【文章內(nèi)容簡介】 內(nèi)的各種存儲器、寄存器的數(shù)據(jù)。在調(diào)試過程中，根據(jù)需要可以進(jìn)行軟件模擬仿真和硬件仿真。 可燃性氣體報警控制器軟件流程及設(shè)計本設(shè)計中，軟件要解決的主要問題是檢測傳感器送來的可燃性氣體濃度信號，進(jìn)行線性化處理，用LED顯示濃度，若濃度值超出限定值，報警器發(fā)出聲音報警，同時啟動排氣裝置，因此分為主程序、T0中斷子程序、線性化處理子程序、十六進(jìn)制轉(zhuǎn)化十進(jìn)制子程序，濃度顯示子程序、鍵掃描子程序六個部分。在程序的編寫過程中，加入了詳細(xì)的文字注釋，以便于后期的改進(jìn)與維護(hù)。 主程序流程圖及設(shè)計主程序流程圖如圖41所示，由于MQ2型氣體傳感器在不通電狀態(tài)下存放一段時間后，再通電時，器件并不能立即投入正常工作，需要一定的時間預(yù)熱，所以采用延時程序?qū)鞲衅黝A(yù)熱。本設(shè)計對傳感器預(yù)熱一段時間，預(yù)熱的同時，設(shè)定所要檢測可燃性氣體濃度的上限值。主程序還包括顯示子程序，T0中斷子程序等，以完善報警器的功能，給檢測人員帶來方便。初始化定時器開始初始化AD轉(zhuǎn)換器AD采集數(shù)據(jù)按鍵掃描初始化傳感器數(shù)碼管顯示按鍵處理數(shù)據(jù)處理圖41 主程序流程圖 T0中斷子程序 程序初始化后，系統(tǒng)進(jìn)入采樣狀態(tài)。對采集的氣體次數(shù)每3次進(jìn)行一次處理。經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換、濾波、線性化處理、進(jìn)制轉(zhuǎn)化后，由LED顯示其濃度值。同時將濃度值與上限報警設(shè)定值相比較，以判斷是否需要報警控制處理。流程圖如圖42所示。圖42 T0中斷子程序流程圖 線性化處理子程序設(shè)計在單片機(jī)測控系統(tǒng)中，使用之前必須進(jìn)行靜態(tài)標(biāo)定(校準(zhǔn))，以得到輸出信號與被測信號的關(guān)系輸出曲線，用來作為使用過程中的計量依據(jù)。但是標(biāo)定時輸出曲線往往不是一條理想的直線，所以要對標(biāo)定曲線進(jìn)行線性化處理，用一條擬合直線近似代替輸出曲線，線性化是智能儀表的典型功能之一。由于電壓值與氣體濃度之間是非線性的關(guān)系，為了實時顯示氣體濃度，需要對其進(jìn)行線性化處理。在誤差許可范圍內(nèi)，根據(jù)標(biāo)定曲線形狀，以及單片機(jī)處理能力，把曲線分成8段，對每小段分別線性化。濃度0%LEL99%LEL分成8段如下： 0%LEL~10%LEL 10%LEL~20%LEL 20%LEL~28%LEL 28%LEL~36%LEL 36%LEL~45%LEL 45%LEL~61%LEL 61%LEL~78%LEL 78%LEL~99%LEL單片機(jī)經(jīng)過濾波后，得到3個采樣值的一個真值，把這個真值通過查表比較，確定其所在區(qū)間的上下限電壓值和上下限濃度值，根據(jù)公式(41)，計算出該電壓值對應(yīng)的濃度值。分段點(diǎn)的電壓值和濃度值分別存儲在兩個表格中，線性化處理子程序如圖43所示。 (41)式中Y上區(qū)間上限濃度值Y下區(qū)間下限濃度值Y濾實際氣體測試濃度值X上區(qū)間上限濃度對應(yīng)電壓值X下區(qū)間下限濃度對應(yīng)電壓值X濾實際氣體測試濃度對應(yīng)電壓值圖43 線性化處理子程序流程圖 十六進(jìn)制轉(zhuǎn)化十進(jìn)制子程序設(shè)計經(jīng)過線性化處理后的濃度是十六進(jìn)制的，而LED顯示的濃度是十進(jìn)制的，所以要進(jìn)行十六進(jìn)制轉(zhuǎn)化十進(jìn)制子程序處理，再送入顯示子程序。