基于單片機多功能環(huán)境檢測系統(tǒng)研究--畢業(yè)論文

1、.本科畢業(yè)論文-基于單片機多功能環(huán)境檢測系統(tǒng)研究隨著經濟的發(fā)展，人們越來越關注污染程度日益嚴重的居住環(huán)境。他們開始利用高科技產品及時對居住環(huán)境進行檢測，從而及時了解環(huán)境狀況 。伴隨著單片機技術的飛速發(fā)展，通過單片機開發(fā)的檢測儀器越來越小型化和多樣 化，然而對環(huán)境檢測的多功能設備卻很少被開發(fā)出來 。本文主要介紹了基于單片原理開發(fā)的環(huán)境檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)把單片機的控制技術和 傳感器技術相結合，開發(fā)成多功能環(huán)境檢測系統(tǒng)。通過它對溫濕度傳感器、燃氣濃度傳 感器、甲醒濃度傳感器以及粉塵傳感器的控制，實現對家庭環(huán)境的溫濕度、燃氣濃度、甲醒濃度、空氣顆粒大小的采集。采集的數值經過 AI D 模數轉換，再傳輸給

2、單片機讀取，然后傳輸給液晶顯示屏顯示 ，達到對室內環(huán)境的多功能檢測和及時顯示，使得室內環(huán)境 狀況一目了然 。當檢測值超出預設值時，單片機驅動蜂鳴器報警 ，使得用戶及時發(fā)現環(huán) 境的具體狀況，從而為用戶的居住生活帶來舒適和安全 。從而擺脫檢測儀器的簡單、獨 立的缺點而實現檢測儀器的系統(tǒng)化、小型化、高效率和多功能。關鍵詞：室內環(huán)境檢測，單片機，傳感器技術，PM2. 5AbstractWith the development of economy, people are paying more attention to the living environment pollution is incre

3、asingly serious. They began to use the high-tech products in a timely manner to test the living environment, and in a timely manner to understand the status of the environment.Accompanied by single-chip computer technology rapid development, through the single-chip microcomputer detecting instrument

4、 is more and more miniaturized and diversified development. Detection of multi-function equipment to the environment, however, is rarely developed. This article mainly introduced the development of environment detection system on the basis of the principle of single chip. The system of the single ch

5、ip microcomputer control technology and sensor technology,developed into a multifunctional testing system environment. Through its sensor for temperature and humidity sensor, the gas concentration in the dust, formaldehyde concentration sensor and sensor control, implementation of home environment t

6、emperare and humidity, gas concentration and the concentration of formaldehyde，the air particles the size of the collection. Acquisition value after AID analog-to-digital conversion, to transmit to MCU read again，and then transferred to the LCD display shows, reached for the indoor environment of th

7、e multi-function detection and display in time, make indoor environment condition be clear at A glance. When values beyond the preset value, MCU drive buzzer alarm, allows the user environment specific shape in time. To get rid of a testing instrument is simple, the faults of independent and systema

8、tic testing instrument，the miniaturization, high efficiency and more functionality.前 言隨著經濟的發(fā)展，生活水平的提高，人們對居住環(huán)境的舒適度要求越來越高 。由于經濟發(fā)展帶來的環(huán)境污染，使得人們對環(huán)境現狀越來越關注，對自身的身體健康也越來越看重。由環(huán)境污染給健康帶來的危害越來越牽動著人們敏感的神經。人們也越來越渴 望有個干凈舒適的居住環(huán)境，能呼吸到清新自然的空氣。伴隨著科技的快速發(fā)展，用科學技術來進行環(huán)境的檢測，快速準確的反映出環(huán)境的 現狀是當前最直接有效也最普遍的方式 。住房 ，這個作為人們生活起居的 重要場

9、所，它的美觀、舒適、以及安全度是每個家庭成員最關心的也最迫切的。當人們在追求室內環(huán) 境的美觀時，通過大量使用化學合成材料裝修房屋，使得房屋美觀度大大提高，也留下了甲醒氣體危害。由于環(huán)境的變化、氣候的異常，粉層污染越來越厲害，造成的鼻炎等呼吸道疾病 頻繁發(fā)生 。因此 PM2. 5指數也就非常受到大家的重視。本文的研究的思想就是利用單片機控制技術和傳感器技術相結合 ，以AT89S52 單片機為核心 ，PM2.5 粉塵傳感器 GP2Yl010AUOF、ADC0832 模數轉換器、LCD 顯示屏組成環(huán)境檢測系統(tǒng) 。它通過對環(huán)境地檢測實現PM2.5 的采集、傳輸以及讀取 。利用LCD 顯示技術實現數字化

