【《基于WiFi的室内空气质量检测系统设计》10000字（论文）】

[16]。第4引脚:RS是寄存器的数据命令选择端口，也是通过不同的电平进行选择，高电平则选择数据寄存器，而低电平选择指令寄存器，据此可以判断接收到的是命令还是数据信号。第5引脚:RW是一条用于读写的信号接入线，在高电平(1)下执行读取操作，在低电平(0)下执行写入操作。第6引脚:EN端代表使能端，高电平代表读取信息，负跳变时便执行相应的指令。第7～14引脚:8位双向数据端。第15引脚：背光正极。第16引脚：背光负极。2.8.31602液晶显示屏优点在单片机为主控的系统中，使用液晶显示屏的优点有：（1）数据显示精度高；（2）采用的是多种数字化芯片接口，液晶显示器都主要是以芯片数字化的形式进行存储，单片机系统过程中的各种重要电子元件及其接口都比较简单。（3）具有体积小巧和重量轻的优势。通过显示屏上的电锯来控制液晶屏幕的分子状态是一种独特的技术，正式因为液晶显示器利用此种技术，才使得显示屏的重量变得轻便。（4）低功耗。液晶显示器内部的电极和驱动部件需要消耗一些功耗，除此之外，并无其他部件需要功耗，因而电极和驱动的低功耗造就了整个显示器也功耗极低的特点。2.8.41602LCD的RAM地址映射及标准字库表1602LCD的内部显示地址如图2-18所示，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，如果忙指令显示为低电平则表示不忙，不显示则指令无效。显示器内部需要发出指令告诉模块显示字符的位置，均是通过显示字符地址来显示字符的。图2-181602液晶显示器内部显示地址2.8.51602液晶显示屏和单片机连接时的引脚分配如图2-19是1602液晶显示屏和STC89C52连接时的引脚分配。图2-191602液晶显示器引脚分配3.系统总体设计本课题主要实现的是温湿度数据和PM2.5数据的采集，将数据通过1602的液晶显示屏进行实时显示，在设计系统时预先通过键盘按键设置好PM2.5浓度的报警值。报警值一旦设定好后，系统将自动将检测到的PM2.5的浓度会与报警值的一半进行对比。我们将设定不同颜色的LED亮，代表不同空气质量的情形。PM2.5<报警值的一半、PM2.5<报警值，但>报警阈值的一半、PM2.5>报警值分别用绿色的、黄色的和红色的LED亮来表示。同时如果PM2.5>报警值，不仅要红色的灯亮而且还要设置蜂鸣器报警，此时并开始模拟排气。WiFi模块将数据传输到手机APP，可以实时检查空气质量。3.1系统功能需求分析系统功能模块分析如图3-1所示。图3-1系统功能模块将温湿度传感器、粉尘传感器同时置于当前室内空气中对空气质量数据进行检测和记录，通过A/D转换，在液晶显示屏上显示数据，按键可随时根据环境设定报警值，超过报警值是开始报警并排气。3.2系统硬件设计3.2.1系统硬件设计框图本文设计的系统主要采用单片机对系统整体进行控制，并进行数据的处理和传输。其外围电路模块如图3-2所示：包括A/D转换、报警模块、键盘输入、LCD显示电路模块等。图3-2模块化注释：1) 模拟信号采集单元：传感器、A/D转换电路。传感器测得粉尘浓度、大气温湿度质量数据的模拟信号；ADC0832芯片中的A/D转换电路用于执行A/D转换功能，此功能可以将采集到的一系列模拟信号用数字信号的形式表示出来，然后芯片将数字信号输出到单片机中。2) 显示:显示数字化粉尘浓度和温湿度。3) 看门狗电路：主要用于系统奔溃后自动恢复正常。4) 键盘电路：一般情况下，系统默认有一个预设的报警值，同时用户也可以根据需要重新设定报警值。当系统检测的PM2.5浓度时，通过与设定的报警值进行比较，如果PM2.5>报警值，则系统就会进行报警。因环境不同时，用户希望设定不同报警值满足他们的要求，因而用户可以方便的通过系统接入外设键盘来来设置报警值。图3-2硬件电路结构图3.3系统软件设计由系统硬件可设计出系统软件框架，如图3-3所示。图3-3系统软件总框图如图3-3所示系统所设计的程序分为以下五个部分。1、WiFi模块2、控制模块3、数据采集模块4、控制输出模块5、显示与报警模块3.4系统流程图根据需求，系统流程图如图3-4所示。