論文題目（仿宋體五號）1基于單片機(jī)的環(huán)境監(jiān)測儀器的設(shè)計(jì)目錄TOC\o"1-2"\h\u15932基于單片機(jī)的環(huán)境監(jiān)測儀器的設(shè)計(jì) 0241341引言 1211141.1研究背景及現(xiàn)狀 1159591.2本人主要工作 243581.3論文組織與結(jié)構(gòu) 218195第一部分對此課題的背景意義和現(xiàn)狀進(jìn)行研究，提出主要內(nèi)容。 219992總體方案設(shè)計(jì) 354742.1設(shè)計(jì)方案 3215102.2設(shè)計(jì)器件的比較與確定 376633系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 5150763.1主控制器電路 539433.2甲醛和二氧化硫檢測電路 6321103.3溫濕度檢測電路 7265183.4液晶顯示電路 8231953.5報(bào)警電路 9238533.6整體電路 10257364系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 11316054.1主程序流程圖 1124867圖4.1主程序流程圖4.2甲醛和二氧化硫檢測 11236544.3溫濕度檢測 1288785系統(tǒng)的調(diào)試 13125005.1系統(tǒng)調(diào)試 1320065.2仿真調(diào)試 14207686結(jié)束語 1921055參考文獻(xiàn) 208220 21摘要：環(huán)境的重要性已經(jīng)普遍得到了人民群眾的重視，環(huán)境中甲醛和二氧化硫?qū)θ嗣竦纳眢w健康有著嚴(yán)重的危害，因此對其的準(zhǔn)確測量有著重要的意義。本研究論文所設(shè)計(jì)的環(huán)境監(jiān)測儀器主要特點(diǎn)是將STC89C52單片機(jī)作為環(huán)境控制的核心，結(jié)合甲醛和二氧化硫傳感器，溫濕度傳感器等感知設(shè)備去檢測環(huán)境中的甲醛和二氧化硫濃度，溫濕度信息，不僅可以通過液晶顯示儀實(shí)時(shí)顯示,當(dāng)數(shù)據(jù)異常時(shí)還能進(jìn)行報(bào)警。本論文對涉及到的硬件模塊，例如甲醛和二氧化硫檢測電路，單片機(jī)等進(jìn)行了外圍電路的設(shè)計(jì)，在軟件方面，對溫濕度檢測和甲醛與二氧化硫的檢測編寫了合適的源程序并繪制了主流程圖。除了完成硬件和軟件的設(shè)計(jì)外，還通過Proteus平臺來搭建系統(tǒng)的仿真模型，最終經(jīng)過仿真測試實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)的目標(biāo)。關(guān)鍵詞：單片機(jī)；甲醛和二氧化硫；溫濕度；液晶顯示儀1引言環(huán)境監(jiān)測儀器的設(shè)計(jì)，不僅對環(huán)境內(nèi)部空氣質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)測，還可以及時(shí)監(jiān)測環(huán)境內(nèi)有害氣體的濃度是否超標(biāo)，并及時(shí)作出提示，適用于室內(nèi)環(huán)境。1.1研究背景及現(xiàn)狀近年來，家居環(huán)境污染已經(jīng)嚴(yán)重危害著大多數(shù)人們的日常生活，這也促使家居環(huán)境質(zhì)量問題得到越來越多人的關(guān)注。雖然我國的空氣質(zhì)量監(jiān)控技術(shù)在現(xiàn)代工業(yè)中發(fā)展得比較晚，但是有關(guān)于空氣質(zhì)量的監(jiān)控解決方案卻少之又少。美國某家科技企業(yè)已經(jīng)完成了一個信息化的建筑智能化，由此開始對建筑空氣質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)測研究。近幾年來，嵌入式技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不斷發(fā)展，將其運(yùn)用于對空氣質(zhì)量的監(jiān)控得到了初步的成效。通過對環(huán)境內(nèi)部的空氣凈化器、加濕器、風(fēng)扇等相關(guān)電氣設(shè)備可以來及時(shí)改善室內(nèi)的環(huán)境質(zhì)量，不僅能夠凈化室內(nèi)環(huán)境，同時(shí)對于人們?nèi)粘Ｆ鹁泳哂兄匾挠绊慬1-2]。通過調(diào)查顯示，室內(nèi)環(huán)境污染主要是由懸浮顆粒物以及氣態(tài)污染源兩個方面引起。懸浮顆粒物受到污染的原因主要是在于灰塵、棉絮等人們?nèi)庋鬯鶡o法見得到的微弱懸浮物。與此同時(shí)PM2.5、細(xì)菌病毒等高度懸浮物可能會通過呼吸道直接進(jìn)入人的肺部，傷害人們的免疫系統(tǒng)，并且會嚴(yán)重威脅到人們的生命和身體健康。