【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 圖 21模塊化注釋?zhuān)? 1) 模擬信號(hào)收集部分 ： 敏感、 轉(zhuǎn)換 以及放大 三部分 。敏感元件代表測(cè)量 的模擬信號(hào) 和測(cè)出的 粉塵濃度；因?yàn)樾盘?hào)比較小，所以增加信號(hào)放大電路； 數(shù)字信號(hào)是由 兩條路上的 5V 模擬信號(hào)被 ADC0809 了 的，再送入至 單片機(jī)中。 2) 顯示 :粉塵濃度。 3) 看門(mén)狗 ：是系統(tǒng)重啟，正常工作。 4) 鍵盤(pán)電路：超過(guò) 時(shí) 報(bào)警。由于環(huán)境對(duì)粒度以及濃度的要求不同，可以多次設(shè)置不同的值輸入。 5) 報(bào)警電路：模擬如果粉塵超過(guò)限定值時(shí)，開(kāi)啟換氣裝置或者啟動(dòng)噴霧使用報(bào)警安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 電路。 單片機(jī)A T 8 9 S 5 2可 編 程 看 門(mén) 狗 電 路A /D轉(zhuǎn)換鍵 盤(pán) 輸 入L C D 顯 示小信號(hào)放大電路敏感元件蜂 鳴 器報(bào) 警 圖 21 硬件電路結(jié)構(gòu)框圖 . 軟件程序 框 圖 根據(jù) 硬件的設(shè)計(jì) ， 可以作 出 各模塊框圖 ，如圖 2 23所示。 系 統(tǒng)信 號(hào) 采 集 部 分 顯 示 部 分 鍵 盤(pán) 部 分看 門(mén) 狗 部 分主 控 部 分 c p u 圖 22 各模塊框圖 系統(tǒng)編程要有四個(gè)部分： a）采集信號(hào)程序； b） LCD 顯示程序； c）按鍵輸入程序； d）看門(mén)狗復(fù)位程序； e）主控程序。 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 工作原理 本設(shè)計(jì)使用的是 gp2y1010auof 灰塵傳感器，它的原理是根據(jù)光學(xué)的原理來(lái)測(cè)量灰塵的濃度。我們先將 12V 的電壓降到 5V，將電壓接到傳感器上。在測(cè)量灰塵濃度時(shí)，會(huì)產(chǎn)生小于 5V的模擬電壓，該電壓在送到 0809 時(shí)會(huì)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制的信號(hào)，這些信號(hào)會(huì)傳送到單片機(jī)那里，經(jīng)過(guò)單片機(jī)的一系列的處理，轉(zhuǎn)變成的數(shù)字信號(hào)會(huì)顯現(xiàn)在安裝的顯示屏上。由于我們開(kāi)始時(shí)設(shè)定過(guò)一濃度值，因此，當(dāng)所測(cè)得的濃度值大于所設(shè)值的時(shí)候，就會(huì)發(fā)生報(bào)警。按照系統(tǒng)的要求，再結(jié)合我們所涉及的各個(gè)部件的配合工作，我們就可以實(shí)現(xiàn)設(shè)置數(shù)據(jù)、采集數(shù)據(jù)、顯示數(shù)據(jù)以及報(bào)警等功能，符合我們的設(shè)計(jì)要求。 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 3 粉塵 測(cè)試儀硬件設(shè)計(jì) 單片機(jī)部分 系統(tǒng) CPU 器件選擇 粉塵檢測(cè)器的核 心是微處理器，它的特性以及功能對(duì)于整臺(tái)的一起具有至關(guān)重要的作用， 完成采集數(shù)據(jù)、處理、輸出 以及 顯示等功能 ，因此可以看出它的重要性。 市場(chǎng)上出現(xiàn)的控制的 器件 花樣繁多，僅僅單片機(jī)的種類(lèi)就有不少。本設(shè)計(jì)擬采用單片機(jī)為 51單片機(jī)來(lái)進(jìn)行控制。 51 單片機(jī) 是 一種 統(tǒng)稱(chēng)。 自從最初的 8031 開(kāi)始，單片機(jī)也僅過(guò)了一段時(shí)間的發(fā)展， 隨著時(shí)代的進(jìn)步，科技的發(fā)展，人們對(duì)于單片機(jī)的要求也越來(lái)越高，在這種情況下， Flash rom 應(yīng)用 技術(shù) 得到了較快的進(jìn)步，在此基礎(chǔ)上 ， 8031 系列出現(xiàn)了較快的發(fā)展，成為了在當(dāng)時(shí)最流行的八位單片機(jī)之一。 我們通過(guò)對(duì)比可以得到， AT89S52單片機(jī)符合我們的要求。 