基于单片机只能门窗防盗系统设计说明书

0 智能门窗防盗设计智能门窗防盗设计 INTELLIGENT WINDOWS SECURITY SYSTEMS DESIGN 学院 部 专业班级 学生姓名 指导教师 2010 年 1 月 3 日 目录 前言 第一章 设计任务 1 1 系统基本要求 2 1 2 系统扩展要求 2 第二章 方案论证与比较 1 2 1 单片机的选择 3 2 2 语音芯片的选择 3 第三章 系统描述 3 1 概述 4 3 2 单片机硬件简介 6 3 3 单片机最小系统 6 3 4 软件平台简介 7 第四章 电路板焊接 4 1 焊接方法与注意事项 8 4 2 本系统的焊接顺序 8 第五章 系统调试 5 1 硬件调试 14 5 2 流水灯测试 14 5 3 数码管动态显示 15 5 4 语音报数测试 15 5 5 激光检测 蜂鸣器报警 16 5 6 防盗报警测试 16 第六章 设计总结 17 第七章 附录 7 1 源程序及代码 17 7 2 参考资料及文献 19 7 4 系统实物图 22 前言前言 随着我国市场经济的发展 居民生活水平越来越高 生活越来越裕 人们对 家居安全越来越重视 相关资料显示 我国已成为防盗产品的消费大国尤其在 门窗防盗这方面 特别是近几年来房地产市场的火爆 越来越多的房子需要安装门窗防盗系统 这为门窗防盗系统提供了越来越多的市场需求 而市场上许多防盗产品不是智 能系统 笨重 安装不方便或者有的价格太高 并且在这个追求个性化的年代 2 里 许多人想拥有自己的个性化报警系统 急需一款智能 能自己设置的报警 声音的个性化防盗系统 本次我们设计的系统恰能满足这些消费者需求 本系统成本低廉 经济耐用 且用户能设置自己想要的报警声音 是款实用并且有很大市场前景的产品 第一章第一章 设计任务设计任务 1 1 系统基本要求 1 设计双激光传感器检测电路 监测有没人或物体同时挡住两束激光 2 再设计出单片机最小系统 用来接收信号 计数处理和发出指令 3 最后设计出语音播报 带稳压的 电路 接收单片机指令 当两束激光同时 被挡住时 发出设定的报警声音 4 设计的系统要耐用 不易损坏 所用元件容易采购 坏了容易检修 1 2 系统的扩展要求 1 系统能外接其他传感器 以实现特定功能 2 可以根据用户需求选择工作模块 做到节能 3 能根据数据特点选择显示元件 系统各模块工作具有较好的兼容性 互不 干扰又紧密联系 第二章第二章 方案论证与比较方案论证与比较 2 1 单片机的选择 方案一 选择 8031 单片机芯片 8031 芯片内部无 ROM 需要外扩程序存储器 由此造成电路焊接的困难 况且 使用 8031 还需要另外购买其他的芯片 从而造成成本较高 性价比低 方案二 选择 STC89C52RC STC89C52RC 芯片内部有 ROM 且片内 ROM 全部采用 Flash ROM 它能于 3 的超 3 低压工作 与 MCS 51 系列单片机完全兼容 结合实际 选择 STC89C52RC 单片机来设计 2 2 语音芯片的选择 方案一 采用 APR9600 语音芯片 台湾公司最新推出的 APR9600 语音录放芯片 是继美国 ISD 公司以后采用 模拟存储技术的又一款音质好 噪音低 不怕断电 可反复录放的新型语 音电路 单片电路可录放 32 60 秒 串行控制时可分 256 段以上 并行控 制时最大可分 8 段 它较 ISD 系列语音芯片易于控制且价格也较便宜 方案二 采用 WT588 语音芯片 WT588 系列语音芯片是中国广州唯创科技有限公司中国台湾华邦共 同研发 出来的集单片机与语音电路与一体的可编辑语音芯片 可控制的语音地址 位能达到 220 个 每个地址位里能加载可组合语音为 128 段 总共 28160 段语音 其特点 1 支持 2M 32M 的 SPI