一種基于51單片機(jī)的粉塵監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計—定稿

1、 屆 別 2016屆 學(xué) 號 畢業(yè)設(shè)計 基于51單片機(jī)的PM2.5檢測系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn) 姓 名 系 別、 專 業(yè) 電子信息與電氣工程學(xué)院 電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè) 導(dǎo) 師 姓 名、職 稱 完 成 時 間 2016年5月10日 目 錄摘 要IAbstractII1 緒論11.1 課題背景11.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12 系統(tǒng)仿真軟件及總體設(shè)計方案12.1 Keil4軟件開發(fā)壞境12.2 軟件燒錄工具22.3程序結(jié)構(gòu)分析42.4 整體的設(shè)計方案42.5電源模塊53 主要元器件簡介53.1 GP2Y1010AU0F傳感器簡介53.2 ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換器簡介83.3 LCD1602液晶顯示屏103.4

2、 STC89C52單片機(jī)的簡介134 系統(tǒng)單元電路模塊設(shè)計164.1主控制模塊164.2顯示模塊電路174.3關(guān)于報警模塊的設(shè)計174.4按鍵模塊的設(shè)計184.5粉塵模塊電路設(shè)計184.6電源部分的設(shè)計195 系統(tǒng)測試與實現(xiàn)205.1系統(tǒng)程序流圖205.2 仿真電路215.3 軟件跟硬件結(jié)合225.4 測試結(jié)果分析245.5 系統(tǒng)實現(xiàn)246、總結(jié)25致 謝26參考文獻(xiàn)27附錄1：系統(tǒng)整體電路原理圖28附錄2：系統(tǒng)設(shè)計部分源程序29摘 要 現(xiàn)在社會發(fā)展的越來越快，隨著工業(yè)的發(fā)展，雖然給人們的生活帶來很多便利。但是，在生產(chǎn)過程產(chǎn)生很多對人體有害的因素工業(yè)生產(chǎn)過程中會，例如煤炭灰開采、水泥生產(chǎn)等行業(yè)

3、中的粉塵污染。 我的設(shè)計采用由LCD1602液晶模塊、STC89C52單片機(jī)最小系統(tǒng)、ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換器模塊、GP2Y1010AU粉塵傳感器、電源模塊、蜂鳴器報警模塊和按鍵模塊模塊組成。單片機(jī)是通過ADC0832轉(zhuǎn)換芯片采集GP2Y1010AU粉塵傳感器的粉塵的濃度，通過單片機(jī)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理后在液晶屏上顯示空氣中的質(zhì)量，測量空間中的粉塵濃度如果大于當(dāng)時設(shè)置粉塵濃度時，蜂鳴器就會產(chǎn)生報警的聲音和發(fā)光二極管發(fā)出聲光報警。當(dāng)然，粉塵的濃度報警值我們可以通過按鍵來進(jìn)行設(shè)置。關(guān)鍵字：GP2Y1010AU0F傳感器；粉塵檢測；空氣質(zhì)量 AbstractWith the development of

4、society and industry, which brings a lot of convenience to people's life. However, it will produce a lot of harmful factors in the process of industrial production, such as coal mining, cement production and other industries in the dust pollution. In a variety of ri

5、sk factors on human health effects of the most serious. The dust harm to human body is the most direct, the most serious is the cause of pneumoconiosis.When the dust concentration is too high, the high temperature drying time may explode.The design used b

6、y STC89C52 MCU minimum system, gp2y1010au dust sensor, ADC0832 ADC module, LCD1602 LCD module, power supply module, buzzer alarm module and a key module. Single-chip microcomputer real-time through the ADC0832 conversion chip acquisition gp2y1010au dust sensor dust concentration, through the si

7、ngle-chip microcomputer data conversion processing in the LCD screen display in the air quality, when the spatial measurement of dust concentration is higher than the set of dust concentration, buzzer and light-emitting diodes emit sound and light alarm. The dust concentration alarm value

8、can be set through the buttons. Key words: GP2Y1010AU0F detection sensors;Dust detection;dust and air qualityII1 緒論1.1 課題背景粉塵又稱可吸入顆粒物，它是能被呼吸道粘連，直徑有10um的顆粒物狀，對人的眼睛、上呼吸道、鼻腔都非常有害。粉塵和煙霧它是做為病菌的載體，如果一旦分散到空氣中，就會很容易傳播各種疾病。人們長久呼吸或長久散落皮膚上會容易導(dǎo)致癌癥。由此可以看出粉塵對人體健康和生產(chǎn)的會產(chǎn)生巨大危害性，煤礦井下管道作業(yè)、煤炭生產(chǎn)都要產(chǎn)生大量的粉塵，加上煤炭井下沒有通風(fēng)

