基单片机空气质量检测仪设计实现
Design and implementation of air quality detector based on single chip microcomputer
摘
着社会断发展科学技术日新月异家庭住作日常起居生活核心区域越越关注特年外界环境污染愈发严重越越渴居满足日常基起居时更够提供安全舒适温馨环境需相应空气净化设备时更需种简洁方便效功齐全面家居空气质量检测设备检测控制相结合实现设备间智联动
文构建家居空气质量监控系统面现代家居环境够检测显示出温度湿度PM25项实时数系统STC89C52单片机核心包括传感器温湿度采集传感器PM25采集LCD液晶显示声光报警键设置等部分系统通搭建传感器元件采集家居中温度湿度PM25浓度实时显示述采集数外采集数单片机部设定整定值较数合标准时发出报警信号开启相应设备通知家居文设计系统PROTUES环境进行仿真验证设计正确性行性
设计鉴市场现产品环境质量现研究成果集实性高效性济性身智家居发展提供新思路
关键词：单片机 空气质量 传感器
Abstract
With the development of the times and the advancement of science and technology family residence is a key area in people＇s daily lives and 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 air 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 modern home living environment STC89C52 is used as the system controller which contains temperature sensors and humidity sensors to collect ambient temperature and humidity and PM25 data and the system uses The LED screen displays the data and also includes different parts such as sound and light 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 was 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 new method and way for the further development of smart homes in the future
Keywords SingleChipMicrocompute Airquality Sensor
目 录
第1章 绪 1
11 设计背景意义 1
12 家居环境监测系统现状 1
13 设计目容 2
第2章 系统总体方案设计 4
21 设计求 4
22 方案选择 4
221 温湿度传感器选择 4
222 PM25传感器选择 4
223 单片机选择 5
第3章 系统硬件设计 6
31 整体方案设计 6
311 系统概述 6
312 系统框图 6
32 系统模块 6
33 DHT11传感器电路 7
34 PM25检测电路 8
35 液晶显示电路 8
36 蜂鸣器模块 8
37 键输入模块 9
38 LED显示电路 10
第4章 软件设计 11
41 程序语言开发环境 11
42 程序流程图设计 11
421 总体程序流程图设计 11
422 1602液晶程序设计 12
423 温湿度DHT11传感器程序设计 13
第5章 系统仿真实物测试 14
51 系统仿真结果分析 14
52 实物测试结果分析 15
53 章结 17
第6章 总结 19
致谢 20
参考文献 21
附录 22
附录 元件清单 22
附录二 原理图 23
附录三 PCB图 24
第1章 绪
11 设计背景意义
科技快速发展民综合素质生活水提升家居环境质量变成重点关注容日常生活里温度湿度吸入颗粒物空气中PM25相含量等素重点关注环境参数体健康带定影响根数研究发现健康会环境温度湿度影响关数专家指出日常生活里温度够保持17~26度湿度够保持42~66左右条件体够感觉较舒适果长期生活湿度43条件体器官尤呼吸方面功会出现严重损害鼻道呼吸道致肺部黏膜会出现损害纤毛运动减缓导致没办法掉粘膜沾染灰尘细菌增长繁殖提供便利条件导致体健康遭受损害果体处长期处湿度非常条件特湿度64条件激素分泌会变缓慢导致肾腺素分泌足导致出现精神萎靡振现象果长期处湿度高环境会导致体免疫力降出现种疾病PM25做细微颗粒物基定义环境空气中直径25微米微颗粒物身质量导致够悬浮空气中量PM25会类身体健康造成非常严重影响提示评价环境质量坏关键指标Pm25通常情况环境中含量环境恶化导致PM25含量升类健康造成严重影响较直径颗粒物gPM25直径较活性较强带毒性说重金属微生物等物质够悬浮空气里够广距输送体影响非常条件应家居环境质量控受广泛关注时应家居环境质量监测装置诞生拥着非常市场文环境监控设备进行探讨研究设计着非常重意义
