報警系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集模塊、單片機控制模塊、晶振起振模塊、聲光報警模塊、液晶屏顯示模塊、電源模塊組成。圖2-1為火焰檢測報警器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。

圖2-1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

AT89C52單片機控制模塊用于實時監(jiān)測外部中斷的電平變化，當(dāng)紅外火焰?zhèn)鞲衅鳈z測到有火焰時，火焰?zhèn)鞲衅鲿�輸出低電平�?shù)字信號，單片機將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字顯示在液晶屏上或聲光報警；晶振起振模塊為系統(tǒng)提供基本的時鐘信號； USB下載/電源模塊為單片機的電源接口，為單片機提供電源及程序燒錄。

組員：徐杰龍、利齊帥、林輝、梁慶堂

任務(wù)分配：

徐杰龍：負責(zé)總體電路的原理圖完善，程序流程圖設(shè)計和編寫程序。

利齊帥：負責(zé)AT89C52單片機控制模塊、電源模塊原理圖繪制，AT89C52原理圖元件。

林輝：查找集成電路數(shù)據(jù)手冊、查找資料。

梁慶堂：負責(zé)晶振起振模塊、1602液晶屏顯示模塊原理圖繪制

單片機控制模塊采用AT89C51芯片作為主控芯片，所謂的單片機是將計算機的基本部件微型化并集成到一塊芯片上，具備獨特功能的微型計算機，通常片內(nèi)都含有CPU、ROM、RAM、并行I/O、串行I/O、定時器/計數(shù)器、中斷控制、系統(tǒng)時鐘及系統(tǒng)總線等。單片機全稱為單片微型計算機，又稱微控制器或嵌入式控制器,是一種可通過編程控制的處理器。

如圖3-1所示，單片機的VCC引腳需要接入+5V電源電壓正極，GND引腳需要接入電源電壓的負極。

圖3-1 AT89C52單片機芯片

EA引腳（外部程序存儲器訪問控制端）是單片機的外部程序存儲器訪問控制端，如果它接高電平VCC，則單片機執(zhí)行片內(nèi)部程序存儲器中的程序，從000H開始終止于0FFFH，并在讀取完單片機內(nèi)部程序存儲器的0FFFH后自動轉(zhuǎn)向讀取外部的程序存儲器，一般只用單片機的內(nèi)部程序存儲器，故接高電平；如果接低電平，則單片機訪問的全部是外部程序存儲器，從0000H開始終止于0000FH。

AT89C51單片機共有P0、P1、P2、P3這4組I/O口，每組有8個I/O口，單片機復(fù)位時，這4組I/O口都默認作為輸出端口使用。51單片機上電后，如果沒有人為地控制其I/O口的狀態(tài)，它所有未控制的I/O口都默認為高電平。

① P0口是一個開漏型雙向I/O口，其內(nèi)部沒有上拉電阻，為高阻狀態(tài)，所以不能正常地輸出高/低電平，使用該I/O口要接100Ω的上拉電阻。P0口具有除一般I/O口外的第二重功能—作為低8位地址線。

② P1口是一組準雙向8位I/O口，每個口可獨立控制，內(nèi)帶上拉電阻，這種接口輸出沒有高阻狀態(tài)，輸入也不能鎖存，故不是真正的雙向I/O口，之所以稱它為“準雙向”是因為該口在作為輸入使用前，要先向該口進行寫1操作，然后單片機內(nèi)部才能正確讀出外部信號。也就是要使其有個“準備過程”，故稱其為準雙向口。

③ P2口是一組準雙向8位I/O口，每個口可獨立控制，內(nèi)帶上拉電阻，與P1口相似。P2口具有除一般I/O口外的第二重功能—作為高8位地址線。

晶振的作用是為系統(tǒng)提供基本的時鐘信號。通常一個系統(tǒng)共用一個晶振，便于各部分保持同步。如圖3-2所示，XTAL1、XTAL2為時鐘信號端，XTAL1為片內(nèi)振蕩電路的輸入端，XTAL2為片內(nèi)振蕩電路的輸出端。8051有兩種工作方式，一是片內(nèi)時鐘振蕩方式，另一種是外部時鐘方式。片內(nèi)時鐘振蕩電路需在XTAL1、XTAL2這兩個引腳外接石英晶體和振蕩電容，典型的晶振取11.0592MHz(因為可以準確地得到9600波特率和19200波特率,用于有串口通訊的場合)/12MHz(產(chǎn)生精確的us級時間,方便定時操作)，振蕩電容的值一般取10pF～30pF的瓷片電容。

