基于單片機的空氣質量檢測系統方案

1、.42/47.大學畢業(yè)論文基于單片機的空氣質量檢測系統學 院 信息電子技術專 業(yè) 通信工程班 級 12級1班學 籍 號 姓 名 琦指導教師 田靜佳 木 斯 大 學2016年6月10日摘要隨著工業(yè)發(fā)展，國民經濟日益增長，人民生活指數也在不斷提高。但是給環(huán)境卻帶來不可逆的影響，因為空氣質量的惡化，使人類引起一系列呼吸道病癥，危害身心健康。國家政府出臺政策，一方面從源頭控制污染源，一方面增加空氣質量監(jiān)控。各大中城市也將PM2.5作為天氣預報一項重要指標，時時提醒市民關注環(huán)境。本設計就是基于51系列單片機的PM2.5監(jiān)控預警系統，對環(huán)境里的PM2.5濃度進行實時監(jiān)控，預警。本設計以STC89C52單片

2、機為控制核心，用夏普GP2Y1010AU0F傳感器實時采集空氣中粉塵情況，然后由ADC0832模數轉化芯片，將從粉塵傳感器采集到的模擬信號轉化成數字信號，然后傳給單片機進行精確換算，在LCD1602液晶屏顯示當前空氣粉塵濃度和顯示預置報警閾值，按鍵可以設置系統粉塵報警閾值，蜂鳴器報警模塊可在環(huán)境PM2.5濃度超過設置值時進行報警。本系統電路穩(wěn)定性高、抗干擾能力強，處理速度快，功耗低，操作簡便，實時精準顯示，實時反饋環(huán)境因素。關鍵字：PM2.5；單片機；粉塵濃度；GP2Y1010AU0F；報警AbstractWith the industrial development of the natio

3、nal economy growing, people living index is also rising. But the environment has brought irreversible impact because of the deterioration in air quality, weather haze phenomenon increased hazard phenomenon worse. National government policies, on the one hand to control pollution from the source, on

4、the one hand increase the air quality monitoring. PM2.5 major cities will also be an important indicator as the weather forecast, remind the public concern for the environment. This design is based on the 51 computers PM2.5 monitoring system on the environment in the PM2.5 concentration time monitor

5、ing, early warning.Thisdesign STC89C52RC microcontroller to control the core, Sharp GP2Y1010AU0F sensor to collect dust in the air situation, LCD1602 display shows the current air concentration of dust and display the preset alarm threshold size, the keys can set the system dust alarm threshold, the

6、 buzzer alarm module can alarm when the ambient PM2.5 concentration exceeds the set value. System works: collected by the sensor in the air PM2.5 PM2.5 concentration, and then converted to a digital signal through ADC0832 for STC89C52RC microcontroller reads, after the system conversion, real-time d

7、isplay of the current PM2.5 concentration, and then set value, if less than the set value, the system remains; if it exceeds the set value, the system will alarm to alert the PM2.5 concentration exceeded. The system circuit is simple, stable, highly integrated, easy to debug, high precision, has som

8、e practical value.Key words：Alarm;Dust concentration;GP2Y1010AU0F;PM2.5目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc29033 摘要 PAGEREF _Toc29033 i HYPERLINK l _Toc5424 Abstract PAGEREF _Toc5424 ii HYPERLINK l _Toc32524 第1章 緒論 PAGEREF _Toc32524 1 HYPERLINK l _Toc31954 1.1 課題研究背景 PAGEREF _Toc31954 1 HYPERLINK l _

9、Toc24738 1.2 課題研究的目的和意義 PAGEREF _Toc24738 2 HYPERLINK l _Toc12347 1.3 課題的主要容 PAGEREF _Toc12347 2 HYPERLINK l _Toc22785 第2章 設計方案論證 PAGEREF _Toc22785 4 HYPERLINK l _Toc15852 2.1 題目解析 PAGEREF _Toc15852 4 HYPERLINK l _Toc32398 2.2 方案論證與設計 PAGEREF _Toc32398 4 HYPERLINK l _Toc13653 2.2.1 控制部分的方案選擇 PAGEREF

10、 _Toc13653 4 HYPERLINK l _Toc14157 2.2.2 顯示部分的方案選擇 PAGEREF _Toc14157 5 HYPERLINK l _Toc31661 2.2.3 傳感器模塊的方案選擇 PAGEREF _Toc31661 5 HYPERLINK l _Toc22567 2.2.4 模數轉化模塊的方案選擇 PAGEREF _Toc22567 5 HYPERLINK l _Toc27803 2.3 系統方案論證 PAGEREF _Toc27803 6 HYPERLINK l _Toc32137 第3章 硬件電路設計 PAGEREF _Toc32137 7 HYPE

11、RLINK l _Toc15377 3.1 單片機最小系統 PAGEREF _Toc15377 7 HYPERLINK l _Toc22509 3.2 ADC0832模數轉化模塊 PAGEREF _Toc22509 9 HYPERLINK l _Toc15279 3.3 液晶屏顯示模塊 PAGEREF _Toc15279 10 HYPERLINK l _Toc29017 3.4 夏普PM2.5傳感器 PAGEREF _Toc29017 12 HYPERLINK l _Toc22713 3.5 蜂鳴器 PAGEREF _Toc22713 14 HYPERLINK l _Toc18416 3.6

