c测控课程设计

设计一光控式防盗报警器设计一光控式防盗报警器 一 设计目的一 设计目的 1 了解光控遥控的基本原理 2 设计和制作光控遥控电路 二 电路原理二 电路原理 电路原理图电路原理图 功能描述功能描述 这是一个由光线触发控制的防盗报警器 通过光线的有无来控制蜂鸣器 对光线的感应使用了光敏电 阻 在实际应用当中 可以把它装在抽屉 书柜 文件柜等或夜间有光亮照射到暗锁等装置处 当夜间 有小偷打开这些地方 光控报警器感受到光照时就会发出声音 提醒主人有人闯入 1 光敏电阻工作原理 当光线照射到光敏电阻上时 由于内光电效应使其导电性能增强 阻值下降 光线越强 电流越大 因而可将光信号转化成电信号 1 伏安特性 光电特性 光谱特性 频率特性 温度特性 光敏电阻具有灵敏度高 光谱特性好 使用寿命长 稳定性好 体积小 制造工艺简单等优点 所 以被广泛地用于遥控电路中 RL 选用 MG45 型光敏电阻 要求亮阻与暗阻相差倍数越大越好 2 555 接成的施密特触发器工作原理 3 电路工作原理分析 光控电路由光敏电阻器 电位器等元件组成 构成分压器平时隐藏在黑暗中的光敏电阻器 因无光 2 照射呈现高阻 所以分压点电阻 R1 左端为低电平 三极管 VT1 截止 其集电极输出高电平 即 555 时基 电路阈值端 第六脚 为高电平 555 复位 第三脚输出低电平 VT2 截止 报警器没有声音 若有光亮 RL 由于受到光照而电阻值变低 分压点电位升高 VT1 导通 这就使 555 的触发端 第 二脚 跳变为低电平 555 迅速置位 三脚输出高电平 VT2 导通 报警器得电工作 从而发出响亮的报 警 同时 555 第三脚输出的高电平又通过电阻 R2 反馈到 VT1 的基极 使 VT1 自锁导通 此时即使没有光 照 报警仍会继续 只有切断电源才能停止报警 三 器件清单三 器件清单 型号型号位置位置数量数量 1K 电阻 R41 2K 电阻 R11 4 7K 电阻 R21 20K 电阻 R31 100K 可调电阻 RP1 MG45 光敏电阻 RL1 0 01uF 瓷片电容 C21 0 1uF 瓷片电容 C11 470uF 铝电解电容 C31 8050V121 9013V111 5551 蜂鸣器 1 开关 1 万能板 1 导线若干 四 焊接的技巧和注意事项四 焊接的技巧和注意事项 1 焊锡之前应该先插上电烙铁的插头 给电烙铁加热 2 焊接时 焊锡与电路板 电烙铁与电路板的夹角最好成 45 度 这样焊锡与电烙铁夹 角成 90 度 3 焊接时 焊锡与电烙铁接触时间不要太长 以免焊锡过多或是造成漏锡 也不要过短 以免造成 虚焊 4 元件的腿尽量要直 而且不要伸出太长 以 1 毫米为好 多余的可以剪掉 3 5 焊完时 焊锡最好呈圆滑的圆锥状 而且还要有金属光泽 设计二设计二 闪烁指示器闪烁指示器 一 功能介绍一 功能介绍 闪烁指示器白天自动熄灭 天黑以后自动闪烁 可以为楼梯或走廊内电灯开关位置的指示器 也可 以作为灯塔模型中的自动闪烁导航灯 优点 方便实用 成本低 二 电路原理电路原理 闪烁指示器电路如图所示 电路工作原理电路工作原理 电路采用四与非门集成电路 CD4011 的其中两个与非门 组成可控多谐振荡器 用一只发光二极管 VD 作为闪烁指示灯 以光敏电阻 RG 为光控器件 整个电路结构比较简单 在白天时 光敏电阻 RG 受到自然光线的照射 不必阳光直射 其阻值接近亮阻 2K 要比预期 串联的电阻阻值小的多 因此与非门 G1 的 脚输入电压 0 1V 为低电平 与非门 G1 关闭 即 G1 输出 1 始终为高电平 G2 的 脚也是高电平 于是 G2 的输出始终为低电平 振荡器停止振荡 VD 不发 3 6 5 光 4 天黑时 光敏电阻 RG 只受到极其微弱的光线照射 此时它的阻值接近暗阻 600K 2M 要比与其 串联的电阻阻值大很多 所以与非门 