第四章 空氣質(zhì)量檢測儀的軟件設(shè)計

1、第四章 空氣質(zhì)量檢測儀的軟件設(shè)計4.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計思路4.1.1編程語言的選擇硬件設(shè)計結(jié)束之后，剩下的主要任務(wù)是軟件設(shè)計。使用不同軟件會導(dǎo)致硬件系統(tǒng)功能出現(xiàn)差異，具體設(shè)計標準為：1. 可靠性設(shè)計的關(guān)鍵指標是可靠性，具備強大的抗干擾實力。2. 便于維護、便于理解所設(shè)計的軟件需要讓人輕松閱讀、了解和使用，便于改正問題，進行修改與擴充。3. 準確性確保信息記載的精確性，提高系統(tǒng)精確度。4. 實時性系統(tǒng)可以及時響應(yīng)外部情況，并及時作出反饋，進行處理。當前出現(xiàn)四種語言可以使用，pl/m51語言、匯編語言、c語言、basi語言。使用相對普遍的是匯編與c語言，前者的機器代碼控制性突出，綜合效率較高，但是它

2、的移植性不高。而c語言的特點主要有：有良好的移植性，存儲空間占用小，編制的程序效率高，運行速度較快。可以及時反應(yīng)計算機的實際情況，此外能寫出效率高的程序；其能和接口電路、存儲器聯(lián)系，也能申請中斷；其便于閱讀與維修，并且具有良好的模塊化。根據(jù)本系統(tǒng)的要求及特點，使用c語言進行編寫。4.1.2 軟件功能需求家用空氣質(zhì)量檢測儀一般包含核心控制器、溫濕度傳感器采集、人機接口、ad轉(zhuǎn)換等多個模塊。不同模塊的主要功能參考下表內(nèi)容:表4.1 各模塊功能描述table4.1 each module function description功能模塊功能描述溫濕度傳感器采集模塊對室內(nèi)溫濕度進行實時監(jiān)測ad轉(zhuǎn)換模塊

3、完成信號采集與數(shù)據(jù)傳輸核心控制模塊系統(tǒng)時基分配，人機接口控制人機接口模塊按鍵控制，動態(tài)信息顯示甲醛傳感器采集模塊對室內(nèi)甲醛氣體進行實時監(jiān)控聲光報警器模塊及時報警4.1.3 低功耗軟件設(shè)計對低功耗系統(tǒng)來說，設(shè)計的關(guān)鍵性被大眾所輕視。此處主要原因是，假如硬件出現(xiàn)問題會直接表現(xiàn)出來，但對于軟件來說，不但比較難于發(fā)現(xiàn)問題，有時甚至找不到問題所在。此外，目前并不存在相對嚴苛的標準來判定軟件的低功耗屬性。但是依舊需要把低功耗特性呈現(xiàn)在軟件內(nèi)，進而降低綜合功耗。4.2 軟件模塊設(shè)計4.2.1主程序模塊設(shè)計在硬件已經(jīng)確定的基礎(chǔ)上，要用軟件來實現(xiàn)其需要達到的功能。相比較其它語言，c語言程序可讀性強、編寫方便、快

4、捷。所以，本系統(tǒng)釆用c語言編寫。軟件要具備現(xiàn)實功能是，籌集傳感器信號，之后開展信息研究與統(tǒng)計，把其傳送且呈現(xiàn)到液晶顯示屏上，設(shè)計報警功能。系統(tǒng)程序順利開啟時，提前實施初始化，此處包含，單片機的ram、寄存器、定時器裝載初值、不同模塊初始化和中斷設(shè)計等。全部完結(jié)之后，cpu等待傳感器進入信號，ad轉(zhuǎn)換完結(jié)，進而呈現(xiàn)出精準的監(jiān)控參數(shù)。上述系統(tǒng)借助模塊化的結(jié)構(gòu)，包含參數(shù)設(shè)定的子程序、主程序以及初始化的程序進行構(gòu)成。當程序開始運作的時候，應(yīng)先對溫濕度傳感器、51型號的單片機實行初始化，之后通過采用鍵盤對溫濕度以及甲醛的參考值進行設(shè)置。傳感器進而開始對溫濕度以及甲醛濃度數(shù)據(jù)進行采集，同時和參考值進行比較

