對(duì)射式光電開(kāi)關(guān)報(bào)警器的設(shè)計(jì)

1、 題 目：對(duì)射式光電開(kāi)光報(bào)警器的設(shè)計(jì) 1 對(duì)射式光電開(kāi)關(guān)報(bào)警器的設(shè)計(jì)摘 要：報(bào)警器是一種為防止或預(yù)防某事件發(fā)生所造成的后果，以聲、光兩種形式來(lái)提醒或警示我們應(yīng)當(dāng)采取某種行動(dòng)的電子產(chǎn)品。本設(shè)計(jì)主要運(yùn)用單片機(jī)和對(duì)射式光電開(kāi)關(guān)來(lái)有效的控制報(bào)警電路，它具有制作簡(jiǎn)單，成本低，安裝方便，防盜性能比較穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)，靈敏度高，安全可靠，壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。設(shè)計(jì)中包括硬件和軟件兩部分,硬件中的對(duì)射式光電開(kāi)關(guān)利用紅外對(duì)管的接收特性，當(dāng)有不透明物體通過(guò)時(shí)光電開(kāi)關(guān)斷開(kāi),系統(tǒng)開(kāi)始報(bào)警,雙擊手動(dòng)開(kāi)關(guān)后，系統(tǒng)再次進(jìn)入布防狀態(tài)。處理器采用51系列單片機(jī)AT89C51，整個(gè)系統(tǒng)在軟件的控制下工作。對(duì)射式光電開(kāi)關(guān)報(bào)警器安裝隱蔽，

2、不易被盜賊發(fā)現(xiàn)，可有效的起到報(bào)警和防范的作用。 關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；對(duì)射式光電開(kāi)關(guān)；報(bào)警電路 The Design of the beam photoelectric switch alarm Abstract:Alarm is a kind of electronic products, which uses light and voice two forms to remind or warn us to take some actions when we prevent the consequences caused by certain events . This design mainl

3、y uses microcomputer and correlation photoelectric medallion to effectively control the alarm circuit. It has many advantages ,such as easy fabrication and installation ,low cost, stable anti-theft performance ability, strong anti-interference ability, high sensitivity, safe and reliable, long servi

4、ce life, etc.The design includes two sections that are software and hardware.The laser photoelectric switch via infrared receiver characteristics in hardware , the switch is to break and the system began to alarm while opaque object passes through circuit and the system gain in the development of st

5、ate when double-click the manual switch. Processor uses 51 series single-chip microcomputer AT89C51, the whole system is working under the control of software.The beam photoelectric switch alarm system is not to be found by thieves because of concealment installation,what's more,it can effective

6、ly play a role in warning and prevention. Keyword: SCM;the photoelectric switch; the alarm circuit 11引言隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，人們的生活水平得到很大的提高并且對(duì)私有財(cái)產(chǎn)和公共安全的保護(hù)意識(shí)也在不斷的增強(qiáng)，報(bào)警器在日常生活中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。故本次設(shè)計(jì)就是為了滿足人們生活需求而設(shè)計(jì)的電子防盜系統(tǒng)。就目前市面上的報(bào)警器主要有壓力觸發(fā)式防盜報(bào)警器、開(kāi)關(guān)電子防盜報(bào)警器和壓力遮光觸發(fā)式防盜報(bào)警器等，但這幾種比較常的報(bào)警器都存在一些缺點(diǎn)：（一）壓力觸發(fā)式防盜報(bào)警器由于壓力板式安裝在

7、墊子內(nèi)，當(dāng)主機(jī)停止工作，主人在家走動(dòng)時(shí)，都很容易失報(bào)和誤報(bào)，其可靠性低。（二）開(kāi)關(guān)式電子防盜報(bào)警器一般只有一個(gè)定點(diǎn)，有效范圍小，而且各種開(kāi)關(guān)也易壞，失報(bào)和誤報(bào)率高，不可靠。（三）遮光式觸發(fā)防盜報(bào)警器在受到太陽(yáng)光照射就會(huì)引起誤報(bào)，而且準(zhǔn)確度不高。而本設(shè)計(jì)中所使用的對(duì)射式光電開(kāi)關(guān)運(yùn)用紅外線，有很強(qiáng)的隱蔽性且準(zhǔn)確性高、檢測(cè)距離遠(yuǎn)，在防盜、警戒等安保裝置中得到了廣泛的應(yīng)用。這種報(bào)警器利用開(kāi)關(guān)的通斷性來(lái)有效的報(bào)警。同時(shí)，對(duì)射式光電開(kāi)關(guān)既可用于防盜報(bào)警裝置，也可用于制動(dòng)控制、遙測(cè)等領(lǐng)域，總之報(bào)警器與社會(huì)生活密不可分。2 設(shè)計(jì)概述本系統(tǒng)采用對(duì)射式光電開(kāi)關(guān)來(lái)檢測(cè)信號(hào)，它的制作簡(jiǎn)單、成本低，安裝比較方便，而且防

