王永豪

沈陽工學(xué)院

智能樓宇煙霧濃度監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計方案

王永豪

沈陽工學(xué)院

該煙霧濃度監(jiān)控系統(tǒng)可以方便地檢測煙霧等有害氣體，包括濃度上限設(shè)定、超出限制會做出報警等功能。該檢測系統(tǒng)充分利用單片機STC89C52RC的軟、硬件資源，設(shè)計相應(yīng)的功能電路并選取合適的測量元件。具有測量范圍廣、測量精度高等特點。系統(tǒng)在硬件設(shè)計上充分考慮了可擴展性，經(jīng)過一定的設(shè)計或改造，方便增加功能。系統(tǒng)控制核心為STC89C52RC單片機，監(jiān)控控制外圍電路的情況。外圍功能電路有：時鐘與復(fù)位電路、煙霧、有害氣體檢測電路、A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、報警電路、液晶顯示電路、鍵盤輸入電路等。

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

⑴系統(tǒng)可以檢測范圍內(nèi)的煙霧濃度，并顯示濃度值；

⑵可以通過按鍵設(shè)置煙霧濃度報警值，當檢測濃度超過報警濃度值系統(tǒng)發(fā)出報警提示，發(fā)出報警后可以通過人工進行報警解除；

⑶具有一定安全處理能力，當達到報警濃度時，啟動相應(yīng)機構(gòu)，采取措施降低煙霧濃度。

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

該設(shè)計系統(tǒng)是以單片機為控制核心，通過配合外圍電路完成顯示和報警功能，分析傳感器的反饋數(shù)據(jù)。軟件設(shè)計主要分為系統(tǒng)初始化、鍵盤檢測、一氧化碳濃度檢測、超限報警、LCD1602顯示等部分，所以每個功能模塊對于整體設(shè)計都是非常重要的，控制芯片通過軟件程序才能對外部的信息進行采集、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。將系統(tǒng)軟件整體按硬件模塊劃分成相對應(yīng)的子模塊，逐個模塊實現(xiàn)其功能，最終把各個子模塊合理的連接起來，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、鍵盤子程序等。主程序首先要對整個系統(tǒng)進行初始化，然后將采集到的數(shù)據(jù)傳給系統(tǒng)然后進行處理。

下面逐一對各個模塊的設(shè)計進行說明。

1 濃度采集模塊設(shè)計

本設(shè)計系統(tǒng)采用的是MQ-2煙霧傳感器進行煙霧濃度數(shù)據(jù)采集，選用的MQ-2集成傳感器擁有TTL（DOUT）與AO（AOUT）雙路信號輸出，模塊ACC引腳接電源正極，GND接電源負極，AO 接A/D轉(zhuǎn)換模塊的輸入，TTL空腳。由于STC89C52單片機不能直接處理模擬信號，設(shè)計中使用PCF8591模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊處理模擬信號，將處理后的數(shù)字信號傳給單片機，接下來有單片機進一步處理數(shù)據(jù)。故在軟件程序設(shè)計中無需直接對MQ-2傳感器進行程序設(shè)計，利用PCF8591模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊對其間接控制。

2 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計

PCF8591與單片機之間是I2C總線傳輸，在一般的傳送數(shù)據(jù)過程中有開始信號、結(jié)束信號和應(yīng)答信號三種類型的信號。信號產(chǎn)生方式如下：

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

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

⑶應(yīng)答信號：相當于一個智能延時函數(shù)，在接收到8bit數(shù)據(jù)后，單片機向受控單元發(fā)出一個信號后，等待受控單元發(fā)出一個應(yīng)答信號，單片機接收到應(yīng)答信號后，根據(jù)實際情況作出是否繼續(xù)傳遞信號的判斷。

3 顯示模塊設(shè)計

液晶顯示模塊在執(zhí)行每條指令之前要確認模塊的忙標志，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，其中最為常見的LCD1602模塊是一種專門用于顯示字母、數(shù)字、符號的顯示模塊，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命令函數(shù)、初始化函數(shù)、寫數(shù)據(jù)函數(shù)和寫字符串數(shù)據(jù)。

4 按鍵模塊設(shè)計

單片機常見的按鍵輸入方式有矩陣按鍵和獨立按鍵兩種。矩陣行列式鍵盤適用于按鍵數(shù)目較多的場合，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上。因此一個3×3的行線與列線組成的矩陣行列式鍵盤共有有9個按鍵構(gòu)成。在需要用到的按鍵的數(shù)量很多的時候，矩陣行列式鍵盤與獨立式鍵盤相比起來，就會節(jié)省更多的不必要占用的I/O口線。由于本設(shè)計用按鍵較少，故選用獨立按鍵。按鍵一端接電源GND，另一端接單片機I/O口。

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

5 報警模塊設(shè)計

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

姜姍。