12 家居环境监测系统现状
温温度湿度数字测量古代已存早世纪欧洲著名科学家伽利略做试验伽利略制作简单温度计感应部分果般玻璃结构组成端连接敞口热胀冷缩基原理受热水面会温度改变发生移动判定温度高低测出环境致温度科学家断完善条件进行优化改进赶热原材料更换成水银温度更加敏感温度计初始模型温度计结构较简便制作成低廉旧国医疗行业广泛应极明显存着定缺陷够距离较远方进行测量没智功PM25种物质说1997年美国环保局制定出PM10更加微物质时成空气质量检验关键标准年限度日均限度分21微克立方米5微克立方米PM10数值浓度限制保持变2006年期间美国环保局PM25浓度限制进行调整进步降低标准数值年均数值日均数值浓度限制分15微克立方米35克微克立方米时PM10年均浓度限制数值舍弃表示美国方面微颗粒物限制标准值越越严格关卫生数研究机构世界空气指南里指出连日军浓度数值分10微克立方米25微克立方米世界国家整体济发展状况环境污染特点空气质量分三程度指导标准值等级越高空气环境质量关求更加严厉年许欧美国家实际发展情况时空气环境质量标准进进行修订
现20世纪电子科学技术信息技术普遍环境质量检测方面科学技术进步进展关电子产品应类生活中尤具智显示功温度计PM25净化电子设备外国方面进行研究时间较早定成果进展早80年代已研究出模拟类型组合仪表应温湿度计发明中时代环境温湿度控制已具备动智机械化发展产品逐渐普国家方面起步时间较晚导致技术材料受定遏制温度湿度方面定成果整体集成性方面需进行优化改进智家居领域方面研究具备着理性意义研究价值特着科技进步单片机发展逐渐趋完成利单片机制作出空气检测仪器智化家居理念完美符合文基概念两者进行融合设计出种利单片机家居空气质量监测显示系统
13 设计目容
指纹设计空气环境质量监测系统面受众现代家居环境够检测出家居环境中温湿度PM25数值实时显示具较高济性实性现目前市场已产品相较具定优化完成单片机成控制核心利传感器监测空气环境中数时加入报警装置会国智家居发展提供理文设计完成务
（1）环境监测系统框架进行设计设计方案证
（2）设计出控制芯片模块利STC89C52单片机成环境监测装置控制核心
（3）设计出温湿度模块DHT11型号传感器温湿度信息进行搜集
（4）设计出空气质量监测模块PM25监测传感器信息数进行收集
（5）设计出报警模块蜂鸣器指示灯进行警示
（6）设计显示模块LCD液晶屏室信息数进行显示
（7）整系统程序光图进行设计
（8）利PROTUES软件系统进行仿真工作验证设计否行
第2章 系统总体方案设计
21 设计求
(1)解51单片机开发基环境熟练c语言编写系统程序
(2)解单片机中部结构功掌握硬件软件调试般方法
(3)搭建出基单片机控制系统完成硬件电路等电路设计
(4)理解家居环境监控系统原理掌握实现方法
22 方案选择
221 温湿度传感器选择
方案：系统DS18B20温度HS1101湿度信息传感器DS18B20说种普遍生活中数温度传感器单线类型接口模式测量温度范围负10摄氏度85摄氏度相误差±05识温度精度够达00625℃HS1101种电容类型湿度传感器够检测湿度范围0~100RH相误差±2RH
方案二：挑选DHT11成温度湿度检测传感模块实种复合类型数字输出类传感器中电阻类型干式单元NTC温度检测单元够检测20~95湿度相误差±5RH温度检测范围0—50℃相误差±2℃
两种方案发现然方案1检测范围较广拥高精度实验设计目检测居家环境温湿度挑选方案二中DHT11温湿度传感器够达设计目选择方案2思维速度传感器价格花费较低廉模块方案2
222 PM25传感器选择
方案：夏普公司发明第1代PM25数字监测传感器GP2Y1010AU0F传感器采集环境里信息会信息进行输出模拟类电压然利ad转换芯片信息进行处理模拟量转换成数量然提交单片机进行计算显示
方案二：夏普公司发明新型PM25传感监测器GP2Y1051AU0F传感器代着定提升升级监测器信息进行收集会利串口直接信息进行输出时候单片机仅仅需串口数进行读取
述分析发现方案二中二代新型传感器需三根接线够满足信息收集功代传感器说相较少连线电路图较简便整体电路较稳定没AD转换模块够测量实际结果更加准确Pm25监测模块方案2
223 单片机选择
方案：DSP成系统控制原件种性强微型处理器够利数字信号信息进行处理DSP功较强原件值绒线相说会非常敏感会遭受外部环境影响较容易实现高级程度进行分时复操作信号频率非常低信号够处理器系数相互配合适应便调试电视机电路结构非常复杂价格偏贵数字系统需耗电源电路进行支撑没源设备够提供支撑
方案二：单片机成系统控制器单片机功性较强价格低廉电压低量损耗较低时单片机计算力较强软件编程方面十分灵活利软件完成种逻辑功编辑时单片机身拥定时器技术性体积较通两种方案分析选择方案2stc89c52单片机成控制原件
第3章 系统硬件设计
31 整体方案设计
311 系统概述
整环境监测模块设计STC89C52单片机刚控制原件时配合电阻电容金正等元器件构建出单片机运行工作系统整模块运行围绕系统进行展开温湿度信息进行传感器DHT11传感器够环境中温度湿度收入信息进行收集时传递单片机控制芯片环境中PM25数值进行监测传感器夏普公司GP2Y1051AU0F需利串口环境中数字信息传递单片机时案件部分轻触类型键成整系统输入方式模块显示功1602液晶进行显示数值超标报警蜂鸣器led灯系统电源USB进行供电电压5伏
