一种基于单片机的粉尘监测系统的设计定稿.doc
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1、 届 别 学 号 毕业设计 基于51单片机PM2.5检测系统设计和实现 姓 名 系 别、 专 业 电子信息和电气工程学院 电子信息科学和技术专业 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 中国外研究现实状况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程序结构分析42.4 整体设计方案42.5电源模块53 关键元器件介绍53.1 GP2Y1010AU0F传感器介绍53.2 ADC0832模数转换器介绍83.3 LCD1602液晶显示器103.4 STC89C52单片机
2、介绍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相关报警模块设计174.4按键模块设计184.5粉尘模块电路设计184.6电源部分设计195 系统测试和实现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 测试结果分析245.5 系统实现246、总结25致 谢26参考文件27附录1:系统整体电路原理图28附录2:系统设计部分源程序29摘 要 现在社会发展越来越快,伴随工业发展,即使给大家生活带来很多便利。不过,在生产过程产生很多对人体有害原因工业生产过程中会,比如煤炭灰开采、水泥生产等行业中粉尘污染。 我设计采取由LCD1602
3、液晶模块、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组成。单片机是经过ADC0832转换芯片采集GP2Y1010AU粉尘传感器粉尘浓度,经过单片机数据转换处理后在液晶屏上显示空气中质量,测量空间中粉尘浓度假如大于当初设置粉尘浓度时,蜂鸣器就会产生报警声音和发光二极管发出声光报警。当然,粉尘浓度报警值我们能够经过按键来进行设置。关键字: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
5、human 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 a
6、larm module 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 d
7、ust concentration 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
8、径有10um颗粒物状,对人眼睛、上呼吸道、鼻腔全部很有害。粉尘和烟雾它是做为病菌载体,假如一旦分散到空气中,就会很轻易传输多种疾病。大家长久呼吸或长久散落皮肤上会轻易造成癌症。由此能够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、煤炭生产全部要产生大量粉尘,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,假如粉尘长时间进入人呼吸系统,大量粉尘会在肺泡中沉积,会引发慢性职业病,严重危机人身体健康。所以,我们必需对煤矿井下粉尘进行实时检测和采取应急方法,立即了解煤矿井下工人劳动环境和安全,而且掌握井下煤尘浓度及改变情况,和采取应急方
9、法来改变粉尘浓度,为安全,防尘,降尘等方法提供必需现场数据和采取方法降低浓度。1.2 中国外研究现实状况在我中国大多采取优异测试粉尘技术,有是射线原理,其吸收量只和吸收物质重量相关,而和吸收物质物化性质无关,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企业出品51系列兼容单片机C语言软件开发系统,和汇编相比,C语言在功效上、结构性、可读性、可维护性上有显著优势,所以易学易用。Keil4 软件开发环境图1所表示:图1 Keil4软件开发环境 我用是keil4软件开发坏境,该软件能够开发和调试软件,我用是C语言作
10、为开发语言,该语言是我们大学上一门专业课语言,所以我开发语言是C语言。2.2 软件烧录工具在keil4软件开发完成而且编译没有错误情况下,为了要实现软件和硬件同时工作,软件来控制硬件来达成PM2.5检测系统和实现,这么就能达成毕业设计目标,软件烧录我用是STC_ISP软件,利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,就能达成测试效果,STC_ISP软件图2所表示,还有烧录单片机图3所表示: 图2 STC_ISP烧录软件 图3 烧录工具2.3程序结构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和粉
11、尘传感器数据处理程序3个子程序,LCD显示程序全部需要更新数值,键值动作改变或粉尘浓度数据有改变时。在本章关键介绍主程序步骤,和对ADC0832和粉尘传感器数据处理子程序步骤。2.4 整体设计方案毕业设计采取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组成。单片机实时经过ADC0832转换芯片采集GP2Y1010AU粉尘传感器粉尘浓度,经过单片机数据转换处理后在液晶屏上显示空气中质量,当测量空间中粉尘浓度大于设置粉尘浓度时,蜂鸣器和发光二极管发出声光报警。粉尘浓度报警值能够经过
12、按键进行设置。系统总体框图图4所表示: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 总体结构框图 该系统关键由粉尘检测模块GP2Y1010AU、按键设置模块、报警模块和液晶显示模块态显电路组成,下面我分别介绍实现这个系统功效方案。2.5电源模块采取5V蓄电池为系统提供电源。蓄电池是含有稳定电压输出性能和较强电流驱动能力。能够利用电脑和充电宝,用起来也比较方便也很实惠。3 关键元器件介绍3.1 GP2Y1010AU0F传感器介绍一、GP2Y1010AU0F物理特征GP2Y1010AU0F是一个采取光学传感系统灰尘传感器。该设备由一个光电管成对角
