基于單片機的空氣質量檢測系統(tǒng)設計

1、佳木斯大學畢業(yè)論文基于單片機的空氣質量檢測系統(tǒng)學院信息電子技術專業(yè)通信工程班級12級1班學籍號姓名指導教師佳木斯大學2016年6月10日佳木斯大學學士學位論文摘要隨著工業(yè)發(fā)展，國民經(jīng)濟日益增長，人民生活指數(shù)也在不斷提高。但是給環(huán)境卻帶來不可逆的影響，因為空氣質量的惡化，使人類引起一系列呼吸道病癥，危害身心健康。國家政府出臺政策，一方面從源頭控制污染源，一方面增加空氣質量監(jiān)控。各大中城市也將PM2.5作為天氣預報一項重要指標，時時提醒市民關注環(huán)境。本設計就是基于51系列單片機的PM2.5監(jiān)控預警系統(tǒng)，對環(huán)境里的PM2.5濃度進行實時監(jiān)控，預警。本設計以STC89C52單片機為控制核心，用夏普GP

2、2Y1010AU0F傳感器實時采集空氣中粉塵情況，然后由ADC0832模數(shù)轉化芯片，將從粉塵傳感器采集到的模擬信號轉化成數(shù)字信號，然后傳給單片機進行精確換算，在LCD1602液晶屏顯示當前空氣粉塵濃度和顯示預置報警閾值，按鍵可以設置系統(tǒng)粉塵報警閾值，蜂鳴器報警模塊可在環(huán)境PM2.5濃度超過設置值時進行報警。本系統(tǒng)電路穩(wěn)定性高、抗干擾能力強，處理速度快，功耗低，操作簡便，實時精準顯示，實時反饋環(huán)境因素。關鍵字：PM2.5;單片機；粉塵濃度；GP2Y1010AU0F;報警佳木斯大學信息電子技術學院佳木斯大學學士學位論文AbstractWiththeindustrialdevelopmentofth

3、enationaleconomygrowing,peoplelivingindexisalsorising.Buttheenvironmenthasbroughtirreversibleimpactbecauseofthedeteriorationinairquality,weatherhazephenomenonincreasedhazardphenomenonworse.Nationalgovernmentpolicies,ontheonehandtocontrolpollutionfromthesource,ontheonehandincreasetheairqualitymonitor

4、ing.PM2.5majorcitieswillalsobeanimportantindicatorastheweatherforecast,remindthepublicconcernfortheenvironment.Thisdesignisbasedonthe51computersPM2.5monitoringsystemontheenvironmentinthePM2.5concentrationtimemonitoring,earlywarning.ThisdesignSTC89C52RCmicrocontrollertocontrolthecore,SharpGP2Y1010AU0

5、Fsensortocollectdustintheairsituation,LCD1602displayshowsthecurrentairconcentrationofdustanddisplaythepresetalarmthresholdsize,thekeyscansetthesystemdustalarmthreshold,thebuzzeralarmmodulecanalarmwhentheambientPM2.5concentrationexceedsthesetvalue.Systemworks:collectedbythesensorintheairPM2.5PM2.5con

6、centration,andthenconvertedtoadigitalsignalthroughADC0832forSTC89C52RCmicrocontrollerreads,afterthesystemconversion,real-timedisplayofthecurrentPM2.5concentration,andthensetvalue,iflessthanthesetvalue,thesystemremains;ifitexceedsthesetvalue,thesystemwillalarmtoalertthePM2.5concentrationexceeded.Thes

7、ystemcircuitissimple,stable,highlyintegrated,easytodebug,highprecision,hassomepracticalvalue.Keywords:Alarm;Dustconcentration;GP2Y1010AU0F;PM2.5佳木斯大學信息電子技術學院佳木斯大學學士學位論文目錄摘要iAbstractii第1章緒論11.1課題研究背景11.2課題研究的目的和意義11.3課題的主要內(nèi)容2第2章設計方案論證32.1題目解析32.2方案論證與設計32.2.1控制部分的方案選擇32.2.2顯示部分的方案選擇42.2.3傳感器模塊的方案選擇42

8、.2.4模數(shù)轉化模塊的方案選擇42.3系統(tǒng)方案論證5第3章硬件電路設計63.1單片機最小系統(tǒng)63.2ADC0832模數(shù)轉化模塊83.3液晶屏顯示模塊93.4夏普PM2.5傳感器103.5蜂鳴器123.6按鍵電路123.7污染級別提醒電路和程序下載電路123.8總體原理圖13第4章軟件部分設計144.1系統(tǒng)流程設計144.2ADC0832模數(shù)轉化部分設計15第5章仿真部分175.1PWM驅動175.2Keil的應用175.3Proteus的應用18結論20I佳木斯大學信息電子技術學院佳木斯大學學士學位論文致謝21參考文獻22附錄1系統(tǒng)原理圖24附錄2元器件清單25附錄3程序清單26附錄4外文參考

9、資料翻譯（原文、譯文）321111佳木斯大學信息電子技術學院佳木斯大學學士學位論文第1章緒論1.1課題研究背景21世紀的今天，科學技術的發(fā)展日新月異，科學技術的進步的同時也帶動了測量技術的發(fā)展，現(xiàn)代控制設備不同于以前，我們已經(jīng)進入了高速發(fā)展的信息時代，測量技術是當今社會的主流，廣泛地深入到應用工程的各個領域。因為空氣質量的惡化，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害性天氣預警預報。統(tǒng)稱為“霧霾天氣”。霧霾主要由PM2.51、PM10、PM0.1以及重金屬鍥神銘鉛等顆粒組成。在空氣動力學和環(huán)境氣象學中，顆粒物是按直徑大小來分類的，粒徑小于100微米的稱為

