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单片机论文
单片机在工业领域的应用
——报警系统的研究
学院
信息工程学院
专业
通信工程
班级
090441
姓名
易灵
学号
09044113
指导教师
陈锐
2012年4月21日
目录
摘要………………………………………………………...1
关键词………………………………………………………1
前言…………………………………………………….......1
一、火灾智能报警控制系统基本功能及硬件组成……...2
二、报警系统软件设计……………………………..…….3
三、系统可靠性分析…………………………………..….6
四、结论…………………………………………………...7
参考文献…………………………………………………...8
基于单片机的报警系统的研究
摘要:
本文深入地研究了火灾报警控制器的理论,阐述了研制一个能实际应用的火灾报警控制器硬件部分和软件部分的方法和过程。
基于单片机通过综合判断最后判断火灾情况进行报警.系统增加了通信模块,采用HAC—UM系列微功率无线数传模块实现了单片机控制器与上位机之间的通信,从而达到无线遥控系统的功能,给维修或者检测带来很大方便,具有重要的现实指导意义。
关键词:
单片机;报警系统;嵌入式;可靠性分析
前言
随着我国的经济建设发展,各中线代化的楼宇对火灾报警和自动的灭火系统提出了更高的要求。
大型酒店、宾馆、商场、博物馆、图书馆、档案馆和办公楼等,自动的灭火系统己成为了必不可少的保安装置。
设置功能比较完善的消防设施,对保障人民的生命财产的安全,无疑是极其重要的。
自动报警的灭火系统是将报警与灭火联动且加以控制的系统。
为及时发现火灾隐患以及扑灭火灾,电力系统的防火重点保护场所、各种商业、工业建筑以及现代智能建筑已经采用火灾
自动报警的灭火系统⋯。
火灾报警系统用来探测火灾并且给出声响警示信号,具体是由布放在现场的探测器、传输线路以及安放在控制室的控制器组成。
探测器感受物质燃烧时的现场各种物理参数,把判断结果或者模拟量值通过现场的总线传回控制器,控制器做进一步的处理后给出报警的信号,同时也获取来自监视模块的消防设备的运行状态信息。
由于采用先进的计算机的控制技术,对传感器输出的信号调理具有智能性,其智能化程度将大大提高。
探测器的输出形式采用了模拟量,并可以通过软件对其灵敏度根据使用的场合、时间来进行设定和调整,如可以设定夜间、白天、休息日不同的灵敏度。
对探测器使用的环境参数变化比较大的场所,灵敏度设定相对较低一些,对环境较稳定或者一些重要的场所,灵敏度的设定相对高一些这个功能可提高系统的稳定性以及可靠性,减少误报。
一火灾智能报警控制系统基本功能及硬件组成
1.系统基本功能
火灾的自动报警系统是由触发器件、火灾警报装置及具有其它辅助功能的装置组成的。
它能在火灾初期,将燃烧时产生的烟雾、热量以及光辐射等物理量,通过感温、感烟及感光等火灾探测器变成电信号,传输到火灾报警的控制器,且同时显示出火灾的发生部位,记录火灾的发生时间J。
一般火灾的自动报警系统以及自动喷水灭火系统、防排烟系统、室内消火栓系统、通风系统、防火门、防火卷帘、空调系统、挡烟垂壁等相关的设备联动,自动或者手动发出指令,启动相应的防火灭火的装置。
本项目系列的产品技术研发分为:
机械以及电子两部分。
由机械和电子两部分技术联合最终生产系列化、标准化、模块化的全自动的定位灭火装置。
本文只包括了电子技术研发部分。
火灾的自动报警系统的基本功能是通过探测器来准确寻找火源,驱动步进的电机定位,精确判断火灾的灾源进行报警,喷水灭火;同时系统具有遥控的检测功能。
2.系统硬件总体框图
本系统电气部分主要由中央控制单元,检测单元,电机驱动单元及通信模块单元四部分组成的。
总体框图如图1所示。
上位机
通信模
块单元
电机组
驱动电机单元
中央控制单元
检测单元
通信模
块单元
通信模
块单元
通信模
块单元
通信模
块单元
火灾报警模块
通信模
块单元
通信模
块单元
通信模
块单元
通信模
块单元
图1火灾自动报警系统硬件总体框图
检测单元主要是由探火传感器组成。
为提高系统可靠性,减少误报以及漏报,本系统采用两种不同的传感器,能同时根据情况来发出火灾信号。
中央的控制单元是以C8051F单片机为核心,接收并且处理火灾的报替信号,驱动电机动作信号、输出报警信号、提供区域的供水电磁阀动作信号等。
电机驱动单元为电机驱动的电路,由单片机发出的控制信号从而控制电机相应的旋转定位。
通信模块的单元使系统具有遥控自检的功能,通过接收模块来接收遥控信号判断信号从而实现相应的自检功能。
二报警系统软件设计
1.基于单片机的嵌入式程序
对于在单片机上运行程序的开发,嵌入式的软件开发平台是必不可少的。
不同种类的单片机配套的嵌入式软件的开发平台也不尽相同。
本次的系统嵌入式软件开发的平台主要是C8051FOXX系列的开发套件,包括:
串行适配器(RS一232至目标系统协议转换器)、C8051FOXX目标板、CygnalIDE等。
