智能检测与故障报警系统的设置.doc

毕业设计（论文）任务书题目名称 智能检测及故障报警系统的设置学生姓名赵豪杰所学专业应用电子技术班级03高专应电1指导教师姓名梅杨所学专业职称教授一、设计（论文）主要内容本设计是一智能检测及故障点报警系统，中央系统采用单片机进行控制，如遇到高温情况或机器故障就可以自动报警并进行断电保护处理，利用巡回检测、故障点的查找,显示设备和键盘的结合，变的更加方便，与其它检测系统不同的是本设计添加了采用传感器技术的温度感应及故障点的确认系统，增加了安全运转和生产系数，提供了更加完善的安全检测和确认故障点保障二、毕业设计的主要技术指标（文科不填）1检测及报警技术指标：(1).检测：采用温度传感器；(2).显示方式：动态连续显示；(3).检测人体：采用红外线传感器；(4).报警处理：对所测的参数进行超限判断；(5).发射和接收功能：通过故障发射器和接收器实现，由单片机控制。2AT89C2051芯片技术指标：(1)工作电压：4.5V5.5V。(2)4脚CMOS8位单片机(3)内含4K字节可编程闪烁存储器毕业设计（论文）开题报告题目名称 智能检测及故障报警系统的设置学生姓名赵豪杰专业应用电子技术班级03高专应电1一、 选题的目的意义目前越来越多厂家及公司的机器设备需要应用更先进的温度及故障检测设备已是必然。如何更加安全的生产，使机器更高效的运转.当机器出现故障时第一时间能检测出是什么地方以成为人们迫切的需求，故此利用AT89C52型单片机设计了智能检测及故障报警系统。二、 国内外研究综述1.传统的检测及故障报警技术已经不能做到提前预测故障和及时排除故障，造成能量的利用率低，造成能源极大浪费。2.现代国内外大都采用单片机技术设置检测及故障报警系统监控各个系统中每个设备的运行状况，实时采集各设备的运行数据，通过数据采集系统将数据送入中央处理设备进行处理，判断出各设备当前的运行情况，若有故障趋势，及时发出警报，提高了生产的安全系数，使生产力得到进一步的发展，因此它拥有很好的发展前景。三、毕业设计（论文）所用的方法通过查阅相关专业书籍,并通过网络等渠道收集资料.。对掌握的资料整理研究,学习,。遇到困难，主动请教老师和同学按照格式要求书写论文。四、主要参考文献与资料获得情况1 何立民 单片机应用系统设计系统配置与接口技术，北京航空航天大学出版社。2 李全利 单片机原理及应用技术，高等教育出版社3 楼然苗 李光飞 51系列单片机设计实例，北京航空航天大学出版社。4纪宗南.单片机外围器件实用手册 输入通道器件分册.北京航空航天大学出版社，19985胡汉才.单片机原理及其接口技术.清华大学出版社，19966梁廷贵.现代集成电路实用手册.科学技术文献出版社，20027楼然苗，李光飞，51系列单片机设计实例，北京航空航天大学出版社，8李全利，单片机原理及应用技术，高等教育出版社，2004.119实验指导书，DP51X单片机学习系统，浙江亚龙教仪有限公司2003 10沙占友，智能传感器系统设计与应用，电子工业出版社，五、指导教师审批意见年 月 日毕业设计（论文）中期检查报告题目名称 智能检测及故障报警系统的设置设计人姓名赵豪杰所学专业应用电子技术班级03高专应电1一、 阶段性成果第一阶段：了解和掌握了智能检测及故障报警系统基本知识。第二阶段：研究了最新智能检测及故障报警系统技术。第三阶段：详细的分析了智能检测及故障报警系统技术在设备中的应用。第四阶段：智能检测及故障报警系统的设计。二、存在的问题1.格式不完全符合要求2.论述的知识面窄，深度不够，3.