基于單片機的室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測儀的設計畢業(yè)設計論文

1、<p>　　基于單片機的室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測儀的設計</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本系統(tǒng)滿足室內(nèi)環(huán)境變量實行全面、實時、長期監(jiān)測的要求, 實現(xiàn)室內(nèi)環(huán)境溫濕度、可燃氣體濃度檢測的自動化和智能化。系統(tǒng)以單片機為核心，以溫度、濕度傳感器，氣敏傳感器作為測量元件，通過單片機與智能傳感器相連，采集并存儲智能傳感器的測量數(shù)據(jù)，經(jīng)過分析處理將結

2、果顯示于LCD液晶屏。在單片機系統(tǒng)中，還要實現(xiàn)超限報警和數(shù)據(jù)輔助存儲功能。</p><p>　　本設計主要做了如下幾方面的工作:一是確定系統(tǒng)的總體設計方案：包括系統(tǒng)應具備的功能、達到的技術指標、系統(tǒng)的設計原則；二是整個系統(tǒng)和各個模塊的硬件和軟件的設計：傳感器的靜動態(tài)特征分析使用、使用單總線技術的SHT11數(shù)字溫濕度傳感器的測溫濕電路以及程序設計、使用氣敏傳感器MQ211進行數(shù)據(jù)采集的電路以及程序設計；三是報警、按

3、鍵的電路和程序設計。</p><p>　　該設計對室內(nèi)溫濕度實現(xiàn)了檢測與顯示,而對CO和甲烷等有害氣體完成超標報警，為人們的生活、娛樂及公共場所的環(huán)境提供了一種有效的防護系統(tǒng)。</p><p>　　關鍵詞：單片機，STC89C52，SHT11，溫濕度監(jiān)測，MQ211，室內(nèi)環(huán)境</p><p>　　MCU-BASED INDOOR EVENVIRONMENTAI MO

4、NITORING SYSTEM</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　The system meets the implementation of a comprehensive indoor environmental variable, real-time, long-term monitoring req

5、uirements. System microcontroller core, temperature, humidity sensors, gas sensors as measuring devices, smart sensors through the MCU and connect smart sensors collect and store measurement data, through analyzing and p

6、rocessing the results shown in the LCD liquid crystal screen. In the SCM system, but also assisted to achieve over-limit alarm and data storage capa</p><p>　　This design made the following main aspects of wo

7、rk:First, determine the system's design program: including system should have functions to the technical specifications, system design principles;Second, the whole system and each module of the hardware and software

8、design: static and dynamic characteristics of the sensor to use, single-bus technology SHT11 digital temperature and humidity sensors measuring temperature and humidity circuit and program design, use of gas sensor data

9、acquisition MQ2</p><p>　　The design of the indoor temperature and humidity to achieve the detection and display, while CO and methane, and other harmful gases to complete excessive alarm, as the people's

10、 life, entertainment and public places to provide an effective environmental protection system.</p><p>　　KEY WORDS：Single-chip microcomputer, STC89C52, SHT11, monitoring of temperature and humidity, MQ211,

11、 indoor environment</p><p><b>　　學位論文原創(chuàng)性聲明</b></p><p>　　本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本人完全意識到本聲明的法

12、律后果由本人承擔。</p><p>　　作者簽名： 日期： 年 月 日</p><p>　　學位論文版權使用授權書</p><p>　　本學位論文作者完全了解學校有關保留、使用學位論文的規(guī)定，同意學校保留并向國家有關部門或機構送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權　　 　 　大學可以將本學位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關

13、數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。</p><p>　　涉密論文按學校規(guī)定處理。</p><p>　　作者簽名：日期： 年 月 日</p><p>　　導師簽名： 日期： 年 月 日</p><p><b>　　目　錄</b&

14、gt;</p><p><b>　　前　言1</b></p><p>　　第1章 室內(nèi)環(huán)境的監(jiān)控系統(tǒng)2</p><p><b>　　1.1課題涵義2</b></p><p>　　1.2 方案設計2</p><p>　　1.2.1 硬件設計3</p>

15、<p>　　1.2.2 軟件設計4</p><p>　　第2章 硬件電路設計6</p><p>　　2.1 CPU模塊6</p><p>　　2.1.1 芯片管腳連接6</p><p>　　2.1.2 芯片管腳說明6</p><p>　　2.1.3 晶振和復位電路8</p><

16、;p>　　2.2 氣體傳感器與模數(shù)轉換模塊9</p><p>　　2.2.1 氣敏傳感器的特點和使用10</p><p>　　2.2.2 氣敏傳感器的連接11</p><p>　　2.3 溫度濕度傳感器模塊設計12</p><p>　　2.3.1 SHT11溫濕度簡介12</p><p>　　2.3.2

17、 SHT11的引腳功能13</p><p>　　2.3.3 SHT11的內(nèi)部結構和工作原理13</p><p>　　2.3.4 SHT11應用與連接電路14</p><p>　　2.3.5 溫度和濕度值的計算15</p><p>　　2.4 LCD顯示模塊設計16</p><p>　　2.4.1 LCD特點

18、17</p><p>　　2.4.2 LCD的管腳18</p><p>　　2.4.3 LCD的連接電路18</p><p>　　2.5 按鍵電路塊19</p><p>　　2.6 報警電路模塊設計20</p><p>　　第3章 軟件設計21</p><p>　　3.1軟件系統(tǒng)設計

19、21</p><p>　　3.2 主程序設計22</p><p>　　3.3 LCD1602顯示模塊程序設計23</p><p>　　3.4 SHT11溫濕度測量模塊程序設計24</p><p>　　3.5 系統(tǒng)程序設計24</p><p><b>　　結　論25</b></p&

20、gt;<p><b>　　謝 辭26</b></p><p><b>　　參考文獻27</b></p><p><b>　　附　錄28</b></p><p>　　附錄1:系統(tǒng)硬件仿真電路圖28</p><p>　　附錄2:程序代碼29</p&g

