1、本科畢業設計（論文）本科畢業設計（論文） 基于單片機的空氣質量檢測儀的設計與實現基于單片機的空氣質量檢測儀的設計與實現 Design and implementation of air quality detector based on single chip microcomputer 院院 （系）（系）計算機學院專專 業業電子信息工程班班 級級4 班學學 號號16210420416學生姓名學生姓名林耀指導教師指導教師沈洪銳提交日期提交日期2020 年 4 月 17 日畢業設計（論文）原創性聲明畢業設計（論文）原創性聲明本人鄭重聲明：所呈交的畢業設計（論文），是本人在指導老師的指導下，獨立進

2、行的設計（研究）工作及取得的成果，論文中引用他人的文獻、數據、圖件、資料均已明確標注出，論文中的結論和結果為本人獨立完成，不包含他人已經發表或撰寫的作品及成果。對本文的研究作出貢獻的個人和集體，均已在論文中作了明確的說明。本人完全意識到本聲明的法律結果由本人承擔。畢業論文作者（簽字）： 簽字日期： 年 月 日指導教師評分： 評閱教師評分： 答辯小組評分： 總評成績： 系主任簽字（蓋章）：系主任簽字（蓋章）： 年年 月月 日日摘要摘要隨著社會的不斷發展與科學技術的日新月異，家庭住所作為人們日常起居生活最核心的區域越來越被人們所關注。特別是近年來，外界環境污染愈發嚴重，人們越來越渴望自己的居所在滿

3、足日常基本起居的同時更能夠為自己提供一個安全、舒適、溫馨的環境。為此，人們在需要相應的空氣凈化設備同時，更需要一種簡潔、方便、有效、功能齊全、面向家居的空氣質量檢測設備。將檢測與控制相結合，實現設備間的智能聯動。本文所構建了家居的空氣質量監控系統面向于現代家居環境能夠檢測并顯示出溫度，濕度和 PM2.5 各項實時數據。本系統以 STC89C52 單片機為核心，主要包括傳感器溫濕度采集，傳感器 PM2.5 采集，LCD 液晶顯示，聲光報警和按鍵設置等部分。系統通過搭建的傳感器元件采集家居中溫度、濕度和 PM2.5 濃度，并實時顯示上述采集數據。此外，采集上來的數據與單片機內部設定的整定值比較。當

4、數據不合標準時發出報警信號并開啟相應設備通知家居主人。最后，本文將設計的系統在 PROTUES 環境下進行了仿真，驗證了設計的正確性，可行性。 本設計借鑒了市場現有的產品以及環境質量現有的研究成果。集實用性，高效性，經濟性于一身。為今后智能家居的發展提供了新的思路。 關鍵詞：關鍵詞：單片機 空氣質量 傳感器AbstractWith the development of the times and the advancement of science and technology, family residence is a key area in peoples daily lives and

5、 has attracted widespread attention. Especially in the past few years, the pollution of the external living environment has become more and more frequent. People expect that their residence can provide a better environmental condition for their residence while meeting their daily living needs. An ai

6、r purifier is needed in life. This purification equipment can purify the air very efficiently, concisely and conveniently, and it is convenient for home use. This device can also realize the interaction between devices.The home air quality monitoring system designed in this article can detect the mo

7、dern home living environment. STC89C52 is used as the system controller, which contains temperature sensors and humidity sensors to collect ambient temperature and humidity and PM2.5 data, and the system uses The LED screen displays the data, and also includes different parts such as sound and light

8、 alarms and key configuration. The system uses and sensor software to collect the data in the environment and display it in real time. If the collected data does not meet the relevant standards, an alarm will be issued to inform the people at home. After using the system designed by it, simulation w

9、as carried out under the PROTUES environment, which confirmed the scientific and reasonable design. This system has strong practical value and economic value by virtue of the products already in the cash market and the scientific research results of environmental quality monitoring. It provides a ne

10、w method and way for the further development of smart homes in the future.Keywords: Single-Chip-Micro-compute Air-quality Sensor II目目 錄錄第第 1 1 章章 緒論緒論 .1 11.11.1 設計背景及意義設計背景及意義 .1 11.21.2 家居環境監測系統現狀家居環境監測系統現狀 .1 11.31.3 設計目的及內容設計目的及內容 .2 2第第 2 2 章章 系統總體方案設計系統總體方案設計 .4 42.12.1 設計要求設計要求 .4 42.22.2 方案選

