车间环境安全监控系统软件系统设计(附件)
本次的论文设计主要是基于ST89C52单片机的车间环境的智能监控系统，系统采用DHT11温湿度传感器芯片作为温湿度的检测，nRF24L01无线传输模块用于主机与从机之间的数据传输，MQ-2烟雾传感器是作为烟雾的检测，GP2Y1010灰尘传感器则是作为粉尘的检测。在主机上面可以通过LCD1602显示出从机上面的检测数值。除了以上的这些模块，还包括了按键处理和超限报警处理，从而可以实现上下限温湿度给定值的设定和超限时的控制模块的工作情况。在本文中介绍了系统的硬件和软件两个部分，重点在于系统的软件程序部分。其中包括了应用系统的介绍、器件选型、软件的设计流程和部分程序的解释。
关键词 单片机，C语言，传感器，环境监控
目 录
1 引言 1
1.1 背景 1
1.2 国内外发展现状 1
1.3 意义 2
1.4 课题主要内容 2
2 开发环境及器件选择 3
2.1 开发环境介绍 3
2.2 器件的选型 6
3 系统软件设计介绍 20
3.1 整体系统结构 20
3.2 系统从机流程图 20
3.3 系统主机部分流程图 25
4 仿真与调试 31
结论 37
致谢 38
参考文献 39
附录 40
1 引言
1.1 背景
随着现代技术的飞速发展并且普遍存在于我们的生活中，设备的性能程度越来越高，每个行业对车间环境的都提高了要求。以前的车间安全监测方法是以人为基本，用人工轮流值班的方式，员工来回查看等方法去测量和记载环境信息资料。在这样的办法下，人力资源没有得到很 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
好的利用，效率很低，而且明显的欠缺准确性。从历年来的事故中可以发现大多数都是由人为因素而造成的，员工的个人能力有限不能很好的完成整个管理系统[1]。而单片机的实时监控功能可解决此问题。单片机的内部各个部件之间联系密切，数据的传输不是很容易受到外面环境的影响，所以它用单片机完成的产品可靠性很高。单片机是为了工业控制的要求而设计的，因此单片机的可控能力很强。在生产是成本较低，单片机芯片的价格较低，能够适合大量的生产产品。因为需求较多，单片机的品种和型号发展的快且多，也满足了很多领域的要求[2]。多种物理量的采集与控制也可以用其他模块与单片机相连接而获得。完整的车间环境安全监控系统可实现各设备的运行参数收集、工作模式及报警信息[3]。一方面可以真实反映出被监控现场对象设备的每一种工作情况、运行的参数值，另一方面也能满足远程的控制操作监控现场对象。伴随着现代人们的生活水平的不断提高，在产品的质量，精度等各方面都提出了进一步的要求。在车间生产的过程中，车间内的环境对产品的质量，安全，对设备的运行与维护，对生产工人的人命安全都有很大的影响。利用单片机对车间的生产环境进行实时，有效的监控是刻不容缓的事情。
1.2 国内外发展现状
由于当今人们的社会环保意识的加强，现在很多东西都用环保的招牌来吸引顾客，从而人们对于环保的追求需要很大。对于上述的问题采用了现在普遍使用的MQ-2传感器，因为它采用多层过滤，且具有高灵敏性相，充分分离出烟雾的危害物质，是一种最理想使车间内的空气达到车间环境的产品[4]。当烟雾分散开来时，经过使用烟雾传感器MQ-2感应到烟雾存在的浓度超出设定值，主机的程序出现了报警现象同时使继电器打开，转动从机上的马达，风扇便可以运行了，烟雾是被风扇内部活性炭和负离子的过滤外壳所产生的吸入所分离，释放出健康的空气[5]。根据同样的道理，也可以运用到车间的环境检测。
伴随着科学技术水平的提高，如今关于温湿度研究，检测体系朝着智能化、小型化、低功耗的目标发展。在发展的过程中，用STC89C52为中心的温度和湿度控制体系向着体积小、操控简易、机能巩固、测量准确度高等很多长处在生产的各个方面发挥着举足轻重的功用[6]。从车间整体的环境监控方面来说，不可或缺的要对温湿度值的采集。好比监测一个粮食仓库内部环境体系，要重点的观察两个数值—湿度值和温度值，按照粮食保护法须对粮食仓库内的各个点的粮食温度和湿度进行随机抽查，以便及时采取相应的措施。监测这些环境因子可以采用现代先进的技术，经过传感器主动进行整个系统环境的监测控制，使生产成本下降，这种趋势越加普遍。因为电子行业的快速前进，所以近年来温湿度控制仪的发展非常快速，同时形成了集成电路和高集成电路，控制仪器逐步微小化、多功能化发展[7]。
1.3 意义
