基于单片机的室内环境监控系统标准设计软件设计.doc

本科毕业设计(论文)

题目：基于单片机室内环境监控系统设计（软件设计）

院（系）
专 业
班 级
姓 名
学 号
导 师

6月

本科毕业设计(论文)

题目：基于单片机室内环境监控系统设计（软件设计）

院（系）
专 业
班 级
姓 名
学 号
导 师

6月

基于单片机室内环境监控系统设计（软件设计）
摘要
伴随经济连续快速发展，大家生活水平不停提升,空气质量却越来越差。所以，对室内环境空气质量要求越来越高。传统室内环境监测设施实时性差、精度低、体积大、功效单一，难以顺应该代经济发展需求。所以，怎样设计一款功效齐全、操作简单、性价比高室内环境监控系统成为趋势。
本设计关键内容是实现一个含有温湿度、烟雾、甲醛及一氧化碳为一体多功效室内环境监测系统，要求其精度适宜，适适用于家庭、综合办公楼等室内环境监测。需要软件设计部分包含：系统总体软件设计、各个模块软件设计，和对应软件代码调试。各个模块包含：各个传感器和数据采集和处理、报警、显示、输出驱动模块、上位机监控中心RS-485通讯模块及上位机人机交互模块等。主控制器为STC89C52单片机。A/D转换采取ADC0832将模拟量转换为数字量。结合报警模块和电机充当换气扇输出模块，上位机界面用Visual Basic 6.0来设计，实时监控下位机室内环境数据。
实际中能够完成各个传感器对数据采集、转换、显示和传输，基础完成各个模块功效。经过RS-485方法来通讯，数据能够经过串口调试助手和上位机界面对其显示。

关键字：监控系统；STC89C52；温湿度、烟雾、甲醛及一氧化碳传感器；RS-485通讯.

Design of indoor environment monitoring system based on microcontroller (software design)
Abstract

With the rapid development of economy, people's living standards continue to improve, air quality is getting worse. Therefore, the indoor air quality requirements of higher and higher. The traditional indoor environmental monitoring facilities has poor real-time performance, low accuracy, large volume and single function, which is difficult to comply with the needs of modern economic development. Therefore, how to design a fully functional, simple, cost-effective indoor environmental monitoring system to become the trend.
The design of the main content is to achieve a with temperature, humidity, smoke, formaldehyde and carbon monoxide is one of the multifunctional indoor environment monitoring system, the appropriate precision, applicable to family, office building indoor environment monitoring. The software design includes the overall software design, the design of each module, and the software code debug.. Each module includes: various sensors and data acquisition and processing, alarm, display, output drive module, host computer monitoring center of RS-485 communication module and PC man-machine interaction module. The main controller is STC89C52 microcontroller. A/D conversion uses ADC0832 to convert analog quantities to digital quantities. Combined alarm module and the motor as the ventilator output module, PC interface with Visual Basic 6.0 to design, monitoring in real time, the next bit machine indoor environment data.
In practice, the data acquisition, conversion, display and transmission of each sensor can be completed, and the function of each module is completed.. Through the RS-485 way communication, data can be displayed by serial debug assistant and PC interface.
Keywords: monitoring system; STC89C52; temperature and humidity, smog, formaldehyde and carbon monoxide sensor; RS-485 communication.

