电气毕业实习报告(红外报警器).doc

实习报告用纸 毕业实习报告实习单位: 河南理工大学 实习时间： 2012.2.20 至 2012.3.11 学院(系): 电气工程与自动化学院 专业班级: 电气工程及其自动化08级04班 学生姓名: 李 学号: 111111111111 2012年 3 月 13 日 一、实习目的 毕业实习和毕业设计是学生在校学习期间的最后一个教学环节，毕业实习是极为重要的实践性学习环节，是理论与实践相结合的重要方式。通过毕业实习,我们可以巩固、联系、充实、加深、扩大所学知识基础理论和专业知识，提高运用所学知识解决实际问题的能力。敢于创新，并能正确的将独创精神和科学态度相结合，初步掌握专业设计工作的流程和方法，熟练运用计算机等工具提高工作效率，养成严肃认真、刻苦专研、实事求是的学术态度和工作作风。为我们之后走向社会，接触本工作，拓宽知识面，增强感性认识，培养、锻炼我们综合运用所学的基础理论、基本技能和专业知识，独立分析和解决实际问题的能力，能够将所学的专业理论知识运用于实践，在实践中结合理论加深对其认识和总结，再次学习，将专业知识与实际接轨，逐步认识体会，从而更好地将所学的知识运用到实践中去，为以后走上工作岗位打下一定的基础。二、实习任务设计一个装置，即报警器，用于家用、商店、办室、仓库、实验室有敌情时报警。利用红外测距传感器和单片机可以实现报警器的功能。根据自己定的毕业设计题目做一些准备工作，主要是上网查了相关的资料，温习下单片机的一些知识以及初步了解下红外测距传感器的相关理论知识，为接下来的毕业设计做好铺垫。本设计的理论基础是单片机技术基础，微机原理，模拟和数子电路。设计的大致步骤如下：（1）初步方案的论证和选择对搜集的相关资料根据自己的需求分类，因为不同人有不同的想法，所以那些前辈们的论文对出门提醒器的设计方案也是各不相同的，结合自身实际情况，对前人的东西优化改正，整合属于自己的设计方案。（2）方案实现以设计方案为基础，选择适当的元器件来实现设计。选择器件时从功能和电气特性两方面来论证和选择。（3）程序编写 讲整个系统分成相应的模块，对于各个模块，进行相应的程序编写，然后进行调试，最后将独立的模块统一成一体。（4）验证与测试测试硬件与软件之间的协同能力。（5）结论完成设计后对遇到的问题和解决方案进行总结三、实习单位河南理工大学四、实习内容1红外报警器1.1概述报警器分主动式和被动式两种。主动式红外线报警器，是报警器主动发出红外线，红外线碰到障碍物，就会反弹回来，被报警器的探头接收。如果探头监测到，红外线是静止不动的，也就是不断发出红线线又不断反弹的，那么报警器就不会报警。当有会动的物体触犯了这根看不见的红线的时候，探头就会检测到有异常，就会报警。 被动式报警器少了一项功能，就是发射红外线。物理学上告诉我们，当物体的温度高于0 K的时候，就会发出红外线，换句话说任何物体都能发出红外线。而其后的原理，被动式报警器和主动式是一样的。 本次使用被动型报警器。红外线报警器对温度敏感,温度越高的物体辐射出的红外线越强,当感应到环境中存在高出背景强度的辐射时,就触发反警。在温度异常的情况下，也会产生误报警的情况。报警器，是一种为防止或预防某事件发生所造成的后果，以声音和光形式来提醒或警示的电子产品。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、感应检测等领域，与社会生产密不可分。分为：智能家用防盗报警器门磁感应器 （1）盗贼侵入主要是门和窗，门盗的比例又大于窗盗。在每个住户大门上安装有一个红外感应器。如有盗匪入门，红外感应器会即刻将此信息传输给家庭报警主机，主机报警，将此信息传输到控制中心，中心会立即显示发出鸣叫和闪光，左邻右舍就会听到前来看，将盗匪吓跑。（2）窗盗采用红外线感应探头在每套房的窗口及阳台进行布防，当有盗贼从窗口或阳台进入时，探测器立即通过家庭主机传输至控制中心。