10、TSP(TotalSuspendedParticle)2,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，它的直徑僅相當于人的頭發(fā)絲粗細的1/20。雖然PM2.5只是地球大氣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、有害物質且在大氣中的停留時間長、輸送距離遠，因而對人體健康和大氣環(huán)境質量影響更大。世界衛(wèi)生組織發(fā)布的報告顯示，無論是發(fā)達國家還是發(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。因此，對PM2.5的監(jiān)測與治理便顯得越來

11、越重要。1.2課題研究的目的和意義眾所周知，在日益發(fā)展的21世紀，人們對于環(huán)境的要求越來越高。不論在國內(nèi)還是國外，都需要極佳的環(huán)境來提高生活指數(shù)。比如在國內(nèi)，導致環(huán)境因素急劇下降的有以下幾點：大氣污染問題、水環(huán)境污染問題、垃圾處理問題、水土流失問題等嚴重問題。但大氣污染問題迫在眉睫，由于我國目前還處于粗放型經(jīng)濟模式，多地為了追求經(jīng)濟效益，不顧對環(huán)境造成的嚴重影響，直接往空氣中排放，使得國內(nèi)出現(xiàn)嚴重霧靄天氣。這不僅給人們帶來心理上嚴重影響，而且對人體也佳木斯大學學士學位論文帶來嚴重的病痛影響。在大氣污染中，表現(xiàn)最為突出的而且被提上日程的就是PM2.5o研究表明，PM2.5日平均濃度增加，會導致人

12、類出現(xiàn)各種無法想象的嚴重后果。首先，表現(xiàn)最明顯就是醫(yī)院的呼吸道門診量增長迅速3,導致醫(yī)療資源跟不上增長速度，嚴重的還會引起糾紛。其次，上班一族，會在長期的霧靄中工作，心理會由于過度的壓抑，導致患上抑郁癥等精神疾病，一系列不可控疾病隨即而來，嚴重到可能導致社會動蕩。1 1佳木斯大學信息電子技術學院佳木斯大學信息電子技術學院隨著國內(nèi)經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，工業(yè)化4水平的越來越高，小康水平的基本普及，人們也日益追求高質量生活。自然，對于環(huán)境的要求也是有著苛刻的要求。在現(xiàn)今，人們使用的監(jiān)控設備精度越來越高，空氣里PM2.5濃度受到了實時關注，在各種嚴重后果面前，人們都希望有一個干凈、舒適的環(huán)境供大家生存。所以

13、也都紛紛加入到保護環(huán)境的隊伍中來，一方面發(fā)揮監(jiān)督作用，從源頭控制污染源，另一方面實時監(jiān)控環(huán)境因素，做到合理安排日程。同時也有更多的人加入到植物造林中來，親自動手參與環(huán)境建設，美化環(huán)境。創(chuàng)造出一個賴以生存的環(huán)境。1.3課題的主要內(nèi)容本課題是基于單片機所設計的空氣質量檢測系統(tǒng)，由STC89C52單片機最小系統(tǒng)、GP2Y1010AU粉塵傳感器、ADC0832模數(shù)轉換器模塊、LCD1602液晶模塊、蜂鳴器報警模塊和按鍵等模塊組成，主要的設計內(nèi)容如下：(1)使用GP2Y1010AU傳感器對粉塵顆粒的采集；(2)使用ADC0832作為采集樣品的模擬量轉化為數(shù)據(jù)量；(3)采用STC89C52單片機作為控制核

14、心，計算其顆粒物濃度；(4)LCD1602作為顯示屏顯示所有測量值。通過按鍵設置報警值，作為檢測量最高值，當測量值高于報警值，蜂鳴器報警。*佳木斯大學學士學位論文第2章設計方案論證2.1題目解析本設計要求制作一個基于51系列單片機3的PM2.5實時監(jiān)控系統(tǒng)，它由控制器模塊、ADC0832模數(shù)轉化模塊、按鍵模塊、蜂鳴器報警模塊、LCD顯示模塊、PM2.5傳感器模塊電路等組成。當傳感器采集到空氣中PM2.5濃度值后，然后經(jīng)過ADC0832芯片，對GP2Y1010AU0F傳感器獲取到的模擬信號轉化成數(shù)字信號，然后經(jīng)過單片機系統(tǒng)運算處理，在液晶LCD1602顯示屏上面顯示出實時測量到的PM2.5的濃度

15、值，根據(jù)題目的要求，確定系統(tǒng)框圖如2-1所示。圖2-1系統(tǒng)組成基本框圖2.2方案論證與設計2.2.1控制部分的方案選擇(1)采用凌陽16位單片機，內(nèi)存大，處理速度快，編程容易，而且其自身自帶音頻處理系統(tǒng)，可以不使用外部器件就可以實現(xiàn)語音報時功能，在一定程度上可以說大大節(jié)約成本比較適合此類規(guī)模系統(tǒng)。但是相對來說價格還是比較高，很多資源都被浪費掉了，不適合本設計，所以不采用該方案。(2)用STC89C52單片機，雖然他沒有凌陽16位單片機的功能強大，但是他佳木斯大學信息電子技術學院LCD1示模塊鍵盤電路A/D轉換SCT89C52單片機報警電路佳木斯大學學士學位論文可以滿足該程序編程的需要以及各個功

16、能部分也都可以實現(xiàn)，真正做到資源充分利用，而且在價格方面也比16位單片機的成本少好幾倍，所以本設計選用該方案。2.2.2顯示部分的方案選擇(1)采用點陣式顯示屏顯示， 點陣式顯示屏是由八行八列的發(fā)光二極管組成， 比較適合各種信息可以從左到右移動，也可以從右到左顯示，給消費者一個真正的視覺沖擊，但是對于這種顯示方式似乎顯得太浪費，對于單片機的掃描速度也是一個考驗，且價格也相對較高，所以也不用此種作為顯示。(2)采用液晶屏顯示方式顯示。液晶顯示美觀性強，一目了然，可以運用菜單項來方便操作，液晶顯示屏的顯示功能強大，顯示的信息量大，清晰可見。而且LCD1602價格低廉，控制程序簡單，穩(wěn)定性高，使用壽

