球團(tuán)生產(chǎn)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)

刀剛　劉元宇　潘廷文

【摘 要】球團(tuán)生產(chǎn)目的是通過(guò)燒結(jié)球團(tuán)的方式為冶金高爐提供強(qiáng)度適中、化學(xué)成分穩(wěn)定和冶金性能良好的爐料，球團(tuán)的生產(chǎn)經(jīng)歷了配料、造球、轉(zhuǎn)運(yùn)、煤氣加壓和豎爐焙燒等過(guò)程，由于球團(tuán)生產(chǎn)過(guò)程工藝復(fù)雜，因此火災(zāi)隱患始終困擾著球團(tuán)生產(chǎn)的過(guò)程?；谝陨显颍馂?zāi)報(bào)警系統(tǒng)的研究和設(shè)計(jì)是球團(tuán)生產(chǎn)過(guò)程中必須考慮的問(wèn)題，為此文章以攀枝花水鋼紅發(fā)礦業(yè)有限公司球團(tuán)生產(chǎn)為例，在系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，基于軟件設(shè)計(jì)的架構(gòu)，對(duì)系統(tǒng)的主程序、濾波子程序、報(bào)警子程序、控制按鍵子程序及顯示驅(qū)動(dòng)子程序等進(jìn)行設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)了球團(tuán)生產(chǎn)過(guò)程中的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)為保障企業(yè)球團(tuán)安全生產(chǎn)和火災(zāi)預(yù)警具有十分重要的意義。

【關(guān)鍵詞】火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng);軟件編程;設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)

【中圖分類(lèi)號(hào)】TU892 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2020）08-0050-03

0 引言

球團(tuán)生產(chǎn)目的是通過(guò)燒結(jié)球團(tuán)的方式為冶金高爐提供強(qiáng)度適中、化學(xué)成分穩(wěn)定和冶金性能良好的爐料，在球團(tuán)的生產(chǎn)過(guò)程經(jīng)歷了配料、烘干、潤(rùn)磨、造球、生篩、轉(zhuǎn)運(yùn)、煤氣加壓和豎爐焙燒等過(guò)程，由于球團(tuán)生產(chǎn)過(guò)程工藝復(fù)雜，因此火災(zāi)隱患始終困擾著球團(tuán)生產(chǎn)的過(guò)程，事故一旦發(fā)生，不僅影響安全生產(chǎn)進(jìn)程，而且將造成極大的生命和財(cái)產(chǎn)損失。因此，為了消除生產(chǎn)過(guò)程中的火災(zāi)隱患，保障企業(yè)球團(tuán)正常的生產(chǎn)，避免球團(tuán)生產(chǎn)過(guò)程中火災(zāi)的發(fā)生，研究火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)對(duì)企業(yè)的球團(tuán)安全生產(chǎn)具有十分重要的意義。

球團(tuán)企業(yè)的防火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)由硬件電路和軟件編程兩個(gè)部分構(gòu)成，本研究在系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，對(duì)系統(tǒng)的軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)。

1 球團(tuán)生產(chǎn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求和設(shè)計(jì)方案

1.1 球團(tuán)生產(chǎn)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求

基于企業(yè)球團(tuán)生產(chǎn)的特點(diǎn)，對(duì)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求如下：？譹？訛對(duì)廠區(qū)的溫度和煙霧濃度的監(jiān)控適實(shí)顯示在顯示屏上。？譺？訛采用聲（蜂鳴器）和光（二極管）報(bào)警方式進(jìn)行報(bào)警。？譻？訛煙霧濃度分為0～160等級(jí)，溫度范圍可以在0～99 ℃變化，并且用戶(hù)可以根據(jù)使用的環(huán)境設(shè)置這兩個(gè)參數(shù)。？譼？訛在實(shí)現(xiàn)報(bào)警或者實(shí)現(xiàn)其他的功能時(shí)，系統(tǒng)不會(huì)對(duì)溫度和煙霧濃度的采集過(guò)程產(chǎn)生影響。

1.2 球團(tuán)生產(chǎn)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

基于球團(tuán)企業(yè)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案如圖1所示，在設(shè)計(jì)方案中采用DS18B20作為溫度傳感器，MQ-2作為煙霧傳感器，通過(guò)按鍵電路對(duì)報(bào)警的閾值參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，通過(guò)LCD1602對(duì)溫度和煙霧濃度進(jìn)行顯示，通過(guò)蜂鳴器和LED燈實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警。

2 軟件設(shè)計(jì)架構(gòu)

攀枝花水鋼紅發(fā)礦業(yè)有限公司球團(tuán)生產(chǎn)廠火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)是在硬件電路設(shè)計(jì)完成的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，整個(gè)軟件采用模塊化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，并利用C語(yǔ)言進(jìn)行編程，其具體的設(shè)計(jì)內(nèi)容是主程序設(shè)計(jì)、濾波子程序設(shè)計(jì)、報(bào)警子程序設(shè)計(jì)、控制按鍵子程序的設(shè)計(jì)及顯示驅(qū)動(dòng)子程序的設(shè)計(jì)，其中主程序是整個(gè)單片機(jī)程序設(shè)計(jì)的主體，軟件設(shè)計(jì)的主要思路是將各獨(dú)立子模塊通過(guò)編程聯(lián)系起來(lái)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)總的功能，其具體設(shè)計(jì)架構(gòu)如圖2所示。

