光电传感器及应用

1、教学单元（学习情境）5授课说明学习领域名称：光电传感器及应用 授课教师： 课程总学时： 64 教学单元5：光电传感器及应用 学时数： 12 累计学时： 38 授课时间安排与执行记录授课班级 授课地点授课日期资讯1.5 计划0.5 决策0.5 实施2.5 检查0.5 评估0.5 参考资料PPT、网络资源传感器技术教材教学方法宏观：引导文法微观：见下教学目标知识目标：1. 熟悉光电效应及其分类2. 了解光电传感器工作原理3. 熟悉热释电红外传感器的工作原理4. 掌握热释电红外报警器的设计5. 掌握光电转速计的设计6. 掌握寻迹小车的设计技能目标：1. 利用热释电红外传感器和单片机设计报警器2. 能

2、使用Proteus+KeilC仿真3. 能使用Proteus或protel绘制PCB图4. 学习产品的制作与调试态度目标：1. 培养学生的沟通能力及团队协作精神2. 养成良好的职业道德3. 提高质量、成本、安全、环保意识重点：1. 光电元件的主要特性和特点2. 热释电红外报警器的设计与制作3. 光电转速计的设计与制作4. 寻迹小车的设计与制作难点：1. 热释电红外传感器的工作激励2. 热释电红外报警器的设计资 讯：1.5学时 （注：1学时=45 min，下同）教学提纲主要内容教学资源及工具教学方法参考时间备 注1目标描述下发设计任务书，描述项目学习目标实物展示、PPT设计任务书讲授法演示法5

3、min下发引导文2布置任务1）交代项目任务2）发放相关学习资料PPT讲授法演示法5 min3.学习光电传感器的理论知识1）讲授光电效应概念和分类2）讲授光电传感器的组成和工作原理3）演示Proteus+KeilC软件的使用PPT计算机及Proteus软件讲授法演示法模仿法40 min与练习题配合4热释电红外报警器工作原理分析1）学生在老师的指导下分析热释电红外报警器工作原理2）各学生根据项目需要，查找相关资料。投影仪PPT分析法讲解法小组讨论法15 min5回答学生提问回答学生提问PPT讨论法5 min计 划：0.5学时教学提纲主要内容教学资源及工具教学方法参考时间备 注1项目分组分配工作小组

4、，开展项目，制订小组工作计划花名册讨论法10 min2制定项目执行计划1）以小组为单位，讨论全加器的设计方案，分配设计任务。2）教师对方案进行指导设计任务书头脑风暴法小组讨论法15min决 策：0.5学时教学提纲主要内容教学资源及工具教学方法参考时间备 注1原理图输入的热释电红外报警器的设计方案确定1）分组讨论修改方案，确定全加器的整体设计方案2）教师指导项目设计任务书方案、计划初稿多媒体设备演示法项目法小组合作法15 min2项目工作计划的确定1）分组讨论修改项目工作计划， 师生、小组内多次交流互动，达成一致纸、笔、电脑小组合作法10 min实 施：2.5学时教学提纲主要内容教学资源及工具教

5、学方法参考时间备 注1Proteus软件的原理图设计输入1）学生完成热释电红外报警器的Proteus原理图设计输入2）教师指导PPT计算机及Proteus软件实际操作法20 min学生在实施过程中的每个步骤进行自查，及时修正。并进行工作情况记录。2Proteus+KeilC软件的综合、编译及下载设置1）按设计流程完成电路的综合、编译。2）按照给定管脚号对设计进行管脚分配。3）完成下载设置及下载计算机及Proteus+KeiC软件学习开发套件项目教学法15min3产品的制作调试1）学生完成对热释电红外报警器电路的制作调试2）列写调试方法及步骤3）记录发现的问题和解决问题的方法计算机及KeilC软

6、件学习开发套件万用表试验法75 min检 查：0.5学时教学提纲主要内容教学资源及工具教学方法参考时间备 注1质量检验全加器功能检验学习开发板万用表测试法15 min2填写检查单学生填写检查单项目检查单评价法10min评 估：0.5学时教学提纲主要内容教学资源及工具教学方法参考时间备 注1过程与结果评价1）自评：学生对本项目的整个实施过程进行评价2）互评：以小组为单位，分别对其他组做的工作结果进行评价和建议3）教师评价：教师对学生汇报及成结果进行评价，指出每个小组极其成员的优点，并提出改进建议项目评价表学生自做汇报PPT计算机投影仪讲解法讨论法15 min教师就节能、环保、安全等问题提出建议2