8、盜性能比較穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)、靈敏度高、安全可靠。這種防盜器安裝隱蔽，不易被盜賊發(fā)現(xiàn),同時(shí)它的信號(hào)經(jīng)過(guò)單片機(jī)系統(tǒng)處理后能有效控制電路系統(tǒng)。2.1設(shè)計(jì)任務(wù)與要求(1)本設(shè)計(jì)包括硬件和軟件設(shè)計(jì)兩個(gè)部分。模塊劃分為信息采集、時(shí)鐘控制、電源控制、復(fù)位模塊、開(kāi)關(guān)與報(bào)警等模塊。(2)該開(kāi)關(guān)報(bào)警系統(tǒng)由對(duì)射式光電開(kāi)關(guān)、鳴器、單片機(jī)控制電路、LED控制電路及相關(guān)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(shè)定、本地報(bào)警等功能。終端由中央處理器、輸入模塊、輸出模塊、功能設(shè)定模塊等部分組成。(3)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)功能。工作人員把報(bào)警系統(tǒng)設(shè)置在布防狀態(tài)，對(duì)射式光電開(kāi)關(guān)工作起來(lái),當(dāng)有人闖入時(shí)，對(duì)射式光電開(kāi)關(guān)

9、斷開(kāi)，由程序控制單片機(jī)處理運(yùn)算后驅(qū)動(dòng)執(zhí)行報(bào)警電路使報(bào)警器開(kāi)始工作。(4)紅外線具有隱蔽性，在露天防護(hù)的地方設(shè)計(jì)一束紅外線可以方便地檢測(cè)到是否有人出入。該裝置設(shè)計(jì)的要點(diǎn)：一是能有效判斷是否有人員進(jìn)入；二是盡可能大地增加防護(hù)范圍。另外，系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性和可靠性也是追求的重要指標(biāo)。報(bào)警采用聲光信號(hào)。(5)在設(shè)計(jì)時(shí)要對(duì)硬件電路與軟件程序分別進(jìn)行調(diào)試，并進(jìn)行軟硬件聯(lián)調(diào)，在調(diào)試成功后要求獲得焊接的實(shí)物。2.2設(shè)計(jì)思路 本設(shè)計(jì)由硬件和軟件兩個(gè)部分組成。模塊劃分為數(shù)據(jù)收集、時(shí)鐘控制、電源控制、復(fù)位模塊、開(kāi)關(guān)與報(bào)警等子模塊。電路結(jié)構(gòu)可劃分為：對(duì)射式光電開(kāi)關(guān)、蜂鳴器、單片機(jī)控制電路、LED控制電路及相關(guān)的控制管理

10、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(shè)定、本地報(bào)警等功能。對(duì)于本設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，單片機(jī)和對(duì)射式光電開(kāi)關(guān)是設(shè)計(jì)的中心單元，處理器采用51系列單片機(jī)AT89C51。整個(gè)系統(tǒng)是在系統(tǒng)軟件控制下工作的。設(shè)置在監(jiān)測(cè)點(diǎn)的對(duì)射式光電開(kāi)關(guān)將紅外光譜變換成電信號(hào)，經(jīng)放大電路后，電路導(dǎo)通，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)閉合。當(dāng)有不透明物體通過(guò)時(shí)，開(kāi)關(guān)瞬時(shí)斷開(kāi)，在單片機(jī)內(nèi)，經(jīng)軟件查詢、識(shí)別判決等環(huán)節(jié)實(shí)時(shí)發(fā)出入侵報(bào)警狀態(tài)控制信號(hào)。驅(qū)動(dòng)電路將控制信號(hào)放大并推動(dòng)聲光報(bào)警設(shè)備完成相應(yīng)工作。當(dāng)警情消除后復(fù)位電路使系統(tǒng)復(fù)位。從設(shè)計(jì)的要求來(lái)分析該設(shè)計(jì)須包含如下結(jié)構(gòu)：對(duì)射式光電開(kāi)關(guān)電路、報(bào)警電路、單片機(jī)、復(fù)位電路及相關(guān)的控制管理軟件組成。它

