2022年红外传感器单片机火焰检测装置课设课程设计方案报告.docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 目个人资料整理仅限学习使用录第一章 引言 1 其次章 系统方案设计 2 2.1 红外线火焰检测器 2 第三章 红外传感器简介 43.1 红外传感器概述 4 3.2 红外传感器工作原理 4 第四章 信号处理电路 6 4.1 放大和 AD 转换电路 6 4.2 掌握电路 9 4.3 声控报警电路 104.4 显示电路 11 4.5 电源电路 12 第五章 掌握系统统软件设计 145.1 程序流程图 14 5.2 A/D 转换子程序 145.3 显示子程序 15 第六章 传感器课程设计总结 17 参考文献 18名师归纳总结 - - - - - - -

2、第 1 页,共 19 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用第一章 引言工业生产中,燃料的燃烧以及设备的结构都闩益复杂,对热工参数提 出了严格的要求,燃料和设各的防爆问题也变的突出起来,目前很多电站 都安装了安全监控系统,防止爆炸；安全监控系统,它是燃烧器掌握和燃 料安全燃烧系统,主要由火焰检测、规律组件、外围设备等三大部分构 称；火焰检测装麓是安全监控系统的重要组成部分；从实际使用情形看火焰 检测装簧的使用成效普遍较差,常常显现有火焰检测不出或没火焰误检测 为有火焰等问题；造成这些情形的缘由是多方匠的,比如火焰检测装置选 型与炉型不匹配、火焰检测装置位

3、置安装不当、火焰检测装置参数设置不 当、检测装置部件故障；火焰检测装置是炉膛安全监控系统特别重要的组成部分,火焰检测装 簧能否实时检测炉膛燃烧状态,能否正确反映燃烧状态是锅炉安全牢靠运 行的特别重要条件；国外的检测水平比较成熟,价格比较贵；我国电站使 用的火焰检测装置五花八门,品种比较多在使用中不尽人意；因此,结 合国外先进技术,针对我国电站锅炉燃烧特点,开发火焰检测装置是特别 必要的；火焰检测器将锅炉火焰信号转换为电信号,是本文讨论的重点；通过在熟识、学习国内外各种成熟的火焰检测装置的基础上,针对我国电 站锅炉,对火焰检测装置进行创新和改进；本文开发研制的新型的火焰检 测装置需要具备能实时的

4、反映锅炉的燃烧状态；直观显示火焰信号强度和 背景电平：操作简便,利用面板上的增益调剂钮和薄膜按键,可以便利地 调剂火焰增益、背景信号、推迟时间及模拟量的输出；具备延时功能,针对火焰信号的漂动不定,设置失去火焰信号后1los 之间的可调延时功能,防止火焰信号的误判定；自检功能,火焰信号处理器在正常工作的过 程中,每隔 2 分钟进行自检,保证信号处理器或检测器工作反常或发生故 障,能发出报警信号；名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 19 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用其次章 系统方案设计2.1 红外线火焰检测器火焰中存在大量的可见

5、光和09Pm 以上的红外线,这些波长的光线不易被煤尘、水蒸气和其它燃烧产物吸取,因此适用予检测煤粉火焰和重 油火焰；在炉膛内的高温烟气和相邻燃烧器的火焰都会同时发出可见光和 红外线,在对某燃烧器火焰进行检测时必需要将它们与被检测火焰信号 分开来 ；系统的原理框图如图 2-1 所示：单数 字红信 号 处部分片显示外理机报线警传电源电感路器名师归纳总结 图2-1 系统框图第 3 页,共 19 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用 系统硬件原理图由红外传线感器来采集红外线信号,信号处理,数据 处理和智能算法、显示等构成；整个系统由微

6、处理器掌握,由红外线传感 器直接采集电压、电流信号,再经滤波、放大、整形后,输入到微处理 器,并在显示系统上显示,当超过电压发出报警；它的各部分电路的说明 如下：红外线传感器部分：该部分电路是本次设计的基础,它利用红外线传感器将红外线变化转 变成电压的变化最终实现电压、电流的采集；信号处理部分：该部分电路包括电压信号的放大和 单片机部分：AD 转换,实现模数变换；AT89C51 单 片 机 系 统 是 数 字 显 示 的 核 心 部 分 , 主 要 任 务 有 ： 给 ADC0809 模数转换芯片供应一个时钟,使其正常工作,同时采集模数转换 后的数字信号,使用软件滤除干扰,并对数字信号进行运算

