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1、 毕业设计（论文） 题 目 基于单片机的环境测 量仪的设计与与实现 学 院 电子信息学院 专 业 电子信息工程 学生姓名 涂 兵 学号 159120817 指导教师 徐栋梁 职称 助 教 秦安碧 职称 副教授 2019 年 4 月 20 日学生毕业设计（论文）原创性声明本人以信誉声明：所呈交的毕业设计（论文）是在导师的指导下进行的设计（研究）工作及取得的成果，设计（论文）中引用他（她）人的文献、数据、图件、资料均已明确标注出，论文中的结论和结果为本人独立完成，不包含他人成果及为获得重庆工程学院或其它教育机构的学位或证书而使用其材料。与我一同工作的同志对本设计（研究）所做的任何贡献均已在论文中作
2、了明确的说明并表示了谢意。毕业设计（论文）作者（签字）： 年 月 日重庆工程学院本科生毕业论文 摘 要摘 要随着改革开放的不断深化，我国经济和社会取得了非常不错的发展成效。与此同时人们越来越关注污染程度日益严重的居住环境，开始利用高科技产品及时对居住环境进行检测，从而及时了解环境状况。伴随着单片机技术的飞速发展，通过单片机开发的检测仪器越来越小型化和多样化，因此采用单片机技术设计一款对环境检测的测量设计具有重要的意义。本设计介绍了基于单片机的环境测量的设计，主要测量指标有三个，分别是温湿度的检测、空气质量PM2.5浓度的检测和有害气体一氧化碳浓度的检测。把单片机STC98C52的控制技术和传感
3、器技术结合起来，实现对环境中PM2.5、温湿度和一氧化碳数据的采集，把采集到的数据进行转换，再输送给单片机STC98C52，经过单片机STC98C52的计算后在液晶显示屏上显示出来。该设计对环境的检测以此来提高人们的生活质量，促使人们改善环境具有重要的意义；因此应用前景非常广泛。关键字：PM2.5 温湿度 一氧化碳 传感器II重庆工程学院本科生毕业论文 ABSTRACTABSTRACTWith the gradual deepening of Chinas reform and opening up, economic and social development has been sudde
4、n and rapid, at the same time, people pay more and more attention to the increasingly serious degree of pollution of the living environment, began to use high-tech products for timely detection of the living environment. In order to keep abreast of the state of the environment. With the rapid develo
5、pment of singlechip technology, the testing instruments developed by microcontroller are becoming more and more miniaturized and diversified, so it is of great significance to design a measurement design for environmental detection by using singlechip technology.This design introduces the design of
6、environmental measurement based on single-chip microcomputer, the main measurement indicators are air quality PM2.5 concentration detection, temperature and humidity concentration detection and harmful gas carbon monoxide detection. The data acquisition of PM2.5, temperature, humidity and carbon mon
