智能化住宅防盗防火报警系统设计

智能化住宅防盗防火报警系统设计摘要在社会信息化进程日益开展的今天，信息技术已渗透到人类生存、活动的各个领域，在建筑领域，人们的现代生活、工作对居住和办公的建筑环境不仅要求舒适健康、平安可靠、高效便利，同时还要适应信息化社会运用科技手段和设备的要求。因此，将智能化引入住宅小区已成为一种趋势，并且在智能化住宅的家庭智能管理系统中对防火防盗报警进行监控已经成为民用建筑领域向信息化和网络化开展的一个重要组成局部。本文介绍了智能化住宅中的防盗防火报警系统。采用MC-51系列80C51为核心单片机控制，集智能化防盗防火功能于一体住宅报警系统，可实现自动检测与自动拨号报警。自动检测是指由红外探测与微波探测器构成的探测器实现智能检测，同时由温度探测器和光电感烟探测器集为一体的复合式火灾探测器完成火情检测。多传感器的应用实现了低误报率，增强了系统可靠性。自动拨号报警是指通过网络自动向相关部门发出语音求救信号。当防盗、防火探测器检测到险情的时候，向单片机发出中断申请，再由单片机控制接口电路，实现模拟摘机，根据险情类别，自动拨打相关部门的号码如小区管理中心。关键词：智能报警系统：防盗防火：自动拨号：语音报警；数据通讯AbstractSocialinformatizationagrowingprocesstoday,permeateainformationtechnologyapplicationtothesurvivalofmankind,inallareasofactivityintheconstructionfield,people'smodernlifeandworkoftheresidentialandofficebuildingsrequirecomfortnotonlytheenvironmenthealthy,safe,reliable,efficientConvenient,butalsoadapttotheinformationsociety,useoftechnologytoolsandequipmentrequirements.Therefore,theintroductionofintelligentresidentialquartershavebecomeatrend,andintelligentresidentialhouseholdsintheintelligentmanagementsystemtomonitoranti-theftalarmfirehasbecomethefieldofcivilconstructiontoinformationtechnologyandnetworkdevelopmentofanimportantcomponent.Thistexthasdesignedakindofintellectualburglaralarmingsystemofresidentialbuildingofhousingdistrict.Itintroducedthedetailsofdesignmethodandfunctionthatcanrealizeofthissysteminthearticle,whichhasexplainedtheoperationprinciple,thedesignthoughtofhardwareandsoftwareandcourseofrealizingindetailofthiswarningsystem.Thissystemadoptstheintellectualhousewherethenodalcontrollerthatone-chipcomputerAT89S51realizesissuitableforthelowcost.DesignandincludewiththeperipheralcircuitthatAT89S51carriesonforthemastercontroller:powercircuitdesign,warningcircuitdesign,keyboard,displayinterfacedesign,datacollectingsystemetc..Iadoptedfingerprintrecognitionsensor,bludgonsensorandheatintoclearupelectricityinfraredsensorwhichmadethesystemhadlargesomemeasurethefunctiontocometrueespeciallyindatacollectingsystem,andenablethecontrollertoalsodesignthecommunicationofprincipalandsubordinatemachineinthesystemtobemeasuredtouringlybythecheckpointing,whichmakestheguardingagainsttheftoftheresidentialbuildingofthedistrictreporttothepoliceandachievereunificationandcontrolandmanage,andconcentratedonreportingtothepoliceandofferingmanykindsofprotectionforguardingagainsttheftinthehouse,whichmakesthefamilytofeelsafer.Keywords：Smartalarmsystem;anti-theftfire;automaticdial-up;datacommunications目录TOC\o"1-3"\f\h\z第1章绪论图4.1主机主程序流程图NNY主机查询通信子程序流程图RETNNN0100接收数据接收完否？