7、,然后输出显 示；电源电路部分：该部分电路负责将输入的9V 至 12V 直流电,分别转换为稳固的9V、5V、-9V 直流电,给传感器,放大电路,单片机,显示电路,声光报警电路：ADC0809 等供电；显示电路的作用是将测量的电流实时显示出来,当测量电流超过电流表的 测量范畴时报警电路将发出声光进行报警；名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 19 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用第三章 红外传感器简介3.1 红外传感器概述红外技术进展到现在,已经为大家所熟知,这项技术在现代科技、国防科 技和工农业科技等领域得到了广泛的应用；红外传感

8、系统是用红外线为介 质的测量系统,依据功能能够分成五类：一,辐射计,用于辐射和光谱测 量；二,搜寻和跟踪系统,用于搜寻和跟踪红外目标,确定其空间位置并 对它的运动进行跟踪；三,热成像系统,可产生整个目标红外辐射的分布 图像；四,红外测距和通信系统；五,混合系统,是指以上各类系统中的 两个或者多个的组合；基于光电效应）和 红外传感器依据探测机理可分成为：光子探测器 热探测器 基于热效应）；3.2 红外传感器工作原理1、待测目标 依据待侧目标的红外辐射特性可进行红外系统的设定；2、大气衰减 待测目标的红外辐射通过地球大气层时,由于气体分子和各种气体以 及各种溶胶粒的散射和吸取,将使得红外源发出的红

9、外辐射发生衰减；3、光学接收器 它接收目标的部分红外辐射并传输给红外传感器；相当于雷达天线,常用是物镜；4、辐射调制器；对来自待测目标的辐射调制成交变的辐射光,供应目标方位信息,并 可滤除大面积的干扰信号；又称调制盘和斩波器,它具有多种结构；5、红外探测器这是红外系统的核心；它是利用红外辐射与物质相互作用所出现出来名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 19 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用 的物理效应探测红外辐射的传感器,多数情形下是利用这种相互作用所呈 现出的电学效应；此类探测器可分为光子探测器和热敏锐探测器两大类 型；6、探测

10、器制冷器 由于某些探测器必需要在低温下工作,所以相应的系统必需有制冷设 备；经过制冷,设备可以缩短响应时间,提高探测灵敏度；7、信号处理系统；将探测的信号进行放大、滤波,并从这些信号中提取出信息；然后将 此类信息转化成为所需要的格式,最终输送到掌握设备或者显示器中；8、显示设备；这是红外设备的终端设备；常用的显示器有示波器、显像管、红外感 光材料、指示仪器和记录仪等；依照上面的流程,红外系统就可以完成相应的物理量的测量；红外系 统的核心是红外探测器,依据探测的机理的不同,可以分为热探测器和光 子探测器两大类；下面以热探测器为例子来分析探测器的原理；热探测器是利用辐射热效应,使探测元件接收到辐射

11、能后引起温度升 高,进而使探测器中依靠于温度的性能发生变化；检测其中某一性能的变 化,便可探测出辐射；多数情形下是通过热电变化来探测辐射的；当元件 接收辐射,引起非电量的物理变化时,可以通过适当的变换后测量相应的 电量变化；欧姆龙公司生产的漫反射式和对射式光电传感器,这两种传感器主要用于 大事检测和物体定位；图中的红灯和绿灯表示传感器的状态；红外传感器已经在现代化的生产实践中发挥着它的庞大作用,随着探 测设备和其他部分的技术的提高,红外传感器能够拥有更多的性能和更好 的灵敏度；名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 19 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人