7、oxide in the environment is realized by combining the control technology of single chip microcomputer with the sensor technology, and the collected data is converted and transferred to the single chip microcomputer. After the calculation of the single-chip computer, it is displayed on the liquid cry
8、stal display screen. The design of the detection of the environment in order to improve the quality of life, to promote people to improve the environment, is of great significance, so the application prospect is very wide.Keywords: PM2.5; temperature and humidity; carbon monoxide; sensor重庆工程学院本科生毕业论
9、文 目 录目 录摘 要IABSTRACTII1 绪 论11.1 研究背景及意义11.2 环境检测系统的当前状况21.3 设计的目的及内容41.4 章节概述42 系统的总体设计与主要芯片52.1 系统的功能总体设计52.2 主要功能模块62.2.1 空气质量传感器72.2.2 温湿度传感器82.2.3 一氧化碳传感器92.2.4 液晶显示模块92.2.5 A/D转换103 硬件部分设计123.1 硬件结构设计123.2 主要功能选用123.3.1 单片机123.2.2 传感器133.3.3 液晶显示153.2.4 ADC8032163.3 硬件电路163.3.1 单片机最小系统173.3.2 采
10、集电路183.3.3 液晶显示电路183.3.4 报警电路193.3.5 供电电路203.3.6 按键电路204. 软件部分设计214.1 开发环境214.2 功能模块224.2.1 温湿度检测模块224.2.2 空气质量检测模块224.2.3 一氧化碳检测模块234.2.4 报警模块234.2.5 主要程序设计245 系统调试265.1 硬件的调试265.2 软件的调试266 结 论28参考文献29致 谢30附 录31附录1 作品实物图31附录2 源程序31重庆工程学院本科生毕业论文 1 绪 论1 绪 论1.1 研究背景及意义当今，环境问题成了人们最关心的话题之一。现在的环境问题涉及到的范围
11、非常广泛，常见的环境问题就有：水污染、土地污染和大气污染。虽然有关部门对环境污染进行了处理，但是也没见着有多大效果。因此，环境检测系统的出现解决了这一问题，通过一系列的数据来判断环境问题是否有污染的迹象。我国实行改革开放政策以来，各个方面都取得了突飞猛进的发展，尤其是在科技方面，相继研究出现了各类电子产品，并且种类也逐渐丰富起来，与此同时，电子测量仪也在各个行业中发挥出了巨大影响，对行业的发展起到不可替代的促进作用。其中电子测量仪在医学中所起的效果最为显著，为人类的身体健康做出了巨大贡献，可以起到监测人类身体各项指标的作用。同时也为物理科学的研究提供了各类数据，方便了研究的深入化进行；应用在环
