光電傳感器及應(yīng)用

1、教學(xué)單元（學(xué)習(xí)情境）5授課說(shuō)明學(xué)習(xí)領(lǐng)域名稱：光電傳感器及應(yīng)用 授課教師： 課程總學(xué)時(shí)： 64 教學(xué)單元5：光電傳感器及應(yīng)用 學(xué)時(shí)數(shù)： 12 累計(jì)學(xué)時(shí)： 38 授課時(shí)間安排與執(zhí)行記錄授課班級(jí) 授課地點(diǎn)授課日期資訊1.5 計(jì)劃0.5 決策0.5 實(shí)施2.5 檢查0.5 評(píng)估0.5 參考資料PPT、網(wǎng)絡(luò)資源傳感器技術(shù)教材教學(xué)方法宏觀：引導(dǎo)文法微觀：見(jiàn)下教學(xué)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)：1. 熟悉光電效應(yīng)及其分類2. 了解光電傳感器工作原理3. 熟悉熱釋電紅外傳感器的工作原理4. 掌握熱釋電紅外報(bào)警器的設(shè)計(jì)5. 掌握光電轉(zhuǎn)速計(jì)的設(shè)計(jì)6. 掌握尋跡小車的設(shè)計(jì)技能目標(biāo)：1. 利用熱釋電紅外傳感器和單片機(jī)設(shè)計(jì)報(bào)警器2. 能

2、使用Proteus+KeilC仿真3. 能使用Proteus或protel繪制PCB圖4. 學(xué)習(xí)產(chǎn)品的制作與調(diào)試態(tài)度目標(biāo)：1. 培養(yǎng)學(xué)生的溝通能力及團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神2. 養(yǎng)成良好的職業(yè)道德3. 提高質(zhì)量、成本、安全、環(huán)保意識(shí)重點(diǎn)：1. 光電元件的主要特性和特點(diǎn)2. 熱釋電紅外報(bào)警器的設(shè)計(jì)與制作3. 光電轉(zhuǎn)速計(jì)的設(shè)計(jì)與制作4. 尋跡小車的設(shè)計(jì)與制作難點(diǎn)：1. 熱釋電紅外傳感器的工作激勵(lì)2. 熱釋電紅外報(bào)警器的設(shè)計(jì)資 訊：1.5學(xué)時(shí) （注：1學(xué)時(shí)=45 min，下同）教學(xué)提綱主要內(nèi)容教學(xué)資源及工具教學(xué)方法參考時(shí)間備 注1目標(biāo)描述下發(fā)設(shè)計(jì)任務(wù)書，描述項(xiàng)目學(xué)習(xí)目標(biāo)實(shí)物展示、PPT設(shè)計(jì)任務(wù)書講授法演示法5

3、min下發(fā)引導(dǎo)文2布置任務(wù)1）交代項(xiàng)目任務(wù)2）發(fā)放相關(guān)學(xué)習(xí)資料PPT講授法演示法5 min3.學(xué)習(xí)光電傳感器的理論知識(shí)1）講授光電效應(yīng)概念和分類2）講授光電傳感器的組成和工作原理3）演示Proteus+KeilC軟件的使用PPT計(jì)算機(jī)及Proteus軟件講授法演示法模仿法40 min與練習(xí)題配合4熱釋電紅外報(bào)警器工作原理分析1）學(xué)生在老師的指導(dǎo)下分析熱釋電紅外報(bào)警器工作原理2）各學(xué)生根據(jù)項(xiàng)目需要，查找相關(guān)資料。投影儀PPT分析法講解法小組討論法15 min5回答學(xué)生提問(wèn)回答學(xué)生提問(wèn)PPT討論法5 min計(jì) 劃：0.5學(xué)時(shí)教學(xué)提綱主要內(nèi)容教學(xué)資源及工具教學(xué)方法參考時(shí)間備 注1項(xiàng)目分組分配工作小組

4、，開展項(xiàng)目，制訂小組工作計(jì)劃花名冊(cè)討論法10 min2制定項(xiàng)目執(zhí)行計(jì)劃1）以小組為單位，討論全加器的設(shè)計(jì)方案，分配設(shè)計(jì)任務(wù)。2）教師對(duì)方案進(jìn)行指導(dǎo)設(shè)計(jì)任務(wù)書頭腦風(fēng)暴法小組討論法15min決 策：0.5學(xué)時(shí)教學(xué)提綱主要內(nèi)容教學(xué)資源及工具教學(xué)方法參考時(shí)間備 注1原理圖輸入的熱釋電紅外報(bào)警器的設(shè)計(jì)方案確定1）分組討論修改方案，確定全加器的整體設(shè)計(jì)方案2）教師指導(dǎo)項(xiàng)目設(shè)計(jì)任務(wù)書方案、計(jì)劃初稿多媒體設(shè)備演示法項(xiàng)目法小組合作法15 min2項(xiàng)目工作計(jì)劃的確定1）分組討論修改項(xiàng)目工作計(jì)劃， 師生、小組內(nèi)多次交流互動(dòng)，達(dá)成一致紙、筆、電腦小組合作法10 min實(shí) 施：2.5學(xué)時(shí)教學(xué)提綱主要內(nèi)容教學(xué)資源及工具教

5、學(xué)方法參考時(shí)間備 注1Proteus軟件的原理圖設(shè)計(jì)輸入1）學(xué)生完成熱釋電紅外報(bào)警器的Proteus原理圖設(shè)計(jì)輸入2）教師指導(dǎo)PPT計(jì)算機(jī)及Proteus軟件實(shí)際操作法20 min學(xué)生在實(shí)施過(guò)程中的每個(gè)步驟進(jìn)行自查，及時(shí)修正。并進(jìn)行工作情況記錄。2Proteus+KeilC軟件的綜合、編譯及下載設(shè)置1）按設(shè)計(jì)流程完成電路的綜合、編譯。2）按照給定管腳號(hào)對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行管腳分配。3）完成下載設(shè)置及下載計(jì)算機(jī)及Proteus+KeiC軟件學(xué)習(xí)開發(fā)套件項(xiàng)目教學(xué)法15min3產(chǎn)品的制作調(diào)試1）學(xué)生完成對(duì)熱釋電紅外報(bào)警器電路的制作調(diào)試2）列寫調(diào)試方法及步驟3）記錄發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題和解決問(wèn)題的方法計(jì)算機(jī)及KeilC軟

