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早先的发明原理多是：利用光电非接触式探测药滴的动态，触发电路工作，就是说在瓶子的底部或者滴管缓冲瓶处装上光电设备，没有液体时会产生电信号。但这样的发明显然有很多问题：1、这个东西得夹在瓶子或者滴管上，更换液体和瓶子的时候比较麻烦；2、瓶子的大小，还有些是袋装的液体；有些发明应用了重力的原理：不管是怎样的液体，最后液体打完后剩下的袋子和瓶子的重量应该是在某一重量以下，例如50g（一两），那么只要找到分辨率达到50g以下的称重传感器，然后辅以控制电路，就能够较为准确的报出警报。最新发明的输液报警器针对输液时滴斗中不停运动的水滴进行监测，达到实时报警的目的，解决了误报率高，可靠性不强的缺点 。
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多传感器火灾报警系统设计(论文+程序+答辩ppt) 摘要：本文首先介绍了火灾报警系统的发展情况;然后，详细介绍了系统硬件、软件的设计；并且对硬件进行了简单的调试，最后，文章对整个设计做了概括性总结。硬件设计是本文一个重点，包括系统总体结构以及火灾探测器结构及功能设计，其中详细论述了火灾探测器主控板的设计。主控板主要完成采集传感器数据、实现火灾探测器的数据交换等功能。硬件设计的最后部分，还论述了如何提高系统抗干扰能力，提高系统可靠性。软件设计包括数据采集程序，火灾报警程序等的设计，完成了火灾传感器软件的功能设计并给出了程序流程图。最后的仿真结果表明，该设计能够有效解决灵敏度与误报率之间的矛盾，基本达到了预期的效果。本系统具有智能化和高可靠性等特点，但是还是有一些环节有待进一步完善.关键词：多传感器，火灾报警，高可靠性。目 录第1章 绪论 火灾报警技术的发展概况 现代消防管理对火灾报警系统的需求 国内外火灾报警控制系统的研究概况 课题主要工作及内容安排 课题研究的意义 5第2章 方案设计 传感器方案的选择 系统主要功能 系统结构及工作流程 小结 8第3章 火灾报警系统控制模块设计 单片机的选择 传感器选型 传感器信息采集电路设计 声光报警电路设计 电源模块/稳压电源 时钟电路 看门狗的使用 通信的设计 小结 26第4章 报警系统的软件设计 火灾报警系统软件的要求 火灾探测系统软件设计 传感器信息采集模块的软件设计 声光报警的软件设计 时钟电路的软件设计 通信系统软件设计 小结 34第5章 系统调试 处理器测试 声光报警电路调试 通信串口调试 A/D转换电路调试 小结 37结 论 38参 考 文 献 40附 录 41附录1 系统硬件接线图 41附录2 系统的PCB图 42附录3 硬件实物图 43附录4 部分程序一览 44
摘要： 对火灾自动报警控制系统及智能火灾报警控制系统的特征进行了分析， 在高层建筑设 计中采用智能火灾报警控制系统的主—从式网络结构， 解决了高层建筑与大型建筑中探测区 域广、探测器数量多、原有系统不能适应等问题。 关键词：高层建筑 火灾自动报警 探测器 智能控制 联动控制 The design and application of automatic fire warning control system in high buidings Abstract： This article analyses the characteristics of the fire antomatic warning system and the intelligent fire warning control system. By using the sytem a lot of traditional problems can be solved, including using a lot of probes but cotrolling olny a relalively small area. Key words: high rised buiding; fire automatic warning system; probe; intelligent control; coordinated control system 随着我国经济建设的发展，现代高层建筑及重要建筑的防火问题引起了国家消防部门及设 计院等社会各界的高度重视。 国家制定了一系列防火规范， 从而促进火灾自动报警设备的研究和 推广使用。高层建筑建设规模大，装修标准高，人员密集，各种电气设备使用频繁，因而存在着 火灾隐患， 在建筑电气设计中必须严格依照规范要求设计火灾报警控制系统。 但选择何种控制系 统，使该系统充分有效地发挥功能，是设计中十分重要的问题。 1 火灾自动报警系统的主要部件及特征 火灾自动报警系统的基本形式有三种，即：区域报警系统、集中报警系统的控制中心报警系 统。高层建筑和大型建筑主要采用控制中心报警系统，这是一种复杂的火灾自动报警系统，主要 由触发器件、火灾报警装置、消防控制设备及电源组成。该系统从通报火灾到启动灭火系统和控 制各种消防设备，基本实现自动化。 触发器件 主要包括火灾探测器和手动火灾报警按钮。 火灾探测器是对火灾参数 （如烟、 温、 光、火焰辐射、气体浓度等）响应，并自动产生火灾报警信号的器件。按响应火灾参数的不同， 火灾探测器分为感温火灾探测器、感烟火灾探测器、气体火灾探测器、感光火灾探测器和复合火 灾探测器五种基本类型。 火灾报警装置 火灾报警装置 消防控制设备 在火灾自动报警系统中用以接收、 显示和传递火灾报警信号， 并能发生控制 在火灾自动报警系统中用以发出区别于环境声、光的火灾警报信号的装置， 在火灾自动报警系统中当接收到来自触发器件的火灾报警信号， 能自动或手 信号和具有其它辅助功能的控制指标设备。 如火灾警报器， 它是一种基本的火灾警报装置， 以声、 光音响方式向报警区域发出火灾警报信号。 动启动相关消防设施并显示其状态的设备。主要包括：火灾报警控制器；自动灭火系统的控制装 置；室内消火栓系统的控制装置；防排烟系统及空调通风系统的控制装置；常开防火门、防火卷 帘的控制装置；电梯回降控制装置以及火灾应急广播、火灾警报装置、消防通信设备、火灾应急 照明与疏散指示标志的控制装置等十类控制装置。 每个系统根据工程的需要应具有十类控制装置 的部分或全部。 电源 火灾自动报警系统属于消防用电设备，主电源采用消防电源，备用电源采用蓄电池， 保证不间断供电。 设计中消防控制设备主要设置在消防控制中心， 便于实行集中统一控制， 有些消防控制设备 可设在消防设备现场，而动作信号必须返回消防控制中心，实行集中与分散相结合的控制方式。 但该探测器有误报现象、控制器容量较小。 2 智能火灾报警控制系统工作原理 智能火灾报警控制系统与火灾自动报警系统不同之处在于： 将发生火灾期间所产生的烟、 温、 光等， 以模拟量形式连同外界相关的环境参量一起传送给报警器， 报警器再根据获取的数据及内 部存贮的大量数据，利用火灾判据来判断火灾是否存在。 智能火灾报警器中编址单元包括： 智能控测器、 智能手动按钮、 智能模块、 探测器并联接口、 总线隔离器和可编程继电器卡等。新型的智能火灾探测器，又称模拟量火灾探测器，这种探测器 给出的输出信号是代表被响应的火灾参数值的模拟量信号或其等效的数字信号。 传统探测器称为 有阈值火灾探测器，而智能火灾探测器没有阈值，却设有专用芯片，智能火灾探测器的应用提高 了报警系统的准确性和智能化程度。 在火灾报警时，报警控制器通过控制模块启动相应的外探设备，如排烟阀、送风阀、卷帘门 等，需要接受外控设备的反馈信号时，应加一个监视模块，控制模块和监视模块一样，联接在报 警回路总线上，安装在所控设备的附近。模块内设十进制编码开关，可现场编号，各占用回路总 线上一个地址。通过报警控制器显示控制模块和监视模块的具体地址，用声、光报警可反映联动 设备的工作状态。 可编程继电器卡，通过编程可实现对风机、水泵等大型设备的二级联动控制。智能控制是一 种无需人的干预就能够自主地驱动智能机器实现其目标的过程。 3 工程实例 火灾自动报警系统的设计应用 笔者 1992～1993 年参与设计的海南省物资局金属大厦，该大厦是座地下 1 层，地上 22 层， 建筑高度 70 多米，建筑面积 万平方米的写字楼。