【《某二氧化碳检测系统的硬件和软件设计案例》3300字】

某二氧化碳检测系统的硬件和软件设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u27403某二氧化碳检测系统的硬件和软件设计案例 1162511.硬件设计 2107211.1最小系统的原理图 2289951.1.1复位电路原理图 336621.1.2时钟电路 322511.1.3下载接口电路 4253251.2报警电路的原理图 5318491.3LCD1602原理图 6271951.4继电器模块的原理图 772052.系统软件设计 7219402.1主程序 8140362.2独立按键 8140752.3报警程序 995122.4LCD1602液晶显示 10硬件设计STC89C52是STC公司在STC89C51上升级得到的增强版。与STC89C51相比,STC89C52是一款拥有更低功耗、更高性能的芯片。芯片里可以供给存储编程的字节也翻了一倍，达到了8K字符。经过升级后，功能也进行了升级，比旧款芯片的功能更多了，在此同时，此单片机芯片所有的功能都能够兼容旧款的单片机。单片机芯片就是整个系统的核心，就像人的大脑一样，指挥着人体做出各种动作。1.1最小系统的原理图单片机最小系统由主控单片机芯片、电源、开关、继电器、复位电路、下载接口、时钟电路等组成。图3-1系统原理图1.1.1复位电路原理图复位在电路中还是起到一个比较重要的作用。复位电路可以使所有的电路无论运行到哪一个状态都要回到初始化的一个状态。这个功能很方便，当电路出现某些问题时就可以使用复位电路，让整个电路恢复到初始状态。复位电路又分两种，一种是上电复位，一种是按键复位。上电复位是通过给一个高电平来实现复位。按键复位顾名思义就是通过设置外接按键，然后再通过按压按键来实现复位。本次系统中设计用到的就是就是第二种按键复位的方式。此复位电路由一个按键和一个10uF的电容、一个10K欧姆的电阻组成。Vcc接入电源，另一端接地，还有RST接到对应的单片机端口上。然后通过对按键的按压就能实现电路的复位功能了。按键复位电路图如下所示：图3-2复位电路原理图1.1.2时钟电路时钟电路：时钟电路是单片机必不可少的一个电路。简单的说，晶振电路就是时钟电路。晶振电路的单位是赫兹。那么它主要就是给单片机提供一个频率。就如同学习吉他时的一个节拍器，主要是负责提供一个节拍，形成一个节奏。单片机需要根据这个节拍来运行处理程序。简单的来说就是时钟频率越高，那么单片机处理程序的速度也就越快，反之就越，也就是晶振电路提供的频率与单片机处理程序的速度是成正比的。此时钟电路是由一个石英晶体和两个30pf的电容所组成的。晶振的范围在1.2~12MHz。时钟电路原理图如下：图3-3振荡电路原理图1.1.3下载接口电路下载接口：单片机最基本应该具备程序写入功能，所以下载接口是必不可少的。这种功能的好处就是能够更方便快捷的给单片机烧录入C语言程序。在设计电路板时，只需将在板子上设计相对应的接口连接到单片机的UART,那么就能够不需要再将单片机芯片取下来用单片机配用的编辑器对其进行程序编写。这样可以避免将单片机芯片频繁取下而造成损坏，毕竟单片机的引脚还是比较脆弱的。单片机下载程序的接口是P1.0和P1.1，另外还要接电源和接地。将这四根线与计算机进行连接就可以直接在单片机上进行C语言程序的烧录了。单片机芯片存储空间还具有8K字符的存储空间，可以通过下载接口下载不超过8K字符的程序。这些烧录好的程序语言就是让系统做出各种反应的指令了。下载接口原理图如下：图3-4程序下载接口原理图1.2报警电路的原理图这次设计的报警系统有声音报警和光源报警。本设计系统所选用的就是蜂鸣器和红色发光二极管。声音报警用到的就是：蜂鸣器，顾名思义就是能够通过发出蜂鸣声以示提醒。在进行报警时，蜂鸣器会发出连续不断的蜂鸣声。单片机不能够对蜂鸣器进行直接驱动，需要通过一个三极管来驱动蜂鸣器。如下图所示，P20为高电平的时候，蜂鸣器处于关闭状态；反之，蜂鸣器报警。如图所示：图3-5报警电路原理图在本设计中，蜂鸣器的主要功能就是当二氧化碳的浓度值超高的时候，蜂鸣器发出声响，以方便尽快做出处理，将二氧化碳浓度浓度降到正常值。蜂鸣器属于声音报警，除了蜂鸣器之外，还有光源报警。