停電報(bào)警器課程設(shè)計(jì)

1、 設(shè)計(jì)題目： 停電報(bào)警器 院 系： 電氣工程系 專 業(yè)： 電子信息工程 年 級(jí)： 2012 級(jí) 姓 名： 楊燕 指導(dǎo)教師： 黎松奇 西南交通大學(xué)峨眉校區(qū) 2014年 12月 1日課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書專 業(yè) 電子信息工程 姓 名 楊燕 學(xué) 號(hào) 20128094 開(kāi)題日期： 2014年 11月10 日 完成日期：2014 年 12 月 19日題 目：停電報(bào)警器一、設(shè)計(jì)的目的在一些場(chǎng)合，必須保證不間斷地供電，或停電后必須通知操作者，使其知道已經(jīng)停電，采取相應(yīng)的措施。這就需要一個(gè)停電報(bào)警器，當(dāng)市電220v正常供電時(shí)，報(bào)警處于監(jiān)測(cè)狀態(tài)，當(dāng)市電220v停電時(shí)，馬上發(fā)出響亮的報(bào)警聲，提醒人們注意，現(xiàn)在

2、已經(jīng)停電，從而采取相應(yīng)的措施。同時(shí)停電報(bào)警器也可以應(yīng)用于安防工作，現(xiàn)在，許多不法分子在行不法之事之前都會(huì)先切斷電源。在一些重要場(chǎng)所，熱釋電紅外傳感器電路與停電報(bào)警器電路相結(jié)合就形成了雙重保障，鞏固了安防系統(tǒng)。二、設(shè)計(jì)的內(nèi)容及要求本次設(shè)計(jì)主要是用51單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)，使其在停電能實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能。此次設(shè)計(jì)給出停電報(bào)警器電路的各個(gè)模塊電路的設(shè)計(jì)和所需主要器件的主要參數(shù)，并介紹硬件實(shí)現(xiàn)的詳細(xì)方案，給出本次設(shè)計(jì)的硬件原理電路圖，并分點(diǎn)描述各模塊功能；并給出軟件實(shí)現(xiàn)的程序流程圖，并介紹各模塊所要實(shí)現(xiàn)的功能。 三、指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ) 四、成 績(jī) 指導(dǎo)教師 (簽章) 年 月 日一、組成框圖及工作原理系統(tǒng)組成框圖如圖1所示

3、，根據(jù)系統(tǒng)擬達(dá)到的總體功能，將其劃分為以下功能模塊:主副電源電路、熱釋電紅外傳感器電路、停電報(bào)警器警鈴電路和自動(dòng)報(bào)警器電路等。主 副 電 源 電路 自 動(dòng) 報(bào) 警 器A T 8 9 C 5 1警 鈴 電 路停電報(bào)警器熱釋電紅外傳感器電路 圖1 系統(tǒng)組成圖框圖一旦有人入侵、或電源被切斷時(shí)，與之相應(yīng)的報(bào)警探測(cè)器立即向用戶端自動(dòng)報(bào)警主機(jī)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，接到警情事件后，自動(dòng)報(bào)警主機(jī)立即進(jìn)行確認(rèn)，確認(rèn)無(wú)誤后，進(jìn)行事件的現(xiàn)場(chǎng)聲(蜂鳴器)報(bào)警。二、人體熱釋電紅外傳感器感 2.1感應(yīng)器技術(shù)應(yīng)器技術(shù)是信息采集技術(shù)的第一步，感應(yīng)器是將能夠感受到的及按規(guī)定被測(cè)量的按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置，通常由敏

4、感元件和轉(zhuǎn)換元件組成，其中敏感元件是指感應(yīng)器中能直接感受或響應(yīng)被測(cè)量(輸入量)的部分，轉(zhuǎn)換元件是指感應(yīng)器中能將敏感元件感受的或響應(yīng)的感應(yīng)量轉(zhuǎn)換成適于傳輸和（或）測(cè)量的電信號(hào)的部分。 1. 感應(yīng)器的作用 A、信息的收集。對(duì)某種特定要求，需檢測(cè)目標(biāo)物的存在狀態(tài)，把某狀態(tài)信息轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)，對(duì)系統(tǒng)或裝置的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。 B、信息數(shù)據(jù)的交換。把以文字、符號(hào)、代碼、圖形等多種形式記錄在紙或膠片上的信nS數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)、傳真機(jī)等易處理的信號(hào)數(shù)據(jù)，或者讀出記錄在各種媒介上的信息并進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 C、控制信息的采集。檢測(cè)控制系統(tǒng)處于某種狀態(tài)的信息，并由此控制系統(tǒng)

