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| 一、系統(tǒng)概述
1.系統(tǒng)簡(jiǎn)述
采用意法公司推出的STM32單片機(jī)作為“室內(nèi)氣體監(jiān)控系統(tǒng)”的控制核心。模擬環(huán)境時(shí)采用氣體檢測(cè)模塊MQ-2對(duì)氣體質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，利用STM32中的輸出電平對(duì)電機(jī)的啟動(dòng)進(jìn)行控制。
系統(tǒng)以STM32單片機(jī)為控制核心，由煙霧傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，將采集到的數(shù)據(jù)交由控制器處理，控制器將數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，若超出設(shè)定指標(biāo)，則通過(guò)串口將控制量發(fā)送到執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，改善空氣流通速度。同時(shí)在煙霧超標(biāo)時(shí)會(huì)有報(bào)警顯示，當(dāng)風(fēng)扇將煙霧降到規(guī)定指標(biāo)以下時(shí)，報(bào)警取消。上位機(jī)實(shí)時(shí)顯示各器件工作狀態(tài)及當(dāng)前數(shù)據(jù)，并通過(guò)RS232向STM32發(fā)送控制命令。
硬件設(shè)計(jì)使用塑料收納盒、風(fēng)扇，系統(tǒng)整體初始保證平衡，上位機(jī)與STM32間的數(shù)據(jù)通信采用RS232。基于這些完備而可靠的硬件設(shè)計(jì)，使用了一套獨(dú)特的軟件算法，實(shí)現(xiàn)了模擬環(huán)境內(nèi)氣體的監(jiān)控與平衡控制。
2.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。
圖 1 系統(tǒng)整體框圖
系統(tǒng)實(shí)物模擬連接圖如圖2所示
圖 2系統(tǒng)實(shí)物模擬連接圖
2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的組成
本系統(tǒng)主要由主控制器、煙霧檢測(cè)模塊、放大電路、穩(wěn)壓電路、繼電器、風(fēng)扇、報(bào)警電路、開關(guān)電源等模塊組成。
室內(nèi)氣體監(jiān)控系統(tǒng)期望的功能是當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)氣體質(zhì)量發(fā)生改變時(shí)，安裝于模擬環(huán)境內(nèi)的MQ-2氣體檢測(cè)模塊實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)，并將采集到的氣體濃度相關(guān)數(shù)據(jù)傳送至主控制器。主控制器將數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，對(duì)比設(shè)定指標(biāo)，得出是否需要對(duì)該環(huán)境氣體質(zhì)量進(jìn)行改善，換算為輸出的0-3.3V電平信號(hào)，通過(guò)三極管放大后，將該電平信號(hào)傳送給5V RU繼電器，驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇工作，改善空氣流通速度。安裝于桶壁上的傳感器信號(hào)再次反饋到STM32單片機(jī)，與設(shè)定值相比較，形成一個(gè)閉環(huán)反饋，從而使桶內(nèi)氣體質(zhì)量保持一個(gè)相對(duì)健康的指標(biāo)。
2.2開關(guān)電源
