【正文】 氣體傳感器 電源 數(shù)字式溫濕度傳感器 AD 轉(zhuǎn)換 輸入鍵盤 聲光報(bào)警 顯示模塊 4 167。并在按鍵選擇情況下連續(xù)顯示一個(gè)測量值的變化。 （ 3） 按鍵操作可進(jìn)行測量 值 范圍的調(diào)整，及手動和自動測量的轉(zhuǎn)換。 空氣質(zhì)量檢測儀系統(tǒng)簡介 基于 STC90C51 的室內(nèi)便攜式智能空氣 質(zhì)量 監(jiān)測儀是以室內(nèi)空氣中有毒有害氣體的 監(jiān)測監(jiān)控為背景，能夠?qū)崿F(xiàn)對室內(nèi)溫度，濕度， VOC 氣體的實(shí)時(shí)采集處理、顯示、報(bào)警等功能。同時(shí)設(shè)計(jì)了聲光報(bào)警系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)在參數(shù)超標(biāo)時(shí)及時(shí)的報(bào)警。 167。室內(nèi)空氣中有害氣體通過傳感器輸出一個(gè)與氣體濃度相對應(yīng)的電壓信號 ,該信號經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)換電路按一定得采樣頻率將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號送入單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集以便進(jìn)行顯示處理，溫濕傳感器直接與單片機(jī)相連。若被測室內(nèi)空氣中 VOC 氣體的濃度有超過國家標(biāo)準(zhǔn)或設(shè)定的危險(xiǎn)值或溫濕度超 出設(shè)定范圍時(shí)報(bào)警電路對應(yīng)的發(fā)出聲光報(bào)警信號。 STC90C51 單片機(jī)簡介 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，單片機(jī)因具有集成度高、體積小、速度快、價(jià)格低等特點(diǎn) 而在許多領(lǐng)域如過程控制、數(shù)據(jù)采集、機(jī)電一體化、智能化儀表、家用電器以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等方面得到廣泛應(yīng)用，從而使這些領(lǐng)域的技術(shù)水平、自動化程度大大提高。由于一般室內(nèi)電子電器產(chǎn)品比較多，這對單片機(jī)的干擾較大，所以應(yīng)采用抗干擾性能較好的單片機(jī)機(jī)型。 由于高度的通用性和出色的穩(wěn)定性，本系統(tǒng)采用宏晶公司產(chǎn)的低功耗，高性能 CMOS 8位單片機(jī)的 STC90C51作為控制器。它集 Flash程序存儲器既可在線編程 (ISP)也可用傳統(tǒng)方法進(jìn)行編程及通用 8位微處理器于單片芯片中，可提供許多高性價(jià)比的應(yīng)用場合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。 主要性能參數(shù)： 與 4k字節(jié)在系統(tǒng)編程 (ISP)Flash閃速存儲器 1000次擦寫周期 全境態(tài)工作模式： 0Hz33MHz 三級程序加密鎖 1288字節(jié)內(nèi)部 RAM 32個(gè)可編程 I／ O口線 2個(gè) 16位定時(shí)器 ／ 計(jì)數(shù)器 6個(gè)中斷源 1 全雙工串行 UART通道 1 低功耗空閑和掉電模式 1 中斷可從空閑模喚醒系統(tǒng) 1 看門狗 (wDT)及雙數(shù)據(jù)指針 1 掉電標(biāo)識和快速編程特性 1 靈活的在線系統(tǒng)編程 STC90C51芯片管腳 如 圖 21。 時(shí)鐘電路模塊 時(shí)鐘電路由一個(gè)晶體振蕩器 12MHZ 和兩個(gè) 30pF 的瓷片電容組成。單片機(jī)本身就如一個(gè)復(fù)雜的同步時(shí)序電路，為了保證同步工作方式的實(shí)現(xiàn)，電路應(yīng)在唯一的時(shí)鐘信號控制下嚴(yán)格地工作。 