PLC立体车库安全监控设计.doc

1、目 录摘 要1Abstract2第1章 引言3第2章 硬件系统简介52.1立体车库的介绍52.2国外PLC立体车库发展状况62.3 PLC立体车库安全监控的工作流程82.4系统配置92.4.1单片机的选型92.4.2单片机P/0接口接线图10第3章 立体车库的安全监控系统软件设计113.1立体车库安全监控设计原则113.2立体车库安全监控系统的控制要求113.3.编程软件简介123.3.1 Keil软件简介123.3.2 系统概述123.3.3 Keil C51单片机软件开发系统的整体结构123.3.4 运行KEIL51软件133.3.5 建立项目13第4章 立体车库安全监控各部分控制174.

2、1重心偏移监控174.1.1 压力传感器的发展历程174.1.2 光纤压力传感器184.1.3 电容式真空压力传感器184.1.4重心监控流程图194.2.发动机熄火监控设计224.2.1烟雾传感器介绍224.2.2工作原理及结构特征234.2.3 汽车尾气熄火监控流程图254.3车库加速度监控294.3.1加速度传感器294.3.2车库加速度程序流程图314.4防盗安全监控354.4.1.光电传感器354.4.2车库防盗监控流程图37第5章 结论40参考文献41致 谢42新乡学院本科毕业设计摘 要立体车库是专门实现各种车辆的自动停放及科学寄存的车库设施。随着城市汽车保有量的不断增加，停车难问

3、题已经成为大中型城市的一个普遍现象。立体车库为人生活带来方便的同时也需要一些安全监控保障人和车库安全。当我们把汽车开进立体车库时候，如果不能保障汽车重心与车库底板重心在同一个位置，将会导致俩者重心偏移，车库底板上升到高处将有可能发展车库偏移，发生安全事故。当我们把汽车放进车库时候，是否能保证车库汽车的防盗安全呢，我们是否需要安装车库防盗安全装置呢。这些都是我们必须解决问题1。为了解决立体车库安全方便问题，我选择了立体车库安全监控的研究，根据立体车库自身特点、安全问题和监控解决方案。在此基础上，利用MCGS组态软件进行上位机监控，设计监控画面，实现了对车库运行过程及车库状态的监测2。关键词：立体

4、车库;安全监控;MCGS42ABSTRACTCubic garage is designed to achieve the scientific storage of automobile.parking garage facilities. As the number of cars continues to increase, parking becomes a difficult problem in big cities Cubic garage. In light of this phenomenon, this paper proposes using Siemens S7-200

5、 series PLC as a master control system. For the solution for modern intensive parking cars parking problems the city has an important value for development and broad application prospects. The system is simple, highly automated, fast, high reliable.The THFLT-1 cubic garage mode. The characteristics

6、and application of cubic garage is briefly introduced in this paper. The system component, the work principle, how to control stepper motor and how to programmable are also introduced in detail. On this basis, this design realizes the real-time monitoring program for cubic garage mode by MCGS softwa

7、re.Key words :Parking;Security;monitoring;MCGS新乡学院本科毕业论文第1章 引言伴随着社会的进步，科技日益进步，汽车因成为我们生活当中最普遍的交通工具，但是我们认可数量比较大，我们生活空间有限，为了车位的发展应运而生的立体车库发展得到了广阔的空间，车辆无处停放的问题是城市的社会、经济、交通发展到一定程度产生的结果，立体停车设备的发展在国外，尤其在日本已有近30-40年的历史，无论在技术上还是在经验上均已获得了成功。我国也于90年代初开始研究开发机械立体停车设备，距今已有十年的历程。由于很多新建小区内住户与车位的配比为1:1，为了解决停车位占地面积与住

8、户商用面积的矛盾，立体机械停车设备以其平均单车占地面积小的独特特性，已被广大用户接受。 机械车库与传统的自然地下车库相比，在许多方面都显示出优越性。首先，机械车库具有突出的节地优势。以往的地下车库由于要留出足够的行车通道，平均一辆车就要占据40平方米的面积，而如果采用双层机械车库，可使地面的使用率提高8090，如果采用地上多层（21层）立体式车库的话，50平方米的土地面积上便可存放40辆车，这可以大大地节省有限的土地资源，并节省土建开发成本。 机械车库与地下车库相比可更加有效地保证人身和车辆的安全，人在车库内或车不停准位置，由电子控制的整个设备便不会运转。应该说，机械车库从管理上可以做到彻底的

