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單片機一氧化碳檢測儀的控制系統設計論文

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ID:325312 發表于 2018-5-22 10:10 | 只看該作者 回帖獎勵 |倒序瀏覽 |閱讀模式

基于單片機的一氧化碳檢測儀的控制系統設計


摘要

一氧化碳檢測儀是一種用于公共場所及室內具有檢測及超限報警功能的儀器。其設計方案基于AT89C52單片機,選擇瑞士蒙吧波公司的CO/CF-1000一氧化碳傳感器。系統將傳感器的標準信號通過AD0832為核心的A/D轉換電路調理后,經由單片機進行數據處理,最后由LCD顯示一氧化碳濃度值。

文中詳細介紹了數據采集子系統、數據處理過程以及數據顯示子系統和報警電路的設計方法和過程。系統對于采樣地點超出規定的一氧化碳容許濃度時采用三極管驅動的單音頻報警電路提醒監測人員。同時,操作人員對于具體報警點的上限值可以通過單片機編程進行設置。另外,該系統對濃度信號進行了信號補償等處理,減少了測量誤差,因此,具有較高的測量精度,而且結構簡單,性能優良。

關鍵詞:一氧化碳檢測;單片機;數據采集處理系統


1 前言              1

1.1一氧化碳的危害              1

1.2一氧化碳檢測儀的種類              1

1.3課題的背景和意義              2

2 檢測儀系統總體設計              3

3 一氧化碳檢測儀硬件設計              4

3.1硬件結構設計              4

3.2硬件選擇與設計              4

3.2.1 MCU的選擇與設計              4

3.2.2單片機最小系統的實現              6

3.2.3數據采集系統的選擇與設計              8

3.2.4模數轉換的選擇與設計              9

3.2.5按鍵選擇與設計              10

3.2.6外圍擴充存儲器的選擇與設計              11

3.2.7時鐘芯片選擇與設計              12

3.2.8上拉電阻的選擇與設計              13

3.2.9液晶顯示器選擇與設計              14

3.2.10報警電路選擇與設計              16

3.3硬件設計主電路圖              17

4 軟件設計              18

4.1軟件設計結構的設計              18

4.2主程序模塊的設計              18

4.3模數轉換模塊的設計              19

4.4按鍵模塊的設計              20

4.5時鐘模塊的設計              21

4.6液晶顯示模塊的設計              22

5 系統仿真              23

結論              27

致謝              28

附錄              29

參考文獻              30





1 前言

1.1一氧化碳的特性及危害

一氧化碳是無色、無臭、無味、有毒的氣體,熔點﹣199℃,沸點﹣191.5℃。標準狀況下氣體密度為l.25g/L,和空氣密度(標準狀況下1.293g/L)相差很小,這也是容易發生煤氣中毒的因素之一。

一氧化碳分子中碳元素的化合價是+2價,能進一步被氧比成+4價,從而使一氧化碳具有可燃性和還原性,一氧化碳能夠在空氣中或氧氣中燃燒,生成二氧化碳。

一氧化碳中毒(carbon monoxide poisoning),亦稱煤氣中毒。一氧化碳是無色、無臭、無味的氣體,故易于忽略而致中毒。常見于家庭居室通風差的情況下,煤爐產生的煤氣或液化氣管道漏氣或工業生產煤氣以及礦井中的一氧化碳吸入而致中毒。

中毒原理:一氧化碳會與肺部的血紅蛋白結合,造成機體缺氧。

一是輕度中毒。患者可出現頭痛、頭暈、失眠、視物模糊、耳鳴、惡心、嘔吐、全身乏力、心動過速、短暫昏厥。血中碳氧血紅蛋白含量達10%-20%。

二是中度中毒。除上述癥狀加重外,口唇、指甲、皮膚粘膜出現櫻桃紅色,多汗,血壓先升高后降低,心率加速,心律失常,煩躁,一時性感覺和運動分離(即尚有思維,但不能行動)。癥狀繼續加重,可出現嗜睡、昏迷。血中碳氧血紅蛋白約在30%-40%。經及時搶救,可較快清醒,一般無并發癥和后遺癥。

