空气质量检测系统.docx
物理与电子科学学院课程设计报告课程名称：电子匚程师创新实践题目：空气质量检测系统专业：.电子信息科学与技术成绩评定:评定内容权评定成绩工作态度0.1论文质量0.6工作创新0.2工作傩度0.1成绩：目录Airqua1.itymonitringsystemdesign空气质量检系统设计13总体3.1 系统总体柢柒设计.82jK4ft能4»4.1 STC89C52单片机.4.2 GP2Y1010AU0F*4.3 丽11温湿度传感叁4.4 AXO832模数转换号4.5 1.CD1602液晶显示.4.6 9盘模块4.7 声光报警模块5系筑软件设计5.1 主程序设计5.2 子程序设计6系姚重试6.1 n试方法6.2 冽试过程6.3 结论*4*空气质量检测系统设计，要：现今环境污染问遨H益严重,空气污染和空气质玳问遨.成了人们特别关注的热点.粉生浓度和温湿度是空气烦刑悔测的一项质要指标。该设计利用GP2YI0I0AU0F粉尘传感器、DHTI1.湿湿度传感器等将信号传输给AT89C52单片机，系统把海湿度的值和通过模数乂换把检溯到的粉尘浓度数值显示到1.CDI602显示屏上，同时具备闷他设猊功能,通过薄脱键盆设置阿伯，当测址的粉尘浓度或温湿度大于设置的阈侑时，界呵器和发光：极管发出声光报警。关健词：空气技敞检测：单片机；设计；阈倘Airqua1.itymonitoringsystemdesignAbstract：Nowadays,theprob1.emofenvimnmenta!po1.1.utionisbecomingmoreandmoreserious,andairpo1.1.utionandairqu<1.ityxob1.enshavebecomeahoispotofspecia1.concern.Dustconcemra(ionandtemperatureandhumidityarcanimportantindicatorofairqua1.itydetection.I1.icdesignusesGP2YI()10AU0Fdustsensor.DHT11temperatureandhumiditysensor,cc.totransmitsigna1.scoAT89C52sing1.e-chipmicrocomputer,(hesystemwi1.1.(hetemperatureandhumidityVa1.UCandthrough<tna1.ogo*digi(a1.conversionofthedetecteddusConoemrationva1.ue(o(he1.CD1602disp1.ay,andhasathresho1.dse1.1.ingfunc1.ion.throughthemembranekeypadIoseithethresho1.d,when(hemeasureddustconcentrationortemperatureandhumidityisgreaterthanthesetthresho1.d,thebuzzerand1.ight-emittingdiodesoundand1.ighta1.arm.Keywords：airqua1.itymonitoring;MCU;design;(hrcshoki空气质量检测系统设计1引言随着生产力的快速发展，工业化程度的不断提高，大气环境质量在不断卜降，空气污染变得越来越严重，粉尘浓度超标，全球变暧问题照待解决。粉尘是由直接排入空气中的一次微粒和空气中的气态污染物混合而成的更合型污染物。粉尘超标污染的空气可以直接进入支气管，诱发包括哮喘、支气管炎等多方面的疾病.因此，粉尘的检测变得越发重要，已成为空气环境污染的主要指标之一.温湿度参数是空气脑址的最基本参数,室内家居需要维持定的温湿度，人们才会感觉更舒适，由此可见，快速有效的对温湿度和粉尘浓度进行监测对实际生产生活具有重要意义。2设计要求设计一种堪于单片机的空气质量检测系统，能够实时检测室内环境温湿度、粉尘含量的信息，使用1.CD1.602液晶显示屏显示空气温度、湿度、粉尘浓度信息.除此之外,用户还可以通过按键模块设置温湿度和粉尘浓度的阈值，当温湿度和粉尘浓度超过设定阈值时，声光报警模块发出警报,从而提示用户及时改善空气质量。3系统总体方案3.1 系统总体框架设计本作品主要用到了单片机最小系统、传感器采集模块、按键模块、声光报警电路及显示模块。其中按键模块选用3*4犍盘模块,声光报警电路由无源蜂鸣器与1.ED结合三极管放大电路组成。针对单片机、传感胧采集模块及显示模块小组初步拟定三个方案,进行比较选择：方案：使用AT89C51单片机作为主控制器，传感器采集模块分别使用ZPHO1.粉尘传感涔、DS18B20温度传感器，显示模块选用1.CDI2864。该方案硬件框图如图1：图1方案一解决方案硬件枢图方案二:使用AT89C51单片机作为主控制器，传感器采集模块分别使用GP2Y1014AU粉尘传感器、DHT1.1.温度传感器，显示模块选用1.CDI602。该方案硬件框图如图2:电源9GP2Y1014AUI_、粉尘传感器1/ADC0832模数转换器DHT1.1.i1.JI度传感器34键盘模块n图2方案二解决方案硬件框图方案三：使用AT89C52单片机作为主控制器，传感器采集模块分别使用GP2Y1010AU0F粉尘传感涔、DHT1.I温度传感器，显示模块选用1.CD1.602。