6、件學(xué)習(xí)開發(fā)套件萬(wàn)用表試驗(yàn)法75 min檢 查：0.5學(xué)時(shí)教學(xué)提綱主要內(nèi)容教學(xué)資源及工具教學(xué)方法參考時(shí)間備 注1質(zhì)量檢驗(yàn)全加器功能檢驗(yàn)學(xué)習(xí)開發(fā)板萬(wàn)用表測(cè)試法15 min2填寫檢查單學(xué)生填寫檢查單項(xiàng)目檢查單評(píng)價(jià)法10min評(píng) 估：0.5學(xué)時(shí)教學(xué)提綱主要內(nèi)容教學(xué)資源及工具教學(xué)方法參考時(shí)間備 注1過(guò)程與結(jié)果評(píng)價(jià)1）自評(píng)：學(xué)生對(duì)本項(xiàng)目的整個(gè)實(shí)施過(guò)程進(jìn)行評(píng)價(jià)2）互評(píng)：以小組為單位，分別對(duì)其他組做的工作結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)和建議3）教師評(píng)價(jià)：教師對(duì)學(xué)生匯報(bào)及成結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)，指出每個(gè)小組極其成員的優(yōu)點(diǎn)，并提出改進(jìn)建議項(xiàng)目評(píng)價(jià)表學(xué)生自做匯報(bào)PPT計(jì)算機(jī)投影儀講解法討論法15 min教師就節(jié)能、環(huán)保、安全等問(wèn)題提出建議2

7、資料整理和提升1學(xué)生項(xiàng)目準(zhǔn)備過(guò)程中收集的電子與紙質(zhì)資料2項(xiàng)目設(shè)計(jì)文件的整理3工作過(guò)程手冊(cè)的填寫完善多媒體演示U盤工作過(guò)程手冊(cè)演示法討論法10min學(xué)習(xí)情境（項(xiàng)目）小結(jié)講稿格式：教學(xué)單元（項(xiàng)目）5一、資訊：1下發(fā)項(xiàng)目任務(wù)：項(xiàng)目實(shí)施任務(wù)書-熱釋電紅外報(bào)警器制作，任務(wù)書見(jiàn)附錄1項(xiàng)目實(shí)施任務(wù)書-光電轉(zhuǎn)速計(jì)制作，任務(wù)書見(jiàn)附錄1項(xiàng)目實(shí)施任務(wù)書-尋跡小車制作，任務(wù)書見(jiàn)附錄12布置任務(wù)1）交代項(xiàng)目任務(wù)2）發(fā)放相關(guān)學(xué)習(xí)資料熱釋電 紅外報(bào)警器制作，學(xué)習(xí)資料見(jiàn)附錄2光電轉(zhuǎn)速計(jì)制作，學(xué)習(xí)資料見(jiàn)附錄2尋跡小車制作，學(xué)習(xí)資料見(jiàn)附錄23熱釋電紅外報(bào)警器/光電轉(zhuǎn)速計(jì)/尋跡小車設(shè)計(jì)的軟硬件基本知識(shí)1）光電效應(yīng)及其分類2）光電傳

8、感器組成及其工作原理4熱釋電紅外報(bào)警器/光電轉(zhuǎn)速計(jì)/尋跡小車原理分析1）組成和工作原理2）原理圖設(shè)計(jì)3）軟件框圖設(shè)計(jì)及其代碼編寫二、計(jì)劃：1項(xiàng)目分組每2人1組，每人制作1塊電路板，可以共同合作討論設(shè)計(jì)、布局、制作和調(diào)試）2制定項(xiàng)目執(zhí)行計(jì)劃執(zhí)行計(jì)劃樣本見(jiàn)附錄3三、決策1.確定項(xiàng)目執(zhí)行計(jì)劃2.清點(diǎn)配件，包括數(shù)量和好壞的檢測(cè)3.小組成員按照電子產(chǎn)品生產(chǎn)管理模式分配工作任務(wù)四、實(shí)施實(shí)施記錄文件（工作單、記錄表等）五、檢查檢查標(biāo)準(zhǔn)檢查單六、評(píng)估1評(píng)價(jià)表2資料整理要求（附：將以上資料執(zhí)行的先后次序附于此頁(yè)后。如果資料是一本完整的書，可將整個(gè)書附在教案后）附錄1：項(xiàng)目實(shí)施任務(wù)書-熱釋電紅外報(bào)警器/光電轉(zhuǎn)速計(jì)

9、/尋跡小車制作附錄2：學(xué)習(xí)資料-熱釋電紅外報(bào)警器/光電轉(zhuǎn)速計(jì)/尋跡小車制作附錄3：執(zhí)行計(jì)劃樣本附錄4：實(shí)施記錄文件項(xiàng)目實(shí)施任務(wù)書熱釋電紅外報(bào)警器制作項(xiàng)目描述隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們生活水平得到很大的提高，對(duì)私有財(cái)產(chǎn)的保護(hù)意識(shí)在不斷的增強(qiáng)，因而對(duì)防盜措施提出了新的要求。本設(shè)計(jì)就是為了滿足現(xiàn)代住宅防盜的需要而設(shè)計(jì)的家庭式電子防盜系統(tǒng)，產(chǎn)品功能如下：(1)該設(shè)計(jì)包括硬件和軟件設(shè)計(jì)兩個(gè)部分。模塊劃分為數(shù)據(jù)采集、鍵盤控制、報(bào)警等模塊子函數(shù)。(2)本紅外線防盜報(bào)警系統(tǒng)由熱釋電紅外傳感器、報(bào)警器、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)

10、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、通信模塊、功能設(shè)定模塊等部分組成。(3)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)功能。當(dāng)人員外出時(shí)，可把報(bào)警系統(tǒng)設(shè)置在外出布防狀態(tài)，探測(cè)器工作起來(lái),當(dāng)有人闖入時(shí)，熱釋電紅外傳感器將探測(cè)到動(dòng)作，設(shè)置在監(jiān)測(cè)點(diǎn)上的紅外探頭將人體輻射的紅外光譜變換成電信號(hào)，經(jīng)放大電路、比較電路送至門限開關(guān)，打開門限閥門送出TTL 電平至AT89C51單片機(jī)，經(jīng)單片機(jī)處理運(yùn)算后驅(qū)動(dòng)執(zhí)行報(bào)警電路使警號(hào)發(fā)聲1。(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。此類裝置設(shè)計(jì)的要點(diǎn)：其一是能有效判斷是否有人員進(jìn)入；其二是盡可能大地增加防護(hù)范圍。當(dāng)然，系

11、統(tǒng)工作的穩(wěn)定性和可靠性也是追求的重要指標(biāo)。至于報(bào)警可采用聲光信號(hào)。要求：1. 每2人1組，每人制作1塊電路板，可以共同合作討論設(shè)計(jì)、布局、制作和調(diào)試。2. 繪制電路原理圖和走線圖。3. 編制設(shè)計(jì)開發(fā)文檔和制作工藝文件。目標(biāo)：通過(guò)本次電路的制作，要求學(xué)員能夠：1. 熟悉光電傳感器和熱釋電紅外傳感器的工作原理。2. 掌握熱釋電紅外報(bào)警器的工作原理和過(guò)程。3 掌握電阻、電容、二極管、三極管、熱釋電紅外傳感器的選用、識(shí)別與檢測(cè)方法。4. 熟悉熟練焊接技術(shù)。5. 了解元件布局的工藝要求。6. 了解連線的走線工藝要求。6. 掌握裝配設(shè)計(jì)開發(fā)文檔和工藝文件的編制。項(xiàng)目資訊1、什么是光電效應(yīng)？它可分為哪幾類？