21、t;<p><b>　　外文資料翻譯42</b></p><p><b>　　前　言</b></p><p>　　隨著微電子技術的發(fā)展，傳感器的性能和種類的不斷提高和豐富，使得基于微電腦芯片控制的室內(nèi)環(huán)境實時分析監(jiān)測系統(tǒng)成為可能。</p><p>　　該設計通過傳感器引入數(shù)字化的環(huán)境信息，通過微電腦的數(shù)據(jù)分

22、析，如加上控制系統(tǒng)與室內(nèi)空調(diào)、加濕器、照明系統(tǒng)和電動窗簾門窗系統(tǒng)等家居電器配合使用，不僅能給人們帶來舒適的生活環(huán)境，還能最大程度的節(jié)約能源使用。顯然在節(jié)能減排深入人心，建筑節(jié)能和智能化發(fā)展得到大力提倡的今天，其不僅能為人們的生活帶來便利，更符合可持續(xù)發(fā)展理念，無論是經(jīng)濟學角度還是社會學角度來看，設計和研究基于數(shù)字化的室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)輔助家居智能化和節(jié)能環(huán)保的設備有著重要的現(xiàn)實意義和經(jīng)濟價值。該設計基于上述情況出發(fā)，應用8051系列單片機

23、豐富的I/O接口和對數(shù)據(jù)的采集、處理功能，實現(xiàn)傳感器由物理變量到數(shù)字化轉變，輸入到單片機通過微處理器的分析處理給出相應的結果，輸出到顯示電路。通過七段碼LED顯示器或者液晶顯示設備顯示實時的各環(huán)境參數(shù)的數(shù)值，使人們能及時了解各環(huán)境參數(shù)的情況，并在環(huán)境參數(shù)變到危害到正常的生理需要的時候給予報警電路報警信號，及時的通知人們離開或加以相應的處理，使得宜于居住。由于相關家居智能化設備的不確定性，這里就不做相應的控制算法的研究和處理，僅把相關參數(shù)

24、儲存在相應位置或者輸出到某個I/O口，供其它相關設備讀取數(shù)據(jù)。</p><p>　　伴隨著人們生活水平的不斷提高，越來越多的人們更加關注居住生活環(huán)境的質量安全（主要包括溫度，濕度，有害氣體濃度等）問題，所以對室內(nèi)環(huán)境做實時監(jiān)測和數(shù)據(jù)分析顯得尤為必要。</p><p>　　第1章 室內(nèi)環(huán)境的監(jiān)控系統(tǒng)</p><p><b>　　1.1課題涵義 </b

25、></p><p>　　近來環(huán)境問題特別是有害氣體對人類的危害也越來越來引起人們的關注，而其中對有害氣體的濃度檢測是解決問題的關鍵對于大量使用以天然氣和甲烷氣體作為家庭燃料氣體的用戶來說，選擇安裝一款簡易、可靠和便攜的氣體濃度檢測裝置也是很重要的，這樣不僅可以避免氣體泄露，也可以保證人員和財產(chǎn)的安全?；谖㈦娔X芯片控制的室內(nèi)環(huán)境實時分析監(jiān)測系統(tǒng)成通過傳感器引入數(shù)字化的環(huán)境信息，通過微電腦的數(shù)據(jù)分析，如加上控

26、制系統(tǒng)與室內(nèi)空調(diào)、加濕器、照明系統(tǒng)、和電動窗簾門窗系統(tǒng)等家居電器配合使用，不僅能給人們帶來舒適的生活環(huán)境，還能最大程度的節(jié)約能源使用。顯然在節(jié)能減排深入人心，建筑節(jié)能和智能化發(fā)展得到大力提倡的今天，其不僅能為人們的生活帶來便利，更符合可持續(xù)發(fā)展理念,無論是經(jīng)濟學角度還是社會學角度來看，設計和研究基于數(shù)字化的室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)輔助家居智能化和節(jié)能環(huán)保的設備有著重要的現(xiàn)實意義和經(jīng)濟價值。系統(tǒng)少做程序設計部分的調(diào)整，就能實現(xiàn)對二氧化碳的濃度顯示

27、,加上溫度和濕度顯示的功能，就能用于溫室大棚環(huán)境監(jiān)測，利于及時發(fā)現(xiàn)和改變溫室內(nèi)環(huán)境參數(shù)，為作物提供最佳的生成環(huán)境，提高產(chǎn)量。</p><p><b>　　1.2 方案設計</b></p><p>　　設計原則:要求單片機系統(tǒng)應具有可靠性高、操作維護方便、性價比高等特點。</p><p><b>　?。?）可靠性</b>&l

28、t;/p><p>　　高可靠性是單片機系統(tǒng)應用的前提，在系統(tǒng)設計的每一個環(huán)節(jié)，都應將可靠性作為首要的設計準則。提高系統(tǒng)的可靠性通常從以下幾個方面考慮:使用可靠性高的元器件;設計電路板時布線和接地要合理;對供電電源采用抗干擾措施;輸入輸出通道抗干擾措施;進行軟硬件濾；系統(tǒng)自診斷功能等。</p><p><b>　?。?）操作維護方便</b></p><p

29、>　　在系統(tǒng)的軟硬件設計時，應從操作者的角度考慮操作和維護方便，盡量減少對操作人員專用知識的要求，以利于系統(tǒng)的推廣。因此在設計時，要盡可能減少人機交互接口，多采用操作內(nèi)置或簡化的方法。同時系統(tǒng)應配有現(xiàn)場故障診斷程序，一旦發(fā)生故障能保證有效地對故障進行定位，以便進行維修。</p><p><b>　　（3）性價比</b></p><p>　　單片機除體積小、功耗低

30、等特點外，最大的優(yōu)勢在于高性能價格比。一個單片機應用系統(tǒng)能否被廣泛使用，性價比是其中一個關鍵因素。因此，在設計時，除了保持高性能外，盡可能降低成本，如簡化外圍硬件電路，在系統(tǒng)性能和速度允許的情況下盡可能用軟件功能取代硬件功能等。</p><p>　　設計要具備以下功能：</p><p>　　溫度監(jiān)控：(1）利用溫度傳感器將檢測到的數(shù)據(jù)傳給單片機并顯示。 </p>

