室內(nèi)空氣質(zhì)量檢測(cè)儀設(shè)計(jì)

1、目 錄概 述11本課題的主要研究?jī)?nèi)容、方法及總體設(shè)計(jì)31.1 課題設(shè)計(jì)的內(nèi)容31.2課題設(shè)計(jì)的方法31.3總體方案設(shè)計(jì)3系統(tǒng)框圖3功能設(shè)定32 空氣質(zhì)量檢測(cè)儀的硬件設(shè)計(jì)52.1 空氣質(zhì)量檢測(cè)儀系統(tǒng)簡(jiǎn)介52.1.1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)及原理52.2 STC89C52單片機(jī)簡(jiǎn)介5主要性能參數(shù)：6時(shí)鐘電路模塊7復(fù)位電路模塊82.3傳感器的選用8氣體傳感器8溫度傳感器112.4模數(shù)轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)142.5聲光報(bào)警電路設(shè)計(jì)162.6液晶顯示電路設(shè)計(jì)16的基本參數(shù)及引腳功能16的指令說明及時(shí)序18的RAM地址映射及標(biāo)準(zhǔn)字庫(kù)表19LCD1602的一般初始化過程192.7按鍵電路設(shè)計(jì)202.8電路電源設(shè)計(jì)202.9本

2、章小結(jié)203空氣質(zhì)量檢測(cè)儀的軟件設(shè)計(jì)223.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)思路223.1.1 編程語言的選擇223.1.2 軟件功能需求233.2軟件模塊設(shè)計(jì)24主程序模塊24轉(zhuǎn)換模塊25液晶顯示模塊26聲光報(bào)警模塊26按鍵模塊263.3本章小結(jié)264系統(tǒng)調(diào)試274.1系統(tǒng)硬件調(diào)試274.1.1 常見的硬件故障27硬件調(diào)試方法274.2 系統(tǒng)軟件調(diào)試274.3本章小結(jié)28結(jié) 論291主要結(jié)論292展望29參考文獻(xiàn)30致謝31附錄32附錄一32附錄二33概 述一、課題研究的目的及意義空氣質(zhì)量的好壞反映了空氣污染程度，它是依據(jù)空氣中污染物濃度的高低來判斷的。來自固定和流動(dòng)污染源的人為污染物排放大小是影響空氣質(zhì)量

3、的最主要因素之一?？諝赓|(zhì)量檢測(cè)種類包括裝修污染、辦公室內(nèi)空氣檢測(cè)、作業(yè)場(chǎng)所有害物質(zhì)檢測(cè)、食堂油煙檢測(cè)、鍋爐大氣及工業(yè)窯爐檢測(cè)及工廠排放工業(yè)廢氣檢測(cè)。當(dāng)今，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%

4、的慢性肺病和15%的氣管炎、支氣管炎和肺癌。本課題主要研究設(shè)計(jì)基于量化檢測(cè)的“空氣質(zhì)量檢測(cè)儀”系統(tǒng)，此系統(tǒng)旨在實(shí)現(xiàn)室內(nèi)空氣溫度、煤氣、煙霧的預(yù)警監(jiān)測(cè)，有利于進(jìn)行全方位的評(píng)價(jià)室內(nèi)空氣質(zhì)量，為人類營(yíng)造一個(gè)健康的室內(nèi)生存空間?？諝赓|(zhì)量檢測(cè)儀體積小，功耗低，操作簡(jiǎn)單，適合應(yīng)用于家庭和社區(qū)的醫(yī)療健康保健，能夠?qū)崟r(shí)知道室內(nèi)空氣的質(zhì)量。二、國(guó)內(nèi)外的研究狀況國(guó)外從20世紀(jì)30年代開始研究及開發(fā)煙霧傳感器，且發(fā)展迅速，一方面是因?yàn)槿藗儼踩庾R(shí)增強(qiáng)，對(duì)環(huán)境安全性和生活舒適性要求提高；另一方面是因?yàn)閭鞲衅魇袌?chǎng)增長(zhǎng)受到政府安全法規(guī)的推動(dòng)。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)，美國(guó)1996年2002年煙霧傳感器年均增長(zhǎng)率為27%30%。隨著傳感

5、器生產(chǎn)工藝水平逐步提高，傳感器日益小型化、集成度不斷增大，使得煙霧檢測(cè)儀器的體積也逐漸變小，提高了煙霧檢測(cè)儀器的便攜性，更加利于生產(chǎn)、運(yùn)輸及市場(chǎng)推廣。 1963年5月，日本開發(fā)完成第一臺(tái)接觸燃燒式家用燃?xì)庑孤﹫?bào)警器，次年12月其改良產(chǎn)品問世，改良的報(bào)警器可以檢測(cè)燃?xì)狻⒁谎趸嫉葰?體，可以安裝在浴室或者采用集中監(jiān)視。我國(guó)在70年代初期開始研制煙霧報(bào)警器，生產(chǎn)型號(hào)多樣、品種較齊全，應(yīng)用范圍也由單一的煉油系統(tǒng)擴(kuò)展到幾乎所有危險(xiǎn)作業(yè)環(huán)境的各種類型報(bào)警器，產(chǎn)品數(shù)量也在不斷增加。但主要是在引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)的傳感器技術(shù)和先進(jìn)的生產(chǎn)工藝基礎(chǔ)上，進(jìn)行研究與開發(fā)形成自己的特色。近年來，在煙霧選擇性和產(chǎn)品穩(wěn)定性上也有

6、很大進(jìn)步。1本課題的主要研究?jī)?nèi)容、方法及總體設(shè)計(jì)1.1 課題設(shè)計(jì)的內(nèi)容以單片機(jī)為核心，選擇合適的傳感器，實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)溫度，有毒有害氣體的檢測(cè)。1.2課題設(shè)計(jì)的方法查閱相關(guān)資料，應(yīng)用電腦軟件進(jìn)行調(diào)試，制作硬件設(shè)備，在實(shí)際環(huán)境中測(cè)試并進(jìn)行修改、調(diào)試，直至達(dá)到課題要求。1.3總體方案設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)集VOC氣體及溫度監(jiān)測(cè)，顯示與報(bào)警于一體，利用MCU進(jìn)行數(shù)據(jù)采集保證了前臺(tái)數(shù)據(jù)的及時(shí)、準(zhǔn)確，有利于進(jìn)行全方位的評(píng)價(jià)。具有良好的便攜性和通用性，并且使用LCD點(diǎn)陣式液晶屏顯示菜單，有良好的人機(jī)對(duì)話界面。1.3.1系統(tǒng)框圖主控制器氣體傳感器電源溫度傳感器AD轉(zhuǎn)換輸入鍵盤聲光報(bào)警顯示模塊圖1-1 系統(tǒng)總框圖1.3.2功