9、的條件，煤塵濃度可高達(dá)1000mg/m³以上。在這環(huán)境中工作中，工人會吸入大量的粉塵，如果粉塵長時間進(jìn)入人的呼吸系統(tǒng)，大量粉塵會在肺泡中沉積，會引起慢性職業(yè)病，嚴(yán)重的危機(jī)人的身體健康。因此，我們必須對煤礦井下粉塵進(jìn)行實時檢測和采取應(yīng)急的措施，及時了解煤礦井下工人的勞動環(huán)境和安全，并且掌握井下煤塵濃度及變化情況，以及采取應(yīng)急措施來改變粉塵的濃度，為安全，防塵，降塵等措施提供必要現(xiàn)場數(shù)據(jù)和采取措施降低濃度。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀在我國內(nèi)大多采用先進(jìn)的測試粉塵技術(shù)，有的是射線原理，其吸收量只與吸收物質(zhì)的重量相關(guān)，而與吸收物質(zhì)的物化性質(zhì)無關(guān)，可直接讀粉塵濃度。2 系統(tǒng)仿真軟件及總體設(shè)計方案2

10、.1 Keil4軟件開發(fā)壞境 Keil4 C51是美國Keil Software公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學(xué)易用。Keil4 軟件開發(fā)環(huán)境如圖1所示：圖1 Keil4軟件開發(fā)環(huán)境 我用的是keil4軟件開發(fā)壞境，該軟件能夠開發(fā)和調(diào)試軟件，我用的是C語言作為開發(fā)語言，該語言是我們大學(xué)上的一門專業(yè)課語言，所以我的開發(fā)語言是C語言。2.2 軟件燒錄工具在keil4軟件開發(fā)完成并且編譯沒有錯誤的情況下，為了要實現(xiàn)軟件與硬件同時工作，軟件來控制硬件來達(dá)到PM2.5檢測系統(tǒng)與實現(xiàn)，這樣就能達(dá)到畢業(yè)設(shè)計的目的，軟

11、件燒錄我用的是STC_ISP軟件，運用這個軟件就能把我自己設(shè)計的工程軟件燒錄到STC51單片機(jī)里，在把單片機(jī)芯片放到我自己焊的硬件中，就能達(dá)到測試的效果，STC_ISP軟件如圖2所示，還有燒錄的單片機(jī)如圖3所示： 圖2 STC_ISP燒錄軟件 圖3 燒錄工具2.3程序結(jié)構(gòu)分析主程序?qū)λ玫降耐庠O(shè)資源進(jìn)行初始化，還調(diào)用了LCD顯示程序、鍵值設(shè)定程序、對ADC0832以及粉塵傳感器數(shù)據(jù)處理程序3個子程序,LCD顯示程序都需要更新數(shù)值，鍵值動作變化或者粉塵濃度數(shù)據(jù)有改變時。在本章主要介紹主程序流程，和對ADC0832以及粉塵傳感器數(shù)據(jù)處理子程序流程。2.4 整體的設(shè)計方案畢業(yè)設(shè)計采用ADC0832模

12、數(shù)轉(zhuǎn)換器模塊、LCD1602液晶模塊、STC89C52單片機(jī)最小系統(tǒng)、GP2Y1010AU粉塵傳感器、電源模塊、蜂鳴器報警模塊和按鍵模塊模塊等模塊組成。單片機(jī)實時通過ADC0832轉(zhuǎn)換芯片采集GP2Y1010AU粉塵傳感器的粉塵的濃度，通過單片機(jī)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理后在液晶屏上顯示空氣中的質(zhì)量，當(dāng)測量空間中的粉塵濃度大于設(shè)置粉塵濃度時，蜂鳴器和發(fā)光二極管發(fā)出聲光報警。粉塵的濃度報警值可以通過按鍵進(jìn)行設(shè)置。系統(tǒng)總體框圖如圖4所示：電源模塊按鍵模塊ADC0832單片機(jī)STC89C52最小系統(tǒng)LCD顯示粉塵傳感器蜂鳴器報警 圖4 總體結(jié)構(gòu)框圖 該系統(tǒng)主要由粉塵檢測模塊GP2Y1010AU、按鍵設(shè)置模塊、報

13、警模塊和液晶顯示模塊態(tài)顯電路組成，下面我分別介紹實現(xiàn)這個系統(tǒng)功能的方案。2.5電源模塊采用5V蓄電池為系統(tǒng)提供電源。蓄電池是具有穩(wěn)定的電壓輸出性能以及較強(qiáng)的電流驅(qū)動能力。可以運用電腦和充電寶，用起來也比較方便也很實惠。3 主要元器件簡介3.1 GP2Y1010AU0F傳感器簡介一、GP2Y1010AU0F物理特性GP2Y1010AU0F是一個采用光學(xué)傳感系統(tǒng)的灰塵傳感器。該設(shè)備由一個光電管成對角和紅外線發(fā)光二極管（IRED）布置而成。它通過檢測空氣中的灰塵的反射光。特別是，它能夠靈敏有效地檢測到像香煙煙霧等非常細(xì)小的粒子。出此之外，它也還可以通過脈沖沖模擬輸出來分別區(qū)分屋子內(nèi)的煙霧和灰塵。其內(nèi)