G1 的脚输入电压 5V 为高电平 这时 G1 的输出状态就取决于 1 脚的状态了 设刚开始时脚为低电平 则这时 脚均为高电平了 脚为低电平 脚高电 2 4 3 6 5 2 3 平经 R1 C1 脚对 C1 充电 使 C1 两端电压升高 同时通过 R2 使脚电压也升高 当 G1 的脚电平 4 2 2 超过门限电平时 脚改变为高电平 于是 脚改变均为高电平 则经过 G2 门输出端脚为低电平 2 1 2 3 此时 脚也为低电平 于是经 G2 门输出端脚为高电平 脚高电平通过 R1 和 G1 的输出端脚使 6 5 4 4 3 C1 放电 从而 C1 两端电压下降 即脚电压也下降 当脚电压下降至门限电压以下时 脚重新恢复 2 2 2 成低电平 于是脚为低电平 脚为高电平 脚和脚也为高电平 脚为低电平 从而又开始了 2 3 6 5 4 往复循环的过程 形成振荡 如果振荡频率足够低 则发光二级管将闪闪发光 电阻 R4 对通过 VD 的电 流期限制作用 可以针对不同的 VD 发光亮度作适当调整 振荡周期主要取决于 R1C1 当 R1 为 2M 电阻 C1 为 0 2 时 振荡周期约为 1 1S 如果将 R1 或 C1 减 半 则振荡周期缩短至 0 45S 当然 发光二极管的闪烁周期与多谐振荡器的周期相同 电路振荡时 VD 闪烁 工作电流 5 7mA 停振时 VD 熄灭 静态电流 0 1mA 因此 可以省去电 源开关 实验表明该电路的电压改为 4 5V 时电路也能正常工作 三 元器件选择三 元器件选择 G1 和 G2 用 CMOS 类通用继承数字电路四与非门 CD4011 中的 2 个与非门 RG 选用暗阻 1M 亮阻 2K 的光敏电阻 如 MG41 22 VD 用普通的发光二极管 作为闪烁指示灯 采用 红色更为醒目 R1 R3 用 1 8W 碳膜电阻器 C1 用耐压 12v 的普通瓷介电容 C2 用耐压 16v 的普通电解电容器 E 用 4 节或三节干电池 5 设计三设计三 单路红外遥控开关单路红外遥控开关 一 设计目的一 设计目的 1 了解红外线遥控的基本原理 知道红外线遥控的特性 2 了解单路红外遥控发射电路的工作原理 3 了解单路红外遥控接收电路的工作原理 4 学会制作简单的红外遥控电路 LM555 和 LM567 都是很常见的集成电路 可以用 NE555 和 NE567 SE567 KA567 替代 Q1 用 9013 或其他 值在大于 200 的高频小功率三极管 Q2 和 Q3 最好选用型号相同和 值差不多的三极管 发射电路的 开关采用一般的复位开关即可 红外发射接收管采用一般的配对红外线发射接收二极管均可 二 设计原理二 设计原理 红外遥控开关 即通常我们所说的遥控器 已为我们大众所熟悉 在很多家用电器 如 彩电 空 调 电扇等电器上都配有遥控器 它既方便又实用 本电路通过遥控器发出调制的红外光 由红外线接收二极管将调制信号通过锁相环鉴频后 发出信号 触发双稳态电路 从而控制继电器工作 整个电路大致可分为发射电路和接收电路两部分 发射电路如图 1 所示 6 以时钟定时集成芯片 NE555 为核心 构成一个多谐振荡器 产生一个频率在 91kHz 130kHz 的脉冲波 这是理论值 由于元件偏差 以实际测量为准 通过 3 脚输出脉冲波 由红外线发光二极管 D1 发射出去 频率计算方法 T 0 7 R1 R2 R4 C2 F 1 T 接收电路是以锁相环集成芯片 LM567 为核心 构成一个鉴频电路 如图 2 所示 红外线接收二极管将感应到的脉冲信号通过电容 C1 耦合到三极管 Q1 的基极 由 Q1 组成的放大电路 把感应信号放大约 100 倍后 送给 LM567 的 3 脚 由 LM567 完成鉴频 如果接收信号在 LM567 的捕捉带 宽内 8 脚输出低电平 否则 8 脚维持高电平 通过调整 C5 R4 可以确定 