12、按鍵電路 PAGEREF _Toc18416 14 HYPERLINK l _Toc3823 3.7 污染級別提醒電路和程序下載電路 PAGEREF _Toc3823 14 HYPERLINK l _Toc11768 3.8 總體原理圖 PAGEREF _Toc11768 15 HYPERLINK l _Toc7936 第4章 軟件部分設計 PAGEREF _Toc7936 17 HYPERLINK l _Toc8947 4.1 系統流程設計 PAGEREF _Toc8947 17 HYPERLINK l _Toc3496 4.2 ADC0832模數轉化部分設計 PAGEREF _Toc349

13、6 18 HYPERLINK l _Toc14028 第5章 仿真部分 PAGEREF _Toc14028 20 HYPERLINK l _Toc22723 5.1 PWM驅動 PAGEREF _Toc22723 20 HYPERLINK l _Toc20264 5.2 Keil的應用 PAGEREF _Toc20264 20 HYPERLINK l _Toc31183 5.3Protel 99se的應用 PAGEREF _Toc31183 22 HYPERLINK l _Toc10313 5.4Proteus的應用 PAGEREF _Toc10313 23 HYPERLINK l _Toc1

14、8874 結論 PAGEREF _Toc18874 25 HYPERLINK l _Toc30266 致 PAGEREF _Toc30266 26 HYPERLINK l _Toc14322 參考文獻 PAGEREF _Toc14322 27 HYPERLINK l _Toc28691 附錄1系統原理圖 PAGEREF _Toc28691 29 HYPERLINK l _Toc7824 附錄2 元器件清單 PAGEREF _Toc7824 30 HYPERLINK l _Toc4973 附錄3 程序清單 PAGEREF _Toc4973 31 HYPERLINK l _Toc20578 附錄4

15、 外文參考資料翻譯（原文、譯文） PAGEREF _Toc20578 37第1章 緒論1.1 課題研究背景21世紀的今天，科學技術的發(fā)展日新月異，科學技術的進步的同時也帶動了測量技術的發(fā)展，現代控制設備不同于以前，我們已經進入了高速發(fā)展的信息時代，測量技術是當今社會的主流，廣泛地深入到應用工程的各個領域。隨著我國經濟的發(fā)展，人民的生活質量的提高，人們對環(huán)境的問題及健康的問題日益重視，空氣的狀況也越來越受到關注?？諝赓|量的好壞反映了空氣污染的程度，它是依據空氣中污染物濃度的高低來判斷的，來自固定和流動污染源的人為污染物排放大小是影響空氣質量的最主要因素之一。空氣質量檢測種類包括裝修污染，作業(yè)現場

16、所有有害物質檢測，食堂油煙檢測，鍋爐大氣和工業(yè)窯爐檢測及工廠排放的工業(yè)廢棄檢測等。目前在工業(yè)生產當中排放好多的有害工業(yè)氣體，這些氣體對環(huán)境的污染是越來越嚴重，而這些氣體的泄露也嚴重的威脅到了許多操作人員的生命。因此設計一種能夠有效的檢測到當地的環(huán)境污染的實時數據，也可以有效的遏制這些有害氣體泄露的事故的發(fā)生。因為空氣質量的惡化，陰霾天氣現象出現增多，危害現象加重。中國不少地區(qū)把陰霾天氣現象并入霧一起作為災害性天氣預警預報。統稱為“霧霾天氣”。霧霾主要由PM2.51、PM10、PM0.1以及重金屬鎳砷鉻鉛等顆粒組成。在空氣動力學和環(huán)境氣象學中，顆粒物是按直徑大小來分類的，粒徑小于100微米的稱為

17、TSP(TotalSuspendedParticle)2，即總懸浮物顆粒；粒徑小于10微米的稱為PM10(PM為ParticulateMatter縮寫)，即可吸入顆粒物；粒徑小于2.5微米的稱為PM2.5，即可入肺顆粒物，它的直徑僅相當于人的頭發(fā)絲粗細的1/20。雖然PM2.5只是地球大氣成分中含量很少的組分，但它與較粗的大氣顆粒物相比，粒徑小，富含大量的有毒、有害物質且在大氣中的停留時間長、輸送距離遠，因而對人體健康和大氣環(huán)境質量影響更大。世界衛(wèi)生組織發(fā)布的報告顯示，無論是發(fā)達國家還是發(fā)展中國家，目前大多數城市和農村人口均遭受到顆粒物對健康的影響。因此，對PM2.5的監(jiān)測與治理便顯得越來越重

18、要。1.2 課題研究的目的和意義眾所周知，在日益發(fā)展的21世紀，人們對于環(huán)境的要求越來越高。不論在國還是國外，都需要極佳的環(huán)境來提高生活指數。比如在國，導致環(huán)境因素急劇下降的有以下幾點：大氣污染問題、水環(huán)境污染問題、垃圾處理問題、水土流失問題等嚴重問題。但大氣污染問題迫在眉睫，由于我國目前還處于粗放型經濟模式，多地為了追求經濟效益，不顧對環(huán)境造成的嚴重影響，直接往空氣中排放，使得國出現嚴重霧靄天氣。這不僅給人們帶來心理上嚴重影響，而且對人體也帶來嚴重的病痛影響。在大氣污染中，表現最為突出的而且被提上日程的就是PM2.5。研究表明，PM2.5日平均濃度增加，會導致人類出現各種無法想象的嚴重后果。