流程圖如圖44所示。圖44 十六進(jìn)制轉(zhuǎn)化十進(jìn)制子程序流程圖 顯示子程序設(shè)計本次設(shè)計采用的是四位并行接口動態(tài)顯示電路 開始調(diào)入字符偏移量和位選代碼查表送入顯示延時2MS指向下一個偏移量3位顯示完成？圖45 顯示子程序流程圖 數(shù)據(jù)處理模塊Y煙霧超標(biāo)信號輸入打開繼電器、蜂鳴器開始定時器打開時間計時報警時間已到？N停止報警46數(shù)據(jù)處理模塊 電路仿真單片機(jī)煤氣報警系統(tǒng)仿真圖如圖47所示，此為濃度檢測正常狀態(tài)；單片機(jī)煤氣報警系統(tǒng)仿真圖如圖47所示，此為濃度超限報警狀態(tài)；單片機(jī)煤氣報警系統(tǒng)仿真圖如圖47所示，此為傳感器顯示當(dāng)前的濃度。圖47 家用可燃性氣體檢測報警器仿真圖系統(tǒng)仿真通過電壓表的電壓輸入表示外部傳感器輸入的電壓，并將其進(jìn)行顯示。單片機(jī)煤氣報警系統(tǒng)仿真圖1所示，仿真圖中用05V的電壓表顯示當(dāng)前輸入的電壓，并代替了傳感器。因為傳感器在pruteus里找不到MQ2這個傳感器，只能使用輸入電壓表示當(dāng)前濃度的變化。仿真圖2單片機(jī)煤氣報警系統(tǒng)仿真圖2所示，此模塊使用LED數(shù)碼管進(jìn)行選擇動態(tài)顯示ACD0809采集的濃度信息。仿真圖3單片機(jī)煤氣報警系統(tǒng)仿真圖3所示，此模塊用于采集傳感器的濃度。5 系統(tǒng)調(diào)試 硬件的調(diào)試在單片機(jī)開發(fā)過程中，從硬件設(shè)計到軟件設(shè)計都需要做到準(zhǔn)確無誤?？梢娬{(diào)試的工作量比較大。調(diào)試部分是單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計中至關(guān)重要的部分。調(diào)試的成功與否直接關(guān)系到整個系統(tǒng)運(yùn)行的可行性。單片機(jī)系統(tǒng)的硬件調(diào)試和軟件調(diào)試是不能分開的，許多硬件錯誤是在軟件調(diào)試中被發(fā)現(xiàn)和糾正的。但通常是先排除明顯的硬件故障以后，再和軟件結(jié)合起來調(diào)試以進(jìn)一步排除故障?？梢娪布恼{(diào)試是基礎(chǔ)，如果硬件調(diào)試不通過，軟件設(shè)計則是無從做起。當(dāng)硬件設(shè)計從布線到焊接安裝完成之后，就開始進(jìn)入硬件調(diào)試階段，調(diào)試大體可以分為以下幾步。 排除邏輯故障這類故障往往由于設(shè)計和加工制板過程中工藝性錯誤所造成的。主要包括錯線、開路、短路。排除的方法是首先將加工的印制板認(rèn)真對照原理圖，看兩者是否一致。應(yīng)特別注意電源系統(tǒng)檢查，以防止電源短路和極性錯誤，并重點(diǎn)檢查系統(tǒng)總線（地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線）是否存在相互之間短路或與其它信號線路短路。必要時利用數(shù)字萬用表的短路測試功能，可以縮短排錯時間。 排除元器件故障造成這類錯誤的原因有兩個：一個是元器件買來時就已壞了；另一個是由于安裝錯誤，造成器件燒壞?？梢圆扇z查元器件與設(shè)計要求的型號、規(guī)格和安裝是否一致。在保證安裝無誤后，用替換方法排除錯誤。 排除電源故障在通電前，一定要檢查電源電壓的幅值和極性，否則很容易造成集成塊損壞。加電后檢查各插件上引腳的電位，一般先檢查VCC與GND之間電位，若在5V～。