【《单片机控制的无尘车间检测系统的硬件电路芯片选择分析案例》3600字（论文）】

单片机控制的无尘车间检测系统的硬件电路芯片选择分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u7841单片机控制的无尘车间检测系统的硬件电路芯片选择分析案例 1324881.1STM32F103C8T6单片机 1140531.2LCD1602液晶显示器 268831.3温湿度传感器 3183561.5粉尘传感器GP2Y1051AU0F 52131.6甲醛传感器SM427N001 61.1STM32F103C8T6单片机STM32F103C8T6拥有72MHzCPU和1MB的Flash内存。电机控制周边设备和CAN、USB全速接口的设计。STM32系列ARMCortex-M332位的Flash单片机具有低功耗、低电压和实时特性。可以在你的嵌入式应用程序中使用包装类型。MCU架构采用STM32平台，易于操作，包含马达、PC及游戏；热风空调及工业应用。本次设计选择STM32F103C8T6作为MCU，STM32F103系列的核心设备，功能十分强大，包括64KBSRAM,512KBFLASH,2个基本定时器，4个通用定时器，2个高级定时器，2个DMA控制器，2个DMA控制器，3个SPI,2个IIC,5个串口，1个USB,1个CAN,3个12位ADC,1个12位DAC,1个SDIO接口，1个FSMC接口，112个通用IO端口。此外，本芯片还包含了用于外扩SRAM、LCD等外置总线（FSMC)，通过FSMC驱动LCD,LCD的刷屏速度得到了显著提高。无论从使用成本还是功能上来说，它都非常符合这一设计。图1.1为STM32F103C8T6实物图。图1.1STM32F103C8T6实物图STM32特点：1、STM32C8T6系列的起振晶部分采用了RTC，低负载的方式，而没有像传统的比较廉2、价的圆柱晶振。3、引脚个数为48个。4、工作频率为72MHZ。5、单片机包含了3个普通定时器与1个高级定时器。6、单片机具有2个2位/16通道的ADC模数转换。7、采用了1.3V稳压芯片，最大输出300MA电流。8、支持ST-LINK和JTAG调试下载。9、电源指示灯LED(PWR通常为红色):如果电源指示灯亮亮说明单片机正常运行，如果较暗或者闪烁，表示此单片机可能存在故障。10、用户LED(PC13):这个功能的使用大大的方便了我们进行一些比较简单的功能测试，如单片机的运行状态等，方便初学者进行更好的测试。11、单片机上采用了跳帽的方式，我们可以对stm32进行3种编程方式。如用户的SARM、闪存和系统的存储器。12、为单片机的复位电路。13、8M晶振：主要是用于设置单片机系统的频率为72MHZ。14、32.768KHz晶振：可供内置RTC使用，避免了需要专门的时钟芯片进行定时器处理等。1.2LCD1602液晶显示器鉴于本设计中考虑到要显示温度、湿度、甲醛和PM2.5这四个数据数据，因此，只要显示一、二行的显示器就可以了。这次设计选择LCD1602显示屏。它是一种工业用的液晶，能同时显示两行数据，每一行都能显示16个符号，字母和数字，符合设计要求。该系统具有体积小、功耗低、显示效果好等优点，是一种很有应用价值的LCD显示器。LCD1602有16个引脚，它的引脚介绍如下：表1.1LCD1602引脚介绍引脚号引脚名称引脚功能1GND电源接地端2VCC5V电源正极3VL调节显示器对比度4RS寄存器选择端5RW读写信号线6E使能端口7~14D0~D7双向数据端口15BL+背光正极16BL-背光负极LCD1602工作在1.5V~5V的工作电压下，它内部设计有复位电路，设有光标移动、清屏等功能。利用外部的电位仪调整显示器的亮度。内置的内存可以存储数据。该系统可与单片机直接相连，由微处理器编程实现对液晶显示器的控制。LCD1602包含16个引脚，其中RS、RW的值控制MCU对其的读取：表1.2LCD工作状态介绍RSRW操作命令00写入指令寄存器（清清屏等）01读busy(DB7)，以及读取位址计数器（DB0—DB6）的值10写入数据寄存器（显示各字符等）11从数据寄存器读取数据1.3温湿度传感器本课题所使用的DHT11温度、湿度传感器是目前市面上应用最广泛的一种。该传感器占用空间极少，准确度高，仅为0.2。采用单总线传输数据。该传感器具有很好的抗干扰性，常被应用在高炉温度测量、机房检测、家庭温度控制等领域，适用于很多空间较窄的应用，以及数码温度检测。这种温度传感器转换时间为75ns，比传统DS1820速度要快很多。检测的结果以数字量方式串行发送。DHT11温湿度传感器是一款包括已校准数字信号输出的温度和湿度复合传感器。采用特殊的数码模组数据采集技术及温度、湿度传感技术，保证了产品的高可靠性和超长时间的稳定性。该传感器由电阻感湿器和NTC温度计组成，并与一台8位高性能微处理器相连。DHT11产品质量好，响应快，抗干扰能力强，性价比高。每一个DHT11的感应器的校准都是在非常精密的湿度检定室里进行的。