单片机
系统
温湿度体
传感器
1602液晶显示
键设置输入
蜂鸣器
LED指示灯
PM25传感器
312 系统框图
31 系统框图
32 系统模块
STC89C52运行系统图32示系统三部分构成包含晶振电路复位电路电源三部分
晶振电路中包含30pF电容C2C3包含频率110592M晶振X1电容功帮助进行震动电容数值1533pF系统设计程中需利串口进行通信够挑选频率110592M晶振假频率12M会导致数传输出现错误电路进行关设计时晶振位置需单片机
单片机里复位电路类似电脑重启键假单片机出现死机情况复位键程序重新开始运行单片机复位电路通数值10uF电容C110K数值电阻R6构成电容电压会发生突变系统果电RESET脚会拥高电时提高电瓶持续时间长短通RC值确定普通51单片机假RESET脚持续时间长短两机器周期会执行复位操作适RC取值确保复位功
电源方面USB电压5伏进行供电手机充电头移动电源系统进行供电
单片机功系统外外部性电路
STC89C52P0处漏极开路输出类型P0口位置处连接数值10K排阻R1够P0口成般IO口进行调等系统设计程中磁口成液晶显示数口
中需重视31脚(EA)属高电瓶状态时单片机复位程序ROM位置0000H开始运行果处低电瓶条件复位ROM0000H开始执行系统运行程序保存单片机组成部EA端口需接高电确保程序部存储位置进行读取
图32单片机系统
33 DHT11传感器电路
图33示电路够温湿度信息进行收集DHT11传感器信号信息接收口单片机脚P37进行连接环境里温湿度关信息进行测量
图33 温湿度检测电路
34 PM25检测电路
图34示提示PM25信息信息收集电路模块利ADC0832芯片时通连接单片机脚P10P11P12空气中PM25信息进行收集出测量结果
图34 PM25信号检测电路
35 液晶显示电路
液晶模块显示电路详细情况图35示角角二接连接电路里GND端口VCC端口两广角液晶显示屏正常工作电源输入角第3脚通数值10K电位器相连够进行调节调节液晶度第4角液晶显示器寄存器控制脚连接控制芯片P12脚第5脚液晶显示读取控制脚连接控制芯片P13脚第6角液晶显示设备脚连接控制芯片P14脚第7广角第14广角液晶数址8位总线连接控制芯片P0口时15角16角液晶显示器背光电源脚直接单片机系统VCCGND连接
图 35 液晶模块连接图
36 蜂鸣器模块
蜂鸣器正常工作时候需较电流进行驱动单片机数口输入电流相较时候三极开关技帮助蜂鸣器正常工作设计程中挑选三极类型PNP类型三极S8550设计挑选蜂鸣器种源蜂鸣器中已包含关震荡电路需额外高低电进行驱动够简化电路结构IO口默认处高电状态电风鸣器会发生鸣蜂鸣器具体电路图图36示利芯片P30接口蜂鸣器进行控制
图36 蜂鸣器电路
37 键输入模块
键盘实现机交互基设备果想完成环境监测系统设计通键盘扫描时状态进行信息读取显然够中需许问题进行完善然键盘进行操作程中容易导致失误操作操作法控制情况常单片机中键盘独立键盘矩阵键盘两种硬件电路非常简洁程序方面设计复杂般求高般电路里矩阵键盘独立键盘两者说具定差第矩阵键盘硬件电路独立键盘相较复杂算法程序驱动较复杂够节省端口资源较适合案件监督次够效减少案件程里出现毛刺情况般方法做延时重复扫描基原理：果毛刺现实脉够维持时间较短毫秒左右般说案件时间时间单片机测试相关案件动作延续时间确定电位否发生改变果发生改变效反效
设计中键数量较少三键功分设置减加独立键盘案件具体接线图37示：
图37 键电路
38 LED显示电路
设计中采5颗LED灯分代表温度高温度低湿度高湿度低PM25浓度高等五种情况电路连接图3示：
图38 LED电路
第4章 软件设计
41 程序语言开发环境
C语言种广泛设计语言汇编语言高级语言两种语言特性开始贝尔实验室1972年推出1978年3亿元已广泛移植类型危机系统够工作系统进行语言设计编写系统程序成应程序基设计语言编写程中需计算机硬件应程序支撑应非常广泛数信息处理力非常强仅仅软件开发类科研项目需c语言非常适合编写软件图形动画具体应单片机嵌入式系统开发研究中
Keil C51美国开发公司Keil公司发布51系列基c语言软件开发系统汇编语言相实语言功结构维护性具明显优势较容易学Keil中包含C编译器宏汇编连接器等完整系统开发功集成开发环境功进行结合Keil软件需windows操作系统假c语言单片机进行编程Keil佳选择进行c语言编程具较强集成环境较强仿真调试工具够开发效率提升
42 程序流程图设计
421 总体程序流程图设计
系统中软件流程图具体步骤图41示事先液晶进行定初始化包含功初始化显示初始化两部分包含报警数值串口信息初始化然软件循环体里温湿度结果测量屏幕显示读取环境里PM25数值进行显示时收集信息进行判断否超置报警范围果超蜂鸣器开始发生灯闪烁假超进入报警开始定延时进行循环
图41 程序流程图
422 1602液晶程序设计
