基于單片機(jī)的PM2.5空氣質(zhì)量檢測(cè)論文下載

目錄

第一章、概述

1.1、設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容和意義

1.1.1、設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容

1.1.2、設(shè)計(jì)的主要意義

第二章、主控制器及主要器件

2.1、STC89C51單片機(jī)

2.2、A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0832

2.3、1602LCD液晶顯示屏

2.4、夏普粉塵傳感器GP2Y1010AU0F

第三章、硬件電路設(shè)計(jì)

3.1、電路設(shè)計(jì)框圖

3.2、系統(tǒng)概述

3.3、單片機(jī)最小系統(tǒng)

3.4、粉塵傳感器電路設(shè)計(jì)

3.6、LCD顯示模塊設(shè)計(jì)

第四章、程序設(shè)計(jì)及軟件應(yīng)用

4.1、主程序設(shè)計(jì)

4.2、主要子函數(shù)的設(shè)計(jì)

4.3、keil的應(yīng)用

4.4、protel99se的應(yīng)用

4.5、Proteus的應(yīng)用

第五章、總結(jié)

致謝

參考文獻(xiàn)

摘  要

因?yàn)榭諝赓|(zhì)量的惡化，陰霾天氣現(xiàn)象出現(xiàn)增多，危害現(xiàn)象加重。中國(guó)不少地區(qū)把陰霾天氣現(xiàn)象并入霧一起作為災(zāi)害性天氣預(yù)警預(yù)報(bào)。統(tǒng)稱為“霧霾天氣”。霧霾主要由PM2.5、PM10、PM0.1以及重金屬鎳砷鉻鉛等顆粒組成。有關(guān)霧霾的重大事件層出不窮，如1952年倫敦?zé)熿F事件，倫敦殺人霧在四天內(nèi)奪走了4000多條人命；還有2013年初北京肆虐橫行的霧霾事件，轟動(dòng)一時(shí)。因此，對(duì)PM2.5的測(cè)量顯得越來(lái)越重要。本設(shè)計(jì)采用STC89C51單片機(jī)為控制中心，由GP2Y1010AU0F灰塵傳感器測(cè)量空氣粉塵濃度，LCD1602顯示屏顯示當(dāng)前空氣粉塵濃度。并會(huì)根據(jù)設(shè)置好的報(bào)警值報(bào)警提示，對(duì)應(yīng)顏色指示燈點(diǎn)亮，該系統(tǒng)電路簡(jiǎn)單、工作穩(wěn)定、集成度高，調(diào)試方便，測(cè)試精度高，具有一定的實(shí)用價(jià)值。

1概述

1.1 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容和意義

本設(shè)計(jì)提出的檢測(cè)空氣質(zhì)量PM2.5的方案最基本的實(shí)現(xiàn)方法是由單片機(jī)、粉塵監(jiān)測(cè)傳感器、顯示模塊、報(bào)警模塊等組成的電路， GP2Y1010AU0F粉塵傳感器采集空氣中PM2.5的濃度值，經(jīng)過(guò)STC89C51單片機(jī)處理后，在LCD1602液晶上顯示，并通過(guò)LED和蜂鳴器提示濃度狀態(tài)。

21世紀(jì)的今天，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展日新月異，科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步同時(shí)也帶動(dòng)了測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代控制設(shè)備不同于以前，它們?cè)谛阅芎徒Y(jié)構(gòu)發(fā)生了翻天覆地的變化。我們已經(jīng)進(jìn)入了高速發(fā)展的信息時(shí)代，測(cè)量技術(shù)是當(dāng)今社會(huì)的主流，廣泛地深入到應(yīng)用工程的各個(gè)領(lǐng)域。

因?yàn)榭諝赓|(zhì)量的惡化，陰霾天氣現(xiàn)象出現(xiàn)增多，危害現(xiàn)象加重。中國(guó)不少地區(qū)把陰霾天氣現(xiàn)象并入霧一起作為災(zāi)害性天氣預(yù)警預(yù)報(bào)。統(tǒng)稱為“霧霾天氣”。霧霾主要由PM2.5、PM10、PM0.1以及重金屬鎳砷鉻鉛等顆粒組成。在空氣動(dòng)力學(xué)和環(huán)境氣象學(xué)中，顆粒物是按直徑大小來(lái)分類(lèi)的，粒徑小于100微米的稱為T(mén)SP(TotalSuspendedParticle)，即總懸浮物顆粒；粒徑小于10微米的稱為PM10(PM為ParticulateMatter縮寫(xiě))，即可吸入顆粒物；粒徑小于2.5微米的稱為PM2.5，即可入肺顆粒物，它的直徑僅相當(dāng)于人的頭發(fā)絲粗細(xì)的1/20。雖然PM2.5只是地球大氣成分中含量很少的組分，但它與較粗的大氣顆粒物相比，粒徑小，富含大量的有毒、有害物質(zhì)且在大氣中的停留時(shí)間長(zhǎng)、輸送距離遠(yuǎn)，因而對(duì)人體健康和大氣環(huán)境質(zhì)量影響更大。

世界衛(wèi)生組織發(fā)布的報(bào)告顯示，無(wú)論是發(fā)達(dá)國(guó)家還是發(fā)展中國(guó)家，目前大多數(shù)城市和農(nóng)村人口均遭受到顆粒物對(duì)健康的影響。高污染城市中的死亡率超出相對(duì)清潔城市的15%至20%。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在歐洲，PM2.5每年導(dǎo)致386000人死亡，并使歐盟國(guó)家人均期望壽命減少8.6個(gè)月。人體的生理結(jié)構(gòu)決定了對(duì)PM2.5沒(méi)有任何過(guò)濾、阻攔能力，而PM2.5對(duì)人類(lèi)健康的危害卻隨著醫(yī)學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，逐步暴露出其恐怖的一面。氣象專(zhuān)家和醫(yī)學(xué)專(zhuān)家認(rèn)為，由細(xì)顆粒物造成的灰霾天氣對(duì)人體健康的危害甚至要比沙塵暴更大。粒徑10微米以上的顆粒物，會(huì)被擋在人的鼻子外面；粒徑在2.5微米至10微米之間的顆粒物，能夠進(jìn)入上呼吸道，但部分可通過(guò)痰液等排出體外，另外也會(huì)被鼻腔內(nèi)部的絨毛阻擋，對(duì)人體健康危害相對(duì)較�。欢�粒徑在2.5微米以下的細(xì)顆粒物，直徑相當(dāng)于人類(lèi)頭發(fā)的1/10大小，不易被阻擋。被吸入人體后會(huì)直接進(jìn)入支氣管，刺激呼吸道，干擾肺部的氣體交換，從而引發(fā)咳嗽、呼吸困難、哮喘、慢性支氣管炎等呼吸系統(tǒng)的疾病并導(dǎo)致心律不齊、非致命性心臟病等心血管方面的疾病。其中，老人、小孩以及心肺疾病患者是PM2.5污染的敏感人群。因此，對(duì)PM2.5的監(jiān)測(cè)與治理便顯得越來(lái)越重要。

2 主控制器及主要器件

2.1 STC89C51單片機(jī)

STC89C51是一個(gè)低功耗，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含8k BytesISP的可反復(fù)擦寫(xiě)1000次的Flash只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用STC公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的STC89C51可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價(jià)比的解決方案。