当二氧化碳浓度偏高的时候，就会看到绿色的发光二极管熄灭，红色的发光二极管点亮，用红色的发光二极管来做出报警警示。1.3LCD1602原理图当今社会每天见到最多的就是显示器了，现在每个人的生活都离不开手机，就连小朋友也会配有一个电话手表。每天的睡觉前，很多人都会选择玩一会手机再睡，在睡醒后也都会先看一下手机再起床。而最能直观的传达给我大脑信息的就是通过手机的显示屏。许多的电子产品都会用到液晶显示屏，显示屏的好处就是能够更直观的表达出电子器件的现状。显示屏通过排列的显示方法就可以排列出需要显示的图案、文字、符号等等。现如今LCD液晶显示屏的技术越来越成熟。本次设计中采用的就是一款1602液晶显示屏。虽然此款显示器显示的内容比较少，但是因为它的小巧、轻便，并且完全能够满足设设计的要求，所以考虑到种种原因，最终选择了这款显示器。它能够显示出32个字符，这32个字符又分为2行、16列来显示。原理图如下：图3-6LCD1602原理图本系统设计中，LCD1602接通电源后，按下系统的开关按键，系统会进入初始化状态，此时显示屏上就会出现“Init...Pleasewait！”这个时候说明系统正在开机，等待传感器预热后，初始化成功，显示屏就会分两行显示出两个数值。显示屏的上面一行是实时浓度值，第二行是报警设定值。当周围环境的浓度值发生变化时，显示的实时浓度值也会跟着变化。设定值的显示就需要通过按键的按压来调节。1.4继电器模块的原理图继电器往往都是用于自动电路中，它可以起到对自动控制电流开关的作用，通过三极管还可以起到放大电流和防止电流无线放大的作用，在电路中也可以起到一个开关的作用，当然它也可以起到保护电路的作用。继电器主要还是分为四个部分组成的，第一部分就是线圈、第二部分就是磁路、第三部分就是反力弹簧、第四个是触点。继电器会有一个常闭触点和一个常开触点，当接到一个单片机发来的电流信号后，会产生电磁效应。因为磁力的干扰，此时常闭触点就会断开，而常开触点成为闭合状态。从而达到电流变大的作用。本设计会用到一个小型的继电器，此款小型继电器有着体积小、重量轻寿命长、反应快、稳定等优点。这个继电器在此系统中是用于风扇的控制启停。当检测到的二氧化碳浓度值高了的时候，继电器就会开始工作，也就是让风扇旋转起来，让空气流通的速度加快，达到降低浓度值的效果。原理图如下：图3-7继电器原理图系统软件设计二氧化碳检测系统软件的程序设计：使用keiluvision4进行一个C语言程序的编写。然后再将编程好的程序通过烧录软件烧录到单片机芯片。在进行程序的编写时，为了实现各个模块的功能，需要将每个模块的程序分开进行编写。这样的编写方式也方便我们在之后发现问题的时候能够快速的找到问题，并解决。本系统设计的程序有主程序、显示模块程序、报警程序和按键模块程序等子程序。2.1主程序本程序的核心是STC89C52单片机芯片，以52单片机为核心来实现各模块的功能。连接上电源后，系统各端口进入初始化状态。待一段时间后，初始化完成。各个模块进入正常工作状态。通过传感器对周围环境气体的监测，最后将数据通过1602显示出来。当二氧化碳浓度超过报警值的时候，报警电路就会进入工作状态，红色发光二极管点亮，蜂鸣器报警，风扇开始旋转。主程序流程图如下图所示：开始开始LCD初始化 数据处理N 判断浓度是否越限 显示浓度Y 报警 结束图4-1主程序流程图2.2独立按键设计有独立按键可以对二氧化碳浓度报警值进行调节，当我们需要感知周围环境二氧化碳浓度值是否超过某个值时，我们就需要通过这两个独立按键进行增减。单次按压按键时，显示的设定值就会以一个单位值进行增减，为了方便更快的设定此报警上限值，所以还设定了长时间按压时就会以一定的速度连续增减的功能。2.3报警程序报警程序主要是通过我们的51单片机来控制的，通过二氧化碳的实时浓度值和设定的上限值进行比较，若达到了浓度报警的上限值，则报警程序通过单片机发出指令到报警装置执行，这个时候蜂鸣器报警，绿灯灭，红灯亮。程序流程图如下图显示：开始读取浓度值N报警Y判断浓度是否越限结束图4-2报警程序流程图2.4LCD1602液晶显示LCD1602液晶显示是比较常用的一款显示器。它是由显示屏和一些电路、元件等装配在PCB板上而组成的一款小型液晶显示器。虽然属于小型显示器，但是麻雀虽小五脏俱全，也可以满足很多的显示需求的。它最多能够显示