紅外傳感器單片機(jī)火焰檢測(cè)裝置課設(shè)課程設(shè)計(jì)報(bào)告.doc

紅外傳感器單片機(jī)火焰檢測(cè)裝置課設(shè)課程設(shè)計(jì)報(bào)告 安全監(jiān)控系統(tǒng)，它是燃燒器控制和燃料安全燃燒系統(tǒng)，主要由火焰檢測(cè)、邏輯組件、外圍設(shè)備等三大部分構(gòu)稱。 火焰檢測(cè)裝麓是安全監(jiān)控系統(tǒng)的重要組成部分。 從實(shí)際使用情況看火焰檢測(cè)裝簧的使用效果普遍較差，經(jīng)常出現(xiàn)有火焰檢測(cè)不出或沒火焰誤檢測(cè)為有火焰等問題。 造成這些情況的原因是多方匠的，比如火焰檢測(cè)裝置選型與爐型不匹配、火焰檢測(cè)裝置位置安裝不當(dāng)、火焰檢測(cè)裝置參數(shù)設(shè)置不當(dāng)、檢測(cè)裝置部件故障。 火焰檢測(cè)裝置是爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)十分重要的組成部分，火焰檢測(cè)裝簧能否實(shí)時(shí)檢測(cè)爐膛燃燒狀態(tài)，能否正確反映燃燒狀態(tài)是鍋爐安全可靠運(yùn)行的十分重要條件。 國(guó)外的檢測(cè)水平比較成熟，價(jià)格比較貴。 我國(guó)電站使用的火焰檢測(cè)裝置五花八門，品種比較多在使用中不盡人意。 因此，結(jié)合國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，針對(duì)我國(guó)電站鍋爐燃燒特點(diǎn)，開發(fā)火焰檢測(cè)裝置是非常必要的。 火焰檢測(cè)器將鍋爐火焰信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，是本文研究的重點(diǎn)。 通過在熟悉、學(xué)習(xí)國(guó)內(nèi)外各種成熟的火焰檢測(cè)裝置的基礎(chǔ)上，針對(duì)我國(guó)電站鍋爐，對(duì)火焰檢測(cè)裝置進(jìn)行創(chuàng)新和改進(jìn)。 本文開發(fā)研制的新型的火焰檢測(cè)裝置需要具備能實(shí)時(shí)的反映鍋爐的燃燒狀態(tài)。 直觀顯示火焰信號(hào)強(qiáng)度和背景電平操作簡(jiǎn)便，利用面板上的增益調(diào)節(jié)鈕和薄膜按鍵，可以方便地調(diào)節(jié)火焰增益、背景信號(hào)、延遲時(shí)間及模擬量的輸出；具備延時(shí)功能，針對(duì)火焰信號(hào)的漂動(dòng)不定，設(shè)置失去火焰信號(hào)后1los之間的可調(diào)延時(shí)功能，避免火焰信號(hào)的誤判斷；自檢功能，火焰信號(hào)處理器在正常工作的過程中，每隔2分鐘進(jìn)行自檢，保證信號(hào)處理器或檢測(cè)器工作異常或發(fā)生故障，能發(fā)出報(bào)警信號(hào)。 第二章系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)2第二章系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)2.1紅外線火焰檢測(cè)器火焰中存在大量的可見光和09Pm以上的紅外線，這些波長(zhǎng)的光線不易被煤塵、水蒸氣和其它燃燒產(chǎn)物吸收，因此適用予檢測(cè)煤粉火焰和重油火焰。 在爐膛內(nèi)的高溫?zé)煔夂拖噜徣紵鞯幕鹧娑紩?huì)同時(shí)發(fā)出可見光和紅外線，在對(duì)某燃燒器火焰進(jìn)行檢測(cè)時(shí)必須要將它們與被檢測(cè)火焰信號(hào)分開來。 系統(tǒng)的原理框圖如圖2-1所示圖2-1系統(tǒng)框圖紅外線傳感器信號(hào)處理單片機(jī)數(shù)字顯示報(bào)警電路電源部分第二章系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)3系統(tǒng)硬件原理圖由紅外傳線感器來采集紅外線信號(hào)，信號(hào)處理，數(shù)據(jù)處理和智能算法、顯示等構(gòu)成。 整個(gè)系統(tǒng)由微處理器控制，由紅外線傳感器直接采集電壓、電流信號(hào)，再經(jīng)濾波、放大、整形后，輸入到微處理器，并在顯示系統(tǒng)上顯示，當(dāng)超過電壓發(fā)出報(bào)警。 它的各部分電路的說明如下紅外線傳感器部分該部分電路是本次設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，它利用紅外線傳感器將紅外線變化轉(zhuǎn)變成電壓的變化最終實(shí)現(xiàn)電壓、電流的采集。 信號(hào)處理部分該部分電路包括電壓信號(hào)的放大和AD轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)模數(shù)變換。 