基于單片機(jī)的環(huán)境檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

耿健+熊強(qiáng)強(qiáng)

【摘要】 本課題是要設(shè)計(jì)一種基于單片機(jī)的環(huán)境系統(tǒng)，利用單片機(jī)對(duì)溫度、有毒氣體、風(fēng)速和光照強(qiáng)度的采集，并對(duì)采集的信息進(jìn)行處理和遠(yuǎn)程的數(shù)據(jù)傳輸。

【關(guān)鍵字】 單片機(jī) 環(huán)境檢測(cè) 設(shè)計(jì)

一、引言

雖然國民經(jīng)濟(jì)一直以來快速的反展，但是在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同人類的生存環(huán)境也逐漸惡化。對(duì)環(huán)境參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，便成為一個(gè)非常要的課題。通過環(huán)境監(jiān)測(cè)可以獲取環(huán)境信息，為環(huán)境的評(píng)估和環(huán)境治理提供重要的信息來源。

二、系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

對(duì)于環(huán)境檢測(cè)系統(tǒng)系統(tǒng)，主要實(shí)現(xiàn)溫度、有毒氣體、風(fēng)速和光照強(qiáng)的檢測(cè)。有毒氣體、風(fēng)速、采用AD轉(zhuǎn)換功能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集；光照強(qiáng)度輸出的數(shù)字信號(hào)，單片機(jī)通過讀取IO口高低便可以實(shí)現(xiàn)采集；溫度采用單總線進(jìn)行采集。

三、硬件設(shè)計(jì)

1、電源電路設(shè)計(jì)。電源電路的作用是負(fù)責(zé)系統(tǒng)各個(gè)模塊的供電工作，系統(tǒng)中各模塊需要5V的工作電壓。因此系統(tǒng)選擇LM2672-5電源芯片，將開關(guān)電源輸入的24V的電壓轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)模塊需要的電壓，在輸入電壓為24V的時(shí)候LM2676轉(zhuǎn)換效率可以達(dá)到90%以上，輸入電壓在8-40V，滿足整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。

2、單片機(jī)最小系統(tǒng)。單片機(jī)、晶振電路、復(fù)位電路和下載電路組成了單片機(jī)的最小工作系統(tǒng)，最小系統(tǒng)是系統(tǒng)最基礎(chǔ)的電路。晶振電路由一個(gè)無源晶振和兩個(gè)20pf的電容組成，通過晶振的振蕩為最小系統(tǒng)提供需要的工作時(shí)序；復(fù)位電路的作用是讓單片機(jī)執(zhí)行的程序返回到初始狀態(tài)，通過復(fù)位電路來完成，復(fù)位電路分為，上電復(fù)位和按鍵兩種方式，其作用是在單片機(jī)程序運(yùn)行受到外界的干擾情況下，可以通過復(fù)位，使系統(tǒng)回到初始的工作狀態(tài)。

3、傳感器采集電路。1）溫度傳感器采集電路。數(shù)字式溫度傳感器DS18B20電壓范圍支持3V到5.5V，DS18B20三個(gè)引腳分別為：VDD（外接供電端）；QD（數(shù)字信號(hào)輸入/輸出端）；GND（地信號(hào)端），分別接5V電源，單片機(jī)P23口和地。2）顯示電路有毒氣體和風(fēng)速采集電路。1.MQ-2有毒氣體傳感器的本身輸出的就是一個(gè)比較微弱的模擬信號(hào)，單片機(jī)是不能利用IO口直接進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集，可以采用單片機(jī)的模數(shù)轉(zhuǎn)換口和專用的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片進(jìn)行采集，為了提高采集的精度和系統(tǒng)的穩(wěn)定性，本設(shè)計(jì)中選擇外接模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感器輸出信號(hào)的采集，選擇ADC0832單片機(jī)對(duì)輸入的模擬信號(hào)進(jìn)行采集，在轉(zhuǎn)化成為數(shù)字信號(hào)后接到單片機(jī)的P33口和P34口進(jìn)行處理，單片機(jī)通過讀取P34口的輸出值，實(shí)現(xiàn)對(duì)本地?zé)熿F濃度的輸出值的采集。

4、報(bào)警電路。報(bào)警電路由蜂鳴器、PNP三極管和限流電阻組成。單片機(jī)通過控制引腳電平的高低，使PNP三極管處于導(dǎo)通或截止的狀態(tài)，類似一個(gè)開關(guān)，從而實(shí)現(xiàn)開啟或關(guān)閉蜂鳴器。

5、液晶顯示電路。顯示模塊的主要實(shí)現(xiàn)本地顯示和遠(yuǎn)程顯示兩種功能，設(shè)計(jì)中選擇12864液晶模塊，單片機(jī)通過8個(gè)IO口和液晶的數(shù)據(jù)相連，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和命令的讀寫操作。整個(gè)液晶屏是由128*64個(gè)點(diǎn)陣組成的，顯示內(nèi)容的過程是讓對(duì)應(yīng)點(diǎn)陣點(diǎn)亮的控制過程。設(shè)計(jì)中選擇帶字庫的液晶，在12864硬件模塊中已經(jīng)集成字庫。單片機(jī)對(duì)液晶模塊的控是實(shí)現(xiàn)對(duì)液晶的讀寫數(shù)據(jù)函數(shù)、讀寫命令函數(shù)、初始化硬件。

6、鍵盤電路。鍵盤掃描電路設(shè)計(jì)：本設(shè)計(jì)采用三個(gè)按鍵一個(gè)加鍵（+）、一個(gè)減鍵（-）、一個(gè)確認(rèn)鍵（OK）。分別接在P2.5-P27，當(dāng)對(duì)按鍵按下時(shí)，單片機(jī)的IO口會(huì)被拉倒低電平，通過檢測(cè)IO口的輸出狀態(tài)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入按鍵的信息采集。按鍵模塊電路見圖3-10所示

7、通訊電路。監(jiān)測(cè)分站需要實(shí)現(xiàn)和主站之間的通訊，根據(jù)傳輸距離和通訊穩(wěn)定性等方面進(jìn)行綜合考慮，設(shè)計(jì)中選擇RS485通訊方式，單片機(jī)的串口通過和485通訊芯片相連，實(shí)現(xiàn)485總線通訊。MAX3485的1腳和4腳接單片機(jī)的串口，2腳接單片機(jī)的P24口，通過該引腳實(shí)現(xiàn)485芯片的收發(fā)轉(zhuǎn)換控制。

四、軟件設(shè)計(jì)

主函數(shù)最先實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的各個(gè)參數(shù)的初始化，其中包括定時(shí)器初始化、IO口初始化、ADC0832初始化。主控部分在初始化結(jié)束后，程序進(jìn)while（1）的無限循環(huán)，在循環(huán)中不斷輪詢是否有按鍵被按下，如果有鍵按下進(jìn)入按鍵處理函數(shù)。等到按鍵處理完后，看300ms定時(shí)時(shí)間是否也已經(jīng)到了。如果定時(shí)間到，開始測(cè)量傳感器輸出值，處理后進(jìn)行顯示和數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程發(fā)送，如圖1所示。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]謝嘉奎.電子線路[M].高等教育出版社.2002.7

[2]王康年.C語言程序設(shè)計(jì) [M].西安電子科技大學(xué)出版社.2009.10

[3]王新亮.電子測(cè)量原理[M].西安電子科技大學(xué)出版社.2003.10

[4]李媛. 單片機(jī)原理與技術(shù)[M]，北京郵電大學(xué)出版社.2009.1