单片机课设报告.docx
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单片机课设报告.docx
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单片机课设报告
摘要
随着经济和社会的高速发展,整个社会的发展都向着智能化的方向靠拢,人们希望能通过智能电路实现一些自动控制,希望人们不在家的时候,能够保证家里的设备运行一切正常,还要能够保证家庭的安全,比如如果人们要上班的时候,就不能随时监控假意的一些安全系统,这时就可以用基于单片机的最小系统来实现无人监控,比如当家里的温度过高时就可以用温度传感器来检测,用单片机来控制报警电路,当家里有人在时,就可以打开空调或是风扇。
但家里没人是就可以通过报警电路自动打开,还有当人们不在家里时,可以防止家里被盗,当设备被人随意搬动时,也会有报警电路来提醒人们,还有但家门上的锁子被人撬动是,我们也可以通过振动传感器来产生报警,同时上面三种报警电路中有一个发生时,我们可以通过短信发送模块来发送信息到我们的手机上,我们就可以随时知道家里的一切情况,随着网络的普及和发展,兴起了一种物联网的技术,我们可以把安全监控系统和物联网能够结合起来,就更能容易的实现监控了,并且我坚信,随着单片机和物联网的发展,无人安全监控系统将会有更大的突破。
Summary
Withtherapideconomicandsocialdevelopment,thedevelopmentofsocietyasawholehavetomoveclosertowardthedirectionofintelligentpeoplewanttoachievesomeofthecircuitthroughtheintelligentautomaticcontrol,Ihopepeoplearenotathome,homeequipmenttoensureeverythingisrunningproperly,butalsotoensurethesafetyofthefamily,suchasifpeoplewanttowork,youcannotalwayspretendtosomeofthesecuritymonitoringsystem,thenyoucanusethesmallestsingle-chip-basedsystemtoachieveunattended,suchasthetemperatureistoohighwhenthefamilycanwithatemperaturesensortodetect,usingSCMtocontrolthealarmcircuit,whenthefamilywasin,youcanturnonairconditioningorfan.Butnooneishome,youcanautomaticallyopenthecircuitthroughthealarm,andwhenpeoplearenothome,thehomecanpreventtheft,whenthedevicewasfreetomove,itwillalsohaveanalarmcircuittoalertthepeopletherebutthehouseonlockthechildwasleveraging,wecanalsovibrationsensortogenerateanalarm,whilethetopthreealarmcircuithasaplace,
一、设计目的
1.通过单片机课程设计,熟练掌握汇编语言的编程方法,将理论联系到实践中去,提高我们的动脑和动手的能力。
2.通过安全控制系统的设计,掌握温度,振动传感器的使用方法,和简单程序的编写,最终提高我们的逻辑抽象能力。
二、设计任务和要求
2.1任务:
设计一个能够实现无人监控的安全防盗系统
2.2要求:
利用单片机的实现各种控制电路,能够实现温度的自动控制和报警系统,实现家庭设备的安全防盗,以及实现门上的锁子防撬报警。
三、设计原理分析
3.1温度控制以及实现自动报警
首先我们用温度传感器随时测得室内的温度,并在程序里面设定适当的范围,当温度在多少范围内为正常,当超出多少为危险事件,我们用的温度传感器为18B20,为了能够实现自动控制,我们原设想是在室内的温度超过警戒线是,就会自动打开空调或是风扇,但是我们做的只是模拟系统,空调等大型设备不能出现在电路中,因此我们用单片机控制继电器,再用继电器作为开关来控制发光二极管来模拟空调打开。
