【文章內(nèi)容簡介】 程序包括顯示子程序、鍵盤掃描子程序、設(shè)置查詢、聯(lián)機通訊、中斷服務(wù)等。并包括一定的軟件抗干擾軟件措施，使系統(tǒng)具有自我診斷，自我恢復(fù)的能力，如數(shù)字濾波技術(shù)等。功能子程華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 序設(shè)計根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，采用模塊化子程序設(shè)計。包括數(shù)據(jù)采集計算模塊、輸出報警模塊等。主要完成數(shù)據(jù)采集，運算處理，越限報警，輸出調(diào)節(jié)等功能。 圖 系統(tǒng)硬 件結(jié)構(gòu)框圖 The genral stf(1mpoyidvc,uh)0jb。5wT6 2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 單片機電路設(shè)計 環(huán)境監(jiān)測與報警系統(tǒng)的設(shè)計，采用美國 ATMAL 公司生產(chǎn)的單片機 STC89C54RD+，它是一種帶 16K 的 flash 程序存儲器、 128K 的 RAM 數(shù)據(jù)存儲器、內(nèi)置看門狗、 8 個中斷源、3 個定時器，是一款性價比較高的單片機。選用 STC 系列單片機，主要是基于原先已有的程序可以直接使用，無需改變硬件，另外用 STC 提供的 STC． ISP． exe 提供的工具軟件，可以直接使用串口將編好的程序代碼下載進 STC 單片機即可，通訊接口電路簡單，也 可以使用通用編程器進行程序燒寫。單片機 STC89C54RD+為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。 STC89C54RD 單片機的使用，需要以計算機為平臺，系統(tǒng)的整個軟件開發(fā)與調(diào)試，離不開計算機及其專業(yè)的工具軟件，程序的燒寫也是由 STC 系列單片機的專門燒錄軟件通過計算機完成的。采用 MAX232 為串行通信芯片，可用于實現(xiàn) PC 機與單片機數(shù)據(jù)傳輸，用 Protel99 設(shè)計的硬件原理圖如圖 所示。 圖 RS232 串行通訊原理圖 數(shù)碼管顯示模塊設(shè)計 數(shù)碼管是一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，其 基本單元是發(fā)光二極管。選用八段共陰極數(shù)碼管作為顯示器件，通過串入并出移位寄存器 74LSl64[2]與單片機的串口相連。其硬件原理電路圖如圖 所示。 數(shù)碼管的位數(shù)根據(jù)需要進行選擇，顯示分三部分：第一部分不同的檢測參數(shù)標識碼，因為有多種參數(shù)同時檢測，所以只能通過輪回或指定的的方式進行顯示，具體是那種參數(shù)，由設(shè)定的標識碼進行確認。參數(shù)標識碼可由 1～ 2 位數(shù)碼管來完成顯示；第二部分為“一”，用于區(qū)別參數(shù)標識碼與參數(shù)的檢測數(shù)值結(jié)果；第三部分為相關(guān)參數(shù)的檢測數(shù)華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 值結(jié)果顯示，不同的參數(shù)用到的位數(shù)或精度可能有差別，用不到的 數(shù)碼位從后面消隱掉即可。 圖 數(shù)碼管顯示電路圖 數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動電路來驅(qū)動數(shù)碼管的各個段碼，從而顯示出需要的數(shù)字，因此根據(jù)數(shù)碼管的驅(qū)動方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動態(tài)式兩類。