9、人车分流。 在地下车库中采用机械存车，还可以免除采暖通风设施，因此，运行中的耗电量比工人管理的地下车库低得多。机械车库一般不做成套系统，而是以单台集装而成。这样可以充分发挥其用地少、可化整为零的优势，在住宅区的每个组团中或每栋楼下都可以随机设立机械停车楼。这对眼下车库短缺的小区解决停车难的问题提供了方便条件1。 一、立体车库的形式 目前，立体车库主要有以下几种形式：升降横移式、巷道堆垛式、垂直提升式、垂直循环式、箱型水平循环式、圆形水平循环式。1、升降横移式升降横移式立体车库采用模块化设计，每单元可设计成两层、三层、四层、五层、半地下等多种形式，车位数从几个到上百个。此立体车库适用于地面及地下

10、停车场，配置灵活，造价较低。产品特点：1)节省占地，配置灵活，建设周期短。2)价格低，消防、外装修、土建地基等投资少。3)可采用自动控制，构造简单，安全可靠。4)存取车迅速，等候时间短。5)运行平稳，工作噪声低。6)适用于商业、机关、住宅小区配套停车场的使用。7)具有系统安全装置：防坠装置，光电传感器、限位保护器、急停开关等。2、巷道堆垛式 巷道堆垛式立体车库采用堆垛机作为存取车辆的工具，所有车辆均由堆垛机进行存取，因此对堆垛机的技术要求较高，单台堆垛机成本较高，所以巷道堆垛式立体车库适用于车位数需要较多的客户使用。3、垂直提升式立体车库 垂直提升式立体车库类似于电梯的工作原理，在提升机的两侧

11、布置车位，一般地面需一个汽车旋转台，可省去司机调头。垂直提升式立体车库一般高度较高（几十米），对设备的安全性，加工安装精度等要求都很高，因此造价较高，但占地却最小。4、垂直循环产品特点1)占地少，两个泊位面积可停6-10辆车。2)外装修可只加顶棚，消防可利用消防栓。3)价格低，地基、外装修、消防等投资少，建设周期短。4)可采用自动控制，运行安全可靠。立体车库成为人们生活的重要的组成部分，车库安全是车库为人民生活服务的重要部分，安全监控也是我们生活安全的重要组成，对我们生活有着最要的意义，为此我选择了立体车库安全监控系统的设计，对安全监控系统进行研究。我设计的立体车库安全监控设计以下四方面的研究

12、：汽车进入车库重心监控，汽车发动机熄火监控，车库上升加速度监控，车库汽车防盗安全监控。新乡学院本科毕业设计第2章 硬件系统简介2.1立体车库的介绍近年来，随着我国经济的飞速发展，人均收入水平的提高。私家车的数量也随之日益猛增，特别是在一些高档小区，住户拥有2辆或2辆以上的私家车已经变得相当普遍。然而在许多的新建小区住房与车位的配比基本是1:1，甚至有些还只达到50%-80%。而买房人的超前意识和备用心理让车位成为抢手货，车位的价格也就水涨船高。这就导致买房者在买房时势必会考虑的很多的问题。如何解决停车站位的面积与住户商用面积的矛盾，已然成为开发商吸引买房者的一个重要措施。机械式立体车库的出现对

13、于这个问题起到很好的解决。目前其有以下几种形式：升降横移式、巷道堆垛式、简易升降类、垂直升降式、垂直循环式、平面移动式、箱型水平循环式、多层循环式。升降横移式：有二层的、多层的、有四柱结构的，有后悬臂结构的、有链条提升的、有钢丝绳提升的等等。这种设备的最大特点是对场地的适应性较强，可建在地上、亦可建在地下，规模可大可小，可以有几个十几个车位，也可建成几百上千个车位的。该设备简单、可靠，使用方便、价格较低。目前在市场上应用广泛，使用率在80%以上。简易升降式：设备的结构简单，操作容易，可充分利用地下空间，面积利用率在2倍以上，多用于住宅、办公楼周边。垂直循环式：分为大型循环和小型循环两种。它们具