7、资料整理和提升1学生项目准备过程中收集的电子与纸质资料2项目设计文件的整理3工作过程手册的填写完善多媒体演示U盘工作过程手册演示法讨论法10min学习情境（项目）小结讲稿格式：教学单元（项目）5一、资讯：1下发项目任务：项目实施任务书-热释电红外报警器制作，任务书见附录1项目实施任务书-光电转速计制作，任务书见附录1项目实施任务书-寻迹小车制作，任务书见附录12布置任务1）交代项目任务2）发放相关学习资料热释电 红外报警器制作，学习资料见附录2光电转速计制作，学习资料见附录2寻迹小车制作，学习资料见附录23热释电红外报警器/光电转速计/寻迹小车设计的软硬件基本知识1）光电效应及其分类2）光电传

8、感器组成及其工作原理4热释电红外报警器/光电转速计/寻迹小车原理分析1）组成和工作原理2）原理图设计3）软件框图设计及其代码编写二、计划：1项目分组每2人1组，每人制作1块电路板，可以共同合作讨论设计、布局、制作和调试）2制定项目执行计划执行计划样本见附录3三、决策1.确定项目执行计划2.清点配件，包括数量和好坏的检测3.小组成员按照电子产品生产管理模式分配工作任务四、实施实施记录文件（工作单、记录表等）五、检查检查标准检查单六、评估1评价表2资料整理要求（附：将以上资料执行的先后次序附于此页后。如果资料是一本完整的书，可将整个书附在教案后）附录1：项目实施任务书-热释电红外报警器/光电转速计

9、/寻迹小车制作附录2：学习资料-热释电红外报警器/光电转速计/寻迹小车制作附录3：执行计划样本附录4：实施记录文件项目实施任务书热释电红外报警器制作项目描述随着社会的不断进步和科学技术、经济的不断发展，人们生活水平得到很大的提高，对私有财产的保护意识在不断的增强，因而对防盗措施提出了新的要求。本设计就是为了满足现代住宅防盗的需要而设计的家庭式电子防盗系统，产品功能如下：(1)该设计包括硬件和软件设计两个部分。模块划分为数据采集、键盘控制、报警等模块子函数。(2)本红外线防盗报警系统由热释电红外传感器、报警器、单片机控制电路、LED控制电路及相关的控制管理软件组成。用户终端完成信息采集、处理、数

10、据传送、功能设定、本地报警等功能。终端由中央处理器、输入模块、输出模块、通信模块、功能设定模块等部分组成。(3)系统可实现功能。当人员外出时，可把报警系统设置在外出布防状态，探测器工作起来,当有人闯入时，热释电红外传感器将探测到动作，设置在监测点上的红外探头将人体辐射的红外光谱变换成电信号，经放大电路、比较电路送至门限开关，打开门限阀门送出TTL 电平至AT89C51单片机，经单片机处理运算后驱动执行报警电路使警号发声1。(4)红外线具有隐蔽性，在露天防护的地方设计一束红外线可以方便地检测到是否有人出入。此类装置设计的要点：其一是能有效判断是否有人员进入；其二是尽可能大地增加防护范围。当然，系

11、统工作的稳定性和可靠性也是追求的重要指标。至于报警可采用声光信号。要求：1. 每2人1组，每人制作1块电路板，可以共同合作讨论设计、布局、制作和调试。2. 绘制电路原理图和走线图。3. 编制设计开发文档和制作工艺文件。目标：通过本次电路的制作，要求学员能够：1. 熟悉光电传感器和热释电红外传感器的工作原理。2. 掌握热释电红外报警器的工作原理和过程。3 掌握电阻、电容、二极管、三极管、热释电红外传感器的选用、识别与检测方法。4. 熟悉熟练焊接技术。5. 了解元件布局的工艺要求。6. 了解连线的走线工艺要求。6. 掌握装配设计开发文档和工艺文件的编制。项目资讯1、什么是光电效应？它可分为哪几类？

12、2、常见二极管是如何分类的？本电路中的二极管是何种类？如何测试？3、常见三极管是如何分类的？本电路中的三极管是何种类？引脚如何分布？4、如何用万用表区分三极管的e，b，c三极？5、产品中为什么要加菲涅尔透镜？6、从测量对象与功能来看，热释电红外传感器的特点是什么？原理图与PCB图设计一、 原理图及其仿真结果二、 PCB图制作准备一、元件明细表请根据电路图将元器件填入元器件明细表，并根据明细表领取相应元器件及万能电路板。二、 仪表与工具在制作电路之前应准备好以下仪表与工具：（1）仪表：万用表。（2）工具：恒温焊台、电烙铁（架）、焊锡、松香、镊子、斜口钳等。三、 教学材料（1）教材：传感器技术、传