環(huán)境中的放射性氣態(tài)污染源主要是由于一氧化碳、甲醛和二氧化硫等多種來自于各類建筑材料的放射性污染物，同時(shí)也包含了香煙和煙霧，其內(nèi)部所含的尼古丁類化合物成分，會長期地附著在這些懸浮顆粒物上不能被徹底地消除，長時(shí)間處于這一環(huán)境下，會導(dǎo)致呼吸系統(tǒng)受損。為了解決家居環(huán)境問題，對環(huán)境內(nèi)部空氣質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)測勢在必行，可以及時(shí)監(jiān)測環(huán)境內(nèi)有害氣體的濃度是否超標(biāo)，并及時(shí)作出提示，對于人們健康生活具有重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，適合大范圍內(nèi)進(jìn)行推廣[3]。2010年，姚營營設(shè)計(jì)的一款新型建筑環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)，其以MSP430F449為主要技術(shù)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，結(jié)合DS18B20和HS1101以及多種光照強(qiáng)度測量傳感器，能監(jiān)測環(huán)境中二氧化硫氣體并顯示濃度，優(yōu)點(diǎn)是方便攜帶，但監(jiān)測精度較低。2014年，楊晨設(shè)計(jì)的基于ARM11和Linux的室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用DHT90溫濕度傳感器，BH1750光照強(qiáng)度傳感器，還有DSM501A塵埃顆粒傳感器等模塊，完成了一個手持便攜的環(huán)境監(jiān)測儀，能有效監(jiān)測室內(nèi)空氣溫濕度和塵埃顆粒，并做出響應(yīng)。2016年，劉威設(shè)計(jì)了基于DS18B20以及nRF9E5的多點(diǎn)無線網(wǎng)絡(luò)測溫溫度儀器，該多點(diǎn)測溫度儀器主要是通過溫度傳感器中的DS18B20以及無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臏囟饶KnRF9E5直接實(shí)現(xiàn)無線采集和分析處理溫度數(shù)據(jù)，優(yōu)點(diǎn)是方便攜帶，操作簡便[3-5]。1.2本人主要工作本文首先對此課題的背景和現(xiàn)狀進(jìn)行研究，再結(jié)合本課題的實(shí)際情況，分析要用到的器件功能和參數(shù)，選擇符合情況的器件，構(gòu)建合理的方案，完成儀器的設(shè)計(jì)。利用Proteus完成電路的設(shè)計(jì)，之后再根據(jù)要求編寫適合的源程序，最后對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，基本實(shí)現(xiàn)預(yù)期功能。1.3論文組織與結(jié)構(gòu)本文包括五個部分，內(nèi)容如下：第一部分對此課題的背景意義和現(xiàn)狀進(jìn)行研究，提出主要內(nèi)容。第二部分是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體方案，分析設(shè)計(jì)過程中相應(yīng)的功能需求并提出設(shè)計(jì)框架。第三部分是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的硬件部分，分析了各個模塊的原理并對對應(yīng)電路作出設(shè)計(jì)。第四部分是系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，以流程圖的方式展示了軟件設(shè)計(jì)部分。第五部分是系統(tǒng)測試以及調(diào)試部分，基本實(shí)現(xiàn)預(yù)期功能。第六部分對本次設(shè)計(jì)進(jìn)行總結(jié)。2總體方案設(shè)計(jì)2.1設(shè)計(jì)方案在本次設(shè)計(jì)中，其系統(tǒng)整個框圖如下圖所示。其主要的核心控制模塊由單片機(jī)電路，甲醛和二氧化硫傳感器、液晶顯示模塊、溫濕度傳感器等組成。主要工作是利用單片機(jī)來檢測甲醛和二氧化硫傳感器的參數(shù)，溫濕度的數(shù)據(jù)，并在液晶顯示器上顯示，同時(shí)當(dāng)檢測到的數(shù)據(jù)異常時(shí)，蜂鳴器會報(bào)警。單片機(jī)最小系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng)甲醛傳感器顯示電路甲醛傳感器顯示電路SOSO2傳感器蜂鳴器蜂鳴器溫濕度傳感器溫濕度傳感器圖2.1系統(tǒng)整體框圖2.2設(shè)計(jì)器件的比較與確定2.2.1控制器選擇方案一：將STC89C52單片機(jī)作為系統(tǒng)的主控模塊，主要是考慮到系統(tǒng)在工作過程中的功能實(shí)現(xiàn)的完整性。