11、們之間的構(gòu)成框圖如圖1所示。報(bào)警器模塊時(shí)鐘模塊復(fù)位模塊電源模塊信號(hào)放大 XTAL P0口 信號(hào)檢測(cè) P1口 RST EA 口 P3口P2口 圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2.3方案論證防盜報(bào)警系統(tǒng)一般是由探測(cè)器、防盜報(bào)警控制器和接警中心（硬件加軟件）組成。它的最簡(jiǎn)單形式是本地（家庭、單位）報(bào)警系統(tǒng)，它的組成部分是探測(cè)器和本地報(bào)警控制器，以及聲光報(bào)警器。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案有以下兩種：方案一：利用固定點(diǎn)電話聯(lián)網(wǎng)防盜報(bào)警系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)家庭防盜報(bào)警，該系統(tǒng)由編程主機(jī)、探測(cè)器、門(mén)磁和遙控器組成，一旦發(fā)生警情，能把報(bào)警信息通過(guò)通訊網(wǎng)絡(luò)瞬間遠(yuǎn)程傳輸?shù)接脩粼O(shè)定的固定電話上，同時(shí)向接警中心報(bào)告，中心聯(lián)網(wǎng)電腦可通過(guò)電子地圖、數(shù)據(jù)庫(kù)、電

12、腦語(yǔ)音提示、監(jiān)聽(tīng)現(xiàn)場(chǎng)情況，顯示發(fā)生警情的單位地址、方位、發(fā)案時(shí)間,所轄派出所可及時(shí)調(diào)動(dòng)警力做出快速處理。方案二：通過(guò)對(duì)射式光電開(kāi)關(guān)檢測(cè)安全隱患，把檢測(cè)結(jié)果送入單片機(jī)，通過(guò)單片機(jī)控制LED燈和聲音報(bào)警器的啟動(dòng)。通過(guò)比較得知方案一可準(zhǔn)確判斷警情并且通知工作人員但實(shí)現(xiàn)起來(lái)難度大，而方案二能滿足我們實(shí)現(xiàn)快捷的要求且實(shí)施起來(lái)簡(jiǎn)單容易有效，固本設(shè)計(jì)選擇方案二。3元器件選擇系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)中元器件起著至關(guān)重要的作用，應(yīng)注意以下幾個(gè)方面。（1）盡可能的選擇標(biāo)準(zhǔn)化的器件這樣可以提高設(shè)計(jì)的成功率和結(jié)構(gòu)的靈活性。（2）在對(duì)硬件系統(tǒng)總起結(jié)構(gòu)考慮時(shí)，要同樣注意通用性的問(wèn)題。（3）在電路設(shè)計(jì)時(shí)，要充分考慮應(yīng)用的各個(gè)器件。在設(shè)

13、計(jì)時(shí)即使原理上通了，但如果器件選擇不當(dāng)，系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)能力不夠，將導(dǎo)致系統(tǒng)工作不可靠甚至無(wú)法工作。因此，在電路設(shè)計(jì)時(shí)，要特別注意器件的選擇。（4）注意選擇市場(chǎng)上貨源充足且通用的元器件，尤其是大規(guī)模生產(chǎn)的場(chǎng)合，更應(yīng)注意這一點(diǎn)。這樣可以避免即使某種元器件無(wú)法獲得，也能用其他元器件直接替換而不影響系統(tǒng)的正常工作。 在本設(shè)計(jì)中，運(yùn)用到許多器件，主要有51系列單片機(jī)AT89C51、對(duì)射式光電開(kāi)關(guān)、蜂鳴器、按鍵、LED顯示燈，其中單片機(jī)和對(duì)射式光電開(kāi)關(guān)在整個(gè)系統(tǒng)中起著重要的作用。下面主要介紹AT89C51單片機(jī)和對(duì)射式光電開(kāi)關(guān)。3.1 AT89C51單片機(jī)的組成及管腳說(shuō)明 89C51單片機(jī)基本組成包括有:片內(nèi)

