基于IOT的室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

1、摘 要跟隨著生活節(jié)奏加快與生產(chǎn)方式的進(jìn)一步提升，人們?cè)谑覂?nèi)活動(dòng)時(shí)間高達(dá)93%以上。雖然，室內(nèi)空氣污染濃度并非那么嚴(yán)重但長(zhǎng)期接觸，故其累積接觸量增高。例：具有揮發(fā)性的容易導(dǎo)致癌癥的物質(zhì)；以及在人們?nèi)粘Ｉ钪薪?jīng)常見(jiàn)到的比較容易發(fā)生的天然氣和煤氣等的泄露，這些都不利于人們的健康。室內(nèi)空氣質(zhì)量對(duì)人體健康就顯得更加重要。本課題設(shè)計(jì)是通過(guò)STC89C51單片機(jī)為主控制器，控制MQ-2煙霧傳感器、甲醛模組ZE08-CH2O、DHT11溫濕度檢測(cè)模塊與ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)進(jìn)行空氣中的有害氣體含量進(jìn)行采集、分析。此設(shè)計(jì)可達(dá)到功耗低、可靠性高、及時(shí)、準(zhǔn)確檢測(cè)一定空間內(nèi)空氣中存在的有害氣體，最重要的是能

2、夠第一時(shí)間進(jìn)行報(bào)警提醒人們，有利于人們及時(shí)采取措施，避免造成不必要的損害?？墒沟酶嗟募彝?zāi)難得以避免。關(guān)鍵詞：STC89C51單片機(jī)；MQ-2傳感器；溫濕度檢測(cè)；甲醛模組ZE08-CH2OAbstractWith the further modernization of production and lifestyle, people spend more than 93% of their time in indoor activities. Although the concentration of indoor air pollution is often low, the accum

3、ulated exposure increases over a long period of time. The leakage of gas, natural gas, liquefied petroleum gas and other harmful gases caused by misoperation or equipment fault in Peoples Daily life brings fatal harm to people. Therefore, indoor air quality is more important to human health.This top

4、ic is through the STC89C51 microcontroller as the main controller is designed, the control of MQ - 2 smoke sensor module ZE08 formaldehyde - CH2O DHT11 temperature and humidity detection module and ADC0832 AD converter to realize to the concentration of harmful gas in the air for collection and anal

5、ysis of this design can achieve low power consumption high reliability accurately and effectively for detecting harmful gas concentration in indoor environment and even the characteristics of the alarm to remind people to make effective measures when the chroma of harmful gas, can make more families

6、 to avoid disasterKey words: STC89C51; Mq-2 sensor; Temperature and humidity detection；Formaldehyde module ZE08 - CH2O目錄1 引 言11.1 室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的研究意義11.2 室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的發(fā)展現(xiàn)狀與前景21.3本論文的研究?jī)?nèi)容及任務(wù)32 室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案32.1室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案概述42.2 室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能介紹63 室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)63.1 主控電路73.1.1 STC89C52芯片介紹73.1.2 STC

7、89C52主要功能特性73.1.3 單片機(jī)最小系統(tǒng)73.2傳感器模塊93.2.1 MQ-2煙霧檢測(cè)模塊93.2.2 DHT11溫濕度檢測(cè)模塊113.2.3 甲醛檢測(cè)檢測(cè)模塊（ZE08-CH2O）133.3 A/D轉(zhuǎn)換模塊133.3.1 ADC0832轉(zhuǎn)換模塊介紹133.3.2 ADC0832轉(zhuǎn)換模塊工作原理143.4顯示器模塊153.5 報(bào)警模塊173.6 按鍵模塊184 室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)204.1程序結(jié)構(gòu)流程設(shè)計(jì)214.2按鍵處理程序流程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)214.3中斷處理程序流程設(shè)計(jì)224.4超限程序處理流程設(shè)計(jì)225調(diào)試與結(jié)論235.1 調(diào)試235.2 結(jié)論23謝 辭24參考文獻(xiàn)25附

8、錄A原理圖、實(shí)物圖26附錄B程序27III室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)1 引 言1.1 室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的研究意義跟隨著社會(huì)發(fā)展與科技進(jìn)步，以及人們生活水平的逐步提高，自動(dòng)化、信息化程度愈發(fā)愈烈。它的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，涉及到生活、生產(chǎn)等的各個(gè)方面，這也就意味著人們開(kāi)啟了一個(gè)全新時(shí)代，也就是所謂的自動(dòng)控制系統(tǒng)時(shí)代，并且在數(shù)字化大趨勢(shì)下，其很好地順應(yīng)了該趨勢(shì)。它有較為強(qiáng)勁的性能，各個(gè)功能齊全，技術(shù)先進(jìn)，使人們堅(jiān)信這是科技進(jìn)步的結(jié)晶。它將加快科技科學(xué)的發(fā)展速度，數(shù)字時(shí)間將改變?nèi)祟惼椒驳纳?。單片機(jī)也將充斥著人們的生活中的方方面面，滲透到我們生活的各個(gè)領(lǐng)域，并且逐漸成為必需品。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和人民生

