基于单片机空气质量检测仪设计毕业设计(编辑修改稿)

基于单片机空气质量检测仪设计毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

等待主机开始信号结束后 ， DHT11发送响应信号 ， 送出 40bit的数据 ,并触发一次信号采集 ， 用户可选择读取部分数据。 从模式下 ， DHT11接收到开始信号触发一次温湿度采集 ， 如果没有接收到主机发送开始信号 ， DHT11不会主动进行温湿度采集 ， 采集数据后转换到低速模式。 （ 1） .通讯过程如图 28所示 图 28 通讯过程 13 操作时序如图 29， 总线空闲状态为高电平 ， 主机把总线拉低等待 DHT11响应 ,主机把总线拉低必须大于 18毫秒 ， 保证 DHT11能检测到起始信号。 DHT11接收到主机的开始信号后 ， 等待主机开始信号 结束 ， 然后发送 80us低电平响应信号。 主机发送开始信号结束后 ， 延时等待 2040us后 ， 读取 DHT11的响应信号 ， 主机发送开始信号后 ， 可以切换到输入模式 ， 或者输出高电平均可 ， 总线由上拉电阻拉高。 图 29 操作时序 总线为低电平 ， 说明 DHT11发送响应信号 ， DHT11发送响应信号后 ， 再把总线拉高 80us， 准备发送数据 ， 每一 bit数据都以 50us低电平时隙开始 ， 高电平的长短定了数据位是 0还是 1。 格式见下面图示 ， 如果读取响应信号为高电平 ， 则 DHT11没有响应 ， 请检查线路是否连接正常。 当最后一 bit数据传送完毕 后， DHT11拉低总线 50us， 随后总线由上拉电阻拉高进入空闲状态。 数字 0信号表示方法如图 210所示 图 210 数字 0信号表示方法 14 数字 1信号表示方法如图 211所示 图 211 数字 1信号表示方法 测量分辨率 测量分辨率分别为 8bit（温度）、 8bit（湿度）。 电气特性 如表 23 表 23 电气特性 参数 条件 min typ max 单位 供电 DC 3 5 V 供电电流 测量 mA 平均 1 mA 待机 100 150 uA 采样周期 秒 1 次 注 :采样周期间隔不得低于 1秒钟。 应用信息 超出建议的工作范围可能导致高达 3%RH的临时性漂移信号。 返回正常工作条后，传感器会缓慢地向校准状态恢复。 要加速恢复进程 /可参阅 节的 “ 恢复处理 ”。 在非正常工作条件下长时间使用会加速产品的老化过程。 电阻式湿度传感器的感应层会受到化学蒸汽的干扰，化学物质在感应层中的扩散可能导致测量值漂移和灵敏度下降。 在一个纯净的环境中，污染物 15 质会缓慢地释放出去。 下文所述的恢复处理将加速实现这一 过程。 高浓度的化学污染会导致传感器感应层的彻底损坏。 置于极限工作条件下或化学蒸汽中的传感器，通过如下处理程序，可使其恢复到校准时的状态。 在 5060℃ 和 10%RH的湿度条件下保持 2小时（烘干）；随后在 2030℃ 和 70%RH的湿度条件下保持 5小时以上。 气体的相对湿度，在很大程度上依赖于温度。 因此在测量湿度时，应尽可能保证湿度传感器在同一温度下工作。 如果与释放热量的电子元件共用一个印刷线路板，在安装时应尽可能将 DHT11远离电子元件，并安装在热源下方，同时保持外壳的良 好通风。 为降低热传导， DHT11与印刷电路板其它部分的铜镀层应尽可能最小，并在两者之间留出一道缝隙。 长时间暴露在太阳光下或强烈的紫外线辐射中，会使性能降低。 DATA信号线材质量会影响通讯距离和通讯质量 ,推荐使用高质量屏蔽线。 封装信息 如图 212， 图 212 DHT11封装图 DHT11引脚说明 见表 24。 16 表 24 引脚说明 Pin 名称 注释 1 VDD 供电 3－ 2 DATA 串行数据，单总线 3 NC 空脚，请悬空 4 GND 接地，电源负极 本设计采用的为 DHT11模块，原理图为 图 213： 图 213 DHT11模块接线图 167。 模数转换电路设计 气体传感器出来的信号是模拟信号，而微处理器 STC90C51 只能处理数字信号，故需要对模拟信号信号进行转换，将其转换为处理器能识别的数字信号，由于测试电路出来的模拟电压变化范围在 0~5V，故选择性价比比较合适的 ADC0809 进行模数转换。 其管脚定义如图 214 所示。 