12、2、常見(jiàn)二極管是如何分類的？本電路中的二極管是何種類？如何測(cè)試？3、常見(jiàn)三極管是如何分類的？本電路中的三極管是何種類？引腳如何分布？4、如何用萬(wàn)用表區(qū)分三極管的e，b，c三極？5、產(chǎn)品中為什么要加菲涅爾透鏡？6、從測(cè)量對(duì)象與功能來(lái)看，熱釋電紅外傳感器的特點(diǎn)是什么？原理圖與PCB圖設(shè)計(jì)一、 原理圖及其仿真結(jié)果二、 PCB圖制作準(zhǔn)備一、元件明細(xì)表請(qǐng)根據(jù)電路圖將元器件填入元器件明細(xì)表，并根據(jù)明細(xì)表領(lǐng)取相應(yīng)元器件及萬(wàn)能電路板。二、 儀表與工具在制作電路之前應(yīng)準(zhǔn)備好以下儀表與工具：（1）儀表：萬(wàn)用表。（2）工具：恒溫焊臺(tái)、電烙鐵（架）、焊錫、松香、鑷子、斜口鉗等。三、 教學(xué)材料（1）教材：傳感器技術(shù)、傳

13、感器應(yīng)用資源庫(kù)（2）教學(xué)資源：教學(xué)課件、引導(dǎo)文、元器件加工工藝卡等電路制作一、元件識(shí)別在電路制作之前，應(yīng)按照原理圖及元件清單，將下發(fā)的元器件與清單中的元件一一對(duì)應(yīng)，并保證所用的元器件的性能良好。元件的識(shí)別方法請(qǐng)參考教材。二、規(guī)劃元件布局通常，應(yīng)根據(jù)電路板的尺寸及選用元器件的型號(hào)、規(guī)格等進(jìn)行布局。并且電路板上所有元器件的排列應(yīng)均勻、整齊、緊湊，位于電路板邊緣的元器件離邊緣的距離應(yīng)大于2mm。元件布局應(yīng)使走線方便，不出現(xiàn)交叉，方便電路的調(diào)試。三、 電路走線規(guī)劃好元器件布局后，需要在元器件布局的基礎(chǔ)上完成電路的走線。走線時(shí)應(yīng)注意橫平豎直，走線最短，不走斜線，不能交叉。四、元器件成形與焊接根據(jù)元器件的

14、布局，將繪制的電路連線圖貼在萬(wàn)能板元件面，再將所有元器件成形插入相應(yīng)位置，并用電烙鐵焊接固定好。插放元器件時(shí)應(yīng)注意元件的參數(shù)、極性，不能接錯(cuò)。相似元件（如電阻與電阻，電容與電容等）的高度應(yīng)保持一致。反面過(guò)長(zhǎng)的引腳可剪掉，或保留作為連線使用。然后按照繪制好的電路連線圖，完成電路線路的焊接。五、編制裝配工藝文件依照剛才的元器件成形及裝配過(guò)程，編制元器件加工工藝卡、設(shè)計(jì)文檔?？偨Y(jié)與提高一、自我總結(jié)1. 請(qǐng)總結(jié)你在整個(gè)任務(wù)完成過(guò)程中做得好的是什么？還有什么不足？有何打算？2. 你在整個(gè)任務(wù)完成過(guò)程中出現(xiàn)了哪些問(wèn)題？你是如何解決的？你還有什么問(wèn)題不能解決？二、拓展提高1、通過(guò)查找資料等方式，了解光電傳感

15、器的發(fā)展。2、查找資料，了解目前主流的光電傳感器有哪些。3、制作與測(cè)試紅外報(bào)警器?？己伺c評(píng)價(jià)1自我評(píng)價(jià)個(gè)人簽字： 日期：2組長(zhǎng)評(píng)價(jià)組長(zhǎng)簽字： 日期：3教師評(píng)價(jià)教師簽字： 日期：項(xiàng)目實(shí)施任務(wù)書光電轉(zhuǎn)速計(jì)制作項(xiàng)目描述在工程實(shí)踐中，經(jīng)常會(huì)遇到各種需要測(cè)量轉(zhuǎn)速的場(chǎng)合。例如，在發(fā)動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)，卷?yè)P(yáng)機(jī)，機(jī)床轉(zhuǎn)軸等旋轉(zhuǎn)設(shè)備的測(cè)試，運(yùn)轉(zhuǎn)和控制中，常需要分時(shí)或連續(xù)測(cè)量和顯示其轉(zhuǎn)速或瞬間轉(zhuǎn)速。對(duì)于工業(yè)測(cè)試，水利，機(jī)械等方面，轉(zhuǎn)速是重要的控制參數(shù)之一。尤其機(jī)在工業(yè)測(cè)試系統(tǒng)中，大部分旋轉(zhuǎn)儀器無(wú)法測(cè)定目前的轉(zhuǎn)速，從而無(wú)法安全有效地械設(shè)備進(jìn)行故障預(yù)防，無(wú)形中降低了系統(tǒng)的安全性，增加了設(shè)備維護(hù)的成本。因此，如何利用先進(jìn)的數(shù)

16、字技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)改造傳統(tǒng)的工業(yè)技術(shù)，提高監(jiān)控系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，安全性，方便性是當(dāng)前工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)急需解決的難題。轉(zhuǎn)速測(cè)量方法較多，通?？煞譃槟M式和數(shù)字式兩種。模擬式采用測(cè)速發(fā)電機(jī)為檢測(cè)元件，得到的信號(hào)是模擬量。數(shù)字式通常采用光電編碼器，霍爾元件等為檢測(cè)元件，得到的信號(hào)是脈沖信號(hào)。隨著微型計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，特別是高性能價(jià)格比的單片機(jī)的出現(xiàn)，轉(zhuǎn)速測(cè)量普遍采用以單片機(jī)為核心的數(shù)字式測(cè)量方法。本項(xiàng)目引入AT89C51單片機(jī)為核心，采用光電脈沖編碼傳感器設(shè)計(jì)智能化轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的測(cè)量和顯示.上。要求：1.光電轉(zhuǎn)速計(jì)基本要求：1）.設(shè)計(jì)完整的轉(zhuǎn)速計(jì)智能產(chǎn)品；2）.利用光電傳感器采集數(shù)據(jù)；3）.利用AT