31、;<p>　　(2）通過鍵盤設置溫度上下限，超過上限或低于下限后報警。</p><p>　　濕度監(jiān)測：利用濕度傳感器將檢測到的數(shù)據(jù)傳給單片機并顯示。</p><p>　　CO濃度監(jiān)控：(1）利用氣敏傳感器檢測CO濃度傳給單片機。</p><p>　　(2）通過鍵盤設置濃度上限，超過上限后報警。</p><p>　　1.2.1 硬

32、件設計</p><p>　　在室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測硬件設計上，由單片機（STC89C52）控制整個系統(tǒng)的運作、MQ211氣敏傳感器模塊實現(xiàn)監(jiān)測室內(nèi)可燃氣體功能、SHT11溫濕度傳感器模塊實現(xiàn)檢測室內(nèi)的溫度和濕度功能、按鍵模塊實現(xiàn)設置報警上限功能、LCD液晶模塊實現(xiàn)顯示功能、蜂鳴器報警功能。這六大模塊組成的原理圖來實現(xiàn)家庭環(huán)境檢測系統(tǒng)的各項功能。</p><p>　　在該設計中，選用了AT89C52

33、單片機作為控制芯片。該芯片有豐富的內(nèi)部資源，豐富的I/O接口，低電壓，低功耗等優(yōu)點；并且內(nèi)置看門狗電路，支持串口程序燒錄，使用方便快捷，可以進行C語言編寫程序，易于實現(xiàn)。溫濕度測量方面選用瑞士SHT11芯片，該芯片內(nèi)置A/D轉換芯片，管腳接線簡單，測量精度高等優(yōu)點，氣敏傳感器使用多氣體測量傳感器MQ211,其具有多種可燃氣體的測試功能，簡單高效。A/D轉換模塊選用ADC0831，具有接口電路簡單，成本低等優(yōu)點，能夠滿足該設計的設計，該芯

34、片為一路八位數(shù)轉換芯片需求。環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)硬件結模構圖如圖1-1：</p><p>　　圖1-1系統(tǒng)硬件結構圖</p><p>　　與傳統(tǒng)監(jiān)測系統(tǒng)相比，本系統(tǒng)具有以下優(yōu)點:</p><p>　?。?）傳感器設計成智能型，可以增加系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集速度。</p><p>　?。?）增加了輔助存儲功能， 利于其與其他設備的連接共享環(huán)境參數(shù)信息。</

35、p><p>　?。?）單片機的設計提高了系統(tǒng)的監(jiān)測速度，系統(tǒng)的可靠性、實時性都有很大提高。</p><p>　?。?）超限報警，設置簡單。</p><p>　　1.2.2 軟件設計</p><p>　　在上述硬件基礎之上，編寫系統(tǒng)程序，實現(xiàn)以下幾項功能：</p><p>　?。?）通電時蜂鳴器響一聲，LCD液晶顯示室內(nèi)溫度

36、、濕度、可燃氣體濃度狀態(tài)。</p><p>　?。?）當室內(nèi)溫度大于設定的溫度、濕度（例如溫度28度、濕度80%）、檢測到可燃氣體超標時，蜂鳴器報警。</p><p>　?。?）當?shù)谝淮伟丛O置按鍵：溫度值閃爍，這時可以通過按“+”或者“-”按鍵設定溫度上限值，4秒鐘無鍵按下停止閃爍，按“+”或“-”設置溫度下限值；第二次按設置按鍵：濕度值閃爍，這時可以通過按“+”或者“-”設置濕度上限值，

37、4秒鐘無鍵按下停止閃爍，按“+”或“-”設置濕度下限值；第三次按設置按鍵，退出設置狀態(tài)。</p><p>　　第2章 硬件電路設計</p><p><b>　　2.1 CPU模塊</b></p><p>　　在該室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)中選用STC89C52單片機作為主控芯片，實現(xiàn)系統(tǒng)設計要求的各項功能。在該設計中其為系統(tǒng)的核心部分，STC系列單片機

38、是基于AT89C51系列單片機內(nèi)核位核心單元，封裝時加入了看門狗電路和串口程序燒錄的功能，使用更加方便。</p><p>　　2.1.1 芯片管腳連接</p><p>　　在該設計電路中，用單片機I/O口中的P1口作為LCD液晶屏的數(shù)據(jù)口，采用并口數(shù)據(jù)傳輸模式，P2口中的P2.0、P2.1、P2.2作為控制信號輸出口，分別接LCD的RS、R/W、E控制端；P2.3和P2.4分別接溫濕度傳感

39、器SHT11的SCK和DATA，P2.5、P2.6、P2.7接按鍵電路。P1口的P1.0、P1.1、P1.2分別接ADC0831的控制端，P1.4接報警的蜂鳴器。</p><p>　　2.1.2 芯片管腳說明</p><p>　　單片機有4個I/O端口，每個端口都是8位雙向口，共占32根引腳。每個端口都包括一個鎖存器(即專用寄存器PO～P3)、一個輸入驅動器和輸入緩沖器。通常把4個端口稱為

40、PO～P3, 見圖2-1。在無片外擴展的存儲器的系統(tǒng)中，這4個端口的每一位都可以作為雙向通用I/O端口使用。在具有片外擴展存儲器的系統(tǒng)中，P2口作為高8位地址線，PO口分時作為低8位地址線和雙向數(shù)據(jù)總線。在作為一般的通用I/O輸入時，都必須先向鎖存器寫入“1”，使輸出驅動場效應管FET截止，以免誤讀數(shù)據(jù)。各自特點如下:</p><p>　　1. P0口為雙向8位三態(tài)I/O口，它既可作為通用I/O口，又可作為外部擴

41、展時的數(shù)據(jù)總線及低8位地址總線的分時復用口。作為通用I/O口時，輸出數(shù)據(jù)可以得到鎖存，不需外接專用鎖存器;輸入數(shù)據(jù)可以得到緩沖，增加了數(shù)據(jù)輸入的可靠性。每個引腳可驅動8個TTL負載。</p><p>　　2. P1口為8位準雙向I/O口，內(nèi)部具有上拉電阻，一般作通用I/O口使用，它的每一位都可以分別定義為輸入線或輸出線，作為輸入時，鎖存器必須置1。每個引腳可驅動4個 TTL負載。</p><p