7、能設(shè)定（1） 顯示部分采用LCD1602顯示屏，顯示各項(xiàng)測(cè)量值的上下限及實(shí)際濃度、實(shí)際溫度。并在按鍵選擇情況下連續(xù)顯示一個(gè)測(cè)量值的變化。（2） 當(dāng)有害氣體濃度超出安全范圍時(shí)進(jìn)行聲光報(bào)警。（3） 按鍵操作可進(jìn)行測(cè)量值轉(zhuǎn)換。2 空氣質(zhì)量檢測(cè)儀的硬件設(shè)計(jì)2.1 空氣質(zhì)量檢測(cè)儀系統(tǒng)簡(jiǎn)介基于STC89C52的室內(nèi)便攜式智能空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)儀是以室內(nèi)空氣中有毒危險(xiǎn)性氣體的監(jiān)測(cè)監(jiān)控為背景，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)室內(nèi)溫度，VOC氣體的實(shí)時(shí)采集處理、顯示、報(bào)警等功能。儀器使用LCD點(diǎn)陣式液晶屏顯示菜單，有良好的人機(jī)對(duì)話界面。同時(shí)設(shè)計(jì)了聲光報(bào)警系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)在參數(shù)超標(biāo)時(shí)及時(shí)的報(bào)警。室內(nèi)智能空氣品質(zhì)監(jiān)測(cè)儀體積小，功耗低，操作簡(jiǎn)單，適合

8、應(yīng)用于家庭和社區(qū)的醫(yī)療健康保健，能夠?qū)崟r(shí)知道室內(nèi)空氣的質(zhì)量。 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)及原理本文研究的室內(nèi)便攜式智能空氣品質(zhì)監(jiān)測(cè)儀是以STC工公司的一款8位超低功耗單片機(jī)STC89C52為控制核心。室內(nèi)空氣中有害氣體通過傳感器輸出一個(gè)與氣體濃度相對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào),該信號(hào)經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換電路按一定得采樣頻率將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)送入單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集以便進(jìn)行顯示處理，溫傳感器直接與單片機(jī)相連。單片機(jī)對(duì)采樣值進(jìn)行數(shù)字處理后驅(qū)動(dòng)液晶顯示器分別顯示出被測(cè)室內(nèi)空氣中的VOC氣體濃度值及溫度。若被測(cè)室內(nèi)空氣中VOC氣體的濃度有超過國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或設(shè)定的危險(xiǎn)值或溫度超出設(shè)定范圍時(shí)報(bào)警電路對(duì)應(yīng)的發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)。2.2 STC8

9、9C52單片機(jī)簡(jiǎn)介隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，單片機(jī)因具有集成度高、體積小、速度快、價(jià)格低等特點(diǎn)而在許多領(lǐng)域如過程控制、數(shù)據(jù)采集、機(jī)電一體化、智能化儀表、家用電器以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等方面得到廣泛應(yīng)用，從而使這些領(lǐng)域的技術(shù)水平、自動(dòng)化程度大大提高。根據(jù)上述幾方面及本課題的實(shí)際情況，單片機(jī)型號(hào)的選擇主要從以下兩點(diǎn)考慮:一是要有較強(qiáng)的抗干擾能力。由于一般室內(nèi)電子電器產(chǎn)品比較多，這對(duì)單片機(jī)的干擾較大，所以應(yīng)采用抗干擾性能較好的單片機(jī)機(jī)型。二是要有較高的性價(jià)比。由于高度的通用性和出色的穩(wěn)定性，本系統(tǒng)采用宏晶公司產(chǎn)的低功耗，高性能CMOS 8位單片機(jī)的STC89C52作為控制器。片內(nèi)含4k bytes的可系統(tǒng)編程的F

10、lash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)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)8051指令系統(tǒng)及引腳。它集Flash程序存儲(chǔ)器既可在線編程(ISP)也可用傳統(tǒng)方法進(jìn)行編程及通用8位微處理器于單片芯片中，可提供許多高性價(jià)比的應(yīng)用場(chǎng)合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。2.2.1STC89C52主要性能參數(shù)：（1）與MCS.51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容（2）4k字節(jié)在系統(tǒng)編程(ISP)Flash閃速存儲(chǔ)器（3）1000次擦寫周期（4）的工作電壓范圍（5）全境態(tài)工作模式：0Hz-33MHz（6）三級(jí)程序加密鎖（7）128×8字節(jié)內(nèi)部RAM（8）32個(gè)可編程IO口線（9）2個(gè)16位定時(shí)器計(jì)數(shù)器（

11、10）10、6個(gè)中斷源（11）全雙工串行UART通道（12）低功耗空閑和掉電模式（13）中斷可從空閑模喚醒系統(tǒng)（14）看門狗(wDT)及雙數(shù)據(jù)指針（15）掉電標(biāo)識(shí)和快速編程特性（16）靈活的在線系統(tǒng)編程STC89C52芯片管腳如圖2-1。圖2-1 STC89C52引腳布置2.2.2時(shí)鐘電路模塊時(shí)鐘電路由一個(gè)晶體振蕩器11.0592MHZ和兩個(gè)30pF的瓷片電容組成。時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生單片機(jī)工作所需要的時(shí)鐘信號(hào)，而時(shí)序所研究的是指令執(zhí)行中各信號(hào)之間的相互關(guān)系。單片機(jī)本身就如一個(gè)復(fù)雜的同步時(shí)序電路，為了保證同步工作方式的實(shí)現(xiàn)，電路應(yīng)在唯一的時(shí)鐘信號(hào)控制下嚴(yán)格地工作。其電路如圖2-2所示：圖2-2 時(shí)

12、鐘電路模塊2.2.3復(fù)位電路模塊復(fù)位電路是使單片機(jī)的CPU或系統(tǒng)中的其他部件處于某一確定的初始狀態(tài)，并從這狀態(tài)開始工作，除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化之外，當(dāng)由于程序運(yùn)行出錯(cuò)或操作錯(cuò)誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時(shí)，為擺脫困境，也需按復(fù)位電路以重新啟動(dòng)。本設(shè)計(jì)采用的是按鍵復(fù)位電路。其電路如圖2-3所示：圖2-3 復(fù)位電路模塊2.3傳感器的選用2.3.1氣體傳感器1、氣體傳感器基礎(chǔ)知識(shí)按照氣敏特性來分，氣體傳感器主要分為：半導(dǎo)體型、電化學(xué)型、固體電解質(zhì)型、接觸燃燒型、光化學(xué)型等氣體傳感器，又以前兩種最為普遍。(1)半導(dǎo)體型氣體傳感器的優(yōu)缺點(diǎn)半導(dǎo)體氣體傳感器具有成本低廉、制造簡(jiǎn)單、靈敏度高、響應(yīng)速度快、壽命長(zhǎng)、對(duì)

13、濕度敏感低和電路簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。不足之處是必須在高溫下工作、對(duì)氣體或氣味的選擇性差、元件參數(shù)分散、穩(wěn)定性不理想、功率高等方面。(2)半導(dǎo)體傳感器需要加熱的原因半導(dǎo)體傳感器是利用一種金屬氧化物薄膜制成的阻抗器件，其電阻隨著氣體含量不同而變化。氣體分子在薄膜表面進(jìn)行還原反應(yīng)以引起傳感器電導(dǎo)率的變化。為了消除氣體分子達(dá)到初始狀態(tài)就必須發(fā)生一次氧化反應(yīng)。傳感器內(nèi)的加熱器可以加速氧化過程，這也是為什么有些低端傳感器總是不穩(wěn)定，其原因就是沒有加熱或加熱電壓過低導(dǎo)致溫度太低反應(yīng)不充分。(3)電化學(xué)氣體傳感器的工作原理電化學(xué)氣體傳感器是通過監(jiān)測(cè)電流來監(jiān)測(cè)氣體的濃度，分為不需供電的原電池式以及需要供電的可控電位電解

