便攜式語音環(huán)境參數(shù)測試儀設(shè)計-設(shè)計應(yīng)用

精品文檔-下載后可編輯便攜式語音環(huán)境參數(shù)測試儀設(shè)計-設(shè)計應(yīng)用1引言

人們健康意識和環(huán)保意識的逐漸增強使環(huán)境參數(shù)及其對身體的影響日益受到關(guān)注。然而現(xiàn)實生活中人們常常身處煤氣、香煙、酒精等有害氣體的包圍之中，但因沒有合適的測量儀器或因的測量儀器過于昂貴而不能方便地得知身邊環(huán)境中的各種參數(shù)值，因而無法知曉環(huán)境參數(shù)是否會對身體或環(huán)境構(gòu)成危害。這里介紹一種多功能環(huán)境測量儀的設(shè)計方法，該測量儀廉價、實用、便攜，并有語音播報測量值及有害氣體越限報警等多種功能。

2總體結(jié)構(gòu)與工作原理

該測量儀以凌陽16位單片機SPCE061A為控制，光線、溫度、濕度、氣體傳感器將獲得的環(huán)境信息量轉(zhuǎn)換為模擬電信號，經(jīng)A／D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的數(shù)字信號后交由CPU處理；CPU實時計算測量值并將結(jié)果送液晶顯示器顯示，同時進行語音播報。

設(shè)有鍵盤、紅外接收電路、人工復(fù)位和自動上電復(fù)位以及硬件看門狗電路。SPCE061A內(nèi)部帶有A／D、D／A轉(zhuǎn)換模塊，可以方便地實現(xiàn)模／數(shù)轉(zhuǎn)換和語音播報功能。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3硬件電路設(shè)計

3．1溫度光線模塊

溫度傳感器采用R450型負熱電阻，光線傳感器采用高靈敏度光敏電阻，該溫度傳感器和光線傳感器線性化較好，尤其在室內(nèi)環(huán)境下，且阻值隨外界物理量的變化較明顯，因而可省去中間放大電路直接與單片機10A端口相連。光線溫度測量模塊電路如圖2所示。整個電路由6V電池供電，2V的穩(wěn)壓管為A/D轉(zhuǎn)換電路提供2V基準電壓．可調(diào)電阻R1用來校準由溫漂和電源電壓降低引起的基準電壓的降低，R4與R6串聯(lián)，光線強度的變化通過風(fēng)分壓值的變化反應(yīng)，并輸入到單片機的IOAO端口，進行A/D轉(zhuǎn)換。IOA端口設(shè)置為懸浮輸入口，在單片機中定義變量iLM，光線測量得到的電壓數(shù)據(jù)存放在iLM中，并根據(jù)iLM判斷光線太強、太弱還是柔和。每1ms取1次A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，共取10次是為在100Hz的自然光的一個周期中都能取到數(shù)據(jù)。取10次測量平均值查表得到光強。溫度測量與光線測量原理基本相同。該模塊電路原理如圖2所示。

3．2氣體測量模塊

新型半導(dǎo)體氣體傳感器TGS2600能夠靈敏地感知空氣中的低濃度污染物的異味，如空氣中的低濃度香煙污染物和其他異味，對H2、CO等有較高的敏感度。該傳感器能檢測到幾個ppm級H2含量，傳感器基本測量電路如圖3所示。此傳感器要求有兩個電壓輸入：加熱器電壓VH和電路電壓VC1。加熱器電壓VH加于集成加熱器上以保持傳感器在一個特定的感應(yīng)溫度。電路電壓VC1被加載以便于測量與氣敏元件串聯(lián)的負載電阻電壓Vout。輸出電壓經(jīng)IOA4端口直接輸入單片機進行A／D轉(zhuǎn)換。

3．3濕度測量模塊

由于濕度傳感器HS1101是電容式的，所以要測量其電容值，利用單片機無法直接讀到，但利用SPCE061A的Feed-back功能可測得HS1101所在RC電路的工作頻率，這樣就可計算其電容值。為減小誤差，利用固定電容C6和電阻Rs構(gòu)成另一個Feedback電路作為濕度傳感器HS1101的基準，如圖4所示。根據(jù)圖4中的參數(shù)，為使?jié)穸葌鞲衅鱄S1101的工作頻率盡量接近10kHz，選擇一只620kΩ的電阻和HS1101形成Feedback1；390pF的電容作為基準和另一只620kΩ電阻形成Feedback2。