在某些专业上的知识解释不全面三、 拟采取的研究方法和可行性分析1书籍查阅2上网查寻3向老师请教4向同学请教四、指导教师对学生劳动纪律、设计（论文）进展等方面的评语 年 月 日毕业设计（论文）的评价意见指导教师评语：分数： 签名： 年 月 日评阅人评语：分数： 签名： 年 月 日答辩小组评语：答辩小组成员签字：分数： 签名： 年 月 日答辩委员会意见（同意给优、良、中、及格、不及格等次）分数： 签名： 年 月 日郑州经济管理干部学院 毕业设计（论文）论文题目 学生姓名 系 部 _ _专 业 年 级 指导教师 成 绩 年 月 日目 录摘 要4引 言.5第一章 系统设计61.1 硬件系统设计原则61.2 应用软件设计特点61.3 设计思路71.4 方案论证与比较.71.4.1控制器部分和数据采集部分.71.4.2 A/D转换器.71.4.3 键盘输入和显示输出101.4.4 键盘输入和显示输出101.4.5 系统的工作原理11第二章 硬件设计112.1 硬件结构框图.112.2 单元电路设计.122.2.1 AT89C52性能介绍.122.2.2 ADC0809性能介绍.142.2.3 ADC0809电路说明.152.2.4 显示电路.162.2.5故障点检测和温度采集电路.162.2.6键盘电路.172.2.7报警电路.182.3 整体电路图18第三章 软件设计.193.1 程序的设计203.2显示子程序21结 语22致 谢23参考文献.24附 录.25摘 要随着我国经济的迅速发展，尤其是进入二十一世纪以后，更是进入了一个崭新的时代，在此大好形势的影响下，越来越多厂家及公司的机器设备需要应用更先进的温度及故障检测设备已是必然。如何更加安全的生产，使机器更高效的运转.当机器出现故障时第一时间能检测出是什么地方以成为人们迫切的需求。智能巡回检测及故障点报警系统无疑是倍受他们的欢迎。本设计是一智能检测及故障点报警系统，中央系统采用单片机进行控制，如遇到高温情况或机器故障就可以自动报警并进行断电保护处理，利用巡回检测、故障点的查找,显示设备和键盘的结合，变的更加方便，与其它检测系统不同的是本设计添加了采用传感器技术的温度感应及故障点的确认系统，增加了安全运转和生产系数，提供了更加完善的安全检测和确认故障点保障。关键词 ： 检测 温度 报警器 3引 言随着计算机技术的迅速发展，单片机的应用也得到了更为广泛的传播和利用，越来越多的领域都采取了利用单片机进行控制，尤其是在微电子行业显的更加突出。单片机的应用正从根本上改变着传统的控制系统设计思想和设计方法。从前继电接触器控制，模拟电路，数字电路实现的大部分控制功能，现在已能使用单片机通过软件方法实现了，这种以软件取代硬件并能提高系统性能的控制技术。它不仅简单、方便，而且具备良好的性能和扩展功能，深受人们所青睐。它的发展历史经过了三个阶段：1：初级单片机阶段；2：高性能单片机阶段；3：8位单片机固化发展及16位单片机推出阶段。了解和运用单片机具有划时代的意义。通过智能检测及故障报警系统的设置一文能使我们对于单片机有个更高层次的认识及对AT89C52型单片机有个更深的认识。 4第一章 系统设计1.1 硬件系统设计原则 一个单片机应用系统的硬件电路设计包含有两部分内容：一是系统扩展，即单片机内部的功能单元，如ROM，RAM，I/O口，定时/计数器，中断系统等容量不能满足应用系统的要求时，必须在片外进行扩展，选择恰当的芯片，设计相应的电路。二是系统配置，既按照系统功能 要求配置外围设备，如键盘，显示器，打印机，A/D，D/A转换器等，要设计合适的接口电路。系统的扩展和配置设计应遵循以下原则： (1)尽可能选择典型电路，并符合单片机的常规用法。为硬件系统的标准化，模块化打下良好基础。 (2)系统的扩展与外围设备配置的水平应充分满足应用系统的功能需求，并留有适当的余地，以便进行二次开发。 (3)硬件结构应结合应用软件方案一并考虑。硬件结构与软件方案会产生相互影响，考虑的原则是：软件能实现的功能尽可能由软件来实现，以简化硬件结构。 (4)整个系统中相关的器件要尽可能作到性能匹配，例如选用晶振频率较高时，存储器的存取时间有限，应该选择允许存取速度较高的芯片。