單片機(jī)部分AT89C51單片機(jī)系統(tǒng)是數(shù)字顯示的核心部分，主要任務(wù)有給ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片提供一個(gè)時(shí)鐘，使其正常工作，同時(shí)采集模數(shù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)，使用軟件濾除干擾，并對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行計(jì)算，然后輸出顯示。 電源電路部分該部分電路負(fù)責(zé)將輸入的9V至12V直流電，分別轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的9V、5V、-9V直流電，給傳感器，放大電路，單片機(jī)，ADC0809等供電。 顯示電路，聲光報(bào)警電路顯示電路的作用是將測(cè)量的電流實(shí)時(shí)顯示出來，當(dāng)測(cè)量電流超過電流表的測(cè)量范圍時(shí)報(bào)警電路將發(fā)出聲光進(jìn)行報(bào)警。 第三章系紅外傳感器簡(jiǎn)介4第三章紅外傳感器簡(jiǎn)介3.1紅外傳感器概述紅外技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在，已經(jīng)為大家所熟知，這項(xiàng)技術(shù)在現(xiàn)代科技、國(guó)防科技和工農(nóng)業(yè)科技等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。 紅外傳感系統(tǒng)是用紅外線為介質(zhì)的測(cè)量系統(tǒng)，按照功能能夠分成五類一，輻射計(jì)，用于輻射和光譜測(cè)量；二，搜索和跟蹤系統(tǒng)，用于搜索和跟蹤紅外目標(biāo)，確定其空間位置并對(duì)它的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行跟蹤；三，熱成像系統(tǒng)，可產(chǎn)生整個(gè)目標(biāo)紅外輻射的分布圖像；四，紅外測(cè)距和通信系統(tǒng)；五，混合系統(tǒng)，是指以上各類系統(tǒng)中的兩個(gè)或者多個(gè)的組合。 紅外傳感器根據(jù)探測(cè)機(jī)理可分成為光子探測(cè)器（基于光電效應(yīng)）和熱探測(cè)器（基于熱效應(yīng)）。 3.2紅外傳感器工作原理 1、待測(cè)目標(biāo)根據(jù)待側(cè)目標(biāo)的紅外輻射特性可進(jìn)行紅外系統(tǒng)的設(shè)定。 2、大氣衰減待測(cè)目標(biāo)的紅外輻射通過地球大氣層時(shí)，由于氣體分子和各種氣體以及各種溶膠粒的散射和吸收，將使得紅外源發(fā)出的紅外輻射發(fā)生衰減。 3、光學(xué)接收器它接收目標(biāo)的部分紅外輻射并傳輸給紅外傳感器。 相當(dāng)于雷達(dá)天線，常用是物鏡。 4、輻射調(diào)制器。 對(duì)待測(cè)目標(biāo)的輻射調(diào)制成交變的輻射光，提供目標(biāo)方位信息，并可濾除大面積的干擾信號(hào)。 又稱調(diào)制盤和斬波器，它具有多種結(jié)構(gòu)。 5、紅外探測(cè)器第三章系紅外傳感器簡(jiǎn)介5這是紅外系統(tǒng)的核心。 它是利用紅外輻射與物質(zhì)相互作用所呈現(xiàn)出來的物理效應(yīng)探測(cè)紅外輻射的傳感器，多數(shù)情況下是利用這種相互作用所呈現(xiàn)出的電學(xué)效應(yīng)。 此類探測(cè)器可分為光子探測(cè)器和熱敏感探測(cè)器兩大類型。 6、探測(cè)器制冷器由于某些探測(cè)器必須要在低溫下工作，所以相應(yīng)的系統(tǒng)必須有制冷設(shè)備。 經(jīng)過制冷，設(shè)備可以縮短響應(yīng)時(shí)間，提高探測(cè)靈敏度。 7、信號(hào)處理系統(tǒng)。 將探測(cè)的信號(hào)進(jìn)行放大、濾波，并從這些信號(hào)中提取出信息。 然后將此類信息轉(zhuǎn)化成為所需要的格式，最后輸送到控制設(shè)備或者顯示器中。 8、顯示設(shè)備。 這是紅外設(shè)備的終端設(shè)備。 常用的顯示器有示波器、顯像管、紅外感光材料、指示儀器和記錄儀等。 依照上面的流程，紅外系統(tǒng)就可以完成相應(yīng)的物理量的測(cè)量。 紅外系統(tǒng)的核心是紅外探測(cè)器，按照探測(cè)的機(jī)理的不同，可以分為熱探測(cè)器和光子探測(cè)器兩大類。 下面以熱探測(cè)器為例子來分析探測(cè)器的原理。 熱探測(cè)器是利用輻射熱效應(yīng)，使探測(cè)元件接收到輻射能后引起溫度升高，進(jìn)而使探測(cè)器中依賴于溫度的性能發(fā)生變化。 檢測(cè)其中某一性能的變化，便可探測(cè)出輻射。 