。方案二：LCD液晶顯示器。采用LCD液晶顯示器作為系統(tǒng)的顯示器。常見的LCD顯示器有雙行可顯示的LCD1602液晶顯示器和多行可顯示的LCD12864，LCD液晶顯示器能夠顯示數(shù)字，普通漢字，甚至一些復(fù)雜漢字。顯示的內(nèi)容空間較大，擁有部分集成的字庫(kù)在其自身ROM中，通過函數(shù)便能調(diào)用起來，比較方便，但是一般LCD液晶顯示器不具備彩色顯示的功能，只能通過調(diào)光電位器進(jìn)行灰黑調(diào)色，不利用遠(yuǎn)處觀望顯示，占用的IO資源適中，能夠通過I2C協(xié)議減少IO資源的使用。方案三：OLED顯示屏。采用OLED液晶顯示屏作為系統(tǒng)的顯示器，一般在簡(jiǎn)單系統(tǒng)開發(fā)當(dāng)中會(huì)采用9.6寸OLED液晶顯示屏作為顯示器，這種OLED顯示屏，顯示的字體較小，但是具備有色顯示，清晰度很高，暫用的IO資源很少，一般主要由信號(hào)控制線和時(shí)鐘線以及電源線和接電線組成，顯示的行數(shù)和內(nèi)容空間非常豐富，是許多開發(fā)者青睞的顯示器。綜合考慮以上三種選擇，雖然數(shù)碼管器件價(jià)格并且顯示的穿透力強(qiáng)，但是系統(tǒng)需要對(duì)兩路電壓值等數(shù)值進(jìn)行顯示，在該情況下數(shù)碼管電路如果要完全顯示電壓值狀態(tài)則需要大量的占用單片機(jī)大量的IO資源，并且編程難度較大，時(shí)間成本較高；其二，OLED液晶屏顯示的內(nèi)容太小并且成本較高，而LCD1602液晶顯示模塊的顯示區(qū)間完全能夠滿足實(shí)現(xiàn)，并且線路不復(fù)雜、成本比OLED液晶顯示器低。因此選擇LCD1602作為系統(tǒng)的顯示模塊。2.3.4電信號(hào)傳感器選型由于系統(tǒng)通過Proteus仿真軟件仿真，仿真系統(tǒng)無法通過具體模塊對(duì)電路電壓信息進(jìn)行采集，但是滑動(dòng)變阻器能夠簡(jiǎn)單模擬實(shí)際用電系統(tǒng)用負(fù)載的場(chǎng)景，滿足電信號(hào)變化的要求，因此在Proteus仿真系統(tǒng)中，使用滑動(dòng)變阻器來模擬電信號(hào)傳感器，滿足系統(tǒng)中采集電流信號(hào)和電壓信號(hào)的數(shù)值。2.3.5按鍵模塊器件選型方案一：獨(dú)立式按鍵，每個(gè)獨(dú)立式按鍵都匹配一條輸入線，接入主控系統(tǒng)的I/O管理。這種按鍵具有硬件與軟件相對(duì)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，是直接由I/O線組成的單個(gè)按鍵，一個(gè)按鍵占用一個(gè)單獨(dú)的I/O口。這種按鍵的缺點(diǎn)是每個(gè)獨(dú)立按鍵都需要一個(gè)I/O口，畢竟單片機(jī)系統(tǒng)的I/O口有限，當(dāng)需要的按鍵數(shù)量較多時(shí)，對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)的消耗大，所以這種獨(dú)立式按鍵只適用于按鍵少的系統(tǒng)。方案二：矩陣式按鍵，矩陣式按鍵是單片機(jī)外部設(shè)備中所使用的排布類似于矩陣的鍵盤，由行線和列線組成，按鈕位于行線和列線的交叉點(diǎn)處。當(dāng)系統(tǒng)需要的按鍵較多時(shí)，這種矩陣式按鍵可以節(jié)省很多I/O口從而提高I/O口的利用率，適用于需要八個(gè)以上按鍵的系統(tǒng)使用。但是這種矩陣式按鍵的軟件編程較為復(fù)雜，識(shí)別也要相對(duì)復(fù)雜一些。由于系統(tǒng)只需要3個(gè)獨(dú)立按鍵便可以按成閾值設(shè)定，同時(shí)獨(dú)立按鍵比矩陣價(jià)格便宜，所以選用方案2獨(dú)立式按鍵。2.3.6系統(tǒng)報(bào)警模塊選型方案1：MP3_TF語音播報(bào)模塊。MP3_TF語音播報(bào)模塊采用DC5V作為供電電源，與單片機(jī)元器件的供電電源系統(tǒng)的電壓范圍一致，具備9個(gè)觸發(fā)端口，結(jié)合單片機(jī)GPIO口能夠?qū)崿F(xiàn)31首MP3歌曲播放，同時(shí)其支持16G內(nèi)存TF卡，支持MP3、WAV兩種播放格式，支持多8kHz、11.025kHz、12kHz等多種工作采樣頻率[12]，支持FAT16/FAT32文件系統(tǒng)，音量可調(diào)，通過低電平觸發(fā)，支持0-2W且4-8歐喇叭負(fù)載，具備標(biāo)準(zhǔn)3.5音頻接口，支持音響、功放連接，具備有源音響接口、喇叭接口、MICRO_TF接口，無需編程控制，可以直接可實(shí)現(xiàn)語音播放。