目录
汉字摘要 (I)
英文摘要 (II)
1 绪论 (1)
1.1设计背景及意义 (1)
1.2中国外相关研究 (1)
1.3设计关键内容 (1)
2. 系统总体方案设计 (3)
2.1 总体设计方案 (3)
2.1.1 室内环境参数选择 (3)
2.1.2 系统总体设计思绪 (4)
2.1.3 系统方案可行性 (4)
2.1.4 系统总体设计指标 (4)
2.2 各个模块设计 (5)
2.2.1 温湿度检测 (5)
2.2.2 烟雾检测 (5)
2.2.3 甲醛检测 (5)
2.2.4 一氧化碳检测 (6)
2.2.5 A/D转换 (6)
2.2.6 按键设置模块 (6)
2.2.7 显示模块 (7)
2.2.8 报警及电机驱动模块 (7）
2.2.9 通讯模块 (7）
2.2.10 上位机模块 (8）
3.系统软件设计 (10）
3.1 系统软件总体方案设计 (10）
3.1.1 系统总体原理框图 (10）
3.1.2 RS-485和PC机之间通信原理图 (11）
3.2 系统主程序软件步骤图 (12）
3.3 温湿度检测模块软件设计 (13）
3.3.1 DTH11电源引脚 （13）
3.3.3 DTH11时序 （13）
3.3.4 温湿度传感器DHT11技术参数 （14）
3.3.5温湿度检测模块软件步骤图： （15）
3.4 烟雾检测模块软件设计 （15）
3.4.1 烟雾传感器MQ-2检测和处理 （15）
3.4.2 烟雾传感器MQ-2技术参数 （16）
3.4.3 烟雾传感器检测模块软件步骤图 （17）
3.5 甲醛检测模块软件设计 （18）
3.5.1 甲醛传感器MQ-138检测和处理 （18）
3.5.2 甲醛传感器MQ-138技术参数 （18）
3.5.3 甲醛传感器MQ-138检测模块软件步骤图 （19）
3.6 一氧化碳检测模块软件设计 （20）
3.6.1 一氧化碳MQ-7检测和处理 （20）
3.6.2 一氧化碳MQ-7技术参数 （20）
3.6.3 一氧化碳MQ-7检测模块软件步骤图 （21）
3.7 ADC0832转换模块软件设计 （22）
3.7.1 ADC0832引脚图 （22）
3.7.2 ADC0832通道地址设置表 （23）
3.7.3 ADC0832工作时序 （23)
3.7.4 ADC0832检测模块软件步骤图 （24)
3.8 按键设置模块软件设计 （25)
3.9 显示模块软件设计 （25)
3.10 报警模块及电机驱动模块软件设计 （26)
3.11 通讯模块软件设计 （26)
3.12 上位机模块软件设计 （27)
3.12.1 上位机模块软件思绪介绍 （27)
3.12.2 上位机模块界面编写 （28)
3.12.3 上位机模块软件步骤图 （30)
4. 软硬件调试和调试现象 (31)
4.1 使用开发软件 (31)
4.2 试验现象和仿真结果 (31)
4.2.1 试验过程中LED数码管显示结果 (31)
4.2.2 试验过程中串口调试助手调试 (32)
4.2.3 试验过程中上位机传输数据显示 (33)
5.总结和展望 (34)
5.1 总结 (34)
5.2 展望 (34)
参考文件 （35）
致谢 （37）
毕业设计（论文）知识产权申明 （38）
毕业设计（论文）独创性申明 （39）
附录A 系统原理图 （45）
附录B 系统源程序 （41）
附件C 外文翻译 （50）

1 绪论
1.1设计背景及意义
经济连续快速发展，大家生活水平不停改善，但空气质量却急剧下降。大家对多种室内环境要求也越来越高。传统室内环境监测设施实时性差、精度低、体积大、功效不齐全等，难以适应大家要求。基于以上背景，本文设计了基于单片机室内环境监控系统，它能实时自动地采集室内所需数据，并分析数据传输到我们需要界面。
1.2中国外相关研究
减轻室外空气污染最早为14世纪，以英国伦敦烟雾法为代表。伴随社会进步，经济不停发展。但我们对环境也造成了很大危害。最近伴随空气质量不停恶化，大家最多提及就是保护环境，为我们发明一片蓝天。生活环境PM2.5值上升，让近几年涌现出一大批空气净化系统，可见空气质量现在对大家关键性。伴随不停研究，大家对空气质量污染成因和影响原因有了深刻认识，处理空气污染方法也不停完善。大家对不一样环境下，不一样污染物在室内和室外相互关系有了一定认识，也有了检测系统。国外对环境改善处理技术研究较早，正向自动化方向发展。中国对于环境监控技术起步较晚，现在仍有不足。中国市场室内环境监测仪器关键是有害气体检测，功效单一且价格较贵，所以很必需设计一个多功效且经济室内环境监测系统。
1.3设计关键内容
本设计关键内容是实现一个含有温湿度、烟雾、甲醛、一氧化碳为一体多功效监测系统，要求其精度适宜，适适用于家庭、综合办公楼等室内环境监测，和硬件设计部分配合完成室内环境监测系统总体方案设计。完成系统软件设计部分包含：各个模块软件设计、系统总体软件设计，和对应软件代码调试。各个模块包含：传感器数据采集和处理模块、报警、显示、输出驱动模块、和上位机监控中心RS-485通讯模块及上位机人机交互模块等。关键完成内容以下：

