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： 学 号: 起止日期: 2015.6.8 - 2015.6.19 指导教师: 王如刚 摘 要近年来，随着我国经济的迅速发展，城乡居民的生活水平有了显著提高，尤其是城镇居民的居住条件不断改善，人们在解决了居住问题后，日益关心的是居住是否安全。火灾时有发生，对人们的各个方面造成巨大的损失。我们设计了这个声光报警器，可以在火灾发生时及时报警通知居民安全逃生。另外，此报警器亦可以安装于对温度要求较高的其他场合。关键词：STC89C52、DS18B20、HS

2、0038B、数码管、蜂鸣器目 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DS18B20进行数据采集，采集到的信号经过单

3、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、元器件简介3.1、单片机STC89C52简介 图3

4、-1 单片机电路80C52是INTEL公司MCS-51系列单片机中基本的产品，它采用INTEL公司可靠的CHMOS工艺技术制造的高性能8位单片机，属于标准的MCS-51的HCMOS产品。它结合了HMOS的高速和高密度技术及CHMOS的低功耗特征，它基于标准的MCS-51单片机体系结构和指令系统，属于80C51增强型单片机版本，集成了时钟输出和向上或向下计数器等更多的功能，适合于类似马达控制等应用场合。80C52内置8位中央处理单元、256字节内部数据存储器RAM、8k片内程序存储器（ROM）32个双向输入/输出(I/O)口、3个16位定时/计数器和5个两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内时

5、钟振荡电路。· 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

6、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DS18B20图3-2 温度传感器电路DS18B20是常用的温度传感器，具有体积小，硬件开销低，抗干扰能力强，精度高的特点。· 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，实现多点测温，如果数量过多，会使供电电源电压过低，从而造成

7、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温度数据格式DS18B20温度值指令约定代码操作说明：温度转换 44H 启动DS18B20进行温度转换读暂存器 BEH 读暂存器9字节二

8、进制数字写暂存器 4EH 将数据写入暂存器的TH、TL字节复制暂存器 48H 把暂存器的TH、TL字节写到E2PROM中重新调E2PROM B8H 把E2PROM中的TH、TL字节写到暂存器TH、TL字节读电源供电方式 B4H 启动DS18B20发送电源供电方式的信号给主CPU3.3、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

9、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

10、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。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. 单片机原理及技

11、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，2012设计总结在设计过程中，经常会遇到这样那样的情况，就是心里想老着这样的接法可以行得通，但实际接上电路，总是实现不了，因此耗费在这上面的时间用去很多。我觉得做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能

12、，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。此次课程设计，学到了很多课内学不到的东西，比如独立思考解决问题，出现差错的随机应变，和与人合作共同提高，都受益非浅，今后的制作应该更轻松，自己也都能扛的起并高质量的完成项目。实验过程中，也对团队精神的进行了考察，让我们在合作起来更加默契，在成功后一起体会喜悦的心情。果然是团结就是力量，只有互相之间默契融洽的配合才能换来最终完美的结果。在此，感谢王老师的细心指导，也同样谢谢其他各组同学的无私帮助!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 （

13、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.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 Start18B2

14、0();extern bit Get18B20Temp(int *temp);bit flag1s=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(d

15、ecT); if (flag1s) /每秒更新一次温度 flag1s = 0; res = 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 cha

16、r _data) unsigned char i; ir_send = 0; delay_ms(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

17、TransData2(unsigned char _data2) unsigned char 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

18、值 ：无*/void CarrierWaveInit(void) EA=1; TMOD &= 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

19、) /误差 -0.651041666667us unsigned char a,b;for(;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 c

20、har)(tmp>>8); /定时器重载值拆分为高低字节 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/* 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; tm

21、r1s+; if (tmr1s >=700) /定时1s tmr1s = 0; flag1s = 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 Get1

22、8B20Ack()bit ack;EA = 0;IO_18B20 = 0;DelayX10us(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_1

23、8B20 = 1;DelayX10us(6);IO_18B20 = 1;EA = 1;unsigned 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

24、()bit ack;ack = Get18B20Ack();if(ack = 0)Write18B20(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

25、：main.c:#include <reg52.h>sbit ADDR0 = P10;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

26、, 0xF8, 0x80, 0x90, 0x88, 0x83, 0xC6, 0xA1, 0x86, 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 Con

27、figTimer0(unsigned int ms);void main() EA = 1; /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 LedBuff

28、1 = LedCharintT%10 & 0x7f; ;/ LedBuff1 = LedChar5; /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

29、 = (unsigned char)(tmp>>8); /定时器重载值拆分为高低字节 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

30、=0; ADDR1=0; ADDR0=0; i+; P0=LedBuff0;break;case 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

31、; 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; led1=led1; led2=led2; led3=led3; else led0=1; led1=1; led2=1; led3=1; if(intT>=32) BU