李仁三课程设计多路防盗1.doc

西华大学电子技术课程设计说明书 多路防盗报警器摘要：我们提出了多路防盗报警的基本方案，该多路防盗报警器由信号检测电路，中央处理单元，报警电路等组成。此防盗报警器通过光敏电阻对光强的感应变化来模拟人的闯入，一旦有人闯入光敏电阻的阻值改变，并利用比较器lm393实现高低电平转换信号的确实放大固定，“入侵”信号通过51单片机软件处理并实现“报警”信号的发出，驱动蜂鸣器鸣叫报警和led灯闪烁报警。同时，通过锁存器74hc573驱动七段数码管显示“有情况”的是哪一路。关键词：防盗报警，单片机，蜂鸣器报警，灯闪烁报警，数码管显示abstract：we propose a design of multiple burglar alarm , multiple burglar alarm formed by the signal detection circuit,the central processing unit and alarm circuits etc. this system will simulate the incursion of people by using the light dependent resistor whose induction about the luminous intensity.once someone break in,the resistance of the light dependent resistor change and the system achieves the transformation of high low-level output voltage.by taking advantage of comparator-lm393 and make the the intrusion signals achieve signal sending out through scm-stc89151,after that,it gives an alarm by driving the buzzer to sound and the led to flash.at the same time ,the 7 segment display tube displays the place where gives the alarm through the signal by using the latch-74hc3583.key words：burglar alarm, scm,buzzer warning,light flicker alarm,digital tube display 目录1前言（1）2总体方案设计 （2）2.1方案比较 （2） 2.1.1方案一（2）2.1.2方案二（2）2.2方案论证 （3）2.3方案选择 （3）3单元模块设计 （4）3.1各单元模块功能介绍及电路设计（4）3.1.1电源电路设计方案（4）3.1.2报警信号检测设计方案（5）3.1.3中央控制单元 （6）3.1.4报警部分 （7）3.2电路参数计算及元器件选择（8）3.3特殊器件的介绍（10）3.3.1 at89c51 （10）3.3.2 光敏电阻 （11）3.3.3 lm393 （12）3.4各单元模块的链接（12）4系统调试 （14）4.1软件设计原理及设计所用工具（14）4.1.1系统设计和调试原理 （14）4.1.2设计所用工具 （14）4.2软件设计结构图 （14）4.3系统调试过程（15）5系统功能、指标参数 （19）5.1系统能实现的功能（19）5.2系统指标参数测试（19）5.3系统功能及指标参数分析（20）6结论 （21）7总结与体会 （22）8致谢 （23）9参考文献 （24）附录 （25）1、 仿真设计图 （25）2、 ad原理图 （26）3、 pcb图 （27）4、 实物图 （27）5、 51单片机程序 （28）2 第 页1前言 随着时代的进步，人们对自己随处环境的安全性提出了更高的要求，比如住宅仓库安全的其他方面。因此，许多防盗防盗方案营运而生，然而防盗门防盗窗等防盗手段明显落后于电子防盗。早在60年后期，美国就出现了第一套电子式商品防盗。因为价格等原因在我国住宅任未普及。因此设计一种价廉，感应灵敏的堵路防盗报警装置。 此报警装置是由信号检测、信号转换、报警产生电路三个单元共同完成的4路报警器。利用光敏电阻随光照的变化，阻值发生变化的特性实现对人是否入侵信号的检测，从而实现高低电平信号的转换。利用单片机写入的程序实现当报警信号输入单片机，其就产生频率不等的信号驱动蜂鸣器发出响声，并使led灯闪烁报警，通过锁存器实现led显示出报警位置。此设计基于单片机体积小，价格低，功能强可靠性高等优点，对电子防盗报警装置的普及具有重大意义，并具有较高的市场前景。2总体方案设计 防盗报警器的关键部分是对“入侵”信号的检测，报警信号的转换并使其能驱动报警设备，下面列出两种方案并比较两种方案的优劣势。