圖3-2 晶振起振模塊電路原理圖

液晶顯示的原理是利用液晶的物理特性，通過電壓對其顯示區(qū)域進行控制，有電就有顯示，這樣即可以顯示出圖形。液晶顯示的分類方法有很多種，通常可按其顯示方式分為段式、字符式、點陣式等。本設(shè)計字符式顯示。用LCD顯示一個字符時比較復(fù)雜，因為一個字符由6×8或8×8點陣組成，既要找到和顯示屏幕上某幾個位置對應(yīng)的顯示RAM區(qū)的8字節(jié)，還要使每字節(jié)的不同位為“1”，其它的為“0”，為“1”的點亮，為“0”的不亮。這樣一來就組成某個字符。但由于內(nèi)帶字符發(fā)生器的控制器來說，顯示字符就比較簡單了，可以讓控制器工作在文本方式，根據(jù)在LCD上開始顯示的行列號及每行的列數(shù)找出顯示RAM對應(yīng)的地址，設(shè)立光標，在此送上該字符對應(yīng)的代碼即可。其電路原理圖如圖3-3。

圖3-3 1602液晶屏顯示模塊電路原理圖

1602采用標準的16腳接口，其中:

第1腳：VSS為地電源

第2腳：VDD接5V正電源

第3腳：V0為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高，對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個10K的電位器調(diào)整對比度

第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。

第5腳：RW為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。當(dāng)RS和RW共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng)RS為低電平RW為高電平時可以讀忙信號，當(dāng)RS為高電平RW為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。

第6腳：E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。

第7～14腳：D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。

第15～16腳：空腳

1602液晶模塊內(nèi)部的控制器共有11條控制指令，如表3-1所示：

表3-1 控制命令表

1602液晶模塊的讀寫操作、屏幕和光標的操作都是通過指令編程來實現(xiàn)的。（說明：1為高電平、0為低電平）

指令1：清顯示，指令碼01H,光標復(fù)位到地址00H位置。

指令2：光標復(fù)位，光標返回到地址00H。

指令3：光標和顯示模式設(shè)置 I/D：光標移動方向，高電平右移，低電平左移 S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高電平表示有效，低電平則無效。

指令4：顯示開關(guān)控制。 D：控制整體顯示的開與關(guān)，高電平表示開顯示，低電平表示關(guān)顯示 C：控制光標的開與關(guān)，高電平表示有光標，低電平表示無光標 B：控制光標是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍。

指令5：光標或顯示移位 S/C：高電平時移動顯示的文字，低電平時移動光標。

指令6：功能設(shè)置命令 DL：高電平時為4位總線，低電平時為8位總線 N：低電平時為單行顯示，高電平時雙行顯示 F: 低電平時顯示5x7的點陣字符，高電平時顯示5x10的點陣字符。

指令7：字符發(fā)生器RAM地址設(shè)置。

指令8：DDRAM地址設(shè)置。

指令9：讀忙信號和光標地址 BF：為忙標志位，高電平表示忙，此時模塊不能接收命令或者數(shù)據(jù)，如果為低電平表示不忙。

指令10：寫數(shù)據(jù)。

指令11：讀數(shù)據(jù)。

該設(shè)計使用的是無源蜂鳴器，如圖3-4所示。由于蜂鳴器的工作電流一般比較大，以致于單片機的I/O 口是無法直接驅(qū)動的，所以要利用放大電路來驅(qū)動，一般使用三極管來放大電流就可以了。聲報警電路由單片機的P3.4引腳進行控制，當(dāng)P3.4輸出的電平為高電平時，三極管導(dǎo)通，蜂鳴器的電流形成回路，發(fā)出聲音報警；否則，三極管截止，蜂鳴器不發(fā)出聲音。