13、感器应用资源库（2）教学资源：教学课件、引导文、元器件加工工艺卡等电路制作一、元件识别在电路制作之前，应按照原理图及元件清单，将下发的元器件与清单中的元件一一对应，并保证所用的元器件的性能良好。元件的识别方法请参考教材。二、规划元件布局通常，应根据电路板的尺寸及选用元器件的型号、规格等进行布局。并且电路板上所有元器件的排列应均匀、整齐、紧凑，位于电路板边缘的元器件离边缘的距离应大于2mm。元件布局应使走线方便，不出现交叉，方便电路的调试。三、 电路走线规划好元器件布局后，需要在元器件布局的基础上完成电路的走线。走线时应注意横平竖直，走线最短，不走斜线，不能交叉。四、元器件成形与焊接根据元器件的

14、布局，将绘制的电路连线图贴在万能板元件面，再将所有元器件成形插入相应位置，并用电烙铁焊接固定好。插放元器件时应注意元件的参数、极性，不能接错。相似元件（如电阻与电阻，电容与电容等）的高度应保持一致。反面过长的引脚可剪掉，或保留作为连线使用。然后按照绘制好的电路连线图，完成电路线路的焊接。五、编制装配工艺文件依照刚才的元器件成形及装配过程，编制元器件加工工艺卡、设计文档。总结与提高一、自我总结1. 请总结你在整个任务完成过程中做得好的是什么？还有什么不足？有何打算？2. 你在整个任务完成过程中出现了哪些问题？你是如何解决的？你还有什么问题不能解决？二、拓展提高1、通过查找资料等方式，了解光电传感

15、器的发展。2、查找资料，了解目前主流的光电传感器有哪些。3、制作与测试红外报警器。考核与评价1自我评价个人签字： 日期：2组长评价组长签字： 日期：3教师评价教师签字： 日期：项目实施任务书光电转速计制作项目描述在工程实践中，经常会遇到各种需要测量转速的场合。例如，在发动机，电动机，卷扬机，机床转轴等旋转设备的测试，运转和控制中，常需要分时或连续测量和显示其转速或瞬间转速。对于工业测试，水利，机械等方面，转速是重要的控制参数之一。尤其机在工业测试系统中，大部分旋转仪器无法测定目前的转速，从而无法安全有效地械设备进行故障预防，无形中降低了系统的安全性，增加了设备维护的成本。因此，如何利用先进的数

16、字技术和计算机技术改造传统的工业技术，提高监控系统的准确性，安全性，方便性是当前工业测控系统急需解决的难题。转速测量方法较多，通常可分为模拟式和数字式两种。模拟式采用测速发电机为检测元件，得到的信号是模拟量。数字式通常采用光电编码器，霍尔元件等为检测元件，得到的信号是脉冲信号。随着微型计算机的广泛应用，特别是高性能价格比的单片机的出现，转速测量普遍采用以单片机为核心的数字式测量方法。本项目引入AT89C51单片机为核心，采用光电脉冲编码传感器设计智能化转速测量仪，实现转速的测量和显示.上。要求：1.光电转速计基本要求：1）.设计完整的转速计智能产品；2）.利用光电传感器采集数据；3）.利用AT

17、89C52作为MCU，处理数据，并显示转速。2. 扩展部分要求：使用LCD1602显示信息；扩展计算里程功能，计算产品运行的距离；扩展外部存储器EEPROM，记录总行程。目标：1) 熟悉光电传感器的工作原理及其使用方法。2) 结合任务要求，完成系统设计和调试，鼓励功能扩展和创新；3) 根据设计的电路，用protel工具，画出完整的硬件电路图；4) 理解51系列单片机的信号采集，及其数据处理的过程；项目资讯1、本项目中采用的是哪种光电传感器，它在其中起什么作用？2、光电传感器的测速原理是什么？3、据你所知，可采用哪些传感器来测量转速？4、光电传感器除了用来测量转速，还可用于哪些场合？原理图与PC

18、B图设计三、 原理图及其仿真结果四、 PCB图制作准备一、元件明细表请根据电路图将元器件填入元器件明细表，并根据明细表领取相应元器件及万能电路板。二、 仪表与工具在制作电路之前应准备好以下仪表与工具：（1）仪表：万用表。（2）工具：恒温焊台、电烙铁（架）、焊锡、松香、镊子、斜口钳等。三、 教学材料（1）教材：传感器技术、传感器应用资源库（2）教学资源：教学课件、引导文、元器件加工工艺卡等电路制作一、元件识别在电路制作之前，应按照原理图及元件清单，将下发的元器件与清单中的元件一一对应，并保证所用的元器件的性能良好。元件的识别方法请参考教材。二、规划元件布局通常，应根据电路板的尺寸及选用元器件的型

