一种基于51单片机的粉尘监测系统的设计样本.doc
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1、 届 别 学 号 毕业设计 基于51单片机PM2.5检测系统设计与实现 姓 名 系 别、 专 业 电子信息与电气工程学院 电子信息科学与技术专业 导 师 姓 名、职 称 完 成 时 间 5月10日 目 录摘 要IAbstractII1 绪论11.1 课题背景11.2 国内外研究现状12 系统仿真软件及总体设计方案12.1 Keil4软件开发坏境12.2 软件烧录工具22.3程序构造分析42.4 整体设计方案42.5电源模块53 重要元器件简介53.1 GP2Y1010AU0F传感器简介53.2 ADC0832模数转换器简介83.3 LCD1602液晶显示屏103.4 STC89C52单片机简介
2、134 系统单元电路模块设计164.1主控制模块164.2显示模块电路174.3关于报警模块设计174.4按键模块设计184.5粉尘模块电路设计184.6电源某些设计195 系统测试与实现205.1系统程序流图205.2 仿真电路215.3 软件跟硬件结合225.4 测试成果分析245.5 系统实现246、总结25致 谢26参照文献27附录1:系统整体电路原理图28附录2:系统设计某些源程序29摘 要 当前社会发展越来越快,随着工业发展,虽然给人们生活带来诸多便利。但是,在生产过程产生诸多对人体有害因素工业生产过程中会,例如煤炭灰开采、水泥生产等行业中粉尘污染。 我设计采用由LCD1602液晶
3、模块、STC89C52单片机最小系统、ADC0832模数转换器模块、GP2Y1010AU粉尘传感器、电源模块、蜂鸣器报警模块和按键模块模块构成。单片机是通过ADC0832转换芯片采集GP2Y1010AU粉尘传感器粉尘浓度,通过单片机数据转换解决后在液晶屏上显示空气中质量,测量空间中粉尘浓度如果不不大于当时设立粉尘浓度时,蜂鸣器就会产生报警声音和发光二极管发出声光报警。固然,粉尘浓度报警值咱们可以通过按键来进行设立。核心字:GP2Y1010AU0F传感器;粉尘检测;空气质量 AbstractWith the development of society and industry,whichbri
4、ngs a lot of convenienceto peoples life.However,it will produce a lot of harmful factors in the process of industrial production,such as coal mining,cement production and other industries in the dust pollution.Ina variety of risk factorson human health effects ofthe most serious.The dust harm to hum
5、an body isthe most direct,the most serious is thecause of pneumoconiosis.When the dust concentration is too high,thehigh temperature drying timemay explode.The design used by STC89C52 MCU minimum system,gp2y1010au dust sensor,ADC0832 ADC module,LCD1602 LCD module,power supply module,buzzer alarm mod
6、ule and a key module.Single-chip microcomputer real-time through the ADC0832 conversion chip acquisition gp2y1010au dust sensor dust concentration,through the single-chip microcomputer data conversion processing in the LCD screen display in the air quality,when the spatial measurement of dust concen
7、tration is higher than the set of dust concentration,buzzer and light-emitting diodes emit sound and light alarm.The dust concentrationalarm value can be setthrough the buttons. Key words:GP2Y1010AU0F detection sensors;Dust detection;dust and air quality1 绪论1.1 课题背景粉尘又称可吸入颗粒物,它是能被呼吸道粘连,直径有10um颗粒物状,对
