基于單片機(jī)的環(huán)境檢測(cè)儀的開發(fā)及實(shí)現(xiàn)研究

姜 珂

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基于單片機(jī)的環(huán)境檢測(cè)儀的開發(fā)及實(shí)現(xiàn)研究

姜 珂

公安海警學(xué)院，浙江 寧波 315801

環(huán)境問(wèn)題是影響部隊(duì)行軍和作戰(zhàn)的重要因素，環(huán)境檢測(cè)是了解環(huán)境基本情況，完成野外作戰(zhàn)作業(yè)的基本途徑。基于單片機(jī)的環(huán)境檢測(cè)儀是一種具有數(shù)據(jù)顯示和數(shù)據(jù)傳輸能力的智能化檢測(cè)儀器，可以有效的為野外作戰(zhàn)提供基礎(chǔ)。故此，分析基于單片機(jī)的環(huán)境檢測(cè)儀的開發(fā)與實(shí)現(xiàn)。

單片機(jī)；環(huán)境檢測(cè)儀；開發(fā)；實(shí)現(xiàn)

單片機(jī)是一種集成電路芯片，具有一定的數(shù)據(jù)處理能力和和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力，而且，單片機(jī)可以有效的完成對(duì)數(shù)據(jù)信息的傳遞。現(xiàn)階段，單片機(jī)具有的極高的應(yīng)用價(jià)值，可以廣泛的應(yīng)用到的智能儀表、家用電氣和相關(guān)通訊設(shè)備等，滿足諸多項(xiàng)目的基本需求。環(huán)境檢測(cè)儀是完成野外作戰(zhàn)環(huán)境檢測(cè)的有效設(shè)備類型，可以完成對(duì)溫度、濕度等的檢測(cè)，滿足環(huán)境檢測(cè)的基本需求。基于單片機(jī)的環(huán)境檢測(cè)儀，能有效的完成對(duì)環(huán)境的檢測(cè)，并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)顯示與語(yǔ)音提示。基于此，本文分析基于單片機(jī)的環(huán)境檢測(cè)儀的原理和系統(tǒng)設(shè)計(jì)等內(nèi)容，具體如下。

1 基于單片機(jī)的環(huán)境檢測(cè)儀的原理分析

基于單片機(jī)的環(huán)境檢測(cè)儀主要是由傳感器和和單片機(jī)綜合作用完完成對(duì)環(huán)境參數(shù)檢測(cè)、顯示和傳遞等功能。

（1）對(duì)于紫外線的檢測(cè)主要是由于環(huán)境檢測(cè)儀配備紫外線傳感器，且借由傳感器的光電效應(yīng)，電路中會(huì)產(chǎn)生與紫外線呈正相關(guān)的光電流。再通過(guò)的相關(guān)放大設(shè)備完成對(duì)電流的放大輸出，借由A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行的模數(shù)轉(zhuǎn)換，達(dá)到的檢測(cè)紫外線強(qiáng)度的目的。

（2）濕度度數(shù)主要采用濕度傳感器，并將其與8位單片機(jī)相連接，最終完成濕度數(shù)值讀取。

為了完成環(huán)境檢測(cè)儀的功能性發(fā)揮，主要是借助單片機(jī)的功能性和傳感器的測(cè)量能力。其中人機(jī)對(duì)話部分，可以有效的完成人機(jī)互動(dòng)，使用者可以根據(jù)顯示器顯示的數(shù)據(jù)類型，對(duì)檢測(cè)的結(jié)果進(jìn)行理解，而且，單片機(jī)還能完成數(shù)據(jù)信息的存儲(chǔ)和傳遞，滿足環(huán)境檢測(cè)的基本需求。

2 基于單片機(jī)的環(huán)境檢測(cè)儀的開發(fā)

針對(duì)基于單片機(jī)環(huán)境檢測(cè)儀的系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要分別對(duì)硬件部分與軟件部分進(jìn)行的設(shè)計(jì)，促使單片機(jī)和各個(gè)傳感器的功能得到發(fā)揮，進(jìn)而有效推動(dòng)環(huán)境檢測(cè)儀的功能性得到保障，完成對(duì)環(huán)境的檢測(cè)活動(dòng)。

