基于单片机的空气质量检测系统.doc
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1、(完整版)基于单片机的空气质量检测系统佳木斯大学毕业论文基于单片机的空气质量检测系统 学 院 信息电子技术 专 业 通信工程 班 级 12级1班 学 籍 号 12109940619 姓 名 潘琦 指导教师 田静佳 木 斯 大 学2016年6月10日摘要随着工业发展,国民经济日益增长,人民生活指数也在不断提高。但是给环境却带来不可逆的影响,因为空气质量的恶化,使人类引起一系列呼吸道病症,危害身心健康。国家政府出台政策,一方面从源头控制污染源,一方面增加空气质量监控.各大中城市也将PM2.5作为天气预报一项重要指标,时时提醒市民关注环境。本设计就是基于51系列单片机的PM2。5监控预警系统,对环境
2、里的PM2.5浓度进行实时监控,预警.本设计以STC89C52单片机为控制核心,用夏普GP2Y1010AU0F传感器实时采集空气中粉尘情况,然后由ADC0832模数转化芯片,将从粉尘传感器采集到的模拟信号转化成数字信号,然后传给单片机进行精确换算,在LCD1602液晶屏显示当前空气粉尘浓度和显示预置报警阈值,按键可以设置系统粉尘报警阈值,蜂鸣器报警模块可在环境PM2。5浓度超过设置值时进行报警。本系统电路稳定性高、抗干扰能力强,处理速度快,功耗低,操作简便,实时精准显示,实时反馈环境因素。关键字:PM2.5;单片机;粉尘浓度;GP2Y1010AU0F;报警Abstract With the i
3、ndustrial development of the national economy growing, people living index is also rising。 But the environment has brought irreversible impact because of the deterioration in air quality, weather haze phenomenon increased hazard phenomenon worse。 National government policies, on the one hand to cont
4、rol pollution from the source, on the one hand increase the air quality monitoring. PM2.5 major cities will also be an important indicator as the weather forecast, remind the public concern for the environment. This design is based on the 51 computers PM2.5 monitoring system on the environment in th
5、e PM2。5 concentration time monitoring, early warning。 This design STC89C52RC microcontroller to control the core, Sharp GP2Y1010AU0F sensor to collect dust in the air situation, LCD1602 display shows the current air concentration of dust and display the preset alarm threshold size, the keys can set
6、the system dust alarm threshold, the buzzer alarm module can alarm when the ambient PM2。5 concentration exceeds the set value. System works: collected by the sensor in the air PM2.5 PM2。5 concentration, and then converted to a digital signal through ADC0832 for STC89C52RC microcontroller reads, afte
7、r the system conversion, realtime display of the current PM2。5 concentration, and then set value, if less than the set value, the system remains; if it exceeds the set value, the system will alarm to alert the PM2。5 concentration exceeded。 The system circuit is simple, stable, highly integrated, eas