图 214 ADC0809管脚示意图 17 ADC0809 各脚功能如 表 25： 表 25 ADC0809 各脚功 能 引脚 功能介绍 D7D0 IN0IN7 8 位数字量输出引脚 8 位模拟量输入引脚 VCC +5V 工作电压 REF（ +） 参考电压正端 REF（ ） 参考电压负端 START A/D 转换启动信号输入端 ALE 地址锁存允许信号输入端 EOC 转换结束信号输出引脚，开始转换时为低电平，当转换结束时为高电平 OE 输出允许控制端，用以打开三态数据输出锁存器。 CLK 时钟信号输入端（一般为 500KHz）。 A、 B、 C 地址输入线 ADC0809 对输入模拟量要求：信号单极性，电压范围是 0－ 5V，若信号太小，必须进行放大；输入的模拟量在转换过程中应该保持不变，如若模拟量变化太快，则需在输入前增加采样保持电路。 ADC0809 的时序接口为 51系列单片机的标准总线接口，操作方便，如同对存储器或 I/O 操作一样， A/D转换精度为 8 比特，满足本课题要求。 输入的模拟电压为 0~5V，一次 A/D转换时间为 100μS。 ADC0809 与单片机 及 VOC 传感器 的接线方式如图 215： 图 215 ADC0809接线原理图 18 167。 声光报警电路设计 为了使本系统对室内空气品质的监测更为直观，采用了如图 216 由 2 个发光二极管和一个蜂鸣器构成的声光报警电路。 其中 VOC 气体含量超标时双灯闪烁蜂鸣器报警，温度超标时 D1 灯亮蜂鸣器报警，湿度超标时 D2 灯亮蜂鸣器报警。 图 216 声光报警电路 167。 液晶显示电路设计 本课题所要显示的数据一共有 6 个，分别是有毒气体的浓度和室内的温度、湿度的范围和测量值，故选用 2 行 16 个字符的 LCD1602 作为显示模块，满足显示要求。 液晶显示模块具有体积小、功耗低、显示内容丰富等特点，现在字符型液晶显示模块已经是单片机应用设计中最常用的信息显示器件了。 字符型液晶显示模块 是一种专门用于显示字母、数字、符号等点阵式LCD，目前常用 16*1， 16*2， 20*2 和 40*2 行等的模块。 下面以长沙太阳人电子有限公司的 1602 字符型液晶显示器为例，介绍其用法。 一般 1602 字符型液晶显示器实物如图 217： 19 图 217 1602字符型液晶显示器实物图 167。 的基本参数及引脚功能 1602LCD 分为带背光和不带背光两种，基控制器大部分为 HD44780，带背光的比不带背光的厚，是否带背光在应用中并无差别，两者尺寸差别如下图 218 所示： 图 218 1602LCD尺寸图 1602LCD 主要技术参数： 显示容量： 16x2 个字符芯片 工作电压： — 工作电流： （ 5V） 模块儿最佳工作电压： 字符尺寸： (WH)mm 引脚功能说明： 1602LCD 采用标准的 14 脚（无背光）或 16 脚（有背光）接口，各引脚说明如表 26 所示： 20 表 26 1602 引脚说明 编号 符号 引脚说明 编号 符号 引脚说明 1 VSS 电源地 9 D2 数据 2 VDD 电源正极 10 D3 数据 3 VL 液晶显示偏压 11 D4 数据 4 RS 数据 /命令选择 12 D5 数据 5 R/W 读 /写选择 13 D6 数据 6 E 使能信号 14 D7 数据 7 D0 数据 15 BLA 背光源正极 8 D1 数据 16 BLK 背光源负极 第 1 脚： VSS 为地电源。 第 2 脚： VDD 接 +5V 正电源。 第 3 脚： VL 为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生 “鬼影 ”，使用时可以通过一个 10K 的电位器调整对比 度。 第 4 脚： PS 为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。 第 5 脚： R/W 为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。 当 RS 和 R/W 共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当 RS 为低电平R/W 为高电 平时可以读忙信号，当 RS 为高电平 R/W 为低电平时可以写入数据。 第 6 脚： E 端为使能端，当 E 端由高电平跳变成低电平时，夜景模块执行命令。 