基于單片機(jī)的家居空氣質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上基于單片機(jī)的家居空氣質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)專心-專注-專業(yè)摘要隨著社會的不斷發(fā)展與科學(xué)技術(shù)的日新月異。家庭住所作為人們?nèi)粘Ｆ鹁由钭詈诵牡膮^(qū)域越來越被人們所關(guān)注。特別是近年來，外界環(huán)境污染愈發(fā)嚴(yán)重，人們越來越渴望自己的居所在滿足日?；酒鹁拥耐瑫r更能夠?yàn)樽约禾峁┮粋€安全、舒適、溫馨的環(huán)境。為此，人們在需要相應(yīng)的空氣凈化設(shè)備同時，更需要一種簡潔、方便、有效、功能齊全、面向家居的空氣質(zhì)量檢測設(shè)備。將檢測與控制相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)設(shè)備間的智能聯(lián)動。本文所構(gòu)建了家居的空氣質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)面向于現(xiàn)代家居環(huán)境能夠檢測并顯示出溫度，濕度，甲醛，PM2.5各項(xiàng)實(shí)時數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)以AT89C51單片機(jī)為核心，

2、主要包括傳感器溫濕度采集，傳感器氣體采集，A/D模/數(shù)轉(zhuǎn)換，LCD液晶顯示，聲光報(bào)警等部分。系統(tǒng)通過搭建的傳感器元件采集家居中溫濕度，甲醛含量以及PM2.5含量，并實(shí)時顯示上述采集數(shù)據(jù)。此外，采集上來的數(shù)據(jù)與單片機(jī)內(nèi)部設(shè)定的整定值比較。當(dāng)數(shù)據(jù)不合標(biāo)準(zhǔn)時發(fā)出報(bào)警信號并開啟相應(yīng)設(shè)備通知家居主人。最后，本文將設(shè)計(jì)的系統(tǒng)在PROTUES環(huán)境下進(jìn)行了仿真，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的正確性，可行性。本設(shè)計(jì)借鑒了市場現(xiàn)有的產(chǎn)品以及環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)有的研究成果。集實(shí)用性，高效性，經(jīng)濟(jì)性于一身。為今后智能家居的發(fā)展提供了新的思路。關(guān)鍵詞：單片機(jī)；空氣質(zhì)量檢測；傳感器；PROTUESabstractWith the continuo

3、us development of society and the rapid development of science and technology. As the core of people's daily life, the family residence has become more and more concerned by people. Especially in recent years, the environmental pollution has become more and more serious, people are more and more

4、 eager to meet their own homes in the daily basic living while more able to provide themselves with a safe, comfortable, warm environment。 To this end, we need the corresponding air purification equipment at the same time, but also need a simple, convenient, effective, complete function, for home ai

5、r quality testing equipment. The detection and control are combined to realize the intelligent linkage between devices。The air quality monitoring system in the home is designed to detect and display the temperature, humidity, formaldehyde and PM2.5 real-time data in the modern home environment. This

6、 system to AT89C51 microcontroller as the core, including the temperature and humidity sensor acquisition, sensor gas collection, A/D mode / number conversion, LCD liquid crystal display, sound and light alarm and other parts。The system collects the temperature and humidity, the formaldehyde content

7、 and the PM2.5 content of the sensor, and displays the data in real time. In addition, the data collected from the internal settings of the microcontroller and the setting value of the comparison。When the data is not standard, the alarm signal is issued and the corresponding equipment is turned on t

8、o inform the home owner. Finally, the design of the system in the PROTUES environment simulation, verify the correctness of the design, feasibility。This design draws on the existing research results of the existing products and environmental quality of the market。Practicality, high efficiency, econo

9、my in one body。It provides a new idea for the development of smart home in the future。Key words: single chip microcomputer; air quality detection; sensor; PROTUES目 錄第1章 引言1.1 設(shè)計(jì)背景及意義 伴隨著社會日新月異的發(fā)展與人類生活水平的極大提高，家居環(huán)境質(zhì)量的好快逐漸成為我們關(guān)注的重點(diǎn)。而在我們家居生活中溫度濕度、可吸入顆粒物PM2.5含量、有害氣體含量等以上數(shù)據(jù)因與我們健康密切相關(guān)因?yàn)槎顬楸魂P(guān)注。據(jù)相關(guān)資料顯示，人體的健康

10、會極大的被溫度濕度環(huán)境所影響。專家指出：日常家居中，溫度控制在 17-26，濕度控制在43-67RH的情況下人體最為感到舒適。而長期生活在濕度低于43RH 的空氣環(huán)境中，人體的各項(xiàng)器官，特別是呼吸呼吸系統(tǒng)會產(chǎn)生極大的損害。鼻腔，呼吸道乃至肺部的黏膜纖毛生理功能受到極大損害，纖毛的蠕動減緩，從而很難清理掉粘膜上的灰塵、細(xì)菌等附著物的，給細(xì)菌與病毒滋生提供了良好的環(huán)境，從而損害人體健康。而在濕度較大的環(huán)境下，特別是大于 65RH時，松果激素大量產(chǎn)生，促使人體腎上腺素，甲狀腺素含量減少，造成人體興奮度降低，疲憊，沒有活力。同時，高濕度環(huán)境會損害人體免疫力，容易產(chǎn)生各種疾病，危害人體健康。又叫細(xì)顆粒物

11、，指環(huán)境空氣中當(dāng)量直徑小于等于 2.5 的顆粒物。由于本身質(zhì)量微小，可懸浮在空氣中，大量的PM2.5顆粒物存在空氣中會對環(huán)境造成極大的污染，是檢測環(huán)境質(zhì)量的重要指標(biāo)。PM2.5在正常的環(huán)境中含量極少，但隨著我國環(huán)境質(zhì)量的不斷變差以及PM2.5的含量不斷加大，其對人類健康的危害愈發(fā)嚴(yán)重。與較粗的大氣顆粒物相比，PM2.5粒徑小，面積大，活性強(qiáng)，易附帶有毒、（例如，、等），且在大氣中的停留時間長、輸送距離遠(yuǎn)，因而對人體健康和大氣環(huán)境質(zhì)量的影響更大。甲醛是近些年伴隨著過度裝修用料所導(dǎo)致的新型家居污染源。甲醛無色有刺激性氣味，隨呼吸系統(tǒng)進(jìn)入人體后會破壞人體細(xì)胞蛋白質(zhì)，進(jìn)而對人體器官特別是呼吸