(1) 下位机主控制器采取单片机STC89C52
(2) 温湿度检测传感器采取DTH11;
(3) 烟雾检测传感器采取MQ-2;
(4) 甲醛检测传感器采取MQ-138;
(5) CO检测传感器采取MQ-7;
(6) A/D转换芯片采取ADC0832;
(7) 显示数据用4位数码管；
(8) 通讯用RS-485总线通讯；
(9) 上位机采取Visual Basic 6.0来编写。

2. 系统总体方案设计
2.1 总体设计方案
以单片机为控制关键，以温度、湿度、烟雾浓度、甲醛及一氧化碳传感器为测量元件，以电机为实施机构，以数码管为显示，并应用RS-485通讯总线和上位机通讯，组成室内环境检测系统。系统经过多种传感电路检测室内温湿度、甲醛、烟雾及一氧化碳浓度等参数值，然后和预先设置参数临界值进行比较，实时显示目前传感器所检测到各个参数值，并和报警和实施机构相互配合，完成设计监控系统需求。
2.1.1 室内环境参数选择
此次设计目标为室内环境监测，达成实时显示、报警和监控目标。
在日常生活中，大家对温度和湿度感受是最为直接。温度高低能够提醒大家加减衣物；湿度在南方湿度较大要除湿，在北方空气干燥需要加湿，湿度不仅影响人身体不适，也对室内装修和家俱有很大影响。所以，必需选择温湿度作为一个检测量。
气体也是生活中必需要注意一个关键原因。
烟雾被提及最多就是火灾现场。室内有些人吸烟，烟雾过大也会出现报警和换气，能够帮助大家降低二手烟危害。一样也能够立即让大家知道室内是否有火灾隐患，预防火灾发生。所以，烟雾是一个很关键检测量。
在室内装修材料，有些会释放部分对人有害气体，比如甲醛。甲醛最直接危害就是对大家皮肤有很大刺激作用，吸入少许会感觉刺鼻，吸入过量会引发头痛等症状。如优点于这种环境，会造成很多更大难以治愈疾病。所以，甲醛也是一个需要检测量。
生活中常常会有新闻上说有些人煤气或液化气中毒，煤气关键成份就是CO。
患者可出现头痛、头晕、视物模糊、耳鸣、恶心、呕吐、心动过速、短暂昏厥等，严重可能死亡。所以，一氧化碳也是一个需要检测量。
所以，系统中传感器检测采取了温湿度、烟雾、甲醛和一氧化碳。

