2023年计算机课设说明书.pdf

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1、（新）计算机课设说明书 1 第一章 设计场景和设计任务 1 设计场景描述 本设计主要以 STC89C52单片机为主，以火焰传感器、3*4 矩阵键盘等电路来实现安防，外加液晶显示，火焰报警，蓝牙通信检测室温等功能 2 设计任务功能描述 当室内不小心发生明火，火焰传感器会收到信号，收到信号后将数据传送给单片机处理并报警，温度传感器实时监测室内温度，当温度超过设定值时报警，并将数据通过蓝牙给手机一个提醒信号，当信号符合设定值时，正常显示室内温度。LCD1602显示屏显示时间、室内温度。3*4 矩阵键盘主要实现密码锁，密码可输入三次，当密码输入错误一次，蜂鸣器报警一次，密码输入错误三次，蜂鸣器长鸣报警

2、，通过蓝牙给手机传送一个提醒信号。第二章 方案设计与论证 1 设计原理框图 （新）计算机课设说明书 2 2 系统工作原理说明 火焰传感器：检测是否着火，如果检测到有火焰，火焰传感器将数据传给 D/A 进行模数转换后将数据传给单片机，通过蜂鸣器报警，并通过蓝牙传给手机提醒。温度传感器：检测室内温度，将检测到的温度通过单片机传给液晶显示，手机也可以通过蓝牙实时看到室内温度 3*4 矩阵键盘：利用 3*4 矩阵键盘设定值为 0-9，确定和更改，单片机 3*4 矩阵键盘 火焰传感器 液晶显示 时钟模块 报 警 蓝 牙 手 机 温度传感器 器会收到信号收到信号后将数据传送给单片机处理并报警温度传感器实时

3、监测室内温度当温度超过设定值时报警并将实现密码锁密码可输入三次当密码输入错误一次蜂鸣器报警一次密码输入错误三次蜂鸣器长鸣报警通过蓝牙给手机传片机液晶显示时钟模块蓝牙手机系统工作原理说明火焰传感器检测是否着火如果检测到有火焰火焰传感器将数据传给（新）计算机课设说明书 3 进行密码输入，密码设置为四位，密码可输入三次，密码输入错误一次，蜂鸣器报警一次，密码输入错误三次，蜂鸣器长鸣报警，通过蓝牙传送给手机 液晶显示：显示温度传感器检测到的温度，时间。报警：使用蜂鸣器报警，如果室内有异常单片机给信号，蜂鸣器报警。蓝牙：火焰传感器，密码输入锁，温度传感器所检测到的数据都活通过蓝牙传送到手机，手机壳实时监

4、测室内情况。3 针对框图中的每一个单元进行方案比较与论证 火焰传感器方案比较 方案一：火焰传感器 根据火焰的光特性，目前使用的火焰探测器有三种:一种是对火焰中波长较短的紫外光辐射敏感的紫外探测器;另一种是对火焰中波长较长的红外光辐射敏感的红外探测器;第三种是同时探测火焰中波长较短的紫外线和波长较长的红外，火焰探测器是探测在物质燃烧时，产生烟雾和放出热量的同时，也产生可见的或大气中没有的不可见的光辐射。响应速度快，探测间距远，适应环境性好，方案二：烟雾传感器 1.能选择性地检测某种单烟雾，而对共存的其它烟雾不响应或低响应;2.对被测烟雾具有较高的灵敏度，能有效地检测允许范围内的烟器会收到信号收到

5、信号后将数据传送给单片机处理并报警温度传感器实时监测室内温度当温度超过设定值时报警并将实现密码锁密码可输入三次当密码输入错误一次蜂鸣器报警一次密码输入错误三次蜂鸣器长鸣报警通过蓝牙给手机传片机液晶显示时钟模块蓝牙手机系统工作原理说明火焰传感器检测是否着火如果检测到有火焰火焰传感器将数据传给（新）计算机课设说明书 4 雾浓度;3.对检测信号响应速度快，重复性好;4.长期工作稳定性好;5.使用寿命长;6.制造成本低，使用与维护方便。二、温度传感器方案比较 方案一：数字式温度传感器：将驱动电路、信号处理电路以及必要的逻辑控制电路集成在单片 IC 上，具有实际尺寸小、使用方便、灵敏度高、线性度好、响应

