【正文】 畢業(yè)設(shè)計(jì) 題目：基于人工智能的環(huán)境參數(shù)檢測儀的設(shè)計(jì) 專業(yè)： 電子信息工程 作者： 　　 　　　 學(xué)號(hào)： 指導(dǎo)教師(職稱)： 二0 一五 年 四 月 六 日45 / 47基于人工智能的環(huán)境參數(shù)檢測儀的設(shè)計(jì)【摘　要】 在眾多空氣污染問題中，霧霾是最‘接地氣’的，而作為霧霾‘大家庭’‘家喻戶曉’。這種顆粒物不僅直徑微小、還包含毒素，最讓人揪心的是它能在大氣中長期停留，能嚴(yán)重影響人類的健康。所以。在本次設(shè)計(jì)中，將以單片機(jī)STC12C5A60S2為控制核心，利用復(fù)合型溫濕度傳感器DHT11測量環(huán)境溫濕度，利用粉塵傳感器GP2Y10采集空氣粉塵濃度，并用LCD1602顯示屏實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前空氣粉塵濃度及環(huán)境溫濕度。若空氣粉塵濃度、溫度或濕度超過設(shè)置的限值時(shí)由WT588D芯片構(gòu)建的語音模塊會(huì)自動(dòng)報(bào)警，無線傳輸技術(shù)將報(bào)警信息發(fā)送到指定手機(jī)。通過實(shí)踐，證明該檢測儀的穩(wěn)定性好、準(zhǔn)確性高、時(shí)效性強(qiáng)，有一定的開發(fā)價(jià)值。【關(guān)鍵詞】 STC12C5A60S2 溫濕度Based on the design of the artificial intelligence environment parameters of the detector【Abstract】: Among the many problems of air pollution, haze is the most 39。ground gas39。, but as haze, one of the main ponents is the 39。household39。.The particle diameter of tiny, also contains toxin, not only the most concern is that it can stay in the atmosphere for a long time, can seriously affect human health. So, it is imperative to realtime detection of design will STC12C5A60S2 microcontroller as the core, the digital temperature and humidity sensors to measure temperature and humidity DHT11 by dust collecting airborne dust concentration sensor GP2Y10 and LCD1602 display with realtime display of the current air temperature and humidity and dust the air dust concentration,temperature or humidity exceeds the limit of the set WT588D voice chip automatic alarm, wireless transmission technology to the designated mobile phone to send out alarm information. Through practice, proves that the detector has good stability, high accuracy, timeliness strong, has the certain development value.