12、境领域，主要有空气噪声等测量仪1。如今，各类电子产品正在进行着更新换代，将会朝着更精准无误的进化道路前进。近年来，各大媒体频频报道突发性瓦斯抽放事件，人们越来越重视突发性瓦斯泄漏。恐怖主义在世界各地猖獗，恐怖主义分子也可能使用有毒气体进行犯罪。在现代化战争中，使用毒气是非常常见的。然而，由于检测时间长、检测仪器操作复杂、现场使用困难等特点，传统的高毒气体检测方法大多没有得到推广。世界上的发达国家一直在开发有毒气体检测的新方法、新技术和新仪器，努力提供现代检测手段，以保护国家和军队免受生化袭击的威胁，并监测有毒气体。气体泄漏和环境污染。现如今，环境领域的监测设备正逐渐走向自动化，这类型设备主要的
13、特征有连续、自动以及规模化。截至目前，我国已经设立了很多环境监测站，比如水质自动监测站等。而且在污水监测方面也引进了自动化监测系统，可以实时监测废水、废气以及噪声数据，为制定合理有效的监控措施提供数据参考。尽管中国在环境监测技术方面取得了很大进展，但与其他发达国家相比，在任何方面都存在着很大的差距。虽然我国已经掌握了很多技术，但对于一些大型设备仍然不了解其结构原理，所以现在只能依靠国外进口，所以造成了一个尴尬的局面，没有设备可以监测。此外，虽然在数据分析方面取得了很好的成绩，但据数据分析，已知数据就有400多种，但从国际标准的角度来看，我国检测分析的数据和方法还远远落后。不断健全和完善环境监测
14、信息网络，以提高环境监测的准确性，让监测人员及时获取更真实有效的信息，并以此为依据制定合理的污染控制措施，为人类营造良好的环境。与此同时，可以及时把控环境污染现状，应采取合理确定措施。信息网络的健全与否直接决定了监测人员是否可以得到真实准确的信息，并以此为依据制定合理的污染控制对策，从而达到环境治理的目的。健全的信息监测网络能够保证环境监测结果精准可靠，极大的推动了环境监测的发展，促使其迈向新的发展征程。发展肯定会伴随着各类问题的出现，尤其在工业发展中，增强经济发展的同时不得不损失其他一些东西，环境污染就是这个过程中所付出的代价，使得环境污染问题越来越严重，人们的生存环境变得糟糕不堪，如何进行
15、环境保护的问题开始被人们普遍进行关注，同时也开始寻找如何让人与自然和谐相处的方法，这个时候，合理利用科学手段，利用科学仪器对周围环境进行监测，显得尤为重要。我们应该通过科学的手段寻求合理的环境保护措施，以最大限度地减少对环境的破坏。由于我国目前仍处于发展中国家，在国家发展和经济增长的同时，环境污染的发生是必不可少的。相反，随着经济水平的提高，人们对生活质量的关注也越来越高。同时，人们对环境的关注程度也越来越高，对环境污染过程中是否会受到影响表示怀疑1。一定程度的伤害。由于环境污染给健康带来的危害越来越大，牵动着人们敏感的神经。人们也越来越渴望有个干净舒适的居住环境。因此，对环境的测量有着重要意
16、义。1.2 环境检测系统的当前状况环境监测是物联网应用的发展方向之一。一些发达国家，如欧洲、美国和日本，早就开始了他们的研究，在环境监测方面有更多的技术方法和经验。基于物联网的环境监测系统集成了多种技术手段。就感知水平而言，利用哈佛大学和BBN公司开发的城市感知无线传感器网络系统对大气条件进行监测，如二氧化碳浓度、大气温度、大气湿度、风向以及分速等。詹姆斯库克和澳大利亚墨尔本两所大学分别采用MU节点和IMote2硬件平台研制出无线传感器网络应用系统，并利用其实时监测澳大利亚东北海岸的实际气温、湿度等基本信息。匈牙利的 Judit Padisak、Gabor Borics、Istvan Grig
17、orszky 和 Eva Soroczki-Pinter 在利用浮游植物组合的监测湖泊生态状况在水框架指令：图幅接合表中提出，可以利用浮游植物来观察湖泊的生态现状。日本学者Satoh Fumiko和Itakura在云计算的基础上提出一种新型的能源管理系统，该系统实施的理论依据为XBRL格式总循环以及输出排放量报告，可以准确调节排放量。除此之外，Byunggu Yu等人在其利用Bigtable管理大型传感器网络数据中指出，在互联网技术快速发展的今天，越来越多的传感器以及移动设备接入其中，相应的对计算机的可扩展性、管理性以及exa尺度提出了更高要求，并在此基础上提出Ed云。这样一来，就利用计算机的
