【正文】 輸入前增加采樣保持電路。ADC0809 的時(shí)序接口為 51 系列單片機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)總線(xiàn)接口，操作方便，如同對(duì)存儲(chǔ)器或 I/O 操作一樣，A/D 轉(zhuǎn)換精度為 8 比特，滿(mǎn)足本課題要求。輸入的模擬電壓為 0~5V，一次 A/D 轉(zhuǎn)換時(shí)間為 100μS 。 聲光報(bào)警電路的設(shè)計(jì)為了使本系統(tǒng)對(duì)室內(nèi)空氣品質(zhì)的監(jiān)測(cè)更為直觀(guān)，采用了由 6 個(gè)發(fā)光二極管和一個(gè)蜂鳴器構(gòu)成的聲光報(bào)警電路。其中對(duì)應(yīng)每一種有毒氣體都有一紅一綠兩個(gè)發(fā)光二極管與其對(duì)應(yīng)，正常情況下對(duì)應(yīng)綠色的發(fā)光二極管亮，蜂鳴器不響；當(dāng)氣體的濃度超標(biāo)時(shí)，對(duì)應(yīng)紅色的發(fā)光二極管亮，并啟動(dòng)蜂鳴器。圖 為聲光報(bào)警電路圖的具體連接，其中 DDD5 是綠色發(fā)光二極管，分別對(duì)應(yīng)三種有毒氣體；而 DDD6 是紅色發(fā)光二極管，也分別對(duì)應(yīng)三種有毒氣體[23][24]。圖 聲光報(bào)警電路圖 液晶顯示電路設(shè)計(jì)本課題所要顯示的數(shù)據(jù)一共有 5 個(gè)，分別是 3 種有毒氣體的濃度和室內(nèi)的溫度、濕度，故選用 2 行 16 個(gè)字符的 LCD1602 作為顯示模塊，滿(mǎn)足顯示要求。液晶顯示模塊具有體積小、功耗低、顯示內(nèi)容豐富等特點(diǎn)，現(xiàn)在字符型液晶顯示模塊已經(jīng)是單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)中最常用的信息顯示器件了。 LCD1602 采用標(biāo)準(zhǔn)的 16 腳接口，有 8 位數(shù)據(jù)總線(xiàn) D0~D7，和RS、 R/W、EN 三個(gè)控制端口，工作電壓為 5V，并且?guī)в凶址麑?duì)比度調(diào)節(jié)和背光，主要技術(shù)參數(shù)如表 所示。表 主要技術(shù)參數(shù)顯示容量 162 字符芯片工作電壓 ～工作電流 (5V)最佳工作電壓 5V字符尺寸 （WH ）mmLCD1602 的具體連接線(xiàn)路圖如圖 所示。圖 連接電路圖 復(fù)位電路設(shè)計(jì) AT89S52 芯片具有復(fù)位操作功能。RST 為復(fù)位輸入引腳，可在上電或芯片工作的任何時(shí)候?qū)?AT89S52 芯片進(jìn)行復(fù)位。在每次上電之后都應(yīng)使芯片處于復(fù)位狀態(tài)，即給 RST 一個(gè)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平位觸發(fā)信號(hào)。本課題使用傳統(tǒng)的 RC復(fù)位電路，如圖 所示。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)，一般的單片機(jī)系統(tǒng)都用此復(fù)位系統(tǒng)，還外加一個(gè)復(fù)位按鍵，可以人為的給芯片加一個(gè)復(fù)位信號(hào)。圖 系統(tǒng)復(fù)位電路 圖 電源電路 電源電路設(shè)計(jì)本 設(shè) 計(jì) 采 用 集 成 穩(wěn) 壓 器 7805， C2 C30 分 別 為 輸 入 端 和 輸 出 端 濾 波 電 容 ，D1 為 續(xù) 流 二 極 管 。 當(dāng) 輸 出 電 流 較 大 時(shí) ， 7805 應(yīng) 配 上 散 熱 板 。 電源電路圖 所示 本章小結(jié) 本章首先介紹了便攜式室內(nèi)空氣品質(zhì)監(jiān)測(cè)儀的硬件結(jié)構(gòu)以及系統(tǒng)功能，該儀器以 8 位單片機(jī) AT89S52 作為控制核心，設(shè)計(jì)并構(gòu)建了系統(tǒng)的硬件平臺(tái)，完成了有毒氣體濃度信號(hào)的采集放大轉(zhuǎn)換電路、液晶顯示電路、聲光報(bào)警電路等的設(shè)計(jì)。