細(xì)顆粒物（PM2.5）檢測系統(tǒng)的設(shè)計說明書

學(xué)號： 本科畢業(yè)論文（設(shè)計）(2015屆)細(xì)顆粒物（PM2.5）檢測系統(tǒng)的設(shè)計 院 系 電子信息工程學(xué)院 專 業(yè) 電氣工程及其自動化 姓 名 指導(dǎo)教師 助教 年5月摘要隨著現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展，污染越來越嚴(yán)重，空氣質(zhì)量也越來越受人們關(guān)注。PM2.5檢測器也隨之被廣泛應(yīng)用。本課題所研究的PM2.5檢測器采用STC89C52為核心控制器，利用氣體傳感器MQ-2、ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換器的A/D轉(zhuǎn)換原理，將被測的模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，然后已數(shù)字的形式顯示出來，實現(xiàn)基本功能。并且還使用keil軟件進(jìn)行所需要的程序的編程還有調(diào)試，編程結(jié)束時，會生成一個hex文件，并將此文件導(dǎo)入已做好的仿真軟件中，這樣可檢測軟件編程的正確與否。控制器STC89C52通過這些傳感器和芯片，當(dāng)環(huán)境中煙霧濃度或可燃?xì)怏w濃度等發(fā)生變化時系統(tǒng)會發(fā)出相應(yīng)的燈光報警信號和聲音報警信號，以此來實現(xiàn)煙霧報警，當(dāng)煙霧達(dá)到一定的范圍時，系統(tǒng)還可以加上驅(qū)動繼電器工作，繼電器可以驅(qū)動負(fù)載，如換氣風(fēng)扇、報警信號燈、消火栓水龍頭開關(guān)等。實現(xiàn)智能報警控制。關(guān)鍵詞：氣體傳感器MQ-2；空氣質(zhì)量檢測；單片機；智能控制AbstractWith the development of city, the pollution is more and more serious, air quality is becoming more and more attention by people. PM2.5 detector has been widely applied.This topic research of PM2.5 STC89C52 detector is used as the core controller, using MQ - 2 gas sensor, A/D conversion principle of ADC0809 , the analogue into digital quantity will be measured, and then has digital display, in the form of realization of basic functions. And also use the keil software programming and debugging of the required program, at the end of the programming, generates a hex file, and the file to import the simulation software has been completed, the software programming can be detected correctly or not. Controller STC89C52 through these sensors and chips, when the smoke concentration in the environment or combustible gas concentration change system have a corresponding light alarm signals and voice alarm signal, in order to realize the smoke alarm, when smoke reaches a certain scope, the system can also add drive relay work, relay can drive load, such as ventilation fan, alarm lights, fire hydrant water faucet switch, etc.to intelligent alarm