第頁(yè)遼基于單片機(jī)的室內(nèi)有害氣體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)案例目錄TOC\o"1-3"\h\u10749基于單片機(jī)的室內(nèi)有害氣體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)案例 1160801系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 1120621.1硬件設(shè)計(jì)總方案 1124291.2最小系統(tǒng)電路 1228241.3氣體檢測(cè)模塊設(shè)計(jì)以及與單片機(jī)的連接 2114721.4顯示模塊的設(shè)計(jì)和與單片機(jī)的連接 332911.5報(bào)警模塊的設(shè)計(jì)和與單片機(jī)的連接 4208371.6有害氣體排放模塊設(shè)計(jì)和與單片機(jī)的連接 5134931.7系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)總電路 669532室內(nèi)有害氣體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 633492.1主程序的設(shè)計(jì) 610682.2子程序的編寫(xiě) 8169692.2.1氣體檢測(cè)模塊程序設(shè)計(jì) 8163762.2.2報(bào)警模塊的程序設(shè)計(jì) 12307902.2.3顯示模塊的程序設(shè)計(jì) 131系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)1.1硬件設(shè)計(jì)總方案本系統(tǒng)中所使用的單片機(jī)型號(hào)為STC15W4K32S4，系統(tǒng)通過(guò)氣體檢測(cè)模塊來(lái)接收數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換把一個(gè)模擬量轉(zhuǎn)換成了一個(gè)數(shù)字測(cè)試量，CPU處理這些數(shù)據(jù)，并傳送到顯示、報(bào)警、風(fēng)扇模塊。以此來(lái)實(shí)現(xiàn)顯示各氣體濃度，并完成報(bào)警，手動(dòng)排出有害氣體，實(shí)時(shí)監(jiān)控室內(nèi)空氣質(zhì)量。1.2最小系統(tǒng)電路復(fù)位電路組成。STC15單片機(jī)的最小系統(tǒng)電路如圖1.1。圖1.1STC15單片機(jī)的晶振和復(fù)位電路1.3氣體檢測(cè)模塊設(shè)計(jì)以及與單片機(jī)的連接4種氣體檢測(cè)模塊設(shè)計(jì)基本一致，所以本設(shè)計(jì)類比完成該部分的設(shè)計(jì)。由于采用的氣體傳感器都使用它們檢測(cè)到的模擬量數(shù)據(jù)，而STC15單片機(jī)不能讀取模擬量數(shù)據(jù)，所以在二者中間添加ADC0832芯片。這是一種8位分辨率、雙通道A/D轉(zhuǎn)換芯片，而且還具有適用在多種場(chǎng)景下，個(gè)頭小，價(jià)格低效果好，功耗低等優(yōu)點(diǎn)。故我們的氣體檢測(cè)模塊都采用傳感器+ADC0832芯片的模式設(shè)計(jì)。氣體檢測(cè)模塊連接和與單片機(jī)的連接。氣體傳感器完成電源接線和接地后，引腳與轉(zhuǎn)換芯片的CH0相連接。氣體檢測(cè)模塊連接完成。氣體檢測(cè)模塊的ADC0832完成接電源和接地后，使CS（低電使能）引腳與CLK和STC15單片機(jī)普通I/O連接，DI和DO一并與單片機(jī)的普通I/O連接。圖1.2指紋模塊與MCU連接電路1.4顯示模塊的設(shè)計(jì)和與單片機(jī)的連接顯示模塊的設(shè)計(jì)液晶顯示模塊的設(shè)計(jì)是用LCD1602顯示屏所構(gòu)成的硬件電路和顯示軟件程序所組成。LCD1602顯示屏的電路極其簡(jiǎn)單，之需要顯示屏和一排相對(duì)應(yīng)的上拉電阻構(gòu)成。與單片機(jī)的連接顯示屏與單片機(jī)的連接相對(duì)簡(jiǎn)單。連接如圖1.3。圖1.3顯示模塊與單片機(jī)連接電路1.5報(bào)警模塊的設(shè)計(jì)和與單片機(jī)的連接與單片機(jī)的連接報(bào)警模塊的電路中電阻與單片機(jī)的引腳相連接。圖1.4蜂鳴器電路連接電路1.6有害氣體排放模塊設(shè)計(jì)和與單片機(jī)的連接的簡(jiǎn)易電路。風(fēng)扇一端與引腳10相連接，另一端與電源和單刀開(kāi)關(guān)組成的線路連接。