基于单片机空气质量检测仪设计毕业设计;

1、基于单片机空气质量检测仪设计摘要随着我国经济的发展，人民生活水平的提高，人们对环境问题及健康问 题日益重视，室内空气品质（IAQ）状况受到越来越多的关注。人的一生中有 三分之二的时间是在居室内度过的。本文研究的室内便携式智能空气品质监 测仪是以室内空气中有毒有害气体的监测监控为背景，是以STC工公司的一款8位超低功耗单片机 STC90C51为控制核心，能够实现对室内温度，湿度,VOC气体的实时采集处理、显示、报警等功能。仪器采用锂电池供电，具有 良好的便携性和通用性，并且使用LCD1602点阵式液晶屏显示菜单，有良好的人机对话界面。 同时设计了声光报警系统，实现在参数超标时及时的报警。室内智能

2、空气品质监测仪体积小，功耗低，操作简单，适合应用于家庭和社 区的医疗健康保健，能够实时知道室内空气的质量。矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。关 键词：STC90C51，室内空气品质， LCD显示，温湿度， VOC气体BASED ON SINGLE CHIP MICROCOMPUTER AIRQUALITY TESTER DESIGN聞創沟燴鐺險爱氇谴净。ABSTRACTWe paid more attention to the environment and health problems especially, in door air quality (IAQ) con diti ons with th

3、e developme nt of the n ati onal economy and the improvement of peoples living standard. In that, about two-thirds of peoples life spe nt in the house. In this paper, In door Air Quality Portable Intelligent Monitor which will be studied in this paper, is on the background of toxic and harmful gases

4、, and based on an STC 8-bit working ultra-low power MCU STC90C51 as control core. It can process, display, and alarm the real-time acquisiti on in door temperature, humidity, VOC gas and so on.残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。The instrument is powered by lithium batteries with a good portability and versatility. What mor

5、e, it uses the LCD1602 dot matrix LCD screen to display menu, and has a good in teractive in terface. At the same time sound and light alarm system is designed to achieve a timely manner when the parameter level exceeds the limit. With the features of small size, low power consumption, operat ing ea

6、sily, In door Air Quality Portable In tellige nt Mon itor is suitable for family and com mun ity health care for its real-time acquisiti on of in door air quality.酽锕极額閉镇桧猪訣锥。KEY WORDS : STC90C51, IAQ, LCD display, Temperature and humidity, VOC gas彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑。、八、亠/前U言 1謀荞抟箧飆鐸怼类蒋薔。第1章 本课题的主要研究内容、方法及总体设

7、计3厦礴恳蹒骈時盡继價骚。 1.1课题设计的内容 .3茕桢广鳓鯡选块网羈泪。 1.2课题设计的方法.3鹅娅尽損鹌惨歷茏鴛賴。第2章空气质量检测仪的硬件设计5籟丛妈羥为贍债蛏练淨。 2.1空气质量检测仪系统简介5預頌圣鉉儐歲龈讶骅籴。 2.1.1系统硬件结构及原理.5渗釤呛俨匀谔鱉调硯錦。 2.2 STC90C51单片机简介.5铙誅卧泻噦圣骋贶頂廡。 2.2.1 STC90C51主要性能参数:6擁締凤袜备訊顎轮烂蔷。 2.2.2时钟电路模块 .7贓熱俣阃歲匱阊邺镓騷。 2.2.3复位电路模块 .7坛搏乡囂忏蒌鍥铃氈淚。 2.3传感器的选用 8蜡變黲癟報伥铉锚鈰赘。 2.3.1气体传感器 .8買鯛

8、鴯譖昙膚遙闫撷凄。 2.3.2 温湿度传感器 .10綾镝鯛駕櫬鹕踪韦辚糴。 2.4模数转换电路设计 .17驅踬髏彦浃绥譎饴憂锦。 2.5声光报警电路设计 .18猫虿驢绘燈鮒诛髅貺庑。 2.6液晶显示电路设计 .19锹籁饗迳琐筆襖鸥娅薔。 2.6.1 LCD1602的基本参数及引脚功能.20構氽頑黉碩饨荠龈话骛。 2.6.2LCD1602的指令说明及时序.21輒峄陽檉簖疖網儂號泶。 2.6.31602LCD的RAM地址映射及标准字库表贅。24尧侧閆繭絳闕绚勵蜆 2.6.4LCD1602的一般初始化过程 .24识饒鎂錕缢灩筧嚌俨淒。 2.7按键电路设计 25凍鈹鋨劳臘错痫婦胫籴。 2.8电路电源设