control.Key words: MQ-2 gas sensor;Air quality detection ;MCU;intelligent control目錄摘要0Abstract11 緒論3 1.1 課題的研究背景3 1.2 課題的研究目的與意義3 1.3 PM2.5檢測器的發(fā)展與現(xiàn)狀3 1.4課題的研究內(nèi)容42 PM2.5檢測器的總體方案設(shè)計4 2.1系統(tǒng)的功能要求5 2.2 系統(tǒng)的技術(shù)要求5 2.3 系統(tǒng)的組成及方案設(shè)計53 系統(tǒng)的硬件設(shè)計6 3.1 主控電路63.2 煙霧探測電路的設(shè)計93.2.1 MQ-2介紹93.2.2 ADC0809介紹103.3 數(shù)碼管顯示電路設(shè)計113.4 聲光報警提示電路123.4.1 燈光提示電路123.4.2 聲音報警電路133.5 按鍵電路144 系統(tǒng)的軟件設(shè)計15 4.1 軟件介紹15 4.2 系統(tǒng)程序流程圖165 PM2.5檢測器的測試結(jié)果及結(jié)論18 5.1 調(diào)試18 5.2 結(jié)論20致謝22參考文獻(xiàn)231 緒論1.1 課題的研究背景 隨著社會的發(fā)展，工業(yè)的發(fā)展，城市家庭的私家車持有量劇增，氣候的變化使污染物不斷積累，還有草原的沙漠化，生物質(zhì)燃燒量，如秸稈焚燒，對大自然的排放的廢物越來越多，其中對空氣質(zhì)量有著比較大的影響，最明顯的就是近幾年的霧霾現(xiàn)象，就是空氣質(zhì)量明顯下降所表現(xiàn)出的現(xiàn)象，形成這一現(xiàn)象原因就是空氣中細(xì)顆粒物的含量過高的所產(chǎn)生的，細(xì)顆粒物又稱作PM2.5.PM2.5面積大，顆粒直徑下，活性強，有可能附帶有毒、有害物質(zhì)，例如，重金屬、微生物等，而且在大氣中的飄行距離比較遠(yuǎn)，在空氣中滯留的時間也比較長，從而對人們的身體的健康產(chǎn)生一些影響. 1.2 課題的研究目的與意義人們的身體健康會受細(xì)粒顆粒的影響，因為細(xì)粒顆粒物的直徑足夠小，就可以足夠的深入呼吸道。10m直徑的細(xì)粒顆粒會在呼吸道上隨著時間進(jìn)行積累，2m以下的，因為細(xì)粒顆粒足夠的小，就可以足夠的深入呼吸道的內(nèi)部。如果肺泡有細(xì)粒顆粒物，則通氣功能會被其影響，人體就會有缺氧的可能。細(xì)顆粒物會使呼吸道受刺激，咳嗽，呼吸困難，降低肺功能，加重哮喘，導(dǎo)致慢性支氣管炎，心率失常，因此，對細(xì)顆粒物進(jìn)行研究并預(yù)防就很有必要，此時可利用煙霧傳感器對空氣進(jìn)行檢測，如果目標(biāo)空氣的pm2.5含量超過預(yù)定值，則煙霧傳感器報警，此時就不適宜在此空氣條件下進(jìn)行活動。而且最近幾年火災(zāi)事故的頻發(fā)，使得人們提高了對火災(zāi)的警惕，故煙霧傳感器可用于火災(zāi)易發(fā)生的場所，對于火災(zāi)的預(yù)防和檢測起到非常顯著的作用1.3 PM2.5檢測器的發(fā)展與現(xiàn)狀國內(nèi)外有很多PM2.5檢測器，主要由信號采集，信號處理，數(shù)字顯示以及對參數(shù)控制等一些部分組成。世界各國對PM2.5檢測都做了大量的研究，開發(fā)出一系列檢測器，尤其是細(xì)顆粒物濃度傳感器的出現(xiàn)，解決了粉塵以往傳感器不能實時監(jiān)測作業(yè)場所細(xì)顆粒物濃度的問題。國內(nèi)PM2.5檢測技術(shù)發(fā)展比較晚，主要以采樣器，直讀式檢測器為主，最近幾年，隨著信息技術(shù)的發(fā)展及光電技術(shù)，計算機技術(shù)的提高，國內(nèi)產(chǎn)的GCG500傳感器在市場上得到了廣泛的使用。1.4課題的研究內(nèi)容煙霧報警器，主要檢測可燃?xì)怏w和煙霧，再通過單片機控制相應(yīng)的聲光報警。通過數(shù)碼管顯示當(dāng)前的煙霧值，通過按鍵設(shè)定相應(yīng)的閥值。該項目主要是為了完成任務(wù)，包括：硬件部分：包括傳感器的選擇，顯示模塊的選擇，煙霧信號轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計，報警驅(qū)動電路的設(shè)計。（2）軟件部分：包括微處理器控制程序的編制和原理圖的繪制。（3）系統(tǒng)的綜合調(diào)試與分析：在其他的工作完成后，對系統(tǒng)完成任務(wù)的情況進(jìn)行調(diào)試和評測，然后分析系統(tǒng)的可靠性與實用性，調(diào)整系統(tǒng)的不足。