对射式光电开关报警器的设计

1、精选文档 题 目：对射式光电开光报警器的设计 1 对射式光电开关报警器的设计摘 要：报警器是一种为防止或预防某大事发生所造成的后果，以声、光两种形式来提示或警示我们应当实行某种行动的电子产品。本设计主要运用单片机和对射式光电开关来有效的把握报警电路，它具有制作简洁，成本低，安装便利，防盗性能比较稳定，抗干扰力量强，灵敏度高，平安牢靠，寿命长等优点。设计中包括硬件和软件两部分,硬件中的对射式光电开关利用红外对管的接收特性，当有不透亮物体通过时间电开关断开,系统开头报警,双击手动开关后，系统再次进入布防状态。处理器接受51系列单片机AT89C51，整个系统在软件的把握下工作。对射式光电开关报警器安

2、装隐蔽，不易被盗贼发觉，可有效的起到报警和防范的作用。 关键词：单片机；对射式光电开关；报警电路 The Design of the beam photoelectric switch alarm Abstract:Alarm is a kind of electronic products, which uses light and voice two forms to remind or warn us to take some actions when we prevent the consequences caused by certain events . This design m

3、ainly uses microcomputer and correlation photoelectric medallion to effectively control the alarm circuit. It has many advantages ,such as easy fabrication and installation ,low cost, stable anti-theft performance ability, strong anti-interference ability, high sensitivity, safe and reliable, long s

4、ervice life, etc.The design includes two sections that are software and hardware.The laser photoelectric switch via infrared receiver characteristics in hardware , the switch is to break and the system began to alarm while opaque object passes through circuit and the system gain in the development o

5、f state when double-click the manual switch. Processor uses 51 series single-chip microcomputer AT89C51, the whole system is working under the control of software.The beam photoelectric switch alarm system is not to be found by thieves because of concealment installation,what's more,it can effec

6、tively play a role in warning and prevention. Keyword: SCM;the photoelectric switch; the alarm circuit 1引言随着社会经济的进展和科学技术的不断进步，人们的生活水平得到很大的提高并且对私有财产和公共平安的爱护意识也在不断的增加，报警器在日常生活中发挥着越来越重要的作用。故本次设计就是为了满足人们生活需求而设计的电子防盗系统。就目前市面上的报警器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，但这几种比较常的报警器都存在一些缺点：（一）压力触发式防盗报警器由于压力板式

7、安装在垫子内，当主机停止工作，仆人在家走动时，都很简洁失报和误报，其牢靠性低。（二）开关式电子防盗报警器一般只有一个定点，有效范围小，而且各种开关也易坏，失报和误报率高，不行靠。（三）遮光式触发防盗报警器在受到太阳光照射就会引起误报，而且精确度不高。而本设计中所使用的对射式光电开关运用红外线，有很强的隐蔽性且精确性高、检测距离远，在防盗、警戒等安保装置中得到了广泛的应用。这种报警器利用开关的通断性来有效的报警。同时，对射式光电开关既可用于防盗报警装置，也可用于制动把握、遥测等领域，总之报警器与社会生活密不行分。2 设计概述本系统接受对射式光电开关来检测信号，它的制作简洁、成本低，安装比较便利，

8、而且防盗性能比较稳定，抗干扰力量强、灵敏度高、平安牢靠。这种防盗器安装隐蔽，不易被盗贼发觉,同时它的信号经过单片机系统处理后能有效把握电路系统。2.1设计任务与要求(1)本设计包括硬件和软件设计两个部分。模块划分为信息采集、时钟把握、电源把握、复位模块、开关与报警等模块。(2)该开关报警系统由对射式光电开关、鸣器、单片机把握电路、LED把握电路及相关的把握管理软件组成。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。终端由中心处理器、输入模块、输出模块、功能设定模块等部分组成。(3)系统可实现功能。工作人员把报警系统设置在布防状态，对射式光电开关工作起来,当有人闯入时，对射式光

9、电开关断开，由程序把握单片机处理运算后驱动执行报警电路使报警器开头工作。(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便利地检测到是否有人出入。该装置设计的要点：一是能有效推断是否有人员进入；二是尽可能大地增加防护范围。另外，系统工作的稳定性和牢靠性也是追求的重要指标。报警接受声光信号。(5)在设计时要对硬件电路与软件程序分别进行调试，并进行软硬件联调，在调试成功后要求获得焊接的实物。2.2设计思路 本设计由硬件和软件两个部分组成。模块划分为数据收集、时钟把握、电源把握、复位模块、开关与报警等子模块。电路结构可划分为：对射式光电开关、蜂鸣器、单片机把握电路、LED把握电路及相关的把