17、命長等有點。所以，選擇液晶屏顯示方案。2.2.3傳感器模塊的方案選擇(1)采用煒盛傳感器，該傳感器靈敏度高，但是體積大，不方便安裝；電流大，不能使本設計做到低功耗。該方案不適合采用本設計。(2)采用夏普PM2.5傳感器，該傳感器使用方便，體積小，方便安裝，正常使用時，電流小，可做到電流的低功耗，有利于信號的儲量過程，能夠實現(xiàn)空氣的流通，且利于AD轉換，所以本設計采用該方案。2.2.4模數(shù)轉化模塊的方案選擇(1)采用ADC0809模數(shù)轉化芯片，ADC0809是一款8位逐次逼近式A/D模數(shù)轉換器。他是通過地址鎖存譯碼后的信號，選通ADC0809內(nèi)部相對應的地址通道，然后進行A/D信號轉換，具一個芯

18、焊接的腳位過多，占用的單片機IO過多，而且目前僅在單片機初學應用設計中較片就可以有8個通道，功能非常強大，但是本設計只需要一個通道即可，再加上其需要為常見，而且價格也比較昂貴，不適合大規(guī)模應用。(2)采用ADC0832模數(shù)轉化芯片，ADC0832是一款雙通道8位分辨率A/D轉換芯片。其封裝為DIP-8或者SOC-8,方便焊接，調(diào)試。同時，具和單片機接4 4佳木斯大學信息電子技術學院佳木斯大學學士學位論文口只有四條線，大大減少單片機的IO口損耗。同時由于其性價比高，廣受消費者追捧。 通過學習ADC0832我們就可以理解A/D轉化芯片的工作原理。 同時ADC0832模數(shù)轉化芯片在本設計中，完全滿足

19、各種性能，自然優(yōu)先考慮ADC0832模數(shù)轉化芯片，所以本設計采用該方案。2.3系統(tǒng)方案論證綜上各方案所述， 對此次設計的方案選定為： 采用STC89C52RC作為主控制系統(tǒng)； 以夏普GP2Y1010AU0F為核心傳感器；以ADC0832作為系統(tǒng)模數(shù)轉化模塊；采用LCD1602作為系統(tǒng)的顯示電路；采用蜂鳴器電路作為報警電路等，以完成PM2.5監(jiān)控系統(tǒng)的設計。佳木斯大學信息電子技術學院佳木斯大學學士學位論文第3章硬件電路設計3.1單片機最小系統(tǒng)STC89C52RC4為宏晶推出的新一代高速、低功耗、超強抗干擾的單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)的8051單片機。單片機為DIP-40直插芯片，有四組I/O口

20、P0,P1,P2,P3,每一條I/O線都能獨立地作輸出或輸入，單片機引腳圖如3-1所示。該增強型8051單片機具有可任意選擇的6時鐘/機器周期和12時鐘/兩種機器周期，因為其內(nèi)核依舊是51系列內(nèi)核所以指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051系列.工作電壓為5.5V3.3V （5V單片機）/3.8V2.0V （3V單片機） ,工作頻率正常范圍040MHz,相當于普通8051的080MHz,實際工作頻率可達48MHz;用戶應用程佳木斯大學信息電子技術學院T2/PLT2/PL0 0匚二T2EVri.T2EVri.：匚二PLPL2 2PLPL3 3PL4IZZPl,5Pl,5PL5PL5Pl.Pl.7|7|：RS

21、IIRKD/P3.RKD/P3.0 0匚TWTW/F3.1/F3.1I IIMTOIMTO/PS./PS.2 2匚二nirt/pnirt/p. .3 3T0/P3.T0/P3.4 4T1/P3.ET1/P3.EW/P3,&W/P3,&fD/P3.7fD/P3.7XTAL2XTAL2XTALL：vss：FDIPfeo og87g876E6E4 43 32121o9o9ft-ft-76E76E4 43232L L43334333333333333AZ2233333AZ22222222222222vccvccPO.0/AD。PC.1/ADIPCI2/AD2PO.3/AD3PO.3/A

22、D3PO.4/AD4PO.5/AD5PO.&/AJ8PQ.7/AD7EAALE/FROGPSENP2.7；A1SP2,6/A14P2.5/Al3P34l/A12P2,3/A11P2.2/A10P2.1M9P*0/A9圖3-1單片機引腳圖序空間為8K字節(jié)，片上集成512字節(jié)RAM通用I/O口32個，復位后為P1/P2/P3/P4是準雙向口/弱上拉，P0口是漏極開路輸出，作為總線擴展用時，不用加上拉電阻，作為I/O用時，需加上拉電阻。ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應用可編程），無需專用編程器，無需專用仿真器，可通過用口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成

23、一片，具有EEPROMft能，具有看門3功能，共3個16佳木斯大學學士學位論文位定時器/計數(shù)器。定時器T0、T1、T2,外部中斷4路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)電路，PowerDown模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒，通用異步用行口（UART,還可用定時器軟件實現(xiàn)多個UART工作溫度范圍：-40+85C（工業(yè)級）/075c（商業(yè)級），PDIP封裝。STC89C52RC單片機的省電工作模式有幾種。掉電模式：典型功耗0.1NA,可由外部中斷喚醒，中斷返回后，繼續(xù)執(zhí)行原程序?？臻e模式：典型功耗2mA正常工作模式：典型功耗4Ma7mA掉電模式可由外部中斷喚醒，適用于水表、氣表等電池供電系統(tǒng)及便攜設備