(5)可靠性及抗干扰设计是硬件系统不可缺少的一部分，它包括芯片、器件选择、去耦滤波、印刷电路板布线、通道隔离等。 (6)单片机外接电路较多时，必须考虑其驱动能力。驱动能力不足时，系统工作不可靠，解决的办法是增加驱动能力，增设线驱动器或者减少芯片功耗，降低总线负载。1.2 应用软件设计特点应用系统中的应用软件是根据系统功能要求设计的，应可靠地实现系统的各种功能。应用系统种类繁多，应用软件各不相同，但是一个优秀的应用的软件应具有下列特点：(1)软件结构清晰、简捷、流程合理。(2)各功能程序实现模块化、子程序化。这样，即便于调试、连接，又便于移植、修改。(3)程序存储区、数据存储区规划合理，既能节约内存容量，又使操作方便。(4)运行状态实现标志化管理。各个功能程序运行状态、运行结果以及运行要求都设置状态标志以便查询，程序的转移、运行、控制都可以通过状态标志条件来控制。(5)规范化的程序便于交流、借鉴，也为今后的软件模块化、标准化打下基础。(6)实现全面软件抗干扰设计。软件抗干扰是计算机应用系统提高可靠性的有力措施。51.3设计思路本设计源于工业系统控制中参数较多，保护设施比较齐全，一旦出现故障会立即保护，使整机停机，但并不能够显示本次故障的部位，对产品的改进及检修带来不便，鉴于这种情况，提出本次设计课题，提高设备的自动化的程度。利用单片机完成对工业系统中相关参数的巡回检测本次设计为温度产生检测，点数为4个，检测点温度巡回显示；利用单片机完成工业系统中的故障点及故障点，本次设计点数为4个检测；发生故障时，能够产生报警信号和保护信号，同时显示故障产生点1.4方案论证与比较1.4.1 控制器部分本系统基于51系列单片机来实现，因为系统需要大量的控制液晶显示的键盘不宜采用大规模可编程逻辑器件：CPID、FPGA来实现。（因为大规模可编程逻辑器件一般是使用状态机方式来实现，即所解决的问题都是规则的有限状态转换问题。本系统状态较多，难度较大。） 另外系统没有其它高标准的要求，所以最终选择了AT89C52通用的经较普通单片机来实现系统设计。内部带有8KB的程序存储器，在外面扩展了32K数据存储器，以满足系统要求1.4.2 数据采集部分（1）、传感 传感器测量温度范围0-120，误差1，我们选择的是AD590传感器，量程是-55150 0C精度是J级可以满足本系统的精度要求。（2）、前级放大器部分传感器输出的电压信号为毫伏级,可以采用以下几种方案:方案一:、通低温漂运算放大器构成多级放大器.普通低温运算放大器构成多级放大器会引入大量噪声,由于A/D转换器需要很高的精度,所以几毫伏的干扰信号就会直接影响最后的测量精度,所以，次方案不宜采用.方案二、由高精度低漂移运算放大器构成双点调整放大器.双点调整它可以进一步提高测温范围内的精度。图中AD581为基准电压源输出+10V电压，在00C时（将AD590置于冰水混合物中）调整电位器，使输出为0V，然后在1000C时，故满足100mv/的灵敏度。 6如果改变灵敏度（如使之增大）则可改变反馈电阻（增大91K与10K串联总组值），又如，当要测量华氏温度（F）时，因华氏温度等于势力学温度减去255.4再乘以91/5，所以若要求V0=1mv/F，则反馈电阻为（100X9）/5=180K。调整时，在0时使V0=17.8mv;1000C时V0=197.8mv.应指出运放AD301A（其输入电阻2M，输出偏流0.3uA也可用其他高输入阻抗的运放代替。如LE355等。AD590是电流输出型的集成温度传感器。它适合于长线传输，但要采用屏蔽线，以防止干扰，其工作电压范围较宽（430V）为了减小传感器自身热效应，应尽可能选用低一些的电压，引脚之间要良好的绝缘，以避免影响测温精度。主要特点如下： 7流过器件的电流安数等于器件所处环境温度的势力学温度数即IT /T=1uA/K 式中IT流过AD590的电流（uA）,T环境温度（K）。