从机发送就绪否？发送完否？发送数据从机接收准备就绪否？命令分类NN发送地址帧FFH命令从机复位从机状态正常否？接收从机状态发送命令帧发送地址帧FFH命令从机复位应答地址相符？N从机应答否？发送地址帧串行口初始化开始主机查询通信子程序用于和从机之间的通信。主机通过接受从机的信息来完成其自身的工作。主机查询通信子程序流程图如图4.2示。RETNNN0100接收数据接收完否？从机发送就绪否？发送完否？发送数据从机接收准备就绪否？命令分类NN发送地址帧FFH命令从机复位从机状态正常否？接收从机状态发送命令帧发送地址帧FFH命令从机复位应答地址相符？N从机应答否？发送地址帧串行口初始化开始YYY图4.2主机查询通信子程序流程从机主程序流程图从机主程序用于定时器T1、串行口和中断的初始化，如图4.3示。NYNYNY定时器T1为方式2波特率为1200bps启动T1工作串行口为方式3，允许接收SM2=1，TB8=1发送数块始地址R0接收数块始地址R1发送数块长送R2接收数块长送R3开CPU中断开串行口中断有信号否？延时3s循环检测读相同口相同否？与主机通信检测完否？开始YN从机中断通信子程序流程图从机中断通信子程序用于和主机之间的通信。此程序通过与主机通信的方式将接收到的数据传送给主机，再由主机实现其它的程序。其程序流程图如图4.4示。中断效劳子程序中断效劳子程序保护现场保护现场NN地址符合否？地址符合否？向主机回送本机地址向主机回送本机地址接收下一帧接收下一帧NN是命令帧么？是命令帧么？01非法ERR=1送主机01非法ERR=1送主机命令分类N命令分类NN本机发送准备就绪么？N本机发送准备就绪么？RRDY=0送主机本机接收准备就绪么？RRDY=0送主机本机接收准备就绪么？TRDY=1送主机TRDY=1送主机RRDY=1送主机RRDY=1送主机TRDY=0送主机TRDY=0送主机发送数据接收数据发送数据接收数据NNNN发送完否？Y接收完否？发送完否？Y接收完否？SM2=1SM2=1恢复现场恢复现场中断返回中断返回图4.4从机中断通信子程序流程图查找报警点子程序流程图查找报警点子程序用于查找报警部位的点数，确定那些部位发出的报警信号，其流程图如图4.5示。取有报警口控制字取有报警口控制字是P4口?10H→(R3)NY是P5口?20H→(R3)NY是P6口?30H→(R3)NY是P7口?40H→(R3)NYAAA是PX.0否?01H→(R4)调显示NY是PX.0否?01H→(R4)调显示NY是PX.0否?01H→(R4)调显示NY是PX.0否?01H→(R4)调显示NY返回图4.5查找报警点子程序流程图显示和报警子程序流程图显示子程序是用来显示发生盗情的楼层和房间号码的。显示子程序通过查表的方式将楼层和房间号显示出来，与此同时，启动报警程序使系统发出报警信号，完成系统的报警任务。计算报警点地址计算报警点地址置循环显示初值显示高位数码延时显示第二位数码循环显示完否?返回YN图4.6显示和报警子程序流程图结论单片机防盗报警系统主要应用于宾馆、仓库、居民楼等场所，本文设计的是城市居民楼防盗报警系统，它能对监测点进行自动检测，一旦出现盗情，能立即报警，并指示出被盗地点。该防盗报警系统具有结构简单、可靠性高、本钱低等特点。如果要选用其它的传感器，本系统还可用于火灾报警，煤气泄漏报警等系统中。在前文中，已对系统的应用优势，元器件选择，硬件电路原理及绘制，软件主、子程序和流程图等都进行了详细的说明。该系统主要用于多点集中检测报警，能对受监测点进行巡回检测。当检测到某点有盗情时，系统报警并用数字指示出被盗点。该系统的传感器选用红外传感器、冲击传感器、指纹识别传感器，系统终端局部选用声光报警电路、数码显示电路和键盘复位电路。目前，大局部城市居民都已实现小区化管理，那么将小区管理推向智能化、网络化势在必行，也受到广阔居民的支持和欢送。本文设计的城市居民楼防盗报警系统可作为小区智能化管理的一局部，使居民生活得更平安、更舒适，因此可以说现代的智能防盗报警系统的研发具有广阔的开展前景和很高的实际应用价值。可以说，这种系统在今后还是有很大的开展空间的。参考文献[1]方佩敏.新编传感器原理•应用•电路详解.第二版.北京:电子工业出版社,1999:121-215.[2]王平等.计算机控制系统.北京:高等教育出版社,2004,8:68-94.[3]王晓明,曾红.单片机教程.第一版.沈阳:东北大学出版社,2001,12:264-280.[4]马共立.MCS-51单片机实用子程序.第一版.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,1989:54-69.[5]朱达斌等.模拟集成电路的特性及应用.北京:航空工业出版社,1994:56-78.[6]防盗报警系统手册.第一版.北京:科学出版社,1993:22-34.[7]孙汝建.多路RS232、RS485通信的单片机扩展方法.自动化与仪器仪表,2003(1):51-52.[8]辛国金等.RS422接口芯片在单片机系统中的应用.仪表技术.2000(3):14-16.[9]李华.稳压电源及其电路实例.第一版.北京:北京航空航天大学出版社,1990:102-103.