基于单片机的多参数空气质量检测仪设计【字数：11446】
空气质量对人民群众的身体健康和生活质量有着极为重要的影响。对室内环境而言，甲醛等有毒有害挥发物、以及可吸入颗粒物PM2.5浓度等是评价空气质量的重要指标，且有害物质的挥发与环境的温度和湿度也有十分密切的联系。如何检测这些空气质量的相关参数对保证人们生活环境安全有着极其重要的意义。因此，具有实时监测功能的多参数室内空气质量检测设备已成为保障家居环境安全的迫切需求。而目前市场上常见的检测仪器，往往仅能检测单一的参数，具有一定的局限性。针对这一问题，本课题设计了一种基于单片机的多参数空气质量检测仪，以STC89C51单片机为控制核心，由甲醛传感器、粉尘传感器、温湿度传感器等传感器模块及液晶显示、按键等输入输出模块组成。通过合理的硬件设计、软件设计及系统调试，基本实现了设计目标。系统测试结果表明，本文所设计的多参数空气质量检测仪，可以有效地检测所在环境的温度、湿度、甲醛浓度和粉尘颗粒物浓度，并在液晶屏上实时显示各参数值及时间。本设计使用方便、功能全面，可以帮助使用者及时全面了解所处环境的空气质量，具有广阔的应用前景。
目 录
1. 绪论 1
1.1 课题背景 1
1.2 发展现状 1
1.3 本课题要研究的内容 2
2. 多参数空气质量检测仪的硬件设计 3
2.1 系统整体设计 3
2.2 电源供电电路 6
2.3 微控制器电路 6
3.2.1 微控制器 6
3.2.2 复位电路 10
3.2.3 晶振电路 10
2.4 温湿度传感器电路 11
2.5 甲醛传感器电路 12
2.6 粉尘传感器电路 13
2.7 时钟电路 15
2.8 按键电路 17
2.9 液晶显示电路 17
3. 多参数空气质量检测仪的软件设计 19
3.1 温湿度传感器的程序模块 21
3.2 甲醛传感器程序模块 22
3.3 粉尘传感器程序模块 23
3.3.1 定时器产生PWM波 24
3.3.2 ADC0832的模拟/数字转换程序 25
3.4 时钟电路程 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
序模块 26
3.5 液晶显示程序模块 27
4. 多参数空气质量检测仪的调试运行 28
4.1 系统搭建 28
4.2 调试过程及结果展示 28
4.2.1 时钟模块 28
4.2.2 温湿度模块 29
4.2.3 甲醛传感器模块 30
4.2.4 粉尘传感器模块 30
4.2.5 整体实物图 32
4.2.6 结果分析 33
5. 总结与展望 34
参考文献 36
致谢 37
绪论
课题背景
近年来社会的变化，大家有目共睹，经济的发展，带来了社会的进步，也带来了环境的恶化，PM2.5，甲醛，室温，体感温度等字眼逐步成为我们日常生活中的热门词汇。有害物质的挥发与环境的温度和湿度也有十分密切的联系。但要想实现对空气中有害物质的控制与净化，首先要做的就是对空气中有害物质进行检测[12]。
空气中污染物的主要来源有如下几类：
城市中的建筑工地所产生的粉尘，长久吸入粉尘会引起人体肺部发生慢性纤维化，使肺功能降低，会引发肺心病等病症的发生；
新房新车所带有的甲醛、苯等有害气体，甲醛会引起肺炎、肺水肿，胎儿畸形等，而当苯的浓度超过一定量时，将可能引发白血病、贫血等一系列病症；
城市中汽车尾气中的一氧化碳、碳氢化合物等污染物。一氧化碳进入人体后，回合人体血液中的血红蛋白结合，影响血液中的氧气浓度，从而造成人体缺氧，会导致头晕，呼吸困难等症状，严重者会导致窒息，而碳氢化合物会影响人体的肝脏和皮肤，严重者可致癌；