14、式，目前可以監(jiān)測(cè)許多有毒氣體和氧氣，后者還能監(jiān)測(cè)血液中的氧濃度。電化學(xué)傳感器的主要優(yōu)點(diǎn)是氣體的高靈敏度以及良好的選擇性。不足之處是有壽命的限制一般為兩年。(4)半導(dǎo)體傳感器和電化學(xué)傳感器的區(qū)別半導(dǎo)體傳感器因其簡(jiǎn)單低價(jià)已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，但是又因?yàn)樗倪x擇性差和穩(wěn)定性不理想目前還只是在民用級(jí)別使用。而電化學(xué)傳感器因其良好的選擇性和高靈敏度被廣泛應(yīng)用在幾乎所有工業(yè)場(chǎng)合。(5)固態(tài)電解質(zhì)氣體傳感器顧名思義，固態(tài)電解質(zhì)就是以固體離子導(dǎo)電為電解質(zhì)的化學(xué)電池。它介于半導(dǎo)體和電化學(xué)之間。選擇性，靈敏度高于半導(dǎo)體而壽命又長(zhǎng)于電化學(xué)，所以也得到了很多的應(yīng)用，不足之處就是響應(yīng)時(shí)間過長(zhǎng)。(6)接觸燃燒式氣體傳感器接觸

15、燃燒式氣體傳感器只能測(cè)量可燃?xì)怏w。又分為直接接觸燃燒式和催化接觸燃燒式，原理是氣敏材料在通電狀態(tài)下，可燃?xì)怏w在表面或者在催化劑作用下燃燒，由于燃燒使氣敏材料溫度升高從而電阻發(fā)生變化。后者因?yàn)榇呋瘎┑年P(guān)系具有廣普特性應(yīng)用更廣。(7)光學(xué)式氣體傳感器光學(xué)式氣體傳感器主要包括紅外吸收型、光譜吸收型、熒光型等等，主要以紅外吸收型為主。由于不同氣體對(duì)紅外波吸收程度不同，通過測(cè)量紅外吸收波長(zhǎng)來監(jiān)測(cè)氣體。目前因?yàn)樗慕Y(jié)構(gòu)關(guān)系一般造價(jià)頗高。基于本文的實(shí)時(shí)要求和性價(jià)比等方面的原因，本系統(tǒng)選用電化學(xué)傳感器中的定電位電解式氣體傳感器。2、MQ-2傳感器簡(jiǎn)介MQ-2氣體傳感器所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導(dǎo)率較低的

16、二氧化錫(SnO2)。當(dāng)傳感器所處環(huán)境中存在可燃?xì)怏w時(shí)，傳感器的電導(dǎo)率隨空氣中可燃?xì)怏w濃度 的增加而增大。使用簡(jiǎn)單的電路即可將電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)。MQ-2氣體傳感器對(duì)液化氣、丙烷、氫氣的靈敏度高，對(duì)天然氣和其它可燃蒸汽的檢測(cè)也很理想。這種傳感器可檢測(cè)多種可燃性氣體，是一款適合多種應(yīng)用的低成本傳感器。當(dāng)處于200300°C溫度時(shí)，二氧化錫吸附空氣中的氧，形成氧的負(fù)離子吸附，使半導(dǎo)體中的電子密度減少， 從而使其電阻值增加。當(dāng)與煙霧接觸時(shí)，如果晶粒間界處的勢(shì)壘受 到該煙霧的調(diào)制而變化，就會(huì)引起表而電導(dǎo)率的變化。利用這一點(diǎn)就可以獲得這種煙霧存在的信息。遇到可燃煙霧

17、（如CH4等）時(shí)，原來吸附的氧脫附，而由可燃煙霧以正離子狀態(tài)吸附在二氧化錫半導(dǎo)體表面；氧脫附放出電子，煙霧以正離子狀態(tài)吸附也要放出電子，從而使二氧化錫半導(dǎo)體導(dǎo)帶電子密度增加，電阻值下降。而當(dāng)空氣中沒有煙霧時(shí)，二氧化錫半導(dǎo)體-又會(huì)自 動(dòng)恢復(fù)氧的負(fù)離子吸附，使電阻值升高到初始狀態(tài)。這就是MQ-2型燃性煙霧傳感器檢測(cè)可燃煙霧的基本原理。(1)MQ-2型傳感器的一般特點(diǎn) (a)MQ-2型傳感器對(duì)天然氣、液化石油氣等煙霧有很高的靈敏度，尤其對(duì)烷類煙霧更為敏感。 (b)MQ-2型傳感器具有良好的重復(fù)性和長(zhǎng)期的穩(wěn)定性。初始穩(wěn)定， 響應(yīng)時(shí)間短，長(zhǎng)時(shí)間工作性能好。 (c)MQ-2型傳感器具有良好的抗干擾性，可準(zhǔn)

18、確排除有刺激性非可燃性煙霧的干擾信息，例如酒精和煙霧等。 (d)電路設(shè)計(jì)電壓范圍寬，24V以下均可；加熱電壓5±0.2V。 (2)MQ-2型傳感器的特性參數(shù) (a)回路電壓：(Vc) 524V (b)取樣電阻：(RL) 0.120K(c)加熱電壓：(VH)5±0.2V(d)加熱功率：(P)約750mW (e)靈 敏 度：以甲烷為例R0(air)/RS (0.1%CH4)5 (f)響應(yīng)時(shí)間：Tres10秒 (g)恢復(fù)時(shí)間：Trec30秒 （3）模塊應(yīng)用可以用于家庭和工廠的氣體泄漏監(jiān)測(cè)裝置，適宜于液化氣、丁烷、丙烷、甲烷、煙霧等的探測(cè)；。（4）接線方式a、VCC:接電源正極（5

19、V）b、GND:接電源負(fù)極c、DO:TTL開關(guān)信號(hào)輸出d、AO:模擬信號(hào)輸出2.3.2溫度傳感器介紹：1、DS18B20工作原理DS18B20的讀寫時(shí)序和測(cè)溫原理與DS1820相同，只是得到的溫度值的位數(shù)因分辨率不同而不同，且溫度轉(zhuǎn)換時(shí)的延時(shí)時(shí)間各不相同。低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號(hào)送給計(jì)數(shù)器1。高溫度系數(shù)晶振 隨溫度變化其振蕩率明顯改變，所產(chǎn)生的信號(hào)作為計(jì)數(shù)器2的脈沖輸入。計(jì)數(shù)器1和溫度寄存器被預(yù)置在55所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。計(jì)數(shù)器1對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值減到0時(shí)，溫度寄存器的值將加1，計(jì)數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝入，計(jì)

20、數(shù)器1重 新開始對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到計(jì)數(shù)器2計(jì)數(shù)到0時(shí)，停止溫度寄存器值的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值即為所測(cè)溫度。DS18B20有4個(gè)主要的數(shù)據(jù)部件：（1）光刻ROM中的64位序列號(hào)是出廠前被光刻好的，它可以看作是該DS18B20的地址序列碼。64位光刻ROM的排列是：開始8位（28H）是產(chǎn)品類型標(biāo)號(hào)，接著的48位是該DS18B20自身的序列號(hào)，最后8位是前面56位的循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（CRC=X8+X5+X4+1）。光刻ROM的作用是使每一個(gè)DS18B20都各不相同，這樣就可以實(shí)現(xiàn)一根總線上掛接多個(gè)DS18B20的目的。（2）DS18B20中的溫度傳感器可完成對(duì)

