球團生產火災報警系統軟件的設計與開發

刀剛　劉元宇　潘廷文

【摘 要】球團生產目的是通過燒結球團的方式為冶金高爐提供強度適中、化學成分穩定和冶金性能良好的爐料，球團的生產經歷了配料、造球、轉運、煤氣加壓和豎爐焙燒等過程，由于球團生產過程工藝復雜，因此火災隱患始終困擾著球團生產的過程。基于以上原因，火災報警系統的研究和設計是球團生產過程中必須考慮的問題，為此文章以攀枝花水鋼紅發礦業有限公司球團生產為例，在系統硬件的設計基礎上，基于軟件設計的架構，對系統的主程序、濾波子程序、報警子程序、控制按鍵子程序及顯示驅動子程序等進行設計與開發，實現了球團生產過程中的火災報警系統的設計，該系統為保障企業球團安全生產和火災預警具有十分重要的意義。

【關鍵詞】火災報警系統;軟件編程;設計與開發

【中圖分類號】TU892 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2020）08-0050-03

0 引言

球團生產目的是通過燒結球團的方式為冶金高爐提供強度適中、化學成分穩定和冶金性能良好的爐料，在球團的生產過程經歷了配料、烘干、潤磨、造球、生篩、轉運、煤氣加壓和豎爐焙燒等過程，由于球團生產過程工藝復雜，因此火災隱患始終困擾著球團生產的過程，事故一旦發生，不僅影響安全生產進程，而且將造成極大的生命和財產損失。因此，為了消除生產過程中的火災隱患，保障企業球團正常的生產，避免球團生產過程中火災的發生，研究火災報警系統對企業的球團安全生產具有十分重要的意義。

球團企業的防火災報警系統由硬件電路和軟件編程兩個部分構成，本研究在系統硬件設計的基礎上，對系統的軟件進行設計。

1 球團生產系統的設計要求和設計方案

1.1 球團生產火災報警系統的設計要求

基于企業球團生產的特點，對火災報警系統的設計要求如下：？譹？訛對廠區的溫度和煙霧濃度的監控適實顯示在顯示屏上。？譺？訛采用聲（蜂鳴器）和光（二極管）報警方式進行報警。？譻？訛煙霧濃度分為0～160等級，溫度范圍可以在0～99 ℃變化，并且用戶可以根據使用的環境設置這兩個參數。？譼？訛在實現報警或者實現其他的功能時，系統不會對溫度和煙霧濃度的采集過程產生影響。

1.2 球團生產火災報警系統的設計方案

基于球團企業火災報警系統設計要求，本系統的設計方案如圖1所示，在設計方案中采用DS18B20作為溫度傳感器，MQ-2作為煙霧傳感器，通過按鍵電路對報警的閾值參數進行設置，通過LCD1602對溫度和煙霧濃度進行顯示，通過蜂鳴器和LED燈實現聲光報警。

2 軟件設計架構

攀枝花水鋼紅發礦業有限公司球團生產廠火災報警系統軟件的設計是在硬件電路設計完成的基礎上進行的，整個軟件采用模塊化設計結構，并利用C語言進行編程，其具體的設計內容是主程序設計、濾波子程序設計、報警子程序設計、控制按鍵子程序的設計及顯示驅動子程序的設計，其中主程序是整個單片機程序設計的主體，軟件設計的主要思路是將各獨立子模塊通過編程聯系起來，實現系統總的功能，其具體設計架構如圖2所示。

3 系統軟件的設計與開發

3.1 系統主程序的設計

主程序是整個單片機程序設計的主體，設計完成后的主程序存放于單片機STC89C52RC中，啟動后循環執行，本系統的主程序設計過程如下：要讓傳感器收集外界信息，先要將傳感器進行預加熱，這是因為煙霧傳感器MQ-2在沒有接通電源的情況下放置一段時間后，再次接通電源，傳感器不能立即采集到煙霧濃度信息，而將產生誤報警，所以需要一定的時間進行預熱處理。當系統上電程序初始化結束后，系統再進行閾值設定，DS18B20數字溫度傳感器和MQ-2煙霧傳感器開始與單片機通信，傳輸溫度和煙霧濃度的數據到單片機，當單片機接收到數據后，將溫度和煙霧濃度數據與事先設定的閾值進行比較，從而決定是否啟動蜂鳴器報警，同時將溫度和煙霧濃度數據值適時顯示在LCD1602上，其流程如圖3所示。