液晶显示屏显示信息时需先确定相位置表示显示具体位置例显示第1行第5列位置完成定位信息进行显示液晶显示实际程逐进行位位完成例显示数字123先显示数字显示数字2显示数字3假显示数字串样道理左右次显示逐完成完成显示务处需重视显示串数字数字时需完成次定位液晶显示屏会动跳支位置没必次进行定位
开始
定位行列坐标
显示字符
数显
示完？
否
结束
图42液晶显示流程图
423 温湿度DHT11传感器程序设计
获取温氏度信息前单片机必须先发送起始信号传感器传感器收起始信号会低功耗模式唤醒然开始测量温湿度结果接着会湿度温度校验字节次发单片机单片机次接收然计算数否传输出错果出错直接忽略次检测结果没出错保存起准备送液晶显示
图43温湿度传感器程序流程图
第5章 系统仿真实物测试
51 系统仿真结果分析
仿真调试Protues软件中建立仿真电路控制程序导入进行功仿真模拟验证根结果进行调试优化
图51示系统仿真电路仿真软件进行LCD显示仿真键设置仿真PM25检测仿真温湿度检测仿真LED显示仿真图5256示述仿真测试
图51系统仿真电路
图52显示功仿真
图53键设置仿真
图54 PM25检测仿真
图55温湿度检测仿真
图56LED显示仿真
52 实物测试结果分析
准备材料电烙铁设计电路板原理图开始单片机电路板焊接首先插排焊接焊接单片机系统晶振复位电路确定LCD1602液晶显示屏位置拉电阻焊接P0口通导线连接显示屏面分焊接传感器模块温湿度传感器压力传感器步进电机键电源电路导线模块电路图连接起确保没出现短路现象STC89C52单片机烧录器编译软件烧录进插入插排5V直流电源供电开关观察LCD1602液晶显示屏否正常显示正常显示说明显示电路正常观察传感器否正常工作显示屏否输出果正常显示切没问题出现问题时找出具体出问题部分逐解决
图57示功测试实物图完成仿真基础实物设计模型进行功调试次进行LCD显示功测试键设置功测试PM25检测功测试温湿度检测功测试LED显示功测试图58512示述功测试实际效果
图51系统实物图
图52显示功测试
图53键设置测试
图54 PM25检测测试
图55温湿度检测测试
图56LED显示测试
53 章结
章前3章硬件选型软硬开基础进行实物制作首先进根设计求进行预计功测试进行实物焊接测试根测试结果知该系统完成设计目标功求系统工作稳定延迟
第6章 总结
三月努力次毕业设计务——基单片机空气质量监控系统已完成然系统设计全新够展现系统初始开发终完成程受益整系统设计终调试成功非常宝贵验
理实践结合展现出学生基动手力通信息收集处理培养学力动手力发动学追求知识程学方式会记住理性知识利毕业设计知识化成应程中学会利知识应实际工作中
完成系统设计程里学学门课程进行机整合时利实际电路分析应深化知识解认知时理解系统需求方案证功模块划分电路原理图规划设计PCb版制作然科技进步单片机功越越核心原理保持恒定实验设计系统较简单够全面反映出单片机知识掌握程度程中受益
次设计清晰认识学专业知识关键性认识理实践紧密结合重性学4年学知识进行检验然次系统设计知识应方面十分熟练工作里会继续努力三月进行设计知识整理扩充会断身理知识进行加深工作学取更进步
刻次系统设计时间较短存缺陷会进行进步优化
致谢
系统设计导师耐心指导完成初开题报告文文结束收获进步编写段程序着导师帮助关怀导师拥深厚知识种勤劳私奉献精神深受启迪导师身仅学丰厚知识中学做道理工作学里会直记住导师鼓励教诲争取获更成绩
导师表示感谢时学4年学程中位导师学生活十分热心提供许帮助知识水取提升获进步学老师表示感谢
感谢百忙中文进行评阅指导答辩专家教授
参考文献
[1] 郭天祥51单片机C语言教程[M] 北京：电子工业出版社2009
[2] 刘建清轻松玩转51单片机C语言[M] 北京：航空航天学出版社2011
[3] 张绪光刘娥电路模拟电子技术[M] 北京：北京学出版社2010
[4] 徐晓光数字逻辑数字电路[M] 北京：机械工业出版社2008
[5] 黄智伟印刷电路板设计技术实践[M] 北京：电子工业出版社2013
[6] 张俊谟单片机中级教程[M] 北京：北京航天航空学出版社2006
[7] 谢维成单片机原理应C51程序设计[M] 北京：清华学出版社2009
[8] 赵健吴伟基单片机温湿度测量系统研究设计[M]电子技术
[9] 张艳丽杨仁弟数字温湿度传感器应[J]工矿动化20076第3期
[10]刘宏斌国PM25现状防治策武汉湖北济学院学报2012
[11]罗亚萍基AT89S52单片机室害气体监控系统山西电子技术2011
[12]夏普粉尘传感器GP2Y1051AU0F说明
附录
附录 元件清单
STC89C52
1片
单片机座子
1
110592M晶振
1
30pF独石电容
2
电解电容10uF
1
电解电容 220uF
1
电阻1K
5
电阻47K
1
电阻10K
1
排阻10K
1片
轻触开关
3
1602液晶
1
1602液晶座子
1
10K电位器
1
DHT11传感器
1
DHT11座子
1
PM25传感器
1
源蜂鸣器
1
S8550（PNP）三极
1
绿色led灯
2
红色led灯
2
黄色led灯
1
电源开关
1
DC35电源座
1
洞洞板
1张
导线
干
电源线
1根
附录二 原理图
附录三 PCB图
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基单片机空气质量检测仪设计实现
