基于51单片机的报警器设计.docx
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基于51单片机的报警器设计.docx
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基于51单片机的报警器设计
引言
报警器,防盗报警器,是对用于发生警情、危险、紧急情况等状况下以声音、光线、气压等形式发出警报的电子产品的统称。
随着科技的进步,机械式报警器越来越多地被先进的电子报警器代替,经常应用于系统故障、安全防范、交通运输、医疗救护、应急救灾等领域,与社会生产、生活密不可分。
防盗报警系统通常由:
探测器(又称报警器)、传输通道和报警控制器三部分构成。
报警探测器是由传感器和信号处理组成的,用来探测入侵者入侵行为的,由电子和机械部件组成的装置,是防盗报警系统的关键,而传感器又是报警探测器的核心元件。
采用不同原理的传感器件,可以构成不同种类、不同用途、达到不同探测目的的报警探测装置,单片微型计算机,通常简称为单片机,它采用大规模集成电路技术把微处理器和随机存取数据存储器,只读程序存储器,输入输出电路以及定时计数器。
串行通信口,时钟电路。
脉冲调制电路。
模拟多路转换器,A/D转换器等电路集成到单独的一块芯片上,构成一个最小的完善的计算机系统,这些电路能在软件的控制下单独。
准确,迅速,高效的完成程序设计者现规定的任务。
因为由单片机构成的电路玩玩具有体积小,成本低,功能强,可靠性高,功耗低,电路简洁,开发和改进容易等等一系列有点,因此就有优异地性价比,从而使它在多方面得到了越来越多的使用,本次设计就是基于单片机的报警器设计。
一设计基本电路原理和思路
该报警器得设计思路是首先,利用光敏电阻构成光敏开关,光敏开关的作用是为单片机报警主电路提供报警信号,即通过光敏开关实现高低电平信号的转换,报警信号通过单片机软件处理实现信号的转换,在利用转换的信号驱动扬声器继而用声音输出进行报警,本次实验是通过光照的变化,利用光敏电阻随光照强度变化,阻值发生变化的特性首先实现的开关电路,即报警信号的来源是关照,报警主电路由单片机和音频放大模块组成,利用单片机上写入的程序,实现当报警信号输入单片机,其就会产生频率不等的信号。
以驱动扬声器报警。
采用光敏电阻的光控开关
这是两种开关电路的主要原理:
利用功率MOS场效应管可以作功率开关,开关的敏感元件可以采用光敏电阻LDR,当光线照射的光敏电阻上时,LDR呈低阻值,有信号加在场效应晶体管的栅极上,源漏极间导通,从而使继电器线圈K改变状态,产生控制作用或发出信号,如果将光敏电阻LDR接在地电位处,则在暗时无光线照射的光敏电阻,光敏电阻阻值高,故VMOS管栅极电位高,导通使灯L亮,反之,当有光线照射到LDR上时,VMOS栅极处于低电位截止,灯L不亮。
本次试验采用试验一电路,即利用继电器线圈构成的电子开关达到采集信号的目的。
具体是当有光线照到LDR上时,光敏电阻阻值减小,对应VMOS门级电压增加,电磁开关上流过的电流增加,引起电磁开光开启,开关k1闭合,端口输入高电平,报警电路导通,即可实现报警功能,光敏开关控制电路置于端口P1.0与总开关K1之间。
二报警器主要元器件介绍
1MCS-51单片机
现在市场上使用的单片机有很多种类,本设计采用MCS-51单片机。
MCS-51单片机是美国IIntel公司于1980年推出的产品,由于MCS-51单片机优异的性能和低廉的价格,使其在各方面得到了广泛的应用,至今仍经久不衰,MCS-51的主要功能如下:
1.8bit字长CPU,包含了硬件乘除法器以及布尔处理器。
2.4KB程序存储器(ROM)
3.128的数据处理器(RAM)
4.4组8bit的并行口,共32条I/O口线
5.111条命令,大部分为单字节指令。
6.21个专用寄存器
7.2个16bit可编程定时、计数器
8.5个中断源,2个优先级
9.一个全双工串行通信口
10.外部数据存储器寻址空间为64KB
11.外部程序存储器寻址空间为64KB
12.逻辑操作位寻址功能
13.40引脚双列直插(DIP)封装
14.单一+5V电源
MCS-51地址线宽为16条,即外部数据存储器和程序存储器的寻址范围达到64KB,同时具备I/O口访问能力。
此外,MCS-51采用模块化结构,可方便的增删一个模块就可派生出引脚和指令兼容的新产品,从而容易使产品形成系列化。
MCS-51的指令系统也比较完善,指令系统中包含了全面的数据传送指令,完善的算术和逻辑运算指令,方便的逻辑操作和控制指令对于编程来说,是相当灵活和方便的。
MCS-51单片机的工作频率为2—12HZ,当振荡频率为12MHZ时,一个机器周期为1us
本次设计采用的就是这种频率,另外MCS-51中集成了完善的各种中断源,可以设定不同的优先权,用户可以十分方便的控制和使用其功能,防盗报警器的设计很大程度上就是以这种功能为基础。
2.功率放大电路芯片LM386
LM386是美国国家半导体公司生产的音频功率放大器,主要应用于低电压消费类产品。
为使外围元件最少,电压增益内置为20。
但在1脚和8脚之间增加一只外接电阻和电容,便可将电压增益调为任意值,直至200。
输入端以地位参考,同时输出端被自动偏置到电源电压的一半,在6V电源电压下,它的静态功耗仅为24mW,使得LM386特别适用于电池供电的场合。
LM386的封装形式有塑封8引线双列直插式和贴片式。
下图为该芯片基本原理图和元件图
特性:
1静态功耗低,约为4mA,可用于电池供电。
2工作电压范围宽,4-12Vor5-18V。
3外围元件少。
4电压增益可调,20-200。
5低失真度。
基于以上特征,该芯片很适合本次设计要求,采用LM386功率放大器。
三基于单片机的报警主电路
1主要构成及功能实现
主电路主要由单片机和音频放大模块组成,单片机选用MCS-51,音频放大模块选用LM386,其余部件主要是给二者工作提供必要的电路条件,具体是用P1.0输出1KHZ和500HZ的音频信号驱动扬声器,作报警信号,要求1KHZ信号响100ms,500HZ信号响200ms,交替进行,P1.7接一开关进行控制,当开关和上响报警信号,当开关断开报警信号停止。
系统具体硬件接线
l+F:
b_qadP650
(1).把“单片机系统”区域中的P1.0端口用导线连接到“音频放大模块”区域中的SPKIN端口上;电子爱好者社区1\_X(E5U)?