Flash 内存 播放时长较大 2 内嵌 DSP 高速音频处理器 处理速度快 3 内置 13Bit DA 转换器 以及 12Bit PWM 输出 音质好 4 可通过专业上位机操作软件 随意组合语音 5 USB 下载方式 支持在线下载 脱机下载 即便在 WT588 通电的情况下 也一样可以正常下载数据到 SPI Flash 6 抗干扰能力强 可用于公共或者工业场合 由于本系统要求很多的语音段 高速处理和抗干扰能力强等要求 以选择 WT588 作为语音播报的主控芯片 第三章第三章 系统描述系统描述 3 1 概述 本智能门窗防盗系统可以用于家庭或企业单位防盗使用 在门或窗上布 两道激光 激光间距适当 一旦有人或者较大体积的东西从窗口或门入 侵时 两道激光就会同时被挡住 此刻系统会按照设置的警报声音 自 动发出警报 系统总框图 4 图3 1 本系统包括两块电路板 基础板和扩展板 其中基础板电路包括 串口 1 通信电路单元 MAX232 芯片 总供电电路单元 设置一拨动开关 复 2 3 位时钟电路单元 11 0590MHz 独立按键电路单元 LCd1602 液晶显示 4 5 电路单元 12864 液晶显示电路单元 LED 发光二极管电路单元蜂鸣器 6 7 电路单元 PNP 三极管驱动 数码电路单元 8 扩展板主要电路单元为 多路激光传感器接收单元语音播报电路单元 1 2 语音芯片 WT588D 本系统采用的是 AT89C51 单片机 通过 Keil C5 软 件并利用 C 语言进行编程 调试编译好的程序通过 STC 单片机 ISP 下载软 件写入单片机从而实现本系统的功能 主板原理图如下 5 图3 1 扩展板原理电路图 R1 R2 是 1K 电阻 R3 R4 是 10K 电阻 R5 是 470 欧的电阻 U1 是 AMS 11173 3 稳压芯片 C1 C2 是 0 1UF 的电容 D1 D2 D3 是 LED 灯 J3 J4 J5 是二针的单排针 J1 J2 是三针的单排针 U2 是二个 8 针的镀 金座 J6 是音频座 图3 2 3 2 单片机硬件简介 1 本系统采用以 STC89C52RC 系列单片机为控制中心 以及外围供电 复位 晶 振 MAX232 构成电频转换电路组成单片机最小系统电路 用 AMS1117 构成的稳 压模块 WT588 构成的语音模块以及双激光组成的检测模块共同组成驱动系统 电路 激光检测信号传送给单片机 单片机作出计数与判断 给语音模块发出 播报相应语音指令 3 3 单片机最小系统 包括晶振电路 复位电路和单片机接口电路 XT1 是11 0592MHZ 的晶振 C8 和C9 是22PF 的贴片电容 S3 为按键 R16 6 和 R10 为 10K 和 1K 的贴片电阻 C10是10UF 的无极性电容 经过验证是可以 的 图3 3 1 单片机接口电路 MCS 51 原理图如下 图3 4 U1 是单片机芯片做 40 个脚的 IC 座 J1 J2 是 20 脚 的单排针 R1 是0 欧的 贴片电阻 J5 是排阻 J3和J4 是双排针 位置在标有OUTOUT POWERPOWER 的地方 2 驱动部分的控制开关 POWER SUPPYLY SWITCH 原理图如下 7 图3 5 3 WT588语音播报电路 以AMS1117芯片为主控 C1 C2电容 R5电阻和LED组 成的稳压供电模块 以WT588芯片为核心 J5信号输入双孔排座和J4语音信 号 输出双孔排座 图3 图3 图3 6 3 4 软件平台简介 1 Keil C51软件 KEILC51标准的C编译器为微控制器的软件开发提供了C语 言环境 同时保留了汇编代码高效 快速的特点 一个单片机应用系统 它的 硬件电路设计完成后 接着便可以用此软件进行程序的编写及仿真调试 2 Protel99se软件 