8、人眼睛、上呼吸道、鼻腔都非常有害。粉尘和烟雾它是做为病菌载体,如果一旦分散到空气中,就会很容易传播各种疾病。人们长期呼吸或长期散落皮肤上会容易导致癌症。由此可以看出粉尘对人体健康和生产会产生巨大危害性,煤矿井下管道作业、煤炭生产都要产生大量粉尘,加上煤炭井下没有通风条件,煤尘浓度可高达1000mg/m以上。在这环境中工作中,工人会吸入大量粉尘,如果粉尘长时间进入人呼吸系统,大量粉尘会在肺泡中沉积,会引起慢性职业病,严重危机人身体健康。因而,咱们必要对煤矿井下粉尘进行实时检测和采用应急办法,及时理解煤矿井下工人劳动环境和安全,并且掌握井下煤尘浓度及变化状况,以及采用应急办法来变化粉尘浓度,为安全
9、,防尘,降尘等办法提供必要现场数据和采用办法减少浓度。1.2 国内外研究现状在国内内大多采用先进测试粉尘技术,有是射线原理,其吸取量只与吸取物质重量有关,而与吸取物质物化性质无关,可直接读粉尘浓度。2 系统仿真软件及总体设计方案2.1 Keil4软件开发坏境 Keil4 C51是美国Keil Software公司出品51系列兼容单片机C语言软件开发系统,与汇编相比,C语言在功能上、构造性、可读性、可维护性上有明显优势,因而易学易用。Keil4 软件开发环境如图1所示:图1 Keil4软件开发环境 我用是keil4软件开发坏境,该软件可以开发和调试软件,我用是C语言作为开发语言,该语言是咱们大学
10、上一门专业课语言,因此我开发语言是C语言。2.2 软件烧录工具在keil4软件开发完毕并且编译没有错误状况下,为了要实现软件与硬件同步工作,软件来控制硬件来达到PM2.5检测系统与实现,这样就能达到毕业设计目,软件烧录我用是STC_ISP软件,运用这个软件就能把我自己设计工程软件烧录到STC51单片机里,在把单片机芯片放到我自己焊硬件中,就能达到测试效果,STC_ISP软件如图2所示,尚有烧录单片机如图3所示: 图2 STC_ISP烧录软件 图3 烧录工具2.3程序构造分析主程序对所用到外设资源进行初始化,还调用了LCD显示程序、键值设定程序、对ADC0832以及粉尘传感器数据解决程序3个子程
11、序,LCD显示程序都需要更新数值,键值动作变化或者粉尘浓度数据有变化时。在本章重要简介主程序流程,和对ADC0832以及粉尘传感器数据解决子程序流程。2.4 整体设计方案毕业设计采用ADC0832模数转换器模块、LCD1602液晶模块、STC89C52单片机最小系统、GP2Y1010AU粉尘传感器、电源模块、蜂鸣器报警模块和按键模块模块等模块构成。单片机实时通过ADC0832转换芯片采集GP2Y1010AU粉尘传感器粉尘浓度,通过单片机数据转换解决后在液晶屏上显示空气中质量,当测量空间中粉尘浓度不不大于设立粉尘浓度时,蜂鸣器和发光二极管发出声光报警。粉尘浓度报警值可以通过按键进行设立。系统总体
12、框图如图4所示:电源模块按键模块ADC0832单片机STC89C52最小系统LCD显示粉尘传感器蜂鸣器报警 图4 总体构造框图 该系统重要由粉尘检测模块GP2Y1010AU、按键设立模块、报警模块和液晶显示模块态显电路构成,下面我分别简介实现这个系统功能方案。2.5电源模块采用5V蓄电池为系统提供电源。蓄电池是具备稳定电压输出性能以及较强电流驱动能力。可以运用电脑和充电宝,用起来也比较以便也很实惠。3 重要元器件简介3.1 GP2Y1010AU0F传感器简介一、GP2Y1010AU0F物理特性GP2Y1010AU0F是一种采用光学传感系统灰尘传感器。该设备由一种光电管成对角和红外线发光二极管(
13、IRED)布置而成。它通过检测空气中灰尘反射光。特别是,它可以敏捷有效地检测到像香烟烟雾等非常细小粒子。出此之外,它也还可以通过脉冲冲模仿输出来分别区别屋子内烟雾和灰尘。其内部原理图如图5所示:图5 GP2Y1010AU0F内部原理图其中IRED代表红外发光二极管,Dust through hole代表通孔粉尘,Dust or Smoke particle代表粉尘或烟雾粒子,amplifier circuit代表放大电路,For sensitive adjustment代表对于敏感调节;其重要参数如表1所示:表1 GP2Y1010AU0F重要参数重要参数技术条件备注敏捷度0.5V/(0.1mg