42、>　　3. P2口為8位準雙向I/O口，內(nèi)部具有上拉電阻，可直接連接外部I/O設備。它與地址總線高8位復用，可驅動4個TTL負載。一般作為外部擴展時的高8位地址總線使用。</p><p>　　4. P3口為8位準雙向I/O口，內(nèi)部具有上拉電阻，它是雙功能復用口，每個引腳可驅動4個TTL負載。作為通用I/O口時，功能與Pl口相同，常用第二功能?？刂凭€一共有6條:</p><p>　　(

43、1) ALE/PROG:地址鎖存允許/編程線，配合P0口引腳的第二功能使用。在訪問片外存儲器時，8051CPU在P0.7～P0.0引腳上輸出片外存儲器低8位地址的同時在ALE/PROG上輸出一個高電位脈沖，用于把這個片外存儲器低8位地址鎖存到外部專用地址鎖存器，以便空出P0.7～P0.0引腳線去傳送隨后而來的片外存儲器讀寫數(shù)據(jù)。在不訪問片外存儲器時，8051自動在ALE/PROG上輸出頻率為fosc/6的脈沖序列。該脈沖序列可用作外部時

44、鐘源或作為定時脈沖源使用。</p><p>　　(2) EA/Vpp:允許訪問片外存儲器/編程電源線，可以控制89c52使用片內(nèi)ROM還是使用片外ROM。若EA=1，則允許使用片內(nèi)ROM;若EA=0,則允許使用片外ROM。</p><p>　　圖2-1 STC89C52管腳分布圖</p><p>　　2.1.3 晶振和復位電路</p><p>

45、;　　時鐘電路用于產(chǎn)生時鐘信號，時鐘信號是單片機內(nèi)部各種微操作的時間基準。復位對單片機來說，是程序還沒有開始執(zhí)行，是在做準備工作。</p><p>　　晶振電路和復位電路見圖2-2</p><p>　　圖 2-2 晶振和復位電路</p><p>　　2.2 氣體傳感器與模數(shù)轉換模塊</p><p>　　在該設計中，為了實現(xiàn)家庭環(huán)境檢測系統(tǒng)中可

46、以檢測到室內(nèi)的可燃氣體，所以使用了MQ211氣敏傳感器來實現(xiàn)這個功能。</p><p>　　1. 檢測原理 可燃性氣體(H2、CO、CH4等)與空氣中的氧接觸，發(fā)生氧化反應，產(chǎn)生反應熱(無焰接觸燃燒熱)，使得作為敏感材料的鉑絲溫度升高，電阻值相應增大。一般情況下，空氣中可燃性氣體的濃度都不太高(低于10％)，可燃性氣體可以完全燃燒，其發(fā)熱量與可燃性氣體的濃度有關?？諝庵锌扇夹詺怏w濃度愈大，氧化反應(燃燒)

47、產(chǎn)生的反應熱量(燃燒熱)愈多，鉑絲的溫度變化(增高)愈大，其電阻值增加的就越多。因此，只要測定作為敏感件的鉑絲的電阻變化值(ΔR)，就可檢測空氣中可燃性氣體的濃度。但是，使用單純的鉑絲線圈作為檢測元件，其壽命較短，所以，實際應用的檢測元件，都是在鉑絲圈外面涂覆一層氧化物觸媒。這樣既可以延長其使用壽命，又可以提高檢測元件的響應特性。 2. 接觸燃燒式氣敏元件的結構 用高純的鉑絲繞制成線圈,為了使線圈具有適當?shù)淖柚?1Ω～2

48、Ω),一般應繞10圈以上。在線圈外面涂以氧化鋁或氧化鋁和氧化硅組成的膏狀涂覆層,干燥后在一定溫度下燒結成球狀多孔體。將燒結后的小球,放在貴金屬鉑、鈀等的鹽溶液中,充分浸漬后取出烘干。然后經(jīng)過高溫熱處理,使在氧化鋁(氧化鋁一氧化硅)載體上</p><p>　　2.2.1 氣敏傳感器的特點和使用</p><p>　　1. MQ211型氣敏元件特點：</p><p>　　

49、這是一種通用性較強的氣敏元件，氣敏傳感器的敏感元件是氣敏電阻器，氣敏電阻器的阻值隨吸附氣體的濃度變化而變化，利用這一特性檢測氣體濃度。適用于一般可燃氣體（如氫氣、液化石油氣、煤氣、一氧化碳、烷烴類等及酒精、乙醚、汽油、煙霧等有害氣體的檢測，是制作換氣扇、脫排油煙機自動開關、氣體報警器，防止環(huán)境污染的理想氣體敏感器件）。</p><p>　　MQ211氣敏傳感器管腳排列如圖2-6所示：</p><

50、;p>　　A B</p><p><b>　　FF</b></p><p>　　A B</p><p>　　圖2-6 MQ211管腳分布圖</p><p>　　A—A兩腳短接，構成測量極一端。B—B兩腳短接，構成測量極另一端。f—

51、f加熱絲。</p><p>　　2. MQ型氣敏器件的使用注意事項如下：</p><p>　　（1）器件開始工作時需加熱幾分鐘后方可正常工作。</p><p>　?。?）加熱電壓5V是對丁烷氣選擇的最佳加熱電壓，測量其他氣體時，為獲得R2上最大電壓降，可按允許工作條件重新選擇。</p><p>　　（3）回路電壓根據(jù)電路要求允許范圍辦任意調(diào)節(jié)

52、。</p><p>　?。?）避免油浸各油垢污染，長期使用要防止灰塵堵住不銹鋼網(wǎng)。</p><p>　　（5）不要長期在腐蝕性氣氛下工作。</p><p>　?。?）長期停止使用要放置在干燥無腐蝕性氣體的環(huán)境中。</p><p>　　3. MQ211型氣敏元件技術參數(shù)如表2-4：</p><p>　　表2-4 MQ21

53、1型氣敏元件技術參數(shù) </p><p>　　注: 1）R0——元件在清潔空氣中的阻值；</p><p>　　2）Rs1000——元件在1000ppm丁烷氣中的動態(tài)阻值； </p><p>　　3）Rs3000——元件在3000ppm丁烷氣中的動態(tài)阻值； </p><p>　　4）Vc——測試電壓，Vh——加熱電壓</p><