18、方法解决了上述的难题。截至目前，我国物联网仍处于起步状态，相比发达国家研究积极性不够高。但不可否认的是，互联网必将成为日后各国提升竞争力的主要手段。相比国外发达国家，我国环境监测相关研究起步比较晚，但物联网技术的发展却非常快。对于以物联网为核心的网络传感器相关研究最早可追溯到1999年，而且研究水平但世界都数一数二。目前研究学者开始将关注点放在硬件节点上。随着物联网技术的快速发展与更新，我国环境监测可用的手段越来越多，为监测质量的提高奠定了良好基础。而且不同传感器厂商专用协议条件下也可以进行数据的兼容，成功将传感器数据接入进来。毫不夸张的说，物联网是整个信息产业这两个重要产物，有必要加大对其的
19、创新。本研究将物联网技术和呼伦湖流域生态环境监测联系在一起，综合利用现代化的技术，比如，传感技术、网络技术等，对当地的生态环境进行实时监控，以及时了解水流、土壤以及大气相关数据。中国的环境监测技术可以监测空气质量、地表水、环境噪声、海洋、酸雨、地下水、生态和放射性物质。各种监测要素监测站的数量也开始形成。监测站已达到近1100个，至少有30多个。从以上数据可以看出，中国的环境监测能力已经开始。并具有一定的环境监测能力。随着我国经济的不断发展，互联网技术的不断提高。到目前为止，我国基本上完成了对重点水域的水的质量环境监测系统的建立，现在基本上覆盖了全国主要江河湖库，实现了对水的质量的有效监测。与
20、水质环境监测系统类似，大气质量环境监测系统也取得了巨大的进步。现在中国已经对近两千个城市进行了环境监控，尤其是对空气质量的监控，而这些数字还是目前所统计的并未全覆盖统计，实现了从间断性监测向连续性的过度。目前，全国各地的监测能力和水平都有明显的增强，以重庆为例，截止到2014年，该市已经建立了多个空气监控站，每日实时报道空气质量情况，对于重庆各区县基本已是实行了全面监控。并且还建立了可用于监测其他气体的检测超级站，其对空气质量问题的重视可想而知；建设监测水质的自动站12个，其中水质监测超级站1个，使得重庆市的环境监测能力得到了大幅度提升6。对环境的检测系统有温湿度检测系统、空气检测系统、废气检
21、测系统、光化学烟雾检测系统、有机污染自动连续检测系统、燃气报警系统、粉尘颗粒检测系统等。环境检测系统在很早之前主要指的就是人工采样，然后实验室分析，但现在已经开始转向自动化以及智能化的方向。转变非常明显，从最初劳动密集型转为现在的技术密集型；不仅监测面越来越广，而且监测的内容越来越丰富。在实际监测过程中采用的监测仪器也开始朝着高质量、多功能、智能化等方向发展。目前，监测已经渗透到各大领域中，比如，物理、光学以及化学等。对于我国的检测工作，很大一部分都集中在实验室。水质检测是最典型的代表。其研究成果已得到国际社会的认可。但是，在污染源分析、采样、样品运输、数据存储等方面仍然存在许多薄弱环节，必须
22、加强薄弱环节的研究。我国重工业主要集中在北方，工业技术相对先进，但在北方造成了大面积的污染，环境越来越恶劣，因此迫切需要加强监测和控制。科学技术的发展也为生态保护提供了基本保障。在开展工作中，要整合环境保护理念，加强技术分析标准，争取做到细节化、自动化。目前，环境检测开始采用单片机或者是PLC为系统核心，组成多功能检测系统，从而实现对环境高效、快速、精准、集成化、智能化的检测要求，而采用单片机就环境状况的某一个环境因子单独去测量研究，具有性能稳定可靠，应用广泛的前景。1.3 设计的目的及内容本设计的最终目的是通过STC89C52单片机与数字控制技术相结合从而使得该系统将温湿度检测、空气质量PM
23、2.5检测和有害气体一氧化碳检测集成到一个集成的环境检测系统中。可用于检测环境中温湿度、PM2.5以及CO，这种检测系统具有制造成本低、操作简单和测量精度高等优点。本设计利用单片机作为系统的控制核心，采用液晶显示屏显示和蜂鸣器报警，实现高效的环境检测功能。主要的设计内容如下：（1）采用 STC89C52片机作为控制核心。（2）利用其相关设施软件系统实时测试空气中的PM2.5是否超标。（3）其中还有相关系统可用于测定空气的湿度是否达标。（4）通过其中的一氧化态检测器，判断观察空气内的一氧化碳包含量，判断其是否会影响人类的身体健康。（5）最终将对空气中所有测量的气体含量值显示在相关的显示屏中。（6