3.2 濾波子程序設計

當傳感器對信號進行采集時，經常會遇到某些干擾脈沖。這些干擾脈沖會影響采集點的數據而產生較大的誤差，為此采用中位值平均濾波算法解決這個問題，其具體過程如下：？譹？訛將N個被采集的數據進行比較，去掉其中最大和最小的數據。？譺？訛計算剩余的N–2個數據的算術平均值。這種方法不僅可以濾去脈沖干擾，還可以濾去幅度較小的隨機電磁脈沖，確保報警系統檢測煙霧濃度和溫度的精準度，從而降低誤報的可能，其具體的濾波子程序流程如圖4所示。

3.3 報警子程序設計

當溫度與煙霧的濃度超過球團生產火災報警系統所設置的閾值時，報警系統就會開始工作，并發出一種刺耳的報警聲，同時LED燈閃爍。在程序設計時，為了防止系統誤報的問題，對于傳感器所采集的溫度和煙霧濃度信息需要進行快速重復的檢測和延時報警，這是為了區別煙道中煙霧的泄漏和開閥瞬間所產生的微量可燃煙霧，具體的報警子程序流程如圖5所示。

3.4 按鍵檢測子程序流程序

對端口、LCD顯示、DS18B20及MQ-2進行初始化之后，程序進入主循環。首先循環檢測按鍵模塊，在開始時，I/O口給出了一個高電平，然后微控制器連續檢測I/O口是否變低。當按鍵被按下時，它相當于I/O口連接到低電平，使按鈕能觸發狀態。最后確定觸發哪個鍵，并執行相應的功能，其檢測模塊流程圖如圖6所示。

3.5 LCD1602液晶顯示器程序設計

本系統采用的是LCD1602液晶顯示器作為環境狀態顯示，LCD1602直接通過引腳與單片機相連，初始化完成后即可使用;在使用LCD1602時，先判斷此模塊的忙標志位是否為低電平，若為低電平，則表示系統不忙，可以根據初始化設置進行顯示數據。它執行的整個過程如下：單片機首先執行LCD1602的初始化程序，然后執行延時等待程序，等待DS18B20和MQ-2傳感器采集數據，最后單片機向LCD1602發送數據即寫入數據后，LCD1602讀取寫入地址，根據寫入地址在LCD1602上顯示內容。LCD1602液晶顯示模塊的軟件程序流程如圖7所示。

4 系統硬件設計

球團生產火災報警系統由硬件電路和軟件編程兩個部分組成，系統只有在硬件電路設計完成以后，才能對系統進行軟件編的設計與開發，為此本系統采用了AT89C51系列單片機作為系統的主控芯片、DLCD1602液晶顯示器作為環境狀態監測顯示、蜂鳴器和LED燈作為聲光報警、S18B20作為數字溫度傳感器、MQ-2作為煙霧傳感器、ADC0832作為AD轉換電路，并采用按鍵電路實現功能設置等單元電路，將這些硬件單元電路進行級聯，就完成了系統整個硬件電路的設計。

5 系統仿真與測試

基于所設計的硬件電路，將所設計的程序下載到系統的單片機中，通過系統的軟件調試、硬件調試及軟硬件的聯合調試后，系統實現了以下的基本功能：？譹？訛上電后，當溫度傳感器檢測到的溫度超過設定閾值或者煙霧傳感器檢測到的煙霧值超過煙霧設定閾值時，蜂鳴器報警，LED紅燈閃爍;？譺？訛溫度傳感器檢測到的實際溫度值和煙霧傳感器所檢測到的實際煙霧濃度值將時適顯示在LCD1602液晶顯示屏上（如圖8所示）。通過實驗測試達到了設計要求所賦予的全部功能。

6 結語

通過以上討論可以看出，基于攀枝花水鋼紅發礦業有限公司球團生產廠的防火災系統設計要求，在系統硬件電路設計的基礎上，提出了軟件設計架構，利用C語言進行編程，對系統進行了主程序設計、濾波子程序設計、報警子程序設計、按鍵控制子程序設計及顯示驅動子程序的設計等，通過Proteus仿真和實驗表明，系統實現了球團生產的環境狀態實時監測顯示和火災聲光報警的功能，本系統對于企業的球團安全生產和火災預警具有十分重要的意義。

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