STC89C51具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能:8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門(mén)狗定時(shí)器，2個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及晶振電路。另外，STC89C51可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式�？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的高128個(gè)單元是為專(zhuān)用寄存器提供的，因此該區(qū)也稱作特殊功能寄存器（SFR），它們主要用于存放控制命令、狀態(tài)或數(shù)據(jù)。除去程序計(jì)數(shù)器PC外，還有21個(gè)特殊功能寄存器，其地址空間為80H～FFH。這21個(gè)寄存器中有11個(gè)特殊功能寄存器具有位尋址能力，它們的字節(jié)地址剛好能被8整除。STC89C51是一個(gè)高效的微型計(jì)算機(jī)。它的應(yīng)用范圍廣，可用于解決復(fù)雜的控制問(wèn)題，且成本較低。其結(jié)構(gòu)框圖如圖2.1所示。

圖2.1 STC89C51結(jié)構(gòu)框圖

圖2.2 STC89C51引腳圖

按照功能，STC89C51的引腳可分為主電源、外接晶體振蕩或振蕩器、多功能I/O口、控制和復(fù)位等。

多功能I/O口：

STC89C51共有四個(gè)8位的并行I/O口：P0、P1、P2、P3端口，對(duì)應(yīng)的引腳分別是P0.0 ～ P0.7，P1.0 ～ P1.7，P2.0 ～ P2.7，P3.0 ～ P3.7，共32根I/O線。每根線可以單獨(dú)用作輸入或輸出。

①P0端口，該口是一個(gè)8位漏極開(kāi)路的雙向I/O口。在作為輸出口時(shí)，每根引腳可以帶動(dòng)8個(gè)TTL輸入負(fù)載。當(dāng)把“1”寫(xiě)入P0時(shí)，則它的引腳可用作高阻抗輸入。當(dāng)對(duì)外部程序或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P0可用作多路復(fù)用的低字節(jié)地址/數(shù)據(jù)總線，在該模式，P0口擁有內(nèi)部上拉電阻。在對(duì)Flash存儲(chǔ)器進(jìn)行編程時(shí)，P0用于接收代碼字節(jié)；在校驗(yàn)時(shí)，則輸出代碼字節(jié)；此時(shí)需要外加上拉電阻。

②P1端口，該口是帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口，P1口的輸出緩沖器可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流方式）4個(gè)TTL輸入。對(duì)端口寫(xiě)“1”時(shí)，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，此時(shí)可用作輸入口。P1口作輸入口使用時(shí)，因?yàn)橛袃?nèi)部的上拉電阻，那些被外部信號(hào)拉低的引腳會(huì)輸出一個(gè)電流。在對(duì)Flash編程和程序校驗(yàn)時(shí)，P1口接收低8位地址。

另外，P1.0與P1.1可以配置成定時(shí)/計(jì)數(shù)器2的外部計(jì)數(shù)輸入端（P1.0/T2）與定時(shí)/計(jì)數(shù)器2的觸發(fā)輸入端（P1.0/T2EX），如表2.3所示。

表2.1  P1口管腳復(fù)用功能

③ P2端口，該口是帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口，P2口的輸出緩沖器可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流方式）4個(gè)TTL輸入。對(duì)端口寫(xiě)“1”時(shí)，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，此時(shí)可用作輸入口。P2口作輸入口使用時(shí)，因?yàn)橛袃?nèi)部的上拉電阻，那些被外部信號(hào)拉低的引腳會(huì)輸出一個(gè)電流。在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或16位的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P2口送出高8位地址，在訪問(wèn)8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P2口引腳上的內(nèi)容（就是專(zhuān)用寄存器（SFR）區(qū)中P2寄存器的內(nèi)容），在整個(gè)訪問(wèn)期間不會(huì)改變。在對(duì)Flash編程和程序校驗(yàn)期間，P2口也接收高位地址或一些控制信號(hào)。

④ P3端口，該口是帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口，P3口的輸出緩沖器可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流方式）4個(gè)TTL輸入。對(duì)端口寫(xiě)“1”時(shí)，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，此時(shí)可用作輸入口。P3口作輸入口使用時(shí)，因?yàn)橛袃?nèi)部的上拉電阻，那些被外部信號(hào)拉低的引腳會(huì)輸出一個(gè)電流。在STC89C51中，同樣P3口還用于一些復(fù)用功能，如表2.4所列。在對(duì)Flash編程和程序校驗(yàn)期間，P3口還接收一些控制信號(hào)。

表2.2 P3端口引腳與復(fù)用功能表

RST：復(fù)位輸入端。在振蕩器運(yùn)行時(shí)，在此腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平將使其單片機(jī)復(fù)位�？撮T(mén)狗定時(shí)器（Watchdog）溢出后，該引腳會(huì)保持98個(gè)振蕩周期的高電平。在SFR AUXR（地址8EH）寄存器中的DISRTO位可以用于屏蔽這種功能。DISRTO位的默認(rèn)狀態(tài)，是復(fù)位高電平輸出功能使能。

ALE/PROG：地址鎖存允許信號(hào)。在存取外部存儲(chǔ)器時(shí)，這個(gè)輸出信號(hào)用于鎖存低字節(jié)地址。在對(duì)Flash存儲(chǔ)器編程時(shí)，這條引腳用于輸入編程脈沖PROG。一般情況下，ALE是振蕩器頻率的6分頻信號(hào)，可用于外部定時(shí)或晶振。但是，在對(duì)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器每次存取中，會(huì)跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。在需要時(shí)，可以把地址8EH中的SFR寄存器的0位置為“1”，從而屏蔽ALE的工作；而只有在MOVX或MOVC指令執(zhí)行時(shí)ALE才被激活。在單片機(jī)處于外部執(zhí)行方式時(shí)，對(duì)ALE屏蔽位置“1”并不起作用。

PSEN：程序存儲(chǔ)器允許信號(hào)。它用于讀外部程序存儲(chǔ)器。當(dāng)STC89C51在執(zhí)行來(lái)自外部存儲(chǔ)器的指令時(shí)，每一個(gè)機(jī)器周期PSEN被激活2次。在對(duì)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的每次存取中，PSEN的2次激活會(huì)被跳過(guò)。

EA/Vpp：外部存取允許信號(hào)。為了確保單片機(jī)從地址為0000H～FFFFH的外部程序存儲(chǔ)器中讀取代碼，故要把EA接到GND端，即地端。但是，如果鎖定位1被編程，則EA在復(fù)位時(shí)被鎖存。當(dāng)執(zhí)行內(nèi)部程序時(shí)，EA應(yīng)接到Vcc。在對(duì)Flash存儲(chǔ)器編程時(shí)，這條引腳接收12V編程電壓Vpp。

XTAL1：振蕩器的反相放大器輸入，內(nèi)部晶振工作電路的輸入。

XTAL2：振蕩器的反相放大器輸出。

2.2 A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0832

ADC0832 是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的一種 8 位分辨率、雙通道 A/D 轉(zhuǎn)換芯片。由于它體積小，兼容性強(qiáng)，性價(jià)比高而深受單片機(jī)愛(ài)好者及企業(yè)歡迎，

其目前已經(jīng)有很高的普及率。學(xué)習(xí)并使用 ADC0832 可是使我們了解 A/D 轉(zhuǎn)換器的原理，有助于我們單片機(jī)技術(shù)水平的提高。

