【正文】 組織細(xì)胞的新陳代謝會減緩，對人們的生命安全造成巨大威脅。由此可見，室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測裝置的研究具有重要的意義。就我國目前情況來講，對室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測的儀器還需繼續(xù)完善。但是隨著時代的發(fā)展和人們在主體思維模式上的日益重視，我國對有很多研究人員對環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行研究，研究 成果也將會持續(xù)發(fā)展。雖然我國對于環(huán)境監(jiān)測 系統(tǒng)的研究 起步晚，室內(nèi)檢測 技術(shù)與國外先進(jìn)技術(shù)相比， 仍相對落后 ， 差距依舊很大， 在傳感器方面，還不能實現(xiàn)智能化，其產(chǎn)品還沒有得到大量使用，但向發(fā)達(dá)國家學(xué)習(xí)的精神是一直以來不可動搖的，很多廠家或者研究所都在學(xué)習(xí)和引進(jìn)國外先進(jìn)的環(huán)境監(jiān)測技術(shù)方案。 2 設(shè)計目的及內(nèi)容 通過研究人員的不斷努力，已經(jīng)研發(fā)出一些可用 于檢測的產(chǎn)品， 但 該產(chǎn)品 在 市場上的占有率 只是一小部分，其中大多數(shù) 價格偏高，而且 也 只能檢測空氣中部分成份 ，功能種類相對局限單一。 本設(shè)計的最終要實現(xiàn) 的是 適合家用的 實時檢測空氣中有害氣體成份、濕、 溫度在空氣中的占有量的多功能監(jiān)測儀器，還要達(dá)到實時監(jiān)測的效果，這對我們的要求比較嚴(yán)格，并且要達(dá)到操作簡單方便、價格低廉的目的。 該設(shè)計主要完成的 設(shè)計內(nèi)容如下 : （ 1）溫濕度模塊：采用 DHT11 傳感器，該傳感器將數(shù)字采集技術(shù)和信號處理功能結(jié)合在一起，很大程度上提高了它的工作效率，并且也是產(chǎn)品走向智能化的重要標(biāo)志。 （ 2）報警模塊：采用 外接 蜂鳴器的方法， 當(dāng) 檢測值超限時 ， 實現(xiàn)快速報警的功能。該模塊的實現(xiàn)意味著在室內(nèi)威脅人們身體健康狀況的因素降低了許多。在存儲器中還能將三級程序快速鎖定， 32 個 I/O 接口，可適用于串行通道模式，兩個 16 位定時器和相同數(shù)量的計數(shù)器， 128*8 位內(nèi)部 RAM，功率消耗低和掉電特有模式， 5 個中斷控制源，片內(nèi)包含振蕩器和發(fā)出脈沖的時鐘電路。 其中包括 32 位 I/O 口線，看門狗定時器已達(dá)到實時監(jiān)測功能，具有 256 字節(jié) RAM ，三個計數(shù)器和相同數(shù)量的 16 位定時器，還有 2 個數(shù)據(jù)指針。當(dāng) CPU 處于空閑操作狀態(tài)時，它是不運行的，但支持 RAM、定時器 /計數(shù)器、中斷還能持續(xù)運行。 通過兩種單片機(jī)的對比： AT89S52 不僅能夠用于 ISP 在線路功能還可用于并行編程，相比較來講 AT89C51 只能用于并行編程。從輸出編程電壓的情況可以看出， AT89S52 僅僅為 45V，而 AT89C51 不止要支持正常運行工作 5V 還需要 Vpp 供電 12V。 溫濕度監(jiān)測模塊選擇與 論證 方案一：采用獨立元器件連接電路。采用這種方法組成的電路很麻煩，編程比較困難，并且許多元器件在焊接的過程中操作容易出現(xiàn)錯誤，調(diào)試起來更復(fù)雜一些，與此同時大大提高了連接電路的成本。