核污水检测仪单片机开发方案二

三、软件设计

1. 初始化程序
   • 硬件初始化：对微控制器的各个硬件模块进行初始化，包括设置 I/O 口的输入输出模式、初始化 ADC、SPI、I2C、UART 等外设接口、配置定时器和中断等。同时，对传感器、显示模块、通信模块、报警模块等外部设备进行初始化，确保它们处于正常工作状态。
   • 系统参数初始化：初始化系统参数，如传感器校准参数、报警阈值、显示参数、通信参数等。这些参数可以存储在微控制器的内部 Flash 或外部 EEPROM 中，在系统启动时加载。
2. 数据采集程序
   • 传感器数据读取：通过传感器接口驱动程序，按照一定的时间间隔（如每秒钟采集一次）读取各个传感器的数据。对于模拟传感器，通过 ADC 通道采集电压值，并根据传感器的转换公式将电压值转换为实际物理量；对于数字传感器，通过 SPI、I2C 等通信接口读取数据。
   • 数据校准与补偿计算：在采集到传感器数据后，调用数据校准和补偿算法。根据预先设置的校准参数对数据进行零点校准和增益校准。同时，获取环境温度、压力等数据（通过相应的环境传感器或内置的传感器模型），对传感器数据进行环境因素补偿计算，得到准确的测量结果。
3. 显示与交互程序
   • 显示驱动程序：根据显示模块的类型，编写显示驱动程序。将测量结果、仪器状态、报警信息等内容显示在显示屏上。可以设计不同的显示界面，如主界面显示主要测量参数，设置界面用于用户设置参数，历史数据界面用于查看过去的检测数据。
   • 用户交互处理程序：检测用户通过操作按钮或触摸屏输入的指令，根据指令执行相应的操作。例如，当用户按下 “开始检测” 按钮时，启动数据采集程序；当用户在设置界面输入新的报警阈值时，更新系统参数中的报警阈值。
4. 通信程序
   • 数据传输程序：根据不同的通信接口，编写相应的数据传输程序。对于 USB 接口，实现 USB 设备类协议（如大容量存储设备类协议，如果需要将数据存储到计算机），将检测数据传输到计算机。对于 RS - 485 和以太网接口，实现相应的通信协议（如 Modbus 协议用于 RS - 485 通信，TCP/IP 协议用于以太网通信），将数据传输到远程服务器或监控中心。
   • 无线通信程序（可选）：如果有无线通信功能，编写无线通信驱动程序和应用层协议。通过 Wi - Fi、蓝牙或 ZigBee 等无线通信技术与移动设备通信，将检测数据发送到移动应用程序，并接收移动应用程序发送的控制指令。
5. 报警程序
   • 阈值比较与报警触发：将采集到的测量数据与设定的报警阈值进行比较。当任何一个测量参数超过其对应的报警阈值时，触发报警机制。可以设置不同级别的报警，根据超标程度采取不同的报警措施。
   • 报警处理程序：根据报警类型，执行相应的报警处理操作。启动声音报警电路发出警报声，控制灯光报警电路中的 LED 指示灯闪烁相应的模式，同时通过通信接口向远程系统发送报警信号（如果有远程监控功能）。
6. 电源管理程序
   • 供电模式切换程序：监测电源输入情况，当有市电供电时，优先使用市电供电，并对电池进行充电（如果是可充电电池）；当市电断电时，自动切换到电池供电模式。在切换过程中，要确保系统的稳定运行，避免数据丢失或仪器故障。
   • 低功耗控制程序：在仪器待机状态下，通过关闭不必要的硬件模块（如显示屏背光、部分传感器等）或降低其工作频率（如微控制器进入低功耗模式）来降低功耗。可以通过定时器唤醒机制或外部中断来唤醒系统，恢复正常工作状态。

四、测试与优化

1. 功能测试
   • 数据采集测试：使用标准的传感器信号源或已知浓度的核污水样本（在安全防护条件下），测试各个传感器的数据采集功能。检查采集到的数据是否准确，与标准值的误差是否在允许范围内（如放射性剂量率测量误差不超过 ±10%）。
   • 显示与交互测试：检查显示屏是否能够正确显示测量结果、仪器状态和报警信息。测试操作按钮或触摸屏的功能，确保用户能够方便地进行参数设置、启动和停止检测等操作。
   • 通信测试：通过 USB 接口连接计算机，检查数据传输是否正常，是否能够正确识别仪器设备。对于 RS - 485、以太网和无线通信接口，在相应的通信环境下测试数据传输的稳定性和准确性，确保能够将检测数据准确传输到远程设备，并能接收远程控制指令。
   • 报警测试：设置不同的报警阈值，模拟测量数据超过阈值的情况，检查声音报警、灯光报警和远程报警功能是否正常。确保报警及时、准确，报警方式符合设计要求。
2. 性能测试
   • 数据采集速度测试：检查在连续采集数据的情况下，数据采集的速度是否满足设计要求。例如，每秒能够采集足够数量的传感器数据点，以保证实时监测的效果。
   • 响应时间测试：测试从检测到测量数据超标到触发报警的响应时间，以及从用户操作按钮到仪器做出响应的时间。响应时间应在合理范围内，如报警响应时间不超过 1 秒，用户操作响应时间不超过 0.5 秒。
3. 稳定性测试
   • 长时间运行测试：让仪器连续运行较长时间（如 72 小时以上），期间持续进行数据采集、显示、通信和报警等操作，检查仪器是否出现死机、数据丢失、误报警等异常情况。
   • 环境适应性测试：在不同的温度、湿度环境下（如温度范围 - 20℃ - 50℃，湿度范围 20% - 90%）测试仪器的性能，确保在各种环境条件下仪器都能正常工作，数据采集和处理功能不受影响。
4. 优化改进
   • 性能优化：根据测试结果，对数据采集算法、通信协议、显示更新频率等进行优化，提高仪器的整体性能。例如，如果数据采集速度过慢，可以优化传感器接口驱动程序或调整采集时间间隔。
   • 稳定性优化：对硬件电路和软件程序进行检查和优化，解决长时间运行中出现的问题。例如，优化电源管理程序以防止因电源波动导致的仪器故障，改进软件的异常处理机制以提高系统的稳定性。
   • 环境适应性优化：针对环境测试中出现的问题，对硬件电路进行改进，如采用温度补偿电路、防潮处理等措施，提高仪器在恶劣环境下的适应性。