9、计26恥諤銪灭萦欢煬鞏鹜錦。 2.9本早小结26鯊腎鑰诎褳鉀沩懼統庫。第3章空气质量检测仪的软件设计.27硕癘鄴颃诌攆檸攜驤蔹。 3.1系统软件设计思路27阌擻輳嬪諫迁择植秘騖。 3.1.1编程语言的选择.27氬嚕躑竄贸恳彈濾颔澩。 3.1.2软件功能需求28釷鹆資贏車贖孙滅獅赘。 3.2软件模块设计29怂阐譜鯪迳導嘯畫長凉。 3.2.1主程序模块29谚辞調担鈧谄动禪泻類。 3.2.2AD转换模块30嘰觐詿缧铴嗫偽純铪锩。 3.2.3液晶显示模块.30熒绐譏钲鏌觶鷹緇機库。 3.2.4声光报警模块.31鶼渍螻偉阅劍鲰腎邏蘞。 3.2.5按键模块31纣忧蔣氳頑莶驅藥悯骛。 3.3本章小结.31颖

10、刍莖峽饽亿顿裊赔泷。第4章仿真调试.32濫驂膽閉驟羥闈詔寢賻。 4.1系统硬件调试32銚銻縵哜鳗鸿锓謎諏涼。 4.1.1常见的硬件故障.32挤貼綬电麥结鈺贖哓类。 4.1.2硬件调试方法.33赔荊紳谘侖驟辽輩袜錈。 4.2系统软件调试34塤礙籟馐决穩賽釙冊庫。 4.3本章小结.35裊樣祕廬廂颤谚鍘芈蔺。结论.36仓嫗盤紲嘱珑詁鍬齊驚。绽萬璉轆娛閬蛏鬮绾瀧。1主要结论362展望36参考文献 致谢附 录附录一 40附录二41骁顾燁鶚巯瀆蕪領鲡赙。38瑣钋濺暧惲锟缟馭篩凉。39鎦诗涇艳损楼紲鯗餳類。40栉缏歐锄棗鈕种鵑瑶锬。辔烨棟剛殓攬瑤丽阄应。峴扬爛滾澗辐滠兴渙藺。一、课题研究的目的及意义空气质量

11、的好坏反映了空气污染程度，它是依据空气中污染物浓度的高低来判断的。来自固定和流动污染源的人为污染物排放大小是影响空气质量的最主要因素之一。空气质量检测种类包括装修污染、办公室内空气检测、作业场所有害物质检测、食堂油烟检测、锅炉大气及工业窑炉检测及工厂排放工业废气检测。詩叁撻訥烬忧毀厉鋨骜。当今，人类正面临煤烟污染”、光化学烟雾污染”之后，又出现了 室内空气污染”为主的第三次环境污染。美国专家检测发现，在室内空气中存在 500多种挥发性有机物，其中致癌物质就有20多种，致病病毒200多种。危害较大的主要有：氡、甲醛、苯、氨以及酯、三氯乙烯等。大量触目惊心的事实证 实，室内空气污染已成为危害人类健

12、康的隐形杀手”，也成为全世界各国共同关注的问题。据统计，全球近一半的人处于室内空气污染中，室内环境污 染已经引起35.7%的呼吸道疾病，22%的慢性肺病和15%的气管炎、支气管炎 和肺癌。 则鯤愜韋瘓賈晖园栋泷。本课题主要研究设计基于量化检测的“空气质量检测仪”系统，此系统旨在实现室内空气温度、湿度、有害气体的预警监测，有利于进行全方位的 评价室内空气质量，为人类营造一个健康的室内生存空间。空气质量检测仪 体积小，功耗低，操作简单，适合应用于家庭和社区的医疗健康保健，能够 实时知道室内空气的质量。 胀鏝彈奥秘孫戶孪钇賻。二、国内外的研究状况气体传感器测定甲醛成为近年来甲醛检测研究的新热点。早在

13、1983年，压电类甲醛传感器就已问世。这种传感器可以不需要对样品进行任何处理就 可以测定，但易受水分子的影响而使晶体震动频率发生漂移，故基本无实用 性。为适应室内空气甲醛现场快速检测的要求，目前已开发出不少甲醛快速 测定仪，这些仪器可直接在现场测定甲醛浓度，操作方便，适用于室内和公 共场所空气中甲醛浓度的现场测定，也适用于环境测试舱法测定木质板材中 的甲醛释放量。但这些仪器的工作原理、响应性能、适应范围等都不同。鳃 躋峽祷紉诵帮废掃減。在测试甲醛、苯等害气体方面，国外比较出名的有：美国ESC公司生产的Z 一 300甲醛检测仪、 英国PPM公司生产的PPM-400甲醛检测仪；国内的 有:江苏安普