Design and implementation of air quality detector based on single chip microcomputer
摘
着社会断发展科学技术日新月异家庭住作日常起居生活核心区域越越关注特年外界环境污染愈发严重越越渴居满足日常基起居时更够提供安全舒适温馨环境需相应空气净化设备时更需种简洁方便效功齐全面家居空气质量检测设备检测控制相结合实现设备间智联动
文构建家居空气质量监控系统面现代家居环境够检测显示出温度湿度PM25项实时数系统STC89C52单片机核心包括传感器温湿度采集传感器PM25采集LCD液晶显示声光报警键设置等部分系统通搭建传感器元件采集家居中温度湿度PM25浓度实时显示述采集数外采集数单片机部设定整定值较数合标准时发出报警信号开启相应设备通知家居文设计系统PROTUES环境进行仿真验证设计正确性行性
设计鉴市场现产品环境质量现研究成果集实性高效性济性身智家居发展提供新思路
关键词：单片机 空气质量 传感器
Abstract
With the development of the times and the advancement of science and technology family residence is a key area in people＇s daily lives and 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 air 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 modern home living environment STC89C52 is used as the system controller which contains temperature sensors and humidity sensors to collect ambient temperature and humidity and PM25 data and the system uses The LED screen displays the data and also includes different parts such as sound and light 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 was 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 new method and way for the further development of smart homes in the future
Keywords SingleChipMicrocompute Airquality Sensor
目 录
第1章 绪 1
11 设计背景意义 1
12 家居环境监测系统现状 1
13 设计目容 2
第2章 系统总体方案设计 4
21 设计求 4
22 方案选择 4
221 温湿度传感器选择 4
222 PM25传感器选择 4
223 单片机选择 5
第3章 系统硬件设计 6
31 整体方案设计 6
311 系统概述 6
312 系统框图 6
32 系统模块 6
33 DHT11传感器电路 7
34 PM25检测电路 8
35 液晶显示电路 8
36 蜂鸣器模块 8
37 键输入模块 9
38 LED显示电路 10
第4章 软件设计 11
41 程序语言开发环境 11
42 程序流程图设计 11
421 总体程序流程图设计 11
422 1602液晶程序设计 12
423 温湿度DHT11传感器程序设计 13
第5章 系统仿真实物测试 14
51 系统仿真结果分析 14
52 实物测试结果分析 15
53 章结 17
第6章 总结 19
致谢 20
参考文献 21
附录 22
附录 元件清单 22
附录二 原理图 23
附录三 PCB图 24
第1章 绪
11 设计背景意义
科技快速发展民综合素质生活水提升家居环境质量变成重点关注容日常生活里温度湿度吸入颗粒物空气中PM25相含量等素重点关注环境参数体健康带定影响根数研究发现健康会环境温度湿度影响关数专家指出日常生活里温度够保持17~26度湿度够保持42~66左右条件体够感觉较舒适果长期生活湿度43条件体器官尤呼吸方面功会出现严重损害鼻道呼吸道致肺部黏膜会出现损害纤毛运动减缓导致没办法掉粘膜沾染灰尘细菌增长繁殖提供便利条件导致体健康遭受损害果体处长期处湿度非常条件特湿度64条件激素分泌会变缓慢导致肾腺素分泌足导致出现精神萎靡振现象果长期处湿度高环境会导致体免疫力降出现种疾病PM25做细微颗粒物基定义环境空气中直径25微米微颗粒物身质量导致够悬浮空气中量PM25会类身体健康造成非常严重影响提示评价环境质量坏关键指标Pm25通常情况环境中含量环境恶化导致PM25含量升类健康造成严重影响较直径颗粒物gPM25直径较活性较强带毒性说重金属微生物等物质够悬浮空气里够广距输送体影响非常条件应家居环境质量控受广泛关注时应家居环境质量监测装置诞生拥着非常市场文环境监控设备进行探讨研究设计着非常重意义