2.1.2 系统总体设计思绪
a.从机方面：
（1） 温湿度、烟雾浓度、甲醛及一氧化碳传感器测量数据和数据处理；
（2） 三个模拟量检测传感器用ADC0832芯片进行数据数模转换；
（3） 采取四位数码管显示传感器检测数据；
（4） 独立按键设置（显示切换和参数值调整）；
（5） 报警和电机实施来预警和改善环境质量；
（6） RS-485总线设置和串口通信等。
b.上位机方面：
（1） 基于Visual Basic 6.0监控界面设计和数据显示。
（2） 基于Visual Basic 6.0温湿度、烟雾浓度、甲醛及一氧化碳传感器数据显示控件和串口配置控件设计和调试。
2.1.3 系统方案可行性
伴随以单片机为关键微芯片技术快速发展，系统设计中用到主控芯片STC89C52发展已经比较成熟，温室度、烟雾浓度、甲醛及一氧化碳传感器、ADC0832转换芯片和LED等市场中也有出售而且也已经使用广泛。通信方面RS485通信和Visual Basic编写上位机也在实际应用中常常被用到。设计中需要资料也较为齐全。经过分析STC89C52主控芯片，得出此芯片能够满足此次系统设计需求。而且本设计中提及到设计思绪和市场上部分产品有相同之处。所以，系统方案含有可行性。
2.1.4 系统总体设计指标
（1） 可靠性；
在系统设计中，系统设计每一个步骤必需将可靠性作为首要选择。设计中经过使用可靠性较高元器件、经过合理布局和合理设计降低元器件之间相互影响和干扰等方法来提升系统设计可靠性。
（2） 操作简单；
在系统软件和硬件方面设计时，必需要充足考虑到使用者简单操作。本设计中只要系统正常运行，数码管就能显示数据，而且能够用上位机观察到检测数据，操作很方便。
（3） 维护方便；
在系统设计时，软硬件方面全部依据各个模块做了具体设计和布局，而且实时显示，能够在发生故障时明确知道具体哪个模块出了问题，为系统维护提供方便。
（4） 性价比高。
系统设计用主控制器为单片机，单片机不仅有它体积小、功耗少，而且有很高性价比优势。即使系统设计所用传感器较多，但全部是经过仔细分析检测需要参数数据。而且经过用性价比高元器件、简化硬件电路设计、尽可能用软件替换部分硬件功效，从而达成高性价比。
2.2 各个模块设计
2.2.1 温湿度检测
本设计中采取DHT11数字温湿度传感器。
市面上检测温度传感器常常使用是DS18B20，检测湿度传感器常常见到HS1100。这两款传感器虽能完成需要参数测量，不过需要单片机端口较多，程序也较为复杂，经济型也不高。DHT11是一款经校准数字信号输出温湿度复合传感器，它本身含有很高可靠性和长久稳定性。传感器包含一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，和一个高性能8位单片机相连接。所以，它品质较为良好、响应较为快速、抗干扰能力较强。综合以上原因，它是一个性价比较高温湿度传感器。完全能够满足设计需求。
2.2.2 烟雾检测
设计中采纳MQ-2烟雾传感器。
MQ-2是以清洁空气中电导率较低金属氧化物二氧化锡为主体N型半导体气敏元件。它比通常烟雾传感器灵敏度要高、动作时间和恢复时间小、工作稳定、输出信号强和电导率改变显著优点。所以，被常见作室内空气质量检测最好产品。
MQ-2输出是模拟信号，需经过A/D转换，A/D转换选择ADC0832，经过ADC0832采集后就能够得到多种烟雾浓度下电压值，从而设定出理想烟雾强度报警值。
当传感器检测到烟雾时，单片机经过ADC0832将传感器检测到模拟量转换为数字信号，此数值在单片机内部和预设值比较，假如大于预设范围，则调用蜂鸣器报警。
2.2.3 甲醛检测
选择MQ-138进行甲醛采集。
MQ-138传感器是一个灵敏性高、稳定性好、性价比高半导体传感器。适宜于醇类和醛类等有机溶剂检测，适适用于家庭室内环境及办公室中有害气体检测。MQ-138标准工作条件和MQ-2相同。MQ-138甲醛传感器检测为模拟量仍需要ADC0832来进行A/D转换。
2.2.4 一氧化碳检测
检测一氧化碳选择MQ-7一氧化碳传感器。
MQ-7是由微型陶瓷管、敏感层,测量电极和加热器形成敏感元件，它含有很高灵敏度，同时含有长寿命和稳定性，适适用于家庭房间、厨房等环境对一氧化碳探测。和MQ-2不一样是，MQ-7为高低温循环检测形式低温检测，传感器电导率随空气中一氧化碳气体浓度增多而增大，高温（5.0V加热）清洗低温时吸附杂散气体。MQ-7 检测原理和MQ-2基础相同，唯一差异是MQ-7标准条件要求采取高低电压循环供电，不过通常情况下，在一般应用电路中采取单电压加热，所以电路设计也和MQ-2电路基础一致。MQ-7一氧化碳传感器测量值也为模拟量，要用A/D转换芯片，转换为数字量，再用于实际中显示。
2.2.5 A/D转换
系统设计中A/D转换用ADC0832芯片。ADC0832是一个8位分辨率A/D转换芯片；输入输出电平和TTL/CMOS相兼容；输入电压由5V电源来供电，输入电压在0-5V之间；频率为250KHZ、转换时间为32us；通常功耗仅为15mW；封装形式也多样化。因为其功效齐全，性价比高而受到大多数人和企业欢迎，现在含有很高普及率。
基于它以上优点，此次设计中用到A/D模数转换采取此芯片。不过因为设计中有三个气体传感器测量数据为模拟量需要模数转换，而一个ADC0832芯片只能够满足2路数据转换。所以，实际设计中采取了2片转换芯片。
2.2.6 按键设置模块
系统设计中使用了四个按键。各个按键功效以下：
按键1关键是一个显示切换按键；
按键2和按键3关键是对报警参数值改变，达成报警参数值可调效果；
按键4关键是手动报警按键，当发觉室内环境有异常而检测装置没有检测到时，手动按键能够直接触发报警装置。
注：最小系统中也有一个按键，为复位按键，没有在按键设置模块包含范围。
2.2.7 显示模块
采取四位数码管显示，按键切换来显示数据。
数码管引脚图、共阴阳极内部图以下图2.1所表示：