方案二：有源蜂鳴器。有源蜂鳴器內(nèi)置振蕩源，無需通過脈沖頻率信號(hào)對(duì)其進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，該報(bào)警蜂鳴器適配電壓為DC3V~DC12V直流源，能夠接收到有效脈沖控制信號(hào)后，直接驅(qū)動(dòng)內(nèi)部振蕩源進(jìn)行鳴叫，進(jìn)行達(dá)到報(bào)警的效果，由于單片機(jī)的電流驅(qū)動(dòng)能力較弱，為了提高其蜂鳴器報(bào)警的效果，需要配置PNP或者NPN三極管和限流電阻實(shí)現(xiàn)對(duì)蜂鳴器報(bào)警的高電流驅(qū)動(dòng)作用。綜上兩種方案，我們系統(tǒng)需要低成本、易開發(fā)、具備報(bào)警功能的器件，雖然MP3_TF語音播報(bào)模塊報(bào)警功能更強(qiáng)一些，但是有源蜂鳴器在價(jià)格和開發(fā)難度上均比前者強(qiáng)，報(bào)警強(qiáng)度也完全達(dá)到系統(tǒng)的要求，因此選擇有源蜂鳴器作為報(bào)警模塊。

3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)主控部分電路設(shè)計(jì)AT89C51芯片需要設(shè)計(jì)晶振電路提供工作頻率，且一般設(shè)計(jì)復(fù)位電路用于初始化系統(tǒng)狀態(tài)。AT89C51是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89C51為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。相當(dāng)于增強(qiáng)型的8051是在8051的基礎(chǔ)上擴(kuò)展了內(nèi)部存儲(chǔ)器和定時(shí)器而來的，可以說51系列的加強(qiáng)版。具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門狗定時(shí)器，內(nèi)置4KBEEPROM，MAX810復(fù)位電路，3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，4個(gè)外部中斷，一個(gè)7向量4級(jí)中斷結(jié)構(gòu)（兼容傳統(tǒng)51的5向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)），全雙工串行口。AT89C51的電路圖如圖3-1所示。圖3-1AT89C51芯片原理圖AT89C51單片機(jī)內(nèi)部并沒有集成可供其工作的時(shí)鐘電路，根據(jù)AT89C51的引腳定義可知，芯片的18、19腳為時(shí)鐘頻率的輸入端，所以系統(tǒng)設(shè)計(jì)并聯(lián)型諧振電路，將時(shí)鐘信號(hào)輸出端接至18、19腳。AT89C51單片機(jī)的晶振頻率一般使用12Mhz或者11.0592Mhz進(jìn)行設(shè)計(jì)，使用12Mhz晶振進(jìn)行設(shè)計(jì)的目的是便于計(jì)算每一條語句所執(zhí)行的時(shí)間，但如果需要使用串口進(jìn)行通訊時(shí)，12Mhz晶振在產(chǎn)生波特率時(shí)會(huì)產(chǎn)生微小的誤差，影響數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性，所以在有串口通訊功能設(shè)計(jì)時(shí)，使用12Mhz晶振進(jìn)行晶振電路的設(shè)計(jì)，本系統(tǒng)所使用的模塊需要進(jìn)行串口通訊，所以系統(tǒng)使用12Mhz晶振進(jìn)行設(shè)計(jì)，電路如圖3-1所示圖3-2晶振電路復(fù)位電路對(duì)于AT89C51單片機(jī)同樣重要，雖然該單片機(jī)內(nèi)置看門狗定時(shí)器復