復(fù)位電路模塊 復(fù)位電路是使單片機(jī)的 CPU 或系統(tǒng)中的其他部件處于某一確定的初始狀態(tài)，并從這狀態(tài)開始工作，除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化之外，當(dāng)由于程序運(yùn)行出錯(cuò)或操作錯(cuò)誤使 系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時(shí)，為擺脫困境，也需按復(fù)位電路以重新啟動。其電路如圖 23 所示： 8 圖 23 復(fù)位電路模塊 167。 氣體傳感器 1．氣體傳感器基礎(chǔ)知識 按照氣敏特性來分，氣體傳感器主要分為：半導(dǎo)體型、電化學(xué)型、固體電解質(zhì) 型、接觸燃燒型、光化學(xué)型等氣體傳感器，又以前兩種最為普遍。不足之處是必須在高溫下工作、對 氣體或氣味的選擇性差、元件參數(shù)分散、穩(wěn)定性不理想、功率高等方面。氣體分子在薄膜表面進(jìn)行還原反應(yīng)以引起傳感器電導(dǎo)率的變化。傳感器內(nèi)的加熱器可以加速氧化過程，這也是為什么有些低端傳感器總是不穩(wěn)定，其原因就是沒有加熱或加熱電壓過低導(dǎo)致溫度太低反應(yīng)不充分。電化學(xué)傳感器的主要優(yōu)點(diǎn)是氣體的高靈敏度以及良好的選擇性。 9 (4)半導(dǎo)體傳感器和電化學(xué)傳感器的區(qū)別 半導(dǎo)體傳感器因其簡單低價(jià)已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，但是又因?yàn)樗倪x擇性差和穩(wěn)定性不理想目前還只是在民用級別使用。 (5)固態(tài)電解質(zhì)氣體傳感器 顧名思義，固態(tài)電解質(zhì)就是以固體離子導(dǎo)電為電解質(zhì)的化學(xué)電池。選擇性，靈敏度高于半導(dǎo)體而壽命又長于電化學(xué)，所以也得到了很多的應(yīng)用，不足之處就是響應(yīng)時(shí)間過長。又分為直接接觸燃燒式和催化接觸燃燒式，原理是氣敏材料在通電狀態(tài)下，可燃?xì)怏w在表面或者在催化劑作用下燃燒，由于燃燒使氣敏材料溫度升高從而電阻發(fā)生變化。 (7)光學(xué)式氣體傳感器 光學(xué)式氣體傳感器主要包括紅外吸收型、光譜吸收型、熒光型等等，主要以紅外吸收型為主。目前因?yàn)樗慕Y(jié)構(gòu)關(guān)系一般造價(jià)頗高。 本設(shè)計(jì)針對 VOC 氣體選用 能夠偵測 以上的氣體 的 空氣質(zhì)量 VOC氣體濃度傳感器 MS1100 用于檢測空氣中的甲醛、苯、二甲苯等 檢測空氣中的甲醛、苯、二甲苯等多種有機(jī)揮發(fā)成分，具有極高的靈敏度和穩(wěn)定性 ，體積小巧 。 圖 24 VOC 傳感器實(shí)物圖 圖 25 VOC 傳感器接線圖 10 167。溫濕度傳感器一般是測量溫度量和相對濕度量。 實(shí)物如圖 26。 DHT11產(chǎn)品概述 DHT11數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號輸出的溫濕度復(fù)合傳感器。傳感器包括一個(gè)電阻式感濕元件和一個(gè) NTC測溫元件，并與一個(gè)高性能 8位單片機(jī)相連接。每個(gè) DHT11傳感器都在極為精確的濕度校驗(yàn)室中進(jìn)行校準(zhǔn)。單線制串行接口，使系統(tǒng)集成變得簡易快捷。產(chǎn)品為 4針單排引腳封裝。 應(yīng)用領(lǐng)域 : 暖通空調(diào) 、 測試及檢測設(shè)備 、 汽車 、 數(shù)據(jù)記錄器 、 消費(fèi)品 、 自動控制 、氣象站 、 家電 、 濕度調(diào)節(jié)器 、 醫(yī)療 、 除濕器 。 11 表 21 DHT11傳感器信息 型號 測量范圍 測濕精度 測溫精度 分辨力 封裝 DHT11 20－ 90％ RH 0－ 50℃ 177。2 ℃ 1 4 針單排直插 傳感器性能說明 見表 22。1 %RH 精度 25℃ 177。5 %RH 互換性 可完全互換 量程范圍 0℃ 30 90 %RH 25℃ 20 90 %RH 50℃ 20 80 %RH 響應(yīng)時(shí)間 1/e(63%)25℃， 1m/s 空氣 6 10 15 S 遲滯 177。1 %RH/yr 溫度 分辨率 1 1 1 ℃ 16 16 16 Bit 重復(fù)性 177。1 177。 12 圖 27 典型接線電路 電源引腳 DHT11的供電電壓為 3－ 。