STC89C52單片機(jī)在實(shí)際應(yīng)用過程中集成化程度高，數(shù)據(jù)存儲時(shí)間較長。整體工作過程中，功耗低，接口通用性的設(shè)置便于實(shí)際操作的便捷化。系統(tǒng)根據(jù)MCS-51的指令來完成相應(yīng)的操作工作。單片機(jī)選取CMOS的處理器，便于存儲空間進(jìn)行大規(guī)模數(shù)據(jù)的存儲工作。在實(shí)際工作過程中，在對存儲空間進(jìn)行讀寫的過程中，系統(tǒng)設(shè)計(jì)可以滿足控制器的實(shí)際控制需求。同時(shí)控制器的加密設(shè)計(jì)能夠保證系統(tǒng)設(shè)計(jì)的安全性，保障用戶的數(shù)據(jù)隱秘性。在處理數(shù)據(jù)的過程中，整體運(yùn)算速度較快，能夠滿足不同條件需求下的實(shí)際復(fù)雜情況。能夠保障系統(tǒng)運(yùn)行的系統(tǒng)穩(wěn)定性。STC89C52單片機(jī)設(shè)計(jì)成本較低，能夠適用于各種環(huán)境。方案二：選用MSP430型號的處理器，這一類型的處理器在結(jié)構(gòu)上屬于采用16位數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)處理的。在處理器工作過程中，系統(tǒng)指令簡單，容易上手，用戶使用過程中較為便捷。MSP430型號的處理器內(nèi)部包含多種可操作的方案，可以設(shè)置28條操作指令，便于系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的控制工作。同時(shí)寄存器內(nèi)部設(shè)置有存儲功能，能夠保證系統(tǒng)程序在運(yùn)行過程中進(jìn)行正常的運(yùn)算操作。MSP430型號的處理器在查表算法的過程中，發(fā)揮重要的作用，這一優(yōu)勢有助于保證代碼設(shè)計(jì)工作的規(guī)范以及完整性。綜上所述，考慮到此次系統(tǒng)在設(shè)計(jì)成本以及數(shù)據(jù)存儲等各方面的需求，選用方案一的STC89C52單片機(jī)來做此系統(tǒng)的主控核心較為合適。2.2.2液晶顯示電路方案一：LCD1602液晶顯示儀器，顯示信息量小，內(nèi)部程序和電路簡單，尤其是在控制方面簡易，且成本較低。方案二：LCD12864液晶顯示器，雖然能夠顯示出圖像等，但在本設(shè)計(jì)中并不需要，且此類顯示器價(jià)格較貴，會形成繁瑣與浪費(fèi)。綜上所述，考慮到此次系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，在顯示模塊上要求較低，選用方案一較為合適。2.2.3報(bào)警電路方案一：喇叭一般應(yīng)用于需要聲音較大的場合，其對驅(qū)動電路的要求也較高。方案二：蜂鳴器一般使用在一些便攜式產(chǎn)品上，控制簡單。綜上所述，結(jié)合本次課題的情況，選擇方案二較合適。3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1主控制器電路在控制器的選擇中，選用STC89C52單片機(jī)作為系統(tǒng)的主控模塊，其是51系列單片機(jī)中的一種，其引腳的分布，程序編寫等與學(xué)校課程教學(xué)的基本一致，所以選擇該型號就容易上手進(jìn)行操作。在封裝上，其主要有DIP和SOP這兩種，DIP就是直插的，SOP就是貼片的，在此選擇的是DIP封裝的。整個單片機(jī)一共有40個引腳，除去電源引腳外，還包括復(fù)位引腳，晶振配置引腳和IO輸入輸出管腳。而在程序編寫時(shí)，主要就是對IO管腳進(jìn)行操作，整個IO管腳一共有4組，分為P0-P3，單片機(jī)雖然是8位的，但是在程序編寫時(shí)除了可以直接對單個引腳進(jìn)行操作外，還可以直接對一組單片機(jī)的引腳進(jìn)行操作，非常方便。在指令集上完全采用MCS-51指令集，所以其庫文件的使用可以直接使用它的。并且為了方便客戶使用，其內(nèi)部集成了8K的FLASH，來保證用戶可以將程序下載到單片機(jī)里面，并且可以反復(fù)插寫不會丟失。另外其還自帶有多個定時(shí)器，中斷，串口通信功能，方便與外部芯片進(jìn)行配合使用，達(dá)到功能設(shè)計(jì)目標(biāo)。圖3.1單片機(jī)最小系統(tǒng)在單片機(jī)電路中，晶振是不可或缺的，因?yàn)閱纹瑱C(jī)中程序的運(yùn)行，是有一定的基準(zhǔn)的，而這基準(zhǔn)51系列單片機(jī)中是由晶振來決定的。比如最簡單的一條賦值指令，其需要一個周期的時(shí)間，而這個周期要多久，就由采用多少頻率的晶振來影響。同時(shí)還需要對其增加兩個電容，以增加其運(yùn)行時(shí)的穩(wěn)定性。除晶振電路之外，復(fù)位電路也是必須的。