14、有省地（占地面积小）、方便（一次按键即可完成存取车）、迅速（调车时间短）、灵活（设置灵活）、可靠（维修量少）、经济（节约大量土地购置费）、节能（不需强制通风和大面积照明）的特点。箱型水平循环式：这种车库不需要行车道，面积利用率很高，且自动化水平高，最适合于地下狭长地带的停车库。但由于运行速度不是太高，所以设备的存容量不能大3。多层循环式：这种车库不需坡道、节省土地、可自动存取、方便快捷，较适用于地形细长又只允许设置一个出入口的场所，如建筑物的地下室、广场、便道的地下以及高架桥的下面等。但因只能设一个出入口，所以设备的容量不大。平面移动式：此种类型的设备大多为多层平面移动类，这种车库可以建成大型

15、化、自动化的车库，容车密度大、存（取）车快捷，适宜建在大型住宅周围的地下，对机场、车站、繁华商业中心区、体育馆、办公楼等区域也适合。尤其是巷道长度长、层数不多的地下大容量存车库，用这种设备的技术经济性最好。巷道堆垛式：这是一种全自动化停车设备，全封闭建造，存（取）车速度快，安全可靠，容积率高。适用于地下也可建在地上的车库，特别是巷道长度不太长，但层数较多的大型车库。垂直升降式：这种设备的类型很多、其最大的优点是平面和空间利用率最高，几乎停放一辆车只需一平方米建筑面积，还具有高性能、省电、噪音小、存（取）快、安全可靠、操作简单、维护方便等优点，最适宜建在高度繁华的城市中心区和车辆停放的集聚点，如

16、大型商场、饭店、医院等。而升降横移式是目前立体车库中使用最多的，其具有特点为：1)投资成本低，系统耗电量低；2)节省占地空间利用率高；3)运行平稳，工作噪声低，存、取车辆时间段；4)智能化控制，多路保护，操作便捷；5)安全可靠，维护方便；本设计采用西门子S7-200PLC为控制系统，能够实现车库的智能化特点并且能够保证稳定安全的运行6。2.2国外PLC立体车库发展状况有德国美国、韩国、日本等国家立体车库发展较早较好。日本和韩国在亚洲，立体机械式停车设备采用较早且应用较普遍。20世纪60年代初开始研发机械式停车设备是日本。当时汽车保有量为500万辆在日本，其中采用垂直循环式停车设备占最多。80年

17、代，该技术才开始向韩国和我国台湾省出口产品和技术。90年代初，其汽车数量达到6200万辆，立体机械式停车设备得到高速发展，年递增率猛增到30%以上，品种也从单一垂直循坏式发展为多种型式，至今已开发生产出九大类共计近百个品种。其管理体制、技术标准等方面日趋完善，在役的立体停车库数量也最多。韩国机械式停车设备行业是仿效日本起家的，发展历程比较平稳。20世纪70年代为起步阶段，80年代为引进阶段，90年代为使用阶段。制造厂约有近百家，已进入我国的有现代集团、LG公司、德山公司(DuksAnEng&M龟Co.，Ltd)、真山公司(JinsanPlantCo.，Ltd)等。由于受到政府的高度重视，各种机

18、械式停车设备得到了广泛的应用，年递增速度达到30%;2000年为其发展阶段，机械化停车设备将随供应量不断的扩大而得到快速发展。德国的停车场行业也很发达，生产制造机械式停车设备的厂商约有24家，其多高层钢结构立体车库性能分析和构件标准化中KLAUS和OTTOWOHR两家公司的生产量约占德国总产量的80%。其它国和地区如美国、澳大利亚、意大利以及我国台湾、港澳地区停车行业也较发达。国内机械式车库发展状况:台湾相对于大陆应用机械式车库比较早，台湾在20世纪70年代初，公共民间停车场70%是地上和地下平面停车场，机械式停车库仍是鲜为人知。1980年台湾引进本“旧精”技术，建成了第一座垂直循环式停车库。