24、）当空气中的某一气体含量超标时，其系统里面的相关警报器就会发出警报声通知相关工作人员。1.4 章节概述第一章主要说的是环境测量的应用和种类及其环境测量需要测量的指标内容；第二章主要说的是设计的环境测量系统的核心模块及主要组成芯片；第三章主要讲硬件电路的组成结构和元件的选用；第四章主要概述软件所起的作用和软件是在何种条件下进行研究的；第五章主要说软硬件的使用情况以及如何进行操作。46重庆工程学院本科生毕业论文 2 系统单总体设计与主要芯片2 系统的总体设计与主要芯片2.1 系统的功能总体设计本设计主要由灰尘（PM2.5）检测、温湿度检测、一氧化碳检测、单片机最小系统、复位电路、液晶显示、A/D模
25、数转换和报警电路等很多个组成部分。对于系统而言，核心部件是单片机，而A/D转换模块的主要功能是转换传感器输出的模拟量；电路实现对测量值和报警值的显示，当测量值高于设定值时，报警电路报警；键盘输入电路实现对报警值的设定；复位电路实现对系统的复位。键盘输入模块STC89C52单片机最小系统显示模块复位电路空气质量传感器报警电路A/D转换一氧化碳传感器温湿度传感器图2.1 系统结构框图各模块功能如下：1键盘输入：可以对各个数值进行整改。2显示模块：系统中各个数据的测量值所显示的地方。3复位电路：系统使用完毕之后重新回归原本的位置。4报警电路：对超过标准值的气体含量进行通知。5空气质量（PM2.5）传
26、感器：检测发现环境中PM2.5的浓度。6温湿度传感器：测量空气中的相对温度和湿度。7一氧化碳传感器：监测大气中所存在的一氧化碳含量。8A/D转换电路：将相关数值进行转换。2.2 主要功能模块这次研究所采用的芯片是单片机STC89C52，这种单片机具有低耗高能的优点，其是由著名公司STC 所生产的。它与STC89C51相比多了一个定时器，并且存储器也不一样，C51的是4K字节，它的是8K字节，C51和C52都是用的系统存储器，二者在此之中并没有区别。其运行的结构图见下图2.2所示。图2.2 单片机STC89C51结构框图 并且这种芯片的封装形式有三种，可以满足不同的产品所需要的类型，适用范围广。
27、同时，这种芯片在制作过程中也采用了相对省电的振动频率。当芯片在没有使用的时候，主机只会停止使用一段时间，一段时间之后，工作将会被重新激活，各种硬件也会自动复位进行新的工作。STC89C52配置有4个8位的并行I/O口：P0、P1、P2、P3端口，各个端口对应的引脚为P0.0 P0.7，P1.0 P1.7，P2.0 P2.7，P3.0 P3.7，共32根I/O线。所有的线都能够用来输入或者输出，具有很强的独立性。除此之外，P1.0和P1.1能够转化为定时/计数器2的外部计数输入端（P1.0/T2）与定时/计数器2的触发输入端（P1.0/T2EX），详细情况如下表所示。表2-1 P1口管脚复用功能
28、端口引脚端口引脚P1.0T2（定时器/计算器2的外部输入端）P1.1T2EX（定时器/计算器2的外部触发端和双向控制）P1.5MOSI（用于在线编程）P1.6MISO（用于在线编程）P1.7SCK（用于在线编程）针对STC89C52而言，P3口同样具备复用作用，具体信息如下表所示。针对Flash编程于程序校验期间，P3口同样可以接收某些控制信号。表2-2 P3端口引脚与复用功能表端口引脚端口引脚P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2INT0（外部中断0）P3.3INT1（外部中断1）P3.4T0（定时器0的外部输入）P3.5T1（定时器1的外部输入）P3.6WR（外部