24、。單片機的最小系統(tǒng)5就是讓單片機能正常工作并發(fā)揮其功能時所必須的組成部分，也可理解為是用最少的元件組成的單片機可以工作的系統(tǒng)。對51系列單片機來說，最小系統(tǒng)一般應該包括：單片機、時鐘電路、復位電路、輸入、輸出設備等，在單片機中復位電路是必須存在的電路，就像我們開啟一臺電腦一樣，需要打開開機鍵。在單片機系統(tǒng)中，復位電路是非常關鍵的，當程序跑飛（運行不正常）或死機（停止運行）時，就需要進行復位，與復位電路同樣至關重要的就是時鐘電路，時鐘電路就像是整個機器的心臟一樣，控制著單片機的節(jié)奏。單片機最小系統(tǒng)框圖如3-2所示。圖3-2單片機最小系統(tǒng)（1）時鐘電路時鐘電路分為內(nèi)部時鐘方式和外部時鐘方式回。外部

25、時鐘電路使用現(xiàn)成的外部振蕩器產(chǎn)生脈沖信號，用于多片單片機同時工作以便于它們之間的同步。所以這個設計采用內(nèi)部時鐘方式的電路，單片機內(nèi)部有一個用于構成振蕩器的反相放大器，輸入端引腳為XTAL1,輸出端為XTAL2。兩引腳接一個石英晶體和兩個電容，每個電容的另一端再接到地構成一個穩(wěn)定的自己振蕩器。電容C1、C2的大小會影響振蕩器頻率的高低、振蕩器的穩(wěn)定性和起振的快速性，晶體振蕩頻率的范圍通佳木斯大學信息電子技術學院常是在1.2到12MHz,頻率越高，系統(tǒng)的時針頻率越高，單片機的運行速度也就越快。因為CPU完成一個基本操作所需要的時間稱為機器周期，一個機器周期包括12個時鐘周期，所以選12MHz方便計

26、算初值。單片機的內(nèi)部電路正是在時鐘電路的控制下，嚴格地按時序指令進行工作。佳木斯大學學士學位論文(2)復位電路復位電路有上電自動復位和按鍵復位兩種方式6o 按鍵手動電平復位是通過RST端經(jīng)電阻與電源Vcc接通來實現(xiàn)。這個設計使用按鍵電平復位電路，當按鍵時電容器被短路放電，+5V直接加到RST上面達到高電平，進行復位。按鍵松開后電源開始對電容器充電，此時充電電流在電阻上，形成高電平送到RST,仍然是“復位狀態(tài)”；稍后充電結束，電流降為0,電阻上的電壓也將為0,RST降為低電平，3.2ADC0832模數(shù)轉化模塊ADC0832是8位分辨率A/D模數(shù)轉換芯片10,其最高分辨高達256級；雙通道A/D轉

27、換；輸入輸出電平與TTL/CMOS相兼容；5V電源供電時輸入電壓在0-5V之間； 一般功耗僅為15mW;其封裝為DIP-8或者SOC-8,方便焊接， 調(diào)試。 商用級芯片溫度范圍為0C-+70C,工業(yè)級芯片溫度范圍為-40C-+85C,可以適應大部分場合的模數(shù)轉換要求。同時，具和單片機接口只有四條線，大大減少單片機的IO口損耗。通過學習ADC0832,我們就可以理解A/D轉化芯片的工作原理，可以幫助我們深入學習單片機其他相關知識，其電路設計圖如圖3-5所示。圖3-5A/D電路設計圖佳木斯大學信息電子技術學院芯片接口說明：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

28、用CH1:模擬輸入通道1,或作為IN+/-使用7佳木斯大學學士學位論文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，轉換數(shù)據(jù)輸出。CLK:芯片時鐘輸入。Vcc/REF:電源輸入及參考電壓輸入(復用)。3.3液晶屏顯示模塊LCD顯示器11分為字段顯示和字符顯示兩種。其字段顯示和數(shù)碼管顯示原理類型，還是通過取模，然后單片機向LCD發(fā)送數(shù)組，方可實現(xiàn)顯示要求，這個就無法真正體現(xiàn)出LCD液晶屏的優(yōu)勢點。所以在本設計中，采用自帶字庫的LCD顯示模式，與傳統(tǒng)的LED數(shù)碼管顯示器件相比，控制程序方便，顯示內(nèi)容切換方便，而且不需要外加驅動電路。同時LCD1602顯示內(nèi)容功

29、能也非常強大，每行可以同時顯示16個漢字，一共可顯示2行，其電路設計如3-6所示。圖3-6LCD管腳圖LCD1602主要技術參數(shù)：顯示容量為16X2個字符；芯片工作電壓為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2.95M.35(WH)mm。LCD1602采用標準的14腳接口，其中：第1腳：VSS為地電源。佳木斯大學信息電子技術學院第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，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄*佳木斯大學學士學位論文存器第5腳：RW為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行

30、寫操作。當RS和RW共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當RS為低電平RW為高電平時可以讀信號，當RS為高電平RW為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。第6腳：E端為使能端，當E端由高電平跳變成低電平時，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3.4夏普PM2.5傳感器灰塵傳感器GP2Y1010AU是由日本夏普公司生產(chǎn)的，可以測試環(huán)境中的PM2.5值，其模塊體積小，方便安裝，可以適用于各類空氣凈化器中，作為檢測環(huán)境因素傳感器8。其靈敏度極高，可以用來測試直徑在8um以上的煙塵、花粉、粉塵等微小顆粒。造成空氣霧靄等肉眼看不見的顆粒，該傳感器都可以方便的測試到。同時，其自帶