14、电子工程有限公司生产的400型甲醛分析仪、北京宾达绿创科技有限公司生产的甲醛测定仪抑一308等。稟虛嬪赈维哜妝扩踴粜。这些仪器可实现对有害气体的检测功能，适用于专业检测机构或实验研 究机构。准确测定甲醛、苯、氨等有害气体的设备昂贵（如英国PPM公司生产的PPM400甲醛仪约两万多元），测定时间较长，每隔一段时间就需进行重 新标定，需要专业人员进行操作，很难连续测定；目前国内外产品的设计差 异主要集中在监测传感器和控制单片机芯片的选用，操作方面国外的产品操 作界面方便，功能加完备。陽簍埡鮭罷規呜旧岿錟。14第1章 本课题的主要研究内容、方法及总体设计1.1课题设计的内容 沩氣嘮戇苌鑿鑿槠谔應。以

15、单片机为核心，选择合适的传感器，实现对空气质量的检测。1.2课题设计的方法查阅相关资料，应用电脑软件进行仿真、调试，制作硬件设备，在实际 环境中测试并进行修改、调试，直至达到课题要求。钡嵐縣緱虜荣产涛團蔺。1.3总体方案设计本设计集VOC气体及温湿度监测，显示与报警于一体，利用MCU进行数据采集保证了前台数据的及时、准确，有利于进行全方位的评价。仪器采 用锂电池供电，具有良好的便携性和通用性，并且使用LCD点阵式液晶屏显示菜单，有良好的人机对话界面。懨俠劑鈍触乐鹇烬觶騮。1.3.1系统匡图气体传感显示模块数字式温湿度传主控制器电源I声光报警(:/输入键盘图1-1系统总框图132功能设定（1）显

16、示部分采用 LCD1602显示屏，循环显示各项测量值的上下限及实际 浓度、实际温度、湿度。并在按键选择情况下连续显示一个测量值的 变化。 謾饱兗争詣繚鮐癞别濾。（2）当有害气体浓度超出安全范围时进行声光报警。（3）按键操作可进行测量值范围的调整，及手动和自动测量的转换。第2章空气质量检测仪的硬件设计2.1空气质量检测仪系统简介基于STC90C51的室内便携式智能空气质量监测仪是以室内空气中有毒 有害气体的监测监控为背景，能够实现对室内温度，湿度，VOC气体的实时采集处理、显示、报警等功能。仪器采用锂电池供电，具有良好的便携性和 通用性，并且使用 LCD点阵式液晶屏显示菜单，有良好的人机对话界面

17、。同 时设计了声光报警系统，实现在参数超标时及时的报警。室内智能空气品质 监测仪体积小，功耗低，操作简单，适合应用于家庭和社区的医疗健康保健， 能够实时知道室内空气的质量。呙铉們欤谦鸪饺竞荡赚。2.1.1系统硬件结构及原理本文研究的室内便携式智能空气品质监测仪是以STC工公司的一款8位超低功耗单片机 STC90C51为控制核心。室内空气中有害气体通过传感器输 出一个与气体浓度相对应的电压信号，该信号经过 A/D转换电路按一定得采样频率将模拟信号转换为数字信号送入单片机进行数据采集以便进行显示处 理，温湿传感器直接与单片机相连。单片机对采样值进行数字处理后驱动液 晶显示器分别显示出被测室内空气中

18、的VOC气体浓度值及温湿度。若被测室内空气中 VOC气体的浓度有超过国家标准或设定的危险值或温湿度超出 设定范围时报警电路对应的发出声光报警信号。莹谐龌蕲賞组靄绉嚴减。2.2 STC90C51单片机简介随着计算机技术的发展，单片机因具有集成度高、体积小、速度快、价 格低等特点而在许多领域如过程控制、数据采集、机电一体化、智能化仪表、 家用电器以及网络技术等方面得到广泛应用，从而使这些领域的技术水平、 自动化程度大大提高。根据上述几方面及本课题的实际情况，单片机型号的 选择主要从以下两点考虑：麸肃鹏镟轿騍镣缚縟糶。一是要有较强的抗干扰能力。由于一般室内电子电器产品比较多，这对单片机的干扰较大，所

19、以应采用抗干扰性能较好的单片机机型。納畴鳗吶鄖禎銣腻鰲锬。二是要有较高的性价比。由于高度的通用性和出色的稳定性，本系统采用宏晶公司产的低功耗，高性能 CMOS 8位单片机的STC90C51作为控制器。 片内含4k bytes的可系统编程的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准8051指令系统及引脚。它集Flash程序存储器既可在线编程（ISP）也可用传统方法进行编程及通用8位微处理器于单片芯片中，可提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领 域。風撵鲔貓铁频钙蓟纠庙。2.2.1STC90C51主要性能参数：1、与MCS.51产品指令系统