LM567 的捕捉中心频率 改变 C3 调整它的捕捉带宽 电容的容量越大 捕捉的带宽越窄 还需要注意的是 C4 的容量要小于等于 C3 的 一半 当 8 脚发生负跳变 触发双稳态电路改变状态 从而控制继电器的导通 断开状态 三 器件清单三 器件清单 名称型号数量名称型号数量 芯片 NE5551 电阻 3 3k 1 芯片 LM5671 电阻 10k 6 电容 4711 电阻 15 k 1 电容 1031 电阻 120k 1 电容 1041 电阻 1M 1 电容 1054 电位器 5k 1 电解电容 1uF1 三极管 90133 电解电容 4 7uF1 二极管 1N41482 电解电容 10uF2 继电器 1 电阻 220 2 按钮开关 1 电阻 1k 1 红外线发射接收管1 对 7 四 安装调试四 安装调试 按照电路图用一般的万能板焊接 可根据自己的实际情况替换元件 焊接完毕以后 用万用表的正 负表笔分别接电路电源两端 测量整个电路的等效电阻 注意交换表笔再测一次 两次的测量电阻都应 大于 10k 才算是正常 否则 有可能是焊接短路 在检查无误之后 接 5V 电源 用万用表测 LM567 的 8 脚电压 正常情况下应该是 5V 现在用发射模块的红外发射二极管距离对准红外线接收二极管 观 察 8 脚电压有无变化 若变为低电平 则说明发射频率正确 若仍为高电平 则说明发射频率有偏差 调节电位器 R4 改变发射频率 直到 8 脚变为低电平为止 注意反复调试 使发射频率为 LM567 的中心 频率 如果条件允许 最好采用示波器辅助调试 实物图实物图 发射电路 正面 接收电路 正面 8 设计四设计四 超声波测距器的设计超声波测距器的设计 1 1 功能要求 功能要求 超声波测距器可应用于汽车倒车 建筑施工工地以及一些工业现场的位置监控 也可用于如液位 井深 管道长度 物体厚度的测量 其测量范围为 0 10 4 00m 测量精度为 1cm 测量时与被测物体无 直接接触 能够清晰 稳定地显示测量结果 2 2 方案论证 方案论证 由于超声波指向性强 能量消耗缓慢 在介质中传播距离较远 因而超声波经常用于距离的测量 利用超声波检测距离设计比较方便 计算处理也较简单 并且在测量精度方面也能达到日常使用的要求 超声波发生器可以分为两大类 一类是用电气方式产生超声波 另一类是用机械方式产生超声波 它们所产生的超声波的频率 功率和声波特性各不相同 因而用途也各不相同 现在近距离测量方面较 为常用的是压电式超声波换能器 根据设计要求并综合各方面的因素 本设计采用 AT89C52 单片机作为主控制器 用动态扫描法实现 LED 数字显示 超声波驱动信号用单片机的定时器完成 超声波测距器系统设计框图如图 1 所示 单片机 控制器 LED 显示 扫描驱动 超声波接收 超声波发送 图 1 超声波测距器系统设计框图 3 3 系统硬件电路设计 系统硬件电路设计 硬件电路主要分为单片机系统及显示电路 超声波发射电路和超声波检测接收电路三部分 3 13 1 单片机系统及显示电路单片机系统及显示电路 单片机采用 89C51 或其兼容系列 系统采用高精度晶振 以获得较稳定的时钟频率 并减少测量误 差 单片机用 P1 0 端口输出超声波换能器所需的 40KHz 方波信号 利用外中断 0 口监测超声波接收电路 输出的返回信号 显示电路采用简单实用的 4 位共阳 LED 数码管 段码用 74LS244 驱动 位码用 PNP 三 极管 9012 驱动 单片机系统及显示电路如图 2 所示 9 图 2 单片机及显示系统电路图 3 23 2 超声波发射电路超声波发射电路 超声波发射电路原理图如图 3 所示 发射电路主要有反相器 74LS04 和超声波换能器构成 单片机 P1 0 端口输出的 40KHz 方波信号一路经一级反相器后送到超声波换能器的一个电极 另一路经两级反相 