智能楼宇烟雾浓度监控系统设计方案

王永豪

沈阳工学院

智能楼宇烟雾浓度监控系统设计方案

王永豪

沈阳工学院

该烟雾浓度监控系统可以方便地检测烟雾等有害气体，包括浓度上限设定、超出限制会做出报警等功能。该检测系统充分利用单片机STC89C52RC的软、硬件资源，设计相应的功能电路并选取合适的测量元件。具有测量范围广、测量精度高等特点。系统在硬件设计上充分考虑了可扩展性，经过一定的设计或改造，方便增加功能。系统控制核心为STC89C52RC单片机，监控控制外围电路的情况。外围功能电路有：时钟与复位电路、烟雾、有害气体检测电路、A/D模数转换电路、报警电路、液晶显示电路、键盘输入电路等。

软件方面设计各个子程序完成相应功能，经主程序协调各个子程序完成总体系统功能。设计功能如下：

⑴系统可以检测范围内的烟雾浓度，并显示浓度值；

⑵可以通过按键设置烟雾浓度报警值，当检测浓度超过报警浓度值系统发出报警提示，发出报警后可以通过人工进行报警解除；

⑶具有一定安全处理能力，当达到报警浓度时，启动相应机构，采取措施降低烟雾浓度。

根据上述具体要求设计方案如下：由总计方案将执行部分模块化，分析总设计方案得出该设计系统必须包含如下结构：烟雾检测模块、A/D模数转换模块、数据显示模块、单片机最小系统、报警模块、按键输入模块。

该设计系统是以单片机为控制核心，通过配合外围电路完成显示和报警功能，分析传感器的反馈数据。软件设计主要分为系统初始化、键盘检测、一氧化碳浓度检测、超限报警、LCD1602显示等部分，所以每个功能模块对于整体设计都是非常重要的，控制芯片通过软件程序才能对外部的信息进行采集、分析和决策。

智能楼宇烟雾浓度监控系统的软件设计。将系统软件整体按硬件模块划分成相对应的子模块，逐个模块实现其功能，最终把各个子模块合理的连接起来，构成总的程序。本程序的子程序有数据采集子程序、显示子程序、键盘子程序等。主程序首先要对整个系统进行初始化，然后将采集到的数据传给系统然后进行处理。

下面逐一对各个模块的设计进行说明。

1 浓度采集模块设计

本设计系统采用的是MQ-2烟雾传感器进行烟雾浓度数据采集，选用的MQ-2集成传感器拥有TTL（DOUT）与AO（AOUT）双路信号输出，模块ACC引脚接电源正极，GND接电源负极，AO 接A/D转换模块的输入，TTL空脚。由于STC89C52单片机不能直接处理模拟信号，设计中使用PCF8591模数转换模块处理模拟信号，将处理后的数字信号传给单片机，接下来有单片机进一步处理数据。故在软件程序设计中无需直接对MQ-2传感器进行程序设计，利用PCF8591模数转换模块对其间接控制。

2 数据转换模块设计

PCF8591与单片机之间是I2C总线传输，在一般的传送数据过程中有开始信号、结束信号和应答信号三种类型的信号。信号产生方式如下：

⑴开始信号：SCL为高电平时，SDA由高电平微延时后向低电平跳变，开始传送数据；

⑵结束信号：SCL为高电平时，SDA由低电平微延时后向高电平跳变，结束传送数据；

⑶应答信号：相当于一个智能延时函数，在接收到8bit数据后，单片机向受控单元发出一个信号后，等待受控单元发出一个应答信号，单片机接收到应答信号后，根据实际情况作出是否继续传递信号的判断。

3 显示模块设计

液晶显示模块在执行每条指令之前要确认模块的忙标志，要先输入显示字符地址，以便模块在相应位置显示字符。常见的液晶模块大多都是基于HD44780液晶芯片的字符型显示模块，其中最为常见的LCD1602模块是一种专门用于显示字母、数字、符号的显示模块，有16引脚与14引脚两种，LCD液晶屏16引脚与14引脚的区别就是前者具有屏幕背光功能，更容易观察显示内容。1602液晶显示模块可与STC89C52直接接口，显示子程序要包含了写命令函数、初始化函数、写数据函数和写字符串数据。

4 按键模块设计

单片机常见的按键输入方式有矩阵按键和独立按键两种。矩阵行列式键盘适用于按键数目较多的场合，它的组成是部分有行线和列线，而按键的位置位于行线与列线的交点上。因此一个3×3的行线与列线组成的矩阵行列式键盘共有有9个按键构成。在需要用到的按键的数量很多的时候，矩阵行列式键盘与独立式键盘相比起来，就会节省更多的不必要占用的I/O口线。由于本设计用按键较少，故选用独立按键。按键一端接电源GND，另一端接单片机I/O口。

在按键子程序中判断按键松开，设定短时间内按键按下并松开为变化一个调整单位，在按键按下一定时间并未松开时，调整单位会不断变化，这样更方便设定烟雾浓度的限制值。

5 报警模块设计

报警判断子程序主要包括实时浓度与设定上限浓度的比较，以及报警模块的控制，为提高系统报警准确性，在判断浓度时采用延时判断方式。报警器由蜂鸣器电路构成，只需将三极管基极所连接I/O为高电平即可启动蜂鸣器发出报警，调节机构继电器与蜂鸣器启动方式相同。

姜姗。