19、号、规格等进行布局。并且电路板上所有元器件的排列应均匀、整齐、紧凑，位于电路板边缘的元器件离边缘的距离应大于2mm。元件布局应使走线方便，不出现交叉，方便电路的调试。三、 电路走线规划好元器件布局后，需要在元器件布局的基础上完成电路的走线。走线时应注意横平竖直，走线最短，不走斜线，不能交叉。四、元器件成形与焊接根据元器件的布局，将绘制的电路连线图贴在万能板元件面，再将所有元器件成形插入相应位置，并用电烙铁焊接固定好。插放元器件时应注意元件的参数、极性，不能接错。相似元件（如电阻与电阻，电容与电容等）的高度应保持一致。反面过长的引脚可剪掉，或保留作为连线使用。然后按照绘制好的电路连线图，完成电路

20、线路的焊接。五、编制装配工艺文件依照刚才的元器件成形及装配过程，编制元器件加工工艺卡、设计文档。总结与提高一、自我总结1. 请总结你在整个任务完成过程中做得好的是什么？还有什么不足？有何打算？2. 你在整个任务完成过程中出现了哪些问题？你是如何解决的？你还有什么问题不能解决？二、拓展提高1、通过查找资料等方式，了解光电传感器的发展。2、查找资料，了解目前主流的光电传感器有哪些。3、制作与测试红外报警器。考核与评价1自我评价个人签字： 日期：2组长评价组长签字： 日期：3教师评价教师签字： 日期：项目实施任务书寻迹小车制作项目描述本寻迹小车在现有小车模型的基础上，以AT89C52单片机为控制核心

21、，加以直流电机、光电传感器和电源电路以及其他电路构成。寻迹由RPR220型光电对管完成，系统在实现对周围环境的检测和按断后，控制小车前进后退以及转向，自主识别黑色引导线并根据黑线走向目的地。要求： 1)自动寻迹小车从安全区域启动。2)小车按指定路线运行，自动区分直线轨道和弯路轨道，在指定弯路处拐弯，实现灵活前进、转弯、倒退等功能，在轨道上划出设定的地图。 3)小车完成指定运行任务后，自动返回出发起点，自动倒车，入库。4) 自由发挥部分（音乐、彩灯、避障、显示等）寻迹路线如图1所示：目标：5) 熟悉光电传感器的工作原理及其使用方法。6) 结合任务要求，完成系统设计和调试，鼓励功能扩展和创新；7)

22、 根据设计的电路，用protel工具，画出完整的硬件电路图；8) 理解单片机的信号采集，及其数据处理的过程；项目资讯1、本项目中采用的是哪种光电传感器，它在其中起什么作用？2、在本项目中，光电传感器的寻迹原理是什么？3、根据所学知识和所查资料，可哪些传感器来实现小车寻迹功能？ 原理图与PCB图设计五、 原理图及其仿真结果六、 PCB图制作准备一、元件明细表请根据电路图将元器件填入元器件明细表，并根据明细表领取相应元器件及万能电路板。二、 仪表与工具在制作电路之前应准备好以下仪表与工具：（1）仪表：万用表。（2）工具：恒温焊台、电烙铁（架）、焊锡、松香、镊子、斜口钳等。三、 教学材料（1）教材：

23、传感器技术、传感器应用资源库（2）教学资源：教学课件、引导文、元器件加工工艺卡等电路制作一、元件识别在电路制作之前，应按照原理图及元件清单，将下发的元器件与清单中的元件一一对应，并保证所用的元器件的性能良好。元件的识别方法请参考教材。二、规划元件布局通常，应根据电路板的尺寸及选用元器件的型号、规格等进行布局。并且电路板上所有元器件的排列应均匀、整齐、紧凑，位于电路板边缘的元器件离边缘的距离应大于2mm。元件布局应使走线方便，不出现交叉，方便电路的调试。三、 电路走线规划好元器件布局后，需要在元器件布局的基础上完成电路的走线。走线时应注意横平竖直，走线最短，不走斜线，不能交叉。四、元器件成形与焊

