基于单片机的地震振动报警装置的设计

耿言勇

摘 要：地震的频繁发生给人类生命财产造成巨大的危害，但是目前很难准确预测。本文设计了一种基于AT89S51单片机控制的地震报警装置，能在地震刚刚发生瞬间报警并且提供应急照明。该装置体积小，结构简单，可靠性高，响应时间在0.1ms，可以在地震时为夜间熟睡或者反应速度慢的人及时提醒，赢得逃生时间。

关键词：地震；AT89S51；报警器

1 引言

大地震发生的时候，或在白天，或在夜里。之前，往往有一次小的晃动，随后大的晃动到来，带来巨大的破坏力。如果能在大地这次小的晃动被人们觉察到，及时躲避，就可以避免大的人员伤亡。本文设计了一种基于单片机的地震警报器，能够在地震刚开始到来的一瞬间发出警报，提示人们赶紧逃离危险的地方。

2 装置架构介绍

该装置主要由振动传感器、控制器、蜂鸣器、LED灯等组成，装置正常运行时，通过振动传感器测得振动信息，并把测得量传送到控制器，控制器根据预先设定的振动幅度阀值进行比较，当振动幅度超过阀值时，控制器启动警报。总体构架如图1所示。

3 装置原理分析

振动感器把采集到的实时信号经过滤波等处理后传送单片机，经由单片机处理后，发出控制信号控制蜂鸣器是否打开，对是否报警进行控制。看门狗的设置主要是防止装置在发生死机等情况时，进行自动复位。整个装置的电路分为以下几个部分：光电电路、前置放大电路、滤波电路、A/D模数转换电路和报警控制电路组成。如图2所示。

3.1 单片机

本设计的控制芯片采用的是AT89S51单片机，是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，Atmel公司生产的AT89S51单片机与已停产的AT89C51相比，改进了工艺，功能提升了许多。其提高了工作频率，增加了一个看门狗中断，工作电压更宽，有两组数据指针寄存器等等。另外AT89S51不但支持并行编程还支持ISP在线编程，AT89S51只需要5V电压即可刻录与擦除程序存储器，而89C51则需要分别以5V及12V电压刻录与擦除程序存储器。

3.2 振动传感器

装置采用进口的HS109T型号ICP压电式三轴加速度传感器，可以对xyz三个轴向同时测量，HS109T压电型三轴加速度计可以长期用于恶劣的环境，外形低矮，体积小，灵敏度为100mV/g标准量程为80g。频响范围0.8Hz—10KHz能在-55到140℃之间正常工作。HS109T输出的是电压模拟量，需要处理转化为数字量传送给单片机I/O口P2.0。

3.3 滤波电路

对于地震而言，大地会吸收高频地震波，保留低频的地震波，所以传感器接收到的有用信号的频率处于极低频到特低频之间。该装置采用了有源滤波和无源滤波电路相结合的方法进行滤波，截止频率为50Hz。虽然由运放构成的有源滤波器比无源滤波器的滤波效果好，但运放的零漂、偏置电压、失调电流等造成的误差无法避免。因此用无源低通滤波电路作为第一级滤波，避免了幅值较大的高频信号对后端运放的破坏。电路如图3所示。

3.4 AD转换电路

本装置采用ADC0804作为模拟—数字转换器。该芯片属于连续渐进式的A/D转换器，具有转换速度快（100us）、分辨率高（8位），转换误差小（±1LSB）的特点。

3.5 报警控制电路

蜂鸣器的控制是利用单片机的P1.1输出口控制的。由于输出电流不足于驱动晶闸管的G端，所以利用晶体管进行电流。单片机没有接受到振动信号的时候，P1.1输出高电平到PNP三极管的基极，PNP三极管处于截止状态，当单片机接受到振动信号，P1.1输出低电平信号，使三极管导通。这时晶闸管的G端接受到正向电压信号，瞬间导通，蜂鸣器Bell和LED工作。蜂鸣器一旦报警，将不受G端电压的控制。如果要停止报警，则需在没有震动信号的条件下，手动按下常闭式按钮开关即可。电路如图4所示。

3.6 电源设计

电源设计中的AC/DC转换电路模块把交流电转化为9V直流电给电路供电，考虑到紧急情况下，有可能会断电，电源采用交流电输入和直流电池两种供电方式。当交流电断开的时候，直流电源开始放电。保证了该装置不会因为地震灾害时用电网络毁坏而停止工作。

3.7 装置程序的编程

程序编程主要是对各个芯片的初始化编程和整个主程序的编程。芯片的初始化主要是AT89S51和ADC0804的初始化。然后判断振动信号有没有超过预设阀值，有则报警，无则继续回到判断。主程序采用C语言编写。

4 结束语

地球上每天都地震发生，其中约5万次人们可以感觉到；可能造成破坏的约有1000次。地震持续的时间短暂，大约只有几十秒钟，甚至更短，造成的危害也是十分巨大的。但是地震灾难监测的信息受许多因素的影响，很难准备预测。本文所设计的地震振动报警器可以有效的检测到地震波刚刚到达地面，引起的微小振动，及时报警，让人们有时间做好逃生的准备。该装置结构简单、可靠性高，适合在家庭及工厂等场所使用，可以在一定程度上提高大家对地震的防范意识，降低地震灾害中人员的伤亡率。

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