9、活水平的提高，人們的消費(fèi)觀念逐漸發(fā)生變化，從原有的數(shù)量型到現(xiàn)在的越來(lái)越重視質(zhì)量，并且將安全、健康和舒適作為生活的追求。裝修已經(jīng)深入到我們的生活當(dāng)中，同時(shí)裝修材料的也五花八門。對(duì)于裝修使用材料中散發(fā)出的有害元素甲醛給我們的生活帶來(lái)了極大的威脅。隨著對(duì)甲醛認(rèn)識(shí)的不斷加深，現(xiàn)如今，人們普遍認(rèn)為甲醛已經(jīng)成為致癌和致畸的重要組織，并且被世界衛(wèi)生組織確認(rèn)。甲醛很容易引起甚至是加深癌癥的病情，并且相關(guān)的官方組織指出其造成的影響是非常大的。到目前為止，有許多的歷史資料和文獻(xiàn)顯示，甲醛不僅對(duì)人們的健康影響作用大，更重要的是，其從不同方面都會(huì)對(duì)健康產(chǎn)生影響，比如嗅覺(jué)、肝、肺和免疫系統(tǒng)等。氣體含量現(xiàn)象有害氣體甲醛0

10、.06 -0.07 mg/ m3兒童會(huì)發(fā)生輕微氣喘0.1 mg/m3有異味和不適感0.5 mg/m3刺激眼睛，引起流淚0.6 mg/m3引起咽喉不適或疼痛。濃度更高時(shí)，可引起惡心嘔吐，咳嗽胸悶，氣喘甚至肺水腫30 mg/m3會(huì)立即致人死亡。甲醛的主要來(lái)源是裝修和家具，并且在接觸過(guò)的所有人中，對(duì)兒童和孕婦的危害更大。最嚴(yán)重的事，甲醛的釋放期特別長(zhǎng)，高達(dá)十五年。當(dāng)材料在遇到高溫或者是高濕條件下就會(huì)釋放甲醛，不僅對(duì)人體有害，對(duì)環(huán)境污染也非常嚴(yán)重，現(xiàn)如今已經(jīng)成為難以攻克的問(wèn)題。1.2 室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的發(fā)展現(xiàn)狀與前景（1）、檢測(cè)紙現(xiàn)在市場(chǎng)中有大量的甲醛檢測(cè)紙，使用方面，但是相對(duì)于電子檢測(cè)儀來(lái)講

11、，不具有重復(fù)性使用，并且實(shí)用程序麻煩，可讀性差，誤差大。（2）、甲醛檢測(cè)儀市場(chǎng)中的電子甲醛檢測(cè)儀價(jià)格高，專業(yè)性強(qiáng)，對(duì)于家用應(yīng)用有點(diǎn)浪費(fèi)資源。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)合單片機(jī)，降低成本實(shí)現(xiàn)資源利用最大化。外國(guó)的許多國(guó)家在對(duì)于家居空氣的好壞問(wèn)題早已開(kāi)始重視，建筑物綜合癥在20世紀(jì)的7O年代爆發(fā)，人們時(shí)常出現(xiàn)身體不適全身無(wú)力、頭暈頭袋脹痛、在記憶事件的能力衰退甚至?xí)霈F(xiàn)失意的癥狀。經(jīng)過(guò)人們的調(diào)查與經(jīng)驗(yàn)的累積最終發(fā)現(xiàn)出了，這種病癥的發(fā)作與建設(shè)房屋中材料的某一些有機(jī)物釋放入空氣中在進(jìn)入人體有著密不可分的關(guān)系?，F(xiàn)在的大部分家居空氣污染的來(lái)自于家里裝潢使用材質(zhì)有關(guān)系。市場(chǎng)商販通過(guò)一些非正規(guī)渠道去獲取某一些室內(nèi)裝飾品裝潢

12、所用材料進(jìn)行認(rèn)證許可。該許可證明也是虛無(wú)縹緲的，對(duì)管理的層度并非嚴(yán)格查除只是治標(biāo)不治本。跟著人們開(kāi)始對(duì)自身健康的重視程度改變與政府對(duì)相關(guān)知識(shí)的大力宣傳與傳授經(jīng)驗(yàn)，國(guó)家開(kāi)始陸陸續(xù)續(xù)發(fā)布許多的室內(nèi)空氣監(jiān)測(cè)市場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)與室內(nèi)裝飾品裝修材料內(nèi)部一些有害物質(zhì)的衡量表，關(guān)于這一些的參照表、參照文獻(xiàn)的發(fā)布，將嚴(yán)格要求室內(nèi)裝飾品與裝修材料生產(chǎn)，會(huì)直接升高居民家中公共場(chǎng)合的空氣質(zhì)量。檢測(cè)室內(nèi)空氣，監(jiān)測(cè)行業(yè)人員將為居民的生活空氣質(zhì)量保駕護(hù)航。1.3本論文的研究?jī)?nèi)容及任務(wù)本論文的本質(zhì)是設(shè)計(jì)室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，講述其基本工作原理以及設(shè)計(jì)方案，主要研究?jī)?nèi)容與任務(wù)包括：（1）對(duì)房間內(nèi)的空氣進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)然后判別；（2）對(duì)系統(tǒng)