14、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM有128B，21個(gè)特殊功能寄存器SFR；片內(nèi)程序存儲(chǔ)器Flash ROM 有4KB；可尋址片內(nèi)外統(tǒng)一編址的64KB的ROM，可尋址片外64KB的RAM；4個(gè)8位并行I/O接口（P0P3）； 一個(gè)全雙工通用異步串行接口UART； 兩個(gè)16位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；五個(gè)中斷源、兩個(gè)優(yōu)先級(jí)的中斷控制系統(tǒng)； 具有位操作功能的布爾處理機(jī)及位尋址功能；片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘產(chǎn)生電路。 89C51單片機(jī)的管腳說(shuō)明： 圖2 AT89C51管腳圖 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(jī)是高性能單片機(jī)，因?yàn)槭芤_數(shù)目的限制，所以有不少引腳具有第二功

15、能。VCC（40腳）：供電電壓。GND（20腳）：接地。P0口（P0.0P0.7，第3932腳）：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開(kāi)路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門(mén)電流。當(dāng)P0口的管腳第一次寫(xiě)1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FLASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FLASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。P1口（P1.0P1.7，第18腳）：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口。P1口管腳寫(xiě)入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)

16、時(shí)，P1口作為第八位地址接收。 P2口（P2.0P2.7，第2128腳）：P2口為一個(gè)內(nèi)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(gè)TTL門(mén)電流，當(dāng)P2口被寫(xiě)1時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。當(dāng)P2口用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址1時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。P3口（P3.0P3.7，第1017腳）：P3口是

17、一個(gè)內(nèi)接上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向并行端口，它可以作為I/O口，作輸出口時(shí)，每個(gè)引腳可驅(qū)動(dòng)4個(gè)LSTTL負(fù)載；用作輸入口時(shí)，需首先將引腳內(nèi)的輸出鎖存器置1，在Flash存儲(chǔ)器并行編程和效驗(yàn)時(shí)，P3.3 、P3.6、P3.7可做控制位。P3口還有第二功能，如表1所示： 表1 P3口第二功能 口線 信號(hào) 功能 P3.0 RXD 串行口數(shù)據(jù)輸入(接收數(shù)據(jù)) P3.1 TXD 串行口數(shù)據(jù)輸出（發(fā)送數(shù)據(jù)） P3.2 INT0 外部中斷0輸入 P3.3 INT1 外部中斷 1輸入 P3.4 T0 定時(shí)器0的外部輸入（計(jì)數(shù)輸入） P3.5 T1 定時(shí)器1的外部輸入（計(jì)數(shù)輸入） P3.6 WR 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通

18、控制輸出 P3.7 RD 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通輸出控制RST（9腳）：?jiǎn)纹瑱C(jī)復(fù)位輸入端，高電平有效。在單片機(jī)上電后，振蕩器穩(wěn)定運(yùn)行的情況下，若RST端腳能維持兩個(gè)機(jī)器周期(24個(gè)振蕩周期)以上高電平，則可使單片機(jī)系統(tǒng)有效復(fù)位。ALE/PROG：地址鎖存允許/編程脈沖信號(hào)端，雙引腳功能。當(dāng)CPU訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器或外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，該引腳提供一個(gè)ALE地址允許信號(hào)（由正負(fù)跳變），將八位地址信息鎖存到片外的地址鎖存器中。在單片機(jī)的Flash程序存儲(chǔ)器并進(jìn)行編程時(shí)，該引腳作為編程負(fù)脈沖PROG的輸入端。PSEN(29腳)：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)端。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次PSEN

19、有效。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。EA/Vpp(31腳)：當(dāng)EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，將EA內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源。XTAL1（19腳）：片內(nèi)振蕩電路反相放大器輸入。 XTAL2（18腳）：片內(nèi)振蕩電路反相放大器輸出。采用內(nèi)部時(shí)鐘時(shí),片外連接石英晶體和微調(diào)電容，產(chǎn)生原始 的振蕩脈沖信號(hào)。采用外部時(shí)鐘時(shí), XTAL1輸入外部時(shí)鐘脈沖信號(hào), XTAL2懸空。203.2對(duì)射式光電開(kāi)關(guān)的介紹

20、 對(duì)射式光電開(kāi)關(guān)是傳感器大家族中的成員，它把發(fā)射端和接收端之間光的強(qiáng)弱變化轉(zhuǎn)化為電流的變化以達(dá)到探測(cè)的目的。由于對(duì)射式光電開(kāi)關(guān)輸出回路和輸入回路是電隔離的（即電緣絕），所以它可以應(yīng)用到許多場(chǎng)合。 對(duì)射式光電開(kāi)光采用集成電路技術(shù)和SMT表面安裝工藝而制造的新一代光電開(kāi)關(guān)器件，具有延時(shí)、展寬、外同步、抗相互干擾、可靠性高、工作區(qū)域穩(wěn)定和自診斷等智能化功能。這種新穎的光電開(kāi)關(guān)是一種采用脈沖調(diào)制的主動(dòng)式光電探測(cè)系統(tǒng)型電子開(kāi)關(guān)，它所使用的冷光源有紅外光、紅色光、綠色光和藍(lán)色光等，可非接觸，無(wú)損傷地迅速和控制各種不透明體物質(zhì)的狀態(tài)和動(dòng)作。而且它具有體積小、功能多、壽命長(zhǎng)、精度高、響應(yīng)速度快、檢測(cè)距離遠(yuǎn)以及