12、资料整理 仅限学习使用第四章 信号处理电路4.1 放大和 AD 转换电路本次课程设计,放大模块采纳的是 路采纳的是 ADC0809；OP07 放大集成电路, AD 转换电OP07 芯片是一种低噪声,非斩波稳零的双极性运算放大器集成电路；由于 OP07具有特别低的输入失调电压对于 OP07A 最大为 25 V ,所以 OP07 在很多应用场合不需要额外的调零措施；OP07同时具有输入偏置电流低 OP07A 为2nA）和开环增益高 ,2 为反向输入端, 3 为正向输入端, 4 接地, 5 空脚 6 为输出, 7 接电源；OP07放大电路的电路原理图如图 4-2 所示：图 4-2 放大电路此次课程设

13、计的放大电路主要是为了将电流传感器输出的电压值与AD 模块的基准电压相匹配；由于而AD模块的基准电压设为0.5V 和 4.5V是不简单实现的,这对电路的要求很高；假如采纳减法器的放大电路,将0.5V-4.5V 输出转化为 实现；0-5V 输出,就可以很好的防止这个问题,而且易于ADC0809 是 CMOS 单片型逐次靠近式 A/D 转换器 , 它有 8 路模拟开关,地址锁存与译码器、比较器,8 位开关树形 A/D 转换器、逐次靠近寄存器、三态输出锁存器等其他一些电路构成；因此ADC0809 可处理 8 位模拟量输入,且有三态输出才能,即可与各种微处理器相连,也可单独工作,输入、输出与 TTL兼

14、容；4、ADC0809 引 脚 功 能 如 下：ADC0809 芯 片 有 28 条 引 脚 , 采 用 双 列 直 插 式 封 装 ；IN0-IN7 ：8 路模拟量输入端；名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 19 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用ADDA 、ADDB 、ADDC ：3 位地址输入线,用于选通 8 路模拟输入中的一路；ALE ：地址锁存答应信号,输入,高电平有效；START：A/D 转换启动信号,输入,高电平有效；EOC：A/D 转换终止信号,输出,当 高电平 转换期间始终为低电平）；A/D 转换终止时,此端输出

15、一个OE：数据输出答应信号,输入,高电平有效；当 A/D 转换终止时,此端输入个高电平,才能打开输出三态门,输出数字量；CLK：时钟脉冲输入端；要求时钟频率不高于 640KHZ ；REF+）、REF-）：基准电压；5、ADC0809 的电路原理图如图 4-3 所示：图 4-3 ADC0809 引脚图依据ACS712 的数 据 手册可 知 , ACS712 的灵 敏度66mV/A , 而ADC0809名师归纳总结 电压输出范畴为0-5V,量化单位 =5/256V=15.625mV 小于 ACS712 的输第 9 页,共 19 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - -

16、- - 个人资料整理 仅限学习使用出灵敏度,即用 8 位的 ADC 在转换精度上可以满意需要 .4.2 掌握电路AT89C51 单片机最小系统由AT89C51 单片机及其外围电路组成；AT89C51 单片机在高温环境中稳固性好,支持在线编程 ISP,无需专用的编程器,便利调试 .AT89C51单片机对很多嵌入式掌握应用供应了一个高灵活有效的解决方案；它的作用是为ADC0809 供应时钟信号、形成必要的时序、进行数据运算以及掌握 LCD 字符的显示； AT89C51 单片机各个引脚分布如图 4-4,4-5 所示：图 4-4 晶振、复位电路图4-5 AT89C51引脚分布图 4-4 为单片机的晶振

17、电路和单片机的复位电路,图 4-5 为单片机的引脚分布及各引脚的接口,单片机采纳5V 供电； D1 为单片机上电电源指示灯, P2.7 为报警指示灯的接口, P2.6 为报警蜂鸣器的接口, P0.0-P0.7为名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 19 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用 显示器 LCD1602 的 8 位数据接口, X1,X2 为晶振电路的接口,与晶振电 路相连； P3.0P3.7 与 ADC0809 的 8 位数据输出口相连,采集 AD 后的数 字信号, P1.0、P1.1、P1.2 为 LCD 的掌握端口；