20、完全兼容2、4k字节在系统编程（ISP）Flash闪速存储器3、1000次擦写周期4、4.0-5.5V的工作电压范围5、 全境态工作模式：0Hz-33MHz6三级程序加密锁7、128X8字节内部RAM8、32个可编程I/O口线9、2个16位定时器/计数器10、6个中断源11、全双工串行UART通道12、低功耗空闲和掉电模式13、中断可从空闲模唤醒系统14、看门狗（wDT）及双数据指针15、掉电标识和快速编程特性16、灵活的在线系统编程STC90C51芯片管脚如图 2-1。DO dT dTIB4用：11 胆I?LH)2 ltfKnur 3MZ2 sF1-J F11 M2HJP14P15 P1C

21、P17 RSTTJTO PM間P11RW Piimio M.llNTt FUTO 卩QT PE孤 PJ7RD XIU2 XIAL1 GKDEAA升.AJ.EPF.ciu P回P14F2JP2.0；上4 /2LIZ31rLCDE27j? y：i31 F3B亨卫2? F21 ?i ra图2-1 STC90C51引脚布置2.2.2时钟电路模块时钟时钟电路由一个晶体振荡器12MHZ和两个30pF的瓷片电容组成电路用于产生单片机工作所需要的时钟信号，而时序所研究的是指令执行中 各信号之间的相互关系。单片机本身就如一个复杂的同步时序电路，为了保 证同步工作方式的实现，电路应在唯一的时钟信号控制下严格地工作

22、。其电 路如图2-2所示： 灭暧骇諗鋅猎輛觏馊藹。223复位电路模块复位电路是使单片机的 CPU或系统中的其他部件处于某一确定的初始状态，并从这状态开始工作，除了进入系统的正常初始化之外，当由于程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也需按复位电路以重新启动。本设计米用的是按键复位电路。其电路如图2-3所示：铹鸝饷飾镡閌赀诨癱骝。IftiFIKRESTIK图2-3复位电路模块2.3传感器的选用231气体传感器1 .气体传感器基础知识按照气敏特性来分，气体传感器主要分为：半导体型、电化学型、固体电解质型、接触燃烧型、光化学型等气体传感器，又以前两种最为普遍。攙閿频嵘陣澇諗谴隴泸。

23、(1) 半导体型气体传感器的优缺点半导体气体传感器具有成本低廉、制造简单、灵敏度高、响应速度快、 寿命长、对湿度敏感低和电路简单等优点。不足之处是必须在高温下工作、 对气体或气味的选择性差、元件参数分散、稳定性不理想、功率高等方面。 趕輾雏纨颗锊讨跃满賺。(2) 半导体传感器需要加热的原因半导体传感器是利用一种金属氧化物薄膜制成的阻抗器件，其电阻随着 气体含量不同而变化。气体分子在薄膜表面进行还原反应以引起传感器电导 率的变化。为了消除气体分子达到初始状态就必须发生一次氧化反应。传感 器内的加热器可以加速氧化过程，这也是为什么有些低端传感器总是不稳定，其原因就是没有加热或加热电压过低导致温度太

24、低反应不充分。夹覡闾辁駁档驀迁锬減。(3) 电化学气体传感器的工作原理电化学气体传感器是通过监测电流来监测气体的浓度，分为不需供电的 原电池式以及需要供电的可控电位电解式，目前可以监测许多有毒气体和氧 气，后者还能监测血液中的氧浓度。电化学传感器的主要优点是气体的高灵 敏度以及良好的选择性。不足之处是有寿命的限制一般为两年。视絀镘鸸鲚鐘脑钧欖粝。(4) 半导体传感器和电化学传感器的区别半导体传感器因其简单低价已经得到广泛应用，但是又因为它的选择性 差和稳定性不理想目前还只是在民用级别使用。而电化学传感器因其良好的 选择性和高灵敏度被广泛应用在几乎所有工业场合。偽澀锟攢鴛擋緬铹鈞錠。(5) 固态

25、电解质气体传感器顾名思义，固态电解质就是以固体离子导电为电解质的化学电池。它介于半导体和电化学之间。选择性，灵敏度高于半导体而寿命又长于电化学， 所以也得到了很多的应用，不足之处就是响应时间过长。緦徑铫膾龋轿级镗挢廟。(6) 接触燃烧式气体传感器接触燃烧式气体传感器只能测量可燃气体。又分为直接接触燃烧式和催化接触燃烧式，原理是气敏材料在通电状态下，可燃气体在表面或者在催化 剂作用下燃烧，由于燃烧使气敏材料温度升高从而电阻发生变化。后者因为 催化剂的关系具有广普特性应用更广。騅憑钶銘侥张礫阵轸蔼。(7) 光学式气体传感器光学式气体传感器主要包括红外吸收型、光谱吸收型、荧光型等等，主 要以红外吸收