3.1.1DS18B20的特点:
(1).只要求一个端口即可实现通信。
(2).在DS18B20中的每个器件上都有独一无二的序列号。
(3).实际应用中不需要外部任何元器件即可实现测温。
(4).测量温度范围在-55。
C到+125。
C之间。
(5).数字温度计的分辨率用户可以从9位到12位选择。
(6).内部有温度上、下限告警设置。
3.1.2DS18B20的使用方法:
由于DS18B20采用的是1-Wire总线协议方式,即在一根数据线实现数据的双向传输,而对AT89S51单片机来说,硬件上并不支持单总线协议,因此,我们必须采用软件的方法来模拟单总线的协议时序来完成对DS18B20芯片的访问。
由于DS18B20是在一根I/O线上读写数据,因此,对读写的数据位有着严格的时序要求。
DS18B20有严格的通信协议来保证各位数据传输的正确性和完整性。
该协议定义了几种信号的时序:
初始化时序、读时序、写时序。
所有时序都是将主机作为主设备,单总线器件作为从设备。
而每一次命令和数据的传输都是从主机主动启动写时序开始,如果要求单总线器件回送数据,在进行写命令后,主机需启动读时序完成数据接收。
数据和命令的传输都是低位在先。
DS18B20的复位时序
DS18B20的读时序对于DS18B20的读时序分为读0时序和读1时序两个过程。
对于DS18B20的读时隙是从主机把单总线拉低之后,在15秒之内就得释放单总线,以让DS18B20把数据传输到单总线上。
DS18B20在完成一个读时序过程,至少需要60us才能完成。
DS18B20的写时序对于DS18B20的写时序仍然分为写0时序和写1时序两个过程。
对于DS18B20写0时序和写1时序的要求不同,当要写0时序时,单总线要被拉低至少60us,保证DS18B20能够在15us到45us之间能够正确地采样IO总线上的“0”电平,当要写1时序时,单总线被拉低之后,在15us之内就得释放单总线。
3.1.3DS18B20引脚定义:
DS18B20的内部结构图如图1所示:
(1)DQ为数字信号输入/输出端;
(2)GND为电源地;
(3)VDD为外接供电电源输入端(在寄生电源接线方式时接地)。
图1:
DS18B20内部结构图
3.1.4DS18B20工作原理:
DS18B20的读写时序和测温原理与DS1820相同,只是得到的温度值的位数因分辨率不同而不同,且温度转换时的延时时间由2s减为750ms。
DS18B20测温原理如图3所示。
图中低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小,用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1。
高温度系数晶振随温度变化其振荡率明显改变,所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。
计数器1和温度寄存器被预置在-55℃所对应的一个基数值。
计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数,当计数器1的预置值减到0时,温度寄存器的值将加1,计数器1的预置将重新被装入,计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数,如此循环直到计数器2计数到0时,停止温度寄存器值的累加,此时温度寄存器中的数值即为所测温度。
图2中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性,其输出用于修正计数器1的预置值。
DS18B20测温原理框图如图2所示:
图2:
DS18B20测温原理框图
3.2防盗系统的设计以及报警电路的实现
我们是用振动传感器801S来实现设备安全检测的,当设备被人挪动时,或多或少会造成震动,这时振动传感器就会产生大小不整齐的脉冲,这些波形正负也不一致,但这些波形经过555波形振荡器整形,就会产生整齐的波形,我们再把这些波形送到单片机中断计数,我们就可以通过这些数字的大小来判断是否有异常情况,我们也可以在程序里设定,当计数器的数字超过范围时,我们就可以开启报警电路,
3.2.1传感器的机械接收原理
振动传感器在测试技术中是关键部件之一,它的作用主要是将机械量接收下来,并转换为与之成比例的电量。
由于它也是一种机电转换装置。
所以我们有时也称它为换能器、拾振器等。