21、溫度的測(cè)量，以12位轉(zhuǎn)化為例：用16位符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼讀數(shù)形式提供，以0.0625/LSB形式表達(dá)，其中S為符號(hào)位。這是12位轉(zhuǎn)化后得到的12位數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)在18B20的兩個(gè)8比特的RAM中，二進(jìn)制中的前面5位是符號(hào)位，如果測(cè)得的溫度大于0，這5位為0，只要將測(cè)到的數(shù)值乘于0.0625即可得到實(shí)際溫度；如果溫度小于0，這5位為1，測(cè)到的數(shù)值需要取反加1再乘于0.0625即可得到實(shí)際溫度。例如+125的數(shù)字輸出為07D0H，+25.0625的數(shù)字輸出為0191H，-25.0625的數(shù)字輸出為FE6FH，-55的數(shù)字輸出為FC90H。（3）DS18B20溫度傳感器的存儲(chǔ)器 DS18B20溫度傳感

22、器的內(nèi)部存儲(chǔ)器包括一個(gè)高速暫存RAM和一個(gè)非易失性的可電擦除的EEPRAM,后者存放高溫度和低溫度觸發(fā)器TH、TL和結(jié)構(gòu)寄存器。（4）配置寄存器該字節(jié)各位的意義如下：表2-1：配置寄存器結(jié)構(gòu)TMR1R011111低五位一直都是"1"，TM是測(cè)試模式位，用于設(shè)置DS18B20在工作模式還是在測(cè)試模式。在DS18B20出廠時(shí)該位被設(shè)置為0，用戶不要去改動(dòng)。R1和R0用來設(shè)置分辨率，如下表所示：（DS18B20出廠時(shí)被設(shè)置為12位）表2-2：溫度分辨率設(shè)置表R1R0分辨率溫度最大轉(zhuǎn)換時(shí)間009位93.75ms0110位187.5ms1011位375ms1112位750ms2、高速

23、暫存存儲(chǔ)器高速暫存存儲(chǔ)器由9個(gè)字節(jié)組成，當(dāng)溫度轉(zhuǎn)換命令發(fā)布后，經(jīng)轉(zhuǎn)換所得的溫度值以二字節(jié)補(bǔ)碼形式存放在高速暫存存儲(chǔ)器的第0和第1個(gè)字節(jié)。單片機(jī)可通過單線接口讀到該數(shù)據(jù)，讀取時(shí)低位在前，高位在后。對(duì)應(yīng)的溫度計(jì)算： 當(dāng)符號(hào)位S=0時(shí)，直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制；當(dāng)S=1時(shí)，先將補(bǔ)碼變?yōu)樵a，再計(jì)算十進(jìn)制值。表2-3：DS18B20暫存寄存器分布寄存器內(nèi)容字節(jié)地址溫度值低位 （LS Byte）0溫度值高位 （MS Byte）1高溫限值（TH）2低溫限值（TL）3配置寄存器4保留5保留6保留7CRC校驗(yàn)值8根據(jù)DS18B20的通訊協(xié)議，主機(jī)（單片機(jī)）控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過三個(gè)步驟：每一

24、次讀寫之前都要對(duì)DS18B20進(jìn)行復(fù)位操作，復(fù)位成功后發(fā)送一條ROM指令，最后發(fā)送RAM指令，這樣才能對(duì)DS18B20進(jìn)行預(yù)定的操作。復(fù)位要求主CPU將數(shù)據(jù)線下拉500微秒，然后釋放，當(dāng)DS18B20收到信號(hào)后等待1660微秒左右，后發(fā)出60240微秒的存在低脈沖，主CPU收到此信號(hào)表示復(fù)位成功。3、溫度的讀取DS18B20在出廠時(shí)以配置為12位，讀取溫度時(shí)共讀取16位，前5個(gè)位為符號(hào)位，當(dāng)前5位為1時(shí)，讀取的溫度為負(fù)數(shù)；當(dāng)前5位為0時(shí)，讀取的溫度為正數(shù)。溫度為正時(shí)讀取方法為：將16進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成10進(jìn)制即可。溫度為負(fù)時(shí)讀取方法為：將16進(jìn)制取反后加1，再轉(zhuǎn)換成10進(jìn)制即可。例：0550H=+8

25、5 度，F(xiàn)C90H=-55度。4、 DS18B20控制方法DS18B20有六條控制命令，指令約定代碼操作說明溫度轉(zhuǎn)換 44H 啟動(dòng)DS18B20進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換讀暫存器 BEH 讀暫存器9字節(jié)二進(jìn)制數(shù)字寫暫存器 4EH 將數(shù)據(jù)寫入暫存器的TH、TL字節(jié)復(fù)制暫存器 48H 把暫存器的TH、TL字節(jié)寫到E2RAM中重新調(diào)E2RAM B8H 把E2RAM中的TH、TL字節(jié)寫到暫存器TH、TL字節(jié)讀電源供電方式 B4H 啟動(dòng)DS18B20發(fā)送電源供電方式的信號(hào)給主CPU5、DS18B20的初始化（1） 先將數(shù)據(jù)線置高電平“1”。（2） 延時(shí)（該時(shí)間要求的不是很嚴(yán)格，但是盡可能的短一點(diǎn)）（3） 數(shù)據(jù)線拉到低

26、電平“0”。（4） 延時(shí)750微秒（該時(shí)間的時(shí)間范圍可以從480到960微秒）。（5） 數(shù)據(jù)線拉到高電平“1”。（6） 延時(shí)等待（如果初始化成功則在15到60微妙時(shí)間之內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)由DS18B20所返回的低電平“0”。據(jù)該狀態(tài)可以來確定它的存在，但是應(yīng)注意不能無限的進(jìn)行等待，不然會(huì)使程序進(jìn)入死循環(huán)，所以要進(jìn)行超時(shí)控制）。（7） 若CPU讀到了數(shù)據(jù)線上的低電平“0”后，還要做延時(shí)，其延時(shí)的時(shí)間從發(fā)出的高電平算起（第（5）步的時(shí)間算起）最少要480微秒。（8） 將數(shù)據(jù)線再次拉高到高電平“1”后結(jié)束。6、DS18B20的寫操作（1） 數(shù)據(jù)線先置低電平“0”。（2） 延時(shí)確定的時(shí)間為15微秒。（3） 按

27、從低位到高位的順序發(fā)送字節(jié)（一次只發(fā)送一位）。（4） 延時(shí)時(shí)間為45微秒。（5） 將數(shù)據(jù)線拉到高電平。（6） 重復(fù)上（1）到（6）的操作直到所有的字節(jié)全部發(fā)送完為止。（7） 最后將數(shù)據(jù)線拉高。7、 DS18B20的讀操作（1）將數(shù)據(jù)線拉高“1”。（2）延時(shí)2微秒。（3）將數(shù)據(jù)線拉低“0”。（4）延時(shí)3微秒。（5）將數(shù)據(jù)線拉高“1”。（6）延時(shí)5微秒。（7）讀數(shù)據(jù)線的狀態(tài)得到1個(gè)狀態(tài)位，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。（8）延時(shí)60微秒。2.4模數(shù)轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)氣體傳感器出來的信號(hào)是模擬信號(hào)，而微處理器STC89C52只能處理數(shù)字信號(hào)，故需要對(duì)模擬信號(hào)信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，將其轉(zhuǎn)換為處理器能識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，由于測(cè)試電路出