17、89C52作為MCU，處理數(shù)據(jù)，并顯示轉(zhuǎn)速。2. 擴(kuò)展部分要求：使用LCD1602顯示信息；擴(kuò)展計(jì)算里程功能，計(jì)算產(chǎn)品運(yùn)行的距離；擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器EEPROM，記錄總行程。目標(biāo)：1) 熟悉光電傳感器的工作原理及其使用方法。2) 結(jié)合任務(wù)要求，完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)和調(diào)試，鼓勵(lì)功能擴(kuò)展和創(chuàng)新；3) 根據(jù)設(shè)計(jì)的電路，用protel工具，畫出完整的硬件電路圖；4) 理解51系列單片機(jī)的信號(hào)采集，及其數(shù)據(jù)處理的過(guò)程；項(xiàng)目資訊1、本項(xiàng)目中采用的是哪種光電傳感器，它在其中起什么作用？2、光電傳感器的測(cè)速原理是什么？3、據(jù)你所知，可采用哪些傳感器來(lái)測(cè)量轉(zhuǎn)速？4、光電傳感器除了用來(lái)測(cè)量轉(zhuǎn)速，還可用于哪些場(chǎng)合？原理圖與PC

18、B圖設(shè)計(jì)三、 原理圖及其仿真結(jié)果四、 PCB圖制作準(zhǔn)備一、元件明細(xì)表請(qǐng)根據(jù)電路圖將元器件填入元器件明細(xì)表，并根據(jù)明細(xì)表領(lǐng)取相應(yīng)元器件及萬(wàn)能電路板。二、 儀表與工具在制作電路之前應(yīng)準(zhǔn)備好以下儀表與工具：（1）儀表：萬(wàn)用表。（2）工具：恒溫焊臺(tái)、電烙鐵（架）、焊錫、松香、鑷子、斜口鉗等。三、 教學(xué)材料（1）教材：傳感器技術(shù)、傳感器應(yīng)用資源庫(kù)（2）教學(xué)資源：教學(xué)課件、引導(dǎo)文、元器件加工工藝卡等電路制作一、元件識(shí)別在電路制作之前，應(yīng)按照原理圖及元件清單，將下發(fā)的元器件與清單中的元件一一對(duì)應(yīng)，并保證所用的元器件的性能良好。元件的識(shí)別方法請(qǐng)參考教材。二、規(guī)劃元件布局通常，應(yīng)根據(jù)電路板的尺寸及選用元器件的型

19、號(hào)、規(guī)格等進(jìn)行布局。并且電路板上所有元器件的排列應(yīng)均勻、整齊、緊湊，位于電路板邊緣的元器件離邊緣的距離應(yīng)大于2mm。元件布局應(yīng)使走線方便，不出現(xiàn)交叉，方便電路的調(diào)試。三、 電路走線規(guī)劃好元器件布局后，需要在元器件布局的基礎(chǔ)上完成電路的走線。走線時(shí)應(yīng)注意橫平豎直，走線最短，不走斜線，不能交叉。四、元器件成形與焊接根據(jù)元器件的布局，將繪制的電路連線圖貼在萬(wàn)能板元件面，再將所有元器件成形插入相應(yīng)位置，并用電烙鐵焊接固定好。插放元器件時(shí)應(yīng)注意元件的參數(shù)、極性，不能接錯(cuò)。相似元件（如電阻與電阻，電容與電容等）的高度應(yīng)保持一致。反面過(guò)長(zhǎng)的引腳可剪掉，或保留作為連線使用。然后按照繪制好的電路連線圖，完成電路

20、線路的焊接。五、編制裝配工藝文件依照剛才的元器件成形及裝配過(guò)程，編制元器件加工工藝卡、設(shè)計(jì)文檔?？偨Y(jié)與提高一、自我總結(jié)1. 請(qǐng)總結(jié)你在整個(gè)任務(wù)完成過(guò)程中做得好的是什么？還有什么不足？有何打算？2. 你在整個(gè)任務(wù)完成過(guò)程中出現(xiàn)了哪些問(wèn)題？你是如何解決的？你還有什么問(wèn)題不能解決？二、拓展提高1、通過(guò)查找資料等方式，了解光電傳感器的發(fā)展。2、查找資料，了解目前主流的光電傳感器有哪些。3、制作與測(cè)試紅外報(bào)警器。考核與評(píng)價(jià)1自我評(píng)價(jià)個(gè)人簽字： 日期：2組長(zhǎng)評(píng)價(jià)組長(zhǎng)簽字： 日期：3教師評(píng)價(jià)教師簽字： 日期：項(xiàng)目實(shí)施任務(wù)書尋跡小車制作項(xiàng)目描述本尋跡小車在現(xiàn)有小車模型的基礎(chǔ)上，以AT89C52單片機(jī)為控制核心

21、，加以直流電機(jī)、光電傳感器和電源電路以及其他電路構(gòu)成。尋跡由RPR220型光電對(duì)管完成，系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)對(duì)周圍環(huán)境的檢測(cè)和按斷后，控制小車前進(jìn)后退以及轉(zhuǎn)向，自主識(shí)別黑色引導(dǎo)線并根據(jù)黑線走向目的地。要求： 1)自動(dòng)尋跡小車從安全區(qū)域啟動(dòng)。2)小車按指定路線運(yùn)行，自動(dòng)區(qū)分直線軌道和彎路軌道，在指定彎路處拐彎，實(shí)現(xiàn)靈活前進(jìn)、轉(zhuǎn)彎、倒退等功能，在軌道上劃出設(shè)定的地圖。 3)小車完成指定運(yùn)行任務(wù)后，自動(dòng)返回出發(fā)起點(diǎn)，自動(dòng)倒車，入庫(kù)。4) 自由發(fā)揮部分（音樂(lè)、彩燈、避障、顯示等）尋跡路線如圖1所示：目標(biāo)：5) 熟悉光電傳感器的工作原理及其使用方法。6) 結(jié)合任務(wù)要求，完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)和調(diào)試，鼓勵(lì)功能擴(kuò)展和創(chuàng)新；7)

22、 根據(jù)設(shè)計(jì)的電路，用protel工具，畫出完整的硬件電路圖；8) 理解單片機(jī)的信號(hào)采集，及其數(shù)據(jù)處理的過(guò)程；項(xiàng)目資訊1、本項(xiàng)目中采用的是哪種光電傳感器，它在其中起什么作用？2、在本項(xiàng)目中，光電傳感器的尋跡原理是什么？3、根據(jù)所學(xué)知識(shí)和所查資料，可哪些傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)小車尋跡功能？ 原理圖與PCB圖設(shè)計(jì)五、 原理圖及其仿真結(jié)果六、 PCB圖制作準(zhǔn)備一、元件明細(xì)表請(qǐng)根據(jù)電路圖將元器件填入元器件明細(xì)表，并根據(jù)明細(xì)表領(lǐng)取相應(yīng)元器件及萬(wàn)能電路板。二、 儀表與工具在制作電路之前應(yīng)準(zhǔn)備好以下儀表與工具：（1）儀表：萬(wàn)用表。（2）工具：恒溫焊臺(tái)、電烙鐵（架）、焊錫、松香、鑷子、斜口鉗等。三、 教學(xué)材料（1）教材：