顧名思義，復(fù)位電路，就是可以將單片機(jī)的程序從頭開始運(yùn)行的電路。由于在單片機(jī)上電的瞬間，其電的上升狀態(tài)是不定的，此時(shí)的程序是很容易跑亂的，所以芯片的設(shè)計(jì)者預(yù)留了RST復(fù)位引腳，只有當(dāng)該引腳進(jìn)入高電平時(shí)程序才正常工作，否則程序會一直停留在初始狀態(tài)。因此當(dāng)采用如圖所示的復(fù)位電路時(shí)，上電的瞬間，由于電容的作用，復(fù)位引腳與GND連接變低，上電完成后，電容內(nèi)充滿電，該引腳變高，程序從新開始運(yùn)行。另外，還加入了按鍵，用于進(jìn)行手動復(fù)位，當(dāng)人工按鍵被按下時(shí)，復(fù)位引腳變低，系統(tǒng)復(fù)位，按鍵松開后從新開始運(yùn)行程序。3.2甲醛和二氧化硫檢測電路在本系統(tǒng)中，采用MS1100-P111傳感器來測量甲醛的濃度，因?yàn)樵搨鞲衅鲗兹O為敏感，具有很高的靈敏度和很好的選擇性，可以檢測到0.1ppm以上的氣體，適合應(yīng)用在居家室內(nèi)環(huán)境。該器件的響應(yīng)速度快，小巧易于攜帶。其特點(diǎn)是：能同時(shí)輸出模擬信號及電平信號；能輸出0-5V的模擬信號，并且能直接進(jìn)行AD采集；通過調(diào)節(jié)上方的感應(yīng)靈敏度按鈕，來調(diào)節(jié)傳感器的靈敏度等。采用ME4-SO2傳感器測量二氧化硫濃度，其檢測量程為0-20ppm，檢測量程上限為200ppm，響應(yīng)時(shí)間為＜30s，特點(diǎn)是低功耗，高靈敏度，線性區(qū)域范圍寬，抗干擾能力強(qiáng)和穩(wěn)定性能好，被廣泛應(yīng)用。圖3.2甲醛和二氧化硫檢測電路圖3.3溫濕度檢測電路對于溫度和濕度的檢測，有多種方案可以實(shí)現(xiàn)，在此選擇的是一體化集成的傳感器DHT11，該傳感器可以同時(shí)對溫度和濕度進(jìn)行檢測。其關(guān)鍵引腳一共有三個，電源，地和數(shù)據(jù)引腳，該芯片采用的是單線通信的方式，單片機(jī)只需要一個引腳和DHT11的數(shù)據(jù)引腳進(jìn)行連接，然后按照DHT11數(shù)據(jù)手冊中規(guī)定的時(shí)序?qū)ζ溥M(jìn)行配置和讀取數(shù)據(jù)，然后對讀取后的數(shù)據(jù)進(jìn)行解析后就可以得到溫度和濕度數(shù)據(jù)了。經(jīng)過市場驗(yàn)證，該芯片穩(wěn)定性好，價(jià)格低，已經(jīng)在很多場合廣泛使用，其電源供電支持3.3到5V寬電壓供電，需要注意的其數(shù)據(jù)引腳需要通過電阻進(jìn)行上拉，具體電路如圖所示。圖3.3溫濕度檢測電路圖3.4液晶顯示電路在顯示方案的選擇上，本文是選擇LCD液晶來作為顯示設(shè)備。對于LCD液晶顯示器來說，其有多種不同的尺寸和分辨率，在選擇上需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇。比如在公共場合就會選擇大尺寸高清晰度的，而在一些小型設(shè)備上則需要體積較小，價(jià)格便宜的。結(jié)合本次設(shè)計(jì)的課題需求，在此對于顯示的要求并不高，因此最終選擇了LCD1602來作為液晶顯示設(shè)備。其實(shí)從其型號名字就可以大致看其分辨率信息，該液晶總共可以顯示兩行，每一行可以對十六個字符進(jìn)行顯示。顯示的字符信息既可以是數(shù)字，也可以是英文或者是定義的一些特殊字符，但是不能是中文。在控制引腳上，其引腳看起來比較多，但時(shí)間控制并不復(fù)雜，首先就是其電源供電引腳，供電的電壓范圍比較寬，在3到5V之間都是可以的，但是為了其顯示效果好，要求供電電源的電流有一定的供電能力。其次就是數(shù)據(jù)引腳，其數(shù)據(jù)引腳為D0-D7這8個引腳，單片機(jī)是通過這8個引腳將顯示的數(shù)據(jù)傳輸?shù)揭壕希?dāng)然是需要按照一定的規(guī)則的，而這個規(guī)則就是通過液晶的RW,RW,EN引腳去控制，在液晶數(shù)據(jù)手冊上對具體要求都有進(jìn)行了要求。因此需要按照要求去編寫程序來進(jìn)行控制，以達(dá)到顯示正確結(jié)果的目的。同時(shí)還要注意的是，該型號的液晶具有背光條件引腳VO，需要通過外部電阻分壓的形式給其一個合適的電壓，用來調(diào)節(jié)對比度，其才能較好的顯示信息。圖3.4液晶顯示電路圖3.5報(bào)警電路在現(xiàn)實(shí)生活中，各種產(chǎn)品都會設(shè)計(jì)相應(yīng)的報(bào)警電路來提示用戶或者管理員，如常見的電腦死機(jī)，溫度過高等都會通過聲音報(bào)警的形式來反映出來，以便及時(shí)進(jìn)行處理。對于報(bào)警電路，其核心就是報(bào)警發(fā)聲器件，不同的發(fā)聲器件則需要設(shè)計(jì)不同的聲音驅(qū)動電路，通常來說有喇叭和蜂鳴器兩種。