畢業(yè)論文設(shè)計(電子電路專業(yè))

1、長春工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文分院名稱：物理學(xué)院學(xué)生學(xué)號：0720140329長春師范學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計）（理工類）題 目：利用單片機制作家用電器漏電檢測報警器專 業(yè)： 物理學(xué) 作 者 姓 名： 指導(dǎo)教師姓名： 指導(dǎo)教師職稱： 教授 2011年5月19長春師范學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計）長春師范學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計）作者承諾保證書本人鄭重承諾：本篇畢業(yè)論文（設(shè)計）的內(nèi)容真實、可靠。如果存在弄虛作假、抄襲的情況，本人愿承擔(dān)全部責(zé)任。論文作者簽名： 日期： 年 月 日長春師范學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計）指導(dǎo)教師承諾保證書本人鄭重承諾：我已按有關(guān)規(guī)定對本篇畢業(yè)論文（設(shè)計）的選題與內(nèi)容進行指導(dǎo)和審核，堅持一人

2、一題制，確認(rèn)由作者獨立完成。如果存在學(xué)風(fēng)問題，本人愿意承擔(dān)指導(dǎo)教師的相關(guān)責(zé)任。指導(dǎo)教師簽名：日期： 年 月 摘要隨著科技和電子產(chǎn)品的廣泛應(yīng)用，特別是家電的普及，給我們方便的同時也伴隨著家電的用電安全問題。 家電漏電輕者可導(dǎo)致受傷重者就有生命危險。其中的泄漏電流，尤其是家電工作溫度下的泄漏電流是1個最能確切反映實際工作狀態(tài)的安全電系數(shù);也是一個對人安全有著直接影響的電參數(shù)。因為，當(dāng)電源線一端接地，人體接觸電器外殼時，電器泄漏電流會通過人體流向大地，這會是我們的生命受到威脅。因此，漏電檢測并報警無論是對家電還是對人體的自身安全都具有重要的意義，通過對漏電的檢測并報警，我們可以防患于未然，從而保護電

3、器及人身財產(chǎn)安全。關(guān)鍵詞：單片機;AT89S51 ;報警器AbstractAlong with technical and the electronic products widespread application, specially the electrical appliances popularization, at the same time which facilitates for us also follows the electrical appliances to use electricity the security problem. The electrical a

4、ppliances leak light to be possible to cause to be injured heavy to have the life danger.Divulging electric current, under the electrical appliances operating temperature divulging electric current is in particular 1 most can exactly reflect the practical work condition the security electrical syste

5、m number; Also is one has safely to the human the direct influence electrical parameter.Because, when power line termination place, human body contact electric appliance outer covering, the electric appliance divulging electric current can flow to the earth through the human body, this can be our li

6、fe is threaten.Therefore, regardless of the leakage examines and reports to the police is all has the vital significance to the electrical appliances or to human body own security, through and reports to the police to the leakage examination, we may prevent accidents before they occur, thus protects

7、 the electric appliance and the person property security.Keywords: single chip; AT89S51; alarm長春師范學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計）目錄中文摘要英文摘要第1章 家用電器漏電檢測報警器的總設(shè)計方案111家用電器漏電報警器的設(shè)計思想11.2家用電器漏電報警器的設(shè)計方案113家電漏電檢測報警器的總框圖114單片機最小系統(tǒng)的總框圖及詳細(xì)說明214設(shè)計目的3第2章 工作原理與設(shè)計方法421漏電檢測原理422單片機報警器的聲音產(chǎn)生與方法523 程序框圖與程序6第3章 程序調(diào)試731 軟件調(diào)試 732硬件調(diào)試8第4章 P