11、擇方案選擇 .4 42.2.1 溫濕度傳感器的選擇.4 42.2.2 PM2.5 傳感器的選擇 .4 42.2.3 單片機的選擇.5 5第第 3 3 章章 系統硬件設計系統硬件設計 .6 63.13.1 整體方案設計整體方案設計 .6 63.1.1 系統概述.6 63.1.2 系統框圖.6 63.23.2 最小系統模塊最小系統模塊 .6 63.33.3 DHT11DHT11 傳感器電路傳感器電路.7 73.43.4 PM2.5PM2.5 檢測電路檢測電路.8 83.53.5 液液晶顯示電路晶顯示電路 .8 83.63.6 蜂鳴器模塊蜂鳴器模塊 .8 83.73.7 按鍵輸入模塊按鍵輸入模塊 .

12、9 93.83.8 LEDLED 顯示顯示電電路路.1010第第 4 4 章章 軟件設計軟件設計 .11114.4.1 1 程序語言及開發環境程序語言及開發環境 .11114.24.2 程序流程圖設計程序流程圖設計 .11114.2.1 總體程序流程圖設計.1111III4.2.2 1602 液晶程序設計 .12124.2.3 溫濕度 DHT11 傳感器程序設計.1313第第 5 5 章章 系統仿真與實物測試系統仿真與實物測試 .14145.15.1 系統仿真與結果分析系統仿真與結果分析 .14145.25.2 實物測試與結果分析實物測試與結果分析 .15155.35.3 本章小結本章小結 .

13、1717第第 6 6 章章 總結總結 .1919致謝致謝 .2020參考文獻參考文獻 .2121附錄附錄 .2222附錄一附錄一 元件清單元件清單 .2222附錄二附錄二 原理圖原理圖 .2323附錄三附錄三 PCBPCB 圖圖.2424廣東東軟學院本科畢業設計（論文）1第第 1 章章 緒論緒論1.1 設計背景及意義設計背景及意義由于科技的快速發展，以及人民綜合素質生活水平的提升，家居環境質量變成了我們所重點關注的內容。在日常生活里的溫度以及濕度和可吸入顆粒物，空氣之中，PM2.5 相對含量的大小等因素是人們重點關注的環境參數，其對人體的健康可能帶來一定的影響。根據數據研究發現人們的健康會被環

14、境的溫度以及濕度所影響。有關數據專家指出，在日常生活里，其溫度能夠保持在 1726 度，濕度能夠保持在 42%66%左右的條件下，其人體能夠感覺比較舒適。但是如果人們長期生活在濕度小于 43%的條件之下，其人體的各個器官尤其是呼吸方面功能會出現嚴重的損害。鼻道呼吸道以致于肺部的黏膜會出現損害，以及纖毛的運動減緩，導致沒有辦法去除掉粘膜上沾染的灰塵，這給細菌的增長和繁殖提供了一個便利條件，導致人體健康遭受損害。如果人體處長期處于一個濕度非常大的條件下，特別是濕度在大于 64%的條件下，激素的分泌會變得緩慢，導致腎上腺素分泌不足，導致出現精神萎靡不振的現象。而且如果長期處于濕度高的環境下，會導致人

15、體免疫力下降，出現各種疾病。人們把 PM2.5 又叫做細微顆粒物，其基本定義為環境空氣之中直徑小于 2.5 微米的微小顆粒物，因為其本身質量不大，導致其能夠懸浮在空氣之中，而大量的 PM2.5 會對人類的身體健康造成非常嚴重的影響，提示評價環境質量好壞的關鍵指標。Pm2.5，通常情況下環境中含量不大，但是因為環境的惡化導致 PM2.5 含量上升，這對人類的健康造成了嚴重的影響。和一些比較大直徑的顆粒物對比，gPM2.5 直徑比較小，而且活性比較強，帶有毒性，比如說一些重金屬以及微生物等物質，而且其能夠懸浮在空氣里，能夠被廣距你的輸送對人體的影響非常大。在此條件下與之對應的家居環境質量把控受到人

