警信号的检测与告警提示设计方案

1 警信号的检测与告警提示设计方案 题背景及研究意义 传统的机械式报警设备在实际使用中暴露出一些隐患，其报警的不及时性、错误率高以及设备开销大、维护困难等都给社会的安全带来影响。 随着微处理技术的快速发展，低价位、低功耗、高性能的小型单片机比比皆是。采用单片机后，许多以前需要硬件完成的功能，现在可以通过软件程序就可以控制报警实现，使报警信号的测量与控制较普通的硬件实现更加容易，电路结构更加简单，更具有扩展性。我们可以在现有的声音报警电路结构上，随时更新探测器软件，加入最新的探测触发信号算法，对报警 后进行事件处理，使之报警更准确，性能更可靠，更人性化。 内外报警控制系统的发展现状与未来前景 内报警器控制系统的发展现状 报警 器 在国外发达国家，无论是 其技术含量还是 市场制度 以及 管理水平 都提高到作为一种服务提供给公民，它拥有 完善的法律保障体系。在发达国家 ，电子安全产品已经广泛应用于公司和家庭的安全防护，并且大部分用到了单片机。到目前为止，美国超过 50%左右的家庭已经安装了电子防盗产品来保护安全。 内报警器控制系统的发展现状 国内报警 器 的发展 比较晚 ，从事的都是些中小企业 ，且 有 以下几点制约因素： 1好的国外引进报警器价格高，售后保障差，造成用户面窄 目前国内引进报警器的初装费约为 10000元左右，每月高达 500元以上的运营服务费，使普遍人群无力承担，也就缩小了用户人群。 2客户要求不一，变动较多，密度不够，造成难以统一管理 2 现在大部分用户都是很分散的人群，并且要求各异，使产品设计、生产以及安装服务带来很大不便，不能统一管理。 内外报警控制系统的未来前景 基于以上说明，国内外单片机市场仍在，又加上单片机如今快速发展，低价位、低功耗、高性能的优点使得它更能适应各种 复杂要求，有着广泛的应用市场。 题设计目的 1巩固、加深和扩大单片机应用的知识面，提高综合及灵活运用所学知识解决工业控制的能力。 2培养针对课题需要，选择和查阅有关手册、图表及文献资料的自学能力，提高组成系统、编程、调试的动手能力。 3通过对课题设计方案的分析、选择、比较、熟悉单片机用系统开发、研制的过程，软硬件设计的方法、内容及步骤。 题设计任务 1用 500音频信号驱动扬声器，作为报警信号，要求1信号响 100500信号响 200替进行， 开关和时响报警信号，当开关断开时告警信号停止。 2运用外部中断接入一报警信号，当开关合上时发出 1音频信号驱动 扬声器告警，开关断开时撤销报警。 3 2. 系统概述 统功能分析 从设计的要求来分析该设计须包含如下结构：外界触发信号模拟、主控单片机模块检测与控制、报警控制电路控制报警方式、声音放大电路、声音报警模块、 发光 晶显示模块以及相关的控制管理软件组成。 硬件仿真可以在 完成；软件设计部分在 统组成框图 根据设计要求及其功能分析可知，系统可分为主控模块、报警控制模块、音频放大模块、声音报警模块、检测触发模块等组成。其系统原理框见图 图 统框图 统实现原理 本系统采用 过 外部中断作为报警源，将产生的信号通过单片机处理，经 过程中检测 而通过扬声器实现 声音报警输出。并且将两个功能以液晶和发光 示区别。时钟晶振模块 复位电路模块 音频放大模块 报警控制模块 检测触发模块 报警显示模块 主控模块 4 统流程框图 由系统的实现原理可知主流程图如图 示。 图 流程图 下否 否 为 0 置 200 次计数 置 200 次计数 反 反 延时 500时 500数值是否完 计数值是否完 反 反 反 否闭合 结束 开始 结束 5 3. 系统组成部分 控模块 主控模块采用 司生产的 系统控制程序可以直接写入到芯片中。即可以 通过在 后在 真时将程序连接到芯片中来实现功能。 