2.1 硬件部分設(shè)計(jì)

環(huán)境檢測(cè)儀器主要由相關(guān)控制器、采集器和數(shù)據(jù)處理部分等內(nèi)容構(gòu)成，其中具體的控制部分是由單片機(jī)完成。如下圖1所示為基于單片機(jī)的環(huán)境檢測(cè)儀器的硬件部分設(shè)計(jì)圖。

圖1：基于單片機(jī)的環(huán)境檢測(cè)儀硬件設(shè)計(jì)

文中主要對(duì)紫外線檢測(cè)和濕度檢測(cè)儀的進(jìn)行分析，在具體的硬件部分中，紫外線檢測(cè)電路的轉(zhuǎn)換工作是借助I/V和A/D的功能完成的，且輸出的電流與紫外線強(qiáng)度之間的呈現(xiàn)明顯的線性關(guān)系。為了完成對(duì)電路中光電流的有效測(cè)試，可以采取放大器的方式，對(duì)其進(jìn)行放大。其中具體放大器可以選用OPA237，A/D轉(zhuǎn)換器可以選用ADC0832。對(duì)于濕度檢測(cè)主要的對(duì)濕度傳感器和單片機(jī)進(jìn)行連接，并運(yùn)用單總線的數(shù)據(jù)模式，從而有效完成對(duì)濕度的測(cè)定。顯示器部分主要選擇LCD為液晶顯示屏，具有高速度和高亮度等特點(diǎn)，能夠更為清晰的對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行顯示，借由LCD顯示模塊，可以有效的完成人機(jī)互動(dòng)。時(shí)鐘電路是用戶記錄時(shí)間和日期。對(duì)于語(yǔ)音模塊，可以順利完成對(duì)數(shù)據(jù)信息的播報(bào)，便利使用者的應(yīng)用。語(yǔ)音模塊能支持DAC/PWM兩種輸出模式，能順利完成語(yǔ)音的實(shí)時(shí)播報(bào)數(shù)據(jù)。

2.2 軟件部分設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)環(huán)境檢測(cè)儀的檢測(cè)功能，主要采取模塊化的方式，進(jìn)而完成對(duì)系統(tǒng)軟件部分的設(shè)計(jì)。其中，檢測(cè)儀可以分為多個(gè)模塊。其中傳感器部分主要完成對(duì)數(shù)據(jù)信息的采集，具體的設(shè)計(jì)中，將其設(shè)置為數(shù)據(jù)采集模塊，紫外線的光電流為模擬信號(hào)，濕度為數(shù)字信號(hào)。而數(shù)據(jù)處理部分主要的主控程序和的ADC中斷處理程序等部分。其中AD轉(zhuǎn)換器受到主程序的控制，其中A/D轉(zhuǎn)換完成后的相關(guān)數(shù)據(jù)信息，并由ADC中斷處理程序完成對(duì)數(shù)據(jù)信息的讀取。另外，它還可以將數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)化為單片機(jī)可以識(shí)別的信號(hào)類型。

3 基于單片機(jī)的環(huán)境檢測(cè)儀的實(shí)現(xiàn)

為了實(shí)現(xiàn)基于單片機(jī)的環(huán)境檢測(cè)儀的開發(fā)，需要對(duì)相關(guān)重點(diǎn)部分進(jìn)行控制，保障開發(fā)的有效性，實(shí)現(xiàn)環(huán)境檢測(cè)儀的功能性。

3.1 光度計(jì)電力

紫外線檢測(cè)部分主要是借助光電效應(yīng)所產(chǎn)生的電流，且這部分光電流和紫外線強(qiáng)度之間呈現(xiàn)正相關(guān)的聯(lián)系。但是，不可否認(rèn)的是由于光電流十分微弱，不能直接對(duì)其進(jìn)行測(cè)量，故此，需要合理的對(duì)A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行應(yīng)用，由A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)其的模擬，從而有效實(shí)現(xiàn)對(duì)電流的模擬放大，如下圖3所示為電流的模擬放大的電路圖。