三是重度中毒。患者迅速進入昏迷狀態。初期四肢肌張力增加,或有陣發性強直性痙攣;晚期肌張力顯著降低,患者面色蒼白或青紫,血壓下降,瞳孔散大,最后因呼吸麻痹而死亡。經搶救存活者可有嚴重合并癥及后遺癥。

一氧化碳的后遺癥。中、重度中毒病人有神經衰弱、震顫麻痹、偏癱、偏盲、失語、吞咽困難、智力障礙、中毒性精神病。部分患者可發生繼發性腦病。

1.2 一氧化碳檢測儀的種類

目前,市場上一氧化碳檢測儀的種類是多種多樣,目前應用得較為廣泛的是熱催化監測方式,但由于多種可熱性氣體都能催化氧化燃燒,導致檢測精度下降,另外,采用這種方式的檢測儀體積和功率都較大,不便于隨身攜帶,本設計提出的一種采用點調制非光紅外(NDIR)氣體成分分析技術檢測一氧化碳氣體的方法,該方法提高了檢測精度,大大降低了檢測儀的尺度和功耗,延長了電池供給時間,體積和功耗的有效降低。

1.3課題的背景和意義

在當今社會發展中,現代化的發展給人類帶了很大的方便,但與此同時,人生安全越來越受到人們的重視,一氧化碳在工業領域所給我們帶來的方便不言而喻,但它對人體的危害也是顯而易見的。所以我們設計一款基于單片機控制的一氧化碳檢測儀,對一氧化碳進行檢測,為人們提供了安全的保障。

2一氧化碳檢測儀系統總體設計

本論文主要完成一氧化碳檢測儀軟件和硬件仿真設計,設計內容包括:A/D轉換器程序、控制程序、超標報警、鍵盤檢測、數據顯示等。

本系統采用單片機為控制核心,以實現一氧化碳檢測儀的基本控制功能。系統主要功能內容包括:數據處理、時間設置、開始測量、超標報警、鍵盤檢測、自動休眠,儀器若不進行測量操作,5分鐘后自動進入休眠模式,以降低電源消耗。本系統設計采用功能模塊化的設計思想,系統主要分為總體方案設計、硬件和軟件的設計三大部分。根據任務書上的要求進行綜合分析,總設計方案分為以下幾個步驟:

(1)硬件系統電路的設計;

(2)軟件系統主程序及其相關子程序的編寫;

(3)系統電路及軟件的調試;

(4)結論。

3一氧化碳檢測儀硬件設計

3.1硬件結構設計

硬件設計部分主要包括:單片機、A/D轉換器、時鐘芯片、LCD、外圍擴展數據RAM等芯片的選擇;硬件主電路設計、數據采集、模數轉換電路設計、液晶顯示電路設計、外圍擴充存儲器接口電路、時鐘電路、復位電路、鍵盤接口電路等功能模塊電路設計。硬件結構框圖3-1。


圖3-1 硬件結構框圖

3.2硬件選擇和設計

3.2.1AT89C52單片機的選擇

本系統采用AT89C52單片機。而目前世界上較為著名的8位單片機的生產廠家和主要機型如下:

美國Intel公司:MCS—51系列及其增強型系列;

美國Motorola公司:6801系列和6805系列;

美國Atmel公司:89C51等單片機;

美國Zilog公司:Z8系列及SUPER8;

美國Fairchild公司:F8系列和3870系列;

美國Rockwell公司:6500/1系列;

美國TI(德克薩司儀器儀表)公司:TMS7000系列;