該儀器能夠?qū)崿F(xiàn)有毒氣體濃度信號(hào)和溫濕度信號(hào)采集與顯示及超標(biāo)聲光報(bào)警等功能。本章重點(diǎn)介紹了信號(hào)采集模擬電路和以主控制器為中心的數(shù)字電路的設(shè)計(jì)與工作原理。首先討論了有毒氣體采集模塊中傳感器選擇問(wèn)題及模擬放大電路的設(shè)計(jì)問(wèn)題，最后討論了系統(tǒng)的外圍接口電路模塊，包括液晶顯示,聲光報(bào)警等，實(shí)現(xiàn)了各外圍接口電路模塊與 AT89S52 的硬件接口設(shè)計(jì)。這一章比較具體的說(shuō)明了系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的內(nèi)容，通過(guò)模塊化的設(shè)計(jì)思想，把一個(gè)復(fù)雜的單片機(jī)系統(tǒng)按照功能劃分成一個(gè)個(gè)單獨(dú)的電路模型，分別進(jìn)行設(shè)計(jì)，最后在集成到一起。這種方法對(duì)于設(shè)計(jì)復(fù)雜的單片機(jī)系統(tǒng)很有效。大大提高系統(tǒng)設(shè)計(jì)的效率與質(zhì)量。 （說(shuō)明：系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的電路原理圖附在論文的附錄里面。 ）第四章 室內(nèi)空氣品質(zhì)監(jiān)測(cè)儀的軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)思路 編程語(yǔ)言的選擇在系統(tǒng)硬件電路確定以后，其主要功能的實(shí)現(xiàn)將依賴(lài)于軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)同一硬件電路，配以不同的軟件，它所實(shí)現(xiàn)的功能也就不同，其設(shè)計(jì)軟件基本要求:?？煽啃允擒浖O(shè)計(jì)的重要指標(biāo)，具有較強(qiáng)的抗干擾能力。、易維護(hù)性。編制的軟件要求易閱讀，容易發(fā)現(xiàn)和糾正錯(cuò)誤，容易修改和補(bǔ)充。系統(tǒng)能夠及時(shí)響應(yīng)外部事件的發(fā)生并能及時(shí)做出處理結(jié)果。保證系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算數(shù)據(jù)的精度。目前存在有 4 種編程語(yǔ)言支持單片機(jī)，即匯編語(yǔ)言、PL/M51 語(yǔ)言、C 語(yǔ)言和 BASI 語(yǔ)言。其中匯編語(yǔ)言和 C 語(yǔ)言應(yīng)用的較多，匯編語(yǔ)言的機(jī)器代碼生成效率高，控制性好，但就是移植性不高。結(jié)合本系統(tǒng)的特點(diǎn)，這里選用了功能強(qiáng)、效率高的 C 語(yǔ)言。C 語(yǔ)言主要有以下特點(diǎn)：用 C 語(yǔ)言編制的程序效率高，占用存儲(chǔ)空間小，運(yùn)行速度快。C 語(yǔ)言能寫(xiě)出最優(yōu)化程序，且能反映出計(jì)算機(jī)的實(shí)際運(yùn)行情況。C 語(yǔ)言能直接與存儲(chǔ)器、接口電路打交道，也能申請(qǐng)中斷。具有良好的模塊化、容易閱讀、維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，且編寫(xiě)的模塊程序易于移植?；?C 語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言的優(yōu)缺點(diǎn)，本系統(tǒng)采用 C 語(yǔ)言編寫(xiě)方法。 軟件功能需求圖 室內(nèi)空氣品質(zhì)檢測(cè)儀功能需求框圖室內(nèi)空氣品質(zhì)檢測(cè)儀功能需求框圖如圖 所示，系統(tǒng)軟件主要由溫濕傳感器采集模塊、AD 轉(zhuǎn)換模塊、人機(jī)接口模塊、聲光報(bào)警模塊、核心控制器模塊、無(wú)線(xiàn)通訊模塊等模塊構(gòu)成，各模塊功能概述如表 所示。