停電報警器課程設(shè)計

1、 設(shè)計題目： 停電報警器 院 系： 電氣工程系 專 業(yè)： 電子信息工程 年 級： 2012 級 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 任 務(wù) 書專 業(yè) 電子信息工程 姓 名 楊燕 學(xué) 號 20128094 開題日期： 2014年 11月10 日 完成日期：2014 年 12 月 19日題 目：停電報警器一、設(shè)計的目的在一些場合，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。這就需要一個停電報警器，當(dāng)市電220v正常供電時，報警處于監(jiān)測狀態(tài)，當(dāng)市電220v停電時，馬上發(fā)出響亮的報警聲，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。同時停電報警器也可以應(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先切斷電源。在一些重要場所，熱釋電紅外傳感器電路與停電報警器電路相結(jié)合就形成了雙重保障，鞏固了安防系統(tǒng)。二、設(shè)計的內(nèi)容及要求本次設(shè)計主要是用51單片機來實現(xiàn)，使其在停電能實現(xiàn)報警功能。此次設(shè)計給出停電報警器電路的各個模塊電路的設(shè)計和所需主要器件的主要參數(shù)，并介紹硬件實現(xiàn)的詳細方案，給出本次設(shè)計的硬件原理電路圖，并分點描述各模塊功能；并給出軟件實現(xiàn)的程序流程圖，并介紹各模塊所要實現(xiàn)的功能。 三、指導(dǎo)教師評語 四、成 績 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、停電報警器警鈴電路和自動報警器電路等。主 副 電 源 電路 自 動 報 警 器A T 8 9 C 5 1警 鈴 電 路停電報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，與之相應(yīng)的報警探測器立即向用戶端自動報警主機發(fā)出報警信號，接到警情事件后，自動報警主機立即進行確認(rèn)，確認(rèn)無誤后，進行事件的現(xiàn)場聲(蜂鳴器)報警。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)定被測量的按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置，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）測量的電信號的部分。 1. 感應(yīng)器的作用 A、信息的收集。對某種特定要求，需檢測目標(biāo)物的存在狀態(tài)，把某狀態(tài)信息轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)，對系統(tǒng)或裝置的運行狀態(tài)進行監(jiān)測。 B、信息數(shù)據(jù)的交換。把以文字、符號、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)換成計算機、傳真機等易處理的信號數(shù)據(jù)，或者讀出記錄在各種媒介上的信息并進行轉(zhuǎn)換。 C、控制信息的采集。檢測控制系統(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，有無線人體熱釋電傳感器、無線門磁傳感器、振動位移傳感器、紅外線反射開關(guān)無線探頭、門把手人體接近感應(yīng)傳感器、雷達波人體檢測無線探頭等等。本系統(tǒng)考慮到不僅要滿足可靠探測的需要，而且還需經(jīng)濟實用和安裝操作簡便，所以選用了無線人體熱釋電紅外傳感器完成防盜監(jiān)測。當(dāng)不法分子企圖從非法進入室內(nèi)時，無線人體熱釋電傳感器能檢測到人體移動的紅外信號。三、停電檢測3.1、停電報警器結(jié)構(gòu)框圖及說明電壓比較電路市電檢測電路光電耦合電路圖5. 停電檢測器結(jié)構(gòu)框圖該停電檢測報警器的結(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市電檢測電路檢測是否供電，然后經(jīng)過光電耦合電路，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，送單片機的P0口進行報警處理。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)停電檢測器檢測到?jīng)]有停電時，指示燈發(fā)光，而揚聲器不發(fā)出聲音。當(dāng)電流經(jīng)過4N33時，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，同時經(jīng)過電壓比較器，到達三極管VT1，而VT1這時截止。輸出低電平信號，單片機的P0口檢測不到報警信號，所以不發(fā)聲。

7、圖6、停電檢測器原理圖當(dāng)停電時，220V沒有輸入，停電報警器檢測到停電，4N33內(nèi)的特殊三極管不導(dǎo)通，只有3V電源在工作，經(jīng)過電壓比較器，到達VT1，這時三極管導(dǎo)通，從而p0口檢測到高電平，發(fā)出警報。3.2.1、市電（220v）測電路圖7、市電測電路該部分的電路，功能是檢測是否斷電，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使發(fā)光二極管發(fā)光，光的強度取決于激勵電流的大小，此時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系列由兩個獨立的高增益，內(nèi)部頻率補償運算放大器組成。這些運算放大器具有低功耗，共模輸入電壓范圍擴大到地/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明顯的優(yōu)勢超過標(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32V。

9、LM358可以采用DIP-8和TSSOP-8或者MSOP-8進行封裝。該芯片特點是內(nèi)部頻率補償增益，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，無繩電話，開關(guān)電源，停電報警器等方面。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，單片機的P0.2口檢測到低電平，單片機做出停電報警處理。報警器應(yīng)實現(xiàn)24小時不間斷監(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始工作。圖12、電源電路原理圖五、報警器電路報警器的主機采用AT89C51單片機來實現(xiàn)。單片機是將中央處理器(CPU)、隨機存取存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM)、定時/計數(shù)器及輸入輸出接口電路等計算機主要部件集成在一塊集成電路芯片上的微型算

11、機。本文選用ATMEL公司生產(chǎn)的8位單片機AT89C51，構(gòu)成系統(tǒng)的主機。圖13、警鈴電路原理圖P0口為檢測用戶端口，分別和防盜報警、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，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，三極管截止，蜂鳴器停止發(fā)聲。圖14、總電路圖六、報警器軟件設(shè)計6.1 匯編語言一臺電子計算機，無論是大型機還是微型機，如果只有硬件，而沒有任何軟件（程序），是不能工作的。單片機也不例外，它必須配合各種各樣的軟件才能發(fā)揮其運算和控制的功能。被系統(tǒng)采用的是匯編語言。6.1.1 單片機匯編語言程序設(shè)

12、計的基本步驟單片機匯編語言程序設(shè)計的基本步驟如下：(1) 設(shè)計任務(wù)的分析、確定思路或算法。(2) 程序的總體設(shè)計并畫出流程圖。(3) 編寫源程序?？稍诰幾g軟件下編程，要求簡練、層次清楚、字節(jié)數(shù)少和執(zhí)行時間短等。(4) 源程序的匯編和調(diào)試。(5) 編寫程序說明文件。6.1.2匯編語言程序設(shè)計方法(1) 匯編程序的基本結(jié)構(gòu)總是簡單程序、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)化的程序模塊有機組成的。(2) 劃分功能模塊進行設(shè)計。(3) 自上而下逐漸求精。6.2 報警系統(tǒng)的程序設(shè)計自動報警器軟件部分采用模塊化設(shè)計，分為主程序、檢測程序。應(yīng)用匯編語言編程，使用G6W型仿真器，在Keil u

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

14、。圖17、檢測程序流程圖6.3、實驗程序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時執(zhí)行ALARM JB 01H,ALARM ;判斷20H.1位為1時執(zhí)行ALARM AJMP MAIN ;返回主程序MAIN; 檢測程序CHECK: MOV P0,#0FFH JNB P0.0,KEY0

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

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

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