13、進(jìn)行設(shè)計(jì)以達(dá)到主機(jī)與從機(jī)模式之間切換的目的；（3）依照系統(tǒng)需要的性能進(jìn)行電路設(shè)計(jì)；（4）傳感器（DHT11）、甲醛模組ZE08-CH2O、等相關(guān)程序的設(shè)計(jì)。2 室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案2.1室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案概述系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：構(gòu)設(shè)總體框架的最底層是需要相互之間相輔相成，利用性能平穩(wěn)、收益高效還需價(jià)格合理。第一步，整個(gè)構(gòu)設(shè)的框架要滿足最初的目的，在經(jīng)過(guò)后期的性能提升與功能的完善最后放置在實(shí)際的家庭室內(nèi)中監(jiān)控檢測(cè)。在之后的家庭放置運(yùn)用需考慮自身成本的預(yù)算。然后在無(wú)法實(shí)時(shí)供電或更惡劣的情況下要想到用電是否可以長(zhǎng)有效的續(xù)航，在此基礎(chǔ)上要盡可能去用耗電量小的器件傳感器選擇：室內(nèi)的空氣監(jiān)測(cè)是要將

14、空氣中的成分進(jìn)行采集分析，將所取得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，有超出固定標(biāo)準(zhǔn)的相對(duì)應(yīng)污染物進(jìn)行快速的進(jìn)行處理。所以，有針對(duì)性地去選擇相對(duì)應(yīng)的傳感器是很關(guān)鍵的。根據(jù)室內(nèi)空氣的有害氣體的種類，需要選擇格式的傳感器類型。2.1.1室內(nèi)溫度傳感器的選擇溫濕度傳感器（型號(hào)DHT11）表2-1 DHT11溫濕度傳感器的性能指標(biāo)性能指標(biāo)工作電壓3.3V5.5V/DC溫度/濕度檢測(cè)范圍050/2090%RH溫度/濕度檢測(cè)精度濕度5%RH /溫度2分辨率濕度1%RH/ 溫度1溫度傳感器（型號(hào)DS18B20）表2-2 DS18B20溫度傳感器的性能指標(biāo)性能指標(biāo)工作電壓3V5.5V/DC溫度檢測(cè)范圍-55 +125分辨率溫度

15、1抗干擾強(qiáng)結(jié)論：在室內(nèi)需要多個(gè)地方進(jìn)行實(shí)際的溫度濕度檢測(cè)，對(duì)DS18B20傳感器來(lái)說(shuō)它只能在局限性的地方監(jiān)測(cè)溫度。不可以在較大的空間里同時(shí)進(jìn)行溫度與濕度的監(jiān)測(cè)。綜合以上的因素用DS18B20會(huì)使設(shè)計(jì)的成本大大增加，它需要在多個(gè)點(diǎn)放置傳感器且還要考慮濕度的監(jiān)測(cè)問(wèn)題，所以選擇DHT11更為高性價(jià)比、更為便捷。2.1.2顯示器選擇方案12864液晶顯示屏表2-3 12864液晶顯示屏的性能指標(biāo)性能指標(biāo)工作電壓+5V工作溫度-20+70點(diǎn)陣格式12864數(shù)據(jù)總線8 位并口/6800方式LCD1602液晶顯示屏表2-4 LCD1602液晶顯示屏的性能指標(biāo)性能指標(biāo)工作電壓+5V/DC顯示1602即32個(gè)字

16、符顯示效果簡(jiǎn)易結(jié)論：在后期程序編寫，都將需要編寫指令、地址、數(shù)據(jù)等。在兩者顯示的出現(xiàn)方面12864液晶屏顯示更為全面、字符樣子更繁多。不過(guò)LCD1602液晶屏也可以實(shí)現(xiàn)本次設(shè)計(jì)的要求。綜合造價(jià)方面考慮，LCD1602的性價(jià)比會(huì)更高，所以最終選擇LCD1602液晶顯示屏。AD轉(zhuǎn)換模塊MQ-2煙霧檢測(cè)DHT11溫濕度甲醛檢測(cè)按鍵系統(tǒng)STC89C52單片機(jī)蜂鳴器報(bào)警電路LCD1602液晶顯示LED指示電路通風(fēng)器圖2-1 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)方功能框圖2.2 室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能介紹(1)通過(guò)DHT11溫濕度采集數(shù)據(jù)將信息顯示于LCD1602上面，如果溫濕度超出設(shè)定的預(yù)警值，指示燈有提示并蜂

17、鳴器報(bào)警通風(fēng)器運(yùn)行；待到壞境溫濕度降到低于預(yù)警值的時(shí)候，報(bào)警與通風(fēng)器自動(dòng)關(guān)閉。(2)通過(guò)氣體傳感器監(jiān)控室內(nèi)空氣，因?yàn)閭鞲衅饔幸粋€(gè)閾值，但部分氣體超過(guò)這個(gè)范圍時(shí)警報(bào)與通風(fēng)設(shè)備就會(huì)啟動(dòng)。有害氣體清除后，那些指示指標(biāo)將自動(dòng)關(guān)閉，所以能給您帶來(lái)一定的安全感。3 室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1 主控電路3.1.1 STC89C52芯片介紹在本文中，根據(jù)設(shè)計(jì)的相關(guān)要求，所選擇的主控制器的類型是STC89C52單片機(jī)。STC89C52單片機(jī)的優(yōu)點(diǎn)有很多列如：有較強(qiáng)的I/O邏輯操作能力和位操作能力；體積小，內(nèi)部使用總線結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)了可靠性和抗干擾能力，容易擴(kuò)展，功耗低。通過(guò)外接晶振電路和復(fù)位電路組成單片機(jī)的