2 PM2.5檢測器的總體方案設(shè)計本課題主要是實現(xiàn)對已設(shè)置的pm2.5值的報警及控制，下面分別對系統(tǒng)功能要求、系統(tǒng)技術(shù)要求及系統(tǒng)實現(xiàn)方案總體闡述。2.1系統(tǒng)的功能要求本系統(tǒng)的研制主要包括以下幾項功能：(1)煙霧探測功能：為了提高煙霧報警的準(zhǔn)確性和及時性，煙霧報警系統(tǒng)需要使用各種方法進(jìn)行煙霧探測。在實際使用中，根據(jù)不同的場所，有效的探測煙霧的方法是根據(jù)一些物理特性來進(jìn)行探測，比如溫度，可燃性氣體，可根據(jù)用戶的需求來選擇；(2)燈光報警功能：當(dāng)被測對象空氣中的顆粒物濃度大于所設(shè)定的值得濃度，報警器就會用燈光來報警，驅(qū)動電路可以驅(qū)動火災(zāi)控制負(fù)載工作。2.2 系統(tǒng)的技術(shù)要求為了實現(xiàn)我們實驗的目的，我們就知道我們的實驗所需的要求，也就可以確定這個系統(tǒng)的所需的要求，根據(jù)這些要求，我們可以選用單片機，因為它的成本低，而且產(chǎn)能也很充足，可以應(yīng)付我們實驗的要求，這樣可以使我們實驗的系統(tǒng)具有體積小，耗能低，而且性能相對穩(wěn)定的優(yōu)點，也可以使我們的實驗更容易完成，具體的要求如下:(1)體積?。禾綔y器的體積要很小，這樣才能使占用的空間減少，使用或者更換才會更方便；(2)功耗低：系統(tǒng)可以5v電源供電。(3)可靠性高:由數(shù)碼管顯示，既可以燈光報警，也可以聲音報警，二者可以同時進(jìn)行。提高報警的可靠性。2.3 系統(tǒng)的組成及方案設(shè)計本設(shè)計主要由煙霧探測傳感器電路、單片機、燈光報警電路、負(fù)載驅(qū)動電路、控制程序和編解碼程序等組成。系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)如下：圖2.13 系統(tǒng)的硬件設(shè)計3.1 主控電路STC89C2是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，并且還是一種高性能，低能耗的的一種單片機，而且這種單片機還擁有更加豐富的硬件資源，而且它的存儲也為開發(fā)和應(yīng)用帶了不小的方便，這就是為什么STC89C52可以為一些嵌入式控制系統(tǒng)提供高靈活、高效率的運行結(jié)果。也就是為什么此次實驗我們采用STC89C2的原因。 STC89C52引腳介紹 2根主電源引腳VCC一端是用正5伏的電源來接通的，其引腳為Pin40。GND一端和地線相連接，其引腳為Pin20。2根外接晶振引腳XTAL1一端是輸入片內(nèi)振蕩電路的一端，其引腳為Pin19。XTAL2一端是輸出片內(nèi)振蕩電路的一端，其引腳為Pin20。4根控制引腳RST/VPP是改引腳出現(xiàn)用2個機器周期的高電平就可以來進(jìn)行復(fù)位功能的引腳，其引腳為Pin9。ALE/PROG是會使地址鎖存的信號鎖存的一端引腳，其引腳為Pin30。PSEN是會使外部存儲器讀選通的信號的一端引腳，其引腳為Pin29。EA/VPP是會讓程序存儲器的內(nèi)部和外部進(jìn)行選通，如果接入低電平，會從外部程序存儲器讀取指令，如果接入高電平，會從內(nèi)部程序存儲器讀指令的一端引腳，其引腳為Pin31。32根可編程輸入/輸出引腳STC89C52單片機有8位的可編程I/O口，一共有4組，這些位是P0、P1、P2、P3口，每個口有8位，即8根引腳，一共32根。P0口為P0.0P0.7，是8位雙向I/O口線，Pin39Pin32P1口為P1.0 P1.7，是8位準(zhǔn)雙向I/O口線，Pin1Pin8 P2口為P2.0P2.7，是8位準(zhǔn)雙向I/O口線，Pin21Pin28P3口為P3.0P3.7，是8位準(zhǔn)雙向I/O口線，Pin10Pin17工作頻率為35Mhz，可選6T/12T。 圖3.2 STC89C52 DIP封裝圖最小系統(tǒng)包括單片機包括其所需要的時鐘，電源、復(fù)位等部件，這樣單片機會處于正常的運行狀態(tài)。單片機能運行的必備條件是有電源、時鐘等電路，核心部分就是最小系統(tǒng)的應(yīng)用系統(tǒng)，通單片機能完成較復(fù)雜的功能，是因為有存儲器擴展，模數(shù)轉(zhuǎn)換擴展等。