31、氣流發(fā)生器，可以吸收外部空氣，是自身達到一個清潔的效果，大大增加其使用壽命和靈敏度。而且在其內(nèi)部自帶LED顯示燈，減少外界干擾，大大增加靈敏度，準確想外界傳遞實時空氣質量。夏普灰塵傳感器外形圖如圖3-7所示。CompactOpticalDustSensorCompactOpticalDustSensor佳木斯大學信息電子技術學院圖3-7夏普灰塵傳感器GP2Y1010AU0F應用領域：(1)空氣凈化器和空氣清新機；(2)空調(diào)；(3)空氣質量監(jiān)控儀；(4)空調(diào)等相關產(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;10佳木斯大學學士學位論文工

32、作溫度：-1065C；存儲溫度：-2080c圖3-8粉塵器內(nèi)部電路圖根據(jù)粉塵傳感器GP2Y1010AU的規(guī)劃書中對管腳的描述，對應的管腳如圖3-9所示。T*rmImakiT*rmImakigurjitidgurjitid力QJV-LEDQJV-LED（2）LED-CaNDLED-CaND6LED6LED包S-GNDS-GNDVoVoVccVcc圖3-9粉塵傳感器管腳圖故粉塵傳感器的電路設計如圖3-10所示。粉塵傳感器GP2Y1010AU通過對空氣粉塵顆粒濃度進行檢測測算，然后輸出模擬電壓。故在仿真原理圖中，我們用滑動變阻器來模擬粉塵傳感器發(fā)回的模擬信號（電壓值）。ADC0832電路設計仿真圖如

33、圖3-11所示。.佳木斯大學信息電子技術學院粉塵器內(nèi)部電路圖如圖3-8所示。11佳木斯大學學士學位論文3.5蜂鳴器本設計中采用有源蜂鳴器，相對無源蜂鳴器而力，控制方式簡單，無源蜂鳴器需要一個交變的信號去驅動，實現(xiàn)內(nèi)部磁場變化。而有源蜂鳴器只需要在蜂鳴器上加直流，就可以驅動蜂鳴器正常工作。而且2者在價格上相差無幾，所以會優(yōu)先選擇有源蜂鳴器。有源蜂鳴器對電壓的適應范圍廣，壽命長，可以用個調(diào)整有源蜂鳴器的電壓值，來控制蜂鳴器的聲音響度，所以設計起來很方便。本設計的報警電路的控制輸出使用了單片機的P1.7口，設計圖如圖3-12所示3.6按鍵電路本次設計的按鍵電路使用了單片機的P1.3,P1.4,P1.

34、5三個口。設計圖如圖3-13所示。3.7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前污染級別的電路，采用了藍、綠，黃，紅四個LED燈，使用了單片機的P3.0,P3.1,P3.2,P3.4口來實現(xiàn)提醒功能，污染級別顯示電路以及單片機的程序下載電路設計圖分別如圖3-14和3-15所示。佳木斯大學信息電子技術學院12佳木斯大學學士學位論文3.8總體原理圖本設計包括信號采集模塊、信號處理模塊、顯示模塊、報警模塊和按鍵設置模塊組成，以此來完成信號的采集、處理、傳輸、報警等功能。當PM2.5傳感器采集到空氣中PM2.5濃度值后，通過5號引腳將輸出的模擬量經(jīng)過ADC0832模數(shù)轉換器將模擬信號轉

35、換成數(shù)字信號傳送給單片機13號引腳，然后單片機對此信號進行運算處理，單片機P2與LCD顯示屏相連并在液晶LCD1602顯示器上面顯示計算出實時測量到的PM2.5的濃度值，然后通過與SCT89C52單片機8號引腳相連的蜂蜜報警器進行設定值進行比較，通信部分采用ISP程序下載器與單片機10.11號引腳相連來實現(xiàn)單片機與上位機之間的數(shù)據(jù)交換。如果小于設定值，系統(tǒng)保持；如果超過設定值，系統(tǒng)將報警，提醒PM2.5濃度超標。當藍色燈亮時表示空氣質量優(yōu)，當綠色燈亮時表示空氣質量良好，當黃色燈亮時表示空氣質量中等，當紅色燈亮時表示空氣質量差。13圖3-16系統(tǒng)原理圖佳木斯大學信息電子技術學院佳木斯大學學士學位

36、論文第4章軟件部分設計4.1系統(tǒng)流程設計軟件主程序部分主要是ADC模數(shù)轉化，獲取PM2.5粉塵傳感器發(fā)回來的數(shù)據(jù),然后經(jīng)過數(shù)據(jù)轉化處理后，放入數(shù)組里面。然后再和預設值對比，如果實際值大于預設值，那么就會驅動聲報警電路。當然，預設值大小可以根據(jù)需要進行修改。而且，在正常仿真過程中，會實時顯示環(huán)境中PM2.5實時濃度，系統(tǒng)流程圖如圖4-1所示。14佳木斯大學信息電子技術學院佳木斯大學學士學位論文4.2ADC0832模數(shù)轉化部分設計單片機對ADC0832的控制原理：單片機和ADC0832之間的接線，分別是CS、CLK、DO、DI總共4條線。但是在使用過程當中，單片機和ADC0832只有進行單向通信，

37、所以在此過程當中，要將DI/DO并聯(lián)在一起使用。當ADC0832芯片禁用時，此時要控制CS輸入端應為高電平，CLK和DO/DI的電平不做要求。當要進行A/D轉換開始時，必須先將CS使能端置于低電平并且保持低電平直至轉換完全結束為止。此時芯片開始轉換工作，同時由處理器向芯片時鐘輸入端CLK輸入時鐘月沖，DO/DI端則使用DI端輸入通道功能選擇的數(shù)據(jù)信號。在第1個時鐘脈沖的下沉之前DI端必須是高電平，表示起始信號。在第2、3個脈沖下沉之前DI端應輸入2位數(shù)據(jù)用于選擇通道功能，其功能表見下圖4-2所示。如表所示，當此2位數(shù)據(jù)為“1：”0時，只對CH0進行單通道轉換。當2位數(shù)據(jù)為“17”1時，只對CH

