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基于stc12c5410ad單片機(jī)的煙霧報警控制系統(tǒng)設(shè)計(參考版)

2024-11-12 20:00本頁面
  

【正文】 RS。 } } if(clear_biao==1)//清除報警顯示 { jia5++。 if(jia3=20)//定時 1S { jia3=0。amp。amp。amp。 YS=1。 if(jia2=30)//定時 5 分 30 { jia2=0。 if(jia1=200)//定時 10S { jia1=0。HowellInformationandLearningCompany,2020:2. [16]DeSalvoB,estigationofnonvolatilememorydataretention[J].IEEETransElectronDevices,1999,46(7):1518. [17] 黃 再銀 .帶 看 門狗 和電 源監(jiān) 控功 能 的復(fù) 位芯 MAX813L[P].電子世界 ,2020(3):3940 [18]黃新友 ,高春華 .燒結(jié)溫度對大功率超薄型壓電蜂鳴器用壓電陶瓷結(jié)構(gòu)和性能的影響 [M].中國陶瓷工業(yè) .2020,10(2):2224. [19] 于 冶 會 . 對 調(diào) 整 儀 表 用 蜂 鳴 器 振 動 規(guī) 范 的 探 討 [J]. 傳 感 器 世界 ,2020(1):3538. [20]邵子揚 ,黃保明 ,劉海濤 .Keil 軟件仿真的串口調(diào)試技巧 [M].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用 ,2020(7):7678. [21]陳曉莉 ,張俊濤 .KEILC51 單片機(jī)仿真器的設(shè)計 [M].微計算機(jī)信息 (嵌入式與SOC),2020,2(2):1920. [22]魏東 .KeilC51 總線外設(shè)操作問題的深入分析 [M].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用 ,2020(2):7879. [23] 曹 珍 貫 . 在 單 片 機(jī) 中 用 插 值 法 實 現(xiàn) 線 性 化 器 [M]. 工 礦 自 動化 ,2020(6):4445. [24]王勇 ,冷劍青 ,徐健健 .基于單片機(jī)的室內(nèi) 一氧化碳安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計 [J].工業(yè)儀表與自動化裝置 ,2020(4):1922. 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f(xi)為區(qū)間上限點煙霧 LEL 濃度值,根據(jù)公式 51計算出 7個直線方程式,如下: 濃度( %) 電壓( V) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 (1)0%~10%LELf(x)=?+ (2)10%~20%LELf(x)=?+ (3)20%~40%LELf(x)=?+ (4)40%~50%LELf(x)=?+ (5)50%~60%LELf(x)=?+ (6)60%~80%LELf(x)=?+ (7)80%~100%LELf(x)=?+ 經(jīng)實驗的標(biāo)定,實際煙霧濃度與顯示濃度誤差對比如表 所示: 表 分段線性化誤差數(shù)據(jù) 濃度( %LEL) 濃度誤差 濃度( %LEL) 濃度誤差 0 0 50 5 5 3 55 3 10 1 60 0 15 4 65 2 20 3 70 3 25 1 75 5 30 5 80 2 35 3 85 4 40 2 90 3 45 5 95 5 根據(jù)誤差計算公式 X=i,在本實驗中 N為 20,計算本報警器顯示煙霧濃度與實際濃度之間的誤差為 %,在所規(guī)定誤差范圍177。煙霧濃度與測量電壓值線性化示意圖如圖 所示。 表 實際甲烷煙霧與送入單片機(jī)的電壓值對應(yīng)數(shù)據(jù) 從 該曲線可以看出,電壓值與煙霧濃度之間是非線性關(guān)系,為了實時顯示氣體濃度,需要對其進(jìn)行線性化處理,使顯示的煙霧濃度與實際誤差在177。 