ADC0832 具有以下特點(diǎn)：

①8 位分辨率；

②雙通道 A/D 轉(zhuǎn)換；

③輸入輸出電平與 TTL/CMOS 相兼容；

④5V 電源供電時(shí)輸入電壓在 0~5V 之間；

⑤工作頻率為 250KHZ，轉(zhuǎn)換時(shí)間為 32μS；

⑥一般功耗僅為 15mW；

⑦8P、14P—DIP（雙列直插）、PICC 多種封裝；

芯片頂視圖：

                                       圖2.3

芯片接口說(shuō)明：

CS_：片選使能，低電平芯片使能。

CH0：模擬輸入通道 0，或作為 IN+/-使用。

CH1：模擬輸入通道 1，或作為 IN+/-使用。

GND：芯片參考 0 電位（地）。

DI：數(shù)據(jù)信號(hào)輸入，選擇通道控制。

DO：數(shù)據(jù)信號(hào)輸出，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出。

CLK：芯片晶振輸入。

Vcc/REF：電源輸入及參考電壓輸入（復(fù)用）。

ADC0832 為 8 位分辨率 A/D 轉(zhuǎn)換芯片，其最高分辨可達(dá) 256 級(jí)，可以適應(yīng)一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。其內(nèi)部電源輸入與參考電壓的復(fù)用，使得芯片的模擬電壓輸入在 0~5V 之間。芯片轉(zhuǎn)換時(shí)間僅為 32μS，據(jù)有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗(yàn)，以減少數(shù)據(jù)誤差，轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性能強(qiáng)。獨(dú)立的芯片使能輸入，使多器件掛接和處理器控制變的更加方便。通過(guò) DI 數(shù)據(jù)輸入端，可以輕易的實(shí)現(xiàn)通道功能的選擇。

2.3 1602LCD液晶顯示屏

LCD顯示器分為字段顯示和字符顯示兩種。其中字段顯示與LED顯示相似，只要送對(duì)應(yīng)的信號(hào)到相應(yīng)的管腳就能顯示。字符顯示是根據(jù)需要顯示基本字符。本設(shè)計(jì)采用的是字符型顯示。系統(tǒng)中采用LCD1602作為顯示器件輸出信息。與傳統(tǒng)的LED數(shù)碼管顯示器件相比，液晶顯示模塊具有體積小、功耗低、顯示內(nèi)容豐富等優(yōu)點(diǎn)，而且不需要外加驅(qū)動(dòng)電路，現(xiàn)在液晶顯示模塊已經(jīng)是單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)中最常用的顯示器件了。LCD1602可以顯示2行16個(gè)漢字。

LCD1602主要技術(shù)參數(shù)

顯示容量為16×2個(gè)字符；

芯片工作電壓為4.5～5.5V；

工作電流為2.0mA（5.0V）；

模塊最佳工作電壓為5.0V；

字符尺寸為2.95×4.35（W×H）mm。

3.1.2 LCD1602的引腳說(shuō)明

LCD1602采用標(biāo)準(zhǔn)的14腳接口，其中:

第1腳：VSS為地電源。

第2腳：VDD接5V正電源。

第3腳：V0為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端。

第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器。

第5腳：RW為讀寫(xiě)信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫(xiě)操作。當(dāng)RS和RW共同為低電平時(shí)可以寫(xiě)入指令或者顯示地址，當(dāng)RS為低電平RW為高電平時(shí)可以讀忙信號(hào)，當(dāng)RS為高電平RW為低電平時(shí)可以寫(xiě)入數(shù)據(jù)。

第6腳：E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。

第7～14腳：D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。

第15～16腳：空腳

3.1.3控制指令說(shuō)明

1602液晶模塊內(nèi)部的控制器共有11條控制指令，如3.8表所示：

表2.3控制命令表

1602液晶模塊的讀寫(xiě)操作、屏幕和光標(biāo)的操作都是通過(guò)指令編程來(lái)實(shí)現(xiàn)的。（說(shuō)明：1為高電平、0為低電平）

指令1：清顯示，指令碼01H，光標(biāo)復(fù)位到地址00H位置

指令2：光標(biāo)復(fù)位，光標(biāo)返回到地址00H

指令3：光標(biāo)和顯示模式設(shè)置 I/D：光標(biāo)移動(dòng)方向，高電平右移，低電平左移 S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高電平表示有效，低電平則無(wú)效

指令4：顯示開(kāi)關(guān)控制。 D：控制整體顯示的開(kāi)與關(guān)，高電平表示開(kāi)顯示，低電平表示關(guān)顯示 C：控制光標(biāo)的開(kāi)與關(guān)，高電平表示有光標(biāo)，低電平表示無(wú)光標(biāo) B：控制光標(biāo)是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍

指令5：光標(biāo)或顯示移位 S/C：高電平時(shí)移動(dòng)顯示的文字，低電平時(shí)移動(dòng)光標(biāo)

指令6：功能設(shè)置命令 DL：高電平時(shí)為4位總線，低電平時(shí)為8位總線 N：低電平時(shí)為單行顯示，高電平時(shí)雙行顯示 F: 低電平時(shí)顯示5x7的點(diǎn)陣字符，高電平時(shí)顯示5x10的點(diǎn)陣字符

指令7：字符發(fā)生器RAM地址設(shè)置

指令8：DDRAM地址設(shè)置

指令9：讀忙信號(hào)和光標(biāo)地址 BF：為忙標(biāo)志位，高電平表示忙，此時(shí)模塊不能接收命令或者數(shù)據(jù)，如果為低電平表示不忙。

指令10：寫(xiě)數(shù)據(jù)

指令11：讀數(shù)據(jù)

2.4 夏普粉塵傳感器GP2Y1010AU0F

日本夏普公司灰塵傳感器GP2Y1010AU，體積小巧，靈敏度高，可以用來(lái)測(cè)量0.8微米以上的微小粒子，可用于室內(nèi)環(huán)境中煙氣、粉塵、花粉等濃度的檢測(cè)。此款產(chǎn)品不但可以檢測(cè)出單位體積粒子的絕對(duì)個(gè)數(shù)，而且內(nèi)置氣流發(fā)生器，可以自行吸入外部空氣�；覊m傳感器GP2Y1010AU安裝保養(yǎng)方便，使用壽命長(zhǎng)，精度高，穩(wěn)定性好。其內(nèi)部對(duì)角安放著紅外線發(fā)光二極管和光電晶體管，使得其能夠探測(cè)到空氣中塵埃反射光，即使非常細(xì)小的如煙草煙霧顆粒也能夠被檢測(cè)到，通常在空氣凈化系統(tǒng)中應(yīng)用。該傳感器具有非常低的電流消耗（最大20mA，典型值11mA），可使用高達(dá)7VDC。該傳感器輸出為模擬電壓，其值與粉塵濃成正比。      

圖2.4 夏普灰塵傳感器GP2Y1010AU0F

傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)

                                     圖2.5

應(yīng)用領(lǐng)域：

1、空氣凈化器和空氣清新機(jī)；

2、空調(diào)；

3、空氣質(zhì)量監(jiān)控儀；

4、空調(diào)等相關(guān)產(chǎn)品。

主要參數(shù)：

靈敏度：0.5V/(0.1mg/m3)

輸出電壓：0.9V(TYP)

消耗電流：11mA

工作溫度：-10~65℃

存儲(chǔ)溫度：-20~80℃

2.5 蜂鳴器

該設(shè)計(jì)有報(bào)警電路，當(dāng)濃度超過(guò)設(shè)置的報(bào)警上限時(shí)，單片機(jī)控制蜂鳴器鳴響提醒超限，控制引腳接在P3.7引腳上，利用三極管當(dāng)做開(kāi)關(guān)電路可以保護(hù)單片機(jī)，還可以起到放大電流的作用，當(dāng)三極管基極為高電平時(shí)，發(fā)射極截止，為低電平時(shí)，發(fā)射極導(dǎo)通。報(bào)警模塊如圖12所示。

圖2.6 聲音報(bào)警模塊

3 硬件電路設(shè)計(jì)

3.1 電路設(shè)計(jì)框圖

1.007.jpg (3.4 KB, 下載次數(shù): 81)

下載附件

2017-5-10 19:38 上傳

系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)如下：

1.009.jpg (3.11 KB, 下載次數(shù): 102)

下載附件

2017-5-10 19:38 上傳

1.010.jpg (655 Bytes, 下載次數(shù): 77)