16、們廣泛的關注，與此時對應的家居環境質量監測裝置也隨之誕生，而且擁有著非常大的市場，所以本文對環境監控設備進行探討和研究與設計有著非常重要的意義。1.2 家居環境監測系統現狀家居環境監測系統現狀人們對于溫溫度以及濕度的數字測量，在古代就已經存在在早世紀的歐洲著名的科學家伽利略，就曾經做過試驗。伽利略所制作的簡單的溫度計，其感應部分有果和般大的玻璃結構組成其另一端連接有一個敞口。依據熱脹冷縮的基本原理，其受熱的水平面會依據其溫度的改變而上下發生移動，從而判定其溫度的高低，可以測出環境的大致溫度。之后經過科學家對其不斷的完善，在此條件之下進行優化改進，將其趕熱的原材料更換成為了水銀，讓其對溫度更加的

17、敏感，這也是溫度計的初始模型，其溫度計結構比較簡便，而且制作成本低廉，如今，依舊被我國醫療行業所廣泛應用但是極也明顯存在著一定的缺陷，不能夠在距離較遠的地方進行測量，而且沒有智能功廣東東軟學院本科畢業設計（論文）2能。對于 PM2.5 這種物質來說，是 1997 年美國的環保當局制定出的一個比 PM10 更加微小的物質，同時將其當成空氣質量檢驗的一個關鍵標準，對于年限度以及日均限度分別為，21 微克每立方米，5 微克每立方米，但是對 PM10 數值的濃度限制保持不變。在 2006 年期間，美國環保局對 PM2.5 的濃度限制進行了調整，進一步的降低，也就是如今的標準數值，其年均數值以及日均數值

18、的濃度限制分別為 15 微克每立方米以及 35克微克每立方米，同時將 PM10 的年均濃度限制數值舍棄，這表示美國方面對于微小顆粒物的限制標準值越來越嚴格。有關衛生數據研究機構，在世界空氣指南里指出，連與日軍的濃度的數值分別是 10 微克每立方米與 25 微克每立方米，依據世界各個國家整體經濟的發展狀況以及環境的污染特點，將其空氣質量分為三個程度以及一個指導標準值。其等級越高，就對空氣環境質量的有關要求就更加的嚴厲。近幾年來許多的歐美國家都依據自己實際的發展情況，對當時的空氣環境質量標準進進行了修訂。 現今 20 世紀由于電子科學技術以及信息技術的普遍使用，在環境質量檢測方面的科學技術也有了進

19、一步的進展，有關的電子產品也被應用到人類的生活中。尤其是一些具有智能顯示功能的溫度計，PM2.5 凈化電子設備。外國在這方面進行的研究時間上比較早，而且有了一定的成果和進展，早在 80 年代就已經研究出了模擬類型的組合儀表應用在其溫濕度計發明中。在如今的時代，其環境溫濕度的控制已經具備自動智能以及機械化發展，而且其產品逐漸普及。我們國家因為在這方面起步時間比較晚，導致技術與材料受到一定的遏制，在溫度以及濕度方面有一定的成果，但是在整體的集成性方面還有需要去進行優化和改進，所以在智能家居領域這方面的研究具備著理論性的意義與研究價值。特別是隨著科技的進步，單片機發展逐漸趨于完成，利用單片機制作出的

20、空氣檢測儀器，和當今的智能化家居理念完美的符合。此文就基于此概念將兩者進行融合，設計出一種利用單片機的家居空氣質量監測顯示系統。1.3 設計目的及內容設計目的及內容指紋所設計的空氣環境質量監測系統，主要面向受眾是現代家居環境，能夠檢測出家居環境之中的溫濕度以及 PM2.5 的數值，并實時顯示。及具有比較高的經濟性以及實用性，和現在目前市場上已有的一些產品相比較具有一定的優化，之后完成了將單片機當成控制核心，利用多個傳感器監測空氣環境之中的數據，同時加入了報警裝置，之后這會給自我國智能家居的發展提供理論的依據，本文設計完成的任務如下: （1）對環境監測系統的框架進行設計，以及對設計方案的論證。

21、（2）設計出控制芯片模塊，利用 STC89C52 單片機當成是環境監測裝置的控制核心。 （3）設計出溫濕度模塊，使用 DHT11 型號的傳感器對溫濕度信息進行搜集。 （4）設計出空氣質量監測模塊，使用 PM2.5 監測傳感器對信息數據進行收集。 （5）設計出了報警模塊，使用蜂鳴器以及指示燈來進行警示，。 廣東東軟學院本科畢業設計（論文）3（6）設計的顯示模塊使用 LCD 的液晶屏對室內的信息數據進行顯示。 （7）對整個系統的程序光圖進行了設計。 （8）利用使用 PROTUES 軟件對系統進行仿真工作，以此來驗證其設計是否可行。廣東東軟學院本科畢業設計（論文）4第第 2 章章 系統總體方案設計系

