紅外傳感器單片機火焰檢測裝置課設課程設計報告.docVIP

紅外傳感器單片機火焰檢測裝置課設課程設計報告 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、邏輯組件、外圍設備等三大部分構(gòu)稱。 火焰檢測裝麓是安全監(jiān)控系統(tǒng)的重要組成部分。 從實際使用情況看火焰檢測裝簧的使用效果普遍較差，經(jīng)常出現(xiàn)有火焰檢測不出或沒火焰誤檢測為有火焰等問題。 造成這些情況的原因是多方匠的，比如火焰檢測裝置選型與爐型不匹配、火焰檢測裝置位置安裝不當、火焰檢測裝置參數(shù)設置不當、檢測裝置部件故障。 火焰檢測裝置是爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)十分重要的組成部分，火焰檢測裝簧能否實時檢測爐膛燃燒狀態(tài)，能否正確反映燃燒狀態(tài)是鍋爐安全可靠運行的十分重要條件。 國外的檢測水平比較成熟，價格比較貴。 我國電站使用的火焰檢測裝置五花八門，品種比較多在使用中不盡人意。 因此，結(jié)合國外先進技術(shù)，針對我國電站鍋爐燃燒特點，開發(fā)火焰檢測裝置是非常必要的。 火焰檢測器將鍋爐火焰信號轉(zhuǎn)換為電信號，是本文研究的重點。 通過在熟悉、學習國內(nèi)外各種成熟的火焰檢測裝置的基礎上，針對我國電站鍋爐，對火焰檢測裝置進行創(chuàng)新和改進。 本文開發(fā)研制的新型的火焰檢測裝置需要具備能實時的反映鍋爐的燃燒狀態(tài)。 直觀顯示火焰信號強度和背景電平操作簡便，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、延遲時間及模擬量的輸出；具備延時功能，針對火焰信號的漂動不定，設置失去火焰信號后1los之間的可調(diào)延時功能，避免火焰信號的誤判斷；自檢功能，火焰信號處理器在正常工作的過程中，每隔2分鐘進行自檢，保證信號處理器或檢測器工作異?；虬l(fā)生故障，能發(fā)出報警信號。 第二章系統(tǒng)方案設計2第二章系統(tǒng)方案設計2.1紅外線火焰檢測器火焰中存在大量的可見光和09Pm以上的紅外線，這些波長的光線不易被煤塵、水蒸氣和其它燃燒產(chǎn)物吸收，因此適用予檢測煤粉火焰和重油火焰。 在爐膛內(nèi)的高溫煙氣和相鄰燃燒器的火焰都會同時發(fā)出可見光和紅外線，在對某燃燒器火焰進行檢測時必須要將它們與被檢測火焰信號分開來。 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處理單片機數(shù)字顯示報警電路電源部分第二章系統(tǒng)方案設計3系統(tǒng)硬件原理圖由紅外傳線感器來采集紅外線信號，信號處理，數(shù)據(jù)處理和智能算法、顯示等構(gòu)成。 整個系統(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，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，當超過電壓發(fā)出報警。 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計的基礎，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現(xiàn)電壓、電流的采集。 信號處理部分該部分電路包括電壓信號的放大和AD轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)模數(shù)變換。 單片機部分AT89C51單片機系統(tǒng)是數(shù)字顯示的核心部分，主要任務有給ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片提供一個時鐘，使其正常工作，同時采集模數(shù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號，使用軟件濾除干擾，并對數(shù)字信號進行計算，然后輸出顯示。 電源電路部分該部分電路負責將輸入的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，ADC0809等供電。 顯示電路，聲光報警電路顯示電路的作用是將測量的電流實時顯示出來，當測量電流超過電流表的測量范圍時報警電路將發(fā)出聲光進行報警。 第三章系紅外傳感器簡介4第三章紅外傳感器簡介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，這項技術(shù)在現(xiàn)代科技、國防科技和工農(nóng)業(yè)科技等領(lǐng)域得到了廣泛的應用。 紅外傳感系統(tǒng)是用紅外線為介質(zhì)的測量系統(tǒng)，按照功能能夠分成五類一，輻射計，用于輻射和光譜測量；二，搜索和跟蹤系統(tǒng)，用于搜索和跟蹤紅外目標，確定其空間位置并對它的運動進行跟蹤；三，熱成像系統(tǒng)，可產(chǎn)生整個目標紅外輻射的分布圖像；四，紅外測距和通信系統(tǒng)；五，混合系統(tǒng)，是指以上各類系統(tǒng)中的兩個或者多個的組合。 紅外傳感器根據(jù)探測機理可分成為光子探測器（基于光電效應）和熱探測器（基于熱效應）。 3.2紅外傳感器工作原理 1、待測目標根據(jù)待側(cè)目標的紅外輻射特性可進行紅外系統(tǒng)的設定。 