19、首先，表現最明顯就是醫(yī)院的呼吸道門診量增長迅速3，導致醫(yī)療資源跟不上增長速度，嚴重的還會引起糾紛。其次，上班一族，會在長期的霧靄中工作，心理會由于過度的壓抑，導致患上抑郁癥等精神疾病，一系列不可控疾病隨即而來，嚴重到可能導致社會動蕩。隨著國經濟的迅猛發(fā)展，工業(yè)化4水平的越來越高，小康水平的基本普及，人們也日益追求高質量生活。自然，對于環(huán)境的要求也是有著苛刻的要求。在現今，人們使用的監(jiān)控設備精度越來越高，空氣里PM2.5濃度受到了實時關注,在各種嚴重后果面前，人們都希望有一個干凈、舒適的環(huán)境供大家生存。所以也都紛紛加入到保護環(huán)境的隊伍中來，一方面發(fā)揮監(jiān)督作用，從源頭控制污染源，另一方面實時監(jiān)控環(huán)

20、境因素，做到合理安排日程。同時也有更多的人加入到植物造林中來，親自動手參與環(huán)境建設，美化環(huán)境,創(chuàng)造出一個賴以生存的環(huán)境。1.3 課題的主要容本課題是基于單片機所設計的空氣質量檢測系統,由STC89C52單片機最小系統、GP2Y1010AU粉塵傳感器、ADC0832模數轉換器模塊、LCD1602液晶模塊、蜂鳴器報警模塊和按鍵等模塊組成，主要的設計容如下：(1)使用GP2Y1010AU傳感器對粉塵顆粒的采集；(2)使用ADC0832作為采集樣品的模擬量轉化為數據量；(3)采用STC89C52單片機作為控制核心，計算其顆粒物濃度；(4)LCD1602作為顯示屏顯示所有測量值。通過按鍵設置報警值，作為

21、檢測量最高值，當測量值高于報警值，蜂鳴器報警。基于單片機的空氣質量檢測系統既可以在工業(yè)生產實時檢測到工業(yè)目標氣體的濃度，也還可以完成數據的采集、分析、顯示、存儲、報警等任務，其具有操作簡便，檢測快速和便攜性強的特點，適用于家庭和社區(qū)的醫(yī)療健康的保健，能夠實時的知道空氣中粉塵顆粒的含量。第2章 設計方案論證2.1 題目解析本設計要求制作一個基于51系列單片機5的PM2.5實時監(jiān)控系統，它由控制器模塊、ADC0832模數轉化模塊、按鍵模塊、蜂鳴器報警模塊、LCD顯示模塊、PM2.5傳感器模塊電路等組成。當傳感器采集到空氣中PM2.5濃度值后，然后經過ADC0832芯片，對GP2Y1010AU0F傳

22、感器獲取到的模擬信號轉化成數字信號，然后經過單片機系統運算處理，在液晶LCD1602顯示屏上面顯示出實時測量到的PM2.5的濃度值，根據題目的要求，確定系統框圖如2-1所示。圖2-1 系統組成基本框圖2.2 方案論證與設計2.2.1 控制部分的方案選擇（1）采用凌陽16位單片機，存大，處理速度快，編程容易，而且其自身自帶音頻處理系統，可以不使用外部器件就可以實現語音報時功能，在一定程度上可以說大大節(jié)約成本比較適合此類規(guī)模系統。但是相對來說價格還是比較高，很多資源都被浪費掉了，不適合本設計，所以不采用該方案。（2）用STC89C52單片機，雖然他沒有凌陽16位單片機的功能強大，但是他可以滿足該程

23、序編程的需要以及各個功能部分也都可以實現，真正做到資源充分利用，而且在價格方面也比16位單片機的成本少好幾倍，所以本設計選用該方案。2.2.2 顯示部分的方案選擇 （1)采用點陣式顯示屏顯示，點陣式顯示屏是由八行八列的發(fā)光二極管組成，比較適合各種信息可以從左到右移動，也可以從右到左顯示，給消費者一個真正的視覺沖擊，但是對于這種顯示方式似乎顯得太浪費,對于單片機的掃描速度也是一個考驗，且價格也相對較高,所以也不用此種作為顯示。 （2)采用液晶屏顯示方式顯示。液晶顯示美觀性強，一目了然，可以運用菜單項來方便操作,液晶顯示屏的顯示功能強大,顯示的信息量大，清晰可見。而且LCD1602價格低廉，控制程

24、序簡單，穩(wěn)定性高，使用壽命長等有點。所以，選擇液晶屏顯示方案。2.2.3 傳感器模塊的方案選擇 （1）采用煒盛傳感器，該傳感器靈敏度高，但是體積大，不方便安裝；電流大，不能使本設計做到低功耗。該方案不適合采用本設計。（2）采用夏普PM2.5傳感器，該傳感器使用方便，體積小，方便安裝，正常使用時，電流小，可做到電流的低功耗，有利于信號的儲量過程，能夠實現空氣的流通，且利于AD轉換，所以本設計采用該方案。2.2.4 模數轉化模塊的方案選擇（1）采用ADC0809模數轉化芯片，ADC0809是一款8位逐次逼近式A/D模數轉換器。他是通過地址鎖存譯碼后的信號，選通ADC0809部相對應的地址通道，然后