29、数据存储器写选通）2.2.1 空气质量传感器职业安全健康管理中有一部分内容是粉尘的检测与预防，该项工作完成的效果将直接决定有多少员工会患有职业病，准确的监测是对劳动者身体健康的有效保障2。GP2Yl010AUOF 同时也是传感器，但它是通过光学知识对空气质量进行测定的一种传感器，其对空气质量进行检测的主要方法是通过测定空气中的微粒来确定空气质量。同时因为空气是处于不断流动的状态，有时候在一个地方的不同方位所测得空气质量可能会有一些出入，但是这些并不影响空气质量检测的准确性，因为在空气中非常细小的烟雾颗粒也会被检测出来，这种精确的检测与其内部构造有着密切联系，其内部对角安置着红外线发光二极管和光
30、电晶体管，这种构造让任何微小的颗粒都难逃检测。实物图如图2.3所示。 图2.3 空气质量传感器实物图2.2.2 温湿度传感器DHT11型数字温湿度传感器主要用来采集空气的温度与湿度，而且具有标定的功能。其次，对标定后的数据进行信号输出，信号输出是温度和湿度相结合的数据的数字输出。这款温湿度传感器具有很多优点，其性价比高，并且具有较高的可靠度以及稳定性，在检测过程中灵敏度同时也很高、传出数据的速度也很迅速。每个传感器的内部系统只包含一个电阻式湿度传感器和一个湿度传感器，所连接的微控制器性能更好。此温湿度感应器再进行工作之前都在标准的地方进行过精确的温湿度测量，以达到校准仪器的目的。校准之后的一起
31、数据会存储在一个特定的地方，传感器在以后的工作进行中很有可能会用到这些数据，这样做的目的是为了方便调动数据。采用单线制的接口可以有效地减少传感器的使用复杂度，同时也提升了其灵敏度。此类温湿度传感器的幸好连接长度较远，并且其所占用的体积也很小，DHT11数字温湿度传感器对要求仪器使用严格的场地起到了重大作用，成为了这些场地的首要考虑仪器。与此同时，其安装简单快速，也可以根据不同的用户需求提供不同的产品。 DHT11传感器实物图如下2.4所示：图2.4 DHT11传感器实物图2.2.3 一氧化碳传感器在检测大气CO过程中，最受欢迎的传感器是MQ-7。因其稳定性比较高，不易与大气中其他气体产生化学反
32、应，并且其对一氧化碳反应迅速，所使用的时间较长。MQ-7实物图如下图2. 5所示：图2.5 MQ-7一氧化碳传感器实物图该传感器对CO含量的测定主要是基于求解电导率基础上实现的。二氧化锡是此传感器在测定一氧化碳时所使用的气敏材料，根据一氧化碳与二氧化锡反应对电导率的影响大小来判断一氧化碳的浓度，一氧化碳与电导率的大小成正比关系，电导率越大，一氧化碳的浓度越高。2.2.4 液晶显示模块液晶显示屏顾名思义是用来对各类数据、字母等进行显示公开的一种显示屏，本研究具体选用LCD1602，其中的02和16分别表示共有两行，每行包含16个字符。LCD1602实物图如图2. 6所示。图2.6 LCD1602
33、液晶显示实物图2.2.5 A/D转换ADC0832具有很多优点，其中体积小，性价比高就是其突出优点，也因此它才广受社会各类单片机爱好者和相关企业的青睐，在市场上也很常见，并且也占据了一席之地。这种A/D芯片是由美国企业所生产研究出来的。在学习ADC0832的同时也会使得我们对转换器的原理有了更加深入地了解，也会使我们的单片机技术得以提升。ADC0832这种芯片，其分辨率高达250多级，对于普通的转换要求完全可以达到要求。此外，这种芯片的转换速率也比较高，可自行在其内部进行数据效验，数据的精确性比较高，稳定性能也较强。实物图如图2.7所示。图2. 7 ADC0832实物图ADC0832输入通道配
34、置实现初始化后，对应的就是通道配置位，均为上升沿有效。第一位0指的是单通道差分输入，1指的是双通道单极性输入，第二位指的是单通道差分输入时的极性选择，也可能指的是双通道单极性输入时对应的通道选择。时序如图2.8所示。 图2.8 ADC0832时序图重庆工程学院本科生毕业论文 3 硬件部分设计3 硬件部分设计3.1 硬件结构设计此次设计的系统当中，最关键的就是STC89C52，涉及到：温湿度传感器、粉尘、一氧化碳采集模块、A/D模数转换ADC0832模块、单片机控制模块以及显示模块。系统启动后，利用其内部配置的相关设施，检测环境中各种污染物的浓度值，获取相应的信息与数据，并最终显示在液晶上的。整