同时，家庭主机也报警。1.2 报警器构成红外线传感器、信号放大电路、电压比较器、延时电路和报警指示电路。电源传感器指示电路比较器放大滤波基准电压1.2.1 电源：通过交流电经变压器的变压、桥式二极管的整流、电容的滤波、稳压器的稳压得到5V的直流电压。1.2.2 传感器：传感器主要是用来采集人体的红外线信号并将该信号转换成电信号的器件。1.2.3 放大滤波：是由集成运算放大器和电容构成对传感器的信号进行放大和滤波供下一级电路使用。放大器采用单电源供电，由R1、R2组成U/2偏置，C1是消振电容。如图所示：放大器电压放大倍数仅由外接电阻Ri、Rf决定。负号表示输出信号与输入信号相位相反。按图中所给数值,Av=-10。此电路输入电阻为Ri。一般情况下先取Ri与信号源内阻相等,然后根据要求的放大倍数在选定Rf。Co和Ci为耦合电容。滤波的基本原理：电容C两端的初始电压为0。接入交流电源U后，当U为正半周时，D2、D5导通，U通过D2、D5对电容充电；当U为负半周时，D3、D4导通，U通过D3、D4对电容充电。由于充电回路等效电阻很小，所以充电很快，电容C迅速被充到交流电压的最大值Umax。此时二极管的电压始终小于或等于0，故二极管均截止，电容不可能放电，故输出电压恒为Umax。综上所述，交流电通过整流、滤波可以变成直流电，这就是一般稳压电源的基本原理。1.2.4 比较器：把电路的基准电压U1和U2和为参考电压与比较器输出的电压作比较控制指示电路指示是否有人进入的情况。要检测Ui是否处于U1和U2两个电平之间，则需要采用双限电压比较器。双限电压比较器常用于工业系统控制中，当被监测的对象（如温度、液位）超出要求时的范围时，便可以发出指示信号。如图所示，R1和R1组成分压电路，为运放A1设定比较电平U1；电阴R2和R2组成分压电路，为运放A2设定比较电平U2.输入电压U1同时加到A1的正输入端和A2的负输入端之间，当UiU1时，运放A1输出高电平；当UiU2时，运放A2输出高电平。运放A1和A2只要有一个输出高电平，晶体管BG1就会导通，发光二极管LED就会点亮。若选择U1U2，则当输入电压Ui越出U2，U1区间范围时，LED点亮，这便是一个电压双限指示器。若选择U2 U1，则当输入电压在U2，U1区间范围时，LED点亮，这是一个“窗口”电压指示器。此电路与各类传感器配合使用，稍加变通，便可用于各种物理量的双限检测、短路、断路报警等。通过以上对电路的分析与设计，最终完成了5V电源的设计，也了解了LM317芯片的功能与作用和桥式整流二极管的工作原理与整流过程。通过对LM324集成运算放大器性能和特点的分析，从各个方面了解了LM324集成运算放大器以及LM324构成的同相放器、反相放大器和电压双限比较器的原理并且以此运用在整机电路的设计中以发挥出良好的效果。通过对电路的分析设计完成了整机电路的总体设计原理图如附录1所示其中包括电源部分和报警电路部分，电源部分主要是通过对交流电的变压、整流、滤波、稳压输出一个+5V的直流电压为后面的报警电路的正常工作提供电压；报警电路主要是由热释电红外传感器、LM324集成运算放大器、发光二极管、电阻电容构成。传感器主要的工作就是把采集到的人体红外线转换成电压信号，由于此时的电压比较微弱所以要经过LM324的放大后的电压输入到电压比较器进行比较来控制相应的发光二极管指示灯工作。下面是报警电路的工作流程与及电路的参数计算过程:在电路中采用KP506B型热释电人体红外线传感器，当人体进入该传感器的监视范围时，传感器就会产生一个交流电压（幅度约为1mV），该电压的频率与人体的移动速度有关。在正常行走速度下，其频率约为6Hz。电路中，R3、C4、C5构成退耦电路，R1为传感器的负债，C2为滤波电容，以滤掉高频干扰信号。传感器的输出信号加到运算放大器A1的同相端，A1构成同相输入式放大电路，其放大倍数取决于R4和R2，其大小为:Auf1 =A1放大后的信号经电容C6耦合至放大器A2反相输入端，A2构成反相输入式放大电路。