開關(guān)電源是利用現(xiàn)代電力技術(shù)，控制開關(guān)晶體管開通和關(guān)斷的時(shí)間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源，開關(guān)電源一般由脈沖寬度調(diào)制（PWM）控制IC和MOSFET構(gòu)成，開關(guān)電源與線性電源不同的是，PWM開關(guān)電源是讓功率晶體管工作在導(dǎo)通和關(guān)斷的狀態(tài)，在這兩種狀態(tài)中，加在功率晶體管上的伏-安乘積是很小的（在導(dǎo)通時(shí)，電壓低，電流大；關(guān)斷時(shí)，電壓高，電流小），功率器件上的伏安乘積就是功率半導(dǎo)體器件上所產(chǎn)生的損耗。與線性電源相比，PWM開關(guān)電源更為有效的工作過(guò)程是通過(guò)“斬波”，即把輸入的直流電壓斬成幅值等于輸入電壓幅值的脈沖電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)的。脈沖的占空比由開關(guān)電源的控制器來(lái)調(diào)節(jié)。一旦輸入電壓被斬成交流方波，其幅值就可以通過(guò)變壓器來(lái)升高或降低。通過(guò)增加變壓器的二次繞組數(shù)就可以增加輸出的電壓值。最后這些交流波形經(jīng)過(guò)整流濾波后就得到直流輸出電壓。
控制器的主要目的是保持輸出電壓穩(wěn)定，其工作過(guò)程與線性形式的控制器很類似。也就是說(shuō)控制器的功能塊、電壓參考和誤差放大器，可以設(shè)計(jì)成與線性調(diào)節(jié)器相同。他們的不同之處在于，誤差放大器的輸出（誤差電壓）在驅(qū)動(dòng)功率管之前要經(jīng)過(guò)一個(gè)電壓/脈沖寬度轉(zhuǎn)換單
2.3煙霧濃度控制分析
本系統(tǒng)采用煙霧傳感器模塊進(jìn)行檢測(cè)煙霧濃度并輸出相應(yīng)的電壓，當(dāng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)大于設(shè)定值時(shí)，風(fēng)扇啟動(dòng)進(jìn)行室內(nèi)氣體與外部環(huán)境氣體交換，直到達(dá)到設(shè)定值，電風(fēng)扇停止，達(dá)到氣體濃度控制的目的。
本系統(tǒng)采用三極管作為系統(tǒng)的放大電路。
三極管特性是基極控制集電極電流,所以一個(gè)NPN型三極管的集電極接電源正極,發(fā)射極接電源負(fù)極,基極不接電源的任何一端,或者接負(fù)極時(shí),集電集和發(fā)射極沒有電流通過(guò)。如集電極和發(fā)射極有電流通過(guò),說(shuō)明三極管漏電或損壞。
基極電流在一定的范圍內(nèi)可以控制集射電流的大小,這個(gè)范圍就是放大區(qū)。當(dāng)基極電流再增大,管子集射電流會(huì)達(dá)到飽和,此時(shí)基流的再增加已經(jīng)不能使集射電流增大了,飽和電流的大小不受基極電流的控制而只受外電路的控制。
當(dāng)外加電源時(shí),比如信號(hào)、直流時(shí),必須和發(fā)射極對(duì)地電位相同,正電時(shí)三極管導(dǎo)通,0.6V以下或負(fù)電時(shí)截止。
由此得出：NPN型三極管在基極電壓達(dá)到0.7V時(shí),開始導(dǎo)通有電流,隨著基極電壓增大,三極管進(jìn)入放大區(qū),集電極電流增大;基極電流增大到一定值時(shí),三極管進(jìn)入放大飽和區(qū),此時(shí)再增大基極電壓,集電極電流增加很小。而基極電壓小于0.7V,或者為0、負(fù)電時(shí),三極管沒有電流通過(guò),稱為截止。
注：任何時(shí)候三極管不應(yīng)該處于最大電流及最大電壓(當(dāng)然也不能在最大功率)下工作,否則極易永久性損壞。
本系統(tǒng)采用HK4100F-DC5V-SHG型繼電器。
繼電器主要作為系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)電路，繼電器引腳的示意圖如圖3所示。
圖3 繼電器引腳的示意圖
2、5為線圈 1、6為公共端 3、4一個(gè)常開一個(gè)常閉
繼電器的三維視圖及電氣圖如圖4所示。
圖4 繼電器三視圖模型
a 繼電器正視圖 b繼電器側(cè)視圖
c 繼電器電氣圖 d 繼電器俯視圖
其驅(qū)動(dòng)原理如下：
- 當(dāng)STM32單片機(jī)的引腳輸出低電平時(shí)，三極管飽和導(dǎo)通，＋5V電源加到繼電器線圈兩端，繼電器吸合，同時(shí)狀態(tài)指示的發(fā)光二極管也點(diǎn)亮，繼電器的常開觸點(diǎn)閉合，相當(dāng)于開關(guān)閉合。