NS(美國國家半導體)公司:NS8070系列等等。

盡管單片機的品種很多,但是在我國使用最多的還是Intel公司的MCS—52系列單片機和美國Atmel公司的89C52單片機。

MCS—51系列單片機包括三個基本型8031、8051、8751。

本系統采用AT89C52單片機為控制核心。而相比之下52型功能更為強大,ROM和RAM存儲空間更大,52還兼容51指令系統。基于本系統設計內容的需要,綜合考慮后,我們選擇單片機ATME公司的AT89C52為控制核心;主要基于考慮AT89C52是一個低電壓,高性能CMOS 8位單片機,片內含8KB的可反復擦寫的Flash只讀程序存儲器和256 bytes的隨機存取數據存儲器(RAM)、6個中斷源;時鐘頻率0~24MHz;器件采用高密度、非易失性存儲技術生產,并兼容標準MCS-51指令系統,功能強大。

AT89C52是美國ATMEL公司生產的低電壓,高性能CMOS 8位單片機,片內含8K bytes的可反復擦寫的只讀程序存儲器(PEROM)和256K bytes的隨機存取數據存儲器,器件采用ATMEL公司的高密度,非易失性存儲技術生產,與標準MCS-51指令系統及8052產品引腳兼容,片內置通用8位中央處理器和FLASH存儲單元,功能強大,AT89C52單片機適合于許多較為復雜控制應用場合。

圖3-2 引腳圖

主要性能參數:

與MCS-51產品指令和引腳完全兼容;

8K字節可重擦寫FLASH閃存存儲器;

1000次寫/擦循環;

時鐘頻率:0Hz~24MHz;

三級加密存儲器;

256字節內部RAM;

32個可編程I/O口線;

3個16位定時/計數器;

6個中斷源;

可編程串行UART通道。

3.2.2單片機最小系統的設計

采用AT89C52來設計一個單片機系統能運行起來的需求最小的系統,電路圖見圖3-3:

圖3-3 單片機最小系統圖

上圖的最小單片機系統包含有晶振電路和復位電路,AT89C52芯片組成。

(1)晶振電路

晶振電路在各種指令的微操作在時間上有嚴格的次序,這種微操作的時間次序稱作時序, AT89C52的時鐘產生方式有兩種,一種是內部時鐘方式,一種是外部時鐘方式。

本系統中采用了內部時鐘方式,為了盡量降低功耗的原則。電路圖見圖3-4。


圖3-4 晶振電路圖

在89C52單片機的內部有一個震蕩電路,只要在單片機的XTAL1和XTAL2引腳外接石英晶體(簡稱晶振)就構成了自激振蕩器并在單片機內部產生時鐘脈沖信號,圖中電容器C1和C2穩定頻率和快速起振,晶振CRY選擇的是12MHz。

(2)復位電路

①復位的意義

復位電路在單片機工作中仍然是不可缺少的主要部件中,單片機工作時必須處于一種確定的狀態。端口線電平和輸入輸出狀態不確定可能使外圍設備誤動作,導致嚴重事故的發生;內部一些控制寄存器(專用寄存器)內容不確定可能導致定時器溢出、程序尚未開始就要中斷及串口亂傳向外設發送數據。

②復位電路原理


圖3-5 上電復位電路圖

本設計中復位電路采用的是上電復位與手動復位電路,開關未按下是上電復位電路,上電復位電路在上電的瞬間,由于電容上的電壓不能突變,電容處于充電(導通)狀態,故RST腳的電壓與VCC相同。隨著電容的充電,RST腳上的電壓才慢慢下降。選擇合理的充電常數,就能保證在開關按下時是RST端有兩個機器周期以上的高電平從而使AT89C52內部復位。開關按下時是按鍵手動復位電路,RST端通過電阻與VCC電源接通,通過電阻的分壓就可以實現單片機的復位。電路圖見圖3-6:

圖3-6 復位電路圖

3.2.3數據采集系統的選擇與設計

(1)一氧化碳傳感器的選擇:

一氧化碳傳感器選用CO/CF-1000探頭組成,如下表3-1。

3-1傳感器參數

名稱

一氧化碳傳感器 CO/CF-1000

測量范圍

0 - 1 000 ppm

輸 出

100±20nA/ppm

分辨率

0.05 ppm

響應時間 (T 90)

