感应式门铃设计毕业论文.doc
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1、青岛理工大学毕 业 论 文题目: 感应式门铃设计 学生姓名: * * 学生学号: * 院系名称: 机电工程系 专业班级: 计算机辅助设计与制造121班 指导教师: 梁 倩 2014年 6 月 * 日毕业设计(论文)任务书专业 计算机辅助设计与制造 班级 112班 姓名 * 下发日期 2013-11-28 题目感应式门铃设计专题单片机主要内容及要求主要内容: 本论文主要应用红外感应探测技术实现感应式门铃的设计功能,了解感应技术的原理及应用,重点掌握红外感应技术的原理。在探测模块,预选用热释电红外探测模块,只对人体发出的特定红外波长有感应效果,屏蔽了其他外界影响引起的误报。其电路可以自动判别人体的
2、进出方向并使门铃做出不同的响应。完成对整个电路的仿真。要求:(1)了解单片机,并构思单片机选型的思路。(2)绘制电路图,并根据C语言编写源程序。(3)对程序流程进行分析,制作软件流程图 。主要技术参数 (1)该设计中使用STC89C52单片机作为主控制器;(2)仿真系统运用Labcenter公司出品的Proteus进行仿真;(3)单片机程序的开发环境使用Keil4 进行单片机的C语言程序的编写。进度及完成日期2014年4月01日2014年4月25日:搜索论文资料及寻找参考文献,。2014年4月26日2014年5月11日:逐步解决遇到的问题,形成初步的论文框架。 2014年5月12日2014年5
3、月23日:撰写毕业设计论文,形成初稿。2014年5月24日2014年6月15日:根据老师的意见对论文初稿进行整改,并继续完善系统设计。2014年6月16日2014年6月18日:对论文进行细节修改,最终定稿并制作ppt答辩。 系主任签字日期教研室主任签字日期指导教师签字日期指 导 教 师 评 语论文选题符合专业培养目标毕业论文,能够达到综合训练目标,题目有难度,工作量较大。选题具有学术研究(参考)价值(实践指导意义)。该生查阅文献资料能力较强,能较为全面收集关于感应式门铃设计的资料,写作过程中能综合运用感应式门铃设计知识,全面分析感应式门铃设计问题,综合运用知识能力较强。文章篇幅完全符合学院规定
4、,内容较为完整,层次结构安排科学,语言表达流畅,格式比较符合规范要求;参考了较为丰富的文献资料,其时效性较强;综合看来,本人认为,该论文达到了专科毕业水平,同意论文答辩。 指导教师: 年 月 日 青岛理工大学毕业论文评阅意见表设计(论文)题目感应式门铃设计评价项目评价标准(A级)满分评 分ABCDE文献资料利用能力能独立地利用多种方式查阅中外文献;能正确翻译外文资料;能正确有效地利用各种规范、设计手册等。10109876综合运用能力研究方案设计合理;设计方法科学;技术线路先进可行;理论分析和计算正确;动手能力强;能独立完成设计(论文);能综合运用所学知识发现和解决实际问题;研究结果客观真实。2
5、0192017181516131412设计(论文)质量设计(论文)结构严谨;逻辑性强;语言文字表准确流畅;格式、图、表规范;有一定的学术水平或实际价值4037-4032-3628-3125-2724创新能力有较强的创新意识;所做工作有较大突破;设计(论文)有独到见解151513-1411-12109工作量工作量饱满;圆满完成了任务书所规定的各项任务。151513-1411-12109总分是否同意将该设计(论文)提交答辩:是( ) 否( )具体评阅及修改意见: 评阅人: 年 月 日注:1.请按照A级标准,评出设计(论文)各项目的具体得分,并填写在相应项目的评分栏中; 2.计算出总分。若总分60分
6、,“设计(论文)质量”24分,建议不能提交论文评阅乃至答辩。该设计(论文)须限期修改合格后重新申请答辩。 3.评阅意见栏不够可另附页。答 辩 委 员 会 评 语评定成绩周 记说明书(或论文)图 纸答 辩总 评答辩委员会主席签字日 期(5%)(65%)(30%)百分制等级制摘 要本文在掌握热释电红外传感器的基本原理和基本模拟电路、数字电路知识原理(包括与非门,D触发器,三极管,电容,电阻,扬声器等)的基础上,介绍了一种新型的实用的红外探测模块HN911以及双D触发器CD4013的常见应用情况。在此基础上,运用它们设计一个置于店铺门口的用于迎接顾客的红外感应式门铃。它可根据顾客的进出情况作出不同的
7、反应。设计完成后使用Protel对其作了仿真,结果较为理想,外界干扰不大的情况下基本不会误报,但扬声器发声的持续时间较理论值稍短0.2秒,误差9%,但不影响电路工作。论文主要研究了红外感应技术在日常生活中的典型应用,即感应式门铃。通过对它的研究,掌握红外传感器的基本原理,电路设计制作流程以及常用元器件的应用情况。研究结果表明:本文叙述的电路设计方案能达到预想的效果,当人进入时,扬声器立即发出问候语,而离开则不提示,并且可以进行功能拓展。关键词:感应技术,热释电红外传感器,D触发器,红外感应式门铃ABSTRACTThe paper is based on grasping the pyroele
