基于STC12C5A16S2的藥品通風(fēng)柜的設(shè)計(jì)

程瑞龍

摘要：該文介紹了一種以STC12C5A16S2單片機(jī)模塊為核心的藥品通風(fēng)柜的設(shè)計(jì)，該藥品通風(fēng)柜主要應(yīng)用于化工實(shí)驗(yàn)室或藥品存儲室的通風(fēng)控制，通過傳感器檢測空氣中藥品濃度，此裝置由微控制單元、執(zhí)行器單元、傳感器以及顯示和按鍵設(shè)置模塊組成。如果濃度過高則啟動報(bào)警模塊，濃度在正常范圍內(nèi)該通風(fēng)柜控制風(fēng)機(jī)進(jìn)行通風(fēng)和過濾處理。在設(shè)置模式中可以對相關(guān)參數(shù)進(jìn)行修改，還可以通過一鍵恢復(fù)出廠設(shè)置。本文闡述了各模塊的設(shè)計(jì)過程，最后對設(shè)備進(jìn)行了綜合調(diào)試。

關(guān)鍵詞：STC12C5A16S2，藥品通風(fēng)柜，濃度檢測

中圖分類號：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2015）26-0179-02

1 引言

隨著社會的發(fā)展，科技的進(jìn)步，各種污染氣體的排放越來越嚴(yán)重，污染氣體的排放以及嚴(yán)重影響到人民的健康和工作環(huán)境的安全。本文重點(diǎn)闡述了一款基于STC12C5A16S2單片機(jī)模塊為核心的藥品通風(fēng)柜的設(shè)計(jì)。該藥品通風(fēng)柜現(xiàn)已在各大城市化工實(shí)驗(yàn)室里穩(wěn)定運(yùn)行，該藥品通風(fēng)柜通過對實(shí)驗(yàn)室的空氣中的有害氣體進(jìn)行過濾，并能檢測空氣中有害氣體的濃度，如果濃度過高則啟動報(bào)警模塊，濃度在正常范圍內(nèi)該通風(fēng)柜控制風(fēng)機(jī)進(jìn)行通風(fēng)和過濾處理。過濾器一般在系統(tǒng)運(yùn)行一年需要更換一次，系統(tǒng)會自動提醒。該設(shè)備還具備斷電保護(hù)功能和相關(guān)數(shù)據(jù)的累計(jì)功能，并能檢測實(shí)驗(yàn)室中溫度和面風(fēng)速等信息。

2 概述

通風(fēng)柜右側(cè)有風(fēng)扇轉(zhuǎn)速（P）、照明燈控制（UP）、DOWN、SET四個(gè)按鍵。在主界面環(huán)境中短按對應(yīng)按鍵時(shí)間小于一秒顯示相關(guān)參數(shù)，按下第一個(gè)按鍵風(fēng)扇轉(zhuǎn)速（P）直接顯示風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，如果長按的話顯示參數(shù)設(shè)置界面。短按第二個(gè)按鍵照明燈控制（UP）控制對應(yīng)的照明燈亮滅。如果在主界面長按SET按鍵大于三秒，則顯示對應(yīng)參數(shù)設(shè)置界面，通過繼續(xù)按風(fēng)扇轉(zhuǎn)速（P）按鍵選擇所需要修改的參數(shù)，通過UP、DOWN按鍵控制參數(shù)，通過SET按鍵確認(rèn)退出。開機(jī)如果長按SET鍵然后再開機(jī)可以直接恢復(fù)出廠設(shè)置。相關(guān)參數(shù)都帶有掉電保存功能，不需要每次開機(jī)重新設(shè)置。能夠檢測溫度、面風(fēng)速、系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間，氣體濃度、風(fēng)機(jī)運(yùn)行速度等信息。

3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)由STC12C5A16S2單片機(jī)核心控制芯片，利用內(nèi)部的AD轉(zhuǎn)換功能轉(zhuǎn)換溫度數(shù)值與兩路面風(fēng)速和兩路氣體濃度檢測，并在液晶屏上顯示出來；利用內(nèi)部定時(shí)器完成系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間控制；驅(qū)動繼電器控制照明燈，利用單片機(jī)內(nèi)部PWM功能控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，利用內(nèi)部計(jì)數(shù)器檢測風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速。具體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

4 硬件部分

在藥品通風(fēng)柜控制系統(tǒng)中，STC12C5A16S2單片機(jī)是整個(gè)通風(fēng)柜的核心，如圖2所示通風(fēng)柜的性能取決于選取的單片機(jī)的優(yōu)越程度和穩(wěn)定性，STC12C5A16S2單片機(jī)是一款加密型強(qiáng)、自帶AD轉(zhuǎn)換功能、有較好的抗干擾方面的性能、低功耗模式下4-7mA 、支持在線編程、含內(nèi)部看門狗、由直流5V供電具有36個(gè)I/O口、1280B RAM、16KB Flash存儲器、16KB EEPROM[1]；精簡指令結(jié)構(gòu)運(yùn)行速度快價(jià)格便宜；與普通的51單片機(jī)兼容支持C語言開發(fā)[2]。