26、型为主。由于不同气体对红外波吸收程度不同，通过测量红外 吸收波长来监测气体。目前因为它的结构关系一般造价颇高。基于本文的实 时要求和性价比等方面的原因，本系统选用电化学传感器中的定电位电解式 气体传感器。 疠骐錾农剎貯狱颢幗騮。本设计针对 VOC气体选用能够侦测 O.lppm以上的气体的空气质量VOC气体浓度传感器 MS11OO用于检测空气中的甲醛、苯、二甲苯等检测空气中 的甲醛、苯、二甲苯等多种有机挥发成分，具有极高的灵敏度和稳定性，体 积小巧。实物如图 2-4，使用时的连接电路如图2-5。镞锊过润启婭澗骆讕濾。图2-4 VOC传感器实物图图2-5 VOC传感器接线图232温湿度传感器温湿度

27、传感器是指能将温度量和湿度量转换成容易被测量处理的电信号的设备或装置。温湿度传感器一般是测量温度量和相对湿度量。榿贰轲誊壟该槛鲻垲赛。鉴于测量温湿度的范围不大，精度要求不高故采用数字温湿度传感器图2-6 DHT11 实物图DHT11。实物如图 2-6。具有的特性：相对湿度和温度测量、全部校准，数字输出、卓越的长期稳定性、无需额外部件、超长的信号传输距离、超低能耗、4引脚安装、完全互换。 邁茑赚陉宾呗擷鹪讼凑。DHT11产品概述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

28、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。嵝硖贪塒廩袞悯倉華糲。应用领域：暖通空调、测试及检测设备、汽车、数据记录器、消费品、自动控制、

29、气象站、家电、湿度调节器、医疗、除湿器。该栎谖碼戆沖巋鳧薩锭。传感器信息见表2-1。表2-1 DHT11传感器信息型号测量范围测湿精度测温精度分辨力封装DHT1120 90 % RH 0 50 C5 % RH2 C14针单排直插1、传感器性能说明见表2-2表2-2传感器性能说明参数条件MinTypMax单位湿度分辨率111%RH16Bit重复性1%RH精度25 C4%RH0 50 C5%RH互换性可完全互换量程范围0 C3090%RH25 C2090%RH50 C2080%RH响应时间1/e(63%)25 C61015S，1m/s空气迟滞1%RH长期稳定性典型值1%RH/yr温度分辨率111C

30、161616Bit重复性1C精度12C量程范围050C响应时间1/e(63%)630S2、接口说明建议连接线长度短于 20米时用5K上拉电阻，大于20米时根据实际情况使 用合适的上拉电阻接线方式如图2-7。劇妆诨貰攖苹埘呂仑庙。VLipvDp1I 5KIPinMCUJ一忤DHT114叶| |图2-7典型接线电路3、电源引脚DHT11的供电电压为 3 5.5V。传感器上电后，要等待 1s以越过不稳 定状态在此期间无需发送任何指令。电源引脚(VDD , GND )之间可增加一个100nF的电容，用以去耦滤波。 臠龍讹驄桠业變墊罗蘄。4、串行接口(单线双向)DATA用于微处理器与 DHT11之间的通

31、讯和同步，采用单总线数据格 式，一次通讯时间 4ms左右，数据分小数部分和整数部分，具体格式在下面 说明，当前小数部分用于以后扩展，现读出为零.操作流程如下：鰻順褛悦漚縫輾屜鸭骞。一次完整的数据传输为40bit，高位先出。数据格式：8bit湿度整数数据+8bit湿度小数数据+8bi温度整数数据+8bit 温度小数数据+8bit校验和 穡釓虚绺滟鳗絲懷紆泺。数据传送正确时校验和数据等于“8bit湿度整数数据+8bit湿度小数数据#+8bi温度整数数据+8bit温度小数数据”所得结果的末8位。 隶誆荧鉴獫纲鴣攣駘賽。用户MCU发送一次开始信号后，DHT11从低功耗模式转换到高速模式，等待主机开始信

32、号结束后，DHT11发送响应信号，送出40bit的数据，并触发一次信号采集，用户可选择读取部分数据。从模式下，DHT11接收到开始信号触发一次温湿度采集，如果没有接收到主机发送开始信号，DHT11不会主动进行温湿度采集，采集数据后转换到低速模式。浹繢腻叢着駕骠構砀湊。（1）.通讯过程如图2-8所示20图2-8通讯过程操作时序如图2-9，总线空闲状态为高电平，主机把总线拉低等待DHT11响应，主机把总线拉低必须大于18毫秒，保证DHT11能检测到起始信号。DHT11接收到主机的开始信号后，等待主机开始信号结束，然后发送80us低电平响应信号。主机发送开始信号结束后，延时等待20-40us后，读取