12、系統(tǒng)，神經(jīng)系統(tǒng)造成極大地破壞。甲醛中毒的臨床表現(xiàn)為眼紅、眼癢、咽喉不適或疼痛、聲音嘶啞、噴嚏、胸悶、氣喘、皮炎等。嚴(yán)重時引發(fā)腎衰竭與癌癥。近年來，世界范圍內(nèi)的科學(xué)家對甲醛問題展開了全面的討論與研究。認(rèn)為家居環(huán)境污染是導(dǎo)致甲醛中毒的最直接原因，因而凈化家居環(huán)境，慎用裝飾材料是防范甲醛危害的最使用的辦法。我國作為甲醛污染大國，也在近些年制定了相應(yīng)的防范措施。2003年3月由國家環(huán)保總局、衛(wèi)生部、國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)總局共同制定并發(fā)布的我國第一部“室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)”，此標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格定義了家居環(huán)境質(zhì)量的各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，特別明確了各污染源的含量健康標(biāo)準(zhǔn)，給廣大居民鑒定自家家居環(huán)境質(zhì)量提供了科學(xué)參考。由此可知，家居環(huán)境

13、質(zhì)量越發(fā)受到人們重視，而相應(yīng)的家居環(huán)境質(zhì)量檢測控制儀器也應(yīng)與而生，并擁有廣泛的應(yīng)用前景與商機(jī)?？梢?，對家居環(huán)境監(jiān)控設(shè)備的研究具有重要的意義。1.2 家居環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)現(xiàn)狀 人類對于溫濕度的測量由來已久，早在中世紀(jì)的歐洲，著名科學(xué)家伽利略就曾有過嘗試。他所制作的簡易溫度計(jì)，感熱部分由果核大的玻璃泡構(gòu)成，另一端則連有敞口的玻璃管。根據(jù)熱脹冷縮原理，受熱水平面會根據(jù)變化上下移動，從而判定出溫度的變化，并可大致測出溫度的高低。后來，經(jīng)過科學(xué)家們的不懈努力，又在此基礎(chǔ)上進(jìn)行可改進(jìn)，對感熱材料換成了水銀，使溫度變化更加敏感，這也為后來溫度計(jì)的形成提供了基礎(chǔ)。水銀溫度計(jì)結(jié)構(gòu)簡單，制作方便，計(jì)量穩(wěn)定，目前依舊被

14、我們廣泛使用，但缺點(diǎn)是材料易碎，并且不能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離測量，不具備智能化等功能。目前在家居使用中，對有害氣體的過濾，特別是甲醛氣體的去除以活性炭居多。所謂的活性炭，顧名思義主要以炭構(gòu)成，在制作過程中，將炭打磨成細(xì)小的炭粒。炭粒表面具備有較大的表面積，而炭粒的內(nèi)部則有極為細(xì)小的穿孔。正是這種構(gòu)造，讓活性炭顆粒與空氣有著充足的接觸空間，并具備極大的吸附能力，從而實(shí)現(xiàn)對空氣的過濾與凈化?；钚蕴康闹谱餍枰^為精細(xì)的講究，對于消除特定的有害氣體時，活性炭的孔隙結(jié)構(gòu)要適合有害氣體的分子結(jié)構(gòu)，從而最大限度的發(fā)揮活性炭的吸附能力?；钚蕴吭趯兹?、苯系物、氨、氡等有害氣體的過濾有著極強(qiáng)的作用。此外，活性炭購買方便，

15、使用簡潔非常適合家居環(huán)境下的空氣凈化。但活性炭使用條件較為嚴(yán)苛，需要在流動的空氣環(huán)境中方可起到較好的過濾作用，并且過濾空間面積較小，過濾后若要循環(huán)使用，則必須在日光下進(jìn)行暴曬處理，使活性炭內(nèi)部吸附的氣體分子揮發(fā)掉。方可再次使用。對于PM2.5, 1997年美國環(huán)保局制定頒布了比PM10更小的顆粒物，即PM2.5作為空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，并規(guī)定年均和日均濃度限值分別為21ug/m3、65ug/m3，而PM10年均和日均濃度限值不變。2006年美國環(huán)保局進(jìn)一步縮小PM2.5的日均濃度限值，也就是現(xiàn)在的標(biāo)準(zhǔn)限值，即年均和日均濃度限值分別為15ug/m3、35ug/m3并且廢除了PM10的年均濃度限值，可見，

16、美國對顆粒物的限值標(biāo)準(zhǔn)越發(fā)嚴(yán)格。年月世界衛(wèi)生組織在全球大氣質(zhì)量指南中力推的年均和日均濃度限值分別為10ug/m3、25ug/m3、根據(jù)全球各國的社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和環(huán)境空氣污染特征的差異，將環(huán)境空氣質(zhì)量分為三個階段目標(biāo)和一個指導(dǎo)值。階段等級越高，對環(huán)境空氣質(zhì)量的要求越嚴(yán)格。近年來，越來越多的發(fā)達(dá)國家和地區(qū)已根據(jù)各自發(fā)展?fàn)顟B(tài)對其環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)作了相關(guān)的修訂。進(jìn)入20世紀(jì)，伴隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展與日益廣泛的應(yīng)用，空氣環(huán)境檢測技術(shù)有了更深層次的發(fā)展，相關(guān)電子產(chǎn)品也得到了極其廣泛的應(yīng)用。特別是電子化的溫度計(jì)、濕度計(jì)、甲醛測量儀、PM2.5凈化設(shè)備等。國外在這方面研究較早也取得了較為顯著的成果。早在上

17、世紀(jì)80年代模擬式組合儀表已應(yīng)用在溫濕度檢測中。進(jìn)入新世紀(jì)國外的溫濕度控制已全面向自動化、智能化、無人化方向靠攏，并將成果轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品投入市場。我國在此方面發(fā)展較晚，受困于技術(shù)與材料方面的限制，僅在溫度、濕度單一方面取得了一定成果，在集成性方面還有待進(jìn)一步發(fā)展。在有害氣體的檢測方面，國外的發(fā)展也走在我國前面。目前相當(dāng)一部分公司開發(fā)出的產(chǎn)品已在相關(guān)氣體檢測方面占有重要的市場，如英國 Tsl 公司生產(chǎn)的 PPM40OTM 甲醛檢測儀、德國生產(chǎn)的 TG2000 系列固定式有害氣體檢測儀。我國公司的產(chǎn)品盡管與國外知名廠商存有一定差距，但產(chǎn)品發(fā)展仍取得了不錯的效果，如生產(chǎn)的賽納威甲醛檢測器，天津福民科技有