8、ctric infrared sensors basic principles and basic analog circuits, digital circuit theory of knowledge (including non-gate, D flip-flop, transistors, capacitors, resistors, speakers, etc.). Then it introduces a new infrared detection module HN911 and the common usage of the D flip-flopCD4013. On thi
9、s basis, using them to design a infrared sensing doorbell which places shops door to meet customers. According to case that customers pass in and out, it can make different reaction. Final, we use Protel to simulation experimental test. The simulation result shows that the design has good effect. Th
10、ere is no mistake if only a little outside interference. But the continuous sound time of speaker is shorter than the theoretical value of 0.2 seconds, error of 9%. It does not affect the circuit.The paper mainly studies the typical application of infrared sensing technology in the daily lifesensing
11、 doorbell. Through this research, we should master the basic principle of infrared sensing technology, circuit design process and components application.The results show that this paper describes the circuit design to achieve the desired requirements. Ones the people entering the shop, the speaker i
12、mmediately issued greeting. And the doorbell isnt prompted when the people leave.KEY WORDS: Sensing technology , Pyroelectric infrared sensors , D flip-flop ,Infrared sensing doorbell目 录摘 要IABSTRACTII第1章 绪 论21.1 课题研究的背景及意义21.2 国内外研究现状21.3 课题研究的主要内容3第2章 感应式门铃的基本原理42.1 热释电红外传感器42.1.1 红外传感器的类型比较及选用42.1
13、.2 热释电红外传感器概述52.1.3 红外辐射,热释电效应62.1.4 热释电红外传感器的结构及工作原理62.1.5 热释电红外传感器的材料、类别及特性82.1.6 热释电红外传感器的输出信号特性及优缺点82.1.7 菲涅尔透镜92.1.8 热释电红外传感器的安装要求112.2 D触发器122.2.1 主从触发器122.2.2 维持阻塞触发器132.2.3 触发器的动态特性142.3 音乐芯片15第3章 系统设计173.1 系统功能分析173.2 系统整体设计模块173.3 红外探测模块173.3.1 HN911红外探测模块原理183.3.2 电路设计193.4 控制模块203.4.1 CD
14、4013的工作原理203.4.2 CD4013的四种工作方式213.4.3 电路设计253.4.4 器件选择263.5 发声模块263.6 供电模块273.7 系统整体电路图27第4章 系统仿真294.1 仿真工具简介294.2 仿真流程图29第5章 结论30致 谢31参考文献32第1章 绪 论1.1 课题研究的背景及意义门铃历史悠久,现代社会最常见的是电子门铃。早期门铃的作用就是单纯地提醒主人有宾客来访,随着经济的发展,门铃的类型开始多样化,功能作用也开始转变。门铃的类型由有线门铃发展为无线门铃,由单纯的音乐门铃发展到对讲门铃,遥控门铃,可视门铃等。门铃的作用也由单向的提示主人发展为双向的既
15、可提醒主人又可欢迎客人(即宾客也可以听到悦耳的音乐或欢迎语音),既可迎宾又可防盗报警。感应式门铃就是在这种探索研究中产生的。感应式门铃又称迎宾器,是近年才有的常用于商铺,写字楼,工厂起迎宾防盗作用的电子产品。感应式门铃的前身是电子防盗报警器,事先人们用它来防盗的,但后来因为电子防盗报警器发出的声音是刺耳的报警声,对进店的顾客产生消极的影响,后来演变成比较悦耳的声音,特别是叮咚声,您好,欢迎光临等音效备受用户的青睐,顾客一进门就报出欢迎语音,起到了礼貌问候的作用,从而做到提醒店员有人进店和迎宾的双重作用。感应式门铃的研究主要是集中在如何使其感应更灵敏,感应更准确,功能更完善,价格更低廉等方面,目