22、統總體方案設計2.1 設計要求設計要求(1)了解 51 單片機的開發基本環境，并且熟練的使用 c 語言編寫系統程序；(2)了解并使用單片機之中內部的結構以及功能以及掌握硬件軟件調試的一般方法;(3)搭建出基于單片機的最小控制系統，完成其硬件電路等電路設計；(4)理解家居環境監控系統的原理和掌握實現方法。2.2 方案選擇方案選擇2.2.1 溫濕度傳感器的選擇方案一：系統使用 DS18B20 溫度以及使用，HS1101 濕度信息傳感器。對于DS18B20 來說是一種普遍使用在生活之中的數據溫度傳感器，即使用了單線類型的接口模式，測量的溫度范圍是負 10 攝氏度到 85 攝氏度，相對誤差大小為0.5

23、%。而且識別溫度的精度能夠達到 0.0625。而 HS1101 是一種電容類型的濕度傳感器，其能夠檢測到的濕度范圍大小是 0100%RH，相對誤差為2%RH。方案二：挑選 DHT11 當成是溫度以及濕度的檢測傳感模塊。其實一種復合類型的數字輸出類傳感器，其中有一個電阻類型的干式單元以及 NTC 溫度檢測單元，能夠檢測到 2095%的濕度，其相對誤差大小為，為5%RH，溫度檢測范圍為 050，其相對誤差大小為2。對比兩種方案可以發現，雖然方案 1 及檢測的范圍比較廣，而且擁有高精度，但是此實驗設計主目的主要是為了檢測居家環境的溫濕度，因此挑選方案二之中的DHT11 溫濕度傳感器就能夠達到設計的目

24、的，所以選擇方案 2 的思維速度傳感器，而且其價格花費比較低廉，所以此模塊使用方案 2。2.2.2 PM2.5 傳感器的選擇方案一：使用夏普公司發明的第 1 代 PM2.5 數字監測傳感器，“GP2Y1010AU0F”，此傳感器在采集到環境里的信息之后，會對信息進行輸出一個模擬類電壓，然后利用ad 轉換芯片對信息進行處理，將模擬量轉換成數據量，然后再提交給單片機進行計算顯示。 方案二：使用夏普公司發明的新型 PM2.5 傳感監測器“GP2Y1051AU0F”，使傳感器對比一代有著一定的提升，是一個升級的監測器，其對信息進行收集之后，會利用串口直接的對信息進行輸出，這時候單片機僅僅只要需要對串口

25、數據進行讀取。經過上述分析，發現方案二之中的二代新型傳感器只需要三根接線就能夠滿足信息收集功能比一代傳感器來說相對較少，其連線電路圖較為簡便，而且整體的電路比較穩定，沒有 AD 轉換模塊，能夠讓測量的實際結果更加的準確，所以 Pm2.5 監測模廣東東軟學院本科畢業設計（論文）5塊使用方案 2。2.2.3 單片機的選擇方案一：將 DSP 當成系統的控制原件，其是一種性能強大的微型處理器，能夠利用數字信號對信息進行處理。DSP 其功能比較強，對原件值的絨線相對來說不會非常敏感，以及不會遭受到外部環境的影響，比較容易實現高級程度，可以進行分時復用操作，及信號可用于頻率非常低的信號，能夠和處理器系數相

26、互配合適應，便于調試。但是因為電視機電路結構非常復雜，而且價格偏貴及數字系統需要由耗電有源電路進行支撐，沒有無源設備能夠提供支撐。方案二：使用單片機當成是系統的控制器，因為單片機的功能性比較強，而且價格低廉，使用的電壓低，能量損耗比較低，同時單片機計算能力比較強，而且在軟件編程方面也十分的靈活自由，可以利用軟件完成各種邏輯功能的編輯，同時單片機自身就擁有定時器以及技術性，其體積比較小，通過對兩種方案的對比分析，選擇方案2，將 stc89c52 單片機當成是控制原件。廣東東軟學院本科畢業設計（論文）6第第 3 章章 系統硬件設計系統硬件設計3.1 整體方案設計整體方案設計3.1.1 系統概述整個