STC89C52是一種擁有簡單并且可靠的芯片的單片機，由于集成度的限制，最小應(yīng)用系統(tǒng)只能用作一些小型的控制單元。(1) 時鐘電路STC89C52單片機的時鐘信號一般有兩種方式來產(chǎn)生：內(nèi)部時鐘方式是第一種，外部時鐘方式是第二種。在我們的試驗中，我們使用的時鐘信號方式是內(nèi)部時鐘的方式，如圖3.4所示。內(nèi)部的時鐘脈沖信號是由單片機的自激振蕩器形成。圖3.4 STC89C52內(nèi)部時鐘電路 （2） STC89C52中斷技術(shù) 如果沒有中斷技術(shù)，那么CPU不能處理其他的事情，只能等到任務(wù)完成才可以繼續(xù)進(jìn)行，這樣的話效率就會低很多，于是就算出現(xiàn)了中斷技術(shù)，當(dāng)任務(wù)中有其他的需要優(yōu)先處理的任務(wù)時，先中止當(dāng)前任務(wù)，先去處理更高優(yōu)先級的任務(wù)，更好優(yōu)先級的任務(wù)完成后，才返回原來的任務(wù)，繼續(xù)從剛剛的中止的地方繼續(xù)完成任務(wù)，這樣就可以高效的利用CPU，并且節(jié)約了不少的時間。3.2 煙霧探測電路的設(shè)計圖3.7 煙霧探測電路如圖3.7所示，在這個電路中，有兩個部分，一個是煙霧傳感器，這部分的功能是來檢測煙霧，ADC0809將受到剛剛由煙霧傳感器檢測完的電壓信號，單片機會讀取模數(shù)轉(zhuǎn)換電路將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的數(shù)值由并進(jìn)行處理。3.2.1 MQ-2介紹MQ-2型氣體傳感器用于以氫氣為主要成分的城市煤氣、天然氣、液化石油的測量，而且它抗干擾能力強，水蒸氣、煙等干擾氣體對它的影響小。MQ-2型氣敏元件具有以下特點：（1）長期工作的穩(wěn)定性。（2） 單功耗低。（3） 性能優(yōu)秀。（4）廣泛的探測范圍 （5）高靈敏度快速響應(yīng)恢復(fù)（6）優(yōu)異的穩(wěn)定性長壽命 （7）簡單的驅(qū)動電路 MQ-2型氣敏元件有兩種型號。一種適用于一般的無毒的氣體，另一種適用于有毒的氣體。3.2.2 ADC0809介紹ADC0809芯片有28條引腳，封裝是雙列直插式，如圖所示。各引腳功能如下。IN0IN7是具有8路模擬量的輸入端。2-12-8是具有8位數(shù)字量的輸出端。3位地址輸入線分別是ADDA、ADDB、ADDC，功能是選通8路模擬輸入中的一路ALE的作用是地址鎖存允許的信號，不過要輸入高電平才有效。START是A/D轉(zhuǎn)換啟動脈沖輸入端，啟動它要輸入一個正脈沖（ADC0809復(fù)位是由脈沖上升沿觸發(fā)，啟動A/D轉(zhuǎn)換由下降沿觸發(fā)）。A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)束信號是EOC，當(dāng)此端輸出一個高電平，則A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時（轉(zhuǎn)換期間一直為低電平）。數(shù)據(jù)輸出允許信號是OE，高電平才可以觸發(fā)。如果此端輸入一個高電平，并且輸出三態(tài)門打開，然后進(jìn)行數(shù)字量輸出，則表示A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束。CLK是時鐘脈沖輸入端。功能是使時鐘頻率不高于640KHZ。REF（+）、REF（-）是基準(zhǔn)電壓。Vcc接入+5V的電源。GND：地。首先輸入3位地址，并使ALE=1，這樣會讓地址鎖存器存入地址。譯碼選通8路模擬輸入之一會讓此地址譯碼到比較器。寄存器復(fù)位使用的是START上升沿將逐次逼近的方法。 A/D轉(zhuǎn)換由下降沿啟動，EOC輸出信號變低，與此同時表示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。到A/D轉(zhuǎn)換完成時，它的輸出值變?yōu)楦唠娖?，與此同時表示A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束，已存入鎖存器保存結(jié)果數(shù)據(jù)，中斷申請可以使用該處理過的信號。當(dāng)高電平輸入OE時，與此同時輸出三態(tài)門會打開，數(shù)據(jù)總線上會接收輸出結(jié)果。剛剛的結(jié)果在傳送給單片機進(jìn)行處理，而這些數(shù)據(jù)是由A/D轉(zhuǎn)換后得到。