在OTP存储器中存储了校准系数，在对检测信号进行处理时，传感器内部会调用校准系数。采用单线制串行接口，简化了系统的整合。它的体积极小，功率极低，信号的传播距离超过20米，是所有应用中的理想选择，即使是在最苛刻的应用中。本产品采用四针单行管脚包装。便于连接，可按客户要求提供专用包装。DHT11传感器实物图如下图1.2所示：图1.2DHT11实物图（1）引脚介绍：Pin1：(VDD)，电源引脚，供电电压为3~5.5V。Pin2：（DATA），串行数据，单总线。Pin3:（NC），空脚，请悬浮。Pin4（VDD），接地端，电源负极。（2）接口说明：推荐在小于20m时采用5K上拉电阻，20m以上可按实际条件选用上拉电阻。（3）数据帧的描述：DATA主要用于DHT11与微处理器的通信及同步，采用单总线形式，每次通信时间约为4ms，数据分为小数部分和整数部分，详细格式如下，当前小数部分以后再进行扩充，现读数为零。使用过程如下: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温度小数数据当数据传输正确时，校验和数据是“8比特的湿度整型数据+8比特的湿度小数数据+8比特的温度整数数据+8比特的温度小数数据”的末八位。(4)电气特性：VDD=5V，T=25℃，除非特别标注表3-2DHT11的电气特性参数条件Mintypmax单位供电DC355.5V供电电流测量0.52.5mA平均0.21mA待机100150uA采样周期秒1次注:取样周期必须在1秒钟内。（5）时序描述：单片机每次发送开始信号时,DHT11就从低功率模式转换到高功率模式,在开始信号传输完成后，DHT11发送响应信号,传输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接收到开始信号后开始温湿度采集，如果没有检测到主机发送开始信号，DHT11不会主动开始温湿度采集，采集数据后转变到低速模式。通讯过程如下图1.3所示：图1.3通讯过程总线处于高电平，主机将总线拉低并且等待DHT11的响应，主机将总线拉到18ms以上，以保证DHT11能够探测到启动信号。当DHT11接收到主机的启动信号之后，再进行80us的低电平响应，在主机发出启动信号之后，经过20-40us的延迟，从DHT11中读出应答信号，在主机发出启动信号之后，可以转换为输入方式，或输出高电均可，总线由上拉电阻拉高。总线为低电平，表示DHT11发出应答信号，DHT11在发出应答信号后，将总线拉至80us，以便进行数据传输，每1比特数据从50us低电平开始，高电平的长度决定了该数据比特是0或1。若读出的应答信号是高电平，DHT11无反应。在完成最后1比特的传输之后，DHT11拉低总线50us，然后利用上拉电阻将总线拉高到空闲状态。数字0和数字1信号表示方法如下图1.4所示：图1.4数字0和数字1表示方法1.5粉尘传感器GP2Y1051AU0F大气中的颗粒，其空气动力当量为2.5微米以下，即PM2.5。它可以在空中停留很久。大气污染程度越大，其浓度也就越高。尽管PM2.5在地球大气层中的比例很小，但对空气质量和能见度都有很大的影响。PM2.5进入肺部、血液，如果携带了细菌，就会对人体造成很大的危害，比如呼吸道、心血管，甚至生殖系统。PM2.5粉尘传感器是基于光的散射原理而设计的，当受到光线照射时，灰尘粒子和分子会产生光的散射，同时也会吸收一定的辐射能量。在实验粒子场中，一束平行的单色光会受到粒子附近的散射和吸收，从而使光强减弱。由此得到了在被探测浓度场中的入射光的相对衰减率。而相对衰减率的幅值则能很好地反映被测尘土的相对密度。光电转换后的电信号的强度与光强度呈比例关系，由所检测到的电信号得到相应的衰减速率，从而可以探测到被测区域内的粉尘浓度。PM2.5感应器是用来探测空气中的尘埃粒子，其内部的对角处由红外线LED和光电晶体管组成，它们的光轴相交，当尘埃粒子通过光轴的交叉点时，粉尘会反射红光，反射的强度与尘埃的密度成比例。光电晶体管能够侦测到空气中的微尘反射光，甚至能侦测到很小的烟尘粒子，而红外线LED发出的光与尘埃接触后会反射光，而受感应器侦测到反射光强度，再输出一个讯号，由输出讯号的光强强度来判定尘埃的浓度，再由两个不同的脉冲宽度调制讯号（PWM）识别不同的尘埃粒子浓度。GP2Y1051AU0F粉尘传感器内装有气流产生装置，能够自动吸收外界的空气，而内置的加热器则无需加气泵进行自动吸入，这样就能将惯性较小的PM2.5悬浮在半空中，方便光电探测器的探测，采用类似于微粒计算器的原理，探测到每一颗颗粒的数量。可调节的电阻器可以设定粉尘的大小。图1.5为粉尘浓度。1.5粉尘浓度1.6甲醛传感器SM427N001SM427N001空气品质监测模块是一款具有很高性价比的四级空气品质传感器组件。该器件采用了先进而成熟的旁热结构，具有广泛的光谱半导体气体传感器。它是在加热丝上包覆SnO2纳米材料，并加入适量的微量元素，对有机挥发性气体如甲醛、苯、一氧化碳、氮气、氢气、酒精、香烟烟雾等敏感。该模块经过老化、调试、校准，具有良好的一致性和高灵敏度，并可确保长