根据《高层民用建筑设计防火规范》的规 定，建筑高度超过 50 m 的办公楼属于一类防火建筑，因此该大厦要设火灾自动报警系统。 设计中选择了国产火灾自动报警系统，这种系统在当时较普遍，仅有一台主机控制器，因而 适用于中、小型建筑。 大厦消防控制中心设在 1 层，每层设层显示器。地下室作设备用房有变电室、空调机房、 水泵房，机房内设有防排烟风机、消防水泵等消防设备，当火灾发生时，温度达到一定值排 烟风机自动启动，并打开排烟阀，开始排烟（图 1）。 图1 排烟风机控制原理 该工程地下室是消防联动控制的集中点，将地下室的防排烟风机、排烟阀等控制线均引 至消防中心的联动控制器。消防泵、喷淋泵、正压风机、排烟风机、消防电梯等却属于外控 设备，均由联动控制器控制。整个火灾自动报警系统设计合理、运行可靠。 智能火灾报警系统的设计应用 随着科学技术的发展，智能火灾报警系统问世，从传统型走向智能型是国内外火灾报警 系统技术发展的必然趋势，工程设计人员必须予以充分重视。 徐州某大型建筑群由三栋塔楼组成，一栋为 25 层，一栋 13 层和一栋 12 层的塔楼由 4 层 裙楼连接而成，建筑面积 6 万平方米，建筑高度 85 m，主要功能：1 至 4 层为商场，5 层以上 为写字楼。由于该大厦建筑面积大，探测区域广，探测器数量非常可观。传统的火灾自动报 警系统已无法满足需要，因此，在设计中，经过反复的方案比较，选择了采用主—从式网结 构的智能火灾报警控制系统，该系统利用大容量的控制矩阵交叉查寻软件包，以软件编程代 替硬件组合，满足了大型工程的适用性，提高了消防联动的灵活性和可修改性。系统由主机、 从机、复示器等构成。该工程消防控制中心设于 1 层，主机和消防联动控制柜设在消防中心， 从机与复示器分设于楼层内。 智能探测器数量的确定 设计时先根据《火灾自动报警器系统设计规范》的规定确定探 测器的布局和设置。其规定探测区域内的每个房间至少应设置一只火灾探测器。感烟、感温 探测器的保护面积和保护半径应按表 1 确定。表中列出的是一个感烟探测器或感温探测器的 保护面积和保护半径。建筑物内往往一个探测区域的面积较大，超过一只探测器的保护面积， 这时需要计算一个探测区域内所需设置的探测器数量，可按下式计算： 式中：N 为一个探测区域内所需设置的探测器数量（只），N 取整数；S 为一个探测区域的面 积（m ）；A 为探测器的保护面积；K 为修正系数，重点保护建筑取 ～，非重点保护建 筑取 。 根据上式计算结果，可确定一个探测区内的智能探测器的安装数量。 选择控制器容量计算 该系统控制器为主—从式网络结构，每个主—从机系统，只能有 一台主机，从机数量根据工程要求确定，一般按探测器数量计算，从机数量最多为 15 台。 表1 感烟、感温探测器的保护面积和保护半径探测器的保护面积 A 和保护半径 R 火灾探测 器的种类 地面面积 S (m ) 2 2 房间高度 H (m) θ≤15° A (m ) 2 屋顶坡度 θ 15°＜θ≤30° A (m ) 80 100 80 30 30 2 θ＞30° A (m ) 80 120 100 30 40 2 R (m) 6/7 R (m) R (m) S≤80 感烟探测器 S＞80 h≤12 6＜h≤12 h≤6 80 80 60 30 20 感温探测器 S≤30 S＞30 h≤8 h≤80 每台控制器最大有四个回路，每个回路容量均为 198 个地址，其中 99 个智能探测 器，99 个编址模块。因此一台主机或从机的最大容量为 4×99=396 个智能探测器， 4×99=396 个编址模块。 该工程经过计算，选用了一台主机和四台从机，每台控制器都按四个回路设计。 主机 N 控制 1～4 层商场内的所有探测器，手动报警按钮，控制按钮，水流指示器等消 防设备，从机 N1 控制地下室的所有探测器、送风阀、排烟阀、防火阀等消防设备，从 机 N2 控制 13 层和 12 层两座连通塔楼的 5～13 层的消防设备，N3、N4 分别控制 25 层 塔楼的 5～13 层和 14～25 层的消防设备。 整个大厦智能火灾报警控制系统设计比较合理，充分考虑到建筑群的特点，选用 一台主机、四台从机控制了 6 万平方米的建筑，如果用传统火灾自动报警系统则需要 几套控制系统分别控制，现有系统设计即经济实用，又准确可靠。 4 结论 综合上述工程设计与实践研究，可以得出以下几点认识与结论。 1） 传统的火灾自动报警系统适合于中、 小型建筑， 它的特点是探测器属于阀值型， 控制器仅有主机一台。而智能火灾报警控制系统，采用模拟量探测器，控制系统采用 主—从式网络结构，适应性强，尤其适合大型建筑的火灾报警系统。 2）智能火灾报警系统，克服了传统火灾自动报警系统存在的漏报和误报的难题， 提高了报警系统的准确性、可靠性。在设计中可灵活应用，根据工程需要选择适当的 从机数量，使工程设计最经济、最合理。 3）为了防患于未然，火灾报警系统的设计和应用十分重要，设计人员应根据不同 的建筑工程，优化设计方案。 参考文献：〔1〕 蔡自兴， 徐光礻 〔2〕 右.人工智能及其应用 〔M〕 .北京： 清华大学出版社， 1996,329～ 360 戴汝为.智能系统的综合集成〔M〕.杭州：浙江科学技术出版社，1995,128～ 160 〔3〕 陈一才.大楼自动化系统设计手册 〔M〕 .北京： 中国建筑工业出版社， 1994,230～ 270 〔4〕 王根堂.公安消防监督员业务培训教材，群众出版社，1997,213～236
第1章 绪 论随着经济的发展，人们对防盗、防劫、防火保安设备的需求量大大增加。针对偷盗、抢劫、火灾、煤气泄漏等事故进行检测和报警的系统，其需求也越来越高。本设计运用单片机技术设计了一新颖红外线防盗报警器。而本设计中的输入部分主要是各种各样的传感器。不同类型的探测器用不同的手段探测各种入侵行为；不同作用的传感器，也可检测出不同类型的情况。本章节主要介绍了本设计的选题背景、课题介绍、本文主要工作、方案论证。选题背景单片机现在已越来越广泛地应用于智能仪表、工业控制、日常生活等很多领域，可以说单片机的应用已渗透到人类的生活、工作的每一个角落，这说明它和我们每个人的工作、生活密切相关，也说明我们每个人都有可能和有机会利用单片机去改造你身边的仪器、产品、工作与生活环境。红外技术已经成为先进科学技术的重要组成部分，他在各领域都得到广泛的应用。由于他是不可见光，因此用他做防盗报警监控器，具有良好的隐蔽性，白天黑夜均可使用，而且抗干扰能力强。这种监控报警装置广泛应用与博物馆、单位要害部门和家庭的防护[1]。通常红外线发射电路都是采用脉冲调制式。红外接收电路首先将接收到的红外光转换为电信号，并进行放大和解调出用于无线发射电路的调制信号。当无人遮挡红外光时，锁相环输出低电平，报警处于监控状态；一旦有人闯入便遮挡了红外光，则锁相环失锁，输出高电平，驱动继电器接通无线发射电路，监控室便可接收到无线报警信号，并可区分报警地点[2]。当我们考虑的范围广一点：若是在小区每一住户内安装防盗报警装置。当住户家中无人时，可把家庭内的防盗报警系统设置为布防状态，当窃贼闯入时，报警系统自动发出警报并向小区安保中心报警[3]。周界报警系统：在小区的围墙上设置主动红外对射式探测器，防止罪犯由围墙翻入小区作案，保证小区内居民的生活安全[4]。目 录第1章 绪 论 选题背景 课题介绍 本文主要工作 方案选择论证 单片机的选择 显示器工作原理及其选择 液晶显示和数码显示 防盗报警选择传感器的选择 硬件系统总体设计 AT89C51芯片的介绍 引脚功能 结构原理 AT89C51定时器/计数器相关的控制寄存器介绍 MAX708芯片介绍 单片机复位设置 8255A芯片介绍 8255A的引脚和结构 8255的工作方式 8255的控制字 AT89C51与8255的接口电路 显示部分 七段显示译码器 7448译码驱动 单片机与7448译码驱动器及LED的连接 外部地址锁存器 23第3章 检测信号放大电路设计 热释红外线传感器典型电路 红外光敏二极管警灯电路 光敏二极管控制电路 红外线探测信号放大电路设计 光电耦合器驱动接口 集成电路运算放大器 精密多功能运算放大器INA105 低功耗、双运算放大器LM358 34第4章 电源设计 单片机系统电源 检测部分电源 主程序设计 核对子程序设计 中断子程序设计 读数子程序设计 程序设计说明 程序清单 41第6章 调试 安装调试 音响（和继电器）驱动线路具体连接 程序修改 程序执行过程 47结论 48参考文献 49致谢 51原理图 52基于单片机控制的红外防盗报警器的设计[摘要]：随着社会的不断进步和科学技术、经济的不断发展，人们生活水平得到很大的提高，对私有财产的保护意识在不断的增强，因而对防盗措施提出了新的要求。 