21、抗光、電、磁干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。對(duì)射式光電開(kāi)關(guān)已被用到許多場(chǎng)合如作物位檢測(cè)、產(chǎn)品計(jì)數(shù)、速度檢測(cè)、孔洞識(shí)別、自動(dòng)門(mén)傳感以及安全防護(hù)等諸多領(lǐng)域。此外，利用紅外線的隱蔽性，還可在銀行、倉(cāng)庫(kù)、家庭、單位以及其它需要的場(chǎng)合作為防盜警戒之用。但對(duì)于下列場(chǎng)所,有可能造成對(duì)射式光電開(kāi)關(guān)產(chǎn)生誤判,應(yīng)盡量避開(kāi)： （1）灰塵較多的場(chǎng)所。(2)腐蝕性氣體較強(qiáng)的場(chǎng)所。(3)水、油、化學(xué)品有可能飛濺的場(chǎng)所。(4)有強(qiáng)光直射而無(wú)遮光措施的場(chǎng)所。(5)環(huán)境變化超出產(chǎn)品規(guī)定范圍的場(chǎng)所。(6)振動(dòng)、沖擊大,而未采取避震措施的場(chǎng)所。對(duì)射型光電開(kāi)關(guān)的優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：可進(jìn)行長(zhǎng)距離的檢測(cè)（幾十米）、檢測(cè)精度高、能檢測(cè)小物體等。缺點(diǎn)：光軸調(diào)校

22、困難、配線困難等。4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1電路具體模塊設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)報(bào)警器的具體電路模塊如圖3所示。系統(tǒng)由LED燈模塊、復(fù)位模塊、開(kāi)關(guān)和聲音報(bào)警模塊、時(shí)鐘模塊和電源模塊五部分組成。 圖3 電路具體模塊在電路具體模塊中，利用開(kāi)關(guān)S1代替了對(duì)射式光電開(kāi)關(guān)，而整個(gè)實(shí)際電路是利用對(duì)射式光電開(kāi)關(guān)來(lái)檢測(cè)信號(hào)判斷是否報(bào)警。故此圖只是一個(gè)理想的電路圖，但在實(shí)際中只要正確運(yùn)用紅外接收特性的原理，焊接出的實(shí)物圖與理想電路圖實(shí)現(xiàn)同樣的功能。整個(gè)電路系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能是當(dāng)光電開(kāi)關(guān)閉合（正常工作狀態(tài)）時(shí)，D5亮，系統(tǒng)處于布防狀態(tài)，當(dāng)光電開(kāi)關(guān)閉合后（有人闖入時(shí)）D5滅，系統(tǒng)開(kāi)始一直報(bào)警，當(dāng)開(kāi)關(guān)S2斷開(kāi)后系統(tǒng)停止報(bào)警D5亮,開(kāi)關(guān)S2再次閉

23、合后系統(tǒng)進(jìn)布防狀態(tài)。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行出錯(cuò)時(shí)按下復(fù)位鍵S也可停止報(bào)警。4.1.1對(duì)射式光電開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì) 對(duì)射式光電開(kāi)關(guān)是通過(guò)把光強(qiáng)度轉(zhuǎn)換成電信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)控制的。 對(duì)射式光電開(kāi)關(guān)在一般情況下，有三部分構(gòu)成，它們分為：發(fā)送器、接收器和檢測(cè)電路。其下圖為紅外發(fā)射接收模塊1,2。 圖4 紅外發(fā)射接收模塊在工作時(shí)發(fā)送器對(duì)準(zhǔn)接收器發(fā)射光束，發(fā)射的光束一般來(lái)源于半導(dǎo)體光源，如發(fā)光二極管(LED)、激光二極管及紅外發(fā)射二極管等,光束不間斷地發(fā)射。接收器有光電二極管、光電三極管、光電池組成。在接收器的前面，裝有光學(xué)元件如透鏡和光圈等。在其后面是檢測(cè)電路，它能濾出有效信號(hào)并應(yīng)用該信號(hào)。 對(duì)射式光電開(kāi)關(guān)在結(jié)構(gòu)上是相互分離但發(fā)射