單片機接口與數(shù)碼管之間采用 74LSl64(串入并出移位寄存器 )作為顯示驅(qū)動芯片。共陰數(shù)碼管將公共極 COM 接到地線 GND 上，當某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時，相應(yīng)字段就點亮，當某一字段的陽極為低電平時，相應(yīng)字段就不亮。 采用的顯示模式為靜態(tài)顯示模式。靜態(tài)驅(qū)動是指 每個數(shù)碼管的每一個段碼都由一個單片機的 I／ O 端口進行驅(qū)動，或者使用如 BCD 碼二．十進制譯碼器譯碼進行驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動的優(yōu)點是編程簡單，顯示亮度高，節(jié)省 CUP 的接口資源。靜態(tài)時，推薦使用1015mA。 數(shù)碼管顯示模塊與串口通訊模塊公共用單片機的串口，通過數(shù)字開關(guān)或跳線可以實現(xiàn)接口轉(zhuǎn)換。 傳感器工作電路模塊設(shè)計 溫度傳感器工作電路模塊設(shè)計 本設(shè)計采用單總線 DS18B20[3]溫度傳感器，傳統(tǒng)的溫度檢測大多以熱敏電阻為傳感器，采用半導(dǎo)體材料熱敏電阻可靠性較差，測量溫度準確率低，還得經(jīng)過專門的信號 處理電路并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號才能由微處理器進行處理。 DS18B20 數(shù)字式溫度傳感器 與傳統(tǒng)的熱敏電阻有所不同的是，使用集成芯片，采用單總線技術(shù)，能夠有效的減小外界的干擾，提高測量的精度，同時還可以直接將被測溫 The genral stf(1mpoyidvc,uh)0jb。5wT8 度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號供微機處理，使數(shù)據(jù)傳輸和處理簡單化，有效地降低成本，調(diào)試也更方便簡單化，縮短設(shè)備的開發(fā)周期。 DS18B20 具有體積更小、適用電壓更寬、更經(jīng)濟、可選更小的封裝方式，更寬的電壓適用范圍，適合于構(gòu)建自己的經(jīng)濟的測溫系統(tǒng)。 DS18B20 的管腳排列及封裝圖如圖 所示。 圖 DSl8B20 的管腳排列及封裝圖 DS18B20 單線數(shù)字溫度傳感器，即“一線器件”，其具有獨特的優(yōu)點：采用單總線的接口方式與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與 DS18B20 的雙向通訊。單總線具有經(jīng)濟性好，抗干擾能力強，適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量，使用方便等優(yōu)點，使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念。 測量溫度范圍寬，測量精度高。 DS18B20 的測量范圍為一 55℃到 +125℃；在 10 到+85℃范圍內(nèi)，精度為177。 0． 5℃， DSl8B20 的測量分辨率可通過程序設(shè)定 9～ 12 位。在使用 中不需要任何外圍元件，支持多點組網(wǎng)功能多個 DSl8B20 可以并聯(lián)在惟一的三線上，實現(xiàn)多點測溫。 DS18B20 供電方式靈活，可以通過內(nèi)部寄生電路從數(shù)據(jù)線上獲取電源。因此，當數(shù)據(jù)線上的時序滿足一定的要求時，可以不接外部電源，從而使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更趨簡單，可靠性更高。負壓特性電源極性接反時，溫度計不會因發(fā)熱而燒毀，只是不能正常工作。掉電保護功能 DS18B20 內(nèi)部含有 EEPROM，在系統(tǒng)掉電以后，它仍可保存分辨率及報警溫度的設(shè)定值。