R_{u9o
(2).在“音频放大模块”区域中的SPKOUT端口上接上一个8欧的或者是16欧的喇叭;
_?
_t_j8l-\650(3).把“单片机系统”区域中的P1.7/RD端口用导线连接到光控开关;”区域中的K1端口上
(4)Y1和C3为单片机提供时钟脉冲,,R3和R1通过分压,把大小合适的信号输入音频放大模块,C1,R19,C13实现滤波,VCC取+5V
部分电路原理图如下:
电子爱好者社区A_j9i_X"L_S#e
K
部分电路图(不含光敏开关控制电路)
2程序设计内容
_iT_K_g
W_@J_j8Y650信号产生的方法:
SQ$o_[_^__*{650500Hz信号周期为2ms,信号电平为每1ms变反1次,1KHz的信号周期为1ms,信号电平每500us变反1次。
电子爱好者社区_r9I
~`"[+Y_@#o)}_`
电子爱好者社区8m_nT_WU;X1v_X)d4D+e
程序框图
程序汇编
FLAG BIT00H
_V_d;J
OO'A7L_S650 ORG00H
6}1V;wHsM-K_F}650START:
JNBP1.7,START输入低电平时,不报警电子爱好者社区9om/k$*******,B,C
JBFLAG,NEXT输入高电平,开始报警
'z5Y6{_JE3G;C_L650 MOVR2,#200
__+S_}_k7b4i%R650DV:
CPLP1.0电子爱好者社区$N'|)xU)R1l#r6g
LCALLDELY500
Q_A/@i_[Q7N{_p650 LCALLDELY500电子爱好者社区kJ0L_p_F)T
DJNZR2,DV电子爱好者社区_[_@;j$U2m3b
U'l_~_\
CPLFLAG信号电平为每1ms变更一次
SJMPSTART
_S(MP
|_T;q_]650NEXT:
MOVR2,#200电子爱好者社区4f]1a_l;j6]_Q
DV1:
CPLP1.0电子爱好者社区_R_q_j'P4s_}J8J
LCALLDELY500
_Yl,w$X_J1z8t/wI_X,n650 DJNZR2,DV1
_y6l_xb5F3zo3^_m650 CPLFLAG信号电平为每500us变更一次电子爱好者社区oE_o_\-V+S3b.w*Z*D+E
SJMPSTART
%m0Dc3Z~S650DELY500:
MOVR7,#250延时程序
2{"e?
_U_g_y_?
650LOOP:
NOP
_{-`Bf#F_LP_E650 DJNZR7,LOOP
_@-?
_?
___L-z_y650 RET电子爱好者社区W
`0\
c)uQ_U_T
e
END电子爱好者社区8fi_q'D.a#L%h:
h
3总控制开关设置
这种报警器实现报警的方法很简单,但具体使用时,报警器控制方面存在着很大问题,就是无法区分正常开启和非正常开启报警功能,应该设置一个开关,以达到这种控制效果,就是当关闭控制开关时,报警器默认开启均为正常开启,所以此时报警器不报警,而当开启报警器开关时,报警器开始监视功能,此时的开启即非正常开启,报警器开始报警,这种功能的实现可以通过多种方法,例如,可以通过控制单片机电源,继而控制主电路工作。
也可以改进光敏开关,实现双重控制,这次设计采用另一种思路,即通过控制单片机接受光反应信号输入端口P1.0的相应控制线来达到控制作用,,这种设计简单而且比较实用。
即K1接地时,光敏开关控制电路失去作用,因为此时电路的输入端已经接地。
这时报警器不工作,而K1接+Vcc,此时电路输入端接高电平,光敏开关电路可以发生作用,即打开了报警功能。
(K1为控制开关,光敏控制电路设置在K1和端口P1.0之间)
比较适合这种小型电路的设计K1示意图如下
结论
该报警器适用于各种能利用光线进行报警控制的场所,也适用于各种小型储物容器防盗,报警器工作时,有人未经允许打开储物容器引起光线变化,这时,光敏开关由于光线变化,电磁开关从断开到闭和,引起报警器工作,发出报警声实现报警功能。
作为一种实用的家用电路,报警电路的应用将会越来越广,报警器的设计种类有很多,但高效,实用,成本低是报警器设计的基本要求。
该设计当然还存在着很大的不足,比如说功能单一,由于使用光敏开光的限制,精确度并不是很高,在今后的一段时间里,将继续改进这种设计,增加其功能,提高其准确度,使其使用性能达到使用者越来越高的要求。
参考文献
1单片机原理及应用张毅刚主编高等教育出版社
2电力电子技术王兆安主编机械工业出版社
3电路第五版邱关源主编高等教育出版社
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- 基于 51 单片机 报警器 设计