光电子设计报告

1、 课程设计报告 课程名称： 光电子技术课程设计 设计题目： 基于单片机的声光报警系统的设计 专 业： 电子科学与技术 班 级： 电科121 姓 名： 曹梦姣 学 号: 1210705101 起止日期: 2015.6.8 - 2015.6.19 指导教师: 王如刚 摘 要火灾是指在时间和空间上失去控制的燃烧所造成的灾害。在各种灾害中，火灾是最经常、最普遍地威胁公众安全和社会发展的主要灾害之一。随着现代社会的不断发展，现代家庭用火、用电量正在逐年增加，火灾发生的频率越来越高，火灾不仅毁坏物质财产，造成社会秩序的混乱，还直接或间接危害生命，给人们的心灵造成极大的危害。每年都有许多人被火灾夺去生命。由

2、于人们的疏忽而发生的火灾与爆炸，不仅造成人员的大量伤亡，还承受着严重的经济损失。正是由于火灾的巨大危害，报警器才得以应运而生，报警器在火灾报警方面发挥人类本身无可比拟的优势，而声光报警器更是其中的佼佼者。声光报警器是一种用在危险场所，通过声音和各种光来向人们发出示警信号的一种不会引燃易燃易爆性气体的报警信号装置。防爆声光报警器适用于安装在含有C级T6温 度组别的爆炸性气体环境场所，还可使用于石油、化工等行业具有防爆要求的1区及2区防爆场所，也可以露天、室外使用。可以和国内外任 何厂家的火灾报警控制器配套使用。当生产现场发生事故或火灾等紧急情况时，火灾报警控制器 送来的控制信号启动声光报警电路，

3、发出声和光 报警信号，完成报警目的。关键词：光电传感器、数码管、报警器目 录1、设计要求12、设计方案13、元器件简介13.1、单片机STC89C52简介13.2、温度传感器DS18B2033.3、红外接收头HS0038B43.4、数码管64、设计电路及原理64.1、温度接收模块64.2、红外发射模块64.3、红外接收模块74.4、数码管显示模块84.5、蜂鸣器报警模块84.6、LED报警模块9参考文献10设计总结10附录111、设计要求 1）包括电信号转化成数字信号系统，数字显示系统，报警系统2）测量系统的性能特点等3）利用光电传感器进行信号的采集及控制。2、设计方案 本设计通过温度传感器D

4、S18B20进行数据采集，采集到的信号经过单片机（STC89C52）处理及进行信号调制后，经红外发射管将将信号发出，再由红外接收头HS0038B接收红外信号。当温度超过某一特定温度时，经单片机处理最终来实现声光报警系统的功能。红外发送编码参考了nec协议并稍作修改。定义了起始码为9ms低电平和4ms的高电平。低电平0定义为1ms的低电平和1ms的高电平，高电平1定义为1ms的低电平和3ms的高电平。38k载波采用定时器0的8位自动重装模式，初值0xf4。在设计过程中，使用示波器测量发送接收的波形，基本一样，没有误差。收发有效距离为1米，超过1米数据显示错误，本方案还有很大的提高空间。3、元器件

5、简介3.1、单片机STC89C52简介 图3-1 单片机引脚STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash存储器。STC89C52使用经典的MCS-51内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。具有以下标准功能： 8k字节Flash，512字节RAM， 32 位I/O 口线，看门狗定时器，内置4KB EEPROM，MAX810复位电路，3个16 位定时器/计数器，4个外部中断，一

6、个7向量4级中断结构（兼容传统51的5向量2级中断结构），全双工串行口。另外 STC89C52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率35MHz，6T/12T可选。· 标准MCS-51内核和指令系统· 片内8kROM(可扩充64kB外部存储器) · 32个双向I/O口· 256x8bit内部RAM(可扩充64kB外部存储器)· 3个