圖3-4 聲音報警電路

火焰?zhèn)鞲衅魇菣C器人專門用來搜尋火源的傳感器，當(dāng)然火焰?zhèn)鞲衅饕部梢杂脕頇z測光線的亮度，只是本傳感器對火焰特別靈敏。火焰?zhèn)鞲衅骼�用紅外線對對火焰非常敏感的特點，使用特制的紅外線接受管來檢測火焰，然后把火焰的亮度轉(zhuǎn)化為高低變化的電平信號，輸入到中央處理器中，中央處理器根據(jù)信號的變化做出相應(yīng)的程序處理。如圖3-5所示。

圖3-5 火焰?zhèn)鞲衅麟娐吩�理圖

用途：  各種火焰，火源探測

1、 可以檢測火焰或者波長在760納米～1100納米范圍內(nèi)的光源，打火機測試火焰距離為80cm，對火焰越大，測試距離越遠

2、 探測角度60度左右，對火焰光譜特別靈敏

3 、靈敏度可調(diào)（圖中藍色數(shù)字電位器調(diào)節(jié)）

4、比較器輸出，信號干凈，波形好，驅(qū)動能力強，超過15mA

5、配可調(diào)精密電位器調(diào)節(jié)靈敏度

6、工作電壓3.3V-5V

7、輸出形式 ：DO數(shù)字開關(guān)量輸出（0和1）和AO模擬電壓輸出

8、設(shè)有固定螺栓孔，方便安裝

9、小板PCB尺寸：3.2cm x 1.4cm 10、使用寬電壓LM393比較器

1 、火焰?zhèn)鞲衅鲗�火焰最敏感，對普通光也是有反�?yīng)的，一般用做火焰報警等用途。

2、 小板輸出接口可以與單片機IO口直接相連

3、傳感器與火焰要保持一定距離，以免高溫損壞傳感器，對打火機測試火焰距離為80cm，對火焰越大，測試距離越遠

4、小板模擬量輸出方式和AD轉(zhuǎn)換處理，可以獲得更高的精度

程序流程圖如圖4-1所示，通電時寄存器初始化、單片機I/O口初始化，液晶屏初始化完成后停留在一個設(shè)定狀態(tài)，等待信號驅(qū)動。

                                                       N

                                    Y

圖4-1 輸入程序流程圖

以下為系統(tǒng)初始化過程后顯示子程序。

void lcd_pos(BYTE pos)

{                               //設(shè)定顯示位置

lcd_wcmd(pos | 0x80);

}

void lcd_wdat(BYTE dat)

{                               //寫入字符顯示數(shù)據(jù)到 LCD

while(lcd_bz());

LCD_RS = 1;

LCD_RW = 0;

LCD_EP = 0;

P0 = dat;

_nop_();

_nop_();

_nop_();

_nop_();

LCD_EP = 1;

_nop_();

_nop_();

_nop_();

_nop_();

LCD_EP = 0;

}

void lcd_init()

{                      //LCD 初始化設(shè)定

lcd_wcmd(0x38);        //16*2 顯示，5*7 點陣，8 位數(shù)據(jù)

delay(1);

lcd_wcmd(0x0c);        //顯示開，關(guān)光標

delay(1);

lcd_wcmd(0x06);        //移動光標

delay(1);

lcd_wcmd(0x01);        //清除 LCD 的顯示內(nèi)容

delay(1);

}

程序流程圖如圖4-2所示，程序開始運行時，定義液晶屏顯示的數(shù)組，程序進入主函數(shù)，執(zhí)行顯示指令，當(dāng)有火焰時，火焰?zhèn)鞲衅鬏敵龅碗娖叫盘?，單片機根據(jù)數(shù)據(jù)信號傳送到液晶屏的相應(yīng)I/O口，顯示相應(yīng)的數(shù)組。

                  Ｙ                                         Ｎ

圖4-2 輸出程序流程圖

以下為液晶屏顯示函數(shù)內(nèi)容。

if(warning == 0) //有光照時傳感器輸出低電平

            {

              //delay(300);

              if(warning == 0)