﹤50 seconds

濕度范圍

15-90 %RH(非凝結)

最大零點漂移(20℃to 40℃)

10 ppm

長期漂移

﹤2% /每月

推薦負載值

10Ω

線性度輸出

線性

(2)從傳感器過來的電壓信號,必須采集,濾波,放大,轉換才能被MCU識別和處理。由于假若每一路都設置放大、濾波等器件,那么成本會很大,所以信號的采集一般用多路模擬通路進行選擇。然而選擇多路模擬開關時必須考慮以下的幾個因素:通道數量、切換速度、開關電阻和器件的封裝形式。總之數據采集與硬件的選擇有很大的關系。

(3)測量電路

測量電路由CO/CF-1000一氧化碳傳感器、ADC0832組成。當空氣被內部的采樣系統接收后,產生一個與一氧化碳濃度成正比的電壓信號,該電壓信號經ADC0832與AT89C52單片機相連,在顯示器上顯示出一氧化碳的濃度值,當超過國家規定的標準時報警。

3.2.4模數轉換器的選擇與簡介

(1)由于ADC0832模數轉換器具有8位分辨率、雙通道A/D轉換、輸入輸出電平與TTL/CMOS相兼容、5V電源供電時輸入電壓在0~5V之間、工作頻率為250KHZ 、轉換時間為32微秒、一般功耗僅為15MW等優點,適合本系統的應用,所以我們采用ADC0832為模數轉換器件。電路圖見圖3-7如下:

圖3-7 模數轉換電路圖

(2)ADC0832 具有以下特點:

①8位分辨率;

②雙通道A/D轉換;

③輸入輸出電平與TTL/CMOS相兼容;

④5V電源供電時輸入電壓在0~5V之間;

⑤工作頻率為250KHZ,轉換時間為32μS;

⑥一般功耗僅為15mW;

⑦8P、14P—DIP(雙列直插)、PICC 多種封裝;

⑧商用級芯片溫寬為0℃到+70℃,工業級芯片溫寬為−40℃到+85℃;

芯片接口說明:

①CS_片選使能,低電平芯片使能;

②CH0模擬輸入通道0,或作為IN+/-使用;

③CH1模擬輸入通道1,或作為IN+/-使用;

④GND芯片參考0電位(地);

⑤DI數據信號輸入,選擇通道控制;

⑥DO數據信號輸出,轉換數據輸出;

⑦CLK芯片時鐘輸入;

⑧Vcc/REF電源輸入及參考電壓輸入(復用)。

單片機對ADC0832的控制原理:

正常情況下ADC0832與單片機的接口應為4條數據線,分別是CS、CLK、DO、DI。但由于DO端與DI端在通信時并未同時有效并與單片機的接口是雙向的,所以電路設計時可以將DO和DI并聯在一根數據線上使用。當ADC0832未工作時其CS輸入端應為高電平,CLK和DO/DI的電平可任意。當要進行A/D轉換時,先將CS使能端置于低電平并且保持低電平直到轉換完全結束。同時由處理器向芯片時鐘輸入端CLK 輸入時鐘脈沖,DO/DI端則使用DI端輸入通道功能選擇的數據信號。

(3)測量量程

由于ADC0832模數轉換器的位數為8位,所以ADC0832模數轉換器的精度為:10ppm/256=0.039ppm。

3.2.5按鍵選擇與簡介

(1)本系統選擇獨立式按鍵。鍵盤分為:獨立式和矩陣式兩類,每一類按其編碼方法又可以分為編碼和非編碼兩種。本系統具有人機對話功能,該功能即能隨時發出各種控制命令和數據輸入以及和LCD連接顯示運行狀態和運行結果。由于本系統只有UP、DOWN、OK、CANCEL4個控制命令,所需按鍵較少,所以本系統選擇獨立式按鍵。電路圖見圖3-8。