【 Keywords】: STC12C5A60S2 Temperature and humidity目錄第1章 引言 3 環(huán)境參數(shù)檢測儀的研究意義 3 環(huán)境參數(shù)檢測儀的發(fā)展歷程和現(xiàn)狀 3 環(huán)境參數(shù)檢測儀的研究內(nèi)容和關(guān)鍵問題 4第2章 環(huán)境參數(shù)檢測儀系統(tǒng)的總體概述 4 系統(tǒng)總體框圖 4 系統(tǒng)各模塊的功能 5 系統(tǒng)各模塊的特點(diǎn) 5第3章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 6 單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì) 6 語音模塊設(shè)計(jì) 7 LCD1602液晶顯示模塊設(shè)計(jì) 10 溫濕度采集模塊設(shè)計(jì) 12 13 按鍵電路設(shè)計(jì) 14 GPRS模塊設(shè)計(jì) 14第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 15 軟件設(shè)計(jì)的總體思路 15 軟件設(shè)計(jì)主程序流程圖 16 部分模塊軟件設(shè)計(jì) 17第5章 系統(tǒng)整裝調(diào)試 19 語音模塊測試 19 溫濕度模塊測試 19 19 GPRS模塊測試 19 綜合測試 19 測試反饋及問題解決 20結(jié)束語 20致謝語 21參考文獻(xiàn) 21附 錄 22第1章 引言本章主要介紹了環(huán)境參數(shù)檢測儀的研究意義、發(fā)展歷程和現(xiàn)狀，進(jìn)而提出本課題主要的研究內(nèi)容和研究過程中需要解決的關(guān)鍵問題。 環(huán)境參數(shù)檢測儀的研究意義科學(xué)技術(shù)的發(fā)展是一把雙刃劍，一方面高科技幫助人類探索越來越多的未知領(lǐng)域，另一方面高科技也給人類帶來許許多多的問題。如果將這一矛盾具現(xiàn)化到我們的日常生活中，最典型的便是人類能看到的天空越來越大，但能看到的藍(lán)天卻越來越少，檢測與改善空氣質(zhì)量已經(jīng)成了當(dāng)下急需處理的大事。以前，我們判斷空氣質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)是天空是不是藍(lán)色。但是，隨著空氣問題越來越多，想要清楚的判斷我們?nèi)粘Ｉ钪薪佑|的空氣是否合格，我們就需要一定的數(shù)據(jù)支持。在眾多空氣檢測數(shù)據(jù)中。，還包含毒素，最讓人揪心的是它能在大氣中長期停留，能嚴(yán)重影響人類的健康。有資料顯示，輕者會(huì)因此患上咳嗽、支氣管發(fā)炎等氣管方面的病癥，嚴(yán)重者甚至?xí)虼嘶忌戏侵旅孕呐K病。據(jù)調(diào)查。在這樣的背景下。事實(shí)上，還必須做到實(shí)時(shí)檢測。，而且制造結(jié)構(gòu)較為簡單，穩(wěn)定性較強(qiáng)，具有不錯(cuò)的研發(fā)生產(chǎn)的前景[4]。1979年，美國環(huán)境保護(hù)署將顆粒直徑小于或等于10微米的顆粒物定義為可吸入顆粒物，也就是PM10。1994年，美國環(huán)境保護(hù)署再次定義顆粒物的概念，從此以后。實(shí)際上，早在十?dāng)?shù)年前，環(huán)境參數(shù)檢測儀就已經(jīng)在專業(yè)研究領(lǐng)域中得以運(yùn)用，但直到近些年來霧霾問題愈發(fā)的嚴(yán)重。近些年，，；天平振蕩法，即由濾膜質(zhì)量變化引發(fā)振蕩頻率的變化，；射線衰減法，這種方法的前期準(zhǔn)備和上述兩個(gè)方法相同，再用Beta射線照射濾膜，[6]。，我國也已取得一定的成就，最具說服力的是我國已經(jīng)能制造內(nèi)置濾膜并可在線采樣的激光粉塵儀,，另一方面能解析相應(yīng)顆粒物的成分，在專業(yè)的技術(shù)的支持下獲得質(zhì)量濃度轉(zhuǎn)換系數(shù)K。本次設(shè)計(jì)制作的是人工智能環(huán)境參數(shù)檢測儀，即以STC12C5A60S2單片機(jī)為中心構(gòu)建系統(tǒng)，由復(fù)合型溫濕度傳感器DHT11采集當(dāng)前環(huán)境的溫度與濕度，并用LCD1602顯示屏實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前空氣粉塵濃度及環(huán)境溫濕度。若空氣粉塵濃度、溫度或濕度超過設(shè)置的限值時(shí)語音模塊自動(dòng)報(bào)警，無線傳輸技術(shù)將報(bào)警信息發(fā)送到指定手機(jī)。針對實(shí)時(shí)環(huán)境參數(shù)的采集，對器材的靈敏度和穩(wěn)定性有較高的要求，但考慮到該檢測儀研發(fā)的目的是為大眾服務(wù)，因此需要選用性價(jià)比較高的器件。