图2.1 数码管引脚和共阴阳极
注：程序中采取共阳极
2.2.8 报警及电机驱动模块
系统中设计了一个输出模块，关键是报警和驱动电机，报警为大家提供了一个预警，让大家提前知道空气质量出现了问题，为大家排除隐患提供关键依据。驱动电机充当一个换气扇作用，为室内环境首先通风，使环境对人危害尽力减小，减缓空气质量变差时间，为大家做出对应处理提供更多时间。
2.2.9 通讯模块
传感器采集数据经过单片机发送给上位机串口通讯方法中，最常见二种是RS-232串口和RS-485串口通信方法。本系统设计中采纳RS-485通讯方法。
RS-485工作原理：
RS-485采取平衡发送和差分接收，半双工通信形式，所以含有抑制共模干扰功效。首先，在通讯中，连接点一直处于接收状态，等候接收信号。当接收到接收信号后和之间所分配地址码进行对比，假如相同就发送数据，假如不一样就继续处于等候接收状态。利用RS-485总线通信模式能够形成多点网状系统，节省信号线。通常在工业现场，因其需要较长通讯距离，大多采取RS-485通讯。
二者区分：
（1） RS-232是全双工，支持点对点通信。RS-485是半双工，支持点对多点通信。
（2） RS-485和RS-232仅是通信物理协议（即接口标准）有区分，RS-485为差分传输形式，RS-232是单端传输形式，但通信程序不用有太大改动。PC机上全部装有RS-232，直接应用就能够。假如使用RS-485通信，需要在RS-232端口上多连接一个RS-232转RS-485转换头，没必需再去修改程序。
此次系统设计选择RS-485串口通信原因：本系统关键设计思绪为多机通讯，需关键点对多点通讯，要满足这个要求就需要选择RS485通信模式。