19、1982年生产出一台双层式停车设备。1991年，制造企业达到了35家。90年代初，随着汽车大量进口，使机械式停车设备制造业得到迅猛发展。1992年制造企业数量增加65家，到1996年仅登记在案的制造企业总数就有644家，停车设备行业进入发展的高峰阶段。但从1997年起，由于台湾房地产萧条，股市暴跌，停车设备业出现了滑坡，经优胜劣汰后，行业进入稳步发展阶段。我国大陆地区从20世纪90年代初才开始研制和使用机械式停车设备。90代后，随着汽车业和建筑业的发展，停车设备的应用逐步得到推广，已经形成新兴的停车设备行业，步入了引进、开发、制造和使用相结合的初步发展阶段首批获得国家颁发的立体停车设备制造资质

20、的企业就有22家。2000年，徐格宁、王鹰和任少云针对垂直升降式立体停车库钢结构的复杂和实际使用可靠性要求，通过C语言编程，编制出该类停车库钢结构有限元建程序及后处理程序，运用SAPSP软件对3种不同形式的停车库结构进行了有限分析，用后处理程序对结构的强度、刚度和稳定性进行校核，从而分析得出较的结构形式6。2.3 PLC立体车库安全监控的工作流程安全监控部分分为四个方面：1.汽车进入车库重心检测。2,汽车发动机熄火检测。3.车库上升加速度检测。4,.汽车防盗安全监。图21监控流程图2.4系统配置2.4.1单片机的选型51系列单片机最早有Intel公司推出，主要有8031系列，8051系列。后来

21、Atmel公司以8051的内核为基础推出了AT89系列单片机。其中 AT89C51 AT89C52 AT89S51 AT89S52 AT89S8252等单片机完全兼容8051系列单片机，所有的指令功能也是一样的。就是功能上做了一系列的扩展，比如说AT89S系列都支持ISP功 能，AT89S52 AT89S8252增加了内部WDT功能，增加了一个定时器等功能。为了学习简单Atmel也推出了8051指令完全一样的AT89C2051 AT89C4051等单片机，这些单片机可以看成精简型的8051单片机。比较适合初学者的需要。 AVR单片机 AVR单片机也是Atmel公司的产品，最早的就是AT90系列

22、单片机，现在很多AT90单片机都转型给了Atmega系列和Attiny系列，AVR单 片机最大的特点是精简指令型单片机，执行速度，据我所知是8位MCU中最快的一种单片机了（相同的振荡频率下）。学习AVR单片机当然可以直接就学，但是 建议还是从51系列学起。 PIC单片机 PIC单片机是Microchip公司的产品，它也是一种精简指令型的单片机，指令数量比较少，中档的PIC系列仅仅有35条指令而已，低档的仅有33条 指令。但是如果使用汇编语言编写PIC单片机的程序有一个致命的弱点就是PIC中低档单片机里有一个翻页的概念，编写程序比较麻烦。但是我个人认为PIC 还是一个不错的8位MCU。 初学单片

23、机一般是选51系列的单片机，比如说Intel公司的8051系列，Atmel的AT89系列，STC公司的51系列等等都可以算是51系列单片 机。这些单片机的指令系统是一样的。外面出的资料也是最多。建议选择Atmel的AT89系列芯片，出的资料最多。如果你自己要做实验，建议选择 AT89S52 AT89S51 AT89S8252等芯片学习，因为这些“S”的芯片全部支持ISP（在线烧录）只要一根下载线就可以了（建议选择AVR的下载线，为了以后能同时下载 AVR的芯片的程序考虑），编译软件可以到上下载。烧录软件就选双龙的SLISP就可以了。这样学习的话无需使用昂贵的编程 器，只要一根廉价的下载线就可以

24、了2。2.4.2单片机P/0接口接线图图2-2 P/0接口接线新乡学院本科毕业设计第3章 立体车库的安全监控系统软件设计3.1立体车库安全监控设计原则安全监控系统是为控制流程服务的，为能很好地实现监控提出的更高要求，安全监控系统的设计应遵循以下原则。(1)根据安全监控流程进行设计，尽量使单片机最大程度的满足控制要求。(2)在满足安全监控要求的前提下，尽量减少单片机系统硬件费用。(3)考虑到以后安全监控要求的变化，所以安全监控设计时应考虑单片机的可扩展性。(4)监控系统使用和维护方便、安全可靠。3.2立体车库安全监控系统的控制要求系统安全监控要求采用单片机及传感器配合控制，首先先用压力传感器检测

