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基于单片机的室内环境监测设计.pdf
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摘要
基于单片机的室内环境监测的设计
摘 要
本系统满足室内环境变量实行全面、实时、长期监测的要求 , 实现室内环境
温湿度、可燃气体浓度检测的自动化和智能化。系统以单片机为核心,以温度、
湿度传感器,气敏传感器作为测量元件,通过单片机与智能传感器相连,采集并
存储智能传感器的测量数据,经过分析处理将结果显示于 LCD 液晶屏。在单片机
系统中,还要实现超限报警和数据辅助存储功能。
本设计主要做了如下几方面的工作:一是确定系统的总体设计方案:包括系统
应具备的功能、达到的技术指标、系统的设计原则;二是整个系统和各个模块的
硬件和软件的设计:传感器的静动态特征分析使用、使用单总线技术的 SHT11 数
字温湿度传感器的测温湿电路以及程序设计、使用气敏传感器 MQ211 进行数据采
集的电路以及程序设计;三是报警、按键的电路和程序设计。
该设计对室内温湿度实现了检测与显示,而对 CO 和甲烷等有害气体完成超标
报警,为人们的生活、娱乐及公共场所的环境提供了一种有效的防护系统。
关键词:单片机,STC89C52,SHT11,温湿度监测,MQ211,室内环境
I
摘要
目 录
前 言......................................................................... 1
第 1 章 室内环境的监控系统..................................................... 2
1.1 概述................................................................... 2
1.2 方案设计 .............................................................. 2
1.2.1 硬件设计....................................... 错误!未定义书签。
1.2.2 软件设计....................................... 错误!未定义书签。
第 2 章 硬件设计............................................................... 5
2.1 CPU 模块............................................................... 5
2.1.1 芯片管脚连接.................................................... 5
2.1.2 芯片管脚说明.................................................... 5
2.1.3 晶振和复位电路.................................................. 6
2.2 气体传感器与模数转换模块 ..............................................8
2.2.1 气敏传感器的特点和使用.......................................... 8
2.2.2 气敏传感器的连接............................................... 10
2.3 温度湿度传感器模块设计 ...............................................10
2.3.1 SHT11 温湿度简介 ............................................... 10
2.3.2 SHT11 的引脚功能 ............................................... 11
2.3.3 SHT11 的内部结构和工作原理 .....................................11
2.3.4 SHT11 应用与连接电路 ........................................... 13
2.3.5 温度和湿度值的计算............................................. 13
2.4 LCD 显示模块设计...................................................... 15
2.4.1 LCD 特点 ....................................................... 15
2.4.2 LCD 的管脚 ..................................................... 16
2.4.3 LCD 的连接电路 ................................................. 17
2.5 按键电路块 ........................................................... 17
2.6 报警电路模块设计 .....................................................18
第 3 章 软件设计.............................................................. 19
II
摘要
3.1 软件系统设计.......................................................... 19
3.2 主程序设计 ........................................................... 20
3.3 LCD1602 显示模块程序设计.............................................. 21
3.4 SHT11 温湿度测量模块程序设计.......................................... 22
3.5 系统程序设计 ......................................................... 22
结 论........................................................................ 23
谢 辞........................................................ 错误!未定义书签。
参考文献...................................................................... 25
附 录........................................................ 错误!未定义书签。
附录 1:系统硬件仿真电路图................................................. 26
附录 2:程序代码........................................... 错误!未定义书签。
外文资料翻译.................................................. 错误!未定义书签。
III
摘要
前 言
随着微电子技术的发展,传感器的性能和种类的不断提高和丰富,使得基于
微电脑芯片控制的室内环境实时分析监测系统成为可能。
该设计通过传感器引入数字化的环境信息,通过微电脑的数据分析,如加上
控制系统与室内空调、加湿器、照明系统和电动窗帘门窗系统等家居电器配合使
用,不仅能给人们带来舒适的生活环境,还能最大程度的节约能源使用。显然在
节能减排深入人心,建筑节能和智能化发展得到大力提倡的今天,其不仅能为人
们的生活带来便利,更符合可持续发展理念,无论是经济学角度还是社会学角度
来看,设计和研究基于数字化的室内环境监测系统辅助家居智能化和节能环保的
设备有着重要的现实意义和经济价值。该设计基于上述情况出发,应用 8051 系列
单片机丰富的 I/O 接口和对数据的采集、处理功能,实现传感器由物理变量到数
字化转变,输入到单片机通过微处理器的分析处理给出相应的结果,输出到显示
电路。通过七段码 LED 显示器或者液晶显示设备显示实时的各环境参数的数值,
使人们能及时了解各环境参数的情况,并在环境参数变到危害到正常的生理需要
的时候给予报警电路报警信号,及时的通知人们离开或加以相应的处理,使得宜
于居住。由于相关家居智能化设备的不确定性,这里就不做相应的控制算法的研
究和处理,仅把相关参数储存在相应位置或者输出到某个 I/O 口,供其它相关设
备读取数据。
伴随着人们生活水平的不断提高,越来越多的人们更加关注居住生活环境的
质量安全(主要包括温度,湿度,有害气体浓度等)问题,所以对室内环境做实
时监测和数据分析显得尤为必要。
1
摘要
第 1 章 室内环境的监控系统
1.1 概述
近来环境问题特别是有害气体对人类的危害也越来越来引起人们的关注,而
其中对有害气体的浓度检测是解决问题的关键对于大量使用以天然气和甲烷气体
作为家庭燃料气体的用户来说,选择安装一款简易、可靠和便携的气体浓度检测
装置也是很重要的,这样不仅可以避免气体泄露,也可以保证人员和财产的安全。
基于微电脑芯片控制的室内环境实时分析监测系统成通过传感器引入数字化的环
境信息,通过微电脑的数据分析,如加上控制系统与室内空调、加湿器、照明系
统、和电动窗帘门窗系统等家居电器配合使用,不仅能给人们带来舒适的生活环
境,还能最大程度的节约能源使用。显然在节能减排深入人心,建筑节能和智能
化发展得到大力提倡的今天,其不仅能为人们的生活带来便利,更符合可持续发
展理念,无论是经济学角度还是社会学角度来看,设计和研究基于数字化的室内环
境监测系统辅助家居智能化和节能环保的设备有着重要的现实意义和经济价值。
系统少做程序设计部分的调整,就能实现对二氧化碳的浓度显示 ,加上温度和湿度
显示的功能,就能用于温室大棚环境监测,利于及时发现和改变温室内环境参数,
为作物提供最佳的生成环境,提高产量。
1.2 方案设计
设计原则:要求单片机系统应具有可靠性高、操作维护方便、性价比高等特点。
(1)可靠性
高可靠性是单片机系统应用的前提,在系统设计的每一个环节,都应将可靠
性作为首要的设计准则。提高系统的可靠性通常从以下几个方面考虑:使用可靠性
高的元器件 ;设计电路板时布线和接地要合理 ;对供电电源采用抗干扰措施 ;输入
输出通道抗干扰措施;进行软硬件滤;系统自诊断功能等。
2
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