球团生产火灾报警系统软件的设计与开发
【摘要】球团生产目的是通过烧结球團的方式为冶金高炉提供强度适中、化学成分稳定和冶金性能良好的炉料，球团的生产经历了配料、造球、转运、煤气加压和竖炉焙烧等过程，由于球团生产过程工艺复杂，因此火灾隐患始终困扰着球团生产的过程。基于以上原因，火灾报警系统的研究和设计是球团生产过程中必须考虑的问题，为此文章以攀枝花水钢红发矿业有限公司球团生产为例，在系统硬件的设计基础上，基于软件设计的架构，对系统的主程序、滤波子程序、报警子程序、控制按键子程序及显示驱动子程序等进行设计与开发，实现了球团生产过程中的火灾报警系统的设计，该系统为保障企业球团安全生产和火灾预警具有十分重要的意义。
【关键词】火灾报警系统；软件编程；设计与开发
【中图分类号】TU892【文献标识码】A【文章编号】1674-0688（2020）08-0050-03
0引言
球团生产目的是通过烧结球团的方式为冶金高炉提供强度适中、化学成分稳定和冶金性能良好的炉料，在球团的生产过程经历了配料、烘干、润磨、造球、生筛、转运、煤气加压和竖炉焙烧等过程，由于球团生产过程工艺复杂，因此火灾隐患始终困扰着球团生产的过程，事故一旦发生，不仅影响安全生产进程，而且将造成极大的生命和财产损失。因此，为了消除生产过程中的火灾隐患，保障企业球团正常的生产，避免球团生产过程中火灾的发生，研究火灾报警系统对企业的球团安全生产具有十分重要的意义。
球团企业的防火灾报警系统由硬件电路和软件编程两个部分构成，本研究在系统硬件设计的基础上，对系统的软件进行设计。
1球团生产系统的设计要求和设计方案
1.1球团生产火灾报警系统的设计要求
基于企业球团生产的特点，对火灾报警系统的设计要求如下：？譹？訛对厂区的温度和烟雾浓度的监控适实显示在显示屏上。？譺？訛采用声（蜂鸣器）和光（二极管）报警方式进行报警。？譻？訛烟雾浓度分为0～160等级，温度范围可以在0～99℃变化，并且用户可以根据使用的环境设置这两个参数。？譼？訛在实现报警或者实现其他的功能时，系统不会对温度和烟雾浓度的采集过程产生影响。
1.2球团生产火灾报警系统的设计方案
基于球团企业火灾报警系统设计要求，本系统的设计方案如图1所示，在设计方案中采用DS18B20作为温度传感器，MQ-2作为烟雾传感器，通过按键电路对报警的阈值参数进行设置，通过LCD1602对温度和烟雾浓度进行显示，通过蜂鸣器和LED灯实现声光报警。
2软件设计架构
攀枝花水钢红发矿业有限公司球团生产厂火灾报警系统软件的设计是在硬件电路设计完成的基础上进行的，整个软件采用模块化设计结构，并利用C语言进行编程，其具体的设计内容是主程序设计、滤波子程序设计、报警子程序设计、控制按键子程序的设计及显示驱动子程序的设计，其中主程序是整个单片机程序设计的主体，软件设计的主要思路是将各独立子模块通过编程联系起来，实现系统总的功能，其具体设计架构如图2所示。
3系统软件的设计与开发
3.1系统主程序的设计
主程序是整个单片机程序设计的主体，设计完成后的主程序存放于单片机STC89C52RC中，启动后循环执行，本系统的主程序设计过程如下：要让传感器收集外界信息，先要将传感器进行预加热，这是因为烟雾传感器MQ-2在没有接通电源的情况下放置一段时间后，再次接通电源，传感器不能立即采集到烟雾浓度信息，而将产生误报警，所以需要一定的时间进行预热处理。当系统上电程序初始化结束后，系统再进行阈值设定，DS18B20数字温度传感器和MQ-2烟雾传感器开始与单片机通信，传输温度和烟雾浓度的数据到单片机，当单片机接收到数据后，将温度和烟雾浓度数据与事先设定的阈值进行比较，从而决定是否启动蜂鸣器报警，同时将温度和烟雾浓度数据值适时显示在LCD1602上，其流程如图3所示。