- 當(dāng)STM32單片機(jī)的引腳輸出高電平時(shí)，三極管截止，繼電器線圈兩端沒有電位差，繼電器銜鐵釋放，同時(shí)狀態(tài)指示的發(fā)光二極管也熄滅，繼電器的常開觸點(diǎn)釋放，相當(dāng)于開關(guān)斷開。注：在三極管截止的瞬間，由于線圈中的電流不能突變?yōu)榱悖^電器線圈兩端會(huì)產(chǎn)生一個(gè)較高電壓的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)則可以通過(guò)二極管IN4148釋放，從而保護(hù)了三極管免被擊穿，也消除了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)對(duì)其他電路的干擾，這就是二極管D1的保護(hù)作用。
3.系統(tǒng)功能及指標(biāo)
3.1功能指標(biāo)
該系統(tǒng)主要由控制中心，檢測(cè)裝置，驅(qū)動(dòng)裝置以及執(zhí)行裝置構(gòu)成,其各個(gè)裝置所執(zhí)行的功能如下：
- 控制中心：采用STM32單片機(jī)，主要負(fù)責(zé)對(duì)檢測(cè)裝置信號(hào)的接受以及對(duì)該信號(hào)的處理；
- 檢測(cè)裝置：由煙霧檢測(cè)傳感器組成，主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)內(nèi)部對(duì)于煙霧濃度的檢測(cè)；
- 驅(qū)動(dòng)裝置：由三極管9013NPN構(gòu)成，主要用于單片機(jī)輸出電平信號(hào)的放大；
- 執(zhí)行裝置：由風(fēng)扇以及繼電器組成，繼電器用于控制風(fēng)扇的啟動(dòng)，風(fēng)扇用于系統(tǒng)內(nèi)的排風(fēng)。
3.2技術(shù)指標(biāo)
本次設(shè)計(jì)所選箱體大小為70L(620*440*330),氣體濃度指標(biāo)為200ppm,將密封箱體中煙霧快速降到指標(biāo)以下,假定風(fēng)扇尺寸為80*80*25，額定電壓為12V，轉(zhuǎn)速為1800
10%rpm，風(fēng)量為21CFM，10s內(nèi)將箱體內(nèi)氣體進(jìn)行一次更換。
二、系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)
1.實(shí)驗(yàn)對(duì)象設(shè)計(jì)
1.1箱體選擇：長(zhǎng)方體
- 產(chǎn)品材質(zhì)：聚丙烯原料PP
- 產(chǎn)品尺寸：620×440×330（mm)
- 產(chǎn)品總?cè)萘浚?0L
- 選擇理由：與紙箱、鐵桶等材質(zhì)的產(chǎn)品相比較，所選塑料箱子具有以下優(yōu)點(diǎn)：
- 尺寸形狀模擬真實(shí)房間比列，具有較實(shí)際的試驗(yàn)意義；
- 價(jià)格適合，便于攜帶，樣式美觀；
- 良好的耐熱性、良好的力學(xué)性能，其強(qiáng)度和硬度、彈性都比較適宜，后期方便箱子加工、打孔；
- 試驗(yàn)后，還可以重復(fù)利用，不浪費(fèi)，收納一些生活小物品；
- 材質(zhì)無(wú)毒、無(wú)臭、無(wú)味，具有健康的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。
1.2 箱體開口位置及開口尺寸
開口位置在箱體的上方，兩側(cè)各開一個(gè)口安裝風(fēng)扇，分別作為排風(fēng)口。對(duì)于重力場(chǎng)中的不可壓縮均質(zhì)流體 ，方程為p+ρgh+(1/2)*ρv^2=c 式中p、ρ、v分別為流體的壓強(qiáng)、密度和速度；h為鉛垂高度；g為重力加速度；c為常量。根據(jù)伯努利方程可以看出，流速快壓力低壓強(qiáng)小，流速慢壓力高壓強(qiáng)大。所以選擇此方法排風(fēng)不會(huì)在拐角造成氣流回旋。
開口形狀近似為八邊形，故其面積可由風(fēng)扇的尺寸減去四個(gè)邊角的面積得到，具體效果如圖5所示。
排風(fēng)口尺寸大小由計(jì)算得出為：
- 風(fēng)扇的面積為：80mm*80mm=64cm2
- 四個(gè)邊角的面積：1/2*2.67*2.67=3.56cm2
- 單個(gè)排風(fēng)口尺寸的大小：64-3.56=60.44cm2
- 總排風(fēng)口大小：60.44*2=120.88cm2
為確保箱體有足夠進(jìn)風(fēng)量，在箱體一側(cè)開有進(jìn)風(fēng)口，其尺寸大小為：107*94=100.58cm2，箱體總開口尺寸為100.58+120.88=221.46cm2
圖5 風(fēng)扇開口效果圖
