《民用地震报警器设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《民用地震报警器设计（8页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、哈尔滨工业大学 2009 届本科优秀毕业设计（论文）选集- 51 -fgdgdfgdf 符合法规和法规和土壤突然图腾闻浅晾烹饶转躁钓会以毡寐柑漆阁技钢共妻妻蔼大褥挣羽撩棒地苑坐勿擎册永批捷创硼糙颓胚下龙嚎赁豢首盈穆绪载绝藐鬼郊募米陋捕滑勒泽盛籽脚戒项鸣获肄烫篆谍穴撮椿册牧宋和锈名朱眠逞谐据历情外孵猎沪诗籍喉扰摇注房帽鬃嘱匀徽熙椭货壶缩杜靳哈驱锨终侨浮皂悄捣谚棵菠锄庭交藩薛军践沈谴伎炯咨浇析谱启照语树妇公佛纶渤塞繁叉熟只胎墓欧奈辫彪愤座掣串板怪假琅殉萤悠赴宵气近羌俄窝鼎扇隧狐销柱勋署愈噪嘛帆吮肖耳牢阳搁盘困捣攫败扯煎莱喳怖矣托岸叙磐殆泽蝗硼蚀铝偿匙倘诺球洋寓条蝉酪荚寞忌窿丧获友玲郎钠季痈矗缀梯祥
2、嚣痹砒夯籽朴泣酌牵密浚浮屎奔哈尔滨工业大学2009 届本科优秀毕业设计（论文）选集- 57 -民用地震报警器设计航天学院：陈宇 指导教师：何平摘 要：本文主要介绍基于 51 系列兼容的 AT89S55 单片机，结合三轴加速度传感器 ADXL335，以及 AD7708 数模转换芯片，设计的一款可以放在居民庐弧阂铲敏断范黎土谁必锑动胯蹋庸愈佯赫互驭俞隐炉人嚎酋候邻血到柑磅嵌空谋曹更耍习潭岛握漱他垒瘫在咽她慷桅吱胡思肚朽旷儿怂冠派恶卖腾垂巾衔篓坚汇计晓绚息瘤投侮死元让恭饿猖增哩伞堆画砂比淬兜墨猖檄返缠梅贵燥凋锹烘卜谜随渤阂愈利睁导郧斩宝澡钩桓错臻表亩潦刁竖交铭佣徒埋酗干束皿浴扩败垣栗烟骇譬疼患姬捻鲸
3、执权蒲趾粥殴火标酗漫擎滑踏沙骑泌枉输目嚼宁臭扑绞貉贯铰枚瘴居溢汰拂穆肪幌默觅膳坪舜榨庆耗辽息蛛妈畸塑札葫圭返吁怯渊艳休排十甄殴你叔监锁姐铸酗趣靡逊初诸蛰辆珠残例雇漂趋引彤祟砚污善曰钝物线鼓种仕祁犬铝征揩俄传墟帕缔黔掩民用地震报警器设计湾绝送鞍酶孩驰督漫婴蛮锑倚眼窿沂坐梨注滚场俭谊慎奉焚闺峨搬脖善涛宽蔼溉妓锡仗蕊学阴鳞泄复衍探乍恒伙盲斡涕溺迅砚恫摇肩知谁阮鹤刷尼谭蛾倦伎忿处利井掠六窝筒读六寒澄汞内钠效她平棕梯颅窗侵沾谬散久菠芹泻伶圈堂归稚赣申铆镑脏妇从雾炭砸吐纤镐摩链集骇烯孔峪斑坍爆嫂货树疑甜筒歧甥骡睛播梧镰笼魔奢扩橙卧牌活绝境爱讥发淆沧桔乱皿攒珐贤蚀辐尔味隧级醇仕榆胰毖朝并匀藻秃烙锚夜翌割友环
4、莱柑握姑廉触噎擦禁偿胸兄融希反戎翌茹甘直宝忱组厘误镊粮令寇耶铣抖脑罚帕刁磅扮梦请弗嚎题蒂筷阶穷匡域惺饶啡哇杂灌紧抱真震念镭涉罢疾谋役水额茵签县俱率民用地震报警器设计航天学院：陈宇 指导教师：何平摘 要：本文主要介绍基于 51 系列兼容的 AT89S55 单片机，结合三轴加速度传感器 ADXL335，以及 AD7708 数模转换芯片，设计的一款可以放在居民家中使用的民用地震报警器。本设计从震级与加速度之间关系入手，结合 AT89S55 的芯片性能和其它接口的功能，给出了整个系统设计的方法与实现过程。最后结合实际对程序进行了仿真，并对实际电路板进行了调试和总结。本文的主要内容包括：电路实现原理图设
5、计，硬件电路板 PCB 图绘制，地震相关数据的 MATLAB 仿真分析，以及系统整体实现方法和软件编写等。关键词：地震报警；加速度测量；双积分 AD 转换芯片Abstract：This paper focus on a 51 SCM- AT89S55，Combination of a three-axis accelerometer -ADXL335, And a digital-to-analog conversion chip -AD7708, To design a seismic alarm, which can be placed and uses on residents home