8、y to debug, high precision, has some practical value.Key words:Alarm; Dust concentration; GP2Y1010AU0F; PM2.5iii佳木斯大学信息电子技术学院13佳木斯大学信息电子技术学院目录摘要iAbstractii第1章 绪论11。1 课题研究背景11。2 课题研究的目的和意义21.3 课题的主要内容2第2章 设计方案论证42。1 题目解析42。2 方案论证与设计42。2。1 控制部分的方案选择42。2.2 显示部分的方案选择52.2.3 传感器模块的方案选择52.2.4 模数转化模块的方案选择52
9、.3 系统方案论证6第3章 硬件电路设计73。1 单片机最小系统73。2 ADC0832模数转化模块93.3 液晶屏显示模块103。4 夏普PM2。5传感器123。5 蜂鸣器143。6 按键电路143。7 污染级别提醒电路和程序下载电路143。8 总体原理图15第4章 软件部分设计174.1 系统流程设计174.2 ADC0832模数转化部分设计18第5章 仿真部分205。1 PWM驱动205。2 Keil的应用205.3 Protel 99se的应用225.4 Proteus的应用23结论25致谢26参考文献27附录1 系统原理图29附录2 元器件清单30附录3 程序清单31附录4 外文参考
10、资料翻译(原文、译文)3751佳木斯大学信息电子技术学院第1章 绪论1.1 课题研究背景21世纪的今天,科学技术的发展日新月异,科学技术的进步的同时也带动了测量技术的发展,现代控制设备不同于以前,我们已经进入了高速发展的信息时代,测量技术是当今社会的主流,广泛地深入到应用工程的各个领域。随着我国经济的发展,人民的生活质量的提高,人们对环境的问题及健康的问题日益重视,空气的状况也越来越受到关注。空气质量的好坏反映了空气污染的程度,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,作业现场所有有害物质检测,
11、食堂油烟检测,锅炉大气和工业窑炉检测及工厂排放的工业废弃检测等。目前在工业生产当中排放好多的有害工业气体,这些气体对环境的污染是越来越严重,而这些气体的泄露也严重的威胁到了许多操作人员的生命.因此设计一种能够有效的检测到当地的环境污染的实时数据,也可以有效的遏制这些有害气体泄露的事故的发生.因为空气质量的恶化,阴霾天气现象出现增多,危害现象加重.中国不少地区把阴霾天气现象并入雾一起作为灾害性天气预警预报。统称为“雾霾天气。雾霾主要由PM2。51、PM10、PM0.1以及重金属镍砷铬铅等颗粒组成。在空气动力学和环境气象学中,颗粒物是按直径大小来分类的,粒径小于100微米的称为TSP(TotalS
12、uspendedParticle)2,即总悬浮物颗粒;粒径小于10微米的称为PM10(PM为ParticulateMatter缩写),即可吸入颗粒物;粒径小于2。5微米的称为PM2.5,即可入肺颗粒物,它的直径仅相当于人的头发丝粗细的1/20。虽然PM2。5只是地球大气成分中含量很少的组分,但它与较粗的大气颗粒物相比,粒径小,富含大量的有毒、有害物质且在大气中的停留时间长、输送距离远,因而对人体健康和大气环境质量影响更大。世界卫生组织发布的报告显示,无论是发达国家还是发展中国家,目前大多数城市和农村人口均遭受到颗粒物对健康的影响。因此,对PM2.5的监测与治理便显得越来越重要。1.2 课题研究
13、的目的和意义众所周知,在日益发展的21世纪,人们对于环境的要求越来越高.不论在国内还是国外,都需要极佳的环境来提高生活指数。比如在国内,导致环境因素急剧下降的有以下几点:大气污染问题、水环境污染问题、垃圾处理问题、水土流失问题等严重问题。但大气污染问题迫在眉睫,由于我国目前还处于粗放型经济模式,多地为了追求经济效益,不顾对环境造成的严重影响,直接往空气中排放,使得国内出现严重雾霭天气。这不仅给人们带来心理上严重影响,而且对人体也带来严重的病痛影响.在大气污染中,表现最为突出的而且被提上日程的就是PM2。5。研究表明,PM2。5日平均浓度增加,会导致人类出现各种无法想象的严重后果。首先,表现最明
14、显就是医院的呼吸道门诊量增长迅速3,导致医疗资源跟不上增长速度,严重的还会引起纠纷。其次,上班一族,会在长期的雾霭中工作,心理会由于过度的压抑,导致患上抑郁症等精神疾病,一系列不可控疾病随即而来,严重到可能导致社会动荡。随着国内经济的迅猛发展,工业化4水平的越来越高,小康水平的基本普及,人们也日益追求高质量生活。自然,对于环境的要求也是有着苛刻的要求。在现今,人们使用的监控设备精度越来越高,空气里PM2。5浓度受到了实时关注,在各种严重后果面前,人们都希望有一个干净、舒适的环境供大家生存。所以也都纷纷加入到保护环境的队伍中来,一方面发挥监督作用,从源头控制污染源,另一方面实时监控环境因素,做到
15、合理安排日程。同时也有更多的人加入到植物造林中来,亲自动手参与环境建设,美化环境,创造出一个赖以生存的环境。1.3 课题的主要内容本课题是基于单片机所设计的空气质量检测系统,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、蜂鸣器报警模块和按键等模块组成,主要的设计内容如下: (1)使用GP2Y1010AU传感器对粉尘颗粒的采集; (2)使用ADC0832作为采集样品的模拟量转化为数据量; (3)采用STC89C52单片机作为控制核心,计算其颗粒物浓度; (4)LCD1602作为显示屏显示所有测量值。通过按键设置报警值,作为
