一种具有保持特性的倾角报警系统及其实现方法和应用

1.一种实现倾角报警系统保持特性的方法，所述的倾角报警系统包括稳压电路、加速度传感器、单片机、输出驱动电路、调试接口和程序下载接口；所述的稳压电路分别与加速度传感器和单片机相连接，所述的输出驱动电路与单片机的输出端口相连接，所述的加速度传感器与单片机的输入端口相连接，所述的调试接口和程序下载接口均分别与单片机相连接；所述的单片机包含中央处理器和定时器，所述的中央处理器包含数据采集模块、数据处理模块、数据分析模块、报警保持标志、报警输出模块和软件计数器，所述的报警保持标志是作为单片机判断报警保持是否完成的参照标志，当该标志为1时，表示正处于报警保持状态；所述的软件计数器是用于对定时器中断次数的计数；其特征在于，所述方法包括如下步骤：
1)当系统上电后，系统首先对单片机、加速度传感器进行初始化操作，并清零报警保持标志和软件计数器；
2)系统循环采集反映倾角变化的加速度传感器的重力加速度数据，并进行数据滤波处理和分析，一旦数据分析进入报警区域且不在报警保持状态，即报警保持标志＝0时，则立即将报警保持标志置1，并同时开启报警输出和定时器；
3)根据单片机的工作频率和所要求的定时精度，设置定时器定时间隔T1；
4)根据使用要求设置报警保持时间T；
5)当软件计数器的计数值达到T/T1时，表示报警保持完成，定时器中断退出，关闭报警输出并清零报警保持标志和软件计数器。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的输出驱动电路与报警信号相连接。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的调试接口连接有显示单元。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的程序下载接口连接有编程器。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的加速度传感器与单片机通过I2C接口通信。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的加速度传感器选用三轴、电容式微机械加速度传感器。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于：若单片机的工作频率为1MHz、定时精度 为
1μs时，T1≤65.536毫秒。

一种具有保持特性的倾角报警系统及其实现方法和应用\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种倾角报警系统，具体说，是涉及一种具有保持特性的倾角报警系统及其实现方法和应用。\n背景技术\n[0002] 倾角报警器用于监测被监测对象的倾斜状况以控制安全事故的发生，已在很多领域得到广泛应用。但若被监测对象由于抖动而出现往复（进入-离开-进入）报警区域，会使报警输出信号出现频繁的开启-关断-开启动作，致使输出控制频繁动作，从而加剧抖动，影响安全控制的稳定性。\n[0003] 而具有保持特性的倾角报警系统由于具有保持特性，当被监测对象一旦运动到报警区域，立即输出报警信号并保持报警输出一段时间，从而使报警输出信号不会因为被监测对象的抖动而出现频繁的开启-关断-开启动作，从而可消除被监测对象的抖动对输出控制的影响，对安全控制的稳定性和精确性具有重要意义。\n[0004] 在现有技术中，主要采用如下两种方案来实现倾角报警器的保持特性：\n[0005] 方案A：通过接近开关和时间继电器来实现，该方案原理是通过将接近开关安装在需要报警的倾角位置，当接近开关感应到挡块产生报警信号，通过时间继电器对该报警信号保持。该方案的缺点是需要在现场根据报警角度确定接近开关的安装位置，并且一旦安装就不便于调整报警角度；另外，报警信号的保持需要外加时间继电器；存在使用、安装不方便及成本高等问题，从而局限了该技术的广泛应用。\n[0006] 方案B：通过扇形重力摆和光敏元件、继电器等元器件的组合使用来实现，该方案原理是在倾角变化时，重力摆会随其固定轴转动，当重力摆挡住光敏元件之间的发射接收通道时产生报警信号，通过继电器对报警信号保持。