光電子設(shè)計報告

1、摘 要本文介紹一種基于單片機的聲光報警系統(tǒng)設(shè)計實例。分別說明了系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計、軟件設(shè)計、系統(tǒng)的通訊方式及軟件的設(shè)計思想。該系統(tǒng)具有誤報率低、性能穩(wěn)定、傳輸距離遠、實用性強等特點。同國外相比，國內(nèi)在智能型火災(zāi)報警系統(tǒng)的研究上還是有一定的差距的。我國的智能型火災(zāi)報警系統(tǒng)還是存在諸如可靠性、穩(wěn)定性差:探測器信號處理方法單一，智能化程度低:未能很好解決探測器靈敏度和誤報率之間矛盾等問題?；诨馂?zāi)報警系統(tǒng)在國內(nèi)外的的發(fā)展狀況，這是一項迫切而有意義的設(shè)計。關(guān)鍵詞：STC89C52、DS18B20、HS0038B、數(shù)碼管、蜂鳴器、報警系統(tǒng)目 錄1、設(shè)計要求12、設(shè)計方案13、元器件簡介13.1、單片機S

2、TC89C52簡介13.2、溫度傳感器DS18B2023.3、紅外接收頭HS0038B34、設(shè)計電路及原理34.1、溫度接收模塊34.2、紅外發(fā)射模塊44.3、紅外接收模塊54.4、數(shù)碼管顯示模塊54.5、蜂鳴器報警模塊64.6、LED報警模塊75、 設(shè)計總結(jié)8參考文獻9附錄101、設(shè)計要求 1）包括電信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號系統(tǒng)，數(shù)字顯示系統(tǒng)，報警系統(tǒng)2）測量系統(tǒng)的性能特點等3）利用光電傳感器進行信號的采集及控制。2、設(shè)計方案 本設(shè)計通過溫度傳感器DS18B20進行數(shù)據(jù)采集，采集到的信號經(jīng)過單片機（STC89C52）處理及進行信號調(diào)制后，經(jīng)紅外發(fā)射管將將信號發(fā)出，再由紅外接收頭HS0038B接收紅

3、外信號。當溫度超過某一特定溫度時，經(jīng)單片機處理最終來實現(xiàn)聲光報警系統(tǒng)的功能。紅外發(fā)送編碼參考了nec協(xié)議并稍作修改。定義了起始碼為9ms低電平和4ms的高電平。低電平0定義為1ms的低電平和1ms的高電平，高電平1定義為1ms的低電平和3ms的高電平。38k載波采用定時器0的8位自動重裝模式，初值0xf4。在設(shè)計過程中，使用示波器測量發(fā)送接收的波形，基本一樣，沒有誤差。收發(fā)有效距離為1米，超過1米數(shù)據(jù)顯示錯誤，本方案還有很大的提高空間。3、元器件簡介3.1、單片機STC89C52簡介 圖3-1 單片機STC89C52STC89C52是一種帶8K字節(jié)閃爍可編程可檫除只讀存儲器（FPEROM-Fl

4、ash Programable and Erasable Read Only Memory ）的低電壓，高性能COMOS8的微處理器，俗稱單片機。該器件采用ATMEL搞密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。STC89C52具體介紹如下：  主電源引腳（2根） VCC(Pin40)：電源輸入，接5V電源 GND(Pin20)：接地線 外接晶振引腳（2根） XTAL1(Pin19)：片內(nèi)振蕩電路的輸入端 XTAL2(Pi

5、n20)：片內(nèi)振蕩電路的輸出端 控制引腳（4根） RST/VPP(Pin9)：復(fù)位引腳，引腳上出現(xiàn)2個機器周期的高電平將使單片機復(fù)位。 ALE/PROG(Pin30)：地址鎖存允許信號 PSEN(Pin29)：外部存儲器讀選通信號 EA/VPP(Pin31)：程序存儲器的內(nèi)外部選通，接低電平從外部程序存儲器讀指令，如果接高電平則從內(nèi)部程序存儲器讀指令。 可編程輸入/輸出引腳（32根） STC89C52單片機有4組8位的可編程I/O口，分別位P0、P1、P2、P3口，每個口有8位（8根引腳），共32根。 PO口（Pi