16、的就是让感应式门铃在各种应用场合中完美地起到迎宾、醒主和防盗报警作用。1.2 国内外研究现状目前感应式门铃主要分光感应式和红外感应式。光感门铃是利用人体反射光线,光敏电阻得到足够大变化的光线,电路产生变化电流触发电路,灵敏度跟物体反射率有关。但光感门铃受环境光照度的影响,黑暗情况下不能正常使用。常见红外感应式门铃使用热释电红外传感器,本身不发射任何信号,当接收到人体辐射的特定红外线中心波长信号时,才会触发电路。光感应式的价格便宜,但是误报率高,因为它的传感核心是光敏电阻,光敏电阻对可见光大部分波长都反应变化,故光线变化可能会触发门铃反应。红外感应式的相比价格较高,但优点是误报极少,加上前面的菲
17、涅尔透镜窗口,从而将误报率降至最低。红外式采用先进微电脑制造技术,无论白天黑夜都可正常使用,即可做门铃使用,也可做独立报警器使用。红外感应式门铃性能卓越,节能易用,灵敏度强,更适合市场的需要,更贴近消费者的生活内容,办公写字楼、家居、商店、工厂等各种场合均可使用,带来方便之余,更带来意想不到的快乐和安全感。总的来说,感应式门铃目前的技术比较成熟,功能也较为完善,成本不高,并且由于通常市面上的感应式门铃都兼迎宾及报警两用,因此应用场合也较为广泛。1.3 课题研究的主要内容本次课题研究内容就是要根据现有的已市场化的感应门铃的制造原理,在掌握感应技术,特别是红外感应技术的基础上,采用红外探测模块加上
18、必要的芯片及元器件,设计一个简易实用廉价的感应式门铃。要求重点在于掌握设计原理,并将书本所学与实际结合起来,提高实践能力,熟悉电路设计的基本流程与方法,熟悉常用电子元器件、芯片的参数并能熟练使用它们,熟练运用Protel软件对电路进行仿真。通过研究设计感应式门铃,熟悉感应探测技术的具体应用,为以后的科研和制作积累经验。第2章 感应式门铃的基本原理2.1 热释电红外传感器2.1.1 红外传感器的类型比较及选用红外传感器可分为两类:主动式红外传感器和被动式红外传感器。下面对这两种传感器的基本情况分别加以介绍,再结合本课题的设计要求,选择一种最合适的红外传感器类型进行课题研究。(1)主动式红外传感器
19、主动红外传感器由红外发射机、红外接收机组成。分别置于收、发端的光学系统一般采用的是光学透镜,起到将红外光束聚焦成较细的平行光束的作用,以使红外光的能量能够集中传送。红外光在人眼看不见的光谱范围,有人经过这条无形的封锁线,必然全部或部分遮挡红外光束,接收端输出的电信号的强度会因此产生变化,从而启动后续电路进行工作。主动式红外传感器遇到小动物、树叶、沙尘、雨、雪、雾遮挡则不应输出有效信号,人或相当体积的物品遮挡将输出有效信号。由于光束较窄,收发端安装要牢固可靠,不应受地面震动影响,而发生位移引起误报,光学系统要保持清洁,注意维护保养。因此主动式传感器所探测的是点到点,而不是一个面的范围。其特点是探
20、测可靠性非常高。但若对一个空间进行布防,则需有多个主动式传感器,价格昂贵。主动式传感器常用于博物馆中单体贵重文物展品的布防以及工厂仓库的门窗封锁、购物中心的通道封锁、停车场的出口封锁、家居的阳台封锁等等。 主动式红外传感器有单光束、双光束、四光束之分。以发射机与接收机设置的位置不同分为对向型安装方式和反射式按装方式,反射型安装方式的接收机不是直接接收发射机发出的红外光束,而是接收由反射镜或适当的反射物(如石灰墙、门板表面光滑的油漆层)反射回的红外光束。当反射面的位置与方向发生变化或红外发射光束和反射光束之一被阻挡而使接收机无法接收到红外反射光束时输出有效信号。当使用较多的传感器进行防范布局时应
21、该注意消除射束的交叉误射。(2)被动式红外传感器我们之所以称为被动式红外传感器,即传感器本身不发射任何能量而只被动接收、探测来自环境的红外辐射。传感器安装后数秒种已适应环境,在无人或动物进入探测区域时,现场的红外辐射稳定不变,一旦有人体红外线辐射进来,经光学系统聚焦就使热释电器件产生突变电信号,而发出警报。被动红外传感器形成的警戒线一般可以达到数十米。 被动式红外传感器主要由光学系统、热传感器(或称为红外传感器)等部分组成。其核心是红外探测器件,通过关学系统的配合作用可以探测到某个立体防范空间内的热辐射的变化。红外传感器的探测波长范围是814m,人体辐射的红外峰值波长约为10m,正好在范围以内
22、 被动式红外传感器(Passive Infared Detector,PIR)根据其结构不同、警戒范围及探测距离也有所不同,大致可以分为单波束型和多波束型两种。单波束PIR采用反射聚焦式光学系统,利用曲面反射镜将来自目标的红外辐射汇聚在红外传感器上。这种方式的传感器境界视场角较窄,一般在5以下,但作用距离较远,可长达百米。因此又称为直线远距离控制型被动红外传感器,适合保护狭长的走廊、通道以及封锁门窗和围墙。多波束型采用透镜聚焦式光学系统,目前大都采用红外塑料透镜多层光束结构的菲涅尔透镜。这种透镜是用特殊塑料一次成型,若干个小透镜排列在一个弧面上。警戒范围在不同方向呈多个单波束状态,组成立体扇形
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