28、來的模擬電壓變化范圍在05V，故選擇性價(jià)比比較合適的ADC0809進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。其管腳定義如圖2-4所示。圖2-4ADC0809管腳示意圖ADC0809各腳功能如表2-4：表2-4 ADC0809各腳功能引腳功能介紹D7-D0IN0-IN78位數(shù)字量輸出引腳8位模擬量輸入引腳VCC+5V工作電壓REF（+）參考電壓正端REF（-）參考電壓負(fù)端STARTA/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)輸入端ALE地址鎖存允許信號(hào)輸入端EOC轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)輸出引腳，開始轉(zhuǎn)換時(shí)為低電平，當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)為高電平OE輸出允許控制端，用以打開三態(tài)數(shù)據(jù)輸出鎖存器。CLK時(shí)鐘信號(hào)輸入端（一般為500KHz）。A、B、C地址輸入線ADC0809

29、對(duì)輸入模擬量要求：信號(hào)單極性，電壓范圍是05V，若信號(hào)太小，必須進(jìn)行放大；輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過程中應(yīng)該保持不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電路。ADC0809的時(shí)序接口為51系列單片機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)總線接口，操作方便，如同對(duì)存儲(chǔ)器或I/O操作一樣，A/D轉(zhuǎn)換精度為8比特，滿足本課題要求。輸入的模擬電壓為05V，一次A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間為100S。2.5聲光報(bào)警電路設(shè)計(jì)為了使本系統(tǒng)對(duì)室內(nèi)空氣品質(zhì)的監(jiān)測(cè)更為直觀，采用了如圖2-5由2個(gè)發(fā)光二極管和一個(gè)蜂鳴器構(gòu)成的聲光報(bào)警電路。溫度超標(biāo)時(shí)D1燈亮蜂鳴器報(bào)警，其中危險(xiǎn)氣體含量超標(biāo)時(shí)D2燈亮蜂鳴器報(bào)警。圖2-5 聲光報(bào)警電路2.6液晶顯示電路設(shè)計(jì)本課

30、題所要顯示的數(shù)據(jù)一共有2個(gè)，分別是有毒氣體的濃度和室內(nèi)的溫度范圍和測(cè)量值，故選用2行16個(gè)字符的LCD1602作為顯示模塊，滿足顯示要求。液晶顯示模塊具有體積小、功耗低、顯示內(nèi)容豐富等特點(diǎn)，現(xiàn)在字符型液晶顯示模塊已經(jīng)是單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)中最常用的信息顯示器件了。字符型液晶顯示模塊是一種專門用于顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等點(diǎn)陣式LCD，目前常用16*1，16*2，20*2和40*2行等的模塊。下面以長(zhǎng)沙太陽人電子有限公司的1602字符型液晶顯示器為例，介紹其用法。2.6.1 LCD1602的基本參數(shù)及引腳功能1602LCD分為帶背光和不帶背光兩種，基控制器大部分為HD44780，帶背光的比不帶背光的厚，是

31、否帶背光在應(yīng)用中并無差別。1602LCD主要技術(shù)參數(shù)：（1）顯示容量：16x2個(gè)字符芯片（2）工作電壓：4.5V5.5V（3）工作電流：2.0Ma（5V）（4）模塊兒最佳工作電壓：5.0V（5）字符尺寸：2.95×4.35(W×H)mm引腳功能說明：1602LCD采用標(biāo)準(zhǔn)的14腳（無背光）或16腳（有背光）接口，各引腳說明如表2-5所示：表2-5 1602引腳說明編號(hào)符號(hào)引腳說明編號(hào)符號(hào)引腳說明1VSS電源地9D2數(shù)據(jù)2VDD電源正極10D3數(shù)據(jù)3VL液晶顯示偏壓11D4數(shù)據(jù)4RS數(shù)據(jù)/命令選擇12D5數(shù)據(jù)5R/W讀/寫選擇13D6數(shù)據(jù)6E使能信號(hào)14D7數(shù)據(jù)7D0數(shù)據(jù)15

32、BLA背光源正極8D1數(shù)據(jù)16BLK背光源負(fù)極第1腳：VSS為地電源。第2腳：VDD接+5V正電源。第3腳：VL為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地時(shí)對(duì)比度最高，對(duì)比度過高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過一個(gè)10K的電位器調(diào)整對(duì)比度。第4腳：PS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：R/W為讀寫信號(hào)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R/W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R/W為高電平時(shí)可以讀忙信號(hào)，當(dāng)RS為高電平R/W為低電平時(shí)可以寫入數(shù)據(jù)。第6腳：E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時(shí)，夜景模塊執(zhí)行命

33、令。第714腳：D0D7為八位雙向數(shù)據(jù)線。第15腳：背光源正極。第16腳：背光源負(fù)極。2.6.2 LCD1602的指令說明及時(shí)序1602液晶模塊內(nèi)部的控制器共有11條控制指令，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 S:屏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。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

34、：控制光標(biāo)的開與關(guān)，高電平表示有光標(biāo)，低電平表示無光標(biāo) B：控制光標(biāo)是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍。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(hào)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)。與HD44780相兼容的芯片時(shí)序如表

35、2-6：表2-6 基本操作時(shí)序表讀狀態(tài)輸入RS=L,R/W=H,E=H輸出D0D7=狀態(tài)字寫指令輸入RS=L,R/W=L,D0D7=指令碼,E=高脈沖輸出無讀數(shù)據(jù)輸入RS=H,R/W=H,E=H輸出D0D7=數(shù)據(jù)寫數(shù)據(jù)輸入RS=H,R/W=L,D0D7=數(shù)據(jù),E=高脈沖輸出無 1602LCD的RAM地址映射及標(biāo)準(zhǔn)字庫(kù)表液晶顯示模塊是一個(gè)慢顯示器件，所以在執(zhí)行每條指令之前一定要確認(rèn)模塊的忙標(biāo)志為低電平，表示不忙，否則此指令失效。要顯示字符時(shí)要先輸入顯示字符地址，也就是告訴模塊在哪里顯示字符，圖2-6是1602的內(nèi)部顯示地址。圖2-6 1602LCD內(nèi)部顯示地址第二行第一個(gè)字符的地址是40H，寫入

36、顯示地址時(shí)要求最高位D7恒定為高電平1所以實(shí)際寫入的數(shù)據(jù)應(yīng)該是：01000000B（40H）+10000000B(80H)=11000000B(C0H)。在對(duì)液晶模塊的初始化中要先設(shè)置其顯示模式，在液晶模塊顯示字符時(shí)光標(biāo)是自動(dòng)右移的，無需人工干預(yù)。每次輸入指令前都要判斷液晶模塊是否處于忙的狀態(tài)。1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器（CGROM）已經(jīng)存儲(chǔ)了160個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號(hào)、和日文假名等，每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼。 LCD1602的一般初始化過程延時(shí)15mS寫指令38H（不檢測(cè)忙信號(hào)）延時(shí)5mS寫指令38H（不檢測(cè)忙信號(hào)）延時(shí)5m