7、16位可编程定时/计数器· 时钟频率3.5-12/24/33MHz· 向上或向下定时计数器 · 改进型快速编程脉冲算法· 6个中断源· 5.0V工作电压· 全双工串行通信口· 布尔处理器帧错误侦测· 4层优先级中断结构自动地址识别· 兼容TTL和CMOS逻辑电平· 空闲和掉电节省模式· PDIP(40)和PLCC(44)封装形式3.2、温度传感器DS18B20DS18B20数字温度传感器接线方便，封装成后可应用于多种场合，如管道式，螺纹式，磁铁吸附式，不锈钢封装式，型号多种多

8、样，有LTM8877，LTM8874等等。主要根据应用场合的不同而改变其外观。封装后的DS18B20可用于电缆沟测温，高炉水循环测温，锅炉测温，机房测温，农业大棚测温，洁净室测温，弹药库测温等各种非极限温度场合。耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。1: 技术性能描述、 独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。 、测温范围 55+125，固有测温误差（注意，不是分辨率，这里之前是错误的）1。、支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，最多只能并联8个，实现多点测

9、温，如果数量过多，会使供电电源电压过低，从而造成信号传输的不稳定。、工作电源: 3.05.5V/DC （可以数据线寄生电源） 、在使用中不需要任何外围元件、 测量结果以912位数字量方式串行传送 、不锈钢保护管直径 6 、适用于DN1525, DN40DN250各种介质工业管道和狭小空间设备测温、 标准安装螺纹 M10X1, M12X1.5, G1/2”任选 、PVC电缆直接出线或德式球型接线盒出线,便于与其它电器设备连接。DS18B20+ 和 Maxim Integrated 信息1 Manufactured by Maxim Integrated, DS18B20+ is a 温

10、度传感器.3.3、红外接收头HS0038B图3-3 HS0038B封装图红外接收探头，接收红外信号频率为38kHz，周期约26s。 红外接收电路一体化的红外接收装置将遥控信号的接收、放大、检波、整形集于一身，并且输出可以让单片机识别的TTL 信号，这样大大简化了接收电路的复杂程度和电路的设计工作，方便使用。在本系统中我们采用红外一体化接收头HS0038B。HS0038B 黑色环氧树脂封装，不受日光、荧光灯等光源干扰，内附磁屏蔽，功耗低，灵敏度高。在用小功率发射管发射信号情况下，其接收距离可达35m。它能与TTL、COMS 电路兼容。HS0038B 为直立侧面收光型。它接收红外信号频率

11、为38 kHz,周期约26 s，同时能对信号进行放大、检波、整形，得到TTL 电平的编码信号。三个管脚分别是地、5 V 电源、解调信号输出端。图3-4 HS0038B内部结构图3-5 HS0038B接法参考图3.4、数码管 数码管（LED Segment Displays）是由多个发光二极管封在在一起组成“8”字型的器件，引线已在内部连接完成，只需引出它们的各个笔划，公共电极。LED数码管常用段数一般为7段有的另加一个小数点，还有一种是类似于3位“+1”型。位数有半位，1，2，3，4，5，6，8，10位等等.，LED数码管根据LED的接法不同分为共阴和共阳两类，了解LED的这些特性，对编程是很

12、重要的，因为不同类型的数码管，除了它们的硬件电路有差异外，编程方法也是不同的。右图什阴和共阳极数码管的内部电路，它们的发光原理是一样的，只是它们的电源极性不同而已。颜色有红，绿，蓝，黄等几种。LED数码管广泛用于仪表，时钟，车站，家电等场合。选用时要注意产品尺寸颜色，功耗，亮度，波长等。图3-6 共阳极数码管4、设计电路及原理4.1、温度接收模块图4-1 温度接收原理图4.2、红外发射模块信号调制原理：基带信号：从信号源发出没有经过调制的原始信号，特点是频率较低，信号频率从0开始，频谱较宽。调制：就是用待传送信号去控制某个高频信号的幅度、相位、频率等参量变化的过程，即用一个信号去装载另一个信号