(fù)位功能，但該功能需要對(duì)程序進(jìn)行設(shè)計(jì)，所以具有一定的不便性，而利用其RST端低電平有效復(fù)位的功能，可以進(jìn)行復(fù)位，能夠有效地幫助開發(fā)人員進(jìn)行系統(tǒng)的調(diào)試，加快系統(tǒng)開發(fā)的進(jìn)程，單片機(jī)RST引腳需要持續(xù)2個(gè)時(shí)鐘周期以上的低電平時(shí)間進(jìn)而完成復(fù)位功能，復(fù)位后的單片機(jī)會(huì)初始化所有寄存器，同時(shí)將代碼從頭運(yùn)行，本次設(shè)計(jì)采用電容充電效應(yīng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，當(dāng)引腳被置低后，利用電容的充電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)復(fù)位功能，電路如圖3-3所示。圖3-3復(fù)位電路3.2模數(shù)轉(zhuǎn)換組件電路設(shè)計(jì)采用ADC0832芯片作為系統(tǒng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，該模數(shù)轉(zhuǎn)換組件由斷路器（通過獨(dú)立按鍵和繼電器模擬）和ADC0832芯片組成，芯片主要負(fù)責(zé)采集系統(tǒng)的電壓模擬量信號(hào)值，并轉(zhuǎn)換為數(shù)字量數(shù)據(jù)輸出至單片機(jī)進(jìn)行顯示。該模塊采用DC5V的電源給單片機(jī)進(jìn)行穩(wěn)壓供電，電源范圍與單片機(jī)電量需求范圍相適配，該模塊的外接管腳主要由供電管腳VCC、信號(hào)地管腳GND、AD芯片使能管腳/CS、時(shí)鐘輸入管腳CLK、數(shù)據(jù)輸出管腳DO、數(shù)據(jù)接收管腳DI以及選通管腳CH0和CH1組成，由于系統(tǒng)設(shè)計(jì)中只需要采集兩路電壓信號(hào)，因此在電路設(shè)計(jì)中，將直接將CH0、CH1分別接在對(duì)應(yīng)的滑動(dòng)變阻器的電壓輸出端進(jìn)行電壓信號(hào)采集，將AD芯片使能管腳/CS、時(shí)鐘輸入管腳CLK分別與單片機(jī)的P3.4管腳、P1.1管腳相連接，將數(shù)據(jù)輸出管腳DO、數(shù)據(jù)接收管腳DI串接后接入單片機(jī)P3.5管腳，因?yàn)樵揇I/DO一個(gè)是輸出一個(gè)輸入，工作不沖突，因此能按上述電路進(jìn)行連接，將模擬繼電器拒動(dòng)的按鍵端與單片機(jī)的P3.6引腳，完成系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)。其系統(tǒng)電路連接如圖3-5所示。圖3-4模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片電路連接設(shè)計(jì)3.3顯示器模塊的電路設(shè)計(jì)該系統(tǒng)采用LCD1602液晶顯示模塊作為系統(tǒng)的顯示器模塊，該顯示器模塊主要負(fù)責(zé)顯示電壓值等信息，該模塊與單片機(jī)之間的通信采用并行數(shù)據(jù)通信的方式，為標(biāo)準(zhǔn)的14腳硬件接口，采用DC5V的直流穩(wěn)壓電源進(jìn)行供電，與單片機(jī)的供電系統(tǒng)電源相適配，該顯示的電路外接管腳由VSS電源地管腳、VDD電源管腳、VEE液晶顯示器灰度調(diào)整管腳、RS數(shù)據(jù)/指令寄存器管腳、RW讀/寫信號(hào)管腳、E使能管腳、DB0~DB7雙向數(shù)據(jù)管腳。在硬件電路連接設(shè)計(jì)中，分別將該LCD1602液晶顯示器的VSS電源管腳、供電管腳VDD與單片機(jī)VCC管腳、DC5V供電管腳相連接，將顯示器對(duì)比度管腳VEE與接入系統(tǒng)電源正負(fù)極形成有效回路，將RS數(shù)據(jù)/指令寄存器管腳、RW讀/寫信號(hào)管腳、E使能管腳分別與單片機(jī)P2.5管腳、P2.6管腳、P2.7管腳相連接，分別將LCD1602液晶顯示器的DB0管腳~DB7管腳與單片機(jī)的P0.0~P0.7管腳相連接并串接上拉電阻，將LCD1602液晶顯示器的VEE背光調(diào)節(jié)管腳直接與單片機(jī)主控芯片的GND引腳相連接，該LCD1602液晶顯示器模塊電路連接設(shè)計(jì)如圖3-5所示。