2.1方案比较2.1.1方案1利用单片机at89c51软件处理实现的转换报警信号，光敏电阻的阻值变化来检测“入侵”信号，数码管显示，蜂鸣器鸣叫、led闪烁灯做报警模块。优点电路简单，体积小，灵活性强。以下为设计框图：at89c51 单 片 机 报警系统报警 光敏电阻检测信号 数码管显示 图2.1报警系统信号检测部分框图2.1.2方案2 采用光敏电阻的阻值变化来检测“入侵”信号，用555芯片搭成触发器来驱动信号的转变，七段led数码管做显示，蜂鸣器鸣叫与led闪烁灯作报警部分。特点：555直接触发不需要编程，简单方便，但是灵活性不强，不利于修改扩充报警器的功能。555触发器 蜂鸣器报警系统报警 光敏电阻检测信号 数码管显示 图2.2报警系统信号检测部分框图2.2 方案论证报警系统的蜂鸣器鸣叫示警和led灯闪烁示警是给人一种听觉上和视觉上的双重提示，可以达到示警效果。采集信息的光敏电阻接收的光越强电阻越小，人通过时挡住了激光头射过来的光，使光敏电阻的阻值升高，引起电平变化与比较值比较，再通过比较器lm393感应，输出检测的信息，检测信号也是可以办到的。处理信息的部分，通过51单片机做miu处理信息并且发出信息驱动数码管显示是哪一路的信息和发出报警信号，51单片机具有多个i/o口，且有程序做后盾是可以实现的。通过555芯片来发出脉冲驱动数码管显示和蜂鸣器报警也是完全可以的。2.3方案选择用51单片机方便修改，便于添加功能，连线简单，比555的定式方便多了。且我们想做实物，身边正好有51单片机，所以我们选择了方案一。3单元模块设计3.1各单元模块功能介绍及电路设计3.1.1电源电路设计方案 本设计是4路防盗报警器，各路电路结构完全相同，共享一个直流稳压电源。为了降低成本，减少功耗，故采用 5v直流稳压电源供电。在电网正常供电情况下，可直接将家庭电路中220v交变电压通过变压器变压，整流器整流，电容滤波和3端集成稳压芯片7805稳压后得到5v直流电压。 图3.1 proteus仿真电源电路 图3.2 ad电源电路3.1.2报警信号检测设计方案当有人入侵时光照强度减弱，光敏电阻阻值变大，从而电阻压降变大，比较器负极电压变大。原来负极电压小于正极电压，输出为高电平，如今负极电压大于正极电压，输出产生由高电平变为低电平的信号 图3.3仿真报警信号检测图 图3.4 ad防盗报警模块3.1.3中央控制单元 对于单片机控制原理图，控制系统主要由at89c51单片机，+5v电源电路，信号接收电路，7段数码管显示电路等部分组成。入侵信号输入51单片机，利用单片机写入的程序，单片机进行报警和显示控制等操作，并完成相应的状态指示硬件电路原理图如下： 图3.5 仿真 驱动显示电路原理图 图3.6 ad 驱动显示和单片机最小系统3.1.4 报警部分报警部分主要由蜂鸣器鸣叫和led灯闪烁构成，信号有单片机p15口送来，通过三极管放大电流驱动蜂鸣器发声，led灯的允许通过电流比较小，所以给个电阻限流。图3.7 仿真 报警模块图3.8 ad 报警模块3.2电路参数的计算及元器件的选择 表3.1 仿真 元器件选择表 元件名称 元件标号 数量 74hc573u21 at89c51u11 蜂鸣器buz11 led灯d1,d2，d3，d4，d5，d6，d7，d8，d99 数码管1 12m晶振x11 30p电容c1，c22 104电容c7，c92 2200uf电容c61 100uf电容c81 电阻若干 开关sw11 激光头子ldr1、2、3、44 光敏电阻4 lm393u3，u4，u5，u64 滑动变阻器w1，w2，w3，w44 三极管mps6534q11 1n4007br14 7805u41 排阻rp11 表3.2 ad （实物）元器件选择表 元件名称 元件标号 数量 74hc573ic11 stc89c52ic21 蜂鸣器spk11 led灯d1,d2,d8d5/6/10(x4)15 数码管sm11 12m晶振x11 22p电容c3，c42 104电容c7，c102 470uf电容c91 220uf电容c8110uf电容c11 电阻若干 开关s1-s4,s5(x4)8 光敏电阻d10(x4)4 lm393lm393 (x4)4 滑动变阻器w2 (x4)4 三极管t11 1n4007d3,d4,d7,d94 780578xx1 排阻rp11排针若干 3.3特殊器件的介绍3.3.1 at89c51at89c51是一种带4k字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能cmos8位微处理器，俗称单片机。该器件采用atmel高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的mcs-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位cpu和闪烁存储器组合在单个芯片中，atmel的at89c51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。