AT89S52 具有能 耗小、通用性強(qiáng) 以及工作 性能穩(wěn)定良好 。便宜的價(jià)格、功能的強(qiáng)大很好的符合了經(jīng)濟(jì)原則的基礎(chǔ)上的功能的要求。因此， AT89S52 作為 CPU 芯片在 在本系統(tǒng)中作為控制器件是我們的首選 。 AT89S52 是 一個(gè)功能比較強(qiáng)大的單片機(jī)的一種。它的制造方法比較特殊，使用的是非易失性高密度存儲(chǔ)器技術(shù) 。此單片機(jī)是一種就有低功耗高性能、有著 8Kflash 存儲(chǔ)器的微控制器。它完全兼容 工業(yè) 80C51 引腳和 產(chǎn)品 。其優(yōu)異的性能，使其不僅能用在系統(tǒng)編程，還可用在常規(guī)編程。通過(guò)我們了解，這種單片機(jī) 在運(yùn)行的時(shí)候耗能是比較低的，并且運(yùn)行穩(wěn)定性好，所需要的其他部件也少。 所以這種單片機(jī)完全能夠滿(mǎn)足我們的需要。 1） AT89S52功能特性： AT89S52具有 的 標(biāo)準(zhǔn)功能 是 ： 兩個(gè)數(shù)據(jù)指針；全雙工串行口； 8k字節(jié) Flash； 定時(shí)器是 看門(mén)狗； 單片機(jī)能夠調(diào)到省電的模式，并且可以降低到 0赫茲。 在不工作的情況 下，雖然系統(tǒng)中的處理器停止了運(yùn)行，但是還是會(huì)有部分的期間是在正常的運(yùn)行的，比如定時(shí)器，串口，中斷等。當(dāng)在運(yùn)行過(guò)程中 單片機(jī)發(fā)生故障，即掉電時(shí)， 就會(huì)出現(xiàn) 系統(tǒng)的運(yùn)行發(fā)生停止，但是 RAM的內(nèi)容會(huì)被保存下來(lái)，一直到下次的中斷。 2）部分引腳功能： XTAL1： 引腳 接外部晶振 。 片內(nèi)振蕩器是單片內(nèi)部的一個(gè)重要部分，它是由放大器所組成。 XTAL2： 引腳 接外部晶振 。在片內(nèi)接至內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器輸入端 和 振蕩器的反 相放大器輸出端。若是接外部振蕩器 ，則 1引腳 接 外部振蕩信號(hào)的 輸入 。 RST: 復(fù)位輸入。 若是想單片機(jī)在晶振工作時(shí)復(fù)位，那么這個(gè)引腳的高電平要持續(xù)兩個(gè) 周期 。 看門(mén)狗計(jì)時(shí)完結(jié) 后， 96個(gè)晶振周期的高電平由 RST 腳 送 出 。要使這個(gè)功能沒(méi)有作用， 也可以使用其他特殊的寄存器中的某個(gè)位，在運(yùn)行的過(guò)程中，提供高電安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 平有效。 P0口 ： P0口 是 八 位漏極開(kāi)路并且是雙向的輸入輸出口。輸出八位 邏輯電平。 寫(xiě)“ 1” ，作高阻抗輸入 。 在這種工作方式下，上拉電阻會(huì)存在于 p0口之中。 P1 口 ： 這是入輸出口， 具有雙向的輸入輸出功能，它 作為 地址接收 ，若是想要用作輸入，則應(yīng)該對(duì)其輸入高電平。若是想要使其作為輸出電流，則就該送入低電平。 引腳號(hào) 第二功能 T2 T2EX MOSI MISO SCK P3 口： 這也是一個(gè)雙向的輸入輸出口。 引腳號(hào) 第二功能 RXD TXD INT0 INT0 T0 T1 WR RD 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 引腳如圖 31所示： 圖 31 89S52單片機(jī)引腳 3)89S52單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 如圖 32所示 。 主要的構(gòu)成是外圍芯片。 控制作用 上， 采用 集中控制方法。如圖 32所示： 圖 32 單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu) X T A L 218X T A L 119A L E30EA31P S E N29RS T9P 0 .0 /A D 039P 0 .1 /A D 138P 0 .2 /A D 237P 0 .3 /A D 336P 0 .4 /A D 435P 0 .5 /A D 534P 0 .6 /A D 633P 0 .7 /A D 732P 1 .0 /T 21P 1 .1 /T 2 E X2P 1 . 23P 1 . 34P 1 . 45P 1 . 56P 1 . 67P 1 . 78P 3 .0 /R X D10P 3 .1 /T X D11P 3 .2 /I NT 012P 3 .3 /I NT 113P 3 .4 /T 014P 3 .7 / R D17P 3 . 