8、CB結(jié)構(gòu)設(shè)計1041 PCB設(shè)計平臺1042 元件布局及PCB整體結(jié)構(gòu)工藝1143 布線工藝與準(zhǔn)則.1144 PCB制作流程與注意事項11總結(jié)12參考文獻12致謝12附錄12附圖1源程序13附圖2 電子元器件清單14附圖3 3D效果圖16附圖4 實物圖17長春師范學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計）第1章 家用電器漏電檢測報警器的總設(shè)計方案1.1家用電器漏電報警器的設(shè)計思想目前市場上的聲光報警器，安全插排和漏電檢測裝置的種類很多，但是要是把這幾項功能結(jié)合在一起，市面上幾乎是沒有的，如果需要的話我們要去訂購，而且成本很高，根基單片機的電路特性，它能把報警漏電檢測結(jié)合起來，而且使用方便，漏電檢測屬于檢測元件的

9、一種，利用單片機的I/O的功能,對漏電裝置進行檢測，從而我們對家電排除故障，從而保護我們的人身安全，帶漏電保護的插排就需要花費上百元，我們做的安全插排僅僅需要幾十元的成本就可以完成，而其功能要比市面上的插片排要更健全，此設(shè)備有很好的經(jīng)濟效益和發(fā)展前景。利用單片機控制方便，成本低，精度高，體型小等性能和特點設(shè)計為核心的一種多功能檢測報警電路，利用單片機的實時控制和數(shù)據(jù)處理功能，完成對漏電的檢測，進行光電報警，該多功能報警器有著經(jīng)濟又實惠的特點符合普通百姓的消費水平，能被眾多家庭接受。. 家用電器漏電報警器的設(shè)計方案該漏電報警器，采用了AT89S51單片機和傳感器光敏三極管的組合，構(gòu)成光電報警系統(tǒng)

10、。其系統(tǒng)主要包括以下幾個部分組成：探針、信號檢測電路、單片機處理電路、聲光報警電路。本設(shè)計的家用電器漏電檢測并報警器的工作原理：家用電器接入電源以后，光電報警系統(tǒng)在休眠狀態(tài)，若家用電器漏電，這時家用電器的金屬外殼和底線都有電壓，我們利用整流二極管和光敏三極管對家用電器進行信號采集，當(dāng)有信號傳入AT89S51, AT89S51立即對信號進行處理，從而進行光電報警，以提醒用戶及時處理，避免事故發(fā)生。1.3家電漏電檢測報警器的總體框圖家用電器漏電檢測報警器由探針、信號檢測電路、單片機處理電路、聲光報警電路單片機電源部分組成。如下圖：圖1.3-1家用電器漏電檢測報警器的總框圖1.4單片機最小系統(tǒng)的總框

11、圖及詳細(xì)說明最小系統(tǒng)就是單片機在發(fā)揮具體測控功能時所必須的組成部分。它由：復(fù)位電路、震蕩電路、輸入輸出設(shè)備、電源構(gòu)成。如下圖所示：圖1.4-1單片機最小系統(tǒng)方框圖電源電路：實際使用中，將近一半的故障或制作失敗都與電源有關(guān)，因而我們需要高度重視電源部分，只有電源部分做的好才能保證電路的正常工作。單片機系統(tǒng)電源電路：如下圖引腳（腳）和（腳）。時鐘電路：單片機內(nèi)部每個部件之間協(xié)調(diào)一致地工作，必須在時鐘信號的控制下進行。單片機內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益放大器，引腳XTAL1（19腳）和XTAL2（18腳）分別是此放大器的輸入端和輸出端，只需在片外接一個晶振構(gòu)成自激振蕩器，為單片機系統(tǒng)提供時鐘，如

12、下圖所示。只時鐘電路中的電容一般取30pF左右，晶體的震蕩頻率范圍是1.224MHz。在通常情況下51系列的單片機使用震蕩頻率為6MHz或12MHz，在通訊系統(tǒng) 則常用11.0592MHz。復(fù)位電路：復(fù)位是指單片機內(nèi)各寄存器的值變?yōu)槌跏紶顟B(tài)。例如，復(fù)位后單片機會從程序的第一條指令運行，避免出現(xiàn)混亂。 單片機的復(fù)位條件：當(dāng)RST（9腳）端出現(xiàn)高電平并保持兩個機器周期以上時，單片機內(nèi)部就會執(zhí)行復(fù)位操作。復(fù)位包括上電復(fù)位和手動復(fù)位，如下圖所示。上電復(fù)位是指在上電瞬間，RST端和Vcc端電位相同，隨著電容的充電，電容兩端電壓逐漸上升，RST端電壓逐漸下降，完成復(fù)位；手動復(fù)位是指在單片機運行中，按下RE