25、進行A/D信號轉換，其一個芯焊接的腳位過多，占用的單片機IO口過多，而且目前僅在單片機初學應用設計中較片就可以有8個通道，功能非常強大，但是本設計只需要一個通道即可，再加上其需要為常見，而且價格也比較昂貴，不適合大規(guī)模應用。采用ADC0832模數轉化芯片，ADC0832 是一款 HYPERLINK /doc/3324395-3501318.html t _blank 雙通道8 HYPERLINK /doc/3109645-3277570.html t _blank 位分辨率A/D轉換芯片。其封裝為DIP-8或者SOC-8，方便焊接，調試。同時，其和單片機接口只有四條線，大大減少單片機的IO口損

26、耗。同時由于其性價比高，廣受消費者追捧。通過學習ADC0832我們就可以理解A/D轉化芯片的工作原理。同時ADC0832模數轉化芯片在本設計中，完全滿足各種性能，自然優(yōu)先考慮ADC0832模數轉化芯片，所以本設計采用該方案。2.3 系統方案論證綜上各方案所述,對此次設計的方案選定為：采用STC89C52RC作為主控制系統；以夏普GP2Y1010AU0F為核心傳感器；以ADC0832作為系統模數轉化模塊；采用LCD1602作為系統的顯示電路；采用蜂鳴器電路作為報警電路等，以完成PM2.5監(jiān)控系統的設計。第3章 硬件電路設計3.1 單片機最小系統STC89C52RC6為宏晶推出的新一代高速、低功耗

27、、超強抗干擾的單片機，指令代碼完全兼容傳統的8051單片機。單片機為DIP-40直插芯片,有四組I/O口P0,P1,P2,P3，每一條I/O線都能獨立地作輸出或輸入，單片機引腳圖如3-1所示。圖3-1 單片機引腳圖該增強型8051單片機具有可任意選擇的6時鐘/機器周期和12時鐘/兩種機器周期，因為其核依舊是51系列核所以指令代碼完全兼容傳統8051系列.工作電壓為5.5V3.3V（5V單片機）/3.8V2.0V（3V單片機），工作頻率正常圍040MHz，相當于普通8051的080MHz，實際工作頻率可達48MHz，用戶應用程序空間為8K字節(jié)，片上集成512字節(jié)RAM，通用I/O口32個，復位后

28、為P1/P2/P3/P4是準雙向口/弱上拉，P0口是漏極開路輸出，作為總線擴展用時，不用加上拉電阻，作為I/O口用時，需加上拉電阻。ISP（在系統可編程）/IAP（在應用可編程），無需專用編程器，無需專用仿真器，可通過串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接下載用戶程序，數秒即可完成一片，具有EEPROM功能，具有看門狗功能，共3個16位定時器/計數器。定時器T0、T1、T2，外部中斷4路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)電路，Power Down模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒，通用異步串行口（UART），還可用定時器軟件實現多個UART，工作溫度圍：-40+85（工業(yè)級）/075（商業(yè)級

29、），PDIP封裝。STC89C52RC單片機的省電工作模式有幾種。掉電模式：典型功耗0.1A,可由外部中斷喚醒，中斷返回后，繼續(xù)執(zhí)行原程序?？臻e模式：典型功耗2mA正常工作模式：典型功耗4Ma7mA掉電模式可由外部中斷喚醒，適用于水表、氣表等電池供電系統及便攜設備。單片機的最小系統7就是讓單片機能正常工作并發(fā)揮其功能時所必須的組成部分，也可理解為是用最少的元件組成的單片機可以工作的系統。對51系列單片機來說，最小系統一般應該包括：單片機、時鐘電路、復位電路、輸入、輸出設備等,在單片機中復位電路是必須存在的電路，就像我們開啟一臺電腦一樣，需要打開開機鍵。在單片機系統中,復位電路是非常關鍵的，當程

30、序跑飛（運行不正常）或死機（停止運行）時，就需要進行復位，與復位電路同樣至關重要的就是時鐘電路，時鐘電路就像是整個機器的心臟一樣，控制著單片機的節(jié)奏。單片機最小系統框圖如3-2所示。圖3-2 單片機最小系統 （1）時鐘電路時鐘電路分為部時鐘方式和外部時鐘方式8。外部時鐘電路使用現成的外部振蕩器產生脈沖信號，用于多片單片機同時工作以便于它們之間的同步。所以這個設計采用部時鐘方式的電路，單片機部有一個用于構成振蕩器的反相放大器，輸入端引腳為XTAL1，輸出端為XTAL2。兩引腳接一個石英晶體和兩個電容，每個電容的另一端再接到地構成一個穩(wěn)定的自己振蕩器。時鐘電路用于給單片機工作時產生所需要的時鐘信號