一个好的的环境可以促进生产，改良社会生活，形成人与自然协调。在过去的生活中，我们也会看到很多关于工厂车间内发生事故的报道，煤矿爆炸，失火漏电，气体泄漏等。这些危害就在我们的身边，威胁着很多人的生命财产安全。因此在车间的各个重要位置，一般都需要装设环境安全监控模块，记录温湿度、气体、颗粒物数据值供管理人员查询。不管监控体系控制台处于各种情况，均应立即发出提示警报，显示告警讯息。全部的告警讯息一概采用可以看见、可以听到的声光报警信号。对于工厂而言安全的环境监控可以提高企业的生产效率，机器在运行中出现的任何问题都可以在细小的改变中得以发现，以便工作人员及时的维护，保证生产工作的正常运行。对于生产设备而言很多高精度仪器仪表都需要不同的室内温度对其进行保护，所以温湿度的监测对于机器设备是必不可少的部分。在一些特殊的工作环境内，例如烟卷厂，石油提炼，煤矿，医药制造等对于周围环境中的粉尘颗粒、有害气体的浓度要求都很高，严重的威胁着工作人员的生命安全[8]。因此精密的监测和及时的维护显得至关重要。
1.4 课题主要内容
车间环境的安全监控主要在于灰尘颗粒、温湿度和有害气体等方面的检测。另外对于检测到的模拟数量要进行模数转换，转换成数字量与设定的界限值进行比较，确定是否超出或低于标准，从而发出警报。同时，车间内还需要进行无线通信系统，在不同的模块要进行全双工的联系，实现一方面的监测。在监测的同时，如果数据超出所设定的范围，需要及时的反应到报警显示模块中，好通知工作人员进行处理解决，以免影响产品的质量或损坏机器设备。
比如对温湿进行监控的方法环节如下：传感器接受外界温湿度，单片机根据感应到的温湿度有没有超限。若温度湿度的值被接受到的不同寻常的信号，就会输出信号报警；最后判别异样有没有处理完成，如果处理完成，就可以消除警报。就本次要求而言就可以使用一些继电器带动其他部件对车间的温度湿度进行控制，提高环境管理的实时有效性。同样的道理可以监控出灰尘颗粒，有害气体。
2 开发环境及器件选择
2.1 开发环境介绍
在本次课题中采用的是在Keil uvision4将写好的代码下载到STC89C52中。Keil uVision4使用快捷窗体办理体系，使开发人员可以运用多台监视仪器进行监测，同时
保证了在每个地方都可以通过视觉上对窗口的位置整体掌管。新的用户界面提供一个整洁，高效的地利用屏幕空间和组织许多个窗口开发应用程序的环境[9]。
图2.1 Keil uvision4的工作界面
具有多个窗口管理系统的最新版的Keil uVision4，具有可以实现将其拖放到视图内的每个地方，其中包含了使用多个显示器窗口，补充了更多普遍化的功用，窗口管理系统的灵活性增强了，可以通过系统窗口浏览器显示除了设备以外的寄存器资源，调试出之前视图并建立多个窗口布局等特点。
将程序存放到单片机中可以使用串口（RxD/P3.0，TxD/P3.1）。
1 引言 1
1.1 背景 1
1.2 国内外发展现状 1
1.3 意义 2
1.4 课题主要内容 2
2 开发环境及器件选择 3
2.1 开发环境介绍 3
2.2 器件的选型 6
3 系统软件设计介绍 20
3.1 整体系统结构 20
3.2 系统从机流程图 20
3.3 系统主机部分流程图 25
4 仿真与调试 31
结论 37
致谢 38
参考文献 39
附录 40
1 引言
1.1 背景
随着现代技术的飞速发展并且普遍存在于我们的生活中，设备的性能程度越来越高，每个行业对车间环境的都提高了要求。以前的车间安全监测方法是以人为基本，用人工轮流值班的方式，员工来回查看等方法去测量和记载环境信息资料。在这样的办法下，人力资源没有得到很 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
好的利用，效率很低，而且明显的欠缺准确性。从历年来的事故中可以发现大多数都是由人为因素而造成的，员工的个人能力有限不能很好的完成整个管理系统[1]。而单片机的实时监控功能可解决此问题。单片机的内部各个部件之间联系密切，数据的传输不是很容易受到外面环境的影响，所以它用单片机完成的产品可靠性很高。单片机是为了工业控制的要求而设计的，因此单片机的可控能力很强。在生产是成本较低，单片机芯片的价格较低，能够适合大量的生产产品。因为需求较多，单片机的品种和型号发展的快且多，也满足了很多领域的要求[2]。多种物理量的采集与控制也可以用其他模块与单片机相连接而获得。完整的车间环境安全监控系统可实现各设备的运行参数收集、工作模式及报警信息[3]。一方面可以真实反映出被监控现场对象设备的每一种工作情况、运行的参数值，另一方面也能满足远程的控制操作监控现场对象。伴随着现代人们的生活水平的不断提高，在产品的质量，精度等各方面都提出了进一步的要求。在车间生产的过程中，车间内的环境对产品的质量，安全，对设备的运行与维护，对生产工人的人命安全都有很大的影响。利用单片机对车间的生产环境进行实时，有效的监控是刻不容缓的事情。