37、S寫指令38H（不檢測(cè)忙信號(hào)）以后每次寫指令、讀/寫數(shù)據(jù)操作均需要檢測(cè)忙信號(hào)寫指令38H：顯示模式設(shè)置寫指令08H：顯示關(guān)閉寫指令01H：顯示清屏寫指令06H：顯示光標(biāo)移動(dòng)設(shè)置寫指令0CH：顯示開及光標(biāo)設(shè)置2.7按鍵電路設(shè)計(jì)考慮到整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)中不同環(huán)境對(duì)氣體濃度及溫濕度范圍要求不同，故設(shè)置了按鍵功能，用于實(shí)現(xiàn)測(cè)量范圍的調(diào)整，參考單片機(jī)引腳使用情況，2個(gè)獨(dú)立按鍵，按鍵按下時(shí)可以顯示對(duì)應(yīng)參數(shù)值。2.8電路電源設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用集成穩(wěn)壓器7805，C2、C5分別為輸入端和輸出端濾波電容，D1為續(xù)流二極管。當(dāng)輸出電流較大時(shí)，7805應(yīng)配上散熱板。電源電路如圖2-7所示：圖2-7 電源電路2.9本章小結(jié)本章

38、首先介紹了便攜式室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)儀的硬件結(jié)構(gòu)以及系統(tǒng)功能，該儀器以8位單片機(jī)STC89C52作為控制核心，設(shè)計(jì)并構(gòu)建了系統(tǒng)的硬件平臺(tái)，完成了有害氣體濃度信號(hào)的采集轉(zhuǎn)換電路、液晶顯示電路、聲光報(bào)警電路等的設(shè)計(jì)。該儀器能夠?qū)崿F(xiàn)有毒氣體濃度信號(hào)和溫度信號(hào)采集與顯示及超標(biāo)聲光報(bào)警等功能。本章重點(diǎn)介紹了信號(hào)采集模擬電路和以主控制器為中心的數(shù)字電路的設(shè)計(jì)與工作原理。首先討論了有毒氣體采集模塊中傳感器選擇問題，最后討論了系統(tǒng)的外圍接口電路模塊，包括液晶顯示,聲光報(bào)警等，實(shí)現(xiàn)了各外圍接口電路模塊與STC89C52的硬件接口設(shè)計(jì)。這一章比較具體的說明了系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的內(nèi)容，通過模塊化的設(shè)計(jì)思想，把一個(gè)復(fù)雜的單片機(jī)

39、系統(tǒng)按照功能劃分成一個(gè)個(gè)單獨(dú)的電路模型，分別進(jìn)行設(shè)計(jì)，最后在集成到一起。這種方法對(duì)于設(shè)計(jì)復(fù)雜的單片機(jī)系統(tǒng)很有效。大大提高系統(tǒng)設(shè)計(jì)的效率與質(zhì)量。（說明：系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的電路原理圖附在論文的附錄里面。）3空氣質(zhì)量檢測(cè)儀的軟件設(shè)計(jì)3.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)思路3.1.1 編程語言的選擇在系統(tǒng)硬件電路確定以后，其主要功能的實(shí)現(xiàn)將依賴于軟件來實(shí)現(xiàn)。對(duì)同一硬件電路，配以不同的軟件，它所實(shí)現(xiàn)的功能也就不同，其設(shè)計(jì)軟件基本要求：（1）可靠性?？煽啃允擒浖O(shè)計(jì)的重要指標(biāo)，具有較強(qiáng)的抗干擾能力。（2）易理解性、易維護(hù)性。編制的軟件要求易閱讀，容易發(fā)現(xiàn)和糾正錯(cuò)誤，容易修改和補(bǔ)充。（3）實(shí)時(shí)性。系統(tǒng)能夠及時(shí)響應(yīng)外部事件的發(fā)生

40、并能及時(shí)做出處理結(jié)果。（4）準(zhǔn)確性。保證系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算數(shù)據(jù)的精度。目前存在有4種編程語言支持單片機(jī)，即匯編語言、PL/M51語言、C語言和BASI語言。其中匯編語言和C語言應(yīng)用的較多，匯編語言的機(jī)器代碼生成效率高，控制性好，但就是移植性不高。結(jié)合本系統(tǒng)的特點(diǎn)，這里選用了功能強(qiáng)、效率高的C語言。C語言主要有以下特點(diǎn)：用C語言編制的程序效率高，占用存儲(chǔ)空間小，運(yùn)行速度快。C語言能寫出最優(yōu)化程序，且能反映出計(jì)算機(jī)的實(shí)際運(yùn)行情況。C語言能直接與存儲(chǔ)器、接口電路打交道，也能申請(qǐng)中斷。具有良好的模塊化、容易閱讀、維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，且編寫的模塊程序易于移植?；贑語言和匯編語言的優(yōu)缺點(diǎn)，本系統(tǒng)采用C語言編寫方法。3

41、.1.2 軟件功能需求圖3-1主程序功能需求室內(nèi)空氣質(zhì)量檢測(cè)儀系統(tǒng)軟件主要由溫度傳感器采集模塊、AD轉(zhuǎn)換模塊、人機(jī)接口模塊、聲光報(bào)警模塊、核心控制器模塊構(gòu)成，各模塊功能概述如表3-1所示。表3-1 各功能模塊功能描述功能模塊功能描述溫度傳感器采集模塊對(duì)室內(nèi)溫度測(cè)點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)AD轉(zhuǎn)換模塊1.完成信號(hào)采樣2.完成與核心處理器間的數(shù)據(jù)傳輸核心控制器模塊1.系統(tǒng)時(shí)基分配2.人機(jī)接口控制3.各模塊協(xié)調(diào)工作人機(jī)接口模塊1.按鍵控制2.動(dòng)態(tài)信息顯示根據(jù)軟件設(shè)計(jì)的基本要求,采取了如下的措施:（1）程序模塊化。軟件設(shè)計(jì)中包含有：主程序模塊、顯示模塊、溫度傳感器檢測(cè)函數(shù)、A/D數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換子模塊、聲光報(bào)警模塊、數(shù)據(jù)

42、轉(zhuǎn)換模塊、按鍵函數(shù)。（2）軟件設(shè)計(jì)采用C語言編程。（3）中斷響應(yīng)外部事件，提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)處理事件能力。（4）.軟、硬件抗干擾。軟件抗干擾措施提高了系統(tǒng)的可靠性。以下就對(duì)一些主要模塊進(jìn)行詳細(xì)的闡述。3.2軟件模塊設(shè)計(jì)主程序模塊主程序運(yùn)行流程圖如圖3-2所示。由主程序流程圖可以看出，軟件要實(shí)現(xiàn)的主要功能是實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感器信號(hào)的數(shù)據(jù)采集，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)的計(jì)算、分析、送液晶進(jìn)行顯示及報(bào)警功能。程序開始時(shí)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，包括單片機(jī)的各寄存器、RAM、定時(shí)器裝載初值、中斷設(shè)置及各模塊初始化等。完成初始化后，CPU等待傳感器傳入信號(hào)及AD轉(zhuǎn)換結(jié)束，從而完成當(dāng)前監(jiān)測(cè)參數(shù)的正確顯示。 圖3-2主程序流程圖D轉(zhuǎn)換

