简易环境检测仪器的设计

i摘要本文基于单片机AT89C52，详尽讲述了简易环境检测仪器的设计，该仪器通过温湿度传感器DHT11、光敏电阻、粉尘传感器GP2Y1010AU对室内环境包括温湿度、光照度、PM2.5在内的环境参数进行简易检测。论文中着重研究和探讨了各传感器的功能及使用，以及检测系统的设计和整体布局。通过我设计的简易环境检测仪器，可以对室内环境进行简易检测，并且可以将传感器采集到的参数通过液晶显示出来，并且设计了一个报警装置，可以对采集的参数进行一个合理的允许范围，当超过范围时进行报警。通过这个仪器的设计可以让人直观的对室内环境的一些变化进行发现，当出现问题的时候从而就可以采取一些措施来进行改善。关键词：环境，检测，AT89C52，参数iiAbstractThispaperisbasedontheMCUAT89C52,detailsaboutthedesignofasimpleenvironmenttestinginstruments,environmentparametersoftheinstrumentthroughtheDHT11temperatureandhumiditysensor,aphotosensitiveresistance,dustsensorGP2Y1010AUontheindoorenvironmentincludingtemperatureandhumidity,lightintensity,PM2.5,simpledetection.Investigateanddiscussthefunctionanduseofeachsensorinthispaper,andthedetectionsystemdesignandtheoveralllayout.ThroughsimpleenvironmentalIdesigntestinginstruments,cancarryonthesimpledetectionoftheindoorenvironment,andcanbedisplayedbytheLCDparameterscollectedbythesensor,anddesignsanalarmdevice,cantotheacquisitionparametersforareasonablerangeallowed,whenovertherangeofalarm.Throughthedesignofthisinstrumentcanletapersonsomechangesontheindoorenvironmentandvisualtofind,whentheresaproblemsothattheycantakesomemeasurestoimprove.Keywords:environment;checkup;AT89C52;parameteriii目录摘要.1Abstract.2前言.3第一章绪论.41.1开发背景.41.2关于国内外环境检测的分析.41.3环境检测的任务与目标.51.4本文所作的工作.5第二章系统设计.62.1系统基本要求.62.2模块设计.6第三章硬件设计.73.1单片机AT89C52.73.2温湿度采集.83.3光照度采集.93.4PM2.5采集.113.5液晶显示.123.6报警装置.133.7总设计原理图.14第四章软件设计.154.1主程序模块.154.2传感器模块.16第五章系统调试.175.1软件调试.175.2硬件调试.175.2.1故障现象分析.175.2.2实物演示.18第六章总结与展望.21参考文献iv致谢附录：主程序0前言随着社会的发展，环境问题成为当今社会所面临的巨大挑战。现在各国面临着严重的环境问题，全球变暖、臭氧层破坏、酸雨等一系列问题。一切室内环境质量的优劣与健康都有着密切的联系。如家庭居室、大厦房间、办公室、医院的病房、学校教室及宿舍和酒店房间等场所都可以统称为室内环境。有时一眼看上去就感觉非常明亮、宽敞的房间，其实也许就已经受到了各种程度的污染，而且当室内的污染量累积到一定的量时就将对人类的身体健康构成不同程度的危害。室内环境包括温湿度、光照度、PM2.5等方面，每一个方面如果出现问题都会对居住在里面的人造成伤害。本文所要解决的就是对室内环境的简易检测，通过简易环境检测仪器的设计来对室内环境有一个清楚的了解。