6、n39Pin32）：8位雙向I/O口線，名稱為P0.0P0.7 P1口（Pin1Pin8）：8位準雙向I/O口線，名稱為P1.0P1.7  P2口（Pin21Pin28）：8位準雙向I/O口線，名稱為P2.0P2.7  P3口（Pin10Pin17）：8位準雙向I/O口線，名稱為P3.0P3.7 3.2、溫度傳感器DS18B20圖3-2 溫度傳感器DS18B20 DS18B20數(shù)字溫度傳感器接線方便，封裝成后可應(yīng)用于多種場合，如管道式，螺紋式，磁鐵吸附式，不銹鋼封裝式，型號多種多樣，有LTM8877，LTM8874等等。（1） DS1

7、8B20的主要特性1、適應(yīng)電壓范圍更寬，電壓范圍：3.05.5V，在寄生電源方式下可由數(shù) 據(jù)線供電2、獨特的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊3、 DS18B20支持多點組網(wǎng)功能，多個DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實現(xiàn)組網(wǎng)多點測溫4、DS18B20在使用中不需要任何外圍元件，全部 傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)5、溫范圍55+125，在-10+85時精度為±0.56、可編程 的分辨率為912位，對應(yīng)的可分辨溫度分別為0.5、0.25、0.125和0.0625，可實現(xiàn)高精度測溫7、在9位分辨

8、率時最多在 93.75ms內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字，12位分辨率時最多在750ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快8、測量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號，以"一 線總線"串行傳送給CPU，同時可傳送CRC校驗碼，具有極強的抗干擾糾錯能力9、負壓特性：電源極性接反時，芯片不會因發(fā)熱而燒毀， 但不能正常工作。（2）DS18B20引腳定義：1、DQ為數(shù)字信號輸入/輸出端；2、GND為電源地；3、VDD為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時接地）。3.3、紅外接收頭HS0038B圖3-3 紅外接收頭HS0038B 紅外接收電路一體化的紅外接收裝置將遙控信號的接收、放大、檢波、整形集于一身，并

9、且輸出可以讓單片機識別的TTL 信號，這樣大大簡化了接收電路的復(fù)雜程度和電路的設(shè)計工作。4、設(shè)計電路及原理4.1、溫度接收模塊圖4-1 溫度接收原理圖4.2、紅外發(fā)射模塊信號調(diào)制原理：基帶信號：從信號源發(fā)出沒有經(jīng)過調(diào)制的原始信號，特點是頻率較低，信號頻率從0開始，頻譜較寬。調(diào)制：就是用待傳送信號去控制某個高頻信號的幅度、相位、頻率等參量變化的過程，即用一個信號去裝載另一個信號。圖4-2 信號調(diào)制原理圖圖4-3 紅外發(fā)射原理圖4.3、紅外接收模塊圖4-4 紅外接收原理圖4.4、數(shù)碼管顯示模塊圖4-5 數(shù)碼管顯示原理圖4.5、蜂鳴器報警模塊圖4-6 蜂鳴器報警模塊原理圖4.6、LED報警模塊圖4-

10、7 LED報警模塊原理圖5、設(shè)計總結(jié)剛開始知道題目時自己沒什么思路和頭緒，就只是一味的查資料，在網(wǎng)上確實是找了一大把的相關(guān)資料，可問題也相繼而來，按照網(wǎng)上的電路做出的板子根本不能成功，感覺涉及范圍也越來越大了，后經(jīng)組員商討，才突然明白由于太過倉促，將原本定好的思路打亂了，做的事情完全沒按照所想好的提綱來。所以不管做什么事，首先要明確的是自己要做什么，該怎么做，而不是盲目想達到某種目的，急于求成往往達不到效果的。在這次光電子設(shè)計中，我學(xué)到了很多專業(yè)方面的知識，加強了動手能力并掌握了許多實際性的東西心與各部屬電路相結(jié)合組成一個電路原理圖。同時還學(xué)到了很多課內(nèi)學(xué)不到的東西，比如獨立思考解決問題，出現(xiàn)