10、顯示。通過單片機將現代科技應用于對家庭環(huán)境的多功能檢測，由系統(tǒng)自身能處理的一定的措施以及用戶根據顯示屏 上的數據做出相應措施，改善環(huán)境狀況 ，使得居住環(huán)境更加舒適安全 。1概述隨著工業(yè)的快速發(fā)展，人類掠奪式地開來資源以及以犧牲環(huán)境為代價來換取經濟的發(fā)展，使得環(huán)境污染問題越來越嚴重 ，人類的生存環(huán)境變得糟糕不堪 ，因此急需保護環(huán) 境才能與環(huán)境和諧相處。在環(huán)境問題隨之突出以來，人類開始利用科技手段對環(huán)境進 行 檢測以尋找相應的對環(huán)境的改善措施 。1.1 環(huán)境檢測系統(tǒng)的應用現狀及種類對環(huán)境進行檢測的系統(tǒng)有溫濕度檢測系統(tǒng)、空氣和廢氣檢測系統(tǒng)、光化學煙霧檢測 系統(tǒng)、有機污染 自動連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)、燃氣報警系

11、統(tǒng)、粉塵顆粒檢測系統(tǒng)等。環(huán)境檢測系統(tǒng)的發(fā)展現狀由以前人工采樣和實驗室分析為主 ，向自動化、智能化和 網絡化為主的檢測方向發(fā)展；由勞動密集型 向技術密集型方向發(fā)展：由較窄領域向全方 位領域監(jiān)測的方向發(fā)展；由單純的地面環(huán)境監(jiān)測向與遙感環(huán)境監(jiān) 測相結合的方向 發(fā)展： 環(huán)境監(jiān)測儀器將向高質量、多功能、集成化、自動化、系統(tǒng)化和智能化方向發(fā)展而它的 檢測的方向將是物理、化學、生物、電子、光學等技術綜合應用的高技術領域發(fā)展。目 前環(huán)境檢測開始采用單片機或者 PLC 為系統(tǒng)核心 ，組成多功能檢測系統(tǒng) ，從而實現對環(huán) 境高效、快速、精確、集成化、智能化的檢測要求。1.1.4 粉塵檢測研究由于空氣中的粉塵污染日益

12、嚴重，各個國家都對其的檢測研究很深入。目前檢測方 法主要利用光吸收 、光散射、。射線和交流靜電感應原理制成的檢測儀器。市場上較 為常用的型號有：SIDPAK、DUSTTRAK 、LD、P-5L2、Sintrol S300 系列、CCZ-1000 等型 號的儀器。1.2 設計 目的及其內容 本設計的最終目的是通過單片機與數字控制技術相結合而實現對PM2.5 的檢測于一體的環(huán)境檢測系統(tǒng)。這種檢測系統(tǒng)具有制造成本低廉、操作簡單而測量精度高、顯示迅速的優(yōu)點。經過充分的調研 、綜合分析、 對改善室內環(huán)境的方法進行比較以及對各種測量方法的對比，本設計基于單片機為系統(tǒng) 控制核心，采用顯示屏顯示和蜂鳴報警 ，

13、實現高效的室內環(huán)境檢測的功能。主要的設計內容如下：(1） 采用 AT89S52 單片機作為控制核心。(2） 采用 GP2Y1010AUOF 傳感器對粉塵顆粒大小的采集 。(3） LCD 顯示屏顯示所有測量值。2 環(huán)境檢測系統(tǒng)總體設計2.1 總體系統(tǒng)硬件設計 本系統(tǒng)以 AT89S52 單片機為核心，主要包括傳感器粉塵采集，AI D 模數轉換，單片機控制，顯示屏顯示。系統(tǒng)通過傳感器電路檢測PM2.5值。: 單 片 機A/D模數轉換模塊PM2.5傳感器 LCD1602液晶顯示屏屏2.2 系統(tǒng)器件選擇2.2.1 單片機模塊的選擇2. 2. 5 PM2.5 傳感器的選擇GP2Yl010AUOF 是一款光

14、學空氣質量傳感器 ，設計用來感應空氣中的塵埃 粒子。其 內部對角安放著紅外線發(fā)光二極管和光電 晶體管 ，使得其能夠探測到空氣中塵埃反射光，即使非常細小的如煙草煙霧顆粒也能夠被檢測到 ，通常在空氣凈化系統(tǒng)中應用。GP2Yl010AUOF 粉塵傳感器的性能特點： 靈敏度：0. 5V/ (0. lmg/m3); 體積小，重量輕，便于安裝； 5V 的輸入電路，便于信號處理； 內藏氣流發(fā)生器，可以自行吸引外部大氣： 保養(yǎng)簡單，可以長期保持傳感器的特J性： 輸出電壓 無灰塵）：0. 9V CTYP) ; 消耗電流：llmA;應用領域 ：可測量 0. 8 微米以上的微小粒子，煙草產生的煙氣和花粉，房屋粉塵等