43、模塊AD完成轉(zhuǎn)換需要一定的時(shí)間，AD應(yīng)用中我們可以有兩種方法來：（1）中斷查詢法，AD完成模數(shù)轉(zhuǎn)換后會(huì)向中斷輸出端輸出一個(gè)中斷請(qǐng)求信號(hào)，告訴CPU轉(zhuǎn)換已經(jīng)完成，CPU可以讀取數(shù)據(jù)。（2）延時(shí)等待法，設(shè)定一定的時(shí)間讓CPU處于等待狀態(tài)，此時(shí)間足夠AD完成轉(zhuǎn)換，過了等待時(shí)間CPU再去讀取數(shù)據(jù)。綜合考慮各方面的因素，本研究采用第二種方法：延時(shí)等待法。所用的芯片為AD0809，根據(jù)所需的要求。液晶顯示模塊本設(shè)計(jì)所用的顯示器件為1602液晶面板，該液晶能顯示32個(gè)字符，滿足顯示要求。1602液晶與CPU是并口通信，由單片機(jī)的P2.4、P2.5、P2.6引腳來控制1602的讀寫數(shù)據(jù)命令功能，單片機(jī)P0口傳

44、輸數(shù)據(jù)到1602進(jìn)行顯示。系統(tǒng)上電LCD初始化，液晶顯示首先需要要按照時(shí)序給定顯示地址，然后傳送數(shù)據(jù)。上電后液晶顯示開始顯示兩個(gè)被測(cè)量的范圍和測(cè)量結(jié)果。聲光報(bào)警模塊聲音報(bào)警采用的是蜂鳴器，光報(bào)警是通過2個(gè)發(fā)光二極管來顯示，2個(gè)紅燈，當(dāng)有害氣體含量沒超標(biāo)時(shí)燈不亮，超標(biāo)時(shí)顯示紅色并啟動(dòng)蜂鳴器，報(bào)警子程序執(zhí)行之前，設(shè)定的報(bào)警閾值存放在兩個(gè)變量中，傳感器輸入AD轉(zhuǎn)換值后，調(diào)用比較程序，小于閾值則執(zhí)行顯示程序，若大于閾值進(jìn)行聲光報(bào)警。3.2.5按鍵模塊 本設(shè)計(jì)的主要測(cè)量參數(shù)有兩個(gè)，一個(gè)是溫度一個(gè)是危險(xiǎn)有害氣體濃度，所以設(shè)計(jì)兩個(gè)獨(dú)立按鍵，操作方便，對(duì)測(cè)量參數(shù)的切換，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)參數(shù)的觀測(cè)。3.3本章小結(jié)在這

45、一章里對(duì)室內(nèi)便攜式只能空氣品質(zhì)監(jiān)測(cè)儀的軟件設(shè)計(jì)進(jìn)行了較詳細(xì)的介紹。軟件采用了模塊化設(shè)計(jì)的思路，以單片機(jī)高級(jí)語言C51編程。在本章開始給出了主程序結(jié)構(gòu)流程圖，然后分別對(duì)各個(gè)子模塊的軟件流程進(jìn)行介紹。（說明：程序見附錄二）4系統(tǒng)調(diào)試4.1系統(tǒng)硬件調(diào)試 常見的硬件故障(1)邏輯錯(cuò)誤：硬件的邏輯錯(cuò)誤是由于設(shè)計(jì)錯(cuò)誤和加工過程中的工藝性錯(cuò)誤所造成的，主要包括：錯(cuò)線、開路、短路等，其中短路最為常見，在印刷電路板布線密度高的情況下，極易因工藝原因造成短路。(2)器件失效：元器件失效主要是因?yàn)槠骷旧硪褤p壞或性能不符合要求，或者是由于組裝錯(cuò)誤造成的元器件失效，如電解電容、二極管的極性錯(cuò)誤，集成塊安裝方向錯(cuò)誤等。

46、(3)可靠性差：系統(tǒng)不可靠可能受多種因素影響，如金屬化孔、接插件接觸不良會(huì)造成系統(tǒng)時(shí)好時(shí)壞；內(nèi)部和外部的干擾、器件負(fù)載過大等造成邏輯電平不穩(wěn)定；另外，走線和布局的不合理等也是系統(tǒng)可靠性差的重要因素之一。(4)電源故障：若系統(tǒng)中存在電源故障，則加電后將造成器件損壞。硬件調(diào)試方法焊接好電路以后，用萬用表直接檢查線路板各處是否有明顯短路、斷路的地方，尤其是電源是否短路。接著，焊接各元器件及插座，在焊接過程中要對(duì)各元件做逐一檢查，比如二極管極性、電容容量及耐壓、電阻值大小等。在插座、元件焊接完畢后，仔細(xì)檢查元件面各元件之間裸露部分有無相互接觸現(xiàn)象，焊接面的各焊點(diǎn)間、焊點(diǎn)和近鄰線有無連接。最后，再給電路

47、板空載上電(未插芯片)，檢查線路板各管腳及插件上的電位是否正確，特別是單片機(jī)管腳上的各點(diǎn)電壓。若上述的一切都正常，則硬件調(diào)試的準(zhǔn)備工作完成。4.2 系統(tǒng)軟件調(diào)試系統(tǒng)調(diào)試主要通過反復(fù)導(dǎo)入程序驗(yàn)證，觀察程序?qū)嶋H運(yùn)行情況，如果有異常情況，針對(duì)異常情況的發(fā)生可能是對(duì)應(yīng)的那一部分的程序故障。在電腦上檢查對(duì)應(yīng)可能出現(xiàn)錯(cuò)誤的程序，修改程序，然后再進(jìn)行導(dǎo)入。反復(fù)進(jìn)行，直到實(shí)現(xiàn)功能為止。4.3本章小結(jié)本次調(diào)試過程中遇到了許多問題，例如系統(tǒng)一上電，聲光報(bào)警電路就發(fā)出報(bào)警聲音而LED正常，經(jīng)程序以及電路檢查，發(fā)現(xiàn)蜂鳴器都是高電平時(shí)工作，單片機(jī)復(fù)位后四個(gè)I/O口都是高電平，而初始化子程序并沒有對(duì)P1.3引腳清零，這就

48、使程序剛運(yùn)行蜂鳴器就發(fā)出報(bào)警了。發(fā)現(xiàn)這個(gè)錯(cuò)誤，把子程序中P1.3引腳先清零。另外，傳感器輸出電壓不穩(wěn)定，把傳感器工作電路接好后急于接到0809上，運(yùn)行程序發(fā)現(xiàn)還沒MQ-2氣體進(jìn)傳感器而LCD顯示的測(cè)量數(shù)值明顯偏大。經(jīng)看此傳感器說明書發(fā)現(xiàn)傳感器需預(yù)熱一段時(shí)間，使傳感器內(nèi)部敏感元件恢復(fù)到初始狀態(tài)，便于測(cè)量結(jié)果正確。找到錯(cuò)誤原因，在測(cè)量前先預(yù)熱5分鐘，接入后續(xù)電路，測(cè)量結(jié)果正常。結(jié) 論1主要結(jié)論（1）本系統(tǒng)綜合利用傳感器技術(shù)，自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)，和微控制器技術(shù)，開發(fā)了一套對(duì)室內(nèi)的空氣質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)控的操作方便、簡(jiǎn)潔實(shí)用的自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。（2）系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)合理，其中單片機(jī)軟件采用模塊化的程序設(shè)計(jì)方法，各模塊相互

