便攜式野外環(huán)境檢測(cè)儀設(shè)計(jì)

摘要本文主要研究對(duì)戶外環(huán)境質(zhì)量的檢測(cè)，通過(guò)檢測(cè)野外環(huán)境的空氣相關(guān)參數(shù)數(shù)據(jù)，從而自動(dòng)判斷空氣是否達(dá)標(biāo)。主要檢測(cè)空氣中的溫度、濕度、PM2.5、大氣壓強(qiáng)數(shù)據(jù)，然后根據(jù)系統(tǒng)的預(yù)設(shè)報(bào)警閾值進(jìn)行比較，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的報(bào)警提示功能，使用戶實(shí)時(shí)知道空氣質(zhì)量信息，有利于用戶提升自我保護(hù)意識(shí)。檢測(cè)系統(tǒng)采用STC89C52單片機(jī)作為核心控制芯片，采用LCD1602顯示模塊顯示檢測(cè)的數(shù)據(jù)結(jié)果，采用DHT11溫濕度傳感器作為檢測(cè)溫濕度的傳感器，采用GP2Y1014U作為檢測(cè)PM2.5的器件，采用BMP180檢測(cè)大氣壓的數(shù)據(jù)。在對(duì)便攜式野外環(huán)境檢測(cè)儀系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究的基礎(chǔ)上，本文主要完成了如下工作。本文設(shè)計(jì)便攜式野外環(huán)境檢測(cè)儀的系統(tǒng)方案，方案中包含的每個(gè)模塊需要完成的任務(wù)，每個(gè)模塊如何選型以及系統(tǒng)要完成的檢測(cè)對(duì)象以及相應(yīng)的技術(shù)指標(biāo)。并且設(shè)計(jì)了便攜式野外環(huán)境檢測(cè)儀的電路圖以及每個(gè)模塊的電路設(shè)計(jì)。另外設(shè)計(jì)了便攜式野外環(huán)境檢測(cè)儀系統(tǒng)的軟件流程框圖，對(duì)每個(gè)模塊的程序進(jìn)行設(shè)計(jì)。最后便攜式野外環(huán)境檢測(cè)儀的硬件及軟件調(diào)試，并對(duì)空氣中的四種指標(biāo)進(jìn)行了測(cè)試驗(yàn)證。關(guān)鍵詞：環(huán)境檢測(cè)；傳感器；PM2.5；AbstractThispapermainlystudiesthedetectionofoutdoorenvironmentalquality,andjudgeswhethertheairisuptostandardbydetectingtheair-relatedparameterdataofthefieldenvironment.Itmainlydetectsthetemperature,humidity,PM2.5andatmosphericpressuredataintheair,andthencomparesitaccordingtothepresetalarmthresholdofthesystem,soastorealizethealarmpromptfunctionofthesystem,sothattheuserknowstheairqualityinformationinrealtime,whichisbeneficialtotheusertoenhanceself-protection.awareness.ThedetectoradoptsSTC89C52single-chipmicrocomputerasthecorecontrolchip,adoptsLCD1602displaymodule,adoptsDHT11temperatureandhumiditysensorasthedevicefordetectingtemperatureandhumidity,andadoptsGP2Y1014UasthedevicefordetectingPM2.5.Basedonthedesignandresearchoftheportablefieldenvironmentdetectorsystem,thispaperhascompletedthefollowingwork.Thispaperdesignsthesystemschemeoftheportablefieldenvironmentdetector,thetasksthateachmoduleneedstocomplete,theselectionofeachmoduleandthetestobjectstobecompletedbythesystemandthecorrespondingtechnicalindicators.Thecircuitdiagramoftheportablefieldenvironmentdetectorandthecircuitdesignofeachmodulearealsodesigned.Inaddition,asoftwareflowdiagramoftheportablefieldenvironmentdetectorsystemisdesigned,andtheprogramofeachmoduleisdesigned.Finally,thehardwareandsoftwaredebuggingoftheportablefieldenvironmentdetectorwastestedandverifiedinfourindicatorsintheair.Keywords：EnvironmentaldetectionsensorPM2.5目錄摘要 IAbstract II第1章緒論 11.1課題背景 11.2課題目的及意義 21.3國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 31.4本文研究?jī)?nèi)容安排 41.4.1本文研究?jī)?nèi)容 41.4.2本文章節(jié)安排 5第2章系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 62.1系統(tǒng)方案 62.2單片機(jī)STC89C52 72.3數(shù)據(jù)顯示LCD1602 82.4溫濕度檢測(cè)DHT11 92.5PM2.5檢測(cè)GP2Y1014U 102.6大氣壓檢測(cè)BMP180 11本章小結(jié) 11第3章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 123.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 123.2STC89C52最小系統(tǒng) 123.3傳感器檢測(cè)電路 153.3.1溫濕度檢測(cè)電路 153.3.2PM2.5檢測(cè)電路 163.3.3大氣壓檢測(cè)電路 183.4其他模塊電路 18本章小結(jié) 20第4章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 214.1系統(tǒng)軟件流程圖 214.2報(bào)警處理軟件流程設(shè)計(jì) 224.3傳感器程序流程圖 224.4按鍵處理程序流程圖 25本章小結(jié) 25第5章系統(tǒng)實(shí)物設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 265.1系統(tǒng)實(shí)物組成 265.2系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 26本章小結(jié) 28結(jié)論 29致謝 錯(cuò)誤!未定義書簽。參考文獻(xiàn) 錯(cuò)誤!未定義書簽。附錄1譯文 錯(cuò)誤!未定義書簽。附錄2英文參考資料 錯(cuò)誤!未定義書簽。附錄3硬件原理圖 錯(cuò)誤!未定義書簽。附錄4程序源碼 錯(cuò)誤!未定義書簽。第1章緒論1.1課題背景隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)水平的迅速發(fā)展，人們生活水平不斷提高，環(huán)境問題目前成了全球性的關(guān)注焦點(diǎn)，近些年，全球氣候變暖，各大經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)城市霧霾嚴(yán)重，在中國(guó)很多城市一年中都很難見到藍(lán)天白云。在之前的十年，國(guó)家大力發(fā)展工業(yè)的同時(shí)，造成的環(huán)境污染問題也是不可避免的，在當(dāng)時(shí)那個(gè)年代，國(guó)家民生經(jīng)濟(jì)在發(fā)展與環(huán)境問題大多數(shù)場(chǎng)合是一個(gè)矛盾的存在。目前，我國(guó)已經(jīng)全面步入小康社會(huì)，國(guó)民經(jīng)濟(jì)得到快速發(fā)展，因此國(guó)家也在采取一定措施整改環(huán)境問題。首先，對(duì)污染比較大企業(yè)責(zé)令修整甚至停產(chǎn)，同時(shí)國(guó)家也大力鼓勵(lì)支持科技型企業(yè)的興起，另外，國(guó)家對(duì)一線城市的汽車尾氣排量的限制，同時(shí)采取補(bǔ)貼措施促進(jìn)新能源車的使用，這一系列措施都國(guó)家針對(duì)環(huán)境問題優(yōu)化的一系列方針。環(huán)境問題是人們生活密切相關(guān)的問題，并且人們每天都是要和環(huán)境問題打交道，目前人們?cè)谏钪凶钪饕P(guān)系的的就是空氣質(zhì)量?？諝獾奈廴疚锓N類比較多，在應(yīng)對(duì)空氣污染問題，人們就必須知道空氣中有哪些污染物，能非常方便的實(shí)時(shí)知道空氣中各污染物的指標(biāo)數(shù)據(jù)。