24、器和接收器在一條直線上，發(fā)射器發(fā)出的光線直接進(jìn)入接收器。當(dāng)被檢測(cè)物體經(jīng)過(guò)發(fā)射器和接收器之間時(shí)光線被阻斷，光電開(kāi)關(guān)就產(chǎn)生了開(kāi)關(guān)信號(hào)。當(dāng)檢測(cè)物體是不透明時(shí)，對(duì)射式光電開(kāi)關(guān)3是最可靠的檢測(cè)模式。光電開(kāi)關(guān)接收器光電開(kāi)關(guān)發(fā)射器 圖5 對(duì)射式光電開(kāi)關(guān)模式4.1.2時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)ATC89C51內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出，時(shí)鐘可以由內(nèi)部方式產(chǎn)生或外部方式產(chǎn)生。本設(shè)計(jì)采用內(nèi)部方式，反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石英晶體振蕩和陶瓷振蕩均可采用，晶體振蕩頻率可以在1.212MHz之間選擇，電容值在530PF之間選擇，電容值的大小可對(duì)頻率起微調(diào)的

25、作用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，XTAL2應(yīng)不接。 因?yàn)橐粋€(gè)機(jī)器周期含有6個(gè)狀態(tài)周期，而每個(gè)狀態(tài)周期為2個(gè)振蕩周期，所以一個(gè)機(jī)器周期共有12個(gè)振蕩周期，如果外接石英晶體振蕩器的振蕩頻率為12MHZ，一個(gè)振蕩周期為1/12us，故而一個(gè)機(jī)器周期為1us。圖6為時(shí)鐘電路。 圖6時(shí)鐘電路圖4.1.3復(fù)位電路的設(shè)計(jì)復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作3,4。其主要功能是把PC和其余特殊功能寄存器清零，此時(shí)單片機(jī)從起始地址0000H開(kāi)始重新執(zhí)行程序。除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化之外，當(dāng)單片機(jī)運(yùn)行出錯(cuò)或操作錯(cuò)誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時(shí)，為結(jié)束這一過(guò)程，也需按復(fù)位鍵重新啟動(dòng)。復(fù)位方法一般有上電自動(dòng)復(fù)位和外部按鍵手動(dòng)復(fù)位兩種，單

26、片機(jī)在時(shí)鐘電路工作以后, 在RESET端持續(xù)給出2個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)就可以完成復(fù)位操作。例如使用晶振頻率為12MHz時(shí)，則復(fù)位信號(hào)持續(xù)時(shí)間應(yīng)不小于2us。本設(shè)計(jì)采用的是外部手動(dòng)按鍵復(fù)位電路。如圖7為復(fù)位電路。 圖7 復(fù)位電路模塊4.1.4聲音報(bào)警電路的設(shè)計(jì)如下圖所示，用一個(gè)蜂鳴器和三極管、電阻接到單片機(jī)的TXD引腳上，構(gòu)成聲音報(bào)警電路，如圖8示為聲音報(bào)警電路。 聲音報(bào)警器端利用NPN管進(jìn)行放大，當(dāng)電源接通后在光電開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，蜂鳴器開(kāi)始工作，但要注意三極管的選取，千萬(wàn)不能選成NPN管，如果選錯(cuò)蜂鳴器將不能工作。 圖8 聲音報(bào)警模塊4.2軟件設(shè)計(jì)當(dāng)系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)完成后，軟件設(shè)計(jì)的任務(wù)也就明確

27、了，具體設(shè)計(jì)時(shí)最好采用分塊設(shè)計(jì)的方法。根據(jù)設(shè)計(jì)要求分成相應(yīng)的模塊，然后分別進(jìn)行，這樣不僅可以提高軟件設(shè)計(jì)的效率，而且便于問(wèn)題的檢查。軟件設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡可能從以下幾個(gè)方面考慮。 （1）根據(jù)軟件功能要求，將系統(tǒng)軟件分成若干個(gè)相互獨(dú)立的部分，可使軟件總體結(jié)構(gòu)清晰、簡(jiǎn)潔、流程合理。 （2）各功能程序應(yīng)實(shí)行模塊化這樣可便于調(diào)試、修改和擴(kuò)展。 （3）為提高軟件設(shè)計(jì)的總體效率，在編寫(xiě)應(yīng)用軟件之前，應(yīng)繪制出程序流程圖。這是程序設(shè)計(jì)的一個(gè)重要組成部分，也是決定成敗的關(guān)鍵部分。 （4）在程序的相關(guān)位置上標(biāo)注功能注釋，這樣可提高程序的可讀性。 （5）加強(qiáng)軟件的抗干擾設(shè)計(jì)，是提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可靠性的有力措施。 本程序設(shè)計(jì)嚴(yán)