25、车库四个角落压力值，将检测到的数值，通过数模转换器转换成单片机可以处理的数值信号，通过数值的对比分析得出结果。检测四个压力传感器的数值是否相等得出汽车的重心是否与车库地板重心重合。汽车发动机熄火监控：当汽车进入车库时候，通过烟雾传感器检测到是否熄灭，烟雾传感器检测气体二氧化碳排量，通过对车库气体检测可以监控发动机的熄火，通过烟雾传感器的监控信号传给单片机，单片机设置检测值进行对比分析得出，是否发动机熄火。车库加速度检测，为了保证车库上升阶段平稳必须进行加速度检测，因为加速度过大会导致上升不平稳，不利于安全，可以利用加速度传感器检测到的加速度，单片机通过对比给定的加速度值进行比较，检测是否达到安

26、全加速度数值。车库汽车防盗报警检测，通过车库的四周光电传感器检测，可以检测到是否有人，当有人时候可以把信号传给单片机，单片机就会发出指令让报警器响起，当主人来取车时候就会4。3.3.编程软件简介3.3.1 Keil软件简介单片机开发中除必要的硬件外，同样离不开软件，我们写的汇编语言源程序要变为CPU可以执行的机器码有两种方法，一种是手工汇编.另一种是机器汇编，目前已极少使用手工汇编的方法了。机器汇编是通过汇编软件将源程序变为机器码，用于MCS-51单片机的汇编软件有早期的A51，随着单片机开发技术的不断发展，从普遍使用汇编语言到逐渐使用高级语言开发，单片机的开发软件也在不断发展，Keil软件是

27、目前最流行开发MCS-51系列单片机的软件，这从近年来各仿真机厂商纷纷宣布全面支持Keil即可看出。Keil提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（uVision）将这些部份组合在一起7。3.3.2 系统概述Keil C51是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。用过汇编语言后再使用C来开发，体会更加深刻。 Keil C51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows界面。另外重要

28、的一点，只要看一下编译后生成的汇编代码，就能体会到Keil C51生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势6。3.3.3 Keil C51单片机软件开发系统的整体结构C51工具包的整体结构，如图4.1所示，其中uVision与Ishell分别是C51 for Windows和for Dos的集成开发环境(IDE)，可以完成编辑、编译、连接、调试、仿真等整个开发流程。开发人员可用IDE本身或其它编辑器编辑C或汇编源文件。然后分别由C51及A51编译器编译生成目标文件(.OBJ)。目标文件可由LIB51创建生成库文件，也可以与库文件

29、一起经L51连接定位生成绝对目标文件(.ABS)。ABS文件由OH51转换成标准的Hex文件，以供调试器dScope51或tScope51使用进行源代码级调试，也可由仿真器使用直接对目标板进行调试，也可以直接写入程序存贮器如EPROM中。 图3-1 C51工具包的整体结构图3.3.4 运行KEIL51软件 图 3-2打开软件3.3.5 建立项目（1）点击Project菜单，选择弹出的下拉式菜单中的New Project，如图图 3-3新建工程文件接着弹出一个标准Windows文件对话窗口，在文件名中输入您的第一个C程序项目名称，保存后的文件扩展名为uv2，这是KEIL uVision2项目文件

30、扩展名，以后我们可以直接点击此文件以打开先前做的项目。（2）选择所要的单片机，这里我们选择常用的Ateml公司的AT89C51。完成上面步骤后，我们就可以进行程序的编写了。（3）首先我们要在项目中创建新的程序文件或加入旧程序文件。如果你没有现成的程序，那么就要新建一个程序文件。（4）点击保存新建的程序，也可以用菜单FileSave或快捷键Ctrl+S进行保存。我们把第一个程序命名为test1.c，保存在项目所在的目录中，这时你会发现程序单词有了不同的颜色，说明KEIL的C语法检查生效了。如图，鼠标在屏幕左边的Source Group1文件夹图标上右击弹出菜单，在这里可以做在项目中增加减少文件等