13、SET鍵，RST端點位即為高電平，完成復(fù)位。復(fù)位后單片機進行初始化，PC=0000H，單片機從0000H單元開始執(zhí)行程序。片內(nèi)RAM為隨機值。 圖1.4-2單片機各個引腳及最小系統(tǒng)的詳細(xì)電路（AT89S51）.4設(shè)計目的隨著電子儀器、電子設(shè)備的廣泛使用，特別是家用電器的普及，家用電器的用電安全性問題不可忽視。泄漏電流、絕緣電阻、電氣強度并稱為電氣安全性能中的3大電參數(shù)。其中泄漏電流，尤其是工作溫度下的泄漏電流是1個最能確切反映實際工作狀態(tài)的安全電參數(shù);也是一個對人體安全有著直接影響的電參數(shù)。因為，當(dāng)電源線一端接地，人體觸及電器外殼的情況下，電器泄漏電流會通過人體流人大地，可能導(dǎo)致人身傷亡。因此

14、，漏電檢測無論是對家用電器還是對人的自身安全都具有十分重要的意義，通過對漏電的檢測，可以根據(jù)漏電的情況作出具體的反應(yīng)，從而保護電路及人身財產(chǎn)安全。第2章工作原理與設(shè)計方法2.1漏電檢測原理有些家用電器，如洗衣機、電熱水器、電風(fēng)扇、電飯煲、微波爐燈因機體絕緣不良而漏電，輕者麻手，重者造成人身事故。本電路系統(tǒng)可有效地判斷家電產(chǎn)品是否漏電，如有漏電現(xiàn)象，它會發(fā)出聲光報警信號，告誡電器主人提高警惕或檢查漏電故障，確保人身安全。本電路系統(tǒng)由地線漏電整流電路、光電耦合器和單片機控制電路等組成，如下圖所示。2.1-1原理圖（proteus）電源地線漏電檢測電路由D1、光電耦合器和降壓電阻R1組成。平時，三相

15、插座上不插家用電器的電源插頭，電路不消耗電能。當(dāng)有漏電的家用電器時，泄露電流便會由插座CZ的電線孔或電器的外殼經(jīng)探針、D1、4N25的1、2腳及R1與地線構(gòu)成閉合回路，使4N25內(nèi)的發(fā)光二極管發(fā)光，且4N25中的光敏三極管由截止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)呈導(dǎo)通狀態(tài)，使P1.7有電壓輸入從而使報警器和指示燈發(fā)出報警指示。使用光電耦合器4N25，是為了將交流電（漏電）與報警電路隔離開來，即采用電/光隔離方式防止電器使用者發(fā)生觸電事故。如果家電不漏電，三相插座的中孔（地線）和家電的金屬外殼不會帶點，發(fā)光二極管因無電不會發(fā)光，即光電耦合器不工作，4N25的4腳及與之相連的AT89C51的P1.7腳呈地電位，則AT89C5

16、1無信號輸入，則P1.0無信號輸出，蜂鳴器和二級管無電路經(jīng)過從而不工作。需要說明的是D1應(yīng)采用反向擊穿電壓400V以上的整流二極管（如1N4004、1N4005）；4N25宜選用正品的光電耦合器，如4N4N28，TIL117等。我們安裝和檢測時，一定注意供電電線的插座的相線和插座的相線、零線、地線對號連接，千萬不能搞錯。在安裝無誤的條件下，當(dāng)家電產(chǎn)品有150K的漏電電阻時，電路便能可靠報警。這時的動作電流為220V/(150+151)K=1.1mA2.2單片機報警器聲音產(chǎn)生的方法1）用單片機P1.0輸出1KHz和500Hz的音頻信號驅(qū)動揚聲器輸出報警器聲音，作報警信號，要求1KHz信號響100