本设计就是为了满足现代住宅防盗的需要而设计的家庭式电子防盗系统。目前市面上装备主要有压力触发式防盗报警器、开关电子防盗报警器和压力遮光触发式防盗报警器等各种报警器，但这几种比较常见的报警器都存在一些缺点。本系统采用了热释电红外传感器，它的制作简单、成本低，安装比较方便，而且防盗性能比较稳定，抗干扰能力强、灵敏度高、安全可靠。这种防盗器安装隐蔽，不易被盗贼发现。同时它的信号经过单片机系统处理后方便和PC机通信，便于多用户统一管理。本设计包括硬件和软件设计两个部分。硬件部分包括单片机控制电路、红外探头电路、驱动执行报警电路、LED控制电路等部分组成。处理器采用51系列单片机AT89S51。整个系统是在系统软件控制下工作的。系统程序可以划分为以下几个模块： 数据采集、键盘控制、报警和显示等子函数。[关键词]：单片机、红外传感器、数据采集、报警电路。Infrared burglar alarm design controls which basedon the monolithicintegrated circuitAbstract :Along with society's unceasing progress and science and technology,economical unceasing development, the people living standard obtainsthe very big enhancement, to private property protection consciousnessin unceasing enhancement, thus set the new request to the securitymeasure. This design is for satisfy the family type electron securitysystem which the modern housing security needs to present in the market condition equips mainly has the pressure totouch the hair style burglar alarm, the switch electron burglar alarmand the pressure shields light the hair style burglar alarmand so on each kind of alarm apparatus, but these kind of quite commonalarm apparatuses all have some shortcomings. This system used hashotly released the electricity infrared sensor, its manufacturesimple, cost low, installm the antijamming ability strong, thesensitivity high, safe was reliable. This kind of security installmenthiding, was not easily discovered by the bandits and its signal after monolithic integrated circuit systemprocessing the convenience and P the C machine correspondence, isadvantageous for the multiuser unification design designs two parts including the hardware and software. Thehardware partially including the monolithic integrated circuit controlcircuit, infrared pokes head in the electric circuit, the actuationexecution alarm circuit, the LED control circuit and so on the partialcompositions. The processor uses 51 series monolithic integratedcircuits AT89S51, the overall system is works under the systemsoftware control. The system program may divide into following severalmodules: The data acquisition, the keyboard control, reports to thepolice with the demonstration small steelyard words: AT89S51 monolithic integrated circuit, infrared sensor,data acquisition, alarm circuit.目 录1. 绪论 1 前言 设计任务与要求 12. 热释电红外传感器概述 PIR传感器简单介绍 PIR 的原理特性 PIR 结构特性 33. AT89S51单片机概述 AT89S51单片机的结构 管脚说明 主要特性 振荡器特性 AT89S51单片机的工作周期 AT89S51单片机的工作过程和工作方式 AT89S51的指令系统 164. 方案设计 系统概述 总体设计 系统硬件选择 硬件电路实现 软件的程序实现 215. 结论概述 主要结论 结束语 27致谢 28参考文献 29
当今社会发展迅速，科技水平日新月异，各种高科技无人厂房，设备越来越多。其安全性可靠性也越来越受到人们的重视。本设计就是针对这种情况应运而生。自动报警器投入使用以来能及时发现并处理系统故障, 从而更好地保证了高科技设备的平稳工作。从而为社会发展创造了良好的条件。 第二章：自动报警器的功能及特点 许多刊物上介绍的自动报警器，我总感觉到它功能上有美中不足之处，于是从扩充功能和原则出发，设计或完善各类自动报警器，业已证实，这些经重新设计和完善的自动报警器具有如下特点：（1）工作可靠性高；（2）警报解除后易复位；（3）作简便；（4）电路结构独特、巧妙，使用的元件少，成本也低，且实用性强。
光电报警原理光电报警器的主要部分是光电传感器。传感器是指能感受规定的被测量并按一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。通常由敏感元件和转换元件组成。传感器的原理有各种各样，其中光电式传感器，是将光通量转化为电量的一种传感器，光电式传感器的基础是光电转换元件的光电效应。由于光电测量方法灵活多样，可测参数众多，一般情况下具有非接触、高精度、高变率、高可靠性和反应快等特点，加之激光光源、光栅、光学码盘、CCD器件、光导纤维等的相继出现和成功应用，使得光电传感器的内容及其丰富，在检测和控制领域中得到广泛的应用。光电报警是利用基于光电效应的传感器（即光电传感器）。光电传感器在受到可见光照射后即产生光电效应，将光信号转换成电信号输出。利用它能测量光线的遮挡，组成报警电路。防盗报警电路是用发光电器件发光二极管和光敏二极管组成的。发光二极管和光敏二极管组成一类似开关作用的装置，再通过一发光二极管和蜂鸣器发出警告。利用光敏二极管来代替开关，它衔接报警电路。要求在正常情况下，三极管不导通；小偷侵入时，光敏二极管接收不到光，光敏二极管不导通，三极管导通驱动报警电路，二极管发光，蜂鸣器鸣叫。
