基于STC12C5A16S2的药品通风柜的设计

程瑞龙

摘要：该文介绍了一种以STC12C5A16S2单片机模块为核心的药品通风柜的设计，该药品通风柜主要应用于化工实验室或药品存储室的通风控制，通过传感器检测空气中药品浓度，此装置由微控制单元、执行器单元、传感器以及显示和按键设置模块组成。如果浓度过高则启动报警模块，浓度在正常范围内该通风柜控制风机进行通风和过滤处理。在设置模式中可以对相关参数进行修改，还可以通过一键恢复出厂设置。本文阐述了各模块的设计过程，最后对设备进行了综合调试。

关键词：STC12C5A16S2，药品通风柜，浓度检测

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2015）26-0179-02

1 引言

随着社会的发展，科技的进步，各种污染气体的排放越来越严重，污染气体的排放以及严重影响到人民的健康和工作环境的安全。本文重点阐述了一款基于STC12C5A16S2单片机模块为核心的药品通风柜的设计。该药品通风柜现已在各大城市化工实验室里稳定运行，该药品通风柜通过对实验室的空气中的有害气体进行过滤，并能检测空气中有害气体的浓度，如果浓度过高则启动报警模块，浓度在正常范围内该通风柜控制风机进行通风和过滤处理。过滤器一般在系统运行一年需要更换一次，系统会自动提醒。该设备还具备断电保护功能和相关数据的累计功能，并能检测实验室中温度和面风速等信息。

2 概述

通风柜右侧有风扇转速（P）、照明灯控制（UP）、DOWN、SET四个按键。在主界面环境中短按对应按键时间小于一秒显示相关参数，按下第一个按键风扇转速（P）直接显示风扇转速，如果长按的话显示参数设置界面。短按第二个按键照明灯控制（UP）控制对应的照明灯亮灭。如果在主界面长按SET按键大于三秒，则显示对应参数设置界面，通过继续按风扇转速（P）按键选择所需要修改的参数，通过UP、DOWN按键控制参数，通过SET按键确认退出。开机如果长按SET键然后再开机可以直接恢复出厂设置。相关参数都带有掉电保存功能，不需要每次开机重新设置。能够检测温度、面风速、系统运行时间，气体浓度、风机运行速度等信息。

3 系统结构

本系统由STC12C5A16S2单片机核心控制芯片，利用内部的AD转换功能转换温度数值与两路面风速和两路气体浓度检测，并在液晶屏上显示出来；利用内部定时器完成系统运行时间控制；驱动继电器控制照明灯，利用单片机内部PWM功能控制风机转速，利用内部计数器检测风机转速。具体结构框图如图1所示。

4 硬件部分

在药品通风柜控制系统中，STC12C5A16S2单片机是整个通风柜的核心，如图2所示通风柜的性能取决于选取的单片机的优越程度和稳定性，STC12C5A16S2单片机是一款加密型强、自带AD转换功能、有较好的抗干扰方面的性能、低功耗模式下4-7mA 、支持在线编程、含内部看门狗、由直流5V供电具有36个I/O口、1280B RAM、16KB Flash存储器、16KB EEPROM[1]；精简指令结构运行速度快价格便宜；与普通的51单片机兼容支持C语言开发[2]。

5 软件部分

5.1 药品通风柜系统软件的整体设计

本系统分为两种模式，工作模式和设定模式，设定模式用于管理员在使用前测试系统是否有问题，设定相关参数，进行相关测试，修改风机转速各参数报警值等信息。风机转速<3300rpm。在工作模式下，开机先读取EEPROM的值，EEPROM中包括浓度范围设定、风速范围、系统运行时间、报警时间、风机转速设定等方面信息。然后各模块初始化，读取各传感器的值，将相关传感器返回的值经过单片机自带的AD转换通过算法转变为数字量并显示出来。如果在系统运行状态按下SET，则进入设定模式，可以设定浓度相关报警范围以及风机转速等相关信息，通过UP和DOWN按键进行调节，确定后按下SET键进入系统运行模式，如果检测到的数据超限则会启动报警程序，发出声光警报。具体流程如图3所示。

5.2 液晶屏的程序设计

本系统采用液晶显示模块是128×64点阵ST7920驱动的液晶显示模块，可以显示汉字和相关图形，可以由STC12C5A16S2单片机直接驱动，采用8-位串行接口的连接方式，由于产品要求显示字体不一样大小，所有显示汉字或者字符全部采用自建数据库的形式进行，本系统采用6*12点阵以及8*16点阵和12*24点阵三种字体来制作界面，并为各种字体专门配备各种驱动程序。

5.3 EEPROM存储

在系统运行过程中有可能会发生断电的情况，而且很多实验室晚上直接进行断电。那么要求本系统断电前各设备的状态和设定参数能够保持，本系统采用了24C02来实现断电保存数据，系统在每次修改参数到时候或者每运行30分钟自动将相关数据保存到EEPROM中，防止掉电丢失。在系统开始初始化阶段之前都要求读取相关的变量。

5.4 中断服务程序

药品通风柜要求系统不管处于什么模式，一旦传感器故障或者发生紧急报警的情况，要立即切换到报警模式中，所以在报警启动模块中采用的中断的形式，触发中断之后除了立即响应外，还需要实时修改相关EEPROM中的数据。由于系统软件涉及时间要求，本系统采用了定时器1来及时计时。风机PI2417562HB2M的转速也是通过计数器中断采集转换实现的。

6 结束语

本系统在单片机核心控制基础上，采用了各传感器检测相关数据，利用中断进入报警模式，并在开始系统程序之前添加了一键恢复出厂设置功能按键。在调试的过程中，发现喇叭有杂音，检查发现功放电路抗电磁干扰没做好；同时在调试阶段采用的内部EEPROM读写相关需要保存的数据，在小批量测试阶段发现，有丢数据的现象，后改用24C02解决问题，在照明电路上面经过强化测试发现，有时候测试按键不灵，经检查发现继电器驱动电路电压不够额定电压的80%，经修改解决问题。风机在调试初期也出现转速不准的情况，后改用计数器中断解决问题。

该药品通风柜的设计成本较低，具有较高的价值。现已大批量生产，运行稳定，但部分企业需要添加485通讯接口，在进一步调试中。

参考文献：

[1] 丁向荣.STC系列增强型8051单片机原理与应用[M].北京：电子工业出版社，2010.

[2] 李群芳.单片微型计算机与接口技术[M].北京： 电子工业出版社，2010.

[3] 阎石.数字电子技术基础[M]. 北京：高等教育出版社，2006.