3．4紅外發(fā)射接收模塊

紅外發(fā)射接收采用38kHz載波，具有功耗低、抗干擾、距離遠等特點。獨立的遙控器可以使人們在室內(nèi)任何地方控制測試儀的播報、開關(guān)機等功能。發(fā)射器由一塊凌陽61板和一塊紅外發(fā)射電路組成。主程序調(diào)用鍵盤掃描程序讀取鍵值，如果是KEY1鍵按下，則調(diào)用KEY1發(fā)射程序，發(fā)射序列二進制10000000；KEY2鍵按下，則發(fā)射序列10000001；KEY3鍵按下則發(fā)射序列10000010。接收電路通過IOA7端口輸入單片機，主程序在每次測量完成后對IOA7端口進行掃描看是否有低電平起始信號到來，若有則繼續(xù)接收，否則主程序繼續(xù)向下執(zhí)行。系統(tǒng)上電后若接收到KEY1鍵發(fā)射序列．則開始測量顯示；若接收到KEY2鍵發(fā)射序列，則播報當前溫度光線濕度值和有害氣體濃度值。KEY3鍵可使系統(tǒng)進入睡眠狀態(tài)以降低功耗。

3．5鍵盤顯示單元

顯示單元選用128x64字符點陣液晶顯示屏SPLC501模塊組件，主要由LCD顯示器、LCD控制板和偏壓產(chǎn)生電路組成。分4行依次顯示當前溫度值、光線強度、有害氣體濃度、濕度等信息，如圖5所示。鍵盤模塊主要用于設(shè)定報警門限值。KEY1鍵為確定／取消功能，KEY2鍵為上調(diào)功能，KEY3鍵為下調(diào)功能。當KEY1鍵按下后溫度值會不斷閃爍，按下KEY2或KEY3鍵設(shè)定溫度閾值，設(shè)定好后再次按下KEY1鍵則光強值不斷閃爍，對光強閾值進行設(shè)定，按同樣的方法設(shè)定氣體濃度和濕度閾值，當設(shè)定好后停止按鍵，2s后系統(tǒng)自動重新開始測量。

4軟件設(shè)計

軟件采用模塊化設(shè)計方法，由主程序及鍵盤處理、數(shù)據(jù)采集、報警、語音、液晶顯示和紅外接收等子程序組成。系統(tǒng)主程序流程如圖6所示，該程序是控制和管理的，系統(tǒng)上電后進行初始化，完成后系統(tǒng)開始正常運轉(zhuǎn)，進行環(huán)境各參數(shù)的測定顯示及判斷超限報警等操作，然后檢測紅外接收是否有信號輸入并執(zhí)行顯示和語音播報等功能。

該系統(tǒng)溫度提醒上限為27℃，下限為16℃，光線強度分為20個等級，7級以下為光線太弱，16級以上為太強，太弱太強都會有語音提醒。有害氣體濃度分為100個等級，20級以下為無害區(qū)，系統(tǒng)不會報警。20級以上系統(tǒng)會不斷進行語音提醒，直到氣體濃度重新下降到20級以下。濕度在40％以下時不會提醒，在40％以上時系統(tǒng)會間斷提醒。在4個語音播報提醒的子程序中設(shè)定氣體播報為優(yōu)先級，因為有害氣體對人體危害，且易出事故。另外系統(tǒng)外留有繼電器輸出接口，可控制外部應(yīng)急設(shè)備，像排氣扇，燈光，加濕器等設(shè)備。根據(jù)不同地區(qū)不同環(huán)境參數(shù)的要求，系統(tǒng)簡單易行的參數(shù)設(shè)定功能可滿足各種不同的環(huán)境需求，如蔬菜大棚，工廠車間等。此系統(tǒng)編譯環(huán)境為unSPIDE2．0，使用匯編語言與C語言混合編寫，其中，中斷服務(wù)程序、A／D轉(zhuǎn)換及液晶顯示等相關(guān)底層程序由匯編語言編寫，其余像測量程序及語音播報等程序由C語言完成，程序量約22KB。

5結(jié)束語

按照上述原理研制出樣機。整個系統(tǒng)由測量、繼電器輸出控制、電池供電、紅外遙控器及顯示等5個模塊組成。經(jīng)實際測試，該系統(tǒng)對香煙、甲烷、酒精有非常靈敏的檢測報警能力，對溫度、濕度及光線的測定