基于单片机的环境监测系统的设计.docx
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1、摘 要随着我国国民经济的迅速发展,环境问题越来越得到人民的关注,尤其是大气和 水体污染问题。总而言之,环境问题已经成为当今社会的一个热点话题,政府部门也 相继推出了一系列相关方针和政策。要完成对环境的实时监测和保护,并预测预报未 来环境状况,研制一套能够准确、安全、稳定和实时的环境监测系统尤为重要。本文结合实际情况设计一个基于单片机的环境监测系统。系统以STC89C52单片 机为核心的控制,通过温湿度传感器和光强传感器采集环境信息,并通过数码管显示。 且具有与单片机通信的功能和超限报警功能。关键词:温湿度;光强传感器;单片机;串口通信AbstractWith the rapid develop
2、ment of Chinas national economy,environmental problems become more and more get peoples attention,especially in air and water pollution problems.To make a long story short,the environmental problem has become a hot topic in todays society; government departments have also launched a seriesof related
3、 guidelines and policies.To complete the environmental monitoringand protection,and forecast the future state of the environment,development of an accurate,safe,stable and real-time environmental monitoring system is particularly important.In this paper,combined with the actual situation of the desi
4、gn of an environment monitoring system based on mcu.The control system based on STC89C52 microcontroller as the core,through the temperature and humidity sensors and light intensity sensors to collect environmental information,and through the digital display.With the MCU communication function and a
5、larm function.Keywords: temperature and humidity;light intensity sensor;MCU;serialcommunication目 录1. 引言 12. 环境监测系统总体设计 12.1 系统设计要求 12.2 方案的论证与选择22.3 系统总体框图 43. 环境监测系统硬件设计 53.1 芯片介绍 53.1.1 STC89C52单片机 53.1.2 RE200 B热释电红外传感器 53.1.3 BISS 0 0 0 1 芯 片 !63.1.4 ISD1420语音芯片错误!未定义书签。3.2 语音录放电路的设计 83.3 串口电路的设
6、计 83.4 热释电红外感测电路的设计 93.5 振荡电路的设计 94. 环境监测系统的软件设计 114.1 主 程 序 分 析 !114.2 子程序分析 134.2.1 录音子程序错误!未定义书签。4.2.2 放音子程序错误!未定义书签。4.2.3 定时器的子程序错误!未定义书签。5. 环境监测系统的制作与调试 155.1 硬件电路的布线与焊接 155.2 硬件以及软件的调试 166. 结 论 17参考文献 18谢辞 19附录 191 引言随着工业的发展和科技的进步,全球的生态环境已经受到了不同程度的破坏, 环境污染问题将直接或间接的影响到了人类的身体健康和正常生活。近年来,我国工 业得到了
7、飞速的发展,人们生活水平得到了很大的提高,人们的物质文明正在不断改 善,与此同时人类的进步也对自然环境和生态平衡造成了巨大的影响。特别是,改革 开发以来,我国国民经济的突飞猛进,工业的飞速发展都是以牺牲我们的自然环境为 代价的。环境的质量问题将直接或间接影响人类的身体健康,医学研究表明,人类的 很多疾病都是由环境破坏所引起的。环境的破坏对我们的健康造成的影响越来越受到 广大人民的关注,同时环境问题也制约着人类社会科技的进步和工业的发展,因此现 在如何解决人类和环境的相互制约问题成为各国发展过程中的关键问题。中国是世界上最大的发展中国家,经济还需要快速发展,人类和环境和谐发展是 党和国家应该考虑