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1.探测器类产品型号的构成及含义。第一部分：由3——5个汉语拼音字母组成，一般仅有3个字母。字母1——J（警）：火灾报警设备代号。字母2——T（探）： 火灾探测器代号。字母3——Y、W、G、Q、F字母之一，火灾探测器类型分组代号，分别代表："感烟、感温、感光、气体敏感、复合式”探测器。第二部分：由2个汉语拼音字母组成，常用的字母含义如下：LZ：离子感烟；GD：光电感烟；MC：膜盒差温；BD：半导体定温；BO：半导体差定温；ZW：紫外；HW：红外；BQ：半导体气敏；CQ：催化气敏；第三部分：由2——3个阿拉伯 数字组成，汉语拼音字母是厂家名称缩写，阿拉伯数字是该厂产品的系列号。例：JTW-GD-TC3121是天成消防设备厂生产的“点型光电感烟火灾报警探测器”。2.探制器类产品型号的构成及含义。第一部分：由2-4 个汉语拼音字母组成，一般仅有2个字母。字母1——J（警）：火灾报警控制器代号。字母3——B（防爆）：防爆型产品代号。第二部分：由2——4个汉语拼音字组成，一般仅有3个字母。字母1-Q、J、B字母 之一：控制器特征代号，分别代表：“区域型、集中型、通用型”控制器。字母2-G、T、B字母之一：控制器结构特征代号，分别代表：“柜式、台式、壁挂式”型控制器。字母3-L：代表联动型火灾报警控制器，无联动功能的控制器的无此字母。第三部分：类似探测器的第三部分。例：JB- TG-TC3000 是天成消防设备厂生产的“3000系列柜式火灾报警控制器”。JTY-GD/LD 3000E点型光电感烟火灾探测器，属于探测类，JTY光电感烟，GD表示，LD表示联动，3000E表示点型光电感烟火灾探测器，3000E是该产品的系列型号
第1章 绪 论随着经济的发展，人们对防盗、防劫、防火保安设备的需求量大大增加。针对偷盗、抢劫、火灾、煤气泄漏等事故进行检测和报警的系统，其需求也越来越高。本设计运用单片机技术设计了一新颖红外线防盗报警器。而本设计中的输入部分主要是各种各样的传感器。不同类型的探测器用不同的手段探测各种入侵行为；不同作用的传感器，也可检测出不同类型的情况。本章节主要介绍了本设计的选题背景、课题介绍、本文主要工作、方案论证。选题背景单片机现在已越来越广泛地应用于智能仪表、工业控制、日常生活等很多领域，可以说单片机的应用已渗透到人类的生活、工作的每一个角落，这说明它和我们每个人的工作、生活密切相关，也说明我们每个人都有可能和有机会利用单片机去改造你身边的仪器、产品、工作与生活环境。红外技术已经成为先进科学技术的重要组成部分，他在各领域都得到广泛的应用。由于他是不可见光，因此用他做防盗报警监控器，具有良好的隐蔽性，白天黑夜均可使用，而且抗干扰能力强。这种监控报警装置广泛应用与博物馆、单位要害部门和家庭的防护[1]。通常红外线发射电路都是采用脉冲调制式。红外接收电路首先将接收到的红外光转换为电信号，并进行放大和解调出用于无线发射电路的调制信号。当无人遮挡红外光时，锁相环输出低电平，报警处于监控状态；一旦有人闯入便遮挡了红外光，则锁相环失锁，输出高电平，驱动继电器接通无线发射电路，监控室便可接收到无线报警信号，并可区分报警地点[2]。当我们考虑的范围广一点：若是在小区每一住户内安装防盗报警装置。当住户家中无人时，可把家庭内的防盗报警系统设置为布防状态，当窃贼闯入时，报警系统自动发出警报并向小区安保中心报警[3]。周界报警系统：在小区的围墙上设置主动红外对射式探测器，防止罪犯由围墙翻入小区作案，保证小区内居民的生活安全[4]。目 录第1章 绪 论 选题背景 课题介绍 本文主要工作 方案选择论证 单片机的选择 显示器工作原理及其选择 液晶显示和数码显示 防盗报警选择传感器的选择 硬件系统总体设计 AT89C51芯片的介绍 引脚功能 结构原理 AT89C51定时器/计数器相关的控制寄存器介绍 MAX708芯片介绍 单片机复位设置 8255A芯片介绍 8255A的引脚和结构 8255的工作方式 8255的控制字 AT89C51与8255的接口电路 显示部分 七段显示译码器 7448译码驱动 单片机与7448译码驱动器及LED的连接 外部地址锁存器 23第3章 检测信号放大电路设计 热释红外线传感器典型电路 红外光敏二极管警灯电路 光敏二极管控制电路 红外线探测信号放大电路设计 光电耦合器驱动接口 集成电路运算放大器 精密多功能运算放大器INA105 低功耗、双运算放大器LM358 34第4章 电源设计 单片机系统电源 检测部分电源 主程序设计 核对子程序设计 中断子程序设计 读数子程序设计 程序设计说明 程序清单 41第6章 调试 安装调试 音响（和继电器）驱动线路具体连接 程序修改 程序执行过程 47结论 48参考文献 49致谢 51原理图 52基于单片机控制的红外防盗报警器的设计[摘要]：随着社会的不断进步和科学技术、经济的不断发展，人们生活水平得到很大的提高，对私有财产的保护意识在不断的增强，因而对防盗措施提出了新的要求。 本设计就是为了满足现代住宅防盗的需要而设计的家庭式电子防盗系统。目前市面上装备主要有压力触发式防盗报警器、开关电子防盗报警器和压力遮光触发式防盗报警器等各种报警器，但这几种比较常见的报警器都存在一些缺点。本系统采用了热释电红外传感器，它的制作简单、成本低，安装比较方便，而且防盗性能比较稳定，抗干扰能力强、灵敏度高、安全可靠。这种防盗器安装隐蔽，不易被盗贼发现。同时它的信号经过单片机系统处理后方便和PC机通信，便于多用户统一管理。本设计包括硬件和软件设计两个部分。硬件部分包括单片机控制电路、红外探头电路、驱动执行报警电路、LED控制电路等部分组成。处理器采用51系列单片机AT89S51。整个系统是在系统软件控制下工作的。系统程序可以划分为以下几个模块： 数据采集、键盘控制、报警和显示等子函数。[关键词]：单片机、红外传感器、数据采集、报警电路。Infrared burglar alarm design controls which basedon the monolithicintegrated circuitAbstract :Along with society's unceasing progress and science and technology,economical unceasing development, the people living standard obtainsthe very big enhancement, to private property protection consciousnessin unceasing enhancement, thus set the new request to the securitymeasure. This design is for satisfy the family type electron securitysystem which the modern housing security needs to present in the market condition equips mainly has the pressure totouch the hair style burglar alarm, the switch electron burglar alarmand the pressure shields light the hair style burglar alarmand so on each kind of alarm apparatus, but these kind of quite commonalarm apparatuses all have some shortcomings. This system used hashotly released