停电警报器课程设计毕业论文.doc

设计题目： 停电报警器 院 系： 电气工程系 专 业： 电子信息工程 年 级： 2012 级 姓 名： 杨燕 指导教师： 黎松奇 西南交通大学峨眉校区 2014年 12月 1日课 程 设 计 任 务 书专 业 电子信息工程 姓 名 杨燕 学 号 20128094 开题日期： 2014年 11月10 日 完成日期：2014 年 12 月 19日题 目：停电报警器一、设计的目的在一些场合，必须保证不间断地供电，或停电后必须通知操作者，使其知道已经停电，采取相应的措施。这就需要一个停电报警器，当市电220v正常供电时，报警处于监测状态，当市电220v停电时，马上发出响亮的报警声，提醒人们注意，现在已经停电，从而采取相应的措施。同时停电报警器也可以应用于安防工作，现在，许多不法分子在行不法之事之前都会先切断电源。在一些重要场所，热释电红外传感器电路与停电报警器电路相结合就形成了双重保障，巩固了安防系统。二、设计的内容及要求本次设计主要是用51单片机来实现，使其在停电或有人非法入侵时能实现报警功能。此次设计给出停电报警器和热释电红外传感器电路的各个模块电路的设计和所需主要器件的主要参数，并介绍硬件实现的详细方案，给出本次设计的硬件原理电路图，并分点描述各模块功能；并给出软件实现的程序流程图，并介绍各模块所要实现的功能。 三、指导教师评语 四、成 绩 指导教师 (签章) 年 月 日一、组成框图及工作原理系统组成框图如图1所示，根据系统拟达到的总体功能，将其划分为以下功能模块:主副电源电路、热释电红外传感器电路、停电报警器警铃电路和自动报警器电路等。主 副 电 源 电路 自 动 报 警 器A T 8 9 C 5 1警 铃 电 路停电报警器热释电红外传感器电路 图1 系统组成图框图一旦有人入侵、或电源被切断时，与之相应的报警探测器立即向用户端自动报警主机发出报警信号，接到警情事件后，自动报警主机立即进行确认，确认无误后，进行事件的现场声(蜂鸣器)报警。二、人体热释电红外传感器感 2.1感应器技术应器技术是信息采集技术的第一步，感应器是将能够感受到的及按规定被测量的按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成，其中敏感元件是指感应器中能直接感受或响应被测量(输入量)的部分，转换元件是指感应器中能将敏感元件感受的或响应的感应量转换成适于传输和（或）测量的电信号的部分。1.感应器的作用A、信息的收集。对某种特定要求，需检测目标物的存在状态，把某状态信息转换为数据，对系统或装置的运行状态进行监测。B、信息数据的交换。把以文字、符号、代码、图形等多种形式记录在纸或胶片上的信nS数据转换成计算机、传真机等易处理的信号数据，或者读出记录在各种媒介上的信息并进行转换。C、控制信息的采集。检测控制系统处于某种状态的信息，并由此控制系统的状态，或者跟踪系统变化的目标值。现在有关防盗的传感器非常多，有无线人体热释电传感器、无线门磁传感器、振动位移传感器、红外线反射开关无线探头、门把手人体接近感应传感器、雷达波人体检测无线探头等等。本系统考虑到不仅要满足可靠探测的需要，而且还需经济实用和安装操作简便，所以选用了无线人体热释电红外传感器完成防盗监测。当不法分子企图从非法进入室内时，无线人体热释电传感器能检测到人体移动的红外信号。2.2、人体热释电红外传感器在电子防盗、人体探测器领域中，被动式热释电红外探测器的应用非常广泛，因其价格低廉、技术性能稳定而受到广大用户的欢迎。被动式热释电红外探头的工作原理：在自然界，任何高于绝对温度的物体都将产生红外光谱，不同温度的物体，其红外能量的波长是不一样的，因此红外波长与温度的高低是相关的。人体都有恒定的体温，一般在37,所以会发出特定波长10um左右的红外线，被动是式红外探头就是靠探测人体发射的10um左右的红外线而进行工作的。人体发射的10um左右的红外线通过菲泥尔滤波光片增强后聚集到红外感应源上。红外感应源通常采用一些热释电元件（强介电质材料如钛镐酸铅、钛酸钡等）作成。这种元件在接受到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，最终电荷变化将以电压或电流的形式输出，后续电路经检测处理后就能产生报警信号。被动式热释电红外探头的特性：这种探头是以探测人体辐射为目标的。所以热释电元件对波长为10um左右的红外辐射非常敏感。为了仅仅对人体的红外辐射敏感，在它的辐射照面通常覆盖有特殊的菲泥尔滤光片，使环境的干扰受到明显的抑制作用。被动红外探头，其传感器包含两个互相串联或并联的热释电元件。而且制成的两个电极化方向正好相反，环境背景辐射对两个热释元件几乎具有相同的作用，使其产生释电效应相互抵消，于是探测器无信号输出。一旦人侵入探测区域内，人体红外辐射通过部分镜面聚焦，并被热释电元件接收，但是两片热释电元件接收到的能量不同，热释电也不同，不能抵消，经信号处理并报警。