10、握管理软件组成。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。对于本设计来说，单片机和对射式光电开关是设计的中心单元，处理器接受51系列单片机AT89C51。整个系统是在系统软件把握下工作的。设置在监测点的对射式光电开关将红外光谱变换成电信号，经放大电路后，电路导通，相当于开关闭合。当有不透亮物体通过时，开关瞬时断开，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把握信号。驱动电路将把握信号放大并推动声光报警设备完成相应工作。当警情消退后复位电路使系统复位。从设计的要求来分析该设计须包含如下结构：对射式光电开关电路、报警电路、单片机、复位电路及相关的把握管理软件组

11、成。它们之间的构成框图如图1所示。报警器模块时钟模块复位模块电源模块信号放大 XTAL P0口 信号检测 P1口 RST EA 口 P3口P2口 图1 系统结构图2.3方案论证防盗报警系统一般是由探测器、防盗报警把握器和接警中心（硬件加软件）组成。它的最简洁形式是本地（家庭、单位）报警系统，它的组成部分是探测器和本地报警把握器，以及声光报警器。该系统设计方案有以下两种：方案一：利用固定点电话联网防盗报警系统来实现家庭防盗报警，该系统由编程主机、探测器、门磁和遥控器组成，一旦发生警情，能把报警信息通过通讯网络瞬间远程传输到用户设定的固定电话上，同时向接警中心报告，中心联网电脑可通过电子地图、数据

12、库、电脑语音提示、监听现场状况，显示发生警情的单位地址、方位、发案时间,所辖派出所可准时调动警力做出快速处理。方案二：通过对射式光电开关检测平安隐患，把检测结果送入单片机，通过单片机把握LED灯和声音报警器的启动。通过比较得知方案一可精确推断警情并且通知工作人员但实现起来难度大，而方案二能满足我们实现快捷的要求且实施起来简洁简洁有效，固本设计选择方案二。3元器件选择系统电路设计中元器件起着至关重要的作用，应留意以下几个方面。（1）尽可能的选择标准化的器件这样可以提高设计的成功率和结构的机敏性。（2）在对硬件系统总起结构考虑时，要同样留意通用性的问题。（3）在电路设计时，要充分考虑应用的各个器件

13、。在设计时即使原理上通了，但假如器件选择不当，系统的驱动力量不够，将导致系统工作不行靠甚至无法工作。因此，在电路设计时，要特殊留意器件的选择。（4）留意选择市场上货源充分且通用的元器件，尤其是大规模生产的场合，更应留意这一点。这样可以避开即使某种元器件无法获得，也能用其他元器件直接替换而不影响系统的正常工作。 在本设计中，运用到很多器件，主要有51系列单片机AT89C51、对射式光电开关、蜂鸣器、按键、LED显示灯，其中单片机和对射式光电开关在整个系统中起着重要的作用。下面主要介绍AT89C51单片机和对射式光电开关。3.1 AT89C51单片机的组成及管脚说明 89C51单片机基本组成包括有

14、:片内数据存储器RAM有128B，21个特殊功能寄存器SFR；片内程序存储器Flash ROM 有4KB；可寻址片内外统一编址的64KB的ROM，可寻址片外64KB的RAM；4个8位并行I/O接口（P0P3）； 一个全双工通用异步串行接口UART； 两个16位的定时器/计数器；五个中断源、两个优先级的中断把握系统； 具有位操作功能的布尔处理机及位寻址功能；片内振荡器和时钟产生电路。 89C51单片机的管脚说明： 图2 AT89C51管脚图 ATMEL公司的AT89C51是一种高效微把握器。接受40引脚双列直插封装形式。AT89C51单片机是高性能单片机，由于受引脚数目的限制，所以有不少引脚具有

15、其次功能。VCC（40脚）：供电电压。GND（20脚）：接地。P0口（P0.0P0.7，第3932脚）：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸取8TTL门电流。当P0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外部必需被拉高。P1口（P1.0P1.7，第18脚）：P1口是一个内部供应上拉电阻的8位双向I/O口。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常，将输出电流，这是由于内部上拉的原因。在FLASH编程