图3-4系统流程图3.5系统原理图系统工作原理如下：系统电源打开，系统初始化完成之后，传感器开始采集数据。粉尘传感器将电压信号传至A/D转换，转换为八位的二进制数，然后传入单片机，通过单片机处理后的数据将实时在液晶显示屏上显示。系统根据检测到不同空气质量做出不同的反馈，若空气质量差，粉尘浓度高，检测到PM2.5>警报值，此时的系统亮起LED灯且蜂鸣器发出报警；若空气质量一般，PM2.5≥报警值的一半但仍然<报警值，此时的系统亮起黄色的LED灯；若是空气质量好，即表示PM2.5<报警值的一半，此时的系统亮起绿色的LED。系统原理图如图3-5所示。图3-5系统原理图图3-6系统PCB电路图

4.系统功能的实现本模块用于详细讲述系统功能模块的具体流程和实现方法，同时对于关键的实现方法做出部分代码说明和注释。4.1硬件部分的实现系统接上电源，打开开关，系统启动，这时系统开始初始化，总中断关闭，端口开始初始化，液晶显示屏初始化等。初始化完成之后，报警值载入，传感器开始工作，数据开始采集。4.1.1读数据程序设置读一个字节的数据，具体代码如下：读一次的数据，共五个字节，接下来列举出一些重要代码：读出温湿度值，具体代码如下：在没用发生函数调用失败时进行校验4.1.2定时器设置这一部分代码用于定时器0初始化，具体代码如下：这一部分代码定义定时器0中断，具体代码如下：这一部分代码用于设置定时器1中断，具体代码如下：4.1.3LCD1602液晶显示屏程序设置具体代码如下：延时函数，延时时间大概为140US，具体代码如下：1602命令函数，具体代码如下：1602写数据函数，具体代码如下：1602初始化，具体代码如下：以下代码主要用于改变1602LED中的某一位的值（这里主要修改一个字符），比如在第二行，显示的第三个字符是“e”，那么调用的程序则为L1602_char(2,3,'e')，具体代码如下：下面的代码用来改变某一位字符的值（这边可以显示字符串），例如要让第二行第三个字符显示“dyxdsz”，那么就该调用L1602_string(2,3,"dyxdsz;")，具体代码如下：4.1.4LED灯程序当粉尘浓度>=报警值时，红灯亮起，具体代码如下：当报警值/2<=粉尘浓度>报警值时，黄灯亮，具体代码如下：当粉尘浓度<报警值/2时，绿灯亮，具体代码如下：4.2软件部分的实现软件部分主要是手机APP的实现，需要与WiFi模块连接，进行数据的传输，然后进行处理和显示。这一部分我用到了E4A软件，这款软件是用中文进行编写，简单易懂。4.2.1主界面设计首先要创建一个主窗口，主要代码如下：4.2.2连接设置点击按钮1，进行连接，代码如下：判断是否连接成功连接成功则显示连接成功，并开始传输数据连接失败或断开显示连接断开点击按钮2，连接断开4.2.3收到数据显示设置接收到数据进行数据分割设置数据显示如果PM2.5值大于设定值，数据显示颜色为红色，否则为白色温湿度同样如此

5.系统实现及演示5.1硬件实现首先，本文根据课题目的和基于相关理论，提出系统的整体理论框架，并设计出详细的电路原理图，如图5-1所示。然后在Proteus上进行测试，在Proteus测试成功之后，我们便根据电路原理图进行后续的系统焊接工作。为了保证接通电源前不出现短路或者断路的情况，我们需要在电路焊接过程中，便对电路进行多次和反复调试，反复调试有利于避免元器件烧毁。接下来，将介绍本人在实验调试过程中遇到一些问题。（1） 系统电源电路调试按照原理，首先将VCC和GND两个端口均与电源相连，然后让开关闭合，电源指示灯就应该亮起。在我们操作过程中，却发现电源指示灯并没有像预期那样亮起，此时，我们使用万用表对两个端口检测，检测过程中发现1脚和4脚均有电压。据此，我们推断发光二极管正负极接反极有可能是电源指示灯不亮的原因，我们尝试将正负极进行对换之后，电源果然正常。（2） 液晶显示模块电路的调试接上电之后，液晶显示器已经亮了，但是字符不显示，根据液晶显示器的特性，调节灰度值，将灰度值调高，调到字符显示清晰。（3） 单片机电路调试单片机是这整个系统里最重要的部分，在焊接的时候需要更加的仔细，只要有一个引脚出错，整个系统就不能正常运行。如果出现脱焊，可能会出现按键失灵、液晶显示器不显示等现象。