振动传感器并不是直接将原始要测的机械量转变为电量,而是将原始要测的机械量作为振动传感器的输入量,然后由机械接收部分加以接收,形成另一个适合于变换的机械量,最后由机电变换部分再将变换为电量。
因此一个传感器的工作性能是由机械接收部分和机电变换部分的工作性能来决定的。
(1)相对式机械接收原理由于机械运动是物质运动的最简单的形式,因此人们最先想到的是用机械方法测量振动,从而制造出了机械式测振仪(如盖格尔测振仪等)。
传感器的机械接收原理就是建立在此基础上的。
相对式测振仪的工作接收原理是在测量时,把仪器固定在不动的支架上,使触杆与被测物体的振动方向一致,并借弹簧的弹性力与被测物体表面相接触,当物体振动时,触杆就跟随它一起运动,并推动记录笔杆在移动的纸带上描绘出振动物体的位移随时间的变化曲线,根据这个记录曲线可以计算出位移的大小及频率等参数。
由此可知,相对式机械接收部分所测得的结果是被测物体相对于参考体的相对振动,只有当参考体绝对不动时,才能测得被测物体的绝对振动。
这样,就发生一个问题,当需要测的是绝对振动,但又找不到不动的参考点时,这类仪器就无用武之地。
例如:
在行驶的内燃机车上测试内燃机车的振动,在地震时测量地面及楼房的振动……,都不存在一个不动的参考点。
在这种情况下,我们必须用另一种测量方式的测振仪进行测量,即利用惯性式测振仪。
(2)惯性式机械接收原理惯性式机械测振仪测振时,是将测振仪直接固定在被测振动物体的测点上,当传感器外壳随被测振动物体运动时,由弹性支承的惯性质量块将与外壳发生相对运动,则装在质量块上的记录笔就可记录下质量元件与外壳的相对振动位移幅值,然后利用惯性质量块与外壳的相对振动位移的关系式,即可求出被测物体的绝对振动位移波形。
3.2.2传感器的分类
1、相对式电动传感器
电动式传感器基于电磁感应原理,即当运动的导体在固定的磁场里切割磁力线时,导体两端就感生出电动势,因此利用这一原理而生产的传感器称为电动式传感器。
相对式电动传感器从机械接收原理来说,是一个位移传感器,由于在机电变换原理中应用的是电磁感应电律,其产生的电动势同被测振动速度成正比,所以它实际上是一个速度传感器。
2、电涡流式传感器
电涡流传感器是一种相对式非接触式传感器,它是通过传感器端部与被测物体之间的距离变化来测量物体的振动位移或幅值的。
电涡流传感器具有频率范围宽(0~10kHZ),线性工作范围大、灵敏度高以及非接触式测量等优点,主要应用于静位移的测量、振动位移的测量、旋转机械中监测转轴的振动测量。
3、电感式传感器
依据传感器的相对式机械接收原理,电感式传感器能把被测的机械振动参数的变化转换成为电参量信号的变化。
因此,电感传感器有二种形式,一是可变间隙,二是可变导磁面积。
4、电容式传感器
电容式传感器一般分为两种类型。
即可变间隙式和可变公共面积式。
可变间隙式可以测量直线振动的位移。
可变面积式可以测量扭转振动的角位移。
5、惯性式电动传感器
惯性式电动传感器由固定部分、可动部分以及支承弹簧部分所组成。
为了使传感器工作在位移传感器状态,其可动部分的质量应该足够的大,而支承弹簧的刚度应该足够的小,也就是让传感器具有足够低的固有频率。
根据电磁感应定律,感应电动势为:
u=Blx&r式中B为磁通密度,l为线圈在磁场内的有效长度,rx&为线圈在磁场中的相对速度。
6、压电式加速度传感器
压电式加速度传感器的机械接收部分是惯性式加速度机械接收原理,机电部分利用的是压电晶体的正压电效应。
其原理是某些晶体(如人工极化陶瓷、压电石英晶体等,不同的压电材料具有不同的压电系数,一般都可以在压电材料性能表中查到。
)在一定方向的外力作用下或承受变形时,它的晶体面或极化面上将有电荷产生,这种从机械能(力,变形)到电能(电荷,电场)的变换称为正压电效应。
而从电能(电场,电压)到机械能(变形,力)的变换称为逆压电效应。
7、压电式力传感器
在振动试验中,除了测量振动,还经常需要测量对试件施加的动态激振力。
压电式力传感器具有频率范围宽、动态范围大、体积小和重量轻等优点,因而获得广泛应用。
压电式力传感器的工作原理是利用压电晶体的压电效应,即压电式力传感器的输出电荷信号与外力成正比。
8、阻抗头
阻抗头是一种综合性传感器。
它集压电式力传感器和压电式加速度传感器于一体,其作用是在力传递点测量激振力的同时测量该点的运动响应。
因此阻抗头由两部分组成,一部分是力传感器,另一部分是加速度传感器,它的优点是,保证测量点的响应就是激振点的响应。