12 家居环境监测系统现状
温温度湿度数字测量古代已存早世纪欧洲著名科学家伽利略做试验伽利略制作简单温度计感应部分果般玻璃结构组成端连接敞口热胀冷缩基原理受热水面会温度改变发生移动判定温度高低测出环境致温度科学家断完善条件进行优化改进赶热原材料更换成水银温度更加敏感温度计初始模型温度计结构较简便制作成低廉旧国医疗行业广泛应极明显存着定缺陷够距离较远方进行测量没智功PM25种物质说1997年美国环保局制定出PM10更加微物质时成空气质量检验关键标准年限度日均限度分21微克立方米5微克立方米PM10数值浓度限制保持变2006年期间美国环保局PM25浓度限制进行调整进步降低标准数值年均数值日均数值浓度限制分15微克立方米35克微克立方米时PM10年均浓度限制数值舍弃表示美国方面微颗粒物限制标准值越越严格关卫生数研究机构世界空气指南里指出连日军浓度数值分10微克立方米25微克立方米世界国家整体济发展状况环境污染特点空气质量分三程度指导标准值等级越高空气环境质量关求更加严厉年许欧美国家实际发展情况时空气环境质量标准进进行修订
现20世纪电子科学技术信息技术普遍环境质量检测方面科学技术进步进展关电子产品应类生活中尤具智显示功温度计PM25净化电子设备外国方面进行研究时间较早定成果进展早80年代已研究出模拟类型组合仪表应温湿度计发明中时代环境温湿度控制已具备动智机械化发展产品逐渐普国家方面起步时间较晚导致技术材料受定遏制温度湿度方面定成果整体集成性方面需进行优化改进智家居领域方面研究具备着理性意义研究价值特着科技进步单片机发展逐渐趋完成利单片机制作出空气检测仪器智化家居理念完美符合文基概念两者进行融合设计出种利单片机家居空气质量监测显示系统
13 设计目容
指纹设计空气环境质量监测系统面受众现代家居环境够检测出家居环境中温湿度PM25数值实时显示具较高济性实性现目前市场已产品相较具定优化完成单片机成控制核心利传感器监测空气环境中数时加入报警装置会国智家居发展提供理文设计完成务
（1）环境监测系统框架进行设计设计方案证
（2）设计出控制芯片模块利STC89C52单片机成环境监测装置控制核心
（3）设计出温湿度模块DHT11型号传感器温湿度信息进行搜集
（4）设计出空气质量监测模块PM25监测传感器信息数进行收集
（5）设计出报警模块蜂鸣器指示灯进行警示
（6）设计显示模块LCD液晶屏室信息数进行显示
（7）整系统程序光图进行设计
（8）利PROTUES软件系统进行仿真工作验证设计否行
第2章 系统总体方案设计
21 设计求
(1)解51单片机开发基环境熟练c语言编写系统程序
(2)解单片机中部结构功掌握硬件软件调试般方法
(3)搭建出基单片机控制系统完成硬件电路等电路设计
(4)理解家居环境监控系统原理掌握实现方法
22 方案选择
221 温湿度传感器选择
方案：系统DS18B20温度HS1101湿度信息传感器DS18B20说种普遍生活中数温度传感器单线类型接口模式测量温度范围负10摄氏度85摄氏度相误差±05识温度精度够达00625℃HS1101种电容类型湿度传感器够检测湿度范围0~100RH相误差±2RH
方案二：挑选DHT11成温度湿度检测传感模块实种复合类型数字输出类传感器中电阻类型干式单元NTC温度检测单元够检测20~95湿度相误差±5RH温度检测范围0—50℃相误差±2℃
两种方案发现然方案1检测范围较广拥高精度实验设计目检测居家环境温湿度挑选方案二中DHT11温湿度传感器够达设计目选择方案2思维速度传感器价格花费较低廉模块方案2
222 PM25传感器选择
方案：夏普公司发明第1代PM25数字监测传感器GP2Y1010AU0F传感器采集环境里信息会信息进行输出模拟类电压然利ad转换芯片信息进行处理模拟量转换成数量然提交单片机进行计算显示
方案二：夏普公司发明新型PM25传感监测器GP2Y1051AU0F传感器代着定提升升级监测器信息进行收集会利串口直接信息进行输出时候单片机仅仅需串口数进行读取
述分析发现方案二中二代新型传感器需三根接线够满足信息收集功代传感器说相较少连线电路图较简便整体电路较稳定没AD转换模块够测量实际结果更加准确Pm25监测模块方案2
223 单片机选择
方案：DSP成系统控制原件种性强微型处理器够利数字信号信息进行处理DSP功较强原件值绒线相说会非常敏感会遭受外部环境影响较容易实现高级程度进行分时复操作信号频率非常低信号够处理器系数相互配合适应便调试电视机电路结构非常复杂价格偏贵数字系统需耗电源电路进行支撑没源设备够提供支撑
方案二：单片机成系统控制器单片机功性较强价格低廉电压低量损耗较低时单片机计算力较强软件编程方面十分灵活利软件完成种逻辑功编辑时单片机身拥定时器技术性体积较通两种方案分析选择方案2stc89c52单片机成控制原件
第3章 系统硬件设计
31 整体方案设计
311 系统概述
整环境监测模块设计STC89C52单片机刚控制原件时配合电阻电容金正等元器件构建出单片机运行工作系统整模块运行围绕系统进行展开温湿度信息进行传感器DHT11传感器够环境中温度湿度收入信息进行收集时传递单片机控制芯片环境中PM25数值进行监测传感器夏普公司GP2Y1051AU0F需利串口环境中数字信息传递单片机时案件部分轻触类型键成整系统输入方式模块显示功1602液晶进行显示数值超标报警蜂鸣器led灯系统电源USB进行供电电压5伏