15、。3 環(huán)境檢測系統(tǒng)的硬件設計3.1 控制硬件模塊設計3.1.1AT89S52 單片機介紹1. (1) 功能特征描述AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲器。使用Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術制造，與工業(yè)80C51 產品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。AT89S52具有以下標準功能： 8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32 位I/O 口線，看門狗定

16、時器，2 個數據指針，三個16 位定時器/計數器，一個6向量2級中斷結構，全雙工串行口，片內晶振及時鐘電路。另外，AT89S52 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式。空閑模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時器/計數器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，RAM內容被保存，振蕩器被凍結，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。2. 引腳功能VCC ：電源GND: 接地 P0口： P0口是一個8位漏極開路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅動8個TTL邏輯電平。對P0端口寫“1”時，引腳用作高阻抗輸入。當訪問外部程序和數據存儲器時，P0口也被作為低8位地址/數據復

17、用。在這種模式下，P0具有內部上拉電阻。在flash編程時，P0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。程序校驗時，需要外部上拉電阻。2.4 P1口：P1 口是一個具有內部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，p1 輸出緩沖器能驅動4 個TTL 邏輯電平。對P1 端口寫“1”時，內部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。此外，P1.0和P1.2分別作定時器/計數器2的外部計數輸入（P1.0/T2）和時器/計數器2的觸發(fā)輸入（P1.1/T2EX），具體如下表所示。在flash編程和校驗時，P1口接收低8位地址字節(jié)

18、。引腳號第二功能P1.0T2（定時器/計數器T2的外部計數輸入），時鐘輸出P1.1T2EX（定時器/計數器T2的捕捉/重載觸發(fā)信號和方向控制）P1.5MOSI（在系統(tǒng)編程用）P1.6MISO（在系統(tǒng)編程用）P1.7SCK（在系統(tǒng)編程用）2.5 P2口：P2 口是一個具有內部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P2 輸出緩沖器能驅動4 個TTL 邏輯電平。對P2 端口寫“1”時，內部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。在訪問外部程序存儲器或用16位地址讀取外部數據存儲器（例如執(zhí)行MOVX DPTR）時，P2 口送出高八

19、位地址。在這種應用中，P2 口使用很強的內部上拉發(fā)送1。在使用8位地址（如MOVX RI）訪問外部數據存儲器時，P2口輸出P2鎖存器的內容。在flash編程和校驗時，P2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號。2.6 P3口：P3 口是一個有內部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，p2 輸出緩沖器能驅動4 個TTL 邏輯電平。對P3 端口寫“1”時，內部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。P3口亦作為AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。在flash編程和校驗時，P3口也接收一些控制信號。引腳號第二功能P

20、3.0RXD（串行輸入）P3.1TXD（串行輸出）P3.2 (外部中斷0)P3.3 (外部中斷1)P3.4T0（定時器0外部輸入）P3.5T1定時器1外部輸入）P3.6 (外部數據存儲器寫選通)P3.7 (外部數據存儲器寫選通)2.7 RST：復位輸入。晶振工作時，RST腳持續(xù)2 個機器周期高電平將使單片機復位。看門狗計時完成后，RST 腳輸出96 個晶振周期的高電平。特殊寄存器AUXR(地址8EH)上的DISRTO位可以使此功能無效。DISRTO默認狀態(tài)下，復位高電平有效。2.8 ALE/：地址鎖存控制信號（ALE）是訪問外部程序存儲器時，鎖存低8 位地址的輸出脈沖。在flash編程時，此引

21、腳()也用作編程輸入脈沖。在一般情況下，ALE 以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可用來作為外部定時器或時鐘使用。然而，特別強調，在每次訪問外部數據存儲器時，ALE脈沖將會跳過。如果需要，通過將地址為8EH的SFR的第0位置 “1”，ALE操作將無效。這一位置 “1”，ALE 僅在執(zhí)行MOVX 或MOVC指令時有效。否則，ALE 將被微弱拉高。這個ALE 使能標志位（地址為8EH的SFR的第0位）的設置對微控制器處于外部執(zhí)行模式下無效。2.9 ：外部程序存儲器選通信號()是外部程序存儲器選通信號。當AT89S52從外部程序存儲器執(zhí)行外部代碼時，在每個機器周期被激活兩次，而在訪問外部數據存儲器時

