（精編）單片機(jī)PM2.5濃度檢測儀畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

1、 封面 摘要因?yàn)榭諝赓|(zhì)量的惡化，陰霾天氣現(xiàn)象出現(xiàn)增多，危害現(xiàn)象加重。中國不少地區(qū)把陰霾天氣現(xiàn)象并入霧一起作為災(zāi)害性天氣預(yù)警預(yù)報(bào)。統(tǒng)稱為“霧霾天氣”。霧霾主要由 PM2.5、PM10、PM0.1以及重金屬鎳砷鉻鉛等顆粒組成。有關(guān)霧霾的重大事件層出不窮，如1952年倫敦?zé)熿F事件，倫敦殺人霧在四天內(nèi)奪走了 4000多條人命；還有 2013年初北京肆虐橫行的霧霾事件，轟動(dòng)一時(shí)。因此，對 PM2.5的測量顯得越來越重要。本設(shè)計(jì)采用 AT89C52單片機(jī)為控制中心，由 GP2Y1010AU0F灰塵傳感器測量空氣粉塵濃度， LCD1602顯示屏顯示當(dāng)前空氣粉塵濃度。當(dāng)空氣中粉塵濃度達(dá)到所設(shè)定限度啟動(dòng)蜂鳴器自

2、動(dòng)報(bào)警，且能實(shí)時(shí)對應(yīng)顯示相應(yīng)的LED燈，直觀提醒當(dāng)前的污染級別。該系統(tǒng)電路簡單、工作穩(wěn)定、集成度高，調(diào)試方便，測試精度高，具有一定的實(shí)用價(jià)值。關(guān)鍵字： PM2.5、單片機(jī)、粉塵濃度、 GP2Y1010AU0F、自動(dòng)檢測 目錄第一章、概述 . 11.1、設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容和意義 . 11.1.1、設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 . 11.1.2、設(shè)計(jì)的主要意義 . 1第二章、主控制器及主要器件. 22.1、AT89S52單片機(jī) . 22.2、A/D轉(zhuǎn)換芯片 ADC0832. 72.3、1602LCD液晶顯示屏 . 82.4、夏普粉塵傳感器 GP2Y1010AU0F. 11第三章、硬件電路設(shè)計(jì) . 123.1、電路設(shè)

3、計(jì)框圖 . 123.2、系統(tǒng)概述 . 133.3、單片機(jī)最小系統(tǒng) . 133.4、粉塵傳感器電路設(shè)計(jì) . 173.5、A/D轉(zhuǎn)換 . 183.6、LCD顯示模塊設(shè)計(jì) . 193.7、按鍵電路 . 203.8、報(bào)警電路 . 213.9、污染級別提醒電路和程序下載電路. 21第四章、程序設(shè)計(jì)及軟件應(yīng)用. 224.1、主程序設(shè)計(jì) . 224.2、主要子函數(shù)的設(shè)計(jì) . 234.3、keil的應(yīng)用 . 274.4、protel99se的應(yīng)用 . 284.5、Proteus的應(yīng)用 . 30第五章、設(shè)計(jì)的應(yīng)用及相關(guān)實(shí)驗(yàn). 315.1、PM2.5簡介 . 315.1、PM2.5的主要來源 . 325.2、PM

4、2.5的現(xiàn)狀及常用數(shù)據(jù) . 33 5.2、設(shè)計(jì)主要用途及應(yīng)用的場景. 355.2.1、主要用途 . 355.2.2、應(yīng)用場景 . 355.3、應(yīng)用設(shè)計(jì)進(jìn)行的相關(guān)實(shí)驗(yàn)及結(jié)論分析. 365.3.1、實(shí)驗(yàn)一 :東湖公園檢測測 . 365.3.2、實(shí)驗(yàn)二：路口檢測 . 365.3.3、實(shí)驗(yàn)三：常見生活場景檢測. 365.3.4、檢測分析 . 375.3.5、應(yīng)對方法 . 37第六章、總結(jié) . 38致謝 . 38參考文獻(xiàn) . 39附錄 . 40附錄 1.原件清單 . 40附錄 2.原理圖 . 41附錄 3程序源代碼 . 42 第一章、概述1.1、設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容和意義1.1.1、設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容本設(shè)計(jì)提出的