在本課題中采用蜂鳴器，蜂鳴器較為簡單，通常使用在一些便攜式產(chǎn)品上，其控制非常簡單。電路圖如下，單片機(jī)的IO口對蜂鳴器的控制主要是通過三極管來進(jìn)行的，然而為什么要通過三極管來控制，原因是對于蜂鳴器而言，其作為發(fā)聲器件，正常工作時(shí)需要有一定大小的電流才能發(fā)出聲音，電流越大，聲音越大，所以把三極管用作放大電路，通過將電流放大的形式，控制蜂鳴器的報(bào)警，以此來達(dá)到單片機(jī)控制蜂鳴器發(fā)聲的目的。圖3.5蜂鳴器報(bào)警電路圖3.6整體電路經(jīng)過上述對各個模塊的設(shè)計(jì)，最終得到整體電路圖。圖3.6整體電路圖4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1主程序流程圖系統(tǒng)啟動后，首先對主要的引腳進(jìn)行配置，來完成系統(tǒng)的初始化，然后檢測溫度，濕度，甲醛和二氧化硫等信息，如果有異常則進(jìn)行報(bào)警。其主要流程如下：開始檢測溫濕度系統(tǒng)初始化開始檢測溫濕度系統(tǒng)初始化檢測甲醛和二氧化硫檢測甲醛和二氧化硫液晶顯示液晶顯示數(shù)據(jù)異常？ 數(shù)據(jù)異常？Y報(bào)警報(bào)警結(jié)束結(jié)束圖4.1主程序流程圖

4.2甲醛和二氧化硫檢測對于甲醛和二氧化硫的檢測，本質(zhì)上都是通過ADC來實(shí)現(xiàn)的，因此其關(guān)鍵就是對ADC的設(shè)計(jì)。啟動后首先對需要配置的ADC通道進(jìn)行檢測速率，位數(shù)的參數(shù)配置，然后開啟ADC檢測，得到電壓數(shù)據(jù)，再將其根據(jù)硬件電路參數(shù)轉(zhuǎn)換為最終的數(shù)據(jù)進(jìn)行輸出。4.3溫濕度檢測由于選擇了DHT11傳感器來檢測溫濕度，所以需要對其相應(yīng)的程序進(jìn)行編寫。該傳感器是一種單線控制的芯片，單片機(jī)通過單線來對其進(jìn)行控制，首先通過指令復(fù)位該傳感器，然后檢測其是否正常，如果正常則發(fā)出讀數(shù)據(jù)指令分別讀出溫度和濕度數(shù)據(jù)。 5系統(tǒng)的調(diào)試5.1系統(tǒng)調(diào)試在根據(jù)系統(tǒng)要求完成硬件設(shè)計(jì)后，就需要開始使用軟件平臺進(jìn)行程序開發(fā)，在程序開發(fā)的過程中，為了增加效率通常采用如下的流程：在KEIL開發(fā)平臺上新建工程，然后對各個子模塊進(jìn)行程序的編寫，在開始設(shè)計(jì)時(shí)主要是對一些簡單的功能模塊進(jìn)行程序編寫，尤其是人機(jī)交互模塊，這樣方便后續(xù)進(jìn)行調(diào)試。在編寫結(jié)束以后，通過平臺的編譯系統(tǒng)進(jìn)行編譯，同時(shí)根據(jù)提示修改軟件程序，直到整個程序沒有在KEIL軟件上進(jìn)行報(bào)錯。接著把編譯得到的HEX文件通過JTAG或者串口下載器載入至單片機(jī)內(nèi)，在第一次下載時(shí)，通常是下載簡單的程序，方便進(jìn)行一些基本的判斷，然后不斷的增加程序不斷的下載來增加功能，以達(dá)到最終目的。在程序下載后，幾乎可以肯定的是第一次下載的程序往往沒辦法實(shí)現(xiàn)我們想要的結(jié)果，這個時(shí)候就需要進(jìn)行調(diào)試，使用在線調(diào)試系統(tǒng)可以觀察單片機(jī)內(nèi)部寄存器的狀態(tài)或者執(zhí)行單步運(yùn)行，這樣可以方便的查詢問題點(diǎn)，達(dá)到快速解決問題的目的。如圖5.1所示為進(jìn)行在線調(diào)試的頁面，通過工具欄的DEBUG選項(xiàng)來進(jìn)入。圖5.1調(diào)試一系統(tǒng)進(jìn)入后，可以通過在菜單欄中的選擇，來對需要檢測的數(shù)據(jù)變量，寄存器值等進(jìn)行監(jiān)測，如圖5.2所示。圖5.2調(diào)試二如圖5.3所示，在此以監(jiān)控count變量為例，通過在watch窗口輸入該變量值就可以看到其默認(rèn)值為0X0000，在運(yùn)行后，其數(shù)值就會隨著系統(tǒng)的運(yùn)行而產(chǎn)生改變。圖5.3調(diào)試三在完成所有的程序編寫和調(diào)試后，如果程序已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了想要的目標(biāo)，那么就可以將程序的HEX進(jìn)一步下載到單片機(jī)里面，以此來完成最終的目標(biāo)。5.2仿真調(diào)試在此通過Proteus平臺來搭建了系統(tǒng)的仿真模型，如圖5.4是搭建后的模型。在仿真過程中用兩個可調(diào)的電阻器代替了甲醛傳感器和二氧化硫傳感器，其不同的輸出電壓，代表不同的濃度。