22、，將不被激活。2.10 /VPP：訪問外部程序存儲器控制信號。為使能從0000H 到FFFFH的外部程序存儲器讀取指令，必須接GND。為了執(zhí)行內部程序指令，應該接VCC。在flash編程期間，也接收12伏VPP電壓。2.11 XTAL1：振蕩器反相放大器和內部時鐘發(fā)生電路的輸入端。2.12 XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。3.1.2 AT89S52 單片機時鐘電路AT89S52的時鐘可以由兩種方式產生，一種是內部方式，利用芯片內部的振蕩電路；另外一種為外部方式，本論文根據實際需要和簡便，采用內部振蕩方式，MCS-51內部有一個用于構成振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1和XTAL2分

23、別是此放大器的輸入端和輸出端，這個放大器與作為反饋元件的片外晶體或陶瓷諧振器一起構成了一個自激振蕩器。AT89S52雖然有內部振蕩電路，但要形成時鐘，必須外接元件，所以實際構成的振蕩時鐘電路，外接晶振以及電容C1和C2構成了并聯(lián)諧振電路接在放大器的反饋回路中，對接電容的值雖然沒有嚴格的要求，但電容的大小會影響振蕩頻率的高低，振蕩器的穩(wěn)定性，起振的快速性和溫度的穩(wěn)定性。晶振的頻率可在1.2MHZ12MHZ之間任選，電容C1和C2的典型值在20pf100pf之間選擇，由于本系統(tǒng)用到定時器，為了方便計算，采用了12MHZ的晶振，采用電容選擇30pf。3.1.3 AT89S52 單片機復位電路 AT8

24、9S52的復位輸入引腳RST為單片機提供了初始化的手段，可以使程序從指定處開始執(zhí)行，在AT89S52的時鐘電路工作后，只要RST引腳上出現超過兩個機器周期以上的高電平時，即可產生復位的操作，只要RST保持高電平，則AT89S52循環(huán)復位，只有當RET由高電平變成低電平以后，AT89S52才從0000H地址開始執(zhí)行程序，本系統(tǒng)采用按鍵復位方式的復位電路。3.5 AID 模數轉換器簡介 ADC的應用 在單片機的實時測量和智能化儀表等系 統(tǒng)中，常需要將檢測的連續(xù)變化的模擬量 如溫度、壓力、流量、速度等轉換為數字 量。單片機對這些數字量進行處理后再對 控制對象進行控制。AD的工作原理與分類AD是將模擬

25、信號變成數字信號，方便于 數字設備接口進行數據處理。串并行比較型AD串并行比較型AD結構上介于并行型和逐次比 較型之間，最典型的是由2個n/2位的并行型AD轉 換器配合DA轉換器組成，用兩次比較實行轉換， 所以稱為Half flash(半快速)型。還有分成三步或 多步實現AD轉換的叫做分極（Multistep/Subrangling）型AD，而從轉換時序角度又可稱為流水線（Pipelined）型AD，現代的分級型AD中還加入了對多次轉換結果作數字運算而修正特性等功能。這類AD速度比逐次比較型高，電路規(guī)模比并行小。AD的技術指標1）分辯率(Resolution) 指數字量變化一個最小量時模擬信號

26、的變化量，定義為滿刻度與2n的比值。分辯率又稱精度，通常以數字信號的位數來表示。2）轉換速率(Conversion Rate)是指完成一次從模擬轉換到數字的AD轉換所需的時 間的倒數。積分型AD的轉換時間是毫秒級屬低速AD，逐次比較型AD是微秒級 屬中速AD，全并行/串并行型AD可達到納秒級。采樣時間則是另外一個概念， 是指兩次轉換的間隔。為了保證轉換的正確完成，采樣速率(Sample Rate)必須 小于或等于轉換速率。因此有人習慣上將轉換速率在數值上等同于采樣速率也是 可以接受的。常用單位是ksps和Msps，表示每秒采樣千/百萬次（kilo / Million Samples per S

27、econd）。3）量化誤差(Quantizing Error) 由于AD的有限分辯率而引起的誤差，即有限分辯率 AD的階梯狀轉移特性曲線與無限分辯率AD（理想AD）的轉移特性曲線（直線） 之間的最大偏差。通常是1 個或半個最小數字量的模擬變化量，表示為1L4）偏移誤差(Offset Error) 輸入信號為零時輸出信號不為零的值，可外接電位器調至最小。5）滿刻度誤差(Full Scale Error) 滿度輸出時對應的輸入信號與理想輸入信 號值之差。6）線性度(Linearity) 實際轉換器的轉移函數與理想直線的最大偏移，不包 括以上三種誤差。其他指標還有：絕對精度(Absolute Acc

28、uracy) ，相對精度(Relative Accuracy)，微分非線性，單調性和無錯碼，總諧波失真（Total Harmonic Distotortion縮寫THD）和積分非線性。ADC0832簡介ADC0832是美國國家半導體公司生產的 一種逐次逼近型、8位分辨率、雙通道A/D 轉換芯片。由于它體積小，兼容性強，性 價比高而深受單片機愛好者及企業(yè)歡迎， 有很高的普及率。學習并使用ADC0832可 是使我們了解A/D轉換器的原理，有助于單 片機技術水平的提高。ADC0832功能簡介ADC0832為8位分辨率A/D轉換芯片，其最高 分辨可達256級，可以適應一般的模擬量轉換要 求。其內部電壓