除此之外，本次設(shè)計(jì)從人工智能角度出發(fā)，需要考慮數(shù)據(jù)反饋的及時(shí)性和用戶體驗(yàn)，因此需要解決非單一報(bào)警器件和信息反饋器件加裝于本系統(tǒng)的問題。第2章 環(huán)境參數(shù)檢測儀系統(tǒng)的總體概述 系統(tǒng)總體框圖、GPRS通信模塊、語音模塊、單片機(jī)最小系統(tǒng)、LCD顯示、溫濕度傳感器、用戶按鍵等。系統(tǒng)的整體硬件設(shè)計(jì)框圖如圖21所示，各組成部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及相應(yīng)功能在下文中分點(diǎn)介紹。MCU控制按鍵溫濕度傳感器語音模塊GPRS模塊LCD顯示圖21 系統(tǒng)整體硬件設(shè)計(jì)框圖 系統(tǒng)各模塊的功能本系統(tǒng)可細(xì)分為三個(gè)部分：第一、硬件設(shè)計(jì)與制作，處理好硬件結(jié)構(gòu)是檢測儀滿足設(shè)計(jì)要求的前提。第二、環(huán)境參數(shù)檢測，將單片機(jī)STC12C5A60S2單片機(jī)作為系統(tǒng)構(gòu)建中心點(diǎn)，利用溫濕度采集模塊檢測溫度和濕度。第三、顯示反饋，由LCD1602顯示模塊實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前空氣粉塵濃度及環(huán)境溫濕度。，GPRS模塊將報(bào)警信息發(fā)送到指定手機(jī)。 系統(tǒng)各模塊的特點(diǎn)本系統(tǒng)在報(bào)警模塊的構(gòu)建上選用了WT588D語音芯片，而非蜂鳴器，主要是出于蜂鳴器的功能較為單一，而WT588D語音芯片不僅功能性強(qiáng)，而且更人性化，相比之下較為適合本系統(tǒng)。WT588D語音芯片的控制模式十分多樣，這是許多類似的芯片做不到的地方。當(dāng)用戶選擇按鍵控制模式后，共有十五種按鍵觸發(fā)方式供用戶選擇，其中關(guān)于電平保持的便有電平保持不可循環(huán)方式和電平保持可循環(huán)方式，除此之外還有較為常見的方式有音量遞增、音量遞減等。除了按鍵控制外，用戶還能選擇一線串口控制或者三線串口控制，這兩種控制模式在觸發(fā)方式方面沒有按鍵控制模式多樣化，僅有兩種可供選擇的觸發(fā)方式，第一種為直接法，即觸發(fā)0到219地址位來選擇播放或停止語音、調(diào)節(jié)語音聲音大小等；第二種為間接法，即以MCU發(fā)碼端為中介，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)語音控制的目的[10]。針對溫濕度進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的傳感器有許多，可供選擇的有測溫度的PT100、測濕度的HIH4000、測溫度與濕度的DHT11。PT100是一款測量溫度的傳感器，雖然精度高，但器件的購買價(jià)格同樣很高，使用時(shí)性價(jià)比低；HIH4000濕度傳感器顯示精度177。2%RH，穩(wěn)定性好；，出于性價(jià)比考慮決定選用復(fù)合型傳感器DHT11[8]。作為復(fù)合型傳感器，DHT11在技術(shù)支持方面十分強(qiáng)大，精準(zhǔn)的數(shù)字采集技術(shù)保證測量的溫度與濕度的高準(zhǔn)確性，穩(wěn)定的溫濕度信息傳感技術(shù)可以有效的減少外界信息帶來的干擾。在結(jié)構(gòu)組成方面，DHT11傳感器主要由NTC溫度感應(yīng)部分和電阻式濕度感應(yīng)部分構(gòu)成，除此之外，DHT11傳感器還連接了一個(gè)高性能8位單片機(jī)，因此在響應(yīng)速度方面較一般傳感器更為快速。 ，最終決定選用粉塵傳感器GP2Y10，這款傳感器在檢測空氣中的粉塵方面的功能較為強(qiáng)大，例如汽車排放的尾氣、花朵散發(fā)的粉塵、香煙燃燒后產(chǎn)生的煙塵都逃不出GP2Y10的檢測。由于內(nèi)置了加熱氣流吸收和電阻可變裝置，GP2Y10能很好的檢測灰塵體積，而在檢測顆粒絕對個(gè)數(shù)方面則充分利用了粒子計(jì)算器的原理來實(shí)現(xiàn)。相較于大多數(shù)粉塵傳感器，GP2Y10在體積上相對小巧，方便攜帶和安裝，同時(shí)由于內(nèi)置加熱氣流吸收裝置，GP2Y10實(shí)現(xiàn)了空氣自動(dòng)吸收檢測，從整體來說具有非常高的性價(jià)比，是一款極具使用價(jià)值的粉塵傳感器。