與單片機(jī)的連接單片機(jī)應(yīng)與驅(qū)動(dòng)芯片ULN2003相連接，故單片機(jī)的P6.1與ULN2003的CPU脈沖輸入端1連接。有害氣體排放模塊連接線路如圖1.5。圖1.5有害氣體排放模塊連接電路1.7系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)總電路本章是對(duì)系統(tǒng)的硬件部分進(jìn)行設(shè)計(jì)，首先明確室內(nèi)有害氣體的硬件總體設(shè)計(jì)方案；再依次對(duì)硬件中的STC15單片機(jī)控制核心電路、氣體檢測(cè)、顯示以及有害氣體排放模塊電路進(jìn)行設(shè)計(jì)。圖1.6系統(tǒng)硬件電路2室內(nèi)有害氣體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)為了實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)的功能，就要完成室內(nèi)有害氣體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。下面分為主程序設(shè)計(jì)、模塊程序設(shè)計(jì)這幾部分詳細(xì)說(shuō)明。，首先要通過(guò)繪制輸入到主程序的工作流程框圖,根據(jù)需要繪出來(lái)的工作流程框圖，根據(jù)繪制出的流程圖，完成主函數(shù)部分的編程2.1主程序的設(shè)計(jì)。圖2.1主程序流程圖我們畫(huà)出主程序?qū)?yīng)的流程圖。在流程圖中我們可以清晰的看出主程序所調(diào)用的各個(gè)子模塊，這極大地方面了本設(shè)計(jì)編寫(xiě)主程序代碼和模塊子程序的分析。2.2子程序的編寫(xiě)子程序也被稱作子函數(shù)，主函數(shù)中被調(diào)用的函數(shù)。調(diào)用規(guī)則必須在主程序中被聲明。2.2.1氣體檢測(cè)模塊程序設(shè)計(jì)在上一章中硬件設(shè)計(jì)上本系統(tǒng)使用4種氣體檢測(cè)模塊，所以具體的程序代碼也分成4部分，以次為甲醛氣體檢測(cè)模塊代碼、苯氣體檢測(cè)模塊代碼、甲烷氣體檢測(cè)代碼和一氧化碳?xì)怏w檢測(cè)代碼。首先介紹甲醛氣體檢測(cè)模塊的代碼。根據(jù)甲醛氣體檢測(cè)模塊的硬件電路設(shè)計(jì)和功能分析，該部分編程的目標(biāo)是將傳感器中的模擬量信號(hào)，經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)字量信號(hào)，通過(guò)STC15單片機(jī)的I/O引腳送到單片機(jī)中。以此畫(huà)出該模塊編程的流程圖。如下圖所示。圖2.2甲醛氣體檢測(cè)程序流程圖通過(guò)繪制該部分的流程圖，我們可以看出這部分的編程步驟。首先將甲醛模塊進(jìn)行初始化操作，其次定義數(shù)據(jù)變量，將甲醛傳感器測(cè)量到的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在自己定義的數(shù)據(jù)變量中，然后在ADC0832中進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，將健全傳感器采集到的模擬量數(shù)據(jù)變成相對(duì)應(yīng)的數(shù)字量，接下來(lái)進(jìn)行檢驗(yàn)來(lái)判斷是否完成對(duì)甲醛濃度模擬量數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，如果未完成則重復(fù)轉(zhuǎn)換步驟，最后的步驟是STC15單片機(jī)將讀取存儲(chǔ)在A/D轉(zhuǎn)換器中轉(zhuǎn)換完成的數(shù)字量數(shù)據(jù)。甲醛濃度檢測(cè)部分程序完成編寫(xiě)。其次是關(guān)于苯氣體檢測(cè)模塊的代碼編寫(xiě)，參考了上一章中苯氣體檢測(cè)模塊的硬件電路圖，該模塊的程序流程圖如下圖2.3苯氣體檢測(cè)模塊程序流程圖繪制完成相應(yīng)的程序流程圖，并對(duì)流程圖進(jìn)行仔細(xì)研究。分析得該模塊部分的程序重點(diǎn)在A/D轉(zhuǎn)換上，通過(guò)軟件編程來(lái)實(shí)現(xiàn)苯氣體濃度的模擬量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成單片機(jī)所能采用的數(shù)字量數(shù)據(jù)。