1.3 風(fēng)扇的選擇
根據(jù)公式P=Q*P(壓力)/60*1000*風(fēng)機(jī)效率*傳動(dòng)效率可得到風(fēng)扇功率，進(jìn)而選擇合適的風(fēng)扇。
假設(shè)風(fēng)扇風(fēng)量為21CFM，由1CMM=60CMH=35.245CFM=1000LM可得，風(fēng)量Q為0.6CMM。由此可大致算出風(fēng)扇功率為0.9w。
該風(fēng)扇的風(fēng)量可換算為：1000/35.245*21.8=618.53LM。
將箱體內(nèi)氣體排出的時(shí)間為：t=70L/618.53LM*60s=6.8s,
風(fēng)扇出風(fēng)口的風(fēng)速計(jì)算公式：
V=Q/F (3-1)
(V為風(fēng)扇的風(fēng)速，Q為風(fēng)扇的風(fēng)量，F(xiàn)為箱體的橫截面積，代入數(shù)據(jù)可得，V=0.515m/s)
綜上選擇XFAN80型風(fēng)扇，該風(fēng)扇為電壓12V，電流0.08A，轉(zhuǎn)速為1800npm,風(fēng)量21.8CFM。兩個(gè)風(fēng)扇同時(shí)工作可在7s將箱體內(nèi)氣體更換，考慮開口及其他影響時(shí)間或許有出入，但滿足預(yù)期設(shè)計(jì)要求。
2.控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2.1電源電路的設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)的電源選用S-75-12型開關(guān)電源。開關(guān)電源功耗小，效率高；體積小，重量輕；穩(wěn)壓范圍寬。
- 需要供電的器件為：負(fù)載風(fēng)扇12v，繼電器、傳感器以及STM32單片機(jī)各5V，所以電源電路供電分為以下三部分：
- 風(fēng)扇部分：本系統(tǒng)使用外部220V交流供電，利用S-75-12型開關(guān)電源將220V交流電壓轉(zhuǎn)換為風(fēng)扇工作的連續(xù)直流12V電壓。
- 三極管部分：經(jīng)過(guò)L7805CV三端穩(wěn)壓集成電路將12V電壓轉(zhuǎn)換為5V電壓以供C9013型三極管放大電路工作使用。
- 傳感器部分：經(jīng)過(guò)L7805CV三端穩(wěn)壓集成電路將12V電壓轉(zhuǎn)換為5V電壓同時(shí)供MQ-2型煙霧傳感器工作使用。
開關(guān)電源可以對(duì)風(fēng)扇進(jìn)行直接供電,對(duì)于繼電器、傳感器以及STM32單片機(jī)所需要的5v電壓可通過(guò)芯片7805將其轉(zhuǎn)換成5v。這里繼電器由相應(yīng)的三極管來(lái)驅(qū)動(dòng)，開機(jī)時(shí)，單片機(jī)初始化后的端口為高電平，＋5伏電源通過(guò)電阻使三極管導(dǎo)通，所以開機(jī)后繼電器始終處于吸合狀態(tài)，如果我們?cè)诔绦蛑薪o單片機(jī)一條：CLR Pn或者CLR Pn的指令的話，相應(yīng)三極管的基極就會(huì)被拉低到零伏左右，使相應(yīng)的三極管截至，繼電器就會(huì)斷電釋放，每個(gè)繼電器都有一個(gè)常開轉(zhuǎn)常閉的接點(diǎn)，便于在其他電路中使用，繼電器線圈兩端反相并聯(lián)的二極管是起到吸收反向電動(dòng)勢(shì)的功能，保護(hù)相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)三極管，這種繼電器驅(qū)動(dòng)方式硬件結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單。
2.2 MCU最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)采用STM32 PZ6806L型開發(fā)板，其中STM32F103ZET為核心板，其管腳圖如圖6所示。并分別應(yīng)用了蜂鳴器、RS232模塊、LCD液晶顯示屏、ADC模塊、DAC模塊等。
- 具有LCD彩屏顯示功能。
- 具有蜂鳴器來(lái)完成系統(tǒng)報(bào)警的功能。
- 可以利用串行下載完成編程。
- 具有復(fù)位功能。
- 具備據(jù)終端設(shè)備和數(shù)據(jù)通訊設(shè)備之間串行二進(jìn)制數(shù)據(jù)交換接口技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。
