基于单片机的室内空气检测毕业论文设计(编辑修改稿)

基于单片机的室内空气检测毕业论文设计(编辑修改稿)内容摘要：

2在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。 它具有完整的输入输出、控制端口、以及内部程序存储空间 [17]。 与我们通常意义上的微机原理类似，可以通过外接 A/D， D/A转换电路及运放 芯片 实现对传感器传送信息的采集，且能够提供以点阵或 LCD 液晶及外接按键实现人机交互，能对内部众多 I/O 端口连接步进电机对外围设备进行精确操控，具有强大的工控能力。 单片机最小系统的实现最小系统由晶振电路和复位电路组成，电路图如图 基于单片机的室内空气检测 6 所示： 图 单片机最小系统电路 ① 晶振电路 单片机系统里都有晶振，在单片机系统里晶振作用非常大，全程叫晶体振荡器，他结合单片机内部电路产生单片机所需的时钟频率，单片机晶振提供的时钟频率越高，那么单片机运行速度就越快，单片机的一切指令的执行都是建立在单片机晶振提供的时钟频率。 在通常工作条件下，普通的晶振频率绝对精度可达百万分之五十。 高级的精度更高。 有些晶振还可以由外加电压在一定范围内调整频率，称为压控振荡器（ VCO）。 晶振用一种能把电能和机械能相互转化的晶体在共振的状态下工作，以提供稳定，精确的单频振荡。 该单片机的时钟产生方式有两种 ：内部中断和外部中断，本系统中为了尽量降低功耗的原则，采用了内部时钟方式 [18]。 电路图如图 所示： 图 晶振电路图 基于单片机的室内空气检测 7 在单片机的内部有一个震荡电路，只要在单片机的 XTAL1 和 XTAL2 引脚外接石英晶体（简称晶振）就构成了自激振荡器并在单片机内部产生时钟脉冲信号，图中电容器 C1 和 C2 稳定频率和快速起振，电容值在 5— 30pF，典型值是 22pF，晶振 CYS 选择的是 12MHz。 ② 复位电路 电 容在上接高电平，电阻在下接地，中间为 RST。 这种复位电路的工作原理是：通电时，电容两端相当于是短路，于是 RST 引脚上为高电平，然后电源通过电阻对电容充电， RST 端电压慢慢下降，降到一定程序，即为低电平，单片机开始正常工作 [19]。 首先 RST 保持两个机器周期以上的高电平时自动复位 上电复位：上电瞬间，电容充电电流最大，电容相当于短路， RST 端为高电平，自动复位；电容两端的电压达到电源电压时，电容充电电流为零，电容相当于开路， RST 端为低电平，程序正常运行。 手动复位：首先经过上电复位，当按下按键时， RST 直接与 VCC 相连，为高电平形成复位，同时电解电容被短路放电；按键松开时， VCC 对电容充电，充电电流在电阻上， RST 依然为高电平，仍然是复位，充电完成后，电容相当于开路， RST 为低电平，正常工作 本设计中复位电路采用的是开关复位电路，开关 K1 未按下是上电复位电路，上电复位电路在上电的瞬间，由于电容上的电压不能突变，电容处于导通状态，故 RST脚的电压与 VCC 相同。 随着电容的充电， RST 脚上的电压才慢慢下降。 开关按下时是按键手动复位电路， RST 端通过电阻与 VCC 电源接通，通过电阻的分压就可以实现单片机的复位。 复位 电路图如图 所示： 图 温湿度检测模块设计 AM2301 即 DHT21 系列的数字温湿度传感器中的一款，是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。 它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。 传感器包括一个电容式感湿元件和一个 NTC 测温元件，并与一个高性能 8 位单片机相连接。 因此该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。 每个 DHT21 传感器都在极为精确的湿度基于单片机的室内空气检测 8 校验 室中进行校准。 校准系数以程序的形式储存在 OTP 内存中，传感器内部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数。 