14、部原理圖如圖5所示：圖5 GP2Y1010AU0F內(nèi)部原理圖其中IRED代表紅外發(fā)光二極管，Dust through hole代表通孔的粉塵，Dust or Smoke particle代表粉塵或煙霧粒子，amplifier circuit代表放大電路，F(xiàn)or sensitive adjustment代表對于敏感的調(diào)整；其主要參數(shù)如表1所示：表1 GP2Y1010AU0F主要參數(shù)主要參數(shù)技術(shù)條件備注靈敏度0.5V/（0.1mg/m3）輸出電壓0.9（TYP）無灰塵供電電流11mA體積規(guī)格46.0*30.0*17.6單位 mm兼容性兼容無鉛ROHS指令供應(yīng)電壓Vcc-0.3+0.7單位 V輸入終

15、端電壓-0.3VccVled單位 V適應(yīng)溫度-1065單位 其電光特性如表2所示：表2 GP2Y1010AU0F 光電特性參數(shù)符號工作條件最小典型值最大單位靈敏度K1*2*30.350.50.65V/（0.1mg/m3）輸出電壓Voc1*2*300.91.5V輸出電壓范圍VohRl=4.7K3.4-VLED端子電流I (led)LED端子=0V-1020mA消耗電流IccRL=無窮大-1120mA其中靈敏度是由輸出電壓變化量規(guī)定時粉塵濃度有0.1毫克/立方米指定。LED輸入端子輸入的條件如表3所示：表3 LED輸入端子輸入條件參數(shù)符號數(shù)值單位脈沖周期T101ms脈沖寬度Pw0.320.02ms

16、工作電源電壓VCC50.5V其引腳定義和實物圖如圖6所示：圖6 GP2Y1010AU引腳定義和實物圖二、GP2Y1010AU0F檢出方法GP2Y1010AU0F插上電源或者接上干電池后，1秒內(nèi)就會穩(wěn)定、正常的工作，可以進(jìn)行檢出。我們使用的方法是：從輸出的電壓來進(jìn)行分析和判定。首先測出無塵無煙時的電壓值并且保存下來?；覊m和煙檢出時輸出的區(qū)別：一般，煙是細(xì)小的顆粒，密度很高，狂撒速度非常的快?；覊m粉塵是一個一個的大顆粒，密度非常低，陸陸續(xù)續(xù)式的進(jìn)入灰塵傳感器的檢出區(qū)域并且進(jìn)行檢測。就如圖7所示，圖7 GP2Y1010AU0F檢測灰塵和煙霧輸出電壓波形比較3.2 ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換器簡介ADC0

17、832功能與引腳簡介ADC0832 是雙通道A/D轉(zhuǎn)換芯片，也一種8 位分辨率。因為它體積非常小，兼容性也比較強(qiáng)，性價比高。ADC0832 具有以下特點：· 8位分辨率；· 雙通道A/D轉(zhuǎn)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 · 工作頻率為250KHZ，轉(zhuǎn)換時間為32S· 一般功耗僅為15mW · 8P、14PDIP（雙列直插）、PICC 多種封裝· 商用級芯片溫寬為0°C +70°C，工業(yè)級芯片溫寬為-40°C +85°C A

18、DC0832實物引腳圖如圖8所示：圖8 ADC0832實物引腳圖芯片引腳接口說明：· 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)信號輸入，選擇通道控制。· DO 數(shù)據(jù)信號輸出，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出。 · Vcc/REF 電源輸入及參考電壓輸入（復(fù)用）。ADC0832 與單片機(jī)的接口電路如圖9所示：圖9 ADC0832 與單片機(jī)的接口電路圖ADC0832 是八位分辨率A/D轉(zhuǎn)換芯片，可以適

19、應(yīng)一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。芯片的模擬電壓輸入在05V之間。單片機(jī)對ADC0832 的控制原理一般情況，DO端與DI端在通信時并不會同時有效的與單片機(jī)的接口是雙向的，所以電路設(shè)計可以把DO和DI 并聯(lián)在一起，在同一根數(shù)據(jù)線上使用輸入輸出數(shù)據(jù)，能夠方便的傳輸數(shù)據(jù)。在進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時，應(yīng)該先將CS使能端拉到低電平，而且要保持低電平直到轉(zhuǎn)換最后完全結(jié)束。首先在第一個時鐘脈沖的下沉之前，DI端必須從低電平拉到高電平，這個是啟始信號。在第二、三個脈沖下沉之前，DI端應(yīng)該輸入二位數(shù)據(jù)，目的用于選擇通道功能。ADC0832時序圖如圖10所示：圖10 ADC0832時序圖3.3 LCD1602液晶顯示屏LCD16

