【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 11 傳感器采集當(dāng)前的溫濕度值、再經(jīng)單片機(jī)，將處理后的數(shù)據(jù)傳送到液晶屏上顯示出來(lái)。并且接入蜂鳴器 和繼電器 。 （ 1）溫度監(jiān)控：通過(guò)溫度傳感器對(duì)無(wú)塵間實(shí)驗(yàn)室溫度進(jìn)行測(cè)量，并通過(guò)升溫或降溫達(dá)到無(wú)塵實(shí)驗(yàn)室的最佳要求。 （ 2）濕度監(jiān)控：通過(guò)濕度傳感器對(duì)無(wú)塵間實(shí)驗(yàn)室濕度進(jìn)行 測(cè)量，并通過(guò)除濕機(jī)或加濕器達(dá)到適合的濕度范圍。 （ 3）粉塵濃度監(jiān)控：通過(guò)粉塵濃度傳感器對(duì)無(wú)塵間實(shí)驗(yàn)室的粉塵濃度進(jìn)行測(cè)量，并通過(guò)空氣濾清器來(lái)控制粉塵濃度使其達(dá)到適合的范圍。 （ 4）控制處理：當(dāng)溫度、濕度以及粉塵濃度越限時(shí)報(bào)警，并通過(guò)報(bào)警信號(hào)提示通過(guò)調(diào)節(jié)空調(diào)溫度以及過(guò)濾裝置或者啟動(dòng)除濕機(jī)或加濕器來(lái)進(jìn)行控制。 （ 5）顯示： LCD 就地顯示輸入值和相應(yīng)的溫濕度。 方案選擇 溫濕度傳感器方案選擇 方案一 ：選用 DS18B20 溫度傳感器作為溫度檢測(cè)模塊。 DS18B20 是一線式數(shù)字溫度傳感器。具有獨(dú)特的單 線式接口方式。測(cè)量范圍在 — 55℃ ~125℃，— 10℃ ~85℃，誤差范圍在 177。 ℃。最高精度可達(dá) ℃。 HS1101 是電容式濕度傳感器?？蓽y(cè)量相對(duì)濕度范圍在 0%~100%RH。誤差為 177。 2%RH。 方案二： 選用 DHT11 作為設(shè)計(jì)的溫濕度檢測(cè)模塊。 DHT11 是一款集成型的數(shù)字溫濕度一體傳感器。它應(yīng)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(zhǎng)期穩(wěn)定性。傳感器包括一個(gè)電阻式感濕元件和一個(gè) NTC 測(cè)溫元件，并與一個(gè)高性能 8 位單片機(jī)相連接。因此該產(chǎn)品具有品質(zhì)卓越、超快響應(yīng)、抗干擾 能力強(qiáng)、性價(jià)比極高等優(yōu)點(diǎn)。測(cè)量范圍20%~90%RH， 0℃ ~50℃。測(cè)溫精度為 177。 2℃，測(cè)濕精度為 177。 5%RH。完全符合本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的要求。 經(jīng)上述分析，方案一雖然精度更精確。卻稍顯復(fù)雜。方案二即便不能實(shí)現(xiàn)方案一的高精度測(cè)量。卻也能滿足設(shè)計(jì)要求。且簡(jiǎn)便易行?？煽糠€(wěn)定。具有超河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（ 論文）說(shuō)明書 7 高的性價(jià)比。故選擇方案二。 粉塵濃度傳感器方案選擇 根據(jù)系統(tǒng)的要求，粉塵濃度傳感器選用 GCG1000，它主要用于檢測(cè)空氣中浮游粉塵的質(zhì)量濃度，通過(guò)數(shù)碼管顯示并轉(zhuǎn)換成頻率信號(hào)輸出。 GCG1000粉塵濃度傳感器吸收消化了國(guó)內(nèi)外先進(jìn) 的測(cè)塵技術(shù)，可連續(xù)檢測(cè)存在易燃易爆可燃性氣體混合物的環(huán)境中浮游粉塵的濃度，具有測(cè)量快速準(zhǔn)確、靈敏度高、就地顯示、遠(yuǎn)程信號(hào)傳輸、性能穩(wěn)定、可預(yù)置 K 值等功能及特點(diǎn)，可與各種監(jiān)控系統(tǒng)配套使用。 顯示器方案選擇 方案一：采用 12864 液晶顯示屏。液晶顯示模塊是 128 64 點(diǎn)陣的漢字圖形型液晶顯示模塊，可顯示漢字及圖形，內(nèi)置 8192 個(gè)中文漢字（ 16X16 點(diǎn)陣）、128 個(gè)字符（ 8X16 點(diǎn)陣）及 64X256 點(diǎn)陣顯示 RAM（ GDRAM）?？膳c CPU 直接接口，提供兩種界面來(lái)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。 方案二：采用 HJ1602 液晶顯示屏。 HJ1602A 是一種工業(yè)字符型液晶，能夠同時(shí)顯示 16x02 即 32 個(gè)字符。（ 16 列 2 行）。 1602 只能顯示字母、數(shù)字和符號(hào)能顯示 16*2 個(gè)字符，但寄存器不止 32 個(gè)，有一些顯示效果，如字符一個(gè)個(gè)顯示、字符從左到右或從右到左顯示等等，顯示效果簡(jiǎn)單。 