18、限公司生產(chǎn)的優(yōu)耐特甲醛全時段檢測凈化器等。以上這些空氣檢測裝置雖然在檢測有害氣體方面有不錯的性能，但其應(yīng)用范圍主要適用于工業(yè)領(lǐng)域，并不適用與家居環(huán)境空氣的質(zhì)量檢測，可見在家居領(lǐng)域，此項(xiàng)研究仍有極大地研究價值。特別是伴隨著單片機(jī)技術(shù)的不斷成熟。電子化的空氣檢測儀器與家居智能化的發(fā)展完美契合。本文正式嘗試將兩者的結(jié)合，設(shè)計(jì)出一種基于單片機(jī)的家具空氣質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)。1.3 設(shè)計(jì)目的及內(nèi)容 本文所構(gòu)建出的家居空氣質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)面向于現(xiàn)代家居環(huán)境能夠檢測并顯示出溫度，濕度，甲醛，PM2.5各項(xiàng)實(shí)時數(shù)據(jù)。集實(shí)用性，高效性，經(jīng)濟(jì)性于一身。通過比較市場現(xiàn)有的產(chǎn)品以及環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)有的研究成果。最終設(shè)計(jì)出了以單片機(jī)為控

19、制核心，多傳感器檢測多項(xiàng)數(shù)據(jù)，并加入了液晶顯示及聲光報(bào)警模塊，將家居環(huán)境至來年個檢測和智能控制有機(jī)的結(jié)合起來，為今后智能家居的發(fā)展提供了新的思路。本文主要完成的設(shè)計(jì)內(nèi)容如下: （1）完成了系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案論證和總體框架設(shè)計(jì)。（2）控制模塊，使用 AT89C51單片機(jī)作為系統(tǒng)核心控制器。（3）溫濕度模塊，使用傳感器 DHT11 采集溫濕度數(shù)據(jù)。 （4）氣體檢測模塊，使用PM2.5傳感器及甲醛氣體傳感器采集氣體濃度。 （5）報(bào)警模塊，采用蜂鳴器，指示燈來進(jìn)行報(bào)警處理。 （6）顯示模塊，采用LCD液晶顯示屏顯示室內(nèi)空氣實(shí)時數(shù)據(jù)。（7）設(shè)計(jì)了系統(tǒng)整體和各模塊工作的程序框圖。（8）利用PROTUES對構(gòu)建系

20、統(tǒng)進(jìn)行仿真，驗(yàn)證設(shè)計(jì)的可行性。第2章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案論證和總體框架設(shè)計(jì)2.1 設(shè)計(jì)要求 本論文要設(shè)計(jì)的是一種面向于家居的空氣環(huán)境質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)，能夠?qū)崟r檢測空氣溫度濕度、PM2.5、甲醛等有害氣體。當(dāng)某一數(shù)據(jù)超標(biāo)時能自動發(fā)出報(bào)警信號并開啟相應(yīng)設(shè)備。此外為了滿足智能家居的設(shè)計(jì)要求，該系統(tǒng)監(jiān)控的各項(xiàng)數(shù)據(jù)能夠?qū)崟r傳送至系統(tǒng)顯示屏，計(jì)算機(jī)，主人的通信設(shè)備。還能與空調(diào)、加濕器、凈化器等設(shè)備形成智能聯(lián)動，幫助改善家中的空氣質(zhì)量。本文設(shè)計(jì)的空氣質(zhì)量檢測系統(tǒng)的環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù)依據(jù)室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)GB/T18883-2002設(shè)計(jì)。相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)如下表2-1：表2-1 室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目單位值適用范圍相對濕度%4080溫度2

21、228甲醛 HCHOmg/m30.101小時均值可吸入顆粒 PM2.5mg/m30.15日平均值2.1.1 家居空氣質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)功能在本文設(shè)計(jì)的家居空氣質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)，是以單片機(jī)為核心，收集相應(yīng)的氣體采集模塊采集相應(yīng)的空氣數(shù)據(jù)。并將采集的各項(xiàng)數(shù)據(jù)實(shí)時顯示在LCD顯示屏上，并通過控制器將采集數(shù)值與內(nèi)部設(shè)定值比較，采集值越限時啟動報(bào)警模塊發(fā)出聲光報(bào)警。為了實(shí)現(xiàn)以上功能：系統(tǒng)硬件在搭建過程中，具有單片機(jī)控制器，溫度傳感器，濕度傳感器甲醛傳感器、PM2.5含量探測器、A/D 轉(zhuǎn)換電路、液晶顯示器，LED燈光與蜂鳴器等。2.2 系統(tǒng)硬件的選型與論證2.2.1 單片機(jī)控制器的選型本文設(shè)計(jì)的監(jiān)控系統(tǒng)是圍繞單片

22、機(jī)進(jìn)行整體構(gòu)建的，因此選擇一個合適的運(yùn)轉(zhuǎn)的核心與大腦就是設(shè)計(jì)的至關(guān)重要的一部。因而，在開始設(shè)計(jì)之前，我們需要從市場是種類繁多的單片機(jī)中選擇出合適的類型，并經(jīng)過一定的論證，以此保證整個系統(tǒng)運(yùn)行的可靠。所以，在選型過程中，我們本著講究技術(shù)性，開發(fā)性，實(shí)用性三方面綜合考慮，從而達(dá)到最優(yōu)的性價比與未來升級換代的可能性。具體說來(1)在技術(shù)性方面:以滿足系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)，可靠運(yùn)行為目的，對單片機(jī)芯片引腳，功能進(jìn)行考察，是否滿足上述要求。(2)在實(shí)用性方面:對特定廠家特定市場生產(chǎn)的單片機(jī)產(chǎn)品進(jìn)行調(diào)研，通過型號間的縱向比對以及不同產(chǎn)品間的橫向比較，選擇最合適的產(chǎn)品，保證系統(tǒng)可靠運(yùn)行。（3）在開發(fā)性方面，著眼長遠(yuǎn)