本系统嵌入式的程序包括以下几个功能模块:
电机驱动模块、数据采集模块、串口通信模块。
(1)软件总体结构图
(2)数据采集处理程序
该系统是对各种的探测器所探测到的信号来进行检测。
系统一共采用三个探测器:
紫外传感器、光敏传感器(光敏三极管)、红外传感器。
通过对这三个传感器数据的采集,相互配合处理以后分别控制三个电机的旋转从而能带动整个探头的旋转以及准确定位来达到精确判断。
系统设置4个外部的中断:
紫外传感器1和紫外传感器2中断、光敏中断、红外传感器中断;两个时钟的中断:
T1中断;一个串口中断。
Tl作为整个系统的判断火灾的基准时钟,在T1中断里通过FLAG的变量不同的值选择四个不同的外部中断来进行各自的条件判断。
TO定时用来控制步进的电机转速,为了能在横向以及纵向两个方面进行精确定位,在TO中断里还有电机2以及电机3的回转调步的控制功能。
整个系统初始化时,光敏传感器中断以及T1中断打开。
如果光敏传感器感知到信号以后,通过T1中断的判断条件认为可疑,将启动电机l,然后带动整个装置的防尘罩打开。
随后电机2带动横向紫外1传感器进行横向的一周扫描,如果此过程中传感器的信号达到了火灾条件,电机2将调整位置定下以后启动电机3带动纵向的紫962的传感器来纵向扫描,当此传感器的信号达到了火灾条件时电机3将调整探头位置,定位在精确位置上,最后进行红外扫描以确保真正的火源,避免发生错误的判断,当红外传感器的信号满足条件以后,进行喷水的灭火同时启动报警系统。
N
Y
N
Y
图2软件结构图
(3)电机驱动模块
步进电机是两相式,每个步进电机均是通过各自的MENA,MDIR,MENB三个信号驱动,MENB,MENA为步进电机的两相电流控制信号,MDIR控制步进电机电流方向。
通过设置一个二维的数组MOTORA”将MENA,MDIR,MENB三个信号按照一定的顺序排列成{1,1,0}{1,0,1}{0,0,l}{0,1,0}顺序执行为电机正转,逆序来执行电机反转。
通过设置变量m及DirCom的配合可实现顺序及逆序的转换。
电机旋转来带动传感器的扫描一周,通过一个单刀双掷的开关来判断扫描是否结束,程序中通过MLIMIT及ML1MIT1两个变量配合达到。
(4)串口通信模块
串口通信模块主要是实现三个功能:
1)观察运行的状态;2)可通过上位机来改变系统的参数进而改变系统运行的状态;3)实现人工模
拟来检测电机功能。
下位机利用单片机串口可以实现。
串口初始作为接收状态,当接收到上位机命令字后,区分三个不同的值实现三个不同的功能。
上位微机及下位单片机构成了一个多机通信系统,通信的方式采用主从式结构:
上位机为主动,而下位机为从动;下位机不主动发送命令或者数据,一切都由上位机来控制。
上位机发送的信
息分为两种:
一种是地址,当串行数据的第9位为1时,表示是上位机需通信的下位机地址;另一种是数据,当串行数据的第9位为0时,表示的是上位机发送给下位机的数据。
下位单片机C8051F须工作在方式2或3下,且所有下位机的串行口控制寄存器SCON的SM2须为1。
每个下位机在RI=0时能接收到上位机所发送的地址,而进入各自的中
断服务子程序,将接收到的地址以及本机地址进行对比。
若相同则表示上位机要与本机通信而使SM2=0,以便接收后面上位机发送来的数据或者命令;若不相同则退出中断服务的子程序,等待下一次通信。
2.基于上位机上的通信串口程序
为实现单片机和PC机之间的串口通信,这里选用的应用程序开发工具是VisualC++6.0,之所以采用VisualC++6.0可视化的编程工具,是因为其功能非常的强大,具有支持面向对象编程、代码可
重用、模块化、组件共享等技术,可大大提高软件系统的设计、管理以及开发和运行速度。
与以往的DOS下串行通信不同,Windows不提倡应用程序来直接控制硬件,而是通过Windows系统提供设备驱动程序来进行数据传递。
串口在Win32中是作文件来处理的,而不是直接地对端口进行操作。
本文采用WindowsAPI函数、MSComm控件来实现
PC机与单片机间的通信。
MicrosoftCommunicationControl(简称MSComm)是Microsoft公司所提供的简化Windows下串行的通信编程的ActiveX控件,为应用程序提供串口接收发送数据的一个简便方法。
MSComm控件通过串行端口传输以及接收数据为应用程序来提供串行通信功能。
MSComm提供两种处理通信问题的方法:
一个是事件驱动法,主要是利用OnComm事件来捕获并处理这些通信时间,也可检查和处理通信错误;二是查询法,在这样的情况下,每当应用程序执行完一个串行的操作后,将查看MSComm控件的CommEvent属性以确定执行结果或检查某一事件是否发生。
通过VC6.0++来创建一个对话框,在对话框中创建通信的控件,再将该控件从工具箱中拉到对话框中J。
此时,只需关心控件提供的对Windows通讯驱动程序的API函数接口。
换句话说,只需设置和监视MSComm控件的属性以及事件。
在ClassWizard中为新创建的通信的控件定义成员对象(CMSCommroseSeria!