27、環境監測模塊的設計將 STC89C52 單片機剛才是控制原件，同時配合電阻電容金正等元器件構建出其單片機運行的最小工作系統。整個模塊的運行主要圍繞其最小系統進行展開。對于溫濕度信息進行傳感器使用 DHT11 傳感器，能夠對環境之中的溫度以及濕度的收入信息進行收集，同時傳遞給單片機控制芯片；而對環境之中的PM2.5 數值進行監測，使用了傳感器，夏普公司的 GP2Y1051AU0F，只需要利用串口將環境之中的數字信息傳遞給單片機，同時其案件部分使用的輕觸類型的按鍵，當成整個系統的輸入方式模塊；顯示功能使用了 1602 液晶進行顯示；數值超標，用于報警的有蜂鳴器以及 led 燈；系統的電源使用 US

28、B 進行供電，電壓大小為 5 伏。3.1.2 系統框圖 3-1 系統框圖3.2 最小系統模塊最小系統模塊STC89C52 最小運行系統如圖 3-2 所示，其系統主要有三個部分構成，包含有晶振電路以及，復位電路和電源這三個主要部分。在晶振電路之中包含有 30pF 大小的，電容 C2 以及 C3。還包含有頻率為11.0592M 的晶振 X1。其電容的功能是幫助其進行震動，電容的數值大小為 15-33pF。因為本系統的設計過程中需要利用到串口進行通信，所以只能夠挑選頻率為 11.0592M的晶振，假如使用頻率為 12M 的，就會導致數據傳輸出現錯誤，所以在而且在電路進行有關設計之時，其晶振位置需要靠

29、近單片機。單片機里的復位電路就類似于電腦的重啟按鍵，假如單片機出現的死機情況，按一下復位鍵及程序重新開始運行。單片機的復位電路通過數值大小為 10uF 電容 C1 以及，10K 數值大小的電阻 R6 所構成。因為電容電壓不會發生突變，所以系統一如果得電，RESET 腳就會擁有一個高電平，同時提高電瓶，持續時間的長短是通過 RC 值單片機最小系統溫濕度一體傳感器1602液晶顯示按鍵設置輸入蜂鳴器LED指示燈PM2.5傳感器廣東東軟學院本科畢業設計（論文）7所確定的。普通的，51 單片機假如，RESET 腳持續時間長短是兩個機器周期就會執行復位操作，因此適當的對 RC 的取值就能確保復位功能的可靠

30、。對于電源方面使用了 USB 電壓大小為 5 伏進行供電，可以使用手機的充電頭以及一些移動電源對系統進行供電。除了單片機最小的功能系統之外，還有一些外部性的電路。因為，STC89C52 的 P0 所在之處是漏極開路輸出類型，所以，在 P0 口位置處連接了一個數值大小為 10K 的排阻 R1，這能夠讓 P0 口當成是一般的，I/O 口進行調用，等系統在設計過程中使用了磁口，當成是液晶顯示的數據口。在這之中需要重視的是，對于 31 腳(EA),屬于高電瓶狀態時，單片機在復位之后，其程序是從 ROM 所在位置的 0000H 開始運行；如果處于低電瓶條件下，在復位之后，ROM 的 0000H 開始執行

31、。因為系統的運行程序保存在單片機組成內部，因此，EA 端口需要接高電平，確保其程序是從內部存儲位置進行讀取。圖 3-2 單片機最小系統3.3 DHT11 傳感器電路傳感器電路如圖 3-3 所示，此電路能夠對溫濕度信息進行收集。其使用的是 DHT11 傳感器，其信號的信息接收口和單片機管腳的 P3.7 進行連接，用來對環境里的溫濕度有關信息進行測量。圖 3-3 溫濕度檢測電路 廣東東軟學院本科畢業設計（論文）83.4 PM2.5 檢測電路檢測電路如圖 3-4 所示，提示 PM2.5 信息的信息收集電路。此模塊利用了，ADC0832 芯片同時通過連接單片機管腳的，P1.0 以及 P1.1 與 P1