23、傳感器技術(shù)、傳感器應(yīng)用資源庫(kù)（2）教學(xué)資源：教學(xué)課件、引導(dǎo)文、元器件加工工藝卡等電路制作一、元件識(shí)別在電路制作之前，應(yīng)按照原理圖及元件清單，將下發(fā)的元器件與清單中的元件一一對(duì)應(yīng)，并保證所用的元器件的性能良好。元件的識(shí)別方法請(qǐng)參考教材。二、規(guī)劃元件布局通常，應(yīng)根據(jù)電路板的尺寸及選用元器件的型號(hào)、規(guī)格等進(jìn)行布局。并且電路板上所有元器件的排列應(yīng)均勻、整齊、緊湊，位于電路板邊緣的元器件離邊緣的距離應(yīng)大于2mm。元件布局應(yīng)使走線方便，不出現(xiàn)交叉，方便電路的調(diào)試。三、 電路走線規(guī)劃好元器件布局后，需要在元器件布局的基礎(chǔ)上完成電路的走線。走線時(shí)應(yīng)注意橫平豎直，走線最短，不走斜線，不能交叉。四、元器件成形與焊

24、接根據(jù)元器件的布局，將繪制的電路連線圖貼在萬(wàn)能板元件面，再將所有元器件成形插入相應(yīng)位置，并用電烙鐵焊接固定好。插放元器件時(shí)應(yīng)注意元件的參數(shù)、極性，不能接錯(cuò)。相似元件（如電阻與電阻，電容與電容等）的高度應(yīng)保持一致。反面過(guò)長(zhǎng)的引腳可剪掉，或保留作為連線使用。然后按照繪制好的電路連線圖，完成電路線路的焊接。五、編制裝配工藝文件依照剛才的元器件成形及裝配過(guò)程，編制元器件加工工藝卡、設(shè)計(jì)文檔?？偨Y(jié)與提高一、自我總結(jié)1. 請(qǐng)總結(jié)你在整個(gè)任務(wù)完成過(guò)程中做得好的是什么？還有什么不足？有何打算？2. 你在整個(gè)任務(wù)完成過(guò)程中出現(xiàn)了哪些問(wèn)題？你是如何解決的？你還有什么問(wèn)題不能解決？二、拓展提高1、通過(guò)查找資料等方式

25、，了解光電傳感器的發(fā)展。2、查找資料，了解目前主流的光電傳感器有哪些。3、制作與測(cè)試紅外報(bào)警器?？己伺c評(píng)價(jià)1自我評(píng)價(jià)個(gè)人簽字： 日期：2組長(zhǎng)評(píng)價(jià)組長(zhǎng)簽字： 日期：3教師評(píng)價(jià)教師簽字： 日期：附錄2：熱釋電 紅外報(bào)警器制作子項(xiàng)目-熱釋電紅外報(bào)警器項(xiàng)目目標(biāo): 基于AT89C51單片機(jī)，利用光電傳感器中的熱釋電紅外線傳感器的紅外感應(yīng)作用，設(shè)計(jì)電路并編程實(shí)現(xiàn)監(jiān)控區(qū)域的人體防盜報(bào)警。 1 項(xiàng)目背景隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們生活水平得到很大的提高，對(duì)私有財(cái)產(chǎn)的保護(hù)意識(shí)在不斷的增強(qiáng)，因而對(duì)防盜措施提出了新的要求。本設(shè)計(jì)就是為了滿足現(xiàn)代住宅防盜的需要而設(shè)計(jì)的家庭式電子防盜系統(tǒng)。就目前市

26、面上裝備主要有壓力觸發(fā)式防盜報(bào)警器、開關(guān)電子防盜報(bào)警器和壓力遮光觸發(fā)式防盜報(bào)警器等各種報(bào)警器，但這幾種比較常見(jiàn)的報(bào)警器都存在一些缺點(diǎn)。而本設(shè)計(jì)中所使用的紅外線是不可見(jiàn)光，有很強(qiáng)的隱蔽性和保密性，因此在防盜、警戒等安保裝置中得到了廣泛的應(yīng)用。這種熱釋電紅外傳感器能以非接觸形式檢測(cè)出人體輻射的紅外線，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)，同時(shí)，熱釋電紅外傳感器既可用于防盜報(bào)警裝置，也可用于制動(dòng)控制、接近開關(guān)、遙測(cè)等領(lǐng)域。1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 (1)該設(shè)計(jì)包括硬件和軟件設(shè)計(jì)兩個(gè)部分。模塊劃分為數(shù)據(jù)采集、鍵盤控制、報(bào)警等模塊子函數(shù)。(2)本紅外線防盜報(bào)警系統(tǒng)由熱釋電紅外傳感器、報(bào)警器、單片機(jī)控制電路、LED控制電路

27、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、通信模塊、功能設(shè)定模塊等部分組成。(3)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)功能。當(dāng)人員外出時(shí)，可把報(bào)警系統(tǒng)設(shè)置在外出布防狀態(tài)，探測(cè)器工作起來(lái),當(dāng)有人闖入時(shí)，熱釋電紅外傳感器將探測(cè)到動(dòng)作，設(shè)置在監(jiān)測(cè)點(diǎn)上的紅外探頭將人體輻射的紅外光譜變換成電信號(hào)，經(jīng)放大電路、比較電路送至門限開關(guān)，打開門限閥門送出TTL 電平至AT89C51單片機(jī)，經(jīng)單片機(jī)處理運(yùn)算后驅(qū)動(dòng)執(zhí)行報(bào)警電路使警號(hào)發(fā)聲1。(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。此類裝置設(shè)計(jì)的要點(diǎn)：其一是能有效判

28、斷是否有人員進(jìn)入；其二是盡可能大地增加防護(hù)范圍。當(dāng)然，系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性和可靠性也是追求的重要指標(biāo)。至于報(bào)警可采用聲光信號(hào)。2 熱釋電紅外傳感器與AT89C51單片機(jī)2.1 熱釋電紅外傳感器簡(jiǎn)介熱釋電紅外傳感器是一種能檢測(cè)人或動(dòng)物發(fā)射的紅外線而輸出電信號(hào)的傳感器。早在1938年，有人提出過(guò)利用熱釋電效應(yīng)探測(cè)紅外輻射，但并未受到重視，直到六十年代才又興起了對(duì)熱釋電效應(yīng)的研究和對(duì)熱釋電晶體的應(yīng)用。熱釋電晶體已廣泛用于紅外光譜儀、紅外遙感以及熱輻射探測(cè)器。除了在樓道自動(dòng)開關(guān)、防盜報(bào)警上得到應(yīng)用外，在更多的領(lǐng)域得到應(yīng)用。比如：在房間無(wú)人時(shí)會(huì)自動(dòng)停機(jī)的空調(diào)機(jī)、飲水機(jī)；電視機(jī)能判斷無(wú)人觀看或觀眾已經(jīng)睡覺(jué)后自