54、;p>　　在該設計中選用B型傳感器。</p><p>　　2.2.2 氣敏傳感器的連接</p><p>　　氣敏傳感器的連接方法如圖2-7所示，MQ211氣敏傳感器的1號腳接5V電源， 3號腳經(jīng)R12（起分壓作用）接地線。 6號腳經(jīng)R13電阻接到ADC0831的數(shù)據(jù)采集端VIN（+）上，該腳具備ADC功能。R14電阻起到分壓作用。</p><p>　　A—A兩

55、腳短接，構成測量極一端</p><p>　　B—B兩腳短接，構成測量極另一端</p><p><b>　　f—f加熱 </b></p><p>　　圖 2-7 氣敏傳感器的連接</p><p>　　2.3 溫度濕度傳感器模塊設計</p><p>　　2.3.1 SHT11溫濕度簡介</p&g

56、t;<p>　　SHT11是瑞士Scnsirion公司推出的一款數(shù)字溫濕度傳感器芯片。該芯片廣泛應用于暖通空調(diào)、汽車、消費電子、自動控制等領域。共主要特點如下：</p><p>　　◆高度集成，將溫度感測、濕度感測、信號變換、A/D轉換和加熱器等功能集成到一個芯片上；</p><p>　　◆提供二線數(shù)字串行接口SCK和DATA，接口簡單，支持CRC傳輸校驗，傳輸可靠性高；&l

57、t;/p><p>　　◆測量精度可編程調(diào)節(jié)，內(nèi)置A/D轉換器(分辨率為8～12位，可以通過對芯片內(nèi)部寄存器編程來選擇)；</p><p>　　◆測量精確度高，由于同時集成溫濕度傳感器，可以提供溫度補償?shù)臐穸葴y量值和高質量的露點計算功能；</p><p>　　◆封裝尺寸超小(7.62mm×5.08mm×2.5mm)，測量和通信結束后，自動轉入低功耗模式

58、；</p><p>　　◆高可靠性，采用CMOSens工藝，測量時可將感測頭完全浸于水中。</p><p>　　2.3.2 SHT11的引腳功能</p><p>　　SHT11溫濕度傳感器采用SMD(LCC)表面貼片封裝形式，接口非常簡單</p><p>　　引腳名稱及排列順序如圖2-3所示：</p><p>　　DA

59、TA NC</p><p>　　SCK NC</p><p>　　VDD NC </p><p>　　圖2-3 SHT11引腳</p><p>　　◆腳1和腳4--信號地和電源，其工作電壓范圍是2.4～5.5 V；</p><p>

60、　　◆腳2和腳3--二線串行數(shù)字接口，其中DATA為數(shù)據(jù)線，SCK為時鐘線；</p><p>　　◆腳5～8--未連接。</p><p>　　2.3.3 SHT11的內(nèi)部結構和工作原理</p><p>　　傳感器SHT11將溫度感測、濕度感測、信號變換、A/D轉換和加熱器等功能集成到一個芯片上，其內(nèi)部結構如圖2-4所示。該芯片包括一個電容性聚合體濕度敏感元件和一個用

61、能隙材料制成的溫度敏感元件。這兩個敏感元件分別將濕度和溫度轉換成電信號，該電信號首先進入微弱信號放大器進行放大；然后進入一個14位的A/D轉換器；最后經(jīng)過二線串行數(shù)字接口輸出數(shù)字信號。SHT11在出廠前，都會在恒濕或恒溫環(huán)境中進行校準，校準系數(shù)存儲在校準寄存器中；在測量過程中，校準系數(shù)會自動校準來自傳感器的信號。此外，SHT11內(nèi)部還集成了一個加熱元件，加熱元件接通后可以將SHT11的溫度升高5℃左右，同時功耗也會有所增加。此功能主要為

62、了比較加熱前后的溫度和濕度值，可以綜合驗證兩個傳感器元件的性能。在高濕(>95％RH)環(huán)境中，加熱傳感器可預防傳感器結露，同時縮短響應時間，提高精度。加熱后SHT11溫度升高, 相對濕度降低，較加熱前，測量值會略有差異。</p><p>　　圖2-4 溫濕度傳感器內(nèi)部結構</p><p>　　微處理器是通過二線串行數(shù)字接口與SHT11進行通信的。通信協(xié)議與通用的I2C總線協(xié)議是不兼容

63、的，因此需要用通用微處理器I/O口模擬該通信時序。微處理器對SHT11的控制是通過5個5位命令代碼來實現(xiàn)的，命令代碼的含義如表2-1所列</p><p>　　表2-1溫濕度傳感器指令代碼</p><p>　　2.3.4 SHT11應用與連接電路</p><p>　　微處理器采用二線串行數(shù)字接口和溫濕度傳感器芯片SHT11進行通信，所以硬件接門設計非常簡單；然而，通信

64、協(xié)議是芯片廠家自己定義的，所以在軟件設計中，需要用微處理器通用I/O口模擬通信協(xié)議。需要注意的地方是：DATA數(shù)據(jù)線需要外接上拉電阻，時鐘線SCK用于微處理器和SHT11之間通信同步，由于接口包含了完全靜態(tài)邏輯，所以對SCK最低頻率沒有要求；當工作電壓高于4.5V時，SCK頻率最高為10MHz，而當工作電壓低于4.5V時，SCK最高頻率則為1MHz。硬件連接如圖2-5所示</p><p>　　圖2-5 溫濕度傳感

65、器電路</p><p>　　2.3.5 溫度和濕度值的計算</p><p>　　濕度線性補償和溫度補償</p><p>　　SHT11可通過DATA數(shù)據(jù)總線直接輸出數(shù)字量濕度值。該濕度值稱為相對濕度，需要進行線性補償和溫度補償后才能得到較為準確的濕度值。由于相對濕度數(shù)字輸出特性呈一定的非線性，因此為了補償濕度傳感器的非線性，可按下式修正濕度值： 式中：RHl