单线制串行接口，使系统集成变得简易快捷。 超小的体积、极低的功耗，信号传输距离可达 20 米以上，使其成为各类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选则。 产品为 3 针单排引脚封装。 连接方便，特殊封装形式可根据用户需求而提供。 该器件与单片机的连接采用数字接口，直接连接单片机的IO 口即可正常工作 [20]。 其连接电路如图 所示： 图 温湿度传感器电路图 气体检测模块设计 气体检测模块由甲醛传感器和 MQ135 传感器组成，主要用于检测有害气体的甲醛、氨气和苯。 甲醛传感器的选择： 甲醛传感器由甲醛探头 CH20 传感器组成。 甲醛传感器 /甲醛模块（ CH2O 传感器）详细介绍 如下表 ： MQ5 气体传感器的选择： MQ5 气体传感器由微型 AL2O3 陶瓷管、 SnO2 敏感层 ,测量电极和加热器构成的敏感元件组成。 MQ5 气体传感器 详细介绍 如下表 [21]。 测量电路是由 CH20 甲醛传感器； MQ5 气体传感器； ADC0809 和放大电路组成。 甲醛传感器是由甲醛探头 与 CH20 传感器组成。 当空气经过系统后，产生了一个和甲醛浓度成正比率的电压信号， 该电压信号又经过放大电路和 AD0832 与 AT89C52 单片机相连，在显示器显示甲醛的可读浓度值，当该值超过了国家规定标准值时发生报警。 MQ5 传感器通过热气来对敏感层的加热，当接触空气时会产生相应的电压信号经过放大电路和 ADC0809 与 AT89C52 单片机相连，当超过了国家规定标准值时发生报警。 甲醛标准是少于 ，苯小于 氨气小于 ，温度上限 28 摄氏度，下限 18 摄氏度，湿度上限 70%RH，下限30%RH。 基于单片机的室内空气检测 9 表 甲醛传感器 的参数表 表 MQ5 气体传感器参数 其 输出信号 为微弱 电 压 信号 ， 需要经过 放大 处理后才能送至 AD 转换器 进行信号转换。 其 信号 处理电路如 图 所示： 图 信号处理电路图 基于单片机的室内空气检测 10 A/D 转换电路 本设计采用 ADC0809作为 将模拟信号转换为数字信号的器件， 它是美国国家半导体公司生产的 CMOS工艺 8通道， 8位逐次逼近式 A/D模数转换器。 其内部有一个 8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译 码后的信号，只选通 8路模拟输入信号中的一个进行 A/D转换。 具有 3种信号 传送方式 ：定时 、查询、中断。 其 应用电路如 图 ： 图 A/D转换电路图 报警模块设计 报警电路如图所示，由单片机的 引脚控制。 当燃气浓度超出安全值时，引脚置高，三极管导通，进而蜂鸣器导通，蜂鸣器实现蜂鸣，即实现了报警的功能。 图 报警电路 基于单片机的室内空气检测 11 显示模块设计 液晶 显示模块 用于 显示系 统运行信息，方便 用户使用。 在 调试 阶段也可以作为一个 重要 的调试信息输出接口， 有助于 快速定位项目中隐藏的问题。 在 项目 完成后，液晶显示作为人机交互的直观接口，能够 在 用户设定系统 参数 和 查看 系统状态 时 提供很好的 方法。 本设计 使用的液晶显示 器件 是 LCD1602，也叫 1602字符型液晶，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块 [25]。 它由若干个 5X7或者 5X11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符，每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用，正因为如此所以它不能 很好地显示图形 [12]。 该模块 的电路如 图 ： 图 显示电路图 电源供电模块 稳定可靠的电源是系统正常运行的保障，本系统需要设计一个 5V 电源来提供系统所需。 采用 LM2940 为稳压器件，具有电路简单，可靠的优点。 