5、的狀態(tài)，或者跟蹤系統(tǒng)變化的目標(biāo)值。 現(xiàn)在有關(guān)防盜的傳感器非常多，有無(wú)線人體熱釋電傳感器、無(wú)線門磁傳感器、振動(dòng)位移傳感器、紅外線反射開(kāi)關(guān)無(wú)線探頭、門把手人體接近感應(yīng)傳感器、雷達(dá)波人體檢測(cè)無(wú)線探頭等等。本系統(tǒng)考慮到不僅要滿足可靠探測(cè)的需要，而且還需經(jīng)濟(jì)實(shí)用和安裝操作簡(jiǎn)便，所以選用了無(wú)線人體熱釋電紅外傳感器完成防盜監(jiān)測(cè)。當(dāng)不法分子企圖從非法進(jìn)入室內(nèi)時(shí)，無(wú)線人體熱釋電傳感器能檢測(cè)到人體移動(dòng)的紅外信號(hào)。三、停電檢測(cè)3.1、停電報(bào)警器結(jié)構(gòu)框圖及說(shuō)明電壓比較電路市電檢測(cè)電路光電耦合電路圖5. 停電檢測(cè)器結(jié)構(gòu)框圖該停電檢測(cè)報(bào)警器的結(jié)構(gòu)框圖如上所示，由三大部分組成，分別為市電檢測(cè)電路、光電耦合電路、電

6、壓比較電路組成。主要工作程序是先通過(guò)市電檢測(cè)電路檢測(cè)是否供電，然后經(jīng)過(guò)光電耦合電路，使光電耦合器判斷是否特殊三極管導(dǎo)通或者截止，然后通過(guò)電壓比較電路，判斷輸出的是否為高電平或者低電平，看是否三極管導(dǎo)通或者截止，輸出電平信號(hào)，送單片機(jī)的P0口進(jìn)行報(bào)警處理。3.2、系統(tǒng)原理圖及工作原理由圖6，可以知道該電路的工作原理。當(dāng)停電檢測(cè)器檢測(cè)到?jīng)]有停電時(shí)，指示燈發(fā)光，而揚(yáng)聲器不發(fā)出聲音。當(dāng)電流經(jīng)過(guò)4N33時(shí)，里面的特殊發(fā)光二極管發(fā)光，使4N33里的特殊三極管導(dǎo)通，3V電源正常工作，輸出電壓，同時(shí)經(jīng)過(guò)電壓比較器，到達(dá)三極管VT1，而VT1這時(shí)截止。輸出低電平信號(hào)，單片機(jī)的P0口檢測(cè)不到報(bào)警信號(hào)，所以不發(fā)聲。

7、圖6、停電檢測(cè)器原理圖當(dāng)停電時(shí)，220V沒(méi)有輸入，停電報(bào)警器檢測(cè)到停電，4N33內(nèi)的特殊三極管不導(dǎo)通，只有3V電源在工作，經(jīng)過(guò)電壓比較器，到達(dá)VT1，這時(shí)三極管導(dǎo)通，從而p0口檢測(cè)到高電平，發(fā)出警報(bào)。3.2.1、市電（220v）測(cè)電路圖7、市電測(cè)電路該部分的電路，功能是檢測(cè)是否斷電，如果斷電，則指示燈不亮，如果供電正常，則指示燈發(fā)光。3.2.2光電耦合器及光電耦合電路光電耦合器4N33是以光為媒介傳輸電信號(hào)的一種電-光-電轉(zhuǎn)換器件。它由發(fā)光源和受光器兩部分組成。把發(fā)光源和受光器組裝在同一密閉的殼體內(nèi)，彼此間用透明絕緣體隔離。發(fā)光源的引腳為輸入端，受光器的引腳為輸出端，常見(jiàn)的發(fā)光源為發(fā)光二極管，

8、受光器為光敏二極管、光敏三極管等等。在光電耦合器輸入端加電信號(hào)使發(fā)光二極管發(fā)光，光的強(qiáng)度取決于激勵(lì)電流的大小，此時(shí)照射到封裝在一起的受光器上后，因光電效應(yīng)而產(chǎn)生了光電流，由受光器輸出端引出，這樣就實(shí)現(xiàn)了電-光-電的轉(zhuǎn)換。光電耦合器內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖8所示：圖8、4N33內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 圖9、光電耦合電路3.2.3、LM358及電壓比較電路LM358系列由兩個(gè)獨(dú)立的高增益，內(nèi)部頻率補(bǔ)償運(yùn)算放大器組成。這些運(yùn)算放大器具有低功耗，共模輸入電壓范圍擴(kuò)大到地/視頻電子工程專輯，可以是單電源或者分割電源工作。這些放大器具有幾個(gè)明顯的優(yōu)勢(shì)超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)在單電源放大器的應(yīng)用程序類型。他們可以工作電壓低至3.0V或高達(dá)32V。