實驗數(shù)據(jù)分析 因為家用煤氣中主要成分為甲烷,所以本實驗在煙霧標(biāo)定時,選用甲烷煙霧。當(dāng)檢測儀數(shù)值到達(dá) 20%LEL 報警點時,相當(dāng)于此時甲烷的含量為 1%體積比。甲烷在空氣濃度為 9%11%時遇明火爆炸 ,高于 11%或低于 9%都不爆炸。因此,在 進(jìn)行爆炸測量時,報警濃度一般設(shè)定在爆炸下限的 25%LEL 以下。 爆炸極限是爆炸下限、爆炸上限的總稱,可燃煙霧在空氣中的濃度只有在爆炸下限、爆炸上限之間才會發(fā)生爆炸。另外,可燃?xì)獾娜紵c爆炸還與煙霧的壓力、溫度、點火能量等因素有關(guān)。 有關(guān)權(quán)威部門和專家已經(jīng)對目前發(fā)現(xiàn)的可燃?xì)庾髁巳紵ǚ治?,制定出了煙霧的爆炸極限,它分為爆炸上限和爆炸下限。另一類燃燒,是可燃?xì)馀c空氣混合著火燃燒,這種燃燒反應(yīng)激烈而速度快,一般會產(chǎn)生巨大的壓力和聲響,又稱之為爆炸。燃燒是伴有發(fā)光發(fā)熱的激烈氧化反應(yīng),它必須具備三個要素:可燃物(燃?xì)猓恢嘉铮ㄑ鯕猓?;點火源(溫度)。可燃煙霧在空氣中遇明火種爆炸的最高濃度,稱為爆炸上 限 (UpperExplosionLimited),簡稱 UEL。 “ LEL”是指爆炸下限。按鍵處 理子程序流程圖如圖 所示。報警子程序流程圖如圖 所示。 } 報警子程序設(shè)計及流程圖 當(dāng)煙霧濃度超過報警設(shè)定值時,報 警器發(fā)出一種近似警笛的鳴叫聲,對應(yīng)通道的紅燈閃亮,以提示操作人員采取安全對策或自動控制相關(guān)安全裝置,從而保障生產(chǎn)安全,避免火災(zāi)和爆炸事故的發(fā)生。 圖 中位值平均濾波法程序流程圖 煙霧濃度顯示子程序設(shè)計及流程圖 本設(shè)計采用數(shù)碼管顯示,線性化處理完畢后需將其送入數(shù)碼管顯示。即調(diào)用 A/D 連續(xù)進(jìn)行 10 次采樣,去 掉其中的最大值和最小值,計算其余 8 個值的平均值,將這個平均值送入寄存器。保證報警器檢測煙霧濃度的準(zhǔn)確性,減小誤報、錯報的可能。 為此,可采取中位值平均濾波法 (又稱防脈沖干擾平均濾波法 ),先對 N 個采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行比較,去掉其中的最大值和最小值,然后計算余下的 N– 2 個數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值。干擾通常只影響個別采樣點的數(shù)據(jù),此數(shù)據(jù)與其他采樣點的數(shù)據(jù)相差比 較大。接下來定時器 0 中斷允許位置 1,打開定時器 0,關(guān)閉蜂鳴器,開啟綠燈,設(shè)置報警限初值。然后設(shè)置定時器 0,選擇方式 1。給傳感器預(yù)熱后,程序開始執(zhí)行初始化子程序,這部分實現(xiàn)的功能包括各種 I/O 口輸入輸出狀態(tài)的設(shè)定、寄存器初始化、中斷使能等。主程序還包括狀態(tài)指示燈及按鍵功能設(shè)置,中斷子程序等,使報警器功能更加完善,給用戶帶來便利。 STC12C5410AD 單片機(jī) 對傳感器檢測的煙霧濃度信號進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換、平均值法濾波、線性化處理后,將濃度值與報警限設(shè)定值相比較,判斷是否報警。程序初始化結(jié)束后,系統(tǒng)進(jìn)入監(jiān)控狀態(tài)。 主程序設(shè)計及流程圖 主程序流程圖如圖 所示。 用戶可以通過調(diào)試環(huán)境軟件的人機(jī)對話界面,檢查或修改 Flash 芯片內(nèi)的各種存儲器、寄存器的數(shù)據(jù)。當(dāng)用戶將源程序 (匯編語言或 C 語言 )經(jīng)語法檢查無誤并生成代碼時,就可以將程序代碼下載到 Flash 芯片中 [31],而用戶的系統(tǒng)可以是在線狀態(tài)。本論文程序調(diào)試過程中,使用的是 版。 