38、1進行單通道轉換。當2位數(shù)據(jù)為“07”0時，將CH0作為正輸入端IN+,CH1作為負輸入端IN-進行輸入。當2位數(shù)據(jù)為“0；“1時，將CH0作為負輸入端IN-,CH1作為正輸入端IN+進行輸入。 到第3個脈沖的下沉之后DI端的輸入電平就失去輸入作用， 此后DO/DI端則開始利用數(shù)據(jù)輸出DO進行轉換數(shù)據(jù)的讀取。從第4個脈沖下沉開始由DO端輸出轉換數(shù)據(jù)最高位DATA7,隨后每一個脈沖下沉DO端輸出下一位數(shù)據(jù)。直到第11個脈沖時發(fā)出最低位數(shù)據(jù)DATA0,一個字節(jié)的數(shù)據(jù)輸出完成。也正是從此位開始輸出下一個相反字節(jié)的數(shù)據(jù)，即從第11個字節(jié)的下沉輸出DATA0。隨后輸出8位數(shù)據(jù)，到第19個脈沖時數(shù)據(jù)輸出完

39、成，也標志著一次A/D轉換的結束。最后將CS置高電平禁用芯片，直接將轉換后的數(shù)據(jù)進行處理即可。ADC0832數(shù)據(jù)讀取程序流程圖如圖4-3所示。：MUXMUXAddressAddressChannelChannelftftDIFDIFODD/SIGNODD/SIGN0 01i iO O* *1 11 1*MUXMUXGMonnci整SQL/DIFSQL/DIFODD/ODD/SIGNSIGN0 010 00 0一c1 1一*15TABLETABLEb.b.MUXMUXAddressing:Addressing:ADCUVJADCUVJ$lnglc-$lnglc- ndcdndcdMUXModeM

40、UXModeCOMCOM海inlcrnallyUinlcrnallyU l2AQNDl2AQND圖4-2ADC0832功能表TABLE7.MUXAddressing:ADCQB32DHferenUdlMUXModTABLE7.MUXAddressing:ADCQB32DHferenUdlMUXMode e佳木斯大學信息電子技術學院佳木斯大學學士學位論文圖4-3數(shù)據(jù)程序流程圖16佳木斯大學信息電子技術學院5.2Keil的應用Keiluvision2C51軟件是目前功能最強大的單片機c語言集成開發(fā)環(huán)境。我們通過圖解的方式來KeilC51軟件的使用教程，學習最簡單的，如何輸入源程序-新建工程一工程詳

41、細設置一源程序編譯得到目標代碼文件。它在功能、結構、可讀、可維護性上都有明顯的優(yōu)勢，我們很容易學習，它的多數(shù)語句生成后的匯編代碼我們都很容易理解。它提供了包括C編譯器、宏匯編、連接、庫管理和一個功能強大的仿真調(diào)試程序,完整的發(fā)展規(guī)劃,通過一個集成開發(fā)環(huán)境（uVision）將這些元素結合在一起。掌握使用51系列單片機的軟件是非常必要的，如果你想使用C語言編程，那么Keil14是一種不錯的選擇，即使沒有C語言的基礎和匯編語言編程的集成環(huán)境， 學會使用這個功能強大的仿真軟件調(diào)試工具，也會收到事5.1PWM驅動佳木斯大學學士學位論文第5章仿真部分粉塵傳感器的LED指示燈需要由PWM13驅動，所以系統(tǒng)板

42、需要提供一路17PWM來驅動LED燈，以便粉塵傳感器可以正常工作，仿真示意圖如圖5-1所示圖5-1PWM仿真波形監(jiān)控圖佳木斯大學信息電子技術學院佳木斯大學學士學位論文半功倍的效果，Keil_c軟件的界面圖如圖5-2所示。圖5-2Keil主界面5.3Proteus的應用Proteus15軟件是英國Labcenterelectronics公司出版的EDA仿真軟件。在學習單片機過程中，起到極大作用。顯而易見，他受到研發(fā)工程師、單片機教師、喜愛搞些電子發(fā)明的科學家的青睞。在編譯語言方面，它也支持Keil和MATLAB等軟件編譯器的編譯。它不iGHBPMPM- -EiEEiE 壬m，（，5353 門-I

43、-I（1A.1A.“，！irpjirpj佳木斯大學信息電子技術學院5 5wvEditDav-iijHwvEditDav-iijH1HI嗨 i i . .|函 uouoPll_JPll_JPEV1CESPEV1CES門 GOGO74LS74/L： .JJJ7.4IS2SC35E*CO1*CO1iL40iL40777474?42Wl?42WlADIZOSMAltlADIZOSMAltl： W.W.：5iAT913rC4CTUU5iAT913rC4CTUUTTLJHCAPCAbLLE.TTLJHCAPCAbLLE.ci-nocCRVSTci-nocCRVSTL L口 5 5IHIH 日茸1 1aR-

44、l4aR-l4ESESI IFDfFDfiRFFMiRFFMr|UnidcWW|UnidcWW 口口口 E圖5-3Proteus主界面如EKEK003003E4E4 口石S S8/CT38/CT3S!S!aoiaoio oQ1152Q115213CH40113CH4015 5 口出 1 11 1口t t.hVEJ.n*VEJ.n*U U.J.JL L I I. .X Ximiml_g-nl_g-nMdMd 里n,Wn,Wtdltdl rincrincuQltdxuim*cuQltdxuim*c dldl0 0 耳/-152/-152 r rafcjafcj1 11JLS=1JLS=P P 二三