6、速度快等优点。方案二：模拟式温度传感器：将敏感元件、A/D转换单元、存储器等集成在一个芯片上，直接输出反应被测温度的数字信号，使用方便，但响应速度较慢(100ms 数量级)。三、实时监测系统方案比较 方案一：LCD1602液晶显示屏：1.显示质量高。由于液晶显示器每一个点在收到信号后就一直保持那种色彩和亮度，恒定发光，而不像阴极射线管显示器（CRT）那样需要不断刷新新亮点。因此，液晶显示器画质高且不会闪烁 2.数字式接口。液晶显示器都是数字式的，和单片机系统的接口更加简单可靠，操作更加方便。3.功耗低。相对而言，液晶显示器的功耗主要消耗在其内部的电极和驱动 IC 上，因而耗电量比其它显示器要少

7、得多。4.体积小、重量轻。液晶显示器通过显示屏上的电极控制液晶分器会收到信号收到信号后将数据传送给单片机处理并报警温度传感器实时监测室内温度当温度超过设定值时报警并将实现密码锁密码可输入三次当密码输入错误一次蜂鸣器报警一次密码输入错误三次蜂鸣器长鸣报警通过蓝牙给手机传片机液晶显示时钟模块蓝牙手机系统工作原理说明火焰传感器检测是否着火如果检测到有火焰火焰传感器将数据传给（新）计算机课设说明书 5 子状态来达到显示的目的，在重量上比相同显示面积的传统显示器要轻得多。方案二:七段数码管：1.能在低电压、小电流条件下驱动发光，能与 CMOS.TTL电路兼客。2.发光响应时间极短(0.1us),高频特性

8、好，单色性好，亮度高。3.体积小，重量轻，抗冲击性能好。4.寿命长，夜用寿命在 10 万小时以上，甚至可达 100 万小时。成本低。四、无线通信方案比较 蓝牙和 WiFi:蓝牙和 WIFI都属于无线通信网络标准。它们的相同点是都工作在 ISM2.4GHz公共频段。不同的地方是，蓝牙使用的是 FHSS(跳频扩谱)方式，一般每秒钟跳变 1600 次，将 83.5MHz的频带划分为 79 个频带信道，每个时刻只占 1MHz的带宽。调制方式是 GFSK(高斯频移键控)，可以同时进行数据和语音的无线通信，通信距离一般是 10 米，在今年 4 月份推出的最新的版本 Bluetooth4.0传输距离可以达到

9、 50 米。现在各种数码产品中基本上都可以集成蓝牙功能，比如，手机，耳机，打印机，键鼠，相机等等，使用范围极其广泛。而 wifi所使用的协议时 IEEE802.11b 局域网协议，它的传输范围 100 米，速度最大可以达到 11Mbps，使用的是 DSSS(直序列扩频)和 QPSK或 BPSK(相移键控)，带宽是 22MHz。主要提供的是无线上网业务，因此经常可以在需要无线移动上网的设备中看到它的身影，器会收到信号收到信号后将数据传送给单片机处理并报警温度传感器实时监测室内温度当温度超过设定值时报警并将实现密码锁密码可输入三次当密码输入错误一次蜂鸣器报警一次密码输入错误三次蜂鸣器长鸣报警通过蓝