11、差錯的隨機應(yīng)變，和與人合作共同提高，都受益非淺，今后的制作應(yīng)該更輕松，自己也都能扛的起并高質(zhì)量的完成項目。參考文獻1金發(fā)慶.傳感器技術(shù)與應(yīng)用.北京：機械工業(yè)出版社，20042 安毓英，劉繼芳，李慶輝，馮喆珺，等. 光電子技術(shù)（第3版）. 北京：電子工業(yè)出版社，2011 3 陳益飛，沈兆軍，孫干超，等. 單片機原理及技術(shù)應(yīng)用. 北京：國防工業(yè)出版社，20114何利明.單片機高級教程. 北京：航空航天大學(xué)出版社，2000 5 閻石. 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五版）. 北京：高等教育出版社，20066 康華光. 電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分（第五版）. 北京：高等教育出版社，20067 孫宏國，周云龍. 電子系

12、統(tǒng)設(shè)計與實踐. 北京：清華大學(xué)出版社，20128李朝青.單片機原理與接口技術(shù). 北京：航空航天大學(xué)出版社，1999附錄1、元件清單：單片機STC89C52 （2個）、溫度傳感器DS18B20 （1個）、紅外發(fā)射二極管 （1個）、紅外接收頭HS0038B （1個）、數(shù)碼管 （3個）、蜂鳴器 （1個）、發(fā)光二極管 （8個）。2、程序清單：1)紅外發(fā)送模塊程序：main.c:#include<reg52.h> sbit CarryWave = P17;sbit ir_send = P16; void TransData(unsigned char _data);void CarrierW

13、aveInit(void);void delay_ms(unsigned int t);void ConfigTimer0(unsigned int ms);void TransData2(unsigned char _data2);extern bit Start18B20();extern bit Get18B20Temp(int *temp);bit flag1s=0;bit res=0; int temp; /讀取到的當前溫度值unsigned char T0RH = 0; /T0重載值的高字節(jié)unsigned char T0RL = 0; /T0重載值的低字節(jié)unsigned cha

14、r intT,decT; void main() EA=1; PT1=1; ConfigTimer0(1); CarrierWaveInit(); Start18B20(); /啟動DS18B20 while(1) TransData(intT); TransData2(decT); if (flag1s) /每秒更新一次溫度 flag1s = 0; res = Get18B20Temp(&temp); /讀取當前溫度 if (res) /讀取成功時，刷新當前溫度顯示 intT = temp >> 4;/intT=intT/16+intT%16; /分離出溫度值整數(shù)部分 d

15、ecT = temp & 0xF; /分離出溫度值小數(shù)部分 decT = decT*10/16;/a=intT/10; /整數(shù)部分數(shù)據(jù)處理/b=intT%10; Start18B20(); /重新啟動下一次轉(zhuǎn)換 void TransData(unsigned char _data) unsigned char i; ir_send = 0; delay_ms(9); ir_send= 1; /輸出0 delay_ms(4); /4ms的啟動低電平 for(i=0;i<8;i+) ir_send= 0; /輸出1delay_ms(1); if(_data&(1<<

16、;i) ir_send=1;delay_ms(3); /1左移i位 ，先發(fā)低位 /如果發(fā)送1 則高低電平比為1:1 else ir_send=1; delay_ms(1); /如果發(fā)送0 則高低電平比為1:3 ir_send = 1;/delay_ms(300);void TransData2(unsigned char _data2) unsigned char j; for(j=0;j<8;j+) ir_send= 0; /輸出1 delay_ms(1); if(_data2&(1<<j) ir_send=1;delay_ms(3); /1左移i位 ，先發(fā)低位 /