ABS 文件由 OH51 轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的 Hex 文件,以供調(diào)試器 dScope51 或 tScope51 使用進(jìn)行源代碼級調(diào)試,也可由仿真器使用直接對目標(biāo)板進(jìn)行調(diào)試,也可以直接寫入程序存貯器如 EPROM 中。然后分別由 C51 及 A51 編譯器編譯生成目標(biāo)文件 (.OBJ)。 C51 工具包的整體結(jié)構(gòu)中,μ Vision 與 Ishell 分別是 C51forWindows 和forDos 的集成開發(fā)環(huán)境 (IDE),可以完成編輯、編譯、連接、調(diào)試、仿真等整個開發(fā)流程。另外重要的一點, KeilC51 生成的目標(biāo)代碼效率非常之高,多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊,容易理解。 4. 煙霧檢測報警器的軟件設(shè)計 STC12 系列單片機(jī)調(diào)試及開發(fā)工具 系統(tǒng)的軟件編程使用的是美國 KeilSoftware 公司出品的 KeilC51,是 51系列兼容單片機(jī) C 語言軟件開發(fā)系統(tǒng),與匯編相比, C 語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢。 圖 傳感器電源連接自診斷電路 (2)判斷傳感器信號端連接情況 另一種情況是判斷傳感器信號端是否連接正確,此時不需要外加電路,在傳感器預(yù)熱 2 分鐘后,測量傳感器信號的輸出電壓,如果電壓為 5V,則說明傳感器的 信號端連接不正常。 圖 狀態(tài)指示燈電路圖 圖 控制按鍵連接示意圖 報警器故障自診斷電路 (1)判斷傳感器電源連接情況 在傳感器的地端串聯(lián)一個電阻 R6。 當(dāng)煙霧濃度超過報警限,報警器發(fā)出鳴叫,用戶到達(dá)現(xiàn)場,可按下按鍵停止報警器鳴叫。黃燈閃亮表示傳感器加熱絲或者電纜發(fā)生斷線或者接觸不良。單片機(jī) STC12C5410AD 的 18 腳()、 12 腳 ()、 13 腳 (),控制輸出的狀態(tài)指示燈。 C 顯示方式:反射式正顯示存儲溫度: 20~ +60176。 圖 聲音報警電路圖 數(shù)碼管顯示電路 報警器濃度顯示采用共陽數(shù)碼管。當(dāng)單片機(jī) STC12C5410AD 的 17 腳 ()置 1時,三極管 Q1導(dǎo)通,蜂鳴器報警。 圖 前置放大電路圖 聲音報警電路 聲音報警電路圖如圖 所示。所以調(diào)節(jié)滑動變阻器,就可以直接改變放大電路的參考電壓。此放大電路還加了參考電壓,引入了零點調(diào)節(jié)功能,這樣可以更方便的調(diào)整由于不同傳感器導(dǎo)致的零點變化問題。 (3)由于引入了深度電壓串聯(lián)負(fù)反饋,因此電路的輸入阻抗很高,輸出阻抗很低。 (2)電壓放大倍數(shù) A=1+R4R3,即輸出電壓與輸入電壓的幅值成正比,且相位相同,所以此電路實現(xiàn)了同相比例放大。同相比例運算電路有以下幾個特點: (1)同相比例運算放大電路是一個深度的電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路。 同相比例運算電路中反饋的組態(tài)為電壓串聯(lián)負(fù)反饋,同樣可以利用理想運放工作在線性區(qū)時的兩個特點來分析其電壓放大倍數(shù)。 LM324 是單片高增益四運算放大器,可在較寬電壓范圍內(nèi)的單電源或雙電源下工作,其電源電流很小且與電源電壓無關(guān),四個運放一致性好;其輸入偏流電阻是溫度補償?shù)模膊恍柰饨宇l率補償,可做到輸出電平與數(shù)字電路兼容。由于系統(tǒng)采用的是單極性供電,所以采用同相比例放大電路,可以減少硬件開銷;反之,如果采用反相放大,則一般需要利用雙極性供電,這就需要系統(tǒng)額外的利用變壓芯片產(chǎn)生一個負(fù)壓,這顯然會造成浪費。 煙霧檢測報警器硬件電路設(shè)計 信號采集及前置放大電路 傳感器輸出信號一般比較微弱,需要經(jīng)過前置電路對其進(jìn)行放大、濾波
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