5 軟件部分

5.1 藥品通風(fēng)柜系統(tǒng)軟件的整體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)分為兩種模式，工作模式和設(shè)定模式，設(shè)定模式用于管理員在使用前測試系統(tǒng)是否有問題，設(shè)定相關(guān)參數(shù)，進(jìn)行相關(guān)測試，修改風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速各參數(shù)報(bào)警值等信息。風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速<3300rpm。在工作模式下，開機(jī)先讀取EEPROM的值，EEPROM中包括濃度范圍設(shè)定、風(fēng)速范圍、系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間、報(bào)警時(shí)間、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)定等方面信息。然后各模塊初始化，讀取各傳感器的值，將相關(guān)傳感器返回的值經(jīng)過單片機(jī)自帶的AD轉(zhuǎn)換通過算法轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量并顯示出來。如果在系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)按下SET，則進(jìn)入設(shè)定模式，可以設(shè)定濃度相關(guān)報(bào)警范圍以及風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速等相關(guān)信息，通過UP和DOWN按鍵進(jìn)行調(diào)節(jié)，確定后按下SET鍵進(jìn)入系統(tǒng)運(yùn)行模式，如果檢測到的數(shù)據(jù)超限則會啟動報(bào)警程序，發(fā)出聲光警報(bào)。具體流程如圖3所示。

5.2 液晶屏的程序設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用液晶顯示模塊是128×64點(diǎn)陣ST7920驅(qū)動的液晶顯示模塊，可以顯示漢字和相關(guān)圖形，可以由STC12C5A16S2單片機(jī)直接驅(qū)動，采用8-位串行接口的連接方式，由于產(chǎn)品要求顯示字體不一樣大小，所有顯示漢字或者字符全部采用自建數(shù)據(jù)庫的形式進(jìn)行，本系統(tǒng)采用6*12點(diǎn)陣以及8*16點(diǎn)陣和12*24點(diǎn)陣三種字體來制作界面，并為各種字體專門配備各種驅(qū)動程序。

5.3 EEPROM存儲

在系統(tǒng)運(yùn)行過程中有可能會發(fā)生斷電的情況，而且很多實(shí)驗(yàn)室晚上直接進(jìn)行斷電。那么要求本系統(tǒng)斷電前各設(shè)備的狀態(tài)和設(shè)定參數(shù)能夠保持，本系統(tǒng)采用了24C02來實(shí)現(xiàn)斷電保存數(shù)據(jù)，系統(tǒng)在每次修改參數(shù)到時(shí)候或者每運(yùn)行30分鐘自動將相關(guān)數(shù)據(jù)保存到EEPROM中，防止掉電丟失。在系統(tǒng)開始初始化階段之前都要求讀取相關(guān)的變量。

5.4 中斷服務(wù)程序

藥品通風(fēng)柜要求系統(tǒng)不管處于什么模式，一旦傳感器故障或者發(fā)生緊急報(bào)警的情況，要立即切換到報(bào)警模式中，所以在報(bào)警啟動模塊中采用的中斷的形式，觸發(fā)中斷之后除了立即響應(yīng)外，還需要實(shí)時(shí)修改相關(guān)EEPROM中的數(shù)據(jù)。由于系統(tǒng)軟件涉及時(shí)間要求，本系統(tǒng)采用了定時(shí)器1來及時(shí)計(jì)時(shí)。風(fēng)機(jī)PI2417562HB2M的轉(zhuǎn)速也是通過計(jì)數(shù)器中斷采集轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)的。

6 結(jié)束語

本系統(tǒng)在單片機(jī)核心控制基礎(chǔ)上，采用了各傳感器檢測相關(guān)數(shù)據(jù)，利用中斷進(jìn)入報(bào)警模式，并在開始系統(tǒng)程序之前添加了一鍵恢復(fù)出廠設(shè)置功能按鍵。在調(diào)試的過程中，發(fā)現(xiàn)喇叭有雜音，檢查發(fā)現(xiàn)功放電路抗電磁干擾沒做好；同時(shí)在調(diào)試階段采用的內(nèi)部EEPROM讀寫相關(guān)需要保存的數(shù)據(jù)，在小批量測試階段發(fā)現(xiàn)，有丟數(shù)據(jù)的現(xiàn)象，后改用24C02解決問題，在照明電路上面經(jīng)過強(qiáng)化測試發(fā)現(xiàn)，有時(shí)候測試按鍵不靈，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)繼電器驅(qū)動電路電壓不夠額定電壓的80%，經(jīng)修改解決問題。風(fēng)機(jī)在調(diào)試初期也出現(xiàn)轉(zhuǎn)速不準(zhǔn)的情況，后改用計(jì)數(shù)器中斷解決問題。

該藥品通風(fēng)柜的設(shè)計(jì)成本較低，具有較高的價(jià)值?，F(xiàn)已大批量生產(chǎn)，運(yùn)行穩(wěn)定，但部分企業(yè)需要添加485通訊接口，在進(jìn)一步調(diào)試中。

參考文獻(xiàn)：

[1] 丁向榮.STC系列增強(qiáng)型8051單片機(jī)原理與應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2010.

[2] 李群芳.單片微型計(jì)算機(jī)與接口技術(shù)[M].北京： 電子工業(yè)出版社，2010.

[3] 閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)[M]. 北京：高等教育出版社，2006.