13、。图4-2 信号调制原理图图4-3 红外发射原理图4.3、红外接收模块图4-4 红外接收原理图4.4、数码管显示模块图4-5 数码管显示原理图4.5、蜂鸣器报警模块图4-6 蜂鸣器报警模块原理图4.6、LED报警模块图4-7 LED报警模块原理图设计总结知道题目时自己没什么思路和头绪，就只是一味的查资料，在网上确实是找了一大把的相关资料，可问题也相继而来，按照网上的电路做出的板子根本不能成功，感觉涉及范围也越来越大了，后经提醒，才突然明白由于太过仓促，将原本定好的思路打乱了，做的事情完全没按照所想好的提纲来。所以不管做什么事，首先要明确的是自己要做什么，该怎么做，而不是盲目想达到某种目的，急于

14、求成往往达不到效果的。在这次课程设计中，我学到了很多专业方面的知识，加强了动手能力并掌握了许多实际性的东西。要注意的方面也很多如原理图不能有错误，布局要美观，布线不能有误要讲究美观，线宽不能太小，否则制出的产品不美观，有可能对所要求的性能达不到。在此次电路设计时发现了设计的问题，对于程序来说，一个很不起眼的失误就能导致整个程序不能运行，所以在做程序时候要了解其逻辑关系，理清时序，对单片机的原理及接口要有很清晰的认识，以免在编写程序时候出现不必要的错误。参考文献1 安毓英，刘继芳，李庆辉，冯喆珺，等. 光电子技术（第3版）. 北京：电子工业出版社，20112 陈益飞，沈兆军，孙干超，等. 单片机

15、原理及技术应用. 北京：国防工业出版社，20113 阎石. 数字电子技术基础（第五版）. 北京：高等教育出版社，20064 康华光. 电子技术基础模拟部分（第五版）. 北京：高等教育出版社，20065 孙宏国，周云龙. 电子系统设计与实践. 北京：清华大学出版社，20126张毅刚，MCS-51单片机应用设计。哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1997附录1、元件清单：单片机STC89C52 （2个）、温度传感器DS18B20 （1个）、红外发射二极管 （1个）、红外接收头HS0038B （1个）、数码管 （3个）、蜂鸣器 （1个）、发光二极管 （8个）。2、程序清单：1)红外发送模块程序：main

16、.c:#include<reg52.h> sbit CarryWave = P17;sbit ir_send = P16; void TransData(unsigned char _data);void CarrierWaveInit(void);void delay_ms(unsigned int t);void ConfigTimer0(unsigned int ms);void TransData2(unsigned char _data2);extern bit Start18B20();extern bit Get18B20Temp(int *temp);bit fla

17、g1s=0;bit res=0; int temp; /读取到的当前温度值unsigned char T0RH = 0; /T0重载值的高字节unsigned char T0RL = 0; /T0重载值的低字节unsigned char intT,decT; void main() EA=1; PT1=1; ConfigTimer0(1); CarrierWaveInit(); Start18B20(); /启动DS18B20 while(1) TransData(intT); TransData2(decT); if (flag1s) /每秒更新一次温度 flag1s = 0; res =

18、Get18B20Temp(&temp); /读取当前温度 if (res) /读取成功时，刷新当前温度显示 intT = temp >> 4;/intT=intT/16+intT%16; /分离出温度值整数部分 decT = temp & 0xF; /分离出温度值小数部分 decT = decT*10/16;/a=intT/10; /整数部分数据处理/b=intT%10; Start18B20(); /重新启动下一次转换 void TransData(unsigned char _data) unsigned char i; ir_send = 0; delay_m

19、s(9); ir_send= 1; /输出0 delay_ms(4); /4ms的启动低电平 for(i=0;i<8;i+) ir_send= 0; /输出1delay_ms(1); if(_data&(1<<i) ir_send=1;delay_ms(3); /1左移i位 ，先发低位 /如果发送1 则高低电平比为1:1 else ir_send=1; delay_ms(1); /如果发送0 则高低电平比为1:3 ir_send = 1;/delay_ms(300);void TransData2(unsigned char _data2) unsigned char