45、= 普普U U bitbitBKBK-P?0-P?0J JAbleAbleEM-M7EM-M7J J匕正w w. .二j j 尸哈 r.tr.t1 1 字口口!七 1111 陵.f-f-0*0*/尸闔量 E E 丁用二 J JwE=iwE=i1.1.fc.X.Efc.X.E0303PSPSL1_L1_k k././M MF1F1 zzrzzr1LECH1LECH- -n n”，缸廳胃口44LEULEU- -PfPf，-J-J 冷生傳感能控 IMIM-口tJSLDC3tJSLDC3三三以 3L3L ：，/口!?白工予量薩口由上匚 aDCLTaDCLT- -FX*FX*Q|Q|目前比較好的仿真單片

46、機及外圍器件的工具。在本設中采用了版本Proteus7軟件進行系統(tǒng)的仿真，主士面及仿真效果圖分別如圖5-3和5-4所示。僅有仿真功能，還能仿真單片機及其外圍器件。它是18曰 C C ，TlTlfc_Jfc_JT T /引-QFMl-1-L1-L. . . .J.initJ.initn ngbgb . .PjzeyiL-ajtidX2ePjzeyiL-ajtidX2ei idatdatBLBLV V-i-i7 7._ _g gK KKTIKTI=-=-DFJIDFJI口H HM M佳木斯大學學士學位論文圖5-4總體仿真圖(1)仿真16過程中，發(fā)現(xiàn)PWM的占空比過小，會導致粉塵傳感器在實際工作中異

47、常，所以通過調(diào)整PWM占空比來解決粉塵傳感器LED17指示燈正常工作(2)蜂鳴器報警電路，使用默認設置導致蜂鳴器電路不正常工作，但是電位檢測都未發(fā)現(xiàn)異常，通過調(diào)整其參數(shù)后，方工作正常(3)仿真電路中，有很多與在實際電路中不一樣的地方，所以在仿真的時候務必程序調(diào)整到接近實際19佳木斯大學信息電子技術學院E上T,U:露*P3P3 班*E也 g佳木斯大學學士學位論文結論在整個設計過程中，盡管自己查閱了大量的資料，原本也以為自己對于該設計已經(jīng)很熟悉了，完成本設計的軟件和硬件部分完全沒有問題的。但是在實際的制作過程中發(fā)現(xiàn)自己不論在硬件方面還是在軟件方面都存在著很大的問題。而且還有好幾個問題都是因為自己的

48、粗心造成的，在電路焊接時雖然沒什么大的問題，但從中也知道了焊接在整個作品中的重要性，電路工程量大，不能心急，一個個慢慢來不能急于求成，反而達到事半功倍的效果。同時也培養(yǎng)了自身在遇到事情時，要靜下來去面對，冷靜去分析?？偠灾?，這個設計對于今后的就業(yè)也有了很多的幫助。本次設計中，發(fā)現(xiàn)ADC0832在設計的時候，仿真和實際應用差距比較大，所以在今后的使用過程中就應該牢記下來，這個也就是為自身積累的一個經(jīng)驗吧，對今后會有很大的幫助的。同時也讓我深深牢記，仿真軟件再好用，我們都只能作為一個工具，不能過分的依賴，因為軟件設計可能有很多預料不到的缺陷。而且在設計中，最不可忽視的就是指導老師以及同學給我的幫

49、助，所以無論處在何地，團隊的力量是無窮的。這次的設計操作，學習到的東西真不少。此次設計的完成也標志著我的大學生涯即將結束。它給我?guī)砹艘粋€完美的過渡。最后很高興能夠通過自己的努力，運用所學知識順利完成了該畢業(yè)設計。四年的大學生活就快走入尾聲， 我們的校園生活就要劃上句號， 心中是無盡的難舍與眷戀。 從這里走出，將是踏上一個新的征程，祝愿所有的同學們前程似錦！佳木斯大學信息電子技術學院20佳木斯大學學士學位論文致謝光陰似箭，日月如梭。四年前，我從這里拉開了大學帷幕。而現(xiàn)在即將畢業(yè)?；厥姿哪?，我得到了許多師長，朋友的指導與幫助，行將離別之際，在此向他們表示最誠摯的謝意。首先，要感謝我的導師田靜老師

50、。在本次畢業(yè)設計中，田老師不辭辛苦細心為我們指導。老師不僅在設計方案、程序控制思想給了我們很大的指導，還為我們提供了實驗室和實驗設備，給我們提供了很好的設計環(huán)境。在此我向老師表示深深的感謝，感謝老師給我的支持和幫助。其次，我要感謝我的同學們！和我在一起愉快工作學習、融洽相處的歲月，時常交流，互學共進，受益良多。還要特別感謝嘔心瀝血、含辛茹苦擾養(yǎng)我成長的父母雙親！感謝他們在我的求學生涯中付出的無私奉獻、給予的極大鼓勵與全力支持，他們最偉大的愛永遠激勵著我搏擊人生、奮發(fā)向上。最后衷心感謝各位老師，在百忙之中對我論文的評審提出寶貴意見。我一定會繼續(xù)努力，不辜負各位老師的期望，為自己的母校掙回榮譽，用

51、自己的實際行動回報栽培我的母校的。感謝學校對我的培養(yǎng)，學生深知作為一名深職學子的榮譽，使命和責任，感謝學校讓我能有這份能力去面對未來職業(yè)生涯的挑戰(zhàn)！佳木斯大學信息電子技術學院21佳木斯大學學士學位論文參考文獻1劉宏斌.我國PM2.5的現(xiàn)狀與防治對策J.武漢：湖北經(jīng)濟學院學報，2012:1-4.2KeithLambert.FlowMeasurementandInstrumentation:Atimeofchange.forthejournalJ.FlowMeasurementandInstrumentation,2010,21(2)：79-80.3ChenGW,ChoiSJ,LeeTH,etal