圖3-5液晶顯示器電路連接設(shè)計(jì)3.4電信號(hào)傳感器電路設(shè)計(jì) 系統(tǒng)通過滑動(dòng)變阻器模擬電信號(hào)傳感器直接將兩路電信號(hào)傳感器接入模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的CH0、CH1通道。具體如圖3-6所示。圖3-6液晶顯示器電路連接設(shè)計(jì)其中電阻RV1和RV12分別模擬電壓互感器和電流互感器，電壓互感器的電路如圖3-7所示，電流互感器的電路如圖3-8所示。圖3-7電壓互感器電路連接設(shè)計(jì)圖3-7電流互感器電路連接設(shè)計(jì)3.5系統(tǒng)按鍵模塊電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)采用3個(gè)輕觸式開關(guān)按鍵，系統(tǒng)3個(gè)輕觸按鍵采用共地的接法，按鍵S1、按鍵S2、按鍵S3分別代表功能設(shè)置按鍵、數(shù)字加1按鍵、數(shù)字減1按鍵。按鍵模塊通過輕觸實(shí)現(xiàn)按鍵的電平信號(hào)輸入，當(dāng)按鍵按下時(shí)按鍵輸入低電平，低電平為有效信號(hào)；松開按鍵時(shí)則系統(tǒng)內(nèi)部管腳拉高，處于高阻狀態(tài)。在電路設(shè)計(jì)中，分別將四個(gè)輕觸式開關(guān)按鍵的一端采用共地接法，并接到單片機(jī)主控制板的GND上，分別將另一端的信號(hào)管腳與單片機(jī)主控制板的PA8管腳、PA9管腳、PA10管腳、PA11管腳相連接，按鍵模塊的具體硬件電路連接設(shè)計(jì)如圖3-7所示。圖3-7按鍵模塊硬件電路連接設(shè)計(jì)3.6系統(tǒng)報(bào)警模塊電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)報(bào)警模塊由蜂鳴器、驅(qū)動(dòng)三極管和1kΩ限流電阻構(gòu)成，該報(bào)警組件主要負(fù)責(zé)當(dāng)系統(tǒng)的檢測(cè)值超出閾值時(shí)則進(jìn)行報(bào)警，實(shí)現(xiàn)告警功能，系統(tǒng)通過低電平對(duì)該組件進(jìn)行有效控制，單片機(jī)通過IO口以低電平的方式進(jìn)行驅(qū)動(dòng)報(bào)警，在系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)中，分別將蜂鳴器的正極端與三極管的發(fā)射極直接連接，將蜂鳴器的負(fù)極直接與系統(tǒng)的信號(hào)低GND引腳相連接，將該蜂鳴器組件的控制端引腳與單片機(jī)的P2.3引腳相連接，將報(bào)警模塊與單片機(jī)電路連接設(shè)計(jì)如圖3-8所示。圖3-8蜂鳴器硬件電路連接設(shè)計(jì)3.7繼電器模塊的電路設(shè)計(jì)采用繼電器磁件、三極管、一個(gè)1KΩ電阻、通斷指示燈組成系統(tǒng)的繼電器組件，該組件負(fù)責(zé)模擬系統(tǒng)的斷路器，電信號(hào)值正常則連通，反之則斷開。在電路設(shè)計(jì)中，將該繼電器模塊的信號(hào)輸入控制端分別與單片機(jī)的信號(hào)控制端P2.4管腳相連接，將繼電器的一端接在單片機(jī)主控制器DC5VVCC端，將另一端接在三極管的集電極，將三極管的基機(jī)與單片機(jī)控制器的GND管腳相連接，形成繼電器報(bào)警組件。當(dāng)主控制器通過將信號(hào)控制管腳的電平信號(hào)拉低，輸出低電平后，三極管發(fā)射極導(dǎo)通，處于放大區(qū)工作模式，電流放大，提高繼電器的驅(qū)動(dòng)能力，單片機(jī)通過控制繼電器的吸合直接指示燈亮，反之，信號(hào)控制管腳輸出高電平，使其不吸合，指示燈不亮，其電路連接設(shè)計(jì)如圖3-9所示。圖3-9繼電器模塊程序設(shè)計(jì)流程圖4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1軟件設(shè)計(jì)準(zhǔn)備工作軟件設(shè)計(jì)籌備工作階段是軟件設(shè)計(jì)必經(jīng)過程，也是保障系統(tǒng)開發(fā)的順利推進(jìn)。