单片机
系统
温湿度体
传感器
1602液晶显示
键设置输入
蜂鸣器
LED指示灯
PM25传感器
312 系统框图
31 系统框图
32 系统模块
STC89C52运行系统图32示系统三部分构成包含晶振电路复位电路电源三部分
晶振电路中包含30pF电容C2C3包含频率110592M晶振X1电容功帮助进行震动电容数值1533pF系统设计程中需利串口进行通信够挑选频率110592M晶振假频率12M会导致数传输出现错误电路进行关设计时晶振位置需单片机
单片机里复位电路类似电脑重启键假单片机出现死机情况复位键程序重新开始运行单片机复位电路通数值10uF电容C110K数值电阻R6构成电容电压会发生突变系统果电RESET脚会拥高电时提高电瓶持续时间长短通RC值确定普通51单片机假RESET脚持续时间长短两机器周期会执行复位操作适RC取值确保复位功
电源方面USB电压5伏进行供电手机充电头移动电源系统进行供电
单片机功系统外外部性电路
STC89C52P0处漏极开路输出类型P0口位置处连接数值10K排阻R1够P0口成般IO口进行调等系统设计程中磁口成液晶显示数口
中需重视31脚(EA)属高电瓶状态时单片机复位程序ROM位置0000H开始运行果处低电瓶条件复位ROM0000H开始执行系统运行程序保存单片机组成部EA端口需接高电确保程序部存储位置进行读取
图32单片机系统
33 DHT11传感器电路
图33示电路够温湿度信息进行收集DHT11传感器信号信息接收口单片机脚P37进行连接环境里温湿度关信息进行测量
图33 温湿度检测电路
34 PM25检测电路
图34示提示PM25信息信息收集电路模块利ADC0832芯片时通连接单片机脚P10P11P12空气中PM25信息进行收集出测量结果
图34 PM25信号检测电路
35 液晶显示电路
液晶模块显示电路详细情况图35示角角二接连接电路里GND端口VCC端口两广角液晶显示屏正常工作电源输入角第3脚通数值10K电位器相连够进行调节调节液晶度第4角液晶显示器寄存器控制脚连接控制芯片P12脚第5脚液晶显示读取控制脚连接控制芯片P13脚第6角液晶显示设备脚连接控制芯片P14脚第7广角第14广角液晶数址8位总线连接控制芯片P0口时15角16角液晶显示器背光电源脚直接单片机系统VCCGND连接
图 35 液晶模块连接图
36 蜂鸣器模块
蜂鸣器正常工作时候需较电流进行驱动单片机数口输入电流相较时候三极开关技帮助蜂鸣器正常工作设计程中挑选三极类型PNP类型三极S8550设计挑选蜂鸣器种源蜂鸣器中已包含关震荡电路需额外高低电进行驱动够简化电路结构IO口默认处高电状态电风鸣器会发生鸣蜂鸣器具体电路图图36示利芯片P30接口蜂鸣器进行控制
图36 蜂鸣器电路
37 键输入模块
键盘实现机交互基设备果想完成环境监测系统设计通键盘扫描时状态进行信息读取显然够中需许问题进行完善然键盘进行操作程中容易导致失误操作操作法控制情况常单片机中键盘独立键盘矩阵键盘两种硬件电路非常简洁程序方面设计复杂般求高般电路里矩阵键盘独立键盘两者说具定差第矩阵键盘硬件电路独立键盘相较复杂算法程序驱动较复杂够节省端口资源较适合案件监督次够效减少案件程里出现毛刺情况般方法做延时重复扫描基原理：果毛刺现实脉够维持时间较短毫秒左右般说案件时间时间单片机测试相关案件动作延续时间确定电位否发生改变果发生改变效反效
设计中键数量较少三键功分设置减加独立键盘案件具体接线图37示：
图37 键电路
38 LED显示电路
设计中采5颗LED灯分代表温度高温度低湿度高湿度低PM25浓度高等五种情况电路连接图3示：
图38 LED电路
第4章 软件设计
41 程序语言开发环境
C语言种广泛设计语言汇编语言高级语言两种语言特性开始贝尔实验室1972年推出1978年3亿元已广泛移植类型危机系统够工作系统进行语言设计编写系统程序成应程序基设计语言编写程中需计算机硬件应程序支撑应非常广泛数信息处理力非常强仅仅软件开发类科研项目需c语言非常适合编写软件图形动画具体应单片机嵌入式系统开发研究中
Keil C51美国开发公司Keil公司发布51系列基c语言软件开发系统汇编语言相实语言功结构维护性具明显优势较容易学Keil中包含C编译器宏汇编连接器等完整系统开发功集成开发环境功进行结合Keil软件需windows操作系统假c语言单片机进行编程Keil佳选择进行c语言编程具较强集成环境较强仿真调试工具够开发效率提升
42 程序流程图设计
421 总体程序流程图设计
系统中软件流程图具体步骤图41示事先液晶进行定初始化包含功初始化显示初始化两部分包含报警数值串口信息初始化然软件循环体里温湿度结果测量屏幕显示读取环境里PM25数值进行显示时收集信息进行判断否超置报警范围果超蜂鸣器开始发生灯闪烁假超进入报警开始定延时进行循环
图41 程序流程图
422 1602液晶程序设计
液晶显示屏显示信息时需先确定相位置表示显示具体位置例显示第1行第5列位置完成定位信息进行显示液晶显示实际程逐进行位位完成例显示数字123先显示数字显示数字2显示数字3假显示数字串样道理左右次显示逐完成完成显示务处需重视显示串数字数字时需完成次定位液晶显示屏会动跳支位置没必次进行定位