多數(shù)情況下是通過熱電變化來探測(cè)輻射的。 當(dāng)元件接收輻射，引起非電量的物理變化時(shí)，可以通過適當(dāng)?shù)淖儞Q后測(cè)量相應(yīng)的電量變化。 歐姆龍公司生產(chǎn)的漫反射式和對(duì)射式光電傳感器，這兩種傳感器主要用于事件檢測(cè)和物體定位。 圖中的紅燈和綠燈表示傳感器的狀態(tài)。 紅外傳感器已經(jīng)在現(xiàn)代化的生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)揮著它的巨大作用，隨著探測(cè)設(shè)備和其他部分的技術(shù)的提高，紅外傳感器能夠擁有更多的性能和更好的靈敏度。 第四章信號(hào)處理電路6第四章信號(hào)處理電路4.1放大和AD轉(zhuǎn)換電路本次課程設(shè)計(jì)，放大模塊采用的是OP07放大集成電路，AD轉(zhuǎn)換電路采用的是ADC0809。 OP07芯片是一種低噪聲，非斬波穩(wěn)零的雙極性運(yùn)算放大器集成電路。 由于OP07具有非常低的輸入失調(diào)電壓（對(duì)于OP07A最大為25V，所以O(shè)P07在很多應(yīng)用場(chǎng)合不需要額外的調(diào)零措施。 OP07同時(shí)具有輸入偏置電流低（OP07A為2nA）和開環(huán)增益高（對(duì)于OP07A為300V/mV）的特點(diǎn)，這種低失調(diào)、高開環(huán)增益的特性使得OP07特別適用于高增益的測(cè)量設(shè)備和放大傳感器的微弱信號(hào)等方面。 1、OP07具有以下特點(diǎn)超低偏移150V最大。 低輸入偏置電流1.8nA。 低失調(diào)電壓漂移0.5V/。 超穩(wěn)定，時(shí)間2V/month最大高電源電壓范圍3V至22V 2、OP07的引腳分布如圖4-1所示圖4-1OP07引腳圖第四章信號(hào)處理電路 73、OP07芯片引腳功能說明1和8為偏置平衡(調(diào)零端)，2為反向輸入端，3為正向輸入端，4接地，5空腳6為輸出，7接電源。 OP07放大電路的電路原理圖如圖4-2所示圖4-2放大電路此次課程設(shè)計(jì)的放大電路主要是為了將電流傳感器輸出的電壓值與AD模塊的基準(zhǔn)電壓相匹配。 由于而AD模塊的基準(zhǔn)電壓設(shè)為0.5V和4.5V是不容易實(shí)現(xiàn)的，這對(duì)電路的要求很高。 如果采用減法器的放大電路，將0.5V-4.5V輸出轉(zhuǎn)化為0-5V輸出，就可以很好的避免這個(gè)問題，而且易于實(shí)現(xiàn)。 ADC0809是CMOS單片型逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器,它有8路模擬開關(guān)，地址鎖存與譯碼器、比較器，8位開關(guān)樹形A/D轉(zhuǎn)換器、逐次逼近寄存器、三態(tài)輸出鎖存器等其他一些電路構(gòu)成。 因此ADC0809可處理8位模擬量輸入，且有三態(tài)輸出能力，即可與各種微處理器相連，也可單獨(dú)工作，輸入、輸出與TTL兼容。 4、ADC0809引腳功能如下第四章信號(hào)處理電路8ADC0809芯片有28條引腳，采用雙列直插式封裝。 IN0-IN78路模擬量輸入端。 ADDA、ADDB、ADDC3位地址輸入線，用于選通8路模擬輸入中的一路。 ALE地址鎖存允許信號(hào)，輸入，高電平有效。 STARTA/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)，輸入，高電平有效。 EOCA/D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，輸出，當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸出一個(gè)高電平（轉(zhuǎn)換期間一直為低電平）。 OE數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào)，輸入，高電平有效。 當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸入個(gè)高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。 CLK時(shí)鐘脈沖輸入端。 要求時(shí)鐘頻率不高于640KHZ。 REF（+）、REF（-）基準(zhǔn)電壓。 5、ADC0809的電路原理圖如圖4-3所示圖4-3ADC0809引腳圖第四章信號(hào)處理電路9根據(jù)ACS712的數(shù)據(jù)手冊(cè)可知，ACS712的靈敏度66mV/A，而ADC0809電壓輸出范圍為0-5V，量化單位=5/256V=15.625mV小于ACS712的輸出靈敏度，即用8位的ADC在轉(zhuǎn)換精度上可以滿足需要.4.2控制電路AT89C51單片機(jī)最小系統(tǒng)由AT89C51單片機(jī)及其外圍電路組成。 