光电系统课程设计报告【整理版】.doc

光电系统课程设计报告设计题目：火灾探测报警装置指导教师：周茂华 班级：设计者姓名： 设计者学号： 同组者姓名：设计者联系电话：1错误！未定义书签。 错误！未定义书签。456错误！未定义书签。131314目录摘晋技术指标基本原理方案论证硬件电路设计软件设计（含程序流程图）心得体会参考文献附录一、程序源代码二、电路原理图三、印制板阁四、元器件清单摘耍：进入21世纪以来，随着电子产品在人类生活屮的使用越来越广泛，由此所 引起的火灾也越来越多，而今，火灾己成为我国常发性和破坏性以及影响力 最强的灾害之一。在工业和民用建筑、宾馆、酒店、图书馆、科研和商业部 门，火灾报警系统已成为必要的装置，火灾报警系统对现代建筑起着极M:重 耍的安全保障作用。火灾报警控制器是火灾报警系统的核心，本课程设计利 用单片机结合传感器技术开发设计出的自动火灾报警控制器，可以对生活屮 有火灾隐患的地方进行监测与防范，能有效地防止和减少火灾危害，对保护 人身安全和财产安全具有现实意义。本设计采用C8051F310单片机作为火灾探测报警器探测信号和产生报警的 核心，实现报警器火灾报警并与计算机通信等功能。探测器部分使用DS1820 温度探测器，将温度倍号转换为电倍号引入单片机。当温度高于预警值则会 触发报警装置，产生预警。关键字：C8051F310,火焰及温度探测器，串口通信。技术指标:电源接入的电源为5V直流电源，将其经SPX1117变压滤波石转为3.3V电压，作 为单片机的供电电源。电源输出稳定可靠。姑示方法采用四段共阴极数码管。通过动态显示方式显示探测器所测温度。功能键一个系统复位按键和四个设置预警温度的按键。其中两个为设定探测器温度按 键，另外两个为模式选择按键。探测器木装置内部包含一个为火焰探测器和一个为温度探测器。两茗都可以触发报 警。火焰探测器能够把火焰的光信号转换成电信号输入单片机来报警，同吋口J* 以通过调节电位器來调整发达倍数以及设定阈值，并且可以消除背景噪声的影 响。温度探测器为DS18B20,能够将环境温度转换为电信号串行输出到单片 机中。测量范和精度火焰探测器的灵敏度很人，通过调整电位器，能够使其探测到很小的火焰。温 度探测器的测量范围为-55C到+125C,测量精度为0.1C。基木原理传感器单片机声光报警按键中口通信系统原理及组成框图控制模块控制模块采用单片机作为整个系统的核心，用艽控制报齊和预膂温度设置，以实现K 既定的性能桁标。单片机的特点（控制简单、方便、快捷）很符合我们的耍求。因此, 平什机可以充分发挥其资源丰富、有较为强大的控制功能及可位寻址操作功能、价格 低廉等优点。由于单片机拥有以上的性质，利用单片机来控制我们的火灾报警器很合 理。由于我们学习过单片微型计算机原现与应川这门课，并且这门课足围绕MSC-51 单片机来讲解的。很自然的，我们选择了 C8051F310单什机作为我们的控制系统核心。传感校块传感模块由两个传感器构成（1）感温探测器。一种是运用金属热胀冷缩的特性。正常的情况下，探测器的电路断 开，当温度升到一定值时，由于金属膨胀、延伸，导体接通，于是发出了信号。一种 是利用菜些金属易熔的特性，在探测器里固定一块低熔点合金，当温度升到它的熔点（7090C）吋，金属熔化，借助弹簧的作川力，使触头相碰，电路接通，发出信号。 这两种探测器都属定温型，即当外界温度超过某一限值时就会报瞥；还有一类是差温 型，升温的速度超过特定值时，便会感应报膂。如将两者结介起来，便成为差定温组 合式。（2）光辐射探测器。一种是红外光辐射探测器。物质在燃烧时，III化学反应产牛.闪烁 的红外光辐射使硫化铅红外光敏元件感应，转变成电信号，经放大后，就能叫人们报 警。另一种是紫外光辐射探测器，则利用有机化合物燃烧时，火光屮的紫外光，使紫 外光敏管的电极激发出离子，通过继电器等，就能打开开关电路报瞥。兄示模块采用卩4段井阴极数码符。通过按键的控制，讨以使数码矜分别敁示预设报警温度和实时温度。报警模块采用一个蜂鸣器和一个发光二极管，分别实现声音报警和声光报警 的功能。方案论证1. j共方式方案1:使用外部输入5v直流电压给模拟电路供电，再经过转换成为3.3v 供给数字电路用电，5v的模拟地与3.3v的数字地直接相连形成统一的地。方案二：使用220v交流市电经过变压成为5v直流电，输入给系统，再经过 转换成为3.3v供给数字电路用电，5v的模拟地与3.3v的数字地直接和连形 成统一的地。方案三：使用220v交流市电经过变压成为5v直流电，输入给系统，再经过 转换成为3.3v供给数字电路用电，5v的模拟地与3.3v的数字地用一个电感 从接入到系统的地方就幵始分开，构成物理上的两个地线。分析：外部输入5v的优点是方便，但5v直流电源不是任何地方都有，而 220v市电则几乎可以在任何地点不受约朿地取得，而这带来的极大方便的代 价只是多了一个如图所示的变压器，这种变压器是通用型的220v转5v变压 器，工作稳定，技术成熟，值得信赖。