6 / W R16P 3 .5 /T 115P 2 .7 /A 1 528P 2 .0 / A 821P 2 .1 / A 922P 2 .2 /A 1 023P 2 .3 /A 1 124P 2 .4 /A 1 225P 2 .5 /A 1 326P 2 .6 /A 1 427U7A T 8 9 S 5 2安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 4） 存儲(chǔ)器 的基本 結(jié)構(gòu) MCS51器件 獨(dú)自 擁 有 著兩種 存儲(chǔ)器 。 這兩種存儲(chǔ)器 均 采 用 64K尋址。 下面是兩種存儲(chǔ)器的簡(jiǎn)介。 程序存儲(chǔ)器 ： 如果想要使 程序存儲(chǔ)器讀取程序，則需要 EA引腳與大地相連。 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 ： 這個(gè)是單片機(jī)內(nèi)部 本身就具有的片內(nèi)存儲(chǔ)器。在物理上分開(kāi)的同時(shí)，特殊寄存器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的高 128位又是相互重疊的，即地址相同；另外的 128個(gè)字節(jié)則不是。 單片機(jī)引腳分配及連接 1）振蕩器電路 89S52 單片機(jī) 如果使用外部振蕩器， XTAL1 引腳應(yīng)接地 ， 外部振蕩信號(hào)的輸入 接X(jué)TAL2 引腳。 下圖 33。本設(shè)計(jì) 用 12MHZ， 1C 和 2C 是 30pF， 1C 和 2C 能微調(diào)并且穩(wěn)定振蕩頻率。 為了減少寄生電容振蕩 ，電容最好 安裝得與單片機(jī)芯片 較近 。 圖 33 振蕩器電路 2）復(fù)位 電路 復(fù)位的操作是比較重要的，能夠?qū)纹瑱C(jī)初始化，當(dāng)然也能夠使其重新啟動(dòng)。外部電路實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的復(fù)位。 如果 24 個(gè)時(shí)鐘振蕩脈沖的高電平出現(xiàn)在單片機(jī)引腳上，就能實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的復(fù)位。 如圖 34所示。 圖 34 復(fù)位電路 I/O 口功能分配： C11 0 uC21 0 uX11 2 M安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 ～ 八 位數(shù)字信號(hào)經(jīng) 轉(zhuǎn)換器傳入系統(tǒng) ～ 完成數(shù)碼管的段選 ～ 完成數(shù)碼管的位選 ～ 連接鍵盤(pán)電路 3P 口主要完成 控制外圍電路 信號(hào)采集電路 敏感元件 GP2Y1010AU0F 粉塵濃度傳感器的結(jié)構(gòu)特征如圖 35 所示， GP2Y1010AU0F 是一種光學(xué)空氣質(zhì)量感應(yīng)器。光照射到灰塵時(shí)，會(huì)發(fā)生光的發(fā)射現(xiàn)象，即使顆粒再小也會(huì)有光的反射，為了能夠測(cè)到灰塵在反射是的光，傳感器內(nèi)有觀點(diǎn)晶體管和發(fā)光二極管。這種傳感器測(cè)得的濃度數(shù)據(jù)適合電壓成正比，我們只需要測(cè)得電壓就可以知道所測(cè)得的濃度了。 在光的照射下，一些能量會(huì)被微粒和粉塵分子所吸收，并且散射現(xiàn)象也會(huì)出現(xiàn)在其上。當(dāng)一些顆粒物被一束平行光照射到時(shí)，顆粒旁邊就會(huì)出現(xiàn)散射以及吸收的現(xiàn)象，這樣的話(huà)光的強(qiáng)度就會(huì)被減弱。然后我們就可以得到相對(duì)衰減率，其實(shí)入射光通過(guò)濃度場(chǎng)得到的。而待測(cè)粉塵的相對(duì)濃度可以通過(guò)相對(duì)衰減率的大小的線性來(lái)反映出來(lái)。電信號(hào)的強(qiáng)弱和光強(qiáng)的大小有正相關(guān)的關(guān)系，因此我們只需要得到電信號(hào)的大小就可以再得到相對(duì)衰減率了。 我們?nèi)羰窍胍浪鶞y(cè)量的 空氣中 灰 塵的濃度，我們只需要得到經(jīng)過(guò)一些轉(zhuǎn)換后得到光 電脈沖數(shù)就好了。 通過(guò)標(biāo) 出 在設(shè)置鍵盤(pán)上 提前設(shè)置的 K 值， 該儀器就可以直接在顯示屏上顯現(xiàn)出來(lái) 空氣中的粉塵質(zhì)量濃度（ mg/m179。）。 粉塵傳感器 GP2Y1010AU0F 是 SHARP 品牌。 