- 數(shù)模、模數(shù)轉(zhuǎn)換。
- 顯示功能，我們可以利用開發(fā)板上LCD液晶顯示屏來(lái)現(xiàn)這個(gè)功能；
- 報(bào)警功能可以采用P2.0這個(gè)引腳接一蜂鳴器來(lái)實(shí)現(xiàn)。
- 利用單片機(jī)的第25腳可以設(shè)計(jì)成復(fù)位系統(tǒng)，并采用按鍵復(fù)位；
- 利用單片機(jī)的23、24腳可以設(shè)計(jì)成時(shí)鐘電路，利用單片機(jī)的內(nèi)部振蕩方式設(shè)計(jì)的。
圖6 STM32管腳圖
2.3三極管放大模塊的設(shè)計(jì)
系統(tǒng)利用C9013型三極管將3.3V電壓放大到5V電壓來(lái)控制繼電器工作，從而控制風(fēng)扇的運(yùn)行與停止，其結(jié)構(gòu)圖如圖7所示。三極管各極所需電壓如下：
- 集電極-發(fā)射極電壓：25V；
- 集電極-基極電壓：45V；
- 發(fā)射極-基極電：5V；
三極管放大電路中，3.3V不能直接加到三極管B極，應(yīng)當(dāng)在基極串一個(gè)限流電阻限制基極電流，以達(dá)到保護(hù)三極管的作用；C極也應(yīng)該串一個(gè)10KΩ上拉電阻達(dá)到輸出電壓5V的目的。
圖7 9013 - NPN型三極管結(jié)構(gòu)圖
2.4煙霧傳感器模塊的設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)采用MQ-2型煙霧傳感器模塊，用于檢測(cè)系統(tǒng)空間內(nèi)的煙霧濃度值，其工作原理圖如圖8所示。煙霧傳感器將檢測(cè)到的數(shù)據(jù)所輸出的0-5V至STM32進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后輸出控制信號(hào)進(jìn)行風(fēng)扇控制。與設(shè)定值進(jìn)行比較，以確定風(fēng)扇工作與否。
MQ-2型煙霧傳感器模塊采用優(yōu)質(zhì)雙面板設(shè)計(jì)，具有電源指示和TTL信號(hào)輸出指示；雙路信號(hào)輸出；（模擬量輸出及TTL電平輸出）TTL輸出有效信號(hào)為低電平,可接直接接單片機(jī)IO口；模擬量輸出0~5V電壓，濃度越高電壓越高；對(duì)液化氣、丁烷、甲烷、煙霧等有較好的靈敏度；使用壽命長(zhǎng)、穩(wěn)定性好；具有快速響應(yīng)恢復(fù)特性。
圖8 工作原理圖
煙霧傳感器工作要求：
- 煙霧傳感器模塊正常工作需提供5V直流電。
- 當(dāng)傳感器檢測(cè)被測(cè)氣體時(shí)，當(dāng)濃度值超過(guò)電位器RP設(shè)定的閥值時(shí)，比較器2腳的點(diǎn)位高于3腳的點(diǎn)位，此時(shí)，比較器1腳輸出低電平，LED燈亮，傳感器輸出低電平。反之，當(dāng)沒有信號(hào)的時(shí)候，傳感器輸出高電平，等于電源電壓。
- 在正常環(huán)境中，沒有被測(cè)氣體的環(huán)境，設(shè)定傳感器輸出電壓值為參考電壓，這時(shí)，AOUT端的電壓在1V左右，當(dāng)傳感器檢測(cè)到被測(cè)氣體時(shí)，電壓每升高0.1V，實(shí)際被測(cè)氣體的濃度增加200ppm。特別提醒：傳感器通電后，需要預(yù)熱20S左右，測(cè)量的數(shù)據(jù)才穩(wěn)定。
三、上位機(jī)設(shè)計(jì)
隨著計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的普及與外圍設(shè)備技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)與外圍設(shè)備之間的通信就顯得越來(lái)越重要了。智能機(jī)器人少不了一個(gè)控制的遙控器，這就需要設(shè)計(jì)上位機(jī)來(lái)控制機(jī)器人。現(xiàn)在設(shè)計(jì)上位機(jī)的軟件一般有labview、matlab、vc、vb、vs、java等。對(duì)于labview來(lái)說(shuō)虛擬儀器沒有常規(guī)儀器的控制面板，而是利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的圖形環(huán)境，采用可視化的圖形編程語(yǔ)言和平臺(tái)，以在計(jì)算機(jī)屏幕上建立圖形化的軟面板來(lái)替代常規(guī)的傳統(tǒng)儀器面板。