上位机和单片机多机通信采纳标准：
实际设计中因为多机通讯，需要消除各节点相互之间干扰，需要对下位机进行地址分配（用Max485芯片共可接32个节点），分配标准以下：从0x0101～0x0132。实际中用到地址分配为：0x0101和0x0102。
系统工作中，下位机时刻处于采集数据过程中，而且一直处于等候接收状态。当上位机连接好串口后，会周期性向下位机发送地址信息，下位机接收到地址信息后，会把接收到地址信息和本身写入地址信息进行比照。当和本身地址相同时，下位机将经过串口发送采集到数据；当和本身地址不一样时，下位机就继续处于等候接收状态。从而，来完成多机通信而不受到多个下位机之间数据干扰。
2.2.10 上位机模块
系统中上位机模块用Visual Basic 6.0来编写。
Visual Basic它因其自己简单操作和功效齐全发展为广泛编程语言。它功效强大，本身数据库和各个控件联合能处理实际中很多问题，被程序员广泛使用。
Visual Basic 6.0特征衡量：在 Visual Basic 中，可经过属性(Property)、方法（Method）和事件（Event）来说明和衡量一个对象特征。
Visual Basic 6.0控件：依据应用类型，Visual Basic控件能够分为以下3类：
（1） 内置控件；
（2） ActiveX控件；
在工具箱中添加ActiveX控件步骤以下。
①用打开工程方法，打开一个Visual Basic 6.0工程，在列表框中选择要添加ActiveX控件。
②重新进入到Visual Basic编写界面，此时添加ActiveX控件会被添加到工具箱内。
（3） 可插入对象。
Visual Basic 6.0语言弊端：Visual Basic 语言不能够和其它类型相互来编写、不能移植到其它同类型软件中使用、出现一些异常问题处理不到位等部分弊端，使其有了很多不足。

3.系统软件设计
3.1 系统软件总体方案设计
3.1.1 系统总体原理框图
依据设计中需要用到主控芯片、各个传感器、各个模块、和显示、驱动电机和通讯等，画出系统含有总总系统原理框图图3.1所表示：

图3.1 系统原理框图

3.1.2 RS-485和PC机之间通信原理图
依据下位机和上位机通信方法和设计中需要总线方法等设计了RS-485和PC机实现多机通信原理图以下图图3.2所表示：

RS-485和PC机实现多机通信原理图

图3.2 上位机和下位机通讯原理图

注：实际中多机通讯下位机节点数能够为32个，但在系统设计中用2个节点来设计。

3.2 系统主程序软件步骤图
依据系统设计要求，系统主程序软件步骤图以下图图3.3所表示：

图3.3系统主程序软件步骤图
3.3 温湿度检测模块软件设计
3.3.1 DTH11电源引脚
DTH11供电电压为3-5.5V。首先，给传感器上电，不用发送指令等候一段时间来越过不稳定状态。电源引脚VDD和GND之间添加一个去耦滤波电容。
3.3.2 DTH11数据格式
DATA应用于处理器和DTH11相互通信，单总线数据格式，通讯时间单次为4ms周围，数据由小数和整数两部分组成。小数部分通常见于扩展，所以读出为零。
数据格式：8位湿度整数数据+8位温度整数数据+8位校验和。
数据输送无误时校验和数据等于“8位湿度整数数据+8位温度整数数据”得出结果末8位。
因为在系统设计中传感器整数部分就已经能够满足完美需求，所以实际设计中只用到了DTH11整数数据。
3.3.3 DTH11时序
首先，需要发送一个信号用作起始信号，DHT11就会从低速模式转到高速模式，待开始信号完成后，DHT11发送回复信号，发送40bit数据并触发一次数据采集，单片机能够选择读全部或部分数据两种方法。在没收到单片机起始信号，DHT11不能自己进行温湿度采集。数据采集完结后，DHT11将转入低速模式，等侯下一次起始信号，以此完成上面步骤。
总线空闲时为高电平，单片机把总线拉低等候DHT11回复，间隔应该大于18ms，从而确保DHT11能够接收到单片机起始信号。DHT11答应信号为低电平约80μs左右。单片机起始始信号发完候等候20-40μs左右时间，接着接读取DHT11响应信号。总线为低电平，表明DHT11在发送回复信号，DHT11回复完后，接着总线拉高80μs，预备发送数据，每位数据均因50μs低电平间隙起始，高电平连续时间代表数据位0或1。待最终一位数据发送结束，DHT11拉低总线50μs，最终总线经上拉电阻拉高进到等候状态。

单片机跟DHT11相互通讯示意图以下图3.4所表示：

图3.4 DHT11和单片机通信示意图

3.3.4 温湿度传感器DHT11技术参数
总结温湿度传感器DHT11技术参数以下表表3.1所表示：

表3.1 温湿度传感器DHT11技术参数

参数名称
参数
供电电压
3.3-5.0V DC
工作电流（平均）
0.3mA
采样周期
≥2S
测量范围
温度：0-50℃ 湿度：20-95% RH
测量精度
温度：±2℃ 湿度：±5% RH
分辨率
温度：1℃ 湿度: 1% RH
输出信号
单总线数字信号