如何確認(rèn)A/D轉(zhuǎn)換的完成是數(shù)據(jù)傳送的關(guān)鍵，因為只有確認(rèn)數(shù)據(jù)傳輸完成后，才能進(jìn)行下一步的傳送過程。這里會介紹三種傳送方式。（1）定時傳送方式 無論哪一種A/D轉(zhuǎn)換器，它的轉(zhuǎn)換時間是一個固定的，因為它的硬件是固定的，是已知的。有個例子，比如ADC0809轉(zhuǎn)換時間為128s，這個值是固定的，就是和64個機器周期的6MHz的MCS-51單片機是差不多的。一個延時子程序就可以根據(jù)這個特性來進(jìn)行設(shè)計，調(diào)用此子程序可以實現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換啟動，延遲時間一到，就可以完成轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)傳送就可以繼續(xù)進(jìn)行。（2）查詢方式A/D轉(zhuǎn)換芯片有一種信號，它表示轉(zhuǎn)換完成，有個例子，就比如ADC0809的EOC一端。如果轉(zhuǎn)換完成，就可以用此查詢方式，并且查詢EOC的狀態(tài)，如果完成了，數(shù)據(jù)傳送就可以繼續(xù)進(jìn)行。（3）中斷方式中斷請求信號是一種表示轉(zhuǎn)換已經(jīng)完成的一種信號即EOS，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送是用中斷方式的來完成的。無論哪一種方式讓轉(zhuǎn)換完成進(jìn)行確認(rèn)，那么數(shù)據(jù)傳送就可通過指令來進(jìn)行。首先送OE信號有效，然后讓單片機接受送上數(shù)據(jù)總線的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。3.3 數(shù)碼管顯示電路設(shè)計圖3.8 數(shù)碼管顯示電路設(shè)計LED數(shù)碼管（LED Segment Displays）是由多個發(fā)光二極管封裝在一起組成“8”字型的器件，引線已在內(nèi)部連接完成，只需引出它們的各個筆劃，公共電極。數(shù)碼管分為動態(tài)顯示和靜態(tài)顯示驅(qū)動兩種。，第一種靜態(tài)顯示方法是都用一個單片機的I/O端口來驅(qū)動任何一個段碼，第二種是使用二-十進(jìn)制的譯碼器進(jìn)行驅(qū)動譯碼，比如BCD。編程簡單，這是靜態(tài)驅(qū)動的優(yōu)點，顯示亮度高也是他的優(yōu)點，占用I/O端口多，這就是它的缺點，如果要58=40根I/O端口來驅(qū)動，才可以驅(qū)動5個數(shù)碼管用于靜態(tài)顯示，這樣占用的端口實在是太多了，在一些的條件下是無法實現(xiàn)的占用這么多的端口，實際條件的應(yīng)用下若要驅(qū)動就必須要增加其他的設(shè)備，這樣的話設(shè)計起來考慮的東西就會更多，更加不好設(shè)計，時間和材料的成本和也就會提高。但是單片機中實際運用中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式是數(shù)碼管動態(tài)顯示接口，就是通過每個數(shù)碼管的選通控制電路是可以由數(shù)碼管的公共極COM增加位來實現(xiàn)，當(dāng)單片機輸出字形碼時，相同的字形碼會輸入所有數(shù)碼管，但字形會由數(shù)碼管怎樣顯示，是受對位選通COM端電路的控制來影響的。在輪流顯示過程中，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，并且每位數(shù)碼管的點亮?xí)r間只有1到2ms，所以實際上各位數(shù)碼管不會同時接通，但只要有足夠快的掃描的速度，人體就會感覺就是顯示了一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)。動態(tài)顯示比靜態(tài)顯示的優(yōu)點是如下，能夠節(jié)省大量的I/O端口，而且功耗更低。本設(shè)計利用三極管驅(qū)動數(shù)碼管，用4.7k電阻起到限流作用，使得數(shù)碼管亮度適中。3.4 聲光報警提示電路3.4.1 燈光提示電路圖3.9左下為燈光提示電路LED英文單詞的縮寫，主要含義：LED = Light Emitting Diode，發(fā)光二極管。，它的作用是能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為可見光的的一種裝置，；它改變了白熾燈鎢絲發(fā)光和節(jié)能燈三基色粉發(fā)光的原理是通過這個裝置來改變的，并且，這個裝置采用的的原理是電場發(fā)光。