5、“ PM2.5監(jiān)測”的方案最基本的實(shí)現(xiàn)方法是由單片機(jī)、粉塵監(jiān)測傳感器、顯示模塊、報(bào)警器等模塊組成的電路，GP2Y1010AU0F粉塵傳感器采集空氣中 PM2.5的濃度值，經(jīng)過 AT89C52單片機(jī)處理后，在 LCD1602液晶上顯示，并且設(shè)置一個(gè)報(bào)警值，檢測的 PM2.5濃度值超過報(bào)警值后，蜂鳴器報(bào)警，報(bào)警值可以用按鍵手動(dòng)調(diào)節(jié)。另外，該設(shè)計(jì)在實(shí)時(shí)檢測濃度的同時(shí)，根據(jù)當(dāng)前檢測濃度亮起相應(yīng)的燈，濃度范圍分別為：檢測的 PM2.5的濃度值在 0-0.1，綠燈亮，表示環(huán)境良好；檢測的 PM2.5的濃度值在 0.1-0.3，黃燈亮，表示輕度污染；檢測的 PM2.5的濃度值在 0.3以上，紅燈亮，表示重度

6、污染；1.1.2、設(shè)計(jì)的主要意義21世紀(jì)的今天，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展日新月異，科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步同時(shí)也帶動(dòng)了測量技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代控制設(shè)備不同于以前，它們在性能和結(jié)構(gòu)發(fā)生了翻天覆地的變化。我們已經(jīng)進(jìn)入了高速發(fā)展的信息時(shí)代，測量技術(shù)是當(dāng)今社會(huì)的主流，廣泛地深入到應(yīng)用工程的各個(gè)領(lǐng)域。因?yàn)榭諝赓|(zhì)量的惡化，陰霾天氣現(xiàn)象出現(xiàn)增多，危害現(xiàn)象加重。中國不少地區(qū)把陰霾天氣現(xiàn)象并入霧一起作為災(zāi)害性天氣預(yù)警預(yù)報(bào)。 統(tǒng)稱為“霧霾天氣”。霧霾主要由 PM2.5、PM10、PM0.1以及重金屬鎳砷鉻鉛等顆粒組成。在空氣動(dòng)力學(xué)和環(huán)境氣象學(xué)中，顆粒物是按直徑大小來分類的，粒徑小于 100微米的稱為TSP(TotalSuspendedP

7、article)，即總懸浮物顆粒；粒徑小于 10微米的稱為 PM10(PM為 ParticulateMatter縮寫)，即可吸入顆粒物；粒徑小于 2.5微米的稱為 PM2.5，即可入肺顆粒物，它的直徑僅相當(dāng)于人的頭發(fā)絲粗細(xì)的 1/20。雖然 PM2.5只是地球大氣1 成分中含量很少的組分，但它與較粗的大氣顆粒物相比，粒徑小，富含大量的有毒、有害物質(zhì)且在大氣中的停留時(shí)間長、輸送距離遠(yuǎn)，因而對人體健康和大氣環(huán)境質(zhì)量影響更大。世界衛(wèi)生組織發(fā)布的報(bào)告顯示，無論是發(fā)達(dá)國家還是發(fā)展中國家，目前大多數(shù)城市和農(nóng)村人口均遭受到顆粒物對健康的影響。高污染城市中的死亡率超出相對清潔城市的 15%至 20%。據(jù)統(tǒng)計(jì)，

8、在歐洲， PM2.5每年導(dǎo)致 386000人死亡，并使歐盟國家人均期望壽命減少 8.6個(gè)月。人體的生理結(jié)構(gòu)決定了對 PM2.5沒有任何過濾、阻攔能力，而 PM2.5對人類健康的危害卻隨著醫(yī)學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，逐步暴露出其恐怖的一面。氣象專家和醫(yī)學(xué)專家認(rèn)為，由細(xì)顆粒物造成的灰霾天氣對人體健康的危害甚至要比沙塵暴更大。粒徑 10微米以上的顆粒物，會(huì)被擋在人的鼻子外面；粒徑在 2.5微米至 10微米之間的顆粒物，能夠進(jìn)入上呼吸道，但部分可通過痰液等排出體外，另外也會(huì)被鼻腔內(nèi)部的絨毛阻擋，對人體健康危害相對較??；而粒徑在 2.5微米以下的細(xì)顆粒物，直徑相當(dāng)于人類頭發(fā)的 1/10大小，不易被阻擋。被吸入人體后

9、會(huì)直接進(jìn)入支氣管，刺激呼吸道，干擾肺部的氣體交換，從而引發(fā)咳嗽、呼吸困難、哮喘、慢性支氣管炎等呼吸系統(tǒng)的疾病并導(dǎo)致心律不齊、非致命性心臟病等心血管方面的疾病。其中，老人、小孩以及心肺疾病患者是PM2.5污染的敏感人群。因此，對 PM2.5的監(jiān)測與治理便顯得越來越重要。第二章、主控制器及主要器件2.1、AT89S52單片機(jī)AT89S52是一個(gè)低功耗，高性能 CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含 8k BytesISP的可反復(fù)擦寫 1000次的 Flash只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用 ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS-51指令系統(tǒng)及 80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用 8位中央