18、最小系統(tǒng)，用來(lái)控制本設(shè)計(jì)的整個(gè)系統(tǒng)。模式典型功耗掉電模式0.1A空閑模式2mA正常工作模式47mA表3-1：STC89C52主要功能特性兼容MCS51指令系統(tǒng)4K可反復(fù)擦寫Flash ROM32個(gè)雙向I/O口256x8bit內(nèi)部RAM3個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷時(shí)鐘頻率0-24MHz2個(gè)串行中斷可編程UART串行通道2個(gè)外部中斷源共6個(gè)中斷源2個(gè)讀寫中斷口線3級(jí)加密位低功耗空閑和掉電模式軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能圖3-1 STC89C52 DIP封裝圖3.1.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng)也就是所謂的最小應(yīng)用系統(tǒng)，具體含義是指利用的元件最少但是卻可以正常發(fā)揮作用的系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要包括單片機(jī)和

19、相關(guān)電路。其中，電源和時(shí)鐘電路是系統(tǒng)必不可少的，能夠保障系統(tǒng)的正常運(yùn)行。并且該系統(tǒng)是整個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)中最重要的部分。本文中所選用的的單片機(jī)的類型具有ROM/EPROM，也正是因?yàn)檫@樣，由這種元件組成的最小系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單，并且安全可靠。并且要想最小系統(tǒng)正常運(yùn)行，僅僅需要將時(shí)鐘和復(fù)位電路與其相連，具體如下圖所示。但是該系統(tǒng)也具有一些局限性，由于集成度不高，所以其只能適用于小型的易操作的控制單元。時(shí)鐘電路復(fù)位電路STC89C52單片機(jī)I/O口圖3-2 單片機(jī)最小系統(tǒng)原理框圖(1) 時(shí)鐘電路該種類型的單片機(jī)所產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)的方式主要有兩種，一種為內(nèi)部時(shí)鐘方式，一種為外部時(shí)鐘方式。為了更好的保證系統(tǒng)能正常運(yùn)行

20、，其內(nèi)部安裝了一個(gè)震蕩電路，該電路不僅僅能夠結(jié)合相關(guān)元件形成一個(gè)自激振蕩器，并且可以形成相關(guān)的脈沖信號(hào)。如圖所示中電容C1與C2也發(fā)揮著非常重要的作用，能有效的控制震動(dòng)的頻率和起震所用的時(shí)間。但是相關(guān)參數(shù)在適當(dāng)范圍內(nèi)具有對(duì)應(yīng)的典型值，比如電容值的典型值為30pF，震蕩頻率的典型值為2MHz與6MHz。圖3-3 STC89C52內(nèi)部時(shí)鐘電路(2) 復(fù)位電路復(fù)位電路是在高電平的條件下才能實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)該類型的單片機(jī)的ST引腳有高電平，并且持續(xù)兩個(gè)周期，那么該系統(tǒng)就會(huì)實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作（如果高電平持續(xù)，那么復(fù)位操作也將持續(xù)進(jìn)行）。上電自動(dòng)復(fù)位分為不同的情況，其中最簡(jiǎn)單的一種就是借助于外部相關(guān)電路的電容發(fā)揮作用

21、的。如果要實(shí)現(xiàn)該操作，只需要達(dá)到Vcc的上升時(shí)間小于1毫秒。除了上述這種自動(dòng)實(shí)現(xiàn)的方式外，還有一種手動(dòng)復(fù)位的方式，即需要按鍵才能進(jìn)行。在本文中，所采用的就是第二種方式。該方式又可以根據(jù)不同的特征分為電平和脈沖兩種方式。其中，第一種方式需要借助于RST(9)端與電源Vcc實(shí)現(xiàn)。圖3-4 STC89C52復(fù)位電路（3） STC89C52中斷技術(shù)概述通常所說(shuō)的中斷技術(shù)在整個(gè)系統(tǒng)中也發(fā)揮著非常重要的作用，其主要目的就是檢測(cè)和控制，并且單片機(jī)能夠及時(shí)根據(jù)相關(guān)的服務(wù)請(qǐng)求做出回應(yīng)并采取相關(guān)措施。要想完成這種操作就需要借助于中斷系統(tǒng)來(lái)完成。具體為如果中斷源發(fā)出相應(yīng)的請(qǐng)求，并且這種請(qǐng)求被允許，那么單片機(jī)就必須暫

22、時(shí)停止正在執(zhí)行的相關(guān)程序，并且由中斷服務(wù)處理程序進(jìn)行相應(yīng)的處理，處理完成以后，再返回到原來(lái)的程序中，繼續(xù)執(zhí)行暫時(shí)中斷的程序。圖3-5 中斷響應(yīng)和處理過(guò)程中斷系統(tǒng)在整個(gè)系統(tǒng)中發(fā)揮著必不可少的作用，如果沒(méi)有該系統(tǒng)，在對(duì)于請(qǐng)求服務(wù)上單片機(jī)只能花費(fèi)大量的時(shí)間去檢測(cè)和查詢。該系統(tǒng)有效地克服了單片機(jī)的查詢方式問(wèn)題，并且提高了節(jié)約了時(shí)間，提高了效率。3.2傳感器模塊3.2.1 MQ-2煙霧監(jiān)控部分這個(gè)傳感器對(duì)生活中可燃?xì)怏w的監(jiān)控能力強(qiáng)，對(duì)于外來(lái)因素的抵抗力強(qiáng)。該類型元件具體特點(diǎn)如下：(1)燒結(jié)體采用特殊的材料具有良好的敏感性，并且電阻值比較穩(wěn)定，有利于維持系統(tǒng)長(zhǎng)期工作并且非常穩(wěn)定。(2) 有比較單一的電源給