66、inear為經(jīng)過線性補償后的濕度值，SORH為相對濕度測量值，C1、C2、C3為線性補償系數(shù)，取值如表2-2所列。</p><p>　　由于溫度對濕度的影響十分明顯，而實際溫度和測試參考溫度25℃有所不同，所以對線性補償后的濕度值進行溫度補償很有必要。補償公式如下：</p><p><b>　　(1-1)</b></p><p>　　表2-2

67、度線性補償系數(shù)</p><p><b>　　2. 溫度值輸出</b></p><p>　　由于SHT11是采用PTAT能隙材料制成的溫度敏感元件，因而具有很好的線性輸出。實際溫度值可由下式算得：</p><p>　　Temperature=d1+d2×SOT (1-2)</p>

68、<p>　　式中：d1和d2為特定系數(shù)，d1的取值與SHT11工作電壓有關，d2的取值則與SHT11內(nèi)部A/D轉換器采用的分辨率有關，其對應關系分別如表2-3所列。 </p><p>　　表2-3 D1與工作電壓的對于關系 </p><p>　　2.4 LCD顯示模塊設計</p><p>　　在該設計中,LCD要顯示溫度、濕度、可燃氣

69、體是否超標的功能。所以使用了一塊行列點陣數(shù)為128*64, 每行可以顯示8個字符，共顯示2行字的LCD。該LCD的型號為ST7920系列。</p><p>　　2.4.1 LCD特點 </p><p>　　1.LCD工作條件：</p><p>　?。?）邏輯工作電壓(VDD)：4.5～5.5V</p><p>　?。?）電源地(GN

70、D)：0V</p><p>　　（3）工作溫度(Ta)：0～60℃(常溫)</p><p>　　2.外形尺寸如表2-5：</p><p>　　表2-5 外形尺寸 </p>

71、<p>　　3.ST7920系列產(chǎn)品硬件特性如下：</p><p>　　（1）提供8位，4位并行接口及串行接口可選</p><p>　　（2）并行接口適配M6800時序</p><p>　?。?）自動電源啟動復位功能</p><p>　?。?）內(nèi)部自建振蕩源</p><p>　?。?）64*16位半寬字符顯示

72、最多16字符*4行，LCD顯示范圍(16*2 行）</p><p>　?。?）2M位中文字型ROM（CGROM），總共8192個中文字型（16*16點陣）</p><p>　　（7）16K位半寬字型ROM（HCGROM），總共126個西文字型（16*8點陣）</p><p>　?。?）64*16位字符產(chǎn)生（CGROM）</p><p>　　（

73、9）15*16位總共240點的ICON RAM (ICONRAM)</p><p><b>　　4.中文字庫選擇：</b></p><p>　　ST7920—0A內(nèi)建BIG—5碼繁體中文字型庫</p><p>　　ST7920—0B內(nèi)建GB碼簡體中文字型庫</p><p>　　5.電氣特性：（測試條件Ta=25,Vdd=

74、5.0+10%）</p><p>　?。?）輸入高電平（V i h）： 0.7Vdd～Vdd</p><p>　　（2）輸入低電平（V i l）： 0.6Vmax</p><p>　?。?）輸出高電平（V o h）：0.8Vdd～Vdd</p><p>　?。?）輸出低電平（V o l）：0.4Vmax</p><p>

75、;　?。?）模塊工作電流： 1.14～1.18mA(不含背光)</p><p>　?。?）測白光工作電流： ——</p><p><b>　　6.PSB電路：</b></p><p>　　PSB接高時選擇并口，接低時選項擇串口。模塊上一般都有跳線方式將PSB接高或接低，用戶可以不處理PSB腳也可以選擇不在模塊上處理，而由客戶自己選擇并口還是串口

76、。</p><p>　　2.4.2 LCD的管腳</p><p>　　管腳名稱和功能如表2-6：</p><p>　　表2-6 管腳名稱和功能</p><p>　　2.4.3 LCD的連接電路</p><p>　　當LCD選擇并口時，要把8個數(shù)據(jù)送到芯片，而LCD選擇串口時，只需要把3個數(shù)據(jù)送到芯片。由于芯片的管腳豐富

77、夠用，所以LCD的連接方式選擇并口。LCD的連接方法如圖2-8所示，LCD的1號管腳接地線，2號和3號管腳接5V電源，4號管腳RS接STC89C52的P2.0上。5號管腳R/W接STC89C52的管腳P2.1上。6號管腳E接STC89C52的管腳P2.2上</p><p>　　圖2-8 LCD連接電路</p><p>　　注:VSS是電源引腳;VDD是地引腳;VEE是顯示偏壓信號引腳, 若

78、對顯示效果無特殊要求可將其接地;RS為數(shù)據(jù)/命令選擇輸入端;RW為讀寫選擇端; E 為使能信號,高電平有效;D0～D7 為數(shù)據(jù)線。</p><p><b>　　2.5 按鍵電路塊</b></p><p>　　圖2-9是按鍵輸入的典型電路，按鍵S1、S2、S3斷開時，端口P2.5、P2.6、P2.7上的信號為高電平，按鍵S1、S2、S3合上時，端口P2.5、P2.6、P

79、2.7上的信號為低電平。電阻起到分壓、限流作用。當按鍵電路設計成這種硬件連接時，按鍵可以采用中斷的形式進行讀取，也可以采用循環(huán)掃描的形式讀取，為程序的編寫提供了選擇的余地。</p><p><b>　　圖2-9 按鍵電路</b></p><p>　　2.6 報警電路模塊設計</p><p>　　如圖2-10，在本系統(tǒng)中，采用P1.4口為報警電路

80、輸出口，當有報警信號時，蜂鳴器鳴叫，提醒安全指標超標或不正常，須采取安全措施改變室內(nèi)環(huán)境質量，如配合智能建筑系統(tǒng)，可實現(xiàn)自動化無人操作，方便又安全。</p><p>　　圖2-10 報警電路</p><p><b>　　第3章 軟件設計</b></p><p><b>　　3.1軟件系統(tǒng)設計</b></p>

81、<p>　　系統(tǒng)的軟件設計采用C語言編程, 軟件結構為模塊化結構, 由主程序、自檢程序、SHT11數(shù)據(jù)采集與處理程序、ADC0831數(shù)據(jù)采集處理程序、報警控制程序及顯示程序等模塊組成, 其軟件模塊結構如圖3-1所示。</p><p>　　圖3-1 軟件結構方框圖</p><p>　　主控程序完成對各程序模塊的控制和協(xié)調(diào)。</p><p>　　自檢程序對

