SMT實(shí)驗(yàn)室環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的研制

羅建輝 劉蘇英

摘要：介紹了SMT實(shí)驗(yàn)室環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)的研制。敘述了系統(tǒng)的硬件組成和各個(gè)功能電路的設(shè)計(jì)，介紹了系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程圖。本系統(tǒng)經(jīng)實(shí)驗(yàn)室實(shí)際測試，效果良好。

關(guān)鍵詞：SMT實(shí)驗(yàn)室；單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)；傳感器檢測；聲光報(bào)警。

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2014）03-0496-02

SMT為表面貼裝技術(shù)（Surface Mount Technology）的簡稱，是目前電子加工行業(yè)中較先進(jìn)的一種生產(chǎn)技術(shù)和工藝。SMT生產(chǎn)設(shè)備是高精度的機(jī)電一體化設(shè)備，對環(huán)境的清潔度、濕度和溫度都有特定的要求，此外，電子焊接產(chǎn)生的煙霧含有焊料顆粒及CO、CO2等有害氣體，影響到實(shí)驗(yàn)人員的身體健康。為此，我們開發(fā)了SMT實(shí)驗(yàn)室環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)。本系統(tǒng)通過SHT11傳感器實(shí)時(shí)采集、通過LCD1602液晶實(shí)時(shí)顯示溫度和濕度，實(shí)驗(yàn)管理人員可根據(jù)顯示信息控制和調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)室的溫度和濕度；系統(tǒng)通過MQ2傳感器模塊實(shí)時(shí)監(jiān)測實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部電子煙霧，當(dāng)檢測回流焊爐有煙霧逸出時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出聲光告警并打開換排氣設(shè)備，以確保實(shí)驗(yàn)人員的身體健康。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)組成

本實(shí)驗(yàn)室環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)由STC 89C51單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)、傳感器檢測電路、液晶顯示電路、聲光報(bào)警電路等組成。監(jiān)測系統(tǒng)電路框圖如圖1 所示。

1.2傳感器檢測電路

SMT實(shí)驗(yàn)室環(huán)境溫度應(yīng)為17～28℃，相對濕度應(yīng)為45～70%RH。SHT11傳感器溫度測量范圍為-40～+123.8℃、濕度測量范圍為0～100%RH，本設(shè)計(jì)用SHT11采集實(shí)驗(yàn)室溫度和濕度信息。SHT11 傳感器采用Vcc、GND進(jìn)行5V供電、采用SCK、DATA進(jìn)行通信，分別連接單片機(jī)的P1.0 與P1.1 端口。

氣敏元件的MQ2傳感器可以很靈敏的檢測到空氣中的煙霧氣體，本設(shè)計(jì)利用DF Robot的模擬煙霧傳感器 （MQ2）模塊監(jiān)測回流焊爐逸出的煙霧。傳感器模塊有輸出、接地和電源三個(gè)引腳，采用5V供電；輸出的電壓信號(hào)接單片機(jī)的P3.3 端口，通過模塊上電位器設(shè)置閾值，當(dāng)傳感器檢測信號(hào)達(dá)一定程度時(shí)，模塊輸出一個(gè)信號(hào)。調(diào)節(jié)電位器可改變閾值大小，順時(shí)針調(diào)節(jié)閾值增大，逆時(shí)針調(diào)節(jié)閾值減小。

1.3 液晶顯示電路

傳感器所采集到的環(huán)境溫度和濕度通過液晶顯示，實(shí)驗(yàn)管理員根據(jù)液晶顯示的情況，調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)室的溫濕度。本設(shè)計(jì)選用LCD 1602液晶，它是一種專門用來顯示數(shù)字、符號(hào)等的點(diǎn)陣型液晶模塊，它有若干個(gè)點(diǎn)陣字符位組成，并且每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符。LCD1602 的DB0～DB7接到單片機(jī)的P0口，3條控制線RS、R/W、E分別接到P2.0、P2.1、P2.1端口，液晶模塊采用+5.0V電源供電。