10、處理器和 ISP Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的 AT89S52可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價(jià)比的解決方案。2 AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能 :8k字節(jié) Flash，256字節(jié) RAM，32位 I/O口線，看門狗定時(shí)器， 2個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè) 16位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，一個(gè) 6向量 2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外， AT89S52可降至 0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持 2種軟件可選擇節(jié)電模式。空閑模式下， CPU停止工作，允許 RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下， RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)

11、位為止。內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的高 128個(gè)單元是為專用寄存器提供的，因此該區(qū)也稱作特殊功能寄存器（SFR），它們主要用于存放控制命令、狀態(tài)或數(shù)據(jù)。除去程序計(jì)數(shù)器PC外，還有 21個(gè)特殊功能寄存器，其地址空間為 80HFFH。這 21個(gè)寄存器中有 11個(gè)特殊功能寄存器具有位尋址能力，它們的字節(jié)地址剛好能被 8整除。 AT89S52是一個(gè)高效的微型計(jì)算機(jī)。它的應(yīng)用范圍廣，可用于解決復(fù)雜的控制問題，且成本較低。其結(jié)構(gòu)框圖如圖 2.1所示。圖 2.1 AT89S52結(jié)構(gòu)框圖3 AT89S52引腳功能與封裝：圖 2.2 AT89S52引腳圖按照功能， AT89S52的引腳可分為主電源、外接晶體振蕩或振蕩器、多

12、功能I/O口、控制和復(fù)位等。多功能 I/O口：AT89S52共有四個(gè) 8位的并行 I/O口：P0、P1、P2、P3端口，對應(yīng)的引腳分別是 P0.0 P0.7，P1.0 P1.7，P2.0 P2.7，P3.0 P3.7，共 32根 I/O線。每根線可以單獨(dú)用作輸入或輸出。P0端口，該口是一個(gè) 8位漏極開路的雙向 I/O口。在作為輸出口時(shí)，每根引腳可以帶動(dòng) 8個(gè) TTL輸入負(fù)載。當(dāng)把“1寫”入 P0時(shí)，則它的引腳可用作高阻抗輸入。當(dāng)對外部程序或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)， P0可用作多路復(fù)用的低字節(jié)地址 /數(shù)據(jù)總線，在該模式， P0口擁有內(nèi)部上拉電阻。在對 Flash存儲(chǔ)器進(jìn)行編程時(shí)， P0用于接收代碼

13、字節(jié)；在校驗(yàn)時(shí)，則輸出代碼字節(jié)；此時(shí)需要外加上拉電阻。P1端口，該口是帶有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O端口，P1口的輸出緩沖器可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流方式） 4個(gè) TTL輸入。對端口寫“1時(shí)”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，此時(shí)可用作輸入口。 P1口作輸入口使用時(shí)，因?yàn)橛袃?nèi)部的上拉電阻，那些被外部信號拉低的引腳會(huì)輸出一個(gè)電流。在對Flash編程和程序校驗(yàn)時(shí)，P1口接收低 8位地址。另外，P1.0與 P1.1可以配置成定時(shí) /計(jì)數(shù)器 2的外部計(jì)數(shù)輸入端（ P1.0/T2）與定時(shí) /4 計(jì)數(shù)器 2的觸發(fā)輸入端（ P1.0/T2EX），如表 2.3所示。表 2.3 P1口管腳復(fù)用功能端口引腳

14、P1.0復(fù)用功能T2（定時(shí)器 /計(jì)算器 2的外部輸入端）T2EX（定時(shí)器 /計(jì)算器 2的外部觸發(fā)端和雙向控制）MOSI（用于在線編程）P1.1P1.5P1.6MISO（用于在線編程）P1.7SCK（用于在線編程） P2端口，該口是帶有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O端口， P2口的輸出緩沖器可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流方式） 4個(gè) TTL輸入。對端口寫“1時(shí)”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，此時(shí)可用作輸入口。 P2口作輸入口使用時(shí)，因?yàn)橛袃?nèi)部的上拉電阻，那些被外部信號拉低的引腳會(huì)輸出一個(gè)電流。在訪問外部程序存儲(chǔ)器或 16位的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， P2口送出高 8位地址，在訪問 8位地址的外部數(shù)據(jù)

