智能樓宇煙霧濃度監控系統設計方案

王永豪

沈陽工學院

智能樓宇煙霧濃度監控系統設計方案

王永豪

沈陽工學院

該煙霧濃度監控系統可以方便地檢測煙霧等有害氣體，包括濃度上限設定、超出限制會做出報警等功能。該檢測系統充分利用單片機STC89C52RC的軟、硬件資源，設計相應的功能電路并選取合適的測量元件。具有測量范圍廣、測量精度高等特點。系統在硬件設計上充分考慮了可擴展性，經過一定的設計或改造，方便增加功能。系統控制核心為STC89C52RC單片機，監控控制外圍電路的情況。外圍功能電路有：時鐘與復位電路、煙霧、有害氣體檢測電路、A/D模數轉換電路、報警電路、液晶顯示電路、鍵盤輸入電路等。

軟件方面設計各個子程序完成相應功能，經主程序協調各個子程序完成總體系統功能。設計功能如下：

⑴系統可以檢測范圍內的煙霧濃度，并顯示濃度值；

⑵可以通過按鍵設置煙霧濃度報警值，當檢測濃度超過報警濃度值系統發出報警提示，發出報警后可以通過人工進行報警解除；

⑶具有一定安全處理能力，當達到報警濃度時，啟動相應機構，采取措施降低煙霧濃度。

根據上述具體要求設計方案如下：由總計方案將執行部分模塊化，分析總設計方案得出該設計系統必須包含如下結構：煙霧檢測模塊、A/D模數轉換模塊、數據顯示模塊、單片機最小系統、報警模塊、按鍵輸入模塊。

該設計系統是以單片機為控制核心，通過配合外圍電路完成顯示和報警功能，分析傳感器的反饋數據。軟件設計主要分為系統初始化、鍵盤檢測、一氧化碳濃度檢測、超限報警、LCD1602顯示等部分，所以每個功能模塊對于整體設計都是非常重要的，控制芯片通過軟件程序才能對外部的信息進行采集、分析和決策。

智能樓宇煙霧濃度監控系統的軟件設計。將系統軟件整體按硬件模塊劃分成相對應的子模塊，逐個模塊實現其功能，最終把各個子模塊合理的連接起來，構成總的程序。本程序的子程序有數據采集子程序、顯示子程序、鍵盤子程序等。主程序首先要對整個系統進行初始化，然后將采集到的數據傳給系統然后進行處理。

下面逐一對各個模塊的設計進行說明。

1 濃度采集模塊設計

本設計系統采用的是MQ-2煙霧傳感器進行煙霧濃度數據采集，選用的MQ-2集成傳感器擁有TTL（DOUT）與AO（AOUT）雙路信號輸出，模塊ACC引腳接電源正極，GND接電源負極，AO 接A/D轉換模塊的輸入，TTL空腳。由于STC89C52單片機不能直接處理模擬信號，設計中使用PCF8591模數轉換模塊處理模擬信號，將處理后的數字信號傳給單片機，接下來有單片機進一步處理數據。故在軟件程序設計中無需直接對MQ-2傳感器進行程序設計，利用PCF8591模數轉換模塊對其間接控制。

2 數據轉換模塊設計

PCF8591與單片機之間是I2C總線傳輸，在一般的傳送數據過程中有開始信號、結束信號和應答信號三種類型的信號。信號產生方式如下：

⑴開始信號：SCL為高電平時，SDA由高電平微延時后向低電平跳變，開始傳送數據；

⑵結束信號：SCL為高電平時，SDA由低電平微延時后向高電平跳變，結束傳送數據；

⑶應答信號：相當于一個智能延時函數，在接收到8bit數據后，單片機向受控單元發出一個信號后，等待受控單元發出一個應答信號，單片機接收到應答信號后，根據實際情況作出是否繼續傳遞信號的判斷。

3 顯示模塊設計

液晶顯示模塊在執行每條指令之前要確認模塊的忙標志，要先輸入顯示字符地址，以便模塊在相應位置顯示字符。常見的液晶模塊大多都是基于HD44780液晶芯片的字符型顯示模塊，其中最為常見的LCD1602模塊是一種專門用于顯示字母、數字、符號的顯示模塊，有16引腳與14引腳兩種，LCD液晶屏16引腳與14引腳的區別就是前者具有屏幕背光功能，更容易觀察顯示內容。1602液晶顯示模塊可與STC89C52直接接口，顯示子程序要包含了寫命令函數、初始化函數、寫數據函數和寫字符串數據。

4 按鍵模塊設計

單片機常見的按鍵輸入方式有矩陣按鍵和獨立按鍵兩種。矩陣行列式鍵盤適用于按鍵數目較多的場合，它的組成是部分有行線和列線，而按鍵的位置位于行線與列線的交點上。因此一個3×3的行線與列線組成的矩陣行列式鍵盤共有有9個按鍵構成。在需要用到的按鍵的數量很多的時候，矩陣行列式鍵盤與獨立式鍵盤相比起來，就會節省更多的不必要占用的I/O口線。由于本設計用按鍵較少，故選用獨立按鍵。按鍵一端接電源GND，另一端接單片機I/O口。

在按鍵子程序中判斷按鍵松開，設定短時間內按鍵按下并松開為變化一個調整單位，在按鍵按下一定時間并未松開時，調整單位會不斷變化，這樣更方便設定煙霧濃度的限制值。

5 報警模塊設計

報警判斷子程序主要包括實時濃度與設定上限濃度的比較，以及報警模塊的控制，為提高系統報警準確性，在判斷濃度時采用延時判斷方式。報警器由蜂鳴器電路構成，只需將三極管基極所連接I/O為高電平即可啟動蜂鳴器發出報警，調節機構繼電器與蜂鳴器啟動方式相同。

姜姍。