1.2 国内外发展现状
由于当今人们的社会环保意识的加强，现在很多东西都用环保的招牌来吸引顾客，从而人们对于环保的追求需要很大。对于上述的问题采用了现在普遍使用的MQ-2传感器，因为它采用多层过滤，且具有高灵敏性相，充分分离出烟雾的危害物质，是一种最理想使车间内的空气达到车间环境的产品[4]。当烟雾分散开来时，经过使用烟雾传感器MQ-2感应到烟雾存在的浓度超出设定值，主机的程序出现了报警现象同时使继电器打开，转动从机上的马达，风扇便可以运行了，烟雾是被风扇内部活性炭和负离子的过滤外壳所产生的吸入所分离，释放出健康的空气[5]。根据同样的道理，也可以运用到车间的环境检测。
伴随着科学技术水平的提高，如今关于温湿度研究，检测体系朝着智能化、小型化、低功耗的目标发展。在发展的过程中，用STC89C52为中心的温度和湿度控制体系向着体积小、操控简易、机能巩固、测量准确度高等很多长处在生产的各个方面发挥着举足轻重的功用[6]。从车间整体的环境监控方面来说，不可或缺的要对温湿度值的采集。好比监测一个粮食仓库内部环境体系，要重点的观察两个数值—湿度值和温度值，按照粮食保护法须对粮食仓库内的各个点的粮食温度和湿度进行随机抽查，以便及时采取相应的措施。监测这些环境因子可以采用现代先进的技术，经过传感器主动进行整个系统环境的监测控制，使生产成本下降，这种趋势越加普遍。因为电子行业的快速前进，所以近年来温湿度控制仪的发展非常快速，同时形成了集成电路和高集成电路，控制仪器逐步微小化、多功能化发展[7]。
1.3 意义
一个好的的环境可以促进生产，改良社会生活，形成人与自然协调。在过去的生活中，我们也会看到很多关于工厂车间内发生事故的报道，煤矿爆炸，失火漏电，气体泄漏等。这些危害就在我们的身边，威胁着很多人的生命财产安全。因此在车间的各个重要位置，一般都需要装设环境安全监控模块，记录温湿度、气体、颗粒物数据值供管理人员查询。不管监控体系控制台处于各种情况，均应立即发出提示警报，显示告警讯息。全部的告警讯息一概采用可以看见、可以听到的声光报警信号。对于工厂而言安全的环境监控可以提高企业的生产效率，机器在运行中出现的任何问题都可以在细小的改变中得以发现，以便工作人员及时的维护，保证生产工作的正常运行。对于生产设备而言很多高精度仪器仪表都需要不同的室内温度对其进行保护，所以温湿度的监测对于机器设备是必不可少的部分。在一些特殊的工作环境内，例如烟卷厂，石油提炼，煤矿，医药制造等对于周围环境中的粉尘颗粒、有害气体的浓度要求都很高，严重的威胁着工作人员的生命安全[8]。因此精密的监测和及时的维护显得至关重要。
1.4 课题主要内容
车间环境的安全监控主要在于灰尘颗粒、温湿度和有害气体等方面的检测。另外对于检测到的模拟数量要进行模数转换，转换成数字量与设定的界限值进行比较，确定是否超出或低于标准，从而发出警报。同时，车间内还需要进行无线通信系统，在不同的模块要进行全双工的联系，实现一方面的监测。在监测的同时，如果数据超出所设定的范围，需要及时的反应到报警显示模块中，好通知工作人员进行处理解决，以免影响产品的质量或损坏机器设备。
比如对温湿进行监控的方法环节如下：传感器接受外界温湿度，单片机根据感应到的温湿度有没有超限。若温度湿度的值被接受到的不同寻常的信号，就会输出信号报警；最后判别异样有没有处理完成，如果处理完成，就可以消除警报。就本次要求而言就可以使用一些继电器带动其他部件对车间的温度湿度进行控制，提高环境管理的实时有效性。同样的道理可以监控出灰尘颗粒，有害气体。
2 开发环境及器件选择
2.1 开发环境介绍
在本次课题中采用的是在Keil uvision4将写好的代码下载到STC89C52中。Keil uVision4使用快捷窗体办理体系，使开发人员可以运用多台监视仪器进行监测，同时
保证了在每个地方都可以通过视觉上对窗口的位置整体掌管。新的用户界面提供一个整洁，高效的地利用屏幕空间和组织许多个窗口开发应用程序的环境[9]。
图2.1 Keil uvision4的工作界面
具有多个窗口管理系统的最新版的Keil uVision4，具有可以实现将其拖放到视图内的每个地方，其中包含了使用多个显示器窗口，补充了更多普遍化的功用，窗口管理系统的灵活性增强了，可以通过系统窗口浏览器显示除了设备以外的寄存器资源，调试出之前视图并建立多个窗口布局等特点。
将程序存放到单片机中可以使用串口（RxD/P3.0，TxD/P3.1）。
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