电阻R6、R7将A2同相端偏置于电源电压的一半,A2的增益取决于R8、R5，其大小为Auf2 =因此，传感器信号经两级运放总共放大了Auf1Auf2 =112（-42）=-4704倍，当传感器产生一个幅度为1mV交流信号时，A2的理论输出值为-4.704V。A3和A4构成双限电压比较器，A3的参考电位为:U3 = 5 =3VA4的参考电位为:U4 =5 =2V在传感器无信号输出时，A1静态输出电压为0.41V之间；A2在静态时，由于同相端电位为2.5V，其直流输出电平为2.5V。由于UB2.5V3V,因此A3输出高电平，LED1亮；当人体退出时，U32V，因此A4输出高电平，LED2亮。当人体在监视范围内走动时，LED1和LED2交替闪烁。电路中的C7、C9为退耦电容。C1、C3、C8用于保证电路对高频干扰信号有较强的衰减作用，对于低频信号有较强的放大作用，当按图中取值时，在0.1Hz8Hz的频段内具有较好的频率响应曲线，以满足对热释电传感器输出的放大要求。另外，若利用Uo信号去控制报警器，还可以实现音响报警；若利用Uo信号去控制继电器或电磁阀，还可以实现自动门、制动水龙头的自动控制。2 红外测距传感器概述2.1 红外测距传感是用红外线为介质的测量系统，按照功能可分成五类：（1）辐射计：用于辐射和光谱测量；（2）搜索和跟踪系统：用于搜索和跟踪红外目标，确定其空间位置并对它的运动进行跟踪；（3）热成像系统：可产生整个目标红外辐射的分布图像；（4）红外测距和通信系统；（5）混合系统，是指以上各类系统中的两个或者多个的组合。 按探测机理可分成为光子探测器和热探测器。红外传感技术已经在现代科技、国防和工农业等领域获得了广泛的应用。2.2 红外测距传感器工作原理利用的红外测距传感器具有一对红外信号发射与接收二极管，发射管发射出特定频率的红外信号（一束红外光），在照射到物体后形成一个反射的过程，反射到传感器后接收管接收这种频率的红外信号，当红外的检测方向遇到障碍物时，红外信号反射回来被接收管接收，经过处理之后，通过数字传感器接口返回到传感器，然后利用CCD图像处理接收发射与接收的时间差的数据。这里利用的是红外线传播时的不扩散原理，因为红外线在穿越其它物质时折射率很小，所以长距离的测距仪都会考虑红外线，而红外线的传播是需要时间的，当红外线从测距仪发出碰到反射物被反射回来被接受到，再根据红外线从发出到被接受到的时间及红外线的传播速度就可以计算出物体的距离。红外线的工作原理：利用高频调制的红外线在待测距离上往返产生的相位移推算出光束度越时间t,从而根据D=Ct/2得到距离D。这不仅可以使用于自然表面，也可用于加反射板。测量距离远，很高的频率响应，适合于恶劣的工业环境中。2.3 红外测距传感器的特点2.3.1 优点：（1）远距离测量，在无反光板和反射率低的情况下能测量较远的距离； （2）有同步输入端，可多个传感器同步测量； （3) 测量范围广，响应时间短； （4) 外形设计紧凑，易于安装，便于操作；（5）便宜，安全2.3.2 缺点：（1）精度低（2）方向性差2.4 传感器市场的发展前景咨询公司INTECHNOCONSULTING的传感器市场报告显示，2008年全球传感器市场容量为506亿美元，2011年全球传感器市场达700亿美元以上。调查显示，东欧、亚太区和加拿大成为传感器市场增长最快的地区，而美国、德国、日本依旧是传感器市场分布最大的地区。就世界范围而言，传感器市场上增长最快的依旧是汽车市场，占第二位的是过程控制市场，看好通讯市场前景。 一些传感器市场比如压力传感器、温度传感器、流量传感器、水平传感器已表现出成熟市场的特征。流量传感器、压力传感器、温度传感器的市场规模最大，分别占到整个传感器市场的21%、19%和14%。