              {

                 i=0;

                 while(Fire[ i ] != '\0')

                 {

                   lcd_pos(0x43+i);

                   lcd_wdat(Fire);

                   i++;

                   delay(30);

                 }

                 for(i=0;i<3;i++)

                 {

                   beep = 0;

                   delay(200);

                   beep = 1;

                   delay(200);

                 }

               }

             }

//////////////////////////////////////////

                if(warning == 1)

                {

                  // delay(300);

                  if(warning == 1)

                  {

                     i=0;

                     while(Safe[ i ] != '\0')

                     {

                       lcd_pos(0x43+i);

                       lcd_wdat(Safe);

                                                                         i++;

                                                                         delay(30);

                                                                      }

                     beep = 1;

                     // delay(300);

                   }

                 }

         }

         break;

此次設(shè)計主要使用了_nop_延時來實現(xiàn)定時功能，它的作用為：對于延時很短的，要求在us級的，采用“_nop_”函數(shù)，這個函數(shù)相當(dāng)匯編NOP指令，延時幾微秒。NOP指令為單周期指令，可由晶振頻率算出延時時間，對于12M晶振，延時1uS。對于延時比較長的，要求在大于10us，采用C51中的循環(huán)語句來實現(xiàn)。

如圖5-1為本設(shè)計的總體電路原理圖，該圖是采用Altium Designer電子線路繪圖軟件完成的，圖中的各種元器件都是根據(jù)設(shè)計電路嚴格選定的，并且其參數(shù)大小跟設(shè)計電路完全一致。圖5-2為無火焰時的實物顯示，圖5-3為有火焰時的實物顯示。

圖5-1 總體電路原理圖

圖5-2 無火焰時的實物顯示

圖5-3 有火焰時的實物顯示

現(xiàn)象：當(dāng)給板子供板子的時候，蜂鳴器不響，液晶顯示“TEST……..Safe”，LED燈不亮。當(dāng)出現(xiàn)火焰時蜂鳴器響進行報警，液晶顯示“TEST……..Fire”，LED紅燈亮。

本次課程設(shè)計對于我們有很大的幫助，大學(xué)已經(jīng)度過了三年，但是我們還只是停留在理論的學(xué)習(xí)上。但通過本次課程設(shè)計，使我對《模擬電子技術(shù)》這門課程有了更深入的理解。《模擬電子技術(shù)》是一門實踐性較強的課程，為了學(xué)好這門課程，必須在掌握理論知識的同時，加強軟件實踐。一個人的力量是有限的，要想把課程設(shè)計做的更好，就要學(xué)會參考一定的資料，小組共同努力，讓思想有機的結(jié)合起來，得出實驗結(jié)果。

在這個過程中，我們也曾經(jīng)因為仿真失敗而糾結(jié)。但結(jié)果還是很給力的，雖然這只是一次的極簡單的課程制作，可是平心而論，也耗費了我不少的心血，這就讓我不得不佩服開發(fā)技術(shù)的前輩，才意識到老一輩對我們社會的付出，為了人們的生活更美好，他們?yōu)槲覀兩鐣�所付出多少心血啊�?

知識上的收獲重要，精神上的豐收更加可喜。讓我知道了學(xué)無止境的道理。我們每一個人永遠不能滿足于現(xiàn)有的成就，人生就像在爬山，一座山峰的后面還有更高的山峰在等著你。挫折是一份財富，經(jīng)歷是一份擁有。這次課程設(shè)計必將成為我人生旅途上一個非常美好的回憶！

通過這次的課程設(shè)計我們對于專業(yè)課的學(xué)習(xí)有了更加深刻的認識，以為現(xiàn)在學(xué)的知識用不上就加以怠慢，等到想用的時候卻發(fā)現(xiàn)自己的學(xué)習(xí)原來是那么的不扎實。以后努力學(xué)好每門專業(yè)課，讓自己擁有更多的知識，才能解決更多的問題！

單片機源程序如下:

所有資料51hei提供下載:

火焰檢測報警器-課程設(shè)計.doc (7.15 MB, 下載次數(shù): 112)

2018-10-28 20:28 上傳

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