在空氣中有很多種污染物，并且大多數(shù)對(duì)人的身體有非常大的危害。目前主要和人們生活息息相關(guān)的主要是以下幾類。汽車的尾氣污染物排放以及某些工廠未完全處理的廢氣隨意排放，這樣有很多有害氣體進(jìn)入空氣中，有些氣體進(jìn)入人身體后會(huì)與血液中的血紅蛋白結(jié)合在一起，在人還沒察覺的時(shí)候?qū)θ说慕】诞a(chǎn)生影響，造成人缺氧以及頭暈眩的癥狀。目前很多工廠排放的廢液中有很多對(duì)環(huán)境有污染的物質(zhì)，并且這些廢液排除后會(huì)分解產(chǎn)生對(duì)人體有害其他二氧化氮以及一氧化氮?dú)怏w。另外，城市化建設(shè)的腳步不斷加快，各種高樓大廈的施工現(xiàn)場(chǎng)都會(huì)產(chǎn)生很多粉塵，這類物質(zhì)混雜在空氣中進(jìn)入人體的呼吸道，長(zhǎng)時(shí)間對(duì)人的身體會(huì)產(chǎn)生巨大影響。因此人們只有掌握了空氣質(zhì)量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，才能隨時(shí)做好應(yīng)對(duì)措施，才能確保自身健康不受到威脅。為了提高人們對(duì)空氣環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)掌握的方便性，需要對(duì)空氣進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)數(shù)據(jù)，從而便于人們實(shí)時(shí)了解空氣的質(zhì)量情況。因此，設(shè)計(jì)一種便攜式檢測(cè)空氣質(zhì)量的儀器對(duì)于提高人們預(yù)防空氣污染帶來(lái)的危害具有重要的意義。利用空氣質(zhì)量檢測(cè)儀器對(duì)空氣各項(xiàng)指標(biāo)的檢測(cè)對(duì)于人們實(shí)時(shí)了解空氣的質(zhì)量尤其重要，只要能實(shí)時(shí)了解空氣各項(xiàng)數(shù)據(jù)，人們?cè)谏钪胁拍苡袑?duì)應(yīng)的措施進(jìn)行防護(hù)，從而確保自身身體不受空氣污染的影響，同時(shí)也能使人們實(shí)時(shí)了解當(dāng)前所處的環(huán)境情況。溫度和濕度作為人們對(duì)于環(huán)境評(píng)價(jià)的一個(gè)常用指標(biāo)，與人的身體健康密切相關(guān)。當(dāng)人們?nèi)ヒ巴饴稜I(yíng)或者游玩時(shí)，溫度或者濕度會(huì)影響人們的身體反應(yīng)，當(dāng)濕度過(guò)低時(shí)，人們可以補(bǔ)充水分，溫度過(guò)高時(shí)，人們可以及時(shí)采取措施進(jìn)行防護(hù)?？諝庵械念w粒狀物直接會(huì)影響人身體的呼吸道，造成人身體的巨大傷害，因此，目前PM2.5作為空氣的重要衡量指標(biāo)，通過(guò)PM2.5的檢測(cè)來(lái)掌握空氣中顆粒狀物的含量，從而得到空氣的質(zhì)量結(jié)果。目前人們的物質(zhì)水平不斷提高，人們對(duì)生活的質(zhì)量需求也越來(lái)越高，對(duì)于所生活的環(huán)境也成為了人們的關(guān)注焦點(diǎn)，為了確保身體健康不受影響，人們對(duì)于良好的空氣環(huán)境迫切渴望。但是日常生活中人們很難知道空氣的質(zhì)量情況，更不能知道具體的空氣各項(xiàng)指標(biāo)的實(shí)時(shí)情況，因此很難做出對(duì)應(yīng)的預(yù)防措施。在此背景下，一種能夠便攜的空氣檢測(cè)儀器就能解決上述問題，人們用此儀器可以實(shí)時(shí)掌握空氣的物質(zhì)含量，從而及時(shí)采取對(duì)應(yīng)措施保證自身身體健康。因此，本文設(shè)計(jì)了一種可以在日常生活中隨身攜帶的便攜式野外環(huán)境檢測(cè)儀，快速直觀的顯示當(dāng)前所處環(huán)境的空氣各項(xiàng)指標(biāo)。1.2課題目的及意義目前環(huán)境是全球關(guān)注的焦點(diǎn)問題，在生活中人們的身體健康直接受環(huán)境質(zhì)量的影響，對(duì)于環(huán)境質(zhì)量的檢測(cè)對(duì)于人們的身體健康有直影響目前環(huán)境的污染包括很多，主要影響人們生活的是空氣污染，并且人們所生活的環(huán)境各項(xiàng)指標(biāo)也直接影響人們的生活。像溫度和濕度，影響著人們的出行，大氣壓強(qiáng)，影響人們的呼吸和身體健康。人們要想對(duì)環(huán)境做出正確的預(yù)防措施，必須實(shí)時(shí)知道空氣質(zhì)量的實(shí)時(shí)情況。利用空氣質(zhì)量檢測(cè)儀器對(duì)空氣各項(xiàng)指標(biāo)的檢測(cè)對(duì)于人們實(shí)時(shí)了解空氣的質(zhì)量尤其重要，只要能實(shí)時(shí)了解空氣各項(xiàng)數(shù)據(jù)，人們?cè)谏钪胁拍苡袑?duì)應(yīng)的措施進(jìn)行防護(hù)，從而確保自身身體不受空氣污染的影響，同時(shí)也能使人們實(shí)時(shí)了解當(dāng)前所處的環(huán)境情況。溫度和濕度作為人們對(duì)于環(huán)境評(píng)價(jià)的一個(gè)常用指標(biāo)，與人的身體健康密切相關(guān)。當(dāng)人們?nèi)ヒ巴饴稜I(yíng)或者游玩時(shí)，溫度或者濕度會(huì)影響人們的身體反應(yīng)，當(dāng)濕度過(guò)低時(shí)，人們可以補(bǔ)充水分，溫度過(guò)高時(shí)，人們可以及時(shí)采取措施進(jìn)行防護(hù)。人類正面臨“煤煙污染”、“光化學(xué)煙霧污染”之后，又出現(xiàn)了“室內(nèi)空氣污染”為主的第三次環(huán)境污染。美國(guó)專家檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，在室內(nèi)空氣中存在500多種揮發(fā)性有機(jī)物，其中致癌物質(zhì)就有20多種，致病病毒200多種。危害較大的主要有：氡、甲醛、苯、氨以及酯、三氯乙烯等。大量觸目驚心的事實(shí)證實(shí)，室內(nèi)空氣污染已成為危害人類健康的“隱形殺手”，也成為全世界各國(guó)共同關(guān)注的問題。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球近一半的人處于室內(nèi)空氣污染中，室內(nèi)環(huán)境污染已經(jīng)引起35.7%的呼吸道疾病，22%的慢性肺病和15%的氣管炎、支氣管炎和肺癌。因此設(shè)計(jì)一套便攜式野外環(huán)境檢測(cè)儀具有非常重大的意義，可以使人們實(shí)時(shí)的掌握空氣質(zhì)量的動(dòng)態(tài)，對(duì)于不合指標(biāo)的檢測(cè)項(xiàng)人們能及時(shí)的做出預(yù)防措施，保證自身的身體健康，并且也對(duì)于人類對(duì)于改善環(huán)境有重要的作用。1.3國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀環(huán)境質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)的研究起步較早，早期的環(huán)境質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)受工業(yè)革命的影響主要集中在空氣污染物上，隨著全球經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，環(huán)境質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)內(nèi)容也逐漸變的多樣化。美國(guó)從1970年頒布《空氣清潔法》以來(lái)，就已經(jīng)逐步建立了較為完整的環(huán)境質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)，隨著科技不斷地蓬勃發(fā)展，在過(guò)去的四五十年間已經(jīng)逐步建立了覆蓋全國(guó)、檢測(cè)參數(shù)差異化和有針對(duì)性的空氣質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)。同時(shí)，所有檢測(cè)數(shù)據(jù)集中傳輸?shù)矫绹?guó)環(huán)保局的環(huán)境質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)，并通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)將數(shù)據(jù)提供給公眾查詢。歐盟各成員國(guó)已經(jīng)建立了覆蓋歐洲大部分地區(qū)，包括城市、鄉(xiāng)村等跨國(guó)區(qū)域以及各國(guó)內(nèi)部的環(huán)境質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)。國(guó)內(nèi)環(huán)境質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)起步較晚，但是也逐步建立起了較為全面的涵蓋整個(gè)國(guó)家的環(huán)境質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)。