單總線 DS18B20 傳感器的電路連接圖 如圖 所示。 圖 單總線 DS18B20 華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 濕度傳感器工作電路模塊設(shè)計 對于濕度的測量，傳統(tǒng)的濕度測量傳感器存在壽命短、價格高、信號調(diào)理電路復(fù)雜等缺點。在本系統(tǒng)中采用 BMRH206A[4]濕度模塊，是采用濕敏電阻開發(fā)的一款低成本產(chǎn)品，工作穩(wěn)定、漂移小、響應(yīng)時間快、抗化學(xué)腐蝕性能強，廣泛應(yīng)用于電子、紡織、倉儲、煙草、制藥、氣象等行業(yè)，也可用于溫濕度表、加濕器、除濕機、空調(diào)、微波爐等產(chǎn)品。其電路連接圖如圖 所示。 圖 濕度傳感器模塊電路圖 BMRH206A 濕度模塊的電氣參數(shù)： ①濕度敏感元件：高分子濕敏電阻。 ②供電電壓： DC5V177。 5％。 ③耗電電流： 2mA。 ④使用溫度范圍： 0～ 60℃。 ⑤使用濕度范圍： 95％ RH 以下。 ⑥濕度檢測范圍： 20～ 90％ RH。 ⑦儲存溫度范圍：一 20～ 70℃。 ⑧儲存濕度范圍： 95％ RH 以下 (非凝露 )。 ⑨濕度檢測精度：177。 5％ RH(30％ RH～ 90％ RH， 5℃～ 50℃ )。 一氧化碳傳感器工作電路模塊設(shè)計 一氧化碳檢測采用進口 MS2200CO 傳感器 [5]，專門用于檢測還原性一氧化碳氣體。具有線性度好、測量精度高的電化學(xué)傳感器，可實現(xiàn)對濃度為 0300(可達 418)*106mol／ mol 一氧化碳氣體的高精度連續(xù)檢測。一氧化碳傳感器 MS2200CO 主要參數(shù)特點： 工作溫度 10℃～ 60℃；工作濕度低于飽和點；貯存溫度－ 20℃～ 80℃；電源 5． 0V177。 5％。一氧化碳傳感器 MS2200CO 主要組成部分包括敏感元件：半導(dǎo)體氧化物厚膜；導(dǎo) The genral stf(1mpoyidvc,uh)0jb。5wT10 線：鉑絲；管腳：科瓦鐵鎳鈷合金 一氧化碳傳感器 MS2200CO 測試曲線： Rs， air_b：注入氣體之前，在潔凈空氣中的阻值； Rs， gas：注入氣體后，穩(wěn)定時的阻值； Rs， air_a：除去氣體后，在潔凈空氣中的阻值。 一氧化碳傳感器 MS2200CO 注意事項： （ 1）在 測試時，元件表面不能有高濃度氣體 (60％ )超過 2 秒鐘。 （ 2）在連續(xù)測試時，不能在敏感部分旁邊 10cm 高度以擴散的形式注入氣體。 （ 3）在敏感部分表面所發(fā)生的催化劑劇烈燃燒反映所導(dǎo)致的基極電阻下降不能檢查。 （ 4）加熱電壓不能超過 5． 5V。 （ 5）催化劑通過提高敏感部分表面的溫度產(chǎn)生火焰 二氧化碳傳感器工作電路模塊設(shè)計 本項目所選用的二氧化碳傳感器是采用 NDIR 技術(shù)的美國 telaire 公司產(chǎn) 6004 數(shù)字傳感器 [6]，此傳感器基于氣體對紅外光吸收的郎伯一比爾吸收定律，采用國際上最新的電調(diào)制紅外光源 、高靈敏度濾光傳感一體化紅外傳感器、高精度前置放大電路、可拆卸式鍍膜氣室等，實現(xiàn)不同濃度、氣體的高精度連續(xù)檢測。具有響應(yīng)速度快、測量精度高、技術(shù)成熟的紅外二氧化碳氣體傳感器。 6004 C02 傳感器，是一種集成氣體傳感器，非常適合以微處理器為基礎(chǔ)設(shè)計的控制器和相關(guān)設(shè)備應(yīng)用。模塊由一個黃金平面光學(xué)感應(yīng)部分和必須外圍電路組成。 6004C02傳感器體積小巧、功耗很小 (45mA)，所以特別適合安全檢測或便攜儀器使用。所有產(chǎn)品出廠前都經(jīng)過標定，可直接使用；氣體采樣方法有兩種：流通式和擴散式，模塊檢測濃度最大可設(shè)置到 5％。 主要參數(shù)： 測量方法：單波非色散紅外原理，具有廠家專利的自校準技術(shù)。 測量范圍： 0～ 2