3.2滤波子程序设计
当传感器对信号进行采集时，经常会遇到某些干扰脉冲。这些干扰脉冲会影响采集点的数据而产生较大的误差，为此采用中位值平均滤波算法解决这个问题，其具体过程如下：？譹？訛将N个被采集的数据进行比较，去掉其中最大和最小的数据。？譺？訛计算剩余的N–2个数据的算术平均值。这种方法不仅可以滤去脉冲干扰，还可以滤去幅度较小的随机电磁脉冲，确保报警系统检测烟雾浓度和温度的精准度，从而降低误报的可能，其具体的滤波子程序流程如图4所示。
3.3报警子程序设计
当温度与烟雾的浓度超过球团生产火灾报警系统所设置的阈值时，报警系统就会开始工作，并发出一种刺耳的报警声，同时LED灯闪烁。在程序设计时，为了防止系统误报的问题，对于传感器所采集的温度和烟雾浓度信息需要进行快速重复的检测和延时报警，这是为了区别烟道中烟雾的泄漏和开阀瞬间所产生的微量可燃烟雾，具体的报警子程序流程如图5所示。
3.4按键检测子程序流程序
对端口、LCD显示、DS18B20及MQ-2进行初始化之后，程序进入主循环。首先循环检测按键模块，在开始时，I/O口给出了一个高电平，然后微控制器连续检测I/O口是否变低。当按键被按下时，它相当于I/O口连接到低电平，使按钮能触发状态。最后确定触发哪个键，并执行相应的功能，其检测模块流程图如图6所示。
3.5LCD1602液晶显示器程序设计
本系统采用的是LCD1602液晶显示器作为环境状态显示，LCD1602直接通过引脚与单片机相连，初始化完成后即可使用；在使用LCD1602时，先判断此模块的忙标志位是否为低电平，若为低电平，则表示系统不忙，可以根据初始化设置进行显示数据。它执行的整个过程如下：单片机首先执行LCD1602的初始化程序，然后执行延时等待程序，等待DS18B20和MQ-2传感器采集数据，最后单片机向LCD1602发送数据即写入数据后，LCD1602读取写入地址，根据写入地址在LCD1602上显示内容。LCD1602液晶显示模块的软件程序流程如图7所示。
4系统硬件设计
球团生产火灾报警系统由硬件电路和软件编程两个部分组成，系统只有在硬件电路设计完成以后，才能对系统进行软件编的设计与开发，为此本系统采用了AT89C51系列单片机作为系统的主控芯片、DLCD1602液晶显示器作为环境状态监测显示、蜂鸣器和LED灯作为声光报警、S18B20作为数字温度传感器、MQ-2作为烟雾传感器、ADC0832作为AD转换电路，并采用按键电路实现功能设置等单元电路，将这些硬件单元电路进行级联，就完成了系统整个硬件电路的设计。
5系统仿真与测试
基于所设计的硬件电路，将所设计的程序下载到系统的单片机中，通过系统的软件调试、硬件调试及软硬件的联合调试后，系统实现了以下的基本功能：？譹？訛上电后，当温度传感器检测到的温度超过设定阈值或者烟雾传感器检测到的烟雾值超过烟雾设定阈值时，蜂鸣器报警，LED红灯闪烁；？譺？訛温度传感器检测到的实际温度值和烟雾传感器所检测到的实际烟雾浓度值将时适显示在LCD1602液晶显示屏上（如图8所示）。通过实验测试达到了设计要求所赋予的全部功能。
6结语
通过以上讨论可以看出，基于攀枝花水钢红发矿业有限公司球团生产厂的防火灾系统设计要求，在系统硬件电路设计的基础上，提出了软件设计架构，利用C语言进行编程，对系统进行了主程序设计、滤波子程序设计、报警子程序设计、按键控制子程序设计及显示驱动子程序的设计等，通过Proteus仿真和实验表明，系统实现了球团生产的环境状态实时监测显示和火灾声光报警的功能，本系统对于企业的球团安全生产和火灾预警具有十分重要的意义。