一般系統(tǒng)開發(fā)，首先需要確定系統(tǒng)開發(fā)需求，并且根據(jù)開發(fā)需求確認(rèn)工作細(xì)節(jié)和時(shí)間節(jié)點(diǎn)，但一些復(fù)雜系統(tǒng)的開發(fā)需要先采用MATLAB建立模型進(jìn)行仿真，仿真通過后才確定后續(xù)工作時(shí)間節(jié)點(diǎn)，不過本系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，不屬于復(fù)雜系統(tǒng)，因此可以直接對(duì)功能需求確認(rèn)后即可安排工作時(shí)間節(jié)點(diǎn)。本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)采用KEIL軟件搭載C語言對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)，KEIL搭載C語言開發(fā)系統(tǒng)前期需要注意一下事項(xiàng)，第一，在建立系統(tǒng)工程時(shí)，需要以英文名作為系統(tǒng)的工程文件名稱，否則無法順利生成編譯文件；第二，建立主函數(shù)文件時(shí)，需要以.c作為文件尾綴，否則KEIL軟件不但不能給該主文件程序進(jìn)行高亮顯示，并且也無法使其能夠生成編譯文件；第三，若無國(guó)產(chǎn)芯片百分百吻合的情況下，則需要在軟件中選擇單片機(jī)型號(hào)與系統(tǒng)主控硬件實(shí)物一致的芯片，否則編譯無法正確執(zhí)行，導(dǎo)致編譯出錯(cuò)；第四，確定上述問題無誤后，則對(duì)該系統(tǒng)需要使用的庫(kù)函數(shù)進(jìn)行確定，并更根據(jù)開發(fā)需求決定是否將新版本的庫(kù)函數(shù)包進(jìn)行加載，但在該加載工作前需要確認(rèn)系統(tǒng)加載是否兼容現(xiàn)有版本的程序，在不影響的情況完成庫(kù)函數(shù)包的升級(jí)，完成該工作后，則開進(jìn)行程序開發(fā)工作。1.系統(tǒng)編程之初。在采購(gòu)模塊設(shè)備時(shí)，需要尋找該模塊設(shè)備的規(guī)格說明書，從規(guī)格書中明確該模塊的對(duì)接協(xié)議、驅(qū)動(dòng)方式，對(duì)無法確定功能協(xié)議的模塊可以通過網(wǎng)絡(luò)串口助手工具通過發(fā)送規(guī)格書中的協(xié)議，查看報(bào)文的反饋是否與規(guī)格書標(biāo)注一致，通過協(xié)議一致性，確定協(xié)議功能。另外，如果需要簡(jiǎn)單測(cè)試功能模塊，也可以通過使用PROTUES仿真軟件對(duì)程序算法和功能模塊進(jìn)行功能測(cè)試和驗(yàn)證。2.語句注釋和模塊化編程。在系統(tǒng)程序開發(fā)過程中，能夠?qū)幊毯瘮?shù)功能和程序語句進(jìn)行注釋，可以提高編程效率，能夠?qū)?fù)雜系統(tǒng)變得直接可視化，尤其在多人參與一個(gè)系統(tǒng)開發(fā)或者需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行功能維護(hù)時(shí)，該語句注釋作用顯得尤為重要，其能夠幫助系統(tǒng)中不同模塊開發(fā)功能的人員對(duì)其他編程人員編寫的代碼快速解讀，實(shí)現(xiàn)工作的高效率。另外，模塊化編程同樣重要，編程的模塊，能夠提高系統(tǒng)的移植能力，并且能夠給與程序維護(hù)人員清晰的功能邏輯思路，達(dá)到快速維護(hù)的效果，也能夠讓系統(tǒng)框架性能更加穩(wěn)定。4.2系統(tǒng)的主程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)流程如下：步驟一：系統(tǒng)初始化，初始化單片機(jī)的定時(shí)器、控制狀態(tài)標(biāo)志位等，對(duì)顯示器模塊進(jìn)行清屏操作，對(duì)模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADC0832芯片進(jìn)行標(biāo)志位的設(shè)置。