20、02 能夠同時顯示16x02 即32個字符，是一種字符型液晶顯示屏。在日常生活中，液晶顯示器在我們的生活中常常能夠使用到。液晶顯示模塊也已經(jīng)作為很多很多的電子產(chǎn)品的必要設(shè)備。液晶顯示器每一個點在接受信號后就會一直保持著那個狀態(tài)和顏色。一般1602字符型液晶顯示器實物如圖11,圖12所示：圖11 液晶屏正面 圖12 液晶屏背面LCD1602引腳：第1腳：VSS為地電源。 第2腳：VDD接5V正電源。 第3腳：VL是液晶顯示器對比度調(diào)整端，當(dāng)接地時，對比度就是最高了，當(dāng)接正電源時，對比度就是最弱的，我們使用時就可以通過一個10K的電位器調(diào)整對比度，避免產(chǎn)生“鬼影”。 第4腳：RS是寄存器選擇，當(dāng)處

21、于高電平時，是選擇數(shù)據(jù)寄存器，當(dāng)處于低電平時，就是選擇指令寄存器。 第5腳：R/W是讀寫信號線，當(dāng)處于高電平時，是進(jìn)行讀操作，當(dāng)處于低電平時，是進(jìn)行寫操作。第6腳：E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變到低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。 第714腳：D0D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。 第15腳：背光源正極。 第16腳：背光源負(fù)極。 LCD1602的RAM地址映射以及標(biāo)準(zhǔn)字庫表的內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器就有一百六十個不同的字符，每一個字符都是由一個特定固定的代碼組成。指令1：清顯示。指令2：光標(biāo)復(fù)位，光標(biāo)返回到地址00H 。指令3：S：低電平則表示無效，高電平表示為有效。指令4：顯示開關(guān)控制。A：控制光標(biāo)是否閃爍，高

22、電平表示閃爍，低電平表示不閃爍 。B：控制整體顯示的開與關(guān)，高電平表示的開顯示，低電平表示的關(guān)顯示。 指令5：光標(biāo)或顯示移位 S/C：低電平時移動光標(biāo)，高電平時移動顯示的文字。指令6：字符發(fā)生器RAM地址設(shè)置 。指令7：DDRAM地址設(shè)置 。指令8：讀出光標(biāo)地址和忙信號。 指令10：寫數(shù)據(jù) 。指令11：讀數(shù)據(jù) 。1602內(nèi)部顯示地址如圖13所示： 圖13 1602內(nèi)部顯示地址3.4 STC89C52單片機(jī)的簡介STC89C52模塊模塊在整個系統(tǒng)中起著非常重要的作用，我們需要檢測鍵盤，溫度傳感器等各種參數(shù)，同時也要驅(qū)動液晶顯示的數(shù)據(jù)及相關(guān)參數(shù)，所以我閑著了在這里我們選用了STC89C52單片機(jī)作

23、為系統(tǒng)芯片。Intel 公司是最早對51系列的單片機(jī)進(jìn)行開發(fā)設(shè)計的，Intel 公司后來將51核的設(shè)計方案提供給Philip、Atmel、SST等這些電子設(shè)計生產(chǎn)商，這些公司根據(jù)Intel 公司提供的相關(guān)設(shè)計方案的基礎(chǔ)之上，生產(chǎn)了多種以51為內(nèi)核的單片機(jī)。這些主要電子產(chǎn)品制造商已經(jīng)介紹了微控制器兼容的51指令，并在51基于擴(kuò)展的一些功能和內(nèi)部結(jié)構(gòu)是一致的51。 STC89C52一共有40個引腳，1個全雙工異步串行口，4個8位并行I/O口，2個16位定時/計數(shù)器同時內(nèi)含5個中斷源，2個優(yōu)先級。STC89C52的存儲器系統(tǒng)由4K的程序存儲器(掩膜ROM)，和128B的數(shù)據(jù)存儲器(RAM)組成。ST

24、C89C52單片機(jī)的基本組成框圖見圖14。圖14 STC89C52單片機(jī)結(jié)構(gòu)圖 單片機(jī)STC89C52主要特性如下：1. 一個8 位的微處理器(CPU)。2. 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器RAM(128B)，用以存放可以讀寫的數(shù)據(jù)。3. 單片機(jī)的發(fā)展趨勢主要是將RAM 和ROM 都集成在其單片機(jī)當(dāng)中，這樣不僅讓用戶進(jìn)行設(shè)計時方便及快捷的同時又提升對其系統(tǒng)的抗干擾性。4. 四個8 位并行IO 接口P0P3，每個口不僅用作輸入，仍可以用作輸出。5. 兩個定時器計數(shù)器，每個定時器計數(shù)器都可以設(shè)置成計數(shù)方式，對外部事件進(jìn)行計數(shù)，同樣也可以設(shè)置成定時方式，為了實現(xiàn)計算機(jī)控制可以根據(jù)計數(shù)或定時的結(jié)果。為方便設(shè)計串行通信

