光电子设计报告

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、HS0038B、数码管、蜂鸣器

目录

1、设计要求 (1)

2、设计方案 (1)

3、元器件简介 (1)

3.1、单片机STC89C52简介 (1)

3.2、温度传感器DS18B20 (3)

3.3、红外接收头HS0038B (4)

3.4、数码管 (6)

4、设计电路及原理 (6)

4.1、温度接收模块 (6)

4.2、红外发射模块 (6)

4.3、红外接收模块 (7)

4.4、数码管显示模块 (8)

4.5、蜂鸣器报警模块 (8)

4.6、LED报警模块 (9)

参考文献 (10)

设计总结 (10)

附录 (11)

1、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3-1 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，从而造成信号传输的不稳定。

·工作电源: 3.0~5.5V/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9~12位数字量方式串行传送

·不锈钢保护管直径Φ6

·适用于DN15~25, DN40~DN250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CPU

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26μs。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为38 kHz,周期约26 μs，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，2011

[2] 陈益飞，沈兆军，孙干超，等. 单片机原理及技术应用. 北京：国防工业出版社，2011

[3] 阎石. 数字电子技术基础（第五版）. 北京：高等教育出版社，2006

[4] 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，2006

[5] 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，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（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

sbit CarryWave = P1^7;

sbit ir_send = P1^6;

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 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(decT);

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 char _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1

delay_ms(1);

if(_data&(1<

{ 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 j;

for(j=0;j<8;j++)

{

ir_send= 0; //输出1

delay_ms(1);

if(_data2&(1<

{ 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 &= 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(;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 = (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;

tmr1s++;

if (tmr1s >=700) //定时1s

{

tmr1s = 0;

flag1s = 1;

}

}

DS18B20.c:

#include

#include

sbit IO_18B20 = P3^2; //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;

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;

else

IO_18B20 = 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;

else

dat |= mask;

DelayX10us(6);

}

EA = 1;

return dat;

}

bit Start18B20()

{

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：

main.c:

#include

sbit ADDR0 = P1^0;

sbit ADDR1 = P1^1;

sbit ADDR2 = P1^2;

sbit ADDR3 = P1^3;

sbit ENLED = P1^4;

sbit LED0=P0^0;

sbit LED1=P0^3;

sbit LED2=P0^4;

sbit LED3=P0^7;

sbit BUZZ=P1^6;

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, 0x86, 0x8E

};

unsigned char LedBuff[6] = { //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 ircode[4];

extern void InitInfrared(void);

void ConfigTimer0(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=ircode[0]&0x0f+(ircode[0]>>4)*16 ;

LedBuff[2] = LedChar[intT/10]; //用户码显示

LedBuff[1] = LedChar[intT%10] & 0x7f; ;

// LedBuff[1] = LedChar[5]; //键码显示

LedBuff[0] = LedChar[ircode[1]];

}

}

}

/* 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=LedBuff[0];break;

case 1: ADDR2=0; ADDR1=0; ADDR0=1; i++; P0=LedBuff[1];break;

case 2: ADDR2=0; ADDR1=1; ADDR0=0; i++; P0=LedBuff[2];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;

led1=~led1;