圖3-8 按鍵電路圖

(2)獨立式按鍵是直接用I/O口線構成的單個按鍵電路。每個獨立式按鍵占有一根I/O口線。各根I/O口線之間不會相互影響。在此電路中,按鍵輸入部采用低電平有效,上拉電阻保證了按鍵斷開時,I/O口線有確定的高電平,(AT89C52.P1口內部接有上拉電阻)所以就不需要再外接上拉電阻。

(3)鍵盤抖動的消除:抖動的消除大致可以分為硬件削抖和軟件削抖。

硬件削抖是采用硬件電路的方法對鍵盤的按下抖動及釋放抖動進行削抖,經過削抖電路后使按鍵的電平信號只有兩種穩定狀態。

3.2.6外圍擴充存儲器的選擇

由于考慮AT89C52單片機具有8KB的程序存儲器(ROM),256B的數據存儲器(RAM),由于考慮到本系統的數據處理與存儲所需的容量,現在需要擴充存儲器的容量。在應用中要保存一些參數和狀態,本系統選用AT24C128存儲器。電路圖見圖3-9。

圖3-9 外圍擴充存儲電路圖

3.2.7時鐘芯片選擇與設計

在本系統,我們選擇了DS1302時鐘芯片。因為此系統需要記錄測量發生的時間,所以需要時鐘芯片來記錄不同時間的監測數據,因此我們在系統中加入了時鐘芯片。

(1)我們時鐘電路選擇的芯片是DS1302,其內含一個實時時鐘/日歷和31字節靜態RAM,可以通過串行接口與單片機通信。而通信時,僅需要3個口線:①RES(復位),②I/O數據線,③SCLK(串行時鐘)。時鐘/RAM的讀/寫數據以一字節或多達31字節的字符組方式通信。

(2)DS1302主要性能有:時鐘能計算2100年之前的秒、分、時、日、日期、星期、月、年的能力,還有閏年的調整能力;讀/寫時鐘或RAM數據時,有單字節和多字節傳送兩種方式,與DS1202/TTL兼容。

(3)DS1302引腳概述:X1,X2;振蕩源,外接32.768KHZ晶振;SCLK:串行時鐘輸入端。見表3-2。

寄存器名

命令字

取值

范圍

各位內容

寫操作

讀操作

7

6

5

4

3~0

秒寄存器

80H

81H

00~59

CH

10SEC

SEC

時寄存器

84H

85H

01~12 00~23

12/24

0

10/(A/P)

HR

HR

日寄存器

86H

87H

01~28,29、30、31

0

0

10DATE

DATE

月寄存器

88H

89H

01~12

0

0

0

10M

MONTH

周寄存器

8AH

8BH

01~07

0

0

0

0

DAY

年寄存器

8CH

8DH

01~99

10YEAR

YEAR

保護寄存器

8EH

8FH

WP

0

0

0

0

慢充電寄存器

90H

91H

TCS

TCS

TCS

TCS

DS

DS

RS

RS

時鐘突發寄存器

BEH

BFH

3-2時鐘控制字對照表

(4)DS1302數據輸入/輸出時序

數據輸入是在輸入寫命令字的8個SCLK周期之后,在接下來的8個SCLK周期中的每個脈沖的上升沿輸入數據,數據從0位開始。如果有額外的SCLK周期,它們將被忽略。



圖3-10 時鐘電路圖

數據輸出是在輸出命令字的8個SCLK周期之后,在接下來的8個SCLK周期中的每個脈沖的下降沿輸出數據,數據從0位開始。需要注意的是,第一個數據位在命令字節的最后一位之后的第一個下降沿被輸出。只要RST保持高電平,如

果有額外的SCLK周期,將重新發送數據字節,即多字節傳送。其電路圖見圖3-10。

3.2.8上拉電阻的選擇

在主電路圖中接在P0口處有一個排阻RP1,由于P0口沒有內接上拉電阻,為了為P0口外接線路有確定的高電平,所以要接上排阻RP1,以確保有P0口有穩定的電平。電路連接圖見圖3-11。