K 字节 储器 的低电压、高性能 位 微处理器 ，它使用简单，软件编程灵活，自由度大。可用软件编程实现各种算法和逻辑控制，并且功耗低、体积小、技 术成熟和成本低。但其工作需要石英晶体和微调电容的时钟电路，本系统中采用 12晶振频率。 警控制模块 该模块采用一开关 控制声音报警器按照要求频率报警或关闭报警器。当 关选通，执行报警功能，当 ，开关断开，关闭报警功能。 音报警模块 声音报警信号可以通过扬声器来实现，扬声器又称“喇叭”。是一种十分常用的电声换能器件，在出声的电子电路中都能见到它。扬声器的种类繁多，音频电能通过电磁、压电或静电效应，使其纸盆或膜片振动周围空气 造成音响。按换能机理和结构分动圈 式（电动式）、电容式（静电式）、压电式（晶体或陶瓷）、电磁式（压簧式）、电离子式和气动式扬声器等，电动式扬声器具有电声性能好、结构牢固、成本低等优点，应用广泛。 光二极管模块 发光二极管是一种能发光的 半导体 电子元件是 半导体二极管 的一种，可以把 6 电能转化成 光能 。 当电子和空穴复合时释放出的能量多少不同，释放出的能量越多，则发出的光的 波长 越短。常用的是发红光、绿光或黄光的二极管 。 7 频放大模块 利用单片机本身的时钟信号很小，所以需要将信号进行放 大。经过综合分析，我们选用 要应用于低电压消费类产品。为使外围元件最少，电压增益内置为 20。但在 1脚和 8脚之间增加一只外接电阻和电容，便可将电压增益调为任意值，直至 200。输入端以地位参考，同时输出端被自动偏置到电源电压的一半，在 6V 电源电压下，它的静态功耗仅为 240的原理图如 图 图 频放大增益 =20 晶显示模块 用标准的 14脚接口，其中： 第 1脚： 地电源。 第 2脚： 5V 正电源。 第 3脚： 液晶显示器对比度调整端。 第 4脚： 高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。 第 5脚： R/W 为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当 同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当 低电平 高电平 低电平时可以写入数据。 第 6脚： E 端为使能端，当 E 端由高电平跳变成低电平时，液晶执行命令。 8 第 7 14脚： 8位双向数据线。 测触发模块 该模块采用一开关 部中断接入一报警信号，用了模拟外部中断信号。 中断的原理与应用： 80片机中涉及中断控制的有 3个方面 4个特殊功能寄存器： 中断请求：定时和外中断控制寄存器 串行控制寄存器 中断允许控制寄存器 中断优先级控制寄存器 80种触方式，即电平触发和脉冲触发。当外部中断源为电平触发时，低电平有效。 样到外中断 0引脚为低电平时，就认为是外中断 0的一个有效的中断请求信号。当外部中断源以脉冲方式触时，负脉冲有效。一个机器周期采样到外中断 0引脚为高电平，在接下来的一个机器周期采样到外中断 0引脚是低电平，即出现了下降沿的跳变时，就认为是外中断 0的一个有效的中断请求信号。因为 2次检测的间隔时间都至少维持一个机器周期，从而保证 够检测到电平的跳变。 合理编写程序是实现对 中断控制的最基本方法，外部中断标志的编程方式有中断方式和查询方式。 中断方式是指 接收到外部中断请求时，暂时停止主程序的执行，转去处理相关的服务程序，再返回继续运行原程序。中断方式下的编程有如下步骤：1)开中断； 2)设置中断优先级； 3)中断源的相关控制； 4)编写中断服务程序。 查询方式就是 动地监测中断源的状态并做出反应。其编程步骤如下：1)关中断； 2)中断源的相关设置； 3)关中断查询及相关处理。 9 4. 实验原理图 验原理总图 总实现原理为 制报警信号并显示出来。