31、，而時序所研究的是指令執(zhí)行中各信號之間的工作關系，單片機的本事就如一個復雜的同步時序電路，為了確保同步工作方式的實現，電路就應該在唯一的時鐘信號控制下進行嚴格的工作。電容C1、C2的大小會影響振蕩器頻率的高低、振蕩器的穩(wěn)定性和起振的快速性，晶體振蕩頻率的圍通常是在1.2到12MHz，頻率越高，系統的時針頻率越高，單片機的運行速度也就越快。因為CPU完成一個基本操作所需要的時間稱為機器周期，一個機器周期包括12個時鐘周期，所以選12MHz方便計算初值。單片機的部電路正是在時鐘電路的控制下，嚴格地按時序指令進行工作。 （2）復位電路復位電路就是使單片機的CPU或系統中其他部件處于某一確定的初始狀態(tài)

32、時，并從這一狀態(tài)開始工作時，除了進入系統的正常的初始化之外，而由于程序運行錯誤或操作錯誤使當前系統正處于死鎖狀態(tài)時，為擺脫此困境，也需要按復位電路進行系統的重新啟動。復位電路有上電自動復位和按鍵復位兩種方式9。按鍵手動電平復位是通過RST端經電阻與電源VCC接通來實現。這個設計使用按鍵電平復位電路，當按鍵時電容器被短路放電，+5V直接加到RST上面達到高電平，進行復位。按鍵松開后電源開始對電容器充電，此時充電電流在電阻上，形成高電平送到RST，仍然是“復位狀態(tài)”；稍后充電結束，電流降為0，電阻上的電壓也將為0，RST降為低電平，開始正常工作。單片機的復位電路和時鐘電路電路圖分別如3-3和3-4

33、所示。圖3-3 時鐘電路圖 圖3-4 復位電路圖3.2 ADC0832模數轉化模塊ADC0832是8位分辨率A/D模數轉換芯片10，其最高分辨高達256級；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0-5V之間；一般功耗僅為15mW；其封裝為DIP-8或者SOC-8，方便焊接，調試。商用級芯片溫度圍為0C-+70C，工業(yè)級芯片溫度圍為40C-+85C，可以適應大部分場合的模數轉換要求。同時，其和單片機接口只有四條線，大大減少單片機的IO口損耗。通過學習ADC0832，我們就可以理解A/D轉化芯片的工作原理，可以幫助我們深入學習單片機其他相關知識，其電路設計

34、圖如圖3-5所示。圖3-5 A/D電路設計圖芯片接口說明：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：數據信號輸入，選擇通道控制。DO：數據信號輸出，轉換數據輸出。CLK：芯片時鐘輸入。Vcc/REF：電源輸入及參考電壓輸入（復用）。3.3 液晶屏顯示模塊LCD顯示器11分為字段顯示和字符顯示兩種。其字段顯示和數碼管顯示原理類型，還是通過取模，然后單片機向LCD發(fā)送數組，方可實現顯示要求，這個就無法真正體現出LCD液晶屏的優(yōu)勢點。所以在本設計中，采用自帶字庫的LCD顯示模式，與傳統的L

35、ED數碼管顯示器件相比，控制程序方便，顯示容切換方便，而且不需要外加驅動電路。同時LCD1602顯示容功能也非常強大，每行可以同時顯示16個漢字，一共可顯示2行，其電路設計如3-6所示。 圖3-6LCD管腳圖LCD1602主要技術參數：顯示容量為162個字符；芯片工作電壓為4.55.5V；工作電流為2.0mA（5.0V）；模塊最佳工作電壓為5.0V；字符尺寸為2.954.35（WH）mm。LCD1602采用標準的14腳接口，其中:第1腳：VSS為地電源。第2腳：VDD接5V正電源。第3腳：V0為液晶顯示器對比度調整端。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

36、5腳：RW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RW共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當RS為低電平RW為高電平時可以讀信號，當RS為高電平RW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1516腳：空腳。 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

37、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：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

38、 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，如果為低電平表示不忙。 指令10：寫數據 指令11：讀數據 3.4 夏普PM2.5傳感器灰塵傳感器GP2Y1010AU是由日本夏普公司生產的，可以測試環(huán)境中的PM2.5值，其模塊體積小，方便安裝，可以適用于各類空氣凈化器中，作為檢測環(huán)境因素傳感器12。其靈敏度極高，可以用來測試直徑在8um以上的煙塵、花粉、粉塵等微小顆粒。造成空氣霧靄等肉眼看不見的顆粒，該傳感器都可以方便的測試到。同時，其自帶氣流發(fā)生器，可以吸收外部空氣，是自身達到一個清潔的效果，大大增加其使用壽命和靈敏度。而且在其部自帶LED顯示燈，減少外界干擾，大大增加靈敏度

39、，準確想外界傳遞實時空氣質量。夏普灰塵傳感器外形圖如圖3-7所示。圖3-7 夏普灰塵傳感器GP2Y1010AU0F應用領域： （1）空氣凈化器和空氣清新機； （2）空調； （3）空氣質量監(jiān)控儀； （4）空調等相關產品。主要參數：靈敏度：0.5V/(0.1mg/m3)；輸出電壓：0.9V(TYP)；消耗電流：11mA；工作溫度：-1065；存儲溫度：-2080。粉塵器部電路圖如圖3-8所。圖3-8 粉塵器部電路圖根據粉塵傳感器GP2Y1010AU的規(guī)劃書中對管腳的描述，對應的管腳如圖3-9所示。圖3-9 粉塵傳感器管腳圖故粉塵傳感器的電路設計如圖3-10所示。圖3-10 粉塵傳感器的電路設計圖粉