10、牙给手机传片机液晶显示时钟模块蓝牙手机系统工作原理说明火焰传感器检测是否着火如果检测到有火焰火焰传感器将数据传给（新）计算机课设说明书 6 比如笔记本，PDA，智能手机等。还有一点，蓝牙属于 WPAN 无线个域网，楼上的说的差不多，即点对点。而 wifi属于 WLAN 无线局域网，多个终端同时传输的网路模式。由于两者在同一频段工作，它们之间的互干扰问题一直是讨论的焦点 第三章 硬件设计 针对系统的每一个单元进行详细硬件设计 具体包括：一、器件选型：火焰传感器：基于红外接收管设计的传感器模块，可用于检测火焰（红外光线），经常使用于灭火机器人中，探测角度 40 度左右。红外线接收管是将红外线光信号

11、变成电信号的半导体器件；它的核心部件是一个特殊材料的 PN结，和普通二极管相比，在结构上采取了大的改变，红外线接收管为了更多更大面积的接收入，电流则随之增大。1.规格参数 1）供电电压：DC3.3-5V 推荐 5V 2）使用芯片：LM393 3）检测距离：0-300mm 4）灵敏度：可调 5）安装孔径：3mm 6）模块尺寸：28*23*7.3mm（长*宽*高）7）孔间距：15mm 8）模块重量：3.3g 器会收到信号收到信号后将数据传送给单片机处理并报警温度传感器实时监测室内温度当温度超过设定值时报警并将实现密码锁密码可输入三次当密码输入错误一次蜂鸣器报警一次密码输入错误三次蜂鸣器长鸣报警通过

12、蓝牙给手机传片机液晶显示时钟模块蓝牙手机系统工作原理说明火焰传感器检测是否着火如果检测到有火焰火焰传感器将数据传给（新）计算机课设说明书 7 2.引脚说明 1)G-Gnd(地)2)V-Vcc(电源+5V)3)P24 P24(信号)温度传感器:DS18B20 是一种单总线数字温度传感器，测试温度范围-55-125，具有体积小，硬件开销低，抗干扰能力强，精度高的特点。单总线，意味着没有时钟线，只有一根通信线。单总线读写数据是靠控制起始时间和采样时间来完成，所以时序要求很严格，这也是 DS18B20驱动编程的难点.1.引脚图 1)GND为电源地 2)DQ为数字信号输入/输出端 3)VDD为外接供电电

13、源输入端（在寄生电源接线方式时接地）。1602 显示屏，是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。它由若干个 5X7或者 5X11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符，每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用，正因为如此所以它不能很好地显示图形。1.管脚功能 1602 采用标准的 16 脚接口，其中：第 1 引脚：GND 为电源地 第 2 引脚：VCC接 5V电源正极 器会收到信号收到信号后将数据传送给单片机处理并报警温度传感器实时监测室内温度当温度超过设定值时报警并将实现密码锁密码可输入三次当密码输入错误一次蜂鸣器报警一次密码输入错误

14、三次蜂鸣器长鸣报警通过蓝牙给手机传片机液晶显示时钟模块蓝牙手机系统工作原理说明火焰传感器检测是否着火如果检测到有火焰火焰传感器将数据传给（新）计算机课设说明书 8 第 3 引脚：V0为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高。第 4 引脚：RS为寄存器选择，高电平 1 时选择数据寄存器、低电平 0 时选择指令寄存器。第 5 引脚：RW为读写信号线，高电平(1)时进行读操作，低电平(0)时进行写操作。第 6 引脚：E(或 EN)端为使能(enable)端,高电平（1）时读取信息，负跳变时执行指令。第 714 引脚：D0D7为 8 位双向数据端。第 1516 脚：空脚或背

15、灯电源。第 15 引脚背光正极。第 16 引脚背光负极。2.特性 3.3V 或 5V 工作电压，对比度可调，内含复位电路，提供各种控制命令,如：清屏、字符闪烁、光标闪烁、显示移位等多种功能。蓝牙串口通信模块是新一代基于 BluetoothSpecificationV4.0 BLE蓝严协议的数传模块。无线工作频段为 2.4GHz ISM 调制方式是GFSK模块最大发射功率为 4dBm接收灵敏度 93dBm，空旷环境下和iphone4s 可以实现 80 来超远距离通信。1.32HC-08蓝牙引脚定义 通常情况下，只需要用到了脚、2 脚、1 脚、13 脚，引脚定义如表 3-1:器会收到信号收到信号后