若有高壓，聯(lián)機(jī)仿真器調(diào)試時，將會損壞仿真器等，有時會使應(yīng)用系統(tǒng)中的集成塊發(fā)熱損壞。 聯(lián)機(jī)仿真調(diào)試聯(lián)機(jī)仿真必須借助仿真開發(fā)裝置、示波器、萬用表等工具。這些工具是單片機(jī)開發(fā)的最基本工具。信號線是聯(lián)絡(luò)單片機(jī)和外部器件的紐帶，如果信號線連結(jié)錯誤或時序不對，那么都會造成對外圍電路讀寫錯誤。52系列單片機(jī)的信號線大體分為讀、寫信號線、片選信號線、時鐘信號線、外部程序存貯器讀選通信號（PSEN）、地址鎖存信號（ALE）、復(fù)位信號等幾大類。這些信號大多屬于脈沖信號，對于脈沖信號借助示波器（這里指通用示波器）用常規(guī)方法很難觀測到，必須采取一定措施才能觀測到。應(yīng)該利用軟件編程的方法來實現(xiàn)。例如對片選信號，運(yùn)行相關(guān)小程序就可以檢測出譯碼片選信號是否正常。執(zhí)行程序后，就可以利用示波器觀察芯片的片選信號引出腳（用示波器掃描時間為1μs／每格檔），這時應(yīng)看到周期為數(shù)微秒的負(fù)脈沖波形，若看不到則說明譯碼信號有錯誤。對于電平類信號，觀測起來就比較容易。例如對復(fù)位信號觀測就可以直接利用示波器，當(dāng)按下復(fù)位鍵時，可以看到的復(fù)位引腳將變?yōu)楦唠娖?；一旦松開，電平將變低。總而言之，對于脈沖觸發(fā)類的信號我們要用軟件來配合，并要把程序編為死循環(huán)，再利用示波器觀察；對于電平類觸發(fā)信號，可以直接用示波器觀察。顯示器部分調(diào)試為了使調(diào)試順利進(jìn)行，首先將LED顯示分離，這樣就可以用靜態(tài)方法先測試LED顯示，分別用規(guī)定的電平加至控制數(shù)碼管段和位顯示的引腳，看數(shù)碼管顯示是否與理論上一致。不一致，一般為LED顯示器接觸不良所致，必須找出故障，排除后再檢測電路工作是否正常。對應(yīng)進(jìn)行編程調(diào)試時，分為兩個步驟：第一，對其進(jìn)行初始化（即寫入命令控制字，最好定義為輸出方式）。第二，將 LED結(jié)合起來，借助開發(fā)機(jī)，通過編制程序（最好采用“8”字循環(huán)程序）進(jìn)行調(diào)試。若調(diào)試通過后，就可以編制應(yīng)用程序了。軟件調(diào)試主要采用keil軟件調(diào)試編譯單片機(jī)程序。由于由于STC89C52可以擦寫上千次，所以在這個調(diào)試過程中，并沒有用仿真器來實踐，而是直接將程序燒寫進(jìn)單片機(jī)來操作。將通過KEIL軟件編譯通過的單片機(jī)程序生成的“.hex”文件用燒錄軟件通過下載線燒寫進(jìn)單片機(jī)中。、硬件整體調(diào)試軟、硬件聯(lián)調(diào)是將已經(jīng)調(diào)試通過的軟件和硬件結(jié)合起來一起進(jìn)行調(diào)試。這部分是單片機(jī)制作過程中最重要的調(diào)試部分。單一的軟件或是硬件的調(diào)試通過了并不能驗證總的方案的可行性。只有將整個系統(tǒng)的軟件硬件相結(jié)合連接起來進(jìn)行調(diào)試，也就是綜合調(diào)試。如果調(diào)試成功了才能說明此系統(tǒng)的功能實現(xiàn)，系統(tǒng)設(shè)計已經(jīng)成功。采用Keil軟件和硬件電路板進(jìn)行軟硬件聯(lián)合仿真，首先編譯單片機(jī)程序，然后運(yùn)行編譯的程序，程序檢查成功后，再把程序燒入硬件之中。對調(diào)試過程中出現(xiàn)的錯誤要仔細(xì)分析，然后不斷更正錯誤，直至達(dá)到理想效果為止。