表 各功能模塊功能描述功能模塊 功能描述溫濕傳感器采集模塊 對(duì)室內(nèi)溫濕度測(cè)點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)AD 轉(zhuǎn)換模塊 核心控制器模塊 人機(jī)接口模塊 無(wú)線(xiàn)通訊模塊 、濕度測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸 機(jī)無(wú)線(xiàn)通訊上位機(jī)管理模塊 根據(jù)軟件設(shè)計(jì)的基本要求,采取了如下的措施:。軟件設(shè)計(jì)中包含有：主程序模塊、顯示模塊、A/D 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換子模塊、聲光報(bào)警模塊、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊、中斷處理模塊等。 C51 匯編語(yǔ)言，C51 支持浮點(diǎn)運(yùn)算，可以保證數(shù)據(jù)計(jì)算的精度。，提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)處理事件能力。、硬件抗干擾。軟件抗干擾措施提高了系統(tǒng)的可靠性。以下就對(duì)一些主要模塊進(jìn)行詳細(xì)的闡述。 軟件模塊設(shè)計(jì) 主程序模塊 主程序運(yùn)行流程圖如圖 所示。由主程序流程圖可以看出，軟件要實(shí)現(xiàn)的主要功能是實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感器信號(hào)的數(shù)據(jù)采集，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)的計(jì)算、分析、送液晶進(jìn)行顯示。程序開(kāi)始時(shí)，先關(guān)閉中斷，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，包括單片機(jī)的各寄存器、RAM、定時(shí)器裝載初值、中斷設(shè)置及各模塊初始化等。完成初始化后，液晶顯示各個(gè)參數(shù)為零，CPU 等待傳感器傳入信號(hào)及 AD 轉(zhuǎn)換結(jié)束，從而完成當(dāng)前監(jiān)測(cè)參數(shù)的正確顯示。 圖 主程序流程圖 AD 轉(zhuǎn)換模塊由于定電位電解式氣體傳感器工作響應(yīng)時(shí)間為 1020 秒左右，故進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換前設(shè)置 AD 等待 25 秒，以保證傳感器響應(yīng)完成并使所測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。AD 完成轉(zhuǎn)換需要一定的時(shí)間，AD 應(yīng)用中我們可以有兩種方法來(lái)：，AD 完成模數(shù)轉(zhuǎn)換后會(huì)向中斷輸出端輸出一個(gè)中斷請(qǐng)求信號(hào)，告訴 CPU 轉(zhuǎn)換已經(jīng)完成，CPU 可以讀取數(shù)據(jù)。，設(shè)定一定的時(shí)間讓 CPU 處于等待狀態(tài)，此時(shí)間足夠 AD 完成轉(zhuǎn)換，過(guò)了等待時(shí)間 CPU 再去讀取數(shù)據(jù)。綜合考慮各方面的因素，本研究采用第一種方法：中斷查詢(xún)法。所用的芯片為 AD0809，根據(jù)所需的要求，AD 的工作流程如圖 所示，首先 AD 先等待 25秒以使得傳感器完全響應(yīng)完畢，然后 AD 開(kāi)始工作，當(dāng)轉(zhuǎn)換完成后向 CPU 發(fā)出一個(gè)中斷信號(hào)告訴 CPU 可以讀取數(shù)據(jù)，CPU 響應(yīng)中斷，從 PB 口讀取轉(zhuǎn)換完畢后的8 位二進(jìn)制數(shù)據(jù)，再進(jìn)一步進(jìn)行處理。對(duì)氣體傳感器分段選擇多個(gè)測(cè)試點(diǎn)盡享精確測(cè)試，并根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)繪制出傳感器的隔斷擬合曲線(xiàn)，為了提高數(shù)據(jù)精度，采用線(xiàn)性插值法。