31、操作。我们?quot;Add File to Group Source Group 1弹出文件窗口，选择刚刚保存的文件，按ADD按钮，关闭文件窗，程序文件已加到项目中了。这时在Source Group1文件夹图标左边出现了一个小+号说明，文件组中有了文件，点击它可以展开查看。 图3-4新建文件（5）C程序文件已被我们加到了项目中了，下面就剩下编译运行了。如图3-5，图中3-5都是编译按钮，不同是1是用于编译单个文件。2是编译当前项目，如果先前编译过一次之后文件没有做动编辑改动，这时再点击是不会再次重新编译的。3是重新编译，每点击一次均会再次编译链接一次，不管程序是否有改动。在3右边的是停止编译

32、按钮，只有点击了前三个中的任一个，停止按钮才会生效。在4中可以看到编译的错误信息和使用的系统资源情况等，以后我们要查错就靠它了。6是有一个小放大镜的按钮，这就是开启关闭调试模式的按钮，它也存在于菜单DebugStartStop Debug Session，快捷键为Ctrl+F5。图3-5运行图(6)进入调试模式，软件窗口样式大致如图所示。图中3-6为运行，当程序处于停止状态时才有效，2为停止，程序处于运行状态时才有效。3是复位，模拟芯片的复位，程序回到最开头处执行。按4我们可以打开5中的串行调试窗口，这个窗口我们可以看到从51芯片的串行口输入输出的字符，这里的第一个项目也正是在这里看运行结果。

33、首先按4打开串行调试窗口，再按运行按钮。要停止程序运行回到文件编辑模式中，就要先按停止按钮再按开启关闭调试模式按钮。然后我们就可以进行关闭KEIL等相关操作了8。图 3-6初始窗口（7）生成HEX文件HEX文件格式是Intel公司提出的按地址排列的数据信息,数据宽度为字节,所有数据使用16进制数字表示, 常用来保存单片机或其他处理器的目标程序代码。它保存物理程序存储区中的目标代码映象。一般的编程器都支持这种格式。打开目录，找到test.Uv2的文件就可以打开先前的项目了。然后右击图3-7中的1项目文件夹,弹出项目功能菜单，选Options for TargetTarget1,弹出项目选项设置窗

34、口，同样先选中项目文件夹图标，这时在Project菜单中也有一样的菜单可选。打开项目选项窗口，转到Output选项页图3-7所示，图中是选择编译输出的路径，2是设置编译输出生成的文件名，3则是决定是否要创建HEX文件，选中它就可以输出HEX文件到指定的路径中。选好后再将它重新编译一次，很快在编译信息窗口中就显示HEX文件创建到指定的路径中了，如图3-8。这样我们就可用自己的编程器所附带的软件去读取并烧到芯片了，再用实验板看结果，至于编程器或仿真器品种繁多具体方法就看它的说明书了，这里就不做介绍了13。图3-7项目功能菜单图3-8项目选项窗口新乡学院本科毕业设计第4章 立体车库安全监控各部分控制

35、4.1重心偏移监控传感器技术是现代测量和自动化系统的重要技术之一,从宇宙开发到海底探秘,从生产的过程控制到现代文明生活,几乎每一项技术都离不开传感器,因此,许多国家对传感器技术的发展十分重视,如日本把传感器技术列为六大核心技术(计算机、通信、激光、半导体、超导体和传感器) 之一。在各类传感器中压力传感器具有体积小、重量轻、灵敏度高、稳定可靠、成本低、便于集成化的优点,可广泛用于压力、高度、加速度、液体的流量、流速、液位、压强的测量与控制。除此以外,还广泛应用于水利、地质、气象、化工、医疗卫生等方面。由于该技术是平面工艺与立体加工相结合,又便于集成化,所以可用来制成血压计、风速计、水速计、压力表

36、、电子称以及自动报警装置等。压力传感器已成为各类传感器中技术最成熟、性能最稳定、性价比最高的一类传感器。因此对于从事现代测量与自动控制专业的技术人员必须了解和熟识国内外压力传感器的研究现状和发展趋势15。 4.1.1 压力传感器的发展历程现代压力传感器以半导体传感器的发明为标志,而半导体传感器的发展可以分为四个阶段：(1) 发明阶段(1945 - 1960 年) :这个阶段主要是以1947 年双极性晶体管的发明为标志。此后,半导体材料的这一特性得到较广泛应用。史密斯(C.S. Smith) 与1945 发现了硅与锗的压阻效应2 ,即当有外力作用于半导体材料时,其电阻将明显发生变化。依据此原理制