我國(guó)自1980年正式組建了中國(guó)環(huán)境檢測(cè)總站以來(lái)，逐步增加環(huán)境質(zhì)量檢測(cè)點(diǎn)的數(shù)量，以地級(jí)市為主要檢測(cè)區(qū)域，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)椒?wù)器并提供多種方式供人們查詢。近年市場(chǎng)上出現(xiàn)的室內(nèi)有害氣體檢測(cè)儀主要根據(jù)使用場(chǎng)合的不同分為固定式有害氣體檢測(cè)儀和便攜式有害氣體檢測(cè)儀。固定式有害氣體檢測(cè)儀大多用在工業(yè)生產(chǎn)之中，可以安裝在固定地點(diǎn)對(duì)當(dāng)前測(cè)試點(diǎn)的某種氣體進(jìn)行高精度的監(jiān)測(cè)。大多數(shù)固定式有害氣體檢測(cè)儀可以分為兩體式：一體安裝在檢測(cè)點(diǎn)，一般選擇氣體易泄露或需要高精度監(jiān)測(cè)的地點(diǎn)。另一體安裝在監(jiān)控點(diǎn)，一般需要選擇安全地點(diǎn)以供使用人員實(shí)施操作。便攜式有害氣體檢測(cè)儀在使用與操作方面更加便捷，體積小巧，可以方便地?cái)y帶至不同的檢測(cè)地點(diǎn)。靈活度高和低功耗的特點(diǎn)令其相較固定式有害氣體檢測(cè)儀更加適合應(yīng)用于日常檢測(cè)。雖然國(guó)內(nèi)外已經(jīng)相繼建立了比較完整的環(huán)境質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)，但是仍有諸多缺點(diǎn)。比如目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于環(huán)境質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)的研究及其應(yīng)用領(lǐng)域的側(cè)重點(diǎn)主要集中在按國(guó)家、省市等較大的地域范圍內(nèi)。一方面，因?yàn)槲覈?guó)疆土遼闊，而自動(dòng)化監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)量有限以及安置點(diǎn)分布不合理等，往往造成了一座城市可能只有少量的檢測(cè)設(shè)備，不能及時(shí)地反映出沒有安置檢測(cè)設(shè)備區(qū)域的環(huán)境情況，另一方面，現(xiàn)有監(jiān)測(cè)站多數(shù)建設(shè)較早，設(shè)備更新較慢，檢測(cè)對(duì)象較為單一，不能綜合反映出當(dāng)前環(huán)境的狀況。隨著環(huán)境傳感器技術(shù)的發(fā)展，市場(chǎng)上也涌現(xiàn)出琳瑯滿目的便攜式環(huán)境質(zhì)量檢測(cè)設(shè)備，如顆粒物濃度檢測(cè)儀、甲醛濃度檢測(cè)儀等，這些設(shè)備所檢測(cè)的對(duì)象具有一定的針對(duì)性，報(bào)警方案多數(shù)為聲光報(bào)警，且不具備遠(yuǎn)程檢測(cè)功能，需要用戶去監(jiān)測(cè)點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)采集、測(cè)量和記錄。近幾年，隨著國(guó)內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，針對(duì)智能家居等行業(yè)而涌現(xiàn)出的各種物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)檢測(cè)平臺(tái)，如中國(guó)移動(dòng)研發(fā)的OneNET平臺(tái)可以允許消費(fèi)者將自家的環(huán)境傳感器所檢測(cè)的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳至OneNET平臺(tái)，用戶可以遠(yuǎn)程對(duì)室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行檢測(cè)。從此，具備遠(yuǎn)程檢測(cè)功能的室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)正式步入普通消費(fèi)者家庭中。OneNET平臺(tái)的主要優(yōu)勢(shì)在于支持海量連接和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等功能，實(shí)際應(yīng)用中，受限于平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)帶寬等因素，OneNET平臺(tái)的環(huán)境傳感器數(shù)據(jù)更新具有一定的延時(shí)。因此，家用小型化的基于嵌入式便攜式的環(huán)境質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)將是更好的選擇。1.4本文研究?jī)?nèi)容安排1.4.1本文研究?jī)?nèi)容本文主要研究對(duì)戶外環(huán)境質(zhì)量的檢測(cè)，通過(guò)檢測(cè)野外環(huán)境的空氣相關(guān)參數(shù)數(shù)據(jù)，從而自動(dòng)判斷空氣是否達(dá)標(biāo)。主要檢測(cè)空氣中的溫度、濕度、PM2.5、大氣壓強(qiáng)數(shù)據(jù)，然后根據(jù)系統(tǒng)的預(yù)設(shè)報(bào)警閾值進(jìn)行比較，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的報(bào)警提示功能，使用戶實(shí)時(shí)知道空氣質(zhì)量信息，有利于用戶提升自我保護(hù)意識(shí)。檢測(cè)系統(tǒng)采用STC89C52單片機(jī)作為核心控制芯片，采用LCD1602顯示模塊顯示檢測(cè)的數(shù)據(jù)結(jié)果，采用DHT11溫濕度傳感器作為檢測(cè)溫濕度的傳感器，采用GP2Y1014U作為檢測(cè)PM2.5的器件，采用BMP180檢測(cè)大氣壓的數(shù)據(jù)。為了完成本文的設(shè)計(jì)，本文主要研究的內(nèi)容包括：（1）對(duì)課題的選題背景進(jìn)行闡述，從環(huán)境的角度引出本文需要研究的內(nèi)容，并針對(duì)空氣質(zhì)量檢測(cè)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀進(jìn)行了詳細(xì)分析和闡述。（2）便攜式野外環(huán)境檢測(cè)儀的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，方案中包含的每個(gè)模塊需要完成的任務(wù)，每個(gè)模塊如何選型以及系統(tǒng)要完成的檢測(cè)對(duì)象以及相應(yīng)的技術(shù)指標(biāo)。（3）便攜式野外環(huán)境檢測(cè)儀的電路圖設(shè)計(jì)以及每個(gè)模塊的電路設(shè)計(jì)。（4）便攜式野外環(huán)境檢測(cè)儀系統(tǒng)的軟件流程框圖，對(duì)每個(gè)模塊的程序進(jìn)行設(shè)計(jì)。（5）便攜式野外環(huán)境檢測(cè)儀的硬件及軟件調(diào)試，并對(duì)空氣中的四種指標(biāo)進(jìn)行了測(cè)試驗(yàn)證。1.4.2本文章節(jié)安排第1章節(jié)首先從環(huán)境的角度分析了環(huán)境質(zhì)量檢測(cè)的重要性，從而引出了本題的設(shè)計(jì)對(duì)象。從幾個(gè)方面概述了選題的目的及意義。并分析了國(guó)內(nèi)外的質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)。第2章節(jié)主要對(duì)便攜式野外環(huán)境檢測(cè)儀的系統(tǒng)方案進(jìn)行了設(shè)計(jì)，對(duì)于整個(gè)控制的核心主控芯片STC89C52進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，對(duì)顯示模塊LCD1602的詳細(xì)介紹說(shuō)明，另外對(duì)于溫度傳感器DHT11也有詳細(xì)的介紹，對(duì)檢測(cè)PM2.5的GP2Y1014U也有詳細(xì)介紹。第3章節(jié)主要是對(duì)便攜式野外環(huán)境檢測(cè)儀硬件的設(shè)計(jì)，主要包括主控芯片STC89C52的最小電路，顯示模塊LCD1602的電路，溫度傳感器DHT11的電路以、BMP180大氣壓強(qiáng)傳感器及檢測(cè)PM2.5的GP2Y1014U的模塊電路。第4章節(jié)設(shè)計(jì)了便攜式野外環(huán)境檢測(cè)儀系統(tǒng)的軟件流程框圖，并對(duì)其中單片機(jī)的需要的外設(shè)進(jìn)行了初始化，對(duì)LCD的顯示程序進(jìn)行了編寫，溫度傳感器DHT11、BMP180大氣壓強(qiáng)傳感器、以及PM2.5的GP2Y1014U的數(shù)據(jù)獲取程序進(jìn)行了編寫。第5章節(jié)便攜式野外環(huán)境檢測(cè)儀的硬件及軟件調(diào)試，并對(duì)空氣中的四種指標(biāo)進(jìn)行了測(cè)試驗(yàn)證。