AD590的测温范围为-55150 0CAD590的电源电压范围为430V，电源电压从4V到6V变化。电流IT变化1uA，相当于温度变化1K，AD590可以承受44V正向电压。AD590的输出电阻为10M精度高，AD590共有T，J，K，L，M五挡不同精度，其中M挡精度最高。在-55 0C 1550C范围内，非线性误差0.30C；I挡误差最大，约为10 0C，故应用时应校正，精度不同校正误差不同,实际测量每一级运放都会引入较大的噪声,对精度影响较大。方案三、采用专用MST温度传感器输出0-5V电压直接与A/D转换器。 MST温度变送器的接线盒内安装了变送器模块；变送模块选用专用芯片进行放大和线性化处理，提高了传感器测量精度，冷端无需补偿，负载能力大，传输距离远，抗干扰强。主要技术指标：量程：根据传感器不同而不同，满足客户各种要求。供电电压：24DC，12VDC输出信号：4-20mA，0-5V，1-5V引线：引线阻值不得超过650欧姆准确度：0.1%FS环境温度：0-50度MSTS温度传感器技术指标产品型号 测量范围 分度号 级别 允差*WZP -200-+500 pt100 A -+(0.15+0.002)WZC -50-+150 Cu50 B -+(0.30+0.005)MST温度传感器/MTS温度传感器，干扰能力强，我们确定用它.1.4.3 A/D转换器方案一、逐次逼近型A/D转换器，如：ADS7805，ADS7804等。逐次逼近型A/D转换，一般具有采样/保持功能。采样平频率高，功耗比较低，是理想的高速，高精度，省电型A/D转换器件。 高精度逐次逼近型A/D转换器一般都带有内部基准源和内部时钟，基于89C52构成的系统设计时仅需要外接几个电阻、电容。但考虑到所转换的信号为一慢变信号，逐次逼近型A/D转换器的快速优点不能很好的发挥，根据系统的要求，8位AD足以满足精度要求，太高的精度就反而浪费了系统资源。所以此方案并不是理想的选择。方案二、双积分型A/D转换器：如：ICL7135、ICL7109等. 8双积分型A/D转换器精度高，但速度较慢 （如：ICL7135），具有精确的差分输入，输入阻抗高，可自动调零，超量程信号，全部输出于TTL电平兼容。 双积分型A/D转换器具有很强的抗干扰能力。对正负对称的工频干扰信号积分为零，所以50HZ的工频干扰抑制能力很强，对高于工频干扰（例如噪声电压）已有良好的滤波作用。只要干扰电压的平均值为零，对输出就不产生影响。尤其对本系统，缓慢变化的压力信号，很容易受到工频信号的影响。故而采用双积分型A/D转换器可大大降低对滤波电路的要求。方案三、ADC0809作为电子温度测量器，系统AD转换器速度要求并不高，精度上8位并行的AD足以满足要求。另外双积分型A/D转换器较强的抗干扰能力，和精确的差分输入，因为ADC0809是8路A/D转换器，而我们只用4路A/D转换，低廉的价格。综合分析其优点和缺点，我们最终先择了ADC0809。1.4.4 键盘输入和显示输出键盘输入键盘输入是人机交互界面中最重要的组成部分，它是系统接受用户指令的直接途径。由于本系统的键盘较少我们采用了中断显示输出显示部分用的是共阳八段LED显示器，显示方式有两种方案。方案一、静态显示 所谓静态显示，是指显示器显示某一字符时，相应段的发光二极管恒定地导通或截止。这种显示方法每一位都需要有一个8位输出口控制。每一位都需要一个译码器。静态显示时，较小的驱动电流就可以得到较高的显示亮度，所以可由接口芯片直接驱动。显然，并行输出显示位数越多需要I/O口越多。方案二、动态显示 当显示器位数较多时，可以采用动态显示。所谓动记显示就是一位一位地轮流点亮显示器的各个位（扫描）。对于显示器的每一位而言，每隔一段时间点亮一次。虽然在同一时刻只有一位显示在工作（点亮），但由于人眼的视觉暂留效应和发光二极管熄灭时的余辉，我们看到的却是多个字符“同时”显示。