基于AVR單片機(jī)的有害氣體紅外檢測及語音警示系統(tǒng)的設(shè)計
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本系統(tǒng)采用的是串行數(shù)據(jù)通信方式，接口為RS-232串口，實驗證明這種通信方式簡單易行，符合本系統(tǒng)要求。本系統(tǒng)采用的是半雙工配置，它要求下位機(jī)和主機(jī)控制器雙方都具有獨(dú)立的發(fā)送和接收能力。
接收／發(fā)送時鐘用來控制通信設(shè)備接收／發(fā)送字符數(shù)據(jù)速度，該時鐘信號通常由微機(jī)內(nèi)部的時鐘電路產(chǎn)生。接收數(shù)據(jù)時，接收器在接收時鐘的上升沿對接收數(shù)據(jù)采樣，進(jìn)行數(shù)據(jù)位檢測。發(fā)送數(shù)據(jù)時，發(fā)送器在發(fā)送時鐘的下降沿將移位寄存器的數(shù)據(jù)串行移位輸出。
接收／發(fā)送時鐘頻率與波特率有如下關(guān)系：
式中：Fe為接收／發(fā)送時鐘頻率；n為頻率系數(shù)，n=1，16，64；vc為收／發(fā)波特率。
接收／發(fā)送時鐘的周期Tc與發(fā)送的數(shù)據(jù)位寬Td之間的關(guān)系是：
式中：n=1，16，64。
若取n=16，那么異步傳送接收數(shù)據(jù)實現(xiàn)同步的過程如下：接收器在每一個接收時鐘的上升沿采樣接收數(shù)據(jù)線，當(dāng)發(fā)現(xiàn)接收數(shù)據(jù)線出現(xiàn)低電平時就認(rèn)為是起始位的開始，以后若在連續(xù)的8個時鐘周期(因n=16，故Td=16Tc)內(nèi)檢測到接收數(shù)據(jù)線仍保持為低電平，則確定它為起始位(不是干擾信號)。通過這種方法，不僅能夠排除接收線上的噪聲干擾，識別假起始位，而且能夠相當(dāng)精確地確定起始位的中間點(diǎn)，從而提供一個準(zhǔn)確的時間基準(zhǔn)。從這個基準(zhǔn)算起，每隔16Tc采樣一次數(shù)據(jù)線，作為輸入數(shù)據(jù)。一般來說，從接收數(shù)據(jù)線上檢測到一個下降沿開始，若其低電平能保持nTc／2(半位時間)，則確定為起始位，其后每間隔nTc時間(一個數(shù)據(jù)位時間)在每個數(shù)據(jù)位的中間點(diǎn)采樣。
2通信軟件設(shè)計
系統(tǒng)通信軟件由下位機(jī)、主機(jī)控制器通信軟件和上位機(jī)監(jiān)控軟件3部分組成。下位機(jī)通信軟件功能主要是接收主機(jī)控制器發(fā)送過來的信號，針對各下位機(jī)地址發(fā)送應(yīng)答信號，再根據(jù)主機(jī)控制器發(fā)來的控制信號做出相應(yīng)的反應(yīng)，隨后發(fā)送主機(jī)控制器所需數(shù)據(jù)。其通信功能使用了單片機(jī)的串行中斷和查詢收發(fā)狀態(tài)標(biāo)志位的方法實現(xiàn)。下位機(jī)平時對各監(jiān)控點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集并定時存儲，當(dāng)有串行中斷時執(zhí)行串行中斷服務(wù)程序，判別是否為本機(jī)的地址信息，地址信息與本機(jī)地址相符時，轉(zhuǎn)為接收控制命令，并執(zhí)行相應(yīng)的操作；地址信息與本站地址不符時則退出中斷。下位機(jī)通信流程圖如圖4所示。
主機(jī)控制器的通信軟件實現(xiàn)功能主要包括呼叫各從機(jī)(下位機(jī))，并向各從機(jī)發(fā)送查詢控制命令。其工作過程為：控制器發(fā)送需呼叫的從機(jī)的地址，然后等待接收從機(jī)的應(yīng)答信號，若應(yīng)答信號正確即發(fā)送控制命令，若應(yīng)答信號不正確則重新發(fā)送需呼叫的地址，并等待接收應(yīng)答信號，接收到應(yīng)答信號后接收下位機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)，存儲在相對應(yīng)的數(shù)據(jù)存儲區(qū)并在LCD(液晶顯示器)顯示屏中顯示出來。對同一從機(jī)多次呼叫而規(guī)定時間內(nèi)無應(yīng)答信號或應(yīng)答信號不正確，則提示錯誤信息。圖5為主機(jī)控制器通信流程圖。
上位機(jī)監(jiān)控軟件由Visual C++編寫，具有良好的可視效果，功能包括數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)存儲、串口通信設(shè)置、視頻監(jiān)控、圖表顯示(單機(jī)、多機(jī))等。上位機(jī)的數(shù)據(jù)來自主機(jī)控制器，其通過RS-232串口網(wǎng)絡(luò)傳送給上位機(jī)，它的接口與RS-485網(wǎng)絡(luò)的接口是并行的，標(biāo)準(zhǔn)接口有25條線、4條數(shù)據(jù)線、11條控制線、3條定時線、7條備用和未定義線，但常用的只有9根。
3結(jié)束語
針對該系統(tǒng)，除了可以使用自己設(shè)計的上位機(jī)軟件進(jìn)行調(diào)試，還可以利用一個簡單的串口調(diào)試器來實現(xiàn)。該系統(tǒng)覆蓋了單片機(jī)技術(shù)及一部分模擬、數(shù)字電路的知識，系統(tǒng)具有一定的操控性、工作穩(wěn)定、實現(xiàn)容易、成本低，具有很高的使用價值，在系統(tǒng)建成后，運(yùn)行結(jié)果表明系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠，在工業(yè)控制領(lǐng)域有著廣闊的前景。
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