24、接根据元器件的布局，将绘制的电路连线图贴在万能板元件面，再将所有元器件成形插入相应位置，并用电烙铁焊接固定好。插放元器件时应注意元件的参数、极性，不能接错。相似元件（如电阻与电阻，电容与电容等）的高度应保持一致。反面过长的引脚可剪掉，或保留作为连线使用。然后按照绘制好的电路连线图，完成电路线路的焊接。五、编制装配工艺文件依照刚才的元器件成形及装配过程，编制元器件加工工艺卡、设计文档。总结与提高一、自我总结1. 请总结你在整个任务完成过程中做得好的是什么？还有什么不足？有何打算？2. 你在整个任务完成过程中出现了哪些问题？你是如何解决的？你还有什么问题不能解决？二、拓展提高1、通过查找资料等方式

25、，了解光电传感器的发展。2、查找资料，了解目前主流的光电传感器有哪些。3、制作与测试红外报警器。考核与评价1自我评价个人签字： 日期：2组长评价组长签字： 日期：3教师评价教师签字： 日期：附录2：热释电 红外报警器制作子项目-热释电红外报警器项目目标: 基于AT89C51单片机，利用光电传感器中的热释电红外线传感器的红外感应作用，设计电路并编程实现监控区域的人体防盗报警。 1 项目背景随着社会的不断进步和科学技术、经济的不断发展，人们生活水平得到很大的提高，对私有财产的保护意识在不断的增强，因而对防盗措施提出了新的要求。本设计就是为了满足现代住宅防盗的需要而设计的家庭式电子防盗系统。就目前市

26、面上装备主要有压力触发式防盗报警器、开关电子防盗报警器和压力遮光触发式防盗报警器等各种报警器，但这几种比较常见的报警器都存在一些缺点。而本设计中所使用的红外线是不可见光，有很强的隐蔽性和保密性，因此在防盗、警戒等安保装置中得到了广泛的应用。这种热释电红外传感器能以非接触形式检测出人体辐射的红外线，并将其转变为电压信号，同时，热释电红外传感器既可用于防盗报警装置，也可用于制动控制、接近开关、遥测等领域。1.1 设计任务与要求 (1)该设计包括硬件和软件设计两个部分。模块划分为数据采集、键盘控制、报警等模块子函数。(2)本红外线防盗报警系统由热释电红外传感器、报警器、单片机控制电路、LED控制电路

27、及相关的控制管理软件组成。用户终端完成信息采集、处理、数据传送、功能设定、本地报警等功能。终端由中央处理器、输入模块、输出模块、通信模块、功能设定模块等部分组成。(3)系统可实现功能。当人员外出时，可把报警系统设置在外出布防状态，探测器工作起来,当有人闯入时，热释电红外传感器将探测到动作，设置在监测点上的红外探头将人体辐射的红外光谱变换成电信号，经放大电路、比较电路送至门限开关，打开门限阀门送出TTL 电平至AT89C51单片机，经单片机处理运算后驱动执行报警电路使警号发声1。(4)红外线具有隐蔽性，在露天防护的地方设计一束红外线可以方便地检测到是否有人出入。此类装置设计的要点：其一是能有效判

28、断是否有人员进入；其二是尽可能大地增加防护范围。当然，系统工作的稳定性和可靠性也是追求的重要指标。至于报警可采用声光信号。2 热释电红外传感器与AT89C51单片机2.1 热释电红外传感器简介热释电红外传感器是一种能检测人或动物发射的红外线而输出电信号的传感器。早在1938年，有人提出过利用热释电效应探测红外辐射，但并未受到重视，直到六十年代才又兴起了对热释电效应的研究和对热释电晶体的应用。热释电晶体已广泛用于红外光谱仪、红外遥感以及热辐射探测器。除了在楼道自动开关、防盗报警上得到应用外，在更多的领域得到应用。比如：在房间无人时会自动停机的空调机、饮水机；电视机能判断无人观看或观众已经睡觉后自

29、动关机的电路；开启监视器或自动门铃上的应用；摄影机或数码照相机自动记录动物或人的活动等等热释电红外线(PIR)传感器能以非接触形式检测出人体辐射的红外线能量的变化，并将其转换成电压信号输出。将这个电压信号加以放大，便可驱动各种控制电路2。如图1示为热释电红外传感器的内部电路框图。 图1 热释电红外传感器的外形图和内部电路框图2.2 PIR的原理特性热释电红外线传感器主要是由一种高热电系数制成的探测元件，在每个探测器内装入一个或两个探测元件，并将两个探测元件以反极性串联，以抑制由于自身温度升高而产生的干扰。由探测元件将探测并接收到的红外辐射转变成微弱的电压信号，经装在探头内的场效应管放大后向外输