AT89C51單片機(jī)在高溫環(huán)境中穩(wěn)定性好，支持在線編程ISP，無需專用的編程器，方便調(diào)試.AT89C51單片機(jī)對(duì)很多嵌入式控制應(yīng)用提供了一個(gè)高靈活有效的解決方案。 它的作用是為ADC0809提供時(shí)鐘信號(hào)、形成必要的時(shí)序、進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算以及控制LCD字符的顯示。 AT89C51單片機(jī)各個(gè)引腳分布如圖4-4,4-5所示圖4-4晶振、復(fù)位電路圖4-5AT89C51引腳分布第四章信號(hào)處理電路10圖4-4為單片機(jī)的晶振電路和單片機(jī)的復(fù)位電路，圖4-5為單片機(jī)的引腳分布及各引腳的接口，單片機(jī)采用5V供電。 D1為單片機(jī)上電電源指示燈，P2.7為報(bào)警指示燈的接口，P2.6為報(bào)警蜂鳴器的接口，P0.0-P0.7為顯示器LCD1602的8位數(shù)據(jù)接口，X1，X2為晶振電路的接口，與晶振電路相連。 P3.0P3.7與ADC0809的8位數(shù)據(jù)輸出口相連，采集AD后的數(shù)字信號(hào)，P1. 0、P1. 1、P1.2為L(zhǎng)CD的控制端口。 P1.3P1.7為ADC0809的控制端口。 RST為單片機(jī)的復(fù)位端口，與復(fù)位電路相連。 4.3聲控報(bào)警電路當(dāng)測(cè)量的電壓超過額定的量程時(shí)，聲控電路將進(jìn)行聲音報(bào)警，同時(shí)在顯示界面顯示提示語句，提醒操作人員及時(shí)進(jìn)行處理。 聲控報(bào)警電路由一個(gè)蜂鳴器構(gòu)成。 電路原理圖如圖4-6所示圖4-6聲控報(bào)警電路第四章信號(hào)處理電路114.4顯示電路本次課程設(shè)計(jì)的顯示電路部分采用LCD1602液晶進(jìn)行顯示。 1602液晶也叫1602字符型液晶它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的點(diǎn)陣型液晶模塊它有若干個(gè)5X7或者5X11等點(diǎn)陣字符位組成，每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符。 它具有微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧等特點(diǎn)，常用于袖珍式儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中。 1602采用標(biāo)準(zhǔn)的16腳接口，其中第1腳VSS為電源地第2腳VDD接5V電源正極第3腳V0為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地電源時(shí)對(duì)比度最高（對(duì)比度過高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過一個(gè)10K的電位器調(diào)整對(duì)比度）。 第4腳RS為寄存器選擇，高電平1時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平0時(shí)選擇指令寄存器。 第5腳RW為讀寫信號(hào)線，高電平 (1)時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平 (0)時(shí)進(jìn)寫操作。 第6腳E(或EN)端為使能(enable)端。 第7-14腳D0-D7為8位雙向數(shù)據(jù)端。 第15-16腳空腳或背燈電源。 15腳背光正極，16腳背光負(fù)極。 1602LCD的特性+5V電壓，對(duì)比度可調(diào)。 內(nèi)含復(fù)位電路。 提供各種控制命令,如清屏、字符閃爍、光標(biāo)閃爍、顯示移位等多種功能。 有80字節(jié)顯示數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器DDRAM。 內(nèi)建有192個(gè)5X7點(diǎn)陣的字型的字符發(fā)生器CGROM。 8個(gè)可由用戶自定義的5X7的字符發(fā)生器CGRAM。 在本系統(tǒng)中的電路原理圖如圖4-7所示第四章信號(hào)處理電路12圖4-7電路原理圖4.5電源電路電源是整套系統(tǒng)工作的基礎(chǔ)，要實(shí)現(xiàn)溫度的精確測(cè)量與顯示跟一個(gè)合適的穩(wěn)定的電源是密不可分的，由系統(tǒng)組成可知，系統(tǒng)要正常工作需要一個(gè)穩(wěn)定的+5V電源，用來給測(cè)溫電橋，單片機(jī)，顯示模塊，AD模塊供電，要實(shí)現(xiàn)信號(hào)的放大還需要給放大模塊提供穩(wěn)定的+9V,-9V電源。 