單片機無線環境監測系統

楊天海 李自成 戚濤 王碩

摘 要 空氣環境的惡化將直接影響人類的生存，其危害是巨大的。因此，在設計外部環境進行檢測時，要達到最大程度的保護。本設計采用STC89C52作為控制單元設計的核心，用作空氣粉塵GP2Y1010AU0F灰塵傳感器的檢測，采用DHT11作為空氣的溫度和濕度測試，LCD1602顯示當前的溫度和濕度值以及PM2.5。并設置了報警值，采用無線藍牙模塊，提高了數據的實時顯示和處理能力。

關鍵詞 單片機 粉塵濃度 GP2Y1010AU0F DHT11 藍牙

中圖分類號：TP319 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0745（2021）05-0014-03

科技的發展和工業化的提高導致了自然生態的破壞，人們對自然環境的要求越來越高，更希望看到綠水青山。目前我國的民用檢測系統較少，很多重要的環境檢測點無人值守，而且周圍的環境復雜，不易勘探。沒有完善的系統的監控網絡，導致環境監測困難并且花費人力物力。那么有一種基于單片機的無線環境檢測系統，它通過遠端機器的檢測，在近端收到檢測信息，能夠更方便地檢測到周圍復雜的環境情況。本文介紹的這種無線通訊技術正好能解決以上問題。

1 系統概要

本次設計將單片機通過應用程序的寫入，再加以無線通訊技術，來對溫度、濕度以及PM2.5的濃度的監測，通過模數轉換和無線通訊技術，由手機連接藍牙，實時觀測環境參數從而設計出了一種基于單片機的環境檢測無線網絡系統[1]。

在AT89C52芯片的基礎上，我們加以溫濕度傳感器，從而實現對采集數據進行分析，并處理轉換到顯示設備，方便相關從業人員掌握環境溫濕度情況，并且當超出設定的臨界數據范圍，會觸發報警，這種優點適合對于一些涉及環境的科學研究，如一些化工工程、種植養殖等，它能實時檢測環境，系統提供數據，方便研究人員在不同的情況下模擬軟硬件的適配參數，達到最優產能的效果以及一些特殊環境的應變能力[2]。

2 系統的方案整體設計

本章節主要是對整個設計的器件的選型以及實現的具體的功能的一個分析，對每個模塊進行了詳細的闡述。

2.1 設計的主要的內容

本次設計基于STC89C52單片機，為實現以下功能：

1.采用DHT11模塊能精確監測溫濕度數值。

2.采用液晶顯示屏顯示檢測的數值以及設置的上下限值。

3.設計有三個按鍵，功能各不相同。

4.采用手機藍牙模塊，與手機實現無線實時監測。

5.將數據通過藍牙傳到手機，方便及時觀測數據的變化。

2.2 測量部分：溫濕度傳感器

DHT11數字溫濕度傳感器在傳輸數據時，用單總線方法進行傳輸，確保可靠性與穩定性。DHT11傳感器上集成的組件有濕度與溫度兩種數據，溫度收集模塊上連接一個小型溫度探頭，該探頭對溫度變化敏感性強，選擇負溫度系數測量的精準度達到了要求標準。

2.3 單片機的選型

以51單片機為核心，通過不同程序的寫入，來實現其強大功能。它的器件由STC公司制造，有著標準指令系統，并且設計了80C51傳統系列的引腳，有著符合同時代的處理器，加上必不可少的儲存單元，功能增多，應用范圍越來越廣。

2.4 顯示器的選型

1602液晶顯示器進行顯示。液晶顯示器有編程簡單、易于顯示、操作簡便等優點。液晶屏被簡稱為LCD，它由LCD的特殊材料制成，內部通過液晶顯示監視器，并且當通過許多晶狀液體時，其內部按一定的順序排列。根據我們的要求，有字母、數字、圖像等，以便認識到可以根據組合，可以一眼看到收集的數據。

2.5 無線模塊選型

由本設計應用分析，在溫控管理領域針對選擇的技術提出傳輸距離需求，且要求功耗低、安全性強，同時易用性與穩定性高。ADF7020射頻芯片集成在HC-06藍牙模塊[3]上，性能穩定性強，運行速度快，是一款集成度高的無線信號傳輸產品，適合本次設計。

3 硬件電路設計

粉塵傳感器監測空氣顆粒濃度，通過其內部計算輸出電壓，其電壓值正比粉塵濃度，在進行原理圖設計時，用限壓電阻電路接收監測。對于ADC0832[4]的端口與其他各模塊的連接，其中D0-D7腳為雙線數據線，液晶模塊啟動時，EN使能端要到達高電位。VO端口通過與電阻相連接來進行對比度調整。液晶屏幕上，由內帶字符發生器的控制器，根據在LCD[5]上開始顯示的行列號及每行的列數找出顯示RAM對應的地址，設立光標，在此送上該字符對應的代碼即可。DHT11設計傳感器模塊監測范圍只有十幾米，在加上10K上拉電阻后，即Pin2端口串聯10K電阻，然后上傳代碼通過串口監視器即可實時監控環境溫濕度，在LCD屏幕上實現對環境的實時監測。藍牙模塊的TXD和RXD與單片機的P3.0端口和P3.1端口串行連接。

根據系統所固有功能，在各模塊互相運作的聯系基礎上，設計流程圖如圖1所示。

4 實物演示

本次環境檢測裝置的藍牙模塊需要插入芯片上才會使用。按鍵模塊由三個按鍵組成，第1個按鍵為降低溫濕度上下限，第2個按鍵為調高溫濕度上下限，第3個按鍵為調節按鍵。液晶屏幕第一行T顯示當前環境溫度值，第一行的Hum顯示當前環境濕度值，第二行PM2.5顯示的是灰塵傳感器中心所檢測的灰塵濃度。

當按下調節按鍵后，LCD顯示屏數字會出現閃爍從而進行溫度濕度，PM2.5的濃度的上限調節。在單片機啟動之后，PM2.5的濃度為0，是因為夏普灰塵傳感器內的中心孔需要攪動里面空氣，它才會顯示PM2.5的濃度。

當插上藍牙模塊之后，藍牙模塊紅燈亮起表示可以在手機上搜索到芯片型號從而進行手機與芯片連接。PM2.5濃度在超出設定值后，在手機端顯示所發出的預警報告。

5 結語

本次設計主要實現目的為無線監測實時環境參數，通過溫濕度和灰塵傳感器與單片機的連接，并且集成藍牙模塊，好處是在復雜危險的環境我們也能通過無線連接來顯示環境數值，從而可以用在很多場景。無線環境技術正處于發展階段，其技術的適配性會解決很多難題，其是未來科技發展必不可缺的基礎。

參考文獻：

[1] 王佳勒.基于WIFI通信的家居環境監控系統[D].杭州電子科技大學，2016.

[2] 鄭茂寬.智能產品服務生態系統理論與方法研究[D].上海交通大學，2018.

[3] 薛果.基于HC-06模塊的手機遙控玩具設計[J].企業技術開發，2015，34（08）：7-8.

[4] 杜洋.A/D轉換芯片ADC0832的應用[J].電子制作，2006 （01）：44-46.

[5] 史靜，李煜.一種基于單片機和LCD1602的多行文本顯示方法[J].科技視界，2017（20）：61-62.