本文所研究的室内环境的简易检测对当今社会有着巨大的影响和作用，通过单片机对室内环境参数温湿度、光照度、PM2.5进行采集和显示，将这些参数通过LCD清楚的用数据显示出来。这些数据可以让人们对室内环境有大致了解，从而可以进行可能会出现问题的预防以及现有环境问题的改善，避免对人体造成大的伤害。全文共分为五章。第一章绪论，第二章系统模块设计方案，第三章硬件模块，第四章软件模块，第五章系统调式。1第一章绪论1.1开发背景随着社会的飞速发展，环境成为当今社会所面临的巨大问题之一。全世界都投入大量的人力物力进行环境检测和改善。现在各国面临着严重的环境问题，全球变暖、臭氧层破坏、酸雨等一系列空气污染。包括室内环境也存在着许多的问题，如家庭居室、大厦房间、办公室、医院的病房、学校教室及宿舍和酒店房间等场所都可以统称为室内环境。人们的健康与室内环境质量的优与劣有着密切的联系。室内环境是一个人为的小环境，人们每天在里面进行聚会、休息、学习和工作等活动。室内的环境质量，直接或间接影响着居民的健康率和死亡率。虽然当今社会人们对环境的保护越来越重视，然而还是有许多人并没有完全意识到室内环境质量对健康的影响到底有多大。每天的大部分时间人们都在室内工作、学习和生活，其中一些老人和儿童在室内停留的时间更长，也就是说他们所受的的环境困扰就更大。因此，室内环境对于人类的健康和儿童的生长发育至关重要。有时一眼看上去就感觉非常明亮、宽敞的房间，其实也许就已经受到了各种程度的污染，而且当室内的污染量累积到一定的量时就将对人类的身体健康构成不同程度的危害。所以，我们要加强对室内环境的检测，预防和解决室内环境可能发生的变化刻不容缓。1.2关于国内外环境检测的分析西方国家由于工业革命，发展的时间远远早于我们，所以西方各国在比较早的时间内就能注意到工业化的进程带来的环境污染，因此西方各个国家在很早就注意加强环境检测工作的实施。现今，我国环境检测工作也已经得到国家的全面重视。但是由于起步晚的原因，技术水平较发达国家相比落后较多，因此同发达国家相比我国对环境检测工作的开展还是存在着比较大的差距。但随着如今中国改革开放的全面开展，越来越多的社会群众开始关注环境污染问题，于是，政府部门开始大力重视环境检测工作，并且，大量的社会环保人士也积极的加入进来。虽然国家重视环境检测，但是，这并不能完全解决环境问题，在检测过程中存在着一些问题，如：(1)结果分析不够透彻对于检测获得的数据，往往只进行简单的分析，而并没有进一步的进入深入分析。这使得庞大的数据并没有受到良好应用，不能将数据的作用完全发挥出来。2(2)检测能力不强尽管中国的环境检测技术已经成熟，但与国外同类技术相比仍然存在较大的差距，在过程中的实际应用，环境检测机构的环境监测设备不能得到良好的更新，甚至一些设备的存在较大的误差，导致环境检测机构不能良好的开展监测工作。而且在检测过程中我们发现现今的环境问题越来越多，使得我们对人员的需求增加。1.3环境检测的任务与目标环境检测是通过对人类和环境有着特定影响的各种物质的含量以及排放量的检测，确定追寻环境质量的变化，确定环境质量的水平，为环境管理和污染治理等工作的顺利开展提供基础和保证。也就是说，了解环境的水平，进行环境检测，是我们开展一切环境工作的前提。环境检测通常包括调查背景、确定方案、优化布点、现场取样、分析实验、数据收集、综合分析等过程。环境检测主要是能够准确、及时并且全面地反映环境质量的现状和其发展趋势，为管理环境、控制污染源、规划环境等方面提供科学依据。环境检测的任务和目标大致可以分为以下几点：(1)通过环境质量标准从而来进行环境质量的评价。(2)通过污染特点、分布情况以及环境条件，来追寻污染源、提供污染的变化趋势，从而为实现监督管理，为实现污染的控制提供依据。(3)积累长期检测资料，为研究环境容量、实施总量控制、目标管理、预报环境质量提供数据。(4)为了保护人类健康和环境，合理的使用自然资源、制定环境法规、标准、规划等服务。1.4本文所作的工作本课题主要通过单片机来实现对温度、湿度、光照度、PM2.5的检测和显示。针对不同的参数使用不同的传感器和程序，通过AT89C52单片机和LCD来实行各参数的采集和显示。将各类参数集中在一起显示，可以直观的看出室内环境变换，从而起到预警的作用。