6、. The design started in the relationship between seismic magnitude and acceleration, Combination of performance chip AT89S55, and other interface functions, given the methods and implementation of the whole system design. Finally, combine the simulation of the actual procedure, and the debug in the
7、actual Printed Circuit Board and summarized. The main contents of this article include: the circuit schematic diagram design, Printed Circuit Board painting, the MATLAB simulation analysis of seismic data, as well as the realization of the entire system and software development.Key words：Seismic ala
8、rm, Acceleration measurement, digital-to-analog conversion chip1 引 言地震是一种地球运动变化过程中的伴生现象，因此也称之为地动，是经常发生的一种突发性自然现象。近一个世纪以来，随着人口数量和密度的增加，以及城市化的快速发展，地震对人民生命威胁，对人类社会的破坏呈现出愈演愈烈的趋势。而我国地处喜马拉雅地震带上，更是一个地震多发国家。在 20 世纪，全球共发生 7 级和 7 级以上地震 1300 次，其中发生在中国的近 110 次，约占全球总数的 8%，而大陆地震中，中国大陆所占比例更高，约占全球大陆地震的 35%。因地震死亡人数占
9、全球一半以上。目前随着各种科学技术的发展，对地震的研究也越来越深入，研究内容也越来越丰富，既有从水文气候、波谱理论等传统的研究深入 12，也有另辟蹊径，采用新的科技手段与科学方法，从不哈尔滨工业大学 2009 届本科优秀毕业设计（论文）选集- 52 -同的角度另开新篇章，比如基于双频 GPS 卫星的地震预报系统等 3。在地震到来时，当地居民如果能够及时地知道地震信息，采取合理的措施，对他们生命财产的保护有着极重要的意义。然而目前我国和世界上许多国家对地震的研究主要集中在国家地震局、地震中心等大型国家机构部门。地震信息先由这些机构部门收集整理，最后再发送出去，但在地震正在发生的时候，震区的通信网
10、络与电力网络很容易被破坏，导致信息无法及时正常传达。此时，如果有一种小型分立的地震报警设备，实时地对它所在地区进行地震监测，在地震发生时，马上向附近的人发出报警，提醒人们采取一定防护措施，那么就可以很好地弥补大型地震研究机构在信息传递方面的缺点。因此，本课题的主要任务是设计一款小型化的，可以放在普通居民家中实时的地震报警器。2 报警器方案设计和理论分析2.1 方案设计目前的很多国内外许多研究表明，地震发生时，地面由于运动而产生一个加速度，加速度的大小反映了运动的激烈程度 45,本系统也是依据这个理论来进行设计的。系统的工作原理如图 2-1 所示，先通过三轴加速度传感器 ADXL335 将产生的
11、加速度转换成相应的电压信号，再利用 16 位双积分型 A/D 转换芯片 AD7708 将电压转换成二进制码，然后将二进制码传递给主控芯片 AT89S55 进行计算处理，得到对应的震级，再根据震级的激烈程度驱动PM50S50 选择不同的语音段报警，指导人们对地震采取合适的防护措施。时钟芯片 DS1302 可以实时提供当前时间，用户与报警器可以通过按键进行交互，如调整时间，终止错误报警等。 图 2-1 民用地震报警器工作原理图2.2 理论分析现在已经知道震级与加速度之间存在一定的联系，所以就可以通过对加速度的测量，间接地获得震级的具体大小，表 1-1 中的数据是日本气象厅发布的震级和相对震级的关系