15、存儲(chǔ)器時(shí)， P2口引腳上的內(nèi)容（就是專用寄存器（ SFR）區(qū)中 P2寄存器的內(nèi)容），在整個(gè)訪問期間不會(huì)改變。在對 Flash編程和程序校驗(yàn)期間，P2口也接收高位地址或一些控制信號。 P3端口，該口是帶有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O端口， P3口的輸出緩沖器可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流方式） 4個(gè) TTL輸入。對端口寫“1時(shí)”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，此時(shí)可用作輸入口。 P3口作輸入口使用時(shí)，因?yàn)橛袃?nèi)部的上拉電阻，那些被外部信號拉低的引腳會(huì)輸出一個(gè)電流。在 AT89S52中，同樣 P3口還用于一些復(fù)用功能，如表 2.4所列。在對 Flash編程和程序校驗(yàn)期間， P3口還接收一些控制信號

16、。表 2.4 P3端口引腳與復(fù)用功能表端口引腳P3.0復(fù)用功能RXD（串行輸入口）TXD（串行輸出口）P3.15 P3.2P3.3P3.4P3.5P3.6P3.7INT0（外部中斷 0）INT1（外部中斷 1）T0（定時(shí)器 0的外部輸入）T1（定時(shí)器 1的外部輸入）WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通）RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）RST：復(fù)位輸入端。在振蕩器運(yùn)行時(shí)，在此腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平將使其單片機(jī)復(fù)位?？撮T狗定時(shí)器（ Watchdog）溢出后，該引腳會(huì)保持 98個(gè)振蕩周期的高電平。在 SFR AUXR（地址 8EH）寄存器中的 DISRTO位可以用于屏蔽這種功能。DISRTO位的默認(rèn)狀態(tài)，是

17、復(fù)位高電平輸出功能使能。ALE/PROG：地址鎖存允許信號。在存取外部存儲(chǔ)器時(shí)，這個(gè)輸出信號用于鎖存低字節(jié)地址。在對 Flash存儲(chǔ)器編程時(shí)，這條引腳用于輸入編程脈沖PROG。一般情況下，ALE是振蕩器頻率的 6分頻信號，可用于外部定時(shí)或時(shí)鐘。但是，在對外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器每次存取中，會(huì)跳過一個(gè) ALE脈沖。在需要時(shí)，可以把地址 8EH中的SFR寄存器的 0位置為“1，”從而屏蔽 ALE的工作；而只有在 MOVX或 MOVC指令執(zhí)行時(shí) ALE才被激活。在單片機(jī)處于外部執(zhí)行方式時(shí)，對 ALE屏蔽位置“1并”不起作用。PSEN：程序存儲(chǔ)器允許信號。它用于讀外部程序存儲(chǔ)器。當(dāng)AT89S52在執(zhí)行來自外部存

18、儲(chǔ)器的指令時(shí)，每一個(gè)機(jī)器周期 PSEN被激活 2次。在對外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的每次存取中， PSEN的 2次激活會(huì)被跳過。EA/Vpp：外部存取允許信號。為了確保單片機(jī)從地址為0000HFFFFH的外部程序存儲(chǔ)器中讀取代碼，故要把 EA接到 GND端，即地端。但是，如果鎖定位 1被編程，則 EA在復(fù)位時(shí)被鎖存。當(dāng)執(zhí)行內(nèi)部程序時(shí)， EA應(yīng)接到 Vcc。在對 Flash存儲(chǔ)器編程時(shí)，這條引腳接收 12V編程電壓 Vpp。XTAL1：振蕩器的反相放大器輸入，內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。XTAL2：振蕩器的反相放大器輸出。6 2.2、A/D轉(zhuǎn)換芯片 ADC0832ADC0832是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的一種8位

19、分辨率、雙通道 A/D轉(zhuǎn)換芯片。由于它體積小，兼容性強(qiáng)，性價(jià)比高而深受單片機(jī)愛好者及企業(yè)歡迎，其目前已經(jīng)有很高的普及率。學(xué)習(xí)并使用ADC0832可是使我們了解 A/D轉(zhuǎn)換器的原理，有助于我們單片機(jī)技術(shù)水平的提高。ADC0832具有以下特點(diǎn)：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(shí)輸入電壓在 05V之間；工作頻率為 250KHZ，轉(zhuǎn)換時(shí)間為 32；一般功耗僅為 15mW；8P、14P DIP（雙列直插）、PICC多種封裝；商用級芯片溫寬為 0C to +70 C，工業(yè)級芯片溫寬為 - 40C to +85 C；芯片頂視圖：7 芯片接口說明：CS_：片