9、LM358可以采用DIP-8和TSSOP-8或者M(jìn)SOP-8進(jìn)行封裝。該芯片特點(diǎn)是內(nèi)部頻率補(bǔ)償增益，寬電源電壓范圍332V內(nèi)虛擬，輸入共模電壓范圍包括地面，大型直流電壓增益：100dB的典型，符合ROHS。該芯片可用于電池充電器，無(wú)繩電話，開(kāi)關(guān)電源，停電報(bào)警器等方面。芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖10所示：圖10、LM358內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖電壓比較電路就是以電壓比較器為主要結(jié)構(gòu)的單元電路。如圖11所示：圖11、電壓比較電路該電路功能是接收3V電源和光電耦合器4N33輸出的電壓，通過(guò)芯片LM358，送到三極管VT1，使三極管導(dǎo)通或者截止。四、電源電路電源電路原理圖如圖12所示，系統(tǒng)的主電源采用220V交流供電，電網(wǎng)

10、的220V交流電經(jīng)橋路整流，電容濾波，送入7805輸入端，最后輸出5V直流電。當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生停電故障，單片機(jī)的P0.2口檢測(cè)到低電平，單片機(jī)做出停電報(bào)警處理。報(bào)警器應(yīng)實(shí)現(xiàn)24小時(shí)不間斷監(jiān)控，不容許出現(xiàn)停電故障，這就需要使用備用電源。本系統(tǒng)的備用電源為5V的直流電源，當(dāng)主電源供電正常的情況下，由于二極管D3的作用，備用電源不工作。當(dāng)主電源發(fā)生故障則備用電源開(kāi)始工作。圖12、電源電路原理圖五、報(bào)警器電路報(bào)警器的主機(jī)采用AT89C51單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。單片機(jī)是將中央處理器(CPU)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)、只讀存儲(chǔ)器(ROM)、定時(shí)/計(jì)數(shù)器及輸入輸出接口電路等計(jì)算機(jī)主要部件集成在一塊集成電路芯片上的微型算

11、機(jī)。本文選用ATMEL公司生產(chǎn)的8位單片機(jī)AT89C51，構(gòu)成系統(tǒng)的主機(jī)。圖13、警鈴電路原理圖P0口為檢測(cè)用戶端口，分別和防盜報(bào)警、斷電提醒的輸出端相連，P2.3接到蜂鳴器端晶體管基極輸入端，當(dāng)P2.3輸出高電平“1”時(shí)，晶體管導(dǎo)通，壓電蜂鳴器兩端獲得約+5V電壓而鳴叫；當(dāng)P2.3輸出低電平“0” 時(shí)，三極管截止，蜂鳴器停止發(fā)聲。圖14、總電路圖六、報(bào)警器軟件設(shè)計(jì)6.1 匯編語(yǔ)言一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)，無(wú)論是大型機(jī)還是微型機(jī)，如果只有硬件，而沒(méi)有任何軟件（程序），是不能工作的。單片機(jī)也不例外，它必須配合各種各樣的軟件才能發(fā)揮其運(yùn)算和控制的功能。被系統(tǒng)采用的是匯編語(yǔ)言。6.1.1 單片機(jī)匯編語(yǔ)言程序設(shè)

12、計(jì)的基本步驟單片機(jī)匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)的基本步驟如下：(1) 設(shè)計(jì)任務(wù)的分析、確定思路或算法。(2) 程序的總體設(shè)計(jì)并畫出流程圖。(3) 編寫源程序?？稍诰幾g軟件下編程，要求簡(jiǎn)練、層次清楚、字節(jié)數(shù)少和執(zhí)行時(shí)間短等。(4) 源程序的匯編和調(diào)試。(5) 編寫程序說(shuō)明文件。6.1.2匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)方法(1) 匯編程序的基本結(jié)構(gòu)總是簡(jiǎn)單程序、分支程序、循環(huán)程序、查表程序、子程序、中斷程序等結(jié)構(gòu)化的程序模塊有機(jī)組成的。(2) 劃分功能模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)。(3) 自上而下逐漸求精。6.2 報(bào)警系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)自動(dòng)報(bào)警器軟件部分采用模塊化設(shè)計(jì)，分為主程序、檢測(cè)程序。應(yīng)用匯編語(yǔ)言編程，使用G6W型仿真器，在Keil u