因此，這款傳感器往往被應(yīng)用到空氣交換器、空氣凈化儀等儀器中。 GPRS模塊本系統(tǒng)在GPRS模塊的構(gòu)建上選用SIM900A模塊。SIM900A是一款三頻段的GPRS模塊，它在全球范圍內(nèi)的PCS 1900MHz、DCS 1800MHz、EGPRS 900MHz三種不同頻率下都能正常運(yùn)行，最多能提供十個(gè)GPRS多信道類型，除此之外，它能使用的GPRS編碼方案多達(dá)四個(gè)，即CS1到CS4。為了保證SIM900A能投入到大多數(shù)的工業(yè)生產(chǎn)制造過程中，SIM900A在設(shè)計(jì)生產(chǎn)時(shí)便考慮到了體積問題，現(xiàn)有的SIM900A的高度為40毫米，寬度為33毫米，是大多數(shù)小型移動(dòng)器材的必備模塊。第3章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)本系統(tǒng)構(gòu)建最小系統(tǒng)時(shí)選用STC12C5A60S2單片機(jī)，相應(yīng)的最小系統(tǒng)圖如圖31所示。圖31 單片機(jī)最小系統(tǒng)圖 STC12C5A60S2的概述STC12C5A60S2單片機(jī)的生產(chǎn)公司宏晶科技，雖然這款單片機(jī)依舊屬于單時(shí)鐘單片機(jī)，但相比同類型的8051單片機(jī)，STC12C5A60S2在正常運(yùn)行時(shí)損耗較低，而且響應(yīng)速度快上不少，外界的干擾對其的影響程度較小，是一款高性價(jià)比的單片機(jī)。本次設(shè)計(jì)需要的單片機(jī)必須滿足‘高速’這一特點(diǎn)，而內(nèi)置兩個(gè)全雙工串口的STC12C5A60S2的運(yùn)行速度非?？欤谒俣确矫媸莻鹘y(tǒng)8051單片機(jī)的十倍左右，恰好滿足設(shè)計(jì)需求[3]。 STC12C5A60S2的管腳圖STC12C5A60S2的管腳圖如圖32所示。圖32 STC12C5A60S2的管腳圖單片機(jī)模塊作為核心模塊，是整個(gè)設(shè)計(jì)系統(tǒng)中必不可少的一環(huán)，其作用主要體現(xiàn)在協(xié)調(diào)方面，保證設(shè)計(jì)系統(tǒng)中的所有模塊能各司所職，組成一個(gè)完整的事故報(bào)警系統(tǒng)。從設(shè)計(jì)角度來看，采用事故驅(qū)動(dòng)式報(bào)警機(jī)制，也就是說在一般情況下，核心部分實(shí)時(shí)解析采集到的數(shù)據(jù)，此時(shí)GPRS模塊為預(yù)啟狀態(tài)，當(dāng)事故發(fā)生時(shí)，GPRS模塊進(jìn)入啟動(dòng)狀態(tài)，開始正常運(yùn)行。GPRS模塊的基礎(chǔ)功能是預(yù)警和報(bào)警，但GPRS模塊的設(shè)計(jì)理念是能接收大量信息，例如經(jīng)緯度定位信息、實(shí)時(shí)報(bào)時(shí)信息、物體移動(dòng)速度信息。因此，若需要以GPRS模塊為基礎(chǔ)建構(gòu)信息量較大的復(fù)雜系統(tǒng)，只需要在GPRS模塊上添加相應(yīng)的擴(kuò)展模塊即可[9]。 語音模塊設(shè)計(jì)本系統(tǒng)在報(bào)警模塊的構(gòu)建上選用了WT588D語音芯片，相應(yīng)的框圖如圖33所示。音頻輸出BUSY輸出控制端USB下載WT588DU模塊圖33 WT588D語音芯片應(yīng)用框圖WT588D語音芯片的封裝管腳圖如圖34所示。圖34 WT588D語音芯片的封裝管腳圖WT588D語音芯片采用的控制模式為一線串口控制，即由一根數(shù)據(jù)線傳輸來自串口的信息。這種控制模式能實(shí)現(xiàn)的功能較多，調(diào)節(jié)聲音大小，開始或停止播放語音都是其中之一。IO口P00、P01和P02的設(shè)置方式有兩種，第一種是屏蔽，第二種是任意觸發(fā)，用戶可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)置，端口分配表如表31所示。表31 端口分配表I/O口P00P01P02P03功能按鍵K1按鍵K2按鍵K3DATA在控制時(shí)序方面，受限于數(shù)據(jù)線的數(shù)量為1，因此想要具體的表現(xiàn)數(shù)據(jù)位0和數(shù)據(jù)位1必須借助電平占空比。在這種情況下，如果要發(fā)送數(shù)據(jù)，必須提前五毫秒拉