该方案的缺点是需要根据报警角度制作扇形重力摆，一旦扇形重力摆制作好，只能用于与重力摆扇形角度相匹配的倾角报警监测，不方便报警角度的调整，也存在使用、安装不方便等问题，也局限了该技术的广泛应用。\n发明内容\n[0007] 针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种具有保持特性的倾角报警系统，实现倾角报警器的监测角度可自由灵活设置，使用、安装方便，结构简单，成本低，报警输出信号稳定性好且精度高，报警器使用寿命长等目的，以满足倾角报警器的广泛应用要求。\n[0008] 为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：\n[0009] 一种具有保持特性的倾角报警系统，包括稳压电路、加速度传感器、单片机、输出驱动电路、调试接口和程序下载接口；所述稳压电路分别与加速度传感器和单片机相连接，所述输出驱动电路与单片机的输出端口相连接，所述加速度传感器与单片机的输入端口相连接，所述调试接口和程序下载接口均分别与单片机相连接。\n[0010] 作为一种优选方案，所述单片机包含中央处理器(CPU)和定时器，所述中央处理器(CPU)包含数据采集模块、数据处理模块、数据分析模块、报警保持标志、报警输出模块和软件计数器，所述报警保持标志是作为单片机判断报警保持是否完成的参照标志，当该标志为1时，表示正处于报警保持状态；所述软件计数器是用于对定时器中断次数的计数。\n[0011] 作为一种优选方案，所述输出驱动电路与报警信号相连接。\n[0012] 作为一种优选方案，所述调试接口连接有显示单元。\n[0013] 作为一种优选方案，所述程序下载接口连接有编程器。\n[0014] 作为一种优选方案，所述加速度传感器与单片机通过I2C接口通信。\n[0015] 作为进一步优选方案，所述加速度传感器选用三轴、电容式微机械加速度传感器。\n[0016] 上述的具有保持特性的倾角报警系统的实现方法，包括如下步骤：\n[0017] 1）当系统上电后，系统首先对单片机、加速度传感器进行初始化操作，并清零报警保持标志和软件计数器；\n[0018] 2）系统循环采集反映倾角变化的加速度传感器的重力加速度数据，并进行数据滤波处理和分析，一旦数据分析进入报警区域且不在报警保持状态，即报警保持标志=0时，则立即将报警保持标志置1，并同时开启报警输出和定时器；\n[0019] 3）根据单片机的工作频率和所要求的定时精度，设置定时器定时间隔T1；\n[0020] 4）根据使用要求设置报警保持时间T；\n[0021] 5）当软件计数器的计数值达到T/T1时，表示报警保持完成，定时器中断退出，关闭报警输出并清零报警保持标志和软件计数器。\n[0022] 若单片机的工作频率为1MHz、定时精度为1μs时，T1≤65.536毫秒。\n[0023] 上述的具有保持特性的倾角报警系统可应用于消防车臂架的运动安全限位。\n[0024] 与现有技术相比，本发明提供的具有保持特性的倾角报警系统，可实现报警角度和保持时间的自由灵活设置，具有使用方便、结构简单、成本低、报警输出信号稳定性好且精度高、报警器使用寿命长等优点，可有效避免被监测对象的抖动产生的不利影响，能满足倾角报警器的广泛应用要求，具有极强的实用价值。\n附图说明\n[0025] 图1是本发明提供的具有保持特性的倾角报警系统的结构示意图；\n[0026] 图2是所述的倾角报警系统中的单片机主程序的执行流程图；\n[0027] 图3是所述单片机中的定时器中断程序的执行流程图；\n[0028] 图4是所述的倾角报警系统用于消防车臂架的运动安全限位的原理示意图。\n具体实施方式\n[0029] 下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案做进一步详细阐述：\n[0030] 如图1所示：本发明提供的一种具有保持特性的倾角报警系统，包括稳压电路1、加速度传感器2、单片机3、输出驱动电路4、调试接口5和程序下载接口6；所述稳压电路1分别与加速度传感器2和单片机3相连接，为加速度传感器2和单片机3供电；所述输出驱动电路4与单片机3的输出端口32相连接，所述加速度传感器2与单片机3通过I2C接口\n33通信，所述调试接口5和程序下载接口6均分别与单片机3相连接。