16、将数据传送给单片机处理并报警温度传感器实时监测室内温度当温度超过设定值时报警并将实现密码锁密码可输入三次当密码输入错误一次蜂鸣器报警一次密码输入错误三次蜂鸣器长鸣报警通过蓝牙给手机传片机液晶显示时钟模块蓝牙手机系统工作原理说明火焰传感器检测是否着火如果检测到有火焰火焰传感器将数据传给（新）计算机课设说明书 9 引脚 定义 I/O 方向 说明 1 TXD 输出 URAT 输出口，3.3V TTL 电平 2 RXD 输入 URAT 输入口，3.3V TTL 电平 12 VCC 电源脚 电源脚，要求直流 3.3V 电源，供电电流不小于 100mA 13 GND 接地 器会收到信号收到信号后将数据传送

17、给单片机处理并报警温度传感器实时监测室内温度当温度超过设定值时报警并将实现密码锁密码可输入三次当密码输入错误一次蜂鸣器报警一次密码输入错误三次蜂鸣器长鸣报警通过蓝牙给手机传片机液晶显示时钟模块蓝牙手机系统工作原理说明火焰传感器检测是否着火如果检测到有火焰火焰传感器将数据传给（新）计算机课设说明书 1 0 器会收到信号收到信号后将数据传送给单片机处理并报警温度传感器实时监测室内温度当温度超过设定值时报警并将实现密码锁密码可输入三次当密码输入错误一次蜂鸣器报警一次密码输入错误三次蜂鸣器长鸣报警通过蓝牙给手机传片机液晶显示时钟模块蓝牙手机系统工作原理说明火焰传感器检测是否着火如果检测到有火焰火焰传感

18、器将数据传给（新）计算机课设说明书 1 1 器会收到信号收到信号后将数据传送给单片机处理并报警温度传感器实时监测室内温度当温度超过设定值时报警并将实现密码锁密码可输入三次当密码输入错误一次蜂鸣器报警一次密码输入错误三次蜂鸣器长鸣报警通过蓝牙给手机传片机液晶显示时钟模块蓝牙手机系统工作原理说明火焰传感器检测是否着火如果检测到有火焰火焰传感器将数据传给（新）计算机课设说明书 1 2 9 工作原理 红外接收管将光信号（不可见光）转换成电信号一般是接收、放大、解调一体头，红外信号经接收管解调后，数据“0”和“1”的区别器会收到信号收到信号后将数据传送给单片机处理并报警温度传感器实时监测室内温度当温度超

19、过设定值时报警并将实现密码锁密码可输入三次当密码输入错误一次蜂鸣器报警一次密码输入错误三次蜂鸣器长鸣报警通过蓝牙给手机传片机液晶显示时钟模块蓝牙手机系统工作原理说明火焰传感器检测是否着火如果检测到有火焰火焰传感器将数据传给（新）计算机课设说明书 1 3 通常体现在高低电平的时间长短或信号周期上，单片机解码时，通常将接收头输出脚连接到单片机的外部中断，结合定时器判断外部中断间隔的时间从而获取数据。重点是找到数据“0”与“1”间的波形差别。一般与可见光、红外光谱匹配或配对于红外发射管使用，环境光照强的情况下，检测火焰，会有所干扰。主要应用 接收讯号的设备；火灾烟雾警报器；收款、售票、游戏与贩卖机系

20、统的条形码读取装置；车辆的雨水与操控；与一般感测的用途上使用。3 单元电路工作原理 4*4 键盘工作原理：1，矩阵键盘又称为行列式键盘，它是用 4 条 I/O 线作为行线，4 条I/O 线作为列线组成的键盘。在行线和列线的每一个交叉点上，设置个按键。这样键盘中按键的个数是 4x4 个。这种行列式键盘结构能够有效地提高单片机系统中 I/O 口的利用率。2，火焰传感器：红外接收管将光信号（不可见光）转换成电信号一般是接收、放大、解调一体头，红外信号经接收管解调后，数据“0”和“1”的区别通常体现在高低电平的时间长短或信号周期上，单片机解码时，通常将接收头输出脚连接到单片机的外部中断，结合定时器判断