25、，提供3 個16 位定時器/計數(shù)器目前就是52 系列單片機(jī)。6. 目前新推出的單片機(jī)都不只5 個中斷源，比如SST89E58RD 就有9 個中斷源。五個中斷源的中斷控制系統(tǒng)。7. 為了提高其指令的執(zhí)行速度，最高允許振蕩頻率為12MHz。最高允許振蕩頻率達(dá)40MHz，圖3-2 STC89C52單片機(jī)管腳圖STC89C52單片機(jī)部分引腳說明1.時鐘電路引腳XTAL1 和XTAL2：XTAL2(18 腳)：接外部晶體和微調(diào)電容的一端；該引腳輸入外部時鐘脈沖才能采用外部時鐘電路?？捎檬静ㄆ鞑榭碭TAL2 端是否有脈沖信號輸出才能檢查振蕩電路是否正常工作。XTAL1(19 腳)：接外部晶體和微調(diào)電容的另

26、一端；在片內(nèi)它是振蕩電路反相放大器的輸入端。在采用外部時鐘時，該引腳必須接地。2.控制信號引腳RST,ALE,PSEN 和EA：RST/VPD(9 腳)：RST 是復(fù)位信號，輸入端高電平作為有效。RST 引腳的第二功能是VPD,就可以接入RST 端，可以為RAM 提供備用電源，為了不讓存儲在RAM 中的信息丟失和刪除，然而合復(fù)位后方可繼續(xù)正常運行。ALE/PROG(30 腳)：地址鎖存允許信號端。當(dāng)8051 上電正常工作后，ALE 引腳就不斷地向外輸出正脈沖信號。PSEN(29 腳)：程序存儲允許輸出信號端。EA/Vpp(31 腳)：當(dāng)EA 引腳處于高電平時候，CPU訪問片內(nèi)EPROM/ROM

27、且執(zhí)行其內(nèi)部程序存儲器中的指令代碼。P0口(P0.0P0.7，3932 腳)：P0口是一個 位準(zhǔn)雙向I/O口。P1口(P1.0P1.7，18 腳)：P1口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的，8 位準(zhǔn)雙向I/O口。P2口(P2.0P2.7，2128 腳)：P2口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8 位準(zhǔn)雙向I/O口。P3口(P3.0P3.7，1017 腳)：P3口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8 位準(zhǔn)雙向I/O口。P3口每個引腳都有第二功能，如下：P3.0：(RXD)串行數(shù)據(jù)接收。P3.1：(RXD)串行數(shù)據(jù)發(fā)送。P3.2：(INT0#)外部中斷0輸入。P3.3：(INT1#)外部中斷1輸入。P3.4：(T0)定時/計數(shù)器0的

28、外部計數(shù)輸入。P3.5：(T1)定時/計數(shù)器1的外部計數(shù)輸入。P3.6：(WR#)外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通。P3.7：(RD#)外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通。4 系統(tǒng)單元電路模塊設(shè)計4.1主控制模塊主控制最小系統(tǒng)電路如圖15所示。單片機(jī)最小系統(tǒng)由復(fù)位電路、單片機(jī)、時鐘電路構(gòu)成。單片機(jī)的工作電壓范圍：給單片機(jī)外界5V直流電源，其范圍在4V-5.5V,單片機(jī)中連接方式通常是20腳VSS接電源地端，而40腳VCC接正極5V。確定單片機(jī)的工作起始狀態(tài)就是復(fù)位電路，從而順利完成單片機(jī)的啟動過程。完成單片機(jī)啟動確定單片機(jī)起始工作狀態(tài)就是單片機(jī)接通電源時產(chǎn)生復(fù)位信號。 圖15 單片主控制電路4.2顯示模塊電路 液晶的命

29、令操作腳是RS、RW、EN接在單片機(jī)的P35、P36、P37腳,數(shù)據(jù)腳D0D7分別接單片機(jī)的的P1口。具體電路圖如圖16所示：圖16 顯示模塊電路4.3關(guān)于報警模塊的設(shè)計本設(shè)計中聲光報警電路采用NPN型S8550三極管驅(qū)動，當(dāng)單片機(jī)的P13口輸出低電平時，三極管的VE>VB>VC>0。三極管的集電結(jié)反偏，發(fā)射結(jié)正偏，此時發(fā)光二極管和蜂鳴器發(fā)出聲光報警，當(dāng)單片機(jī)的P13口輸出高電平時，三極管截止，聲光報警停止工作。具體電路圖如圖17所示：圖17 報警模塊電路圖4.4按鍵模塊的設(shè)計可以通過按鍵進(jìn)行設(shè)置空氣質(zhì)量檢測系統(tǒng)的灰塵參數(shù)。其中一個參數(shù)加鍵，另一個則是參數(shù)減鍵。通過這兩個按鍵