2、大氣衰減待測目標的紅外輻射通過地球大氣層時，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、光學接收器它接收目標的部分紅外輻射并傳輸給紅外傳感器。 相當于雷達天線，常用是物鏡。 4、輻射調(diào)制器。 對待測目標的輻射調(diào)制成交變的輻射光，提供目標方位信息，并可濾除大面積的干擾信號。 又稱調(diào)制盤和斬波器，它具有多種結(jié)構(gòu)。 5、紅外探測器第三章系紅外傳感器簡介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)出來的物理效應探測紅外輻射的傳感器，多數(shù)情況下是利用這種相互作用所呈現(xiàn)出的電學效應。 此類探測器可分為光子探測器和熱敏感探測器兩大類型。 6、探測器制冷器由于某些探測器必須要在低溫下工作，所以相應的系統(tǒng)必須有制冷設備。 經(jīng)過制冷，設備可以縮短響應時間，提高探測靈敏度。 7、信號處理系統(tǒng)。 將探測的信號進行放大、濾波，并從這些信號中提取出信息。 然后將此類信息轉(zhuǎn)化成為所需要的格式，最后輸送到控制設備或者顯示器中。 8、顯示設備。 這是紅外設備的終端設備。 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)就可以完成相應的物理量的測量。 紅外系統(tǒng)的核心是紅外探測器，按照探測的機理的不同，可以分為熱探測器和光子探測器兩大類。 下面以熱探測器為例子來分析探測器的原理。 熱探測器是利用輻射熱效應，使探測元件接收到輻射能后引起溫度升高，進而使探測器中依賴于溫度的性能發(fā)生變化。 檢測其中某一性能的變化，便可探測出輻射。 多數(shù)情況下是通過熱電變化來探測輻射的。 當元件接收輻射，引起非電量的物理變化時，可以通過適當?shù)淖儞Q后測量相應的電量變化。 歐姆龍公司生產(chǎn)的漫反射式和對射式光電傳感器，這兩種傳感器主要用于事件檢測和物體定位。 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)實踐中發(fā)揮著它的巨大作用，隨著探測設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。 第四章信號處理電路6第四章信號處理電路4.1放大和AD轉(zhuǎn)換電路本次課程設計，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（對于OP07A最大為25V，所以OP07在很多應用場合不需要額外的調(diào)零措施。 OP07同時具有輸入偏置電流低（OP07A為2nA）和開環(huán)增益高（對于OP07A為300V/mV）的特點，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量設備和放大傳感器的微弱信號等方面。 1、OP07具有以下特點超低偏移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計的放大電路主要是為了將電流傳感器輸出的電壓值與AD模塊的基準電壓相匹配。 由于而AD模塊的基準電壓設為0.5V和4.5V是不容易實現(xiàn)的，這對電路的要求很高。 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問題，而且易于實現(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，也可單獨工作，輸入、輸出與TTL兼容。 4、ADC0809引腳功能如下第四章信號處理電路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，輸入，高電平有效。 STARTA/D轉(zhuǎn)換啟動信號，輸入，高電平有效。 EOCA/D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，輸出，當A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端輸出一個高電平（轉(zhuǎn)換期間一直為低電平）。 OE數(shù)據(jù)輸出允許信號，輸入，高電平有效。 當A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端輸入個高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。 CLK時鐘脈沖輸入端。 要求時鐘頻率不高于640KHZ。 REF（+）、REF（-）基準電壓。 5、ADC0809的電路原理圖如圖4-3所示圖4-3ADC0809引腳圖第四章信號處理電路9根據(jù)ACS712的數(shù)據(jù)手冊可知，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單片機最小系統(tǒng)由AT89C51單片機及其外圍電路組成。 AT89C51單片機在高溫環(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單片機對很多嵌入式控制應用提供了一個高靈活有效的解決方案。 它的作用是為ADC0809提供時鐘信號、形成必要的時序、進行數(shù)據(jù)計算以及控制LCD字符的顯示。 