)通过该对象便可对串口属性进行设置。
MSComm控件的部分源码如下:
串口初始化且打开串口:
m_Corn.SetCommPort
(2);//选择COM2m
m_Corn.SetInBuferSize(1024);//设置输入缓冲区的大小
m_Corn.SetOutBufferSize(512);//设置输出缓冲区的大小
if!
m_Com.GetPortOpen})
m_Corn.SetPortOpen(TRUE);//打开串口1TI
m_Com.SetInputMode(0);//设置输入模式
m_Corn.SetSettings(”9600,n,8,1”);//设置数据的传输速率等参数
1TICorn.SetRThresho1d
(1);//为1表示有一个字符引发一个事件
发送数据:
m_Com.SetOutr)ut(COIeVariant(outstring));//发送outstring字符串
接收数据:
m_Com.SetInputLen
(1);//每次读取一个字符
VARIANTVI=m_Corn.GetInput();//读取字符
三系统可靠性分析
一个火灾报警的控制系统想达到预期目的就是:
在它的监控范围内出现了报警目标时,应可靠地发出报警;而当监控的环境中不存在目标时,不应发出报警的讯号。
可靠性是说明一个系统性能最佳的指标。
而在火灾的探测报警系统中,探测器、各种硬件软件的选择均是影响系统可靠性的关键原因。
1)在探测器方面:
为提高系统的可靠性,本系统选用感光探测器以及红外感温传感器两种复合式的火灾探测器。
通过感光及感温双重判断的火灾情况,同时这两种传感器均具有抗潮湿、抗电磁干扰、抗腐蚀的特点,从而更加保证探测器的准确性。
2)防尘罩是本设计的一大特色,在可靠性方面起重要作用。
第一,当无火灾发生时候,通过防尘罩的保护,整个装置可防止灰尘的进入,更能保证传感器的准确性,提高可靠性;第二,防尘罩通过光敏电阻的控制,从而为系统又增加一重火灾判断,进一步降低误报以及漏报的可能性,提高系统的可靠性。
3)电源方面我们通过一个开关电源及一个集成稳压器层层转化为系统所需要的直流电压。
由于系统接入的开关电源的电压是消防用电,因此可避免电源掉电。
为确保电源的稳定性及提高散热效果,本系统增加浪涌保护电路,同时整个电源电路均装在一个电源盒中放于整个装置外部,散热性能好。
4)通信模块单元使系统具有遥控的自检功能,通过接收模块及接收遥控信号判断信号实现相应的自检功能,从而大大提高系统可靠性。
在软件的设计中,我们对重要的环节采用多次重复的判断以提高系统可靠性。
此外我们选用C805IF005型号的单片机,本身具有一个32K字节的FLASH存储器,我们将系统所运行的重要信息,如火灾、故障等信息保存起来。
同时,此款单片机的内部有看门狗,当干扰造成的程序运行发生混乱或者陷入死循环时,可使单片机复位从而让程序正常地运行。
总之,火灾报警以及灭火控制系统是一项复杂的工程,须在系统设计、软件编制、结构设计、整机装备及调试阶段各个环节方面统筹安排,严格把关才能保证整个系统具有高的可靠性。
四结论
针对火灾智能报警系统,对火灾报警控制器的理论做了深入的研究,并全面阐述了研制一个能实际应用的火灾报警控制器硬件部分和软件部分的方法及过程。
本系统采用两种不同的传感器,通过横向以及纵向扫描将光信号转换成电信号,通过各自放大电路传送给系统的控制器:
C8051F005单片机,单片机通过综合判断,最后判断出火灾情况进行报警.由于研发的系统中主要用于工厂等大型建筑,系统增加通信模块,采用HAC—uM系列的微功率无线数传模块实现单片机控制器与上位机之问的通信,从而达到了无线遥控系统的功能,给维修或检测带来很大方便。
参考文献:
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