23、發(fā)展，選擇的單片機(jī)類型能夠滿足未來升級換代的選擇性，從而最大限度的滿足經(jīng)濟(jì)性的條件。本設(shè)計(jì)選用的AT89C51單片機(jī)芯片是美國ATMEL公司的產(chǎn)品。AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲器（FPEAROMFlash Progra1mmable and Erasaable Read Only Memory）的低電壓、高性能CMOS 8位單片機(jī)，數(shù)據(jù)可重復(fù)擦除。該器件使用了ATMEL公司所研發(fā)的最先進(jìn)的高密度存儲制造技術(shù)，并可與工業(yè)級別的MCS-51指令集與陣腳所兼容。正式因?yàn)橐陨蟽?yōu)點(diǎn)，AT89C51在不失工作性能與存儲性能的同時更兼具了靈活與成本低廉等特點(diǎn)。故而在控制領(lǐng)域得到了極其廣泛的應(yīng)

24、用。AT89C51的芯片如圖2.1所示。圖2.1 AT89C51的外觀及針腳2.2.2 溫、濕度傳感器的選型在目前市場上眾多的流行溫度濕度傳感器主要分為兩種。即分立式與集成式:分立式傳感器就是采用各自的溫度檢測探頭與濕度檢測探頭分別采集數(shù)據(jù)，然后將兩個傳感器采集的實(shí)時信息分別送入單片機(jī)相應(yīng)的I/O接口，單片機(jī)通過采集兩個接口的信息然后再進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，通過以上流程可知，分離式使用較為繁瑣并占用更多的數(shù)據(jù)資源。而集成式正是解決了這個缺點(diǎn)，將溫度檢測，濕度檢測合成一個傳感器。并繼承了兩種器件的全部功能。綜上所述，本系統(tǒng)采用集成式的DHT11溫濕度傳感器。DHT11 是數(shù)字溫濕度傳感器系列中的插針型傳

25、感器，如圖2.2所示，溫濕度探頭集成了溫敏元件與濕敏元件，并聚合在一個芯片后傳輸數(shù)據(jù)。圖2.2 DHT11溫濕度傳感器DHT11體積僅為為7.65mm×5.08mm×2.35mm和耗電電流在工作時為550A, 休眠為3A，平均為28A，因而具有體積小，功耗小等特點(diǎn)。當(dāng)家居環(huán)境溫度越限時，報(bào)警信號可產(chǎn)送至終端設(shè)備，實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能。DHT11濕度量程范圍是0%RH100%RH,溫度量程范圍是-42125.2，測量分辨率分別為 12bit（溫度）、14bit（濕度），在高速或超低功耗的應(yīng)用中也可分別降至11bit 和7bit。同時還具有電源電壓監(jiān)測功能，可監(jiān)測到Vdd電壓低于 2.

26、51V 的狀態(tài)，精度為± 0.05V通過以上分析，可以作為家居溫濕度傳感器使用。2.2.3 甲醛氣體監(jiān)測模塊選擇與論證 目前市場上流行甲醛監(jiān)測傳感器主要分為：電化學(xué)傳感器、光學(xué)傳感器和光生化傳感器等。其中光學(xué)傳感器本身體積較大，使用陳本價高，因此不適用于實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)。而光生化傳感器本身在其測量元件酶的活性以及其它因素可能導(dǎo)致傳感器不穩(wěn)定，大大降低了系統(tǒng)可靠性。電化學(xué)傳感器正是彌補(bǔ)了上述類型的缺點(diǎn)，成本低，易生產(chǎn)，性價比高。非常適用于家居環(huán)境檢測。因此，本設(shè)計(jì)中采CH2O/C-10電化學(xué)傳感器,如圖。圖2.3 CH2O/C-10甲醛氣體檢測器2.2.4 PM2.5監(jiān)測模塊選擇與論證 P

27、M2.5指空氣中空氣動力學(xué)當(dāng)量直徑小于2.5UM的細(xì)小固體顆粒物質(zhì)。它們在空氣中懸浮時間越長，其濃度越高，空氣污染越嚴(yán)重。具有小粒徑、大面積、強(qiáng)活性等特點(diǎn)，易吸附重金屬等有毒物質(zhì)，而且在空氣中的滯留時間長、擴(kuò)散距離遠(yuǎn)?，F(xiàn)有技術(shù)下，檢測、的方法主要有重量檢測法、微量振蕩天平法、射線檢測法、光散射檢測法。由于光散射法具有檢測速度快、重復(fù)性好并且可實(shí)現(xiàn)在線檢測等優(yōu)勢，所以被廣泛應(yīng)用，本文采用夏普 GP2Y1010AU0F 光學(xué)空氣質(zhì)量傳感器。圖2.4 GP2Y1010AU0F PM2.5傳感器2.3 家居空氣質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框架本系統(tǒng)以AT89C51單片機(jī)為核心，主要包括傳感器溫濕度采集，傳感器

28、氣體采集，A/D模/數(shù)轉(zhuǎn)換，LCD液晶顯示，聲光報(bào)警等部分。系統(tǒng)通過搭建的傳感器元件采集家居中溫濕度，甲醛含量以及PM2.5含量，并實(shí)時顯示上述采集數(shù)據(jù)。此外，采集上來的數(shù)據(jù)與單片機(jī)內(nèi)部設(shè)定的整定值比較。當(dāng)數(shù)據(jù)不合標(biāo)準(zhǔn)時發(fā)出報(bào)警信號并開啟相應(yīng)設(shè)備通知家居主人。系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)如圖2.5所示圖2.5 家居環(huán)境質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)整體框架第3章 系統(tǒng)硬件模塊電路設(shè)計(jì)3.1 控制模塊設(shè)計(jì)3.1.1 AT89C51單片機(jī)的介紹AT89C51是美國ATMEL公司推出的與MCS-51單片機(jī)兼容的衍生機(jī)型，在我國目前的8位單片機(jī)市場中占有較大的市場份額。ATMEL公司是美國20世紀(jì)80年代發(fā)展起來的半導(dǎo)體公司，1994