根據(jù)有效的資料和實驗，LED的特點有如下，使用時間長、能量轉(zhuǎn)換的效率高、產(chǎn)生的輻射低與產(chǎn)生的耗能低。這是新世紀(jì)的新一代光源代表，LED因其產(chǎn)生的高尼特的亮度、熱損耗低的耗能、長時間使用、無毒物質(zhì)的產(chǎn)生、可回收再利用等是LED之所以成為新一代光源的原因，這就是為什么21世紀(jì)最有發(fā)展前景的綠色照明光源是LED。我國的LED產(chǎn)業(yè)起步于20世紀(jì)70年代，經(jīng)過多年的開發(fā)與發(fā)展，景觀照明和普通照明等場景是產(chǎn)品的主要運用的地方，我國是世界上運用照明和生產(chǎn)照明電器的主要大國之一。近幾年來，隨著人們對半導(dǎo)體發(fā)光材料不斷開發(fā)，對材料的不斷地研究，人們對這項技術(shù)不斷地了解，于是就讓LED制造工藝的不斷的上升和對新材料的開發(fā)與應(yīng)用，比如氮化物晶體和熒光粉這些材料就運作在LED顯示技術(shù)上，LED已經(jīng)有了一些飛躍式的進(jìn)展，比如運用各種顏色的高亮度顯示，還有功耗的明顯降低，也就使其的效率上升了近1000倍，可見光波段可以顯示各種顏色，這是在色域一方面的明顯進(jìn)步，還有最具發(fā)展?jié)摿Φ腖ED就是超高亮度的白色LED，這就有這樣一種潛能，讓LED運用到市場，最終普及的可能。還有這么一種可能，LED是新世紀(jì)最有用的創(chuàng)造。本設(shè)計利用LED顯示來指示PM2.5報警。3.4.2 聲音報警電路圖3.10右上為聲音報警電路這種裝置是一個電子報警器，具有報警的功能，也就是蜂鳴器，這種裝置需要使用直流電壓的方式來進(jìn)行供電的方式，這種裝置的使用場景比較廣泛，玩具中，家用電器，汽車電子，它最為一種報警器件來報警以示提醒。 這種裝置有2種類型，第一種是壓電式，第二種是電磁式。第一種的壓電式是由壓電蜂鳴片、多諧振蕩器、共鳴箱及阻抗匹配器、外殼等組成。一些壓電式的外殼上還裝有發(fā)光二極管來進(jìn)行光源報警。晶體管或集成電路構(gòu)成的多諧振蕩器。它的作用是接通電源后，比較低的電壓,多諧振蕩器起振,會產(chǎn)生音頻信號，這些信號的頻率是1.52.5kHZ，匹配的阻抗會讓蜂鳴器工作即報警警示。第二種是電磁式 ，電磁式蜂鳴器由電磁線圈、振蕩器、振動膜片，磁鐵及外殼等組成。接通電源后，通過電磁線圈音頻信號電流是由振蕩器產(chǎn)生的，產(chǎn)生的磁場就是由電磁線圈產(chǎn)生的。本次的設(shè)計采用有源蜂鳴器。三極管Q1起開關(guān)作用，其基極的低電平使三極管飽和導(dǎo)通，使蜂鳴器發(fā)聲；而基極高電平則使三極管關(guān)閉，蜂鳴器停止發(fā)聲。 3.5 按鍵電路本設(shè)計采用按鍵接低的方式來讀取按鍵，單片機初始時，因為為高電平，當(dāng)按鍵按下的時候，會給單片機一個低電平，單片機對信號進(jìn)行處理單片機鍵盤有獨立鍵盤和矩陣式鍵盤兩種：獨立鍵盤每一個I/O 口上只接一個按鍵，按鍵的另一端接電源或接地（一般接地），這種接法程序比較簡單且系統(tǒng)更加穩(wěn)定；而矩陣式鍵盤式接法程序比較復(fù)雜，但是占用的I/O少。獨立式鍵盤接法比較適合我們實驗的場景。根據(jù)單片機I/O口讀取口的電平高低來取決于是否有鍵按下，這樣可以實現(xiàn)獨立式鍵盤。讓常開鍵的一端I/O 口，另一端接地，一開始I/O口置于高電平這是有程序控制的，若要I/O口保護(hù)高電平，則表示此時無鍵按下。若I/O 口為低電平，則表示有按鍵按下。按鍵松開后，單片機內(nèi)部的上拉電阻使I/O口仍然保持高電平。如果我們想知道按鍵動作的產(chǎn)生與否，我們所要做的就是在程序中查尋此I/O口的電平狀態(tài)就可以知道了。在用單片機有一個不可缺少的一步對于鍵盤的處理，那就是鍵盤去抖。這里的鍵盤抖動，不是我們在按鍵時通過注意可以避免的，而是當(dāng)鍵盤在未按到按下的臨界區(qū)產(chǎn)生的電平不穩(wěn)定正?，F(xiàn)象。這種抖動一般10200毫秒之間，這種抖動對人來說是不可感知的，但是對機器來說是可以感知的。硬件去抖動就是用硬件電路的方法來改善抖動的可能性，軟件去抖動不是去掉抖動，而是處理已經(jīng)穩(wěn)定的鍵盤，而這穩(wěn)定的鍵盤是避開鍵盤抖動的時候。