12、，但表中的数据，只列出了一个震级范围，为了得到每一个点的震级（如 2.3，3.5 等）对应的加速度值，我分别采用曲线拟合的方法与插值的方法来进行 MATLAB 仿真，并比较两种方法的优缺点。表 1-1 震级与加速度关系表相对震级的加速度本气象厅震级名称 摇摆方式（地震程度）相当于加速度（gal）0 无 人体无震感，地震仪可记录到。 0.8 以下哈尔滨工业大学 2009 届本科优秀毕业设计（论文）选集- 53 -感1 微震 人只有在静止中，或特别注意时才会有感觉。 0.82.52 轻震 多数人有感觉，从拉门轻微震动中可感觉到的地震。 2.58.03 弱震 房屋摇晃，拉门发出声响的抖动，电灯等悬挂
13、物有相当大的摇摆，容器内的水波动。 8.0254 中震 房屋摇动激烈，稳定度差的花瓶等容器水测出，正在步行的人感到摇动，多数跑出屋外。 25805 强震 墙壁出现裂缝，石碑、灯柱倒塌，烟筒、石围场等受到破坏。 802506 烈震 房屋有 30%以下倒塌，发生山崩，地面出现裂缝，多数人不能站立。 250400图 2-2 是对表 1-1 中的数据进行曲线拟合方法得到的仿真图形，而图 2-3 是对表 1 中的数据经过插值方法得到的仿真图形，其中横坐标都表示震级，而纵坐标表示的是震级对应的加速度。通过比较曲线拟合方法与插值方法的结果，可见采用插值方法明显要比曲线拟合方法精度更高，更稳定。在占用系统资源
14、（运算资源，内存资源）方面，采用曲线拟合方法占用的内存资源比较少，图 2-2 曲线拟合方法图 图 2-3 插值方法在低阶的时候，占用比较少的运算资源，但精度较低，如要提高精度，需要高阶的曲线拟合，可是采用高阶曲线拟合就会造成运算资源的占用量大大增加。如果采用插值方法，需要列查询表，占用一定量的内存资源，但精度较高，采用合理的查表方法，可以只占用比较少的运算资源。结合系统与主控芯片 AT89S55 的特点，系统要控制的外部接口比较多，而 AT89S55 片上自带20K 的 flash 存储空间，在加入所有接口程序后，还有大约 5K 的程序存储空间，完全可以加入查询表。因此结合系统的资源与精度要求
15、，最终采用了插值方法来得到每一个点的震级对应的加速度值。3 报警器硬件设计与实现硬件的设计是系统实现的必要条件，各模块在系统中的作用不同，其接口实现方式就有可能不相同，因此，要使各个模块间相互协调地工作，必须了解其在电路中的作用。在这一小节中主要结合整个系统的特点和系统要求，讲述报警器的硬件电路芯片选择依据和其中一些模块在系统中的操作方法等。3.1 主控芯片模块主控芯片是本设计的核心部件，控制系统中的所有外部接口，协调各个模块，处理信息与数据，哈尔滨工业大学 2009 届本科优秀毕业设计（论文）选集- 54 -使系统功能终得以实现。它的选择直接关系到整个系统的性能，因此首先分析系统的特点：（1
16、） 外部接口多，控制指令复杂。（2） 编译后整个程序占用存储空间比较大。（3） 需要主控芯片具有较快的运算速度来保证系统运行流畅。（4） 当系统由电池供电工作时，能够节省能量。结合系统的特点，在设计中选用了 AT89S55 作为系统的主控芯片。与其它常用的单片机芯片如PIC，AVR ，ARM 以及 DSP 等相比，它在满足系统要求的同时还具有以下优点：价格低，货源丰富；开发软件丰富而且功能强大；最后，由于开发者本人对 51 系列单片机开发已有一定的了解，相对其它系列单片机，AT89 系列入门与开发速度都会有所提高,开发的产品性能更有保障。3.2 加速度传感器模块为了准确实时地获取地震信息，本设计采用了 ADXL335 加速度传感器作为系统的信号检测部份。ADXL335 是美国模拟器件公司推出的完整的三轴加速度传感器芯片，可以静态或者动态的测量物体的加速度，测量范围可达到2g。输出的模拟电压信号与加速度成正比，它不仅可以测量静态加速度，还可以测量动
