自然灾害报警与预警系统的设计.doc
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1、摘要摘 要 随着自然灾害的频频发生而引发的人类生命及财产安全问题受到日益重视,由此提出了一种基于单片机的自然灾害的预警与报警系统的设计方案。本系统由触点触发模块、单片机处理系统、NE555多谐振模块、发光二极管预警报警指示电路、LED数码管显示模块以及声音报警等电路模块组成。系统能完成对自然灾害(泥石流、地震、海啸等)发生的预警与报警的功能。此系统电源采用的是目前广泛使用的USB接口供电,功耗低且方便。所用元器件包括单片机STC89C52、集成芯片NE555、LED数码管,12M晶振、水银开关、各种电阻、微调电位器、晶体三极管9014、各种电容、发光二极管等。其工作原理为:当任意水银开关触发后
2、,通过单片机处理,发出指示信号,NE555报警控制电路和指示灯电路会产生相应的现象,根据扬声器发声频率和指示灯显示状态的不同来判断自然灾害的发生与否及灾害发生的严重性。本自然灾害预警报警系统特点在于:电路简单明了、实用可靠、成本极低,功耗低,并可实现网络报警,十分适用于自然灾害频发的我国西部地区。此外,在实际应用时,水银开关触发电路还可以采用无线传输,这样便更增加了此系统的实用性3。关键词:单片机STC89C52,水银开关,NE555多谐振,指示灯,LED数码管24 AbstractAbstract As the natural disasters occurred frequently ,m
3、ore attention are paied to the problem of human life and property security , then puts forward a method based on single-chip microcomputer for natural disaster warning and alarm system design scheme. The system is composed of contacts trigger module, SCM processing systems, NE555 resonance module, l
4、eds warning alarm indicator circuit, LED digital display module and the sounds of the tube alarm circuit module. The system can accomplish the natural disasters (debris flow, earthquakes, tsunamis, etc) happened with alarm function of early warning. This system power adopt today widely used USB powe
5、r supply, with low power consumption, and very convenient. STC89C52 used components include monolithic integrated chip, NE555, LED digital tube, 12M crystals, mercury switch,kinds of resistance, fine-tune potentiometer, transistor 9014,kinds of capacitance, light-emitting diodes, etc. Its working pr
6、inciple is: when any mercury switch triggered by SCM processing,then instructions given by the NE555 alarm signal, control circuit and the circuit will be produced the corresponding indicator, different phenomenon of the different state and indicator shows to judge the occurrence of natural disaster
7、s or not, and the seriousness of the disaster. This natural disaster warning alarm system features: circuit are simple and practical reliable, low cost, low power consumption, and can realize network alarm, is suitable of natural disasters in western region of China. In addition, in the actual appli