17、ms，500Hz信號響200ms,交替進行，P1.7接一開關(guān)進行控制，當(dāng)開關(guān)合上響報警信號，當(dāng)開關(guān)斷開告警信號停止，編出程序。電路原理圖2.2原理圖（protel99se）2）系統(tǒng)板上硬件連線（1 把“單片機系統(tǒng)”區(qū)域中的P1.0端口用導(dǎo)線連接到“音頻放大模塊”區(qū)域中的SPK IN端口上；（2 在“音頻放大模塊”區(qū)域中的SPK OUT端口上接上一個8歐的或者是16歐的喇叭；（3 把“單片機系統(tǒng)”區(qū)域中的P1.7/RD端口用導(dǎo)線連接到“四路撥動開關(guān)”區(qū)域中的K1端口上；程序設(shè)計內(nèi)容（1 信號產(chǎn)生的方法500Hz信號周期為2ms，信號電平為每1ms變反1次，1KHz的信號周期為1ms，信號電平每5

18、00us變反1次；2.3程序框圖與程序報警器的程序框圖：圖2.3-1報警器的程序框圖匯編源程序(本系統(tǒng)的主要設(shè)計是軟件設(shè)計，詳細(xì)的源程序清單見附錄1。)第3章 系統(tǒng)調(diào)試3.1軟件調(diào)試打開keilC51開發(fā)軟件，調(diào)試程序，步驟如下。先建立工程項目并選擇芯片確定選項；新建文件并在編輯窗口輸入源程序(上面的參考程序)；將源程序文件添加到當(dāng)前項目組中；重建所有目標(biāo)文件（編譯），并根據(jù)輸出窗口給出的提示，檢查是否有語法錯誤，如有錯，根據(jù)提示修改源程序并重新編譯，直至顯示0錯誤為止；進行軟件模擬仿真調(diào)試（出錯）或硬件仿真看程序是否能滿足設(shè)計要求，如若不能，也要修改源程序，并重新編譯、仿真，直到最終達到設(shè)計

19、要求為止。3.1-1keil調(diào)試界面3.2硬件調(diào)試燒錄程序?qū)⒕幊唐髋c計算機連接好，并插上電源，運行計算機的stc89單片機燒寫軟件，步驟如下：程序啟動后，會自動檢測硬件及連接，狀態(tài)框中顯示“就緒”字樣，表示編程器連接和設(shè)置均正常。否則請檢查硬件連接和端口設(shè)置?？梢园凑障旅嬖O(shè)置端口，這里的端口一定要和你所連接的COM口對應(yīng)。（別的參數(shù)不要改變）如下圖把單片機芯片正確地放到編程器的相應(yīng)插座上，芯片第一腳超IC座的手柄方向。（注意，如果編程器上的紅燈亮了，表示芯片方向放置正確；否則請檢查方向是否反了?。┬酒藕煤?，就可以對芯片進行讀寫操作了，讀寫操作按下面的步驟進行：程序運行，請先選擇器件（點下選框

20、），再點檢測，運氣好的話可以檢測到器件。如果運氣不好，可能檢測不到器件，原因可能是您的單片機特征字有點問題，可能性95%（只是有問題，并沒有說壞）編程器有問題，可能性5%檢測不到也沒關(guān)系，可以忽略這個功能。請直接按照下面的說明操作，對芯片擦除、讀、校驗等操作。2、用“打開文件”選擇打開要編寫的.HEX和.BIN文件。3、用“保存文件”可以保存讀出來的文件。4、用“擦除器件”擦除芯片。5、用“寫器件”編程。6、用“讀器件”讀取芯片中的程序，加密的讀不出來。7、用“校驗數(shù)據(jù)”檢查編程的正確與否。8、用“自動完成”自動執(zhí)行以上各步驟。9、松開插座，取下AT89S51，燒錄完成。10、 把芯片安裝到電