電源引腳（ VDD， GND）之間可增加一個(gè) 100nF 的電容，用以去耦濾波。 數(shù)據(jù)格式 ： 8bit濕度整數(shù)數(shù)據(jù) +8bit濕度小數(shù)數(shù)據(jù) +8bi溫度整數(shù)數(shù)據(jù) +8bit溫度小數(shù)數(shù)據(jù) +8bit校驗(yàn)和 數(shù)據(jù)傳送正確時(shí)校驗(yàn)和數(shù)據(jù)等于 “ 8bit濕度整數(shù)數(shù)據(jù) +8bit濕度小數(shù)數(shù)據(jù)+8bi溫度整數(shù)數(shù)據(jù) +8bit溫度小數(shù)數(shù)據(jù) ” 所得結(jié)果的末 8位。 從模式下 ， DHT11接收到開始信號觸發(fā)一次溫濕度采集 ， 如果沒有接收到主機(jī)發(fā)送開始信號 ， DHT11不會主動進(jìn)行溫濕度采集 ， 采集數(shù)據(jù)后轉(zhuǎn)換到低速模式。DHT11接收到主機(jī)的開始信號后 ， 等待主機(jī)開始信號 結(jié)束 ， 然后發(fā)送 80us低電平響應(yīng)信號 。 圖 29 操作時(shí)序 總線為低電平 ， 說明 DHT11發(fā)送響應(yīng)信號 ， DHT11發(fā)送響應(yīng)信號后 ， 再把總線拉高 80us， 準(zhǔn)備發(fā)送數(shù)據(jù) ， 每一 bit數(shù)據(jù)都以 50us低電平時(shí)隙開始 ， 高電平的長短定了數(shù)據(jù)位是 0還是 1。 當(dāng)最后一 bit數(shù)據(jù)傳送完畢 后， DHT11拉低總線 50us， 隨后總線由上拉電阻拉高進(jìn)入空閑狀態(tài)。 電氣特性 如表 23 表 23 電氣特性 參數(shù) 條件 min typ max 單位 供電 DC 3 5 V 供電電流 測量 mA 平均 1 mA 待機(jī) 100 150 uA 采樣周期 秒 1 次 注 :采樣周期間隔不得低于 1秒鐘。返回正常工作條后，傳感器會緩慢地向校準(zhǔn)狀態(tài)恢復(fù)。在非正常工作條件下長時(shí)間使用會加速產(chǎn)品的老化過程。在一個(gè)純凈的環(huán)境中，污染物 15 質(zhì)會緩慢地釋放出去。高濃度的化學(xué)污染會導(dǎo)致傳感器感應(yīng)層的徹底損壞。在 5060℃ 和 10%RH的濕度條件下保持 2小時(shí)（烘干）；隨后在 2030℃ 和 70%RH的濕度條件下保持 5小時(shí)以上。因此在測量濕度時(shí)，應(yīng)盡可能保證濕度傳感器在同一溫度下工作。為降低熱傳導(dǎo)， DHT11與印刷電路板其它部分的銅鍍層應(yīng)盡可能最小，并在兩者之間留出一道縫隙。 DATA信號線材質(zhì)量會影響通訊距離和通訊質(zhì)量 ,推薦使用高質(zhì)量屏蔽線。 16 表 24 引腳說明 Pin 名稱 注釋 1 VDD 供電 3－ 2 DATA 串行數(shù)據(jù)，單總線 3 NC 空腳，請懸空 4 GND 接地，電源負(fù)極 本設(shè)計(jì)采用的為 DHT11模塊，原理圖為 圖 213： 圖 213 DHT11模塊接線圖 167。其管腳定義如圖 214 所示。 CLK 時(shí)鐘信號輸入端（一般為 500KHz）。 ADC0809 的時(shí)序接口為 51系列單片機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)總線接口，操作方便，如同對存儲器或 I/O 操作一樣， A/D轉(zhuǎn)換精度為 8 比特，滿足本課題要求。 ADC0809 與單片機(jī) 及 VOC 傳感器 的接線方式如圖 215： 圖 215 ADC0809接線原理圖 18 167。其中 VOC 氣體含量超標(biāo)時(shí)雙燈閃爍蜂鳴器報(bào)警，溫度超標(biāo)時(shí) D1 燈亮蜂鳴器報(bào)警，濕度超標(biāo)時(shí) D2 燈亮蜂鳴器報(bào)警。 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 6 個(gè)，分別是有毒氣體的濃度和室內(nèi)的溫度、濕度的范圍和測量值，故選用 2 行 16 個(gè)字符的 LCD1602 作為顯示模塊，滿足顯示要求。 字符型液晶顯示模塊 是一種專門用于顯示字母、數(shù)字、符號等點(diǎn)陣式LCD，目前常用 16*1， 16*2， 20*2 和 40*2 行等的模塊。