步驟二：按鍵閾值設(shè)置，利用按鍵設(shè)置系統(tǒng)采樣電壓數(shù)值和電流的閾值大小。步驟二：?jiǎn)?dòng)ADC0832進(jìn)行信號(hào)采集。步驟三：?jiǎn)纹瑱C(jī)采樣ADC0832的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)并處理。步驟三：顯示器模塊顯示當(dāng)前電壓數(shù)據(jù)值。步驟四：系統(tǒng)判斷采樣數(shù)值是否超出閾值，如果有超出則驅(qū)動(dòng)蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警，繼電器斷開（模擬斷路器斷開），反之則不進(jìn)行報(bào)警、繼電器保持吸合。至此，系統(tǒng)進(jìn)入輪循狀態(tài)。系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)流程圖如下圖4-1所示。開始開始初始化初始化按鍵設(shè)置閾值按鍵設(shè)置閾值啟動(dòng)啟動(dòng)ADC0832單片機(jī)采樣ADC0832的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)并處理單片機(jī)采樣ADC0832的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)并處理顯示器模塊顯示顯示器模塊顯示當(dāng)前電壓數(shù)據(jù)值不報(bào)警且繼電器吸合N數(shù)據(jù)變化？不報(bào)警且繼電器吸合N數(shù)據(jù)變化？YY啟動(dòng)報(bào)警且繼電器斷開啟動(dòng)報(bào)警且繼電器斷開圖4-1系統(tǒng)主程序流程圖4.3系統(tǒng)模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片系統(tǒng)模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADC0832對(duì)CH0、CH1的程序設(shè)計(jì)流程步驟主要為以下幾步：（1）單片機(jī)向通過P1.2指令/數(shù)據(jù)管腳對(duì)ADC0832的AD使能管腳/CS進(jìn)行拉低操作（注：/CS管腳的低電平狀態(tài)需要持續(xù)到單片機(jī)讀取完轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)后再拉為高電平禁用芯片狀態(tài)），同時(shí)對(duì)P1.1時(shí)鐘管腳CLK進(jìn)行拉高操作，此時(shí)開始進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換。該信號(hào)為ADC0832的啟動(dòng)采樣模擬量信號(hào)。（2）單片機(jī)開始向ADC0832的時(shí)鐘信號(hào)管腳輸出時(shí)鐘脈沖信號(hào)，同時(shí)單片機(jī)對(duì)ADC0832的DO/DI管腳發(fā)送信號(hào)，進(jìn)行CH0、CH1通道進(jìn)行選擇，選擇方法為，首先，單片機(jī)將時(shí)鐘信號(hào)管腳的電平置為高電平（步驟1，已設(shè)置，表示啟始信號(hào)），并在第2、3個(gè)脈沖下沉之前，單片機(jī)向ADC0832的DI端發(fā)送兩位數(shù)據(jù)，輔助完成對(duì)CH0、CH1的通道選擇。（3）ADC0832的模數(shù)轉(zhuǎn)換開始。單片機(jī)向ADC0832的脈沖第四個(gè)脈沖下沉開始，DO輸出轉(zhuǎn)換的最高位DATA7，并在每一個(gè)脈沖下沉?xí)r，DO輸出下一位數(shù)據(jù)，從高7位到低0位，直到第十一個(gè)脈沖時(shí)下沉?xí)r輸出DATA0，此時(shí)ADC0832完成一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)輸出。（4）拉高使能/CS管腳，拉低時(shí)鐘CLK管腳，單片機(jī)完成一幀數(shù)據(jù)的采樣。開始開始模塊初始化模塊初始化單片機(jī)拉低CS、單片機(jī)拉高CLK單片機(jī)拉低CS、單片機(jī)拉高CLK模擬量采樣通道選擇模擬量采樣通道選擇單片機(jī)采樣完轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)？