1.4 聲光報(bào)警電路

當(dāng)MQ2傳感器模塊監(jiān)測到回流焊爐設(shè)備煙霧逸出時(shí)，模塊由外部中斷1（P3.3端口）向單片機(jī)發(fā)出中斷申請，單片機(jī)控制聲光報(bào)警電路工作。本設(shè)計(jì)報(bào)警電路中聲音報(bào)警部分是由一個(gè)PNP三極管、蜂鳴器以及基極電阻組成，通過P2.3輸出方波（頻率f1）控制晶體管電路驅(qū)動(dòng)蜂鳴器報(bào)警；光報(bào)警部分是由一個(gè)2kΩ 電阻與發(fā)光二極管組成，通過P2.4輸出方波（頻率f2）控制LED 指示燈閃爍報(bào)警；安全控制電路由常開繼電器和排氣扇組成，通過P2.5輸出高電平信號(hào)，使常開繼電器閉合，接通風(fēng)機(jī)電源排氣扇工作，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室換氣，確保人員安全。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用Keil C51 程序編寫，分為系統(tǒng)主程序、溫濕度子程序、液晶顯示子程序、中斷服務(wù)程序四部分。

2.1主程序

單片機(jī)上電后，單片機(jī)首先執(zhí)行初始化操作，液晶屏顯示為初始信息TEM：NO；HUM：NO，然后調(diào)用讀取SHT11轉(zhuǎn)換后的溫度和濕度數(shù)據(jù)子程序，最后調(diào)用液晶顯示子程序并更新溫度和濕度值。主程序流程圖如圖2 所示。

2.2 溫濕度測量子程序

溫濕度測量子程序主要完成單片機(jī)接收SHT11 檢測到由實(shí)驗(yàn)室當(dāng)前溫濕度轉(zhuǎn)換而來的數(shù)字信號(hào)，STC89C51單片機(jī)先向SHT11傳感器發(fā)送命令時(shí)序， 在Pl.0輸出低電平來觸發(fā)SHT11， 然后在每條DATA 線上輸出一位命令數(shù)據(jù)， 再給出SCK高電平觸發(fā)SHT11鎖存數(shù)據(jù)，當(dāng)發(fā)送完命令后要依次讀取各SHT11數(shù)據(jù)線上的返回位， 以作為是否重新發(fā)送的依據(jù)。當(dāng)SHT11完成測量后， 先置時(shí)鐘線為低電平，使SHT11內(nèi)的鎖存器輸出數(shù)據(jù)， 然后再讀取數(shù)據(jù)，直到接收完一字節(jié)數(shù)據(jù)為止， 且要在第9 個(gè)時(shí)鐘給出應(yīng)答位。

2.3 中斷服務(wù)程序

中斷服務(wù)程序包括T0的中斷服務(wù)子程序和外部中斷1的中斷服務(wù)子程序兩部分。

定時(shí)器T0設(shè)在工作方式1，定時(shí)周期為10 ms， T0的中斷服務(wù)子程序完成計(jì)數(shù)初值重裝和P2.3的位取反操作，用于產(chǎn)生100Hz的控制方波信號(hào)，通過P2.3端口控制聲音報(bào)警。

外部中斷1設(shè)為煙霧告警輸入，當(dāng)回流焊爐的煙霧逸出、傳感器檢測信號(hào)超過閾值時(shí)，通過P3.3端口向單片機(jī)發(fā)出中斷請求，外部中斷1的中斷服務(wù)子程序完成P2.5置1，接通風(fēng)機(jī)電源；啟動(dòng)T0實(shí)現(xiàn)10 ms定時(shí)和發(fā)出聲音的報(bào)警；對T0中斷次數(shù)計(jì)數(shù)，控制發(fā)光二極管報(bào)警。外部中斷1的中斷服務(wù)程序流程圖如圖3所示。

3 結(jié)束語

本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，通過在SMT實(shí)驗(yàn)室的使用，實(shí)現(xiàn)了對實(shí)驗(yàn)室溫濕度的實(shí)時(shí)測量和顯示；通過模擬煙霧測試實(shí)驗(yàn)，說明系統(tǒng)能實(shí)時(shí)監(jiān)控回流焊爐設(shè)備的逸出煙霧，發(fā)出聲光報(bào)警并接通風(fēng)機(jī)電源、控制排氣扇工作，從而確保實(shí)驗(yàn)人員安全，具有較高的推廣價(jià)值。

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