the electricity infrared sensor, its manufacturesimple, cost low, installm the antijamming ability strong, thesensitivity high, safe was reliable. This kind of security installmenthiding, was not easily discovered by the bandits and its signal after monolithic integrated circuit systemprocessing the convenience and P the C machine correspondence, isadvantageous for the multiuser unification design designs two parts including the hardware and software. Thehardware partially including the monolithic integrated circuit controlcircuit, infrared pokes head in the electric circuit, the actuationexecution alarm circuit, the LED control circuit and so on the partialcompositions. The processor uses 51 series monolithic integratedcircuits AT89S51, the overall system is works under the systemsoftware control. The system program may divide into following severalmodules: The data acquisition, the keyboard control, reports to thepolice with the demonstration small steelyard words: AT89S51 monolithic integrated circuit, infrared sensor,data acquisition, alarm circuit.目 录1. 绪论 1 前言 设计任务与要求 12. 热释电红外传感器概述 PIR传感器简单介绍 PIR 的原理特性 PIR 结构特性 33. AT89S51单片机概述 AT89S51单片机的结构 管脚说明 主要特性 振荡器特性 AT89S51单片机的工作周期 AT89S51单片机的工作过程和工作方式 AT89S51的指令系统 164. 方案设计 系统概述 总体设计 系统硬件选择 硬件电路实现 软件的程序实现 215. 结论概述 主要结论 结束语 27致谢 28参考文献 29
液压伺服系统设计 液压伺服系统设计 在液压伺服系统中采用液压伺服阀作为输入信号的转换与放大元件。液压伺服系统能以小功率的电信号输入，控制大功率的液压能（流量与压力）输出，并能获得很高的控制精度和很快的响应速度。位置控制、速度控制、力控制三类液压伺服系统一般的设计步骤如下： 1）明确设计要求：充分了解设计任务提出的工艺、结构及时系统各项性能的要求，并应详细分析负载条件。 2）拟定控制方案，画出系统原理图。 3）静态计算：确定动力元件参数，选择反馈元件及其它电气元件。 4）动态计算：确定系统的传递函数，绘制开环波德图，分析稳定性，计算动态性能指标。 5）校核精度和性能指标，选择校正方式和设计校正元件。 6）选择液压能源及相应的附属元件。 7）完成执行元件及液压能源施工设计。 本章的内容主要是依照上述设计步骤，进一步说明液压伺服系统的设计原则和介绍具体设计计算方法。由于位置控制系统是最基本和应用最广的系统，所以介绍将以阀控液压缸位置系统为主。 全面理解设计要求 全面了解被控对象 液压伺服控制系统是被控对象—主机的一个组成部分，它必须满足主机在工艺上和结构上对其提出的要求。例如轧钢机液压压下位置控制系统，除了应能够承受最大轧制负载，满足轧钢机轧辊辊缝调节最大行程，调节速度和控制精度等要求外，执行机构—压下液压缸在外形尺寸上还受轧钢机牌坊窗口尺寸的约束，结构上还必须保证满足更换轧辊方便等要求。要设计一个好的控制系统，必须充分重视这些问题的解决。所以设计师应全面了解被控对象的工况，并综合运用电气、机械、液压、工艺等方面的理论知识，使设计的控制系统满足被控对象的各项要求。 明角设计系统的性能要求 1）被控对象的物理量：位置、速度或是力。 2）静态极限：最大行程、最大速度、最大力或力矩、最大功率。 3）要求的控制精度：由给定信号、负载力、干扰信号、伺服阀及电控系统零飘、非线性环节（如摩擦力、死区等）以及传感器引起的系统误差，定位精度，分辨率以及允许的飘移量等。 4）动态特性：相对稳定性可用相位裕量和增益裕量、谐振峰值和超调量等来规定，响应的快速性可用载止频率或阶跃响应的上升时间和调整时间来规定； 5）工作环境：主机的工作温度、工作介质的冷却、振动与冲击、电气的噪声干扰以及相应的耐高温、防水防腐蚀、防振等要求； 6）特殊要求；设备重量、安全保护、工作的可靠性以及其它工艺要求。 负载特性分析 正确确定系统的外负载是设计控制系统的一个基本问题。它直接影响系统的组成和动力元件参数的选择，所以分析负载特性应尽量反映客观实际。液压伺服系统的负载类型有惯性负载、弹性负载、粘性负载、各种摩擦负载（如静摩擦、动摩擦等）以及重力和其它不随时间、位置等参数变化的恒值负载等。 拟定控制方案、绘制系统原理图 在全面了解设计要求之后，可根据不同的控制对象，按表6所列的基本类型选定控制方案并拟定控制系统的方块图。如对直线位置控制系统一般采用阀控液压缸的方案，方块图如图36所示。图36 阀控液压缸位置控制系统方块图表6 液压伺服系统控制方式的基本类型伺服系统 控制信号 控制参数 运动类型 元件组成机液电液气液电气液 模拟量数字量位移量 位置、速度、加速度、力、力矩、压力 直线运动摆动运动旋转运动 1.阀控制：阀-液压缸，阀-液压马达2.容积控制：变量泵-液压缸；变量泵-液压马达；阀-液压缸-变量泵-液压马达3.其它：步近式力矩马达 动力元件参数选择 动力元件是伺服系统的关键元件。它的一个主要作用是在整个工作循环中使负载按要求的速度运动。其次，它的主要性能参数能满足整个系统所要求的动态特性。此外，动力元件参数的选择还必须考虑与负载参数的最佳匹配，以保证系统的功耗最小，效率高。 动力元件的主要参数包括系统的供油压力、液压缸的有效面积（或液压马达排量）、伺服阀的流量。当选定液压马达作执行元件时，还应包括齿轮的传动比。 供油压力的选择 选用较高的供油压力，在相同输出功率条件下，可减小执行元件——液压缸的活塞面积（或液压马达的排量），因而泵和动力元件尺寸小重量轻，设备结构紧凑，同时油腔的容积减小，容积弹性模数增大，有利于提高系统的响应速度。但是随供油压力增加，由于受材料强度的限制，液压元件的尺寸和重量也有增加的趋势，元件的加工精度也要求提高，系统的造价也随之提高。同时，高压时，泄漏大，发热高，系统功率损失增加，噪声加大，元件寿命降低，维护也较困难。所以条件允许时，通常还是选用较低的供油压力。 常用的供油压力等级为7MPa到28MPa，可根据系统的要求和结构限制条件选择适当的供油压力。 伺服阀流量与执行元件尺寸的确定 如上所述，动力元件参数选择除应满足拖动负载和系统性能两方面的要求外，还应考虑与负载的最佳匹配。下面着重介绍与负载最佳匹配问题。 （1）动力元件的输出特性 将伺服阀的流量——压力曲线经坐标变换绘于υ－FL平面上，所得的抛物线即为动力元件稳态时的输出特性，见图37。 图37 参数变化对动力机构输出特性的影响a）供油压力变化；b）伺服阀容量变化；c）液压缸面积变化 图中 FL——负载力，FL=pLA； pL——伺服阀工作压力； A——液压缸有效面积； υ——液压缸活塞速度， ； qL——伺服阀的流量； q0——伺服阀的空载流量； ps——供油压力。 