29、年以E2PROM技術(shù)與Intel公司的80C51的內(nèi)核使用權(quán)進(jìn)行交換。ATMEL公司的技術(shù)優(yōu)勢是其Flash存儲器技術(shù)，將Flash技術(shù)與80C51的內(nèi)核技術(shù)相結(jié)合，形成了片內(nèi)帶有Flash存儲器的AT89C5X/AT89S5x系列單片機(jī)。該系列單片機(jī)繼承了MCS-51的原有功能，與MCS-51系列單片機(jī)在原有功能、引腳及指令系統(tǒng)方面完全兼容。此外，其中某些品種又增加了一些新的功能。AT89C51與MCS-51系列中的87C51相比，片內(nèi)4KB Flash存儲器取代了片內(nèi)4KB的EPROM,可在線編程或使用編程器重復(fù)編程，且價格較低，因此收到了應(yīng)用設(shè)計(jì)者的歡迎，AT89C51是目前取代MCS-

30、51系列單片機(jī)的主流芯片之一。AT89C51的上限工作頻率為33MHz ,其片內(nèi)硬件組成結(jié)構(gòu)如圖3.1： 圖3.1 AT89C51片內(nèi)硬件組成結(jié)構(gòu)有如下功能部件和特性：（1）8位微處理器（CPU）；（2）數(shù)據(jù)存儲器（128B RAM）；（3）程序存儲器（4KB Flash ROM）；（4）4個8位可編程并行I/O口（P0口、P1口、P2口和P3口）；（5）1個全雙工的異步串行口；（6）2個可編程的16位定時器/計(jì)數(shù)器；（7）1個看門狗定時器；（8）中斷系統(tǒng)具有5個中斷源、5個中斷向量；（9）特殊功能寄存器（SFR）26個；（10）低功耗模式有空閑模式和掉電模式，且具有掉電模式 下的中斷恢復(fù)模式

31、；（11）3個程序加密鎖定位。AT89C51與51系列中各型號芯片的引腳互相兼容，目前多采用40只引腳雙列直插。圖3.2 AT89C51雙列直插封裝方式的引腳引腳按其功能可分為如下3類：（1）電源及時鐘引腳VCC、VSS；XTAL1、XTAL2。（2）控制引腳、ALE/ 、/VPP、RST（RESET）。（3）I/O口引腳P0、P1、P2、P3，為4個8位I/O口。1電源引腳（1）VCC（40腳）：+5V電源。（2）VSS（20腳）：數(shù)字地。2時鐘引腳 （1）XTAL1（19腳）：片內(nèi)振蕩器反相放大器和時鐘發(fā)生器電路輸入端。用片內(nèi)振蕩器時，該腳接外部石英晶體和微調(diào)電容。外接時鐘源時，該腳接外部

32、時鐘振蕩器的信號。（2）XTAL2（18腳）：片內(nèi)振蕩器反相放大器的輸出端。當(dāng)使用片內(nèi)振蕩器，該腳連接外部石英晶體和微調(diào)電容。當(dāng)使用外部時鐘源時，本腳懸空。3控制引腳（1）RST (RESET，9腳):復(fù)位信號輸入，在引腳加上持續(xù)時間大于2個機(jī)器周期的高電平，可使單片機(jī)復(fù)位。正常工作，此腳電平應(yīng)0.5V。當(dāng)看門狗定時器溢出輸出時，該腳將輸出長達(dá)96個時鐘振蕩周期的高電平。（2）/VPP (Enable Address/Voltage Pulse of Programing，31腳)：引腳第一功能，即外部程序存儲器訪問允許控制端。=1，在PC值不超出0FFFH（即不超出片內(nèi)4KB Flash存儲

33、器的地址范圍）時，單片機(jī)讀片內(nèi)程序存儲器（4KB）中的程序，但PC值超出0FFFH （即超出片內(nèi)4KB Flash地址范圍）時，將自動轉(zhuǎn)向讀取片外60KB（1000H-FFFFH）程序存儲器空間中的程序。=0，只讀取外部的程序存儲器中的內(nèi)容，讀取的地址范圍為0000HFFFFH，片內(nèi)的4KB Flash 程序存儲器不起作用。VPP：引腳第二功能，對片內(nèi)Flash編程，接編程電壓。（3）ALE/（Address Latch Enable/PROGramming，30腳）:ALE為CPU訪問外部程序存儲器或外部數(shù)據(jù)存儲器提供地址鎖存信號，將低8位地址鎖存在片外的地址鎖存器中。此外，單片機(jī)正常運(yùn)行時

34、，ALE端一直有正脈沖信號輸出，此頻率為時鐘振蕩器頻率fosc的1/6。可用作外部定時或觸發(fā)信號。:引腳第二功能，對片內(nèi) Flash編程，為編程脈沖輸入腳。（4）（Program Strobe Enable，29腳）:片外程序存儲器讀選通信號，低電平有效。4并行I/O口引腳（1）P0口：8位，漏極開路的雙向I/O口。當(dāng)外擴(kuò)存儲器及I/O接口芯片時，P0口作為低8位地址總線及數(shù)據(jù)總線的分時復(fù)用端口。P0口也可用作通用的I/O口，需加上拉電阻，這時為準(zhǔn)雙向口。作為通用I/O輸入，應(yīng)先向端口寫入1。可驅(qū)動8個LS型TTL負(fù)載。（2）P1口：8位，準(zhǔn)雙向I/O口，具有內(nèi)部上拉電阻。準(zhǔn)雙向I/O口，作為

35、通用I/O輸入時，應(yīng)先向端口鎖存器寫1P1口可驅(qū)動4個LS型TTL負(fù)載。P1.5/MOSI、P1.6/MISO和P1.7/SCK可用于對片內(nèi)Flash存儲器串行編程和校驗(yàn)，它們分別是串行數(shù)據(jù)輸入、輸出和移位脈沖引腳。（3）P2口：8位，準(zhǔn)雙向I/O口，具有內(nèi)部上拉電阻。當(dāng)AT89S51擴(kuò)展外部存儲器及I/O口時，P2口作為高8位地址總線用，輸出高8位地址。P2口也可作為普通的I/O口使用。當(dāng)作為通用I/O輸入時，應(yīng)先向端口輸出鎖存器寫1。P2口可驅(qū)動4個LS型TTL負(fù)載。（4）P3口：8位，準(zhǔn)雙向I/O口，具有內(nèi)部上拉電阻?？勺鳛橥ㄓ玫腎/O口使用。作為通用I/O輸入，應(yīng)先向端口輸出鎖存器寫入