30、出。人体辐射的红外线中心波长为9-10um，而探测元件的波长灵敏度在0.2-20um范围内几乎稳定不变。在传感器顶端开设了一个装有滤光镜片的窗口，这个滤光片可通过光的波长范围为7-10um，正好适合于人体红外辐射的探测，而对其它波长的红外线由滤光片予以吸收，这样便形成了一种专门用作探测人体辐射的红外线传感器。一旦人侵入探测区域内，人体红外辐射通过部分镜面聚焦，并被热释电元接收，但是两片热释电元接收到的热量不同，热释电也不同不能抵消，经信号处理而输出电压信号。如图2所示，热释电晶片表面必须罩上一块由一组平行的棱柱型透镜所组成菲涅尔透镜，每一透镜单元都只有一个不大的视场角，当人体在透镜的监视视野范

31、围中运动时，顺次地进入第一、第二单元透镜的视场，晶片上的两个反向串联的热释电单元将输出一串交变脉冲信号。当然，如果人体静止不动地站在热释电元件前面，它是“视而不见”的。图2 菲涅尔透镜外形和内部原理图2.3 AT89C51单片机简介2.3.1 AT89C51单片机的结构 AT89C51单片机是美国Atmel公司生产低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k bytes的可反复擦写的只读程序存储器（EPROM）和128 bytes的随机存取数据存储器(RAM)，器件采用Atmel公司的高密度、非易失性存取技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash

32、存储单元，功能强大3。AT89C51单片机可提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。图3为AT89C51单片机的基本组成功能方块图。由图可见，在这一块芯片上，集成了一台微型计算机的主要组成部分，其中包括CPU、存储器、可编程I/O口、定时器/计数器、串行口等，各部分通过内部总线相连。下面介绍几个主要部分。振荡器和时序OSC程序存储器4 KB ROM数据存储器256 B RAM/SFR定时器/计数器 2 ×16 AT89C51CPU64 KB总线 扩展控制器可编程 I/O可编程全双工串行口内中断外时钟源 外部事件计数 外部中断 控制 并行口 串行通信图3 AT89C51

33、功能方块图2.3.2 AT89C51管脚说明ATMEL公司的AT89C51是一种高效微控制器。采用40引脚双列直插封装形式。AT89C51单片机是高性能单片机，因为受引脚数目的限制，所以有不少引脚具有第二功能。VCC：供电电压。GND：接地。P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FLASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FLASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器

34、能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。 P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写1时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址1时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功

35、能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入1后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：P3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0）P3.3 INT1（外部中断1）P3.4 T0（记时器0外部输入）P3.5 T1（记时器1外部输入）P3.6 （外部数据存储器写选通）P3.7 （外部数据存储器读选通）

36、P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/：当访问外部存储器时，地址锁存允许端的输出电平用于锁存地址的地址字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。PSEN：外部程序存储器的选通信号端。在由外部程序存储

37、器取指期间，每个机器周期两次PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。/VP：当保持低电平时，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。注意加密方式1时，将内部锁定为RESET；当端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：反向振荡器的输出,如采用外部时钟源驱动器件，应不接。3 方案设计3.1 总体设计思路本设计包括硬件和软件设计两个部分。模块划分为数据采集、键盘控制、报警等子模块。电路结构可划分为：热释电红外

38、传感器、报警器、单片机控制电路、LED控制电路及相关的控制管理软件组成。用户终端完成信息采集、处理、数据传送、功能设定、本地报警等功能。就此设计的核心模块来说，单片机就是设计的中心单元，所以此系统也是单片机应用系统的一种应用。单片机应用系统也是有硬件和软件组成。硬件包括单片机、输入/输出设备、以及外围应用电路等组成的系统，软件是各种工作程序的总称。单片机应用系统的研制过程包括总体设计、硬件设计、软件设计等几个阶段。从设计的要求来分析该设计须包含如下结构：热释电红外传感探头电路、报警电路、单片机、复位电路及相关的控制管理软件组成；它们之间的构成框图如图4总体设计框图所示： AT89C51复位电路

39、信号检测电路报警执行电路LED发光显示放大驱动驱动图4 总体设计框图 处理器采用51系列单片机AT89C51。整个系统是在系统软件控制下工作的。设置在监测点上的红外探头将人体辐射的红外光谱变换成电信号，经放大电路、比较电路送至门限开关，打开门限阀门送出TTL 电平至AT89C51单片机。在单片机内，经软件查询、识别判决等环节实时发出入侵报警状态控制信号。驱动电路将控制信号放大并推动声光报警设备完成相应动作。当报警延迟10s一段时间后自动解除，也可人工手动解除报警信号，当警情消除后复位电路使系统复位，或者是在声光报警10s钟后有定时器实现自动消除报警4。3.2 具体电路模块设计3.2.1 热释电