3 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)

3.1 系統(tǒng)主程序的設(shè)計(jì)

主程序是整個(gè)單片機(jī)程序設(shè)計(jì)的主體，設(shè)計(jì)完成后的主程序存放于單片機(jī)STC89C52RC中，啟動(dòng)后循環(huán)執(zhí)行，本系統(tǒng)的主程序設(shè)計(jì)過(guò)程如下：要讓傳感器收集外界信息，先要將傳感器進(jìn)行預(yù)加熱，這是因?yàn)闊熿F傳感器MQ-2在沒(méi)有接通電源的情況下放置一段時(shí)間后，再次接通電源，傳感器不能立即采集到煙霧濃度信息，而將產(chǎn)生誤報(bào)警，所以需要一定的時(shí)間進(jìn)行預(yù)熱處理。當(dāng)系統(tǒng)上電程序初始化結(jié)束后，系統(tǒng)再進(jìn)行閾值設(shè)定，DS18B20數(shù)字溫度傳感器和MQ-2煙霧傳感器開(kāi)始與單片機(jī)通信，傳輸溫度和煙霧濃度的數(shù)據(jù)到單片機(jī)，當(dāng)單片機(jī)接收到數(shù)據(jù)后，將溫度和煙霧濃度數(shù)據(jù)與事先設(shè)定的閾值進(jìn)行比較，從而決定是否啟動(dòng)蜂鳴器報(bào)警，同時(shí)將溫度和煙霧濃度數(shù)據(jù)值適時(shí)顯示在LCD1602上，其流程如圖3所示。

3.2 濾波子程序設(shè)計(jì)

當(dāng)傳感器對(duì)信號(hào)進(jìn)行采集時(shí)，經(jīng)常會(huì)遇到某些干擾脈沖。這些干擾脈沖會(huì)影響采集點(diǎn)的數(shù)據(jù)而產(chǎn)生較大的誤差，為此采用中位值平均濾波算法解決這個(gè)問(wèn)題，其具體過(guò)程如下：？譹？訛將N個(gè)被采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，去掉其中最大和最小的數(shù)據(jù)。？譺？訛計(jì)算剩余的N–2個(gè)數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值。這種方法不僅可以濾去脈沖干擾，還可以濾去幅度較小的隨機(jī)電磁脈沖，確保報(bào)警系統(tǒng)檢測(cè)煙霧濃度和溫度的精準(zhǔn)度，從而降低誤報(bào)的可能，其具體的濾波子程序流程如圖4所示。

3.3 報(bào)警子程序設(shè)計(jì)

當(dāng)溫度與煙霧的濃度超過(guò)球團(tuán)生產(chǎn)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)所設(shè)置的閾值時(shí)，報(bào)警系統(tǒng)就會(huì)開(kāi)始工作，并發(fā)出一種刺耳的報(bào)警聲，同時(shí)LED燈閃爍。在程序設(shè)計(jì)時(shí)，為了防止系統(tǒng)誤報(bào)的問(wèn)題，對(duì)于傳感器所采集的溫度和煙霧濃度信息需要進(jìn)行快速重復(fù)的檢測(cè)和延時(shí)報(bào)警，這是為了區(qū)別煙道中煙霧的泄漏和開(kāi)閥瞬間所產(chǎn)生的微量可燃煙霧，具體的報(bào)警子程序流程如圖5所示。

3.4 按鍵檢測(cè)子程序流程序

對(duì)端口、LCD顯示、DS18B20及MQ-2進(jìn)行初始化之后，程序進(jìn)入主循環(huán)。首先循環(huán)檢測(cè)按鍵模塊，在開(kāi)始時(shí)，I/O口給出了一個(gè)高電平，然后微控制器連續(xù)檢測(cè)I/O口是否變低。當(dāng)按鍵被按下時(shí)，它相當(dāng)于I/O口連接到低電平，使按鈕能觸發(fā)狀態(tài)。最后確定觸發(fā)哪個(gè)鍵，并執(zhí)行相應(yīng)的功能，其檢測(cè)模塊流程圖如圖6所示。

3.5 LCD1602液晶顯示器程序設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用的是LCD1602液晶顯示器作為環(huán)境狀態(tài)顯示，LCD1602直接通過(guò)引腳與單片機(jī)相連，初始化完成后即可使用;在使用LCD1602時(shí)，先判斷此模塊的忙標(biāo)志位是否為低電平，若為低電平，則表示系統(tǒng)不忙，可以根據(jù)初始化設(shè)置進(jìn)行顯示數(shù)據(jù)。它執(zhí)行的整個(gè)過(guò)程如下：?jiǎn)纹瑱C(jī)首先執(zhí)行LCD1602的初始化程序，然后執(zhí)行延時(shí)等待程序，等待DS18B20和MQ-2傳感器采集數(shù)據(jù)，最后單片機(jī)向LCD1602發(fā)送數(shù)據(jù)即寫(xiě)入數(shù)據(jù)后，LCD1602讀取寫(xiě)入地址，根據(jù)寫(xiě)入地址在LCD1602上顯示內(nèi)容。LCD1602液晶顯示模塊的軟件程序流程如圖7所示。