82、溫濕度傳感器、ADC模數(shù)轉化、LCD顯示、鍵盤及工作狀態(tài)進行自檢。</p><p>　　數(shù)據(jù)采集程序完成對各路傳感信號的數(shù)據(jù)采集, 每隔4秒調(diào)用數(shù)據(jù)采樣子程序對氣體進行一次信號采樣。</p><p>　　報警控制程序完成氣體濃度超標時或者溫濕度超出設置的范圍時的聲光報警、氣體濃度和溫濕度恢復正常時, 取消報警。</p><p>　　顯示程序根據(jù)數(shù)據(jù)處理結果, 將實測

83、氣體值、溫度、濕度值和位置代碼分別送到相應的顯示位置進行循環(huán)顯示。</p><p><b>　　3.2 主程序設計</b></p><p><b>　　Y</b></p><p><b>　　N</b></p><p>　　N

84、 </p><p><b>　　Y</b></p><p>　　Y </p><p><b>　　N</b></p><p>　　圖3-2 主程序流程</p><p>　　3.3 LCD1602顯示模塊程序設計</

85、p><p>　　圖3-3 顯示程序流程</p><p>　　3.4 SHT11溫濕度測量模塊程序設計</p><p><b>　　N</b></p><p><b>　　Y</b></p><p>　　圖3-4 溫濕度測量流程</p><p>　　3.5

86、系統(tǒng)程序設計</p><p>　　圖3-2到3-4是系統(tǒng)部分程序設計的流程，原程清單見附錄2內(nèi)容。</p><p><b>　　結　論</b></p><p>　　在本系統(tǒng)中，采用模塊化、層次化設計。單片機監(jiān)測信息的采集、報警和處理，能夠迅速、全面、準確地獲取系統(tǒng)的各種特征量，完成室內(nèi)環(huán)境溫濕度參數(shù)、有害氣體濃度參數(shù)的實時監(jiān)測。同時LCD液晶屏

87、顯示得到的數(shù)據(jù)，供人們?yōu)g覽、查詢和進行控制，滿足了系統(tǒng)監(jiān)測的要求。本系統(tǒng)的優(yōu)良功能可實現(xiàn)對室內(nèi)環(huán)境溫濕度的全面、實時、自動的監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)問題，采取有效防護措施，減少或避免災難性事故的發(fā)生。</p><p>　　由于時間限制，本系統(tǒng)還不夠完善，尚需進一步改進。例如系統(tǒng)硬件電路的設計還需進一步簡化; 系統(tǒng)監(jiān)測程序還有待進一步優(yōu)化處理；系統(tǒng)監(jiān)測目前還只能實現(xiàn)對被監(jiān)測量的實時采集、顯示、超限報警等對數(shù)據(jù)的最基本處理。在

88、下一階段的工作中本系統(tǒng)將致力于開發(fā)室內(nèi)環(huán)境診斷和決策系統(tǒng)，實現(xiàn)預測報警和信息發(fā)送，并能與家電系統(tǒng)配合聯(lián)動，實現(xiàn)家庭室內(nèi)環(huán)境的自動化場景化的模式控制，提高人們的生活質量，減少能源消耗，真正做到人性化和智能化。</p><p>　　通過本次畢業(yè)設計的學習與實踐，我逐漸對單片機產(chǎn)生了興趣，并且對于溫度氣敏傳感器、LED顯示器等都有了一定的了解，在設計過程中通過圖書館、網(wǎng)上查閱資料，自己的專業(yè)知識也有了一定的提高，相信這

89、次設計對于即將走上工作崗位的我會有很大的幫助。</p><p><b>　　謝 辭</b></p><p>　　首先，我感謝高海濤老師。本設計是在高老師的精心指導和大力支持下完成的。她平日里工作繁多，但在我們畢業(yè)設計的每個階段，從確定命題查閱資料，設計草案的確定和修改，中期檢查，后期詳細設計，論文寫作的整個過程中都給予了我們悉心的指導。我對高老師的感激之情是無法用言

90、語表達的。</p><p>　　本課題在選題及研究過程中高老師詢問研究進程，并為我們指點迷津，幫助我們開拓研究思路，精心點撥、熱忱鼓勵。高老師一絲不茍的作風，嚴謹求是的態(tài)度，踏踏實實的精神，不僅授我以文，而且教我做人，給以終生受益無窮之道。</p><p>　　高老師以其嚴謹求實的治學態(tài)度、高度的敬業(yè)精神、兢兢業(yè)業(yè)、孜孜以求的工作作風和大膽創(chuàng)新的進取精神對我產(chǎn)生重要影響。她淵博的知識，開闊

91、的視野和敏銳的思維給了我深深的啟迪。在她的引導下，我逐漸有了畢業(yè)設計的思路，極大的開拓了我的學術視野，也為本次論文寫作打下了理論基礎。</p><p>　　最后感謝在大學三年期間，傳授我知識的老師們，感謝在學習和生活上給予我?guī)椭耐瑢W們，沒有他們的幫助就沒有我今天的驕人成績。經(jīng)過三個月的忙碌和工作，本次畢業(yè)設計已接近尾聲，作為一個?？粕漠厴I(yè)設計，由于經(jīng)驗的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，畢竟這次設計是我第一次

92、進行全面和系統(tǒng)的設計，疏漏和不足之處在所難免，請老師們多多指正，以幫助我不斷提高，不斷進步。我相信通過這次全面系統(tǒng)的設計以及在這個過程中各位老師的不斷點撥，在今后的工作中我一定會做到更好。</p><p><b>　　謝謝！ </b></p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　【1】李朝青.單片機

93、原理及接口技術. 北京：北京航空航天大學出版社，2006年版.</p><p>　　【2】楊素行.模擬電子技術基礎簡明教程（第三版）. 北京：高等教育出版社，2006年版.</p><p>　　【3】徐安，陳耀，李銳華，郭其一.微型計算機控制技術. 北京：電子工業(yè)出版社，2008年版.</p><p>　　【4】楊文龍.單片機原理與應用.陜西：西安電子科技大學出版社