電源模塊的電路原理圖如圖4-8所示圖4-8電源模塊第四章信號(hào)處理電路13由原理圖可知，220V交流電經(jīng)過變壓，整流，濾波后分成兩個(gè)支路，一路經(jīng)過濾波后輸入LM7809，另一路進(jìn)過濾波后輸入LM7909（C 1、C7分別為7809和7909的輸入濾波電容），兩路的輸出經(jīng)過濾波（C2和C8分別為濾波電容），去高頻耦合（C5和C10為去耦電容）后分別提供+9V，-9V穩(wěn)定電壓，其中路經(jīng)LM7809的支路，輸出后又經(jīng)LM7805穩(wěn)壓輸出+5V電源，通過上述的電壓變化可以達(dá)到電路的需求。 常見的三端穩(wěn)壓集成電路有正電壓輸出的78系列和負(fù)電壓輸出的79系列。 顧名思義，三端IC是指這種穩(wěn)壓用的集成電路，只有三條引腳輸出，分別是輸入端、接地端和輸出端。 它的樣子象是普通的三極管，TO-220的標(biāo)準(zhǔn)封裝，也有9013樣子的TO-92封裝。 用78/79系列三端穩(wěn)壓IC來組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少，電路內(nèi)部還有過流、過熱及調(diào)整管的保護(hù)電路，使用起來可靠、方便，而且價(jià)格便宜。 該系列集成穩(wěn)壓IC型號(hào)中的78或79后面的數(shù)字代表該三端集成穩(wěn)壓電路的輸出電壓，如7806表示輸出電壓為正6V，7909表示輸出電壓為負(fù)9V。 在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)在三端集成穩(wěn)壓電路上安裝足夠大的散熱器（當(dāng)然小功率的條件下不用）。 當(dāng)穩(wěn)壓管溫度過高時(shí)，穩(wěn)壓性能將變差，甚至損壞。 散熱片總是和接地腳相連。 這樣在78*系列中，散熱片和腳連接，而在79*系列中，散熱片卻和腳連接。 78*系列的穩(wěn)壓集成塊的極限輸入電壓是36V，最低輸入電壓比輸出電壓高3-4V。 還要考慮輸出與輸入間壓差帶來的功率損耗，所以一般輸入為9-15V之間。 第五章控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)14第五章控制系統(tǒng)統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)5.1程序流程圖圖5-1程序流程圖5.2A/D轉(zhuǎn)換子程序EXTRN-INT PUSHACC PUSHpsw MOVPSW,#018H開始初始化調(diào)用A/D轉(zhuǎn)換程序調(diào)用顯示程序定時(shí)器中斷結(jié)束第五章控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)15MOV DPTR,#78FFH；A/D轉(zhuǎn)換器首地址MOVX A,DPTRMOV R1,#030H；存儲(chǔ)A/D轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)的地址MOVR1,A POPPSW POPACC RETI首地址是78FFH，當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)會(huì)向單片機(jī)發(fā)出中斷請(qǐng)求信號(hào)，觸發(fā)單片機(jī)的外部中斷，此時(shí)單片機(jī)響應(yīng)中斷，進(jìn)入中斷服務(wù)程序，讀取轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。 5.3顯示子程序DISPLAY:MOV A,31H；將29H中的16進(jìn)制轉(zhuǎn)換成10進(jìn)制MOV B,#10DIV AB MOV B-BIT,A MOV A-BIT,BMOVDPTR,#NUMTAB；制定查表啟始地址MOV R0,#4DPL1:MOV R1,#250；顯示1000次DPLOP:MOV A,A-BIT；取個(gè)位數(shù)MOVC A,A+DPTR MOVP0,A MOVP2.0ACALL D1MS第五章控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)16SETB P2.0MOVA,B-BIT；取十位數(shù)MOVC A,A+DPTR MOVP0,A CLRP2.1；開十位顯示ACALL D1MS SETBP21DJNZ R1,DPLOP DJNZ R0,DPL1RET D1MS:MOV R7,#80DJNZR7,S RET；實(shí)驗(yàn)板上的7段數(shù)碼管09數(shù)字的共陰極顯示代碼NUMTAB:DB03FH,06H,5BH,4FH,66H,06DH,07DH,07H,07FH,06FH該子程序就是將緩存中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)，然后再顯示十位和個(gè)位的數(shù)。 第