紅外傳感器單片機火焰檢測裝置課設課程設計

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　第一章 引言1</b></p><p>　　第二章 系統方案設計2</p><p>　　2.1 紅外線火焰檢測器2</p><p>　　第三章 紅外傳感器簡介4</p><p>　　3.

2、1 紅外傳感器概述4</p><p>　　3.2 紅外傳感器工作原理4</p><p>　　第四章 信號處理電路6</p><p>　　4.1 放大和AD轉換電路6</p><p>　　4.2 控制電路9</p><p>　　4.3 聲控報警電路10</p><p>　　4.4 顯

3、示電路11</p><p>　　4.5 電源電路12</p><p>　　第五章 控制系統統軟件設計14</p><p>　　5.1 程序流程圖14</p><p>　　5.2 A/D轉換子程序14</p><p>　　5.3 顯示子程序15</p><p>　　第六章 傳感器課

4、程設計總結17</p><p><b>　　參考文獻18</b></p><p><b>　　第一章 引言</b></p><p>　　工業(yè)生產中，燃料的燃燒以及設備的結構都閂益復雜，對熱工參數提出了嚴格的要求，燃料和設各的防爆問題也變的突出起來，目前很多電站都安裝了安全監(jiān)控系統，防止爆炸。安全監(jiān)控系統，它是燃燒器控

5、制和燃料安全燃燒系統，主要由火焰檢測、邏輯組件、外圍設備等三大部分構稱。</p><p>　　火焰檢測裝麓是安全監(jiān)控系統的重要組成部分。從實際使用情況看．火焰檢測裝簧的使用效果普遍較差，經常出現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、火焰檢測裝置參數設置不當、檢測裝置部件故障。</p><p>　

6、　火焰檢測裝置是爐膛安全監(jiān)控系統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，結合國外先進技術，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?；鹧鏅z測器將鍋爐火焰信號轉換為電信號，是本文研究的重點。通過在熟悉、學習國內外各種成熟的火焰檢測裝置的基礎上，針對

7、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節(jié)鈕和薄膜按鍵，可以方便地調節(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．1—los之間的可調延時功能，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

8、檢測器工作異?；虬l(fā)生故障，能發(fā)出報警信號。</p><p>　　第二章 系統方案設計</p><p>　　2.1 紅外線火焰檢測器</p><p>　　火焰中存在大量的可見光和0．9Pm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物吸收，因此適用予檢測煤粉火焰和重油火焰。在爐膛內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

9、焰進行檢測時必須要將它們與被檢測火焰信號分開來。</p><p>　　系統的原理框圖如圖2-1所示：</p><p>　　圖2-1 系統框圖</p><p>　　系統硬件原理圖由紅外傳線感器來采集紅外線信號，信號處理，數據處理和智能算法、顯示等構成。整個系統由微處理器控制，由紅外線傳感器直接采集電壓、電流信號，再經濾波、放大、整形后，輸入到微處理器，并在顯示系統上

10、顯示，當超過電壓發(fā)出報警。它的各部分電路的說明如下：</p><p><b>　　紅外線傳感器部分：</b></p><p>　　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變成電壓的變化最終實現電壓、電流的采集。</p><p><b>　　信號處理部分：</b></p><p>

11、　　該部分電路包括電壓信號的放大和AD轉換，實現模數變換。</p><p><b>　　單片機部分：</b></p><p>　　AT89C51單片機系統是數字顯示的核心部分，主要任務有：給ADC0809模數轉換芯片提供一個時鐘，使其正常工作，同時采集模數轉換后的數字信號，使用軟件濾除干擾，并對數字信號進行計算，然后輸出顯示。</p><p>

12、<b>　　電源電路部分：</b></p><p>　　該部分電路負責將輸入的9V至12V直流電，分別轉換為穩(wěn)定的9V、5V、-9V直流電，給傳感器，放大電路，單片機，ADC0809等供電。</p><p>　　顯示電路，聲光報警電路：</p><p>　　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

13、聲光進行報警。</p><p>　　第三章 紅外傳感器簡介</p><p>　　3.1 紅外傳感器概述</p><p>　　紅外技術發(fā)展到現在，已經為大家所熟知，這項技術在現代科技、國防科技和工農業(yè)科技等領域得到了廣泛的應用。紅外傳感系統是用紅外線為介質的測量系統，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，用于搜索和跟蹤紅外目標，確