第2章系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)本章節(jié)將對(duì)本文設(shè)計(jì)的便攜式野外環(huán)境檢測(cè)儀的系統(tǒng)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)和說(shuō)明，并對(duì)方案中的重要組成模塊進(jìn)行詳細(xì)闡述，包括系統(tǒng)的核心單片機(jī)以及使用的傳感器進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。2.１系統(tǒng)方案檢測(cè)儀器一般包括需要獲取檢測(cè)對(duì)象的傳感器，例如，需要檢測(cè)溫度，就需要溫度傳感器，本設(shè)計(jì)需要檢測(cè)的包括三種環(huán)境指標(biāo)，溫度、濕度、大氣壓強(qiáng)以及空氣中的PM2.5。根據(jù)檢測(cè)任務(wù)可以選擇本設(shè)計(jì)需要傳感器設(shè)備。使用GP2Y1014U檢測(cè)PM2.5，DHT11溫濕度傳感器檢測(cè)溫度和濕度，使用BMP180大氣壓強(qiáng)傳感器空氣的大氣壓。檢測(cè)對(duì)應(yīng)的結(jié)果需要顯示，根據(jù)方案設(shè)計(jì)，本設(shè)計(jì)選用LCD顯示屏，具體型號(hào)為L(zhǎng)CD1602。主控芯片選用經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的STC89C52單片機(jī)。完成以上器件選型后，本文設(shè)計(jì)的便攜式野外環(huán)境檢測(cè)儀的系統(tǒng)方案如圖2-1所示。圖2-1便攜式野外環(huán)境檢測(cè)儀的系統(tǒng)方案根據(jù)圖2-1可知，本文設(shè)計(jì)的便攜式野外環(huán)境檢測(cè)儀通過(guò)三個(gè)傳感器將四項(xiàng)空氣指標(biāo)實(shí)時(shí)檢測(cè)并顯示在LCD屏上。為了自動(dòng)提醒使用者，設(shè)計(jì)中加入報(bào)警功能，即系統(tǒng)可設(shè)計(jì)每項(xiàng)指標(biāo)的閾值，當(dāng)檢測(cè)的指標(biāo)超過(guò)閾值時(shí)，這時(shí)有對(duì)應(yīng)項(xiàng)的LED燈輸出，并有蜂鳴器報(bào)警聲提示。這個(gè)過(guò)程需要蜂鳴器和LED等完成，根據(jù)圖2-1可以將便攜式野外環(huán)境檢測(cè)儀的工作流程簡(jiǎn)要概述為，當(dāng)系統(tǒng)開始工作后，此時(shí)四項(xiàng)檢測(cè)數(shù)據(jù)會(huì)在LCD上顯示，并且實(shí)時(shí)更新。當(dāng)某一項(xiàng)數(shù)據(jù)超過(guò)設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，此時(shí)蜂鳴器輸出報(bào)警，并且對(duì)應(yīng)的LED紅燈會(huì)被點(diǎn)亮，起到提示的作用。如果需要修改四項(xiàng)中的設(shè)定值時(shí)，可通過(guò)按鍵模塊操作，通過(guò)長(zhǎng)按按鍵可取消蜂鳴器輸出。2.2單片機(jī)STC89C52本文設(shè)計(jì)的便攜式野外環(huán)境檢測(cè)系統(tǒng)采用以單片機(jī)控制為核心的控制系統(tǒng)。單片機(jī)技術(shù)發(fā)展越來(lái)越普及，目前應(yīng)用非常廣泛，基本上生活中的電子設(shè)備使用的控制技術(shù)都離不開單片機(jī)技術(shù)。目前單片機(jī)廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)的產(chǎn)品中。目前，單片機(jī)在儀器測(cè)量行業(yè)領(lǐng)域、醫(yī)療電子設(shè)備、智能家用電器設(shè)備以及工業(yè)控制領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛，市面上很多產(chǎn)品都是以單片機(jī)作為主控芯片。智能儀器領(lǐng)域中，因?yàn)閱纹瑱C(jī)體積較小，在工作時(shí)功耗低，控制和運(yùn)算能力強(qiáng)大，并且方便擴(kuò)展使用，目前在智能儀器領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。配合不同的傳感器可以設(shè)計(jì)出不同的檢測(cè)儀器。配合AD采樣芯片可設(shè)計(jì)用于測(cè)試電壓的儀器。配合精密采樣電阻或者霍爾傳感器，設(shè)計(jì)電流的檢測(cè)儀器；配合DHT11溫濕度傳感器，設(shè)計(jì)溫濕度檢測(cè)儀器，其他很多物理量的測(cè)量都可以通過(guò)傳感器加上單片機(jī)的方案實(shí)現(xiàn)。在工業(yè)控制領(lǐng)域中，目前像很多機(jī)電設(shè)備，電機(jī)控制器等都是使用的單片機(jī)，因?yàn)閱纹瑱C(jī)體積較小，在工作時(shí)功耗低，控制和運(yùn)算能力強(qiáng)大，并且方便擴(kuò)展使用。在電機(jī)控制中，單片機(jī)外設(shè)豐富，主頻高，運(yùn)算能力強(qiáng)大，可以實(shí)現(xiàn)精確的控制。工業(yè)設(shè)備中，目前很多國(guó)產(chǎn)PLC系統(tǒng)、機(jī)器人控制系統(tǒng)、電梯控制系統(tǒng)以及變頻器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)都是應(yīng)用單片機(jī)作為主控芯片進(jìn)行穩(wěn)定準(zhǔn)確的控制。在家用電器領(lǐng)域，生活中只要用到的電器需要用到控制的基本上都使用了單片機(jī)。家家戶戶都需要用到的空調(diào)，就是通過(guò)單片機(jī)獲取溫度傳感器的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)溫度的控制。家用掃地機(jī)器人、智能教育機(jī)器人以及微波爐等，都是單片機(jī)作為主控芯片進(jìn)行智能控制。目前生活中幾乎所有的電子產(chǎn)品都會(huì)有單片機(jī)集成的模塊，手機(jī)，目前幾乎人手一部，手機(jī)的系統(tǒng)里至少有兩個(gè)及以上單片機(jī)集成的模塊。汽車作為出行工具，在汽車的控制系統(tǒng)中，至少有50多個(gè)單片機(jī)模塊。高鐵系統(tǒng)中，至少上百個(gè)單片機(jī)模塊工作。因此，單片機(jī)無(wú)論在任何領(lǐng)域，都有非常廣泛的應(yīng)用。本設(shè)計(jì)選用的單片機(jī)主控芯片是STC89C52，STC89C52的FLASH大小為8KByte，存儲(chǔ)EEPROM為4KByte，STC89C52是一種非常普及的單片機(jī)，8位的處理器架構(gòu)，IO數(shù)目達(dá)到了32個(gè)，3個(gè)16位的定時(shí)器或計(jì)數(shù)器模塊，4個(gè)外部中斷，是一種低功耗的控制芯片，目前在市面上用的非常多，并且在高校的很多電子競(jìng)賽都是使用此種芯片。這種芯片的開發(fā)資料多，教學(xué)視頻非常齊全，因此選擇此類單片機(jī)，對(duì)于本系統(tǒng)的開發(fā)非常方便。本設(shè)計(jì)采用STC89C52單片機(jī)，2.3數(shù)據(jù)顯示LCD1602LCD1602液晶顯示屏目前在電子設(shè)備上應(yīng)用非常廣泛。LCD1602是一種字符型顯示的液晶顯示模塊，它由多個(gè)模塊集成組合，主要由用于顯示的字符液晶顯示屏、接收MCU指令的控制和驅(qū)動(dòng)的電路以及擴(kuò)展驅(qū)動(dòng)電路，將結(jié)構(gòu)件以及對(duì)應(yīng)的電阻和電容就組成了LCD1602液晶顯示模塊。針對(duì)不同廠家生產(chǎn)的LCD1602所采用的芯片會(huì)有差異,但是目前市面上的所有LCD1602的但使用方法都是同一種方式的。在目前市場(chǎng)上,為了降低模塊的成本,很多都是直接將LCD構(gòu)成部分做到板子上。LCD顯示的原理是液晶顯示由很多個(gè)顯示單元組成在一起顯示。例如LCD顯示屏一共有64行，總共128列，因?yàn)?個(gè)字節(jié)對(duì)應(yīng)8列，那么一行需要的字節(jié)數(shù)128/8=16，即一行對(duì)應(yīng)16個(gè)字節(jié)，整個(gè)LCD對(duì)應(yīng)16*64=1024個(gè)字節(jié)。根據(jù)行列的坐標(biāo)，每個(gè)字節(jié)負(fù)責(zé)控制對(duì)應(yīng)位置的亮暗。LCD1602一般有兩種，背光和不背光，主要是在晚上無(wú)燈光時(shí)系統(tǒng)是否需要通過(guò)LCD顯示。LCD總共有16個(gè)引腳，每個(gè)引腳都有不同的功能。其中引腳1接地，作為電源5V的地接入，是LCD1602與電源工地，避免電源影響顯示屏工作。引腳2與引腳1配合使用，引腳2是接直流5V電源，主要給模塊供電，因此，引腳1和2是作為模塊的電源線引腳。引腳3主要用于調(diào)整LCD屏的亮度，模塊根據(jù)接入的電平實(shí)現(xiàn)LCD屏亮度的調(diào)整，當(dāng)接入5V時(shí)，此時(shí)LCD屏幕亮度最弱，將引腳3直接接地，則LCD亮度最強(qiáng)，在設(shè)計(jì)LCD模塊時(shí)，為了將LCD亮度調(diào)整合適，一般都接一個(gè)電阻電位器進(jìn)行調(diào)整，通過(guò)調(diào)整阻值從而實(shí)現(xiàn)對(duì)LCD模塊亮度的調(diào)節(jié)。