【正文】 圖 223 按鍵電路 167。 圖 222 LCD1602接線電路圖 25 167。 167。每次輸入指令前都要判斷液晶模塊是否處于忙的狀態(tài)。 圖 221 1602LCD內(nèi)部顯示地址 第二行第一個(gè)字符的地址是 40H，寫入顯示地址時(shí)要求最高位 D7 恒定為高電平 1 所以實(shí)際寫入的數(shù)據(jù)應(yīng)該是 ： 01000000B（ 40H） +10000000B(80H)=11000000B(C0H)。 的 RAM 地址映射及標(biāo)準(zhǔn)字庫(kù)表 液晶顯示模塊是一個(gè)慢顯示器件，所以在執(zhí)行每條指令之前一定要確認(rèn)模塊的忙標(biāo)志為低電平，表示不忙，否則此指令失效。 指令 11：讀數(shù)據(jù)。 指令 9：讀忙信號(hào)和光標(biāo)地址 BF：為忙標(biāo)志位，高電平表示忙，此時(shí)模塊不能接收命令或者數(shù)據(jù)，如果為低電平表示不忙。 指令 7：字符發(fā)生器 RAM 地址設(shè)置。 指令 5：光標(biāo)或顯示移位 S/C：高電平時(shí)移動(dòng)顯示的文字，低電平時(shí)移動(dòng)光標(biāo)。 指令 4：顯示開關(guān)控制。 指令 3：光標(biāo)和顯示 模式設(shè)置 I/D：光標(biāo)移動(dòng)方向，高電平右移，低電平左移 S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。（說(shuō)明： 1 為高電平、 0 為低電平） 指令 1：清顯示，指令碼 01H,光標(biāo)復(fù)位到地址 00H 位置。 167。 第 15 腳：背光源正極。 第 6 腳： E 端為使能端，當(dāng) E 端由高電平跳變成低電平時(shí)，夜景模塊執(zhí)行命令。 第 5 腳： R/W 為讀寫信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。 第 3 腳： VL 為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地時(shí)對(duì)比度最高，對(duì)比度過(guò)高時(shí)會(huì)產(chǎn)生 “鬼影 ”，使用時(shí)可以通過(guò)一個(gè) 10K 的電位器調(diào)整對(duì)比 度。 的基本參數(shù)及引腳功能 1602LCD 分為帶背光和不帶背光兩種，基控制器大部分為 HD44780，帶背光的比不帶背光的厚，是否帶背光在應(yīng)用中并無(wú)差別，兩者尺寸差別如下圖 218 所示： 圖 218 1602LCD尺寸圖 1602LCD 主要技術(shù)參數(shù)： 顯示容量： 16x2 個(gè)字符芯片 工作電壓： — 工作電流： （ 5V） 模塊兒最佳工作電壓： 字符尺寸： (WH)mm 引腳功能說(shuō)明： 1602LCD 采用標(biāo)準(zhǔn)的 14 腳（無(wú)背光）或 16 腳（有背光）接口，各引腳說(shuō)明如表 26 所示： 20 表 26 1602 引腳說(shuō)明 編號(hào) 符號(hào) 引腳說(shuō)明 編號(hào) 符號(hào) 引腳說(shuō)明 1 VSS 電源地 9 D2 數(shù)據(jù) 2 VDD 電源正極 10 D3 數(shù)據(jù) 3 VL 液晶顯示偏壓 11 D4 數(shù)據(jù) 4 RS 數(shù)據(jù) /命令選擇 12 D5 數(shù)據(jù) 5 R/W 讀 /寫選擇 13 D6 數(shù)據(jù) 6 E 使能信號(hào) 14 D7 數(shù)據(jù) 7 D0 數(shù)據(jù) 15 BLA 背光源正極 8 D1 數(shù)據(jù) 16 BLK 背光源負(fù)極 第 1 腳： VSS 為地電源。下面以長(zhǎng)沙太陽(yáng)人電子有限公司的 1602 字符型液晶顯示器為例，介紹其用法。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。 圖 216 聲光報(bào)警電路 167。 聲光報(bào)警電路設(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，采用了如圖 216 由 2 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。輸入的模擬電壓為 0~5V，一次 A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間為 100μS。 