20、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。CLK：芯片時(shí)鐘輸入。Vcc/REF：電源輸入及參考電壓輸入（復(fù)用）。ADC0832為 8位分辨率 A/D轉(zhuǎn)換芯片，其最高分辨可達(dá) 256級，可以適應(yīng)一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。其內(nèi)部電源輸入與參考電壓的復(fù)用，使得芯片的模擬電壓輸入在 05V之間。芯片轉(zhuǎn)換時(shí)間僅為 32，據(jù)有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗(yàn)，以減少數(shù)據(jù)誤差，轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性能強(qiáng)。獨(dú)立的芯片使能輸入，使多器件掛接和處理器

21、控制變的更加方便。通過 DI數(shù)據(jù)輸入端，可以輕易的實(shí)現(xiàn)通道功能的選擇。2.3、1602LCD液晶顯示屏LCD顯示器分為字段顯示和字符顯示兩種。其中字段顯示與 LED顯示相似，只要送對應(yīng)的信號到相應(yīng)的管腳就能顯示。字符顯示是根據(jù)需要顯示基本字符。本設(shè)計(jì)采用的是字符型顯示。系統(tǒng)中采用 LCD1602作為顯示器件輸出信息。與傳統(tǒng)的LED數(shù)碼管顯示器件相比，液晶顯示模塊具有體積小、功耗低、顯示內(nèi)容豐富等優(yōu)點(diǎn)，而且不需要外加驅(qū)動(dòng)電路，現(xiàn)在液晶顯示模塊已經(jīng)是單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)中最常用的顯示器件了。 LCD1602可以顯示 2行 16個(gè)漢字。8 LCD1602主要技術(shù)參數(shù)顯示容量為 162個(gè)字符；芯片工作電壓為

22、 4.55.5V；工作電流為 2.0mA（5.0V）；模塊最佳工作電壓為 5.0V；字符尺寸為 2.954.35（WH）mm。3.1.2 LCD1602的引腳說明LCD1602采用標(biāo)準(zhǔn)的 14腳接口，其中 :第 1腳：VSS為地電源。第 2腳：VDD接 5V正電源。第 3腳：V0為液晶顯示器對比度調(diào)整端。第 4腳：RS為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器。第 5腳：RW為讀寫信號線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。當(dāng)RS和 RW共同為低電平時(shí)可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng)RS為低電平 RW為高電平時(shí)可以讀忙信號，當(dāng) RS為高電平 RW為低電平時(shí)可以寫入數(shù)據(jù)。第 6

23、腳：E端為使能端，當(dāng) E端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。第 714腳：D0D7為 8位雙向數(shù)據(jù)線。第 1516腳：空腳3.1.3控制指令說明1602液晶模塊內(nèi)部的控制器共有 11條控制指令，如 3.8表所示：表 3.8控制命令表序號指令RS0R/WD70D60D50D40D30D20D10D0112345清顯示00000光標(biāo)返回00000001*置輸入模式顯示開 /關(guān)控制光標(biāo)或字符移位0000001I/DCSB*000001D00001S/CR/L*9 6置功能00000001010011DLNF*7置字符發(fā)生存貯器地址置數(shù)據(jù)存貯器地址讀忙標(biāo)志或地址0字符發(fā)生存貯器地址81顯示數(shù)據(jù)

24、存貯器地址計(jì)數(shù)器地址9BF1011寫數(shù)到 CGRA或 DDRAM） 1從 CGRAM或 DDRAM讀數(shù) 1要寫的數(shù)據(jù)內(nèi)容讀出的數(shù)據(jù)內(nèi)容1602液晶模塊的讀寫操作、屏幕和光標(biāo)的操作都是通過指令編程來實(shí)現(xiàn)的。（說明： 1為高電平、 0為低電平）指令 1：清顯示，指令碼 01H，光標(biāo)復(fù)位到地址 00H位置指令 2：光標(biāo)復(fù)位，光標(biāo)返回到地址 00H指令 3：光標(biāo)和顯示模式設(shè)置 I/D：光標(biāo)移動(dòng)方向，高電平右移，低電平左移幕上所有文字是否左移或者右移。高電平表示有效，低電平則無效S:屏指令 4：顯示開關(guān)控制。 D：控制整體顯示的開與關(guān)，高電平表示開顯示，低電平表示關(guān)顯示 C：控制光標(biāo)的開與關(guān)，高電平表示