20、 j; for(j=0;j<8;j+) ir_send= 0; /输出1 delay_ms(1); if(_data2&(1<<j) ir_send=1;delay_ms(3); /1左移i位 ，先发低位 /如果发送1 则高低电平比为1:1 else ir_send=1; delay_ms(1); /如果发送0 则高低电平比为1:3 ir_send=1;/*定时器1初始化函数*函数名 ：CarrierWaveInit()*参 数 ：无*功 能 ：38K载波信号定时器初始化*返回值 ：无*/void CarrierWaveInit(void) EA=1; TMOD &a

21、mp;= 0x0f; /清零T0的控制位 TMOD |= 0x20; /八位自动重装模式TH1 = 0XF4; /38k载波信号TL1 = 0XF4;ET1 = 1; /打开TR1 = 1;/*定时器1中断函数载波发生*/*函数名 ：CarrierWave()*参 数 ：无*功 能 ：定时器中断产生38KHZ载波信号*返回值 ：无*/void CarrierWave(void) interrupt 3 CarryWave = CarryWave; void delay_ms(unsigned int t) /误差 -0.651041666667us unsigned char a,b;for(

22、;t>0;t-) for(b=4;b>0;b-) for(a=43;a>0;a-);void ConfigTimer0(unsigned int ms) unsigned long tmp; /临时变量 tmp = 11059200 / 12; /定时器计数频率 tmp = (tmp * ms) / 1000; /计算所需的计数值 tmp = 65536 - tmp; /计算定时器重载值 tmp = tmp + 12; /补偿中断响应延时造成的误差 T0RH = (unsigned char)(tmp>>8); /定时器重载值拆分为高低字节 T0RL = (uns

23、igned char)tmp; TMOD &= 0xf0; /清零T0的控制位 TMOD |= 0x01; /配置T0为模式1 TH0 = T0RH; /加载T0重载值 TL0 = T0RL; ET0 = 1; /使能T0中断 TR0 = 1; /启动T0/* T0中断服务函数，完成1秒定时 */void InterruptTimer0() interrupt 1 static unsigned int tmr1s = 0; TH0 = T0RH; /重新加载重载值 TL0 = T0RL; tmr1s+; if (tmr1s >=700) /定时1s tmr1s = 0; fla

24、g1s = 1; DS18B20.c:#include <reg52.h>#include <intrins.h>sbit IO_18B20 = P32; /DS18B20通信引脚/* 软件延时函数，延时时间(t*10)us */void DelayX10us(unsigned char t) do _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); while (-t);bit Get18B20Ack()bit ack;EA = 0;IO_18B20 = 0;DelayX10u

25、s(50);IO_18B20 = 1;DelayX10us(6);ack = IO_18B20;while(!IO_18B20);EA = 1;return ack;void Write18B20(unsigned char dat)unsigned char mask;EA = 0;for(mask=0x01; mask!= 0; mask<<=1)IO_18B20 = 0;_nop_();_nop_();if(mask&dat) = 0)IO_18B20 = 0;elseIO_18B20 = 1;DelayX10us(6);IO_18B20 = 1;EA = 1;uns

26、igned char Read18B20()unsigned char dat;unsigned char mask;EA = 0;for(mask=0x01; mask!=0; mask<<=1)IO_18B20 = 0;_nop_();_nop_();IO_18B20 = 1;_nop_();_nop_();if(!IO_18B20)dat &= mask;elsedat |= mask;DelayX10us(6);EA = 1;return dat;bit Start18B20()bit ack;ack = Get18B20Ack();if(ack = 0)Write