30、（參數(shù)加鍵、參數(shù)減鍵）進(jìn)行設(shè)置。具體電路圖如圖18所示：圖18 按鍵模塊電路圖4.5粉塵模塊電路設(shè)計灰塵傳感器是作為經(jīng)常用的空氣凈化器系統(tǒng)，能偶檢測非常細(xì)小的顆粒，比如香煙的煙霧，是非常有效果的。傳感器的第一腳接了一個220uF的電解電容和150歐姆的電阻。第二腳接到單片機(jī)的P32外部中斷0口，第五腳是粉塵濃度的模擬量輸出腳，接在模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0832的通道1上。具體電路圖如圖19所示：圖19粉塵模塊電路4.6電源部分的設(shè)計采用3節(jié)1.5 V干電池共4.5V做溫濕度測量控制系統(tǒng)的電源，經(jīng)過實驗驗證系統(tǒng)工作時，能夠滿足系統(tǒng)的要求就是單片機(jī)、傳感器的工作電壓穩(wěn)定，而且電池更換方便。電源接口電路如

31、圖20，其中DC5V為電池接口，SW1為電源開關(guān)，R6為二極管的限流電阻，POWER為電源指示燈，C5和C6為電源的濾波電容。圖20 電源接口電路5 系統(tǒng)測試與實現(xiàn)5.1系統(tǒng)程序流圖主程序的主要功能是對定時器，LCD1602，ADC0832，GP2Y1010AU0F，I/O口資源等所用到的資源進(jìn)行初始化、對傳感器及ADC0832、對按鍵動作的處理的實時電壓值進(jìn)行換算處理并顯示。主程序流程見圖21所示。 圖21 主程序流程圖 對ADC0832以及粉塵傳感器數(shù)據(jù)處理程序 該部分子程序主要過程：GP2Y1010AU0F通過對當(dāng)前環(huán)境中的粉塵濃度檢測會有相應(yīng)的電壓值變化（模擬信號），從而通過ADC08

32、32的轉(zhuǎn)化可以得到相關(guān)的數(shù)字信號，對已得到的數(shù)字電壓值以及GP2Y1010AU0F檢出方法，通過數(shù)值計算可以得到當(dāng)前環(huán)境粉塵濃度，誤差比較小。其程序流程圖如圖22所示： 圖22 傳感器數(shù)值處理程序流程圖5.2 仿真電路為了測試軟件，我們一般軟件開發(fā)要進(jìn)行仿真電路，這樣有方便又能夠檢測電路是否能夠達(dá)到的效果，避免在硬件上的錯誤，該仿真電路就是通過所有用的單元電路設(shè)計組合到一起，再通過仿真軟件ISIS來進(jìn)行仿真，看能否軟件上能達(dá)到效果，一個畢業(yè)設(shè)計首先是要軟件上沒有錯誤，才能在硬件上面跑，這樣做出來的產(chǎn)品就不會有什么錯誤，在仿真軟件找到自己要的元器件，根據(jù)電路圖在進(jìn)行仿真從而達(dá)到檢測的效果，我的仿

33、真電路如圖23所示： 圖23 仿真軟件5.3 軟件跟硬件結(jié)合 軟件是一個產(chǎn)品的控制指揮系統(tǒng)，這個是非常重要的，你要做的什么動作都要通過軟件設(shè)計從而能夠達(dá)到你想要的效果，通過運動C語言在Keil4軟件開發(fā)壞境中，設(shè)計出了檢測PM2.5檢測系統(tǒng)并且編譯沒有錯誤，再通過仿真軟件也能實現(xiàn)同樣的功能，軟件已經(jīng)做好，接下來就要跟硬件結(jié)合到一起。通過單片機(jī)把程序燒錄到單片機(jī)的芯片，再把芯片安裝到硬件上面，該硬件是自己動手焊接的，如圖24 焊接圖所示，并且能產(chǎn)生正確的效果，如圖25 實物效果圖所示： 如圖24 焊接圖 如圖25 實物效果圖5.4 測試結(jié)果分析根據(jù)實物測試結(jié)果分析，如圖 實物效果圖所示，該圖就是

34、測試室內(nèi)環(huán)境的PM值，現(xiàn)在是38ug/m3,測試的結(jié)果是best，沒有超過剛開始設(shè)置范圍200ug/m3，所以現(xiàn)在空氣的質(zhì)量是健康無害的，該結(jié)果是通過ADC0832硬件測試的結(jié)果再通過模數(shù)轉(zhuǎn)換再通過軟件分析從而能夠在液晶顯示屏上看到我們測試的數(shù)據(jù)結(jié)果，該結(jié)果準(zhǔn)確無誤。5.5 系統(tǒng)實現(xiàn)系統(tǒng)最后實現(xiàn)的功能就是基于51單片機(jī)的PM2.5檢測系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)，系統(tǒng)通過軟件和硬件最后能實現(xiàn)檢測，該系統(tǒng)主要由粉塵傳感器，按鍵，電源，STC89C52，LED顯示燈，蜂鳴器報警等組成，軟件是通過單片機(jī)燒錄到STC89C52中，最后通過組裝，反復(fù)驗證，最后能夠達(dá)到總個系統(tǒng)的實現(xiàn)與功能的實現(xiàn)。6、總結(jié)空氣質(zhì)量檢測

