基于单片机的室内环境监测仪的设计毕业设计论文

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本系统满足室内环境变量实行全面、实时、长期监测的要求, 实现室
/ x) g; G2 D1 l- x2 C内环境温湿度、可燃气体浓度检测的自动化和智能化。系统以单片机为核
心，以温度、湿度传感器，气敏传感器作为测量元件，通过单片机与智能
6 j6 r: J: w3 B- v% c/ c传感器相连，采集并存储智能传感器的测量数据，经过分析处理将结果显
示于LCD液晶屏。在单片机系统中，还要实现超限报警和数据辅助存储功
能。
. t3 |$ {9 q+ Q本设计主要做了如下几方面的工作: 一是确定系统的总体设计方案： 包
括系统应具备的功能、达到的技术指标、系统的设计原则；二是整个系统
和各个模块的硬件和软件的设计：传感器的静动态特征分析使用、使用单
6 h9 x  i0 x, y$ p+ H! X/ Z总线技术的SHT11数字温湿度传感器的测温湿电路以及程序设计、使用气
敏传感器MQ211进行数据采集的电路以及程序设计；三是报警、按键的电
6 ^. k& f, [& T" {4 a路和程序设计。
该设计对室内温湿度实现了检测与显示, 而对CO和甲烷等有害气体完
6 H* F$ y. }! m成超标报警，为人们的生活、娱乐及公共场所的环境提供了一种有效的防
护系统。
6 C2 t$ ]$ U5 C& |5 ^. Z6 h& W. L3 g5 t
* s5 j7 p" s$ V- H" Q2 V% n前言
& h+ W: C, W1 }  M, ?9 H" {随着微电子技术的发展，传感器的性能和种类的不断提高和丰富，使
得基于微电脑芯片控制的室内环境实时分析监测系统成为可能。
该设计通过传感器引入数字化的环境信息，通过微电脑的数据分析，
' R2 l' U! P2 f4 J: U! x如加上控制系统与室内空调、加湿器、照明系统和电动窗帘门窗系统等家
& i  z8 H, z0 J8 p! E1 j% i8 D1 B' I居电器配合使用，不仅能给人们带来舒适的生活环境，还能最大程度的节
约能源使用。显然在节能减排深入人心，建筑节能和智能化发展得到大力
7 d  g7 }- Z' k4 e( R( [( {提倡的今天，其不仅能为人们的生活带来便利，更符合可持续发展理念，
无论是经济学角度还是社会学角度来看，设计和研究基于数字化的室内环
, p$ W' d* d* c1 M境监测系统辅助家居智能化和节能环保的设备有着重要的现实意义和经济
6 S* r% V! N# z价值。该设计基于上述情况出发， 应用8051 系列单片机丰富的I/O 接口和
  C3 s0 C; q# g  h% }对数据的采集、处理功能，实现传感器由物理变量到数字化转变，输入到
单片机通过微处理器的分析处理给出相应的结果，输出到显示电路。通过
$ }; M5 T" s9 t5 w- H七段码LED显示器或者液晶显示设备显示实时的各环境参数的数值，使人
6 {# I( W7 u) s& Z9 c% F7 @. Z们能及时了解各环境参数的情况，并在环境参数变到危害到正常的生理需
要的时候给予报警电路报警信号， 及时的通知人们离开或加以相应的处理，
使得宜于居住。由于相关家居智能化设备的不确定性，这里就不做相应的
控制算法的研究和处理，仅把相关参数储存在相应位置或者输出到某个
& L  m) A; m! ]& vI/O 口，供其它相关设备读取数据。
# k- Y; c7 @, }5 t6 X* ]! Q- W伴随着人们生活水平的不断提高，越来越多的人们更加关注居住生活
环境的质量安全（主要包括温度，湿度，有害气体浓度等）问题，所以对
室内环境做实时监测和数据分析显得尤为必要。
( V; w0 z( _+ q  ~第1 章室内环境的监控系统
  h: Z1 ]- G5 E% ^9 Z5 _4 |1.1 课题涵义
近来环境问题特别是有害气体对人类的危害也越来越来引起人们的关
注，而其中对有害气体的浓度检测是解决问题的关键对于大量使用以天然
气和甲烷气体作为家庭燃料气体的用户来说，选择安装一款简易、可靠和
. r/ E6 `5 _& y) X7 j便携的气体浓度检测装置也是很重要的，这样不仅可以避免气体泄露，也
可以保证人员和财产的安全。基于微电脑芯片控制的室内环境实时分析监
测系统成通过传感器引入数字化的环境信息，通过微电脑的数据分析，如