8、cation, the mercury switch trigger circuit still can use wireless transmission which makes it much more practical. Key words: SCM STC89C52, mercury switch, NE555 resonance, lights, LED digital tube目录目 录摘 要IAbstractII第一章 引言1第二章 基本模块组成32.1 单片机系统32.2 复位电路32.3 晶振电路42.4 触发信号电路42.5 NE555多谐振电路42.6 数码管显示电路4
9、2.7 拓展方向(网络报警、自动拨号、广播报警)4第三章 总体设计电路5第四章 基本功能与工作原理74.1 基本功能74.2 工作原理74.2.1系统的组成74.2.2系统工作流程74.2.3所有可能现象7第五章 电路功能单元及重要元器件介绍95.1 单片机控制95.1.1 STC89C52具体介绍95.1.2 时钟电路105.1.3 复位及复位电路115.2 NE555多谐振125.3 水银开关135.4 七段LED数码管14第六章 程序设计166.1 模块介绍166.1.1主程序模块166.1.2键盘扫描及识别子程序166.1.3显示子程序166.2 程序流程图16总 结17参考文献18附
10、 录19致 谢23引言第一章 引言随着地震,洪水以及泥石流等自然灾害的频频发生,人类的生命和财产安全问题倍受重视,加强预防、减少地震,洪水及泥石流灾害所带来的破坏,增强国民的抗灾减灾能力是目前刻不容缓的工作。近十几年来,地球上发生了许多破坏力极强的自然灾害,如1998年特大洪水给我国南方巨大的破坏力,2004年印尼特大海啸卷走了30多万人民的生命及无数的财产损失,2008年四川汶川8.0级大地震又无情的带走了近8万无辜生命;2010智力大地震、青海玉树大地震,甘肃舟曲特大泥石流等使得弱小的人类流离失所,无家可归;2011年泰国有洪水引发的泥石流以及3月11日本9.0级特大地震引发的海啸并随之而
11、来的核危机使得全球陷入核恐慌状态12,4月26日科技发达的美国9大洲也遭受到历史罕见的特大龙卷风的袭击并引发了局部的洪水灾害11,其所带来的破坏都是空前的。在自然灾害面前,人类显得是多么的渺小!为此,地震、洪水及泥石流等自然灾害的预警报警减灾工作得到了高度重视,探讨现代预警报警技术方法目的在于为城镇居民减灾提供可靠的应急防灾对策,强化灾前的预警和灾害发生后的报警研究已成为当前地质自然灾害防灾减灾工作中普遍关注的课题。唯有准确的灾前预警和及时的灾后报警才能将灾害所带来的损失将到最低,并极大程度的保护人民的生命和财产安全12。本自然灾害预警报警系统由多触点触发,经过单片机综合处理,并发出相对应现象
12、的指示信号,由NE555多谐振控制的报警电路和指示灯指示电路表示自然灾害的发生与否以及灾害发生的严重性。本系统将我们大学期间所学的主要专业课程紧密结合起来,它综合了数电、模电和电路分析等课程的基本知识,并通过单片机将其有机的结合起来,是我们对综合能力的一次实战性的挑战3。此外,本自然灾害预警报警系统也具备LED显示即智能检测功能,即无论何处触发点被触发,LED数码管都将准确显示触发点。本系统在工作状态下会一直检测触发点的状态变化并能及时将采集信息反馈到显示电路和预警报警电路上来,一旦触发点发生状态改变,单片机便能立即根据预先设定的程序来控制显示电路和预警报警电路的状态。本自然灾害预警报警系统采
13、用单片机控制,是一种智能数字化检测自然灾害的预警与报警系统。该系统对于自然灾害频发的今天,无疑会对我们日后的减灾抗灾工作起着巨大的作用,势必会减弱灾害对人类照成的巨大损失,这也是我们设计的出发点。 基本模块组成第二章 基本模块组成本自然灾害预警报警系统的基本构成框图如图2.1所示。它主要由单片机系统、复位电路、晶振电路、触发信号电路、NE555多谐振报警及指示灯、数码管显示电路以及网络报警电路这七个模块组成。下面逐一进行介绍。 图2.1自然灾害预警报警系统的构成框图 单片机方案有较大的活动空间,不但能实现所要求的功能而且能在很大的程度上扩展功能,而且还可以方便的对系统进行升级,所以我们采用本案