[10]杨长松.单片机测控系统干扰与抗干扰措施.自动化与仪器仪表，2003(6):153-156.[11]房小翠,王金凤.单片机实用系统设计技术.国防工业出版社.1999.6:210-215.[12]张毅刚等.MCS-51单片机应用设计.哈尔滨工业大学出版社.2000.6:321-323.[13]梅丽凤，王艳秋等.单片机原理及接口技术.第一版.北京:清华大学出版社；北京交通大学出版社.2004.2:201-214.[14]李功一.楼宇设备自动化技术.化学工业出版社.2002.9:102-106[15]张宏艳,熊睿.基于单片机串行口通信的方法.微计算机信息.2005(11):126-127.[16]钟平,续志军.基于红外线位置传感器设计.电气时代.2005(5):52-54.[17]李艳萍,王涛.小区家庭平安监控系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tiontoavoidseriouslossesfromtheoccurrenceoftoolbreakage.2.8051Single-chiptoolmonitoringsystemBasedonthemachinetooloperationmethods,the8051single-chiptoolmonitoringsystemcanbedesignedtoexecute3workingmodels.DataacquisitionsystemUnderthismodel,the8051single-chiptoolmonitoringsystemisa12-bitdataacquisitionsystemwithadatasamplingrateashighas100KHz.Thissystemhasapre-amplifierwithaninputresistanceashighas108Wandgainsettobe1–200,andadifferentialamplifierwithgainsettobe1–400toconstructasignalamplifyingsystemwithafinalgainofabout1–80,000;a45Hzlow-passfilter;a12-bithigh-speedADconverter(AD1674)thathasasamplingmaintenancefunctionwithmaximalconversiontime101s;aRS-485interfaceconsistingofSN75176ICtobeputon-linewiththemaincontrolstation.Thereal-timecuttingdataofthemanytoolmachinesintheshopfloorcanbetransmittedtothePCmaincontrolstationviathenetworkinterfacetofacilitatethemonitoringandtheimmediatehandlingofanyemergencies.Stand-alonealarmmodeThe8051systemdoesnothavethenetworkfunctionunderthismodel.Afterthecuttingforcedataforaparticulartoolhasbeencollected,the8051systemdeterminesbreakagebasedsolelyonthetoolbreakagerecognitionrulesstoredinROM,notonthePCofthemaincontrolstation.Theadvantageisthatitisasimplesystemwithasimplifiedcircuit.Thedisadvantageisthatthis8051systemdoesnothavesufficientharddrivetostorethecuttingdata.Oncethecuttingtoolisreplaced,thecuttingdataassociatedwiththeprevioustoolisgone.Combinedmodelthe8051systemcandeterminebreakageonitsown.Whenthereisamajortoolbreakage,8051canautomaticallysubmittheProgrammableLogicControl(PLC)commandtoshutdownthemachineandavoidthesubsequentdamages.WiththeRS-485networktotransmitthedatabacktomaincontrolstation,theworkersinthemaincontrolstationcanmonitorseveraldozenmachinesandreducetheneedofworkersontheshopfloor.3.Thedesignofthecomponentsoftheon-linetoolmonitorsystemThestructureofthetoolmonitorsystemcanbedividedinto(1)sensorcircuit,(2)amplifiercircuit,(3)filtercircuit