40、塵傳感器GP2Y1010AU通過對空氣粉塵顆粒濃度進行檢測測算，然后輸出模擬電壓。故在仿真原理圖中，我們用滑動變阻器來模擬粉塵傳感器發(fā)回的模擬信號（電壓值）。ADC0832電路設計仿真圖如圖3-11所示。.圖3-11 ADC0832電路設計圖3.5 蜂鳴器本設計中采用有源蜂鳴器，相對無源蜂鳴器而言，控制方式簡單，無源蜂鳴器需要一個交變的信號去驅動，實現部磁場變化。而有源蜂鳴器只需要在蜂鳴器上加直流，就可以驅動蜂鳴器正常工作。而且2者在價格上相差無幾，所以會優(yōu)先選擇有源蜂鳴器。有源蜂鳴器對電壓的適應圍廣，壽命長，可以用個調整有源蜂鳴器的電壓值，來控制蜂鳴器的聲音響度，所以設計起來很方便。本設計的

41、報警電路的控制輸出使用了單片機的P1.7口，設計圖如圖3-12所示。圖3-12 報警電路圖3.6 按鍵電路本次設計的按鍵電路使用了單片機的P1.3，P1.4，P1.5三個口，通過按鍵可以對報警值進行設置。設計圖如圖3-13所示。圖3-13 按鍵電路圖3.7 污染級別提醒電路和程序下載電路根據不同的濃度圍提醒當前污染級別的電路，采用了藍、綠，黃，紅四個LED燈，使用了單片機的P3.0，P3.1，P3.2，P3.4口來實現提醒功能，污染級別顯示電路以及單片機的程序下載電路設計圖分別如圖3-14和3-15所示。 圖3-14 級別顯示電路 圖3-15 程序下載電路圖3.8 總體原理圖本設計包括信號采集

42、模塊、信號處理模塊、顯示模塊、報警模塊和按鍵設置模塊組成，以此來完成信號的采集、處理、傳輸、報警等功能，系統原理圖如3-16所示。圖3-16 系統原理圖當PM2.5傳感器采集到空氣中PM2.5濃度值后，通過5號引腳將輸出的模擬量經過ADC0832模數轉換器將模擬信號轉換成數字信號傳送給單片機13號引腳，然后單片機對此信號進行運算處理，單片機P2口與LCD顯示屏相連并在液晶LCD1602顯示器上面顯示計算出實時測量到的PM2.5的濃度值，然后通過與SCT89C52單片機8號引腳相連的蜂蜜報警器進行設定值進行比較，通信部分采用ISP程序下載器與單片機10.11號引腳相連來實現單片機與上位機之間的數

43、據交換。如果小于設定值，系統保持；如果超過設定值，系統將報警，提醒PM2.5濃度超標。當藍色燈亮時表示空氣質量優(yōu)，當綠色燈亮時表示空氣質量良好，當黃色燈亮時表示空氣質量中等，當紅色燈亮時表示空氣質量差。第4章 軟件部分設計4.1 系統流程設計軟件主程序部分主要是ADC模數轉化，獲取PM2.5粉塵傳感器發(fā)回來的數據，然后經過數據轉化處理后，放入數組里面。然后再和預設值對比，如果實際值大于預設值，那么就會驅動聲報警電路。當然，預設值大小可以根據需要進行修改。而且，在正常仿真過程中，會實時顯示環(huán)境中PM2.5實時濃度，系統流程圖如圖4-1所示。圖4-1 系統流程圖4.2 ADC0832模數轉化部分設

44、計單片機對ADC0832的控制原理：單片機和ADC0832之間的接線，分別是CS、CLK、DO、DI總共4條線。但是在使用過程當中，單片機和ADC0832只有進行單向通信，所以在此過程當中，要將DI/DO并聯在一起使用。當ADC0832芯片禁用時，此時要控制CS輸入端應為高電平，CLK和DO/DI的電平不做要求。當要進行A/D轉換開始時，必須先將 CS使能端置于低電平并且保持低電平直至轉換完全結束為止。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，表示起始信號。在第2、3個

45、脈沖下沉之前DI端應輸入2位數據用于選擇通道功能，其功能表見下圖4-2所示。圖4-2 ADC0832功能表如表所示，當此2位數據為“1”、“0”時，只對CH0進行單通道轉換。當2位數據為“1”、“1”時，只對CH1進行單通道轉換。當2位數據為“0”、“0”時，將CH0作為正輸入端IN+，CH1作為負輸入端 IN-進行輸入。當2位數據為“0”、“1”時，將CH0作為負輸入端IN-，CH1作為正輸入端IN+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

46、下沉 DO端輸出下一位數據。直到第11個脈沖時發(fā)出最低位數據DATA0，一個字節(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DATA0。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，直接將轉換后的數據進行處理即可。ADC0832 數據讀取程序流程圖如圖4-3所示。圖4-3 數據程序流程圖第5章 仿真部分5.1 PWM驅動粉塵傳感器的LED指示燈需要由PWM13驅動，所以系統板需要提供一路PWM來驅動LED燈，以便粉塵傳感器可以正常工作，仿真示意圖如圖5-1所示。圖5-1 PWM仿真波形監(jiān)控圖5.