27、18B20(0xCC);Write18B20(0x44);return ack;bit Get18B20Temp(int *temp)bit ack;unsigned char LSB, MSB;ack = Get18B20Ack();if(ack = 0)Write18B20(0xCC);Write18B20(0xBE);LSB = Read18B20();MSB = Read18B20();*temp = (int)MSB<<8) + LSB;return ack;2) 红外接收模块程序：main.c:#include <reg52.h>sbit ADDR0 = P

28、10;sbit ADDR1 = P11;sbit ADDR2 = P12;sbit ADDR3 = P13;sbit ENLED = P14;sbit LED0=P00;sbit LED1=P03;sbit LED2=P04;sbit LED3=P07;sbit BUZZ=P16;bit led0=1,led1=1,led2=1,led3=1;unsigned char code LedChar = /数码管显示字符转换表 0xC0, 0xF9, 0xA4, 0xB0, 0x99, 0x92, 0x82, 0xF8, 0x80, 0x90, 0x88, 0x83, 0xC6, 0xA1, 0x

29、86, 0x8E;unsigned char LedBuff6 = /数码管显示缓冲区 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF;unsigned char T0RH = 0; /T0重载值的高字节unsigned char T0RL = 0; /T0重载值的低字节unsigned char intT=0;extern bit irflag;extern unsigned char ircode4;extern void InitInfrared(void);void ConfigTimer0(unsigned int ms);void main() EA = 1;

30、 /开总中断 ENLED = 0; ADDR3 = 1; InitInfrared(); /初始化红外功能 ConfigTimer0(1); /配置T0定时1ms PT0 = 1; /配置T0中断为高优先级，启用本行可消除接收时的闪烁 while (1) if (irflag=1) /接收到红外数据时刷新显示 irflag = 0;intT=ircode0&0x0f+(ircode0>>4)*16 ; LedBuff2 = LedCharintT/10; /用户码显示 LedBuff1 = LedCharintT%10 & 0x7f; ;/ LedBuff1 = L

31、edChar5; /键码显示 LedBuff0 = LedCharircode1; /* 配置并启动T0，ms-T0定时时间 */void ConfigTimer0(unsigned int ms) unsigned long tmp; /临时变量 tmp = 11059200 / 12; /定时器计数频率 tmp = (tmp * ms) / 1000; /计算所需的计数值 tmp = 65536 - tmp; /计算定时器重载值 tmp = tmp + 10; /补偿中断响应延时造成的误差 T0RH = (unsigned char)(tmp>>8); /定时器重载值拆分为高低

32、字节 T0RL = (unsigned char)tmp; TMOD &= 0xF0; /清零T0的控制位 TMOD |= 0x01; /配置T0为模式1 TH0 = T0RH; /加载T0重载值 TL0 = T0RL; ET0 = 1; /使能T0中断 TR0 = 1; /启动T0/* 数码管动态扫描刷新函数，需在定时中断中调用 */void LedScan() static unsigned char i = 0; /动态扫描索引P0=0xff; switch(i)case 0: ADDR2=0; ADDR1=0; ADDR0=0; i+; P0=LedBuff0;break;ca

33、se 1: ADDR2=0; ADDR1=0; ADDR0=1; i+; P0=LedBuff1;break;case 2: ADDR2=0; ADDR1=1; ADDR0=0; i+; P0=LedBuff2;break;case 3: ADDR2=1; ADDR1=1; ADDR0=0; i+; LED0=led0;break;case 4: ADDR2=1; ADDR1=1; ADDR0=0;i+; LED1=led1;break;case 5: ADDR2=1; ADDR1=1; ADDR0=0; i+; LED2=led2;break;case 6: ADDR2=1; ADDR1=1; ADDR0=0; i=0; LED3=led3;break;default:break;/* T0中断服务函数，执行数码管扫描显示 */void InterruptTimer0() interrupt 1 static unsigned char i; TH0 = T0RH; /重新加载重载值 TL0 = T0RL; LedScan(); /数码管扫描显示 i+;if(i>=100) i=0; if(intT>=32) led0=led0; l