圖3：光電流的模擬放大電路圖

另外，為了完成對(duì)紫外線的有效測(cè)量，需要對(duì)紫外線的相關(guān)測(cè)量原理進(jìn)行分析，本文中主要采用指數(shù)法的方式，完成對(duì)其的計(jì)算。具體計(jì)算方法如下式（1）所示：

公式（1）中，主要與放大電路具有直接關(guān)系，其中Φ主要表示敷設(shè)通量，H表示放大率，C代表矯正因素，且為一個(gè)常數(shù)，R表示回應(yīng)度。環(huán)境檢測(cè)儀結(jié)合公式（1）有效完成對(duì)紫外線指數(shù)的表示。

3.2 抗干擾措施

基于單片機(jī)的環(huán)境檢測(cè)儀都可能會(huì)受到一些干擾的影響，導(dǎo)致檢測(cè)儀的功能不能得到有效發(fā)揮，需要根據(jù)檢測(cè)儀的基本情況，合理對(duì)抗干擾措施進(jìn)行應(yīng)用。

（1）看門狗電路的設(shè)計(jì)，這類電路是一種在單片機(jī)程序出現(xiàn)死機(jī)的情況，可以自動(dòng)實(shí)現(xiàn)復(fù)位的電路設(shè)計(jì)方式。為了減少單片機(jī)死機(jī)對(duì)環(huán)境檢測(cè)儀的影響和干擾，可以合理的將看門狗電路增加到檢測(cè)儀的電路設(shè)計(jì)中。（2）電源端可能會(huì)耦合出干擾信號(hào)，還可能是電路與電源之間相互干擾，導(dǎo)致測(cè)量精度不能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。故此，需要合理應(yīng)用濾波電容設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)電源干擾的消除。（3）數(shù)字部分和模擬部分可能會(huì)存在相互干擾的可能，最終導(dǎo)致檢測(cè)精度不達(dá)標(biāo)，故此，可以采用分開接的方式，有效保障檢測(cè)精度。

4 結(jié)束語(yǔ)

基于單片機(jī)的環(huán)境檢測(cè)儀是一種有效的野外環(huán)境監(jiān)測(cè)裝置，具有簡(jiǎn)單直接特點(diǎn)，而且，選擇精度靈敏傳感器，可以使得檢測(cè)獲得準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)信息。分析具體的基于單片機(jī)環(huán)境檢測(cè)儀的開發(fā)和實(shí)踐，完成對(duì)軟硬件部分的分別設(shè)計(jì)，在通過(guò)適宜的方式，有效降低對(duì)測(cè)量的干擾因素，進(jìn)而滿足對(duì)環(huán)境檢測(cè)的基本需求，為野外作戰(zhàn)環(huán)境檢測(cè)提供基礎(chǔ)。

[1]劉羿,王歡,段蕾.基于單片機(jī)的智能環(huán)境檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].硅谷,2011(2):67-67.

[2]蔡冬霞. 基于單片機(jī)的環(huán)境檢測(cè)儀設(shè)計(jì)[J]. 工礦自動(dòng)化,2012, 38(3):84-85.

Based on SCM environment instrumentation development and implementation of the research

Ginger cosette

The police coast guard academy, ningbo, zhejiang province, 315801

The environmental problem is an important factor that affects the troops marching and fighting, Environmental monitoring is the basic way to understand the basic situation of the environment and complete the field operations. The environment detector based on single chip microcomputer is a kind of intelligent detecting instrument which has the ability of data display and data transmission.Therefore, the analysis of the development and implementation of environmental monitoring instrument based on mcu.

Mcu；Environmental monitor；Development；Realization

TP216

A

1009-6434（2017）01-0086-02

姜珂（1995-），男，云南昆明人，民族：漢，職稱：學(xué)歷：本科在讀。研究方向：?jiǎn)纹瑱C(jī)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用。