40、红外传感器原理本设计所用的热释感器就采用这种双探测元的结构。其工作电路原理及设计电路如图5所示, 在VCC电源端利用C1和R2来稳定工作电压，同样输出端也多加了稳压元件稳定信号。当检测到人体移动信号时，电荷信号经过FET放大后，经过C2，R1的稳压后使输出变为高电位，再经过NPN的转化，输出OUT为低电平。图5 热释电红外传感器原理图3.2.2 放大电路的设计如图6所示为最基本的放大电路，Vi是输入电压信号，Vo是输出放大的电压信号。图6 放大电路图3.2.3 时钟电路的设计XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用

41、外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。因为一个机器周期含有6个状态周期，而每个状态周期为2个振荡周期，所以一个机器周期共有12个振荡周期，如果外接石英晶体振荡器的振荡频率为12MHZ，一个振荡周期为1/12us，故而一个机器周期为1us5。如图7所示为时钟电路。图7 时钟电路图3.2.4 复位电路的设计复位方法一般有上电自动复位和外部按键手动复位，单片机在时钟电路工作以后, 在RESET端持续给出2个机器周期的高电平时就可以完成复位操作6。例如使用晶振频率为12MHz时，则复位信号持续时间应不小于2us7。本设计采用的是外部手动按键复位电路。如图8示为复位电路。图8 复位电路图3.2.5 发光

42、二极管报警电路的设计由4个发光二极管接上电阻后连上单片的RXD的引脚，外接VCC，当单片机的RXD引脚被置低电平后，发光二极管被点亮，起到报警作用8。图9所示为发光二极管报警电路。图9 发光二极管报警电路图3.2.6 声音报警电路的设计如下图所示，用一个Speaker和三极管、电阻接到单片机的TXD引脚上，构成声音报警电路，如图10示为声音报警电路。图10 声音报警电路图3.3 系统硬件电路的选择及说明硬件电路的设计见附图示，从以上的分析可知在本设计中要用到如下器件： AT89C51、热释电红外传感器、LED、按键、反相器74LS04、蜂鸣器等一些单片机外围应用电路，以及单片机的手工复位电路等

43、。其中D1为电源工作指示灯，D2是正常工作指示灯，D3D6是起报警指示作用，当RXD脚被置低电平时，D3D6亮红灯开始报警，同样，TXD脚置高电平时声音报警电路开始工作。电路设有2个按键，S1键作为倒计时的暂停键, S2键作为作为电路复位键。3.4 软件的程序实现3.4.1 主程序工作流程图按上述工作原理和硬件结构分析可知系统主程序工作流程图如下图11所示；系统初始化声光报警结束检测外部有无信号输入声光报警是否持续10秒开始启动声光报警电路开始报警是否还有检测信号等待下次报警结束YNNYYN图11 主程序工作流程图3.4.2 中断服务程序工作流程图本主程序实现的功能是：当单片机检测到外部热释电

44、传感器送来的脉冲信号后，表示有人闯入监控区，从而经过单片机内部程序处理后，驱动声光报警电路开始报警，报警持续10秒钟后自动停止报警,然后程序开始循环工作，检测是否还有下次触发信号，等待报警从而使报警器进入连续工作状态。同时，利用中断方式可以实现报警持续时间未到10秒时，用手工按键停止的声光报警的作用。手工按键停止报警中断服务程序工作流程图，如下图12所示；中断源发出中断申请关中断、保护现场INTO端有输入信号关闭报警恢复现场、开中断中断返回图12 中断服务程序工作流程图4 虚拟仿真本设计通过利用Proteus仿真，将所编写的程序用KeilC软件编译，所仿真原理图见下图12。本设计所要求达到的目

45、标是在接收到红外传感器带来的低电平信号，可使图中的绿灯由暗变亮，红灯产生报警，可观察到红灯一闪一闪的。当报警结束后，绿灯亮起。图12 基于AT89C51的热释电红外防盗报警器原理图图13 单片机控制的红外防盗报警器PCB图 图14 Proteus仿真原理图5 总结本项目设计了一种基于单片机技术的无线智能防盗报警器。该防盗报警器采用外接热释电红传感器以非接触方式探测出人体发出的红外辐射，并将其转化为相应的电信号输出，且以AT89C51单片机为工作处理器核心实时处理传感器数据，能够，能有效的抑制人体辐射波长以外的红外光线与可见光的干扰。在正常情况下，传感器输出低电平，当有人在探测区范围内移动时输出

