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基于單片機(jī)的室內(nèi)甲醛檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案-在線瀏覽

2025-06-29 23:05本頁面
  

【正文】 2信號放大按鍵AD轉(zhuǎn)換報(bào)警本系統(tǒng)以單片機(jī)為控制中心,利用甲醛傳感器采集室內(nèi)甲醛含量的數(shù)據(jù),傳感器采集的數(shù)據(jù)經(jīng)外圍放大電路放大,此放大信號經(jīng)AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為單片機(jī)可識別的信號,信號經(jīng)由單片機(jī)處理顯示在LCD上,當(dāng)超標(biāo)時(shí)單片機(jī)控制報(bào)警電路報(bào)警。 系統(tǒng)主要模塊介紹 數(shù)據(jù)采集模塊在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中,由甲醛傳感器出來的電流信號必須經(jīng)過放大,轉(zhuǎn)換才能被單片機(jī)識別和處理。數(shù)據(jù)采集電路如下圖所示:對于本設(shè)計(jì)要求顯示所檢測到的甲醛含量,所以在硬件設(shè)計(jì)中會有液晶顯示的設(shè)計(jì),最初所使用的液晶顯示器為LCD1602液晶顯示器,隨著設(shè)計(jì)的深入發(fā)現(xiàn)1602顯示器由若干個(gè)5X7點(diǎn)陣組成,只能顯示簡單的漢字,不能滿足本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。12864是一種圖形點(diǎn)陣液晶顯示器,它主要由行驅(qū)動(dòng)器/列驅(qū)動(dòng)器及128X64全點(diǎn)陣液晶顯示器組成,可完成圖形顯示也可以顯示8X4個(gè)漢字(16X16點(diǎn)陣)。 12864引腳說明表管腳名稱管 腳 定 義VSS電源地VDD電源電壓+5VV0對比度調(diào)節(jié)R/S指令數(shù)據(jù)信道R/W讀寫選擇E使能選擇DB0DB7數(shù)據(jù)線CS1片選1 H:選擇芯片(右半屏)信號CS2片選2 H:選擇芯片(左半屏)信號/RET復(fù)位信號 低電平復(fù)位VOUT液晶驅(qū)動(dòng)電源LED+LED背光正電源LEDLED接地端LCD12864液晶顯示模塊與計(jì)算機(jī)的接口電路有兩種方式。直接訪問方式是把液晶模塊作為內(nèi)存或I/O設(shè)備直接接在單片機(jī)的總線上,單片機(jī)以訪問內(nèi)存或I/O設(shè)備的方式操作液晶顯示模塊的工作。即將液晶顯示模塊的數(shù)據(jù)線與單片機(jī)的P0口連接作為數(shù)據(jù)總線,另外三根時(shí)序控制信號線通常利用單片機(jī)的P2口中未被使用的I/O口來控制。本系統(tǒng)采用間接控制方式。字符顯示:字符顯示比較復(fù)雜,一個(gè)字符由16x8點(diǎn)陣組成,即要找到和顯示屏是某幾個(gè)位置對應(yīng)的RAM區(qū)的字節(jié),再使不同的位置為‘1’其它的為‘0’;為‘1’的點(diǎn)亮,為‘0’的不亮,這樣就顯示出一個(gè)字符。根據(jù)在LCD上開始顯示的行列號及每行的列數(shù)就可以找出顯示RAM的對應(yīng)地址,送上漢字要顯示的第一字節(jié),以此類推,最后送完32B,這樣漢字就顯示出來了。所用的字模提取軟件可以上網(wǎng)下載,軟件中有取模方式選擇能直接選擇51單片機(jī)所需的C51格式。由于本系統(tǒng)所需的報(bào)警電路只要求提醒人們注意甲醛含量超標(biāo),所以我們可以選擇比較簡單和低功耗的蜂鳴報(bào)警方式。實(shí)現(xiàn)單頻音報(bào)警的接口電路比較簡單,其發(fā)音組件通常可采用壓電蜂鳴器,當(dāng)在蜂鳴器兩引腳上加3~15V直流工作電壓,就能產(chǎn)生3kHZ左右的蜂鳴振蕩音響。壓電式蜂器,約需10mA的驅(qū)動(dòng)電流,可在某I/O口接上一只三極管和電阻組成的驅(qū)動(dòng)電路來驅(qū)動(dòng)。 5V P14 AT89C522222下圖為報(bào)警電路接線圖: 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊由于甲醛傳感器放大的電壓信號不能直接被單片機(jī)接收處理,這個(gè)電壓信號必須經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號才能被MCU接收和處理。模擬量可以是電壓、電流等電信號,也可以是壓力、溫度、濕度、位移、聲音等非電信號。常用的幾種A/D轉(zhuǎn)換器類型為:積分型、逐次逼近型、并行比較型/串并行型、ΣΔ調(diào)制型、電容數(shù)組逐次比較型及壓頻變換型。由于逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換具有速度,分辨率高等優(yōu)點(diǎn),而且采用這種方法的ADC芯片成本低,所以我們采用逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器。逐次逼近型是將采樣信號和已知電壓不斷進(jìn)行比較,一個(gè)時(shí)鐘周期完成1位轉(zhuǎn)換,依次類推,轉(zhuǎn)換完成后,輸出二進(jìn)制數(shù)。優(yōu)點(diǎn)是分辨率低于12位時(shí),價(jià)格較低,采樣速率也很好。ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換器具有8位分辨率、雙信道A/D轉(zhuǎn)換、輸入輸出電平與TTL/CMOS相兼容、5V電源供電時(shí)輸入電壓在0~5V之間、工作頻率為250KHZ 、轉(zhuǎn)換時(shí)間為32 微秒、一般功耗僅為15MW等優(yōu)點(diǎn)。C to +70176。C to +85176。CH0仿真輸入通道0,或作為IN+/使用。GND芯片參考0點(diǎn)位(地)。DO數(shù)據(jù)信號輸出,轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出。Vcc/REF電源輸入及參考電壓輸入(復(fù)用)。其內(nèi)部電源輸入與參考電壓的復(fù)用,使得芯片的模擬電壓輸入在0~5V之間。獨(dú)立的芯片使能輸入,使多器件掛接和處理器控制變的更加方便。單片機(jī)對ADC0832的控制原理:正常情況下ADC0832 與單片機(jī)的接口應(yīng)為4條數(shù)據(jù)線,分別是CS、CLK、DO、DI。當(dāng)ADC0832未工作時(shí)其CS輸入端應(yīng)為高電平,此時(shí)芯片禁用,CLK 和DO/DI 的電平可任意。此時(shí)芯片開始轉(zhuǎn)換工作,同時(shí)由處理器向芯片時(shí)鐘輸入端CLK 輸入時(shí)鐘脈沖,DO/DI端則使用DI端輸入信道功能選擇的數(shù)據(jù)信號。在第3個(gè)脈沖下沉之前DI端應(yīng)輸入2 位數(shù)據(jù)用于選擇信道功能。本設(shè)計(jì)選用基于電化學(xué)原理的甲醛傳感器,其原理是空氣中的甲醛在電極下發(fā)生氧化反應(yīng),產(chǎn)生的擴(kuò)散電極電流與空氣中的甲醛濃度成正比,通過檢測放大電路和放大倍數(shù)的調(diào)整經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后送單片機(jī)。這樣方便人們能直觀的讀出當(dāng)前室內(nèi)所含甲醛的含量,更能在含量超標(biāo)是及時(shí)的報(bào)警提示。與匯編相比,C語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢,因而易學(xué)易用。而且,實(shí)現(xiàn)的功能越來越強(qiáng)大,這些因素都助長了C在MCU編程中的應(yīng)用。Keil是美國Keil Software公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語言軟件開發(fā)系統(tǒng),Keil提供了包括C編輯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案,通過一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境(uVision)將這些部分組合在一起。Keil的優(yōu)點(diǎn):Keil C51生成的目標(biāo)代碼效率非常之高,多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊,容易理解。Keil C51軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具,全windows接口。主要是檢測與顯示,數(shù)據(jù)存儲。:顯示主菜單讀鍵開始初始化CPU初始化LCD A/D轉(zhuǎn)換流程圖A/D轉(zhuǎn)換模塊的主要功能就是將傳感器的放大信號轉(zhuǎn)換為MCU能識別的數(shù)字信號,A/:開始初始化芯片讀取兩個(gè)字節(jié)多次采樣送顯示結(jié)束 A/D轉(zhuǎn)換流程圖 LCD顯示流程圖LCD顯示模塊的軟件部分主要作用就是在LCD屏上顯示整個(gè)系統(tǒng)的開機(jī)畫面,各個(gè)菜單,以及顯示檢測出的甲醛濃度等功能,LCD : LCD顯示流程圖 按鍵流程圖按鍵是顯現(xiàn)人機(jī)對話的一個(gè)控制按鈕,按鍵模塊的軟件主要是實(shí)現(xiàn)通過按鍵對系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)送操作指令。NN按鍵程序入口 按鍵按下?延時(shí)按鍵釋放?鍵值傳送 NN 5 系統(tǒng)仿真本系統(tǒng)采用的仿真軟件是Proteus 軟件。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能,還能仿真單片機(jī)及外圍器件。雖然目前國內(nèi)推廣剛起步,但已受到單片機(jī)愛好者、從事單片機(jī)教學(xué)的教師、致力于單片機(jī)開發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計(jì)平臺,其處理器模型支持805HC1PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC3AVR、ARM、8086和MSP430等,2010年增加了Cortex和DSP系列處理器,并持續(xù)增加其它系列處理器模型。Proteus的功能特點(diǎn):1.原理部圖2.PCB自動(dòng)或人工布線3.SPICE 電路仿真4.互動(dòng)的電路仿真用戶甚至可以實(shí)時(shí)采用諸如RAM,ROM,鍵盤,馬達(dá),LED,LCD,AD/DA,部分SPI器件,部分IC器件。還可以直接在基于原理圖的虛擬原型上編程,再配合顯示及輸出,能看到運(yùn)行后輸入輸出的效果。以下是甲醛測試系統(tǒng)的仿真結(jié)果:1.編譯結(jié)束,添加HEX文件單擊p
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