21、路板上，觀察是否能正常工作，能工作則大功告成。第4章 PCB結(jié)構(gòu)設(shè)計4. 1 PCB設(shè)計平臺本設(shè)計是采用Protel 99SE作為原理圖和PCB的繪制工具。Protel是目前國內(nèi)最流行的通用EDA軟件，它是將電路原理圖設(shè)計、PCB板圖設(shè)計、電路仿真和PLD設(shè)計等多個實用工具軟件組合后構(gòu)成的EDA工作平臺，是第一個將EDA軟件設(shè)計成基于Windows的普及型產(chǎn)品。Protel 98率先集成了軟件界面，Protel 99增加了仿真功能和PLD設(shè)計和信號完整性分析。Protel 99SE是Protel公司于2000年推出的一款EDA軟件，是Protel家族中性能較為穩(wěn)定的一個版本。它不僅是以前版本的

22、升級，更是一個全面、集成、全32位的電路設(shè)計系統(tǒng)。Protel 99SE的功能十分強大，在電子電路設(shè)計領(lǐng)域占有極其重要的地位。4. 2 元件布局及PCB整體結(jié)構(gòu)工藝本設(shè)計為產(chǎn)品化設(shè)計，因此首要考慮元件布局的緊湊性。對元件布局進行優(yōu)化，能有效的降低布線難度和生產(chǎn)的工藝要求。布局要能使各LED點陣模塊緊密契合，還要注意各PCB之間的銜接，以便于用戶擴展顯示單元。從布線難度、銅膜載流容量、PCB熱彎曲效應(yīng)和機械強度等方面考慮。本設(shè)計采用玻璃纖維1.5mm厚雙面PCB板。生產(chǎn)的時候選擇高溫阻焊、焊盤噴錫、雙面絲印工藝。這種工藝生產(chǎn)出來的PCB堅固美觀，易于焊接和維修。4. 3 布線工藝與準(zhǔn)則布線的時候

23、首先考慮的是正確性，其次逐步修改布局及走線使其美觀大方。在布通的基礎(chǔ)上，根據(jù)100mil/A的經(jīng)驗載流容量修改高電流路徑走線寬度及過孔尺寸。寧寬勿窄！為進一步提高條屏系統(tǒng)的電磁兼容性，除了在關(guān)鍵的地方增加旁路電容外，PCB走線也是一個重要的影響因素。布線的時候要遵照高頻電路布線規(guī)則：少走直角線、頂層底層經(jīng)緯布線、信號線上盡量避免過孔、盡量縮短走線路徑、在DGND,AGND網(wǎng)絡(luò)設(shè)置大面積敷銅等等。具體的生產(chǎn)工藝要求需與PCB生產(chǎn)廠家咨詢獲知。目前雙面PCB的標(biāo)準(zhǔn)工藝為：線寬7mil，線距7mil，過孔0.4mm，阻焊、絲印、噴錫、浸銀。4.4 PCB板這座流程與注意事項一 使用自動鉆孔機注意事項

24、1 把原料板粘在鉆孔機上時，一定要把板粘牢，謹(jǐn)防鉆孔時板脫落。2 退回原點安裝鉆頭，安裝鉆頭時一定要確保鉆頭插到位，插緊。3 在確定零點坐標(biāo)時，調(diào)整Z軸時的小心仔細(xì)，以免損壞鉆頭。確定Z軸零點時，鉆頭距板面12即可。4 換鉆頭時，一定的退回原點，且要等到主電機停止轉(zhuǎn)動時在換，防止操作人員損傷。5 關(guān)閉鉆孔機時，先關(guān)主動電機電源，在關(guān)總電源。二 活化通孔過程中一定要檢查是否通孔完全，并且保證每一個小孔中都要有碳膜，確保電鍍順利完成。三 使用油墨固化機烘干固化時，一定要小心操作，謹(jǐn)防燙傷。（在150固化字符油墨時的平放電路板）四 在絲印油膜時，要選擇正確絲印網(wǎng)，一定要均勻印刷。印刷時用力要平衡，謹(jǐn)