由图37可见，当伺服阀规格和液压缸面积不变，提高供油压力，曲线向外扩展，最大功率提高，最大功率点右移，如图37a。 当供油压力和液压缸面积不变，加大伺服阀规格，曲线变高，曲线的顶点A ps不变，最大功率提高，最大功率点不变，如图37b。 当供油压力和伺服阀规格不变，加大液压缸面积A，曲线变低，顶点右移，最大功率不变，最大功率点右移，如图37c。 （2）负载最佳匹配图解法 在负载轨迹曲线υ－FL平面上，画出动力元件输出特性曲线，调整参数，使动力元件输出特性曲线从外侧完全包围负载轨迹曲线，即可保证动力元件能够拖动负载。在图38中，曲线1、2、3代表三条动力元件的输出特性曲线。曲线2与负载轨迹最大功率点c相切，符合负载最佳匹配条件，而曲线1、3上的工作点α和b，虽能拖动负载，但效率都较低。 （3）负载最佳匹配的解析法 参见液压动力元件的负载匹配。 （4）近似计算法在工程设计中，设计动力元件时常采用近似计算法，即按最大负载力FLmax选择动力元件。在动力元件输出特性曲线上，限定 FLmax≤pLA= ，并认为负载力、最大速度和最大加速度是同时出现的，这样液压缸的有效面积可按下式计算： （37） 图38 动力元件与负载匹配图形 按式37求得A值后，可计算负载流量qL，即可根据阀的压降从伺服阀样本上选择合适的伺服阀。近似计算法应用简便，然而是偏于保守的计算方法。采用这种方法可以保证系统的性能，但传递效率稍低。 （5）按液压固有频率选择动力元件 对功率和负载很小的液压伺服系统来说，功率损耗不是主要问题，可以根据系统要求的液压固有频率来确定动力元件。 四边滑阀控制的液压缸，其活塞的有效面积为 （38） 二边滑阀控制的液压缸，其活塞的有效面积为 （39） 液压固有频率ωh可以按系统要求频宽的（5～10）倍来确定。对一些干扰力大，负载轨迹形状比较复杂的系统，不能按上述的几种方法计算动力元件，只能通过作图法来确定动力元件。 计算阀控液压马达组合的动力元件时，只要将上述计算方法中液压缸的有效面积A换成液压马达的排量D，负载力FL换成负载力矩TL，负载速度换成液压马达的角速度 ，就可以得到相应的计算公式。当系统采用了减速机构时，应注意把负载惯量、负载力、负载的位移、速度、加速度等参数都转换到液压马达的轴上才能作为计算的参数。减速机构传动比选择的原则是：在满足液压固有频率的要求下，传动比最小，这就是最佳传动比。 伺服阀的选择 根据所确定的供油压力ps和由负载流量qL（即要求伺服阀输出的流量）计算得到的伺服阀空载流量q0，即可由伺服阀样本确定伺服阀的规格。因为伺服阀输出流量是限制系统频宽的一个重要因素，所以伺服阀流量应留有余量。通常可取15%左右的负载流量作为伺服阀的流量储备。 除了流量参数外，在选择伺服阀时，还应考虑以下因素： 1）伺服阀的流量增益线性好。在位置控制系统中，一般选用零开口的流量阀，因为这类阀具有较高的压力增益，可使动力元件有较大的刚度，并可提高系统的快速性与控制精度。 2）伺服阀的频宽应满足系统频宽的要求。一般伺服阀的频宽应大于系统频宽的5倍，以减小伺服阀对系统响应特性的影响。 3）伺服阀的零点漂移、温度漂移和不灵敏区应尽量小，保证由此引起的系统误差不超出设计要求。 4）其它要求，如对零位泄漏、抗污染能力、电功率、寿命和价格等，都有一定要求。 执行元件的选择 液压伺服系统的执行元件是整个控制系统的关键部件，直接影响系统性能的好坏。执行元件的选择与设计，除了按本节所述的方法确定液压缸有效面积A（或液压马达排量D）的最佳值外，还涉及密封、强度、摩擦阻力、安装结构等问题。 反馈传感器的选择 根据所检测的物理量，反馈传感器可分为位移传感器、速度传感器、加速度传感器和力（或压力）传感器。它们分别用于不同类型的液压伺服系统，作为系统的反馈元件。闭环控制系统的控制精度主要决定于系统的给定元件和反馈元件的精度，因此合理选择反馈传感器十分重要。 传感器的频宽一般应选择为控制系统频宽的5～10倍，这是为了给系统提供被测量的瞬时真值，减少相位滞后。传感器的频宽对一般系统都能满足要求，因此传感器的传递函数可近似按比例环节来考虑。 确定系统方块图 根据系统原理图及系统各环节的传递函数，即可构成系统的方块图。根据系统的方块图可直接写出系统开环传递函数。阀控液压缸和阀控液压马达控制系统二者的传递函数具有相同的结构形式，只要把相应的符号变换一下即可。 绘制系统开环波德图并确定开环增益 系统的动态计算与分析在这里是采用频率法。首先根据系统的传递函数，求出波德图。在绘制波德图时，需要确定系统的开环增益K。 改变系统的开环增益K时，开环波德图上幅频曲线只升高或降低一个常数，曲线的形状不变，其相频曲线也不变。波德图上幅频曲线的低频段、穿越频率以及幅值增益裕量分别反映了闭环系统的稳态精度、截止频率及系统的稳定性。所以可根据闭环系统所要求的稳态精度、频宽以及相对稳定性，在开环波德图上调整幅频曲线位置的高低，来获得与闭环系统要求相适应的K值。 由系统的稳态精度要求确定K 由控制原理可知，不同类型控制系统的稳态精度决定于系统的开环增益。因此，可以由系统对稳态精度的要求和系统的类型计算得到系统应具有的开环增益K。 由系统的频宽要求确定K 分析二阶或三阶系统特性与波德图的关系知道，当ζh和K/ωh都很小时，可近似认为系统的频宽等于开环对数幅值曲线的穿越频率，即ω-3dB≈ωc，所以可绘制对数幅频曲线，使ωc在数值上等于系统要求的ω-3dB值，如图39所示。由此图可得K值。 图39 由ω-3dB绘制开环对数幅频特性a）0型系统；b）I型系统 由系统相对稳定性确定K 系统相对稳定性可用幅值裕量和相位裕量来表示。根据系统要求的幅值裕量和相位裕量来绘制开环波德图，同样也可以得到K。见图40。 实际上通过作图来确定系统的开环增益K，往往要综合考虑，尽可能同时满足系统的几项主要性能指标。 系统静动态品质分析及确定校正特性 在确定了系统传递函数的各项参数后，可通过闭环波德图或时域响应过渡过程曲线或参数计算对系统的各项静动态指标和误差进行校核。如设计的系统性能不满足要求，则应调整参数，重复上述计算或采用校正环节对系统进行补偿，改变系统的开环频率特性，直到满足系统的要求。 仿真分析 在系统的传递函数初步确定后，可以通过计算机对该系统进行数字仿真，以求得最佳设计。目前有关于数字仿真的商用软件，如Matlab软件，很适合仿真分析。
其实实现的方法很多，可以使用普通的“常开&常闭触点”加MCU、LM339和LM555等类似的振荡电路、普通的RC电路等组成主要电路外配4位LED驱动电路就可以实现。至于你要的什么时候报警，完全取决于你的实际需要。
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电梯控制系统设计基于西门子PLC的电梯控制系统
火电厂输煤系统的任务是卸煤、堆煤、上煤和配煤，以达到按时保质、保量为机组（原煤仓）提供燃煤的目的。整个输煤系统是火电厂十分重要的支持系统。它是保证机组稳发满发的重要条件。输煤系统是火电厂的重要组成部分，其安全可靠运行是保证电厂实现安全、高效不可缺少的环节。输煤系统的工艺流程随锅炉容量、燃料品种、运输方式的不同而差别较大，并且使用设备多，分布范围广。作为一种具有本安性且远距离传输能力强的分布式智能总线网络，lonworks总线能将监测点做到彻底的分散（在一个网络内可带32000多个节点），提高了系统的可靠性，可以满足输煤系统监控的要求。火电厂输煤系统一般都采用顺序控制和报警方式，为相对独立的控制单元系统，系统配备了各种性能可靠的测量变送器。通过运用Lonworks现场总线技术将各种测量变送器的输出信号接入对应的智能节点组成多个检测单元，然后挂接在Lonworks总线上，再通过Lonworks总线与已有的DCS系统集成，实现了对输煤系统更加有效便捷的监控。在输煤系统中，常用的测量变送器一般有以下几种： （1）开关量皮带速度变送器（2）皮带跑偏开关（3）煤流开关（4）皮带张力开关（5）煤量信号（6）金属探测器（7）皮带划破探测（8）落煤管堵煤开关（9）煤仓煤位开关。每一种测量变送器和其相对应节点共同组成智能监测单元，对需要监测的工况参数进行实时的监控。