基于单片机PMC2.5空气质量温湿度检测仪系统设计报告

PM2.5空气质量检测仪,成 员：陈引 金淼 专 业：生物医学工程,目录,目的和意义,粉尘又称可以入颗粒物，它是能进入呼吸道的，直径为10um的颗粒物，对人的眼睛、鼻腔、上呼吸道都十分有害。同时这种可吸入粉尘能长驱进入肺泡且沉积时间长，可导致心肺病、心血管疾病。粉尘做为病菌的载体，一同散入空气中，极易传播疾病。因此，必须对煤矿井下粉尘进行实时检测，及时了解煤矿井下工人的劳动环境，掌握井下煤尘浓度及变化情况，为安全，防尘，降尘等措施提供必要现场数据。 因此，空气质量检测仪意义重大是现代生活中不可缺少的必备品。,系统总体设计（1）,本设计采用由STC89C52单片机最小系统、GP2Y1010AU粉尘传感器、ADC0832模数转换器模块、LCD1602液晶模块、电源模块、温湿度传感器HDT11、蜂鸣器报警模块和按键模块模块组成。单片机实时通过ADC0832转换芯片采集GP2Y1010AU粉尘传感器的粉尘的浓度，通过单片机的数据转换处理后在液晶屏上显示空气中的质量，当测量空间中的粉尘浓度大于设置粉尘浓度时，蜂鸣器和发光二极管发出声光报警。同时检测室内温湿度传感器上温度，湿度的测量值，当温度湿度的测量值大设置值上限或者小于设置值的下限值发出声光报警。粉尘的浓度报警值，温湿度的上下限报警值可以通过按键进行设置。系统总体框图如图2-1所示,空气质量检测模块,蓝牙模块,系统总体设计（2）,温湿度测量控制系统由单片机最小系统、温湿度传感器检测模块DHT11、按键模块、液晶显示模块和电源部分。温湿度检测控制的总体设计框图如图,温湿度检测模块,硬件设计,CPU设计,单片机最小系统有单片机、时钟电路、复位电路组成，时钟电路选用了11.0592MHZ的晶振提供时钟，作用为给单片机提供一个时间基准，其中执行一条基本指令需要的时间为一个机器周期，单片机的复位电路，按下复位按键之后可以使单片机进入刚上电的起始状态。,硬件设计,粉尘传感器AD模块设计,GP2Y1010AU0F是一个采用光学传感系统的灰尘传感器。该设备由红外线发光二极管（IRED）和一个光电管成对角布置而成。它通过检测空气中的尘埃的反射光。特别是，它能够有效地检测到像香烟烟雾等非常细的粒子。此外，它可以通过脉冲模拟输出区分房子内的烟雾和灰尘。,内部原理图,粉尘传感器AD模块设计,硬件设计,温湿度模块,DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能8位单片机相连接。因此该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。每个DHT11传感器都在极为精确的湿度校验室中进行校准。校准系数以程序的形式储存在OTP内存中，传感器内部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数。单线制串行接口，使系统集成变得简易快捷。超小的体积、极低的功耗，信号传输距离可达20米以上，使其成为各类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选则。产品为 4 针单排引脚封装。连接方便，特殊封装形式可根据用户需求而提供。,硬件设计,按键模块,键模块使用的是多位独立按键，按键一端接IO口，一端接地，由于单片机的IO口都有内部上拉，因此当按键没有按下的时候，IO检测到的时候高电平，当按键按下的时候，相当于IO短接地，因此这时候单片机检测到的电平为低电平，通过检测不同时刻的IO口状态就可以判断按下的是那个按键。,硬件设计,声光提示（报警）模块,本设计中声光报警电路采用NPN型S8550三极管驱动，当单片机的P13口输出低电平时，三极管的VEVBVC0。三极管的发射结正偏，集电结反偏，三几个饱和导通，此时发光二极管和蜂鸣器发出声光报警，当单片机的P13口输出高电平时，三极管截止，声光报警停止工作。,硬件设计,LED显示模块,用LCD显示一个字符时比较复杂，因为一个字符由68或88点阵组成，既要找到和显示屏幕上某几个位置对应的显示RAM区的8字节，还要使每字节的不同位为“1”，其它的为“0”，为“1”的点亮，为“0”的不亮。这样一来就组成某个字符。但由于内带字符发生器的控制器来说，显示字符就比较简单了，可以让控制器工作在文本方式，根据在LCD上开始显示的行列号及每行的列数找出显示RAM对应的地址，设立光标，在此送上该字符对应的代码即可。,硬件设计,电源模块,空气质量检测系统采用3节1.5 V干电池共4.5V做电源，经过实验验证系统工作时，单片机、传感器的工作电压稳定能够满足系统的要求，而且电池更换方便。电源接口电路如图9，其中DC5V为电池接口，SW1为电源开关，R6为二极管的限流电阻，POWER为电源指示灯，C5和C6为电源的滤波电容。,软件设计,主程序设计,单片机上电后先进行初始化，清除一些参数的初值，然后把当前的一些时间信息，例如年月日时间等参数，然后判断当前时间是否与所设定一致，一致则驱动闹钟发声，接着读取温度信息，最后把时间信息显示在液晶屏幕上，单片机在每个循环都会检测用户是否按键按键，按下则进入按键扫描子程序进行相关参数的设定。,软件设计,温湿度模块设计,软件设计,DHT11温湿度传感器模块,DHT11传感器模块的软件流程图如右图所示,软件设计,键盘扫描程序设计,当进入到扫描子函数以后，先后判断按下的按键是按键14的哪个，进行相应的操作，如果是按下按键一的时候，首先单片机判断现在是否处于闹钟闹铃状态，如果是的话，则清楚闹钟标志位，相当于取消闹钟发声，如果不是则令变量gFunctioncount加1，进入时间设置界面。,软件设计,LCD1602初始化,首先先调用液晶自定义的字库，设置好DDRAM地址后在第一行显示，根据程序中的数据设置显示数据的首地址并设置循环量，在循环过程中不断的取字符代码直到终止，第二行的显示过程同一行的显示过程一样，两行显示完毕后便结束子程序。,软件设计,温度检测,主程序的主要功能是负责温度的实时显示、读出并处理DS18B20的测量的当前温度值，温度测量每1s进行一次。这样可以在一秒之内测量一次被测温度，主程序的主要功能是负责温度的实时显示，读出并处理DS18B20的当前温度值，与设定的报警温度比较，其程序流程见图,软件设计,总结,因为我们的水平有限，此设计中也存在一定的不足。就比如说对湿度的控制方面，由于温度时刻都在发生着变化。而湿度的变化又大体上取决于温度。因而对于湿度的控制有点困难。同时由于湿度变化波动比较大。造成报警频繁，为湿度限值的设定也带来了不小的麻烦。 温湿度控制已经成为了21世纪热门研究话题之一。无论是从生产还是生活，与我们人类都是息息相关的。而智能化的控制温湿度已经发展成为一种必然。随着世界经济的发展，人们生活水平的提高以及社会的进步。我们不可能一直墨守陈规，不能在恪守以前利用人力