【《基于单片机的室内有害气体监测系统硬件和软件设计案例》4100字】

第页辽基于单片机的室内有害气体监测系统硬件和软件设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u10749基于单片机的室内有害气体监测系统硬件和软件设计案例 1160801系统的硬件设计 1120621.1硬件设计总方案 1124291.2最小系统电路 1228241.3气体检测模块设计以及与单片机的连接 2114721.4显示模块的设计和与单片机的连接 332911.5报警模块的设计和与单片机的连接 4208371.6有害气体排放模块设计和与单片机的连接 5134931.7系统硬件设计总电路 669532室内有害气体监测系统的软件设计 633492.1主程序的设计 610682.2子程序的编写 8169692.2.1气体检测模块程序设计 8163762.2.2报警模块的程序设计 12307902.2.3显示模块的程序设计 131系统的硬件设计1.1硬件设计总方案本系统中所使用的单片机型号为STC15W4K32S4，系统通过气体检测模块来接收数据，经过A/D转换把一个模拟量转换成了一个数字测试量，CPU处理这些数据，并传送到显示、报警、风扇模块。以此来实现显示各气体浓度，并完成报警，手动排出有害气体，实时监控室内空气质量。1.2最小系统电路复位电路组成。STC15单片机的最小系统电路如图1.1。图1.1STC15单片机的晶振和复位电路1.3气体检测模块设计以及与单片机的连接4种气体检测模块设计基本一致，所以本设计类比完成该部分的设计。由于采用的气体传感器都使用它们检测到的模拟量数据，而STC15单片机不能读取模拟量数据，所以在二者中间添加ADC0832芯片。这是一种8位分辨率、双通道A/D转换芯片，而且还具有适用在多种场景下，个头小，价格低效果好，功耗低等优点。故我们的气体检测模块都采用传感器+ADC0832芯片的模式设计。气体检测模块连接和与单片机的连接。气体传感器完成电源接线和接地后，引脚与转换芯片的CH0相连接。气体检测模块连接完成。气体检测模块的ADC0832完成接电源和接地后，使CS（低电使能）引脚与CLK和STC15单片机普通I/O连接，DI和DO一并与单片机的普通I/O连接。图1.2指纹模块与MCU连接电路1.4显示模块的设计和与单片机的连接显示模块的设计液晶显示模块的设计是用LCD1602显示屏所构成的硬件电路和显示软件程序所组成。LCD1602显示屏的电路极其简单，之需要显示屏和一排相对应的上拉电阻构成。与单片机的连接显示屏与单片机的连接相对简单。连接如图1.3。图1.3显示模块与单片机连接电路1.5报警模块的设计和与单片机的连接与单片机的连接报警模块的电路中电阻与单片机的引脚相连接。图1.4蜂鸣器电路连接电路1.6有害气体排放模块设计和与单片机的连接的简易电路。风扇一端与引脚10相连接，另一端与电源和单刀开关组成的线路连接。与单片机的连接单片机应与驱动芯片ULN2003相连接，故单片机的P6.1与ULN2003的CPU脉冲输入端1连接。有害气体排放模块连接线路如图1.5。图1.5有害气体排放模块连接电路1.7系统硬件设计总电路本章是对系统的硬件部分进行设计，首先明确室内有害气体的硬件总体设计方案；再依次对硬件中的STC15单片机控制核心电路、气体检测、显示以及有害气体排放模块电路进行设计。图1.6系统硬件电路2室内有害气体监测系统的软件设计为了实现该系统的功能，就要完成室内有害气体监测系统的软件设计。下面分为主程序设计、模块程序设计这几部分详细说明。，首先要通过绘制输入到主程序的工作流程框图,根据需要绘出来的工作流程框图，根据绘制出的流程图，完成主函数部分的编程2.1主程序的设计。图2.1主程序流程图我们画出主程序对应的流程图。在流程图中我们可以清晰的看出主程序所调用的各个子模块，这极大地方面了本设计编写主程序代码和模块子程序的分析。