29、輸入與參考電壓的復用，使得芯 片的模擬電壓輸入在05V 之間。芯片轉換時間僅 為32S，據有雙數據輸出可作為數據校驗，以 減少數據誤差，轉換速度快且穩(wěn)定性能強。獨立 的芯片使能輸入，使多器件掛接和處理器控制變 的更加方便。通過DI 數據輸入端，可以輕易的實 現通道功能的選擇。ADC0832的特點ADC0832 具有以下特點：8 位分辨率；雙通道A/D 轉換；輸入輸出電平與TTL/CMOS 相兼容；5V 電源供電時輸入電壓在05V 之間；工作頻率為250KHZ，轉換時間為32 S；一般功耗僅為15mW；ADC0832引腳功能說明ADC0832有DIP和SOP兩種封裝。DIP封裝是8只引腳，SOP

30、封裝則是14只腳，請大家在使用的時候 注意。ADC0832時序圖 ADC0832的輸入通道配置在起始完成后的兩位就是通道配置位，均為上升沿有效。第一位0表示單通道差分輸入，1表示雙通道單極性輸入，第二位表示單通道差分輸入時的極性選擇或者表示雙通道單極性輸入時的通道選擇。ADC0832的配置位 當起始位和兩位配置位移入移位寄存器后轉換便開始。即從第三個脈沖的下降沿開始轉換，同時DI轉為高阻狀態(tài)，DO端脫離高阻狀態(tài)，為數據輸出做準備。ADC0832的DI端只是在多路器尋址時被檢測，此時DO端為高阻 態(tài)，在轉換過程中，DO脫離高阻態(tài)，此時DI端和多路器是關斷的。因此DI 和DO可以連接在一起。ADC

31、0832的數據轉換 當起始位和兩位配置位移入移位寄存器后轉換 便開始。即從第三個脈沖的下降沿開始轉換，同時 DI轉為高阻狀態(tài)，DO端脫離高阻狀態(tài)，為數據輸 出做準備。由此可見，ADC0832的DI端只是在多 路器尋址時被檢測，此時DO端為高阻態(tài)，在轉換 過程中，DO脫離高阻態(tài)，此時DI端和多路器是關 斷的。因此DI和DO可以連接在一起。ADC0832的數據讀取 從第三個脈沖之后，經過一個脈沖的延時，以使選定的 通道穩(wěn)定，在第四個脈沖的下降沿，DO端開始輸出數據 D7，隨后一個脈沖下降沿DO端輸出下一位數據。 數據輸出時先輸出最高位，直到第11個脈沖時發(fā)出最低 位數據DO，一個字節(jié)的數據輸出完成

32、。輸出完轉換結果 后，又以最低位開始重新輸出一遍數據，兩次發(fā)送的最低位 共用。隨后輸出8位數據，到第19個脈沖時數據輸出完成， 也標志著一次A/D轉換的結束。 最后將CS置高電平禁用芯片，將轉換后的數據進行處理 就可以了。轉換中后面輸出的8位數據如果不需要可以不接 收。ADC0832工作流程CS設置為低，當CS為高時芯片停止接收和輸出數據DI電平變?yōu)楦唠娖剑⒃跁r鐘的上升沿保持高電平，表示啟動位。 ADC0832的起始完成后的兩位就是通道配置位，均為上升沿有效。 配置位設置完后，就可以從讀出AD數據，數據需要經過校驗再輸出 3.5.3 ADC0832 與單片機的連接ADC0832 與單片機的接

33、口應為 4 條數據線，分別是 cs、CLK、DO、DI。但由于 DO 端與 DI 端在通信時并未同時有效，且與單片機的接口是雙向的，所以電路設計時可以將 DO 和 DI 并聯(lián)在一根數據線上使用 。當 ADC0832 未工作時其 cs 輸入端應為高電平 ，此 時芯片禁用，CLK 和 DO/DI 的電平可任意。當要進行 AI D 轉換時，須先將 cs 使能端置 于低電平并且保持低電平直到轉換完全結束 。此時芯片開始轉換工作，同時由處理器向芯片時鐘輸入端 CLK 輸入時鐘脈沖，DO/DI 端則使用 DI 端輸入通道功能選擇的數據信號。在第 1 個時鐘脈沖的下沉之前 DI 端必須是高電平 ，表示啟始信