A、 B、 C 地址輸入線 ADC0809 對(duì)輸入模擬量要求：信號(hào)單極性，電壓范圍是 0－ 5V，若信號(hào)太小，必須進(jìn)行放大；輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過(guò)程中應(yīng)該保持不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電路。 圖 214 ADC0809管腳示意圖 17 ADC0809 各腳功能如 表 25： 表 25 ADC0809 各腳功 能 引腳 功能介紹 D7D0 IN0IN7 8 位數(shù)字量輸出引腳 8 位模擬量輸入引腳 VCC +5V 工作電壓 REF（ +） 參考電壓正端 REF（ ） 參考電壓負(fù)端 START A/D 轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)輸入端 ALE 地址鎖存允許信號(hào)輸入端 EOC 轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)輸出引腳，開始轉(zhuǎn)換時(shí)為低電平，當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)為高電平 OE 輸出允許控制端，用以打開三態(tài)數(shù)據(jù)輸出鎖存器。 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì) 氣體傳感器出來(lái)的信號(hào)是模擬信號(hào)，而微處理器 STC90C51 只能處理數(shù)字信號(hào)，故需要對(duì)模擬信號(hào)信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，將其轉(zhuǎn)換為處理器能識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，由于測(cè)試電路出來(lái)的模擬電壓變化范圍在 0~5V，故選擇性價(jià)比比較合適的 ADC0809 進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。 封裝信息 如圖 212， 圖 212 DHT11封裝圖 DHT11引腳說(shuō)明 見(jiàn)表 24。 長(zhǎng)時(shí)間暴露在太陽(yáng)光下或強(qiáng)烈的紫外線輻射中，會(huì)使性能降低。如果與釋放熱量的電子元件共用一個(gè)印刷線路板，在安裝時(shí)應(yīng)盡可能將 DHT11遠(yuǎn)離電子元件，并安裝在熱源下方，同時(shí)保持外殼的良 好通風(fēng)。 氣體的相對(duì)濕度，在很大程度上依賴于溫度。 置于極限工作條件下或化學(xué)蒸汽中的傳感器，通過(guò)如下處理程序，可使其恢復(fù)到校準(zhǔn)時(shí)的狀態(tài)。下文所述的恢復(fù)處理將加速實(shí)現(xiàn)這一 過(guò)程。 電阻式濕度傳感器的感應(yīng)層會(huì)受到化學(xué)蒸汽的干擾，化學(xué)物質(zhì)在感應(yīng)層中的擴(kuò)散可能導(dǎo)致測(cè)量值漂移和靈敏度下降。要加速恢復(fù)進(jìn)程 /可參閱 節(jié)的 “ 恢復(fù)處理 ” 。 應(yīng)用信息 超出建議的工作范圍可能導(dǎo)致高達(dá) 3%RH的臨時(shí)性漂移信號(hào)。 數(shù)字 0信號(hào)表示方法如圖 210所示 圖 210 數(shù)字 0信號(hào)表示方法 14 數(shù)字 1信號(hào)表示方法如圖 211所示 圖 211 數(shù)字 1信號(hào)表示方法 測(cè)量分辨率 測(cè)量分辨率分別為 8bit（溫度）、 8bit（濕度）。 格式見(jiàn)下面圖示 ， 如果讀取響應(yīng)信號(hào)為高電平 ， 則 DHT11沒(méi)有響應(yīng) ， 請(qǐng)檢查線路是否連接正常 。 主機(jī)發(fā)送開始信號(hào)結(jié)束后 ， 延時(shí)等待 2040us后 ， 讀取 DHT11的響應(yīng)信號(hào) ， 主機(jī)發(fā)送開始信號(hào)后 ， 可以切換到輸入模式 ， 或者輸出高電平均可 ， 總線由上拉電阻拉高。 （ 1） .通訊過(guò)程如圖 28所示 圖 28 通訊過(guò)程 13 操作時(shí)序如圖 29， 總線空閑狀態(tài)為高電平 ， 主機(jī)把總線拉低等待 DHT11響應(yīng) ,主機(jī)把總線拉低必須大于 18毫秒 ， 保證 DHT11能檢測(cè)到起始信號(hào)。 用戶 MCU發(fā)送一次開始信號(hào)后 ， DHT11從低功耗模式轉(zhuǎn)換到高速模 式 ，等待主機(jī)開始信號(hào)結(jié)束后 ， DHT11發(fā)送響應(yīng)信號(hào) ， 送出 40bit的數(shù)據(jù) ,并觸發(fā)一次信號(hào)采集 ， 用戶可選擇讀取部分?jǐn)?shù)據(jù) 。 