16、和校验时，P1口作为第八位地址接收。 P2口（P2.0P2.7，第2128脚）：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原因。当P2口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把握信号。P3口（P3.0P3.7，第1017脚）：P

17、3口是一个内接上拉电阻的8位准双向并行端口，它可以作为I/O口，作输出口时，每个引脚可驱动4个LSTTL负载；用作输入口时，需首先将引脚内的输出锁存器置1，在Flash存储器并行编程和效验时，P3.3 、P3.6、P3.7可做把握位。P3口还有其次功能，如表1所示： 表1 P3口其次功能 口线 信号 功能 P3.0 RXD 串行口数据输入(接收数据) P3.1 TXD 串行口数据输出（发送数据） P3.2 INT0 外部中断0输入 P3.3 INT1 外部中断 1输入 P3.4 T0 定时器0的外部输入（计数输入） P3.5 T1 定时器1的外部输入（计数输入） P3.6 WR 外部数据存储器

18、写选通把握输出 P3.7 RD 外部数据存储器读选通输出把握RST（9脚）：单片机复位输入端，高电平有效。在单片机上电后，振荡器稳定运行的状况下，若RST端脚能维持两个机器周期(24个振荡周期)以上高电平，则可使单片机系统有效复位。ALE/PROG：地址锁存允许/编程脉冲信号端，双引脚功能。当CPU访问外部存储器或外部数据存储器时，该引脚供应一个ALE地址允许信号（由正负跳变），将八位地址信息锁存到片外的地址锁存器中。在单片机的Flash程序存储器并进行编程时，该引脚作为编程负脉冲PROG的输入端。PSEN(29脚)：外部程序存储器的选通信号端。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次PS

19、EN 有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的PSEN信号将不消灭。EA/Vpp(31脚)：当EA保持低电平常，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。留意加密方式1时，将EA内部锁定为RESET；当EA端保持高电平常，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（19脚）：片内振荡电路反相放大器输入。 XTAL2（18脚）：片内振荡电路反相放大器输出。接受内部时钟时,片外连接石英晶体和微调电容，产生原始 的振荡脉冲信号。接受外部时钟时, XTAL1输入外部时钟脉冲信号, XTAL2悬空。3.2对射式光电开关的介

20、绍 对射式光电开关是传感器大家族中的成员，它把放射端和接收端之间光的强弱变化转化为电流的变化以达到探测的目的。由于对射式光电开关输出回路和输入回路是电隔离的（即电缘绝），所以它可以应用到很多场合。 对射式光电开光接受集成电路技术和SMT表面安装工艺而制造的新一代光电开关器件，具有延时、展宽、外同步、抗相互干扰、牢靠性高、工作区域稳定和自诊断等智能化功能。这种新颖的光电开关是一种接受脉冲调制的主动式光电探测系统型电子开关，它所使用的冷光源有红外光、红色光、绿色光和蓝色光等，可非接触，无损伤地快速和把握各种不透亮体物质的状态和动作。而且它具有体积小、功能多、寿命长、精度高、响应速度快、检测距离远以

21、及抗光、电、磁干扰力量强等优点。对射式光电开关已被用到很多场合如作物位检测、产品计数、速度检测、孔洞识别、自动门传感以及平安防护等诸多领域。此外，利用红外线的隐蔽性，还可在银行、仓库、家庭、单位以及其它需要的场合作为防盗警戒之用。但对于下列场所,有可能造成对射式光电开关产生误判,应尽量避开： （1）灰尘较多的场所。(2)腐蚀性气体较强的场所。(3)水、油、化学品有可能飞溅的场所。(4)有强光直射而无遮光措施的场所。(5)环境变化超出产品规定范围的场所。(6)振动、冲击大,而未实行避震措施的场所。对射型光电开关的优缺点：优点：可进行长距离的检测（几十米）、检测精度高、能检测小物体等。缺点：光轴调

22、校困难、配线困难等。4 系统设计4.1电路具体模块设计开关报警器的具体电路模块如图3所示。系统由LED灯模块、复位模块、开关和声音报警模块、时钟模块和电源模块五部分组成。 图3 电路具体模块在电路具体模块中，利用开关S1代替了对射式光电开关，而整个实际电路是利用对射式光电开关来检测信号推断是否报警。故此图只是一个抱负的电路图，但在实际中只要正确运用红外接收特性的原理，焊接出的实物图与抱负电路图实现同样的功能。整个电路系统实现的功能是当光电开关闭合（正常工作状态）时，D5亮，系统处于布防状态，当光电开关闭合后（有人闯入时）D5灭，系统开头始终报警，当开关S2断开后系统停止报警D5亮,开关S2再次