显示器亮度既与点亮时的导通电流有关，也与点亮时间和间隔时间的比例有关。调整电流和时间参数，可实现亮度较高较稳定的显示。若显示器的位数不大于8位，则控制显示器公共极电位只需一个I/O口（称为扫描口或字位口），控制各位LED显示器所显示的字型也需要一个8位口（称为段数据口或字型口）。1.4.5系统的工作原理有四路温度模拟量和四路故障点信号送入ADC0809转换成数字信号送入单片机（AT89C52）进行处理并巡回检测，如工作正常时，只有前四路温度巡回显示， 但当八路其中的任意一路数值超出设置范围，产生报警信号和保护信号，LED并显示出是哪一路产生故障，键盘的作用是随时察看四路温度。 9第二章 硬件的具体设计与实现2.1硬件结构框图如下4路温度传感器前端 信号处理A/D转换器AT89C52键盘控制LED显示4路故障点检测报警信号2.2 硬件功能介绍2.2.1 AT89C52AT89C52是一种带4K字节闪烁可编程可擦除的只读存储器（FPEROMFalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。AT89C52管脚功能图 10主要特性：与MCS-51兼容4K字节可编程闪烁存储器128*8位内部RAM32可编程I/O线2个16位定时器/计数器5个中断源可编程串行通道、低功耗的闲置和掉电模式管脚说明： VCC：供电电压。GND：接地。P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流 P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。RST ：复位输入。PSEN：外部程序存储器的选通信号。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。 AT89C52电路： 112.2.2 ADC0809ADC0809引脚、逻辑结构图引脚功能说明：D7D0：8位数字量输出，A/D转换结果。IN0IN7：8路模拟电量输入，可以是：05V或者-10V+10V。+VREF：正极性参考电源。-VREF： 12负极性参考电源。START：启动A/D转换控制输入，高电平有效。CLK：外部输入的工作时钟，典型频率为500KHz。ALE：地址锁存控制输入，高电平开启接收3位地址码，低电平锁存地址。CBA：3位地址输入，其8个地址值分别选中8路输入模拟量IN0IN7之一进行模数转换。C是高位地址，A是最低位地址,由A，B，C选通其中一路模拟输入，如下图。OE：数字量输出使能控制，输入高电平，输出A/D转换结果D7D0。EOC：模数转换状态输出。当模数转换未完成时，EOC输出底电平；当模数转换完成时，EOC输出高电平。EOC输出信号可以作为中断请求或者查询控制。Vcc：芯片工作电源+5V。GND：芯片接地端。 数字量输出及控制：11条ST为转换启动信号。当ST上跳沿时，所有内部寄存器清零；下跳沿时，开始进行A/D转换；在转换期间，ST应保持低电平。EOC为转换结束信号。当为高电平时，表明转换结束；否则，表明正在进行A/D转换。OE为输出允许信号，用于控制三条输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。OE=1，输出转换得到的数据；OE=0，输出数据呈高阻状态。D7D0为数字量输出线。CLK为时钟输入信号线。因ADC0809的内部没有时钟电路，所需时钟信号必须由外界提供，通常使用频率为500KHz，VREF（+），VREF（-）为参考电压输入。2.2.3 ADC0809电路 138路输入模拟信号数值显示电路由A/D转换，数据处理及显示控制等组成。A/D转换由集成电路0809完成。0809具有8路模拟输入端口，前4路为4路温度输入口，分别是A、B、C、D，后4路为4路故障点检测输入口，分别是S6、S7、S8、S9，地址线（2325脚）可决定哪一路模拟输入作A/D转换。