49、獨(dú)立，提高了系統(tǒng)的可靠性和可擴(kuò)展性，整個(gè)系統(tǒng)具有較高的性能價(jià)格比。（3）系統(tǒng)C51語言編程，程序結(jié)構(gòu)清晰，顯示板界面非常友好，使得操作者在使用該系統(tǒng)時(shí)就像是在操作一臺(tái)實(shí)際的控制儀器一樣。（4）系統(tǒng)功能獨(dú)立，配置合理。鍵盤設(shè)置為不同的用戶提供了一定的選擇空間。（5）經(jīng)運(yùn)行驗(yàn)證，系統(tǒng)具有響應(yīng)速度快，操作簡(jiǎn)便，工作可靠等特點(diǎn)。2展望（1）本系統(tǒng)選用了集傳感器，轉(zhuǎn)換器于一體，能直接輸出標(biāo)準(zhǔn)模擬信號(hào)的傳感器，這無疑會(huì)增加系統(tǒng)的成本，今后可選用能達(dá)到要求的價(jià)格低廉的傳感器，而信號(hào)的放大和調(diào)理電路部分可自行設(shè)計(jì)。（2）由于室內(nèi)各種環(huán)境因子相互影響，而本系統(tǒng)的控制輸出僅為簡(jiǎn)單的百分比信號(hào)量，這顯然不能滿足高精

50、度的控制要求，應(yīng)引入模糊算法，專家系統(tǒng)等技術(shù)以進(jìn)一步提高系統(tǒng)的智能決策水平。（3）系統(tǒng)可以開發(fā)成多機(jī)監(jiān)控模式，這就能同時(shí)監(jiān)測(cè)多個(gè)環(huán)境室內(nèi)的空氣品質(zhì)，通過串行通信傳到上位機(jī)進(jìn)行綜合處理。（4）可通過網(wǎng)絡(luò)與其他家電相聯(lián)系，將把家庭中原來孤立、各不相關(guān)的設(shè)備統(tǒng)一起來。（5）本設(shè)計(jì)可改為多路氣體檢測(cè)，未來可以實(shí)現(xiàn)更多的檢測(cè)功能。（6）本設(shè)計(jì)的主要強(qiáng)調(diào)智能化和人性化，例如可以適用于特殊人群病人，他們可以把舒適的環(huán)境的指標(biāo)通過相應(yīng)的按鍵來控制，按下按鍵后，通過本系統(tǒng)控制相應(yīng)的設(shè)備調(diào)節(jié)來達(dá)到是以病人的環(huán)境。（7）可以用來開發(fā)新型空調(diào)，現(xiàn)代空調(diào)都是針對(duì)空氣溫濕進(jìn)行調(diào)節(jié)，可以將本設(shè)計(jì)加入空調(diào)內(nèi)部，使其既能控制溫

51、濕度。 參考文獻(xiàn)1 余永權(quán)單片機(jī)原理及應(yīng)用M北京：電子工業(yè)出版社，1998.12 2 余錫存、曹國(guó)華單片機(jī)原理及接口技術(shù)M第二版西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2007.12 3 諸邦田電子電路實(shí)用抗干擾技術(shù)M北京：人民郵電出版社，1994.54 曲喜新電子元件材料手冊(cè)M北京：電子工業(yè)出版社，1989.45 汪吉鵬、馬云峰微機(jī)原理與接口技術(shù)M北京：高等教育出版社，2001.76 田崴電工技術(shù)（電工學(xué)1）M北京：高等教育出版社，2010.127 孫立功電子技術(shù)（電工學(xué)2）M北京：高等教育出版社，2010.128 馬玉春串行通信協(xié)議的研究及應(yīng)用J計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究20049 胡漢才單片機(jī)原理及其接口技術(shù)

52、M清華大學(xué)出版社，199610 樓然苗，李光飛51系列單片機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)例M北京航空航天大學(xué)出版社，200311 趙亮，侯國(guó)銳單片機(jī)C語言編程與實(shí)例M人民郵電出版社，200312 張毅剛單片機(jī)原理及應(yīng)用M北京：高等教育出版社，200313 何立民單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用M北京航空航天出版社，200314譚浩強(qiáng)C程序設(shè)計(jì)（第三版）M清華大學(xué)出版社，200515清源科技Protel 99 SE電路原理圖與PCB設(shè)計(jì)及仿真M機(jī)械工業(yè)出版社，2007致謝為期兩個(gè)多月的畢業(yè)設(shè)計(jì)終于完成了，對(duì)我個(gè)人而言，凝聚了許多努力和汗水，也經(jīng)受住了嚴(yán)峻的考驗(yàn)。和普通的課程設(shè)計(jì)不同，由于畢業(yè)設(shè)計(jì)的綜合性，幾乎用到所學(xué)的全部知識(shí)

53、，而且是我第一次接觸傳感器的使用，對(duì)我來說這是一個(gè)全新的任務(wù)。由于基礎(chǔ)過于薄弱，專業(yè)知識(shí)有限，浮躁的心理讓我一開始舉步維艱，滿腦子想的就是放棄。在心理最為脆弱的時(shí)候，宋老師耐心地開導(dǎo)我，給我鼓勵(lì)和信心，畢業(yè)設(shè)計(jì)才得以步入正軌。 萬事開頭難，從研究課題，搜集材料，到正式投入設(shè)計(jì)，我花費(fèi)了很多時(shí)間和精力。對(duì)于這次全新的設(shè)計(jì)，老師給了我很大的自由空間，可以充分發(fā)揮自己的創(chuàng)造思維。但是，對(duì)于很多新的嘗試，我還是有所拘束。可能是性格使然吧，每當(dāng)遇到問題，設(shè)計(jì)處于混沌狀態(tài)時(shí)，煩躁焦慮接踵而來，讓我迷失了方向。又是宋老師在最繁忙的時(shí)候，給我做細(xì)致的分析指導(dǎo)，讓我茅塞頓開，使設(shè)計(jì)得以延續(xù)直至順利完成。所以，在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我最感謝的是宋老師，他給我們提供一流的設(shè)計(jì)場(chǎng)所，還提供了許多實(shí)用的設(shè)計(jì)資料，為我們的設(shè)計(jì)提供了保障。在我看來，宋老師不僅是一位態(tài)度嚴(yán)謹(jǐn)，學(xué)識(shí)淵博的優(yōu)秀教師，也是一位心理調(diào)節(jié)師，他總是能在設(shè)計(jì)氛圍緊張的時(shí)候，給同學(xué)們帶來歡樂，緩解同學(xué)們的壓力。他那自信樂觀的生活態(tài)度，也值得我們學(xué)習(xí)。從宋老師那里，我不僅學(xué)到了許多專業(yè)知識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，而且懂得許多做人的道理和生活的真諦，這些都是一輩子受用的財(cái)富，讓