23、電方式，它的功率低至0.7W上下。(3)針對(duì)所有氣體都可以進(jìn)行檢測(cè)，并且具有較好的降噪比。該類型元件根據(jù)使用范圍和相關(guān)特點(diǎn)的不同可以分為兩種型號(hào)，一種是MQ-2A型，一種是MQ-2型。其中，前者主要針對(duì)天然氣、煤氣和氫氣等，范圍較為廣泛，而第二種主要針對(duì)煙霧等有害氣體。 3-2表 MQ-2煙霧檢測(cè)模塊特性表性能指標(biāo)加熱電壓/功率V=5+0.2V/約0.7W靈敏度S=Ro/Rx為1030工作電壓+5V/DC工作溫度/濕度-10+50/85%RH元件的外形結(jié)構(gòu)如下圖所示，主要包括基座、引腳和上罩等結(jié)構(gòu)，其中基座使用材料是酚醛塑料，其主要特性就是耐高溫，引腳所用材料為鍍鎳銅絲，而上罩則是使用特殊的不

24、銹鋼制成的。MQK-2型元件外形結(jié)構(gòu)圖MQ-2氣敏元件具體結(jié)構(gòu)如上圖所示, 其中敏感元件主要包括陶瓷管、敏感層和加熱器等，這些元件主要安裝在腔體內(nèi)，但是必須保證腔體是不能被腐蝕的，加熱器在該元件中發(fā)揮著非常重要的作用，能夠保障元件正常運(yùn)行。已經(jīng)安裝好的原件是存在6個(gè)像針狀物一樣的管腳，有兩個(gè)是提供電源的，另外四個(gè)是為信號(hào)服務(wù)的。圖3-6MQ-2型元件典型氣體濃度測(cè)試特性曲線通過(guò)上圖分析，可以得出結(jié)論，該類型元件在丁烷濃度小于0.6%時(shí)靈敏度非常高。圖3-7MQ-2型元件通電時(shí)間特性曲線通過(guò)上圖分析，可以得出結(jié)論，在前20秒內(nèi)電阻是下降的，在6090s內(nèi)，電阻相對(duì)穩(wěn)定，說(shuō)明了該元件工作相對(duì)穩(wěn)定。

25、3.2.2 DHT11溫濕度檢測(cè)模塊（1）引腳介紹：Pin名稱注釋1VDD供電3-5.5VDC2DATA串行數(shù)據(jù)，單總線3NC空腳，需懸空4GND接地，電源負(fù)極表3-3 DHT11引腳說(shuō)明圖3-6DHT11傳感器實(shí)物圖（2）接口說(shuō)明 ：關(guān)于連接線的長(zhǎng)度需要根據(jù)實(shí)際情況確定，當(dāng)其長(zhǎng)度小于20米時(shí)，建議使用5K的電阻，但是如果長(zhǎng)度大于20米，需要根據(jù)相關(guān)要求確定長(zhǎng)度。圖3-7DHT11典型應(yīng)用電路該種類型的溫濕度傳感器和STC89C52單片機(jī)進(jìn)行連接操作非常簡(jiǎn)便，單片機(jī)的接口相當(dāng)于數(shù)據(jù)口，其主要作用是用來(lái)處理串行數(shù)據(jù)。器單片機(jī)的接口、VDD和GND端口主要對(duì)應(yīng)連接于傳感器的DATA段、VDD端和G

26、ND端。除此之外，還有一點(diǎn)值得說(shuō)明，即傳感器的第三個(gè)引腳是懸空的。DHT11溫濕度傳感器原件的電路原理圖如圖3-5所示。圖3-8 DHT11電路原理圖3.2.3 甲醛檢測(cè)檢測(cè)模塊（ZE08-CH2O）該種類型的模組規(guī)模較小，但是卻是實(shí)際應(yīng)用中非常常見(jiàn)的一種類型。該種類型的模組進(jìn)行工作時(shí)所利用的是通過(guò)化學(xué)性質(zhì)對(duì)甲醛進(jìn)行檢測(cè)。因而這款甲醛檢測(cè)模塊擁有超好選擇性和超高穩(wěn)定性的優(yōu)異特點(diǎn)。更為重要的是這款甲醛檢測(cè)模塊還擁有著溫度傳感器的模塊，所以溫度補(bǔ)償?shù)墓δ芤彩蔷邆涞?。因?yàn)榫邆潆p種電壓的輸出方式（模擬電壓輸出、數(shù)字輸出），所以更加的便捷使用。該模組之所以比較常用，并且適用于大多數(shù)對(duì)象，其主要原因在于其

