王永豪

沈陽(yáng)工學(xué)院

智能樓宇煙霧濃度監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

王永豪

沈陽(yáng)工學(xué)院

該煙霧濃度監(jiān)控系統(tǒng)可以方便地檢測(cè)煙霧等有害氣體，包括濃度上限設(shè)定、超出限制會(huì)做出報(bào)警等功能。該檢測(cè)系統(tǒng)充分利用單片機(jī)STC89C52RC的軟、硬件資源，設(shè)計(jì)相應(yīng)的功能電路并選取合適的測(cè)量元件。具有測(cè)量范圍廣、測(cè)量精度高等特點(diǎn)。系統(tǒng)在硬件設(shè)計(jì)上充分考慮了可擴(kuò)展性，經(jīng)過(guò)一定的設(shè)計(jì)或改造，方便增加功能。系統(tǒng)控制核心為STC89C52RC單片機(jī)，監(jiān)控控制外圍電路的情況。外圍功能電路有：時(shí)鐘與復(fù)位電路、煙霧、有害氣體檢測(cè)電路、A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、報(bào)警電路、液晶顯示電路、鍵盤(pán)輸入電路等。

軟件方面設(shè)計(jì)各個(gè)子程序完成相應(yīng)功能，經(jīng)主程序協(xié)調(diào)各個(gè)子程序完成總體系統(tǒng)功能。設(shè)計(jì)功能如下：

⑴系統(tǒng)可以檢測(cè)范圍內(nèi)的煙霧濃度，并顯示濃度值；

⑵可以通過(guò)按鍵設(shè)置煙霧濃度報(bào)警值，當(dāng)檢測(cè)濃度超過(guò)報(bào)警濃度值系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警提示，發(fā)出報(bào)警后可以通過(guò)人工進(jìn)行報(bào)警解除；

⑶具有一定安全處理能力，當(dāng)達(dá)到報(bào)警濃度時(shí)，啟動(dòng)相應(yīng)機(jī)構(gòu)，采取措施降低煙霧濃度。

根據(jù)上述具體要求設(shè)計(jì)方案如下：由總計(jì)方案將執(zhí)行部分模塊化，分析總設(shè)計(jì)方案得出該設(shè)計(jì)系統(tǒng)必須包含如下結(jié)構(gòu)：煙霧檢測(cè)模塊、A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊、單片機(jī)最小系統(tǒng)、報(bào)警模塊、按鍵輸入模塊。

該設(shè)計(jì)系統(tǒng)是以單片機(jī)為控制核心，通過(guò)配合外圍電路完成顯示和報(bào)警功能，分析傳感器的反饋數(shù)據(jù)。軟件設(shè)計(jì)主要分為系統(tǒng)初始化、鍵盤(pán)檢測(cè)、一氧化碳濃度檢測(cè)、超限報(bào)警、LCD1602顯示等部分，所以每個(gè)功能模塊對(duì)于整體設(shè)計(jì)都是非常重要的，控制芯片通過(guò)軟件程序才能對(duì)外部的信息進(jìn)行采集、分析和決策。

智能樓宇煙霧濃度監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。將系統(tǒng)軟件整體按硬件模塊劃分成相對(duì)應(yīng)的子模塊，逐個(gè)模塊實(shí)現(xiàn)其功能，最終把各個(gè)子模塊合理的連接起來(lái)，構(gòu)成總的程序。本程序的子程序有數(shù)據(jù)采集子程序、顯示子程序、鍵盤(pán)子程序等。主程序首先要對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，然后將采集到的數(shù)據(jù)傳給系統(tǒng)然后進(jìn)行處理。

下面逐一對(duì)各個(gè)模塊的設(shè)計(jì)進(jìn)行說(shuō)明。

1 濃度采集模塊設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)系統(tǒng)采用的是MQ-2煙霧傳感器進(jìn)行煙霧濃度數(shù)據(jù)采集，選用的MQ-2集成傳感器擁有TTL（DOUT）與AO（AOUT）雙路信號(hào)輸出，模塊ACC引腳接電源正極，GND接電源負(fù)極，AO 接A/D轉(zhuǎn)換模塊的輸入，TTL空腳。由于STC89C52單片機(jī)不能直接處理模擬信號(hào)，設(shè)計(jì)中使用PCF8591模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊處理模擬信號(hào)，將處理后的數(shù)字信號(hào)傳給單片機(jī)，接下來(lái)有單片機(jī)進(jìn)一步處理數(shù)據(jù)。故在軟件程序設(shè)計(jì)中無(wú)需直接對(duì)MQ-2傳感器進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，利用PCF8591模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊對(duì)其間接控制。