其原理 见图 示。 图 验原理总图 晶显示模块原理图 主要完成功能 1 和功能 2 切换的直观显示，利用 据口和 制口，完成指定字符的显示。其显示原理如图 10 图 晶显示模块原理图 控模块原理 通过单片机控制报警信号的处理与控制 ，包括 复位电路和晶振电路 。有一个于切换功能 1和功能 2，如图时为功能 1，反之为功能 2。 原理如图 图 晶 主控 模块原理图 块原理 当按下 开关闭合，按 1信号响 100500信号响 200交替进行；当开关断开时报警信号停止。原理如图 11 图 晶 主控 模块原理图 块原理 当 出 1音频信号驱动扬声器告警，开关断开时撤销报警。并且红色发光二极管亮显示当前为功能 2，并且配合液晶一起显示。其功能原理如图 图 晶 主控 模块原理图 警放大 功能 模块原理 为了更人性化，加入了报警功能；又为使更清晰，加入了放大模块（ 这样就可以听到报 警声音了。报警模块如图 12 图 音报警模块原理图 5. 实验仿真图 验仿真图 验仿真图功能一 当开关 下时蜂鸣器交替以 500 1率报警，并且对应的发光指示灯 发亮，液晶 显示当前的功能为功能一；当弹起 ，报警器关闭，对应的指示灯 熄灭。仿真图如图 图 能一仿真图 13 验仿真图功能二 当开关 下时蜂鸣器 1率报警，并且对应的发光指示灯 发亮，液晶 显示当前的功能为功 能二；当弹起 ，报警器关闭，对应的指示灯 熄灭。仿真图如图 图 能二仿真图 果分析 整个实现用开关 括频率的改变和报警信号的有无，具体如下： 功能一 ： 500信号交替发声 当开关 听到声音一高一低如警车般的报警音，并且对应的发光二极管 晶会显示当前功能为功能一。当开关 4 断开时告警信号停止，报警音消失，对应的 实一高一低的声音是频率为 1 500信 号交替发声。开关 是否报警。 功能二 ： 号发声 当开关 听到声音较高的报警音，对应的发光二极管 晶显示当前为功能二。此声音即是 1信号。当开关 警音消失。 6. 心得体会 本次课程设计用 件仿真及 通过这次设计，掌握了简单报警器的工作原理及工作过程，学会了使用件来在单片机中加载入程序，并学会通过 的正确性，对以后的学习和工作都起到了一定的作用，加强了动手能力和专业技能。在实习的过程中检验了以前学的系统知识的掌握度，使我更加熟悉汇编和 C 语言的编写。设计是我们将来必需的技能。 这次设计恰恰给我们提供了一个应用自己所学知识的机会 ,在学习如何设计电路的过程中培养了我的设计思维，增加了实际操作能力。 15 参考文献 1 李全利，迟荣强 北京：高等教育出版社， 2005 2 孙燕莲，韩巍，文福安 实验技术与管理，2005 3 刘南平，检测镀锌量分析仪的 研制 2004 4 马正强，单片机虚拟实验室的建立，单片机与嵌人式系统应用 5 代启化，基于 电路设计与仿真 2006 7 夏继强，沈德金单片机实验与实践教程 京航空航天大学出版社，2001 8 2004 9 王洪建 第七届青年学术会议论文集， 2005 附件 1：汇编程序 0H 0H X: 2,#200 2,B 2,#200 2,7,#250 7,Y: 附件 2： # # #10; /控制蜂鸣器 11; /指示当前 下，实现功能一 12; /指示当前 下，实现功能二 W=; /控制功能一二转换 17; /制报警信号的有无 32; /外部中断控制报警信号 20; /读写选择端 21; /数据 /命令选择端 22; /使能端 = (; = (; /* 延时函数 */ /*延时 500序，控制频率 */ i; i=250;i0; _; /空指令时间为 1 /*延时程序，控制显示 */ i; i=0;i0;,每 500反一次 ,总共响 100 ; 00;,每 1反一次 ,总共响 200 ; ;/1 ; /*程序 2制 :开关 上，报警器响 1*