25、有光標(biāo)，低電平表示無光標(biāo)制光標(biāo)是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍B：控指令 5：光標(biāo)或顯示移位 S/C：高電平時(shí)移動(dòng)顯示的文字，低電平時(shí)移動(dòng)光標(biāo)指令 6：功能設(shè)置命令 DL：高電平時(shí)為 4位總線，低電平時(shí)為 8位總線 N：低電平時(shí)為單行顯示，高電平時(shí)雙行顯示 F:低電平時(shí)顯示 5x7的點(diǎn)陣字符，高電平時(shí)顯示 5x10的點(diǎn)陣字符指令 7：字符發(fā)生器 RAM地址設(shè)置指令 8：DDRAM地址設(shè)置指令 9：讀忙信號和光標(biāo)地址 BF：為忙標(biāo)志位，高電平表示忙，此時(shí)模塊不能接收命令或者數(shù)據(jù)，如果為低電平表示不忙。指令 10：寫數(shù)據(jù)指令 11：讀數(shù)據(jù)10 2.4、夏普粉塵傳感器 GP2Y1010AU0F日本

26、夏普公司灰塵傳感器 GP2Y1010AU，體積小巧，靈敏度高，可以用來測量 0.8微米以上的微小粒子，可用于室內(nèi)環(huán)境中煙氣、粉塵、花粉等濃度的檢測。此款產(chǎn)品不但可以檢測出單位體積粒子的絕對個(gè)數(shù)，而且內(nèi)置氣流發(fā)生器，可以自行吸入外部空氣?；覊m傳感器 GP2Y1010AU安裝保養(yǎng)方便，使用壽命長，精度高，穩(wěn)定性好。其內(nèi)部對角安放著紅外線發(fā)光二極管和光電晶體管，使得其能夠探測到空氣中塵埃反射光，即使非常細(xì)小的如煙草煙霧顆粒也能夠被檢測到，通常在空氣凈化系統(tǒng)中應(yīng)用。該傳感器具有非常低的電流消耗（最大20mA，典型值 11mA），可使用高達(dá) 7VDC。該傳感器輸出為模擬電壓，其值與粉塵濃成正比。夏普灰塵

27、傳感器 GP2Y1010AU0F傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)11 應(yīng)用領(lǐng)域：1、空氣凈化器和空氣清新機(jī)；2、空調(diào)；3、空氣質(zhì)量監(jiān)控儀；4、空調(diào)等相關(guān)產(chǎn)品。主要參數(shù)：靈敏度： 0.5V/(0.1mg/m3)輸出電壓： 0.9V(TYP)消耗電流： 11mA工作溫度： -1065存儲(chǔ)溫度： -2080第三章、硬件電路設(shè)計(jì)3.1、電路設(shè)計(jì)框圖12 3.2、系統(tǒng)概述本電路是由 AT89S52單片機(jī)為控制核心，另外主要通過 6個(gè)模塊的電路設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)功能，他們分別是 LCD顯示模塊、粉塵傳感器、 A/D轉(zhuǎn)換、按鍵電路、報(bào)警電路、污染級別提醒電路。系統(tǒng)原理圖如下：3.3、單片機(jī)最小系統(tǒng)單片機(jī)的最小系統(tǒng)就是讓單片機(jī)能正常工作

28、并發(fā)揮其功能時(shí)所必須的組成部分，也可理解為是用最少的元件組成的單片機(jī)可以工作的系統(tǒng)。 對 51系列單片機(jī)來說，最小系統(tǒng)一般應(yīng)該包括：單片機(jī)、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、輸入 /輸出設(shè)備等。單片機(jī)最小系統(tǒng)框圖時(shí)鐘電路 :13 在設(shè)計(jì)時(shí)鐘電路之前，讓我們先了解下 51單片機(jī)上的時(shí)鐘管腳：XTAL1（19 腳）：芯片內(nèi)部振蕩電路輸入端。XTAL2（18 腳）：芯片內(nèi)部振蕩電路輸出端。XTAL1和 XTAL2是獨(dú)立的輸入和輸出反相放大器，它們可以被配置為使用石英晶振的片內(nèi)振蕩器，或者是器件直接由外部時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)。圖3中采用的是內(nèi)時(shí)鐘模式，即采用利用芯片內(nèi)部的振蕩電路，在 XTAL1、XTAL2的引腳上外接定時(shí)元件

29、（一個(gè)石英晶體和兩個(gè)電容），內(nèi)部振蕩器便能產(chǎn)生自激振蕩。一般來說晶振可以在1.2 12MHz之間任選，甚至可以達(dá)到 24MHz或者更高，但是頻率越高功耗也就越大。在本實(shí)驗(yàn)套件中采用的 11.0592M的石英晶振。和晶振并聯(lián)的兩個(gè)電容的大小對振蕩頻率有微小影響，可以起到頻率微調(diào)作用。當(dāng)采用石英晶振時(shí)，電容可以在 20 40pF之間選擇（本實(shí)驗(yàn)套件使用 30pF）；當(dāng)采用陶瓷諧振器件時(shí)，電容要適當(dāng)?shù)卦龃笠恍?，?30 50pF之間。通常選取 33pF的陶瓷電容就可以了。另外值得一提的是如果讀者自己在設(shè)計(jì)單片機(jī)系統(tǒng)的印刷電路板（PCB ）時(shí)，晶體和電容應(yīng)盡可能與單片機(jī)芯片靠近，以減少引線的寄生電容，