下載附件

2017-5-10 19:38 上傳

1.011.jpg (2.6 KB, 下載次數(shù): 73)

下載附件

2017-5-10 19:38 上傳

1.013.jpg (656 Bytes, 下載次數(shù): 89)

下載附件

2017-5-10 19:38 上傳

1.014.jpg (2.37 KB, 下載次數(shù): 76)

下載附件

2017-5-10 19:38 上傳

1.016.jpg (653 Bytes, 下載次數(shù): 77)

下載附件

2017-5-10 19:38 上傳

1.017.jpg (2.46 KB, 下載次數(shù): 91)

下載附件

2017-5-10 19:38 上傳

圖3.1

3.2 系統(tǒng)概述

本電路是由STC89C51單片機(jī)為控制核心，另外主要通過(guò)5個(gè)模塊的電路設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)功能，他們分別是LCD顯示模塊、粉塵傳感器、A/D轉(zhuǎn)換、蜂鳴器電路、LED指示電路。

系統(tǒng)原理圖如下

                                    圖3.2

3.3 單片機(jī)最小系統(tǒng)

單片機(jī)的最小系統(tǒng)就是讓單片機(jī)能正常工作并發(fā)揮其功能時(shí)所必須的組成部分，也可理解為是用最少的元件組成的單片機(jī)可以工作的系統(tǒng)。對(duì)51系列單片機(jī)來(lái)說(shuō)， 最小系統(tǒng)一般應(yīng)該包括： 單片機(jī)、晶振電路、復(fù)位電路、輸入/ 輸出設(shè)備等。

單片機(jī)最小系統(tǒng)框圖

                                  圖3.3

晶振電路:

在設(shè)計(jì)晶振電路之前，讓我們先了解下51單片機(jī)上的晶振管腳：

XTAL1（19 腳） ：芯片內(nèi)部振蕩電路輸入端。

XTAL2（18 腳） ：芯片內(nèi)部振蕩電路輸出端。

XTAL1 和XTAL2 是獨(dú)立的輸入和輸出反相放大器，它們可以被配置為使用石英晶振的片內(nèi)振蕩器，或者是器件直接由外部晶振驅(qū)動(dòng)。圖3中采用的是內(nèi)晶振模式，即采用利用芯片內(nèi)部的振蕩電路，在XTAL1、XTAL2 的引腳上外接定時(shí)元件（一個(gè)石英晶體和兩個(gè)電容），內(nèi)部振蕩器便能產(chǎn)生自激振蕩。一般來(lái)說(shuō)晶振可以在1.2 ～ 12MHz 之間任選，甚至可以達(dá)到24MHz 或者更高，但是頻率越高功耗也就越大。在本實(shí)驗(yàn)套件中采用的11.0592M 的石英晶振。和晶振并聯(lián)的兩個(gè)電容的大小對(duì)振蕩頻率有微小影響，可以起到頻率微調(diào)作用。當(dāng)采用石英晶振時(shí)，電容可以在20 ～ 40pF 之間選擇（本實(shí)驗(yàn)套件使用30pF）；當(dāng)采用陶瓷諧振器件時(shí)，電容要適當(dāng)?shù)卦龃笠恍�，�?0 ～ 50pF 之間。通常選取33pF的陶瓷電容就可以了。

圖3.4晶振電路圖

復(fù)位電路:

在單片機(jī)系統(tǒng)中,復(fù)位電路是非常關(guān)鍵的，當(dāng)程序跑飛（運(yùn)行不正常）或死機(jī)（停止運(yùn)行）時(shí)，就需要進(jìn)行復(fù)位。

MCS-5l 系列單片機(jī)的復(fù)位引腳RST（ 第9管腳） 出現(xiàn)2個(gè)機(jī)器周期以上的高電平時(shí)，單片機(jī)就執(zhí)行復(fù)位操作。如果RST持續(xù)為高電平，單片機(jī)就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)。

復(fù)位操作通常有兩種基本形式：上電自動(dòng)復(fù)位和開(kāi)關(guān)復(fù)位 。上電瞬間 ，電容兩端電壓不能突變 ,此時(shí)電容的負(fù)極和 RESET 相連，電壓全部加在了電阻上，RESET 的輸入為高，芯片被復(fù)位。隨之+5V電源給電容充電，電阻上的電壓逐漸減小，最后約等于0 ,芯片正常工作。并聯(lián)在電容的兩端為復(fù)位按鍵，當(dāng)復(fù)位按鍵沒(méi)有被按下的時(shí)候電路實(shí)現(xiàn)上電復(fù)位，在芯片正常工作后 ，通過(guò)按下按鍵使RST管腳出現(xiàn)高電平達(dá)到手動(dòng)復(fù)位的效果。

復(fù)位電路圖如圖所示：

                              圖3.5 復(fù)位電路圖

EA/VPP（31 腳）的功能和接法:

51 單片機(jī)的EA/VPP（31 腳） 是內(nèi)部和外部程序存儲(chǔ)器的選擇管腳。當(dāng)EA 保持高電平時(shí)，單片機(jī)訪問(wèn)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器；當(dāng)EA保持低電平時(shí)，則不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，只訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器。

對(duì)于現(xiàn)今的絕大部分單片機(jī)來(lái)說(shuō)，其內(nèi)部的程序存儲(chǔ)器（一般為flash容量都很大，因此基本上不需要外接程序存儲(chǔ)器，而是直接使用內(nèi)部的存儲(chǔ)器。

在本實(shí)驗(yàn)套件中，EA 管腳接到了VCC 上，只使用內(nèi)部的程序存儲(chǔ)器。這一點(diǎn)一定要注意，很多初學(xué)者常常將EA 管腳懸空,從而導(dǎo)致程序執(zhí)行不正常。

P0口外接上拉電阻:

51 單片機(jī)的P0 端口為開(kāi)漏輸出，內(nèi)部無(wú)上拉電阻。所以在當(dāng)做普通I/O 輸出數(shù)據(jù)時(shí)，由于V2 截止，輸出級(jí)是漏極開(kāi)路電路，

另外，避免輸入時(shí)讀取數(shù)據(jù)出錯(cuò)，也需外接上拉電阻。在這里簡(jiǎn)要的說(shuō)下其原因：在輸入狀態(tài)下，從鎖存器和從引腳上讀來(lái)的信號(hào)一般是一致的，但也有例外。例如，當(dāng)從內(nèi)部總線輸出低電平后，鎖存器Q ＝ 0， Q ＝ 1，場(chǎng)效應(yīng)管V1 開(kāi)通，端口線呈低電平狀態(tài)。此時(shí)無(wú)論端口線上外接的信號(hào)是低電平還是高電平，從引腳讀入單片機(jī)的信號(hào)都是低電平，因而不能正確地讀入端口引腳上的信號(hào)。又如，當(dāng)從內(nèi)部總線輸出高電平后，鎖存器Q ＝ 1, Q ＝ 0,場(chǎng)效應(yīng)管V1 截止.如外接引腳信號(hào)為低電平， 從引腳上讀入的信號(hào)就與從鎖存器讀入的信號(hào)不同。所以當(dāng)P0 口作為通用I/O 接口輸入使用時(shí)，在輸入數(shù)據(jù)前，應(yīng)先向P0 口寫(xiě)“1”，此時(shí)鎖存器的Q 端為“0”，使輸出級(jí)的兩個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管V1、V2 均截止,引腳處于懸浮狀態(tài)，才可作高阻輸入。