      圖3-11 上拉電阻電路圖

3.2.9液晶顯示器選擇

我們選用了AMPIRE128X64液晶顯示模塊,是由于本系統要有顯示裝置完成顯示功能,顯示器最好能夠顯示數據、圖形,考慮到同種LCD顯示器的屏幕越大體積越大,功耗越大的特點,該型號顯示器消耗電量比較低,可以滿足系統要求。該類液晶顯示模塊采用動態的液晶驅動,可用5V供電。AMPIRE128X64液晶共有22個引腳。如表3-3所示。

3-3引腳說明

管腳名稱

管 腳 定 義

/CSA

片選1

/CSB

片選2

VSS

數字地

VDD

邏輯電源+5V

V0

對比度調節

R/S

指令數據通道

R/W

讀寫選擇

E

使能選擇

DB0-DB7

數據線

CS1

片選1

CS2

片選2

/RES

復位信號

VEE

液晶驅動電源

LED+

LED背光正電源

LED-

LED接地端

AMPIRE128X64液晶顯示模塊與計算機的接口電路有兩種方式。分為直接訪問方式和間接控制方式。直接訪問方式是把液晶模塊作為存儲器或I/O設備直接接在單片機的總線上,單片機以訪問存儲器或I/O設備的方式操作液晶顯示模塊的工作。間接控制方式則不使用單片機的數據系統,而是利用它的I/O口來實與顯示模塊的聯系。即將液晶顯示模塊的數據線與單片機的Pl口連接作為數據總線,另外三根時序控制信號線通常利用單片機的P3口中未被使用的I/O口來控制。這種訪問方式不占用存儲器空間,它的接口電路與時序無關,其時序完全靠軟件編程實現。本系統采用間接控制方式。液晶顯示電路連接原理圖見圖下:

(2)LCD按其顯示方式通常可以分為斷式、點字符式、點陣式等。還有黑白、多灰度、彩色顯示等。

①字符顯示:字符顯示比較復雜,一個字符由16x8點陣組成,即要找到和顯示屏是某幾個位置對應的RAM區的字節,再使不同的位置為“1”其他的為“0”;為“1”的點亮,為“0”的不亮,這樣就顯示出一個字符。

②漢字顯示:漢字顯示和字符顯示的原理差不多,就是一個漢字一般采用圖形方式,事先從微機中用字模軟件提取要顯示的漢字的點陣碼,每個漢字占32B,分為兩部分,各16B。根據在LCD上開始顯示的行列號及每行的列數就可以找出顯示RAM的對應地址,送上漢字要顯示的第一字節,以此類推,最后送完32B,這樣漢字就顯示出來了。

系統的液晶顯示字體和字母的顯示就是按照上述的原理顯示的,點陣碼是用字模軟件在相同的設置區域找出的。然后把提取的點陣碼放入編寫的LCD軟件程序里。

(3)陣碼獲取過程簡介:首先,打開軟件,然后新建文件,因為漢字占32B所以設置其為高度和寬度16x16。取模方式選擇C51格式在文字輸入區輸入漢字,在點陣區生成點陣碼,例如在文字輸入區輸入“歡”字,其點陣碼生成如下:

圖3-13 點陣生成截圖

3.2.10報警電路的選擇



圖3-14 單頻音報警電路圖

圖3-14 報警電路接線圖

在單片機應用系統中,一般的工作狀態可以通過指示燈或數碼顯示來指示,供操作人員參考,了解系統的工作狀況。但對于緊急狀態,比如系統檢測到的錯誤狀態等,往往還需要有某種更能引人注意,及時采取措施,往往還需要有某種更能引人注意,提起警覺的報警信號。這種報警信號通常有三種類型:一是閃光報警,因為閃動的指示燈更能提醒人們注意;二是鳴音報警,發出特定的音響,作用于人的聽覺器官,易于引起和加強警覺;三是語音報警,不僅能起到報警作用,還能直接給出警報種類的信息。其中,前兩種報警裝置因硬件結構簡單,軟件編程方便,常常在單片機應用系統中使用;而語音報警雖然警報信息較直接,但硬件成本高,結構較復雜。單頻音報警實現單頻音報警的接口電路比較簡單,其發音元件通常可采用壓電蜂鳴器,當在蜂鳴器兩引腳上加3~15V直流工作電壓,就能產生3kHZ左右的蜂鳴振蕩音響。壓電式蜂鳴器,約需10mA的驅動電流,可在某端口接上一只三極管和電阻組成的驅動電路來驅動,如圖3-14所示。在圖3-14中,P1.0接三極管基極輸入端,當P1.0輸出高電平“1”時,三極管導通,蜂鳴器的通電而發音,當P1.0輸出低電平“0”時,三極管截止,蜂鳴器停止發音。

3.3 硬件設計主電路圖,見附錄一。

4軟件設計

4.1軟件設計結構

軟件設計部分主要包括:主程.序/子程序流程的設計、功能模塊程序的編寫、軟/硬件結合調試與演示。主要包括以下功能模塊:51驅動、檢測、液晶顯示、時鐘、鍵盤、模數軟換,軟件結構框圖4-1。

      圖4-1 軟件結構框圖

4.2主程序模塊的設計

主程序實現的功能:與硬件相結合實現便攜式一氧化碳檢測儀的各個功能。主要是檢測與顯示,時間調整與顯示,數據存儲,功能子函數的調用,見圖4-2。

圖4-2 主程序流程圖

檢測主程序程序見附錄二。

4.3模數轉換的設計

(1)模數轉換模塊的主要功能就是將經放大器放大的模擬電壓信號轉化為MCU能夠處理的數字信號,并傳送給單片機。

(2)ADC0832轉換的流程圖見下圖4-3。

圖4-3數轉換流程圖

(3)ADC0832程序見附錄三。

4.4按鍵模塊的設計

(1)按鍵時顯現人機對話的一個控制按鈕,通過按鍵的操作,對系統進行發送操作指令,后經與MCU串行通信,然后在液晶上顯示。

(2)按鍵查詢式的流程圖見下圖:

圖4-4 按鍵查詢式的流程圖

(3)按鍵程序見附錄四。

4.5時鐘模塊的設計

(1)DS1302模塊主要是用于設置時間和與MCU通信經LCD顯示時間。

(2)時鐘模塊操作流程圖見下圖:

圖4-5 時鐘模塊操作流程圖

(3)時鐘程序見附錄五。

4.6液晶顯示模塊的設計

(1) LCD模塊在本系統中主要起著開界面漢字顯示,以及各控制效果的顯示。采用直接訪問方式。液晶顯示的操作流程圖見下圖4-6。


圖4-6 液晶顯示的操作流程圖

(2)液晶程序見附錄六。

5系統仿真

ProteusISIS是英國Labcenter公司開發的電路分析與實物仿真軟件。它運行于Windows操作系統上,可以仿真、分析(SPICE)各種模擬器件和集成電路,該軟件的特點是:

(1)實現了單片機仿真和SPICE電路仿真相結合。具有模擬電路仿真、數字電路仿真、單片機及其外圍電路組成的系統的仿真、RS232動態仿真、I2C調試器、SPI調試器、鍵盤和LCD系統仿真的功能;有各種虛擬儀器,如示波器、邏輯分析儀、信號發生器等。

(2)支持主流單片機系統的仿真。目前支持的單片機類型有:68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各種外圍芯片。

(3)提供軟件調試功能。在硬件仿真系統中具有全速、單步、設置斷點等調試功能,同時可以觀察各個變量、寄存器等的當前狀態,因此在該軟件仿真系統中,也必須具有這些功能;同時支持第三方的軟件編譯和調試環境,如Keil C51 uVision2等軟件。