35、个系统如下图3.1所示：传感器 A/D转换电路报警电路单片机最小系统按键电路液晶显示供电电路图3.1 硬件结构图3.2 主要功能选用3.3.1 单片机所有的系统命令都被集成在一块小小的芯片上，并且还构成了一个完整的计算机系统，这种就被称为单片机。虽然这块芯片非常小，但却囊括了单片机基本上全部的功能，而且其存在并不会对计算机系统造成其他影响。不管是CPU、内存，还是内外部总线系统，基本上都包含有外部内存。微控制器一般又被人们视为微控制器，在很早之前就被广泛应用在工业生产中。单片机的前身可追溯到CPU专用处理器，当时研究学者决定将外部设备以及CPU共同融合到一个芯片当中，这在一定程度上极大的缩小了
36、计算机的体积。英特尔的Z80就是当时非常典型的处理器。由此可见，那个时代单片机和专用处理器就是两个单独的概念。在很早之前，单片机主要有8位以及4位两种。英特尔的8031是当时非常典型的代表，外观简单大方，而且性能优异，获得大众一致好评。目前基于该系统研发出的单片机已经被广泛应用在各大领域当中，随着新技术的不断出现，逐渐衍生出16位单片机。而且传统的单片机性能也在原来的基础上得到了极大的改善，相比上世纪80年代，处理能力要高出很多倍。现如今，比较高级的32位单片机，频率完全高于300兆赫兹，与上世纪90年代诞生的专用处理器性能基本相当，但价格却相对较低，很多只有1美元，哪怕非常高端的型号也只需要
37、10美元。现在的单片机系统与以往最大的不同点表现在不再是裸机使用，更多时候会融合嵌入式操作系统。本研究选取的STC89C52单片机，具体介绍如下图3.2所示。图3.2 STC89C52单片机实物图3.2.2 传感器传感器主要的工作原理为将自身感受到的信息以一定的方法转变为电信号，然后输出。传感器有诸多优势，微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化、网络化就是其优点里面的突出优点。传感器的存在是为了实现全方位一体自动化的，以下就是本次设计所涉及的三类传感器。1. 温湿度传感器温湿度传感器的主要作用就是检测空气当中的温度和湿度，并且将获得的数据通过特定的方法转换成所需的输出信息，这种电阻设备在各个
38、行业内广受欢迎，并且被各个行业采用范围广泛。在我们的生活中最常见的就是中央空调的温湿度传感器，运用这种原理，可以和谐的调整室内的温湿度。APEM-5900温湿度传感器，便于安装，使用操作简单，并且具有屏幕大便于观察的优点。YL-18HC是一个数字式温度和相对湿度传感器。性能优良，体积小便于应用，电能的耗率比较低，芯片自身就具备加热功能，而且稳定性能优越，冷凝水的功能也可以被发挥出来，比较适宜在高度潮湿的地区使用。DHT11的功能性强，可以自动对内部数据进行精准的校准，同时也可以对温湿度进行信号输出，可以同时进行两项工作。性能优良，体积小便于应用，电能的耗率比较低，操作简便，有良好的性价比，适用
39、于各个行业的各个领域。鉴于此，本研究采用此来进行空气中温湿度的实时监测。2. 一氧化碳传感器对于CO等实时监控，其中必不可少的就是报警器，二者缺一不可。一氧化碳可以与气体传感器发生能源转化反应，期间涉及有化学能向电能的转变。当传感器检测到CO时，输出端会产生相应的电流，电流就如同给报警器的一个信号，这就是所谓的化学能向电能的转变。如果一氧化碳的浓度增大时，末端产生的电流也会随之增大，然后其余各项报警装置也会一一发出警报声，这些报警系统共同组成了一套环境检测报警系统。以下将描述常见的信号与其功能。（1） 半导体一氧化碳传感器：其传感器采用半导体制备，不过由于设备使用催化剂或者电解质进行测量，这种
40、设别的使用寿命有限。（2）红外一氧化碳传传感器：功能齐全，性能优越，优势非常明显，但是由于红外线是一种类似可见光的射线，所以这种设备具有较好的反应速度3。（3）有线一氧化碳传感器：其安装方式是有线安装，相对于其余一氧化碳传感器来说它没有那么复杂，不过在使用设备的时候我昂网需要经常对各个节点、连接线路进行检查。（4）无线一氧化碳传感器：现如今的家庭生活中使用的都是这类传感器，已经算是在当今生活中比较普及的一类传感器，利用家用无线网络传输数据往往让这种设备使用的更加方便。这次我的设计主要是选择使用了半导体一氧化碳传感器，其适用范围比较广，具备如下素质：a.性能优越，稳定性高；b.造价低廉；c.遇一