18、P1.3P1.7 为 ADC0809 的掌握端口； RST 为单片机的复位端口,与复位电路相连；4.3 声控报警电路当测量的电压超过额定的量程时,声控电路将进行声音报警,同时在显示界面显示提示语句,提示操作人员准时进行处理；声控报警电路由一个蜂鸣器构成；电路原理图如图 4-6 所示：图 4-6 声控报警电路4.4 显示电路名师归纳总结 本次课程设计的显示电路部分采纳LCD1602 液晶进行显示；1602 液晶第 11 页,共 19 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用也叫 1602 字符型液晶它是一种特地用来显示字母、数字、符

19、号等的点阵型液晶模块它有如干个5X7 或者 5X11 等点阵字符位组成,每个点阵字符位都可以显示一个字符；它具有微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧等特点,常用于袖珍式外表和低功耗应用系统中；1602 采纳标准的 16 脚接口,其中：第 1 脚： VSS 为电源地第 2 脚： VDD 接 5V 电源正极第 3 脚： V0 为液晶显示器对比度调整端,接正电源时对比度最弱,接地电源时对比度最高时进行读操作,低电平0时进写操作；第 6 脚： E或 EN 端为使能 enable端；第 7-14 脚： D0-D7 为 8 位双向数据端；第 15-16 脚：空脚或背灯电源；1602LCD 的特性：+5V

20、 电压,对比度可调；内含复位电路；15 脚背光正极, 16 脚背光负极；供应各种掌握命令 ,如：清屏、字符闪耀、光标闪耀、显示移位等多种功能；有 80 字节显示数据储备器 DDRAM ；内建有 192 个 5X7 点阵的字型的字符发生器CGROM ；名师归纳总结 8 个可由用户自定义的5X7 的字符发生器CGRAM ；第 12 页,共 19 页在本系统中的电路原理图如图4-7 所示：- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用图 4-7 电路原理图4.5 电源电路电源是整套系统工作的基础,要实现温度的精确测量与显示跟一个合适的稳固的电源

21、是密不行分的,由系统组成可知,系统要正常工作需要一个稳固的 +5V 电源,用来给测温电桥,单片机,显示模块,AD 模块供电,要实现信号的放大仍需要给放大模块供应稳固的 电源模块的电路原理图如图 4-8 所示：图 4-8 电源模块+9V ,-9V 电源；名师归纳总结 由原理图可知,220V 沟通电经过变压,整流,滤波后分成两个支第 13 页,共 19 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用路,一路经过滤波后输入 LM7809 ,另一路进过滤波后输入 LM7909C1、C7 分别为 7809 和 7909 的输入滤波电容）,两路的输

22、出经过滤波 C2 和C8 分别为滤波电容）,去高频耦合C5 和 C10 为去耦电容）后分别供应+9V,-9V 稳固电压,其中路经LM7809 的支路,输出后又经LM7805 稳压输出 +5V 电源,通过上述的电压变化可以达到电路的需求；常见的三端稳压集成电路有正电压输出的78 系列和负电压输出的 79 系列；顾名思义,三端 IC 是指这种稳压用的集成电路,只有三条引脚输出,分别是输入端、接地端和输出端；它的样子象是一般的三极管, TO- 220 的标准封装,也有9013 样子的 TO-92 封装；用 78/79系列三端稳压 IC 来组成稳压电源所需的外围元件极少,电路内部仍有过流、过热及调整管

23、的爱护电路,使用起来牢靠、便利,而且价格便宜；该系列集成稳压IC 型号中的 78 或 79 后面的数字代表该三端集成稳压电路的输出电压,如7806 表示输出电压为正6V,7909 表示输出电压为负 9V；在实际应用中,应在三端集成稳压电路上安装足够大的散热器 当然 小功率的条件下不用）；当稳压管温度过高时,稳压性能将变差,甚至损坏；散热片总是和接地脚相连；这样在78* 系列中,散热片和脚连接,而在 79* 系列中,散热片却和脚连接；78* 系列的稳压集成块的极限输入电压是36V,最低输入电压比输出电压高 3-4V；仍要考虑输出与输入间压差带来的功率损耗,所以一般输入 为 9-15V 之间；名师