3第二章系统设计2.1系统基本要求我所设计的基于单片机AT89C52的简易环境检测系统包括：单片机模块、温室度采集模块、光照度采集模块、PM2.5采集模块、LCD液晶显示模块、报警模块。并且运用C语言程序，通过合理的编辑和使用来完成程序，最后进行调试、仿真来达到系统要求，最终的效果就是可以在LCD液晶上显示所采集的各个参数，并且当所测参数超过阀值时能够进行报警。2.2模块设计通过对单片机的编程控制，将系统的其他各个模块连接至单片机的对于I/O端口上，整体结构图2-2如下：单片机采集温湿度采集光照度采集PM2.5液晶显示报警（蜂鸣器、指示灯）图2-2硬件模块结构采集温湿度运用温湿度传感器DHT11，采集光照度运用光敏电阻，采集PM2.5运用粉尘传感器GP2Y1010AU，液晶显示运用的是LCD1602。运用单片机通过温湿度传感器DHT11、光敏电阻、粉尘传感器GP2Y1010AU将采集到的温湿度、光照度、PM2.5参数集中显示到LCD液晶上。4第三章硬件设计3.1单片机AT89C52我采用的单片机是美国ATMEL公司生产的AT89C52，它是一种具有高性能，低电压的CMOS8位单片机，我采用它是因为它的片内含有可反复擦写的8kbytes只读程序存储器（PEROM）和256bytes的随机存取数据存储器（RAM），它还含有32个可编程的IO口线，16位定时计数器有3个，跟其他的不一样，完全符合我设计的需求，中断源也有8个，在掉电和空闲的模式下，它的消耗非常低。该单片机的生产采用的是属于美国ATMEL公司的高密度和非易失性存储技术，它能够与标准MCS-51指令系统及8052产品引脚兼容，里面具有CPU（8位中央处理器）和Flash存储单元，它具有非常强大的功能，并且在很多具有比较复杂控制的应用场合都可以使用这种AT89C52单片机。AT89C52端口引脚如图3-1图3-1AT89C52引脚图P0口：P0口是一组8位漏极开路型双向IO口，即地址数据总线复用口。P1口：P1是一个带内部上拉电阻的8位双向IO口，P1的输出缓冲级可驱动4个TTL逻辑门电路。P2口：P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向IO口，P2的输出缓冲级可驱动4个TTL逻辑门电路。P3口：P3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向IO口。P3的输出缓冲级驱动4个TTL逻辑门电路。P3.5（T1）：定时计数器1外部输入。：外部数据存储器写选通。WR：外部数据存储器读选通。DVPP：外部访问允许。当端保持低电平（接地）时，CPU只能访问外部EAEA程序存储器（地址为0000HFFFFH）。当端保持高电平（接Vcc端），那么CPU5则执行内部程序存储器中的指令。XTAL1：振荡器反相放大器和内部时钟发生器的输入端。XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。3.2温湿度采集本次设计采用的是DHT11数字温湿度传感器，这种传感器是一款温湿度复合传感器，它包含已校准数字信号输出。为了保证产品具有相当高的可靠性和优越的长久稳定性，它应用特定的数字模块采集技术还有温湿度传感技术。一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件组成了这种传感器，并且连接一个具有高性能的8位单片机。因此产品具有非常多的优点，像品质卓越、快速响应、强抗干扰能力、极高的性价比等。DHT11传感器是在非常精确的温湿度校验室中进行校准。校准系数通过程序的形式储存在OTP内存中，并且传感器内部在检测信号的处理过程中调用这些校准系数。它的接口是单线制串行接口，这样子就可以使得系统集成变得更加快捷简易，而且它具有非常小的体积、非常低的功耗，更是拥有可以达到20米以上的信号的传输距离，这些特点让它成为各类应用或者更为苛刻的应用场合的最佳选择。该产品的封装是4针单排引脚封装。连接方便，而且它的特殊封装形式可根据用户需求而提供。实物图如图3-2图3-2DHT11实物图传感器技术参数如表3：表3传感器技术参数表供电电压3.35.5VDC输出单总线数字信号测量范围湿度20-90%RH/温度0-50测量精度湿度5%RH/温度2分辨率湿度1%RH/温度1互换性可完全互换长期稳定性=300)flag_300ms=0;if(menu_1=