抗干扰性能：防小动物干扰：探测器安装在推荐的使用高度，对探测范围内地面上的小动物，一般不产生报警。抗电磁干扰：.抗电磁干扰:探测器的抗电磁波干扰性能符合GB10408的要求，一般手机电磁干扰不会引起误报。正确的安装应满足下列条件:红外线热释电传感器应离地面2.0-2.2米。红外线热释电传感器远离空调，冰箱，火炉等空气温度变化敏感的地方。红外线热释电传感器探测范围内不得隔屏、家具、大型盆景或其他隔离物。红外线热释电传感器不要直对窗口，否则窗外的热气流扰动和人员走动会引起误报，有条件的最好把窗帘拉上。红外线热释电传感器也不要安装在有强气流活动的地方。2.3、人体热释电红外传感器电路图图2所示为红外探测器部分的电路图。当热释电红外探头接收到人体发出的红外线后，经过内部转换，输出一个微弱的低频电信号到BISS0001芯片的第一级运算放大器ICl的同相输入端(14脚)，对信号进行处理，处理后VO脚(2脚)输出高电平信号，经非门后送单片机的P0.0脚进行报警处理。 图2、热释电红外探测器电路热释电红外探测器电路采用的器件包括红外探测器专用芯片红外传感信号处理器BISS0001、热释电红外探头RE200B(传感器)及一些外围元件(电阻电容)。检测元件BISS0001是CMOS数模混合专用集成电路，具有独立的高输入阻抗运算放大器，可与多种传感器匹配，进行信号预处理。管脚排列及各点波形如图3-4和3-5所示。当A端等于“0”时，为不可重复触发工作方式，即在TX时间内，任何VSS的变化都被忽略，直至延迟时间TX结束。当TX时间结束时，VO下跳回低电平，同时启动封锁时间定时器进入封锁周期Ti。在Ti周期内，任何VSS的变化都不能使VO为有效状态。本电路中由于BISS0001的1脚接的是低电平，即此时芯片设置为不可重复触发状态，所以在延时周期内，电路不会被重复触发，直到延时周期结束。这一功能的设置，可有效抑制负载切换过程中产生的各种干扰。RR1,RC1为输出延迟时间Tx的调节端，RR2,RC2为触发封锁时间Tx的调节端。图3. BISS0001的管脚排列图图4、BISS0001的管脚波形图三、停电检测3.1、停电报警器结构框图及说明电压比较电路市电检测电路光电耦合电路图5. 停电检测器结构框图该停电检测报警器的结构框图如上所示，由三大部分组成，分别为市电检测电路、光电耦合电路、电压比较电路组成。主要工作程序是先通过市电检测电路检测是否供电，然后经过光电耦合电路，使光电耦合器判断是否特殊三极管导通或者截止，然后通过电压比较电路，判断输出的是否为高电平或者低电平，看是否三极管导通或者截止，输出电平信号，送单片机的P0口进行报警处理。3.2、系统原理图及工作原理由图6，可以知道该电路的工作原理。当停电检测器检测到没有停电时，指示灯发光，而扬声器不发出声音。当电流经过4N33时，里面的特殊发光二极管发光，使4N33里的特殊三极管导通，3V电源正常工作，输出电压，同时经过电压比较器，到达三极管VT1，而VT1这时截止。输出低电平信号，单片机的P0口检测不到报警信号，所以不发声。图6、停电检测器原理图当停电时，220V没有输入，停电报警器检测到停电，4N33内的特殊三极管不导通，只有3V电源在工作，经过电压比较器，到达VT1，这时三极管导通，从而p0口检测到高电平，发出警报。3.2.1、市电（220v）测电路图7、市电测电路该部分的电路，功能是检测是否断电，如果断电，则指示灯不亮，如果供电正常，则指示灯发光。3.2.2光电耦合器及光电耦合电路光电耦合器4N33是以光为媒介传输电信号的一种电-光-电转换器件。它由发光源和受光器两部分组成。把发光源和受光器组装在同一密闭的壳体内，彼此间用透明绝缘体隔离。发光源的引脚为输入端，受光器的引脚为输出端，常见的发光源为发光二极管，受光器为光敏二极管、光敏三极管等等。在光电耦合器输入端加电信号使发光二极管发光，光的强度取决于激励电流的大小，此时照射到封装在一起的受光器上后，因光电效应而产生了光电流，由受光器输出端引出，这样就实现了电-光-电的转换。光电耦合器内部结构如图8所示：图8、4N33内部结构图 图9、光电耦合电路3.2.3、LM358及电压比较电路LM358系列由两个独立的高增益，内部频率补偿运算放大器组成。这些运算放大器具有低功耗，共模输入电压范围扩大到地/视频电子工程专辑，可以是单电源或者分割电源工作。这些放大器具有几个明显的优势超过标准在单电源放大器的应用程序类型。他们可以工作电压低至3.0V或高达32V。LM358可以采用DIP-8和TSSOP-8或者MSOP-8进行封装。该芯片特点是内部频率补偿增益，宽电源电压范围332V内虚拟，输入共模电压范围包括地面，大型直流电压增益：100dB的典型，符合ROHS。该芯片可用于电池充电器，无绳电话，开关电源，停电报警器等方面。芯片内部结构如图10所示：图10、LM358内部结构图电压比较电路就是以电压比较器为主要结构的单元电路。