一般 1602 字符型液晶顯示器實(shí)物如圖 217： 19 圖 217 1602字符型液晶顯示器實(shí)物圖 167。 第 2 腳： VDD 接 +5V 正電源。 第 4 腳： PS 為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器。當(dāng) RS 和 R/W 共同為低電平時(shí)可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng) RS 為低電平R/W 為高電 平時(shí)可以讀忙信號，當(dāng) RS 為高電平 R/W 為低電平時(shí)可以寫入數(shù)據(jù)。 第 7~14 腳： D0~D7 為八位雙向數(shù)據(jù)線。 第 16 腳：背光源負(fù)極。 的指令說明及時(shí)序 1602 液晶模塊內(nèi) 部的控制器共有 11 條控制指令，如表 27 所示： 21 表 27 控制命令表 序號 指令 RS R/W D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 1 清顯示 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 2 光標(biāo)返回 0 0 0 0 0 0 0 0 1 * 3 置輸入模式 0 0 0 0 0 0 0 1 I/D S 4 顯示開 /關(guān)控制 0 0 0 0 0 0 1 D C B 5 光標(biāo)或字符移位 0 0 0 0 0 1 S/C R/L * * 6 置功能 0 0 0 0 1 DL N F * * 7 置字符發(fā)生存貯器地址 0 0 0 1 字符發(fā)生存貯器地址 8 置數(shù)據(jù)存貯器地址 0 0 1 顯示數(shù)據(jù)存貯器地址 9 讀忙標(biāo)志或地址 0 1 BF 計(jì)數(shù)器地址 10 寫數(shù)到 CGRAM 或 DDRAM 1 0 要寫的數(shù)據(jù)內(nèi)容 11 從 CGRAM 或 DDRAM 讀數(shù) 1 1 讀出的數(shù)據(jù)內(nèi)容 1602 液晶模塊的讀寫操作、屏幕和光標(biāo)的操作都是通過指令編程來實(shí)現(xiàn)的。 指令 2：光標(biāo)復(fù)位，光標(biāo)返回到地址 00H。高電平表示有效，低電平則無效。 D：控制整體顯示的開與關(guān)，高電平表示開顯示，低電平表示關(guān)顯示 C：控制光標(biāo)的開與關(guān)，高電平表示有光標(biāo)，低電平表示無光標(biāo) B：控制光標(biāo)是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍。 22 指令 6：功能設(shè)置命令 DL：高電平時(shí)為 4 位總線，低電平時(shí)為 8 位總線 N：低電平時(shí)為單行顯示，高電平時(shí)雙行顯示 F: 低 電平時(shí)顯示 5x7 的點(diǎn)陣字符，高電平時(shí)顯示 5x10 的點(diǎn)陣字符。 指令 8： DDRAM 地址設(shè)置。 指令 10：寫數(shù)據(jù)。 與 HD44780 相兼容的芯片時(shí)序 如表 28： 表 28 基本操作時(shí)序表 讀狀態(tài) 輸入 RS=L,R/W=H,E=H 輸出 D0—D7=狀態(tài)字 寫指令 輸入 RS=L,R/W=L,D0—D7=指令碼 ,E=高脈沖 輸出 無 讀數(shù)據(jù) 輸入 RS=H,R/W=H,E=H 輸出 D0—D7=數(shù)據(jù) 寫數(shù)據(jù) 輸入 RS=H,R/W=L,D0—D7=數(shù)據(jù) ,E=高脈沖 輸出 無 讀寫操作時(shí)序如圖 219 和 220 所示： 圖 219 讀操作時(shí)序 23 圖 220 寫操作時(shí)序 167。要顯示字符時(shí)要先輸入顯示字符地址，也就是告訴模塊在哪里顯示字符，圖 221 是 1602 的內(nèi)部顯示地址。 在對液晶模塊的初始化中要先設(shè)置其顯示模式，在液晶模塊顯示字符時(shí)光標(biāo)是自動右移的，無需人工干預(yù)。 24 1602 液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器（ CG