52、.ApplJMicrobiol.Biotechnol,2008,79:3793884EyalDassau,BenyaminGrosmanDanielRLewin.ModelingandtemperaturecontrolofrapidthermalprocessingJ.ComputersandChemicalEngineering,2012,30:686-6975鄭鋒，王巧芝.51單片機應用系統(tǒng)典型模塊開發(fā)大全M.北京：中國鐵道出版社，2011:155-186.6肖金球，馮翼.增強型51單片機與仿真技術M.北京：清華大學出版社,2011.9:25-115.7李全利.單片機原理及應用技術M.北

53、京：高等教育出版社，2009:36-79.8范紅剛，魏學海.51單片機自學筆記M.北京：北京航空航天大學出版社,2010:37-168.9楊將新，李華軍.單片機程序設計及應用從基礎到實踐M.北京.機械工業(yè)出版社，2006:55-173.10劉增俊.A/D轉換器J.電子世界，2012(19):97-98.11李維提，郭強.液晶顯示應用技術M北京：電子工業(yè)出版社，2006:45-9812陳杰，黃鴻.傳感器與檢測技術M.北京：高等教育出版社，2010:88-10713侯俊生，唐露新.基于PWM的強抗干擾A/D轉換電路J.電子技術應用,2012(7):37-39.14張?zhí)m紅，陸廣平.基于Proteus

54、仿真的單片機教學的研究與實踐J.中國電力教育,2014(5):76-77.15周淇，周旭欣.單片機原理及應用：基于Keil及ProteusM.北京：北京航空航天大學出版社，2014.1:34-68.2222佳木斯大學信息電子技術學院佳木斯大學學士學位論文16荊珂.單片機原理應用與仿真M.北京：電子工業(yè)出版社，2012.8:23-76.17蔡燕玲.基于單片機的LED點陣模塊的分析與應用J.數(shù)字技術與應用.2015：6-7.佳木斯大學信息電子技術學院23佳木斯大學學士學位論文附錄1系統(tǒng)原理圖m mf fU U-晶HTTKHTTKW W國一三公三X X5 53.24佳木斯大學信息電子技術學院二？羽照

55、以鳴-rrsX*算黑期或!式式佳木斯大學信息電子技術學院佳木斯大學學士學位論文附錄2元器件清單原件名稱數(shù)量（個）原件名稱三極管數(shù)量（”SCT89C52190132ADC08321粉塵傳感器11602液晶1萬用板122uf電容2電源線112M晶振110K電阻3小按鍵45V蜂鳴器1150歐姆15.6K電阻1220歐姆3紅色LED21K4綠色LED1220uf電容1黃色LED110K排阻1藍色LED125佳木斯大學學士學位論文附錄3程序清單#include#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedint#defineulongunsignedlong宏定義

56、uchartemp=122;ucharflag=0,shan=0;bittt=0;ucharclock=0;ucharclock_temp;sbitRS=P1A0;/1602各控制腳，命令數(shù)據(jù)控制端RS鍵與P1.0相連sbitRW=P1A1;/讀寫選擇端接P1.1sbitEN=PW2;sbitCs0832=P3A5;/0832各控制腳sbitClk0832=P3A6;sbitDi0832=P3A7;sbitDo0832=P3A3;sbitSURE=P1A3;sbitADD=P1A4;sbitDEC=P1A5;sbitBUZZER=P1A6;sbitPWM=P1A7;sbitW=P3A4;sbi

57、tG=P3A0;sbitZ=P3A1;sbitD=P3A2;voiddelay1ms(unsignedintms)/延時1毫秒(不夠精確的)(inti,j;for(i=0;ims;i+)for(j=0;j100;j+);2626佳木斯大學信息電子技術學院佳木斯大學學士學位論文*/ucharGetValue0832(ucharChannel)/獲取數(shù)值返回。入口：通道(0或1)。出口:數(shù)值。uchari,Dat1=0,Dat2=0;Clk0832=0;Di0832=1;Cs0832=0;Clk0832=1;Clk0832=0;/第一脈沖，開始位Di0832=1;Clk0832=1;Clk0832

58、=0;/第二脈沖，模式選擇Di0832=Channel;/通道選擇,0或1Clk0832=1;Clk0832=0;/第三脈沖，通道選擇Di0832=1;/釋放輸入線for(i=0;ii;)for(i=0;i8;i+)/從低到高取一次數(shù)if(Do0832)Dat2|=0 x01temp)BUZZER=1;elseBUZZER=0;if(Chan0Value50)&(Chan0Value100)&(Chan0Value150)G=1;Z=0;D=0;W=0;最大值255elseG=0;Z=0;D=0;W=0;/wr_com(0 x80+0 x40);/zifuchuan(Chana

59、l1:);/writevalue(0 x40+10,Chan1Value/100+0 x30);/writevalue(0 x40+11,Chan1Value%100/10+0 x30);/writevalue(0 x40+12,Chan1Value%100%10+0 x30);/delay1ms(1000);佳木斯大學信息電子技術學院30佳木斯大學學士學位論文)voidt1(void)interrupt3using1/中斷函數(shù)(TH1=(65536-500)/256;TL1=(65536-500)%256;clock_temp+;if(clock_temp200)clock_temp=0;i

60、f(clock_temp62)PWM=0;elsePWM=1;if(tt=1)clock+;if(clock100)clock=0;flag=flag;if(SURE=0)delay1ms(30);tt=tt;/shan=1;while(!SURE);if(ADD=0)temp+;delay1ms(30);while(!ADD);if(DEC=0)temp-;delay1ms(30);while(!DEC);31佳木斯大學信息電子技術學院佳木斯大學學士學位論文附錄4外文參考資料翻譯（原文、譯文）TheresearchofhazegovernanceissuesHazeisPM2.5particlesfloatingintheat