29、動(dòng)關(guān)機(jī)的電路；開啟監(jiān)視器或自動(dòng)門鈴上的應(yīng)用；攝影機(jī)或數(shù)碼照相機(jī)自動(dòng)記錄動(dòng)物或人的活動(dòng)等等熱釋電紅外線(PIR)傳感器能以非接觸形式檢測(cè)出人體輻射的紅外線能量的變化，并將其轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)輸出。將這個(gè)電壓信號(hào)加以放大，便可驅(qū)動(dòng)各種控制電路2。如圖1示為熱釋電紅外傳感器的內(nèi)部電路框圖。 圖1 熱釋電紅外傳感器的外形圖和內(nèi)部電路框圖2.2 PIR的原理特性熱釋電紅外線傳感器主要是由一種高熱電系數(shù)制成的探測(cè)元件，在每個(gè)探測(cè)器內(nèi)裝入一個(gè)或兩個(gè)探測(cè)元件，并將兩個(gè)探測(cè)元件以反極性串聯(lián)，以抑制由于自身溫度升高而產(chǎn)生的干擾。由探測(cè)元件將探測(cè)并接收到的紅外輻射轉(zhuǎn)變成微弱的電壓信號(hào)，經(jīng)裝在探頭內(nèi)的場(chǎng)效應(yīng)管放大后向外輸

30、出。人體輻射的紅外線中心波長(zhǎng)為9-10um，而探測(cè)元件的波長(zhǎng)靈敏度在0.2-20um范圍內(nèi)幾乎穩(wěn)定不變。在傳感器頂端開設(shè)了一個(gè)裝有濾光鏡片的窗口，這個(gè)濾光片可通過(guò)光的波長(zhǎng)范圍為7-10um，正好適合于人體紅外輻射的探測(cè)，而對(duì)其它波長(zhǎng)的紅外線由濾光片予以吸收，這樣便形成了一種專門用作探測(cè)人體輻射的紅外線傳感器。一旦人侵入探測(cè)區(qū)域內(nèi)，人體紅外輻射通過(guò)部分鏡面聚焦，并被熱釋電元接收，但是兩片熱釋電元接收到的熱量不同，熱釋電也不同不能抵消，經(jīng)信號(hào)處理而輸出電壓信號(hào)。如圖2所示，熱釋電晶片表面必須罩上一塊由一組平行的棱柱型透鏡所組成菲涅爾透鏡，每一透鏡單元都只有一個(gè)不大的視場(chǎng)角，當(dāng)人體在透鏡的監(jiān)視視野范

31、圍中運(yùn)動(dòng)時(shí)，順次地進(jìn)入第一、第二單元透鏡的視場(chǎng)，晶片上的兩個(gè)反向串聯(lián)的熱釋電單元將輸出一串交變脈沖信號(hào)。當(dāng)然，如果人體靜止不動(dòng)地站在熱釋電元件前面，它是“視而不見(jiàn)”的。圖2 菲涅爾透鏡外形和內(nèi)部原理圖2.3 AT89C51單片機(jī)簡(jiǎn)介2.3.1 AT89C51單片機(jī)的結(jié)構(gòu) AT89C51單片機(jī)是美國(guó)Atmel公司生產(chǎn)低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4k bytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器（EPROM）和128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)，器件采用Atmel公司的高密度、非易失性存取技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和Flash

32、存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大3。AT89C51單片機(jī)可提供許多高性價(jià)比的應(yīng)用場(chǎng)合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。圖3為AT89C51單片機(jī)的基本組成功能方塊圖。由圖可見(jiàn)，在這一塊芯片上，集成了一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)的主要組成部分，其中包括CPU、存儲(chǔ)器、可編程I/O口、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串行口等，各部分通過(guò)內(nèi)部總線相連。下面介紹幾個(gè)主要部分。振蕩器和時(shí)序OSC程序存儲(chǔ)器4 KB ROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器256 B RAM/SFR定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 2 ×16 AT89C51CPU64 KB總線 擴(kuò)展控制器可編程 I/O可編程全雙工串行口內(nèi)中斷外時(shí)鐘源 外部事件計(jì)數(shù) 外部中斷 控制 并行口 串行通信圖3 AT89C51

33、功能方塊圖2.3.2 AT89C51管腳說(shuō)明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能。VCC：供電電壓。GND：接地。P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫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口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器

34、能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入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)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。 P2口：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門電流，當(dāng)P2口被寫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。P2口當(dāng)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)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功

35、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口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)P3口寫入1后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：P3口管腳 備選功能P3.0 RXD（串行輸入口）P3.1 TXD（串行輸出口）P3.2 INT0（外部中斷0）P3.3 INT1（外部中斷1）P3.4 T0（記時(shí)器0外部輸入）P3.5 T1（記時(shí)器1外部輸入）P3.6 （外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通）P3.7 （外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）

36、P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。ALE/：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許端的輸出電平用于鎖存地址的地址字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)端。在由外部程序存儲(chǔ)

37、器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次PSEN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)。/VP：當(dāng)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)，將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)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：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。XTAL2：反向振蕩器的輸出,如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，應(yīng)不接。3 方案設(shè)計(jì)3.1 總體設(shè)計(jì)思路本設(shè)計(jì)包括硬件和軟件設(shè)計(jì)兩個(gè)部分。模塊劃分為數(shù)據(jù)采集、鍵盤控制、報(bào)警等子模塊。電路結(jié)構(gòu)可劃分為：熱釋電紅外

38、傳感器、報(bào)警器、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。就此設(shè)計(jì)的核心模塊來(lái)說(shuō)，單片機(jī)就是設(shè)計(jì)的中心單元，所以此系統(tǒng)也是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的一種應(yīng)用。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)也是有硬件和軟件組成。硬件包括單片機(jī)、輸入/輸出設(shè)備、以及外圍應(yīng)用電路等組成的系統(tǒng)，軟件是各種工作程序的總稱。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的研制過(guò)程包括總體設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)等幾個(gè)階段。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)：熱釋電紅外傳感探頭電路、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；它們之間的構(gòu)成框圖如圖4總體設(shè)計(jì)框圖所示： AT89C51復(fù)位電路

39、信號(hào)檢測(cè)電路報(bào)警執(zhí)行電路LED發(fā)光顯示放大驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)圖4 總體設(shè)計(jì)框圖 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)上的紅外探頭將人體輻射的紅外光譜變換成電信號(hào)，經(jīng)放大電路、比較電路送至門限開關(guān)，打開門限閥門送出TTL 電平至AT89C51單片機(jī)。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)動(dòng)作。當(dāng)報(bào)警延遲10s一段時(shí)間后自動(dòng)解除，也可人工手動(dòng)解除報(bào)警信號(hào)，當(dāng)警情消除后復(fù)位電路使系統(tǒng)復(fù)位，或者是在聲光報(bào)警10s鐘后有定時(shí)器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)消除報(bào)警4。3.2 具體電路模塊設(shè)計(jì)3.2.1 熱釋電