所以舍弃方案一；方案二屮将模拟地与数字地连接起来的好处是在酬PCB板的时候更加方便， 而它带来的隐患却是巨大的：模拟电路屮大量的噪声（来源于信号，电阻热效应，50Hz 市电波动等）会引起模拟地0v的无规则上下波动，也就是说模拟电路的人量 噪声会严重影响到数字电路，而单片机对噪声的耍求远比模拟电路高，所以这 样的噪声会对单片机造成不可估量的隐患。因此必须要将模拟地与数字地分离 开来，我们最终选择方案三。2. 温度传感器的选择方案一：集成温度传感器AD590 方案二：集成温度传感器DS18B20。AD590DS18B20-需要模拟转数字电路只需要一个元件成木高点成木低精确度低-精确度高测温点数量少单总线可同吋连接很多温点电路繁多电路简单对线附有要求信号线距离远总的来说DS18B20的优点都是在弥补AD590的缺点的但是：dsl8B20的唯一缺点是：温度范闺只能在-55度到+125度之间。 根据上述比较我们选择了更好的DS18B20來作为本次课设的温度传感器。硬件系统设计1、电源电路*5V+3.3VU25MMJKGNDL2CllT3nuH. 16 VC13O.luHVinVoutOzU5ADP533SAKCZ3.3-4GND电源2CI2 I5mK. IOVJ1是变压器输出电源插失，接入5v直流电压供给模拟电路，经过SPX1117转换为 给数字电路的3.3v用电，C3, C4用来稳定芯什输出，D1为LED反光管，LED亮即 表示通电。图中“+5”表示输出5v电源，“3.3v”表示输出3.3v电源。2、温度传感电路R254.7kU5wdonr*ICiND -|1GND1I 十 V3VDSI82fl温度传感器DS1820温度传感器能实时测量环境溫度，通过接入单片机P0. 6端口从LED显示管中显示出来，当超过阈值温度（阈伉温度4由键盘设定）报警蜂鸣器会响声，灯会亮，数 码管显示8888;温度传感器电源供电采用上拉供电模式，接地端不能置空，否则不能 转换温度。3、火焰传感电路火焰传感器本梭块上电后酋先LED1亮，表明传感器模块处于工作状态。当外部奋火焰（光）照射 到光电二极管Q8上吋，产生电流，级Q8上存在压降，电压信号经过放大器的放大后与 已经设定的电压值比较。当电压大于设定值时，向单八机输入信号1，表明此时冇较明 显火焰（光）；当小于设定位吋输入0,表明无明显火焰（光）。其屮电压信号的放人倍 数以及火焰报警的闽值可山实验确定，并由滑变电阻器设定。4、串口电路5V+5V.OuFI.OuFIX DRXtCH CI. 口十 C2-VDDvccTUNTlrH：rL2IN12OIJTRIOUT RUNR2OUT R2ING、DVEEU29 ;166MAX232ACPEGNDCIO I I .Our串口部分与串口接口I.Ouh C6C8HHl IGND I.OuF1 了GND串U部分采用MAX232ACPE模块，外接串U接U DConnector于外界进行串I_1通信；TXD 和RXD端U1接单片机P0.4、？0.5端1_1,实现与单片机之间信息数据的双工传送。5、按键电路按键部分通过按键的控制，可以控制kcy(T3的高低电平，并输入单片机，实现外部 控制。显示部分采用4个共阴极LED数码管构成，段码由单片机P2八个端口输出控制，位码 用NPN三极管驱动，通过P3. 1至P3.4输出控制。7.报警电路hM(jlSpeakerR22Q7NPNKMQfl蜂鸣器及报警显示灯GNDGND当火灾探测器检测到火焰吋或温度传感器检测温度超过阈值吋，单片机PO.O、P0. 1端 口会输出控制信号，此时蜂鸣器会响声，报警显示灯也会亮起；蜂鸣器Ml样也是用一 个NPN三极管作为控制电路。8、单片机控制电路GNDUlp卜ONDIK I IK I IK7丁 XI At.1- UJ 1my.XX1 29mir ilkcM 26kcUks2jr L19I3.JVOSDGNDPO.OrzoRMr?nMmPl5p? iP0.6P2.4RX7P?-VP?6PI .11P2.?Pl.lPl.2Pl.3P3.(VC2DPI .4FA.1Pl.5P12Pl.fiFi-5Pl.7Pk4ivTT KPO.2VDDP0.3ONDCU5JFiLQ2.44ilhul16kdbus215L-dhusX14RnJbuvifXRkiJbuv6/kdbusAHnlw ii9kdwm2Kl5.W18 kiJbuiO/luf(iMJ1MSI：1CKIK卜iJ.U|A 4=1IKMDJCJXSGNDfiSJJ最小系统1、P0.2、PO. 3端LI接系统晶振电路；2、P3.0端口为程序输入端；3、SW.PB按键为系统复位按键，接入笮片机RST端口；4、P2八个端口接敁示电路，每个端口均接上拉电限，保证电路驱动器关闭吋给 P2端口一个W定的高电平。P3. PP3.3为数码管位选码控制端口，用来实现数码管的动 态姑小。5、P1.0P1.3对U为键盘输入端。6、P0.0、P0. 1为声光报警端口。7、P0.4、P0. 