基于AVR單片機的有害氣體紅外檢測及語音警示系統(tǒng)的設計
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本系統(tǒng)采用的是串行數據通信方式，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，它要求下位機和主機控制器雙方都具有獨立的發(fā)送和接收能力。
接收／發(fā)送時鐘用來控制通信設備接收／發(fā)送字符數據速度，該時鐘信號通常由微機內部的時鐘電路產生。接收數據時，接收器在接收時鐘的上升沿對接收數據采樣，進行數據位檢測。發(fā)送數據時，發(fā)送器在發(fā)送時鐘的下降沿將移位寄存器的數據串行移位輸出。
接收／發(fā)送時鐘頻率與波特率有如下關系：
式中：Fe為接收／發(fā)送時鐘頻率；n為頻率系數，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)送的數據位寬Td之間的關系是：
式中：n=1，16，64。
若取n=16，那么異步傳送接收數據實現同步的過程如下：接收器在每一個接收時鐘的上升沿采樣接收數據線，當發(fā)現接收數據線出現低電平時就認為是起始位的開始，以后若在連續(xù)的8個時鐘周期(因n=16，故Td=16Tc)內檢測到接收數據線仍保持為低電平，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，而且能夠相當精確地確定起始位的中間點，從而提供一個準確的時間基準。從這個基準算起，每隔16Tc采樣一次數據線，作為輸入數據。一般來說，從接收數據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(一個數據位時間)在每個數據位的中間點采樣。
2通信軟件設計
系統(tǒng)通信軟件由下位機、主機控制器通信軟件和上位機監(jiān)控軟件3部分組成。下位機通信軟件功能主要是接收主機控制器發(fā)送過來的信號，針對各下位機地址發(fā)送應答信號，再根據主機控制器發(fā)來的控制信號做出相應的反應，隨后發(fā)送主機控制器所需數據。其通信功能使用了單片機的串行中斷和查詢收發(fā)狀態(tài)標志位的方法實現。下位機平時對各監(jiān)控點進行數據采集并定時存儲，當有串行中斷時執(zhí)行串行中斷服務程序，判別是否為本機的地址信息，地址信息與本機地址相符時，轉為接收控制命令，并執(zhí)行相應的操作；地址信息與本站地址不符時則退出中斷。下位機通信流程圖如圖4所示。
主機控制器的通信軟件實現功能主要包括呼叫各從機(下位機)，并向各從機發(fā)送查詢控制命令。其工作過程為：控制器發(fā)送需呼叫的從機的地址，然后等待接收從機的應答信號，若應答信號正確即發(fā)送控制命令，若應答信號不正確則重新發(fā)送需呼叫的地址，并等待接收應答信號，接收到應答信號后接收下位機發(fā)送的數據，存儲在相對應的數據存儲區(qū)并在LCD(液晶顯示器)顯示屏中顯示出來。對同一從機多次呼叫而規(guī)定時間內無應答信號或應答信號不正確，則提示錯誤信息。圖5為主機控制器通信流程圖。
上位機監(jiān)控軟件由Visual C++編寫，具有良好的可視效果，功能包括數據查詢、數據存儲、串口通信設置、視頻監(jiān)控、圖表顯示(單機、多機)等。上位機的數據來自主機控制器，其通過RS-232串口網絡傳送給上位機，它的接口與RS-485網絡的接口是并行的，標準接口有25條線、4條數據線、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結束語
針對該系統(tǒng)，除了可以使用自己設計的上位機軟件進行調試，還可以利用一個簡單的串口調試器來實現。該系統(tǒng)覆蓋了單片機技術及一部分模擬、數字電路的知識，系統(tǒng)具有一定的操控性、工作穩(wěn)定、實現容易、成本低，具有很高的使用價值，在系統(tǒng)建成后，運行結果表明系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠，在工業(yè)控制領域有著廣闊的前景。
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