,(4)A/Dcircuit,(5)I/Ocircuit,(6)lightsignalcircuit,(7)communicationcircuit,(8)CPUcircuit,(9)powersupplycircuit,and(10)resetcircuit.Thedesignofthecomponentsofthesystemisbrieflydescribedasfollows.3.1Detection,amplificationandfiltercircuitsThedetectioncircuitofthetoolmonitorisdrivenbyaconstantvoltage10Vor12V.Duetotheconditionthattheresultantchangeofasmallcuttingforcewillbeevensmaller,andthefactthatthedetectorcannotbeplacedatthecuttingpositionofthetool,theconstantvoltagepowerhastobeverystable(asmuchas12.000V)toeliminatemajormeasurementerrors.Thus,onecannotusethe12Vpowerdirectlyfromthepowersupply.Eventheoften-used7812constantvoltageICisnotsuitablebecauseitstemperaturecoefficientisrelativelyhigh.Theerrorwillnotbenegligiblebasedonthestandardsofthedetectioncircuit.AreferencevoltageICisthebestchoicetoobtainprecision,stabilityandaconstantvoltagepowernearlyfreeoftemperaturefluctuation.Duetothereasonthattheoutputsignalofthedetectorobtainedfromindirectmeasurementisveryweak,anamplifierisneededtoappropriatelyamplifytheweaksignal.Thesignalamplifiershouldhavefeatureslikelownoisesignal,zerodrift,highprecision,widefrequencyband,highinputresistance,andlowoutputresistance.High-precisionsensorcircuits,especiallyliketheelectricbridge,demandtheabovequalities.Intheprocessofamplification,filtering,eliminationofnoise,gaincontrol,resistanceadaptation,etc.,needtobeperformedtoincreasethesignalquality.Theoretically,adifferentialamplifiercaneliminatecommonmodenoiseandbeappliedtotheamplificationofthevoltagegainoftheelectricbridge.However,researchshowsthatwhenthemeasurementsignalisverysmall,adifferentialamplifierconsistingofoneOPamplifiercaneasilycauseloadeffectduetolowinputresistanceandsignalvoltagedecline.WhereVsissignalvoltage,Risamplifierinputresistance,andrissignalresistance.Toreducetheamountofdeterioration,Rhastobeincreased,i.e.,toincreasetheinputresistance.Thus,thesmallsignaldifferentialamplificationcircuit(instrumentalamplifier)withhighinputresistanceisthebestchoice.Althoughthepro-amplifier(instrumentalamplifier)canremovemostcommonmodenoise,theresidualnoisepassedthroughtheinstrumentalamplifiercangenerateso-called‘‘normalmodenoise’’,whichisamplifiedineachfollowingamplificationstep.Thistypeofnoiseismostlyhigh-frequencysignals,whicharethemajorcontributoroferrors.ToincreasesignalprecisionandS/Nratio,alow-passfiltercanbeusedtofilterthehighfrequencynoise.Oneneedstobecautiousthatthefilterdoesnotremovetheusefulhigh-frequencysignalstogetherwiththehigh-frequencynoise.Theappropriatecontrolissubjecttothecharacteristicsofsignals.Thefunctionofalow-passfilterisbasicallytoallowthepassingofelectronicsignalslowerthanthecutofffrequency,f0,andtoremovethesignalshigherthanf0.ThetoolmonitorsystemsdescribedinvariousarticlesoftenuseseveralHzorseveraltensofHzasthecutofffrequency.Thisresearchusesseveralgroupsofdifferentcutofffrequenciesoflow-passfilters(LPF)fortestingtochoosethebestfrequency.TheresultshowsthataLPFaround45Hzhasthebesteffectonremovinghighfrequencynoise.Wethusdesigneda45Hztwo-steplowpassfilterthathasadeteriorationcharacteristicof12dB/Oct.abovethecutofffrequency.Oneneedstobemorecarefulinselectingthecapacitanceofalow-passfilterthanselectingtheresistance.Theusualstrategyistoselectcapacitancefirstandthenselecttheresistance.Thecurrentleakageofcapacitancemaynotbetoolargeinordertomaintainthestabilityofcapacitance.3.2TheprogramdesignofA/DconversionThereare4typesofcommonA/Dconversionprograms:continuousconversion,polling,constanttimesamplingandinterruption.ItisusuallymostconvenienttousecontinuousconversionforA/Dcontrol,buttheconversionspeedoftheAD1674chipisashighas100KHz.Ifcontinuousconversionisadopted,thedatacollectedinonesecondcanbeasmuchas200Kbytes,whichisbeyondthecapacityofthe8051.Thepollingdesignissimplerandtheprogrammorereliable,exceptthattheefficiencyisquitepoorwithmostoftheprocessingtimeofthesingle-chipconsumedonpolling,whichisnotsuitableforoursingle-chiptoolmonitorsystem.Theconstanttimesamplingmethodisusuallyappliedtoslow-speedA/Dchips.Toensuretheconversioniscompletedprecisely,thedelaytimehastobeproperlyextended,whichmakesitslowerthanthepollingmethod;itislikewisenotsuitableforoursingle-chiptoolmonitorsystem.Themonitoringprocessisina‘‘waiting’’modeinthe3methodsdescribedabove,whichleadstopoorCPUefficiency.Theinterruptionmethodisusuallychosenifefficiencyisthedesignfocus.3.3TheprogramdesignofsamplingThisresearchcombinesthecontinuousconversion,polling,constanttimesamplingandinterruptionmethodsdescribedabove.First,the8051performstheconstanttimesamplingevery1mswiththesamplingrate=1kHzforabout1sandsamples1024pointsforeachwork-piece.Thecuttingtimeofcutting-inandwithdrawingoftheturningoperationonlyrequiresapproximately0.5s,sothedesigncanthusobtainthecompletewavefigureofthecuttingforcechange.Thissingle-chipactivatesoneinterruptionevery1msandtheinterruptionprogramcontinuouslyconverts8valuesin1ms.The8valuesareprocessedbypollingforeachconversion.PollingisnotsubjecttoanefficiencyproblemherebecausetheconversionspeedoftheAD1674isveryfast,requiringapproximately10ms.Toconvert10valuestakesonly100mswith900msleftfordatareadinganddigitaldatafiltering.7.ConclusionsInthereal-worldfactory,therearevarioustypesofnoisesignals,includinghigh-powermotorsrunning,heavymachining,theactivationofrelays,arc-weldingmachines,theterminationoflargemachinesturningon,220Valternatingcurrent,electro-magneticradiation,cuttingchips,dust,etc.,whichmakesafactoryaverytoughenvironmentforelectroniccircuits.Thewholeprocessoftheexperimentcanbeconcludedasfollows:1.Thekeytoafeasibletoolmonitorsystemisthesensor,therecognitionrulesandthesetupoftherecognitionparameters.2.Sofar,thesensorisstillthebottleneckoftheindustrialmonitorsystem.Manymonitoringsystemswithreasonabledesign,highprecisionandcompletedsetofrecognitionrulescannotreachtheexpectedefficiencybecauseofthelimitationsfromproblemsofprecision,stability,drifting,ornoisesignalsofthesensordevice.3.Thetimetakentodevelopthetoolmonitorsystemconsistedof:20%forhardware,20%forsoftwaredevelopmentandmodification,andtheremaining60%wasspentonsettingupthesystemrecognitionparameters,modifyingandtestingthesystemfunction.4.Theresultsshowthatthe8051cansuccessfullydetectthebreakagewithinthe3work-piecesfromthetimethetoolbreaks.Thesizeofwork-piecesbelowminimumqualityresultingfromthetoolwearstillcannotbepreciselydetected;sothetoolconditionrecognitionrulesstillrequireimprovementandadditionofothertypesofsensorstoenhancethedetectionfunctionsofthesystem.Duetothecompetitiveadvantageofthelowcostofasingle-chip,thereisahugemarketforsingle-chipsintheareaofindustrialcontrol[oroperationresearch?]andmonitoring.Inthefuturedevelopmentofautomation,onecanexpecttheapplicationofsingle-chipstobecomewidespread.Inthepast,PC-basedproductsdominatedthemarket.However,thelight,thin,andsmallsingle-chipproductswillcertainlytakeoverduetotheirincreasinglypowerfulfunctionsanddecliningprices.在线转动的单片机监控系统工具的设计摘要：监控系统的工具状态在一个FMS系统中起重要作用。通过改变将要或刚刚出现问题的产品，就可将缺陷产品引起的损失大大降低，因而产品质量和其可靠性被改良。为了到达这样的目的，在这篇文章里讨论在生产的过程期间为检测工具破损而使用一台单片机微机监控系统的在线工具条件。一般来说，基于PC的监控体制在大多数调查研究工作里被使用。这种监控体制的主要缺点是花费问题。