由于本次采用的是單片機(jī)本身不自帶有ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換功能，所以在此通過使用ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換器來實(shí)現(xiàn)對該點(diǎn)電壓的檢測以實(shí)現(xiàn)對甲醛和二氧化硫的檢測，對于ADC0832，其是一款8位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，在封裝上有SOP和DIP的形式，引腳數(shù)量為8個，其具有兩個模擬信號的輸入通道CH0和CH1，并且其輸入信號的電壓范圍只能在電源的供電電壓以內(nèi)。單片機(jī)通過與其時(shí)鐘引腳，數(shù)據(jù)引腳，使能引腳連接，來進(jìn)行控制，根據(jù)其時(shí)序控制要求，將輸入的模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后進(jìn)行讀取，然后通過換算得到輸入值的大小。在控制中，需要注意的是，ADC0832的轉(zhuǎn)換是需要時(shí)間的，所以讀取速率不能太快，否則會讀取的數(shù)據(jù)錯誤，對于通道的選擇也是通過內(nèi)部程序的寄存器來進(jìn)行配置，以此來設(shè)定采樣哪一個通道的值。在開始運(yùn)行后，LCD液晶的第一行會顯示溫度，濕度數(shù)據(jù)，第二行會顯示甲醛和二氧化硫的濃度。如圖5.4所示，第一行顯示了“R=39T=44”，表示濕度39%RH，溫度44℃，第二行“CH=90，SO2=95”，表示甲醛的濃度為90ppm，二氧化硫的濃度為95ppm。 圖5.4仿真測試一接著調(diào)節(jié)溫濕度傳感器，觀察LCD液晶上的數(shù)值變化，發(fā)現(xiàn)溫度變成了34℃，濕度變?yōu)?6%RH，再調(diào)節(jié)可調(diào)電阻，使甲醛的濃度升高，當(dāng)甲醛濃度為113ppm時(shí)，由于甲醛濃度超過了閾值，此時(shí)蜂鳴器報(bào)警，LED燈亮。 圖5.5仿真測試二繼續(xù)調(diào)節(jié)可調(diào)電阻，使二氧化硫的濃度升高，當(dāng)二氧化硫濃度為105ppm時(shí)，由于二氧化硫濃度超過了閾值，此時(shí)蜂鳴器報(bào)警，LED燈亮。 圖5.6仿真測試三6結(jié)束語家居環(huán)境污染嚴(yán)重的危害了人們的日常活動，這也使得家居環(huán)境質(zhì)量問題被更多的人關(guān)注。因?yàn)槲覀円惶熘械慕^大多數(shù)時(shí)間是在室內(nèi)進(jìn)行和度過的，所以室內(nèi)空氣質(zhì)量直接決定了我們的生活環(huán)境和身體健康。調(diào)查結(jié)果表明，室內(nèi)環(huán)境污染主要包括懸浮顆粒物和天然氣態(tài)污染源兩個方面。為了解決家居環(huán)境問題，可以及時(shí)的監(jiān)測環(huán)境中有害氣體濃度，所以對環(huán)境內(nèi)部空氣質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)測勢在必行。本文首先對此課題的背景意義和現(xiàn)狀進(jìn)行分析，提出主要內(nèi)容。接著設(shè)計(jì)系統(tǒng)的總體方案，分析設(shè)計(jì)過程中相應(yīng)的功能需求并提出設(shè)計(jì)框架。再通過結(jié)合本研究課題的實(shí)際情況，分析單片機(jī)，甲醛傳感器，二氧化硫傳感器和溫濕度傳感器等元器件的功能及參數(shù)，構(gòu)建合理的方案，對相應(yīng)的集成器電路進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，完成該系統(tǒng)的硬件組成部分。在軟件設(shè)計(jì)方面，先要求客戶端給出一個主程序的工作流程框圖，再使用KEIL軟件進(jìn)行編寫。最后采用Proteus搭建系統(tǒng)的仿真模型，對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，輸入相應(yīng)的源程序，完成仿真的測試，實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)。此次環(huán)境監(jiān)測儀器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，目的是為了監(jiān)測我們生活環(huán)境中有害氣體的濃度，主要是以STC89C52單片機(jī)為控制核心，結(jié)合甲醛和二氧化硫傳感器，溫濕度傳感器，HC05藍(lán)牙模塊等感知設(shè)備去檢測環(huán)境中的甲醛和二氧化硫濃度及溫濕度信息，不僅可以通過液晶顯示器實(shí)時(shí)顯示，當(dāng)數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常時(shí)還會進(jìn)行報(bào)警，并且可以通過藍(lán)牙模塊將監(jiān)測到的甲醛和二氧化硫濃度及溫濕度信息傳輸?shù)绞謾C(jī)上。