總結(jié)來(lái)說(shuō)：為了能使P0 口在輸出時(shí)能驅(qū)動(dòng)NMOS 電路和避免輸入時(shí)讀取數(shù)據(jù)出錯(cuò)，需外接上拉電阻。在本實(shí)驗(yàn)套件中采用的是外加一個(gè)10K 排阻。此外，51 單片機(jī)在對(duì)端口P0—P3 的輸入操作上，為避免讀錯(cuò)，應(yīng)先向電路中的鎖存器寫(xiě)入“1”，使場(chǎng)效應(yīng)管截止，以避免鎖存器為“0”狀態(tài)時(shí)對(duì)引腳讀入的干擾。

3.4 粉塵傳感器電路設(shè)計(jì)

根據(jù)粉塵傳感器GP2Y1010AU的規(guī)劃書(shū)中對(duì)管腳的描述：

1.024.jpg (11.35 KB, 下載次數(shù): 75)

下載附件

2017-5-10 19:38 上傳

圖3.6

對(duì)應(yīng)的管腳為：

圖3.7

故粉塵傳感器的電路設(shè)計(jì)如圖：

粉塵傳感器GP2Y1010AU通過(guò)對(duì)空氣粉塵顆粒濃度的檢測(cè)輸出模擬電壓，其值與粉塵濃度成正比。故在仿真原理圖中，我們用可變電阻設(shè)計(jì)的局部限壓電路代替?zhèn)鞲衅鳎?/font>

圖3.8

3.5 A/D轉(zhuǎn)換

1.027.jpg (10.34 KB, 下載次數(shù): 89)

下載附件

2017-5-10 19:38 上傳

ADC0832的封裝機(jī)管腳說(shuō)明：

                                  圖3.9

CS_：片選使能，低電平芯片使能。

CH0：模擬輸入通道 0，或作為 IN+/-使用。

CH1：模擬輸入通道 1，或作為 IN+/-使用。

GND：芯片參考 0 電位（地）。

DI：數(shù)據(jù)信號(hào)輸入，選擇通道控制。

DO：數(shù)據(jù)信號(hào)輸出，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出。

CLK：芯片晶振輸入。

3.6 LCD顯示模塊設(shè)計(jì)

     系統(tǒng)中采用LCD1602作為顯示器件輸出信息。與傳統(tǒng)的LED數(shù)碼管顯示器件相比，液晶顯示模塊具有體積小、功耗低、顯示內(nèi)容豐富等優(yōu)點(diǎn)，而且不需要外加驅(qū)動(dòng)電路，根據(jù)各管腳的功能電路設(shè)計(jì)如下：

1.028.jpg (18.77 KB, 下載次數(shù): 81)

下載附件

2017-5-10 19:38 上傳

                             圖3.10

1.029.jpg (23.79 KB, 下載次數(shù): 100)

下載附件

2017-5-10 19:38 上傳

仿真電路圖：

圖3.11

3.7  LED指示電路

    紅黃綠指示燈與單片機(jī)單片機(jī)的P2.0口P2.1口和p3.1口連接。LED的正極都接電源，當(dāng)單片機(jī)IO口輸出低電平時(shí)，對(duì)應(yīng)的LED就會(huì)點(diǎn)亮。LED的電路原理圖如下3-5所示：

1.030.jpg (25.43 KB, 下載次數(shù): 74)

下載附件

2017-5-10 19:38 上傳

                                 圖3.12

4 程序設(shè)計(jì)及軟件應(yīng)用

4.1 主程序設(shè)計(jì)

/********************************************************************

* 名稱 : Main()

* 功能 : 主函數(shù)

***********************************************************************/

void main()

{

              uchar h;

              uint sum;

    EA = 0;

              Timer0_Init();  //定時(shí)器0初始化

              EA = 1;

              RW=0;

              L1602_init();

              while(1)

              {

                            if (FlagStartRH == 1&&set==0)              //溫濕度轉(zhuǎn)換標(biāo)志檢查

                            {

                                TR0 = 0;

                                          for(h=0;h<50;h++)

                                          {

                                                        DA=adc0832(0);

                                                        sum=sum+DA;

                                                        delay_ms(100);

                                                        Key();

                                          }

                                          DA=sum/50;

                                          sum=0;

                                          DA=DA*(float)(DA/5);

                                          ALARM();

                                          if(set==0)

                                          display();

                                          TR0 = 1;

                            }

                            Key();

                            ALARM();

              }

}

4.2 主要子函數(shù)的設(shè)計(jì)

除主程序外，程序設(shè)計(jì)中還定義了一些函數(shù)，方便主程序調(diào)用，主要有液晶初始化程序，顯示函數(shù)，報(bào)警顯示，報(bào)警子函數(shù)，A/D轉(zhuǎn)換函數(shù)等。以下主要介紹A/D轉(zhuǎn)換函數(shù)。

單片機(jī)對(duì)ADC0832 的控制原理：

正常情況下ADC0832 與單片機(jī)的接口應(yīng)為 4條數(shù)據(jù)線，分別是 CS、CLK、DO、DI。但由于 DO端與 DI端在通信時(shí)并未同時(shí)有效并與單片機(jī)的接口是雙向的，所以電路設(shè)計(jì)時(shí)可以將DO 和 DI并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用。（見(jiàn)圖 3）當(dāng) ADC0832未工作時(shí)其CS 輸入端應(yīng)為高電平，此時(shí)芯片禁用，CLK 和

DO/DI 的電平可任意。當(dāng)要進(jìn)行 A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，須先將 CS使能端置于低電平并

且保持低電平直到轉(zhuǎn)換完全結(jié)束。此時(shí)芯片開(kāi)始轉(zhuǎn)換工作，同時(shí)由處理器向芯

片晶振輸入端 CLK 輸入晶振脈沖，DO/DI 端則使用 DI端輸入通道功能選擇的

數(shù)據(jù)信號(hào)。在第 1 個(gè)晶振脈沖的下沉之前 DI端必須是高電平，表示啟始信號(hào)。

在第 2、3 個(gè)脈沖下沉之前 DI端應(yīng)輸入 2位數(shù)據(jù)用于選擇通道功能，其功能項(xiàng)

見(jiàn)下表 。

表4.1                                    表4.2

1.031.jpg (9.33 KB, 下載次數(shù): 84)

下載附件

2017-5-10 19:38 上傳

1.032.jpg (9.67 KB, 下載次數(shù): 77)

下載附件

2017-5-10 19:38 上傳

如表 4.11 所示，當(dāng)此 2 位數(shù)據(jù)為“1”、“0”時(shí)，只對(duì) CH0 進(jìn)行單通道轉(zhuǎn)換。

當(dāng) 2 位數(shù)據(jù)為“1”、“1”時(shí)，只對(duì) CH1進(jìn)行單通道轉(zhuǎn)換。當(dāng) 2 位數(shù)據(jù)為“0”、“0”時(shí)，將 CH0作為正輸入端 IN+，CH1作為負(fù)輸入端 IN-進(jìn)行輸入。當(dāng) 2位數(shù)據(jù)為“0”、“1”時(shí)，將 CH0作為負(fù)輸入端 IN-，CH1作為正輸入端 IN+進(jìn)行輸入。到第 3 個(gè)脈沖的下沉之后 DI端的輸入電平就失去輸入作用，此后 DO/DI端則開(kāi)始利用數(shù)據(jù)輸出DO 進(jìn)行轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的讀取。從第4個(gè)脈沖下沉開(kāi)始由 DO端輸出轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)最高位DATA7，隨后每一個(gè)脈沖下沉 DO端輸出下一位數(shù)據(jù)。直到第11個(gè)脈沖時(shí)發(fā)出最低位數(shù)據(jù) DATA0，一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)輸出完成。也正是從此位開(kāi)始輸出下一個(gè)相反字節(jié)的數(shù)據(jù)，即從第 11個(gè)字節(jié)的下沉輸出 DATD0。隨后輸出 8位數(shù)據(jù)，到第 19 個(gè)脈沖時(shí)數(shù)據(jù)輸出完成，也標(biāo)志著一次 A/D 轉(zhuǎn)換的結(jié)束。最后將 CS 置高電平禁用芯片，直接將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理就可以了。