21、外部中断间隔的时间从而获取数据。重点是找到数据“0”与“1”间的波形差别。一般与可见光、红外光谱匹配或配对于红外发射管使用，环境光照强的情况下，检测火焰，会有所干扰 器会收到信号收到信号后将数据传送给单片机处理并报警温度传感器实时监测室内温度当温度超过设定值时报警并将实现密码锁密码可输入三次当密码输入错误一次蜂鸣器报警一次密码输入错误三次蜂鸣器长鸣报警通过蓝牙给手机传片机液晶显示时钟模块蓝牙手机系统工作原理说明火焰传感器检测是否着火如果检测到有火焰火焰传感器将数据传给（新）计算机课设说明书 1 4 3，LCD1602液晶显示屏：LCD1902是一种工业字符型液晶，能够同时显示 16x02 即

22、32 个字符。LCD1602液晶显示的原理是利用液晶的物理特性，通过电压对其显示区域进行控制，即可以显示出图形。4，温度传感器：DS18B20 是一种单总线数字温度传感器，测试温度范围-55-125，具有体积小，硬件开销低，抗干扰能力强，精度高的特点。单总线，意味着没有时钟线，只有一根通信线。单总线读写数据是靠控制起始时间和采样时间来完成，所以时序要求很严格，这也是 DS18B20 驱动编程的难点。5，蓝牙：蓝牙设备使用无线电波连接手机和电脑。蓝牙产品包含一块小小的蓝牙模块以及支持连接的蓝牙无线电和软件。当两台蓝牙设备想要相互交流时，它们需要进行配对。蓝牙设备之间的通信在短程（被称为微微网，指

23、设备使用蓝牙技术连接而成的网络）的临时网络中进行 6，报警.：无源蜂鸣器，也称电磁式蜂鸣器，主要由永磁体，线圈，振荡片构成。发声过程为：外部按一定频率提供驱动一个振荡信号（一定占空比的方波，该信号作用于线圈，产生的磁声与永磁体共同作用，使一片金属片（振荡片）发生振动，从而发出声音。7，时钟模块：时钟电路就是一个振荡器，给单片机提供一个节拍，单片机执行各种操器会收到信号收到信号后将数据传送给单片机处理并报警温度传感器实时监测室内温度当温度超过设定值时报警并将实现密码锁密码可输入三次当密码输入错误一次蜂鸣器报警一次密码输入错误三次蜂鸣器长鸣报警通过蓝牙给手机传片机液晶显示时钟模块蓝牙手机系统工作原

24、理说明火焰传感器检测是否着火如果检测到有火焰火焰传感器将数据传给（新）计算机课设说明书 1 5 作必须在这个节拍的控制下才能进行。因此单片机没有时钟电路是不会正常工作的。时钟电路本身是不会控制什么东西，而是你通过程序让单片机根据时钟来做相应的工作。在 MCS 51 单片机片内有一个高增益的反相放大器，反相放大器的输入端为 XTAL1，输出端为 XTAL2，由该放大器构成的振荡电路和时钟电路一起构成了单片机的时钟方式。根据硬件电路的不同，单片机的时钟连接方式可分为内部时钟方式和外部时钟方式，4 必要的参数计算与整定 第四章 软件设计 1，软件拓扑图 器会收到信号收到信号后将数据传送给单片机处理并报警温度传感器实时监测室内温度当温度超过设定值时报警并将实现密码锁密码可输入三次当密码输入错误一次蜂鸣器报警一次密码输入错误三次蜂鸣器长鸣报警通过蓝牙给手机传片机液晶显示时钟模块蓝牙手机系统工作原理说明火焰传感器检测是否着火如果检测到有火焰火焰传感器将数据传给