36、1?？沈?qū)動4個LS型TTL負(fù)載。P3口還可提供第二功能。第二功能定義見表3-1。表3-1 P3口的第二功能定義引腳第二功能說明P3.0RXD串行數(shù)據(jù)輸入口P3.1TXD串行數(shù)據(jù)輸出口P3.2外部中斷0輸入P3.3外部中斷1輸入P3.4T0定時器0外部計(jì)數(shù)輸入P3.5T1定時器1外部計(jì)數(shù)輸入P3.6外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通輸出P3.7外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通輸出3.1.2 時鐘電路設(shè)計(jì)時鐘電路產(chǎn)生AT89C51工作時所必需的控制信號，在時鐘信號的控制下，嚴(yán)格按時序執(zhí)行指令。時鐘頻率直接影響單片機(jī)的速度，時鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。常用的時鐘電路有兩種方式，一種是內(nèi)部時鐘方式，另一種是外部

37、時鐘方式。 圖 3.3 內(nèi)部時鐘方式電路 圖3.4 外部時鐘方式電路1內(nèi)部時鐘方式AT89S51內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，輸入端為芯片引腳XTAL1，輸出端為引腳XTAL2。這兩個引腳跨接石英晶體振蕩器和微調(diào)電容，構(gòu)成一個穩(wěn)定的自激振蕩器，圖3.3是AT89C51內(nèi)部時鐘方式的電路。2外部時鐘方式用現(xiàn)成的外部振蕩器產(chǎn)生脈沖信號，常用于多片AT89C51同時工作，以便于多片AT89C51單片機(jī)之間的同步，一般為低于12MHz的方波。外部時鐘源直接接到XTAL1端，XTAL2端懸空，見圖3.4。3.1.3 復(fù)位電路設(shè)計(jì)單片機(jī)的初始化操作，給復(fù)位腳RST加上大于2個機(jī)器周期（即24

38、個時鐘振蕩周期）的高電平就使AT89S51復(fù)位。復(fù)位時，PC初始化為0000H，程序從0000H單元開始執(zhí)行。除系統(tǒng)的正常初始化外，當(dāng)程序出錯（如程序跑飛）或操作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時，需按復(fù)位鍵使RST腳為高電平，使AT89C51擺脫“跑飛”或“死鎖”狀態(tài)而重新啟動程序。復(fù)位電路采用上電自動復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式。圖3.5所示為上電自動復(fù)位方式。除了上電復(fù)位外，有時還需要按鍵手動復(fù)位。按鍵手動復(fù)位有電平和脈沖兩種方式。按鍵手動復(fù)位電路見圖3.6。 圖3.5 上電復(fù)位電路 圖3.6 按鍵電平復(fù)位電路3.1.4 單片機(jī)最小系統(tǒng)硬件電路圖圖3.7 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路圖3.2 傳感器模塊設(shè)計(jì)3.2

39、.1 溫濕度檢測模塊設(shè)計(jì) DHT11 數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號輸出的溫濕度復(fù)合傳感器，它采用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性與卓越的長期穩(wěn)定性。傳感器包括一個阻式感濕元件和一個測溫元件，可與一個高性能 8 位單片機(jī)相連接，如圖3-1所示。每個DHT11傳感器都在精確的濕度校驗(yàn)箱中進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)系數(shù)以程序的形式儲存在 OTP內(nèi)存中，傳感器內(nèi)部在檢測信號的處理過程中要調(diào)用這些校準(zhǔn)系數(shù)。單線制串行接口，使系統(tǒng)集成變得簡易快捷。超小的體積、極低的功耗，信號傳輸距離可達(dá)20米以上，使其成為各類應(yīng)用甚至最為苛刻的應(yīng)用場合的最佳選則，產(chǎn)品為4針單排引腳封裝,如

40、圖 3-2 所示.因DHT11是數(shù)字式傳感器,所以本設(shè)計(jì)中將DHT11 直接與單片機(jī)的 I/O口線連接,進(jìn)行溫濕度數(shù)據(jù)的傳輸。圖3.8溫濕度監(jiān)測模塊電路3.2.2 甲醛檢測模塊設(shè)計(jì) CH20甲醛傳感器主要由檢測探頭與信號傳感器兩部分構(gòu)成。其工作原理為CH20在采集家居空氣后，檢測出其中的甲醛氣體，并根據(jù)甲醛氣體濃度，產(chǎn)生一個對應(yīng)的模擬電流信號。為了使信號能夠被單片機(jī)所接收，還需通過RCV420電流電壓轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為模擬0-5V模擬電壓信號，最后通過ADC0832模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后送入單片機(jī)。從而完成氣信號到電信號的轉(zhuǎn)變。甲醛檢測電路圖如圖 3.9所示。圖3.9甲醛監(jiān)測模塊電路3.2.3 PM2

41、.5檢測模塊設(shè)計(jì) GP2Y1010AU0F傳感器是由日本夏普公司開發(fā)研制的廣泛用于PM2.5檢測的光學(xué)空氣質(zhì)量傳感器。其基本檢測原理是利用光敏原理一款光學(xué)濃度檢測傳感器由日本夏普公司開發(fā)。此傳感器內(nèi)部成對腳分布的紅外發(fā)光管和光電晶體管，利用光敏原理來工作。用于檢測特別細(xì)微的顆粒，依靠輸出脈沖的高度來判斷顆粒濃度。傳感器5號引腳的模擬信號通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字量進(jìn)入單片機(jī)。圖3.10 PM2.5監(jiān)測模塊電路3.3 液晶顯示模塊設(shè)計(jì)在系統(tǒng)的的顯示方面，我們采用了液晶顯示器。相比于傳統(tǒng)的LED顯示模塊，LCD具有功率小，壽命長等特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)字符，數(shù)字甚至漢字的顯示?？梢苑浅７奖愕膶⒓揖涌諝赓|(zhì)量信