传感器市场的主要增长来自于无线传感器、MEMS(Micro-Electro-MechanicalSystems，微机电系统)传感器、生物传感器等新兴传感器。其中，真尚有激光传感器在2007-2011年复合年增长率预计会超过25%。 目前，全球的传感器市场在不断变化的创新之中呈现出快速增长的趋势。有关专家指出，传感器领域的主要技术将在现有基础上予以延伸和提高，各国将竞相加速新一代传感器的开发和产业化，竞争也将日益激烈。新技术的发展将重新定义未来的传感器市场，比如无线传感器、光纤传感器、智能传感器和金属氧化传感器等新型传感器的出现与市场份额的扩大。3. 单片机概述3.1单片机的构成单片机到底是什么呢？其实它就是一个电脑，只不过是微型的，麻雀虽小，五脏俱全。它内部也用和电脑功能类似的模块，比如CPU，内存，并行总线，还有和硬盘作用相同的存储器件，不同的是它的这些部件性能都相对我们的家用电脑弱很多。简而言之，单片机由运算器、控制器、存储器、输入输出设备构成。3.2单片机的工作原理单片机自动完成赋予它的任务的过程，也就是单片机执行程序的过程，即一条条执行的指令的过程，所谓指令就是把要求单片机执行的各种操作用的命令的形式写下来，这是在设计人员赋予它的指令系统所决定的，一条指令对应着一种基本操作；单片机所能执行的全部指令，就是该单片机的指令系统，不同种类的单片机，其指令系统亦不同。为使单片机能自动完成某一特定任务，必须把要解决的问题编成一系列指令（这些指令必须是选定单片机能识别和执行的指令），这一系列指令的集合就成为程序，程序需要预先存放在具有存储功能的部件存储器中。存储器由许多存储单元（最小的存储单位）组成，就像大楼房有许多房间组成一样，指令就存放在这些单元里，单元里的指令取出并执行就像大楼房的每个房间的被分配到了唯一一个房间号一样，每一个存储单元也必须被分配到唯一的地址号，该地址号称为存储单元的地址，这样只要知道了存储单元的地址，就可以找到这个存储单元，其中存储的指令就可以被取出，然后再被执行。程序通常是顺序执行的，所以程序中的指令也是一条条顺序存放的，单片机在执行程序时要能把这些指令一条条取出并加以执行，必须有一个部件能追踪指令所在的地址，这一部件就是程序计数器PC（包含在CPU中），在开始执行程序时，给PC赋以程序中第一条指令所在的地址，然后取得每一条要执行的命令，PC在中的内容就会自动增加，增加量由本条指令长度决定，可能是1、2或3，以指向下一条指令的起始地址，保证指令顺序执行。3.3 单片机系列芯片MCS-51引脚图MCS-51芯片介绍：MCS-51系列单片机是美国Intel公司开发的8位单片机，又可以分为多个子系列。MCS-51系列单片机共有40条引脚，包括32条I/O接口引脚、4条控制引脚、2条电源引脚、2条时钟引脚。 引脚说明： P0.0P0.7：P0口8位口线，第一功能作为通用I/O接口，第二功能作为存储器扩展时的地址/数据复用口。 P1.0P1.7：P1口8位口线，通用I/O接口无第二功能。 P2.0P2.7：P2口8位口线，第一功能作为通用I/O接口，第二功能作为存储器扩展时传送高8位地址。 P3.0P3.7：P3口8位口线，第一功能作为通用I/O接口，第二功能作为单片机的控制信号。ALE/ PROG：地址锁存允许/编程脉冲输入信号线（输出信号）PSEN：片外程序存储器开发信号引脚（输出信号）EA/Vpp：片外程序存储器使用信号引脚/编程电源输入引脚RST/VPD：复位/备用电源引脚附：A/D、D/A转换芯片介绍ADC0809芯片介绍：ADC0809是一种比较典型的8位8通道逐次逼近式A/D转换器，CMOS工艺，可实现8路模拟信号的分时采集，片内有8路模拟选通开关，以及相应的通道地址锁存用译码电路，其转换时间为100s左右，采用双排28引脚封装，其引脚说明如下：IN0IN7：8路模拟量输入通道ADDAADDC：地址线用于选择模拟量输入通道 