N單片機(jī)采樣完轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)？NYY單片機(jī)拉高CS、單片機(jī)拉低CLK，ADC0832芯片返回?cái)?shù)據(jù)DATA單片機(jī)拉高CS、單片機(jī)拉低CLK，ADC0832芯片返回?cái)?shù)據(jù)DATA圖4-3AD轉(zhuǎn)換程序流程圖4.4顯示模塊程序設(shè)計(jì)LCD1602液晶可以直觀的顯示電壓數(shù)值和電流數(shù)值以及閾值調(diào)整過程內(nèi)容，是實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的主要部分，液晶顯示控制程序主要為端口的初始化和對(duì)寄存器的讀指令和寫指令，通過單片機(jī)讀寫數(shù)據(jù)，將要顯示的內(nèi)容在液晶上顯示出來。LCD1602程序設(shè)計(jì)流程主要有如下步驟：系統(tǒng)上電，單片機(jī)向LCD1602進(jìn)行初始化操作。（1）單片機(jī)向LCD1602進(jìn)行讀狀態(tài)操作。（2）單片機(jī)向LCD1602進(jìn)行寫命令操作。（3）單片機(jī)向LCD1602進(jìn)行讀數(shù)據(jù)操作。（4）單片機(jī)向LCD1602進(jìn)行寫數(shù)據(jù)操作。（5）CD1602將數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示，并重回開始狀態(tài)繼續(xù)掃描。LCD1602顯示程序流程圖如下圖4-4所示。開始開始初始化初始化讀狀態(tài)讀狀態(tài)寫命令寫命令讀數(shù)據(jù)讀數(shù)據(jù)寫數(shù)據(jù)寫數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)顯示數(shù)據(jù)顯示返回返回圖4-4LCD1602顯示程序流程圖

4.5報(bào)警模塊程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)報(bào)警模塊程序設(shè)計(jì)步驟如下：步驟1：模塊初始化，控制器發(fā)送對(duì)模塊發(fā)送初始化狀態(tài)標(biāo)志位；步驟2：判斷是否超出閾值，控制器對(duì)當(dāng)前系統(tǒng)進(jìn)行判斷，判斷是否超出設(shè)定值，如果超出設(shè)定值則輸出低電平，驅(qū)動(dòng)聲光報(bào)警器進(jìn)行報(bào)警，反之則輸出高電平，不驅(qū)動(dòng)聲光報(bào)警器報(bào)警；該模塊程序設(shè)計(jì)流程如圖4-5所示。開始開始模塊初始化模塊初始化輸出高電平，報(bào)警器不報(bào)警N超出閾值？輸出高電平，報(bào)警器不報(bào)警N超出閾值？YY輸出低電平，報(bào)警器報(bào)警輸出低電平，報(bào)警器報(bào)警圖4-5報(bào)警器模塊程序設(shè)計(jì)流程

4.6按鍵模塊程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)通過按鍵完成閾值加1減1以及設(shè)置操作，按鍵模塊程序設(shè)計(jì)流程如下：步驟一：按鍵模塊初始化，單片機(jī)初始化按鍵模塊的脈沖輸入標(biāo)志位；步驟二：判斷是否有低電平輸入，如果有則說明有按鍵按下，反之則繼續(xù)判斷；步驟三：?jiǎn)纹瑱C(jī)識(shí)別脈沖輸入的鍵值。步驟四：?jiǎn)纹瑱C(jī)判斷是否有高電平輸入，如果有則說明按鍵松開，反之則繼續(xù)判斷；步驟五：按鍵有效并執(zhí)行鍵值對(duì)應(yīng)工作。該按鍵模塊的程序設(shè)計(jì)流程如圖4-6所示。開始開始模塊初始化模塊初始化NN低電平輸入？低電平輸入？YY判斷有按鍵按下判斷有按鍵按下識(shí)別鍵值識(shí)別鍵值N高電平輸入？N高電平輸入？YY按鍵動(dòng)作有效按鍵動(dòng)作有效執(zhí)行對(duì)應(yīng)鍵值功能執(zhí)行對(duì)應(yīng)鍵值功能圖4-6按鍵模塊程序設(shè)計(jì)流程圖