25、防劃破絲網(wǎng)。五 使用曝光機時，開燈后要等到電流穩(wěn)定在20A以內(nèi)在進行曝光。曝光時電路打印膜一定要對準(zhǔn)，對正板孔，且曝光時間要正確。六 顯影時，顯影時顯影時間一定要合適，顯完影后水洗時用手指觸摸，確保無滑感覺。七 電鍍時要選擇正確的電鍍電流，確保電鍍均勻完美。切記鍍銅的板夾和鍍錫的板夾不能混用，并且每次電鍍完畢后，取出清洗干凈存放。電鍍用的銅錠和錫錠也要在電鍍完畢后取出清洗干凈存放?？偨Y(jié)通過本次設(shè)計，使我認(rèn)識并了解了基本的設(shè)計開發(fā)過程，在這過程中，我的身邊的同學(xué)們給了我很多的啟示和幫助，而且我覺的對以前不了解的單片機知識有了一個更高更深的了解。我相信我所學(xué)的東西在以后的工作學(xué)習(xí)中會起很大的作用。

26、參考文獻1李朝青編著. 單片機原理及接口技術(shù).杭州：北京航空航天大學(xué)出版社，1998年2李廣弟等，單片機基礎(chǔ)，北京航空航天大學(xué)出版社，2001年7月3金杰編著. 新編單片機應(yīng)用技術(shù)項目教程 北京：電子工業(yè)出版社，2010年1月4陳永甫編著. 新編555集成電路應(yīng)用800例 北京：電子工業(yè)出版社，2000年1月5鮑宏亞等編著，MCS-51系列單片機應(yīng)用系統(tǒng)中國宇航出版社，2005年9月6 何立民.單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計系統(tǒng)配置與接口技術(shù)M.北京：北京航空航天大學(xué)，1990.7 李曉荃.單片機原理與應(yīng)用M. 北京:電子工業(yè)出版社，2000.8 劉和平.單片機原理及應(yīng)用M.重慶：重慶大學(xué)出版社，2002

27、 .9 徐愛鈞.單片機高級語言 C51 應(yīng)用程序設(shè)計M. 北京：電子工業(yè)出版社，2002.10 謝自美.電子線路設(shè)計.實驗.測試(第二版) M.武漢：華中科技大學(xué)出版社，2000. 11 江國強.現(xiàn)代數(shù)字邏輯電路.北京：電子工業(yè)出版社，2002 .12 張勇.PROTEL 99SE 電路設(shè)計技術(shù)入門與應(yīng)用(第一版).北京：電子工業(yè)出版社，2002 .13 Richard c.Dorf.modern conctrol systermM.BEIJING:Science Publishing House，2002.14 Donald A. Neamen. Electronic circuit ana

28、lysis and designM.Tsinghua University Press and Springer Verlag.2002.致 謝在本次設(shè)計過程中得到了指導(dǎo)老師的大力支持，在此表示感謝！在畢業(yè)設(shè)計的過程中，本系的各位老師和領(lǐng)導(dǎo)也給予了諸多幫助和支持，在此作者也表示感謝！感謝各位老師多年來的教誨與幫助，也感謝各位同學(xué)在學(xué)習(xí)上的幫助！附件一 源程序匯編程序FLAG BIT 00HORG 00HSTART: JB P1.7,STARTJNB FLAG,NEXTMOV R2,#200DV: CPL P1.0LCALL DELY500LCALL DELY500DJNZ R2,DVCPL FLAGNEXT: MOV R2,#200DV1: CPL P1.0LCALL DELY500DJNZ R2,DV1CPL FLAGSJMP STARTDELY500: MOV R7,#250LOOP: NOPDJNZ R7,LOOPRETEND