4 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

球團(tuán)生產(chǎn)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)由硬件電路和軟件編程兩個(gè)部分組成，系統(tǒng)只有在硬件電路設(shè)計(jì)完成以后，才能對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行軟件編的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)，為此本系統(tǒng)采用了AT89C51系列單片機(jī)作為系統(tǒng)的主控芯片、DLCD1602液晶顯示器作為環(huán)境狀態(tài)監(jiān)測(cè)顯示、蜂鳴器和LED燈作為聲光報(bào)警、S18B20作為數(shù)字溫度傳感器、MQ-2作為煙霧傳感器、ADC0832作為AD轉(zhuǎn)換電路，并采用按鍵電路實(shí)現(xiàn)功能設(shè)置等單元電路，將這些硬件單元電路進(jìn)行級(jí)聯(lián)，就完成了系統(tǒng)整個(gè)硬件電路的設(shè)計(jì)。

5 系統(tǒng)仿真與測(cè)試

基于所設(shè)計(jì)的硬件電路，將所設(shè)計(jì)的程序下載到系統(tǒng)的單片機(jī)中，通過(guò)系統(tǒng)的軟件調(diào)試、硬件調(diào)試及軟硬件的聯(lián)合調(diào)試后，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了以下的基本功能：？譹？訛上電后，當(dāng)溫度傳感器檢測(cè)到的溫度超過(guò)設(shè)定閾值或者煙霧傳感器檢測(cè)到的煙霧值超過(guò)煙霧設(shè)定閾值時(shí)，蜂鳴器報(bào)警，LED紅燈閃爍;？譺？訛溫度傳感器檢測(cè)到的實(shí)際溫度值和煙霧傳感器所檢測(cè)到的實(shí)際煙霧濃度值將時(shí)適顯示在LCD1602液晶顯示屏上（如圖8所示）。通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試達(dá)到了設(shè)計(jì)要求所賦予的全部功能。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上討論可以看出，基于攀枝花水鋼紅發(fā)礦業(yè)有限公司球團(tuán)生產(chǎn)廠的防火災(zāi)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，在系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，提出了軟件設(shè)計(jì)架構(gòu)，利用C語(yǔ)言進(jìn)行編程，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了主程序設(shè)計(jì)、濾波子程序設(shè)計(jì)、報(bào)警子程序設(shè)計(jì)、按鍵控制子程序設(shè)計(jì)及顯示驅(qū)動(dòng)子程序的設(shè)計(jì)等，通過(guò)Proteus仿真和實(shí)驗(yàn)表明，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了球團(tuán)生產(chǎn)的環(huán)境狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)顯示和火災(zāi)聲光報(bào)警的功能，本系統(tǒng)對(duì)于企業(yè)的球團(tuán)安全生產(chǎn)和火災(zāi)預(yù)警具有十分重要的意義。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]謝子美.電子線(xiàn)路設(shè)計(jì)·實(shí)驗(yàn)·測(cè)試[M].第3版.武漢：華中科技大學(xué)出版社，2006.

[2]李華.MCS-51系列單片機(jī)實(shí)用接口技術(shù)[M].北京：航空航天大學(xué)出版社，2005.

[3]張毅坤.單片微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用[M].西安：電子科技大學(xué)出版社，2006.

[4]潘新民.微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)[M].杭州：電子工業(yè)科技大學(xué)出版社，2003.

[5]陳偉.MCS-51系列單片機(jī)實(shí)用子程序集錦[M].北京：清華大學(xué)出版社，1993.

[6]吳佑壽.Lab VIEW7實(shí)用教程[M].北京：電子工業(yè)出版社，2007.

[7]黃聰.智能家居煙霧報(bào)警系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)[J].重慶電子工程職業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2016.

[8]史潔.基于51單片機(jī)的煙霧報(bào)警器的設(shè)計(jì)[J].黑龍江科技信息，2013（32）.

[9]張萌，和湘，姜斌，等.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)綜合實(shí)例[M].北京：清華大學(xué)出版，2003.

[10]吳選忠，倪子偉.基于PC機(jī)的新型智能火災(zāi)報(bào)警控制系統(tǒng)研究[J].低壓電器，2008（4）.

[11]譚浩強(qiáng)，C程序設(shè)計(jì)[M].北京：清華大學(xué)出版社，1999.

[12]馬忠梅，籍順心，張凱，等.單片機(jī)的C語(yǔ)言應(yīng)用程序設(shè)計(jì)票[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2003.