28、格的從以上方面考慮，已達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)。4.2.1程序模塊系統(tǒng)主程序主要用于變量及其他部件的初始化，如系統(tǒng)的初始化，以便能夠準(zhǔn)確的進(jìn)行相應(yīng)的操作。同時(shí)進(jìn)行相應(yīng)的功能鍵判斷，從而實(shí)現(xiàn)特殊功能。其相應(yīng)的流程圖9所示。本程序?qū)崿F(xiàn)的功能是：當(dāng)紅外光束被遮擋時(shí)光電開(kāi)光斷開(kāi)，表示有人闖入監(jiān)控區(qū)，從而經(jīng)過(guò)單片機(jī)內(nèi)部程序處理后，驅(qū)動(dòng)聲光報(bào)警電路開(kāi)始報(bào)警且一直工作，當(dāng)工作人員雙擊開(kāi)關(guān)后報(bào)警器結(jié)束工作進(jìn)入下一次布防狀態(tài)，等待再次報(bào)警。開(kāi)始初始化，最小系統(tǒng)燈亮啟動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，LED燈與蜂鳴器一直工作檢測(cè)紅外光束是否中斷 雙擊開(kāi)關(guān)報(bào)警結(jié)束，進(jìn)入下次布防狀態(tài) 檢測(cè)是否還有人闖入 返回 否 是 是 否 圖9 主程序工作流圖5

29、系統(tǒng)調(diào)試5.1軟件調(diào)試及軟硬件聯(lián)調(diào)運(yùn)用keilC51軟件編寫(xiě)程序5，6（見(jiàn)附錄一），在程序運(yùn)行正確后將程序載入proteus所畫(huà)電路中，此時(shí)仿真并進(jìn)行調(diào)試。5.2 Proteus軟件仿真 使用proteus軟件仿真電路7（見(jiàn)附錄二）圖10正常工作狀態(tài)，圖11有不透明物體遮擋，工作人員發(fā)現(xiàn)后雙擊手動(dòng)開(kāi)關(guān)進(jìn)入下次布防狀態(tài)又回到圖10。本設(shè)計(jì)所要求達(dá)到目標(biāo)：當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合（無(wú)人闖入時(shí)）時(shí)圖中的D5亮，當(dāng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)（有人闖入時(shí)）D5滅D1-D4閃爍，同時(shí)蜂鳴器響，且一直工作，雙擊手動(dòng)開(kāi)關(guān)后報(bào)警器停止工作，進(jìn)入下次布放狀態(tài)。5.3.硬件調(diào)試 仿真成功后將程序下載到AT89C518單片機(jī)中，焊接實(shí)物電路圖9，進(jìn)

30、行脫機(jī)調(diào)試。調(diào)試時(shí)應(yīng)分模塊調(diào)試最后脫機(jī)調(diào)試。5.3.1模塊調(diào)試 （1）光電開(kāi)關(guān)調(diào)試。當(dāng)紅外光束無(wú)遮擋時(shí)，檢測(cè)是否有電壓輸出。當(dāng)紅外光束被遮擋時(shí)，檢測(cè)電壓是否有變化（變?。?。 （2）LED報(bào)警電路調(diào)試。將電源接至燈光報(bào)警電路，電源正極接四個(gè)電阻，負(fù)極接個(gè)LED顯示燈D1-D4，發(fā)現(xiàn) LED燈部分亮，用萬(wàn)用表檢查后發(fā)現(xiàn)LED燈正負(fù)極接反，重新焊接LED燈正常發(fā)光。 （3）聲音報(bào)警電路調(diào)試。將電源正極接至聲音報(bào)警模塊三極管的集電極，電源負(fù)極接至蜂鳴器的負(fù)極管腳，當(dāng)在基極輸入一個(gè)電壓時(shí)蜂鳴器發(fā)出聲音。5.3.2靜態(tài)檢查首先檢查線路10,11應(yīng)焊接無(wú)誤。本設(shè)計(jì)制作中，電路焊接要注意元器件在板子上的布局，