47、2 Keil的應用Keil uvision2 C51軟件是目前功能最強大的單片機c語言集成開發(fā)環(huán)境 HYPERLINK / 。我們通過圖解的方式來Keil C51軟件的使用教程，學習最簡單的，如何輸入源程序 新建工程 工程詳細設置 源程序編譯得到目標代碼文件。它在功能、結構、可讀、可維護性上都有明顯的優(yōu)勢，我們很容易學習，它的多數語句生成后的匯編代碼我們都很容易理解。它提供了包括C編譯器、宏匯編、連接、庫管理和一個功能強大的仿真調試程序，完整的發(fā)展規(guī)劃，通過一個集成開發(fā)環(huán)境（uVision）將這些元素結合在一起。掌握使用51系列單片機的軟件是非常必要的，如果你想使用C語言編程，那么Keil14

48、是一種不錯的選擇，即使沒有C語言的基礎和匯編語言編程的集成環(huán)境，學會使用這個功能強大的仿真軟件調試工具，也會收到事半功倍的效果，Keil_c軟件的界面圖如圖5-2所示。圖5-2Keil主界面Keil軟件建立工程過程：第一步： 雙擊Keil uVision4的桌面快捷方式，啟動Keil集成開發(fā)開發(fā)軟件。第二步：新建文本編輯窗。單擊工具欄【文件】-【新建】，即可在項目窗口打開一個新的文本編輯窗Text1。第三步：編寫程序。在新的Text1文本編輯窗中編寫程序。第四步：保存程序。保存文件時必須加上文件的擴展名，“.c”。第五步：建立Keil工程。單擊工具欄上的【工程】-【新建工程】，出現保存對話框，

49、一般情況下使工程文件名稱和源文件名稱相同即可，輸入名稱后保存，將出現選擇設備對話框，在對話框中選擇CPU的型號。第六步：選擇CPU型號。為工程選擇CPU型號，本新建工程選擇了ATMEL公司的AT89C52單片機。第七步：將編號的程序加到工程中。在選擇好CPU型號后，點擊確定按鈕返回主界面，此時可見到工程管理窗中出現“目標1”，點擊“目標1”前面的“”號展開下一層的“源組1”文件夾，此時的新工程是空的，“源組1”文件夾中什么文件都沒有，必須把剛才輸入的源程序加入到該工程當中。右擊工程管理窗中的“源組1”，出現下拉菜單，點擊“增加文件到組源組1”命令，將出現添加文件對話框。在添加文件對話框中，找到

50、要添加到工程中的源程序文件。第八步：編譯程序，生成hex文件。5.3 Protel 99se的應用Protel99SE是PORTEL公司在80年代推出的一款軟件軟件。Protel99SE是在Windows9X/2000/NT操作系統下的EDA設計的軟件，采用設計庫管理模式，可以用于網設計，具有非常強的數據交換能力及3D模擬功能，是32位的設計軟件，也可以完成電路原理圖的設計、印制電路板設計及可編程邏輯器件設計等工作，可以設計32個信號層，16個電源-地層和16個機加工層。Protel 99se軟件的界面圖如圖5-3所示。圖5-3Protel 99se主界面Protel 99SE軟件還有有以下的

51、特點： （1）可以生成30多種格式的電氣連接網絡表； （2）具有強大的全局性編輯功能； （3）可以在原理圖中選擇一級器件，同時在PCB中同樣的器件也將被選中； （4）同時運行原理圖和PCB，在已打開的原理圖和PCB之間允許雙向交叉查找元器件、引腳、網絡； （5）既可以進行正向的注釋元器件的標號（由原理圖到PCB），還可以進行反向的注釋（由PCB到原理圖），目的是為了保持電氣原理圖和PCB在設計上保持一致； （6）滿足國際化設計的要求（包括國標標題欄的輸出，GB4728國標庫）； （7）方便數?；旌系姆抡?； （8）支持使用 HYPERLINK /view/444161.htm t _blank

52、CUPL語言和用原理圖設計 HYPERLINK /view/111579.htm t _blank PLD，生成標準的JED下載文件； （9）PCB還可設計32個信號層、16個電源-地層以及16個機加工層； （10）非常強大的“規(guī)則驅動”設計的環(huán)境，符合在線和批處理的設計性規(guī)則檢查； （11）有智能的覆銅功能，覆鈾也可以自動重鋪； （12）提供大量的工業(yè)化標準電路板做為設計模版； （13）具有放置漢字的功能； (14)可以輸入和輸出 HYPERLINK /view/18694.htm t _blank DXF、 HYPERLINK /view/1054521.htm t _blank DWG格

53、式文件，實現和 HYPERLINK /view/25199.htm t _blank AutoCAD等軟件的數據交換； (15) 智能封裝導航（對于建立復雜的PGA、BGA封裝很有用）； (16)方便的打印預覽功能，不用修改PCB文件就可以直接控制打印結果。5.4 Proteus的應用Proteus15 HYPERLINK /view/37.htm t _blank 軟件是英國Labcenter electronics公司出版的EDA仿真 HYPERLINK /view/1928598.htm t _blank 軟件。在學習單片機過程中，起到極大作用。顯而易見，他受到研發(fā)工程師、單片機教師、喜