32、.2 對空氣之中的 PM2.5 信息進行收集，最后得出測量結果。 圖 3-4 PM2.5 信號檢測電路3.5 液晶顯示電路液晶顯示電路對于液晶模塊的顯示及電路的詳細情況，如圖 3-5 所示，其管角一以及管角二接連接到了電路里的 GND 端口以及 VCC 端口，這兩個廣角是液晶顯示屏正常工作的電源輸入角。第 3 個管腳通過一個數值為 10K 的電位器與大地相連，能夠對此進行調節，調節其液晶的對比度。第 4 個管角是液晶顯示器的寄存器控制腳，即連接到了控制芯片的 P12 腳上。第 5 個管腳是液晶顯示的讀取控制管腳，連接到了控制芯片的 P13 腳上。第 6 個管角是液晶顯示設備的使能腳，連接到了控

33、制芯片的 P14 腳上。第 7 個廣角到第 14 個廣角是液晶的數據和地址 8 位總線，連接到了控制芯片的 P0 口上。同時從 15 角以及 16 角是液晶顯示器的背光電源管腳，直接和單片機的系統 VCC，GND 連接。圖 3-5 液晶模塊連接圖3.6 蜂鳴器模塊蜂鳴器模塊因為蜂鳴器在正常工作的時候，需要比較大的電流來進行驅動，把單片機的數據廣東東軟學院本科畢業設計（論文）9口所輸入的電流是相對較小的，所以這個時候使用三極管的開關管技能來幫助蜂鳴器正常工作，此設計過程中所挑選的三極管類型是 PNP 類型的三極管，S8550，而且此設計挑選的蜂鳴器是一種有源蜂鳴器，其之中已經包含了有關的震蕩電路

34、，不需要額外的使用高低電平進行驅動，能夠簡化電路結構。因為 IO 口默認處于高電平狀態，在得電之后，風鳴器不會發生鳴叫。蜂鳴器具體電路圖，如圖 3-6 所示。利用芯片的P3.0 接口對蜂鳴器進行控制。圖 3-6 蜂鳴器電路3.73.7 按鍵輸入模塊按鍵輸入模塊鍵盤是實現人機交互的基本設備。如果想要完成環境監測系統的設計，只通過鍵盤掃描，對當時的狀態進行信息讀取是顯然不夠的，在這之中需要有許多問題進行完善，不然人們在對鍵盤進行操作的過程中，容易導致失誤操作以及操作無法控制的情況。經常在單片機中使用的鍵盤有獨立鍵盤以及矩陣鍵盤兩種。他們的硬件電路非常的簡潔，而且程序方面設計也并不復雜，一般使用在一

35、些要求不是很高的一般電路里；對于矩陣鍵盤以及獨立鍵盤，兩者來說具有一定的差別，第一矩陣鍵盤的硬件電路比獨立鍵盤要相對較為復雜，而且其算法的程序驅動也比較復雜，但是能夠節省很多端口資源，所以比較適合案件監督，其次能夠有效的減少，在案件過程里出現毛刺的情況。一般使用的方法叫做延時重復掃描，其基本原理為：如果“毛刺”不現實及脈沖能夠維持的時間較短，只有幾毫秒左右，一般來說案件的時間要大于這個時間，所以單片機測試到相關案件的動作之后延續時間再確定，此電位是否發生了改變，如果發生的改變則是有效，反之則是無效。此設計中使用到的按鍵數量較為少，只有三個按鍵，及功能分別為，“設置”、“減”、“加”，所以使用了

36、獨立鍵盤。其案件的具體接線圖為 3-7 所示：廣東東軟學院本科畢業設計（論文）10圖 3-7 按鍵電路3.8 LED 顯示電路顯示電路本設計中采用了 5 顆 LED 燈，分別代表溫度過高、溫度過低、濕度過高、濕度過低、PM2.5 濃度過高等五種情況，其電路連接如圖 3-所示：圖 3-8 LED 電路廣東東軟學院本科畢業設計（論文）11第第 4 章章 軟件設計軟件設計4.1 程序語言及開發環境程序語言及開發環境C 語言是一種使用廣泛的設計語言，它有匯編語言和高級語言兩種語言的特性。最開始貝爾實驗室在 1972 年被推出，在 1978 年之后，3 億元已經被廣泛地移植到各類型的危機系統之上，他能夠

