基于单片机的太阳能无线对射防盗系统设计(编辑修改稿)

基于单片机的太阳能无线对射防盗系统设计(编辑修改稿)内容摘要：

双光路由两对发射器和接收器组成。 两对收、发装置分别相对，是为了消除交叉误射；多光路构成警戒面；反射单光路构成警戒区。 课题研究的主要内容 本论文利用单片机、太阳能光伏发电模块、无线模块及红外对射管设计一个太阳能无线对射防盗系统，用 c语言编写出实现太阳能无线对射防盗的程序源代码。 具体包括以下几个方面 : (1)研究 太阳能无线对射防盗系统 的实现方法，确定合理的设计方案，方案经济实用； (2)完成 太阳能无线对射防盗系统 硬 件电路设计与软件编译，实现 太阳能无 武汉纺织大学 2020届毕业论文 3 线对射防盗系统 功能。 太阳能全无线对射防盗系统它可以彻底解决周界防盗中安装维护麻烦的问题。 它的基本设计思路是这样的：第一，对射内置可充电锂电池，供电部分采用太阳能板提电，这样就可以循环利用太阳能，无需电源线缆。 一般来说太阳能板为非晶硅，不需要太阳直射就内产生电能，安装环境大大扩展。 另外，太阳能板的供电能力要远大于对射的功耗，保证晚上无光线和连续阴雨天也能照常工作。 第二，对射内置无线发送模块，报警信号用无线传输，在符合国家相关政策法规的前提下，尽可能用大功率以保证对射与主机间 的无线距离。 本课题尝试用价格低廉、应用普遍的 AT89S52 单片机控制的电路来设计一个主动式对射式的红外线防盗报警器，期望达到方便、实用的效果。 武汉纺织大学 2020届毕业论文 4 2 总体设计的方案 系统的方案构想 该系统以单片机 AT89S52 系列为核心，采用红外线发射管和红外线接收管为发射和接收装置，由反相器芯片反相间接控制 CPU 工作。 在 CPU 程序运行以后控制输出口电平使得蜂鸣器与发光二极管组成的声光报警电路同时进行声光报警。 系统原理框图如图 21所示。 图 21 系统方框图 系统功能设计 本系统通过太阳能电池板为系统提供电源，采用 AT89S52 单片机，直流可调开关 MC34063，反相器 74LS14D 等芯片。 其中， AT89S52 的 ~ 为输出口，而 ~ 为输入口。 P1口连接红外线发射电路， P1 口为低电平时，红外线发射电路导通，正常发射红外线。 P3 口输入经接收红外线电路接收并由反相器反相的电平，当电平到达单片机 CPU 后，若各口均为低电平，则 CPU 不做任何反应，此时不报警；而当红外线被认为挡住而 使接收电路无法接受到时 P3 输入口就会输入高电平，此时当在一定的时间内检测到位于不同位置的光束被遮挡时，由 口输出报警信号，驱动声光报警电路进行报警。 太阳能光 伏发电模块 红外线发射电路 单 片 机 反相器 声光报警电路 红外接收电路 武汉纺织大学 2020届毕业论文 5 3 硬件电路各部分电路设计 太阳能光伏电源部分 太阳能供电系统主要由硅太阳能电池方阵、充电控制器、蓄电池组以及防反充二极管组成，如图 所示： 图 37 太阳能供电系统 按照使用要求，将太阳能电池组件串联或并联组成太阳能电池方阵。 蓄电池是太阳能电池方阵的储能装置。 充电控制器通常由电子 线路和电子开关组成。 其作用如下： 1．当蓄电池过充电或过放电时，可以报警或自动切断线路，保护蓄电池。 2．按需要给出高精度的恒电压或恒电流。 3．当负载短路时，可以自动断开。 4．当蓄电池有故障时可以自动切换，接通备用蓄电池，以保证负载正常用电。 5．防反冲二极管的作用是避免太阳能电池方阵欠压时，蓄电池通过太阳能电池放电。 要求能承受足够大的电流，且正向压降小，反向饱和电流也小 系统均采用 12V（标称值）蓄电池供电，对电源的设计要求是 :  电压：允许变幅 10 20 V。  电流：应能瞬间提供 1A电流；  容量 ：用太阳能浮充蓄电池供电，应保证设备能长期可靠工作。  电池类别：采用大于 10Ah 的密封电池或固体电池。 武汉纺织大学 2020届毕业论文 6 蓄电池组供电、太阳能电池浮充的供电方式。 这种供电方式只要经过合理的设计，都可以保证站点的不间断运行。 它避免了从电源上引入的各种工业干扰和雷击干扰，本系统中采用这种供电方式。 蓄电池组 采用上述电池浮充供电方式时，蓄电池的性能是关键。 在各种蓄电池中，性能最优者属碱性蓄电池，它的低温特性和过量充电性能较好，自动放电小，但价格较高，容量不大，一般的非密封酸性蓄电池电解液容易挥发，不宜在水情监测系统 中使用。 