基于單片機(jī)的無線室內(nèi)環(huán)境檢測(cè)儀設(shè)計(jì)

王明霞　楊秀菊　羅劉敏

摘要：為了實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)環(huán)境參數(shù)的檢測(cè)，本設(shè)計(jì)以STC89C51單片機(jī)為主控芯片，以DHT11溫濕度傳感器和GP2Y1010AU0F粉塵傳感器作為檢測(cè)元件設(shè)計(jì)了環(huán)境檢測(cè)系統(tǒng)。當(dāng)傳感器收集到當(dāng)前環(huán)境參數(shù)后傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，隨后用戶可在LCD1602直觀地了解到溫度、濕度和PM2.5信息；同時(shí)使用無線通訊模塊HC-05實(shí)現(xiàn)檢測(cè)系統(tǒng)與手機(jī)等設(shè)備的數(shù)據(jù)共享及刷新。仿真及實(shí)物調(diào)試結(jié)果表明，該設(shè)計(jì)能夠滿足設(shè)計(jì)要求，在檢測(cè)室內(nèi)環(huán)境參數(shù)時(shí)檢測(cè)結(jié)果較為準(zhǔn)確，具備一定的應(yīng)用前景和實(shí)際使用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：環(huán)境參數(shù)；單片機(jī)；傳感器；無線通訊

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2018）11-0269-02

1 緒論

愈來愈嚴(yán)峻的環(huán)境污染問題不斷降低著人們生活的質(zhì)量，其中罪魁禍?zhǔn)妆闶庆F霾，主要成分PM2.5又被稱為“可入肺顆粒物”，對(duì)人們的身體危害最大，也是進(jìn)行環(huán)境檢測(cè)的首要對(duì)象，本文介紹了一種不僅可以檢測(cè)PM2.5，同時(shí)可對(duì)溫濕度進(jìn)行檢測(cè)的環(huán)境檢測(cè)系統(tǒng)。該檢測(cè)系統(tǒng)輕便小巧便于攜帶，可廣泛用于家居等場(chǎng)所。通過了解前人對(duì)于環(huán)境檢測(cè)系統(tǒng)的研究和設(shè)計(jì)后發(fā)現(xiàn)，雖然以前的設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)最基本的對(duì)環(huán)境參數(shù)信息的檢測(cè)，但是本身是個(gè)封閉的系統(tǒng)，無法與用戶之間建立聯(lián)系進(jìn)行通訊。因此，本設(shè)計(jì)加入藍(lán)牙通訊模塊，用戶可以通過手機(jī)上的藍(lán)牙和檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行配對(duì)[1]。同時(shí)，不僅可以由手機(jī)安裝的APP（基于Android系統(tǒng)）實(shí)時(shí)查看當(dāng)前環(huán)境質(zhì)量，而且可以發(fā)送指令實(shí)現(xiàn)二者間的雙向通訊[2]，使檢測(cè)系統(tǒng)更加易用方便，大大發(fā)揮了其實(shí)用價(jià)值。

2硬件電路設(shè)計(jì)

2.1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)系統(tǒng)主控芯片選用STC89C51單片機(jī)，輸入模塊選用GP2Y1010AU0F粉塵傳感器和DHT11溫濕度傳感器共同組成。當(dāng)前環(huán)境的溫濕度和粉塵濃度參數(shù)被傳感器采集后由單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，最終在LCD1602液晶顯示屏顯示。由于藍(lán)牙具有的低功耗特性，因此采用藍(lán)牙作為通訊模塊實(shí)現(xiàn)檢測(cè)系統(tǒng)和手機(jī)之間的數(shù)據(jù)通訊。檢測(cè)系統(tǒng)整體電路框圖如圖1所示。

2.2 輸入電路設(shè)計(jì)

采用GP2Y1010AU粉塵傳感器在檢測(cè)到當(dāng)前環(huán)境粉塵濃度數(shù)據(jù)后，輸出一個(gè)同其濃度成線性關(guān)系的模擬電壓。而單片機(jī)只能處理數(shù)字信息，所以需要在設(shè)計(jì)的時(shí)候?yàn)槠浼由螦/D轉(zhuǎn)換電路，將采集到的模擬量粉塵濃度信息先由A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字量后再送單片機(jī)[3]。

單片機(jī)在和DHT11溫濕度傳感器進(jìn)行硬件電路連接后，由于二者間的連接電路距離達(dá)不到20m，為此選擇在VCC與傳感器的第2引腳之間接上一個(gè)阻值為10K的電阻。將電源接口溫濕度傳感器的第一個(gè)引腳相連接，而第4引腳與單片機(jī)的GND端連接，將傳感器的第三引腳進(jìn)行懸浮放置[4]。

顯示電路LCD1602的液晶顯示屏顯示當(dāng)前環(huán)境的溫度、濕度、PM2.5參數(shù)。采用HC-05藍(lán)牙通訊模塊與單片機(jī)的P3.0口和P3.1口串行通訊[5]。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

經(jīng)過初始化后，系統(tǒng)主程序流程圖如圖2所示。

在進(jìn)行主程序設(shè)計(jì)時(shí)考慮到程序的簡(jiǎn)潔與易讀性，同時(shí)在主程序中定義了諸如LCD1602初始化程序和A/D轉(zhuǎn)換程序等一系列子程序，可以高效的實(shí)現(xiàn)主程序?qū)ζ涞恼{(diào)用[6]。

4 仿真和調(diào)試

完成了無線室內(nèi)環(huán)境檢測(cè)系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)和系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)后，按照原理圖使用Proteus軟件對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真。仿真結(jié)果如圖3所示：

仿真結(jié)果表明，本設(shè)計(jì)的檢測(cè)系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確檢測(cè)參數(shù)，滿足設(shè)計(jì)要求。

使用軟件進(jìn)行系統(tǒng)仿真無誤后，按照原理圖在PCB板上進(jìn)行硬件焊接，利用Keil C51軟件把所編寫的程序?qū)氲接?jì)算機(jī)生成可執(zhí)行文件，通過串口將其燒錄進(jìn)單片機(jī)內(nèi)[7]。上電后實(shí)際使用如圖4所示：

參考文獻(xiàn)：

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