總結(jié)：在編程使用方面，兩者難度差不多，原理差不多，都是寫指令、寫地址、寫數(shù)據(jù)等等。當(dāng)然 12864 液晶屏顯示更全面、字符更多。相比于 1602 液晶屏、 12864 能更形象具體的實(shí)現(xiàn)顯 示功能。不過(guò) 1602 液晶屏也能實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的要求。網(wǎng)上買比較廉價(jià)，最低的六塊錢左右。而 12864 液晶顯示屏最便宜的也要四十塊錢。從造價(jià)方面考慮，當(dāng)然是價(jià)格低廉的優(yōu)先。而 HJ1602A 就是最好的選擇。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（ 論文）說(shuō)明書 8 單片機(jī) 芯片 選擇 根據(jù)總體功能和性價(jià)比及其運(yùn)行速度等因素的考慮，選用 MCS51 系列的89C51 單片機(jī)。 89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（ FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能 CMOS8 位微處理器 ，俗稱單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除 100 次。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容 ，各端口的功能簡(jiǎn)介如下所示： P0 口： P0 口為一個(gè) 8 位漏級(jí)開(kāi)路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。當(dāng) P1 口的管腳第一次寫 1 時(shí)，被定義為 高阻 輸入。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù) / 地址的低八位。在 FIASH 編程時(shí)， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)， P0 輸出原碼，此時(shí) P0 外部必須被拉高。 P1 口： P1 口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL 門電流。 P1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1 口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)， P1 口作為第八位地址接收。 P2 口： P2 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出 4 個(gè) TTL 門電流，當(dāng) P2 口被寫 “1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高， 且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2 口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)， P2 口輸出地址的高八位。在給出地址 “1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P2 口在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。 P3 口： P3 口管腳是 8 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個(gè)TTL 門電流。當(dāng) P3 口寫入 “1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部 下拉為低電平， P3 口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 P3 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口，如下所示： 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（ 論文）說(shuō)明書 9 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） /INT0（外部中斷 0） /INT1（外部中斷 1） T0（記時(shí)器 0 外部輸入） T1（記時(shí)器 1 外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） P3 口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。 此外， AT89C51 設(shè)有穩(wěn) 態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種 軟件 可選的掉電模式。