14、定其空間位置并對它的運動進行跟蹤；三，熱成像系統，可產生整個目標紅外輻射的分布圖像；四，紅外測距和通信系統；五，混合系統，是指以上各類系統中的兩個或者多個的組合。 </p><p>　　紅外傳感器根據探測機理可分成為：光子探測器（基于光電效應）和熱探測器（基于熱效應）。 </p><p>　　3.2 紅外傳感器工作原理</p><p><b>　　1、待測

15、目標</b></p><p>　　根據待側目標的紅外輻射特性可進行紅外系統的設定。 </p><p><b>　　2、大氣衰減</b></p><p>　　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。 </p><p><b&

16、gt;　　3、光學接收器</b></p><p>　　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。 </p><p><b>　　4、輻射調制器。</b></p><p>　　對來自待測目標的輻射調制成交變的輻射光，提供目標方位信息，并可濾除大面積的干擾信號。又稱調制盤和斬波器，它具有多種結構。 <

17、/p><p><b>　　5、紅外探測器</b></p><p>　　這是紅外系統的核心。它是利用紅外輻射與物質相互作用所呈現出來</p><p>　　的物理效應探測紅外輻射的傳感器，多數情況下是利用這種相互作用所呈現出的電學效應。此類探測器可分為光子探測器和熱敏感探測器兩大類型。 </p><p><b>　　6

18、、探測器制冷器</b></p><p>　　由于某些探測器必須要在低溫下工作，所以相應的系統必須有制冷設備。經過制冷，設備可以縮短響應時間，提高探測靈敏度。 </p><p><b>　　7、信號處理系統。</b></p><p>　　將探測的信號進行放大、濾波，并從這些信號中提取出信息。然后將此類信息轉化成為所需要的格式，最后輸送

19、到控制設備或者顯示器中。 </p><p><b>　　8、顯示設備。</b></p><p>　　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。 </p><p>　　依照上面的流程，紅外系統就可以完成相應的物理量的測量。紅外系統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

20、大類。下面以熱探測器為例子來分析探測器的原理。 </p><p>　　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，可以通過適當的變換后測量相應的電量變化。 </p><p>　　歐姆龍公司生產的漫反射式和對射式光電

21、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)。 </p><p>　　紅外傳感器已經在現代化的生產實踐中發(fā)揮著它的巨大作用，隨著探測設備和其他部分的技術的提高，紅外傳感器能夠擁有更多的性能和更好的靈敏度。</p><p>　　第四章 信號處理電路</p><p>　　4.1 放大和AD轉換電路</p><p&

22、gt;　　本次課程設計，放大模塊采用的是OP07放大集成電路，AD轉換電路采用的是ADC0809。</p><p>　　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電壓（對于OP07A 最大為25μV ，所以 OP07在很多應用場合不需要額外的調零措施。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

23、）的特點，這種低失調、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。 </p><p>　　1、OP07具有以下特點： </p><p>　　超低偏移：150μV最大 。 </p><p>　　低輸入偏置電流： 1.8nA 。 </p><p>　　低失調電壓漂移：0.5μV/℃ 。 </p>

24、;<p>　　超穩(wěn)定，時間：2μV/month 最大 </p><p>　　高電源電壓范圍：±3V至±22V</p><p>　　2、OP07的引腳分布如圖4-1所示：</p><p>　　圖4-1 OP07引腳圖</p><p>　　3、OP07芯片引腳功能說明： </p><p>

25、　　1和8為偏置平衡(調零端)，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。</p><p>　　OP07放大電路的電路原理圖如圖4-2所示：</p><p>　　圖4-2 放大電路</p><p>　　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

26、實現的，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輸出轉化為0-5V輸出，就可以很好的避免這個問題，而且易于實現。</p><p>　　ADC0809是CMOS單片型逐次逼近式A/D 轉換器,它有8路模擬開關，地址鎖存與譯碼器、比較器，8位開關樹形A/D轉換器、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

27、，也可單獨工作，輸入、輸出與TTL兼容。</p><p>　　4、ADC0809引腳功能如下：</p><p>　　ADC0809芯片有28條引腳，采用雙列直插式封裝。 </p><p>　　IN0-IN7：8路模擬量輸入端。 </p><p>　　ADDA、ADDB、ADDC：3位地址輸入線，用于選通8 路模擬輸入中的一路。</p&

28、gt;<p>　　ALE：地址鎖存允許信號，輸入，高電平有效。 </p><p>　　START：A/D轉換啟動信號，輸入，高電平有效。 </p><p>　　EOC：A/D 轉換結束信號，輸出，當A/D 轉換結束時，此端輸出一個高電平（轉換期間一直為低電平）。 </p><p>　　OE：數據輸出允許信號，輸入，高電平有效。當A/D 轉換結束時