2 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計(jì)

PCF8591與單片機(jī)之間是I2C總線傳輸，在一般的傳送數(shù)據(jù)過(guò)程中有開(kāi)始信號(hào)、結(jié)束信號(hào)和應(yīng)答信號(hào)三種類(lèi)型的信號(hào)。信號(hào)產(chǎn)生方式如下：

⑴開(kāi)始信號(hào)：SCL為高電平時(shí)，SDA由高電平微延時(shí)后向低電平跳變，開(kāi)始傳送數(shù)據(jù)；

⑵結(jié)束信號(hào)：SCL為高電平時(shí)，SDA由低電平微延時(shí)后向高電平跳變，結(jié)束傳送數(shù)據(jù)；

⑶應(yīng)答信號(hào)：相當(dāng)于一個(gè)智能延時(shí)函數(shù)，在接收到8bit數(shù)據(jù)后，單片機(jī)向受控單元發(fā)出一個(gè)信號(hào)后，等待受控單元發(fā)出一個(gè)應(yīng)答信號(hào)，單片機(jī)接收到應(yīng)答信號(hào)后，根據(jù)實(shí)際情況作出是否繼續(xù)傳遞信號(hào)的判斷。

3 顯示模塊設(shè)計(jì)

液晶顯示模塊在執(zhí)行每條指令之前要確認(rèn)模塊的忙標(biāo)志，要先輸入顯示字符地址，以便模塊在相應(yīng)位置顯示字符。常見(jiàn)的液晶模塊大多都是基于HD44780液晶芯片的字符型顯示模塊，其中最為常見(jiàn)的LCD1602模塊是一種專門(mén)用于顯示字母、數(shù)字、符號(hào)的顯示模塊，有16引腳與14引腳兩種，LCD液晶屏16引腳與14引腳的區(qū)別就是前者具有屏幕背光功能，更容易觀察顯示內(nèi)容。1602液晶顯示模塊可與STC89C52直接接口，顯示子程序要包含了寫(xiě)命令函數(shù)、初始化函數(shù)、寫(xiě)數(shù)據(jù)函數(shù)和寫(xiě)字符串?dāng)?shù)據(jù)。

4 按鍵模塊設(shè)計(jì)

單片機(jī)常見(jiàn)的按鍵輸入方式有矩陣按鍵和獨(dú)立按鍵兩種。矩陣行列式鍵盤(pán)適用于按鍵數(shù)目較多的場(chǎng)合，它的組成是部分有行線和列線，而按鍵的位置位于行線與列線的交點(diǎn)上。因此一個(gè)3×3的行線與列線組成的矩陣行列式鍵盤(pán)共有有9個(gè)按鍵構(gòu)成。在需要用到的按鍵的數(shù)量很多的時(shí)候，矩陣行列式鍵盤(pán)與獨(dú)立式鍵盤(pán)相比起來(lái)，就會(huì)節(jié)省更多的不必要占用的I/O口線。由于本設(shè)計(jì)用按鍵較少，故選用獨(dú)立按鍵。按鍵一端接電源GND，另一端接單片機(jī)I/O口。

在按鍵子程序中判斷按鍵松開(kāi)，設(shè)定短時(shí)間內(nèi)按鍵按下并松開(kāi)為變化一個(gè)調(diào)整單位，在按鍵按下一定時(shí)間并未松開(kāi)時(shí)，調(diào)整單位會(huì)不斷變化，這樣更方便設(shè)定煙霧濃度的限制值。

5 報(bào)警模塊設(shè)計(jì)

報(bào)警判斷子程序主要包括實(shí)時(shí)濃度與設(shè)定上限濃度的比較，以及報(bào)警模塊的控制，為提高系統(tǒng)報(bào)警準(zhǔn)確性，在判斷濃度時(shí)采用延時(shí)判斷方式。報(bào)警器由蜂鳴器電路構(gòu)成，只需將三極管基極所連接I/O為高電平即可啟動(dòng)蜂鳴器發(fā)出報(bào)警，調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)繼電器與蜂鳴器啟動(dòng)方式相同。

姜姍。