使用时将小头(测力端)连向结构,大头(测量加速度)与激振器的施力杆相连。
从“力信号输出端”测量激振力的信号,从“加速度信号输出端”测量加速度的响应信号。
9、电阻应变式传感器
电阻式应变式传感器是将被测的机械振动量转换成传感元件电阻的变化量。
实现这种机电转换的传感元件有多种形式,其中最常见的是电阻应变式的传感器。
电阻应变片的工作原理为:
应变片粘贴在某试件上时,试件受力变形,应变片原长变化,从而应变片阻值变化,实验证明,在试件的弹性变化范围内,应变片电阻的相对变化和其长度的相对变化成正比。
801S的电路原理图如图3所示:
图3:
801S电路原理图
3.2.3防拆开关的电路实现以及报警电路的实现
这个环节我是用压电传感器实现的,陶瓷压电传感器不仅灵敏度高,而且所需要的电流小,压电传感器是力敏感元件,将被测量力、压力、加速度压电传感器是力敏感元件,将被测量力、压力、等转换成压电器件的表面电荷量,等转换成压电器件的表面电荷量,以实现非电量的电测目的。
它是一种典型的有源传感器(或发电型)。
1.压电效应
1)正压电效应晶体(电介质)受到一定方向的机械外力作用时,晶体(电介质)受到一定方向的机械外力作用时,其内部产生极化现象(其内部产生极化现象(类似于铁磁体的磁化现),晶体的两个表面上产生符号相反的电荷晶体的两个表面上产生符号相反的电荷。
象),晶体的两个表面上产生符号相反的电荷。
当外力去掉后,又重新恢复不带电状态的现象。
当外力去掉后,又重新恢复不带电状态的现象。
当作用力方向改变时,电荷极性也随着改变。
当作用力方向改变时,电荷极性也随着改变。
2)逆压电效应在晶体(电介质)极化方向上施加外部电场上施加外部电场,在晶体(电介质)极化方向上施加外部电场,晶体(电介质)产生伸缩机械形变。
当外电场消失,电介质)产生伸缩机械形变。
当外电场消失,则晶体(电介质)的机械形变也消失。
则晶体(电介质)的机械形变也消失。
2.压电传感器的原理
功能简介
压电传感器是利用某些电介质受力后产生的压电效应制成的传感器。
所谓压电效应是指某些电介质在受到某一方向的外力作用而发生形变(包括弯曲和伸缩形变)时,由于内部电荷的极化现象,会在其表面产生电荷的现象。
压电材料它可分为压电单晶、压电多晶和有机压电材料。
压电式传感器中用得最多的是属于压电多晶的各类压电陶瓷和压电单晶中的石英晶体。
其他压电单晶还有适用于高温辐射环境的铌酸锂以及钽酸锂、镓酸锂、锗酸铋等。
特点简介
压电陶瓷有属于二元系的钛酸钡陶瓷、锆钛酸铅系列陶瓷、铌酸盐系列陶瓷和属于三元系的铌镁酸铅陶瓷。
压电陶瓷的优点是烧制方便、易成型、耐湿、耐高温。
缺点是具有热释电性,会对力学量测量造成干扰。
有机压电材料有聚二氟乙烯、聚氟乙烯、尼龙等十余种高分子材料。
有机压电材料可大量生产和制成较大的面积,它与空气的声阻匹配具有独特的优越性,是很有发展潜力的新型电声材料。
60年代以来发现了同时具有半导体特性和压电特性的晶体,如硫化锌、氧化锌、硫化钙等。
利用这种材料可以制成集敏感元件和电子线路于一体的新型压电传感器,很有发展前途。
压电式传感器的应用:
压电传感器结构简单、体积小、质量累世、功耗小、寿命长,特别是它具有良好的动态特性,因此适合有很宽频带的周期作用力和高速变化的冲击力。
测量参数
(1)力测量压电式传感器主要利用石英晶体的纵向和剪切的压电效应,因为石英晶体刚度大、滞后小,灵敏度高、线性好,工作频率宽、热释电诳应小。
力传感器除可测单向作用力外还可利用不同切割方向的多片晶体依靠其不同的压电效应测量多方向力,如空间作用力3个方向的分力Fx、Fy、Fz
(2)压力测量:
压电式压力传感器主要利用弹性元件(膜片、活塞等)收集压力变成作用于晶体片上的力,因为弹性元件所用材料的性能对传感器的特性有很大影响。
(3)加速度测量:
压电式加速度传感器是利用质量块m由预紧力压在晶体片上,娄被测加速度a作用时,晶体处会受到惯性力F=ma,由此产生压电效应,因此质量块的质量决定了传感器的灵敏度,也影响着传感器的高频响应。
动态测量
压电传感器只能应用于动态测量,由于外力作用在压电元件上产生的电荷只有在无泄漏的情况下才能保存,即需要测量回路具有无限大的输入阻抗,这实际上是不可能的,因此压电式传感器不能用于静态测量。
压电元件在交变力的作用下,电荷可以不断补充,可以供给测量回路以一定的电流,故只适用于动态测量(一般必须高于100Hz,但在50kHz以上时,灵敏度下降)。
防拆开关的原理图如图4所示:
图4:
防拆开关原理图
3.2.4GSM短信发送模块