电路图如图 所示： 图 电源电路图 基于单片机的室内空气检测 12 按键模块 按键模块用于用户指令、设定的输入，设置 系统的工作参数，功能等。 使用 4个按键，按键的形式为 直接连接 IO口 ，单片机读取 IO口 信号，即可知道哪个 按键被按下。 按键模块的电路图如图 ： 图 按键电路 系统总电路图 图 主电路图 基于单片机的室内空气检测 13 4 第四章 室内空气检测器的软件设计 编程语言的选择 在硬件已经确定了的基础上，我们接下来就要用软件来实现我们需要达到的功能了，即使在硬件不变的情况下，我们改变软件也能实现不一样的功能，所以软件在整个环节上是十分的关键的。 接下来我们需要考虑的就是应该选择怎样的变成语 言。 首先，软件的设计必须以下的基本要求，第一，可靠性；第二，易理解性、易维护性；第三，实时性；第四，准确性。 而编程语言目前存在 4 种用以支持单片机，即汇编语言， PL/M51 语言， C 语言与 BASI 语言。 我们常见的有汇编语言和 C 语言， 汇编的低级别语言，优点在于能够对硬件资源进行准确的操作，比如寄存器的使用和数据存储的具体位置 [26]。 能充分运用硬件资源 缺点是编写起来麻烦，程序阅读麻烦 ， 而 C语言 则相反，它都是 编译器 自动分配说需寄存器和数据存储单元，因此编写者不能分配 ， 但 C 语 言 简单，程序可读性强。 相比于汇编语言， C 语言有以下特点： （ 1） C 语言简洁、紧凑，使用方便、灵活。 （ 2） C 语言具备高级语言和低级语言的特征。 （ 3） C 语言是结构化语言，具有结构化的控制语句。 （ 4） C 语言具有各种各样的数据类型。 （ 5） C 语言具有强大的图形功能，支持多种显示器和驱动器；而且计算功 能、逻辑判断功能也比较强大，可实现决策目的。 （ 6） C 语言适用范围大。 （ 7） C 语言生成目标代码质量高，程 序执行效率高。 结合他们的优缺点，本系统最后选择用 C 语言完成软件部分的设计。 编译软件的选择与介绍 本系统用的是 51 内核的单片机，所以编译软件应该选用 keil 软件。 单片机在开发中有硬件和软件部分，汇编语言结束后，我们必须把它转为 CPU 可以执行的机器语言，一般分为两种方法：一种 Keil 软件图标是手工汇编，另一种是机器汇编，不过大多数情况下我们用的都是机器汇编。 机器汇编是通过汇编软件将源程序变为机器码，用于 MCS51 单片机汇编软件有早期的 A51，随着单片机的开发技术不断的发展，已经从普遍的使用汇编语言 过度到逐渐的使用高级语言的开发了，单片机开发软件也在不断地发展， Keil 软件是当前最流行开发 MCS51 系列的单片机软件，从近几年各个开发上对它的热衷度就可以看出。 Keil 提供了一系列包括宏汇编、连接器、 C 编译器、库管理以及一个功能强大的仿真调试器等在内的完整的开发方案，通过一个集成开发环境将这些个体部份完整的组合在一起。 运行 Keil 软件需要 Pentium 或以上的基于单片机的室内空气检测 14 CPU， 20M 以上空闲的硬盘空间、 16MB 或更多的 RAM、 WINXP、 NT、 WIN20WIN98 等在内操作系统。 掌握这一软件的使用对于使用 51 系列单片机的爱好者来说是十分必要的，如果你使用 C 语言编程，那么 Keil 几乎就是你的不二之选。 主程序模块 主程序所实现功能：与已经完成了的硬件相结合在一起来实现室内空气检测器的各个模块的功能。 主要是检测与显示并发出相应的报警信号；还有数据存储；以及功能子函数的调用。 如图 所示： 主程序流程图 温湿度检测模块 根据已完经成了的硬件电路设计，通过单片机的控制由温湿度传感 DHT21 检测得到的数值，又经过单片机进行数值的转换通过数码管显示出来，然 后根据我们烧录进去的软件程序将这个数据与原先设计好的温湿度的标准值进行比较，如果超出了设 开始 初始化时钟 初始化 LCD 显示主菜单 显示时间 读键 显示开机画面 初始化 CPU 基于单片机的室内空气检测 15 定标准值的范围，警报系统起作用，发生警报。 软件设计流程图如图 所示： N N。