在軟硬件聯(lián)調(diào)時，根據(jù)在程序中設(shè)定的閾值，將打火機(jī)打火放到氣體傳感器周圍，這樣氣體傳感器就可以采集到相應(yīng)可燃?xì)怏w濃度，當(dāng)濃度超過預(yù)設(shè)閾值，蜂鳴器就會立即報警，同時吸合繼電器。結(jié)論本次設(shè)計對可燃性氣體報警控制器進(jìn)行了深入的研究，在參考國內(nèi)外一些資料的基礎(chǔ)上，比較合理地選擇了系統(tǒng)的設(shè)計方案，采用了“探測器+單片機(jī)控制電路”設(shè)計思路，由于具有操作簡單，實用性強(qiáng)，價格便宜，安全性高等特點(diǎn)，所以非常適合貯氣倉庫，以及家庭等場所使用，具有很高的實用價值。本次設(shè)計的可燃性氣體報警器由探測器與單片機(jī)控制電路兩大部分構(gòu)成。根據(jù)設(shè)計要求、使用環(huán)境、成本等因素，選用MQ2氣體傳感器。該傳感器是對以烷類氣體為主的多種可燃性氣體有良好敏感特性的廣譜型半導(dǎo)體敏感器件。它的靈敏度適中，響應(yīng)與恢復(fù)特性好，長期工作穩(wěn)定性、重現(xiàn)性、抗環(huán)境氣氛影響及抗溫濕度影響等性能均優(yōu)。該儀器采用了高性能STC89C52單片機(jī)作為核心電路，充分利用了STC89C52的高速數(shù)據(jù)處理能力和豐富的片內(nèi)設(shè)置，實現(xiàn)了儀器的小型化和智能化，使儀表具有結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定、成本低等優(yōu)點(diǎn)。應(yīng)用程序用C語言編寫，充分利用芯片資源，提高了測量精度和代碼執(zhí)行效率，減小代碼容量。對可燃性氣體采用濾波、線性化處理等，不但最大限度地排除現(xiàn)場噪聲干擾，降低可燃性氣體報警器誤報概率，而且易于在單片機(jī)中實現(xiàn)。此電路具有結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)試方便，線性度好，溫漂小等優(yōu)點(diǎn)。本次設(shè)計也存在著一些需要完善的地方，譬如讓檢測進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接，實行多點(diǎn)同時檢測、如何更加智能化的進(jìn)行報警工作，如何能更好的減少檢測誤差等問題值得去進(jìn)一步的研究和探討。本次設(shè)計的可燃性氣體報警控制警器靈敏度高，在測量范圍內(nèi)具有較理想的特性，適用于低流速的可燃性氣體測量。本課題的工作為便攜式儀器的研制和實用化提供了較好的實現(xiàn)方案，為今后該領(lǐng)域的研究提供了很好的參考依據(jù)。致謝本設(shè)計是在導(dǎo)師齊懷琴教授的悉心指導(dǎo)下完成的。從課題的選擇、理論研究、最終方案的確立到設(shè)計的撰寫、定稿，都滲透著導(dǎo)師的心血，她兢兢業(yè)業(yè)的工作作風(fēng)、科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和寬以待人、認(rèn)真負(fù)責(zé)的優(yōu)秀品質(zhì)必將在今后的學(xué)習(xí)和工作中時時激勵我、督促我。通過幾個月的畢業(yè)設(shè)計，我取得了很大的進(jìn)步，這與齊老師在生活上、工作上和學(xué)習(xí)上給予我的關(guān)心和幫助是分不開的，在此我深表謝意。同時向給過我?guī)椭耐瑢W(xué)表示由衷地感謝。在完成學(xué)業(yè)的過程中，家人的關(guān)懷和鼓勵給予了我支持和鼓力，使我順利完成學(xué)業(yè)。感謝他們20多年來始終如一的培養(yǎng)。在此謹(jǐn)向他們表示衷心地感謝! 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