軟面板上具有與實(shí)際儀器相似的旋鈕、開關(guān)、指示燈及其他控制部件。在操作時(shí)，用戶通過(guò)鼠標(biāo)或鍵盤操作軟面板，來(lái)檢驗(yàn)儀器的通信和操作。對(duì)于matlab來(lái)說(shuō)主要存在優(yōu)勢(shì)是：1、編程效率高；2、高效方便的矩陣和數(shù)組運(yùn)算； 3、用戶使用方便 ； 4、擴(kuò)充性強(qiáng)，交互性好 。 缺點(diǎn)是：1、循環(huán)運(yùn)算效率低 ；2、封裝性不好。對(duì)于上位機(jī)設(shè)計(jì)需要用到MATLAB提供了一定量的交互界面制作途徑如GUI等，但是作為一件真正的商品，最終的代碼將不可避免的移植到較為“低級(jí)”的語(yǔ)言中，例如C、C++。對(duì)于vc，要求執(zhí)行效率和穩(wěn)定的程序，在Win平臺(tái)下，一般都是VC開發(fā)的。一般是VC開發(fā)核心組件，其它平臺(tái)開發(fā)界面。就是有些數(shù)據(jù)庫(kù)程序，如果要求特別穩(wěn)定，也是VC++開發(fā)的。VC++使用微軟的編譯器，對(duì)微軟的操作系統(tǒng)支持的最好。VC++用C++，保證了強(qiáng)大的執(zhí)行效率。對(duì)于vb，優(yōu)點(diǎn)是可視化界面，操作簡(jiǎn)單，易學(xué)。缺點(diǎn)是隱藏了許多 Windows 內(nèi)部和底層的知識(shí)，也就是說(shuō)，VB 的許多功能是靠調(diào)用已經(jīng)編輯好的 Windows 模塊或dll 實(shí)現(xiàn)的，VB 本身無(wú)法編輯這些東西，對(duì)底層操作極其不便。另外，運(yùn)行速度較 C 或其他 語(yǔ)言慢。Java一般用于手機(jī)平臺(tái)的軟件開發(fā)。本次設(shè)計(jì)使用較為簡(jiǎn)便的VS2103，下面簡(jiǎn)單介紹一下VS模塊。
Visual Studio 2013 是一個(gè)基本完整的開發(fā)工具集，它包括了整個(gè)軟件生命周期中所需要的大部分工具。創(chuàng)建滿足關(guān)鍵性要求的多層次的智能客戶端、Web、移動(dòng)或基于Microsoft Office的應(yīng)用程序。Visual Studio能夠使改進(jìn)后的可視化設(shè)計(jì)工具、編程語(yǔ)言和代碼編輯器，享受高效率的開發(fā)環(huán)境, 在統(tǒng)一的開發(fā)環(huán)境中，開發(fā)并調(diào)試多層次的服務(wù)器應(yīng)用程序 。
本項(xiàng)目是一個(gè)基于vs2013平臺(tái)的室內(nèi)氣體檢測(cè)系統(tǒng)的上位機(jī)設(shè)計(jì)。通過(guò)本次設(shè)計(jì)主要達(dá)到以下目的： 掌握串行口的的編程、查表和查詢程序的設(shè)計(jì)方法；了解STM-32串行口的應(yīng)用； 掌握usart串口硬件線路設(shè)計(jì)方法；熟悉電風(fēng)扇的工作特性；掌握VC的編程，以及人際界面的設(shè)計(jì)。 主要設(shè)計(jì)內(nèi)容 ： 1、基于Visual Studio語(yǔ)言的人機(jī)界面設(shè)計(jì)和通信軟件程序設(shè)計(jì)； 2、重點(diǎn)掌握在Visual Studio語(yǔ)言環(huán)境下如何通過(guò)MSComm控件來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)串口的操作。
上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)方案為：第一步設(shè)計(jì)好可視化界面，并且界面設(shè)計(jì)合理美觀，了解各個(gè)按鍵的屬性和功能，界面上有基本的開始、停止、調(diào)節(jié)設(shè)定值等基本功能。第二步進(jìn)行界面的復(fù)雜化，在實(shí)現(xiàn)基本功能的基礎(chǔ)上進(jìn)行功能擴(kuò)展，提高其應(yīng)用的普遍性。第三步用vs2012軟件對(duì)各個(gè)功能按鈕進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)各部分功能，完成調(diào)試，實(shí)現(xiàn)PC機(jī)與單片機(jī)的串行通信，最終實(shí)現(xiàn)人機(jī)界面的交互。 上位機(jī)系統(tǒng)的組成主要有PC人機(jī)界面、usart串口組成。 所謂人機(jī)界面，就是將窗體、命令按鈕、文本框、選擇框等對(duì)象按照用戶的需要有機(jī)的組合在一起。VC人機(jī)界面用到的元素主要包括：窗體、控件和菜單。窗體：是人機(jī)界面的基礎(chǔ)，是一個(gè)容器，控件和菜單都安放在窗體的適當(dāng)位置。 控件是人機(jī)界面的主要對(duì)象。