系統(tǒng)上電后，對(duì)單片機(jī)、ADC0809 進(jìn)行初始化，開(kāi)單片機(jī)總中斷，外部中斷0，AD 轉(zhuǎn)換結(jié)束后，進(jìn)入中斷子程序讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果存放在全局變量中，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、計(jì)算與處理，以便以后單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù) LCD 的顯示處理。 圖 AD 流程圖 液晶顯示模塊本設(shè)計(jì)所用的顯示器件為 1602 液晶面板，該液晶能顯示 32 個(gè)字符，滿(mǎn)足顯示要求。1602 液晶與 CPU 是并口通信，由單片機(jī)的 、 、 引腳來(lái)控制 1602 的讀寫(xiě)數(shù)據(jù)命令功能，單片機(jī) P2 口傳輸數(shù)據(jù)到 1602 進(jìn)行顯示。系統(tǒng)上電 LCD 初始化，液晶顯示首先需要要按照時(shí)序給定顯示地址，然后傳送數(shù)據(jù)。上電后液晶顯示“HELLO IAQ MONITOR”，以便檢測(cè)電路是否正確；當(dāng)檢測(cè)到按鍵按下后，分別按照按鍵功能顯示三種氣體濃度以及溫濕度顯示。 圖 1602 工作流程圖 聲光報(bào)警流程圖 聲光報(bào)警模塊 聲音報(bào)警采用的是蜂鳴器，光報(bào)警是通過(guò) 6 個(gè)發(fā)光二極管來(lái)顯示，3 個(gè)綠色和三個(gè)紅色的，當(dāng)毒氣含量沒(méi)超標(biāo)時(shí)顯示綠色，超標(biāo)時(shí)顯示紅色并啟動(dòng)蜂鳴器，報(bào)警子程序執(zhí)行之前，設(shè)定的報(bào)警閾值存放在兩個(gè)變量中，傳感器輸入 AD 轉(zhuǎn)換值后，調(diào)用比較程序，小于閾值則執(zhí)行顯示程序，若大于閾值進(jìn)行聲光報(bào)警。圖 是聲光報(bào)警流程圖。 本章小結(jié) 在這一章里對(duì)室內(nèi)便攜式只能空氣品質(zhì)監(jiān)測(cè)儀的軟件設(shè)計(jì)進(jìn)行了較詳細(xì)的介紹。軟件采用了模塊化設(shè)計(jì)的思路，以單片機(jī)高級(jí)語(yǔ)言 C51 編程。在本章開(kāi)始給出了主程序結(jié)構(gòu)流程圖，然后分別對(duì)各個(gè)子模塊的軟件流程進(jìn)行介紹。第五章 仿真調(diào)試 Proteus 軟件仿真調(diào)試 軟件調(diào)試?yán)?KEILC 和 Proteus 軟件進(jìn)行模塊化調(diào)試，調(diào)試過(guò)程中觀(guān)察存儲(chǔ)單元數(shù)據(jù)的變化，查找所寫(xiě)程序的錯(cuò)誤，并改正。 顯示電路調(diào)試 首先編一段測(cè)試顯示電路鏈接是否正確的程序，進(jìn)行調(diào)試。程序編完后將程序加載到 Proteus 中，系統(tǒng)上電檢測(cè)運(yùn)行，看是否顯示如圖 所示的“HELLO IAQ monitor”的初始化界面，若如圖顯示則說(shuō)明顯示電路正確，若不顯示，則檢查編程時(shí) 1602 的讀寫(xiě)時(shí)序是否正確、單片機(jī) P0 口是否連接的上拉電阻或者可調(diào)節(jié)顯示屏的亮度等方法，直到能正確顯示。 圖 顯示電路正確顯示 鍵盤(pán)電路以及氣體測(cè)量電路調(diào)試本設(shè)計(jì)是采用在 proteus 上進(jìn)行仿真，在 keil 軟件上進(jìn)行編程，最后二者聯(lián)調(diào)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)任務(wù)，但在仿真是無(wú)法實(shí)現(xiàn)甲醛傳感器，因此本設(shè)計(jì)采用滑動(dòng)變阻器模擬傳感器檢測(cè)甲醛時(shí)輸出的模擬信號(hào)，經(jīng) AD0839 轉(zhuǎn)換輸入單片機(jī)。