34、號。在第 2、3 個 脈沖下沉到來之前 DI 端應輸入 2 位數據用于選擇通道功能 。當此 2 位數據為 “1 ” 、 “0” 時，只對 CHO 進行單通道轉換。當2 位數據為 “1”、“1”時，只對CH1進行通道轉換。當2 位數據為 “O 、 “1” 時，將 CHO 作為負輸入端 N-, CI-Il 作為 正輸入端 N進行輸入 。到第 3 個脈沖的下沉之后 DI 端的輸入電平就失去輸入作用 ， 此后 DO/DI 端則開始利用數據輸出 DO 進行轉換數據的讀取。從第4 個脈沖下沉開始由 DO 端輸出轉換數據最高位 DATA7 ，隨后每一個脈沖下沉 DO 端輸出下一位數據 。直到第 11個脈沖時

35、發(fā)出最低位數據 DATAO ，一個字節(jié)的數據輸出完成 。也正是從此位開始輸出 下一個相反字節(jié)的數據，即從第 11 個字節(jié)的下沉輸出 DATAO 。隨后輸出 8 位數據 ，到 第 四 個脈沖時數據輸入完成 ，也標志著一次 AI D 轉換的結束 。最后將cs 置高電平禁 用芯片 ，直接將轉換后的數據進行處理就可以了。因為 DO、DI 引腳功能不同 ，在與單片機通信時未同時有效，可以采用引腳復用的方法與單片機相 連，如圖 3. 7 所示。3.8 PM2.5 傳感器模塊的設計GP2Y1010AUOF 粉塵傳感器是 日本夏普公司生產 的一款光學空氣質量傳感器 。它被 設計用來感應空氣中的塵埃粒子 ，其內

36、部對角安放著紅外線發(fā)光二極管和光電晶體管， 使得其能夠探測到空氣中 塵埃反射光 ，即使非常細小的如煙草煙霧顆粒也能夠被檢測 到。由于它可測量 0.8 微米以上的微小粒子，感知煙草產生的煙氣和花粉，房屋粉塵等， 又具有體積小，重量輕，便于安裝的優(yōu)點，因此廣泛應用于空氣清新機，換氣空調，換氣扇等產品，尤其是在空氣凈化系統(tǒng) 中應用。GP2Y1010AUOF 粉塵傳感器的性能參數如表 3. 8所示。3.13 上拉電阻在主電路圖中接在 PO 口處有一個排阻 RPl ，由于 PO 口沒有內接上拉電阻，為了 PO 口外接線路有確定的高電平，所以要接上排阻 RPl，以確保有 PO 口有穩(wěn)定的電平 。 上拉電阻

37、圖 3. 16 如下。3.14 液晶顯示器簡介2.5.1 1602字符型LCD簡介字符型液晶顯示模塊是一種專門用于顯示字母、數字、符號等點陣式LCD，本設計采用16列*2行的字符型LCD1602帶背光的液晶顯示屏。1602LCD主要技術參數：1. 顯示容量:16×2個字符2. 芯片工作電壓:4.55.5V3. 工作電流:2.0mA(5.0V)4. 模塊最佳工作電壓:5.0V5. 字符尺寸:2.95×4.35(W×H)mm2.5.2 1602引腳功能說明各引腳接口說明如表所示:表2-1編號符號引腳說明編號符號引腳說明1VSS電源地9D2數據2VDD電源正極10D3數

38、據3VL液晶顯示偏壓11D4數據4RS數據/命令選擇12D5數據5R/W讀/寫選擇13D6數據6E使能信號14D7數據7D0數據15BLA背光源正極8D1數據16BLK背光源負極表2-1：引腳接口說明：第1腳：VSS為地電源。第2腳：VDD接5V正電源。第3腳：VL為液晶顯示器對比度調整端，接正電源時對比度最弱，接地時對比度最高，對比度過高時會產生“鬼影”，使用時可以通過一個10K的電位器調整對比度。第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時選擇數據寄存器、低電平時選擇指令寄存器。第5腳：R/W為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。當RS和R/W共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，

39、當RS為低電平R/W為高電平時可以讀忙信號，當RS為高電平R/W為低電平時可以寫入數據。第6腳：E端為使能端，當E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。第714腳：D0D7為8位雙向數據線。第15腳：背光源正極。第16腳：背光源負極。2.5.3 1602LCD的指令說明及時序1602液晶模塊內部的控制器共有11條控制指令，如表2-2所示：表2-2序號指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清顯示00000000012光標返回000000001*3置輸入模式00000001I/DS4顯示開/關控制0000001DCB5光標或字符移位000001S/CR/L*6置功能00001DLN