它具有較好的實用性和穩(wěn)固性， 有效的溫度范圍是 0～ 50℃，測量準(zhǔn)確度 4 是 5%，濕度的范圍是 20%RH～ 90%RH，非常符合系統(tǒng)的需要。它的電壓范圍僅有 ～ DC，分辨率為濕度 1%RH，溫度 1℃，具有長期的穩(wěn)定性，完全互換和超低能耗等功能。數(shù)字傳感器的本質(zhì)上簡化了系統(tǒng)的程序，并減少了利用空間。因此經(jīng)過分析比較，采用第二種方案。它 是將空氣中可燃?xì)怏w經(jīng)過傳 感器的催化燃燒作用檢測它在空氣中所占比例濃度是否達(dá)到爆炸燃點。當(dāng)空氣中含有可燃性氣體接觸到檢測元件上時，該氣體快速無焰燃燒，并產(chǎn)生熱量，隨熱量的增加金屬表面的電阻值逐漸增大，從電橋上會產(chǎn)生一個電壓信號，此電壓信號強(qiáng)弱與檢測到的可燃?xì)怏w濃度成正比。 方案二： 選用 氣體傳感器 MQ5 連接電路。 SnO2 傳感器之所以能夠被很多科學(xué)研究人員所重視原因在于它在低溫的環(huán)境下能夠運行、性能相對比較穩(wěn)定、檢測范圍比較廣泛等特點。 綜上所述，本設(shè)計采用半導(dǎo)體式傳感器 MQ5。通過傳感器來檢測室內(nèi)的可燃?xì)怏w濃度、溫濕度的數(shù)值， 并 把檢測的數(shù)據(jù)與設(shè)定好的數(shù)值相比較，若大于預(yù)設(shè)值則報警模塊啟動，若小于 預(yù)設(shè)值 則不啟動。流程圖如下圖 所示： A T 8 9 S 5 2溫 濕 度 傳 感 器接 口 電 路煤 氣 傳 感 器數(shù) 碼 管 顯 示 電 路報 警 裝 置A / D 轉(zhuǎn) 換 器 圖 系統(tǒng)流程總圖 6 3 硬件系統(tǒng)設(shè)計與連接 溫濕度檢測模塊設(shè)計 DHT11 是將數(shù)字采集與溫濕度傳感器集成一體、并能夠準(zhǔn)確的將信號傳輸 給單片機(jī)綜合型傳感器，其技術(shù)參數(shù)如表 所示。 5%RH 溫度177。 1%RH/年 此模塊的開發(fā)為人們家庭環(huán)境檢測提供了重要的保障， 它包含耐用、工作性能穩(wěn)定、供電電壓低等特點。 DHT11 與 AT89S52 連線如圖 所示。工作時每次模 /數(shù)轉(zhuǎn)換間隔只用 32181。通過使能端控制 DI 接口，對信號的進(jìn)行處理，從而達(dá)到所需的通道。 ADC0832 引腳與單片機(jī)的連接，分別是 CS 、 CLK、 DO、 DI。只有當(dāng)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行信號轉(zhuǎn)換時，AT89S52 單片機(jī)才 發(fā)出低電平的指令，將 CS 端口與 P10 連接變?yōu)榈碗娖?，并且持續(xù)一段時間等到電平信號轉(zhuǎn)換完成，轉(zhuǎn)換器芯片才開始信號轉(zhuǎn)化， 單片機(jī) P12 引腳與 CLK 端相連并發(fā)出時鐘脈沖指令， DI 端則與單片機(jī) P13 引 腳相連，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)信號輸入。 圖 ADC0832 與單片機(jī)的連接圖 燃?xì)獗O(jiān)測模塊設(shè)計 MQ5 傳感器 MQ5 構(gòu)造主要包括微型 AL2O3 陶瓷管、 SnO2 敏感層和一小塊加熱器 。 MQ5 數(shù)據(jù)如表 、表 所示。 MQ5 的電阻變化就是在該過程中實現(xiàn)的。在氣體濃度適當(dāng)?shù)那闆r下，傳感器的電阻值與氣體濃度接近成反比，可用以下公式表示： ???? = ??