缺點(diǎn)是當(dāng)報(bào)警時(shí)，報(bào)警聲是不連續(xù)的，并且對于溫濕度而言，只能顯示數(shù)據(jù)，當(dāng)數(shù)據(jù)過高時(shí)，無法報(bào)警。參考文獻(xiàn)[1]馬建倉，羅亞軍，趙玉亭.藍(lán)牙核心技術(shù)及應(yīng)用[M].北京：科學(xué)出版社，2019：1-5.[2]趙暉，趙巖.應(yīng)用藍(lán)牙技術(shù)組建無線局域網(wǎng)[J].天津通信技術(shù)，2018(3)：16.[3]姚營營.基于單片機(jī)的環(huán)境監(jiān)測儀設(shè)計(jì)[D].大連：大連交通大學(xué)，2010.[4]楊晨.基于ARM11和Linux的室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].沈陽：沈陽工業(yè)大學(xué)，2013.[5]劉威.基于DS18B20和nRF9E5的多點(diǎn)無線測溫系統(tǒng)[D].長春：吉林大學(xué)，2010.[6]牟瑛.單片機(jī)實(shí)現(xiàn)大容量數(shù)據(jù)存儲[J].遼東學(xué)院學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2018，14(2)：92-93.[7]劉立，謝劍斌，盧力.USB接口技術(shù)研究[J].計(jì)算機(jī)工程與科學(xué)，2019(5)：82-85.[8]鄭之光，楊紅麗，衛(wèi)耀輝.藍(lán)牙協(xié)議的功能及應(yīng)用分析[J].數(shù)據(jù)通信，2019.[9]王衛(wèi)江.PC機(jī)與單片機(jī)間通信程序的實(shí)現(xiàn)[J].電子產(chǎn)品世界，2019，(3)：39-42.[10]丁瑞.基于單片機(jī)的溫度測控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2017，34(6)：142-143.[11]常君.濕度傳感器在智能家居控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電子測試，2018(2)：77-80.[12]周磊.光敏電阻在一定光照條件下隨溫度變化的特性[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2010，29(5)：26-29.[13]吳雪琴.基于藍(lán)牙技術(shù)的計(jì)算機(jī)間通信[D].西北工業(yè)大學(xué)，2020：3-4.[14]馮睿.藍(lán)牙系統(tǒng)核心協(xié)議棧的研究與實(shí)現(xiàn)[D].南京郵電學(xué)院，2019：6-7.[15]張晶，李鐵盤.藍(lán)牙傳輸層流量控制的研究[J].計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì)，2006，27(23)：46-49.[16]LEIZ，LINW，etal.MeasuringQoSinGbinterfaceofGPRSnetworksbasedonusersession[J].TheJournalofChinaUniversitiesofPostsandTelecommunications，2017，18：40-45.[17]GuanwangG，YanpengW，ZhanyouS.TheDesignofEmbeddedMCUNetworkMeasureandControlSystem[J].EnergyProcedia，2019，17：983-989.[18]ZhangH，KangW.DesignoftheDataAcquisitionSystemBasedonSTC89C52[J].ProcediaComputerScience，2018，17：222-228.源程序清單：#include<reg52.h>#include<intrins.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedint #definedelay4us(){_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();}sbitlcden=P2^2;//定義管腳sbitlcdrs=P2^0;sbitlcdrw=P2^1;sbitkey1=P3^0;sbitkey2=P3^1;sbitre1=P3^2;sbitre2=P3^3;sbitks=P2^7;sbitCS=P1^0;sbitClk=P1^1;sbitDATI=P1^2;sbitDATO=P1^2;sbitData=P1^7;//定義DHT11數(shù)據(jù)線ucharrec_dat[12];//用來表示DHT11所顯示的被接收數(shù)據(jù)量的網(wǎng)絡(luò)組uinti;uintkhj;uinttvalue;//???uchartflag;//??????unsignedlongnum,num1;ucharcodetable[]="0123456789HZ%MS.";//定義顯示的數(shù)組unsignedchardat=0x00;//AD值 