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基于单片机的环境检测系统设计

范文

耿健+熊强强

【摘要】本课题是要设计一种基于单片机的环境系统，利用单片机对温度、有毒气体、风速和光照强度的采集，并对采集的信息进行处理和远程的数据传输。

【关键字】单片机环境检测设计

一、引言

雖然国民经济一直以来快速的反展，但是在经济发展的同人类的生存环境也逐渐恶化。对环境参数的实时监测，便成为一个非常要的课题。通过环境监测可以获取环境信息，为环境的评估和环境治理提供重要的信息来源。

二、系统方案设计

对于环境检测系统系统，主要实现温度、有毒气体、风速和光照强的检测。有毒气体、风速、采用AD转换功能实现数据的采集；光照强度输出的数字信号，单片机通过读取IO口高低便可以实现采集；温度采用单总线进行采集。

三、硬件设计

1、电源电路设计。电源电路的作用是负责系统各个模块的供电工作，系统中各模块需要5V的工作电压。因此系统选择LM2672-5电源芯片，将开关电源输入的24V的电压转换为系统模块需要的电压，在输入电压为24V的时候LM2676转换效率可以达到90%以上，输入电压在8-40V，满足整个系统的设计要求。

2、单片机最小系统。单片机、晶振电路、复位电路和下载电路组成了单片机的最小工作系统，最小系统是系统最基础的电路。晶振电路由一个无源晶振和两个20pf的电容组成，通过晶振的振荡为最小系统提供需要的工作时序；复位电路的作用是让单片机执行的程序返回到初始状态，通过复位电路来完成，复位电路分为，上电复位和按键两种方式，其作用是在单片机程序运行受到外界的干扰情况下，可以通过复位，使系统回到初始的工作状态。

3、传感器采集电路。1）温度传感器采集电路。数字式温度传感器DS18B20电压范围支持3V到5.5V，DS18B20三个引脚分别为：VDD（外接供电端）；QD（数字信号输入/输出端）；GND（地信号端），分别接5V电源，单片机P23口和地。2）显示电路有毒气体和风速采集电路。1.MQ-2有毒气体传感器的本身输出的就是一个比较微弱的模拟信号，单片机是不能利用IO口直接进行数据的采集，可以采用单片机的模数转换口和专用的模数转换芯片进行采集，为了提高采集的精度和系统的稳定性，本设计中选择外接模数转换芯片的方法实现对传感器输出信号的采集，选择ADC0832单片机对输入的模拟信号进行采集，在转化成为数字信号后接到单片机的P33口和P34口进行处理，单片机通过读取P34口的输出值，实现对本地烟雾浓度的输出值的采集。

4、报警电路。报警电路由蜂鸣器、PNP三极管和限流电阻组成。单片机通过控制引脚电平的高低，使PNP三极管处于导通或截止的状态，类似一个开关，从而实现开启或关闭蜂鸣器。

5、液晶显示电路。显示模块的主要实现本地显示和远程显示两种功能，设计中选择12864液晶模块，单片机通过8个IO口和液晶的数据相连，实现数据和命令的读写操作。整个液晶屏是由128*64个点阵组成的，显示内容的过程是让对应点阵点亮的控制过程。设计中选择带字库的液晶，在12864硬件模块中已经集成字库。单片机对液晶模块的控是实现对液晶的读写数据函数、读写命令函数、初始化硬件。

6、键盘电路。键盘扫描电路设计：本设计采用三个按键一个加键（+）、一个减键（-）、一个确认键（OK）。分别接在P2.5-P27，当对按键按下时，单片机的IO口会被拉倒低电平，通过检测IO口的输出状态可以实现对输入按键的信息采集。按键模块电路见图3-10所示

7、通讯电路。监测分站需要实现和主站之间的通讯，根据传输距离和通讯稳定性等方面进行综合考虑，设计中选择RS485通讯方式，单片机的串口通过和485通讯芯片相连，实现485总线通讯。MAX3485的1脚和4脚接单片机的串口，2脚接单片机的P24口，通过该引脚实现485芯片的收发转换控制。

四、软件设计

主函数最先实现单片机的各个参数的初始化，其中包括定时器初始化、IO口初始化、ADC0832初始化。主控部分在初始化结束后，程序进while（1）的无限循环，在循环中不断轮询是否有按键被按下，如果有键按下进入按键处理函数。等到按键处理完后，看300ms定时时间是否也已经到了。如果定时间到，开始测量传感器输出值，处理后进行显示和数据的远程发送，如图1所示。

参考文献

[1]谢嘉奎.电子线路[M].高等教育出版社.2002.7

[2]王康年.C语言程序设计 [M].西安电子科技大学出版社.2009.10

[3]王新亮.电子测量原理[M].西安电子科技大学出版社.2003.10

[4]李媛. 单片机原理与技术[M]，北京邮电大学出版社.2009.1

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