41、氧化碳能迅速作出反应，且不易与其他物质反应；d.可长期使用，不用经常更新。3. PM2.5传感器空气质量传感器由于其原材料价格低廉，所以在市场上的售价也算便宜，所以大多数家庭都可以负担得起，在市场上主要用于家庭空气净化，以及各类小型家电，对空气中的各类杂质都有较快的反应速度。这类传感器主要有激光型和红外型两种类型：（1）红外型传感器依据光的散射原理，与激光传感器相比，它在各个方面都很简单。根据LED的红外光源，LED发出的光遇到灰尘时会发出反射光4。反射光的光强由光敏探测器检测。粉尘浓度由脉冲信号的大小来判断。如果粉尘浓度高，则输出脉冲高，如果粉尘浓度低，则输出脉冲低。同时光的强度也会影响输出
42、脉冲的大小，而且脉冲信号最终还要经由处理器和放大器进行处理运算，之后才会算出检测结果，输出信号一般只有PWM信号。（2）激光行传感器就比红外型传感器复杂得多，光源并不是红外型的LED红外光源，而是激光二极管。在内部对气体进行抽样采取，让抽取的气体经过激光二极管，通过时，会发生散射现象。同时也会得到脉冲信号，脉冲信号的大小是由粒子的大小所决定的，粒子的大小与脉冲信号的大小成正比，观察所出现的脉冲数就会得出粒子浓度。激光型传感器相对于红外型传感器的价格有所提升，因为在其内部增加了少许零件，而且电路的复杂程度也有一定程度的增加，成本增加提升了其市场价格。我国现如今激光型传感器的技术已逐渐趋于成熟，应
43、用范围也普遍得以提升，并且它的功能也越来越齐全，相比来说价钱已经不是人们的首要考虑因素，大家更注重于性价比的提升。本设计选用的是GP2Yl010AUOF 传感器5。它是一款红外型粉尘传感器，它的特点如下所示：a.使用寿命长，性能稳定；b.质小量轻，安装简便；c.操作简单；d.造价低廉，成本较低。3.3.3 液晶显示在市面上，比较常见的字符液晶显示器为LCD1602与HD44780液晶显示器。1602液晶也被称之为1602字液晶。利用点阵来完成显示，数字、符号以及字母均可以利用该显示屏显示。多数为HD44780。其控制原理与前一种类似。所以，在实际应用中，这种控制程序性能优越，适用于多种场合。两
44、者具体相同的原理，那么在实际应用过程中也能够相互匹配。本研究选取的液晶显示为LCD1602。所需要实现的功能不需要显示图形，它具有以下特点：1.大多数内容可以被其显示；2.低功耗，质地轻，便于携带；3.轻巧灵敏，耗能低。3.2.4 ADC8032ADC0832这种芯片，其分辨率高达250多级，对于普通的转换要求完全可以达到要求。此外，这种芯片的转换速率也比较高，可自行在其内部进行数据效验，数据的精确性比较高，稳定性能也较强。独立的芯片不受系统内其他软件的影响,在进行工作时更加独立，使多器件挂接和处理器控制变的更加方便6。通过功能的选择如今已经被实现，因为DI 数据输入端的出现。ADC0832
45、自身所具备的各项特征：1.功耗多为15毫瓦。2.保持250KHZ下进行工作，32us完成转化。3.输入输出电平与TTL/CMOS具有一定兼容性；4.分辨率为8位；5.双通道A/D 转换工作s；6. 当供电电压保持5伏时，输出电压范围在0-5V之间。3.3 硬件电路在设计过程中要严格遵循设计的要求，即以STC89C52单片机为核心，GP2Yl010AUOF空气质量传感器、DHT11数字温湿度传感器和MQ-7一氧化碳传感器组成的采集电路，经过芯片ADC0832进行A/D转换（温湿度传感器不用，DHT11本身就是数字式的），最后在液晶显示LCD1602上显示出检测的值；当检测到温湿度超过设置的最大值或者最小值时，蜂鸣器报警；当检测到环境中的有害气体一氧化碳的浓度和PM2.5的浓度的阀值时，蜂鸣器报警7。以此来设计件电路。硬件电路如图3.3所示。