3.3.5温湿度检测模块软件步骤图：
温湿度检测模块软件步骤图以下面图3.5所表示：

图3.5 温湿度检测模块软件步骤图

注：实际设计中DTH11温湿度传感器DATA数据位接单片机P3.5口，VDD接高电平VCC,GND接地，NC悬空不用。传感器将检测到温度和湿度经过本身传感器处理后，将四位数据从P3.5发送到主控芯片。
3.4 烟雾检测模块软件设计
3.4.1 烟雾传感器MQ-2检测和处理
烟雾传感器是一个测量值为模拟量灵敏气体检测传感器，因为它测量是模拟量，而实际设计中我们需要它检测数字量显示。所以，应该对测量后数据使用A/D转换。试验中采取8位ADC0832芯片来进行数据转换，将数字量用于我们显示和数据传输。
3.4.2 烟雾传感器MQ-2技术参数
烟雾传感器MQ-2技术参数以下表表3.2所表示：

表3.2 烟雾传感器MQ-2技术参数

参数名称
参数
工作电压
3.3-5.0V DC
关键芯片
LM393、MQ-2Q气体传感器探头
模拟量输出信号电压
0-5.0V
测量浓度范围
100ppm-1000ppm
工作温度
20℃±2℃
工作湿度
65％±5％RH
适合气体种类
烟雾、甲烷、丙烷、丁烷、氢气、酒精、液化气等。

3.4.3 烟雾传感器检测模块软件步骤图
依据设计中对烟雾检测要求和传感器使用，列出了烟雾传感器检测模块软件步骤图以下图图3.6所表示：

图3.6 烟雾检测模块软件步骤图

注：在实际设计中，依据烟雾传感器引脚说明，连接传感器VCC、GND和OUT等管脚。将输出通道AD1接CH0进行数据转换。

3.5 甲醛检测模块软件设计
3.5.1 甲醛传感器MQ-138检测和处理
采取传感器MQ-138能够对范围以内甲醛气体有很好线性度，它将甲醛浓度转化为成电信号，经调整电路、模数转换后送单片机处理。完成设计对数字量需求。
3.5.2 甲醛传感器MQ-138技术参数
甲醛传感器MQ-138技术参数以下表表3.3所表示：

表3.3 甲醛传感器MQ-138技术参数

参数名称
参数
工作电压
5.0V±0.1V
关键芯片
LM393、MQ-2Q气体传感器探头
输出电压改变量
0.5V（in 50ppm甲苯）
敏感体电阻RS阻值范围
10K-200KΩ
测量浓度范围
5ppm-500ppm
工作温度
20℃±2℃
工作湿度
55％±5％RH
适用气体种类
甲苯、丙酮、乙醇、氢气等

3.5.3 甲醛传感器MQ-138检测模块软件步骤图
依据设计中对甲醛检测要求和传感器使用，列出了甲醛传感器检测模块软件步骤图以下图图3.7所表示：

图3.7甲醛检测模块软件步骤图

注：甲醛传感器MQ-138标准工作条件基础和烟雾传感器MQ-2相同。二者工作原理和数据处理基础相同。硬件图设计连接时，连接模数CH1输入脚。

3.6 一氧化碳检测模块软件设计
3.6.1 一氧化碳MQ-7检测和处理
一氧化碳传感器MQ-7采取高低温循环检测方法低温监测一氧化碳，再经由简略电路将电导率变动转化为和气体浓度所等同输出信号，得出检测一氧化碳浓度。
3.6.2 一氧化碳MQ-7技术参数
一氧化碳MQ-7技术参数以下表表3.4所表示：