[??]??? (31) 式中： Rs— 傳感器電阻； A — 常數(shù)； [C]— 氣體濃度； α— 曲線斜率。 AC or DC RL 負(fù)載電阻可調(diào) RH 加熱電阻 31Ω177。 2℃； 65%177。 VH: 177。具體接線如 圖 所示。具體如 圖 所示。復(fù)位命令就是處理器返回開始狀態(tài)，然后再一次執(zhí)行開始命令。如 圖 所示。如果檢測到溫濕度發(fā)生變化， LCD 顯示器立即做出相應(yīng)變化，以達(dá)到實時顯示的目的。 圖 單片機(jī)顯示電路 X T A L 218X T A L 119A L E30EA31P S E N29RS T9P 0 .0 /A D 039P 0 .1 /A D 138P 0 .2 /A D 237P 0 .3 /A D 336P 0 .4 /A D 435P 0 .5 /A D 534P 0 .6 /A D 633P 0 .7 /A D 732P 1 .0 /T 21P 1 .1 /T 2 E X2P 1 . 23P 1 . 34P 1 . 45P 1 . 56P 1 . 67P 1 . 78P 3 .0 /R X D10P 3 .1 /T X D11P 3 .2 /I NT 012P 3 .3 /I NT 113P 3 .4 /T 014P 3 .7 / R D17P 3 . 6 / W R16P 3 .5 /T 115P 2 .7 /A 1 528P 2 .0 / A 821P 2 .1 / A 922P 2 .2 /A 1 023P 2 .3 /A 1 124P 2 .4 /A 1 225P 2 .5 /A 1 326P 2 .6 /A 1 427U1A T 8 9 S 5 2V C CR11 0 kC31 0 u FG NDG ND234567891R P 1RE S P A C K 8V C CD714D613D512D411D310D29D18D07E6RW5RS4VSS1VDD2VEE3L C D 1L M 0 1 6 LX T A L 218X T A L 119A L E30EA31P S E N29RS T9P 0 .0 /A D 039P 0 .1 /A D 138P 0 .2 /A D 237P 0 .3 /A D 336P 0 .4 /A D 435P 0 .5 /A D 534P 0 .6 /A D 633P 0 .7 /A D 732P 1 .0 /T 21P 1 .1 /T 2 E X2P 1 . 23P 1 . 34P 1 . 45P 1 . 56P 1 . 67P 1 . 78P 3 .0 /R X D10P 3 .1 /T X D11P 3 .2 /I NT 012P 3 .3 /I NT 113P 3 .4 /T 014P 3 .7 / R D17P 3 . 6 / W R16P 3 .5 /T 115P 2 .7 /A 1 528P 2 .0 / A 821P 2 .1 / A 922P 2 .2 /A 1 023P 2 .3 /A 1 124P 2 .4 /A 1 225P 2 .5 /A 1 326P 2 .6 /A 1 427U1A T 8 9 C5 2 11 報警模塊設(shè)計 聲報警功能是由單片機(jī) 引腳控制，蜂鳴器實現(xiàn)聲報警功能。聲光報警電路圖如 圖 所示。 程序設(shè)計流程 溫濕度測量模塊 與溫濕度測量電路設(shè)計相對應(yīng)來設(shè)計軟件模塊，將 DHT11 傳感器感應(yīng)到的 實測值，通過微處理器進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號顯示在數(shù)碼管上。