33、DHT11的响应信号，主机发送开始信号后，可以切换到输入模式，或者输出高电平 均可，总线由上拉电阻拉高。鈀燭罚櫝箋礱颼畢韫粝。24)-40ti;3 Chin佔号线说明：主机倍号盯侑号图2-9操作时序总线为低电平，说明DHT11发送响应信号，DHT11发送响应信号后，再把总线拉高80us，准备发送数据，每一bit数据都以50us低电平时隙开始，高电平的长短定了数据位是0还是1。格式见下面图示，如果读取响应信号为高bit数据传送电平，则DHT11没有响应，请检查线路是否连接正常。当最后一完毕后，DHT11拉低总线50us，随后总线由上拉电阻拉高进入空闲状态。惬執缉蘿绅颀阳灣愴鍵。数字0信号表示方法

34、如图2-10所示*426us-28usI*信号线说明：主机信号BHT信号图2-10数字0信号表示方法5、测量分辨率测量分辨率分别为8bit （温度）、8bit （湿度）。6、电气特性如表2-3表2-3电气特性参数条件min typ max 单位供电DC355.5V测量0.52.5mA供电电流平均0.21mA待机100150uA采样周期秒1次注:米样周期间隔不得低于 1秒钟。7、应用信息7.1工作与贮存条件超出建议的工作范围可能导致高达3%RH的临时性漂移信号。返回正常工作条后，传感器会缓慢地向校准状态恢复。要加速恢复进程/可参阅7.3小节的“恢复处理”。在非正常工作条件下长时间使用会加速产品的

35、老化过程。贞廈给鏌綞牵鎮獵鎦龐。7.2暴露在化学物质中电阻式湿度传感器的感应层会受到化学蒸汽的干扰，化学物质在感应层中的扩散可能导致测量值漂移和灵敏度下降。在一个纯净的环境中，污染物 质会缓慢地释放出去。下文所述的恢复处理将加速实现这一过程。高浓度的 化学污染会导致传感器感应层的彻底损坏。嚌鳍级厨胀鑲铟礦毁蕲。7.3恢复处理置于极限工作条件下或化学蒸汽中的传感器，通过如下处理程序，可使其恢复到校准时的状态。在 50-60 C和 10%RH的湿度条件下保持 2小时（烘 干）；随后在20-30 C和70%RH的湿度条件下保持 5小时以上。薊镔竖牍熒浹醬籬铃 騫。7.4温度影响气体的相对湿度，在很大

36、程度上依赖于温度。因此在测量湿度时，应尽可能保证湿度传感器在同一温度下工作。如果与释放热量的电子元件共用一个印刷线路板，在安装时应尽可能将DHT11远离电子元件，并安装在热源下方，同时保持外壳的良好通风。为降低热传导，DHT11与印刷电路板其它部分的铜镀层应尽可能最小，并在两者之间留出一道缝隙。齡践砚语蜗铸转絹攤濼。7.5光线长时间暴露在太阳光下或强烈的紫外线辐射中，会使性能降低。7.6配线注意事项，推荐使用高质量屏蔽DATA信号线材质量会影响通讯距离和通讯质量 线。8、封装信息如图 2-12 ,彳 f 2.54mm彳 2.54mm正面背面侧面图2-12 DHT11封装图9、DHT11引脚说明

37、见表2-4表2-4引脚说明Pin名称注释1VDD供电 3- 5.5VDC2DATA串行数据，单总线3NC空脚，请悬空4GND接地，电源负极本设计采用的为 DHT11模块，原理图为图 2-13:图2-13 DHT11模块接线图2.4模数转换电路设计气体传感器出来的信号是模拟信号，而微处理器STC90C51只能处理数字信号，故需要对模拟信号信号进行转换，将其转换为处理器能识别的数字 信号，由于测试电路出来的模拟电压变化范围在05V，故选择性价比比较合适的ADC0809进行模数转换。其管脚定义如图2-14所示。绅薮疮颧訝标販繯轅赛。1LN3LN2LNMLNLUMO 1K6AXK?ESSTCfocat

38、D3137On1X5CLKD5VCCD4VKEF+ DO Cl ND VKKF- DIQ228227326452 16237222102010J 91 1ISL21713161415图2-14 ADC0809管脚示意图ADC0809各脚功能如表 2-5 :表2-5 ADC0809各脚功能引脚功能介绍D7-D08位数字量输出引脚IN0-IN78位模拟量输入引脚VCC+5V工作电压REF （+）参考电压正端REF（-）参考电压负端STARTA/D转换启动信号输入端ALE地址锁存允许信号输入端EOC转换结束信号输出引脚，开始转换时为低电平，当转换结束时为高电平OE输出允许控制端，用以打开三态数据输出