31、盡量做到少用線，同時(shí)為保證方便檢查，應(yīng)盡量把各模塊焊接在一起。如果布局不好，調(diào)試有問(wèn)題就不容易發(fā)現(xiàn)問(wèn)題出在哪兒。硬件電路圖核對(duì)元器件的型號(hào)、極性，安裝是否正確，檢查硬件電路連線是否與電路原理圖一致，檢查電路元器件是否都已經(jīng)連接好，用萬(wàn)用表一一測(cè)試。5.3.3通電檢查先調(diào)試電源部分，單片機(jī)部分和LED模塊接3.5V電壓，紅外接收模塊接6V電壓。再用示波器檢測(cè)單片機(jī)的復(fù)位和晶振電路是否有復(fù)位信號(hào)和振蕩信號(hào)。5.3.4脫機(jī)調(diào)試整機(jī)調(diào)試。接通電源，當(dāng)有不透明物體從光電開(kāi)關(guān)經(jīng)過(guò)時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出聲光報(bào)警且一直工作，實(shí)驗(yàn)達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，工作人員雙擊手動(dòng)開(kāi)關(guān)后報(bào)警結(jié)束進(jìn)入下次布防狀態(tài)，經(jīng)整機(jī)調(diào)試，單片機(jī)外接復(fù)位開(kāi)關(guān)

32、有良好的工作性能。5.3.5 實(shí)物圖 實(shí)物圖（見(jiàn)附錄三），圖12正常工作狀態(tài)，圖13有不透明物體遮擋。6結(jié)論本設(shè)計(jì)采用KeilC51開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，完成了程序模塊規(guī)劃及各個(gè)模塊的設(shè)計(jì)與編程，實(shí)現(xiàn)了對(duì)信號(hào)處理過(guò)程的編程和調(diào)試。它具有電路簡(jiǎn)單、功能齊全、性能齊全、性價(jià)比高等特點(diǎn)，是一種經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的對(duì)射式光電開(kāi)關(guān)報(bào)警器。 本論文完成了軟硬件主要功能模塊的設(shè)計(jì)，為進(jìn)一步設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)打下了良好的基礎(chǔ)。整個(gè)系統(tǒng)主要由AT89C51芯片、對(duì)射式光電開(kāi)關(guān)、聲光報(bào)警、鍵控組成。性能好，工作穩(wěn)定，非常適合防盜報(bào)警領(lǐng)域。由于時(shí)間關(guān)系和水平有限，設(shè)計(jì)中存在著一些缺陷和不足，還有待于在今后的設(shè)計(jì)過(guò)程中進(jìn)一步不斷完善。為了提高報(bào)警

33、器的靈敏度，減少誤報(bào)率，可以采用攝像頭作為探測(cè)頭，將采集到的信號(hào)進(jìn)行圖像處理及判斷后再?zèng)Q定是否報(bào)警。如果系統(tǒng)接收到報(bào)警信號(hào)后，保安人員可以通過(guò)查詢報(bào)警記錄來(lái)確定是否真有人經(jīng)過(guò)，另外手動(dòng)開(kāi)關(guān)可改為手機(jī)控制的電子開(kāi)關(guān)，即使保安人員在很遠(yuǎn)處也能有效控制報(bào)警器。隨著人們對(duì)生活質(zhì)量要求的不斷提高，防盜報(bào)警器系統(tǒng)的功能也將日趨完善。在新的產(chǎn)品化的管理系統(tǒng)中，人們將會(huì)越來(lái)越多的體驗(yàn)到現(xiàn)代生活的氣息。參考文獻(xiàn)1童詩(shī)白,華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)M.高等教育出版社20102陳永甫.紅外探測(cè)與控制電路M.人民郵電出版社 20043李建忠.單片機(jī)原理及應(yīng)用M.西安電子科技大學(xué)出版社 20084李升.單片機(jī)原理與接口技術(shù)M.北京大學(xué)出版社 20115徐愛(ài)鈞,彭秀華.單片機(jī)高級(jí)語(yǔ)言C51應(yīng)用程序設(shè)計(jì)M. 北京航空航天大學(xué)出版社 20066Keil software.Cx51 Compiler Optimizing C Compiler and Library Reference for classic And Extended 8051 Microcontrollers Users GuideZ.20017周靈彬,任開(kāi)杰.基于Proteus的電路與PCB設(shè)計(jì)M.電子工業(yè)出版社 20108張義和，陳