2.2子程序的编写子程序也被称作子函数，主函数中被调用的函数。调用规则必须在主程序中被声明。2.2.1气体检测模块程序设计在上一章中硬件设计上本系统使用4种气体检测模块，所以具体的程序代码也分成4部分，以次为甲醛气体检测模块代码、苯气体检测模块代码、甲烷气体检测代码和一氧化碳气体检测代码。首先介绍甲醛气体检测模块的代码。根据甲醛气体检测模块的硬件电路设计和功能分析，该部分编程的目标是将传感器中的模拟量信号，经过A/D转换后得到的数字量信号，通过STC15单片机的I/O引脚送到单片机中。以此画出该模块编程的流程图。如下图所示。图2.2甲醛气体检测程序流程图通过绘制该部分的流程图，我们可以看出这部分的编程步骤。首先将甲醛模块进行初始化操作，其次定义数据变量，将甲醛传感器测量到的数据存储在自己定义的数据变量中，然后在ADC0832中进行数据转换，将健全传感器采集到的模拟量数据变成相对应的数字量，接下来进行检验来判断是否完成对甲醛浓度模拟量数据的转换，如果未完成则重复转换步骤，最后的步骤是STC15单片机将读取存储在A/D转换器中转换完成的数字量数据。甲醛浓度检测部分程序完成编写。其次是关于苯气体检测模块的代码编写，参考了上一章中苯气体检测模块的硬件电路图，该模块的程序流程图如下图2.3苯气体检测模块程序流程图绘制完成相应的程序流程图，并对流程图进行仔细研究。分析得该模块部分的程序重点在A/D转换上，通过软件编程来实现苯气体浓度的模拟量数据转换成单片机所能采用的数字量数据。对应的程序编程：首先初始化，将A/D转换器数据清零。之后就是定义变量，并将传感器采集到的数据赋予自定义的变量。然后就是重点部分：进行A/D数据转换。重点的A/D转换代码编写完成后，转换完的数据存储在自己定义的变量里。则该部分的程序编写完成。然后下面介绍的是甲烷气体检测模块的程序设计。在上一章中，我们设计出甲烷气体检测模块的硬件电路图。那么在这一章节里，本设计就软件方面完成带模块的设计。图2.3甲烷气体检测模块程序流程图由此流程图，我们可以更加方便的编写程序。与之前的相类似，子程序第一步为初始化，清除甲烷气体传感的数据和A/D数据转换器中的数据。第二步定义变量，这一步的主要用途是储存来自甲烷气体传感器的数据、相对应的地址信息和在A/D转换中产生的中间数据。第三步就是A/D转换了。接下来是判断是否转换完成，完成则进入下一步否则将重复上一步骤。最后将数据进行储存。该部分的程序代码编写完毕。最后，我们来设计一氧化碳气体模块的软件部分。同上面3中气体检测模块一样，我们首先分析该部分硬件电路，已经知道选用MQ-7气体传感器和ADC0832A/D转换器的硬件设备。根据上述硬件信息，我们就可以画出该部分的流程图。一氧化碳检测模块程序流程图如下。图2.4一氧化碳气体检测模块程序流程图最后，我们完成一氧化碳气体检测模块流程图的绘制。和上面的步骤一样流程图绘制成功，这使我们的思维逻辑更加清晰、严谨，大大提高了我们的编程效率。由流程图开始进行编写源代码：首先是编写第一步，初始化。将传感器和数据转换器中记录的数据清除。第二步，定义自变量，用来储存过程中产生或需要的数据。第三步，读取来自一氧化碳传感器检测到的浓度模拟量数据，并将此数据存储在上一步定义的步骤中变量中。第四步开始A/D数据转换，ADC0832芯片在相应的程序下开始把来自传感器的模拟量数据转换成数字量数据。第五步判断芯片ADC0832是否完成转换。第六步数据储存，将转换完成的数据存储起来。一氧化碳气体检测模块部分代码完成编写。2.2.2报警模块的程序设计图2.5报警模块流程图报警模块作用是当空气中的有害气体浓度设定值时，发出报警声。而我们的有害气体监测系统检测空气中的多种气体，故编程时要考虑不同气体的浓度。以此为根据绘制出报警模块流程图，首先初始化报警模块。判断甲醛浓度是否超过设定值，超过则报警，否则进入下一步。判断甲烷气体浓度是否超过设定值，超过发出报警声，否则进行下一步骤。第四步，单片机判断苯气体测量浓度是否大于设定值，超过报警，否