37、給工作系統進行語言設計，編寫一些系統的程序，也可以當成應用程序的基本設計語言，而且編寫過程中不需要計算機硬件應用程序的支撐。因為它的應用非常的廣泛，對數據信息的處理能力非常的強，所以不僅僅是軟件開發，各類的科研項目都需要使用到 c 語言，其非常適合編寫軟件以及圖形和動畫，具體的應用在單片機以及嵌入式系統的開發研究之中。Keil C51 為美國開發公司 Keil 公司所發布的 51 系列基于 c 語言的軟件開發系統，和匯編語言相對比，其實語言在功能與結構和維護性上具有明顯的優勢，所以比較容易學習和使用。Keil 之中包含有 C 編譯器、宏匯編、連接器等完整的系統開發功能，你有集成開發環境，把這些

38、功能進行結合。使用 Keil 軟件需要使用 windows 操作系統，。假如要用 c 語言對單片機進行編程，那么使用 Keil 幾就是最佳選擇，即使不用它進行 c 語言的編程，而其因為具有比較強的集成環境以及比較強的仿真調試工具，也能夠讓開發效率大大提升。4.2 程序流程圖設計程序流程圖設計4.2.1 總體程序流程圖設計此系統之中的軟件流程圖具體步驟如圖 4-1 所示，事先對液晶進行一定的初始化，包含功能初始化以及顯示初始化這兩部分，之后還包含有報警數值以及串口信息的初始化。然后就到軟件的循環體里對溫濕度的結果測量，并在屏幕上顯示之后讀取環境里 PM2.5 的數值進行顯示。同時對收集到的信息進

39、行判斷，其是否超過了置的報警范圍，如果超過了其蜂鳴器就開始發生以及燈閃爍，假如超過就進入了報警，之后再開始一定的延時，再進行循環。廣東東軟學院本科畢業設計（論文）12是顯示一個字符定位行列坐標圖 4-1 程序流程圖4.2.2 1602 液晶程序設計液晶顯示屏在顯示信息時，需要先確定一個相對位置，表示顯示的具體位置，例如顯示在第 1 行以及第 5 列的位置。對其完成定位之后就能對信息進行顯示。液晶所顯示的實際過程是逐一進行，一位一位完成。例如顯示數字 123 先顯示數字一再顯示數字 2 最后顯示數字 3，假如顯示數字串也是同樣的道理，從左到右依次顯示，逐個完成，最后完成顯示任務。此處需要重視的是

40、顯示一串數字以及一個數字之時，只需要完成一次定位即可，之后液晶顯示屏會自動跳支到下一個位置，沒有必要每次都進行定位。數據顯 示完？否開始結束廣東東軟學院本科畢業設計（論文）13圖 4-2 液晶顯示流程圖4.2.3 溫濕度 DHT11 傳感器程序設計在獲取到溫氏度信息之前，單片機必須先發送一個起始信號給傳感器，傳感器收到這個起始信號之后，會從低功耗模式被喚醒然后開始測量溫濕度結果，接著會把濕度、溫度、校驗字節依次發給單片機，單片機依次接收，然后計算數據是否傳輸出錯，如果出錯了直接忽略這一次的檢測結果，沒有出錯就保存起來，準備送往液晶顯示。圖 4-3 溫濕度傳感器程序流程圖廣東東軟學院本科畢業設計

41、（論文）14第第 5 章章 系統仿真與實物測試系統仿真與實物測試5.1 系統仿真系統仿真與結果分析與結果分析仿真調試是在 Protues 軟件中建立仿真電路，將控制程序導入進行功能仿真的模擬和驗證，根據結果進行調試優化。如圖 5-1 所示，是系統的仿真電路。在仿真軟件上進行 LCD 顯示仿真、按鍵設置仿真、PM2.5 檢測仿真、溫濕度檢測仿真、LED 顯示仿真。如圖 5-2 至 5-6 所示，是上述仿真的測試。圖 5-1 系統仿真電路圖 5-2 顯示功能仿真圖 5-3 按鍵設置仿真廣東東軟學院本科畢業設計（論文）15 圖 5-4 PM2.5 檢測仿真 圖 5-5 溫濕度檢測仿真 圖 5-6LE

