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1、第四章 空气质量检测仪的软件设计4.1 系统软件设计思路4.1.1编程语言的选择硬件设计结束之后，剩下的主要任务是软件设计。使用不同软件会导致硬件系统功能出现差异，具体设计标准为：1. 可靠性设计的关键指标是可靠性，具备强大的抗干扰实力。2. 便于维护、便于理解所设计的软件需要让人轻松阅读、了解和使用，便于改正问题，进行修改与扩充。3. 准确性确保信息记载的精确性，提高系统精确度。4. 实时性系统可以及时响应外部情况，并及时作出反馈，进行处理。当前出现四种语言可以使用，PL/M51语言、汇编语言、C语言、BASI语言。使用相对普遍的是汇编与C语言，前者的机器代码控制性突出，综合效率较高，但是它
2、的移植性不高。而C语言的特点主要有：有良好的移植性，存储空间占用小，编制的程序效率高，运行速度较快。可以及时反应计算机的实际情况，此外能写出效率高的程序；其能和接口电路、存储器联系，也能申请中断；其便于阅读与维修，并且具有良好的模块化。根据本系统的要求及特点，使用C语言进行编写。4.1.2 软件功能需求家用空气质量检测仪一般包含核心控制器、温湿度传感器采集、人机接口、AD转换等多个模块。不同模块的主要功能参考下表内容:表4.1 各模块功能描述Table4.1 Each module function description功能模块功能描述温湿度传感器采集模块对室内温湿度进行实时监测AD转换模块
3、完成信号采集与数据传输核心控制模块系统时基分配，人机接口控制人机接口模块按键控制，动态信息显示甲醛传感器采集模块对室内甲醛气体进行实时监控声光报警器模块及时报警4.1.3 低功耗软件设计对低功耗系统来说，设计的关键性被大众所轻视。此处主要原因是，假如硬件出现问题会直接表现出来，但对于软件来说，不但比较难于发现问题，有时甚至找不到问题所在。此外，目前并不存在相对严苛的标准来判定软件的低功耗属性。但是依旧需要把低功耗特性呈现在软件内，进而降低综合功耗。4.2 软件模块设计4.2.1主程序模块设计在硬件已经确定的基础上，要用软件来实现其需要达到的功能。相比较其它语言，C语言程序可读性强、编写方便、快
4、捷。所以，本系统釆用C语言编写。软件要具备现实功能是，筹集传感器信号，之后开展信息研究与统计，把其传送且呈现到液晶显示屏上，设计报警功能。系统程序顺利开启时，提前实施初始化，此处包含，单片机的RAM、寄存器、定时器装载初值、不同模块初始化和中断设计等。全部完结之后，CPU等待传感器进入信号，AD转换完结，进而呈现出精准的监控参数。上述系统借助模块化的结构，包含参数设定的子程序、主程序以及初始化的程序进行构成。当程序开始运作的时候，应先对温湿度传感器、51型号的单片机实行初始化，之后通过采用键盘对温湿度以及甲醛的参考值进行设置。传感器进而开始对温湿度以及甲醛浓度数据进行采集，同时和参考值进行比较
5、。要是这些数据比设定值要大的话，蜂鸣器将会发出一些警报声，LED灯会闪烁告知人们应采取一定的措施去改善空气的质量，并且对于传感器采集到的一些数据，LCD 显示器将会显示出，方便人们对空气超标参数进行采取适当的行动。要是这些数据比设定值小的话，LCD 将会显示出此刻的数据，一直到下次采集到的数据传输过来。如图4.1：图4.1 流程图Fig.4.14.2.2 AD转换模块AD转化需要相应时期，此时使用中断查询法或延时等待法。前者就是AD结束转换之后，向中断输出端输出中断请求信息，告知CPU结束转换，可读取信息。后者就是设置一段可以让AD完成转换的时间，让CPU位于等待状态，在此时间结束之后，CPU
6、再进行数据的读取。整合本设计需求和相关条件，采用延时等待法。如图4.2图4.2 AD流程图Fig.4.2 4.2.3液晶显示模块本设计主要使用可显示32字符的1602液晶显示面板，符合现实需求。1602和CPU并口通信，由单片机的P2.5、P2.6、P2.7引脚控制1602的读写信息命令的功能，P0口把信息传送到1602呈现。系统上电后，LCD开始初始化，液晶显示按照时序给定显示地址，然后进行数据传输。上电后，液晶显示屏开始循环显示三个被测量的范围以及测量结果。如图4.3图4.3 显示模块工作流程图Fig.4.3 4.2.4声光报警模块采用蜂鸣器进行声音报警，通过3个绿色以及3个红色的发光二极
7、管进行光报警，当甲醛等有毒气体含量没有超过测量范围时，显示绿色，当含量超标时，显示红色，此外开启蜂鸣器报警。子程序开启之前，设置具体阈值，储存在不同变量中，传感器输入AD转换值之后，开启比较程序，低于阈值，就开启显示程序，高于阈值，需要开启声光报警。参考图4.4图4.4 声光报警流程图Fig.4.4 4.2.5按键模块设计按键功能，是为了可以手动调整测量数据的安全范围，并进行手动和自动的切换，本设计选用了五个独立式按键，设定键用来进入、退出上下限调节，在设定键缺少按下且上调键按下时，转入上调键的第二个功能，完成用户手动与自动控制的切换。4.2.6甲醛传感器模块由于室内的甲醛气体对人体的危害甚大
8、，而各种家居设备、装修时用到的工具原料等都会产生甲醛气体并潜伏在室内。因此，对于甲醛的检测，设计选择英国 DART SENSORS 甲醛传感器，其可以相对精准的测试目前甲醛的浓度值，属于定量检测，并可以对数据进行精确计算及处理， 而不会产生较大的误差。对于小孩或者一些抵抗力较低的人而言，若检测的甲醛数值处于国家标准值附近，对其身体还是有很大危害的。因此定量的检测可以得到当前具体的甲醛数值而进行相应的处理。甲醛传感器主要利用空气内甲醛气体 分子和电解液彼此影响，正负极上会出现氧化还原反应，产生电流信号，在一般情况下，空气中的甲醛气体浓度很低， 所以产生的电流信号也很微小， 其输出电流为250-3
9、00nA/ppm。所以，在传感器输出电流的电路中串入 1M 的电阻，使电流信号转换成电压信号，而此时的电压值是毫伏级的，即可得出当前空气中的甲醛浓度值。程序流程如图4.2图4.2 甲醛传感器流程图Fig.4.2 4.2.7温湿度传感器模块DHT11 传感器采用单总线数据传输方式，完成传输数据所需时间大概是 4ms ，传输内容包含温湿度的小数以及整数部分、校验和，传输一次完整的数据为 40 比特，这 40 比特数据中前 16 比特是湿度信息，此处前 8比特传输的是湿度的整数办法呢，后 8 比特传送其小数部分；之后传送的 16 比特是温度信息，此处前 8 比特是温度的整数部分，后 8 比特则是小数部分；最终传输的 8 比特是校验和，当传输的温度和湿度信息正确时，8 比特的校验和等于温度与湿度的8 位整数部分与 8 位小数部分的结果末 8 位。