图5-1原理图5.2程序实现硬件焊接好之后，进行程序的测试，首先通过Keil软件编写相关程序，并执行编译功能，然后通过Proteus仿真，通过仿真测试程序的理论效果。仿真图如图5-2所示。图5-2仿真模拟程序测试确保没有问题之后，接下来我们进行程序的烧录。这个时候我们要用到STC-ISP软件。软件界面如图5-3所示。图5-3STC-ISP软件5.3软件实现我们一般选择一个安卓版本较低的手机进行测试。首先，我们将.apk文件导入手机中，然后安装程序，尝试将手机与WiFi模块进行连接，连接成功后查看数据传输是否正常。软件页面如图5-4所示。图5-4软件界面5.4实物演示把程序下载到单片机，各项都调试的差不多之后，系统可以正常运行了。图5-5实物正面图5-6实物反面演示说明：通过USB电缆和电源适配器将系统连接到电源。打开自锁开关，液晶显示器亮，这个时候整个系统开始进行初始化。系统完成初始化之后，便进入正常工作状态，此时我们可以看到显示屏上显示了温湿度和PM2.5浓度值。“PM2.5：204”是指PM2.5的浓度；“ALARM：250”是指我们设定的报警值；“H:32%”是指当前环境的湿度；“T:22℃”是指当前环境的温度。整个板的底部有三个按钮，最左边的按钮是设置的，中间是“”，最右边是“-”。我们先按一下设置键，再按“+”可以增大报警值，按“-”可以减小报警值。液晶显示器上温湿度和PM2.5浓度值均为实时显示，会根据环境的变化而变化，按键上方有三个LED灯，当绿色灯亮起时，说明当前环境粉尘浓度较低；当黄灯亮起时，说明当前环境有轻度的粉尘污染；若红灯亮且蜂鸣器开始报警，表明此时环境中粉尘浓度已经严重超过了设定的报警值，此时，继电器打开，风扇开始模拟排气。

6.总结从选题到论文，这中间经历了接近半年的时间。从选题时的迷茫到最后论文的成形，这中间我做了大量的资料查询和测试，这让我很好的巩固了之前课堂上学习的单片机和传感器的相关知识，让原先课堂上学习的理论知识，运用到实践中来。学习C语言到现在已经有三年多时间了，用C语言编程时已经没有当初那么熟练，但是经过这次毕业设计，我不仅巩固了之前学习的知识，还学到了更多新的知识。之前一直以为经过了大学三年的学习之后，毕业设计不是什么困难的事。但是真正开始做毕业设计了才发现，之前课堂上学习到的知识也都只是片面的理论知识，毕业设计才是真正的挑战，包括我进入到企业实习之后，我才发现，课堂上的只是能用到工作中的寥寥无几，我们还是要不断学习新的知识，才能够走得更远，走得更好。这次的毕业设计，从选题开始，我就纠结了很久，不知道应该选一个什么样的课题来研究，最后选了这样一个日常生活中比较用得到的课题——基于WiFi的室内空气质量监测系统。万事开头难。选完题之后，我又开始迷茫，不知道改选些什么硬件来进行开发，我开始查阅大量的资料，最后选定了stc89c52来进行开发，这是我们之前在单片机的课堂上接触过的，相对于其他单片机来说更加熟悉。在传感器方面，本人之前接触过温湿度传感器，所以，开发起来相对比较容易，但可以用于测量环境PM2.5的传感器我是第一次接触，经过很多的了解，我决定使用夏普的GP2Y1010AU0F粉尘传感器。接下来就是程序，一开始写的时候也是非常不顺利，总是会忘掉许多重要的部分。经过了老师和同学们的帮助，再加上各种资料的查阅，也算是简单的完成了自己的一个小程序。硬件焊接的时候，由于这是我第一次进行硬件的焊接，对焊接工具也不熟悉，中间也出现了各种各样的问题，比如，焊接位置错误，没有焊接上等。经过了这么久的研究，达成了对这个课题的设想。这个设计主要是用于室内的空气质量检测，可以通过手机APP实时查看室内的空气质量，当PM2.5含量过高时，系统也会发出警报，并进行排风来改善空气质量。在这个生活质量日益变高的时代，越来越多的高楼大厦拔地而起，人们大多数时间也都在室内，室内不像室外那样通风，所以室内空气质量的检测很重要，这个系统可以让人们随时关注到自己所处的室内环境优劣，系统也可根据当时室内的空气质量采取相应的措施来改善。在这个日益发展的时代，人们对室内空气质量的要求也在提高，此设计有广阔的应用前景。参考文献张恒奕.基于单片机的PM2.5检测报警系统的设计[J].电子制作,2018(22):11-12+14.李成祥.智能型室内空气质量检测与控制系统[D].北京：北京交通大学,2011．PRO