40、F*7置字符發(fā)生存貯器地址0001字符發(fā)生存貯器地址8置數據存貯器地址001顯示數據存貯器地址9讀忙標志或地址01BF計數器地址10寫數到CGRAM或DDRAM）10要寫的數據內容11從CGRAM或DDRAM讀數11讀出的數據內容表2-2字符控制命令說明：1602液晶模塊的讀寫操作、屏幕和光標的操作都是通過指令編程來實現的。（說明：1為高電平、0為低電平）指令1：清顯示，指令碼01H,光標復位到地址00H位置。指令2：光標復位，光標返回到地址00H。指令3：光標和顯示模式設置 I/D：光標移動方向，高電平右移，低電平左移 S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高電平表示有效，低電平則無效。指令4

41、：顯示開關控制。 D：控制整體顯示的開與關，高電平表示開顯示，低電平表示關顯示 C：控制光標的開與關，高電平表示有光標，低電平表示無光標 B：控制光標是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍。指令5：光標或顯示移位 S/C：高電平時移動顯示的文字，低電平時移動光標。指令6：功能設置命令 DL：高電平時為4位總線，低電平時為8位總線 N：低電平時為單行顯示，高電平時雙行顯示 F: 低電平時顯示5x7的點陣字符，高電平時顯示5x10的點陣字符。指令7：字符發(fā)生器RAM地址設置。指令8：DDRAM地址設置。指令9：讀忙信號和光標地址 BF：為忙標志位，高電平表示忙，此時模塊不能接收命令或者數據，如果為低電

42、平表示不忙。指令10：寫數據。指令11：讀數據。芯片時序表如下：讀狀態(tài)輸入RS=L，R/W=H，E=H輸出D0D7=狀態(tài)字寫指令輸入RS=L，R/W=L，D0D7=指令碼，E=高脈沖輸出無讀數據輸入RS=H，R/W=H，E=H輸出D0D7=數據寫數據輸入RS=H，R/W=L，D0D7=數據，E=高脈沖輸出無表2-3基本操作時序表讀寫操作時序如圖2-7和2-8所示：圖2-7讀操作時序圖2-8 寫操作時序2.5.4 1602LCD的RAM地址映射及標準字庫表液晶顯示模塊是一個慢顯示器件，所以在執(zhí)行每條指令之前一定要確認模塊的忙標志為低電平，表示不忙，否則此指令失效。要顯示字符時要先輸入顯示字符地址

43、，也就是告訴模塊在哪里顯示字符，圖2-9是1602的內部顯示地址。圖2-9液晶內部顯示地址例如第二行第一個字符的地址是40H，那么是否直接寫入40H就可以將光標定位在第二行第一個字符的位置呢？這樣不行，因為寫入顯示地址時要求最高位D7恒定為高電平1所以實際寫入的數據應該是01000000B（40H）+10000000B(80H)=11000000B(C0H)。在對液晶模塊的初始化中要先設置其顯示模式，在液晶模塊顯示字符時光標是自動右移的，無需人工干預。每次輸入指令前都要判斷液晶模塊是否處于忙的狀態(tài)。1602液晶模塊內部的字符發(fā)生存儲器（CGROM）已經存儲了160個不同的點陣字符圖形，如圖10

44、-58所示，這些字符有：阿拉伯數字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼，比如大寫的英文字母“A”的代碼是01000001B（41H），顯示時模塊把地址41H中的點陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母“A”。圖2-10 字符代碼與圖形對應圖2.5.5 1602LCD的一般初始化（復位）過程1. 延時15mS4. 寫指令38H（不檢測忙信號）5. 延時5mS8. 寫指令38H（不檢測忙信號）9. 延時5mS13. 寫指令38H（不檢測忙信號）以后每次寫指令、讀/寫數據操作均需要檢測忙信號15. 寫指令38H：顯示模式設置17. 寫指令08H：顯示關閉19. 寫

45、指令01H：顯示清屏22. 寫指令06H：顯示光標移動設置25. 寫指令0CH：顯示開及光標設置26.2.4.6 1602LCD的電路連接液晶5端為讀/寫選擇端，因為我們不從液晶中讀取數據，只向其寫入命令和顯示數據，因此此端始終選擇為寫狀態(tài)，即低電平接地。液晶6端為使能信號，是操作時必須的信號。其電路如圖2-11所示：圖2-11 1602的電路連接4 環(huán)境檢測軟件系統(tǒng)的設計4.1 編程軟件簡介本系統(tǒng)以 AT89S52 單片機為核心 ，而 AT89S52 單片機屬于 51 單片機系列 ，所以選 擇與之兼容的高級開發(fā)語言軟件 Keil uVision2 。Keil uVision2 是德國 Kei