该方案硬件框图如图3：ADC0832模数转换器GP2Y1010AUOF粉尘传感器图3方案三解决方案硬件框图ZPHO1.粉尘传感器模块可检测直径1Um以上灰尘颗粒物且检测气体类型多，但价格较高，更换为GP2Y1014AU粉尘传感器：DS18B20温度传感器体积小，精度而，但只能测温度，更换为DHT1.I温湿度传感罂：1.CDI2864液晶显示信息量大，相当来说程序和电路都比较兔杂且价格较高，在本设计中，不需显示汉字图形等，显示的内容也较少，更换为字符型液晶，显示字母和数字比较方便的1.CD1.602显示模块。AT89C52作为增强型单片机，相较于AT89C51多个定时器等，避免了分时电用，编程更清晰，I1.AT89C52比AT89C51价格低，能有效节约成本，故单片机更换为AT89C52；GP2Y1014AU0F粉尘传感器难以买到，故用GP2Y1010AU0F代替。通过以上的三个方案比较可以看出采用方案三可以较好实现本次设计预期。3.2 系统仿真图e®®®图4仿真图4系统硬件设计4.1 STC89C52单片机本设计在选择单片机时主要从以下两个方面考虑：一、现代人的家居中电子类的产品特别多，在设计的过程中必须要避免其它电子产品对本设计的干扰：二、在设计的过程中，一方面考虑到了设计的空气质量监测仪的性能，另方面也考虑到了所购买硬件的成本。综合以上两个方面的号虎，选用了抗干扰能力强、性价比高的单片机STC89C52STC89C52单片机是由宏晶科技研发,具仃高速、低功耗、抗干扰能力强等优点的新代单片机，STC89C52单片机的指令系统能够完全兼容传统的8051单片机，并I1.有两种时钟周期可供用户选择，分别是12时钟的机器周期和6时钟的机器周期。其工作电压范围为5.5V3.3V或3.8V2.0V,工作频率范围为070MHz,相当于普通8051的080MHz,实际工作频率高达4848MHz。其次，52单片机的存储空间多于51堆片机。4.2 GP2Y1010AU0F传感器GP2Y1010AU0F是种粉尘传感罂系统,基工作原理基于光学传感的基础之上。红外发射二极管（IRED）和敏转换器呈对角排列在此设备匕它能够探测到空气中灰尘的反射光。特别是，可以有效的检测空气中非常细微的颗粒，比如说香烟的烟雾。此外，该传感器能够通过不同的电压波形来表示至内灰尘和烟雾，从而进行区分。图5GP2Y1010AU0F传感/实物图4.3 Dmi1.温湿度传感器DHTI1.数字温湿度传感器是一款含有己校准数字信号输出的温湿度夏合传感器,内部由个8位单片机控制个电B1.式感湿元件和个NTC测温元件。它既能检测温度乂能检测湿度，其温度测员范困为0-50C.误差在±2C:湿度的测盘范用为20-90RH（Re1.ativeHumidity）相对湿度一指空气中水汽压与饱和水汽片的百分比），误差在±5-H,DHT1.1.电路很简单，只需要将DOUt引脚连接胞片机的个I/O即可，不过该引脚需要上拉个5K的电阻，DHT1.1.的供电电压为35.5V.图6DHT11温湿度传感三5实物图ADC0832是种具有双通道的模拟数字转换芯片，由美国国家半导体公司生产研发的，经推出就因为其具有性价比高，兼容性强、体积小、转换速度快、稳定性强等优点被用户广泛使用，ADCO832具有8位分辨率，最大分辨率可达256级，能够满足殷用户对模拟显转换的需求。传感罂采集的数据可以通过ADC0832转换成单片机可以处理的数字量。图7ADC0832模锹弼换器实物图4.5 1.CD1602液晶显示1.CD液晶显示器是目前非常流行的款电了通用图件，可用做于家用电器、电子万年历、电子表等电了器件的屏幕显示，显示的主要是数字、专用符号和图形。本设计所采用的长沙太阳人电子有限公司的字符型1.CD1602液晶显示器其以显示质员高、体积小、重员轻、功耗低等优点被广泛应用，是种专门用于显示字母、数字、符号等点阵式1.CD.通过1.CD1602液晶显示屏，可显示空气温湿度、粉尘浓度。图81.CD1602实物图4.6 健毒模块薄膜键盘，是块带触点的PET薄片，用在PCB,FPC等线路板上作为开关使用,在使用者与仪罂之间起到个重要的触感型开关的作用。薄膜按键上的触点位于PCB板上的导电部位，当按健受到外力按压时，触点的中心点下凹，接触到PCB上的线路，从而形成回路，电流通过，整个产品就得以正常工作。本设计使用3*4薄膜键盘。图93*4薄腹级盘实物图4.7 声光报警模块该模块通过蜂鸣器和1.ED等组成。当测得温湿度与粉尘浓度超过设定阈值时，蜂鸣器工作报警，对应1.ED灯亮。蜂鸣港的工作电流在通常情况卜.比较大，电路上的TT1.电平在一般情况下是驱动不了蜂鸣器，所以在电路中需要增加一个三极管来放大电流，驱动蜂鸣器发出声音。5系统软件设计5.1 主程序设计1、初始化：系统上电后，首先对单片机、1.CD602和传感器和定时器O进行初始化。2、数据采集：传感器来集模块实时检测空气中的粉尘浓度、温度和湿度，并将数据发送给最小系统。3、数据处理：最小系统接收并处理传感器采集模块发送的数据，判断空气质量，并在1.CD1.602上显示当前粉尘浓度、温度和海度.其中，粉尘传感器输出的是模拟信号，需要通过ADC0832转换为数字信号后再交由最小系统处理.4、报警判断：最小系统根据预设的阀值，判断空气质量是否达到报警条件。若粉尘浓度、温度和湿度其中至少一个大丁上限或低于下限时，则触发蜂鸣器报警，对应1.ED灯亮.5、重史步骤2-4。主程序流程流