13、和红外线发光二极管(IRED)部署而成。它经过检测空气中灰尘反射光。尤其是,它能够灵敏有效地检测到像香烟烟雾等很细小粒子。出此之外,它也还能够经过脉冲冲模拟输出来分别区分屋子内烟雾和灰尘。其内部原理图图5所表示: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代表对于敏感调整;其关键参数如表1所表示:表1 GP2Y1010AU0F关键参数关键参数技术条件备注灵敏度0
14、.5V/(0.1mg/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指令供给电压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 其电光特征如表2所表示:表2 GP2Y1010AU0F 光电特征参数符号工作条件最小经典值最大单位灵敏度K1*2*30.350.50.65V/(0.1mg/m3)输出电压Voc1*2*300.91.5V输出电压范围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其中灵敏
15、度是由输出电压改变量要求时粉尘浓度有0.1毫克/立方米指定。LED输入端子输入条件如表3所表示: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图6所表示:图6 GP2Y1010AU引脚定义和实物图二、GP2Y1010AU0F检出方法GP2Y1010AU0F插上电源或接上干电池后,1秒内就会稳定、正常工作,能够进行检出。我们使用方法是:从输出电压来进行分析和判定。首先测出无尘无烟时电压值而且保留下来。灰尘和烟检出时输出区分:通常,烟是细小颗粒,密度很高,狂撒速度很快。灰尘粉尘是一个一个大颗粒,密度很低
16、,陆陆续续式进入灰尘传感器检出区域而且进行检测。就图7所表示,图7 GP2Y1010AU0F检测灰尘和烟雾输出电压波形比较3.2 ADC0832模数转换器介绍ADC0832功效和引脚介绍ADC0832 是双通道A/D转换芯片,也一个8 位分辨率。因为它体积很小,兼容性也比较强,性价比高。ADC0832 含有以下特点: 8位分辨率; 双通道A/D转换 输入输出电平和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 通常功耗仅为15mW 8P、14PDIP(双列直插)、PICC 多个封装 商用级芯片温宽为0C +70C,工业级芯片温宽为-40C
17、 +85C ADC0832实物引脚图图8所表示:图8 ADC0832实物引脚图芯片引脚接口说明: CS_ 片选使能,低电平芯片使能。 CH0 模拟输入通道0,或作为IN+/-使用。 CH1 模拟输入通道1,或作为IN+/-使用。 GND 芯片参考0 电位(地)。 DI 数据信号输入,选择通道控制。 DO 数据信号输出,转换数据输出。 Vcc/REF 电源输入及参考电压输入(复用)。ADC0832 和单片机接口电路图9所表示:图9 ADC0832 和单片机接口电路图ADC0832 是八位分辨率A/D转换芯片,能够适应通常模拟量转换要求。芯片模拟电压输入在05V之间。单片机对ADC0832 控制原
18、理通常情况,DO端和DI端在通信时并不会同时有效和单片机接口是双向,所以电路设计能够把DO和DI 并联在一起,在同一根数据线上使用输入输出数据,能够方便传输数据。在进行A/D转换时,应该先将CS使能端拉到低电平,而且要保持低电平直到转换最终完全结束。首先在第一个时钟脉冲下沉之前,DI端必需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端应该输入二位数据,目标用于选择通道功效。ADC0832时序图图10所表示:图10 ADC0832时序图3.3 LCD1602液晶显示器LCD1602 能够同时显示16x02 即32个字符,是一个字符型液晶显示器。在日常生活中,液晶显示器在我们
19、生活中常常能够使用到。液晶显示模块也已经作为很多很多电子产品必需设备。液晶显示器每一个点在接收信号后就会一直保持着那个状态和颜色。通常1602字符型液晶显示器实物图11,图12所表示:图11 液晶屏正面 图12 液晶屏后面LCD1602引脚:第1脚:VSS为地电源。 第2脚:VDD接5V正电源。 第3脚:VL是液晶显示器对比度调整端,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,我们使用时就能够经过一个10K电位器调整对比度,避免产生“鬼影”。 第4脚:RS是寄存器选择,当处于高电平时,是选择数据寄存器,当处于低电平时,就是选择指令寄存器。 第5脚:R/W是读写信号线,当处于高电平
20、时,是进行读操作,当处于低电平时,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,液晶模块实施命令。 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地址映射和标准字库表内部字符发生存放器就有一百六十个不一样字符,每一个字符全部是由一个特定固定代码组成。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:低电平则表示无效,高电平表示为有效。指令4:显示开关控制。A:控制光标是否闪烁,高电平表示闪烁,低电平表示不闪烁 。B:控制整体显示开和关,高电平表示开显示,低电平表示关显示。 指令5:光标或显示移
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