5为中口通信端门。软件设计主程序流程阁显示部分流程阁幵始串口通信ds模块开始结朿心得体会通过这次课程设计学到Y很多，这是一个团队任务，一起工作屮小组相互配合， 相互帮助，一起上网查资料，找老师同学咨询。另外，设计思路要转化成电路 图并不是特别难，可耍焊成实际的宥用的电路板却还是宥一定的差距的，不一 定能达到预期的结果。课程设计屮仅仅一个人知道是不够的，必须和小组队员 认真交流沟通，相互补充，与其说学会了很多专业知识，不如说学会了在实践 屮学会解决实际问题。只有从基木的电的知识学起，学习用基木电子电路制作 一些小的电子作品，冰能逐步对所学知识理解更透彻。在此次课设中，我对以前所学的理论知识宥了一个更深的理解，也充分理解了 动手实践之重耍性。我体会到了理论与实践的巨大差距。此次课设过程在阁书 馆查阅了大量资料，也积极的请教了老师。通过不懈的努力，也养成了独立思 考的习惯，极大地培养锻炼丫自己的动手能力。同吋也让我懂得丫团结合作的重耍性参考文献单片机原理及应用徐汉斌雄冰高平中科技大学出版社单片微型计算机原理与应用（第二版）胡乾斌李光斌华中科技大学出 版社电子技术基础数字部分 康平光 高等教育出版社电子技术基础模拟部分 康华光 高等教育出版社附录：程序源代码 电路原理图 PCB图 元器件淸单程序源代码void display( int LedNum);void dsl82Orst();void delay(unsigned int i);void delay_18B20(unsigned int i);void ds 1820wr(unsigned char wdata);void keyboard;main()int LedNum，flagl，flag2，flag3，i; int SetT，GetT;Init_Device();P0_l =0;P0_0 = 0； flag2 = 1; flag3 = 1;SetT = 400; while(l)GetT = read_temp();if(GetT = SetT)flag3 = 0; LedNum = 8888; P0_l = l;P()_0=l;if(GetT SetT)flag3 = 1;if(P0_7=0)flag2 = 0; LedNum=8888; P0_l = l;P0_0=l;if(P0_7=l)flag2 = 1;if(flagl = 1 & flag2 = 1& flag3 =1)LedNum = SetT;else if(flagl = 0 & flag2 = 1 & flag3 =1)LedNum = GetT;if(flag2 = 1 & flag3 = 1)PO_1= 0;P()_0=0;display(LedNum); void keyboard() int i;int LedNum,flagl;int SetT，GetT;if(Pl_O=O)if(flagl = 1)SetT+;LedNum = SetT; for(i=0;i40;i+)display(LedNum);else if(Pl_l=O)if(flagl = 1)SetT;LedNum = SetT; for(i=0;i40;i+)display(LedNum);else if(Pl_2=0)flagl = 1; LedNum = SetT;else (Pl_3=0)flagl = 0; LedNum = GetT;void display( int LedNum)nsignedcharcodeTabll=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x40; unsigned int i;int LedOutO，LedOutl,LedOut2，LedOut3; int dm,wm;LedOut()=LedNum/1000;LedOutl =LedNum%l 000/100;LedOut2=LedNum%l 00/10;LedOut3=LedNum%10;While(l)for (i=l;i5;i+)switch(i)easel :wm=0001 ;dm=TabLedOutO;delay;break;case2:wm=0010;dm=TabLedOut 1 ;delay;break;case3:wm=0100;dm=TabLedOut2;delay; break; case4:wm=100();dm=TabLedOut3;delay;break;void dsl820rst()/*dsl8204 unsigned char x=0;DQ=1; /DQ 鲥向 delay8B20(4)； /鹿运 DQ = 0; /DQsr京 delay8B20(600)； /讅盏鹿 NHF 4OO0USDQ=1; /妻delay8B20(300)；unsigned char dsl820rd()/*w缝誰 unsigned char i=0; u