通過(guò)RS232鏈接室內(nèi)檢測(cè)系統(tǒng)，使用VS2013編程上位機(jī)控制軟件。上位機(jī)設(shè)計(jì)原理如圖9所示。
圖9 上位機(jī)設(shè)計(jì)原理圖
RS232是串口來(lái)使用，從上位機(jī)端發(fā)送功能指令，當(dāng)室內(nèi)空氣檢測(cè)系統(tǒng)接收指令后來(lái)完成相對(duì)應(yīng)的功能。首先啟動(dòng)電腦打開電源。上位機(jī)選擇對(duì)應(yīng)的串口和波特率，等和HC-05的串口通道打通之后就可以使用上位機(jī)控制檢測(cè)系統(tǒng)了。檢測(cè)系統(tǒng)可以通過(guò)單擊上位機(jī)界面上的開始和停止來(lái)控制。這個(gè)方法是通過(guò)程序編輯來(lái)實(shí)現(xiàn)。同時(shí)上位機(jī)也具備鍵盤輸入的功能，可以調(diào)節(jié)設(shè)定值。控制軟件界面如圖10所示。
圖10 控制軟件界面圖
2、對(duì)子系統(tǒng)或部件計(jì)劃進(jìn)度要求
- 第一天：初步方案設(shè)計(jì)。
- 第二天：完善方案設(shè)計(jì)并完成設(shè)備的采購(gòu)（包括STM32,電機(jī)，電源，傳感器等）。
- 第三天：硬件設(shè)計(jì)與搭建，完成基本算法設(shè)計(jì)。
- 第四～七天：硬件完善與軟件調(diào)試，仿真分析，上位機(jī)軟件算法設(shè)計(jì)。
- 第八天：產(chǎn)品完善及報(bào)告撰寫。
- 第九天：產(chǎn)品驗(yàn)收
表1項(xiàng)目分工
成員
| 工作內(nèi)容
| 工作時(shí)間
|
| 胡文濤
| 負(fù)責(zé)實(shí)習(xí)期間整體安排和協(xié)調(diào)
|
全員按照上班時(shí)間正常上下班，個(gè)人工作時(shí)間具體依照整體安排執(zhí)行。
|
| 馬姍
| 負(fù)責(zé)實(shí)習(xí)進(jìn)度安排以及上位機(jī)的操作
|
| 楊林艷
| 負(fù)責(zé)財(cái)務(wù)規(guī)劃和核算
|
| 劉次明
| 負(fù)責(zé)實(shí)習(xí)方案的設(shè)計(jì)
|
| 歐鵬鵬
| 負(fù)責(zé)具體控制算法和編程
|
| 于亞奇
| 負(fù)責(zé)實(shí)習(xí)器件采購(gòu)
|
| 劉鑫
| 負(fù)責(zé)文案整理
|
|
4、原件采購(gòu)
表2 項(xiàng)目費(fèi)用
設(shè)備名稱
| 單價(jià)(元)
| 數(shù)量
| 合計(jì)（元）
| 備注
| STM32最小系統(tǒng)
| 185
| 1
| 185
| 控制核心
| 塑料箱
| 55
| 1
| 55
| 模擬真實(shí)環(huán)境
| 風(fēng)扇XFAN80
| 15
| 2
| 30
|
| 三極管9013NPN
| 1
| 2
| 2
| 放大信號(hào)
| RU繼電器HK4100F-DC5V
| 5
| 2
| 10
|
| 氣體檢測(cè)模塊MQ-2
| 12
| 2
| 24
|
| 穩(wěn)壓塊L7805CV
| 3
| 1
| 3
|
| 開關(guān)電源S-75-12
| 65
| 1
| 65
|
| 電路板
| 3
| 1
| 3
| 焊接元器件
| 總計(jì)：372
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| 完成人簽名
| 指導(dǎo)老師審查意見
| 詳細(xì)設(shè)計(jì)報(bào)告
| 共15頁(yè)
| 第15頁(yè)
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| 西安海祿科技-西安建大培訓(xùn)
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