免维护密封酸性蓄电池具有良好的性能价格比，故目前使用较多。 铅酸全密封酸性蓄电池具有良好的低温特性和充电特性，而且免维护，为保证最长连续无日照期间也能供电，必须选择蓄电池的容量。 在本系统中采用胶状电解质全密封免维护铅酸蓄电池作为系统的直流电源。 太阳能浮充供电的蓄电池容量的计算： ： 工作电压： ； 静态电流： 20mA 可计算出日耗电量： QL 24小时 = ： 最大的连续无日照时间：假定最大连续无日照时间为 30天。 容 量修正系数：考虑蓄电池容量周期性的降落和老化，通常选为 ； 因此蓄电池容量： C = 日耗电量最大的连续无日照时间247。 容量修正系数 = 30247。 = 考虑到其他情况，本系统需采用 32Ah 的蓄电池。 太阳能电池板 硅太阳能电池是将光能直接转换成电能的半导体器件。 具有体积小、可靠性高、寿命长、无环境污染、使用维护方便等特点。 它可以单独使用 ,也可以多个连接起来组成在方阵使用，与蓄电池配合可作为直流电源供昼夜、阴雨天连续使用。 硅太阳能电池按制造工艺的不同主要分为单晶 硅和非晶硅太阳能电池： 非晶硅太阳能电池组合板是应用克罗拉标准工艺在玻璃基板上沉积制成的 武汉纺织大学 2020届毕业论文 7 非晶薄膜器件。 其外部采用玻璃密封保护。 由于其生产技术和工艺特点，成本较低。 单晶硅太阳能电池是利用 PN 结的光生伏特效应将太阳能直接转换成电能的一种半导体器件。 根据工作电压和工作电流的需要可将单晶硅太阳能电池串联或并联成组合板并加以封装。 这种太阳能电池结构牢固，其使用寿命长达二十年以上，是一种理想的永久性可再生能源。 对单晶硅太阳能电池而言，常用的充 12V 电池的太阳能电池的最大功率（ Pm）点的电压 VOC为 ，因此 1W的太阳能电池的 ISC 为 60mA。 由于 12V 蓄电池的工作电压 ，太阳能电池充电电流一般为 70mA 左右。 单片机控制系统电路 AT89S52 单片机式一种低功耗，高性能的 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系统可编程 Flash 存储器。 使用 Atmel 公司高密度 非 易失性存储器技术制造，与工业 80S51产品指令和引脚完全兼容。 片上的 Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。 在单芯片上拥有灵巧的 8位 CPU 和在系统可编程 Flash，使得 AT89S52 为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、有效的解 决方案。 单片机 P1 口与红外线发射电路相连， P3 口与红外线接收电路相连， 口连接声光报警电路输出方波脉冲信号驱动声光报警。 X X2 脚与晶振相连，用于定时计数，以形成一秒周期的方波脉冲信号 [12]。 主控芯片的性能以及标准功能 主要性能： 与 MCS51 单片机产品兼容  8K 字节在系统可编程 Flash 存储器  1000 次擦写周期  全静态操作： 0Hz～ 33Hz  三级加密程序存储器  32 个可编程 I/O 口线  三个 16 位定时器 /计数器  八个中断源  全双工 UART 串行通道  低功 耗空闲和掉电模 武汉纺织大学 2020届毕业论文 8 标准功能： AT89S52具有以下标准功能： 8K字节 Flash， 256字节 RAM， 32位 I/O口线，看门狗定时器， 2个数据指针，三个 16位定时器 /计数器，一个 6向量 2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。 另外， AT89S52可降至 0HZ静态逻辑操作，支持两种软件可选择节电模式。 空闲模式下， CPU停止工作，允许 RAM、定时器 /计数器、串口、中断继续工作。 掉电保护方式下， RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。 主控芯片的主要 结构及引脚功能 主体单片机芯片 AT89S52的引脚结构如图 31所示： 图 31 系统方框图 各主要管脚介绍如下： VCC : 电源 GND: 地 P0 口 ： P0 口是一个 8 位漏极开路的双向 I/O 口。 作为输出口，每位能驱动 8 个 TTL 逻辑电平。 对 P0 端口写“ 1”时，引脚用作高阻抗输入。 