17、如果發(fā)送1 則高低電平比為1:1 else ir_send=1; delay_ms(1); /如果發(fā)送0 則高低電平比為1:3 ir_send=1;/*定時器1初始化函數(shù)*函數(shù)名 ：CarrierWaveInit()*參 數(shù) ：無*功 能 ：38K載波信號定時器初始化*返回值 ：無*/void CarrierWaveInit(void) EA=1; TMOD &= 0x0f; /清零T0的控制位 TMOD |= 0x20; /八位自動重裝模式TH1 = 0XF4; /38k載波信號TL1 = 0XF4;ET1 = 1; /打開TR1 = 1;/*定時器1中斷函數(shù)載波發(fā)生*/*函數(shù)名 ：

18、CarrierWave()*參 數(shù) ：無*功 能 ：定時器中斷產(chǎn)生38KHZ載波信號*返回值 ：無*/void CarrierWave(void) interrupt 3 CarryWave = CarryWave; void delay_ms(unsigned int t) /誤差 -0.651041666667us unsigned char a,b;for(;t>0;t-) for(b=4;b>0;b-) for(a=43;a>0;a-);void ConfigTimer0(unsigned int ms) unsigned long tmp; /臨時變量 tmp =

19、11059200 / 12; /定時器計數(shù)頻率 tmp = (tmp * ms) / 1000; /計算所需的計數(shù)值 tmp = 65536 - tmp; /計算定時器重載值 tmp = tmp + 12; /補償中斷響應(yīng)延時造成的誤差 T0RH = (unsigned char)(tmp>>8); /定時器重載值拆分為高低字節(jié) T0RL = (unsigned char)tmp; TMOD &= 0xf0; /清零T0的控制位 TMOD |= 0x01; /配置T0為模式1 TH0 = T0RH; /加載T0重載值 TL0 = T0RL; ET0 = 1; /使能T0中斷

20、 TR0 = 1; /啟動T0/* T0中斷服務(wù)函數(shù)，完成1秒定時 */void InterruptTimer0() interrupt 1 static unsigned int tmr1s = 0; TH0 = T0RH; /重新加載重載值 TL0 = T0RL; tmr1s+; if (tmr1s >=700) /定時1s tmr1s = 0; flag1s = 1; DS18B20.c:#include <reg52.h>#include <intrins.h>sbit IO_18B20 = P32; /DS18B20通信引腳/* 軟件延時函數(shù)，延時時間(

21、t*10)us */void DelayX10us(unsigned char t) do _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); while (-t);bit Get18B20Ack()bit ack;EA = 0;IO_18B20 = 0;DelayX10us(50);IO_18B20 = 1;DelayX10us(6);ack = IO_18B20;while(!IO_18B20);EA = 1;return ack;void Write18B20(unsigned char dat)

22、unsigned char mask;EA = 0;for(mask=0x01; mask!= 0; mask<<=1)IO_18B20 = 0;_nop_();_nop_();if(mask&dat) = 0)IO_18B20 = 0;elseIO_18B20 = 1;DelayX10us(6);IO_18B20 = 1;EA = 1;unsigned char Read18B20()unsigned char dat;unsigned char mask;EA = 0;for(mask=0x01; mask!=0; mask<<=1)IO_18B20 = 0

23、;_nop_();_nop_();IO_18B20 = 1;_nop_();_nop_();if(!IO_18B20)dat &= mask;elsedat |= mask;DelayX10us(6);EA = 1;return dat;bit Start18B20()bit ack;ack = Get18B20Ack();if(ack = 0)Write18B20(0xCC);Write18B20(0x44);return ack;bit Get18B20Temp(int *temp)bit ack;unsigned char LSB, MSB;ack = Get18B20Ack()

24、;if(ack = 0)Write18B20(0xCC);Write18B20(0xBE);LSB = Read18B20();MSB = Read18B20();*temp = (int)MSB<<8) + LSB;return ack;2) 紅外接收模塊程序：main.c:#include <reg52.h>sbit ADDR0 = P10;sbit ADDR1 = P11;sbit ADDR2 = P12;sbit ADDR3 = P13;sbit ENLED = P14;sbit LED0=P00;sbit LED1=P03;sbit LED2=P04;sbit