14、。2.1 单片机系统 该电路由单片机控制,触发信号输入和输出信号相对应。单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点,采用单片机控制使得仪器数字化、智能化、微型化、网络化,且功能比起采用电子或数字电路更加强大。此外,还便于系统日后的升级2。2.2 复位电路 开机时,电阻给电容充电,电容的电压缓慢上升直到vcc,没到vcc时芯片复位脚近似低电平,于是芯片复位,接近vcc时芯片复位脚近高电平,于是芯片停止复位,复位完成。应用工作中出现问题需要复位,按下复位开关,电容立刻放完电,就再充电复位4。2.3 晶振电路 由12M晶振和2个30pf的并联电容组成。晶振电路是结合单片机
15、内部电路产生单片机所需的时钟频率,单片机晶振提供的时钟频率越高,那么单片机运行速度就越快,单片接的一切指令的执行都是建立在单片机晶振提供的时钟频率。单片机晶振的作用是为系统提供基本的时钟信号7。2.4 触发信号电路 由四个水银开关和若干电阻组成,开关合上表示没有触发,断开表示触发了。采用接上拉电阻,高电平有效方式。2.5 NE555多谐振电路 NE555多谐振电路只需简单的若干个电阻器、电容器,即可完成特定的振荡延时作用,从而控制发出不同频率的信号控制报警声音。2.6 数码管显示电路 数码管显示电路是由七段数码管显示触发点触发信号。2.7 拓展方向(网络报警、自动拨号、广播报警) 通过单片机控
16、制,用GPRSSMS模块接口电路通过GSM网络收到来电振铃信后将信号传送到单片机,从而进行网络报警、自动拨号、广播、发送短信等方式播报。该模块是我们预留的研究方向,在模型中并未直接体现出来。但在实际应用时可以增加的模块,增加该模块后,使得该预警报警系统与目前的“三网”联系起来,情报便会更快捷的传递到居民手中,使得该系统更加实用、更加完善5。总体设计电路第三章 总体设计电路 本设计采用的核心为单片机STC89C52控制。此方案的特点在于电路简单明了、使用可靠、能长时间待机、且成本极低。总体设计电路图如图3.1所示6。图3.1 自然灾害预警报警系统的核心电路设计的主要技术指标:本电路由直流5V电源
17、供电,电源线是采用USB接口线。D4是系统工作指示灯;:根据情况可以调节RV1,2,3,4来控制扬声器报警的声音,频率范围从几到几千;:水银开关触发,模拟是4个,实际运用时可多个触发,这样能使结果更加准确;:工作中程序出现问题或者电路混乱,可按复位开关进行初始化;:有触发时七段LED数码管将准确显示相应的触发点;:设有红、绿、黄三个指示灯,不同的险情状况将显示不同的预警报警级别,具有明显的险情层次性。 基本功能与工作原理第四章 基本功能与工作原理4.1 基本功能(1)功能一 由4个水银开关和4个10K电阻做成柱子,树立时,开关合上低电平;触发倒下时开关断开,转变为高电平,接上拉电阻,高电平触发
18、有效。(2)功能二 复位开关,使程序初始化。(3)功能三 50K微调电位器可以改变NE555多谐振的输出频率,通过微调调节电阻的大小,使扬声器发出的声音频率在我们所需频率范围之内并选择合适的预警与警报声音。4.2 工作原理4.2.1系统的组成自然灾害的触发点(四个水银模拟开关)、单片机处理控制传输信息和555电路控制报警响亮、指示灯不同以及LED数码管的提示系统。4.2.2系统工作流程由单片机检测自然灾害的触发点是否触发及触发个数,经过单片机的处理转换,输出控制信号,再由NE555多谐振控制扬声器发出不同的声响,并有相应的指示灯发亮,这样就可以通过扩音器的频率和指示灯的不同进行判断自然灾害的发
19、生与否及发生的级别7。4.2.3所有可能现象:没有触发点触发时,无任何现象,只有电源指示灯亮提示正常工作状态。:任何一处触发点触发时,绿色指示灯亮、数码管会有数字显示,无其他现象,说明有情况发生了,因为只有一个,可能是意外,也可能是偶然情况,可能是误报,这时可通过LED数码管的显示去现场查看了解真实情况。:任何两处触发点触发时,绿色指示灯亮,喇叭会轻微报警,LED数码管会轮询显示事发地点,说明有情况,需根据数码管提示去现场实地观察以排除险情。:任意有三处触发点触发时,黄色指示灯亮,喇叭报警声会更急促,LED数码管会轮询显示事发位置,这时要给予当地人民警告可能有灾害要发生,必须提高警惕,并根据数
20、码管提示安排工作人员前往现场察看。:全部触发点触发时,红色指示灯亮,报警声非常急促,LED数码管也会轮询显示全部险情位置,此时是最高险情表明自然灾害发生了,警报人民时刻防范自然灾害以保证人身安全8。电路功能单元及重要元器件介绍第五章 电路功能单元及重要元器件介绍5.1 单片机控制 STC89C52是一种带8K字节闪烁可编程可檫除只读存储器(FPEROM-Flash Programable and Erasable Read Only Memory )的低电压,高性能COMOS8的微处理器,俗称单片机。该器件采用ATMEL搞密度非易失存储器制造技术制造,与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相
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