27、將電路設(shè)置和電化學(xué)檢測(cè)技術(shù)聯(lián)系起來(lái)，在相互作用下發(fā)揮著更加重要的作用。（1）模組特點(diǎn)該種類型的模組因其采用特殊的材料和先進(jìn)的技術(shù)具有很高的靈敏度和分辨率，使用壽命增加，穩(wěn)定性高，最重要的是，其具有多種形式的輸出方式。（2）管腳定義 圖3-9DHT11傳感器實(shí)物圖3.3 A/D轉(zhuǎn)換模塊3.3.1 ADC0832轉(zhuǎn)換模塊介紹ADC0832轉(zhuǎn)換模塊是由美國(guó)的一家公司制作的，該模塊具有8位的分辨率，其最高可以達(dá)到將近256級(jí)，最重要的是，其能夠滿足普通轉(zhuǎn)換的相關(guān)要求。在輸入電源和重復(fù)利用參考電壓的條件下，最終得以得出芯片的輸入電壓不超過(guò)5V。除此之外，該模塊的數(shù)據(jù)輸出效率是雙倍的，并且為數(shù)據(jù)校驗(yàn)提供了

28、依據(jù)，減小了誤差，還有速度快和穩(wěn)定性好的特點(diǎn)。更重要的是其體積小，操作簡(jiǎn)便并且具有很強(qiáng)的兼容性。基于上述優(yōu)點(diǎn)，該模塊的應(yīng)用范圍非常廣泛，特別是深受單片機(jī)行業(yè)的喜愛(ài)。通過(guò)學(xué)習(xí)該模塊的相關(guān)知識(shí)，可以讓我們更深入的了解A/D轉(zhuǎn)換器的相關(guān)內(nèi)容，進(jìn)一步促進(jìn)單片機(jī)技術(shù)的提高。圖3-10 引腳圖芯片接口說(shuō)明如下：引腳接口說(shuō)明CS_片選使能，低電平芯片使能CH0模擬輸入通道0，或作為IN+/-使用CH1模擬輸入通道1，或作為IN+/-使用GND芯片參考0 電位（地）DI數(shù)據(jù)信號(hào)輸入，選擇通道控制DO數(shù)據(jù)信號(hào)輸出，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出CLK芯片時(shí)鐘輸入Vcc/REF電源輸入及參考電壓輸入（復(fù)用）3.3.2 ADC083

29、2轉(zhuǎn)換模塊工作原理通常情形下ADC0832模塊與主控制器地對(duì)應(yīng)四個(gè)管腳接口各自為CS、CLK、DO、DI。因?yàn)镈O管腳與DI管腳在運(yùn)用的過(guò)程中并不是同一時(shí)間使用的，它與主控制器的管腳內(nèi)部是雙向的，在主控制器的I/O資源不夠用的時(shí)候可以將這兩個(gè)管腳并聯(lián)在一起使用。在這個(gè)模塊還沒(méi)開(kāi)始運(yùn)行時(shí)，CS管腳內(nèi)會(huì)有相對(duì)應(yīng)的高電平，這個(gè)時(shí)候此款模塊會(huì)嚴(yán)禁使用。從CLK管腳與DO/DI管腳給予的電平是可以高或低的。將開(kāi)始要A/D轉(zhuǎn)換的時(shí)侯，是要強(qiáng)行將CS管腳的輸入端口維持在低電平的位置，一直到此次運(yùn)行結(jié)束為止。這時(shí)候的模塊開(kāi)始運(yùn)行變化，在動(dòng)作的時(shí)候會(huì)向時(shí)鐘輸入窗口寫入時(shí)鐘的脈沖信號(hào)，會(huì)在DO/DI管腳中挑選DI

30、口寫入功能挑選的數(shù)據(jù)信號(hào)。功能項(xiàng)見(jiàn)下表。輸入形式配置位選擇通道CH0CH1CH0CH1差分輸入00+-01-+單端輸入10+11+圖 ADC0832時(shí)序圖3.4顯示器模塊LCD1602A 是制造業(yè)級(jí)別顯示字體與符號(hào)的液晶屏幕，它可以一次性在屏幕里面展示16x02 即32個(gè)字體或符號(hào)。（總體為2行和16列的顯示范圍）。在日常的生活中顯示器也是無(wú)處不在，尤其是新型的液晶屏顯示器被大部分生產(chǎn)廠家所認(rèn)可給予運(yùn)用的元器件。在居家的電器用品上很多都會(huì)采用液晶屏來(lái)進(jìn)行對(duì)某些內(nèi)容的顯示，主要目的是展示出一些關(guān)鍵的數(shù)字與專用符號(hào)和簡(jiǎn)易圖形。圖3-12 液晶顯示電路設(shè)計(jì)引腳接口說(shuō)明VDD正極VSS地VL液晶顯示偏