1.033.jpg (22.33 KB, 下載次數(shù): 74)

下載附件

2017-5-10 19:38 上傳

更詳細(xì)的時(shí)序說(shuō)明請(qǐng)下表：

                              圖4.1

作為單通道模擬信號(hào)輸入時(shí)ADC0832的輸入電壓是 0~5V且8位分辨率時(shí)的電壓精度為 19.53mV。如果作為由 IN+與 IN-輸入的輸入時(shí)，可是將電壓值設(shè)定在某一個(gè)較大范圍之內(nèi)，從而提高轉(zhuǎn)換的寬度。但值得注意的是，在進(jìn)行 IN+與 IN-的輸入時(shí)，如果 IN-的電壓大于 IN+的電壓則轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)結(jié)果始終為00H。

1.034.jpg (9.34 KB, 下載次數(shù): 84)

下載附件

2017-5-10 19:38 上傳

ADC0832 數(shù)據(jù)讀取程序流程：

圖4.2

實(shí)際程序設(shè)計(jì)代碼為：

/***********AD0832轉(zhuǎn)換程序******************/

uchar ADC0832(bit mode,bit channel)     //AD轉(zhuǎn)換，返回結(jié)果

{

              uchar i,dat,ndat;

            

              ADCS = 0;//拉低CS端

              _nop_();

              _nop_();

            

              ADDI = 1;              //第1個(gè)下降沿為高電平

              ADCLK = 1;//拉高CLK端

              _nop_();

              _nop_();

              ADCLK = 0;//拉低CLK端,形成下降沿1

              _nop_();

              _nop_();

            

              ADDI = mode;              //低電平為差分模式，高電平為單通道模式。            

              ADCLK = 1;//拉高CLK端

              _nop_();

              _nop_();

              ADCLK = 0;//拉低CLK端,形成下降沿2

              _nop_();

              _nop_();

            

              ADDI = channel;              //低電平為CH0，高電平為CH1            

              ADCLK = 1;//拉高CLK端

              _nop_();

              _nop_();

              ADCLK = 0;//拉低CLK端,形成下降沿3

            

              ADDI = 1;//控制命令結(jié)束(經(jīng)試驗(yàn)必需)

              dat = 0;

              //下面開(kāi)始讀取轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)，從最高位開(kāi)始依次輸出（D7~D0）

              for(i = 0;i < 8;i++)

              {

                            dat <<= 1;

                            ADCLK=1;//拉高晶振端

                            _nop_();

                            _nop_();

                            ADCLK=0;//拉低晶振端形成一次晶振脈沖

                            _nop_();

                            _nop_();

                            dat |= ADDO;

              }

              ndat = 0;                  //記錄D0

              if(ADDO == 1)

              ndat |= 0x80;

              //下面開(kāi)始繼續(xù)讀取反序的數(shù)據(jù)（從D1到D7）

              for(i = 0;i < 7;i++)

              {

                            ndat >>= 1;

                            ADCLK = 1;//拉高晶振端

                            _nop_();

                            _nop_();

                            ADCLK=0;//拉低晶振端形成一次晶振脈沖

                            _nop_();

                            _nop_();

                            if(ADDO==1)

                            ndat |= 0x80;

              }               

              ADCS=1;//拉高CS端,結(jié)束轉(zhuǎn)換

              ADCLK=0;//拉低CLK端

              ADDI=1;//拉高數(shù)據(jù)端,回到初始狀態(tài)

              if(dat==ndat)

              return(dat);

              else

              return 0;  

}

4.3 keil的應(yīng)用

Keil C51是美國(guó)Keil Software公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語(yǔ)言軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語(yǔ)言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而易學(xué)易用。       用過(guò)匯編語(yǔ)言后再使用C來(lái)開(kāi)發(fā)，體會(huì)更加深刻。   Keil C51軟件提供豐富的庫(kù)函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開(kāi)發(fā)調(diào)試工具，全Windows界面。另外重要的一點(diǎn)，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會(huì)到Keil C51生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語(yǔ)句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開(kāi)發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級(jí)語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)。下面詳細(xì)介紹Keil C51開(kāi)發(fā)系統(tǒng)各部分功能和使用。 Keil_c軟件界面如圖：

1.035.jpg (38.31 KB, 下載次數(shù): 105)

下載附件

2017-5-10 19:38 上傳

                                 圖4.3

該軟件是一款集編程和仿真于一體的軟件，它支持匯編、C語(yǔ)言及二者的混合編程。

4.4 protel99se的應(yīng)用

Protel99SE是PORTEL公司在80年代末推出的EDA軟件。Protel99SE是應(yīng)用于Windows9X/2000/NT操作系統(tǒng)下的EDA設(shè)計(jì)軟件，采用設(shè)計(jì)庫(kù)管理模式，可以網(wǎng)設(shè)計(jì)，具有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)交換能力和開(kāi)放性及3D模擬功能，是一個(gè)32位的設(shè)計(jì)軟件，可以完成電路原理圖設(shè)計(jì)，印制電路板設(shè)計(jì)和可編程邏輯器件設(shè)計(jì)等工作，可以設(shè)計(jì)32個(gè)信號(hào)層，16個(gè)電源--地層和16個(gè)機(jī)加工層。

Protel99SE軟件的特點(diǎn)：

• 可生成30多種格式的電氣連接網(wǎng)絡(luò)表；
• 強(qiáng)大的全局編輯功能；
• 在原理圖中選擇一級(jí)器件，PCB中同樣的器件也將被選中；
• 同時(shí)運(yùn)行原理圖和PCB，在打開(kāi)的原理圖和PCB圖間允許雙向交叉查找元器件、引腳、網(wǎng)絡(luò)
• 既可以進(jìn)行正向注釋元器件標(biāo)號(hào)（由原理圖到PCB），也可以進(jìn)行反向注釋?zhuān)ㄓ蒔CB到原理圖），以保持電氣原理圖和PCB在設(shè)計(jì)上的一致性；
• 滿足國(guó)際化設(shè)計(jì)要求（包括國(guó)標(biāo)標(biāo)題欄輸出，GB4728國(guó)標(biāo)庫(kù)）；
• 方便易用的數(shù)�；旌戏抡妫�兼容SPICE 3f5）；
• 支持用CUPL語(yǔ)言和原理圖設(shè)計(jì)PLD，生成標(biāo)準(zhǔn)的JED下載文件；
• PCB可設(shè)計(jì)32個(gè)信號(hào)層，16個(gè)電源-地層和16個(gè)機(jī)加工層；
• 強(qiáng)大的“規(guī)則驅(qū)動(dòng)”設(shè)計(jì)環(huán)境，符合在線的和批處理的設(shè)計(jì)規(guī)則檢查；
• 智能覆銅功能，覆鈾可以自動(dòng)重鋪；
• 提供大量的工業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)電路板做為設(shè)計(jì)模版；
• 放置漢字功能；
• 可以輸入和輸出DXF、DWG格式文件，實(shí)現(xiàn)和AutoCAD等軟件的數(shù)據(jù)交換；
• 智能封裝導(dǎo)航（對(duì)于建立復(fù)雜的PGA、BGA封裝很有用）；
• 方便的打印預(yù)覽功能，不用修改PCB文件就可以直接控制打印結(jié)果；
  

4.5 Proteus的應(yīng)用

Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真軟件)，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設(shè)計(jì)，真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計(jì)平臺(tái)，其處理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年又增加了Cortex和DSP系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MATLAB等多種編譯器。