42、息反映出來，使系統(tǒng)更加智能化。在使用LCD時，必須有相應(yīng)的LCD控制器、驅(qū)動器對LCD顯示器進(jìn)行掃描、驅(qū)動，以及一定空間的RAM和ROM來存儲相應(yīng)的命令和顯示字符的點(diǎn)陣?，F(xiàn)在已有市售液晶顯示模塊LCM將這些器件集成到一起，只要向LCM輸入命令字和數(shù)據(jù)就能得到所需顯示。本文用的LCM是一個16*2的點(diǎn)陣式字符液晶顯示模塊，液晶顯示模塊是16×2點(diǎn)陣的漢字圖形型液晶顯示模塊，可與CPU直接接口，提供兩種界面來連接微處理機(jī)：8-位并行及串行兩種連接方式。具有多種功能：光標(biāo)顯示、畫面移位、睡眠模式等。各個功能如表1所示。表3-2 LM016L陣腳的功能引腳序號名稱電平功能1VSS-0V供電電

43、源2VDD-+5V3V0-4RSH/LH：數(shù)據(jù)輸入；L：指令輸入；5R/WH/LH：讀數(shù)據(jù)；L：寫數(shù)據(jù)；6EH，HL使能信號7DB0H/L數(shù)據(jù)總線8DB1H/L9DB2H/L10DB3H/L11DB4H/L12DB5H/L13DB6H/L14DB7H/L清屏類，顯示開關(guān)控制類，讀寫數(shù)據(jù)類等其他編程指令，不一一介紹，見表3-3。表3-3 LM016L的指令集指令功能控制線數(shù)據(jù)線RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D0清除屏幕0000000001清除屏幕，并把光標(biāo)移至左上角光標(biāo)回到原點(diǎn)000000001x光標(biāo)移至左上角，顯示內(nèi)容不變設(shè)定進(jìn)入模式00000001I/DSI/D=1：地址遞增，I/D

44、=0：地址遞減 S=1：開啟顯示屏，S=0：關(guān)閉顯示屏顯示器開關(guān)0000001DCBD=1：開啟顯示幕 C=1：開啟光標(biāo) B=1：光標(biāo)所在位置的字符閃爍移位方式000001S/CR/LxxS/C=0、R/L=0:光標(biāo)左移；S/C=0、R/L=1：光標(biāo)右移 S/C=1、R/L=0：字符和光標(biāo)左移；S/C=1、R/L=1：字符和光標(biāo)右移功能設(shè)定00001DLNFxxDL=1：數(shù)據(jù)長度為8位，DL=0：數(shù)據(jù)長度為4位 N=1：雙列字，N=0：單列字；F=1:5x10字形，F(xiàn)=0：5x7字形CG RAM地址設(shè)定0001CG RAM地址將所要操作的CG RAM地址放入地址計(jì)數(shù)器DD RAM地址設(shè)定001

45、DD RAM地址將所要操作的DD RAM地址放入地址計(jì)數(shù)器忙碌標(biāo)志位BF01BF地址計(jì)數(shù)器內(nèi)容讀取地址計(jì)數(shù)器，并查詢LCM是否忙碌，BF表示LCM忙碌寫入數(shù)據(jù)10寫入數(shù)據(jù)將數(shù)據(jù)寫入CG RAM或DD RAM讀取數(shù)據(jù)11讀取數(shù)據(jù)讀取CG RAM或DD RAM的數(shù)據(jù)此部分電路的接線十分簡答，因?yàn)長M016L是一個集成的顯示模塊，2端接Vcc，1端，3端接地，5、4、6引腳分別與單片機(jī)的21、22、23引腳連接，單片機(jī)的P1口與LCM的數(shù)據(jù)口一一對應(yīng)相連接，如圖3.11。圖3.11 LCD顯示電路原理圖3.4 報(bào)警模塊設(shè)計(jì) 聲、光報(bào)警電路如圖 3.11所示，由單片機(jī)的I/O引腳控制。當(dāng)檢測數(shù)據(jù)超出設(shè)

46、定值時，引腳輸出高電平，三極管導(dǎo)通，進(jìn)而報(bào)警電路導(dǎo)通，蜂鳴器通電發(fā)出報(bào)警聲、二極管導(dǎo)通發(fā)光，即實(shí)現(xiàn)了聲光報(bào)警的功能。圖3.11 聲光報(bào)警電路原理圖3.5 電源模塊設(shè)計(jì) 作為整個系統(tǒng)的電源提供者，電源模塊設(shè)計(jì)的合適與否直接關(guān)系著系統(tǒng)能否穩(wěn)定運(yùn)行。本文設(shè)計(jì)的電源模塊由家用的220V交流電直接輸入，經(jīng)過變壓器，整流橋，濾波電路，穩(wěn)壓電路最后輸出+5V的直流電壓，以供系統(tǒng)各個模塊所使用。電源模塊如圖3.14所示。220V交流電經(jīng)變壓器轉(zhuǎn)換為12V交流電壓，再經(jīng)整流橋整流為14V直流電，經(jīng)過穩(wěn)壓電源LM7812與LM7805穩(wěn)壓芯片，輸出直流12V與5V電壓。為了使電壓穩(wěn)定，我們加入了濾波電容濾除高次諧

47、波，從而保證供電質(zhì)量。圖3.14電源模塊設(shè)計(jì)電路第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1 程序設(shè)計(jì)軟件簡介本文的軟件設(shè)計(jì)是基于C語言環(huán)境進(jìn)行編寫開發(fā)的，相對于匯編語言，C語言具有功能齊全，結(jié)構(gòu)簡單，可讀性強(qiáng)，維護(hù)方便等明顯優(yōu)勢。所以軟件編寫是在支持C語言編譯的Keil uVision3平臺下完成。Keil uVision3是美國Keil Software公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，該軟件提供了包括C編譯器，調(diào)試器，宏管理器等強(qiáng)大的功能模塊。并且該軟件可將C語言文件生成HEX文件，為下一步的仿真工作，提供方便。圖4.1 keil uVision2軟件操作界面42 程序流程圖4.2.1 溫濕

48、度測量模塊軟件設(shè)計(jì) 前面我們搭建出了各傳感器的硬件電路，下面我們針對單片機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。根據(jù)前文設(shè)計(jì)的溫濕度測量模塊。單片機(jī)在接收溫濕度傳感器DHT11傳送的數(shù)據(jù)后，轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的溫濕度數(shù)值，發(fā)送至LCD液晶顯示器予以顯示。同時與內(nèi)部提前編制好的預(yù)值進(jìn)行比較。當(dāng)溫度大于 27或小于16時發(fā)出燈光報(bào)警，并啟動相應(yīng)溫度控制系統(tǒng)。當(dāng)下一次檢測到的數(shù)值小于23或大于11時，熄滅二極管，關(guān)閉溫度控制系統(tǒng)。同理，濕度小于30%時，發(fā)出燈光報(bào)警，同時啟動加濕器。軟件設(shè)計(jì)流程如圖 4-8 所示圖4.2 溫濕度測量模塊程序流程圖4.3.2 PM2.5測量模塊軟件設(shè)計(jì) 當(dāng)傳感器檢測到PM2.5時，傳感器輸出模