如图11所示：图11、电压比较电路该电路功能是接收3V电源和光电耦合器4N33输出的电压，通过芯片LM358，送到三极管VT1，使三极管导通或者截止。四、电源电路电源电路原理图如图12所示，系统的主电源采用220V交流供电，电网的220V交流电经桥路整流，电容滤波，送入7805输入端，最后输出5V直流电。当电网发生停电故障，单片机的P0.2口检测到低电平，单片机做出停电报警处理。报警器应实现24小时不间断监控，不容许出现停电故障，这就需要使用备用电源。本系统的备用电源为5V的直流电源，当主电源供电正常的情况下，由于二极管D3的作用，备用电源不工作。当主电源发生故障则备用电源开始工作。图12、电源电路原理图五、报警器电路报警器的主机采用AT89C51单片机来实现。单片机是将中央处理器(CPU)、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、定时/计数器及输入输出接口电路等计算机主要部件集成在一块集成电路芯片上的微型算机。本文选用ATMEL公司生产的8位单片机AT89C51，构成系统的主机。图13、警铃电路原理图P0口为检测用户端口，分别和防盗报警、断电提醒的输出端相连，P2.3接到蜂鸣器端晶体管基极输入端，当P2.3输出高电平“1”时，晶体管导通，压电蜂鸣器两端获得约+5V电压而鸣叫；当P2.3输出低电平“0” 时，三极管截止，蜂鸣器停止发声。图14、总电路图六、报警器软件设计6.1 汇编语言一台电子计算机，无论是大型机还是微型机，如果只有硬件，而没有任何软件（程序），是不能工作的。单片机也不例外，它必须配合各种各样的软件才能发挥其运算和控制的功能。被系统采用的是汇编语言。6.1.1 单片机汇编语言程序设计的基本步骤单片机汇编语言程序设计的基本步骤如下：(1) 设计任务的分析、确定思路或算法。(2) 程序的总体设计并画出流程图。(3) 编写源程序。可在编译软件下编程，要求简练、层次清楚、字节数少和执行时间短等。(4) 源程序的汇编和调试。(5) 编写程序说明文件。6.1.2汇编语言程序设计方法(1) 汇编程序的基本结构总是简单程序、分支程序、循环程序、查表程序、子程序、中断程序等结构化的程序模块有机组成的。(2) 划分功能模块进行设计。(3) 自上而下逐渐求精。6.2 报警系统的程序设计自动报警器软件部分采用模块化设计，分为主程序、检测程序。应用汇编语言编程，使用G6W型仿真器，在Keil uVision3环境里运行，最后用烧写器将程序写入单片机。6.2.1 主程序设计主程序首先对单片机进行初始化，然后进入检测程序，开始布防。当检测到意外情况（有人入侵、发生火灾、公网断电）时，通过标志位进行警情判别，然后进入报警程序进行分类报警，主程序的程序流程图见图14。图15、主程序程序流程图6.2.2 检测程序设计图15为检测程序流程图。程序开始，首先置P0口为高电平，为输入状态。然后循环依次检测P0.0、P0.1口，当某一管脚为低电平时，进行防抖测试，如确认为报警信号，则置相应的标志位为1，以便以后判别报警类型，标志位为单片机内部RAM的20H单元的低三位20H.0、20H.1，返回主程序。图17、检测程序流程图6.3、实验程序ORG 0000H LJMP START ;转入主程序CLEAR: MOV 20H,#00H ; 20H 单元内存清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 ;判断20H.0位为1时执行ALARM JB 01H,ALARM ;判断20H.1位为1时执行ALARM AJMP MAIN ;返回主程序MAIN; 检测程序CHECK: MOV P0,#0FFH JNB P0.0,KEY0 JNB P0.1,KEY1 RETKEY0: LCALL DL10MS ;延时10ms消抖 JB P0.0,OUT0 SETB 00H ;P0.0位置1（说明为防盗报警） CLR 01HOUT0: RET KEY1: LCALL DL10MS ;延时10ms消抖 JB P0.1,OUT1 SETB 01H ;P0.1位置1（公网断电） CLR 00HOUT1: RET ; 报警程序ALARM: SETB P2.3 ;启动蜂鸣器报警 LCALL DL20S CLR P2.3 AJMP MAIN; 延时子程序;延时子程序，执行一次时间为513usDL512: MOV R3,#0FFHLOOP4: DJNZ R3,LOOP4 RET;1s延时子程序DL1S: MOV R5,#64HLOOP6: LCALL DL10MS DJNZ R5,LOOP6 RET;10ms延时子程序(调用20次0.5ms延时子程序)DL10MS: MOV R4,#14HLOOP5: LCALL DL512 DJNZ R4,LOOP5 RET;20s延时子程序(调用20次1s延时子程序)DL20S: MOV R6,#14HLOOP7: LCALL D