5、。要是這些數(shù)據(jù)比設(shè)定值要大的話，蜂鳴器將會發(fā)出一些警報聲，led燈會閃爍告知人們應(yīng)采取一定的措施去改善空氣的質(zhì)量，并且對于傳感器采集到的一些數(shù)據(jù)，lcd 顯示器將會顯示出，方便人們對空氣超標參數(shù)進行采取適當?shù)男袆?。要是這些數(shù)據(jù)比設(shè)定值小的話，lcd 將會顯示出此刻的數(shù)據(jù)，一直到下次采集到的數(shù)據(jù)傳輸過來。如圖4.1：圖4.1 流程圖fig.4.14.2.2 ad轉(zhuǎn)換模塊ad轉(zhuǎn)化需要相應(yīng)時期，此時使用中斷查詢法或延時等待法。前者就是ad結(jié)束轉(zhuǎn)換之后，向中斷輸出端輸出中斷請求信息，告知cpu結(jié)束轉(zhuǎn)換，可讀取信息。后者就是設(shè)置一段可以讓ad完成轉(zhuǎn)換的時間，讓cpu位于等待狀態(tài)，在此時間結(jié)束之后，cpu

6、再進行數(shù)據(jù)的讀取。整合本設(shè)計需求和相關(guān)條件，采用延時等待法。如圖4.2圖4.2 ad流程圖fig.4.2 4.2.3液晶顯示模塊本設(shè)計主要使用可顯示32字符的1602液晶顯示面板，符合現(xiàn)實需求。1602和cpu并口通信，由單片機的p2.5、p2.6、p2.7引腳控制1602的讀寫信息命令的功能，p0口把信息傳送到1602呈現(xiàn)。系統(tǒng)上電后，lcd開始初始化，液晶顯示按照時序給定顯示地址，然后進行數(shù)據(jù)傳輸。上電后，液晶顯示屏開始循環(huán)顯示三個被測量的范圍以及測量結(jié)果。如圖4.3圖4.3 顯示模塊工作流程圖fig.4.3 4.2.4聲光報警模塊采用蜂鳴器進行聲音報警，通過3個綠色以及3個紅色的發(fā)光二極

7、管進行光報警，當甲醛等有毒氣體含量沒有超過測量范圍時，顯示綠色，當含量超標時，顯示紅色，此外開啟蜂鳴器報警。子程序開啟之前，設(shè)置具體閾值，儲存在不同變量中，傳感器輸入ad轉(zhuǎn)換值之后，開啟比較程序，低于閾值，就開啟顯示程序，高于閾值，需要開啟聲光報警。參考圖4.4圖4.4 聲光報警流程圖fig.4.4 4.2.5按鍵模塊設(shè)計按鍵功能，是為了可以手動調(diào)整測量數(shù)據(jù)的安全范圍，并進行手動和自動的切換，本設(shè)計選用了五個獨立式按鍵，設(shè)定鍵用來進入、退出上下限調(diào)節(jié)，在設(shè)定鍵缺少按下且上調(diào)鍵按下時，轉(zhuǎn)入上調(diào)鍵的第二個功能，完成用戶手動與自動控制的切換。4.2.6甲醛傳感器模塊由于室內(nèi)的甲醛氣體對人體的危害甚大

8、，而各種家居設(shè)備、裝修時用到的工具原料等都會產(chǎn)生甲醛氣體并潛伏在室內(nèi)。因此，對于甲醛的檢測，設(shè)計選擇英國 dart sensors 甲醛傳感器，其可以相對精準的測試目前甲醛的濃度值，屬于定量檢測，并可以對數(shù)據(jù)進行精確計算及處理， 而不會產(chǎn)生較大的誤差。對于小孩或者一些抵抗力較低的人而言，若檢測的甲醛數(shù)值處于國家標準值附近，對其身體還是有很大危害的。因此定量的檢測可以得到當前具體的甲醛數(shù)值而進行相應(yīng)的處理。甲醛傳感器主要利用空氣內(nèi)甲醛氣體 分子和電解液彼此影響，正負極上會出現(xiàn)氧化還原反應(yīng)，產(chǎn)生電流信號，在一般情況下，空氣中的甲醛氣體濃度很低， 所以產(chǎn)生的電流信號也很微小， 其輸出電流為250-300na/ppm。所以，在傳感器輸出電流的電路中串入 1m 的電阻，使電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號，而此時的電壓值是毫伏級的，即可得出當前空氣中的甲醛濃度值。程序流程如圖4.2圖4.2 甲醛傳感器流程圖fig.4.2 4.2.7溫濕度傳感器模塊dht11 傳感器采用單總線數(shù)據(jù)傳輸方式，完成傳輸數(shù)據(jù)所需時間大概是 4ms ，傳輸內(nèi)容包含溫濕度的小數(shù)以及整數(shù)部分、校驗和，傳輸一次完整的數(shù)據(jù)為 40 比特，這 40 比特數(shù)據(jù)中前 16 比特是濕度信息，此處前 8比特傳輸?shù)氖菨穸鹊?/p>