在閑置模式下， CPU 停止工作。但 RAM，定時(shí)器，計(jì)數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存 RAM 的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止 [2]。 系統(tǒng)工作原理 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖如下圖所示： D H T 1 1 溫 濕 度傳 感 器鍵 盤 輸 入晶 振 電 路復(fù) 位 電 路顯 示 電 路報(bào) 警 電 路繼 電 器 控 制電 路A T 8 9 C 5 1單 片 機(jī)粉 塵 濃 度 傳 感 器圖 21 系統(tǒng)的總體結(jié) 構(gòu)框圖 該測(cè)量系統(tǒng)的核心是 AT89C51 單片機(jī)。溫濕度信號(hào)檢測(cè)可以使用傳統(tǒng)的電阻式溫濕度傳感器也可以采用集成的智能溫濕度傳感器芯片測(cè)量 ，粉塵濃度傳河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（ 論文）說(shuō)明書 10 感器應(yīng)該使用測(cè)量以及采樣相對(duì)誤差較小的傳感器 。集成傳感器芯片內(nèi)部自帶有信號(hào)放大電路。放大電路是提高單片機(jī)對(duì)信號(hào)進(jìn)行識(shí)別的有效方法，而且在復(fù)雜電路的各種設(shè)計(jì)領(lǐng)域中是最常用也是必須采用的方法。由溫濕度傳感器檢測(cè)到的溫濕度信號(hào)經(jīng)過(guò)芯片內(nèi)部的 A/D 轉(zhuǎn)換電路，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字式信號(hào)后經(jīng)過(guò) I2C 總線輸入通道傳送給單片機(jī)。為了提高測(cè)量的精度，提高信號(hào)的轉(zhuǎn)換質(zhì)量，作為模擬信號(hào) 轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的 A/D 轉(zhuǎn)換器，對(duì)其本身的性能要求也很高，因此傳感器芯片內(nèi)要有性能良好的 A/D 轉(zhuǎn)換器。作為智能化的檢測(cè)儀器，由 LCD1602 實(shí)現(xiàn)的顯示器使人們直觀的觀看到測(cè)量的溫度和濕度的值。在本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，正常情況下，顯示電路可以實(shí)時(shí)的顯示 無(wú)塵間內(nèi)的溫度、 濕度和粉塵濃度 。當(dāng)超過(guò)閥值時(shí)，報(bào)警電路可以立即發(fā)出警報(bào)，以便實(shí)現(xiàn)無(wú)塵間實(shí)驗(yàn)室溫度 、 濕度 和粉塵濃度 的調(diào)整。 本章小結(jié) 本章介紹了 總體方案的設(shè)計(jì)以及單片機(jī)的選型，設(shè)計(jì)出了本系統(tǒng)的原理結(jié)構(gòu)框圖，其中輸入電路 包括單片機(jī)的晶振電路，復(fù)位電路，溫濕度以及粉塵濃度檢測(cè)電路，鍵盤輸入電路；輸出電路包括顯示電路，報(bào)警電路，繼電器控制電路。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（ 論文）說(shuō)明書 11 3 系統(tǒng)的 硬件設(shè)計(jì) AT89C51 構(gòu)成的最小系統(tǒng) 單片機(jī)是一種集成的電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器 CPU 隨機(jī)存儲(chǔ)器 RAM、只讀存儲(chǔ)器 ROM、多種 I/O 口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器等功能集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。國(guó)內(nèi)尤以 MCS51 系列單片機(jī)應(yīng)用最為廣泛。此系列單片機(jī)易于開(kāi)發(fā)、使用靈活、而且體積小、抗干擾能力強(qiáng)。因此本設(shè)計(jì)選用 MCS51 系列的AT89C51 單片機(jī)作為本系統(tǒng)的 CPU。由 AT89C51 單片機(jī)為核心的單片機(jī)最小系統(tǒng)包括晶振電路和復(fù)位電路。 晶振 電路 晶振電路的主要 任務(wù)是為 AT89C51 單片機(jī)正常工作需要的時(shí)鐘電路提供一個(gè)穩(wěn)定的工作頻率。本設(shè)計(jì)中采用內(nèi)部時(shí)鐘產(chǎn)生方式。如圖所示。在 XTAL1和 XTAL2 兩端跨接晶振，與內(nèi)部的反相器構(gòu)成穩(wěn)定的自激振蕩器，其發(fā)出的時(shí)鐘脈