54、愛搞些電子發(fā)明的科學家的青睞。在編譯語言方面，它也支持Keil和MATLAB等軟件 HYPERLINK /view/487018.htm t _blank 編譯器的編譯。它不僅有仿真功能，還能仿真單片機及其外圍器件。它是目前比較好的仿真單片機及外圍器件的工具。在本設計中采用了版本Proteus7軟件進行系統的仿真，主界面及仿真效果圖分別如圖5-3和5-4所示。圖5-4 Proteus主界面圖5-5 總體仿真圖（1）仿真16過程中，發(fā)現PWM的占空比過小，會導致粉塵傳感器在實際工作中異常，所以通過調整PWM占空比來解決粉塵傳感器LED17指示燈正常工作。（2）蜂鳴器報警電路，使用默認設置導致蜂鳴

55、器電路不正常工作，但是電位檢測都未發(fā)現異常，通過調整其參數后，方工作正常。（3）仿真電路中，有很多與在實際電路中不一樣的地方，所以在仿真的時候務必程序調整到接近實際。結論隨著霧霾天氣的肆虐，我們有理由且必要的做一些措施來注意我們身邊空氣的PM2.5，而本設計是基于這點，應用所學的知識，制作一個簡單，實用的多功能PM2.5濃度檢測系統。在本設計中，主要的難點在于傳感器的實用和A/D轉換，需要閱讀相應的資料才能做出設計，對于資料的應用和學習能力是很重要，這也算是這次設計給我?guī)淼腻憻?。設計時主要的難點在于傳感器的實用和A/D轉換，需要閱讀相應的資料才能做出設計，對于資料的應用和學習能力是很重要，在

56、設計完成后，本著一開始設計的實用性的出發(fā)點，進行了檢測試驗，一方面檢測設計是否具有可操作性和實用性，另一方面也是讓自己對PM2.5的產生有了直觀的了解?？梢杂脕黹_發(fā)新型空調，現代空調都是針對空氣溫濕進行調節(jié)，可以將本設計加入空調部，使其既能控制溫濕度，還可以對空氣中的各種氣體進行檢測，并通過控制“新風系統”改善空氣各方面的質量。在整個設計過程中，盡管自己查閱了大量的資料，原本也以為自己對于該設計已經很熟悉了，完成本設計的軟件和硬件部分完全沒有問題的。但是在實際的制作過程中發(fā)現自己不論在硬件方面還是在軟件方面都存在著很大的問題。而且在設計中，最不可忽視的就是指導老師以及同學給我的幫助，所以無論處

57、在何地，團隊的力量是無窮的。這次的設計操作，學習到的東西真不少。此次設計的完成也標志著我的大學生涯即將結束。它給我?guī)砹艘粋€完美的過渡。致 光陰似箭，日月如梭。四年前，我從這里拉開了大學帷幕。而現在即將畢業(yè)?；厥姿哪辏业玫搅嗽S多師長，朋友的指導與幫助，行將離別之際，在此向他們表示最誠摯的意。首先，要感我的導師田靜老師。在本次畢業(yè)設計中，田老師不辭辛苦細心為我們指導。老師不僅在設計方案、程序控制思想給了我們很大的指導，還為我們提供了實驗室和實驗設備，給我們提供了很好的設計環(huán)境。在此我向老師表示深深的感，感老師給我的支持和幫助。其次，我要感我的同學們！和我在一起愉快工作學習、融洽相處的歲月，時常

58、交流，互學共進，受益良多。還要特別感嘔心瀝血、含辛茹苦擾養(yǎng)我成長的父母雙親！感他們在我的求學生涯中付出的無私奉獻、給予的極大鼓勵與全力支持，他們最偉大的愛永遠激勵著我搏擊人生、奮發(fā)向上。最后衷心感各位老師，在百忙之中對我論文的評審提出寶貴意見。我一定會繼續(xù)努力，不辜負各位老師的期望，為自己的母校掙回榮譽，用自己的實際行動回報栽培我的母校的。感學校對我的培養(yǎng)，學生深知作為一名深職學子的榮譽，使命和責任，感學校讓我能有這份能力去面對未來職業(yè)生涯的挑戰(zhàn)！很高興能夠通過自己的努力，運用所學知識順利完成了該畢業(yè)設計。四年的大學生活就快走入尾聲，我們的校園生活就要劃上句號，心中是無盡的難舍與眷戀。從這里走

59、出，將是踏上一個新的征程，祝愿所有的同學們前程似錦！參考文獻1宏斌.我國PM2.5的現狀與防治對策J.:經濟學院學報,2012：1-4.2 Keith Lambert.Flow Measurement and Instrumentation:A time of change. for the journalJ.Flow Measurement and Instrumentation，2010,21(2)：79-80.3 Chen G W, Choi S J , Lee T H , et al . Appl J Microbiol .Biotechnol , 2008 , 79 : 379388

60、4 Eyal Dassau，Benyamin GrosmanDaniel R LewinModeling and temperature control of rapid thermal processing JComputers and Chemical Engineering,2012，30：686-6975 鋒. 王巧芝.51單片機應用系統典型模塊開發(fā)大全M.:中國鐵道,2011：155-186.6肖金球, 翼, 增強型51單片機與仿真技術M.：清華大學,2011.9：25-115.7全利, 單片機原理及應用技術M.：高等教育,2009：36-79.8紅剛學海, 51單片機自學筆記M.：