40、紅外傳感器原理本設(shè)計(jì)所用的熱釋感器就采用這種雙探測(cè)元的結(jié)構(gòu)。其工作電路原理及設(shè)計(jì)電路如圖5所示, 在VCC電源端利用C1和R2來(lái)穩(wěn)定工作電壓，同樣輸出端也多加了穩(wěn)壓元件穩(wěn)定信號(hào)。當(dāng)檢測(cè)到人體移動(dòng)信號(hào)時(shí)，電荷信號(hào)經(jīng)過(guò)FET放大后，經(jīng)過(guò)C2，R1的穩(wěn)壓后使輸出變?yōu)楦唠娢?，再?jīng)過(guò)NPN的轉(zhuǎn)化，輸出OUT為低電平。圖5 熱釋電紅外傳感器原理圖3.2.2 放大電路的設(shè)計(jì)如圖6所示為最基本的放大電路，Vi是輸入電壓信號(hào)，Vo是輸出放大的電壓信號(hào)。圖6 放大電路圖3.2.3 時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用

41、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1us5。如圖7所示為時(shí)鐘電路。圖7 時(shí)鐘電路圖3.2.4 復(fù)位電路的設(shè)計(jì)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，單片機(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6。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2us7。本設(shè)計(jì)采用的是外部手動(dòng)按鍵復(fù)位電路。如圖8示為復(fù)位電路。圖8 復(fù)位電路圖3.2.5 發(fā)光

42、二極管報(bào)警電路的設(shè)計(jì)由4個(gè)發(fā)光二極管接上電阻后連上單片的RXD的引腳，外接VCC，當(dāng)單片機(jī)的RXD引腳被置低電平后，發(fā)光二極管被點(diǎn)亮，起到報(bào)警作用8。圖9所示為發(fā)光二極管報(bào)警電路。圖9 發(fā)光二極管報(bào)警電路圖3.2.6 聲音報(bào)警電路的設(shè)計(jì)如下圖所示，用一個(gè)Speaker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10示為聲音報(bào)警電路。圖10 聲音報(bào)警電路圖3.3 系統(tǒng)硬件電路的選擇及說(shuō)明硬件電路的設(shè)計(jì)見(jiàn)附圖示，從以上的分析可知在本設(shè)計(jì)中要用到如下器件： AT89C51、熱釋電紅外傳感器、LED、按鍵、反相器74LS04、蜂鳴器等一些單片機(jī)外圍應(yīng)用電路，以及單片機(jī)的手工復(fù)位電路等

43、。其中D1為電源工作指示燈，D2是正常工作指示燈，D3D6是起報(bào)警指示作用，當(dāng)RXD腳被置低電平時(shí)，D3D6亮紅燈開始報(bào)警，同樣，TXD腳置高電平時(shí)聲音報(bào)警電路開始工作。電路設(shè)有2個(gè)按鍵，S1鍵作為倒計(jì)時(shí)的暫停鍵, S2鍵作為作為電路復(fù)位鍵。3.4 軟件的程序?qū)崿F(xiàn)3.4.1 主程序工作流程圖按上述工作原理和硬件結(jié)構(gòu)分析可知系統(tǒng)主程序工作流程圖如下圖11所示；系統(tǒng)初始化聲光報(bào)警結(jié)束檢測(cè)外部有無(wú)信號(hào)輸入聲光報(bào)警是否持續(xù)10秒開始啟動(dòng)聲光報(bào)警電路開始報(bào)警是否還有檢測(cè)信號(hào)等待下次報(bào)警結(jié)束YNNYYN圖11 主程序工作流程圖3.4.2 中斷服務(wù)程序工作流程圖本主程序?qū)崿F(xiàn)的功能是：當(dāng)單片機(jī)檢測(cè)到外部熱釋電

44、傳感器送來(lái)的脈沖信號(hào)后，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)警電路開始報(bào)警，報(bào)警持續(xù)10秒鐘后自動(dòng)停止報(bào)警,然后程序開始循環(huán)工作，檢測(cè)是否還有下次觸發(fā)信號(hào)，等待報(bào)警從而使報(bào)警器進(jìn)入連續(xù)工作狀態(tài)。同時(shí)，利用中斷方式可以實(shí)現(xiàn)報(bào)警持續(xù)時(shí)間未到10秒時(shí)，用手工按鍵停止的聲光報(bào)警的作用。手工按鍵停止報(bào)警中斷服務(wù)程序工作流程圖，如下圖12所示；中斷源發(fā)出中斷申請(qǐng)關(guān)中斷、保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)INTO端有輸入信號(hào)關(guān)閉報(bào)警恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)、開中斷中斷返回圖12 中斷服務(wù)程序工作流程圖4 虛擬仿真本設(shè)計(jì)通過(guò)利用Proteus仿真，將所編寫的程序用KeilC軟件編譯，所仿真原理圖見(jiàn)下圖12。本設(shè)計(jì)所要求達(dá)到的目

45、標(biāo)是在接收到紅外傳感器帶來(lái)的低電平信號(hào)，可使圖中的綠燈由暗變亮，紅燈產(chǎn)生報(bào)警，可觀察到紅燈一閃一閃的。當(dāng)報(bào)警結(jié)束后，綠燈亮起。圖12 基于AT89C51的熱釋電紅外防盜報(bào)警器原理圖圖13 單片機(jī)控制的紅外防盜報(bào)警器PCB圖 圖14 Proteus仿真原理圖5 總結(jié)本項(xiàng)目設(shè)計(jì)了一種基于單片機(jī)技術(shù)的無(wú)線智能防盜報(bào)警器。該防盜報(bào)警器采用外接熱釋電紅傳感器以非接觸方式探測(cè)出人體發(fā)出的紅外輻射，并將其轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電信號(hào)輸出，且以AT89C51單片機(jī)為工作處理器核心實(shí)時(shí)處理傳感器數(shù)據(jù)，能夠，能有效的抑制人體輻射波長(zhǎng)以外的紅外光線與可見(jiàn)光的干擾。在正常情況下，傳感器輸出低電平，當(dāng)有人在探測(cè)區(qū)范圍內(nèi)移動(dòng)時(shí)輸出