它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。它是目前比較好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。

1.036.jpg (69.59 KB, 下載次數(shù): 77)

下載附件

2017-5-10 19:38 上傳

主界面及仿真效果如下：

圖4.4仿真圖

5 設(shè)計(jì)的應(yīng)用

5.1 PM2.5簡(jiǎn)介

PM2.5是指大氣中直徑小于或等于2.5微米的顆粒物，也稱為可入肺顆粒物。它的直徑還不到人的頭發(fā)絲粗細(xì)的1/20。雖然PM2.5只是大氣成分中含量很少的組分，但它對(duì)空氣質(zhì)量和能見(jiàn)度等有重要的影響。與較大的大氣顆粒物相比，PM2.5粒徑小，富含大量的有毒、有害物質(zhì)且在大氣中的停留時(shí)間長(zhǎng)、輸送距離遠(yuǎn)，因而對(duì)人體健康和大氣環(huán)境質(zhì)量的影響更大。2012年2月，國(guó)務(wù)院同意發(fā)布新修訂的《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》增加了PM2.5監(jiān)測(cè)指標(biāo)。

PM，英文全稱為particulate matter(顆粒物)�？茖W(xué)家用PM2.5表示每立方米空氣中這種顆粒的含量，這個(gè)值越高，就代表空氣污染越嚴(yán)重�？晌�入顆粒物又稱為PM10，指直徑大于2.5微米、等于或小于10微米，可以進(jìn)入人的呼吸系統(tǒng)的顆粒物;總懸浮顆粒物也稱為PM100，即直徑小于或等于100微米的顆粒物

PM2.5 即細(xì)顆粒物，細(xì)顆粒物又稱細(xì)粒、細(xì)顆粒、PM2.5。細(xì)顆粒物指環(huán)境空氣中空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑小于等于 2.5 微米的顆粒物。它能較長(zhǎng)時(shí)間懸浮于空氣中，其在空氣中含量濃度越高，就代表空氣污染越嚴(yán)重。雖然PM2.5只是地球大氣成分中含量很少的組分，但它對(duì)空氣質(zhì)量和能見(jiàn)度等有重要的影響。與較粗的大氣顆粒物相比，PM2.5粒徑小，面積大，活性強(qiáng)，易附帶有毒、有害物質(zhì)（例如，重金屬、微生物等），且在大氣中的停留時(shí)間長(zhǎng)、輸送距離遠(yuǎn)，因而對(duì)人體健康和大氣環(huán)境質(zhì)量的影響更大。

2013年2月，全國(guó)科學(xué)技術(shù)名詞審定委員會(huì)將PM2.5的中文名稱命名為細(xì)顆粒物。細(xì)顆粒物的化學(xué)成分主要包括有機(jī)碳（OC）、元素碳（EC）、硝酸鹽、硫酸鹽、銨鹽、鈉鹽（Na+）等。

5.1 PM2.5的主要來(lái)源

顆粒物的成分很復(fù)雜，主要取決于其來(lái)源。主要有自然源和人為源兩種，但危害較大的是后者。在學(xué)術(shù)界的分為一次氣溶膠（Primary aerosol）和二次氣溶膠（Secondary aerosol）兩種。

自然源：

自然源包括土壤揚(yáng)塵（含有氧化物礦物和其他成分）海鹽（顆粒物的第二大來(lái)源，其組成與海水的成分類(lèi)似）、植物花粉、孢子、細(xì)菌等。自然界中的災(zāi)害事件，如火山爆發(fā)向大氣中排放了大量的火山灰，森林大火或裸露的煤原大火及塵暴事件都會(huì)將大量細(xì)顆粒物輸送到大氣層中。

人為源：

人為源包括固定源和流動(dòng)源。固定源包括各種燃料燃燒

源，如發(fā)電、冶金、石油、化學(xué)、紡織印染等各種工業(yè)過(guò)程、供熱、烹調(diào)過(guò)程中燃煤與燃?xì)饣蛉加团欧诺臒焿m。流動(dòng)源主要是各類(lèi)交通工具在運(yùn)行過(guò)程中使用燃料時(shí)向大氣中排放的尾氣。

PM2.5可以由硫和氮的氧化物轉(zhuǎn)化而成。而這些氣體污染物往往是人類(lèi)對(duì)化石燃料（煤、石油等）和垃圾的燃燒造成的。在發(fā)展中國(guó)家，煤炭燃燒是家庭取暖和能源供應(yīng)的主要方式。沒(méi)有先進(jìn)廢氣處理裝置的柴油汽車(chē)也是顆粒物的來(lái)源。燃燒柴油的卡車(chē)，排放物中的雜質(zhì)導(dǎo)致顆粒物較多。在室內(nèi)，二手煙是顆粒物最主要的來(lái)源。顆粒物的來(lái)源是不完全燃燒、因此只要是靠燃燒的煙草產(chǎn)品，都會(huì)產(chǎn)生具有嚴(yán)重危害的顆粒物，使用品質(zhì)較佳的香煙也只是吸煙者的自我安慰，甚至可能因?yàn)槌粑遁^低，而造成更大的危害；同理也適用于金紙燃燒、焚香及燃燒蚊香。但是炒菜5分鐘，PM2.5增加20倍系誤讀。

大氣化學(xué)反應(yīng)：

除自然源和人為源之外，大氣中的氣態(tài)前體污染物會(huì)通過(guò)大氣化學(xué)反應(yīng)生成二次顆粒物，實(shí)現(xiàn)由氣體到粒子的相態(tài)轉(zhuǎn)換。如：

1.037.jpg (2.69 KB, 下載次數(shù): 68)

下載附件

2017-5-10 19:38 上傳

    (式5.1)

1.038.jpg (3.06 KB, 下載次數(shù): 88)

下載附件

2017-5-10 19:38 上傳

   (式5.2)

1.039.jpg (2.53 KB, 下載次數(shù): 75)

下載附件

2017-5-10 19:38 上傳

       (式5.3)

其中氣態(tài)硫酸來(lái)自O(shè)H自由基氧化二氧化硫SO2的氣態(tài)反應(yīng)。[2]鹽的水合物：如xCl·yH2O、xNO3·yH2O、xSO4·yH2O，隨著濕度的變化，水合物對(duì)PM2.5的影響較大，水不僅與鹽化合物生成水合物，由于濕度的改變還形成了鹽的微小溶液液滴。

5.2 PM2.5的現(xiàn)狀及常用數(shù)據(jù)

     我國(guó)城市環(huán)境空氣顆粒物污染呈現(xiàn)多類(lèi)型污染的態(tài)勢(shì)，可以分為：傳統(tǒng)的煤煙型,如烏魯木齊、蘭州、太原等（尤其是冬季）;煤煙、揚(yáng)塵和機(jī)動(dòng)車(chē)混合型,如鄭州、石家莊等；復(fù)合型,如北京、天津、廣州等。隨著經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，國(guó)外數(shù)十年發(fā)生的大氣污染問(wèn)題在我國(guó)多個(gè)城市集中出現(xiàn),呈現(xiàn)復(fù)合、壓縮形態(tài)。目前我國(guó)超過(guò)2/3的城市空氣質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，已進(jìn)入大范圍生態(tài)退化和復(fù)合性環(huán)境污染的階段。如果不采取有效的控制措施，國(guó)內(nèi)的大部分城市最終都將發(fā)展成為復(fù)合型的顆粒物污染狀態(tài)。PM2.5是表征大氣復(fù)合型污染的首要污染物。