8、的首要问题。我国在十六大上提出了可持续发展战略,同时把环境 问题作为国家可持续发展和建设和谐社会的关键问题。维持人类和环境的可持续发 展,在满足人类对资源的需求,经济持续快速发展的同时,我们需要及时、快速、准 确的获取环境变化的情况,对环境进行实时监测。本设计采用单片机和集成的温湿度及光强传感器进行设计的环境监测系统,具有 结构简单、成本低廉、报警迅速、准确、安装、调试简单等优点。经实际测试,本系 统精度高,反映灵敏,稳定性强。具有较高的实用价值。2. 环境监测系统总体设计2.1 系统设计要求设计并制作一个环境监测系统其具体要求如下:1、采用温湿度传感器DHT11采集环境的温度和湿度信息,并通
9、过数码管显示出 来。2、通过TSL2561传感器采集环境中的光照强度的信息,该芯片通过IIC总线的方 式与单片机进行通讯。3、系统可以通过串口与电脑通讯。4、具有过限报警功能。2.2 方案的论证与选择根据设计要求,经过多方面查证与分析,以充分发挥资源,提高系统性价比为原 则,本系统采用以 STC89C52单片机为核心的控制,通过温湿度传感器和光强传感器 采集环境信息,并通过数码管显示。且具有与单片机通信的功能和超限报警功能。具 体设计方案论证如下:2.2.1 核心控制器的选择根据设计要求,核心控制器主要用于对温湿度和光强测量信号的接受和处理、控 制显示和报警电路、串口通信电路等。控制器采用ST
10、C89C52作为系统控制器。单片 机算术运算功能强,软件编程灵活、自由度大,可用软件编程实现各种算法和逻辑控 制,并且其功耗低、体积小、价格便宜、耗电低、技术成熟和成本低廉等优点。许多 功能部件集成在芯片内部,其信号通道受外接界影响小,可靠性高,控制能力强,运 行速度快。由STC89C52 作为控制核心,对信号采集以及报警装置进行控制STC89C52 是一种 低功耗、高性能的片内含有8KB快闪可编程/擦除只读存储器 (FPEROM-Flash Programmable and Eraseable Read Only Memory)的8位CMOS微控制器,使用高密度、 非易失存储技术制造。一、S
11、TC89C52的主要性能1. 与MCS-51微控制器产品系列兼容;2. 片内有4KB 可在线重复编程的快闪擦写存储器; 3.存储数据保存时间为10年;4.宽工作电压范围:Vcc 可为2.7V到6V; 5.中断结构具有5个中断源和2个优先级; 6.可编程全双工串行通道;7.空闲状态维持低功耗和掉电状态保存存储内容。二、STC89C52 引脚图STC89C52 有40个引脚,如图1.2所示。40 VCC39 P0.0(AD0)38 P0.1(AD1) 37 P0.2(AD2)36 口P0.3(AD3)35 P0.4(AD4)34 P0.5(AD5)33 P0.6(AD6)32 P0.7(AD7)3
12、1 EA/VPP30 ALE/PROG29 PSEN28 P2.7(A15)27 口P2.6(A14)20(oe) P2.5(A13)25 P2.4(A12)24 P2.3(A11) 23 P2.2(A10)22 P2.1(A9) 21 P2.0(A8)1234567891011121314151617181920P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 RST(RXD)P3.0(TXD)P3.1(INTO)P3.2 C(INT1)P3.3口 (TO)P3.4口(W(R(T)3(P)36.口(5)口(RD)P3.7XTAL2 XTAL1GND图1.2 ST
13、C89C52 引脚图三、STC89C52 各引脚说明图3-1为STC89C52 的引脚图,对其在本次设计中的主要使用的引脚说明如下:VCC: 电源电压,STC89C52 电源的正极输入端,接+5V电压使STC89C52 单片机 正常工作。是单片机的电源提供端口。PO:PO 口(P0.0P0.7) 是8位漏极开路双向输入输出端口,当访问外部数据时,它 是地址总线(低8位)和数据总线复用。P2:P2 口(P2.0P2.7)口是具有内部提升电路的双向I/0端口(准双向并行I/O口),当访问外部程序存储器时,它是高8位地址。外部不扩展而单片应用时,则作一般双向I /O 口用。P1:P1 口(P1.0P
14、1.7)口是具有内部提升电路的双向I/0端口(准双向并行I/O 口), 其输出可以推动4个LSTTL负载。P3:P3 口(P3.0P3.7)口是具有内部提升电路的双向I/0端口(准双向并行I/O口), 它提供串行通信、外部中断控制、计时计数控制及外部随机存储器内容的读取或写入 控制等功能。其特殊功能引脚分配如下:P3.0 RXD 串行通信输入。 P3.1 TXD 串行通信输出。P3.2 INTO 外部中断0输入,低电平有效。 P3.3 INT1 外部中断1 输入,低电平有效。 P3.4 TO 计数器0外部事件计数输入端。P3.5 T1 计数器1 外部事件计数输入端。P3.6 WR 外部随机存储