短信发送模块用来发送在上述三种报警电路中的一个发生报警时,用来发送报警信息到我们的手机上,我们就可以虽然不在家里时,我们也可以随时知道家里的安全隐患。
GSM模块及GSM模块的短信功能
完应GSM(GlobalSystemforMobilecommunication)系统是目前基于时分多址技术的移动通讯体制中比较成熟,善,用最广泛的一种系统.目前已建成的覆盖全国的GSM数字蜂窝移动通信网,是我国公众移动通信网的主要方式,主要提供话音,短信息,数据等多种业务.基于GSM短消息功能可以做成传输各种检测,监控数据信号和控制命令的数据通信系统,能广泛用于远程监控,定位导航,个人通信终端等.由于公众GSM网络在全球范围内实现了联网和漫游,建立上述系统不须再组建专用通信网络,所以具有实时传输数据功能的短消息应用将得到迅速普及.SMS是由Etsi所制定的一个规范(GSM03.40和GSM03.38).它可以发送最多160个字符,当使用7-bits编码的时候,8-bit编码(最多140个字符)通常无法直接通过手机显示,通常被用来作为数据消息.16-bit信息(最多70个字符)被用来显示Unicode(UCS2)文本信息,可以被大多数的手机所显示.一个以class0开头的16-bit的文本信息将在某些手机上作为FlashSMS显示.有两种方式来发送和接收SMS信息:
使用文本模式或者使用PDU(protocoldescriptionunit)模式.
实现中文短信发送
GSM模块支持两种方式来发送和接收SMS短信息,文本模式和PDU(protocoldescriptionunit)模式,文本模式只能发送普通的Ascill字符,要发送图片,铃声,其他编码的字符(如中文)就必须采用PDU模式.PDU模式中,可以采用三种编码方式来编码要发送的内容,分别是7bit编码,8bit编码,16bit编码,7bit编码用于发送普通的Ascill字符,8bit编码通常用于发送数据信息,如图片和铃声,而16bit编码用于发送Unicode字符.三种编码可以发送的最大字符分别是160,140,70.发送中文短信要采用PDU模式的Unicode编码方式,具体步骤描述如下:
(1)GB2321编码到Unicode编码的转换操作系统提供函数(有些系统不提供,如deltaos)
(2)Unicode编码到16bit编码的转换得到的Unicode编码后,还需要转换成PDU的16bit编码才可以正确的发送,这个转换过程中Unicode编码最开始的0xffff标志要去掉,在0xffff之后的内容才是真正的Unicode字符.中的Unicode是双字节,根据系统如果是小端字节序(little-endian),也就是说,存储的时候,先存低位再存高位,
发送短信程序流程及主要函数
1)接口函数_SendMessage()当调用接口函数_SentMessage(unsignedchar*message,unsignedchar*telephone,unsignedchartelephonetype)时,程序开始进入短信发送模块,流程如图1所示。
2)发送短信主体函数Send_SMS()完成_SMS_appUnit结构填写以后,短信发送的内容及所需信息提取到结构_SMS_appUnit中,为下面对数据的处理提供了原始数据,接下来就调用Send_SMS函数,程序流程如图2所示。
3)数据处理函数MakeSSP()函数MakeSSP是短信发送部分重要函数,把struct_SMS_appUnit结构中的数据转换成struct_SMS_SUBMIT_PDU结构,形成发送包。
四、总原理图
图5总原理图
五、主要程序
#include
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
sbitfm=P1^5;
sbitOUT=P3^3;//输出与外部中断1接口相连
sbitDQ=P3^7;
sbitRELAY=P1^4;
sbitLS138A=P2^2;//管脚定义
sbitLS138B=P2^3;
sbitLS138C=P2^4;
unsignedcharcodeDisp_Tab[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x40};
uchartemp;
uintcount1,count2,count5;
uintj=0;
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