39、锁存器。A、 B、 C地址输入线ADC0809对输入模拟量要求：信号单极性，电压范围是0 5V，若信号太小，必须进行放大；输入的模拟量在转换过程中应该保持不变，如若模拟 量变化太快，则需在输入前增加采样保持电路。ADC0809的时序接口为 51系列单片机的标准总线接口，操作方便，如同对存储器或I/O操作一样，A/D转换精度为8比特，满足本课题要求。输入的模拟电压为05V，次A/D转换时间为 100yS。饪箩狞屬诺釙诬苧径凛。ADC0809与单片机及VOC传感器的接线方式如图2-15 :图2-15 ADC0809接线原理图252.5声光报警电路设计采用了如图2-16由2个VOC气体含量超标时为了

40、使本系统对室内空气品质的监测更为直观, 发光二极管和一个蜂鸣器构成的声光报警电路。其中双灯闪烁蜂鸣器报警，温度超标时D1灯亮蜂鸣器报警， 湿度超标时D2灯亮蜂鸣器报警。烴毙潜籬賢擔視蠶贲粵。图2-16声光报警电路2.6液晶显示电路设计本课题所要显示的数据一共有6个，分别是有毒气体的浓度和室内的温度、湿度的范围和测量值，故选用2行16个字符的LCD1602作为显示模块，满足显示要求。液晶显示模块具有体积小、功耗低、显示内容丰富等特点， 现在字符型液晶显示模块已经是单片机应用设计中最常用的信息显示器件 了。 鋝岂涛軌跃轮莳講嫗键。字符型液晶显示模块是一种专门用于显示字母、数字、符号等点阵式 LCD

41、，目前常用16*1，16*2，20*2和40*2行等的模块。下面以长沙太阳人 电子有限公司的1602字符型液晶显示器为例，介绍其用法。一般1602字符型液晶显示器实物如图2-17 :撷伪氢鱧轍幂聹諛詼庞。图2-17 1602字符型液晶显示器实物图2.6.1LCD1602的基本参数及引脚功能1602LCD分为带背光和不带背光两种，基控制器大部分为HD44780 ,带背光的比不带背光的厚，是否带背光在应用中并无差别，两者尺寸差别如下 图2-18所示：踪飯梦掺钓貞绫賁发蘄。r in i n厂杓囲f t r产刁陳n严 ErJ UEJ5-j-J mJ* Lj5 ljS ：氐EiJluJGam留叱丄w)图

42、2-18 1602LCD 尺寸图1602LCD显示容量:主要技术参数：16x2个字符芯片工作电压:4.5V 5.5V工作电流:2.0Ma (5V)模块儿最佳工作电压：5.0V字符尺寸：2.95 X4.35（WX H）mm引脚功能说明：1602LCD采用标准的14脚（无背光）或16脚（有背光）接口，各引脚说明如表2-6所示：表2-61602引脚说明编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地9D2数据2VDD电源正极10D3数据3VL液晶显示偏压11D4数据4RS数据/命令选择12D5数据5R/W读/写选择13D6数据6E使能信号14D7数据7D0数据15BLA背光源正极8D1数据16 BLK

43、背光源负极第1脚：VSS为地电源。第2脚：VDD接+5V正电源。第3脚：VL为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生鬼影”使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度。 婭鑠机职銦夾簣軒蚀骞。第4脚：PS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄 存器。第5脚：R/W为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和R/W共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平R/W为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平R/W为低电平时可以写入数据。譽諶掺铒锭试监鄺儕泻。第6脚：E端为使能端，当 E端由高电平跳变成低电平时，夜景

44、模块执行命 令。第714脚：D0D7为八位双向数据线。第15脚：背光源正极。第16脚：背光源负极。2.6.2LCD1602的指令说明及时序1602液晶模块内部的控制器共有11条控制指令，如表 2-7所示：表2-7控制命令表序号指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清显示00000000012光标返回000000001*3置输入模式00000001I/DS4显示开/关控制0000001DCB5光标或字符移位000001S/C R/L6置功能00001DLNF7置字符发生存贮器地址0001字符发生存贮器地址8置数据存贮器地址001显示数据存贮器地址9读忙标志或地址01BF计数器地址10写

45、数至U CGRAM或DDRAM10要写的数据内容11从CGRAM或DDRAM 读数11读岀的数据内容1602液晶模块的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。（说明：1为高电平、0为低电平）俦聹执償閏号燴鈿膽賾。指令1:清显示，指令码 01H,光标复位到地址 00H位置。指令2:光标复位，光标返回到地址00H。指令3:光标和显示模式设置I/D :光标移动方向，高电平右移，低电平左移S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高电平表示有效，低电平则无效。缜電怅淺靓蠐浅錒鵬凜。指令4:显示开关控制。D :控制整体显示的开与关，高电平表示开显示，低电平表示关显示C:控制光标的开与关，高电平表示