如 果下次監(jiān)測得到的實測值在此范圍內(nèi)，則二極 管報警電路停止工作。微處理器和溫濕度傳感器交互中： 總線保持在高電壓位置，主控制器會將電壓降低以此等候溫濕度傳感器的回響。 13 開 始初 始 化溫 度 值 是 否 超出 預(yù) 設(shè) 值結(jié) 束延 時采 集 溫 濕 度 值讀 取 溫 濕 度 值數(shù) 值 轉(zhuǎn) 換傳 送 數(shù) 碼 管驅(qū) 動 光 報 警YN 圖 溫濕度測量模塊流程圖 燃?xì)獗O(jiān)測模塊 如果燃?xì)鉂舛瘸^預(yù)設(shè)好的值的時候，微處理器 AT89S52 通過 CHO 引腳將數(shù)字量轉(zhuǎn)變成模擬 量，觸發(fā) 光警戒系統(tǒng) 當(dāng) 燃?xì)鉂舛鹊陀谠O(shè)定的值， 光報警程序 停止工作。 開 始初 始 化采 樣 數(shù) 據(jù) 設(shè) 定 值延 時 程 序氣 體 濃 度 采 樣A / D 轉(zhuǎn) 換采 樣 數(shù) 據(jù) 設(shè) 定 值光 報 警 程 序采 樣 數(shù) 據(jù) 設(shè) 定 值關(guān) 閉 光 報 警NNYYYN 圖 燃?xì)鈾z測模塊 15 5 系統(tǒng)調(diào)試 通過 AT89S52 控制、溫濕度傳感器 DHT11 測得數(shù)據(jù)，最終在 LCD1602 顯示器上顯示最終數(shù)值 ，并且 MQ5 傳感器具有檢測氣體及報警功能 。 實物圖，如圖 所示（顯示為“ RS： 25% TEMP： 29℃”）。住宅不僅是家庭團(tuán)聚和生活的場所，而且還是人們生活的重要物質(zhì)保障， 人們的身體是否良好和室內(nèi)環(huán)境的質(zhì)量有著不可分割的關(guān)系， 我們知道溫濕度和有害 氣體濃度是標(biāo)定環(huán)境不可或缺的參數(shù)，對其準(zhǔn)確的測量具有重要意義。 除了實現(xiàn)室內(nèi)多種 氣體的監(jiān)測以及溫濕度監(jiān)測，還具有聲報警 功能。 1． 本文將單片機(jī) 和 傳感 相結(jié)合， 實現(xiàn)了對環(huán)境溫濕度的采集與讀取功能以及氣體濃度 的報警功能， 達(dá)到 了預(yù)期檢測 效果。 3．利用蜂鳴器報警功能，當(dāng)氣體 濃度值和溫濕度值超過設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)值時， 實現(xiàn)自動報警功能。 由于時間以及條件所限，本設(shè)計還存在很多不足，當(dāng)然順著這條思路繼續(xù)往下做的話，還可以把智能控制系統(tǒng)做的更加的完善與多功能，并有望實現(xiàn)智能家居控制系統(tǒng)的設(shè)計工作。 18 致 謝 經(jīng)過 這 幾 個月的忙碌學(xué)習(xí)，本次畢業(yè) 設(shè) 計也已 接近尾聲 。 還有感 謝我的 同學(xué) 朋友 們 ，他們給了我 許多 的 鼓勵和幫助 ，也讓我的大學(xué)生活充滿了 歡聲笑語 。 這次畢業(yè)設(shè)計讓我學(xué)到了很多東西，平常根本不在意的卻恰恰很重要的東西在這個過程中讓我重新找回它。 真的是學(xué)到了很多東西，鍛煉了我的動手能力。 總之，畢業(yè)設(shè)計的整個過程讓我學(xué)到了很多，最重要的是遇到不會的煩，自暴自棄沒有用，不要害怕去問別人，或者過于害羞，不敢請教老師。懂得感恩，加油！ 19 參 考 文 獻(xiàn) ［ 1］ 刑凱．基于單片機(jī)的室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用 ［ J］． 廣西民族大學(xué)， 2022，15（