31、壓RS數(shù)據(jù)/命令選擇R/W讀/寫選擇E使能信號(hào)D0數(shù)據(jù)D1數(shù)據(jù)D2數(shù)據(jù)D3數(shù)據(jù)D4數(shù)據(jù)D5數(shù)據(jù)D6數(shù)據(jù)D7數(shù)據(jù)BLA背光源正極BLK背光源負(fù)極晶液顯示器在單片機(jī)系統(tǒng)中所發(fā)揮的作用： 其內(nèi)部的點(diǎn)陣一旦發(fā)現(xiàn)相關(guān)信號(hào)就會(huì)持續(xù)到某一種顏色與一定值的光度，會(huì)一直保持不會(huì)出現(xiàn)閃爍。在使用陰極射線管顯示會(huì)出現(xiàn)不停的更新過(guò)程對(duì)觀感效果比較差。其屬于數(shù)字式類型，在進(jìn)行連接時(shí)操作非常簡(jiǎn)便，并且安全可靠。其主要是利用電極調(diào)節(jié)液晶分子所處的狀態(tài)從而達(dá)到顯示的效果，其具有獨(dú)特的優(yōu)越性，也就是在相同條件下，其重量輕。與其他相同類型的顯示器相比，其需要消耗的部位較少，也就會(huì)產(chǎn)生很少的消耗。 圖3-13 1602內(nèi)部顯示地址

32、3.5 報(bào)警模塊蜂鳴器也就是所謂的訊響器，其結(jié)構(gòu)是一體化的，并且需要的電壓類型為直流電壓。其在生產(chǎn)和生活中應(yīng)用非常廣泛，比如報(bào)警器和定時(shí)器等。蜂鳴器根據(jù)相關(guān)原理和特點(diǎn)的不同可以分為兩種，一種是電壓式，一種是電磁式。具體如下：壓電式蜂鳴器：其主要包括多諧振蕩器、共鳴箱和外殼等。還有一部分可能會(huì)用到發(fā)光二極管。其中，多諧振蕩器所用材料主要是晶體管或者集成電路。其所需要的直流電壓在1.5到15V之間，提供電壓之后，振蕩器就會(huì)發(fā)生振動(dòng)，其輸出頻率大約為1.52.5kHZ，主要是聲音信號(hào)，然后借助于阻抗匹配器對(duì)蜂鳴片起作用，最后發(fā)出聲音。壓電蜂鳴片所使用的材料主要是相關(guān)的壓電陶瓷材料。其具體操作主要是在

33、陶瓷材料的兩面鍍上銀電極，然后經(jīng)過(guò)一定的處理，在將其與黃銅片或者是其他不銹鋼片固定在一起。電磁式蜂鳴器：其主要包括振蕩器、磁鐵和外殼等。與電壓式不同的是，其所以高的是電磁線圈，該線圈在通電條件下會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，進(jìn)而震動(dòng)片在相關(guān)作用下發(fā)出聲音。其主要原理是通過(guò)電磁線圈在通電作用下產(chǎn)生磁場(chǎng)，然后帶動(dòng)震動(dòng)片振動(dòng)，從而發(fā)出聲音，但是其所需要的電流必須達(dá)到相關(guān)要求，該元件才能發(fā)揮作用。但是因?yàn)榭刂破鞴苣_的電流太小，不能滿足其要求。為了解決此問(wèn)題我們要加裝一個(gè)電流放大的電路，保證蜂鳴器可以正常工作。蜂鳴器管腳的正負(fù)極分別連接于電源和三極管發(fā)射機(jī)級(jí)E上，控制器管腳可以在適當(dāng)條件下對(duì)三極管的基級(jí)進(jìn)行控制。當(dāng)其輸出

34、電壓為高電平時(shí)，三極管沒(méi)有電流通過(guò)，蜂鳴器也就不起作用，當(dāng)其輸出電壓為低電平時(shí)，三極管就有電流通過(guò)，蜂鳴器就可以在一定作用下發(fā)出聲音。所以，綜上所述，可以借助于控制管腳電平的高低調(diào)節(jié)蜂鳴器，產(chǎn)生不同的音調(diào)和音色的聲音。3.6 控制器按鍵模塊在初始狀態(tài)獨(dú)立按鍵是要處于高電平的模式。在人們有去按下獨(dú)立按鍵后，會(huì)將主控制器的某一個(gè)引腳接地，這時(shí)候高電平模式的獨(dú)立按鍵會(huì)改變?yōu)榈碗娖侥Ｊ?。這時(shí)候才可以證明獨(dú)立按鍵被按下去。我們將獨(dú)立按鍵松開(kāi)時(shí)，輸進(jìn)去的信號(hào)并不會(huì)緩存，因此控制器的引腳回到高電平模式獨(dú)立按鍵里有四個(gè)管腳，通常都是兩兩為一組。它們相對(duì)應(yīng)的兩個(gè)腳管是串連在一個(gè)電路里，每次獨(dú)立按鍵被按下后，兩個(gè)

35、組的電路就會(huì)被接通，也就是四個(gè)管腳都接通了。我們可以利用這種特性在使用前運(yùn)用萬(wàn)用表進(jìn)行測(cè)試，就可以知道這個(gè)獨(dú)立按鍵有沒(méi)有壞掉。最后關(guān)鍵的是關(guān)于按鍵抖動(dòng)的問(wèn)題，注意點(diǎn)就是消除抖動(dòng)。消抖方式：1、硬件消抖就是在原來(lái)電路的基礎(chǔ)上加裝電容；2、軟件消抖是根據(jù)實(shí)際情況增加510s延遲時(shí)間。抖動(dòng)是因?yàn)槿嗽诎聪掳存I不是并瞬間到位的是有一個(gè)過(guò)程，在按按鍵過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng)。為了解決這個(gè)問(wèn)題，本文對(duì)此進(jìn)行了改進(jìn)，利用程序執(zhí)行延時(shí)動(dòng)作，進(jìn)而單片機(jī)不會(huì)在該瞬間產(chǎn)生抖動(dòng)。圖3-14 按鍵電路4 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)開(kāi)始初始化讀取AD轉(zhuǎn)換煙霧值和溫濕度值判斷當(dāng)前煙霧和溫濕度范圍判斷按鍵是否按下執(zhí)行相應(yīng)的報(bào)警控制N設(shè)置相應(yīng)參數(shù)顯示