14、/m3)输出电压0.9(TYP)无灰尘供电电流11mA体积规格46.0*30.0*17.6单位 mm兼容性兼容无铅ROHS指令供应电压Vcc-0.3+0.7单位 V输入终端电压-0.3VccVled单位 V适应温度-1065单位 其电光特性如表2所示:表2 GP2Y1010AU0F 光电特性参数符号工作条件最小典型值最大单位敏捷度K1*2*30.350.50.65V/(0.1mg/m3)输出电压Voc1*2*300.91.5V输出电压范畴VohRl=4.7K3.4-VLED端子电流I (led)LED端子=0V-1020mA消耗电流IccRL=无穷大-1120mA其中敏捷度是由输出电压变化量规
15、定期粉尘浓度有0.1毫克/立方米指定。LED输入端子输入条件如表3所示:表3 LED输入端子输入条件参数符号数值单位脉冲周期T101ms脉冲宽度Pw0.320.02ms工作电源电压VCC50.5V其引脚定义和实物图如图6所示:图6 GP2Y1010AU引脚定义和实物图二、GP2Y1010AU0F检出办法GP2Y1010AU0F插上电源或者接上干电池后,1秒内就会稳定、正常工作,可以进行检出。咱们用法是:从输出电压来进行分析和鉴定。一方面测出无尘无烟时电压值并且保存下来。灰尘和烟检出时输出区别:普通,烟是细小颗粒,密度很高,狂撒速度非常快。灰尘粉尘是一种一种大颗粒,密度非常低,陆陆续续式进入灰尘
16、传感器检出区域并且进行检测。就如图7所示,图7 GP2Y1010AU0F检测灰尘和烟雾输出电压波形比较3.2 ADC0832模数转换器简介ADC0832功能与引脚简介ADC0832 是双通道A/D转换芯片,也一种8 位辨别率。由于它体积非常小,兼容性也比较强,性价比高。ADC0832 具备如下特点: 8位辨别率; 双通道A/D转换 输入输出电平与TTL/CMOS相兼容 5V电源供电时输入电压在0-5V之间 工作频率为250KHZ,转换时间为32S 普通功耗仅为15mW 8P、14PDIP(双列直插)、PICC 各种封装 商用级芯片温宽为0C +70C,工业级芯片温宽为-40C +85C ADC
17、0832实物引脚图如图8所示:图8 ADC0832实物引脚图芯片引脚接口阐明: CS_ 片选使能,低电平芯片使能。 CH0 模仿输入通道0,或作为IN+/-使用。 CH1 模仿输入通道1,或作为IN+/-使用。 GND 芯片参照0 电位(地)。 DI 数据信号输入,选取通道控制。 DO 数据信号输出,转换数据输出。 Vcc/REF 电源输入及参照电压输入(复用)。ADC0832 与单片机接口电路如图9所示:图9 ADC0832 与单片机接口电路图ADC0832 是八位辨别率A/D转换芯片,可以适应普通模仿量转换规定。芯片模仿电压输入在05V之间。单片机对ADC0832 控制原理普通状况,DO端
18、与DI端在通信时并不会同步有效与单片机接口是双向,因此电路设计可以把DO和DI 并联在一起,在同一根数据线上使用输入输出数据,可以以便传播数据。在进行A/D转换时,应当先将CS使能端拉到低电平,并且要保持低电平直到转换最后完全结束。一方面在第一种时钟脉冲下沉之前,DI端必要从低电平拉到高电平,这个是启始信号。在第二、三个脉冲下沉之前,DI端应当输入二位数据,目用于选取通道功能。ADC0832时序图如图10所示:图10 ADC0832时序图3.3 LCD1602液晶显示屏LCD1602 可以同步显示16x02 即32个字符,是一种字符型液晶显示屏。在寻常生活中,液晶显示屏在咱们生活中经常可以使用
19、到。液晶显示模块也已经作为诸多诸多电子产品必要设备。液晶显示屏每一种点在接受信号后就会始终保持着那个状态和颜色。普通1602字符型液晶显示屏实物如图11,图12所示:图11 液晶屏正面 图12 液晶屏背面LCD1602引脚:第1脚:VSS为地电源。 第2脚:VDD接5V正电源。 第3脚:VL是液晶显示屏对比度调节端,当接地时,对比度就是最高了,当接正电源时,对比度就是最弱,咱们使用时就可以通过一种10K电位器调节对比度,避免产生“鬼影”。 第4脚:RS是寄存器选取,当处在高电平时,是选取数据寄存器,当处在低电平时,就是选取指令寄存器。 第5脚:R/W是读写信号线,当处在高电平时,是进行读操作,
20、当处在低电平时,是进行写操作。第6脚:E端为使能端,当E端由高电平跳变到低电平时,液晶模块执行命令。 第714脚:D0D7为8位双向数据线。 第15脚:背光源正极。 第16脚:背光源负极。 LCD1602RAM地址映射以及原则字库表内部字符发生存储器就有一百六十个不同字符,每一种字符都是由一种特定固定代码构成。指令1:清显示。指令2:光标复位,光标返回到地址00H 。指令3:S:低电平则表达无效,高电平表达为有效。指令4:显示开关控制。A:控制光标与否闪烁,高电平表达闪烁,低电平表达不闪烁 。B:控制整体显示开与关,高电平表达开显示,低电平表达关显示。 指令5:光标或显示移位 S/C:低电平时
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