基于單片機(jī)的地震振動(dòng)報(bào)警裝置的設(shè)計(jì)

耿言勇

摘 要：地震的頻繁發(fā)生給人類生命財(cái)產(chǎn)造成巨大的危害，但是目前很難準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。本文設(shè)計(jì)了一種基于AT89S51單片機(jī)控制的地震報(bào)警裝置，能在地震剛剛發(fā)生瞬間報(bào)警并且提供應(yīng)急照明。該裝置體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高，響應(yīng)時(shí)間在0.1ms，可以在地震時(shí)為夜間熟睡或者反應(yīng)速度慢的人及時(shí)提醒，贏得逃生時(shí)間。

關(guān)鍵詞：地震；AT89S51；報(bào)警器

1 引言

大地震發(fā)生的時(shí)候，或在白天，或在夜里。之前，往往有一次小的晃動(dòng)，隨后大的晃動(dòng)到來，帶來巨大的破壞力。如果能在大地這次小的晃動(dòng)被人們覺察到，及時(shí)躲避，就可以避免大的人員傷亡。本文設(shè)計(jì)了一種基于單片機(jī)的地震警報(bào)器，能夠在地震剛開始到來的一瞬間發(fā)出警報(bào)，提示人們趕緊逃離危險(xiǎn)的地方。

2 裝置架構(gòu)介紹

該裝置主要由振動(dòng)傳感器、控制器、蜂鳴器、LED燈等組成，裝置正常運(yùn)行時(shí)，通過振動(dòng)傳感器測(cè)得振動(dòng)信息，并把測(cè)得量傳送到控制器，控制器根據(jù)預(yù)先設(shè)定的振動(dòng)幅度閥值進(jìn)行比較，當(dāng)振動(dòng)幅度超過閥值時(shí)，控制器啟動(dòng)警報(bào)?？傮w構(gòu)架如圖1所示。

3 裝置原理分析

振動(dòng)感器把采集到的實(shí)時(shí)信號(hào)經(jīng)過濾波等處理后傳送單片機(jī)，經(jīng)由單片機(jī)處理后，發(fā)出控制信號(hào)控制蜂鳴器是否打開，對(duì)是否報(bào)警進(jìn)行控制?？撮T狗的設(shè)置主要是防止裝置在發(fā)生死機(jī)等情況時(shí)，進(jìn)行自動(dòng)復(fù)位。整個(gè)裝置的電路分為以下幾個(gè)部分：光電電路、前置放大電路、濾波電路、A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和報(bào)警控制電路組成。如圖2所示。

3.1 單片機(jī)

本設(shè)計(jì)的控制芯片采用的是AT89S51單片機(jī)，是一個(gè)低功耗，高性能CMOS 8位單片機(jī)，Atmel公司生產(chǎn)的AT89S51單片機(jī)與已停產(chǎn)的AT89C51相比，改進(jìn)了工藝，功能提升了許多。其提高了工作頻率，增加了一個(gè)看門狗中斷，工作電壓更寬，有兩組數(shù)據(jù)指針寄存器等等。另外AT89S51不但支持并行編程還支持ISP在線編程，AT89S51只需要5V電壓即可刻錄與擦除程序存儲(chǔ)器，而89C51則需要分別以5V及12V電壓刻錄與擦除程序存儲(chǔ)器。

3.2 振動(dòng)傳感器

裝置采用進(jìn)口的HS109T型號(hào)ICP壓電式三軸加速度傳感器，可以對(duì)xyz三個(gè)軸向同時(shí)測(cè)量，HS109T壓電型三軸加速度計(jì)可以長(zhǎng)期用于惡劣的環(huán)境，外形低矮，體積小，靈敏度為100mV/g標(biāo)準(zhǔn)量程為80g。頻響范圍0.8Hz—10KHz能在-55到140℃之間正常工作。HS109T輸出的是電壓模擬量，需要處理轉(zhuǎn)化為數(shù)字量傳送給單片機(jī)I/O口P2.0。