37、成的压力传感器是把应变电阻片粘在金属薄膜上,即将力信号转化为电信号进行测量。此阶段最小尺寸大约为1cm。(2) 技术发展阶段(1960 - 1970 年) :随着硅扩散技术的发展,技术人员在硅的(001) 或(110) 晶面选择合适的晶向直接把应变电阻扩散在晶面上,然后在背面加工成凹形,形成较薄的硅弹性膜片,称为硅杯3 。这种形式的硅杯传感器具有体积小、重量轻、灵敏度高、稳定性好、成本低、便于集成化的优点,实现了金属- 硅共晶体,为商业化发展提供了可能11。(3) 商业化集成加工阶段(1970 - 1980 年) :在硅杯扩散理论的基础上应用了硅的各向异性的腐蚀技术,扩散硅传感器其加工工艺以硅

38、的各项异性腐蚀技术为主,发展成为可以自动控制硅膜厚度的硅各向异性加工技术4 ,主要有V 形槽法、浓硼自动中止法、阳极氧化法自动中止法和微机控制自动中止法。由于可以在多个表面同时进行腐蚀,数千个硅压力膜可以同时生产,实现了集成化的工厂加工模式,成本进一步降低。(4) 微机械加工阶段(1980 年- 今) :上世纪末出现的纳米技术,使得微机械加工工艺成为可能。通过微机械加工工艺可以由计算机控制加工出结构型的压力传感器,其线度可以控制在微米级范围内。利用这一技术可以加工、蚀刻微米级的沟、条、膜,使得压力传感器进入了微米阶段。4.1.2 光纤压力传感器这是一类研究成果较多的传感器,但投入实际领域的并不

39、是太多。它的工作原理是利用敏感元件受压力作用时的形变与反射光强度相关的特性,由硅框和金铬薄膜组成的膜片结构中间夹了一个硅光纤挡板,在有压力的情况下,光线通过挡板的过程中会发生强度的改变,通过检测这个微小的改变量,我们就能测得压力的大小。这种敏感元件已被应用与临床医学,用来测扩张冠状动脉导管气球内的压力。可预见这种压力传感器在显微外科方面一定会有良好的发展前景。同时,在加工与健康保健方面,光纤传感器也在快速发展。4.1.3 电容式真空压力传感器E + H公司的电容式压力传感器是由一块基片和厚度为0. 82. 8mm的氧化铝(Al2O3) 构成,其间用一个自熔焊接圆环钎焊在一起。该环具有隔离作用,

40、不需要温度补偿,可以保持长期测量的可靠性和持久的精度。测量方法采用电容原理,基片上一电容CP 位于位移最大的膜片的中央,而另一参考电容CR 位于膜片的边缘,由于边缘很难产生位移,电容值不发生变化,CP 的变化则与施加的压力变化有关,膜片的位移10。4.1.4重心监控流程图图4-1重心监控流程图编写程序如下： MIN:ORG 0030HLOOP:ORL R1,#04H检查传感器准备状况 MOV A,P1 JNB ACC.0,TWOP1.0=0则转 JB ACC.1,ONEP01.1=1则转BACK:ACALL D10S延时10s AJMP LOOP ONE:JNB ACC.1,THREEP1.1

41、=0则转 CLR 93H0-P1.3，启动报警装置提示 SETB 92H1-P1.2，停止汽车移动FOUR:SJMP FOURTHREE:CLR 92H启动汽车移动 AJMP BACK TWO:SETB 92H没有汽车移动 AJMP BACK延时子程序D10s（延时10s） ORG 0100HD10S:MOV R3,#19HLOOP3:MOV R1,#85HLOOP1;MOV R2,#0FAHLOOP2:DJNZ R2,LOOP2 DJNZ R1,LOOP1 DJNZ R3,LOOP3 RET调试程序如下图4-2 调试程序4.2.发动机熄火监控设计4.2.1烟雾传感器介绍 1烟雾传感器的分类