串行接口 (單線雙向 ) DATA 用于微處理器與 DHT11之間的 通訊和同步 ， 采用單總線數(shù)據(jù)格式 ， 一次通訊時(shí)間 4ms左右 ， 數(shù)據(jù)分小數(shù)部分和整數(shù)部分 ， 具體格式在下面說(shuō)明 ， 當(dāng)前小數(shù)部分用于以后擴(kuò)展 ， 現(xiàn)讀出為零 .操作流程如下 ： 一次完整的數(shù)據(jù)傳輸為 40bit， 高位先出。傳感器上電后，要等待 1s 以越過(guò)不穩(wěn)定狀態(tài)在此期間無(wú)需發(fā)送任何指令。2 ℃ 量程范圍 0 50 ℃ 響應(yīng)時(shí)間 1/e(63%) 6 30 S 接口說(shuō)明 建議連接線長(zhǎng)度短于 20米時(shí)用 5K上拉電阻 ， 大于 20米時(shí)根據(jù)實(shí)際情況使用合適的上拉電阻 接線方式如圖 27。1 ℃ 精度 177。1 %RH 長(zhǎng)期穩(wěn)定性 典型值 177。4 %RH 0－ 50℃ 177。 表 22 傳感器性能說(shuō)明 參數(shù) 條件 Min Typ Max 單位 濕度 分辨率 1 1 1 %RH 16 Bit 重復(fù)性 177。5 ％ RH 177。 傳感器 信息 見(jiàn)表 21。連接方便，特殊封裝形式可根據(jù)用戶需求而提供。超小的體積、極低的功耗，信號(hào)傳輸距離可達(dá) 20米以上，使其成為各類應(yīng)用甚至最為苛刻的應(yīng)用場(chǎng)合的最佳選則。校準(zhǔn)系數(shù)以程序的形式儲(chǔ)存在 OTP內(nèi)存中，傳感器內(nèi)部在檢測(cè)信號(hào)的處理過(guò)程中要調(diào)用這些校準(zhǔn)系數(shù)。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)。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。 圖 26 DHT11 實(shí)物圖 具有的特性： 相對(duì)濕度和溫度測(cè)量 、 全部校準(zhǔn)，數(shù)字輸出 、 卓越的長(zhǎng)期穩(wěn)定性 、 無(wú)需額外部件 、 超長(zhǎng)的信號(hào)傳輸距離 、 超低能耗 、 4引腳安裝 、 完全互換 。 鑒于測(cè)量溫濕度的范圍不大，精度要求不高故采用 數(shù)字溫濕度傳感器DHT11。 溫濕度傳感器 溫濕度傳感器是指能將溫度量和濕度量轉(zhuǎn)換成容易被測(cè)量處理的電信號(hào)的設(shè)備或裝置。 實(shí)物如圖 24，使用時(shí)的連接電路如圖 25?；诒疚牡膶?shí)時(shí)要求和性價(jià)比等方面的原因，本系統(tǒng)選用電化學(xué)傳感器中的定電位電解式氣體傳感器。由于不同氣體對(duì)紅外波吸收程度不同，通過(guò)測(cè)量 紅外吸收波長(zhǎng)來(lái)監(jiān)測(cè)氣體。后者因?yàn)榇呋瘎┑年P(guān)系具有廣普特性應(yīng)用更廣。 (6)接觸燃燒式氣體傳感器 接觸燃燒式氣體傳感器只能測(cè)量可燃?xì)怏w。它介于半導(dǎo)體和電 化學(xué)之間。而電化學(xué)傳感器因其良好的選擇性和高靈敏度被廣泛應(yīng)用在幾乎所有工業(yè)場(chǎng)合。不足之處是有壽命的限制一般為兩年。 (3)電化學(xué)氣體傳感器的工作原理 電化學(xué)氣體傳感器是通過(guò)監(jiān)測(cè)電流來(lái)監(jiān)測(cè)氣體的濃度，分為不需供 電的原電池式以及需要供電的可控電位電解式，目前可以監(jiān)測(cè)許多有毒氣體和氧氣，后者還能監(jiān)測(cè)血液中的氧濃度。為了消除氣體分子達(dá)到初始狀態(tài)就必須發(fā)生一次氧化反應(yīng)。 (2)半導(dǎo)體傳感器需要加熱的原因 半導(dǎo)體傳感器是利用一種金屬氧化物薄膜制成的阻抗器件，其電阻隨著氣體含量不同而變化。 (1)半導(dǎo)體型氣體傳感器的優(yōu)缺點(diǎn) 半導(dǎo)體氣體傳感器具有成本低廉、制造簡(jiǎn)單、靈敏度高、響應(yīng)速度快、壽命長(zhǎng)、對(duì)濕度敏感低和電路簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。 傳感器的選用 167。本設(shè)計(jì)采用的是按鍵復(fù)位電路。其電路如圖 22 所示： 圖 22 時(shí)鐘電路模塊 167。