表3.4一氧化碳MQ-7技术参数

参数名称
参数
回路电压
≤10V DC
输出电压
2.5-4.3V（in 100ppmCO）
负载电阻
可调
测量浓度范围
10ppm-1000ppm
工作温度
20℃±2℃
工作湿度
55％±5％RH
灵敏度 S
Rs(in air)/ Rs (100ppmCO)≥5
适用气体种类
一氧化碳和含有一氧化碳气体混合气体

3.6.3 一氧化碳MQ-7检测模块软件步骤图
依据设计中对一氧化碳检测要求和传感器使用，列出了一氧化碳传感器检测模块软件步骤图以下图图3.8所表示：

图3.8 一氧化碳检测模块软件步骤图

注：一氧化碳传感器检测和前2个传感器检测原理基础相同，只是在硬件设计中，因为一个转换芯片不够用，所以连接时将传感器连接在了第二个ADC0832CH0脚。
3.7 ADC0832转换模块软件设计
3.7.1 ADC0832引脚图
设计中所用A/D转换芯片ADC0832引脚图以下图图3.9所表示。

图3.9 ADC0832引脚图
芯片管脚说明：
CS：CS为芯片片选使能端口。芯片为任务过程中，CS输入端应为高电平，这时芯片为不可使用。当CS输入端为低电平时，芯片被使能选中能够进行工作。在进行数据模数转换时，必需确要CS使能端一直坚持低电平直到数据转换完成。
CH0：CHO为芯片模拟输入通道0。单片机能够同给如芯片高低电平来选择通道。
CH1：CH1为芯片模拟输入通道1。它和CH0工作方法和工作原理基础相同。
GND：GND为芯片参考点位地，地是每个芯片全部含有，起到了导通和保护作用。
DI：DI作为芯片数据信号输入，选择通道控制，DO/DI端则使用DI端输入通道功效选择数据信号。
DO：DO作为芯片数据信号输出，转换数据输出。
CLK：CLK为芯片时钟输入信号。芯片在进行数据转换时，必需要处理器向时钟输入端口输入脉冲。
Vcc/REF：为芯片电源输入或参考电压输入。为芯片工作提供最基础电源支持。

3.7.2 ADC0832通道地址设置表
ADC0832通道地址怎样配置表以下表3.5所表示：

表3.5 ADC0832通道地址设置表

输入形式
配置位
选择通道
CH0
CH1
CH0
CH1

差分输入
0
0
+
-
0
1
-
+

单端输入
1
0
+

1
1

+

对于芯片通道选择，取决于两位数据高低电平和她们次序。当只存在CH0进行单通道转换时，需要将两位数据置为“1”和“0”；当只有CH1进行单通道转换时，需要将两位数据置为“1”和“1”；当将CH0作为正输入端时，需要将两位数据置为“0”和“0”；当将CH1作为负输入端时，需要将两位数据置为“0”和“1”。实际设计中我们采取只有CH0单通道转换或CH1单通道转换。

3.7.3 ADC0832工作时序
首先,在第一个时钟脉冲之前将DI设为高电平，表明开启位已经开启。接着在第二、三个时钟脉冲之前给DI端输入两位数据来选择通道性能，在第三个时钟脉冲下降后DI端输入电平就会消失它输入作用，接着DO/DI端则开始利用数据输出DO进行数据转换读取。然后，第四个脉冲下降沿开由DO端输出转换数据最高位Data7，以后全部脉冲下降沿DO端全部输出下一位数据。等候第十一个脉冲发出最低位数据Data0，表示一个字节数据完成。所以，以后位开头输出下一个相反字节数据，等同于第十一个字节下降沿输出Data0。接着输出8个数据，待第十九个脉冲时数据完成，相当于一次模数转换完成。接着，将CS设为高电平来停止芯片使用，把转化后数据进行处理。

ADC0832时序图以下图3.10所表示：

图3.10 ADC0832工作时序
3.7.4 ADC0832检测模块软件步骤图
ADC0832检测模块软件步骤图以下图图3.11所表示：

图3.11 ADC0832检测模块软件步骤图
注：实际设计中，甲醛和烟雾传感器利用了第一个转换芯片CH0和CH1通道，而一氧化碳传感器选择了第二个传感器CH0通道。为各个传感器数据