当外接晶振时，C1和C2值通常选择石英晶体时:C1、 C2=30pF1士10pF，陶瓷滤波器:C1、 C2=40pF士10pF左右。在实际连

24、接中，为了减少寄生电容，更好地保证振荡器稳定。可靠地工作，振荡器和电容应尽可能安装得与单片机芯片靠近。图4 单片机的内部振荡电路图5外部时钟驱动电路3.1.2 红外驱动芯片cc4069CC4069是由六个COS/MOS反相器电路组成，此器件主要用作通用反相器，即用于不需要中功率TTL驱动和逻辑电平转换的申路中。本设计应用它驱动红外接受管。CC4069有14引线多层陶瓷双列直插，熔封陶瓷双列直插,塑料双列直插和陶瓷片状载体4种封装形式。图6所示为本设计应用的封装。电压工作条件： 电源电压范围：3V15V 输入电压范围：OVVDD工作作温度范围： M类：-55 0C125 0C E类：-40 0C

25、85 0C极限值: 电源电压：-0.5V18V 输入电压：-0.5VDD+O.5V 输入电流： 10m 储存温度：-650C1500C引出端符号: 数据输入端：1A6A正电源:VCC 地:VSS数据输入端:1Y6Y图6 CC4069双列直插 CC4069的逻符号：如图7图7 CC4069的逻符号逻辑图：见图8 图8 CC4069逻辑图逻辑表达式：Y=3.1.3 7805稳压芯片在众多的稳压芯片中7805是比较便宜，它的实际使用也电路也比较简单。它的外围电路可以更加容易的实现设计。7805可以根据设的要求调整电压的输出。它的一般特性如下：输出最大电流：100mA可以输出可调电压：3.3V、5V、

26、6V、8V、9V、12V、15V、18V、24V如图9 7805常用电路图9 7805常用电路3.3声光报警电路声光报警电路如图10：555定时器，扬声器，普通红色发光二极管等组成声光报警电路。其中由555定时器组成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Uc也较高，阀值电压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

27、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、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。图10声光报警电路3.2.1 多谐振荡器555如图11：采用555 构成多谐振荡器可以实现脉宽范围占空比可调节，并且电路设计简单、成本低廉、占用面积小。在声光报警电路中，可以根据设计者需要的报警时间间隔长短来选择电阻，电容的大小。基算法

28、如下：接通电源后，电容C被充电，VC上升，当VC上升到2/3Vcc时，触发器被复位，同时放电BJT T导通，此时Vo为低电平，电容C通过R2和T放电，使VC下降。当VC下降到1/3Vcc时，触发器又被置位，Vo翻转为高电平。电容器C放电所需的时间为： （3）当C放电结束时，T截止，Vcc将能过R1，R2向电容器充电，VC由1/3Vcc上升到Vcc所需的时间为： （4）当VC上升到2/3Vcc时，触发器又发生翻转，如此周而复始，在输出端就得到一个周期性的方波，其频率为： （5）由于555内部的比较器的灵敏度较高，而且采用差分电路形式，它的振荡频率受电源电压的温度变化的影响很小。图11 555基本

29、应用电路图12 555的工作波形图从图12 555的工作波形图，可看出占空比是固定不变的。为了调解的方便，我把R1和R2都换成了电位器，就形成了占空比可调的电位器。以便于我们可以随时调节报警声的间隔时间。3.3直流稳压电源在电源部分，为了电源的统一性和电路的可靠性，所有的芯片都选了5V电源。小功率稳压电源的组成是应用电源变压器，整流，滤波和稳压电路等四部分组成。电源部分的硬件接线图如图13所示。由图13可知，为了硬件电路的的方便和成本，选择了12V的电源变压器。220V将交流电压经过变压器变压，再经过单项桥式整流桥变成脉动的直流电压。由于此脉动的直流电压还含有较大的波纹，必须通过滤波电路加以滤

30、除，从而得到平滑的直流电压。为了保险，要在电源输入端加入保险丝，防止后续电路短路造成烧坏电路。图13直流稳压电源硬件电路4系统软件设计系统软件部分包括主程序、中断子程序和其他子程序。主程序完成系统初始化后。子程序主要是中断程序。在编程时要注意不同单片机之间的差别，本设计应用的是AT89C2051它在编程时要知道它的一些约束条件，它含有2KB的Flash闪速程序存储器，指令系统与MCS-51完全兼容，可使用MCS-51指令系统对其进行编程。但是在使用某些有关指令进行编程时，程序员须注意一些-事项，跳转或分支有关的指令有一定的空间约束，使目的地址能安全落在AT89C2051的2kB的物里程序存储器空间内，程序员必须注意这一点。对于2KB存储器的AT89C2051来说，