器后送到超声波换能器的另一个电极 用这种推挽形式将方波信号加到超声波换能器两端可以提高超声 波发射强度 输出端采用两个反向器并联 可以提高驱动能力 上拉电阻 R10 R11 一方面可以提高反相 器 74LS04 输出高电平的驱动能力 另一方面可以增加超声波换能器的阻尼效果 以缩短其自由振荡的时 间 压电式超声波换能器是利用压电晶体的谐振来工作的 超声波换能器内部结构如图 4 所示 它有两 个压电晶片和一个共振板 当它的两极外加脉冲信号 其频率等于压电晶片的固有振荡频率 压电晶片 将会发生共振 并带动共振板振动产生超声波 这是它就是一个超声波发生器 反之 如果两电极未加 外电压 当共振板接收到超声波时 将压迫压电晶片振动 将机械能转换为电信号 这时它就成为超声 波接收换能器了 超声波发生换能器与接收换能器在结构上稍有不同 使用时应分清器件上的标志 图 3 超声波发射电路原理图 图 4 超声波换能器结构图 3 33 3 超声波检测接收电路超声波检测接收电路 集成电路 CX20106A 是一款红外线检波接收的专用芯片 常用于电视机红外遥控接收器 考虑到红外 10 遥控常用的载波频率 38kHz 与测距的超声波频率 40kHz 较为接近 可以利用它制作超声波检测接收电路 如图 5 所示 实验证明 用 CX20106A 接收超声波 无信号时输出高电平 具有很高的灵敏度和抗干扰能 力 适当的更改电容 C4 的大小 可以改变接收电路的灵敏度和抗干扰能力 图 5 超声波检测接收电路图 4 4 系统程序的设计 系统程序的设计 超声波测距器的软件设计主要有主程序 超声波发生子程序 超声波接收中断程序即显示子程序组 成 由于 C 程序有利于实现较复杂的算法 汇编语言程序则具有较高的效率并且容易精确计算程序运行 的时间 而超声波测距器的程序既有较复杂的计算 又要求精确计算程序运行时间 所以控制程序可采 用 C 语言和汇编语言混合编程 4 14 1 超声波测距器的算法设计超声波测距器的算法设计 图 6 示意了超声波测距的原理 即超声波发生器 T 在某一时刻发出一个超声波信号 当这个超声波 遇到被测物体后反射回来 就会被超声波接收器 R 接收到 这样 只要计算出从发出超声波信号到接收 到返回信号所用时间 就可算出超声波发生器与反射物体的距离 该距离的计算公式如下 d s 2 v t 2 其中 d 为被测物体与测距器的距离 s 为声波的来回路程 v 为声速 t 为声波来回所用的时间 超声波的速度 v 与温度有关 表 1 列出了几种不同温度下的超声波声速 在使用时 如果温度变化 不大 则可认为声速是基本不变的 如果测距精度要求很高 则应通过温度补偿的方法加以校正 声速 确定后 只要测得超声波往返的时间 即可求得距离 表表 1 1 不同温度下超声波声速表不同温度下超声波声速表 图图 6 6 超声波测距原理图超声波测距原理图 4 24 2 主程序主程序 主程序首先要对系统环境初始化 设置定时器 T0 工作模式为 16 位定时 计数器模式 置位总中断允 温度 C 30 20 100102030100 声速 m s 313319325323338344349386 11 许位 EA 并对显示端口 P0 和 P2 清 0 然后调用超声波发生子程序送出一个超声波脉冲 为了避免超声波 从发射器直接传送到接收器引起的直射波触发 需要延时约 0 1ms 这也就是超声波测距器会有一个最小 可测距离的原因 后才打开外中断 0 接收返回的超声波信号 由于采用的是 12MHz 的晶振 计数器每计 一个数就是 1 s 所以当主程序检测到接收成功的标志后 将计数器 T0 中的数 即超声波来回所用的时 间 按式 d v t 2 172T0 10000 cm 计算 即可得被测物体与测距器之间的距离 设计时取 20 C 时的 声速为 344m s 测出距离后 结果将以十进制 BCD 码方式