为了降低费用，监控系统的工具由8051单片机的微处理器建造，设计也将在这篇文章内描述。8051的监控系统工具应用应变仪测量削减力，根据力学特性，监控系统工具能容易使用，由于它的工具破损算法再现切割工具的破损。实验结果显示在监控板上。低本钱的8051控制工具能成功识别在3种连续的产品内出现的工具破损。关键字：工具状态监控；产品破损；质量与可靠性；单片机微处理器1.介绍工具状态监控已经在工业自动化的开展过程中成为一个受欢送的话题。很多大学和研究院献身于这项研究。在一个具有竞争性的工业社会里，生存的关键是取得全面的自动化。在生产自动化的趋势下，开展其系统自动检测的破损切割工具已经开展成为重要领域，并且很时髦。切割工具破损的立即发觉和恢复变得特别严重和紧急，大量的有缺陷的工件流入随后的生产过程，会导致产品质量的双重破损并且增加产品管理难度。切割工具破损非常影响制造外表精度。而且，由于近期生产趋势为生产过程自动化，很多研究人员已经使他们的研究聚焦在切割工具破损的在线监控方法的开展上。在在线测量领域内Lan以及Emel利用声波发射发现切割工具破损；使用削减力量的信号监控切割工具；除使用削减力量的信号之外，还通过监控伺服电动机的电流削减力量的大小进行更进一步的尝试；使用纱锭电动机的电流预测切割工具破损。在信号处理的过程中，考虑到主控信号难处理，经常使用的处理方法是：(1)FFT：把时间主控信号改变成他们的离散傅里叶变换，然后使用离散傅里叶变换选出根底信号的具体特征。(2)子波变换:把时间主控信号改变成子波系数并且选出根底信号的具体特性，使用这些系数作为根底。(3)时间数列分析:包括自动递减(AR)，传送平均值(MA)和自动递减的传送平均值(ARMA)。例如，Wu使用AR和ARMA模型处理剪切和振动信号；Pandit使用AR和ARMA方法应用于切割工具的破损。Dornfeld更进一步探索使用AR模型和神经网络方法研究转动车床的破损。在近年，模糊逻辑、遗传算法、专家系统、分形和噪声理论全部用于监控工具破损。在将来人工智能方面很可能是自动监控过程的开展方向。各种各样的监控系统的最后步骤将执行通过实验或者在线测量来处理收集的数据。基于各种各样PC机的监控方法的费用和稳定性为这些程序的实施造成重要的问题，一个人要有使用单片机工艺完成任务并且实时处理问题的能力。这项研究集中于转动的车床在线切割工具。总的说来，在我们的方法下，切割工具破损记忆规那么被储存在8051单片机内。这个切割工具检测装置使用一台应变仪类型传感器识别剪切力，然后信号放大、过滤，从模拟量转变成数字量，并且最后使用8051软件程序推断剪切力。根据在剪切方面的应力条件，及时的发送警告信号，以便操作者能立即采取措施从工具破损的事件中防止严重的损失。2.8051单片机的工具监控系统基于机床操作方法，8051单片机监控系统的工具可被用于执行3类工作模型。在这个模型下系统获取数据，8051单片机监控系统工具是12位数据获取系统，数据采样率为100KHz。系统有输入电阻的前置放大器；并且有一个差分放大器；45赫兹低通滤波器；有最大的转换时间101s的一个取样维修功能的一台12位的A/D变换器(AD1674)；一个RS-485接口,由SN75176IC组成被主要控制站在线放置。实时削减的很多工具机器的数据内，可能提交PC机主要控制站，通过使监控和任何紧急事件的办理变得容易的网络接口。8051系统的独立警报方式在这个模型下没有网络功能。采用特殊的工具收集剪切力之后，8051系统仅仅储存在ROM而不是主控站的PC机里的工具破损记忆规章。优势是它有一条简化的电路系统。不利条件是8051系统没有足够的硬盘驱动储存剪切数据。一旦切割工具被替换，与以前的工具相关的剪切数据会全部消失。8051系统模型能独立确定破损情况。当有主要的工具破损时，8051能自动提交程序逻辑控制，(PLC)关闭机器并且防止随后损害的命令。由于RS-485网络将数据传送回主控站，在主控站的那些工人能监控多台机器并且在降低车间对工人的需要。3.在线工具监控系统的零部件的设计工具监控系统的结构可能被分成(1)传感器电路，(2)放大器电路，(3)过滤器电路，(4)A/D转换电路，(5)I/O接口电路，(6)显示电路，(7)主-从机通迅电路，(8)CPU扩展电路，(9)电源电路和(10)复位电路。系统组成局部的设计被简单描述如下。3.1检测、扩大和过滤器电路检测工具的检测电路为恒定电压10V或者12V。这样情况下，小的削减力必须将变得更小，因而，检测器不能被安置在工具的剪切位置，恒定电压必须很稳定以消除主要的测量误差。因此，一个人不能从电源直接使用12V电压。即使经常使用的7812恒定电压IC也不适宜，因为它的温度系数是比拟高的。基准电压IC是最好的选择，以确保没有温度波动，获得精密、稳定和恒定的电压。由于从间接测量获得的检测器的输出信号非常弱，需要一个放大器恰当放大弱的信号。信号放大器应该有像低的噪音信号，高精密，宽频率带，高的输入电阻和低的输出抵抗一样的特征。高精密的传感器电路，特别像电桥，要求上述质量。在扩大,过滤,噪音,增益控制,抵抗适应等等的消除过程中,需要执行增加质量。理论上，一个差分放大器能消除共同方式噪音并且被用于电桥的电压增益的扩大。但是，研究显示，当测量信号非常小，由运算放大器组成的一个差分放大器由于低的输入电阻和显著的电压下降能容易引起负荷。为了降低恶化的数量,R必须被增加,即增加输入电阻。因此，不同的小信号扩大电路，不同放大电路的低信号带高输入电阻是最好的选择。