24、归纳总结 - - - - - - -第 14 页,共 19 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用第五章 掌握系统统软件设计5.1 程序流程图开头初始化调用 A/D 转换程序调用显示程序定时器中断终止图 5-1 程序流程图5.2 A/D 转换子程序EXTRN-INT ： PUSH ACC PUSH psw MOV PSW,#018H MOV DPTR,#78FFH ；A/D 转换器首地址名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页,共 19 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用 MOVX A,DPTR M

25、OV R1,#030H ；储备 A/D 转换器的数据的地址 MOV R1,A POP PSW POP ACC RETI 首地址是 78FFH,当 A/D 转换终止时会向单片机发出中断恳求信 号,触发单片机的外部中断,此时单片机响应中断,进入中断服务程序,读取转换数据；5.3 显示子程序DISPLAY: MOV A,31H ；将 29H 中的 16进制转换成 10 进制 MOV B,#10 DIV AB MOV B-BIT,A MOV A-BIT,B MOV DPTR ,#NUMTAB ；制定查表启始地址 MOV R0,#4 DPL1: MOV R1,#250 ；显示 1000次 DPLOP:

26、MOV A,A-BIT ；取个位数 MOVC A,A+DPTR MOV P0,A MOV P2.0 ACALL D1MS SETB P2.0 名师归纳总结 MOV A,B-BIT ；取十位数第 16 页,共 19 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用 MOVC A,A+DPTR MOV P0,A CLR P2.1 ；开十位显示 ACALL D1MS SETB P21 DJNZ R1,DPLOP DJNZ R0,DPL1 RET D1MS: MOV R7,#80 DJNZ R7,S RET ；试验板上的 7 段数码管 09数字的

27、共阴极显示代码 NUMTAB:DB 03FH,06H,5BH,4FH,66H,06DH,07DH,07H,07FH,06FH 该子程序就是将缓存中的数据转换成十进制数,然后再显示十位和个位的数；名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页,共 19 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用第六章 传感器课程设计总结在老师耐心的指导下,我顺当完成了这次电压电流检测装置设计,通 过这次的设计使我熟识到本人对单片机、传感器方面的学问知道的太少 了,对于书本上的很多学问仍不能敏捷运用,特殊是对程序设计语句的理 解和运用,不能够充分懂得每个语句的详细含义,导

28、致编程的程序过于复 杂,使得需要的储备空间增大；损耗了过多的内存资源；本次的设计使我从中学到了一些很重要的东西,那就是如何从理论到 实践的转化,怎样将我所学到的学问运用到我以后的工作中去；在高校的 课堂的学习只是在给我们灌输专业学问,而我们应把所学的用到我们现实 的生活中去,此次的电子时钟设计给我奠定了一个实践基础,我会在以后 的学习、生活中磨练自己,使自己适应于以后的竞争,同时在查找资料的 过程中我也学到了很多新的学问,在和同学协作过程中增进同学间的友 谊,使我对团队精神的积极性和重要性有了更加充分的懂得；最终,感谢老师对我的细心的指导,正是由于老师的细心的辅导和他 供应应我们的参考资料,使

29、得我的课程设计能够顺当的完成,同时在课程 设计过程中,我们巩固和学习了我们的单片机学问；信任这对我以后的课 程设计和毕业设计将会有很大的帮忙！总结人姓名：2022 年 12 月 11日名师归纳总结 - - - - - - -第 18 页,共 19 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用参考文献1 李广弟 ,朱月秀 ,王秀山编著 .单片机基础 . 北京 :北京航空航天高校出版 社,2001 2 方佩敏 ,新编传感器原理 ,M. 北京:电子工业出版社, 1992. 3 顾仁明 ,有用电工及电气设备 M. 济南 :山东科学技术出版社, 1985. 4 吴道悌 ,非电量电测技术 M. 西安:西安交通高校出版社, 2000. 5 殷勤业 ,自动检测和外表中的共性技术M. 北京 :清华高校出版社6 张 毅,自动检测技术及外表 M 化学工业出版社, 2004. 名师归纳总结 - - - - - - -第 19 页,共 19 页