开始
定位行列坐标
显示字符
数显
示完？
否
结束
图42液晶显示流程图
423 温湿度DHT11传感器程序设计
获取温氏度信息前单片机必须先发送起始信号传感器传感器收起始信号会低功耗模式唤醒然开始测量温湿度结果接着会湿度温度校验字节次发单片机单片机次接收然计算数否传输出错果出错直接忽略次检测结果没出错保存起准备送液晶显示
图43温湿度传感器程序流程图
第5章 系统仿真实物测试
51 系统仿真结果分析
仿真调试Protues软件中建立仿真电路控制程序导入进行功仿真模拟验证根结果进行调试优化
图51示系统仿真电路仿真软件进行LCD显示仿真键设置仿真PM25检测仿真温湿度检测仿真LED显示仿真图5256示述仿真测试
图51系统仿真电路
图52显示功仿真
图53键设置仿真
图54 PM25检测仿真
图55温湿度检测仿真
图56LED显示仿真
52 实物测试结果分析
准备材料电烙铁设计电路板原理图开始单片机电路板焊接首先插排焊接焊接单片机系统晶振复位电路确定LCD1602液晶显示屏位置拉电阻焊接P0口通导线连接显示屏面分焊接传感器模块温湿度传感器压力传感器步进电机键电源电路导线模块电路图连接起确保没出现短路现象STC89C52单片机烧录器编译软件烧录进插入插排5V直流电源供电开关观察LCD1602液晶显示屏否正常显示正常显示说明显示电路正常观察传感器否正常工作显示屏否输出果正常显示切没问题出现问题时找出具体出问题部分逐解决
图57示功测试实物图完成仿真基础实物设计模型进行功调试次进行LCD显示功测试键设置功测试PM25检测功测试温湿度检测功测试LED显示功测试图58512示述功测试实际效果
图51系统实物图
图52显示功测试
图53键设置测试
图54 PM25检测测试
图55温湿度检测测试
图56LED显示测试
53 章结
章前3章硬件选型软硬开基础进行实物制作首先进根设计求进行预计功测试进行实物焊接测试根测试结果知该系统完成设计目标功求系统工作稳定延迟
第6章 总结
三月努力次毕业设计务——基单片机空气质量监控系统已完成然系统设计全新够展现系统初始开发终完成程受益整系统设计终调试成功非常宝贵验
理实践结合展现出学生基动手力通信息收集处理培养学力动手力发动学追求知识程学方式会记住理性知识利毕业设计知识化成应程中学会利知识应实际工作中
完成系统设计程里学学门课程进行机整合时利实际电路分析应深化知识解认知时理解系统需求方案证功模块划分电路原理图规划设计PCb版制作然科技进步单片机功越越核心原理保持恒定实验设计系统较简单够全面反映出单片机知识掌握程度程中受益
次设计清晰认识学专业知识关键性认识理实践紧密结合重性学4年学知识进行检验然次系统设计知识应方面十分熟练工作里会继续努力三月进行设计知识整理扩充会断身理知识进行加深工作学取更进步
刻次系统设计时间较短存缺陷会进行进步优化
致谢
系统设计导师耐心指导完成初开题报告文文结束收获进步编写段程序着导师帮助关怀导师拥深厚知识种勤劳私奉献精神深受启迪导师身仅学丰厚知识中学做道理工作学里会直记住导师鼓励教诲争取获更成绩
导师表示感谢时学4年学程中位导师学生活十分热心提供许帮助知识水取提升获进步学老师表示感谢
感谢百忙中文进行评阅指导答辩专家教授
参考文献
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[2] 刘建清轻松玩转51单片机C语言[M] 北京：航空航天学出版社2011
[3] 张绪光刘娥电路模拟电子技术[M] 北京：北京学出版社2010
[4] 徐晓光数字逻辑数字电路[M] 北京：机械工业出版社2008
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[6] 张俊谟单片机中级教程[M] 北京：北京航天航空学出版社2006
[7] 谢维成单片机原理应C51程序设计[M] 北京：清华学出版社2009
[8] 赵健吴伟基单片机温湿度测量系统研究设计[M]电子技术
[9] 张艳丽杨仁弟数字温湿度传感器应[J]工矿动化20076第3期
[10]刘宏斌国PM25现状防治策武汉湖北济学院学报2012
[11]罗亚萍基AT89S52单片机室害气体监控系统山西电子技术2011
[12]夏普粉尘传感器GP2Y1051AU0F说明
附录
附录 元件清单
STC89C52
1片
单片机座子
1
110592M晶振
1
30pF独石电容
2
电解电容10uF
1
电解电容 220uF
1
电阻1K
5
电阻47K
1
电阻10K
1
排阻10K
1片
轻触开关
3
1602液晶
1
1602液晶座子
1
10K电位器
1
DHT11传感器
1
DHT11座子
1
PM25传感器
1
源蜂鸣器
1
S8550（PNP）三极
1
绿色led灯
2
红色led灯
2
黄色led灯
1
电源开关
1
DC35电源座
1
洞洞板
1张
导线
干
电源线
1根
附录二 原理图
附录三 PCB图
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