当访问外部程序和数据存储器时， P0 口也被作为低 8 位地址 /数据复用。 在这种模式下， P0 具有内部上拉电阻。 在 flash 编程时， P0 口也用来接收指令字节；在 武汉纺织大学 2020届毕业论文 9 程序校验时，输出指令字节。 程序 校验时，需要外部上拉电阻。 P1口： P1 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， P1 输出缓冲器能驱动 4 个 TTL 逻辑电平。 对 P1 端口写“ 1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入 口使用。 作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（ IIL）。 此外， 和 分别作定时器 /计数器 2 的外部计数输入（ ）和时器 /计数器 2 的触发输入（ ）。 P2 口： P2 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， P2 输出缓冲器能驱动 4 个 TTL 逻辑电平。 对 P2 端口写“ 1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入 口使用。 作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（ IIL）。 在访问外部程序存储器或用 16 位地址读取外部数据存储器（例如执行 MOVX @DPTR） 时， P2 口送出高八位地址。 在这种应用中，P2 口使用很强的内部上拉发送 1。 在使用 8 位地址（如 MOVX @RI）访问外部数据存储器时， P2 口输出 P2 锁存器的内容。 在 flash 编程和校验时， P2 口也接收 高 8 位地址字节和一些控制信号。 P3 口： P3 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， P2 输出缓冲器能驱动 4 个 TTL 逻辑电平。 对 P3 端口写“ 1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入 口使用。 作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（ IIL）。 P3 口亦作为 AT89S52 特殊功能（第二功能）使用，在 flash 编程和校验时， P3 口也接收一些控制信号 [13]。 如下表 31所示。 表 31 P3口的引脚号及其第二功能 引脚号 第二功能 RXD（串行输入） TXD（串行输出） INT0(外部中断 0) INT0(外部中断 0) T0（定时器 0外部输入） T1（定时器 1外部输入） WR(外部数据存储器写选通 ) RD(外部数据存储器写选通 ) 武汉纺织大学 2020届毕业论文 10 RST: 复位输入。 晶振工作时， RST 脚持续 2 个机器周期高电平将使单片机复位。 看门狗计时完成后， RST 脚输出 96 个晶振周期的高电平。 ALE/PROG：地址锁存控制信号（ ALE）是访问外部程序存储器 时，锁存低 8 位地址的输出脉冲。 在 flash 编程时，此引脚（ PROG）也用作编程输入脉冲。 在一般情况下， ALE 以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可用来作为外部定时器或 时钟使用。 然而，特别强调，在每次访问外部数据存储器时， ALE 脉冲将会跳过。 如果需要，通过将地址为 8EH 的 SFR 的第 0 位置 “ 1”， ALE 操作将无效。 这一位置 “ 1”， ALE 仅在执行 MOVX 或 MOVC 指令时有效。 否则，ALE 将被微弱拉高。 这个 ALE 使 能标志位（地址为 8EH 的 SFR 的第 0 位）的设置对微控制器处于外部执行模式下无效。 PSEN:外部程序存储器选通信号（ PSEN）是外部程序存储器选通信号。 当 AT89S52 从外部程序存储器执行外部代码时， PSEN 在每个机器周期被激活两次，而在访问外部数据存储器时， PSEN 将不被激活。 EA/VPP:访问外部程序存储器控制信号。 为使能从 0000H 到 FFFFH 的外部程序存储器读取指令， EA 必须接 GND。 为了执行内部程序指令， EA 应该。