如今，中國(guó)已成為PM2.5污染最嚴(yán)重的地區(qū)之一。

常用指標(biāo)及數(shù)據(jù)：

細(xì)顆粒物的標(biāo)準(zhǔn)，是由美國(guó)在1997年提出的，主要是為了更有效地監(jiān)測(cè)隨著工業(yè)化日益發(fā)達(dá)而出現(xiàn)的、在舊標(biāo)準(zhǔn)中被忽略的對(duì)人體有害的細(xì)小顆粒物。細(xì)顆粒物指數(shù)已經(jīng)成為一個(gè)重要的測(cè)控空氣污染程度的指數(shù)。

到2010年底為止，除美國(guó)和歐盟一些國(guó)家將細(xì)顆粒物納入國(guó)標(biāo)并進(jìn)行強(qiáng)制性限制外，世界上大部分國(guó)家都還未開(kāi)展對(duì)細(xì)顆粒物的監(jiān)測(cè)，大多通行對(duì)PM10進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

PM2.5檢測(cè)網(wǎng)空氣質(zhì)量新標(biāo)準(zhǔn)：

根據(jù)PM2.5檢測(cè)網(wǎng)的空氣質(zhì)量新標(biāo)準(zhǔn)，24小時(shí)平均值標(biāo)準(zhǔn)值分布如下：

表5.1

空氣質(zhì)量等級(jí)	24小時(shí)PM2.5平均值標(biāo)準(zhǔn)值
優(yōu)	0~35 1.040.jpg (1.06 KB, 下載次數(shù): 86) 下載附件 2017-5-10 19:38 上傳
良	35~75
輕度污染	75~115
中度污染	115~150
重度污染	150~250
嚴(yán)重污染	大于250 及以上

表5.2

世界衛(wèi)生組織（WHO）2005年《空氣質(zhì)量準(zhǔn)則》
項(xiàng)目	年均值	日均值
準(zhǔn)則值	10	25
過(guò)渡期目標(biāo)1	35	75
過(guò)渡期目標(biāo)2	25 1.041.jpg (1.06 KB, 下載次數(shù): 67) 下載附件 2017-5-10 19:38 上傳	50
過(guò)渡期目標(biāo)3	15	37.5

5.2 設(shè)計(jì)主要用途及應(yīng)用的場(chǎng)景

5.2.1 主要用途

本設(shè)計(jì)主要可用于室內(nèi)和戶外的空氣質(zhì)量（主要是PM2.5）的檢測(cè)，可用于長(zhǎng)期檢測(cè)PM2.5濃度。

5.2.2 應(yīng)用場(chǎng)景

辦公室空氣檢測(cè)和提醒，公共場(chǎng)合控?zé)煟�空調(diào)和通風(fēng)口處監(jiān)測(cè)，氣象臺(tái)，觀測(cè)站，馬路口監(jiān)測(cè)為期排量

6 總結(jié)

隨著霧霾天氣的肆虐，我們有理由且必要的做一些措施來(lái)注意我們身邊空氣的PM2.5，而本設(shè)計(jì)這是基于這點(diǎn)，應(yīng)用所學(xué)的知識(shí)，制作一個(gè)經(jīng)濟(jì)，簡(jiǎn)單，實(shí)用的多功能PM2.5濃度檢測(cè)儀。

在設(shè)計(jì)中GP2Y1010AU0F粉塵傳感器采集空氣中PM2.5的濃度值，經(jīng)過(guò)STC89C51單片機(jī)處理后，在LCD1602液晶上顯示，并且設(shè)置一個(gè)報(bào)警值，檢測(cè)的PM2.5濃度值超過(guò)報(bào)警值后，蜂鳴器報(bào)警，報(bào)警值可以用按鍵手動(dòng)調(diào)節(jié)。另外，該設(shè)計(jì)在實(shí)時(shí)檢測(cè)濃度的同時(shí)，根據(jù)當(dāng)前檢測(cè)濃度亮起相應(yīng)的燈，直觀的能告知觀測(cè)者當(dāng)前的濃度。

在本設(shè)計(jì)中，主要的難點(diǎn)在于傳感器的實(shí)用和A/D轉(zhuǎn)換，需要閱讀相應(yīng)的資料才能做出設(shè)計(jì)，對(duì)于資料的應(yīng)用和學(xué)習(xí)能力是很重要，這也算是這次設(shè)計(jì)給我?guī)��?lái)的鍛煉。

當(dāng)然在設(shè)計(jì)完成后，本著一開(kāi)始設(shè)計(jì)的實(shí)用性的出發(fā)點(diǎn)，進(jìn)行了三個(gè)檢測(cè)試驗(yàn)，一方面檢測(cè)設(shè)計(jì)的可操作性和實(shí)用性，另一方面也是讓自己對(duì)PM2.5的產(chǎn)生有了直觀的了解。

最后很高心能夠通過(guò)自己的努力，運(yùn)用所學(xué)順利完成了該設(shè)計(jì)。

致  謝

本論文是在于老師的悉心指導(dǎo)下完成的。李老師專(zhuān)業(yè)知識(shí)淵博，耐心細(xì)致的教導(dǎo)，在老師的點(diǎn)撥下，完善了設(shè)計(jì)的相關(guān)功能，在老師的幫助下，解決了在制作設(shè)計(jì)遇到的各種難題，除了專(zhuān)業(yè)知識(shí)，李老師也教會(huì)了在今后的職業(yè)生涯中也要做到謙虛，謹(jǐn)慎，認(rèn)真的態(tài)度，在此衷心的感謝李老師的教導(dǎo)和幫助。

非常感謝三年來(lái)把我領(lǐng)進(jìn)門(mén)，手把手耐心教授我們知識(shí)的各位老師，正是你們的教導(dǎo)，學(xué)生今天才能運(yùn)用自己的所學(xué)去設(shè)計(jì)并完成相關(guān)的作品。

感謝學(xué)校對(duì)我的培養(yǎng)，學(xué)生深知作為一名深職學(xué)子的榮譽(yù)，使命和責(zé)任，感謝學(xué)校讓我能有這份能力去面對(duì)未來(lái)職業(yè)生涯的挑戰(zhàn)！

參考文獻(xiàn)

[1] 劉宏斌.我國(guó)PM2.5的現(xiàn)狀與防治對(duì)策.武漢:湖北經(jīng)濟(jì)學(xué)院學(xué)報(bào).2012.

[2] 王幸之,鐘愛(ài)琴.AT89系列單片機(jī)原理與接口技術(shù).北京：北京航空航天大學(xué)出版社.2004.

[3] 鄭鋒,王巧芝.51單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)典型模塊開(kāi)發(fā)大全.北京:中國(guó)鐵道出版社.2011.

[4] STC.8-bit Microcontroller with 8K Bytes In-System Programmable Flash STC89C51.1999

[5] 李全利.單片機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù).北京：高等教育出版社.2009.

[6] 羅亞萍.基于STC89C51單片機(jī)的室內(nèi)有害氣體監(jiān)控系統(tǒng).山西電子技術(shù).2011.

[7] 范紅剛,魏學(xué)海.51單片機(jī)自學(xué)筆記.北京：北京航空航天大學(xué)出版社.2010.

[8] 楊將新,李華軍.單片機(jī)程序設(shè)計(jì)及應(yīng)用從基礎(chǔ)到實(shí)踐.北京.機(jī)械工業(yè)出版社.2006.

[9] 李維提,郭強(qiáng).液晶顯示應(yīng)用技術(shù).北京：電子工業(yè)出版社.2006.

[10]8051單片機(jī)輕松入門(mén)與上手.北京：清華大學(xué)出版社.2009

[11]夏普粉塵傳感器GP2Y1010AU0F使用說(shuō)明

附錄

原理圖：

1.042.jpg (97.29 KB, 下載次數(shù): 109)

下載附件

2017-5-10 19:38 上傳