25、 LED3=P07;sbit BUZZ=P16;bit led0=1,led1=1,led2=1,led3=1;unsigned char code LedChar = /數(shù)碼管顯示字符轉(zhuǎn)換表 0xC0, 0xF9, 0xA4, 0xB0, 0x99, 0x92, 0x82, 0xF8, 0x80, 0x90, 0x88, 0x83, 0xC6, 0xA1, 0x86, 0x8E;unsigned char LedBuff6 = /數(shù)碼管顯示緩沖區(qū) 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF;unsigned char T0RH = 0; /T0重載值的高字節(jié)unsi

26、gned char T0RL = 0; /T0重載值的低字節(jié)unsigned char intT=0;extern bit irflag;extern unsigned char ircode4;extern void InitInfrared(void);void ConfigTimer0(unsigned int ms);void main() EA = 1; /開總中斷 ENLED = 0; ADDR3 = 1; InitInfrared(); /初始化紅外功能 ConfigTimer0(1); /配置T0定時1ms PT0 = 1; /配置T0中斷為高優(yōu)先級，啟用本行可消除接收時的閃爍

27、 while (1) if (irflag=1) /接收到紅外數(shù)據(jù)時刷新顯示 irflag = 0;intT=ircode0&0x0f+(ircode0>>4)*16 ; LedBuff2 = LedCharintT/10; /用戶碼顯示 LedBuff1 = LedCharintT%10 & 0x7f; ;/ LedBuff1 = LedChar5; /鍵碼顯示 LedBuff0 = LedCharircode1; /* 配置并啟動T0，ms-T0定時時間 */void ConfigTimer0(unsigned int ms) unsigned long tmp

28、; /臨時變量 tmp = 11059200 / 12; /定時器計數(shù)頻率 tmp = (tmp * ms) / 1000; /計算所需的計數(shù)值 tmp = 65536 - tmp; /計算定時器重載值 tmp = tmp + 10; /補償中斷響應(yīng)延時造成的誤差 T0RH = (unsigned char)(tmp>>8); /定時器重載值拆分為高低字節(jié) T0RL = (unsigned char)tmp; TMOD &= 0xF0; /清零T0的控制位 TMOD |= 0x01; /配置T0為模式1 TH0 = T0RH; /加載T0重載值 TL0 = T0RL; ET

29、0 = 1; /使能T0中斷 TR0 = 1; /啟動T0/* 數(shù)碼管動態(tài)掃描刷新函數(shù)，需在定時中斷中調(diào)用 */void LedScan() static unsigned char i = 0; /動態(tài)掃描索引P0=0xff; switch(i)case 0: ADDR2=0; ADDR1=0; ADDR0=0; i+; P0=LedBuff0;break;case 1: ADDR2=0; ADDR1=0; ADDR0=1; i+; P0=LedBuff1;break;case 2: ADDR2=0; ADDR1=1; ADDR0=0; i+; P0=LedBuff2;break;case

30、3: ADDR2=1; ADDR1=1; ADDR0=0; i+; LED0=led0;break;case 4: ADDR2=1; ADDR1=1; ADDR0=0;i+; LED1=led1;break;case 5: ADDR2=1; ADDR1=1; ADDR0=0; i+; LED2=led2;break;case 6: ADDR2=1; ADDR1=1; ADDR0=0; i=0; LED3=led3;break;default:break;/* T0中斷服務(wù)函數(shù)，執(zhí)行數(shù)碼管掃描顯示 */void InterruptTimer0() interrupt 1 static unsigned char i; TH0 = T0RH; /重新加載重載值 TL0 = T0RL; LedScan(); /數(shù)碼管掃描顯示 i+;if(i>=100) i=0; if(intT>=32) led0=led0; led1=led1; led2=led2; led3=led3; else led0=1; led1=1; led2=1; led3=1; if(intT>=32) BUZZ=BUZZ;ir_rec