16、检测量最高值,当测量值高于报警值,蜂鸣器报警。基于单片机的空气质量检测系统既可以在工业生产实时检测到工业目标气体的浓度,也还可以完成数据的采集、分析、显示、存储、报警等任务,其具有操作简便,检测快速和便携性强的特点,适用于家庭和社区的医疗健康的保健,能够实时的知道空气中粉尘颗粒的含量。第2章 设计方案论证2。1 题目解析本设计要求制作一个基于51系列单片机5的PM2。5实时监控系统,它由控制器模块、ADC0832模数转化模块、按键模块、蜂鸣器报警模块、LCD显示模块、PM2.5传感器模块电路等组成.当传感器采集到空气中PM2.5浓度值后,然后经过ADC0832芯片,对GP2Y1010AU0F传
17、感器获取到的模拟信号转化成数字信号,然后经过单片机系统运算处理,在液晶LCD1602显示屏上面显示出实时测量到的PM2。5的浓度值,根据题目的要求,确定系统框图如2-1所示。图21 系统组成基本框图2.2 方案论证与设计2.2。1 控制部分的方案选择 (1)采用凌阳16位单片机,内存大,处理速度快,编程容易,而且其自身自带音频处理系统,可以不使用外部器件就可以实现语音报时功能,在一定程度上可以说大大节约成本比较适合此类规模系统.但是相对来说价格还是比较高,很多资源都被浪费掉了,不适合本设计,所以不采用该方案. (2)用STC89C52单片机,虽然他没有凌阳16位单片机的功能强大,但是他可以满足
18、该程序编程的需要以及各个功能部分也都可以实现,真正做到资源充分利用,而且在价格方面也比16位单片机的成本少好几倍,所以本设计选用该方案。2.2。2 显示部分的方案选择 (1)采用点阵式显示屏显示,点阵式显示屏是由八行八列的发光二极管组成,比较适合各种信息可以从左到右移动,也可以从右到左显示,给消费者一个真正的视觉冲击,但是对于这种显示方式似乎显得太浪费,对于单片机的扫描速度也是一个考验,且价格也相对较高,所以也不用此种作为显示。 (2)采用液晶屏显示方式显示。液晶显示美观性强,一目了然,可以运用菜单项来方便操作,液晶显示屏的显示功能强大,显示的信息量大,清晰可见。而且LCD1602价格低廉,控
19、制程序简单,稳定性高,使用寿命长等有点。所以,选择液晶屏显示方案。2.2.3 传感器模块的方案选择 (1)采用炜盛传感器,该传感器灵敏度高,但是体积大,不方便安装;电流大,不能使本设计做到低功耗.该方案不适合采用本设计。 (2)采用夏普PM2.5传感器,该传感器使用方便,体积小,方便安装,正常使用时,电流小,可做到电流的低功耗,有利于信号的储量过程,能够实现空气的流通,且利于AD转换,所以本设计采用该方案.2。2.4 模数转化模块的方案选择 (1)采用ADC0809模数转化芯片,ADC0809是一款8位逐次逼近式A/D模数转换器.他是通过地址锁存译码后的信号,选通ADC0809内部相对应的地址
20、通道,然后进行A/D信号转换,其一个芯焊接的脚位过多,占用的单片机IO口过多,而且目前仅在单片机初学应用设计中较片就可以有8个通道,功能非常强大,但是本设计只需要一个通道即可,再加上其需要为常见,而且价格也比较昂贵,不适合大规模应用。(2) 采用ADC0832模数转化芯片,ADC0832 是一款双通道8位分辨率A/D转换芯片。其封装为DIP-8或者SOC-8,方便焊接,调试.同时,其和单片机接口只有四条线,大大减少单片机的IO口损耗。同时由于其性价比高,广受消费者追捧。通过学习ADC0832我们就可以理解A/D转化芯片的工作原理.同时ADC0832模数转化芯片在本设计中,完全满足各种性能,自然
21、优先考虑ADC0832模数转化芯片,所以本设计采用该方案。2。3 系统方案论证 综上各方案所述,对此次设计的方案选定为:采用STC89C52RC作为主控制系统;以夏普GP2Y1010AU0F为核心传感器;以ADC0832作为系统模数转化模块;采用LCD1602作为系统的显示电路;采用蜂鸣器电路作为报警电路等,以完成PM2。5监控系统的设计。第3章 硬件电路设计3.1 单片机最小系统STC89C52RC6为宏晶推出的新一代高速、低功耗、超强抗干扰的单片机,指令代码完全兼容传统的8051单片机。单片机为DIP-40直插芯片,有四组I/O口P0,P1,P2,P3,每一条I/O线都能独立地作输出或输入
22、,单片机引脚图如31所示. 图3-1 单片机引脚图 该增强型8051单片机具有可任意选择的6时钟/机器周期和12时钟/两种机器周期,因为其内核依旧是51系列内核所以指令代码完全兼容传统8051系列。工作电压为5.5V3.3V(5V单片机)/3。8V2.0V(3V单片机),工作频率正常范围040MHz,相当于普通8051的080MHz,实际工作频率可达48MHz,用户应用程序空间为8K字节,片上集成512字节RAM,通用I/O口32个,复位后为P1/P2/P3/P4是准双向口/弱上拉,P0口是漏极开路输出,作为总线扩展用时,不用加上拉电阻,作为I/O口用时,需加上拉电阻。ISP(在系统可编程)/
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