引腳4為L(zhǎng)CD模塊的寄存器操作引腳，當(dāng)引腳4接高電平時(shí)，此時(shí)LCD工作在數(shù)據(jù)寄存器模式，當(dāng)引腳4接低電平時(shí)，LCD工作在指令寄存器模式，因此，單片機(jī)通過(guò)控制引腳4的電平實(shí)現(xiàn)對(duì)LCD寄存器模式的控制。引腳5為讀或?qū)懙男盘?hào)線，LCD模塊根據(jù)引腳5的電平實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的寫入或數(shù)據(jù)傳出。當(dāng)引腳5為高電平時(shí)，此時(shí)可對(duì)LCD進(jìn)行讀操作，為低電平時(shí)，對(duì)LCD進(jìn)行寫操作。因此，當(dāng)需要對(duì)LCD進(jìn)行數(shù)據(jù)或指令的讀或者寫操作時(shí)，MCU可操作引腳4和5實(shí)現(xiàn)對(duì)LCD模塊的操作。引腳6主要是使能LCD模塊執(zhí)行相應(yīng)指令，當(dāng)引腳6有下降沿發(fā)生時(shí)，LCD模塊執(zhí)行控制系統(tǒng)的命令，即更新顯示內(nèi)容。引腳7至引腳14，這8個(gè)引腳主要用于數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆较蚴请p向的，MCU如果與LCD傳輸數(shù)據(jù)，就是通過(guò)這8個(gè)引腳進(jìn)行并行傳輸數(shù)據(jù)。MCU控制LCD1602需要使用模塊的命令進(jìn)行寫或者讀操作，因此，LCD1602的具體命令由引腳4、5以及7~14控制，則可概括為指令為10位的二進(jìn)制數(shù)字，即引腳4、5、14~7為BIT9~BIT0，具體命令如下所示。清屏指令，用于清除LCD的顯示內(nèi)容，執(zhí)行此指令后LCD顯示內(nèi)容全部被清除，并且光標(biāo)會(huì)自動(dòng)復(fù)位到初始坐標(biāo)00H處。清屏指令是“01H”。當(dāng)MCU像LCD模塊發(fā)送01H指令時(shí)，LCD會(huì)執(zhí)行清屏指令。光標(biāo)復(fù)位指令，用于復(fù)位光標(biāo)到初始坐標(biāo)00H處。復(fù)位指令碼為“00H”。輸入方式設(shè)置指令，用來(lái)控制光標(biāo)移動(dòng)的方向以及顯示內(nèi)容的移動(dòng)。主要由BIT0~BIT2實(shí)現(xiàn)命令的控制。BIT2為1，BIT1控制光標(biāo)的移動(dòng)方向，高則向右移動(dòng)，低則向左移動(dòng)。BIT0表示整體顯示內(nèi)容是否跟隨光標(biāo)移動(dòng)，高則跟隨光標(biāo)移動(dòng)，低則不移動(dòng)。顯示開關(guān)控制命令，用于控制LCD顯示屏是否顯示內(nèi)容。由BIT0~BIT3控制顯示開關(guān)控制命令。BIT3為1，BIT2控制顯示內(nèi)容是否顯示，BIT2位1時(shí)顯示，為0時(shí)關(guān)閉顯示。BIT1用于控制光標(biāo)是否顯示，為1則顯示，為0則關(guān)閉光標(biāo)功能。BIT0用于控制光標(biāo)是否閃爍，為1閃爍，為0則關(guān)閉光標(biāo)閃爍。光標(biāo)或字符移位控制指令，由BIT0~BIT4控制，BIT4為1，BIT3控制移位，為1時(shí)移動(dòng)顯示的字符，為0時(shí)移動(dòng)光標(biāo)。功能設(shè)置指令，用于設(shè)置LCD模塊是幾位數(shù)據(jù)通信，由BIT0~BIT5控制，BIT5為1，當(dāng)BIT4為1時(shí)，LCD模塊為4位數(shù)據(jù)通信模塊，當(dāng)BIT4為0時(shí)，LCD模塊為8位數(shù)據(jù)通信。2.4溫濕度檢測(cè)DHT11DHT11是一種既可以測(cè)量溫度又可以獲取當(dāng)前濕度的傳感器內(nèi)部集成了控制芯片和溫度以及濕度檢測(cè)單元。相比于DS18B20對(duì)于溫度的檢測(cè)，DHT11的檢測(cè)范圍以及精度相對(duì)比較低，但是作為本系統(tǒng)測(cè)量環(huán)境的溫度，DHT11的測(cè)量范圍和精度已經(jīng)達(dá)到了使用要求。DHT11和DS18B20一樣，都是以數(shù)字信號(hào)的方式將測(cè)量結(jié)果傳輸給主控芯片。DHT11的測(cè)量最低溫度為0度，最高溫度為50度，誤差為2度左右。濕度的測(cè)量最低為20%RH，最高為90%RH，誤差為5%以內(nèi)。DHT11總共四個(gè)引腳，其中引腳1為電源VCC輸入，模塊正常工作的電源的輸入范圍為3~5.5V引腳4為接GND，引腳3懸空，引腳2為數(shù)據(jù)傳輸引腳，在進(jìn)行電路設(shè)計(jì)時(shí)需要在引腳2上進(jìn)行上拉，一般上拉電阻為5K。由于DHT11與單片機(jī)系統(tǒng)通過(guò)一個(gè)IO串口通信，因此時(shí)序約束相對(duì)嚴(yán)格。在單片機(jī)要獲取DHT11數(shù)據(jù)時(shí)，單片機(jī)先發(fā)送一個(gè)復(fù)位的信號(hào)給DHT11，DHT11收到復(fù)位命令后立即從低功耗模式切換為工作模式，然后發(fā)送響應(yīng)信號(hào)給單片機(jī)，高速單片機(jī)復(fù)位完成。然后DHT11會(huì)主動(dòng)把總線拉高，就是為了提示單片機(jī)準(zhǔn)備發(fā)送數(shù)據(jù)。DHT11發(fā)送一次完整的數(shù)據(jù)是40bit，按照MSB的方式傳輸數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)的傳輸是按照8個(gè)bit進(jìn)行傳輸，總共5個(gè)byte,第一個(gè)byte是溫度的整數(shù)部分，第二個(gè)byte是溫度的小數(shù)部分，第三個(gè)byte是濕度的整數(shù)部分，第四個(gè)byte是濕度的小數(shù)部分，第五個(gè)byte是和檢驗(yàn)方式的結(jié)果。DHT11復(fù)位完成后時(shí)刻等待單片機(jī)發(fā)送獲取數(shù)據(jù)指令，在單片機(jī)復(fù)位完成指令發(fā)送完成后，DHT11會(huì)采集當(dāng)前的溫度和濕度數(shù)據(jù)，然后等著單片機(jī)的讀取數(shù)據(jù)指令，如果一定時(shí)間沒有收到單片機(jī)的讀取數(shù)據(jù)指令，DHT11會(huì)從工作模式切換為低功耗模式。DHT11的復(fù)位信號(hào)是單片機(jī)通過(guò)IO將數(shù)據(jù)總線拉低至少達(dá)到18ms，之后單片機(jī)將IO拉高時(shí)間達(dá)到30us，這時(shí)DHT11就會(huì)進(jìn)入復(fù)位模式。在復(fù)位完成后DHT11會(huì)采集當(dāng)前環(huán)境的溫度和濕度信息，并且會(huì)向單片機(jī)發(fā)送復(fù)位完成信號(hào)，DHT11會(huì)將IO拉低80us，高速單片機(jī)響應(yīng)完成復(fù)位信號(hào)，然后DHT11將IO拉低80us后開始主動(dòng)傳輸數(shù)據(jù)。主機(jī)發(fā)送復(fù)位信號(hào)DHT11的初始化過(guò)程同樣分為復(fù)位信號(hào)和響應(yīng)信號(hào)。首先主機(jī)拉低總線至少18ms，然后再拉高總線，延時(shí)20~40us，取中間值30us，此時(shí)復(fù)位信號(hào)發(fā)送完畢。2.5PM2.5檢測(cè)GP2Y1014UGP2Y1014AU0F是一種檢測(cè)粉塵的傳感器，內(nèi)部由發(fā)光二極管和光電晶體管組成，通過(guò)檢測(cè)到灰塵的發(fā)射光，從而實(shí)現(xiàn)塵土的檢測(cè)。這類傳感器一般用于空氣凈化系統(tǒng)，檢測(cè)精度可達(dá)到0.8um，像煙霧、花粉以及房屋粉塵等都可以檢測(cè)到。這類傳感器體積小巧，質(zhì)量比較輕，安裝方便，在空氣凈化設(shè)備以及凈化空氣空調(diào)設(shè)備上應(yīng)用非常廣泛。GP2Y1014AU0F傳感器是國(guó)際公司夏普開發(fā)的一款傳感器，在傳感器中間有個(gè)洞，空氣可以流過(guò)，通過(guò)紅外光發(fā)射的光線，傳感器的光電晶體部分接收到紅外光線，當(dāng)光線因?yàn)榭諝庵械姆蹓m受阻，此時(shí)光電接收的紅外線會(huì)發(fā)生變化，從而使傳感器的輸出電壓發(fā)生變化，達(dá)到測(cè)試粉塵濃度的目的。傳感器的正常供電電壓范圍在5~7V，正常工作的溫度最低可達(dá)到零下10度，最高為65度，檢測(cè)的粉塵最小體積可到達(dá)直徑為0.8微米，傳感器的靈敏度為0.5V/(0.1mg/m3)，即輸出電壓變化0.5V的時(shí)候，粉塵濃度變化為0.1mg/m3。本系統(tǒng)利用GP2Y1014AU0F進(jìn)行PM2.5的測(cè)量。傳感器GP2Y1014U有6個(gè)引腳，其中引腳1和6為電源輸入引腳，2,4一般接GND，2引腳是控制傳感器LED燈的，提示模塊正常工作，5引腳是模擬數(shù)據(jù)結(jié)果的輸出。2.6大氣壓檢測(cè)BMP180BMP180是一種精度非常高的壓力傳感器，屬于超低功耗的電子產(chǎn)品，目前在很多便攜式設(shè)備上使用，移動(dòng)電話，GPS導(dǎo)航以及一些戶外設(shè)備。