此软件是一款常用的PCB板设计软件 包括以下模块 原理图设计模块 PCB设计系统 自动布线模块 可编程逻辑器件设计 高 级数模混合电路信号仿真组件 利用此软件完成了主系统板和扩展板PCB板 的设计 3 STC单片机ISP下载软件 通过Keil 编译软件编译过的程序 会生成一个 hex文件 通过这个软件能把把这个hex文件通过串口下载到单片机西进行调 试 第四章第四章 电路板焊接电路板焊接 4 1焊接方法与注意事项 8 一 正确使用电烙铁 1 电烙铁使用前要上锡 具体方法是 将电烙铁烧热 待刚刚能熔化焊锡时 涂上助焊剂 再用焊锡均匀地涂在烙铁头上 使烙铁头均匀的吃上一层锡 2 焊接时间不宜过长 否则容易烫坏元件 必要时可用镊子夹住管脚帮助 散热 3 焊接完成后 要用酒精把线路板上残余的助焊剂清洗干净 以防炭化后 的助焊剂影响电路正常工作 4 电烙铁应放在烙铁架上 二 元件焊接顺序 先难后易 先低后高 先贴片后插装 宗旨 焊接方便 节省时间 先焊接难度大的 这主要是指管脚密集的贴片式集成芯片 如果把这些难度 大的放于最后焊接 一旦焊接失败把焊盘搞坏 那就会前功尽弃 先低后高 先贴片后插装 这样焊接起来方便 如先把高的元件焊接了 有 可能妨碍其他元件的焊接 尤其是高大的元件密集众多的时候 如果先焊接 插装的元件 电路板就会在焊台上放不平 影响焊接心情 三 手工焊接贴片元件方法经验 首先在干净的焊盘上涂上一层助焊剂 再用干净的恒温电烙铁往焊盘上薄薄 一层焊锡 一般电路板制作的时候都已上好锡 不过有时手工上锡还是非常 必要的 把元件放置上去对准 上锡固定好对角 然后随意挑一边用烙铁 垂直引脚出线方向较缓滑过 同时稍用力下压元件这条边 然后就同样方法 焊对边 然后就另外两边 最后检查 不好的地方重新焊过 焊接时电烙铁 温度要适中 一般400度左右为好 检查方法 首先目测 然后用尖细的东西检查每个引脚是否松动 最后可用 万用表测量 如果两管脚之间短路可涂上些助焊剂 趁酒精尚未挥发之际拿烙铁再烫一次 就搞定了 烙铁头一定得弄干净了 4 2本系统的焊接顺序 1 焊接供电部分 power和 power A 首先焊接供电部分的power 1 该部分原理图如下 9 图图1 1 2 用于给整板供电 B 焊接供电部分的power 1 该部分原理图如下 2 主要是给光电耦合器6N137供电的 图2 2 焊接串口电路部分 1 该部分原理图如下 图3 2 用于单片机串口ISP程序下载 注意各个芯片方向 3 焊接单片机最小系统 10 A 先焊接晶振电路 1 该部分原理图如下 2 为系统提供时钟信号 图4 B 再焊接复位电路 1 该部分原理图如下 2 按键系统复位 图5 C 最后焊接单片机接口电路 1 该部分原理图如下 2 引出单片机引脚 方便扩展接线 图6 11 4 焊接模块电源控制开关 1 该部分原理图如下 图6 2 可以给每个模块单独供电 5 焊接数码管和 LED 发光二极管部分 1 原理图如下 2 数字显示和提示灯 共用 P1 口 只能同时用一个 图7 6 焊接蜂鸣器部分 1 原理图如下 2 蜂鸣器报警 可直接接单片机 I O 口 通过两个单排针可自由选择端口 12 图8 7 焊接独立按键模块 1 原理图如下 2 独立于其他模块 给单片机提供脉冲信号 可自由选择端口 图9 8 焊接液晶接口 1 原理图如下 2 有 1602 和 12864 两种选择 通过跳线可以选择 I O 接口 图10 9 焊接数字温度传感器模块 DS18B20 13 1 原理图如下 2 可外接温度传感器 DS18B20 用于温度检测 能自由选择端口 图11 10 焊接光耦和电机驱动部分 1 原理图如下 2 通过光耦与其他电路隔离 防止干扰 可驱动步进电机和直流电机 图12 11 焊接备用跳线帽部分 1 原理图如下 2 备用接线 