13、Vision3環(huán)境里運(yùn)行，最后用燒寫器將程序?qū)懭雴纹瑱C(jī)。6.2.1 主程序設(shè)計(jì)主程序首先對(duì)單片機(jī)進(jìn)行初始化，然后進(jìn)入檢測(cè)程序，開(kāi)始布防。當(dāng)檢測(cè)到意外情況（有人入侵、發(fā)生火災(zāi)、公網(wǎng)斷電）時(shí)，通過(guò)標(biāo)志位進(jìn)行警情判別，然后進(jìn)入報(bào)警程序進(jìn)行分類報(bào)警，主程序的程序流程圖見(jiàn)圖14。圖15、主程序程序流程圖6.2.2 檢測(cè)程序設(shè)計(jì)圖15為檢測(cè)程序流程圖。程序開(kāi)始，首先置P0口為高電平，為輸入狀態(tài)。然后循環(huán)依次檢測(cè)P0.0、P0.1口，當(dāng)某一管腳為低電平時(shí)，進(jìn)行防抖測(cè)試，如確認(rèn)為報(bào)警信號(hào)，則置相應(yīng)的標(biāo)志位為1，以便以后判別報(bào)警類型，標(biāo)志位為單片機(jī)內(nèi)部RAM的20H單元的低三位20H.0、20H.1，返回主程序

14、。圖17、檢測(cè)程序流程圖6.3、實(shí)驗(yàn)程序ORG 0000H LJMP START ;轉(zhuǎn)入主程序CLEAR: MOV 20H,#00H ; 20H 單元內(nèi)存清0MOV A,#0FFH MOV P0,A ; 初始化P0口MOV A,0F7HMOV P1,A ; 初始化P2口RETSTART: ACALL CLEARMAIN: LCALL CHECK JB 00H,ALARM ;判斷20H.0位為1時(shí)執(zhí)行ALARM JB 01H,ALARM ;判斷20H.1位為1時(shí)執(zhí)行ALARM AJMP MAIN ;返回主程序MAIN; 檢測(cè)程序CHECK: MOV P0,#0FFH JNB P0.0,KEY0

15、JNB P0.1,KEY1 RETKEY0: LCALL DL10MS ;延時(shí)10ms消抖 JB P0.0,OUT0 SETB 00H ;P0.0位置1（說(shuō)明為防盜報(bào)警） CLR 01HOUT0: RET KEY1: LCALL DL10MS ;延時(shí)10ms消抖 JB P0.1,OUT1 SETB 01H ;P0.1位置1（公網(wǎng)斷電） CLR 00HOUT1: RET ; 報(bào)警程序ALARM: SETB P2.3 ;啟動(dòng)蜂鳴器報(bào)警 LCALL DL20S CLR P2.3 AJMP MAIN; 延時(shí)子程序;延時(shí)子程序，執(zhí)行一次時(shí)間為513usDL512: MOV R3,#0FFHLOOP4:

16、DJNZ R3,LOOP4 RET;1s延時(shí)子程序DL1S: MOV R5,#64HLOOP6: LCALL DL10MS DJNZ R5,LOOP6 RET;10ms延時(shí)子程序(調(diào)用20次0.5ms延時(shí)子程序)DL10MS: MOV R4,#14HLOOP5: LCALL DL512 DJNZ R4,LOOP5 RET;20s延時(shí)子程序(調(diào)用20次1s延時(shí)子程序)DL20S: MOV R6,#14HLOOP7: LCALL DL1SDJNZ R6,LOOP7RETEND ;程序結(jié)束 七、Protues仿真7.1.1Proteus介紹Proteus是一款電路分析實(shí)物仿真系統(tǒng)，可仿真各種電路和I

17、C，并支持單片機(jī)，元件庫(kù)齊全，使用方便，是不可多得的專業(yè)的單片機(jī)軟件仿真系統(tǒng)。7.1.2Proteus的使用步驟（1）打開(kāi)Proteus軟件，畫好硬件電路圖。（2）右鍵選中單片機(jī)后左鍵關(guān)聯(lián)程序，是關(guān)聯(lián)Keil生成的“.hex”文件。（3）單擊Proteus界面的運(yùn)行按鍵進(jìn)行虛擬仿真，并在Keil C中進(jìn)行調(diào)試。7.2硬件仿真7.2.1仿真電路由于我的硬件設(shè)計(jì)采用的人體熱釋電紅外傳感器和停電檢測(cè)器在Proteus的元件庫(kù)中沒(méi)有相應(yīng)的元件，故用按鍵代替。因?yàn)橛布O(shè)計(jì)的工作原理為當(dāng)P0.0 、P0.2讀入低電平的報(bào)警信號(hào)時(shí)報(bào)警，所以將P0.0 、 P0.2接按鍵代替人體熱釋電紅外傳感器，光電感煙探測(cè)器和電源部分，當(dāng)有鍵按下時(shí)，讀入低電平報(bào)警。此外，復(fù)位端由于沒(méi)有IMP812芯