15、器的写选通,低电平有效。 P3.7 RD 外部随机存储器的读选通,低电平有效。系统总体框图本系统总体设计框图如下图2-1所示:报警电路STC89C52单片机串口电路光强传感器温湿度传感 器按键电路图2-1 系统总体设计框图3. 语 音 报 警 系 统 硬 件 设 计3.1 芯片介绍3.1.1 STC89C52单片机据总体方案的确定,采用STC89C52 作为系统控制器。3.1.2温湿度传感器DHT11DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感 器。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术,因此能确保产品具有极高 的可靠性与卓越的长期稳定性。该传感器包括一个电阻式
16、感湿元件和一个NTC测温 元件,并与一个高性能8位单片机相连接。因此该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。每一个DHT11传感器都在极为精确的湿度校验 室中进行校准。他的校准系数以程序的形式储存在OTP 内存中,传感器内部在检测 信号的处理过程中要调用这些校准系数。单线制串行接口,使系统集成变得简易快 捷。具有超小的体积、极低的功耗,信号传输距离可达20米以上,使其成为各类应 用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选则。产品为4针单排引脚封装。连接方便,特殊封装形式可根据用户需求而提供。DHT11传感器的性能参数如表3-1所示。 表 3 - 1参数条件MinTypMax单位湿度
17、分辨率111%RH8Bit重复性1%RH精度254%RH0505%RH互换性可完全互换量程范围03090%RH252090%RH502080%RH响应时间1/e(63%)25. 1m/s空气61015S迟滞1%RH长期稳定性典型值1%RH/yr温度分辨率111888Bit重复性1精度12量程范围050响应时间1/e(63%)630S传感器与控制器的连接时建议连接线长度短于20米时用5K上拉电阻,大于20米 时根据实际情况使用合适的上拉电阻。典型应用图如图3-2所示。VDD VDD5K 1PinDATA 2Pin4PinGND典型应用电路MCUDHT11图3 - 23.1.3 TSL2561 芯
18、 片TSL2561 是 TAOS 公司推出的第二代光强数字转换芯片,具有高 速、低功耗、宽量程、可编程灵活配置等优点。TSL2561 具 有 直 接 I2C 接口,用于将光照强度转换成数字信号输出。其内部结构如图3- 3所示通道0可见光和红外线通道 AD 转换器 红外线地址选择命令字奇存器ADX寄存器中断输出 IC接口INTSCLSDAVDDADDR SEID 转换器图3-4 TSL2561 内部结构图TSL2561 是一个数字传感器,输出信号符合 I2C 总线标准。该总 线支持以字节方式发送和接收数据。字节方式发送数据格式如图3-5所示:图3 - 5 发送格式字节方式接收数据格式如图3-6所
19、示:图3 - 6 接受格式其中, A 为应答信号,0表示响应(ACK),1 表示不响应(NACK); S 为启动信号; P 为停止信号; Wr 为写信号(低电平有效); Rd 为 读信号(高电平有效)。非阴影部分为控制器到传感器;阴影部分 为传感器到控制器。I2C 总线的 SDA 线和 SCL 线是双向线路,当总线空闲时,这两 条线都是高电平5。SDA 线上的数据必须在时钟的高电平周期保持 稳定,数据线的高或低电平状态只有在 SCL 线的时钟信号是低电平 时才能改变。 I2C 总线的起始和停止条件分别是:当 SCL 线是高电 平时,SDA 线从高电平向低电平切换表示起始条件。由于 I2C 总线
20、 上的数据是以8位传送的,为确保发送器发送的每个字节都被接收 器收到,在第9个时钟脉冲期间,数据线被释放,由接收器反馈的 一个确认信号。确认信号为低电平时,规定为有效确认位(用 ACK 表示),表示接收器已经成功地接收了该字节;确认信号为高电平时 , 规 定 为 非 确 认 位 ( 用 NACK 表 示 ) , 表 示 接 收 器 接 收 该 字 节 没有成功。3.2 时钟电路和复位电路的设计AT80C51 单片机内部设有一个反向放大器所构成的振荡器,XTAL1 和 XTAL2 分别为振荡电路的输入端和输出端,时钟可以由内部或外部产生。外部时钟电路需要 XTAL1接 地 ,XTAL2 接外部振
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