4.7繼電器的程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)繼電器模塊的程序設(shè)計(jì)步驟如下：步驟1：模塊初始化，控制器發(fā)送對(duì)模塊發(fā)送初始化狀態(tài)標(biāo)志位；步驟2：?jiǎn)纹瑱C(jī)判斷電壓值和電流值是否超出閾值，如果超出則單片機(jī)向繼電器模塊的信號(hào)接口端輸出高電平使該繼電器斷開，并熄滅工作指示燈；反之則導(dǎo)通，并亮起工作指示燈。該模塊程序設(shè)計(jì)流程如圖4-7所示。開始開始系統(tǒng)初始化系統(tǒng)初始化N單片機(jī)輸出高電平并不啟動(dòng)繼電器N是否按鍵按下？N單片機(jī)輸出高電平并不啟動(dòng)繼電器N是否按鍵按下？YY單片機(jī)輸出低電平并吸合繼電器啟動(dòng)且指示燈亮起單片機(jī)輸出低電平并吸合繼電器啟動(dòng)且指示燈亮起圖4-7繼電器模塊程序設(shè)計(jì)流程4.8仿真部分功能設(shè)計(jì)整個(gè)系統(tǒng)由主控模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片、電源模塊、顯示器模塊、繼電器模塊組成，因此在系統(tǒng)功能測(cè)試過程中，不能單一對(duì)一個(gè)模塊進(jìn)行功能測(cè)試，系統(tǒng)的測(cè)試需要在模塊完成Protues軟件搭建后進(jìn)行，這樣能夠提高系統(tǒng)測(cè)試的效率，以便對(duì)系統(tǒng)測(cè)試的故障問題進(jìn)行分析解決。組成如圖5-1所示。圖5-1系統(tǒng)仿真功能圖 由上圖可知系統(tǒng)，各個(gè)模塊的仿真功能均正常，單片機(jī)最小系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)準(zhǔn)確計(jì)算、復(fù)位按鍵能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)復(fù)位功能、ADC0832芯片能夠準(zhǔn)確采集CH0、CH1兩路電壓電信號(hào)并正確顯示顯示在LCD1602液晶顯示器上，由此可見系統(tǒng)各模塊的軟件設(shè)計(jì)功能正常。 該系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)采用KEIL軟件搭配C語言開發(fā)單片機(jī)，利用C進(jìn)行編程設(shè)計(jì)，利用KEIL軟件編譯生成.hex文件，利用Protues進(jìn)行仿真，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)從設(shè)計(jì)到開發(fā)再到最終系統(tǒng)功能的完成。

總結(jié)本題按照任務(wù)書要求，完成高壓斷路器故障檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)以下各項(xiàng)功能：（1）通過知網(wǎng)、萬方、維普等多個(gè)文獻(xiàn)資料庫(kù)尋找高壓斷路器故障檢測(cè)系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)資料和設(shè)計(jì)方案以及實(shí)現(xiàn)方法；（2）對(duì)功能器件進(jìn)行選型分析并采購(gòu)；（3）完成單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、完成兩路電壓信號(hào)的采集、完成兩路電壓信號(hào)值的顯示功能、完成閾值設(shè)定功能、完成超閾值報(bào)警功能、完成超閾值系統(tǒng)模擬自動(dòng)斷路功能、完成高壓斷路器故障檢測(cè)系統(tǒng)程序與Proteus仿真的軟件聯(lián)調(diào)設(shè)計(jì)、；（4）實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件功能聯(lián)調(diào)，完成高壓斷路器故障檢測(cè)系統(tǒng)的各項(xiàng)功能要求，符合設(shè)計(jì)要求；本系統(tǒng)通過上述各個(gè)功能模塊完成對(duì)應(yīng)功能的設(shè)計(jì)以及聯(lián)調(diào)，并熟悉KEIL的