\n[0031] 所述单片机3包含中央处理器(CPU)31和定时器34，所述中央处理器(CPU)31包含数据采集模块、数据处理模块、数据分析模块、报警保持标志、报警输出模块和软件计数器，所述报警保持标志是作为单片机判断报警保持是否完成的参照标志，当该标志为1时，表示正处于报警保持状态；所述软件计数器是用于对定时器中断次数的计数。\n[0032] 所述输出驱动电路4与报警信号41相连接。\n[0033] 当调试时，可通过调试接口5连接一个显示单元51，以方便调试。\n[0034] 通过程序下载接口6连接编程器61，可实现在线更新单片机内程序，而无需拆下单片机进行程序更新操作。\n[0035] 所述稳压电路1可采用Maxim公司生产的高压、低静态电流线性稳压器，该稳压器能接受+6.5V至+65V输入电压，提供高达150mA的输出电流，空载静态电流仅为60uA，可以承受-60V的反压输入，具有短路保护和热关断功能，可工作在-40℃至+125℃汽车级温度范围。\n[0036] 所述加速度传感器2可选用三轴、电容式微机械加速度传感器，例如：采用MMA8451Q型加速度传感器，它是一款具有14位分辨率的智能低功耗、三轴、电容式微机械加速度传感器，具有±2g/±4g/±8g的用户可选量程，可以实时输出高通滤波数据和非滤波数据，可工作在-40℃至+85℃工业级温度范围。\n[0037] 所述单片机3可采用ATMEL公司生产的高性能、低功耗的8位AVR单片机ATmega8L。它采用先进的RISC结构，具有上电复位以及可编程的掉电检测功能；单片机内带经过标定的RC振荡器和I2C接口，工作电压为2.7～5.5V；速度等级为0～8MHz；8K字节的系统内可编程Flash；可通过片上Boot程序实现系统内编程，可工作在-40℃至+85℃工业级温度范围。\n[0038] 所述输出驱动电路4可采用FZT851构成NPN输出电路，FZT851具有高耐压，大电流的特点，可工作在-55℃至+150℃范围。\n[0039] 图2是本发明所述的倾角报警系统中的单片机主程序的执行流程图；图3是所述单片机中的定时器中断程序的执行流程图。由图2和图3可见：本发明所述的具有保持特性的倾角报警系统的实现方法，包括如下步骤：\n[0040] 1）当所述报警器系统上电后，系统首先对单片机、加速度传感器进行初始化操作，并清零报警保持标志和软件计数器；\n[0041] 2）系统循环采集反映倾角变化的加速度传感器的重力加速度数据，并进行数据滤波处理和分析，一旦数据分析进入报警区域且不在报警保持状态（即报警保持标志=0）时，则立即将报警保持标志置1，并同时开启报警输出和定时器；\n[0042] 3）根据单片机的工作频率和所要求的定时精度，设置定时器定时间隔T1（若单片机的工作频率为1MHz、定时精度为1μs时，T1≤65.536毫秒）；\n[0043] 4）根据使用要求设置报警保持时间T；\n[0044] 5）当软件计数器的计数值达到T/T1时（例如：若设置定时器每16ms中断一次，报警保持时间为4秒，即：T1=16ms，T=4秒=4000ms，当软件计数器的计数值达到T/T1=4000/16=250时），表示报警保持完成，定时器中断退出，关闭报警输出并清零报警保持标志和软件计数器。\n[0045] 图4是所述的倾角报警系统用于消防车臂架的运动安全限位的原理示意图，通过所述的倾角报警系统监测上臂与水平面的夹角，可控制上臂起和下臂落，从而保证整个重心稳定在安全区域。\n[0046] 综上所述可见：本发明提供的具有保持特性的倾角报警系统，可实现报警角度和保持时间的自由灵活设置，具有使用方便、结构简单、成本低、报警输出信号稳定性好且精度高、报警器使用寿命长等优点，可有效避免被监测对象的抖动产生的不利影响，能满足倾角报警器的广泛应用要求，可应用于消防车臂架的运动安全限位，具有极强的实用价值。\n[0047] 最后有必要在此指出的是，本说明书中公开的所有特征，除了相互排斥的特质以外，均可以以任何方案组合，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换；上述说明只用于对本发明的技术方案作进一步详细说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。