unsignedcharCH;//通道變量voiddelay(uintz)//延時(shí)函數(shù){ uintx,y; for(x=z;x>0;x--) for(y=110;y>0;y--);}voidwrite_com(ucharcom)//1602讀指令{ lcdrw=0; lcdrs=0; P0=com; delay(5); lcden=1; delay(5); lcden=0;}voidwrite_data(uchardate)//1602讀取數(shù)據(jù)量{ lcdrw=0; lcdrs=1; P0=date; delay(5); lcden=1; delay(5); lcden=0;}voida1(){ lcden=0; write_com(0x38); write_com(0x0c); write_com(0x06); write_com(0x01);}voida2(){uinta1,b1,c1,d1,e,e1,z; if(num1>1000){ks=0;}elseks=1; //num1=65535; //num1=0;TH1=0X00;TL1=0X00; write_com(0x80);//1602顯示處理好的數(shù)據(jù) { write_data('F'); write_data('='); write_data(num1%10000/1000+'0'); write_data(num1%1000/100+'0'); write_data(num1%100/10+'0'); write_data(num1%10+'0'); write_data(''); write_data('S'); write_data('='); if(key1==1) { write_data('N'); } else { write_data('Y'); } write_data(''); write_data('H'); write_data('='); if(key2==1) { write_data('N'); } else { write_data('Y'); } if((key2==0)||(key1==0)) { re1=0; re2=0; } else { re1=1; re2=1; }// write_com(0x80+14);write_data('H');// write_data('z'); }} voidDHT11_delay_us(ucharn){while(--n);}voidDHT11_delay_ms(uintz){uinti,j;for(i=z;i>0;i--)for(j=110;j>0;j--);}voidDHT11_start(){Data=1;DHT11_delay_us(2);Data=0;DHT11_delay_ms(30);//延時(shí)18ms以上Data=1;DHT11_delay_us(30);}ucharDHT11_rec_byte()//接收一個字節(jié){uchari,dat=0;for(i=0;i<8;i++)//從高到低依次接收8位數(shù)據(jù){while(!Data);////等待50us低電平過去DHT11_delay_us(8);//延時(shí)60us，如果還是為高則延遲輸出的延時(shí)數(shù)據(jù)量大小一定是1，否則延時(shí)輸出的為0dat<<=1;//移位使其可以準(zhǔn)確接受8位數(shù)據(jù)量，當(dāng)數(shù)據(jù)量顯示0時(shí)直接進(jìn)行移位if(Data==1)//當(dāng)一個數(shù)據(jù)量為1時(shí)，使用dat加1的方式來接收一個數(shù)據(jù)1dat+=1;while(Data);//等待數(shù)據(jù)線拉低}returndat;}voidDHT11_receive()//接收40位的數(shù)據(jù){ucharR_H,R_L,T_H,T_L,RH,RL,TH,TL,revise;DHT11_start();if(Data==0){while(Data==0);//等待拉高DHT11_delay_us(40);//拉高后延時(shí)80usR_H=DHT11_rec_byte();//接收濕度高八位R_L=DHT11_rec_byte();//接收濕度低八位T_H=DHT11_rec_byte();//接收溫度高八位T_L=DHT11_rec_byte();//接收溫度低八位revise=DHT11_rec_byte();//接收校正位DHT11_delay_us(25);//結(jié)束if((R_H+R_L+T_H+T_L)==revise)//校正{RH=R_H;RL=R_L;TH=T_H;TL=T_L;}/*數(shù)據(jù)處理，方便顯示*/ 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