【文章內(nèi)容簡介】 慮，從而達到最優(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)功能實現(xiàn)，可靠運行為目的，對單片機芯片引腳，功能進行考察，是否滿足上述要求。 (2)在實用性方面 :對特定廠家特定市場生產(chǎn)的單片機產(chǎn)品進行調(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)可靠運行。 河北工程大學(xué)科信學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 5 （ 3）在開發(fā)性方面，著眼長遠(yuǎn)發(fā)展，選擇的單片機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)濟性的條件。 本設(shè)計選用的 AT89C51 單片機芯片是美國 ATMEL 公司的產(chǎn)品。 AT89C51 是一種帶 4K字節(jié) FLASH 存儲器 （ FPEAROM— Flash Progra1mmable and Erasaable Read Only Memory）的低電壓、高性能 CMOS 8 位 單片機，數(shù)據(jù)可重復(fù)擦除 。該器件 使用了 ATMEL 公司所研發(fā)的最先進的高密度存儲制造技術(shù)，并可與工業(yè)級別的 MCS51指令集與陣腳所兼容。正式因為以上優(yōu)點， 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。故而在控制領(lǐng)域得到了極其廣泛的應(yīng)用。 AT89C51 的芯片如圖 所示。 圖 AT89C51 的外觀及針腳 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時信 息分別送入單片機相應(yīng)的 I/O 接口，單片機通過采集兩個接口的信息然后再進行數(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，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感器，如圖 ，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)。 河北工程大學(xué)科信學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 6 圖 DHT11 溫濕度傳感器 DHT11 體積僅為為 和耗電電流在工作時為 550μ A, 休眠為 3μ A，平均為 28μ A，因而具有體積小，功耗小等特點。當(dāng)家居環(huán)境溫度越限時，報警信號可產(chǎn)送至終端設(shè)備，實現(xiàn)報警功能。 DHT11 濕度量程范圍 是 0%RH～ 100%RH,溫度量程范圍是 42℃～ ℃，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 的狀態(tài)，精度為177。 通過以上分析，可以作為家居溫濕度傳感器使用。 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)傳感器正是彌補了上述類型的缺點，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)計中采 CH2O/C10電化學(xué)傳感器 ,如圖。 圖 CH2O/C10 甲醛氣體檢測器 監(jiān)測模塊選擇與論證 指空氣中空氣動力學(xué)當(dāng)量直徑小于 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、強活性等特點，易吸附重金屬等有毒物質(zhì)，而且在空氣中的滯留時間長、擴散距離遠(yuǎn)?，F(xiàn)有技術(shù)下，檢河北工程大學(xué)科信學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 7 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 GP2Y1010AU0F 傳感器 家居空氣質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)總體設(shè)計框架 本系統(tǒng)以 AT89C51 單片機為核心，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 含量，并實時顯示上述采集數(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)計如圖 P M 2 . 5 采 集甲 醛 采 集單 片 機A / D 轉(zhuǎn)換溫 濕 度 采 集L C D 顯 示聲 光 報 警 圖 家居環(huán)境質(zhì)量監(jiān)控 系統(tǒng)整體框架 河北工程大學(xué)科信學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 8 第 3 章 系統(tǒng)硬件模塊電路設(shè)計 控制模塊設(shè)計 AT89C51 單片機的介紹 AT89C51 是美國 ATMEL 公司推出的與 MCS51單片機兼容的衍生機型，在我國目前的8 位單片機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 年以 E2PROM 技術(shù)與 Intel 公司的 80C51 的內(nèi)核使用權(quán)進行交換。 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。該系列單片機繼承了 MCS51 的原有功能，與 MCS51 系列單片機在原有功能、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 MCS51 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)計者的歡迎， AT89C51 是目前取代 MCS51 系列單片機的主流芯片之一。 AT89C51 的上限工作頻率為 33MHz ,其片內(nèi)硬件組成結(jié)構(gòu)如圖 ： 圖 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 /計數(shù)器； （ 7） 1 個看門狗定時器； 河北工程大學(xué)科信學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 9 （ 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； （ 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 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； XTAL XTAL2。 （ 2）控制引腳 —— PSEN 、 ALE/ PROG 、 EA/VPP、 RST（ RESET）。 （ 3） I/O 口引腳 —— P0、 P P 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 個機器周期的河北工程大學(xué)科信學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 10 高電平，可使 單片機復(fù)位。正常工作，此腳電平應(yīng)≤ 。當(dāng)看門狗定時器溢出輸出時，該腳將輸出長達 96 個時鐘振蕩周期的高電平。 （ 2） EA/VPP (Enable Address/Voltage Pulse of Programing， 31 腳 )： EA引腳第一功能，即外部程序存儲器訪問允許控制端。 EA=1，在 PC值不超出 0FFFH（即不超出片內(nèi) 4KB Flash 存儲器的地址范圍）時，單片機讀片內(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（ 1000HFFFFH）程序存儲器空間中的程序。 EA=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 0000H～ FFFFH，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/PROG （ 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，單片機正常運行時， 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?？捎米魍獠慷〞r或觸發(fā)信號。 PROG :引腳第二功能，對片內(nèi) Flash 編程，為編程脈沖輸入腳。 （ 4） PSEN （ 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?？沈?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。 、 ，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 擴展外部存儲器及 I/O 口時， P2口作為高 8 位地址總線用，輸