第22脚为地址锁存控制，当输入为高电平时，对地址信号进行锁存；6脚为测试控制，当输入一个2us宽高电平脉冲时，就开始A/D转换；7脚为A/D转换结束标志，当A/D转换结束时，7脚输出为高电平；9脚为A/D转换数据输出允许控制，当OE脚为高电平时，A/D转换数据从端口输出；10脚为0809的时钟输入端，利用单片机30脚的六分频晶振信号再通过14024二分频得到。单片机的P1.0P2.6端口作为四位LED数码管显示扫描口，P3.0P3.3端口为列扫描控制，P0.0 P0.7端口作A/D转换数据读入用，P2.0 P2.5端口用作0809的A/D转换控制。P2.6端口用作报警输出口。2.2.4显示电路 14此图是动态显示,三极管在此图里的作用驱动LED,电阻是限流电阻,数码管“1”是显示通道,数码管“2”是显示百位,数码管“3”是显示十位,数码管“4”是显示个位,单片机的P1.0P2.6端口作为四位LED数码管显示扫描口，P3.0P3.3端口为列扫描控制2.2.5故障点输入和温度采集电路 15AD0809的前4路是图中A.B.C.D分别为4路模拟温度信号(0-5V).后4路是故障点输入.正常时S6-S9开关闭合.在出现故障时开关断开,输入端为高电平,产生报警信号.2.2.6键盘电路 键盘的作用是随时察看四路温度。由于本系统的键盘较少我们采用了中断,键盘S1是察看第(1)路温度,键盘S2是察看第(2)路温度, ,键盘S3是察看第(3)路温度, ,键盘S4是察看第(4)路温度,2.2.7报警电路 当八路其中的任意一路数值超出设置范围单片机所产生报警信号P2.6口为高电平使复合管导通,继电器K1吸合,产生保护信号和报警信号.2.3 整体电路图： 16 第三章 软件设计3.1 程序的设计 在刚上电时，因70H77H内存单元的数据为0，则每一通道的数码管显示值都为000。当进行一次测量后，将显示出每一通道的A/D转换值。每个通道的数据显示时间在1s左右。主程序在调用显示程序和显示程序和测试之间循环，其流程图如下面所示。 17开始开始 初始化调用显示调用测试调用出错调用键盘扫描主程序流程图A/D转换测量子程序流程启动测试取数据P2.5=10809地址加1返回A/D转换结束？P3.7=1?地址数小于8？NY3.1.3模数转换测量子程序 模数转换测量子程序是用来控制对0809 8路模拟输入电压的A/D转换，并将对应的数值移入70H77H内存单元，其程序流程图如上所示：3.2显示子程序采用动态扫描法实现四位数码管的数值显示。测量所得的A/D转换数据放在70H77H内存单元中。测量数据在显示时需经过转换成为十进制BCD码放在78H7BH中，其中7BH存放通道标志数。寄存器R3用来作8路循环控制，R0用作显示数据地址针。其程序流程图如下所示 18BCD码转换开显示单元返回显示子程序流程图判断是否到？YN开始 19结 语我的毕业论文写完了,我承认我的毕业设计不是很好的,它是一个很简单的设计,但是这是我自己通过学习,查阅资料而完成的.这是一个不断学习的过程,在这个过程中我学习了不少东西,发现了好多的不足和缺点.这是我在以前的课堂学习的过程中无法学习到的.毕竟课堂上的东西是一些理论上的东西,而这次做的毕业设计,是一个实实在在的东西.它需要我去把它设计成一个具体的功能的产品,从而应用于控制.说心里话，我也不知道毕业设计要怎样写才能算是一个合格的毕业设计,这是我的一个尝试的过程,完成它的过程也让我更深刻地了解了单片机设计这一门学科.它在现在的日常生活中有着很大的应用前景.这段时间里,我也接触过与之相关的一些工作,对这门课有了更深一层的认识.但是熟练、灵活的运用,就是我所欠缺的,.必竟我们从学习、熟悉一门课程到精确掌握及运用是一个较长的过程.这对我也将是一个挑战.但是我并不害怕,通过不断的学习我相信我能