所以這里選擇了軟件去抖，實現(xiàn)的方法是檢查按鍵當(dāng)有低電平出現(xiàn)時延時100毫秒以避開抖動的時間（經(jīng)典值為20毫秒），再檢查一次I/O 口的值在延時完成之后，若此時的值為1 表示低電平的時間不到100毫秒，則此時的信號為干擾信號。若此查詢的值是0時，則此時的信號表示按鍵按下了，就會調(diào)用對應(yīng)的處理程序。硬件電路如圖3.12所示：圖3.12 按鍵電路圖3.1總體電路如圖3.1所示，上面的圖為protel99se所畫，實時顯示當(dāng)前的PM2.5值，共有3個按鍵來設(shè)置報警值。4 系統(tǒng)的軟件設(shè)計4.1 軟件介紹Keil C51是美國Keil Software公司出品的一種軟件開發(fā)系統(tǒng)，它可以兼容單片機的軟件開發(fā)，并可以使用的是C語言，而且C語言比匯編更有一些優(yōu)點，比如方便，易被開發(fā)者理解，傳遞性理解更加有可能，所以，C語言傳播性比匯編更加廣泛，而且在修改上也更加容易。 Keil C51軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全Windows界面。另外重要的一點，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會到Keil C51生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。下面詳細(xì)介紹Keil C51開發(fā)系統(tǒng)各部分功能和使用。Protel99SE是PORTEL公司在80年代末推出的EDA軟件。Windows操作系統(tǒng)里的軟件設(shè)軟件就可以使用這個軟件，這個軟件可以用于網(wǎng)頁設(shè)計以及電路原理圖的設(shè)計，pcb的電路板設(shè)計和plc器件等的設(shè)計和工作，可以設(shè)計32個信號層，16個電源-地層和16個機加工層。Protel99SE軟件的特點：(1)可生成多種的電氣連接網(wǎng)絡(luò)表； (2)比較完善的全局編輯功能； (3)原理圖和pcb圖的同步功能； (4)原理圖和PCB同步時，原理圖和PCB圖中可以雙向交叉查找引腳、元器件、網(wǎng)絡(luò)表格；(5)可以從電氣原理圖標(biāo)注元器件符號到pcb圖中，同時也可以從pcb圖中注釋到原理圖中； (6)滿足國際化設(shè)計要求； (7)支持用CUPL語言和原理圖設(shè)計，可以生成標(biāo)準(zhǔn)的JED文件的， PCB設(shè)計可生成32個信號層，并且支持16個電源地層還有16個機加工層； (8)比較完善的設(shè)計環(huán)境，符合現(xiàn)實中常規(guī)的批量的設(shè)計處理規(guī)則檢查； (9)比較智能覆銅系統(tǒng)，可以自動重鋪覆鈾； （10）設(shè)計可以參考許多的標(biāo)準(zhǔn)電路板； Protel99SE的工作界面是一種標(biāo)準(zhǔn)的Windows界面，如圖所示，包括：標(biāo)題欄、主菜單、標(biāo)準(zhǔn)工具欄、繪圖工具欄、狀態(tài)欄、對象選擇按鈕、預(yù)覽對象方位控制按鈕、仿真進(jìn)程控制按鈕、預(yù)覽窗口、對象選擇器窗口、圖形編輯窗口。 4.2 系統(tǒng)程序流程圖4.3系統(tǒng)仿真 圖4.1為proteus仿真截圖，此圖共有1個報警值，報警值可以通過按鍵進(jìn)行設(shè)定，默認(rèn)開機時報警值是45，當(dāng)濃度值大于45時，黃燈閃爍.圖4.1仿真截圖5 PM2.5檢測器的測試結(jié)果及結(jié)論5.1 調(diào)試調(diào)試過程中首先要檢測的就是硬件電路的設(shè)計原理是否正確、能否達(dá)到預(yù)期效果以及實現(xiàn)方法是否簡便等等；其次在焊接好難有線電路之后，認(rèn)真檢查電路的焊接情況。這次采用的是分塊調(diào)試的方法，煙霧探測電路，控制電路以及單片機控制電路進(jìn)行調(diào)試。在對每個模塊的進(jìn)行調(diào)試過程中又采用了由局部到整體，由簡單到復(fù)雜的調(diào)試方法，最后再將各個模塊總和成一個整體。在調(diào)試過程中遇到的問題有：(1) 由于在焊電路之前沒有認(rèn)真的查看STC89C52的管腳，使得管腳的順序全部焊錯了，最后只能重焊；(2) 煙霧值一直顯示很高，經(jīng)過查閱資料和換元件測試發(fā)現(xiàn)，煙霧傳感器初次使用得通電幾小時以上才可以正常使用，要做老化試驗。(3) 在解碼程序的編寫過程中，隨著理解的深入也作了相應(yīng)的修改。 