羅建輝 劉蘇英

摘要：介紹了SMT實驗室環(huán)境實時監(jiān)測系統(tǒng)的研制。敘述了系統(tǒng)的硬件組成和各個功能電路的設計，介紹了系統(tǒng)軟件設計流程圖。本系統(tǒng)經(jīng)實驗室實際測試，效果良好。

關鍵詞：SMT實驗室；單片機最小應用系統(tǒng)；傳感器檢測；聲光報警。

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2014）03-0496-02

SMT為表面貼裝技術（Surface Mount Technology）的簡稱，是目前電子加工行業(yè)中較先進的一種生產(chǎn)技術和工藝。SMT生產(chǎn)設備是高精度的機電一體化設備，對環(huán)境的清潔度、濕度和溫度都有特定的要求，此外，電子焊接產(chǎn)生的煙霧含有焊料顆粒及CO、CO2等有害氣體，影響到實驗人員的身體健康。為此，我們開發(fā)了SMT實驗室環(huán)境實時監(jiān)測系統(tǒng)。本系統(tǒng)通過SHT11傳感器實時采集、通過LCD1602液晶實時顯示溫度和濕度，實驗管理人員可根據(jù)顯示信息控制和調(diào)節(jié)實驗室的溫度和濕度；系統(tǒng)通過MQ2傳感器模塊實時監(jiān)測實驗室內(nèi)部電子煙霧，當檢測回流焊爐有煙霧逸出時，系統(tǒng)發(fā)出聲光告警并打開換排氣設備，以確保實驗人員的身體健康。

1 系統(tǒng)硬件設計

1.1 系統(tǒng)組成

本實驗室環(huán)境實時監(jiān)測系統(tǒng)由STC 89C51單片機最小應用系統(tǒng)、傳感器檢測電路、液晶顯示電路、聲光報警電路等組成。監(jiān)測系統(tǒng)電路框圖如圖1 所示。

1.2傳感器檢測電路

SMT實驗室環(huán)境溫度應為17～28℃，相對濕度應為45～70%RH。SHT11傳感器溫度測量范圍為-40～+123.8℃、濕度測量范圍為0～100%RH，本設計用SHT11采集實驗室溫度和濕度信息。SHT11 傳感器采用Vcc、GND進行5V供電、采用SCK、DATA進行通信，分別連接單片機的P1.0 與P1.1 端口。

氣敏元件的MQ2傳感器可以很靈敏的檢測到空氣中的煙霧氣體，本設計利用DF Robot的模擬煙霧傳感器 （MQ2）模塊監(jiān)測回流焊爐逸出的煙霧。傳感器模塊有輸出、接地和電源三個引腳，采用5V供電；輸出的電壓信號接單片機的P3.3 端口，通過模塊上電位器設置閾值，當傳感器檢測信號達一定程度時，模塊輸出一個信號。調(diào)節(jié)電位器可改變閾值大小，順時針調(diào)節(jié)閾值增大，逆時針調(diào)節(jié)閾值減小。

1.3 液晶顯示電路

傳感器所采集到的環(huán)境溫度和濕度通過液晶顯示，實驗管理員根據(jù)液晶顯示的情況，調(diào)節(jié)實驗室的溫濕度。本設計選用LCD 1602液晶，它是一種專門用來顯示數(shù)字、符號等的點陣型液晶模塊，它有若干個點陣字符位組成，并且每個點陣字符位都可以顯示一個字符。LCD1602 的DB0～DB7接到單片機的P0口，3條控制線RS、R/W、E分別接到P2.0、P2.1、P2.1端口，液晶模塊采用+5.0V電源供電。

1.4 聲光報警電路

當MQ2傳感器模塊監(jiān)測到回流焊爐設備煙霧逸出時，模塊由外部中斷1（P3.3端口）向單片機發(fā)出中斷申請，單片機控制聲光報警電路工作。本設計報警電路中聲音報警部分是由一個PNP三極管、蜂鳴器以及基極電阻組成，通過P2.3輸出方波（頻率f1）控制晶體管電路驅動蜂鳴器報警；光報警部分是由一個2kΩ 電阻與發(fā)光二極管組成，通過P2.4輸出方波（頻率f2）控制LED 指示燈閃爍報警；安全控制電路由常開繼電器和排氣扇組成，通過P2.5輸出高電平信號，使常開繼電器閉合，接通風機電源排氣扇工作，實現(xiàn)實驗室換氣，確保人員安全。

2 系統(tǒng)軟件設計

本系統(tǒng)采用Keil C51 程序編寫，分為系統(tǒng)主程序、溫濕度子程序、液晶顯示子程序、中斷服務程序四部分。

2.1主程序

單片機上電后，單片機首先執(zhí)行初始化操作，液晶屏顯示為初始信息TEM：NO；HUM：NO，然后調(diào)用讀取SHT11轉換后的溫度和濕度數(shù)據(jù)子程序，最后調(diào)用液晶顯示子程序并更新溫度和濕度值。主程序流程圖如圖2 所示。

2.2 溫濕度測量子程序

溫濕度測量子程序主要完成單片機接收SHT11 檢測到由實驗室當前溫濕度轉換而來的數(shù)字信號，STC89C51單片機先向SHT11傳感器發(fā)送命令時序， 在Pl.0輸出低電平來觸發(fā)SHT11， 然后在每條DATA 線上輸出一位命令數(shù)據(jù)， 再給出SCK高電平觸發(fā)SHT11鎖存數(shù)據(jù)，當發(fā)送完命令后要依次讀取各SHT11數(shù)據(jù)線上的返回位， 以作為是否重新發(fā)送的依據(jù)。當SHT11完成測量后， 先置時鐘線為低電平，使SHT11內(nèi)的鎖存器輸出數(shù)據(jù)， 然后再讀取數(shù)據(jù)，直到接收完一字節(jié)數(shù)據(jù)為止， 且要在第9 個時鐘給出應答位。

2.3 中斷服務程序

中斷服務程序包括T0的中斷服務子程序和外部中斷1的中斷服務子程序兩部分。

定時器T0設在工作方式1，定時周期為10 ms， T0的中斷服務子程序完成計數(shù)初值重裝和P2.3的位取反操作，用于產(chǎn)生100Hz的控制方波信號，通過P2.3端口控制聲音報警。

外部中斷1設為煙霧告警輸入，當回流焊爐的煙霧逸出、傳感器檢測信號超過閾值時，通過P3.3端口向單片機發(fā)出中斷請求，外部中斷1的中斷服務子程序完成P2.5置1，接通風機電源；啟動T0實現(xiàn)10 ms定時和發(fā)出聲音的報警；對T0中斷次數(shù)計數(shù)，控制發(fā)光二極管報警。外部中斷1的中斷服務程序流程圖如圖3所示。

3 結束語

本系統(tǒng)結構簡單，通過在SMT實驗室的使用，實現(xiàn)了對實驗室溫濕度的實時測量和顯示；通過模擬煙霧測試實驗，說明系統(tǒng)能實時監(jiān)控回流焊爐設備的逸出煙霧，發(fā)出聲光報警并接通風機電源、控制排氣扇工作，從而確保實驗人員安全，具有較高的推廣價值。

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