23、闭合后系统进布防状态。当系统运行出错时按下复位键S也可停止报警。4.1.1对射式光电开关的设计 对射式光电开关是通过把光强度转换成电信号来实现把握的。 对射式光电开关在一般状况下，有三部分构成，它们分为：发送器、接收器和检测电路。其下图为红外放射接收模块1,2。 图4 红外放射接收模块在工作时发送器对准接收器放射光束，放射的光束一般来源于半导体光源，如发光二极管(LED)、激光二极管及红外放射二极管等,光束不间断地放射。接收器有光电二极管、光电三极管、光电池组成。在接收器的前面，装有光学元件如透镜和光圈等。在其后面是检测电路，它能滤出有效信号并应用该信号。 对射式光电开关在结构上是相互分别但放

24、射器和接收器在一条直线上，放射器发出的光线直接进入接收器。当被检测物体经过放射器和接收器之间时间线被阻断，光电开关就产生了开关信号。当检测物体是不透亮时，对射式光电开关3是最牢靠的检测模式。光电开关接收器光电开关放射器 图5 对射式光电开关模式4.1.2时钟电路的设计ATC89C51内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出，时钟可以由内部方式产生或外部方式产生。本设计接受内部方式，反向放大器可以配置为片内振荡器。石英晶体振荡和陶瓷振荡均可接受，晶体振荡频率可以在1.212MHz之间选择，电容值在530PF之间选择，电容值的大小可对频率起微调

25、的作用。如接受外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。 由于一个机器周期含有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，假如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1us。图6为时钟电路。 图6时钟电路图4.1.3复位电路的设计复位是单片机的初始化操作3,4。其主要功能是把PC和其余特殊功能寄存器清零，此时单片机从起始地址0000H开头重新执行程序。除了进入系统的正常初始化之外，当单片机运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为结束这一过程，也需按复位键重新启动。复位方法一般有上电自动复位和外部按键手动复位两种，

26、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常就可以完成复位操作。例如使用晶振频率为12MHz时，则复位信号持续时间应不小于2us。本设计接受的是外部手动按键复位电路。如图7为复位电路。 图7 复位电路模块4.1.4声音报警电路的设计如下图所示，用一个蜂鸣器和三极管、电阻接到单片机的TXD引脚上，构成声音报警电路，如图8示为声音报警电路。 声音报警器端利用NPN管进行放大，当电源接通后在光电开关断开时，蜂鸣器开头工作，但要留意三极管的选取，千万不能选成NPN管，假如选错蜂鸣器将不能工作。 图8 声音报警模块4.2软件设计当系统的硬件电路设计完成后，软件设计的任务也就明

27、确了，具体设计时最好接受分块设计的方法。依据设计要求分成相应的模块，然后分别进行，这样不仅可以提高软件设计的效率，而且便于问题的检查。软件设计时应尽可能从以下几个方面考虑。 （1）依据软件功能要求，将系统软件分成若干个相互独立的部分，可使软件总体结构清楚、简洁、流程合理。 （2）各功能程序应实行模块化这样可便于调试、修改和扩展。 （3）为提高软件设计的总体效率，在编写应用软件之前，应绘制出程序流程图。这是程序设计的一个重要组成部分，也是打算成败的关键部分。 （4）在程序的相关位置上标注功能注释，这样可提高程序的可读性。 （5）加强软件的抗干扰设计，是提高计算机系统牢靠性的有力措施。 本程序设计

28、严格的从以上方面考虑，已达到预期的目标。4.2.1程序模块系统主程序主要用于变量及其他部件的初始化，如系统的初始化，以便能够精确的进行相应的操作。同时进行相应的功能键推断，从而实现特殊功能。其相应的流程图9所示。本程序实现的功能是：当红外光束被遮挡时间电开光断开，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头报警且始终工作，当工作人员双击开关后报警器结束工作进入下一次布防状态，等待再次报警。开头初始化，最小系统灯亮启动报警系统，LED灯与蜂鸣器始终工作检测红外光束是否中断 双击开关报警结束，进入下次布防状态 检测是否还有人闯入 返回 否 是 是 否 图9 主程序工作流图