灵活选择 图13 14 12 焊接功能板模块 1 原理图如下 2 有激光传感器接口电路 独立供电 图14 第五章第五章 系统调试系统调试 5 1 硬件调试 硬件我们焊接完一个部分就要用万用表测一个部分 保证这个部分 是通 的我们再往下焊 要不然你焊接多少都是废的 因为你前部分会影 响后面 比如你连程序都下不进去 你焊后面的驱动电路 焊的再多也 没有用 所以 我们要保证焊一个部分 就调好一个部分 保证我们焊好 后我们的板子就能下 程序用了 5 2 流水灯测试 1 操作方法 将 POWER SUPPLY SWITCH 中的 LED 开关打开 2 部分源程序 C 代码 LED 0 xfe 给变量付初值 P1 LED 给单片机的 P1 口输出 while 1 循环 delayms 200 大约延时 200MS LED crol LED 1 循环左移 1 位 点亮下一个 LED if LED 0 xef 因为只有四个 LED 灯 如果循环到最后一个就要给其重新 付初值 15 LED 0 xfe P1 LED 给单片机输出 5 3 数码管动态显示 1 操作方法 将 POWER SUPPLY SWITCH 中的 DIG 开关打开 2 部分源程序 C 代码 P1 dis code 1 数码管段选 P2 0 xfe 数码管位选 delayms 3 延时 P1 dis code 2 P2 0 xfd delayms 3 P1 dis code 3 P2 0 xfb delayms 3 P1 dis code 4 P2 0 xf7 delayms 3 P2 0 xff 5 4 语音报数测试 1 操作方法 rst 接 P3 4 data 接 P3 5 VCC 接主板 VCC GND 接主板 GND 2 部分源程序 C 代码如下 void Read Voice uchar add uchar i EA 0 rst 0 delay Voice 1 rst 1 delay Voice 17 复位延时 17MS rst 1 delay Voice 6 delay voice 6ms sda 0 delay Voice 5 delay voice 5ms for i 0 i 1 sda 1 EA 1 5 5 蜂鸣器报警测试 1 操作方法 蜂鸣器跳线帽接上 VCC 接主板 VCC GND 接主板 GND 接上激光接收单元 G1 接 P3 6 G2 接 P3 7 2 部分源程序 C 代码如下 While 1 if g1 0 g2 0 bell 0 else bell 1 5 6 防盗报警测试 1 操作方法 VCC 接主板 VCC GND 接主板 GND 接上激光接收单元 G1 接 P3 6 G2 接 P3 7 rst 接 P3 4 data 接 P3 5 2 部分源程序 C 代码如下 if j1 0 delay 3000 send oneline 0 delay 3000 send oneline 0 delay 3000 17 第六章 设计总结 经过三周的时间奋战 在指导老师的帮助下 我们进行了准备性基础与原 理的学习 设计方案与元器件选择 系统各个模块的框架设计 电路 Protel 绘 图 PCB 布线排版 焊接与硬件测试 程序编写与烧录 模拟测试 终于将此 设计完成 虽然时间很短 但给我们留下了深刻的印象特别是焊接电路板和程序的调 试 每个过程都需要我们一丝不苟 耐心的去做 这次的课程设计不仅使我学 到了不少知识 加强了对理论知识的理解 更加培养了我动手实践的能力 第七章 附录 7 1 源程序及代码 include define uchar unsigned char define uint unsigned int sbit j1 P2 0 激光接口 sbit j2 P2 1 sbit rst P3 4