30、保證振蕩器可靠工作。XTAL2輸出的十分漂亮的正弦檢測晶振是否起振的方法可以用示波器可以觀察到波，也可以使用萬用表測量（把擋位打到直流擋，這個(gè)時(shí)候測得的是有效值） XTAL2和地之間的電壓時(shí)，可以看到 2V左右一點(diǎn)的電壓。時(shí)鐘電路如圖所示。時(shí)鐘電路圖復(fù)位電路 :14 在單片機(jī)系統(tǒng)中 ,復(fù)位電路是非常關(guān)鍵的，當(dāng)程序跑飛（運(yùn)行不正常）或死機(jī)（停止運(yùn)行）時(shí)，就需要進(jìn)行復(fù)位。MCS-5l系列單片機(jī)的復(fù)位引腳 RST（第 9管腳）出現(xiàn) 2個(gè)機(jī)器周期以上的高電平時(shí)，單片機(jī)就執(zhí)行復(fù)位操作。如果 RST持續(xù)為高電平，單片機(jī)就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)。復(fù)位操作通常有兩種基本形式：上電自動(dòng)復(fù)位和開關(guān)復(fù)位。上電瞬間，電容兩

31、端電壓不能突變 ,此時(shí)電容的負(fù)極和 RESET相連，電壓全部加在了電阻上， RESET的輸入為高，芯片被復(fù)位。隨之 +5V電源給電容充電，電阻上的電壓逐漸減小，最后約等于 0 ,芯片正常工作。并聯(lián)在電容的兩端為復(fù)位按鍵，當(dāng)復(fù)位按鍵沒有被按下的時(shí)候電路實(shí)現(xiàn)上電復(fù)位，在芯片正常工作后電平達(dá)到手動(dòng)復(fù)位的效果。，通過按下按鍵使 RST管腳出現(xiàn)高復(fù)位電路圖如圖所示。圖 4復(fù)位電路圖EA/VPP（31腳）的功能和接法 :51單片機(jī)的 EA/VPP（31 腳）是內(nèi)部和外部程序存儲(chǔ)器的選擇管腳。當(dāng)EA保持高電平時(shí)，單片機(jī)訪問內(nèi)部程序存儲(chǔ)器；當(dāng)EA保持低電平時(shí)，則不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，只訪問外部存儲(chǔ)器。對于

32、現(xiàn)今的絕大部分單片機(jī)來說，其內(nèi)部的程序存儲(chǔ)器（一般為因此基本上不需要外接程序存儲(chǔ)器，而是直接使用內(nèi)部的存儲(chǔ)器。flash容量都很大，在本實(shí)驗(yàn)套件中， EA管腳接到了 VCC上，只使用內(nèi)部的程序存儲(chǔ)器。這一點(diǎn)一15 定要注意，很多初學(xué)者常常將 EA管腳懸空 ,從而導(dǎo)致程序執(zhí)行不正常。P0口外接上拉電阻 :51單片機(jī)的 P0端口為開漏輸出，內(nèi)部無上拉電阻。所以在當(dāng)做普通 I/O輸出數(shù)據(jù)時(shí)，由于 V2截止，輸出級是漏極開路電路，要使“ 1”信號（即高電平）正常輸出，必須外接上拉電阻，如圖所示。圖 5 P0口外接上拉電阻另外，避免輸入時(shí)讀取數(shù)據(jù)出錯(cuò)，也需外接上拉電阻。在這里簡要的說下其原因：在輸入狀態(tài)

33、下，從鎖存器和從引腳上讀來的信號一般是一致的，但也有例外。例如，當(dāng)從內(nèi)部總線輸出低電平后，鎖存器 Q 0， Q 1，場效應(yīng)管 V1開通，端口線呈低電平狀態(tài)。此時(shí)無論端口線上外接的信號是低電平還是高電平，從引腳讀入單片機(jī)的信號都是低電平，因而不能正確地讀入端口引腳上的信號。又如，當(dāng)從內(nèi)部總線輸出高電平后，鎖存器 Q 1, Q 0,場效應(yīng)管 V1截止.如外接引腳信號為低電平，從引腳上讀入的信號就與從鎖存器讀入的信號不同。 所以當(dāng) P0口作為通用 I/O接口輸入使用時(shí)，在輸入數(shù)據(jù)前，應(yīng)先向 P0口寫“ 1”，此時(shí)鎖存器的 Q端為“ 0”，使輸出級的兩個(gè)場效應(yīng)管 V1、V2均截止 ,引腳處于懸浮狀態(tài)，