94、，2001年版.</p><p>　　【5】夏路易等.電路原理圖與電路板設計教程.北京：北京希望電子出版社， 2002年版. </p><p>　　【6】潘名蓮.微計算機控制原理（第二版）.北京：電子工業(yè)出版社，2003年版.</p><p>　　【7】余永權.單片機應用系統(tǒng)的功率接口技術. 北京：北京航空航天大學出版社，1993年版.</p><

95、;p>　　【8】譚浩強.C程序設計（第三版）.北京：清華大學出版社，2008年版.</p><p>　　【9】陳建元.傳感器技術.北京：機械工業(yè)出版社，2008年版.</p><p>　　【10】范風強等.單片機語言C51應用實戰(zhàn)集錦. 北京：電子工業(yè)出版社，2005年版.</p><p>　　【11】王紅文.自動化專業(yè)英語教程. 北京：機械工業(yè)出版社. 20

96、09年版.</p><p>　　【12】王俊杰.檢測技術與儀表. 武漢：武漢理工大學出版社. 2002年版.</p><p>　　【13】白旭燦.電子實習教程. 武漢：武漢理工大學出版社. 2006年版.</p><p>　　【14】胡壽松.自動控制原理. 北京：科學出版社. 2008年版.</p><p>　　【15】路明禮，李明偉，江姝妍

97、.數(shù)字電子技術（第二版）. 武漢：武漢理工大學出版社. 2008年版.</p><p><b>　　附　錄 </b></p><p>　　附錄1:系統(tǒng)硬件仿真電路圖</p><p><b>　　附錄2：程序代碼</b></p><p><b>　　系統(tǒng)顯示主程序：</b><

98、;/p><p>　　#include <REG51.H> </p><p>　　#include <intrins.h></p><p>　　#include <LCD1602.h></p><p>　　#include <sht10.h> </p><p>

99、　　#include <adc0831.h></p><p>　　#define uchar unsigned char</p><p>　　#define uint unsigned int</p><p>　　unsigned char TempBuffer[5] ;</p><p>　　uchar humibuffer[

100、4];</p><p>　　uchar qitibuffer[3];</p><p>　　///////////////顯示主程序///////////</p><p>　　////////////////////////////////</p><p>　　void main wendu_to_str()</p><

101、p><b>　　{ int i;</b></p><p>　　int TempBuffer[5];</p><p>　　for(i=0;i<5;i++)</p><p>　　TempBuffer[i] =i;</p><p>　　TempBuffer[0]=(SHUO[xts_zi]); </p&g

102、t;<p>　　TempBuffer[1]=(SHUO[xtg_zi]); </p><p>　　TempBuffer[2]=0xdf; </p><p>　　TempBuffer[3]='C';</p><p>　　TempBuffer[4]='\0';</p><p>　　Printf(“

103、%d”, TempBuffer[i]);</p><p>　　Printf(“\n”);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　Void main shidu_to_str()</p><p><b>　　{int i;</b></p><p>　　fo

104、r(i=0;i<4;i++)</p><p>　　humibuffer[i] =i;</p><p>　　humibuffer[0]=(SHUO[xss_zi])</p><p>　　humibuffer[1]=(SHUO[xsg_zi])</p><p>　　humibuffer[2]='%';</p>

105、<p>　　humibuffer[3]='\0';</p><p>　　printf(“%d”, humibuffer[i] );</p><p>　　Printf(“\n”);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　Void main qiti_to_str()</

106、p><p><b>　　{int i;</b></p><p>　　for(i=0;i<3;i++)</p><p>　　qitibuffer[i]=i ;</p><p>　　qitibuffer[0]=b1;</p><p>　　qitibuffer[1]=b2;</p>&l

107、t;p>　　qitibuffer[2]=b3;</p><p>　　printf(“%d”, qitibuffer[i]);</p><p>　　Printf(“\n”);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void show_LCD()</p><p>&l

108、t;b>　　{ </b></p><p>　　LCD_Initial();</p><p>　　text_jishuan_temp11();</p><p>　　data_pro();</p><p>　　wendu_to_str(); </p><p>　　GotoXY

109、(6,1); </p><p>　　Print(TempBuffer); </p><p>　　GotoXY(0,1);</p><p>　　Print("Wendu");</p><p>　　shidu_to_str();</p><p>

110、　　GotoXY(11,1);</p><p>　　Print("shidu");</p><p>　　GotoXY(17,1);</p><p>　　Print(humibuffer);</p><p>　　GotoXY(0,0);</p><p>　　Print("qitizhibi

111、ao:");</p><p>　　GotoXY(13,0);</p><p>　　Print(qitibuffer);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　csh()</b></p><p><b>　　{</b>

112、;</p><p><b>　　P2.0=0;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　main()</b></p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　csh(

113、)；</b></p><p>　　show_LCD(); </p><p>　　delay_n10us(100000);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　LCD顯示屏驅動程序</p><p><b>　　h</b></p>

114、<p>　　#ifndef LCD_CHAR_1602_2005_4_9</p><p>　　#define LCD_CHAR_1602_2005_4_9</p><p>　　#include <intrins.h></p><p>　　sbit LcdRs= P2^0;</p><p>　　sbit LcdRw=

115、 P2^1;</p><p>　　sbit LcdEn = P2^2;</p><p>　　sfr DBPort = 0x80;</p><p>　　unsigned char LCD_Wait(void)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　Lcd

116、Rs=0;</b></p><p>　　LcdRw=1;_nop_();</p><p>　　LcdEn=1;_nop_();</p><p>　　//while(DBPort&0x80);</p><p><b>　　LcdEn=0;</b></p><p>　　retu

117、rn DBPort;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　//向LCD寫入命令或數(shù)據(jù)</p><p>　　#define LCD_COMMAND</p><p>　　0 // Command</p><p>　　#define LCD_DATA1

118、 // Data</p><p>　　#define LCD_CLEAR_SCREEN0x01 // 清屏</p><p>　　#define LCD_HOMING 0x02 // 光標返回原點</p><p>　　void LCD_Write(bit style, unsigned char input)</p><