此類傳感器不僅可以測(cè)試環(huán)境的壓力，還可以測(cè)試溫度，本系統(tǒng)已經(jīng)使用了DHT11進(jìn)行溫度測(cè)量，因此只用BMP180進(jìn)行大氣壓的測(cè)量。BMP180傳感器總共4個(gè)引腳，其中引腳1為電源VCC輸入，給傳感器供電，傳感器的正常工作電壓在1.8~3.6V，2引腳接GND，引腳3和4為通訊接口。BMP180功耗很低，為5uA,測(cè)量的精度很高，達(dá)到了0.06hpa.單片機(jī)通過(guò)IIC通信方式獲取BMP180的數(shù)據(jù)，BMP180工作的流程為開始工作，BMP180開始測(cè)量溫度，等待4.5us后，單片機(jī)讀取溫度，然后BMP180開始測(cè)量壓力，等待一段時(shí)間，單片機(jī)讀取壓力。單片機(jī)通過(guò)IIC讀取操作BMP工作，當(dāng)模塊啟動(dòng)后，單片機(jī)系統(tǒng)發(fā)送地址寫入和寄存器地址信息，當(dāng)BMP180收到數(shù)據(jù)后，每收到8個(gè)數(shù)據(jù)位會(huì)自動(dòng)給單片機(jī)系統(tǒng)回復(fù)一個(gè)“確認(rèn)”，當(dāng)單片機(jī)系統(tǒng)在最后發(fā)送“確認(rèn)”后整個(gè)過(guò)程發(fā)送完成。讀取傳感器的壓力值，需要通過(guò)單片機(jī)發(fā)送對(duì)應(yīng)的命令，即讀取傳感器寄存器0xAA至0xBF的數(shù)據(jù)，通過(guò)發(fā)送0xF6或者0xF7控制數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞綖镸SB還是LSB。本章小結(jié)本章節(jié)設(shè)計(jì)了便攜式野外環(huán)境檢測(cè)儀系統(tǒng)方案，方案組成模塊包括主控芯片STC單片機(jī)，LCD顯示，三個(gè)傳感器，按鍵，蜂鳴器以及LED燈，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的工作流程進(jìn)行了概述，并對(duì)系統(tǒng)中的每個(gè)模塊工作原理進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。

第3章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)本章節(jié)在設(shè)計(jì)的系統(tǒng)方案基礎(chǔ)上，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的電路進(jìn)行總體設(shè)計(jì)，并且對(duì)系統(tǒng)的各個(gè)模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)分析，其中針對(duì)單片機(jī)的最小系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)也對(duì)傳感器的數(shù)據(jù)傳輸電路進(jìn)行了設(shè)計(jì)和分析。3.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案根據(jù)第2章節(jié)的便攜式野外環(huán)境檢測(cè)儀系統(tǒng)方案可得到系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)方案包括了主控芯片STC89C52及外圍的最小系統(tǒng)電路，LCD顯示電路，溫濕度DHT11傳感器電路、PM2.5檢測(cè)GP2Y1014U傳感器電路、大氣壓檢測(cè)BMP180電路、蜂鳴器輸出電路、LED驅(qū)動(dòng)電路以及按鍵電路。最小系統(tǒng)電路主要是保證主控芯片STC89C52正常工作。LCD顯示電路主要用于采集到的數(shù)據(jù)結(jié)果顯示，可以實(shí)時(shí)顯示溫度、濕度、大氣壓以及PM2.5含量的數(shù)據(jù)結(jié)果，從而使用戶可以直觀的知道天氣質(zhì)量情況。三個(gè)傳感器主要用于檢測(cè)外界空氣的測(cè)試指標(biāo)數(shù)據(jù)，最后傳給單片機(jī)。按鍵電路作為用戶唯一一個(gè)可操作系統(tǒng)的輸入接口，主要用于更改空氣測(cè)試指標(biāo)的報(bào)警閾值。蜂鳴器以及LED電路用于空氣指標(biāo)超標(biāo)報(bào)警，當(dāng)任一指標(biāo)超標(biāo)，蜂鳴器工作，蜂鳴提示，四個(gè)LED燈中超標(biāo)項(xiàng)對(duì)應(yīng)的LED被點(diǎn)亮，從而用戶可以直觀的知道哪個(gè)指標(biāo)超標(biāo)，幫助用戶可以進(jìn)行對(duì)應(yīng)的預(yù)防措施。主控芯片STC89C52主要用于讀取三個(gè)傳感器數(shù)據(jù)，將采集得到數(shù)據(jù)根據(jù)手冊(cè)資料描述的關(guān)系轉(zhuǎn)換為使用者能直觀看懂的數(shù)據(jù)后，操作LCD實(shí)時(shí)顯示直觀的測(cè)試數(shù)據(jù)。主控芯片通過(guò)IO檢測(cè)按鍵的動(dòng)作，從而完成參數(shù)報(bào)警值的修改以及參數(shù)修改對(duì)象的切換。主控芯片通過(guò)讀取傳感器的數(shù)據(jù)與設(shè)定的各項(xiàng)指標(biāo)報(bào)警值作比較，從而通過(guò)IO控制LED以及蜂鳴器實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能。3.2STC89C52最小系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng)包括電源系統(tǒng)，復(fù)位電路晶振電路以及程序下載口。電源系統(tǒng)，主控芯片主要是通過(guò)3.3V供電，因此在電路設(shè)計(jì)時(shí)需要通過(guò)電源轉(zhuǎn)換專用芯片使主控芯片獲得相應(yīng)的工作電源，單片機(jī)的3.3V電源電路具體如圖3-1所示。復(fù)位電路，就是當(dāng)系統(tǒng)在上電的過(guò)程中可以控制CPU重啟，或者通過(guò)引出復(fù)位按鈕進(jìn)行系統(tǒng)復(fù)位。復(fù)位就是為了是系統(tǒng)完全啟動(dòng)完成后CPU開始工作，防止CPU在系統(tǒng)處于不確定狀態(tài)時(shí)，錯(cuò)誤的接收或者發(fā)送指令，從而導(dǎo)致系統(tǒng)誤操作，因此復(fù)位可以保證系統(tǒng)正常的工作。圖3-1電源轉(zhuǎn)換電路圖任何電子產(chǎn)品或者控制系統(tǒng)用到單片機(jī)作為主控芯片，都需要設(shè)計(jì)復(fù)位電路，從而確保整個(gè)電路正常工作。復(fù)位電路設(shè)計(jì)的水平直接影響了系統(tǒng)工作時(shí)的可靠性。有時(shí)系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)了程序跑飛或者程序無(wú)緣無(wú)故自動(dòng)啟動(dòng)，其中有部分原因是因?yàn)橄到y(tǒng)復(fù)位電路設(shè)計(jì)有問題導(dǎo)致的。系統(tǒng)電路在剛上電時(shí)都需要對(duì)電路進(jìn)行復(fù)位的操作，復(fù)位操作后單片機(jī)就是重新開始工作。主要作用就是防止系統(tǒng)運(yùn)行混亂。當(dāng)系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中，出現(xiàn)復(fù)位，系統(tǒng)的程序就要重新開始運(yùn)行。目前在程序中結(jié)合硬件常用的復(fù)位方式就是看門狗復(fù)位，目前很多單片機(jī)都有看門狗這個(gè)模塊，就是當(dāng)系統(tǒng)程序運(yùn)行時(shí)，每隔一段時(shí)間就會(huì)自動(dòng)喂狗，一旦程序跑死機(jī)了，看門狗模塊沒有檢測(cè)到喂狗，看門狗系統(tǒng)就會(huì)強(qiáng)制重啟系統(tǒng)，使程序重新運(yùn)行。系統(tǒng)CPU復(fù)位主要有上電復(fù)位、看門狗復(fù)位、掉電復(fù)位以及外部電路復(fù)位。上電復(fù)位就是系統(tǒng)每次在上電時(shí)系統(tǒng)會(huì)進(jìn)行復(fù)位操作，系統(tǒng)在上電過(guò)程中，系統(tǒng)的電源是逐步建立的過(guò)程，在此過(guò)程中，系統(tǒng)各電路模塊都會(huì)進(jìn)行初始化，單片機(jī)系統(tǒng)也會(huì)進(jìn)行初始化，整個(gè)程序都是重新開始運(yùn)行。上電復(fù)位上電復(fù)位就是直接給產(chǎn)品上電，電源上電的過(guò)程是逐漸上升的曲線過(guò)程，這個(gè)過(guò)程不是瞬間的完成的，一上電時(shí)候系統(tǒng)進(jìn)行初始化，此時(shí)振蕩器開始工作并提供系統(tǒng)時(shí)鐘，系統(tǒng)正常工作?？撮T狗復(fù)位，看門狗定時(shí)器CPU內(nèi)部系統(tǒng)，它是一個(gè)自振式的RC振蕩定時(shí)器，與外圍電路無(wú)關(guān)，也與CPU主時(shí)鐘無(wú)關(guān)，只要開啟看門狗功能也能保持計(jì)時(shí)，該溢出時(shí)候也會(huì)溢出，并產(chǎn)生復(fù)位。 