時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生單片機(jī)工作所需要的時(shí)鐘信號(hào)，而時(shí)序所研究的是指令執(zhí)行中各信號(hào)之間的相互關(guān)系。 7 圖 21 STC90C51 引腳布置 167。 167。片內(nèi)含 4k bytes的可系統(tǒng)編程的 Flash只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用 ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) 8051指令系統(tǒng)及引腳。 二是要有較高的性 價(jià)比。根據(jù)上述幾方面及本課題的實(shí)際情況，單片機(jī)型號(hào)的 6 選擇主要從以下兩點(diǎn)考慮 : 一是要有較強(qiáng)的抗干擾能力。 167。單片機(jī)對(duì)采樣值進(jìn)行數(shù)字處理后驅(qū)動(dòng)液晶顯示器分別顯示出被測(cè)室內(nèi)空氣中的 VOC 氣體濃度值及溫濕度。 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)及原理 本文研究的室內(nèi)便攜式智能空氣品質(zhì)監(jiān)測(cè)儀是以 STC 工公司的一款 8 位超低功 耗單片機(jī) STC90C51 為控制核心。室內(nèi)智能空氣品質(zhì)監(jiān)測(cè)儀體積小，功耗低，操作簡(jiǎn)單，適合應(yīng)用于家庭和社區(qū)的醫(yī)療健康保健，能夠?qū)崟r(shí)知道室內(nèi)空 氣的質(zhì)量。儀器采用鋰電池供電，具有良好的便攜性和通用性，并且使用 LCD 點(diǎn)陣式液晶屏顯示菜單，有良好的人機(jī)對(duì)話界面。 5 第 2 章 空氣質(zhì)量檢測(cè)儀的硬件設(shè)計(jì) 167。 （ 2） 當(dāng)有害氣體濃度超出安全范圍時(shí)進(jìn)行聲光報(bào)警。 功能設(shè)定 （ 1） 顯示部分采用 LCD1602 顯示屏，循環(huán)顯示 各項(xiàng) 測(cè)量 值 的上下限及實(shí)際濃度、實(shí)際溫度、濕度。 167。 總體方案設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì) 集 VOC 氣體 及溫濕度監(jiān)測(cè)，顯示與報(bào)警于一體，利用 MCU 進(jìn)行數(shù)據(jù)采集保證了前臺(tái)數(shù)據(jù)的及時(shí)、準(zhǔn)確，有利于進(jìn)行全方位的評(píng)價(jià)。 課題設(shè)計(jì)的方法 查閱相關(guān)資料，應(yīng)用電腦軟件進(jìn)行仿真、調(diào)試，制作硬件設(shè)備，在實(shí)際環(huán)境中測(cè)試并進(jìn)行修改、調(diào)試，直至達(dá)到課題要求。 課題設(shè)計(jì)的內(nèi)容 以單片機(jī)為核心，選擇合適的傳感器，實(shí)現(xiàn)對(duì)空氣質(zhì)量的檢測(cè)。準(zhǔn)確測(cè)定甲醛、苯、氨等有害氣體的設(shè)備昂貴 (如英國(guó) PPM 公司生產(chǎn)的 PPM400 甲醛儀約兩萬(wàn)多元 )，測(cè)定時(shí)間較長(zhǎng)，每隔一段時(shí)間就需進(jìn)行重新標(biāo)定，需要專業(yè)人員進(jìn)行操作，很難連續(xù)測(cè)定；目前國(guó)內(nèi)外產(chǎn)品的設(shè)計(jì)差異主要集中在監(jiān)測(cè)傳感器 和控制單片機(jī)芯片的選用，操作方面國(guó)外的產(chǎn)品操作界面方便，功能加完備。國(guó)內(nèi)的有 :江蘇安普電子工程有限公司生產(chǎn)的 400 型甲醛分析儀、北京賓達(dá)綠創(chuàng)科技有限公司生產(chǎn)的甲醛測(cè)定儀抑一 308 等。但這些儀器的工作原理、響應(yīng)性能、適應(yīng)范圍等都不同。這種傳感器可以不需要對(duì)樣品進(jìn)行任何處理就可以測(cè)定，但易受水分子的影響而使晶體震動(dòng)頻率發(fā)生漂移，故基本無(wú)實(shí)用性。 二、 國(guó)內(nèi)外的研究狀況 氣體傳感器測(cè)定甲醛成為近年來(lái)甲醛檢測(cè)研究的新熱點(diǎn)。 本課題主要研究設(shè)計(jì) 基于量化檢測(cè)的 “ 空氣質(zhì)量檢測(cè)儀 ” 系統(tǒng)，此系統(tǒng)旨在實(shí)現(xiàn)室內(nèi)空氣溫度、濕度、有害氣體的預(yù)警監(jiān)測(cè)，有利于進(jìn)行全方位的評(píng)價(jià)室內(nèi)空氣質(zhì)量，為人類營(yíng)造一個(gè)健康的室內(nèi)生存空間。