29、5系统调试5.1软件调试及软硬件联调运用keilC51软件编写程序5，6（见附录一），在程序运行正确后将程序载入proteus所画电路中，此时仿真并进行调试。5.2 Proteus软件仿真 使用proteus软件仿真电路7（见附录二）图10正常工作状态，图11有不透亮物体遮挡，工作人员发觉后双击手动开关进入下次布防状态又回到图10。本设计所要求达到目标：当开关闭合（无人闯入时）时图中的D5亮，当开关断开（有人闯入时）D5灭D1-D4闪烁，同时蜂鸣器响，且始终工作，双击手动开关后报警器停止工作，进入下次布放状态。5.3.硬件调试 仿真成功后将程序下载到AT89C518单片机中，焊接实物电路图9，

30、进行脱机调试。调试时应分模块调试最终脱机调试。5.3.1模块调试 （1）光电开关调试。当红外光束无遮挡时，检测是否有电压输出。当红外光束被遮挡时，检测电压是否有变化（变小）。 （2）LED报警电路调试。将电源接至灯光报警电路，电源正极接四个电阻，负极接个LED显示灯D1-D4，发觉 LED灯部分亮，用万用表检查后发觉LED灯正负极接反，重新焊接LED灯正常发光。 （3）声音报警电路调试。将电源正极接至声音报警模块三极管的集电极，电源负极接至蜂鸣器的负极管脚，当在基极输入一个电压时蜂鸣器发出声音。5.3.2静态检查首先检查线路10,11应焊接无误。本设计制作中，电路焊接要留意元器件在板子上的布局

31、，尽量做到少用线，同时为保证便利检查，应尽量把各模块焊接在一起。假如布局不好，调试有问题就不简洁发觉问题出在哪儿。硬件电路图核对元器件的型号、极性，安装是否正确，检查硬件电路连线是否与电路原理图全都，检查电路元器件是否都已经连接好，用万用表一一测试。5.3.3通电检查先调试电源部分，单片机部分和LED模块接3.5V电压，红外接收模块接6V电压。再用示波器检测单片机的复位和晶振电路是否有复位信号和振荡信号。5.3.4脱机调试整机调试。接通电源，当有不透亮物体从光电开关经过时，系统发出声光报警且始终工作，试验达到预期目标，工作人员双击手动开关后报警结束进入下次布防状态，经整机调试，单片机外接复位开

32、关有良好的工作性能。5.3.5 实物图 实物图（见附录三），图12正常工作状态，图13有不透亮物体遮挡。6结论本设计接受KeilC51开发系统，完成了程序模块规划及各个模块的设计与编程，实现了对信号处理过程的编程和调试。它具有电路简洁、功能齐全、性能齐全、性价比高等特点，是一种经济、有用的对射式光电开关报警器。 本论文完成了软硬件主要功能模块的设计，为进一步设计开发打下了良好的基础。整个系统主要由AT89C51芯片、对射式光电开关、声光报警、键控组成。性能好，工作稳定，格外适合防盗报警领域。由于时间关系和水平有限，设计中存在着一些缺陷和不足，还有待于在今后的设计过程中进一步不断完善。为了提高报

33、警器的灵敏度，削减误报率，可以接受摄像头作为探测头，将采集到的信号进行图像处理及推断后再打算是否报警。假如系统接收到报警信号后，保安人员可以通过查询报警记录来确定是否真有人经过，另外手动开关可改为手机把握的电子开关，即使保安人员在很远处也能有效把握报警器。随着人们对生活质量要求的不断提高，防盗报警器系统的功能也将日趋完善。在新的产品化的管理系统中，人们将会越来越多的体验到现代生活的气息。参考文献1童诗白,华成英.模拟电子技术基础M.高等教育出版社20102陈永甫.红外探测与把握电路M.人民邮电出版社 20043李建忠.单片机原理及应用M.西安电子科技高校出版社 20084李升.单片机原理与接口技术M.北京高校出版社 20115徐爱钧,彭秀华.单片机高级语言C51应用程序设计M. 北京航空航天高校出版社 20066Keil software.Cx51 Compiler Optimizing C Compiler and Library Reference for classic And Extended 8051 Microcontrollers Users GuideZ.20017周灵彬,任开杰.基于Proteus的电路与PCB设计M.电子工业出版社 20108张义和，陈