首先編一段測(cè)試鍵盤(pán)電路連接是否正確以及鍵盤(pán)是否能夠起到控制顯示的程序，進(jìn)行調(diào)試。初始化定義按鍵 3 分別顯示甲醛、苯和氨氣的濃度，程序編完后將程序加載到 Proteus 中，系統(tǒng)上電檢測(cè)運(yùn)行，按下按鍵 1（HCHO）看是否顯示如圖 所示的“HCHO：”的界面，若如圖顯示則說(shuō)明鍵盤(pán)電路連接正確，若不顯示，則檢查程序是否進(jìn)入死循環(huán)以及程序流程是否正確，直到能正確顯示。圖 鍵盤(pán)電路以及氣體測(cè)量電路調(diào)試正確 溫濕度測(cè)量電路調(diào)試溫濕度傳感器 SHT11 微處理器是通過(guò)二線(xiàn)串行數(shù)字接口與 SHT11 進(jìn)行通信的。通信協(xié)議與通用的 I2C 總線(xiàn)協(xié)議是不兼容的，因此需要用通用微處理器 I/O口模擬該通信時(shí)序。首先按照 SHT11 的啟動(dòng)、終止等時(shí)序編寫(xiě)時(shí)序程序，并對(duì)是溫度測(cè)量還是濕度測(cè)量進(jìn)行設(shè)置。程序編完后將程序加載到 Proteus 中，系統(tǒng)上電檢測(cè)運(yùn)行，按下按鍵 4（TEM）看是否顯示如圖 所示的“TEM ： *C”的界面，或者按下按鍵 5（HUM）看是否顯示如圖 所示的“HUM ： %RH”的界面( 空格代表顯示的溫濕度值)，若如圖顯示則說(shuō)明溫濕度測(cè)量電路連接正確，若不顯示，則檢查電路中 DATA 數(shù)據(jù)線(xiàn)是否外接上拉電阻、程序是否進(jìn)入死循環(huán)、程序流程是否正確、是否設(shè)置了溫濕度測(cè)量以及啟動(dòng)終止等時(shí)序是否正確，直到能正確顯示。圖 溫度測(cè)量顯示圖 濕度測(cè)量顯示 聲光報(bào)警電路調(diào)試當(dāng)氣體濃度以及溫濕度超過(guò)指標(biāo)時(shí)，則進(jìn)行聲光報(bào)警。濕度適宜指標(biāo)28%RH78%RH 編寫(xiě)一段報(bào)警子程序，調(diào)節(jié)溫濕傳感器 SHT11 使其濕度如圖所示的 %RH，程序編完后將程序加載到 Proteus 中，系統(tǒng)上電檢測(cè)運(yùn)行，按下按鍵 5（HUM）看是否顯示如圖 所示的“HUM：82. %RH”的界面，若如圖顯示則說(shuō)明聲光報(bào)警電路連接正確，若不顯示，則檢查程序是否進(jìn)入死循環(huán)、程序流程是否正確，直到能正確顯示。 圖 聲光報(bào)警電路調(diào)試溫度適宜指標(biāo) 1828*C，編寫(xiě)一段報(bào)警子程序和控制家電子程序，調(diào)節(jié)溫濕傳感器 SHT11 使其溫度如圖所示的 35*C，程序編完后將程序加載到 Proteus 中，系統(tǒng)上電檢測(cè)運(yùn)行，按下按鍵 4（TEM）看是否顯示如圖 所示的“TEM ：34. *C”的界面，以及是否啟動(dòng)光耦，進(jìn)而啟動(dòng)家電如空調(diào)開(kāi)啟以調(diào)節(jié)氣溫，若如圖顯示則說(shuō)明家電控制電路連接正確，若不顯示，則檢查程序是否進(jìn)入死循環(huán)、程序流程是否正確，直到能正確顯示。圖 家電控制電路調(diào)試 實(shí)物調(diào)試圖 實(shí)驗(yàn)前的電路板將程序通過(guò) ISP 接口下載到板子中，系統(tǒng)上電?？词欠耧@示初始化界面，如圖 ，若不顯示，檢查電路板是否虛焊等，直到能正確顯示。圖 上電初始化按下甲醛鍵顯示當(dāng)前甲醛濃度如圖 按下溫度鍵顯示當(dāng)前溫度如圖 圖 溫度檢測(cè)顯示按下濕度鍵顯示當(dāng)前濕度如圖 圖 濕度檢測(cè)顯示 本章小結(jié) 本次調(diào)試過(guò)程中遇到了許多問(wèn)題，例如系統(tǒng)一上電，聲光報(bào)警電路就發(fā)出報(bào)警聲音而 LED 正常，經(jīng)程序以及電路檢查，發(fā)現(xiàn)蜂鳴器都是高電平時(shí)工作，單片機(jī)復(fù)位后四個(gè) I/O 口都是高電平，而初始化子程序并沒(méi)有對(duì) 引腳清零，這就使程序剛運(yùn)行蜂鳴器就發(fā)出報(bào)警了。發(fā)