35、儀系統(tǒng)控制核心采用了單片機(jī)STC89C52，最大限度的將其具備的資源應(yīng)用到設(shè)計中，不僅體現(xiàn)了單片機(jī)最小系統(tǒng)的應(yīng)用過程中的靈活性，同樣也實現(xiàn)功能多樣的智能化。采用了單片機(jī)對空氣質(zhì)量的檢測塵埃、香煙、油煙等，可以檢測出空氣中的灰塵的程度，在液晶上進(jìn)行顯示具有非常重要的市場應(yīng)用價值。雖然存在著系統(tǒng)功能單一等缺點，相信在以后的實踐中能一步一步完善。自己在圖書館和上網(wǎng)查資料到寫出具體的實施方案、畫出電路圖都要認(rèn)真考慮，最后做出了自己想做出來的產(chǎn)品，并且能夠?qū)崿F(xiàn)理想的功能，從而順利的完成畢業(yè)設(shè)計。致 謝首先感謝學(xué)校給我提了良好的學(xué)習(xí)環(huán)境和實踐環(huán)境，在即將畢業(yè)之際，心中不舍之情難以言表，同時我相信在學(xué)校學(xué)習(xí)

36、和生活的四年光陰是我一生中最難忘的經(jīng)歷！ 在此論文撰寫過程中，感謝金桂老師在我做畢業(yè)設(shè)計過程中所給予的幫助。讓我深切體會到探求知識的過程雖然困難重重，但同時也是充實快樂的。同時，在此次設(shè)計過程中，在我們院實驗創(chuàng)新基地有豐富實踐經(jīng)驗的同學(xué)給予了極大的指導(dǎo)和幫助，有許多技術(shù)上的難題都是通過請教他們或者書本從而得以解決，在此非常感謝他們。在這四年的大學(xué)生活中，老師教會我們很多，也得到了老師的肯定，謝謝老師們，你們辛苦啦。參考文獻(xiàn)1 李文忠,段朝玉 .短距離無線數(shù)據(jù)通信M.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2006.2 李艷紅,李海華.傳感器原理及其應(yīng)用M.北京：北京理工大學(xué)出版社，2010.3 傅揚烈.

37、 單片機(jī)原理與應(yīng)用教程M.北京：電子工業(yè)出版社,2002.4 譚浩強(qiáng).C程序設(shè)計M.北京：清華大學(xué)出版社，1999 .5 何希才, 薛永毅.傳感器及其應(yīng)用實例M北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20046 Simon Haykin,Machael Moher，鄭寶玉.現(xiàn)代無線通信M.北京：電子工業(yè)出版社, 2006.7 武慶生,仇梅.單片機(jī)原理與應(yīng)用M.成都：電子科技大學(xué)出版社,1998.8 周航慈.單片機(jī)應(yīng)用程序設(shè)計技術(shù)M.北京：北京航空航天大學(xué)出版社,1991.9 郭天祥.51單片機(jī)C語言教程M.北京：電子工業(yè)出版社，2009.36-9210 王新賢.通用集成電路速查手冊第二版.M 山東科學(xué)技術(shù)出版社

38、,22-57附錄1：系統(tǒng)整體電路原理圖附錄2：系統(tǒng)設(shè)計部分源程序#include"LCD1602.h" /添加LCD1602頭文件#include"adc0832.h"/添加ADC0832頭文件/#include"time0.h" sbit BUZZER = P13; /蜂鳴器驅(qū)動端口=P12sbit Reduc = P17; /按鍵鍵輸入端口=P17sbit Add = P30; /按鍵加輸入端口=P31sbit vled = P32;void Delay1us(uint t)/12MHzwhile(t-)_nop_();uint

39、read_data(uchar N)uint val=0;vled=0;Delay1us(20);val=adc0832(N);vled=1;Delay1us(400);return val;/* 函數(shù)名稱 ： void main(void)* 函數(shù)功能 ： 主函數(shù)* 輸 入 ： 無* 輸 出 ： 無* 說 明 ：*/void main(void)double PM,pm1,pm2;int PMVAL=0,HPM=200,PM_count=0,pm1_count=0;uchar bueezr_flag=0,bueezr_count=0,buzzer_time=25;/蜂鳴器報警變量 LCD_I