46、l Software 公司開發(fā)的 51 系列兼容單片機 C 語言軟件 開發(fā)系統(tǒng)。它使用接近于傳統(tǒng) C 語言的語法來開發(fā)程序，與匯編相比，在功能上 、結構 性、可讀性、可維護性上 C 語言具有明顯的優(yōu)勢。由于 C51 己被完全集成到 uVision2 的集成開發(fā)環(huán)境 中，使得該集成開發(fā)環(huán)境包含 ：C 編譯器、匯編器、實時操作系統(tǒng)、庫 管理器和仿真調試器等工具而讓在線編程更加容易。4.1.1C51編譯器簡介Keil uVision2 編譯器在語言上的擴展功能為用戶使用軟件資源提供方 便，對于 8051 系列資源 C51 編譯器都可以進行操作 。SFR 和 SBIT 兩個關鍵字對 SFR 進行存取。

47、 變量可轉移到任意地址空間 ，變量還可以通過關鍵字 at 放入固定的存儲器中，存儲模 式決定了變量的存儲類型 。Keil uVision2 的編譯器和高性能仿真器，支持應用程序的 調試。軟件界面如圖 4. 1所示。管 發(fā)光報警。程序流程如圖 4.4 所示。4.5 PM2.5 檢測模塊軟件設計 對室內空氣粉塵顆粒進行檢測時 ，傳感器 GP2Y1010AUOF 檢測到的數值是空氣中的 塵埃粒子大小 。當它檢測結束后直接把檢測的數值傳送到到單片機，并通過顯示屏顯示 出來。程序流程如圖 4. 5 所示。結 論隨著生活水平提高，家居環(huán)境的安全性和舒適度越來越得到人們的重視。本文介紹了一種基于單片機的空氣

48、質量PM2.5測量系統(tǒng)設計。該系統(tǒng)可以實現對空氣質量的PM2.5的采集，計算，顯示等功能。報告從電路設計、程序設計，系統(tǒng)調試等幾個方面詳細介紹了整體設計的原理及過程，以及硬件制作過程中的一些注意事項。本設計綜合利用單片機、傳感器、數字電子和液晶顯示器顯示等方面技術，設計精巧，成本低，可以廣泛應用到實際的生產生活等實踐中去，具有很廣的應用價值。致 謝本論文是在老師的悉心指導下完成的。淵博的專業(yè)知識，嚴謹的治學態(tài)度,精益求精的工作作風，誨人不倦的高尚師德，嚴于律己、寬以待人的崇高風范，樸實無華、平易近人的人格魅力對我影響深遠。她不僅使我樹立了遠大的學術目標、掌握了基 本的研究方法，還使我明白了許多

49、待人接物與為人處世的道理。本論文從選題到完成 ,每一步都是在苗老師的傾心指導下完成的，傾注了苗老師大量的心血 。在此，謹向苗老 師表示崇高的敬意和衷心的感謝 ！我的畢業(yè)課題是基于單片機的環(huán)境檢測系統(tǒng)研究，是一個很有應用意義的小工程。作為一個本科生，我對實際的工程設計認識不夠，經驗不足 ，難免在設計的整體框架中，有很多的細節(jié)沒有考慮全備 。在起初的設計過程中，很多知識我都不會，老師并沒有指責我，而是給予我鼓勵和很多寶貴的建議，并且悉心指導，給予我一個比較清晰的設計思路。沿著老師指導方法，我不斷地嘗試摸索 ，慢慢地掌握了設計的基本流程和思考的方法。我遇到了很多的難題，比如硬件器件的選擇 ，功能的實

50、現等。然而這樣的問題并不是我一個能所能解決的 ，幸運的是有我的指導老師的悉心指導，所以一個 個看似復雜的問題便迎刃而解 。最后再次深深地感謝我的老師老師，正是在老師的細心指導下、耐心幫助下,我才能比較順利地完成畢業(yè)論文，所以非常感謝您，老師 ！附件一:總體原理圖附件二：源程序代碼#include<reg52.h>#include "ADC0832.H"/#include"LCD1602.H"#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit GP2Y_LED=P37;uint PM

51、_dat=0;uint k,p,a;uchar time_num1=0;bit flag1=0;sbit RS=P25;sbit RW=P26;sbit EN=P27;uchar LCD1602_Table="0123456789"/LCD1602顯示標尺 /0123456789abcdefuchar code DIS_TIM16 =" PM2.5:-ug/m3 " /顯示溫濕度extern void delayms(uint xms);void WRITE_LCD1602_DAT(uchar date)EN=0;RS=1;P0=date;EN=1;delayms(2);EN=0;void WRITE_LCD1602_COM(uchar date)EN=0;RS=0;P0=date;EN=1;delayms(2);EN=0;void init_1602() unsigned char h;RW=0;WRITE_LCD1602_COM(0x38);WRITE_LCD1602_COM(0x0c);WRITE_LCD1602_COM(0x