46、低电平变为高电平，此高电平输入单片机，作为单片机的外部触发信号处理，经单片机内部软件编程处理后，单片机输出控制信号，驱动声光报警电路开始报警。该热释电红外报警器的操作简单、易懂、灵活方便，智能性高，误报率低，能有效地用于日常生活中的安全防盗报警。随着现代人们安全意识的增强以及科学技术的快速发展，相信此类报警器必将在更广阔的领域得到更深层次的应用。子项目光电转速计项目目标: 本项目引入AT89C51单片机为核心，采用光电脉冲编码传感器设计智能化转速测量仪，实现转速的测量和显示上。1 项目背景在工程实践中，经常会遇到各种需要测量转速的场合。例如，在发动机，电动机，卷扬机，机床转轴等旋转设备的测试，

47、运转和控制中，常需要分时或连续测量和显示其转速或瞬间转速。对于工业测试，水利，机械等方面，转速是重要的控制参数之一。尤其机在工业测试系统中，大部分旋转仪器无法测定目前的转速，从而无法安全有效地械设备进行故障预防，无形中降低了系统的安全性，增加了设备维护的成本。因此，如何利用先进的数字技术和计算机技术改造传统的工业技术，提高监控系统的准确性，安全性，方便性是当前工业测控系统急需解决的难题。转速测量方法较多，通常可分为模拟式和数字式两种。模拟式采用测速发电机为检测元件，得到的信号是模拟量。数字式通常采用光电编码器，霍尔元件等为检测元件，得到的信号是脉冲信号。随着微型计算机的广泛应用，特别是高性能价

48、格比的单片机的出现，转速测量普遍采用以单片机为核心的数字式测量方法。本项目引入AT89C51单片机为核心，采用光电脉冲编码传感器设计智能化转速测量仪，实现转速的测量和显示上。2 基于单片机的转速测量方法及原理2.1单片机测量转速的方法转速是工程中应用非常广泛的一个参数，早期模拟量的模拟处理一直是作为转速测量的主要方法，这种测量方法在测量范围和测量精度上，已不能适应现代科技发展的要求。而随着大规模及超大规模集成电路技术的发展，数字测量系统得到普遍应用，利用单片机对脉冲数字信号的强大处理能力，应用全数字化的结构，使数字测量系统的越来越普及。在测量范围和测量精度方面都有极大的提高。下面对测量系统进行

49、探讨4。一般转速测量系统有以下几个部分构成，转速测量框图如图2.1所示。转速信号拾取整形倍频单片机显示接口芯片显示键盘驱动电路图2.1 转速测量框图1转速信号拾取转速信号拾取是整个系统的前端通道，目的是将外界的非电参量，通过一定方式转换成电量，这一环节可以通过敏感元件、传感器或测量仪表等来实现。2整形和倍频前向通道中，将传感器输出的信号转换成计算机输入要求的信号。3单片机单片机是整个测量系统的主要部分，担负对前端脉冲信号的处理、计算、以及信号的同步，计时等任务，其次，将测量的数据经计算后，将得到的转速值传送到显示接口中，用数码管显示数值。在本系统中考虑到计数的范围、使用的定时/计数器的个数及I

50、/O口线，选用AT89C51单片机。4驱动和显示由于LED数码管具有亮度高、可靠性好等特点，工业测控系统中常用LED数码管作为显示输出。本系统也采用数码管作显示。2.2转速测量原理2.2.1测周期法“T法”转速可以用两脉冲产生的间隔宽度TP来决定。用以采集数据的码盘，可以是单孔或多孔，对于单孔码盘测量两次脉冲间的时间，就可测出转述数据，TP也可以用时钟脉冲数来表示。对于多孔码盘，其测量的时间只是每转的1/N，N为码盘孔数。如图2.2“T”法脉宽测量所示。TP通过定时器测得。定时器对时基脉冲(频率为fc)进行计数定时，在TP内计数值若为m2，则 计算公式为： n=60/PTp （2.1）即：n=60fc/Pm2 （2.2）P-为转轴转一周脉冲发生器产生的脉冲数；fc-为硬件产生的基准时钟脉冲频率：单位（Hz）；n-转速单位：（转/分）；m2-时基脉冲。输入脉冲 时基脉冲 图2.2 “T”法脉宽测量由 “T”法脉宽测量可知“T”法测量精度的误差主要有两个方面，一是两脉冲的上升沿触