29、，此端輸入</p><p>　　個高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數字量。 </p><p>　　CLK：時鐘脈沖輸入端。要求時鐘頻率不高于640KHZ。 </p><p>　　REF（+）、REF（-）：基準電壓。</p><p>　　5、ADC0809的電路原理圖如圖4-3所示：</p><p>　　圖4-3

30、ADC0809引腳圖</p><p>　　根據ACS712的數據手冊可知，ACS712的靈敏度66mV/A，而ADC0809</p><p>　　電壓輸出范圍為0-5V，量化單位Δ=5/256V=15.625mV小于ACS712 的輸出靈敏度，即用8 位的ADC在轉換精度上可以滿足需要.</p><p><b>　　4.2 控制電路</b>&l

31、t;/p><p>　　AT89C51單片機最小系統由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、進行數據計算以及控制LCD字符的顯示。AT89C51單片機各個引腳分布如圖4-4,4-5所示：</p>

32、;<p>　　圖4-4 晶振、復位電路</p><p>　　圖4-5 AT89C51引腳分布</p><p>　　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位數據接口，X1，X2為

33、晶振電路的接口，與晶振電路相連。P3.0—P3.7與ADC0809的8位數據輸出口相連，采集AD后的數字信號，P1.0、P1.1、P1.2為LCD的控制端口。P1.3—P1.7為ADC0809的控制端口。RST為單片機的復位端口，與復位電路相連。</p><p>　　4.3 聲控報警電路</p><p>　　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，

34、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成。</p><p>　　電路原理圖如圖4-6所示：</p><p>　　圖4-6 聲控報警電路</p><p><b>　　4.4 顯示電路</b></p><p>　　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</p>&

35、lt;p>　　也叫1602字符型液晶它是一種專門用來顯示字母、數字、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中。</p><p>　　1602采用標準的16腳接口，其中： </p><p>　　第1腳：VSS為電源地 </p>

36、<p>　　第2腳：VDD接5V電源正極 </p><p>　　第3腳：V0為液晶顯示器對比度調整端，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 產生“鬼影”，使用時可以通過一個10K的電位器調整對比度）。 </p><p>　　第4腳：RS為寄存器選擇，高電平1時選擇數據寄存器、低電平0時選擇指令寄存器。 </p><p>　　第5腳：

37、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。 </p><p>　　第6腳：E(或EN)端為使能(enable)端。 </p><p>　　第7-14腳：D0-D7為8位雙向數據端。 </p><p>　　第15-16腳：空腳或背燈電源。15腳背光正極，16腳背光負極。</p><p>　　1602LCD的特性：<

38、;/p><p>　　+5V電壓，對比度可調。 </p><p><b>　　內含復位電路。 </b></p><p>　　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。 </p><p>　　有80字節(jié)顯示數據存儲器DDRAM。 </p><p>　　內建有192個5X7點陣的字

39、型的字符發(fā)生器CGROM。 </p><p>　　8個可由用戶自定義的5X7的字符發(fā)生器CGRAM。</p><p>　　在本系統中的電路原理圖如圖4-7所示：</p><p>　　圖4-7 電路原理圖 </p><p><b>　　4.5 電源電路</b></p><p>　　電源

40、是整套系統工作的基礎，要實現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，由系統組成可知，系統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，要實現信號的放大還需要給放大模塊提供穩(wěn)定的+9V ,-9V電源。</p><p>　　電源模塊的電路原理圖如圖4-8所示：</p><p>　　圖4-8 電源模塊</p><p>

41、;　　由原理圖可知，220V交流電經過變壓，整流，濾波后分成兩個支路，一路經過濾波后輸入LM7809，另一路進過濾波后輸入LM7909（C1、C7分別為7809和7909的輸入濾波電容），兩路的輸出經過濾波（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LM7809的支路，輸出后又經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。</p>&

42、lt;p>　　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，電路內部還有過流、過熱及調整管的保護電路，使用起來可靠、方便

43、，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。 </p><p>　　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②腳連接，而在79**系列中，散熱片卻和①腳

44、連接。</p><p>　　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。</p><p>　　第五章 控制系統統軟件設計</p><p><b>　　5.1 程序流程圖</b></p><p>　　圖5-1 程序