监测单元通过收发器接入Lonworks总线网络进行通信，可根据监测到的参数进行控制和发出报警信号，系统的结构如图1所示。3、 Lonworks总线智能节点的一般设计智能节点是总线网络中分布在现场级的基本单元，其设计开发分为两种：一种是基于neuron芯片的设计，即节点中不再包含其它处理器，所有工作均由neuron芯片完成。另一种是基于主机的节点设计，即neuron芯片只完成通信的工作，用户应用程序由其它处理器完成。前者适合设计相对简单的场合，后者适应于设计相对复杂的场合。一般情况下，多采用基于芯片的设计。由于智能节点不外乎输入/输出模拟量和输入/输出开关量四种形式，节点的设计也大同小异，对此本文只给出了节点设计的一般方法。基于芯片的智能节点的硬件结构包括控制电路、通信电路和其它附加电路组成，其基本结构如图2所示。图2 智能节点基本结构图Fig 2 Basic Structure Of Node Based On The Neuron Chip控制电路①神经元芯片：采用Toshiba公司生产的3150芯片，主要用于提供对节点的控制，实施与Lon网的通信，支持对现场信息的输入输出等应用服务。②片外存储器：采用Atmel公司生产的AT29C256（Flash存储器）。AT29C256共有32KB的地址空间，其中低16KB空间用来存放神经元芯片的固件（包括LonTalk协议等）。高16KB空间作为节点应用程序的存储区。采用ISSI公司生产的IS61C256作为神经元芯片的外部RAM。③I/O接口：是neuron芯片上可编程的11个I/O引脚，可直接与外部接口电路连接，其功能和应用由编程方式决定。通信电路通信电路的核心收发器是智能节点与Lon网之间的接口。目前，Echelon公司和其他开发商均提供了用于多种通信介质的收发器模块。通常采用Echelon公司生产的适用于双绞线传输介质的FTT-10A收发器模块。附加电路附加电路主要包括晶振电路、复位电路和Service电路等。①晶振电路：为3150神经元芯片提供工作时钟。②复位电路：用于在智能节点上电时产生复位操作。另外，节点还将一个低压中断设备与3150的Reset引脚相连，构成对神经元芯片的低压保护设计，提高节点的可靠性稳定性。③Service电路：专为下载应用程序设计。Service指示灯对诊断神经元芯片固件状态有指示作用节点的软件设计采用Neuron C编程语言设计。Neuron C是为neuron芯片设计的编程语言，可直接支持neuron芯片的固化，并定义了34种I/O对象类型。节点开发的软件设计分为以下几步：（1）定义I/O对象：定义何种I/O对象与硬件设计有关。在定义I/O对象时，还可设置I/O对象的工作参数及对I/O对象进行初始化。（2）定义定时器对象：在一个应用程序中最多可以定义15个定时器对象（包括秒定时器和毫秒定时器），主要用于周期性执行某种操作情况，或引进必要的延时情况。（3）定义网络变量和显示报警：既可以采用网络变量又可以采用显示报警形式传输信息，一般情况采用网络变量形式。（4）定义任务：任务是neuron C实现事件驱动的途径，是对事件的反应，即当某事件发生时，应用程序应执行何种操作。（5）定义用户自定义的其它函数 ：可以在neuron C程序中编写自定义的函数，以完成一些经常性功能，也将一些常用的函数放到头文件中，以供程序调用。4、基于Lonworks总线的火电厂输煤系统与DCS的网络集成现场总线技术与传统的系统DCS系统实现网络集成并协同工作的情况目前在火电厂中尚为数不多。进一步推动火电厂数字化和信息化的发展，逐步推行现场总线技术与DCS系统的集成是火电厂工业控制及自动化水平发展的趋势。就目前来讲，现场总线技术与DCS集成方式有多种，且组态灵活。根据现场的实际情况，我们知道不少大型火电厂都已装有DCS系统并稳定运行，而现场总线很少或首次引入系统，因此可采用将现场总线层与DCS系统I/O层连接的集成，该方案结构简便易行，其原理如图3所示。从图中可以看出现场总线层通过一个接口卡挂在DCS的I/O层上,将现场总线系统中的数据信息映射成与DCS的I/O总线上的数据信息，使得在DCS控制器所看到的从现场总线开来的信息如同来自一个传统的DCS设备卡一样。这样便实现了在I/O总线上的现场总线技术集成。火电厂输煤系统无论是在规模上，还是在利用已有生产资源的基础上，采用该方案都是可行的，同时也体现了把火电厂某些相对独立控制系统通过现场总线技术纳入DCS系统的合理性。由此可见，现阶段现场总线与系统的并存不仅会给生产用户带来大量收益，而且使用户拥有更多的选择，以实现更合理的监测与控制。参考文献：大跨度输煤栈桥结构设计探讨火电厂输煤控制系统的开发发电厂输煤计量集控的理论与实践参考资料：
大型火电厂输煤程控系统的网络控制系统设计 这篇可以么？但是是发表过得，需要的话给我留言
电梯控制系统设计基于西门子PLC的电梯控制系统
液压伺服系统设计 液压伺服系统设计 在液压伺服系统中采用液压伺服阀作为输入信号的转换与放大元件。液压伺服系统能以小功率的电信号输入，控制大功率的液压能（流量与压力）输出，并能获得很高的控制精度和很快的响应速度。位置控制、速度控制、力控制三类液压伺服系统一般的设计步骤如下： 1）明确设计要求：充分了解设计任务提出的工艺、结构及时系统各项性能的要求，并应详细分析负载条件。 2）拟定控制方案，画出系统原理图。 3）静态计算：确定动力元件参数，选择反馈元件及其它电气元件。 4）动态计算：确定系统的传递函数，绘制开环波德图，分析稳定性，计算动态性能指标。 5）校核精度和性能指标，选择校正方式和设计校正元件。 6）选择液压能源及相应的附属元件。 7）完成执行元件及液压能源施工设计。 本章的内容主要是依照上述设计步骤，进一步说明液压伺服系统的设计原则和介绍具体设计计算方法。由于位置控制系统是最基本和应用最广的系统，所以介绍将以阀控液压缸位置系统为主。 全面理解设计要求 全面了解被控对象 液压伺服控制系统是被控对象—主机的一个组成部分，它必须满足主机在工艺上和结构上对其提出的要求。例如轧钢机液压压下位置控制系统，除了应能够承受最大轧制负载，满足轧钢机轧辊辊缝调节最大行程，调节速度和控制精度等要求外，执行机构—压下液压缸在外形尺寸上还受轧钢机牌坊窗口尺寸的约束，结构上还必须保证满足更换轧辊方便等要求。要设计一个好的控制系统，必须充分重视这些问题的解决。所以设计师应全面了解被控对象的工况，并综合运用电气、机械、液压、工艺等方面的理论知识，使设计的控制系统满足被控对象的各项要求。 明角设计系统的性能要求 1）被控对象的物理量：位置、速度或是力。 2）静态极限：最大行程、最大速度、最大力或力矩、最大功率。 3）要求的控制精度：由给定信号、负载力、干扰信号、伺服阀及电控系统零飘、非线性环节（如摩擦力、死区等）以及传感器引起的系统误差，定位精度，分辨率以及允许的飘移量等。 4）动态特性：相对稳定性可用相位裕量和增益裕量、谐振峰值和超调量等来规定，响应的快速性可用载止频率或阶跃响应的上升时间和调整时间来规定； 5）工作环境：主机的工作温度、工作介质的冷却、振动与冲击、电气的噪声干扰以及相应的耐高温、防水防腐蚀、防振等要求； 6）特殊要求；设备重量、安全保护、工作的可靠性以及其它工艺要求。 负载特性分析 正确确定系统的外负载是设计控制系统的一个基本问题。它直接影响系统的组成和动力元件参数的选择，所以分析负载特性应尽量反映客观实际。液压伺服系统的负载类型有惯性负载、弹性负载、粘性负载、各种摩擦负载（如静摩擦、动摩擦等）以及重力和其它不随时间、位置等参数变化的恒值负载等。 拟定控制方案、绘制系统原理图 在全面了解设计要求之后，可根据不同的控制对象，按表6所列的基本类型选定控制方案并拟定控制系统的方块图。如对直线位置控制系统一般采用阀控液压缸的方案，方块图如图36所示。图36 阀控液压缸位置控制系统方块图表6 液压伺服系统控制方式的基本类型伺服系统 控制信号 控制参数 运动类型 元件组成机液电液气液电气液 模拟量数字量位移量 位置、速度、加速度、力、力矩、压力 直线运动摆动运动旋转运动 1.阀控制：阀-液压缸，阀-液压马达2.容积控制：变量泵-液压缸；变量泵-液压马达；阀-液压缸-变量泵-液压马达3.