49、擬電壓信號，并傳入A/D轉(zhuǎn)換器ADC0832。當(dāng)單片機(jī)I/O口對ADC0832中CH0引腳置于高電平時，A/D轉(zhuǎn)換器開始模數(shù)轉(zhuǎn)換，將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，送入單片機(jī)。數(shù)值在單片機(jī)內(nèi)部經(jīng)過處理將數(shù)據(jù)顯示在LCD上并與預(yù)設(shè)值比較，大于預(yù)設(shè)值時單片機(jī)點(diǎn)亮二極管并發(fā)出報(bào)警聲音，啟動空氣凈化裝置。當(dāng)檢測到的數(shù)值小于預(yù)設(shè)值時蜂鳴器關(guān)閉，空氣凈化裝置斷電。程序流程如圖 4-9 所示。圖4.3 PM2.5測量程序流程圖4.3.3 甲醛測量模塊軟件設(shè)計(jì) 甲醛模塊的設(shè)計(jì)原理是，甲醛傳感器在檢測到甲醛氣體時，硬件自身會根據(jù)濃度產(chǎn)生相應(yīng)的電流信號，輸出的電流經(jīng) RCV420電流電壓轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為電壓信號，再將此電壓信

50、號經(jīng) ADC0832 轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號進(jìn)入單片機(jī)，并在LCD上顯示。在單片機(jī)中，采集數(shù)值在與預(yù)設(shè)值比較，大于預(yù)設(shè)值時單片機(jī)點(diǎn)亮二極管并發(fā)出報(bào)警聲音，啟動空氣凈化裝置。程序流程如圖 4-10 所示。圖4.4 甲醛測量程序流程圖第5章 仿真與實(shí)驗(yàn)測試5.1 PROTUES軟件介紹在搭建與設(shè)計(jì)出軟硬件系統(tǒng)后，下一步，我們就要驗(yàn)證本文設(shè)計(jì)系統(tǒng)的實(shí)用性與可行性。在仿真軟件方面，本文采用英國Labcenter公司的PROTUES軟件進(jìn)行家居空氣質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)的仿真。該軟件繼承了PROTEL的界面簡單，上手容易等特點(diǎn)，可在ISIS模塊設(shè)計(jì)完原理圖之后轉(zhuǎn)到ARES模塊進(jìn)行電路板設(shè)計(jì)。具有十分強(qiáng)大的設(shè)計(jì)應(yīng)用功能。更

51、為特別的是該軟件支持單片機(jī)系統(tǒng)仿真，利用前文提到的Keil軟件將編好后的C語言程序設(shè)置生成可以識別的hex文件格式，從而對所搭建的軟硬件系統(tǒng)進(jìn)行仿真。仿真電路主要由控制模塊，PM2.5檢測模塊，甲醛檢測模塊，溫濕度采集模塊，報(bào)警模塊，電源模塊組成，如圖5.1所示。圖5.1家居空氣質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)仿真圖5.2 仿真結(jié)果由于軟件的元件庫中沒有傳感器模塊的仿真模型，然而各個傳感器的輸出信號幾乎都以脈沖或者電壓的形式輸出，因此可以用電位器調(diào)節(jié)電壓大小替代傳感器輸出信號，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的仿真。此外由于51單片機(jī)I/0接口有限，所以在PM2.5檢測模塊與甲醛檢測模塊中加入了鎖存器，通過單片機(jī)對兩個鎖存器開放閉所控制

52、，實(shí)現(xiàn)一個I/O接口采集兩項(xiàng)數(shù)據(jù)。系統(tǒng)的仿真運(yùn)行結(jié)果如圖5.2所示。顯示器正常顯示家居環(huán)境各項(xiàng)數(shù)據(jù)：溫度23，濕度51%，PM2.5含量0.05，甲醛濃度0.02，根據(jù)家居環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)判斷環(huán)境質(zhì)量正常，報(bào)警系統(tǒng)不啟動。圖5.2家居空氣質(zhì)量正常狀態(tài)下面我們將模擬報(bào)警狀態(tài)，設(shè)置此時家居環(huán)境各項(xiàng)數(shù)據(jù)為：溫度23，濕度51%，PM2.5含量0.05，甲醛濃度0.5時，根據(jù)家居環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，甲醛濃度超標(biāo)，此時系統(tǒng)會顯示環(huán)境各項(xiàng)數(shù)據(jù)如圖5.3所示。然后切換到報(bào)警界面，發(fā)出"DANGER!"警告如圖5.3所示。同時甲醛報(bào)警電路發(fā)出聲光報(bào)警如圖5.5所示。圖5.3家居空氣質(zhì)量甲醛含量超標(biāo)

53、圖5.2家居空氣質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)報(bào)警界面圖5.5家居空氣質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)甲醛報(bào)警電路啟動總結(jié)隨著社會的不斷發(fā)展與人們物質(zhì)水平的普遍提高，更環(huán)保，更健康，更舒適的家居環(huán)境，成為人們的首要選擇。本文正是以此為背景設(shè)計(jì)出一種基于單片機(jī)的家居環(huán)境質(zhì)量檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)除了實(shí)現(xiàn)家居環(huán)境中溫濕度測量以及甲醛與PM2.5的檢測，并通過數(shù)據(jù)比較在環(huán)境越限時發(fā)出報(bào)警、啟動空氣凈化器等功能。 具體說來，文本主要完成了以下工作：1構(gòu)建出以51單片機(jī)為控制核心，收集各傳感器的實(shí)時數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對家居環(huán)境質(zhì)量的檢測。 2利用LCD顯示技術(shù)完成了環(huán)境溫度、濕度及顯示電路的設(shè)計(jì)。 3外接了聲光報(bào)警電路，在超過設(shè)定值是自動報(bào)警。4. 設(shè)計(jì)了系統(tǒng)程序流程圖由于時間和條件的限制，本設(shè)計(jì)