46、低電平變?yōu)楦唠娖剑烁唠娖捷斎雴纹瑱C(jī)，作為單片機(jī)的外部觸發(fā)信號(hào)處理，經(jīng)單片機(jī)內(nèi)部軟件編程處理后，單片機(jī)輸出控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)聲光報(bào)警電路開始報(bào)警。該熱釋電紅外報(bào)警器的操作簡(jiǎn)單、易懂、靈活方便，智能性高，誤報(bào)率低，能有效地用于日常生活中的安全防盜報(bào)警。隨著現(xiàn)代人們安全意識(shí)的增強(qiáng)以及科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，相信此類報(bào)警器必將在更廣闊的領(lǐng)域得到更深層次的應(yīng)用。子項(xiàng)目光電轉(zhuǎn)速計(jì)項(xiàng)目目標(biāo): 本項(xiàng)目引入AT89C51單片機(jī)為核心，采用光電脈沖編碼傳感器設(shè)計(jì)智能化轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的測(cè)量和顯示上。1 項(xiàng)目背景在工程實(shí)踐中，經(jīng)常會(huì)遇到各種需要測(cè)量轉(zhuǎn)速的場(chǎng)合。例如，在發(fā)動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)，卷?yè)P(yáng)機(jī)，機(jī)床轉(zhuǎn)軸等旋轉(zhuǎn)設(shè)備的測(cè)試，

47、運(yùn)轉(zhuǎn)和控制中，常需要分時(shí)或連續(xù)測(cè)量和顯示其轉(zhuǎn)速或瞬間轉(zhuǎn)速。對(duì)于工業(yè)測(cè)試，水利，機(jī)械等方面，轉(zhuǎn)速是重要的控制參數(shù)之一。尤其機(jī)在工業(yè)測(cè)試系統(tǒng)中，大部分旋轉(zhuǎn)儀器無(wú)法測(cè)定目前的轉(zhuǎn)速，從而無(wú)法安全有效地械設(shè)備進(jìn)行故障預(yù)防，無(wú)形中降低了系統(tǒng)的安全性，增加了設(shè)備維護(hù)的成本。因此，如何利用先進(jìn)的數(shù)字技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)改造傳統(tǒng)的工業(yè)技術(shù)，提高監(jiān)控系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，安全性，方便性是當(dāng)前工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)急需解決的難題。轉(zhuǎn)速測(cè)量方法較多，通?？煞譃槟M式和數(shù)字式兩種。模擬式采用測(cè)速發(fā)電機(jī)為檢測(cè)元件，得到的信號(hào)是模擬量。數(shù)字式通常采用光電編碼器，霍爾元件等為檢測(cè)元件，得到的信號(hào)是脈沖信號(hào)。隨著微型計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，特別是高性能價(jià)

48、格比的單片機(jī)的出現(xiàn)，轉(zhuǎn)速測(cè)量普遍采用以單片機(jī)為核心的數(shù)字式測(cè)量方法。本項(xiàng)目引入AT89C51單片機(jī)為核心，采用光電脈沖編碼傳感器設(shè)計(jì)智能化轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的測(cè)量和顯示上。2 基于單片機(jī)的轉(zhuǎn)速測(cè)量方法及原理2.1單片機(jī)測(cè)量轉(zhuǎn)速的方法轉(zhuǎn)速是工程中應(yīng)用非常廣泛的一個(gè)參數(shù)，早期模擬量的模擬處理一直是作為轉(zhuǎn)速測(cè)量的主要方法，這種測(cè)量方法在測(cè)量范圍和測(cè)量精度上，已不能適應(yīng)現(xiàn)代科技發(fā)展的要求。而隨著大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字測(cè)量系統(tǒng)得到普遍應(yīng)用，利用單片機(jī)對(duì)脈沖數(shù)字信號(hào)的強(qiáng)大處理能力，應(yīng)用全數(shù)字化的結(jié)構(gòu)，使數(shù)字測(cè)量系統(tǒng)的越來(lái)越普及。在測(cè)量范圍和測(cè)量精度方面都有極大的提高。下面對(duì)測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行

49、探討4。一般轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)有以下幾個(gè)部分構(gòu)成，轉(zhuǎn)速測(cè)量框圖如圖2.1所示。轉(zhuǎn)速信號(hào)拾取整形倍頻單片機(jī)顯示接口芯片顯示鍵盤驅(qū)動(dòng)電路圖2.1 轉(zhuǎn)速測(cè)量框圖1轉(zhuǎn)速信號(hào)拾取轉(zhuǎn)速信號(hào)拾取是整個(gè)系統(tǒng)的前端通道，目的是將外界的非電參量，通過(guò)一定方式轉(zhuǎn)換成電量，這一環(huán)節(jié)可以通過(guò)敏感元件、傳感器或測(cè)量?jī)x表等來(lái)實(shí)現(xiàn)。2整形和倍頻前向通道中，將傳感器輸出的信號(hào)轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)輸入要求的信號(hào)。3單片機(jī)單片機(jī)是整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的主要部分，擔(dān)負(fù)對(duì)前端脈沖信號(hào)的處理、計(jì)算、以及信號(hào)的同步，計(jì)時(shí)等任務(wù)，其次，將測(cè)量的數(shù)據(jù)經(jīng)計(jì)算后，將得到的轉(zhuǎn)速值傳送到顯示接口中，用數(shù)碼管顯示數(shù)值。在本系統(tǒng)中考慮到計(jì)數(shù)的范圍、使用的定時(shí)/計(jì)數(shù)器的個(gè)數(shù)及I

50、/O口線，選用AT89C51單片機(jī)。4驅(qū)動(dòng)和顯示由于LED數(shù)碼管具有亮度高、可靠性好等特點(diǎn)，工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)中常用LED數(shù)碼管作為顯示輸出。本系統(tǒng)也采用數(shù)碼管作顯示。2.2轉(zhuǎn)速測(cè)量原理2.2.1測(cè)周期法“T法”轉(zhuǎn)速可以用兩脈沖產(chǎn)生的間隔寬度TP來(lái)決定。用以采集數(shù)據(jù)的碼盤，可以是單孔或多孔，對(duì)于單孔碼盤測(cè)量?jī)纱蚊}沖間的時(shí)間，就可測(cè)出轉(zhuǎn)述數(shù)據(jù)，TP也可以用時(shí)鐘脈沖數(shù)來(lái)表示。對(duì)于多孔碼盤，其測(cè)量的時(shí)間只是每轉(zhuǎn)的1/N，N為碼盤孔數(shù)。如圖2.2“T”法脈寬測(cè)量所示。TP通過(guò)定時(shí)器測(cè)得。定時(shí)器對(duì)時(shí)基脈沖(頻率為fc)進(jìn)行計(jì)數(shù)定時(shí)，在TP內(nèi)計(jì)數(shù)值若為m2，則 計(jì)算公式為： n=60/PTp （2.1）即：n=60fc/Pm2 （2.2）P-為轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)一周脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的脈沖數(shù)；fc-為硬件產(chǎn)生的基準(zhǔn)時(shí)鐘脈沖頻率：?jiǎn)挝唬℉z）；n-轉(zhuǎn)速單位：（轉(zhuǎn)/分）；m2-時(shí)基脈沖。輸入脈沖 時(shí)基脈沖 圖2.2 “T”法脈寬測(cè)量由 “T”法脈寬測(cè)量可知“T”法測(cè)量精度的誤差主要有兩個(gè)方面，一是兩脈沖的上升沿觸