42、烟雾传感器种类繁多，从检测原理上可以分为三大类： (a)利用物理化学性质的烟雾传感器：如半导体烟雾传感器、接触燃烧烟雾传感器等。 (b)利用物理性质的烟雾传感器：如热导烟雾传感器、光干涉烟雾传感器、红外传感器等。 (c)利用电化学性质的烟雾传感器：如电流型烟雾传感器、电势型气体传感器等。 2.烟雾传感器应满足的基本条件 一个烟雾传感器可以是单功能的，也可以是多功能的；可以是单一的实体，也可以是由多个不同功能传感器组成的阵列。但是，任何一个完整的烟雾传感器都必须具备以下条件。 (a)能选择性地检测某种单一烟雾，而对共存的其它烟雾不响应或低 响应。 (b)对被测烟雾具有较高的灵敏度，能有效地检测允

43、许范围内的烟雾 浓度。(c)对检测信号响应速度快，重复性好。(d)长期工作稳定性好。 (e)使用寿命长。 (f)制造成本低，使用与维护方便。 2检测原理：在探测器的电离室内放一放射源Am241，其不断地持续放射出粒子射线，以高速运动撞击空气中的氮、氧等分子，在粒子的轰击下引起电离，产生大量的带正负电荷的离子，从而使得原来不导电的空气具有导电性，当在电离室两端加上一定的电压后，使得空气中的正负离子向相反的电极移动，形成电离电流。具体电流的大小与电离室本身的几何形状、放射源活度、粒子能量、电极电压的大小及空气的密度、温度、湿度和气流速度等因素有关14。4.2.2工作原理及结构特征1工作原理: 传感

44、器的感烟时当火灾场所发生的烟雾进入到监测电离室，位于电离室中的检测源镅241放射a射线，使电离室内的空气离成正负离子。当烟雾进入时，内外电离室因极性相反，所产生的离子电流保持相对稳定，处于平衡状态；火灾发生初期释放的气溶胶亚微粒子及可见烟雾大量进入检测电离室，吸附并中和正负离子，使电离电流急剧减少，改变电离平衡状态而输出检测电信号，经后级电路处理识别后，发出报警，并向配套监控系统输出报警开关信号4。2结构特征: 整机电路由稳压、信号检测、信号处理、比较触发、信号输出及声光报警等电路组成。3主要用途: 烟雾传感器用于煤矿井下有瓦斯和煤尘爆炸危险及火灾危险的场所，能对烟雾进行就地检监测、遥测和集中

45、监视，能输出标准的开关信号，并能与国内多种生产安全监测系统及多种火灾监控系统配套使用，亦可单独使用于带式输送机巷火灾监控系统；具有抗腐蚀能力强、高灵敏度、结构简单、功耗小、成本低、维护简便等特点。对火灾初期各类燃烧物质阴燃阶段产生的不可见及可见烟雾，检测稳定可靠，且能有效地防止粉尘。4MQ-2气体传感器的结构、外形图4-3 结构图MQ-2气敏元件的结构和外形如图所示（结构AorB），由微型AL2O3陶瓷管、SnO2敏感层，测量电极和加热器构成的敏感元件固定在塑料或不锈钢制成的腔体内，加热器为气敏元件提供了必要的工作条件。封装好的气敏元件有6只针状管脚，其中4个用于信号取出，2个用于提供加热电流

46、9。5主要技术指标、工作电路及程序设计（1）工作电压：5.00.2V(DC)（2）报警相应时间：即时（3）报警方式：声光报警（4）报警接触方式：自动解除（5）采样方式：扩散式 (6) 信号输出类型：电压4.2.3 汽车尾气熄火监控流程图图4-4 尾气熄火监控流程图程序如下ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0013HINTI中断服务程序入口 AJMP PINT1 LJMP MIN ORG 0100HMAIN:MOV R1,#DATA 置数据区首地址 SETB IT1 INTN为边沿触发方式 SETB EA 开中断 SETB EX1 允许INTI中断 MOV DPTR,#7FF8H 指向INO通道 MOVX DPTR,A 启动A/D转换LOOP:SJMP $ 等待中断 AJMP LOOP 注意：上条指令中断后，要执行该指令 ORG 1000H 中