虽然支持放大器(起作用的放大器)能除去相差不多的噪音，剩余的噪音通过起作用的放大器能产生所谓正常方式噪音，这将每次跟随放大阶段被放大。这种类型噪音主要是高频率的信号。为了增加精度，低通滤波器能用来过滤高的频率噪音。必须注意，过滤器不除去有用的高频率的信号以及高频率的噪音。适当的控制受信号的特性影响。这个功能的低通滤波器根本上是允许通过那些比f0低的信号，并且可以除去比f0高的信号。在各种各样的文章里描述的工具监控系统经常使用几赫兹或者几十赫兹作为切断频率。这次研究使用几组不同的测试，选择最好的频率的低通滤波器(LPF)的切断频率。结果显示在45赫兹左右的LPF有最好的除去的高频影响噪音。我们如此设计一个45赫兹切断频率。需要比选择抵抗低通滤波器的电容器的过程更加小心。通常的策略是首先选择电容器然后选择抗阻。为了保持电容量的稳定，电容器的渗漏可能不太大。3.2A/D转换的程序设计有4类普通A/D转换程序：连续的变换，调解，恒定的时间取样和中断的时间取样。使用通常是最方便的A/D的连续的变换控制，但是AD1674片的转换速度有100KHz。如果采用连续的变换，在一秒钟内收集的数据可能是多达200Kbytes，这是在8051的能力以外的。调解方法由于效率十分差，调解消耗的处理时间很糟糕，它不适于我们的单片机的工具监控系统。恒定的时间取样方法通常被适用于A/D转换慢的情况下。为了保证转换被确切地完成，延迟时间必须被正确地延长，这使它比调解方法慢，所以同样不适于我们的单片机的工具监控系统。基于上述的3种方法，监视进程是用一种等待的方式，导致CPU效率下降。如果效率是设计重点，通常选择中断方法。3.3方案取样的设计这项研究结合连续变换，调查，连续的取样和中断方法，如上所述。转动的操作如插进来和收回的剪切时间大约只需要0.5S，因此设计能如此获得完全剪切力量的波数改变。单片机工作中每1ms，中断方案连续转变8价值。8价值通过变换调查被处理。调查在这里不受效率问题影响，因为AD1674的变换速度非常迅速，需要大约10ms。对转变10价值花费只用100ms而余下900ms进行数据读取和数字化数据过滤。7.结论在现实的工厂里,有不同类型的噪音信号,包括高功率电动机运转,繁重的机器加工,焊接电弧的机器的运作,大机器的终止翻开,电磁的辐射,剪切,灰尘等等,使电子电路形成一种非常复杂的环境。实验的整个过程报告如下：1.一个可行的工具监控系统的关键是传感器，记忆规章和识别参数。2.迄今，传感器仍然是工业监控系统的瓶颈。由于限制精密，稳定或者传感器设备的噪音信号等问题有合理的设计，高精密和成套记忆规章在很多监控系统中不能到达被期望的效率。3.开发工具监控系统的时间为：硬件的花费为20%；20%适合软件开发和修改；剩下的60%在设置系统识别参数，修改和测试系统函数上度过。4.结果显示8051能成功地从3件工件内发现破损。工具破损的起因不能被明确地发现，因此工具状态、记忆规章仍然要求传感器的改良而增加提高系统的发觉功能。由于单片机的低本钱的竞争优势，所以单片机在工业管理以及监控领域内有一个巨大的市场。将来在自动化的开展过程中，期望单片机的应用变得更加广泛。过去，PC机产品一直占领市场，由于单片机越来越强有力的功能和较低的价格，单片机产品理当将其取代。附录Ⅱ系统电路原理图附录Ⅲ程序清单3-1主机主程序：ORG0000HSTART:MOVTMOD,#20H；定时器T1为方式2MOVTH1,#0F4H；波特率为1200bpsMOVTL1,#0F4HSETBTR1；启动T1工作MOVSCON,#0D8H；串行口为方式3，允许接收，SM2=0，TB8=1MOVPCOH,#00HMOVR0,#40H；发送数据块始址送R0MOVR1,#20H；接收数据块始址送R1MOVR2,#SLAVE；被寻址从机地址送R2MOVR3,#00H/01H；假设为00H，那么主机发从机收命令假设为01H，那么从机发主机收命令MOVR4,#20D；发送数据块长度送R4MOVR5,#20D；接收数据块长度送R5ACALLMCOM；调用主机通信子程序ACALLDIS；调用显示报警子程序SJMP$；停止3-2主机查询通信子程序：MCOM：MOVTOMD，#20H；初始化T1为定时器方式，方式2MOVTL1，#0F3H；置计数常数MOVTH1，#0F3H；SETBTR1；启动定时器T1MOVPCON，#80H；SMOD=1MOVSCON，#0D8H；串行口方式3，允许接收，TB8=1TX-ADDR：MOVA，P2；发送地址帧MOVSBUF，ALOOP1：JNBT1，LOOP1CLRT1RX-REPLY：JBCR1，IF-AGREE；等待从机应答SJMPRX-REPLYIF-AGREE：MOVA，SBUF；判断应答地址相符否？XRLA，R2JZTX-COMDCOMEBAKE：MOVA，#0FFH；重新联络SETBTB8MOVSBUF，ALOOP2：JNBT1，LOOP2CLRT1SJMPTX-ADDRTX-COMD：CLRTB8；地址符合，TB8置0，准备送命令MOVA，R3；R3中的内容为控制代码MOVSBUF，A；送命令LOOP3：JNBT1，LOOP3CLRT1RX-STATE：JBCR1，IF-RIGHT；准备接收从机状态字节SJMPRX-STATEIF-RIGHT：MOVA，SBUF；判从机是否接到非法命令JNBACC.7，CO-ON；假设从机正确接收到命令就继续，否那么返回重新联络SJMPCOMEBAKECO-ON：CJNER3，#00H，RECETVE；要求从机发送就绪跳转JNBACC.0，COMEBAKE；从机接收未