下为芯片图： 图3.9 at89c51芯片图引脚介绍 p0：可以被定义为数据/地址的低八位，能够用于外部程序/数据存储器 p1：标准输入输出i/o，p1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入p3：既可以作标准输入输出i/o，也可作为at89c51的一些特殊功能口，管脚 备选功能p3.0 rxd 串行输入口p3.1 txd 串行输出口p3.2 /int0 外部中断0p3.3 /int 1外部中断1p3.4 t0 记时器0外部输入p3.5 t1 记时器1外部输入p3.6 /wr 外部数据存储器写选通p3.7 /rd 外部数据存储器读选通rst：复位输入。ale/prog：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。/psen：外部程序存储器的选通信号。/ea / vpp：当/ea保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000h-ffffh），不管是否有内部程序存储器。xtal1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。xtal2：来自反向振荡器的输出。3.3.2 光敏电阻光敏电阻（photocell，注意：光电池室photovoltaic cell）又称光敏电阻器（photoresistor or light-dependent resistor，后者缩写为ldr）或光导管（photoconductor），常用的制作材料为硫化镉，另外还有硒、硫化铝、硫化铅和硫化铋等材料。这些制作材料具有在特定波长的光照射下，其阻值迅速减小的特性。这是由于光照产生的载流子都参与导电，在外加电场的作用下作漂移运动，电子奔向电源的正极，空穴奔向电源的负极，从而使光敏电阻器的阻值迅速下降。 图3.10 光敏电阻结构图光敏电阻组成：光敏电阻器是利用半导体的光电导效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器，又称为光电导探测器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。还有另一种入射光弱，电阻减小，入射光强，电阻增大。光敏电阻作用：光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换（将光的变化转换为电的变化）。常用的光敏电阻器硫化镉光敏电阻器，它是由半导体材料制成的。光敏电阻器对光的敏感性（即光谱特性）与人眼对可见光（0.40.76）m的响应很接近，只要人眼可感受的光，都会引起它的阻值变化。设计光控电路时，都用白炽灯泡（小电珠）光线或自然光线作控制光源，使设计大为简化。3.3.3 lm393图3.6 lm393管脚分布及功能图lm393 是双电压比较器集成电路。该电路的特点如下：（1） 比较器数:2（2） 工作温度范围:0c - +70c（3） 通道数:2（4） 工作电源电压范围宽，单电源、双电源均可工作，单电源： 2 36v， 双电源：118v；（5） 消耗电流小， icc=0.8ma；（6） 输入失调电压小， vio=2mv；（7） 共模输入电压范围宽， vic=0vcc-1.5v；（8） 输出与ttl，dtl，mos，cmos 等兼容；（9）输出可以用开路集电极连接“或”门；3.4各单元模块的联接电源电路主要作用是为整个电路提供持续不断的5v直流电源供应以保证有偷盗情况时电路能正常产生报警信号，电源电路输出端直接连至控制电路与报警信号产生电路的输入端与报警声信号产生电路的输入端，单片机供电端相连。防盗模块中比较器的输出端与单片机的p1口相连提供检测信号。锁存器74hc573的输入口与单片机p0口相连，输出口与数码管相连，以提供显示信号。单片机的一个i/o口（p15）与蜂鸣器相连，提供蜂鸣器的示警信号。4系统调试4.1系统设计原理及设计所用工具4.1.1系统设计和调试原理有没有人经过主要输通过光明电阻的阻值变化引起的压降变化来检测的，并通过数码管显示的类容和蜂鸣器鸣叫与否，led灯闪烁与否来观察结果。所以可以通过电压探头来测试关键点的电压，依次来证明过程的正确与否。