其它：步近式力矩马达 动力元件参数选择 动力元件是伺服系统的关键元件。它的一个主要作用是在整个工作循环中使负载按要求的速度运动。其次，它的主要性能参数能满足整个系统所要求的动态特性。此外，动力元件参数的选择还必须考虑与负载参数的最佳匹配，以保证系统的功耗最小，效率高。 动力元件的主要参数包括系统的供油压力、液压缸的有效面积（或液压马达排量）、伺服阀的流量。当选定液压马达作执行元件时，还应包括齿轮的传动比。 供油压力的选择 选用较高的供油压力，在相同输出功率条件下，可减小执行元件——液压缸的活塞面积（或液压马达的排量），因而泵和动力元件尺寸小重量轻，设备结构紧凑，同时油腔的容积减小，容积弹性模数增大，有利于提高系统的响应速度。但是随供油压力增加，由于受材料强度的限制，液压元件的尺寸和重量也有增加的趋势，元件的加工精度也要求提高，系统的造价也随之提高。同时，高压时，泄漏大，发热高，系统功率损失增加，噪声加大，元件寿命降低，维护也较困难。所以条件允许时，通常还是选用较低的供油压力。 常用的供油压力等级为7MPa到28MPa，可根据系统的要求和结构限制条件选择适当的供油压力。 伺服阀流量与执行元件尺寸的确定 如上所述，动力元件参数选择除应满足拖动负载和系统性能两方面的要求外，还应考虑与负载的最佳匹配。下面着重介绍与负载最佳匹配问题。 （1）动力元件的输出特性 将伺服阀的流量——压力曲线经坐标变换绘于υ－FL平面上，所得的抛物线即为动力元件稳态时的输出特性，见图37。 图37 参数变化对动力机构输出特性的影响a）供油压力变化；b）伺服阀容量变化；c）液压缸面积变化 图中 FL——负载力，FL=pLA； pL——伺服阀工作压力； A——液压缸有效面积； υ——液压缸活塞速度， ； qL——伺服阀的流量； q0——伺服阀的空载流量； ps——供油压力。 由图37可见，当伺服阀规格和液压缸面积不变，提高供油压力，曲线向外扩展，最大功率提高，最大功率点右移，如图37a。 当供油压力和液压缸面积不变，加大伺服阀规格，曲线变高，曲线的顶点A ps不变，最大功率提高，最大功率点不变，如图37b。 当供油压力和伺服阀规格不变，加大液压缸面积A，曲线变低，顶点右移，最大功率不变，最大功率点右移，如图37c。 （2）负载最佳匹配图解法 在负载轨迹曲线υ－FL平面上，画出动力元件输出特性曲线，调整参数，使动力元件输出特性曲线从外侧完全包围负载轨迹曲线，即可保证动力元件能够拖动负载。在图38中，曲线1、2、3代表三条动力元件的输出特性曲线。曲线2与负载轨迹最大功率点c相切，符合负载最佳匹配条件，而曲线1、3上的工作点α和b，虽能拖动负载，但效率都较低。 （3）负载最佳匹配的解析法 参见液压动力元件的负载匹配。 （4）近似计算法在工程设计中，设计动力元件时常采用近似计算法，即按最大负载力FLmax选择动力元件。在动力元件输出特性曲线上，限定 FLmax≤pLA= ，并认为负载力、最大速度和最大加速度是同时出现的，这样液压缸的有效面积可按下式计算： （37） 图38 动力元件与负载匹配图形 按式37求得A值后，可计算负载流量qL，即可根据阀的压降从伺服阀样本上选择合适的伺服阀。近似计算法应用简便，然而是偏于保守的计算方法。采用这种方法可以保证系统的性能，但传递效率稍低。 （5）按液压固有频率选择动力元件 对功率和负载很小的液压伺服系统来说，功率损耗不是主要问题，可以根据系统要求的液压固有频率来确定动力元件。 四边滑阀控制的液压缸，其活塞的有效面积为 （38） 二边滑阀控制的液压缸，其活塞的有效面积为 （39） 液压固有频率ωh可以按系统要求频宽的（5～10）倍来确定。对一些干扰力大，负载轨迹形状比较复杂的系统，不能按上述的几种方法计算动力元件，只能通过作图法来确定动力元件。 计算阀控液压马达组合的动力元件时，只要将上述计算方法中液压缸的有效面积A换成液压马达的排量D，负载力FL换成负载力矩TL，负载速度换成液压马达的角速度 ，就可以得到相应的计算公式。当系统采用了减速机构时，应注意把负载惯量、负载力、负载的位移、速度、加速度等参数都转换到液压马达的轴上才能作为计算的参数。减速机构传动比选择的原则是：在满足液压固有频率的要求下，传动比最小，这就是最佳传动比。 伺服阀的选择 根据所确定的供油压力ps和由负载流量qL（即要求伺服阀输出的流量）计算得到的伺服阀空载流量q0，即可由伺服阀样本确定伺服阀的规格。因为伺服阀输出流量是限制系统频宽的一个重要因素，所以伺服阀流量应留有余量。通常可取15%左右的负载流量作为伺服阀的流量储备。 除了流量参数外，在选择伺服阀时，还应考虑以下因素： 1）伺服阀的流量增益线性好。在位置控制系统中，一般选用零开口的流量阀，因为这类阀具有较高的压力增益，可使动力元件有较大的刚度，并可提高系统的快速性与控制精度。 2）伺服阀的频宽应满足系统频宽的要求。一般伺服阀的频宽应大于系统频宽的5倍，以减小伺服阀对系统响应特性的影响。 3）伺服阀的零点漂移、温度漂移和不灵敏区应尽量小，保证由此引起的系统误差不超出设计要求。 4）其它要求，如对零位泄漏、抗污染能力、电功率、寿命和价格等，都有一定要求。 执行元件的选择 液压伺服系统的执行元件是整个控制系统的关键部件，直接影响系统性能的好坏。执行元件的选择与设计，除了按本节所述的方法确定液压缸有效面积A（或液压马达排量D）的最佳值外，还涉及密封、强度、摩擦阻力、安装结构等问题。 反馈传感器的选择 根据所检测的物理量，反馈传感器可分为位移传感器、速度传感器、加速度传感器和力（或压力）传感器。它们分别用于不同类型的液压伺服系统，作为系统的反馈元件。闭环控制系统的控制精度主要决定于系统的给定元件和反馈元件的精度，因此合理选择反馈传感器十分重要。 传感器的频宽一般应选择为控制系统频宽的5～10倍，这是为了给系统提供被测量的瞬时真值，减少相位滞后。传感器的频宽对一般系统都能满足要求，因此传感器的传递函数可近似按比例环节来考虑。 确定系统方块图 根据系统原理图及系统各环节的传递函数，即可构成系统的方块图。根据系统的方块图可直接写出系统开环传递函数。阀控液压缸和阀控液压马达控制系统二者的传递函数具有相同的结构形式，只要把相应的符号变换一下即可。 绘制系统开环波德图并确定开环增益 系统的动态计算与分析在这里是采用频率法。首先根据系统的传递函数，求出波德图。在绘制波德图时，需要确定系统的开环增益K。 改变系统的开环增益K时，开环波德图上幅频曲线只升高或降低一个常数，曲线的形状不变，其相频曲线也不变。波德图上幅频曲线的低频段、穿越频率以及幅值增益裕量分别反映了闭环系统的稳态精度、截止频率及系统的稳定性。所以可根据闭环系统所要求的稳态精度、频宽以及相对稳定性，在开环波德图上调整幅频曲线位置的高低，来获得与闭环系统要求相适应的K值。 由系统的稳态精度要求确定K 由控制原理可知，不同类型控制系统的稳态精度决定于系统的开环增益。因此，可以由系统对稳态精度的要求和系统的类型计算得到系统应具有的开环增益K。 由系统的频宽要求确定K 分析二阶或三阶系统特性与波德图的关系知道，当ζh和K/ωh都很小时，可近似认为系统的频宽等于开环对数幅值曲线的穿越频率，即ω-3dB≈ωc，所以可绘制对数幅频曲线，使ωc在数值上等于系统要求的ω-3dB值，如图39所示。由此图可得K值。 图39 由ω-3dB绘制开环对数幅频特性a）0型系统；b）I型系统 由系统相对稳定性确定K 系统相对稳定性可用幅值裕量和相位裕量来表示。根据系统要求的幅值裕量和相位裕量来绘制开环波德图，同样也可以得到K。见图40。 实际上通过作图来确定系统的开环增益K，往往要综合考虑，尽可能同时满足系统的几项主要性能指标。 系统静动态品质分析及确定校正特性 在确定了系统传递函数的各项参数后，可通过闭环波德图或时域响应过渡过程曲线或参数计算对系统的各项静动态指标和误差进行校核。如设计的系统性能不满足要求，则应调整参数，重复上述计算或采用校正环节对系统进行补偿，改变系统的开环频率特性，直到满足系统的要求。 仿真分析 在系统的传递函数初步确定后，可以通过计算机对该系统进行数字仿真，以求得最佳设计。目前有关于数字仿真的商用软件，如Matlab软件，很适合仿真分析。