(4)具有強大的原理圖繪制功能。總之,該軟件是一款集單片機和SPICE分析于一身的仿真軟件,功能極其強大。本章介紹Proteus ISIS軟件的工作環境和一些基本操作。

圖5-1 ISIS 6 Professional圖標

進入Proteus ISIS:雙擊桌面上的ISIS 6 Professional圖標(見圖5-1)或者單擊屏幕左下方的“開始”→“程序”→“Proteus 6 Professional”→“ISIS 6 Professional”,出現如圖5-2所示屏幕,表明進入Proteus ISIS集成環境。工作界面:Proteus ISIS的工作界面是一種標準的Windows界面,如圖5-2所示。包括:標題欄、主菜單、標準工具欄、繪圖工具欄、狀態欄、對象選擇按鈕、預覽對象方位控制按鈕、仿真進程控制按鈕、預覽窗口、對象選擇器窗口、圖形編輯窗口。


圖5-2 工作界面

完成了本系統的硬件設計和軟件設計后,對其進行了總體調試并且仿真運行,使用的是proteus軟件,當硬件設計和軟件設計都完成的時候就可以看到虛擬的基于單片機的低功耗計數系統的運行,以下為仿真效果:

(1)編譯結束,添加HEX文件到仿真圖中運行,本系統主界面顯示圖如圖5-3所示。


圖5-3 主界面顯示圖

(2)系統接下來顯示,4個基如本操作功能,“√”為該操作顯示項,圖5-4。


圖5-4 功能界面

(3)選擇“開始”,單擊“OK”鍵,便有下面測量選擇界面,如圖5-5。


圖5-5 測量選擇界面

(4)再按“OK”,則顯示檢測數據,范圍0-10ppm。如圖5-6。

圖5-6 測量界面顯示圖

(5)4個功能的操作和演示是相同的,以下為“時間設置”顯示圖,如圖5-7。



圖5-7 當前時間顯示圖

(6)小結:本系統原先打算設計“開始”、“ 時間設置”、“ 數據存儲”“通訊設置”等4個基本功能,后由于條件所限,并未做出全部的功能,但這次的畢業設計,收獲還是很多的。今后我會進一步進完善該系統。



結論

本一氧化碳檢測儀的設計體積小,質量輕,性價比高。主要分為硬件設計和軟件設計。基本實現了設計前對該系統所要求實現的功能。

軟件是基于C語言編寫的,具有很好的可控性、模塊化和移植性。編寫的思路以模塊化思想,將系統的各個功能進行劃分,然后對各個模塊進行設計。本系統的主要模塊為一氧化碳檢測、A/D轉換、液晶顯示和時鐘設置。

軟件與硬件相結合的仿真演示出了一氧化碳檢測儀主要的工作情況。但由于是電信號模擬,和真實一氧化碳檢測有一定區別,而且所學知識有限,本系統實現的功能不是很健全,但在設計過程中讓自己學會了很多。

致謝

本論文是在殷強老師的悉心指導下完成的。從選題到完成,每一步都是在強老師的指導下完成的,傾注了殷老師大量的心血。在此,謹向強老師表示崇高的敬意和衷心的感謝。

  我的畢業課題是便攜式一氧化碳檢測儀的設計,是一個實際的小工程。作為一個自考本科的學生,我對實際的工程設計認識不夠,經驗不足,難免在設計的整體框架中,有很多的細節沒有考慮。但老師給予我鼓勵和很多寶貴的建議,并且悉心引導,給予我一個比較清晰的設計思路,幫助我解決了許多設計上的困難。最后還要感謝在百忙之中進行論文評審的老師們,對論文的不足之處敬請批評點。


附錄一 硬件設計圖


附錄二 檢測主程序程序



完整的Word格式文檔51黑下載地址(含源碼):

基于單片機的一氧化碳檢測儀的控制系統設計---副本.doc (733 KB, 下載次數: 97)


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沙發
ID:725865 發表于 2020-4-17 22:07 | 只看該作者
你好,有沒有Proteus仿真文件可以分享一下嗎?
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