4.1.2设计所用工具proteus仿真软件； 百度； 数电； altium designer release 10；keill4.2软件设计流程框图 图4.1软件设计流程图4.3系统调试过程4.3.1信号检测部分 图4.2 没有“情况”的检测电路电平 图4.3有“情况”的检测电路电平4.3.2显示部图4.4 仿真 没有“情况”的显示电路 图4.5 实物 没有“情况”的显示电路 图4.6有“情况”的显示电路图4.7有“情况”的显示电路4.3.3报警部分图4.8没有“情况”的报警电路图4.9 有“情况”时的报警电路5系统功能、指标参数5.1系统能实现的功能我们这个防盗报警器是四路防盗报警器，我们能实现的功能如下（1） 电源模块可以将220v的家常电压变为本系统要用的5v直流电压（2） 检测部分采集是否有人经过（3） 51单片机实现信号的处理和发出报警信号与显示信号（4） 数码管显示出是哪一支路有问题（5） 蜂鸣器鸣叫和led灯闪烁示警，提醒（6） 开关模式的选择，看是否需要自动复位5.2系统指标参数测试需要测试的指标参数有：（1）检测电路一、二、三、四路光敏电阻压降变化（2）比较器输出电压的变化（3）稳压电压电压输出值（4）数码管显示的值（5）报警模块蜂鸣器压降变化值 表5.1 系统参数测试汇总检测路数(没情况)光敏压降（v）比较器输出（v）数码管显示蜂鸣器压降（v）电源输入（v）电源输出（v）一0.24.9903.95x10-112205二0.24.9903.95x10-112205三0.24.9903.95x10-112205四0.24.9903.95x10-112205检测路数（有情况）光敏压降（v）比较器输出（v）数码管显示蜂鸣器压降（v）电源输入（v）电源输出（v）一4.950.214.432205二4.950.224.432205三4.950.234.432205四4.950.244.4322055.3系统功能及指标参数分析（1）通过光敏电阻阻值的变化来影响比较器输出值作为检测信号，光敏电阻压降从0.2v变为4.95v，比较器lm393输出从4.99v变为0.2v。51单片机识别电平信号时0-1.5v为低，3.3-5.5v为高。所以比较器输出值是从高电平变为低电平能够被单片机识别，这个数据是正确的，能够实现信号的检测。（2）数码管显示从0变化到对应的1、2、3、4说明能够完美的指示出事哪一路有“情况”。（3）稳压电源从220v的交流电压能够变为5v的稳定直流电源（4）蜂鸣器电压从0到4.43v，蜂鸣器的驱动电压是3.3v以上，所以能够驱动蜂鸣器让他鸣叫6结论题目要求的多路报警系统，我们做了个四路报警系统，能够实现四路检测，数码管显示提示是哪一路，蜂鸣器鸣叫，led灯闪烁示警。本系统的优点：使用元器件常规，价格便宜，电路简单，用程序控制可以很容易实现检测路数的改变，使用灵活简便。显示直观，双重示警，使人不容易判断错误。可以选择开关模式，是否需要自动复位，让人在觉得不方便开启报警时自动选择，方便，考虑了人们的行为模式，实用性强。本系统特色：双重示警，数字显示，复位模式选择本系统创新：双重示警，复位模式选择今后的改善完善计划：本防盗只是的判断了是否有人闯入，有人闯入就认为有情况。我个人觉得防盗系统不能只是一个判断有没有人闯入的系统，我觉得以后还可以添加语音功能，通过固定的语音询问以及回答来判断是不是“盗”，这样就可以避免出现误判导致主人家白担心。并且报警模式可以多样化，比如语音，短信，无线等等。 7总结与体会本设计是一套防盗报警系统，其主要功能是信号检测电路检测检测到人入侵时通过高低电平转换产生报警信号并传送给单片机，单片机再将警情信号传给报警系统发出报警声和灯闪烁报警，同时显示发生警情的位置。此设计基于单片机实现了多路防盗，可同时检测多个地方的信号，实用性较强。通过本次设计使我对单片机，数子电路以及proteus软件等方面有了一定的认识。通过查阅和收集了大量的资料，通过计算和分析终于完成设计，设计过程中让我发现仅仅有理论知识是不够的，实践也极其重要，只有将实践与理论结合才能更好的完成自己的任务。8致谢两个星期的课程设计很快就结束了，经过各位老师的悉心指导和精心教导，在设计的过程中，我已经对数字电路与一些仿真软件等有了深刻认识，也学习和应用了处理一些相关问题的基本方法，在各位老师及各位同学的帮助与支持下，顺利的完成了本次电子技术的课程设计，并完成报告的编制。在本次课程设计过程中，我为能理解和应用专业课学习成果而感悟颇深，同时我也深深的感受到了基础知识的重要性。在以后的学习生活中切不可急于求成而忽略了基础的夯实，对一门系统学科，应该扎实的学习他的每一部分知识，充分利用各种实践环节，切实做到理论联系实践，学以致用。同样，通过这次课程设计我也体会到我们学习上的不足。课程设计的这段时间过得相当充实，在日后的学习与工作中，我仍将认真巩固对专业基础知识的学习，继续扎实的学习专业知识。 在此，感谢每一位老师给我们的悉心讲解和指导，感谢和我合作的队友！9参考文献1朱清慧等.电proteus教程电子线路设计、制版与仿真m. 北京：清华大学出版社，20082康华光.电子技术基础模拟部分(第五版)m. 北京：清华大学出版社，20063康华光. 电子技术基础数字分(第五版)m. 北京：清华大学出版社，20064蒋辉平等.电子技术课程设计实用教程(第三版)m. 北京：清华大学出版社，2009.45徐学彬. 电子技术实验指导书m. 成都：西华大学，2009