40、nit(); WriteChar(1,0,16,"PM:0020ug/m3"); WriteChar(2,0,16,"HPM2.5:0200ug/m3");while(1) Delay(120); pm1+=read_data(1);if(+PM_count>=40) PM_count=0; pm1=pm1/40;pm2+=pm1;if(+pm1_count>=3)PM=pm2/3;PM=PM*50/255;PM-=4; PM/=5;PM*=1000;PMVAL=PM;PMVAL+=235;if(PMVAL>=9999)PMVAL=99

41、99;if(PMVAL<=0)PMVAL=0;WriteCOMDATA(0x83,0);WriteCOMDATA(PMVAL/1000+0x30,1);WriteCOMDATA(PMVAL/100%10+0x30,1);WriteCOMDATA(PMVAL/10%10+0x30,1);WriteCOMDATA(PMVAL%10+0x30,1);PM=pm1=pm2=0;/PM值與報警值比較if(PMVAL>HPM)bueezr_flag=1;elsebueezr_flag=0;BUZZER=1; if(PMVAL>=100)WriteChar(1,12,4,"wea

42、k");else if(PMVAL<100)&&(PMVAL>=50)WriteChar(1,12,4,"good");else if(PMVAL<50)WriteChar(1,12,4,"best");/*蜂鳴器報警*/bueezr_count+;if(bueezr_count>buzzer_time*10)bueezr_count=buzzer_time+1;if(bueezr_count%buzzer_time=0 && bueezr_flag)BUZZER=BUZZER;/蜂鳴器取

43、反 發(fā)出聲音提示if(!Reduc)Delay(100);HPM-;WriteCOMDATA(0xC7,0);WriteCOMDATA(HPM/1000+0x30,1);WriteCOMDATA(HPM/100%10+0x30,1);WriteCOMDATA(HPM/10%10+0x30,1);WriteCOMDATA(HPM%10+0x30,1);if(!Add)Delay(100);HPM+;WriteCOMDATA(0xC7,0);WriteCOMDATA(HPM/1000+0x30,1);WriteCOMDATA(HPM/100%10+0x30,1);WriteCOMDATA(HPM/

44、10%10+0x30,1);WriteCOMDATA(HPM%10+0x30,1);/* 編寫時間： 2016.05.09* 作 者： liuweiliang* 程序功能： LCD1602頭文件 * 使用說明： 在需要使用LCD1602顯示時添加此頭文件“LCD1602.h”*/#ifndef _LCD1602_H_#define _LCD1602_H_#include"delay.h" /添加延時函數(shù)頭文件#define LCD_PINDATA P0 /數(shù)據(jù)端口定義 P2sbit RS = P14; /RS P07 sbit RW = P15; /RW P06sbit E

45、 = P16; /E P05/* 函數(shù)名稱 ： WriteCOMDATA(uchar LCD_DATA,uchar N)* 函數(shù)功能 ： LCD1602寫指令、數(shù)據(jù)函數(shù)* 輸 入 ： LCD_DATA:指令或者數(shù)據(jù) N：指令方式還是數(shù)據(jù)方式 N=0時，LCD_DATA為指令，N=1時，LCD_DATA為數(shù)據(jù)* 輸 出： 無* 說 明 ： */void WriteCOMDATA(uchar LCD_DATA,uchar N)Delay(1);E=1;RW=0;RS=N;LCD_PINDATA=LCD_DATA;E=0;/* 函數(shù)名稱 ： void LCD_init(void)* 函數(shù)功能 ： L

46、CD1602初始化操作* 輸 入 ： 無* 輸 出 ： 無* 說 明 ：*/void LCD_Init(void) WriteCOMDATA(0x01,0);Delay(500);WriteCOMDATA(0x38,0);Delay(10);WriteCOMDATA(0x06,0);Delay(10);WriteCOMDATA(0x0c,0);Delay(10);/* 函數(shù)名稱 ：void WriteChar(uchar Row,uchar Col,uchar Num,uchar *pBuffer)* 函數(shù)功能 ：在任意位置寫指定個字符* 輸 入 ：Row : 要寫的字符所在的行，只能為1或2

47、； Col : 要寫的字符所在的列，只能為0-15 Num : 要寫字符的個數(shù) pbuffer : 要寫字符的首地址* 輸 出 ：無* 說 明 ：*/void WriteChar(uchar Row,uchar Col,uchar Num,uchar *pBuffer)uchar i;if(Row=1)Row=0x80+Col;else Row=0xC0+Col;WriteCOMDATA(Row,0);for(i=Num;i!=0;i-)WriteCOMDATA(*pBuffer,1);pBuffer+;#endif#include"delay.h" /添加延時函數(shù)頭文件#include<intrins.h>sbit CS = P12;sbit Clk = P11;sbit DATI = P10;sbit DATO = P10;/*函數(shù)功能:AD轉(zhuǎn)換子程序入口參數(shù):CH出口參數(shù):dat*/unsigned char adc0832(unsigned char CH)unsigned char dat = 0x00; /AD值 unsigned char i,test,adval; adval = 0x00; test = 0x00; Clk = 0; /初始化 DATI = 1;