在程序設(shè)計(jì)時(shí)一般控制系統(tǒng)都會(huì)增加看門狗復(fù)位的功能，防止系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)的bug導(dǎo)致程序跑飛或者進(jìn)入死循環(huán)中。在系統(tǒng)初始化時(shí)開啟看門狗功能初始化，這個(gè)過(guò)程會(huì)定義多長(zhǎng)時(shí)間不給看門狗發(fā)送信號(hào)，系統(tǒng)就會(huì)進(jìn)入看門狗初始化。在程序設(shè)計(jì)中，一般大概100ms系統(tǒng)會(huì)給看門狗模塊一個(gè)信號(hào)，簡(jiǎn)稱“喂狗的過(guò)程”，如果程序正常運(yùn)行，每隔100ms系統(tǒng)會(huì)喂一次狗，但是如果系統(tǒng)進(jìn)入死循環(huán)后，看門狗模塊沒有收到喂狗信號(hào)，并且累加時(shí)間超過(guò)了看門狗模塊的設(shè)定時(shí)間，看門狗模塊就會(huì)強(qiáng)制重啟系統(tǒng)，使系統(tǒng)重新開始運(yùn)行程序。因此看門狗復(fù)位主要是用于針對(duì)軟件設(shè)計(jì)bug導(dǎo)致的死機(jī)問題。 外圍電路復(fù)位是一種用戶可操作的強(qiáng)制復(fù)位方式，當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)部不能復(fù)位時(shí)可用此方式。整個(gè)電路設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，就是使用RC電路，如下圖3-3所示，當(dāng)按鍵按下電路接通后，連接到系統(tǒng)的復(fù)位信號(hào)RST被強(qiáng)制拉高，此時(shí)系統(tǒng)檢測(cè)到復(fù)位引腳低電平，系統(tǒng)進(jìn)入復(fù)位操作，當(dāng)松開按鍵后系統(tǒng)結(jié)束復(fù)位操作，系統(tǒng)正常運(yùn)行。本系統(tǒng)為了方便執(zhí)行復(fù)位操作，設(shè)計(jì)采用外圍電路復(fù)位，如圖3-2所示。圖3-2復(fù)位電路圖當(dāng)按鍵被按下時(shí)，單片機(jī)檢測(cè)到RST引腳為低電平，系統(tǒng)進(jìn)入復(fù)位操作，當(dāng)按鍵被釋放開后，系統(tǒng)檢測(cè)到RST恢復(fù)高電平，系統(tǒng)結(jié)束復(fù)位操作，進(jìn)入正常啟動(dòng)狀態(tài)。晶振電路也可以被稱為整個(gè)系統(tǒng)的時(shí)鐘電路，芯片的工作時(shí)鐘參考一般都是由晶振提供的，整個(gè)系統(tǒng)的工作時(shí)鐘都是由晶振提供，例如延時(shí)多長(zhǎng)時(shí)間，系統(tǒng)運(yùn)算指令的機(jī)械周期，都是由晶振決定的。因此，時(shí)鐘相當(dāng)于控制系統(tǒng)的心臟，對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行提供了非常重要的作用。本設(shè)計(jì)選用的晶振參考芯片手冊(cè)推薦，選用11.0592MHZ的晶振。時(shí)鐘電路如圖3-3所示。圖3-3晶振電路圖以上是對(duì)本設(shè)計(jì)以STC89C52主控芯片為核心的最小系統(tǒng)電路，綜上所述，得到STC89C52芯片的為核心的最小系統(tǒng)電路圖如3-4所示。圖3-4單片機(jī)最小系統(tǒng)3.3傳感器檢測(cè)電路3.3.1溫濕度檢測(cè)電路溫濕度傳感器檢測(cè)電路主要采用DHT11型號(hào)傳感器，DHT11有四個(gè)引腳，1引腳為輸入電源，一般為3~5.5V，2引腳為串行數(shù)據(jù)引腳，主要用于數(shù)據(jù)的輸入輸出，3為空引腳，暫時(shí)不接任何信號(hào)，4接GND。因此設(shè)計(jì)溫濕度傳感器檢測(cè)電路如下圖3-6所示。單片機(jī)STC89C52通過(guò)P17引腳與DHT11通信，DHT11與單片機(jī)系統(tǒng)通過(guò)一個(gè)IO串口通信，因此時(shí)序約束相對(duì)嚴(yán)格。在單片機(jī)要獲取DHT11數(shù)據(jù)時(shí)，單片機(jī)先發(fā)送一個(gè)復(fù)位的信號(hào)給DHT11，DHT11收到復(fù)位命令后立即從低功耗模式切換為工作模式，然后發(fā)送響應(yīng)信號(hào)給單片機(jī)，高速單片機(jī)復(fù)位完成。然后DHT11會(huì)主動(dòng)把總線拉高，就是為了提示單片機(jī)準(zhǔn)備發(fā)送數(shù)據(jù)。DHT11發(fā)送一次完整的數(shù)據(jù)是40bit，按照MSB的方式傳輸數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)的傳輸是按照8個(gè)bit進(jìn)行傳輸，總共5個(gè)byte,第一個(gè)byte是溫度的整數(shù)部分，第二個(gè)byte是溫度的小數(shù)部分，第三個(gè)byte是濕度的整數(shù)部分，第四個(gè)byte是濕度的小數(shù)部分，第五個(gè)byte是和檢驗(yàn)方式的結(jié)果。具體如圖3-5所示。圖3-5溫濕度傳感器電路DHT11復(fù)位完成后時(shí)刻等待單片機(jī)發(fā)送獲取數(shù)據(jù)指令，在單片機(jī)復(fù)位完成指令發(fā)送完成后，DHT11會(huì)采集當(dāng)前的溫度和濕度數(shù)據(jù)，然后等著單片機(jī)的讀取數(shù)據(jù)指令，如果一定時(shí)間沒有收到單片機(jī)的讀取數(shù)據(jù)指令，DHT11會(huì)從工作模式切換為低功耗模式。DHT11的復(fù)位信號(hào)是單片機(jī)通過(guò)IO將數(shù)據(jù)總線拉低至少達(dá)到18ms，之后單片機(jī)將IO拉高時(shí)間達(dá)到30us，這時(shí)DHT11就會(huì)進(jìn)入復(fù)位模式。在復(fù)位完成后DHT11會(huì)采集當(dāng)前環(huán)境的溫度和濕度信息，并且會(huì)向單片機(jī)發(fā)送復(fù)位完成信號(hào)，DHT11會(huì)將IO拉低80us，高速單片機(jī)響應(yīng)完成復(fù)位信號(hào)，然后DHT11將IO拉低80us后開始主動(dòng)傳輸數(shù)據(jù)。3.3.2PM2.5檢測(cè)電路PM2.5檢測(cè)電路包括了PM2.5檢測(cè)模塊GP2Y1014U以及AD采樣模塊ADC0832，整個(gè)電路的工作原理是PM2.5檢測(cè)傳感器將檢測(cè)到的PM2.5數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為模擬電壓的方式輸出，但是本設(shè)計(jì)選用的單片機(jī)不能直接采集模擬信號(hào)，因此本設(shè)計(jì)使用ADC0832采集PM2.5輸出的模擬數(shù)據(jù)，單片機(jī)通過(guò)讀取ADC0832的數(shù)據(jù)可得到PM2.5的含量。PM2.5檢測(cè)傳感器GP2Y1014U有6個(gè)引腳，其中引腳1和6為電源輸入引腳，2,4一般接GND，2引腳是控制傳感器LED燈的，提示模塊正常工作，5引腳是模擬數(shù)據(jù)結(jié)果的輸出。ADC0832有兩個(gè)AD通道，本系統(tǒng)只用到一路AD通道，PM2.5檢測(cè)模塊將模擬數(shù)據(jù)輸入ADC0832的0通道，ADC0832將輸入的模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)信號(hào)輸入到單片機(jī)中，因此設(shè)計(jì)的PM2.5檢測(cè)電路如下圖3-6所示。圖3-6PM2.5檢測(cè)電路如圖3-6，單片機(jī)通過(guò)讀取ADC0832的數(shù)據(jù)，獲得PM2.5的數(shù)據(jù)。ADC0832與單片機(jī)的接口應(yīng)為4條數(shù)據(jù)線，分別是CS、CLK、DO、DI。但由于DO端與DI端在通信時(shí)并未同時(shí)有效并與單片機(jī)的接口是雙向的，所以電路設(shè)計(jì)時(shí)可以將DO和DI并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用。當(dāng)ADC0832未工作時(shí)其CS輸入端應(yīng)為高電平，此時(shí)芯片禁用，CLK和DO/DI的電平可任意。當(dāng)要進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，須先將CS使能端置于低電平并且保持低電平直到轉(zhuǎn)換完全結(jié)束。此時(shí)芯片開始轉(zhuǎn)換工作，同時(shí)由處理器向芯片時(shí)鐘輸入端CLK輸入時(shí)鐘脈沖，DO/DI端則使用DI端輸入通道功能選擇的數(shù)據(jù)信號(hào)。在第1個(gè)時(shí)鐘脈沖的下沉之前DI端必須是高電平，表示起始信號(hào)。當(dāng)此2位數(shù)據(jù)為“1”、“0”時(shí)，只對(duì)CH0進(jìn)行單通道轉(zhuǎn)換。當(dāng)2位數(shù)據(jù)為“1”、“1”時(shí)，只對(duì)CH1進(jìn)行單通道轉(zhuǎn)換。當(dāng)2位數(shù)據(jù)為“0”、“0”時(shí)，將CH0作為正輸入端IN+，CH1作為負(fù)輸入端IN-進(jìn)行輸入。當(dāng)2位數(shù)據(jù)為“0”、“1”時(shí)，將CH0作為負(fù)輸入端IN-，CH1作為正輸入端IN+進(jìn)行輸入。