第 7~14 脚： D0~D7 为八位双向数据线。 第 15 脚：背光源正极。 第 16 脚：背光源负极。 167。 的指令说明及时序 1602 液晶模块内 部的控制器共有 11 条控制指令，如表 27 所示： 21 表 27 控制命令表 序号 指令 RS R/W D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 1 清显示 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 2 光标返回 0 0 0 0 0 0 0 0 1 * 3 置输入模式 0 0 0 0 0 0 0 1 I/D S 4 显示开 /关控制 0 0 0 0 0 0 1 D C B 5 光标或字符移位 0 0 0 0 0 1 S/C R/L * * 6 置功能 0 0 0 0 1 DL N F * * 7 置字符发生存贮器地址 0 0 0 1 字符发生存贮器地址 8 置数据存贮器地址 0 0 1 显示数据存贮器地址 9 读忙标志或地址 0 1 BF 计数器地址 10 写数到 CGRAM 或 DDRAM 1 0 要写的数据内容 11 从 CGRAM 或 DDRAM 读数 1 1 读出的数据内容 1602 液晶模块的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。 （说明： 1 为高电平、 0 为低电平） 指令 1：清显示，指令码 01H,光标复位到地址 00H 位置。 指令 2：光标复位，光标返回到地址 00H。 指令 3：光标和显示 模式设置 I/D：光标移动方向，高电平右移，低电平左移 S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。 高电平表示有效，低电平则无效。 指令 4：显示开关控制。 D：控制整体显示的开与关，高电平表示开显示，低电平表示关显示 C：控制光标的开与关，高电平表示有光标，低电平表示无光标 B：控制光标是否闪烁，高电平闪烁，低电平不闪烁。 指令 5：光标或显示移位 S/C：高电平时移动显示的文字，低电平时移动光标。 22 指令 6：功能设置命令 DL：高电平时为 4 位总线，低电平时为 8 位总线 N：低电平时为单行显示，高电平时双行显示 F: 低 电平时显示 5x7 的点阵字符，高电平时显示 5x10 的点阵字符。 指令 7：字符发生器 RAM 地址设置。 指令 8： DDRAM 地址设置。 指令 9：读忙信号和光标地址 BF：为忙标志位，高电平表示忙，此时模块不能接收命令或者数据，如果为低电平表示不忙。 指令 10：写数据。 指令 11：读数据。 与 HD44780 相兼容的芯片时序 如表 28： 表 28 基本操作时序表 读状态 输入 RS=L,R/W=H,E=H 输出 D0—D7=状态字 写指令 输入 RS=L,R/W=L,D0—D7=指令码 ,E=高脉冲 输出 无 读数据 输入 RS=H,R/W=H,E=H 输出 D0—D7=数据 写数据 输入 RS=H,R/W=L,D0—D7=数据 ,E=高脉冲 输出 无 读写操作时序如图 219 和 220 所示： 图 219 读操作时序 23 图 220 写操作时序 167。 的 RAM 地址映射及标准字库表 液晶显示模块是一个慢显示器件，所以在执行每条指令之前一定要确认模块的忙标志为低电平，表示不忙，否则此指令失效。 要显示字符时要先输入显示字符地址，也就是告诉模块在哪里显示字符，图 221 是 1602 的内部显示地址。 图 221 1602LCD内部显示地址 第二行第一个字符的地址是 40H，写入显示地址时要求最高位 D7 恒定为高电平 1 所以实际写入的数据应该是 ： 01000000B（ 40H） +10000000B(80H)=11000000B(C0H)。 在对液晶模块的初始化中要先设置其显示模式，在液晶模块显示字符时光标是自动右移的，无需人工干预。 每次输入指令前都要判断液晶模块是否处于忙的状态。 24 1602 液晶模块内部的字符发生存储器（ CGROM）已 经存储了 160 个不同的点阵字符图形 ，这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的 大小写、常用的符号、和日文假名等，每一个字符。