36、設(shè)置數(shù)值結(jié)束Y1、程序結(jié)構(gòu)流程圖如下：在沒(méi)有中斷產(chǎn)生的時(shí)候一直執(zhí)行顯示、按鍵處理及檢測(cè)是否超限程序；當(dāng)有中斷產(chǎn)生的時(shí)候執(zhí)行中斷服務(wù)程序。開(kāi)始程序初始化超限處理程序按鍵處理程序結(jié)束顯示處理程序串口中斷處理程序 2、按鍵處理程序流程圖如下：兩個(gè)獨(dú)立按鍵里面一個(gè)獨(dú)立按鍵是對(duì)設(shè)定為上限值，另一個(gè)設(shè)置為下限減。Key1是否按下Key2是否按下上限值加上限值減結(jié)束開(kāi)始00113、中斷處理程序流程圖如下：開(kāi)始結(jié)束讀取數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)校驗(yàn)顯示數(shù)據(jù)4超限程序處理流程圖如下：是否超限顯示數(shù)據(jù)開(kāi)始結(jié)束5 測(cè)試結(jié)果及結(jié)論5.1 調(diào)試對(duì)元器件電路的整體排布、原理設(shè)計(jì)是否有不妥之處進(jìn)行檢測(cè)，是否可以達(dá)到預(yù)期的效果，更為簡(jiǎn)便等；在

37、多個(gè)元器件焊接時(shí)難免會(huì)出現(xiàn)虛焊或者假焊等情況，需要認(rèn)真檢查電路焊接點(diǎn)的情況用萬(wàn)用表對(duì)焊接點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量確保無(wú)差錯(cuò)。在本次調(diào)式采用分模塊調(diào)試的方法進(jìn)行測(cè)試。先是由局部單一模塊的測(cè)量到整體功能的調(diào)試，從易到復(fù)雜的方式。在本次系統(tǒng)調(diào)試過(guò)程中遇到的問(wèn)題如下： 因?yàn)楹附舆^(guò)程中沒(méi)有注意焊接的引腳，引起元器件燒壞只能再買新的元器件。在沒(méi)有了解MQ-2煙霧元件使用說(shuō)明時(shí)，直接進(jìn)行測(cè)試結(jié)果的數(shù)據(jù)一直偏高，在經(jīng)過(guò)查閱資料說(shuō)明后得知初次使用需要提前通電幾個(gè)小時(shí)方可正常使用。解碼程序的編寫過(guò)程中，隨著理解的深入也作了相應(yīng)的修改。在設(shè)計(jì)和檢測(cè)液晶顯示時(shí)，雖然沒(méi)有錯(cuò)誤提示，但是無(wú)法顯示，借助于相關(guān)的檢測(cè)儀器進(jìn)行多次檢測(cè)，最終

38、發(fā)現(xiàn)是因?yàn)樵摱丝诘尿?qū)動(dòng)不足，所以就更換了端口。如由于這次程序用的比較多，但是RAM空間又小，所以程序中的變量定義，必須改為idata（就是全部RAM區(qū)）型的，包括數(shù)組，否則變量隨意分配會(huì)引發(fā)意想不到的后果。5.2 結(jié)論在本次設(shè)計(jì)參與制作過(guò)程中，同學(xué)之間的互幫互助以及老師的精心指導(dǎo)下，有不少意外的收獲，在一開(kāi)始的選取題目到資料、硬件的準(zhǔn)備。從硬件焊接到軟件編程，都有所感悟。從元器件的測(cè)試涉及到了示波器和萬(wàn)用表等的使用，軟件設(shè)計(jì)到了keil編程環(huán)境的熟悉，proteus仿真電路的應(yīng)用，但是過(guò)程中也遇到了很多麻煩，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)，老師，同學(xué)間的合作力量基本將其解決。由于水平的有限，所以各方面的設(shè)計(jì)效果還有很多欠缺待我們?nèi)ミM(jìn)一步的學(xué)習(xí)與努力才能行之有效。謝 辭盛年不重來(lái)，一日難再晨，大學(xué)生涯即將畫上圓滿的句號(hào)。此刻，我想感謝在這段時(shí)間里所有給予我?guī)椭P(guān)心的老師和同學(xué)們。首先，我感謝的是我的設(shè)計(jì)導(dǎo)師。在此次畢設(shè)的成功結(jié)題離不開(kāi)悉心地指導(dǎo)。無(wú)論是在課堂上教于我的專業(yè)知識(shí)還是在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中傳授與我的經(jīng)驗(yàn)，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)慕虒W(xué)態(tài)度與對(duì)工作認(rèn)真的態(tài)度，讓我受益非淺。我也應(yīng)感謝我的小伙伴們，在實(shí)驗(yàn)室那段時(shí)間里，一起談?wù)搯?wèn)題，設(shè)備調(diào)