到第3個(gè)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(shù)據(jù)輸出DO進(jìn)行轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的讀取。從第4個(gè)脈沖下沉開始由DO端輸出轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)最高位DATA7，隨后每一個(gè)脈沖下沉DO端輸出下一位數(shù)據(jù)。直到第11個(gè)脈沖時(shí)發(fā)出最低位數(shù)據(jù)DATA0，一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)輸出完成。也正是從此位開始輸出下一個(gè)相反字節(jié)的數(shù)據(jù)，即從第11個(gè)字節(jié)的下沉輸出DATA0。隨后輸出8位數(shù)據(jù)，到第19個(gè)脈沖時(shí)數(shù)據(jù)輸出完成，也標(biāo)志著一次A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)束。最后將CS置高電平禁用芯片，直接將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理就可以了。3.3.3大氣壓檢測(cè)電路本設(shè)計(jì)中大氣壓檢測(cè)模塊采用的是BMP180傳感器，該傳感器模塊有4個(gè)引腳，引腳1作為電源輸入，2引腳接地，3、4引腳作為IIC引腳與單片機(jī)通信。因此大氣壓檢測(cè)電路設(shè)計(jì)如下圖3-7所示。圖3-7大氣壓檢測(cè)電路如圖3-7，單片機(jī)通過(guò)IIC讀取操作BMP工作，BMP180工作的流程為開始工作，BMP180開始測(cè)量溫度，等待4.5us后，單片機(jī)讀取溫度，然后BMP180開始測(cè)量壓力，等待一段時(shí)間，單片機(jī)讀取壓力。當(dāng)模塊啟動(dòng)后，單片機(jī)系統(tǒng)發(fā)送地址寫入和寄存器地址信息，當(dāng)BMP180收到數(shù)據(jù)后，每收到8個(gè)數(shù)據(jù)位會(huì)自動(dòng)給單片機(jī)系統(tǒng)回復(fù)一個(gè)“確認(rèn)”，當(dāng)單片機(jī)系統(tǒng)在最后發(fā)送“確認(rèn)”后整個(gè)過(guò)程發(fā)送完成。讀取傳感器的壓力值，需要通過(guò)單片機(jī)發(fā)送對(duì)應(yīng)的命令，即讀取傳感器寄存器0xAA至0xBF的數(shù)據(jù)，通過(guò)發(fā)送0xF6或者0xF7控制數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞綖镸SB還是LSB。3.4其他模塊電路其他電路設(shè)計(jì)包括報(bào)警提示電路中的蜂鳴器以及LED電路，數(shù)據(jù)結(jié)果顯示LCD電路，設(shè)置報(bào)警閾值的按鍵電路。LCD顯示屏電路本設(shè)計(jì)選用的是LCD1602，模塊有16個(gè)引腳，其中8個(gè)引腳用于數(shù)據(jù)的并行傳輸。根據(jù)LCD1602的相關(guān)資料設(shè)計(jì)得到LCD顯示電路，LCD1602液晶模塊的控制都是通過(guò)指令來(lái)完成的。如讀/寫操作、顯示屏和光標(biāo)的處理，都通過(guò)相應(yīng)的指令編程操作LCD模塊的寄存器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。LCD1602模塊總共有8根數(shù)據(jù)線和3根控制線E，RS和R/W作為片選信號(hào)與單片機(jī)MCU相連后即可正常工作。一般產(chǎn)品開發(fā)應(yīng)用中只是通過(guò)數(shù)據(jù)線LCD1602中寫入命令和數(shù)據(jù)。因此，可將LCD1602的R/W讀/寫線的選擇控制端直接接地，這樣在電路設(shè)計(jì)時(shí)可節(jié)省1根數(shù)據(jù)線。VO引腳是調(diào)節(jié)液晶對(duì)比亮度的，需要連接一個(gè)2kΩ的電位器來(lái)實(shí)現(xiàn)液晶屏對(duì)比度的調(diào)整，或在確定亮度調(diào)整完成的前提下，用對(duì)應(yīng)阻值的電阻從該引腳接地的方法進(jìn)行調(diào)整，具體如圖3-8所示。圖3-8LCD顯示電路IO輸入輸出電路本系統(tǒng)IO輸入輸出電路包括了按鍵電路、LED驅(qū)動(dòng)電路以及蜂鳴器輸出電路 圖3-9IO輸入輸出電路如圖3-9，4個(gè)LED分別用于檢測(cè)指標(biāo)超出設(shè)定值時(shí)被點(diǎn)亮，通過(guò)單片機(jī)的IO控制，當(dāng)IO輸出低電平時(shí)，電路導(dǎo)通，LED點(diǎn)亮，LED高電平時(shí)LED熄滅。按鍵檢測(cè)通過(guò)單片機(jī)IO檢測(cè)，蜂鳴器是單片機(jī)IO控制三極管從而實(shí)現(xiàn)蜂鳴器的輸出。本章小結(jié)本章節(jié)設(shè)計(jì)了便攜式野外環(huán)境檢測(cè)儀硬件方案圖，整個(gè)硬件方案圖總共包含了9大模塊，然后分別針對(duì)這9大模塊進(jìn)行了分別的模塊化硬件詳細(xì)設(shè)計(jì)分析，其中詳細(xì)闡述了單片機(jī)的最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)，對(duì)三個(gè)傳感器的電路及相應(yīng)信號(hào)采集進(jìn)行了說(shuō)明，同時(shí)也對(duì)輔助電路進(jìn)行了分析。

第4章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)本章節(jié)針對(duì)系統(tǒng)的軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，并對(duì)相應(yīng)的子模塊進(jìn)行分析和闡述。整個(gè)系統(tǒng)的工作分為四大模塊，本章節(jié)完成了四個(gè)模塊單獨(dú)工作流程的任務(wù)剖析以及軟件流程的設(shè)計(jì)。4.1系統(tǒng)軟件流程圖整個(gè)系統(tǒng)的工作可以分為四大模塊，第一模塊是單片機(jī)讀取各傳感器的數(shù)據(jù)，第二模塊是單片機(jī)將讀取的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與設(shè)定值比較，從而執(zhí)行報(bào)警提示，第三大模塊是單片機(jī)控制LCD顯示結(jié)果，第四大模塊是單片機(jī)根據(jù)按鍵的操作完成各項(xiàng)指標(biāo)的閾值設(shè)定與修改。因此，可設(shè)計(jì)系統(tǒng)的軟件流程圖如下圖4-1所示。圖4-1軟件軟件流程圖系統(tǒng)軟件流程包括了真?zhèn)€系統(tǒng)的初始化，報(bào)警處理模塊，讀取傳感器數(shù)據(jù)，按鍵設(shè)定各項(xiàng)指標(biāo)的閾值以及LCD顯示結(jié)果。由于系統(tǒng)上電后，整個(gè)程序處于不斷循環(huán)，因此程序沒有退出，只有當(dāng)斷電后程序才停止執(zhí)行。4.2報(bào)警處理軟件流程設(shè)計(jì)報(bào)警處理工作流程主要包括對(duì)傳感器得到的四個(gè)數(shù)據(jù)與設(shè)定值實(shí)時(shí)比較，當(dāng)某一項(xiàng)超標(biāo)后，對(duì)應(yīng)的LED燈亮，并且蜂鳴器會(huì)蜂鳴提示，具體如圖4-2所示。圖4-2 報(bào)警處理軟件流程圖4.3傳感器程序流程圖本設(shè)計(jì)主要使用了三個(gè)傳感器測(cè)試，本小節(jié)主要針對(duì)其中PM2.5模塊以及溫濕度傳感器兩個(gè)模塊的軟件流程進(jìn)行設(shè)計(jì)。圖4-3PM2.5檢測(cè)程序流程圖如圖4-3為PM2.5檢測(cè)模塊程序框圖，單片機(jī)通過(guò)IO讀取ADC0832的數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)應(yīng)關(guān)系將得到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為PM2.5的可視化數(shù)據(jù)，獲取數(shù)據(jù)的程序流程根據(jù)ADC0832的時(shí)序說(shuō)明進(jìn)行設(shè)計(jì)。接下來(lái)是溫濕度傳感器檢測(cè)程序流程圖，DHT11是一種既可以測(cè)量溫度又可以獲取當(dāng)前濕度的傳感器內(nèi)部集成了控制芯片和溫度以及濕度檢測(cè)單元。相比于DS18B20對(duì)于溫度的檢測(cè)，DHT11的檢測(cè)范圍以及精度相對(duì)比較低，但是作為本系統(tǒng)測(cè)量環(huán)境的溫度，DHT11的測(cè)量范圍和精度已經(jīng)達(dá)到了使用要求。DHT11和DS18B20一樣，都是以數(shù)字信號(hào)的方式將測(cè)量結(jié)果傳輸給主控芯片。DHT11的測(cè)量最低溫度為0度，最高溫度為50度，誤差為2度左右。濕度的測(cè)量最低為20%RH，最高為90%RH，誤差為5%以內(nèi)。圖4-4溫濕度傳感器檢測(cè)程序流程圖如圖4-4為溫濕