ALE：地址锁存允许信号START：转换启动信号D0D7：数据输出线OE：输出允许信号，低电平允许转换结果输出CLOCK：时钟信号输入引脚，通常使用500KHzEOC：转换结束信号，为0代表正在转换，1代表转换结束Vcc：5V电压VREF（）、VREF（）：参考电压DAC0832芯片介绍：DAC0832是美国数据公司的8位D/A转化器，片内带数据锁存器，电流输出，输出电流稳定时间为1m，功耗为20mW，其引脚说明如下： D0D7：数据输入线，TTL电平 ILE：数据锁存允许控制信号线 CS：片选信号线，低电平有效 WR1：数据锁存器写选通输入线，负脉冲有效 XFER：数据传输控制信号输入线，低电平有效WR2：DAC寄存器写选通输入线，低电平有效IOUT1：电流输出线，当DAC寄存器为全1时电流最大IOUT2：电流输出线，其值与IOUT1之和为一常数Rfb：反馈信号输入线，调整Rfb端外接电阻值可以调整转换满量程精度Vcc：电源电压线，为5V15范围VREF：基准电压输入线，范围为：10V10VAGND：模拟地DGND：数字地3.4单片机的应用单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域，大致可分如下几个范畴： 3.4.1.在智能仪器仪表上的应用单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表中，结合不同类型的传感器，可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化，且功能比起采用电子或数字电路更加强大。例如精密的测量设备（功率计，示波器，各种分析仪）。 3.4.2.在工业控制中的应用 用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。例如工厂流水线的智能化管理，电梯智能化控制、各种报警系统，与计算机联网构成二级控制系统等。 3.4.3.在家用电器中的应用 可以这样说，现在的家用电器基本上都采用了单片机控制，从电饭褒、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、其他音响视频器材、再到电子秤量设备，五花八门，无所不在。 3.4.4.在计算机网络和通信领域中的应用 现代的单片机普遍具备通信接口，可以很方便地与计算机进行数据通信，为在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件，现在的通信设备基本上都实现了单片机智能控制，从手机，电话机、小型程控交换机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信、再到日常工作中随处可见的移动电话，集群移动通信，无线电对讲机等。 3.4. 5.单片机在医用设备领域中的应用单片机在医用设备中的用途亦相当广泛，例如医用呼吸机，各种分析仪，监护仪，超声诊断设备及病床呼叫系统等等。五、实习收获 随着国家的快速发展，人们的生活节奏也跟着快了起来，每天都是快节奏，急匆匆出门，以至于一些不太细心的人们往往在关上门的那一刻突然想起或者手机或者钱包忘带了，更或者忘记关电，关水，关气。因此，我觉得我的这个设计很有必要，同时也希望自己在老师的帮助下能够成功完成这个设计，这也算是给自己的大学生活画个句号。通过这次实习，虽然只是收集各方面的资料，但从中我也学到不少：首先，我对于自己的毕业设计的课题也有了更深层次的理解，使自己在毕业设计的设计理念和可行性上有了重要依据。其次，毕业设计都是一人一组，查资料等准备工作都是我一个人独立完成的，对于锻炼独立自主的能力很有帮助。最后，我希望能利用自己所学的知识为国家做出一点贡献。指导教师对学生毕业实习情况的评价 指导教师（签名）： 年 月 日答辩 意 见评 定 成 绩 ：_答辩组长(签名)：_年 月 日15