在正常運(yùn)行狀態(tài)下所需要的電壓是 至 7V 之間，流過(guò)儀器的電流是 20MA。 粉 塵傳感器 GP2Y1010AU0F 屬光學(xué)傳感器。 這是一款 利用 光學(xué)原理來(lái) 檢測(cè)空氣中灰塵的多少的 傳感器。它能夠比較準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)到空氣中所含有的粉塵，利用儀器內(nèi)的三極管以及放大電路，對(duì)測(cè)得的警醒經(jīng)一部的放大，再根據(jù)一定的定律，我們根據(jù)測(cè)得的電壓以及濃度的關(guān)系，我們就可以比較容易的得到我們所測(cè)地方的粉塵濃度的大小。 輸出脈沖模式的電壓信號(hào)。 這款儀器的優(yōu)點(diǎn)是比較多的，它具有著儀器小，便于攜帶，可以測(cè)得的灰塵顆粒比較小，測(cè)量的結(jié)果比較準(zhǔn)確，性能穩(wěn)定，所消耗的能量低，而且使用的過(guò)程中能夠測(cè)得的種類(lèi)比較多，長(zhǎng)時(shí)間使用過(guò)后清洗也比較容易以及易處理等特點(diǎn)。 利用 GP2Y1010AU0F 時(shí)注意事項(xiàng) （ 1）連接情況和 GND 外殼材料采用導(dǎo)電樹(shù)脂作為殼套 {印刷模式號(hào) }和 {金屬測(cè)試終端側(cè) }作為底蓋。金屬外殼與接地連接的傳感器。 （ 2）清洗請(qǐng)不要做清潔，因?yàn)橛羞@個(gè)設(shè)備是不是通過(guò)清潔滿(mǎn)意，它的特點(diǎn)的情況下。 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 （ 3）脈沖輸入范圍請(qǐng)根據(jù)建議作為以保持 reliability。 （ 4）灰塵附著有一種情況下，該產(chǎn)品未檢測(cè)到灰塵密度正確，因?yàn)榛覊m附著的塵埃通孔內(nèi)側(cè)的 LED 方面的投入情況可以投射到檢測(cè)空間，它包括發(fā)射器和檢測(cè)器的光軸線。請(qǐng)把設(shè)備的結(jié)構(gòu)和機(jī)制考慮，避免粘附灰塵的影響。以及當(dāng)灰塵附著時(shí)，請(qǐng)考慮維護(hù)諸如由空氣抽真空或吹脫塵。另外，請(qǐng)注意結(jié)構(gòu)，并把應(yīng)用程序的位置，以避免像石油等任何粘合劑粒子進(jìn)入設(shè)備。如果它堅(jiān)持的光學(xué)部分，故障可能 occur。 （ 5）光輸出電路設(shè)計(jì)，體諒發(fā)光二極管輸出的結(jié)果，從長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行的降解。 （ 50 ％降解 / 5年）。 （ 6）靈敏度調(diào)整 VR虛擬現(xiàn)實(shí)的靈敏度調(diào)節(jié)設(shè)置在航運(yùn)鋒利。請(qǐng)不要觸及規(guī)范中指定的 VR或光電特性將是無(wú)效的。 （ 7）號(hào)決議請(qǐng)不要自行拆卸設(shè)備，如去除攻螺釘?shù)?。即使該裝置被重新組裝，它可能無(wú)法滿(mǎn)足規(guī)格。 （ 8）應(yīng)用到火災(zāi)報(bào)警請(qǐng)不要用于火災(zāi)報(bào)警器應(yīng)用程序中使用此設(shè)備。當(dāng)使用此設(shè)備的應(yīng)用程序比空氣凈化設(shè)備空氣凈化功能等，請(qǐng)?jiān)谑褂们案嬷覀儭? （ 9）噪聲影響如果傳感器靠近噪聲發(fā)生器（例如：電氣集塵器等） ，傳感器的輸出可能會(huì)受到鉛的噪音。從電源線噪聲的頂部還可能會(huì)影響傳感器的輸出。當(dāng)desinging 系統(tǒng)，請(qǐng)考慮噪聲的影響。 （ 10）振動(dòng)影響該傳感器可根據(jù)機(jī)械振動(dòng)改變它的值。使用前，請(qǐng)確保設(shè)備正常工作的應(yīng)用程序。 （ 11）入射光的影響有，當(dāng)外光通孔上打印的一面是通過(guò)灰塵傳感器輸出可能會(huì)受到影響的情況下。為了避免外部光線的任何影響，請(qǐng)找出傳感器所面臨的應(yīng)用程序內(nèi)的打印面。 （ 12）當(dāng)傳感器的內(nèi)部濕潤(rùn)，本品不保持其應(yīng)有的功能。請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)的應(yīng)用，使傳感器的保濕不會(huì)發(fā)生。 GP2Y1010AU0F 內(nèi)部示意圖 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)