AT89C51單片機各個引腳分布如圖4-4,4-5所示圖4-4晶振、復位電路圖4-5AT89C51引腳分布第四章信號處理電路10圖4-4為單片機的晶振電路和單片機的復位電路，圖4-5為單片機的引腳分布及各引腳的接口，單片機采用5V供電。 D1為單片機上電電源指示燈，P2.7為報警指示燈的接口，P2.6為報警蜂鳴器的接口，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，P1. 0、P1. 1、P1.2為LCD的控制端口。 P1.3P1.7為ADC0809的控制端口。 RST為單片機的復位端口，與復位電路相連。 4.3聲控報警電路當測量的電壓超過額定的量程時，聲控電路將進行聲音報警，同時在顯示界面顯示提示語句，提醒操作人員及時進行處理。 聲控報警電路由一個蜂鳴器構(gòu)成。 電路原理圖如圖4-6所示圖4-6聲控報警電路第四章信號處理電路114.4顯示電路本次課程設計的顯示電路部分采用LCD1602液晶進行顯示。 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、符號等的點陣型液晶模塊它有若干個5X7或者5X11等點陣字符位組成，每個點陣字符位都可以顯示一個字符。 它具有微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧等特點，常用于袖珍式儀表和低功耗應用系統(tǒng)中。 1602采用標準的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為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高（對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個10K的電位器調(diào)整對比度）。 第4腳RS為寄存器選擇，高電平1時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平0時選擇指令寄存器。 第5腳RW為讀寫信號線，高電平 (1)時進行讀操作，低電平 (0)時進寫操作。 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腳背光負極。 1602LCD的特性+5V電壓，對比度可調(diào)。 內(nèi)含復位電路。 提供各種控制命令,如清屏、字符閃爍、光標閃爍、顯示移位等多種功能。 有80字節(jié)顯示數(shù)據(jù)存儲器DDRAM。 內(nèi)建有192個5X7點陣的字型的字符發(fā)生器CGROM。 8個可由用戶自定義的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，要實現(xiàn)溫度的精確測量與顯示跟一個合適的穩(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穩(wěn)定的+5V電源，用來給測溫電橋，單片機，顯示模塊，AD模塊供電，要實現(xiàn)信號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，濾波后分成兩個支路，一路經(jīng)過濾波后輸入LM7809，另一路進過濾波后輸入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的標準封裝，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)整管的保護電路，使用起來可靠、方便，而且價格便宜。 該系列集成穩(wěn)壓IC型號中的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9V。 在實際應用中，應在三端集成穩(wěn)壓電路上安裝足夠大的散熱器（當然小功率的條件下不用）。 當穩(wěn)壓管溫度過高時，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)軟件設計14第五章控制系統(tǒng)統(tǒng)軟件設計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)用顯示程序定時器中斷結(jié)束第五章控制系統(tǒng)軟件設計15MOV DPTR,#78FFH；A/D轉(zhuǎn)換器首地址MOVX A,DPTRMOV R1,#030H；存儲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A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時會向單片機發(fā)出中斷請求信號，觸發(fā)單片機的外部中斷，此時單片機響應中斷，進入中斷服務程序，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進制轉(zhuǎn)換成10進制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；取個位數(shù)MOVC A,A+DPTR MOVP0,A MOVP2.0ACALL D1MS第五章控制系統(tǒng)軟件設計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；實驗板上的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)換成十進制數(shù)，然后再顯示十位和個位的數(shù)。 第