對(duì)應(yīng)的程序編程：首先初始化，將A/D轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)清零。之后就是定義變量，并將傳感器采集到的數(shù)據(jù)賦予自定義的變量。然后就是重點(diǎn)部分：進(jìn)行A/D數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。重點(diǎn)的A/D轉(zhuǎn)換代碼編寫(xiě)完成后，轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在自己定義的變量里。則該部分的程序編寫(xiě)完成。然后下面介紹的是甲烷氣體檢測(cè)模塊的程序設(shè)計(jì)。在上一章中，我們?cè)O(shè)計(jì)出甲烷氣體檢測(cè)模塊的硬件電路圖。那么在這一章節(jié)里，本設(shè)計(jì)就軟件方面完成帶模塊的設(shè)計(jì)。圖2.3甲烷氣體檢測(cè)模塊程序流程圖由此流程圖，我們可以更加方便的編寫(xiě)程序。與之前的相類似，子程序第一步為初始化，清除甲烷氣體傳感的數(shù)據(jù)和A/D數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器中的數(shù)據(jù)。第二步定義變量，這一步的主要用途是儲(chǔ)存來(lái)自甲烷氣體傳感器的數(shù)據(jù)、相對(duì)應(yīng)的地址信息和在A/D轉(zhuǎn)換中產(chǎn)生的中間數(shù)據(jù)。第三步就是A/D轉(zhuǎn)換了。接下來(lái)是判斷是否轉(zhuǎn)換完成，完成則進(jìn)入下一步否則將重復(fù)上一步驟。最后將數(shù)據(jù)進(jìn)行儲(chǔ)存。該部分的程序代碼編寫(xiě)完畢。最后，我們來(lái)設(shè)計(jì)一氧化碳?xì)怏w模塊的軟件部分。同上面3中氣體檢測(cè)模塊一樣，我們首先分析該部分硬件電路，已經(jīng)知道選用MQ-7氣體傳感器和ADC0832A/D轉(zhuǎn)換器的硬件設(shè)備。根據(jù)上述硬件信息，我們就可以畫(huà)出該部分的流程圖。一氧化碳檢測(cè)模塊程序流程圖如下。圖2.4一氧化碳?xì)怏w檢測(cè)模塊程序流程圖最后，我們完成一氧化碳?xì)怏w檢測(cè)模塊流程圖的繪制。和上面的步驟一樣流程圖繪制成功，這使我們的思維邏輯更加清晰、嚴(yán)謹(jǐn)，大大提高了我們的編程效率。由流程圖開(kāi)始進(jìn)行編寫(xiě)源代碼：首先是編寫(xiě)第一步，初始化。將傳感器和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器中記錄的數(shù)據(jù)清除。第二步，定義自變量，用來(lái)儲(chǔ)存過(guò)程中產(chǎn)生或需要的數(shù)據(jù)。第三步，讀取來(lái)自一氧化碳傳感器檢測(cè)到的濃度模擬量數(shù)據(jù)，并將此數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在上一步定義的步驟中變量中。第四步開(kāi)始A/D數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，ADC0832芯片在相應(yīng)的程序下開(kāi)始把來(lái)自傳感器的模擬量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量數(shù)據(jù)。第五步判斷芯片ADC0832是否完成轉(zhuǎn)換。第六步數(shù)據(jù)儲(chǔ)存，將轉(zhuǎn)換完成的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)起來(lái)。一氧化碳?xì)怏w檢測(cè)模塊部分代碼完成編寫(xiě)。2.2.2報(bào)警模塊的程序設(shè)計(jì)圖2.5報(bào)警模塊流程圖報(bào)警模塊作用是當(dāng)空氣中的有害氣體濃度設(shè)定值時(shí)，發(fā)出報(bào)警聲。而我們的有害氣體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)空氣中的多種氣體，故編程時(shí)要考慮不同氣體的濃度。以此為根據(jù)繪制出報(bào)警模塊流程圖，首先初始化報(bào)警模塊。判斷甲醛濃度是否超過(guò)設(shè)定值，超過(guò)則報(bào)警，否則進(jìn)入下一步。判斷甲烷氣體濃度是否超過(guò)設(shè)定值，超過(guò)發(fā)出報(bào)警聲，否則進(jìn)行下一步驟。第四步，單片機(jī)判斷苯氣體測(cè)量濃度是否大于設(shè)定值，超過(guò)報(bào)警，否