5.2 結(jié)論煙霧傳感器可用于PM2.5檢測，PM2.5為一種由于工業(yè)發(fā)展所導(dǎo)致的一種環(huán)境惡化的空氣問題，對人類的生命和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展構(gòu)成了極大的威脅。所以人類一直也未停止過對PM2.5的研究，空氣的細(xì)粒顆粒檢測是使用煙霧傳感器最多的地方，故煙霧傳感器在PM2.5的檢測上可以起到巨大的作用。本文在參考了國內(nèi)外大量資料的基礎(chǔ)上，針對傳統(tǒng)的一系列PM2.5報警探測器存在的問題，合理地提出了PM2.5報警器的設(shè)計方法。極大地提高了產(chǎn)品的實用性和市場競爭力。本課題中設(shè)計的PM2.5報警探測器由傳感器電路與無線通信電路兩大部分構(gòu)成。控制處理器是以管腳資源豐富的STC89C52為核心，實現(xiàn)對探測器寫入信號和對信號進(jìn)行編譯等人機交互功能。應(yīng)用程序以C語言編寫，充分利用芯片的內(nèi)部資源，提高了代碼執(zhí)行效率，減小了代碼的容量。由于該探測器具有體積小、功耗低、安裝調(diào)試簡單、可靠性高等優(yōu)點，因此，該煙霧探測器有著良好的市場前景。但是，由于本人在各方面的知識不夠全面，該報警器還有較多需要提高的地方。比如：添加感應(yīng)溫度的傳感器，可以判斷實驗環(huán)境的溫度情況。致謝這次畢業(yè)設(shè)計得到了很多人的幫助，其中王俊杰老師對我的關(guān)心和支持尤為重要，每次遇到難題，我首先想到的就是向王老師尋求幫助。另外，他嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖黠L(fēng)使我的論文即使在謹(jǐn)小細(xì)微處也給予了糾正，讓我的論文無論是結(jié)構(gòu)還是內(nèi)容變得更加公整、緊湊，感謝王老師對我的悉心指導(dǎo)。這是一次印象深刻的實驗，而且我可以完成這樣一個設(shè)計，作為檢驗這些年來學(xué)習(xí)的成果,在這次試驗中，我們在學(xué)習(xí)的最后時光里，可以動手去學(xué)習(xí)一些實踐知識，提高自己最基本的操作，在反復(fù)思考中去鍛煉思維。感謝在此次設(shè)計期間和我共同來完成設(shè)計的11級同學(xué)，還有給予過我?guī)椭幕锇閭?，正是因為有了你們的幫助，才讓我不僅學(xué)到了本次課題所涉及的新知識，更讓我學(xué)習(xí)到了知識以外的東西。參考文獻(xiàn)1陳權(quán)昌,李興富.單片機原理及應(yīng)用M.廣州:華南理工大學(xué)出版社,2007.82李慶亮.C語言程序設(shè)計實用教程M.北京:機械工業(yè)出版社,2005.33楊志忠.數(shù)字電子技術(shù)M.北京:高等教育出版社,2003.12.4及力.Protel 99 SE原理圖與PCB設(shè)計教程M.北京:電子工業(yè)出版社,2007.8.5徐江海.單片機實用教程M.北京:機械工業(yè)出版社,2006.126胡宴如.模擬電子技術(shù)M.北京:高等教育出版社,2008.67 劉寧.單片機多功能時鐘的設(shè)計M.浙江:浙江海洋學(xué)院,2009. 8 汪文，陳林.單片機原理及應(yīng)用M.湖北:華中科技大學(xué)出版社,2007.9 康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字部分M.北京:高等教育出版社,2008.附錄1 pcb截圖2 系統(tǒng)程序/程序頭函數(shù)#include /宏定義#define uint unsigned int #define uchar unsigned char#define Data_ADC0809 P1 /管腳聲明sbit Feng = P30;/ADC0809sbit ST=P33;sbit EOC=P34;sbit OE=P32;/按鍵sbit Key1=P35;sbit Key2=P36;sbit Key3=P37;bit shan=0;/顯示數(shù)組0-9+Fuchar Data_=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x71,0x3f;sbit Wei1 = P27;sbit Wei2 = P26;sbit Wei3 = P25;sbit Wei4 = P24;/函數(shù)聲明extern uchar ADC0809();void Display(uchar X,uchar Data);