46、有光标，低电平表示无光标 B :控制光标是否闪烁，高电平闪烁，低电平不闪烁。骥擯帜褸饜兗椏長绛粤。指令5:光标或显示移位S/C :高电平时移动显示的文字，低电平时移动光标。指令6:功能设置命令 DL :高电平时为4位总线，低电平时为 8位总线 N : 低电平时为单行显示， 高电平时双行显示F:低电平时显示 5x7的点阵字符，高电平时显示 5x10的点阵字符。 癱噴导閽骋艳捣靨骢鍵。指令7:字符发生器 RAM地址设置。指令& DDRAM 地址设置。指令9:读忙信号和光标地址BF :为忙标志位，高电平表示忙，此时模块不能接收命令或者数据，如果为低电平表示不忙。鑣鸽夺圆鯢齙慫餞離龐。指令10 :写数

47、据。指令11:读数据。与HD44780相兼容的芯片时序如表2-8 :表2-8基本操作时序表读状态输入RS=L,R/W=H,E=H输出D0 -D7=状态字写指令输入RS=L,R/W=L,D0 -D7=指令码,E=高脉冲输出无读数据输入RS=H,R/W=H,E=H输出D0 -D7=数据写数据输入RS=H,R/W=L,D0 -D7=数据,E=高脉冲输出无读写操作时序如图2-19和2-20所示:图2-19读操作时序图2-20写操作时序262.6.31602LCD 的RAM 地址映射及标准字库表液晶显示模块是一个慢显示器件，所以在执行每条指令之前一定要确认 模块的忙标志为低电平，表示不忙，否则此指令失效

48、。要显示字符时要先输 入显示字符地址，也就是告诉模块在哪里显示字符，图2-21是1602的内部显示地址。榄阈团皱鹏緦寿驏頦蕴。LCD16字)(2行000102030405060708090A0B0COD0E0F1027404142434445464748494A4B404-D4E4F5067图2-211602LCD内部显示地址第二行第一个字符的地址是40H，写入显示地址时要求最高位D7恒定为高电平1所以实际写入的数据应该是：01000000B （ 40H）+10000000B（80H）=11000000B（C0H）。在对液晶模块的初始化中要先设置其显示模式，在液晶模块显示字符时 光标是自动右移

49、的，无需人工干预。每次输入指令前都要判断液晶模块是否 处于忙的状态。 逊输吴贝义鲽國鳩犹騸。1602液晶模块内部的字符发生存储器（ CGROM ）已经存储了 160个不 同的点阵字符图形，这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的 符号、和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码。幘觇匮骇儺红卤齡镰瀉。2.6.4LCD1602的一般初始化过程延时15mS写指令38H （不检测忙信号）延时5mS写指令38H （不检测忙信号）延时5mS写指令38H （不检测忙信号）以后每次写指令、读/写数据操作均需要检测忙信号写指令38H :显示模式设置写指令08H :显示关闭写指令01H :显示清屏写指令

50、06H :显示光标移动设置写指令0CH :显示开及光标设置LCD1602的具体接线路图如图2-22所示图2-22 LCD1602接线电路图2.7按键电路设计考虑到整个测量系统中不同环境对气体浓度及温湿度范围要求不同，故 设置了按键功能，用于实现测量范围的调整，参考单片机引脚使用情况，共 设置五个独立按键如图2-23，实现功能为设定键可进行设定的进入与退出,同时可实现三种范围的切换，另设左右移位键、上下调值键各两个，与此同 时考虑到用户可能需要在一定时间内连续测量一种量，故设计了上调键的第 二功能：当只有上调键按下时完成显示的自动与手动的切换以实现良好的人 机对话。誦终决懷区馱倆侧澩赜。322.

51、8电路电源设计本设计采用集成稳压器电容,D1为续流二极管F和图2-23按键电路7805 , C29、C30分别为输入端和输出端滤波当输出电流较大时,7805应配上散热板电源电路如图 2-24所示：医涤侣綃噲睞齒办銩凛。图2-24 电源电路2.9本章小结本章首先介绍了便携式室内空气质量监测仪的硬件结构以及系统功能，,声光报警等,该仪器以8位单片机STC90C51作为控制核心，设计并构建了系统的硬件平 台，完成了有毒气体浓度信号的采集转换电路、液晶显示电路、声光报警电 路等的设计。该仪器能够实现有毒气体浓度信号和温湿度信号采集与显示及 超标声光报警等功能。本章重点介绍了信号采集模拟电路和以主控制器为中 心的数字电路的设计与工作原理。首先讨论了有毒气体采集模块中传感器选