45、流程圖</p><p>　　5.2 A/D轉換子程序</p><p>　　EXTRN-INT：</p><p>　　PUSH ACC </p><p><b>　　PUSH psw</b></p><p>　　MOV PSW,#018H</p>&l

46、t;p>　　MOV DPTR,#78FFH ；A/D轉換器首地址</p><p>　　MOVX A,@DPTR</p><p>　　MOV R1,#030H ；存儲A/D轉換器的數據的地址</p><p><b>　　MOV @R1,A</b></p><p><

47、b>　　POP PSW</b></p><p><b>　　POP ACC</b></p><p><b>　　RETI</b></p><p>　　首地址是78FFH，當A/D轉換結束時會向單片機發(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，讀取轉換數據。</p&g

48、t;<p><b>　　5.3 顯示子程序</b></p><p><b>　　DISPLAY:</b></p><p>　　MOV A,31H ；將29H中的16進制轉換成10進制</p><p><b>　　MOV B,#10</b></p>

49、<p><b>　　DIV AB</b></p><p>　　MOV B-BIT,A</p><p>　　MOV A-BIT,B</p><p>　　MOV DPTR ,#NUMTAB ；制定查表啟始地址</p><p><b>　　MOV R0,#4</b><

50、/p><p><b>　　DPL1:</b></p><p>　　MOV R1,#250 ；顯示1000次</p><p><b>　　DPLOP:</b></p><p>　　MOV A,A-BIT ；取個位數</p><p>　　MOVC A,@A

51、+DPTR</p><p><b>　　MOV P0,A</b></p><p><b>　　MOV P2.0</b></p><p>　　ACALL D1MS</p><p><b>　　SETB P2.0</b></p><p>　　MOV A,B-

52、BIT ；取十位數</p><p>　　MOVC A,@A+DPTR</p><p><b>　　MOV P0,A</b></p><p>　　CLR P2.1 ；開十位顯示</p><p>　　ACALL D1MS</p><p><b>　　SETB P

53、21</b></p><p>　　DJNZ R1,DPLOP</p><p>　　DJNZ R0,DPL1</p><p><b>　　RET</b></p><p><b>　　D1MS:</b></p><p>　　MOV R7,#80</p>

54、<p><b>　　DJNZ R7,S</b></p><p>　　RET ；實驗板上的7段數碼管0~9數字的共陰極顯示代碼</p><p>　　NUMTAB:DB 03FH,06H,5BH,4FH,66H,06DH,07DH,07H,07FH,06FH </p><p>　　該子程序就是將緩存中的數據轉換成十進制數，然

55、后再顯示十位和個位的數。</p><p>　　第六章 傳感器課程設計總結</p><p>　　在老師耐心的指導下，我順利完成了這次電壓電流檢測裝置設計，通過這次的設計使我認識到本人對單片機、傳感器方面的知識知道的太少了，對于書本上的很多知識還不能靈活運用，尤其是對程序設計語句的理解和運用，不能夠充分理解每個語句的具體含義，導致編程的程序過于復雜，使得需要的存儲空間增大。損耗了過多的內存資源

56、。</p><p>　　本次的設計使我從中學到了一些很重要的東西，那就是如何從理論到實踐的轉化，怎樣將我所學到的知識運用到我以后的工作中去。在大學的課堂的學習只是在給我們灌輸專業(yè)知識，而我們應把所學的用到我們現實的生活中去，此次的電子時鐘設計給我奠定了一個實踐基礎，我會在以后的學習、生活中磨練自己，使自己適應于以后的競爭，同時在查找資料的過程中我也學到了許多新的知識，在和同學協作過程中增進同學間的友誼，使我對團隊

57、精神的積極性和重要性有了更加充分的理解。</p><p>　　最后，感謝老師對我的細心的指導，正是由于老師的細心的輔導和他提供給我們的參考資料，使得我的課程設計能夠順利的完成，同時在課程設計過程中，我們鞏固和學習了我們的單片機知識。相信這對我以后的課程設計和畢業(yè)設計將會有很大的幫助！</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>

58、;　　[1]李廣弟,朱月秀,王秀山編著.單片機基礎. 北京:北京航空航天大學出版社,2001</p><p>　　[2]方佩敏,新編傳感器原理,〔M].北京:電子工業(yè)出版社，1992.</p><p>　　[3]顧仁明,實用電工及電氣設備[M].濟南:山東科學技術出版社，1985.</p><p>　　[4]吳道悌,非電量電測技術[M].西安:西安交通大學出版社，2