34、才可作高阻輸入?？偨Y(jié)來說：為了能使 P0口在輸出時(shí)能驅(qū)動(dòng) NMOS電路和避免輸入時(shí)讀取數(shù)據(jù)出錯(cuò)，需外接上拉電阻。在本實(shí)驗(yàn)套件中采用的是外加一個(gè)10K排阻。此外， 51單片機(jī)在對端口 P0 P3的輸入操作上，為避免讀錯(cuò)，應(yīng)先向電路中的鎖存器寫入“1”，使場效應(yīng)管截止，以避免鎖存器為“ 0”狀態(tài)時(shí)對引腳讀入的干擾。16 3.4、粉塵傳感器電路設(shè)計(jì)根據(jù)粉塵傳感器 GP2Y1010AU的規(guī)劃書中對管腳的描述：對應(yīng)的管腳為：故粉塵傳感器的電路設(shè)計(jì)如圖：粉塵傳感器 GP2Y1010AU通過對空氣粉塵顆粒濃度的檢測輸出模擬電壓，其17 值與粉塵濃度成正比。故在仿真原理圖中，我們用可變電阻設(shè)計(jì)的局部限壓電路代

35、替?zhèn)鞲衅鳎?.5、A/D轉(zhuǎn)換ADC0832的封裝機(jī)管腳說明：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。18 CLK：芯片時(shí)鐘輸入。Vcc/REF：電源輸入及參考電壓輸入（復(fù)用）電路設(shè)計(jì)如圖所示：3.6、LCD顯示模塊設(shè)計(jì)系統(tǒng)中采用 LCD1602作為顯示器件輸出信息。與傳統(tǒng)的 LED數(shù)碼管顯示器件相比，液晶顯示模塊具有體積小、功耗低、顯示內(nèi)容豐富等優(yōu)點(diǎn)，而且不需要外加驅(qū)動(dòng)電路，根據(jù)各管腳的功能電路設(shè)計(jì)如下

36、：19 仿真電路圖：3.7、按鍵電路本次設(shè)計(jì)的按鍵電路使用了單片機(jī)的 P3.3，P3.4，P3.5三個(gè)口。設(shè)計(jì)如下圖：20 3.8、報(bào)警電路本次設(shè)計(jì)的報(bào)警電路的控制輸出使用了單片機(jī)的P3.6口，設(shè)計(jì)如下：3.9、污染級別提醒電路和程序下載電路根據(jù)不同的濃度范圍提醒當(dāng)前污染級別的電路，采用了綠，黃，紅三個(gè)LED燈，使用了單片機(jī)的 P2.2，P2.1，P2.0實(shí)現(xiàn)提醒功能，設(shè)計(jì)如下：為方便程序的燒錄，單片機(jī)的程序下載電路設(shè)計(jì)如下：21 第四章、程序設(shè)計(jì)及軟件應(yīng)用4.1、主程序設(shè)計(jì)主程序代碼：/*主函數(shù) */void main(void)InitTimer();LED=1;/初始化定時(shí)器LED2=1

37、;LED3=1;LED4=1;BEEP=0;lcd_init();/初始化顯示/初始化顯示delay1ms(100);lcd_init();delay1ms(100);while(1)checkkey();if(set_st=0)/按鍵檢測wr_com(0x0c);if(FlagStart=1)/1次數(shù)據(jù)采集完成num+;ADC_Getnum=abc;if(num9)num=0;DUST=Error_Correct(ADC_Get,10);DUST_Value=(DUST/256.0)*5000;DUST_Value=DUST_Value*0.17-0.1;/求取 10次 AD采樣的值/轉(zhuǎn)化成電壓值 MV/固體懸浮顆粒濃度計(jì)算Y=0.17*X-0.1 X-采樣電壓 Vif(DUST_Value760) DUST_Value=760; /限位DUST=(uint)DUST_Value;TL0 = (65536-10000)/256;TH0 = (65536-10000)%256;TR0 = 1;/開啟定時(shí)器 022 EA = 1;FlagStart=0;Alarm();/報(bào)警檢測disp(DUST);baojing();/顯示粉塵濃度值/顯示報(bào)警值if(set_st