3.3 濾波電路

對(duì)于地震而言，大地會(huì)吸收高頻地震波，保留低頻的地震波，所以傳感器接收到的有用信號(hào)的頻率處于極低頻到特低頻之間。該裝置采用了有源濾波和無源濾波電路相結(jié)合的方法進(jìn)行濾波，截止頻率為50Hz。雖然由運(yùn)放構(gòu)成的有源濾波器比無源濾波器的濾波效果好，但運(yùn)放的零漂、偏置電壓、失調(diào)電流等造成的誤差無法避免。因此用無源低通濾波電路作為第一級(jí)濾波，避免了幅值較大的高頻信號(hào)對(duì)后端運(yùn)放的破壞。電路如圖3所示。

3.4 AD轉(zhuǎn)換電路

本裝置采用ADC0804作為模擬—數(shù)字轉(zhuǎn)換器。該芯片屬于連續(xù)漸進(jìn)式的A/D轉(zhuǎn)換器，具有轉(zhuǎn)換速度快（100us）、分辨率高（8位），轉(zhuǎn)換誤差?。ā?LSB）的特點(diǎn)。

3.5 報(bào)警控制電路

蜂鳴器的控制是利用單片機(jī)的P1.1輸出口控制的。由于輸出電流不足于驅(qū)動(dòng)晶閘管的G端，所以利用晶體管進(jìn)行電流。單片機(jī)沒有接受到振動(dòng)信號(hào)的時(shí)候，P1.1輸出高電平到PNP三極管的基極，PNP三極管處于截止?fàn)顟B(tài)，當(dāng)單片機(jī)接受到振動(dòng)信號(hào)，P1.1輸出低電平信號(hào)，使三極管導(dǎo)通。這時(shí)晶閘管的G端接受到正向電壓信號(hào)，瞬間導(dǎo)通，蜂鳴器Bell和LED工作。蜂鳴器一旦報(bào)警，將不受G端電壓的控制。如果要停止報(bào)警，則需在沒有震動(dòng)信號(hào)的條件下，手動(dòng)按下常閉式按鈕開關(guān)即可。電路如圖4所示。

3.6 電源設(shè)計(jì)

電源設(shè)計(jì)中的AC/DC轉(zhuǎn)換電路模塊把交流電轉(zhuǎn)化為9V直流電給電路供電，考慮到緊急情況下，有可能會(huì)斷電，電源采用交流電輸入和直流電池兩種供電方式。當(dāng)交流電斷開的時(shí)候，直流電源開始放電。保證了該裝置不會(huì)因?yàn)榈卣馂?zāi)害時(shí)用電網(wǎng)絡(luò)毀壞而停止工作。

3.7 裝置程序的編程

程序編程主要是對(duì)各個(gè)芯片的初始化編程和整個(gè)主程序的編程。芯片的初始化主要是AT89S51和ADC0804的初始化。然后判斷振動(dòng)信號(hào)有沒有超過預(yù)設(shè)閥值，有則報(bào)警，無則繼續(xù)回到判斷。主程序采用C語言編寫。

4 結(jié)束語

地球上每天都地震發(fā)生，其中約5萬次人們可以感覺到；可能造成破壞的約有1000次。地震持續(xù)的時(shí)間短暫，大約只有幾十秒鐘，甚至更短，造成的危害也是十分巨大的。但是地震災(zāi)難監(jiān)測(cè)的信息受許多因素的影響，很難準(zhǔn)備預(yù)測(cè)。本文所設(shè)計(jì)的地震振動(dòng)報(bào)警器可以有效的檢測(cè)到地震波剛剛到達(dá)地面，引起的微小振動(dòng)，及時(shí)報(bào)警，讓人們有時(shí)間做好逃生的準(zhǔn)備。該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高，適合在家庭及工廠等場(chǎng)所使用，可以在一定程度上提高大家對(duì)地震的防范意識(shí)，降低地震災(zāi)害中人員的傷亡率。

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