42、D 顯示仿真5.2 實物測試與結果分析實物測試與結果分析準備好所有的材料和電烙鐵，按照設計好的電路板原理圖，開始單片機電路板的焊接。首先將插排焊接上去，之后焊接單片機最小系統的晶振和復位電路。確定好LCD1602 液晶顯示屏位置，將上拉電阻焊接在 P0 口，之后通過導線連接顯示屏。后面分別焊接各個傳感器模塊，溫濕度傳感器，壓力傳感器，步進電機，按鍵,電源電路。廣東東軟學院本科畢業設計（論文）16最后用導線將各個模塊按照電路圖連接起來，確保沒有出現短路現象。STC89C52 單片機用燒錄器將編譯好的軟件燒錄進去，最后插入到插排上。用 5V 直流電源供電，按下開關，觀察 LCD1602 液晶顯示屏

43、是否正常顯示，正常顯示后，說明顯示電路正常，之后觀察其他傳感器是否正常工作，顯示屏上是否有輸出，如果正常顯示，則一切都沒問題，當出現問題時，就要找出具體出問題的部分，逐一解決。如圖 5-7 所示，是功能測試的實物圖。在完成了仿真的基礎上，在實物設計模型進行功能的調試，依次進行 LCD 顯示功能測試、按鍵設置功能測試、PM2.5 檢測功能測試、溫濕度檢測功能測試、LED 顯示功能測試。如圖 5-8 至 5-12 所示，是上述功能測試的實際效果。圖 5-1 系統實物圖圖 5-2 顯示功能測試廣東東軟學院本科畢業設計（論文）17圖 5-3 按鍵設置測試 圖 5-4 PM2.5 檢測測試 圖 5-5

44、溫濕度檢測測試廣東東軟學院本科畢業設計（論文）18圖 5-6LED 顯示測試5.3 本章小結本章小結本章前 3 章的硬件選型和軟硬開的基礎上，進行實物制作。首先，進根據設計要求進行預計功能的測試；隨后進行實物焊接和測試，根據測試結果可知，該系統完成了設計目標的功能要求，并且系統工作穩定無延遲。廣東東軟學院本科畢業設計（論文）19第第 6 章章 總結總結經過三個多月的努力，本次畢業設計的任務基于單片機的空氣質量監控系統已經完成。雖然此系統的設計并不是全新的，但是能夠展現一個系統初始開發到最終完成的過程，讓我大為受益。對整個系統的設計到最終的調試成功，是一個非常寶貴的經驗。理論是和實踐的結合，展現

45、出了大學生的基本動手能力，而且通過對信息的收集和處理，培養了自己的學習能力以及動手能力，而且是自發主動學習，追求知識的過程。在曾經的學習方式下，我們可能會記住很多理論性的知識，但是利用畢業設計，我們將知識化成了自己的應用，在這個過程中學會了很好的利用知識，應用到實際的工作之中。在完成本系統的設計過程里，將大學所學到的多門課程進行有機的整合，同時利用一些實際電路的分析和應用，深化了這些知識的了解與認知。同時還理解了系統的需求以及方案的論證和功能模塊的不同劃分與電路原理圖的規劃設計，PCb 版的制作。雖然科技在進步，單片機的功能也越來越多，但是其核心原理是保持恒定的，只是實驗設計的系統較為簡單，但

46、是能夠全面的反映出本人對單片機知識的掌握程度，是在這個過程中大為受益。 經過本次設計，我清晰的認識到學習專業知識的關鍵性，也認識到理論與實踐緊密結合的重要性，并且對自己大學 4 年所學的知識進行了檢驗。雖然此次的系統設計，你對知識的應用方面還不是十分熟練，但是在今后我的工作里，我會繼續努力，這三個月所進行的設計是對知識的整理以及擴充，在將來我會不斷的對自己的自身理論知識進行加深，讓以后的工作和學習取得更大的進步。此刻此次系統設計，因為時間比較短，存在一些缺陷，所以在今后我會對只進行進一步的優化。廣東東軟學院本科畢業設計（論文）20致謝致謝此系統的設計是在我的導師的耐心指導之下才完成。從最初的開題報告到之后，內文論文結束，我所收獲到的進步以及所編寫的每一段程序都有著我的導師的幫助，以及關懷。導師所擁有的深厚的知識，以及這種勤勞無私奉獻的精神，讓我深受啟迪，從本人導師身上，我不僅學到了豐厚的知識，也從中學到了一些做人的道理，在今后的工作和學習里，我會一直記住導師對我的鼓勵和教誨，爭取獲得更大的成績。在此，他對