加上控制系统与室内空调、加湿器、照明系统、和电动窗帘门窗系统等家
居电器配合使用，不仅能给人们带来舒适的生活环境，还能最大程度的节
; Z/ x7 K& o0 W, Y约能源使用。显然在节能减排深入人心，建筑节能和智能化发展得到大力
+ D7 l2 Y/ K2 B9 W5 M提倡的今天，其不仅能为人们的生活带来便利，更符合可持续发展理念,
; @' A' Q2 r7 J8 j/ P  ^6 |无论是经济学角度还是社会学角度来看，设计和研究基于数字化的室内环
境监测系统辅助家居智能化和节能环保的设备有着重要的现实意义和经济
& \* X+ E' Q! R' @1 r6 B价值。系统少做程序设计部分的调整，就能实现对二氧化碳的浓度显示,
加上温度和湿度显示的功能，就能用于温室大棚环境监测，利于及时发现
和改变温室内环境参数，为作物提供最佳的生成环境，提高产量。
1.2 方案设计
# ?' k$ a/ _. I) q- [设计原则:要求单片机系统应具有可靠性高、操作维护方便、性价比高等特
点。
（ 1）可靠性
& E- l) r) L7 y高可靠性是单片机系统应用的前提，在系统设计的每一个环节，都应
将可靠性作为首要的设计准则。提高系统的可靠性通常从以下几个方面考
5 r# b8 l4 m, _5 `) s. j虑: 使用可靠性高的元器件; 设计电路板时布线和接地要合理; 对供电电源
采用抗干扰措施; 输入输出通道抗干扰措施; 进行软硬件滤；系统自诊断功
" X4 C/ q* g3 V能等。
（2）操作维护方便
% P$ K# z9 `, d/ L在系统的软硬件设计时，应从操作者的角度考虑操作和维护方便，尽
1 x) {4 x( d5 l量减少对操作人员专用知识的要求，以利于系统的推广。因此在设计时，
; A8 P  Y" \3 [3 _( ]要尽可能减少人机交互接口，多采用操作内置或简化的方法。同时系统应
配有现场故障诊断程序，一旦发生故障能保证有效地对故障进行定位，以
便进行维修。
（3）性价比
单片机除体积小、功耗低等特点外，最大的优势在于高性能价格比。
一个单片机应用系统能否被广泛使用， 性价比是其中一个关键因素。因此，
- N" C  m; \0 V2 }/ J/ {# O" M在设计时，除了保持高性能外，尽可能降低成本，如简化外围硬件电路，
在系统性能和速度允许的情况下尽可能用软件功能取代硬件功能等。
# O! t5 q) ?+ B* T设计要具备以下功能：
温度监控： (1 ）利用温度传感器将检测到的数据传给单片机并显示。
(2 ）通过键盘设置温度上下限，超过上限或低于下限后报警。
/ c+ Q: r: L8 S# G湿度监测：利用湿度传感器将检测到的数据传给单片机并显示。
CO浓度监控： (1 ）利用气敏传感器检测CO浓度传给单片机。
' X8 E* @+ m+ P" V; N* ?; T" [(2 ）通过键盘设置浓度上限，超过上限后报警。
1.2.1 硬件设计
在室内环境监测硬件设计上，由单片机（ STC89C52）控制整个系统的
运作、MQ211气敏传感器模块实现监测室内可燃气体功能、SHT11温湿度传
感器模块实现检测室内的温度和湿度功能、按键模块实现设置报警上限功
- V8 C7 ^0 i4 v7 n能、LCD 液晶模块实现显示功能、蜂鸣器报警功能。这六大模块组成的原
理图来实现家庭环境检测系统的各项功能。
在该设计中，选用了AT89C52单片机作为控制芯片。该芯片有丰富的
内部资源，丰富的I/O 接口，低电压，低功耗等优点；并且内置看门狗电
路，支持串口程序烧录，使用方便快捷，可以进行C语言编写程序，易于
# u( b& ?: A0 z& ]实现。温湿度测量方面选用瑞士SHT11芯片，该芯片内置A/D 转换芯片，
管脚接线简单，测量精度高等优点，气敏传感器使用多气体测量传感器
MQ211,其具有多种可燃气体的测试功能，简单高效。A/D 转换模块选用
) p: f7 f5 q1 i4 `9 u, zADC0831，具有接口电路简单，成本低等优点，能够满足该设计的设计，该
5 d' l) r( Y1 E芯片为一路八位数转换芯片需求。环境监测系统硬件结模构图
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5 M" H2 R5 E; ~/ L

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