工业废气中硫化氢等污染物的排放，硫化氢是一种有臭鸡蛋味的有毒气体，吸入过量，会影响人体的呼吸、血液循环和神经系统，严重者中毒身亡。以上列举的只是几个比较典型的空气中的主要污染物及其危害，其实空气中的污染物远远不止这些，它们的危害也远远不止这些，这些有毒气体载人身体中的不断积累，将会引起各种各样的疾病，不容我们小觑[3]。
发展现状
目前市面上的空气质量检测仪主要分为固定式和便携式两种，固定式空气质量检测仪多用于生产车间，安装在一个固定地点，可对该处某一污染物浓度进行高精度测量，这种空气质量检测仪的特点是固定，精确；而便携式空气质量检测仪主打小巧便捷，功耗低。因其具有灵活度高和功耗低的特点，所以便携式空气质量检测仪比固定式检测仪更加适合用于日常生活。而目前市场上常见的便携式检测仪器，往往检测参数不够全面，具有一定的局限性。
本课题主要研究内容
本课题主要设计一种基于单片机的多参数空气质量检测仪，通过单片机和各类传感器之间的数据来实现本设计的核心功能，并且考虑日常生活需要，结合时钟电路，并提供按键以供用户自主选择想要显示的内容，并通过液晶显示屏显示，让环境参数直观的显示出来，这有助于提升人们的生活质量和幸福感。希望能以对此课题的研究来促进空气质量检测仪器的改善和发展[4]。
本课题研究主要包括以下几个方面：
对于本课题的研究背景、和研究方向的确定；
设计多参数空气质量检测仪硬件部分，并对其硬件各个模块展开分析；
设计多参数空气质量检测仪软件部分，分析介绍其软件实现的主要流程，和关键步骤；
多参数空气质量检测仪的调试运行与总结。
多参数空气质量检测仪的硬件设计
系统整体设计
多参数空气质量检测仪包括了对单片机I/O口的调用，对传感器数据信息的采集，显示屏的显示，对时钟模块的应用，并且要求通过按键控制单片机的工作状态。结构框架图如下图2.1所示：
图2.1系统整体设计框架图
由上图可知，本系统主要由八个部分构成，分别是5V电源供电、MCU、温湿度传感器、时钟电路、甲醛传感器、粉尘传感器、按键和LCD显示。电源供电电路的作用就是提供工作电压和工作电流。其中除了甲醛传感器以外，其余部分与MCU均采用I/O口读取或写入数据，而甲醛传感器采用的是串口通信，即通过设定相匹配的波特率等参数来进行数据通信。
基于单片机的多参数环境质量检测仪作为一个软硬件结合的设计，在调试的时候尤为需要注意软件和硬件在端口调用上的匹配。
因此选择在对本设计各个硬件模块有一定了解的基础上，先进行软件的编写，对软件中所用到的I/O口进行记录，以免出现矛盾，在软件完成后，便进行原理图的设计，并根据之前设定的I/O口分配情况，布置电气连接。
目 录
1. 绪论 1
1.1 课题背景 1
1.2 发展现状 1
1.3 本课题要研究的内容 2
2. 多参数空气质量检测仪的硬件设计 3
2.1 系统整体设计 3
2.2 电源供电电路 6
2.3 微控制器电路 6
3.2.1 微控制器 6
3.2.2 复位电路 10
3.2.3 晶振电路 10
2.4 温湿度传感器电路 11
2.5 甲醛传感器电路 12
2.6 粉尘传感器电路 13
2.7 时钟电路 15
2.8 按键电路 17
2.9 液晶显示电路 17
3. 多参数空气质量检测仪的软件设计 19
3.1 温湿度传感器的程序模块 21
3.2 甲醛传感器程序模块 22
3.3 粉尘传感器程序模块 23
3.3.1 定时器产生PWM波 24
3.3.2 ADC0832的模拟/数字转换程序 25
3.4 时钟电路程 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
序模块 26
3.5 液晶显示程序模块 27
4. 多参数空气质量检测仪的调试运行 28
4.1 系统搭建 28
4.2 调试过程及结果展示 28
4.2.1 时钟模块 28
4.2.2 温湿度模块 29
4.2.3 甲醛传感器模块 30
4.2.4 粉尘传感器模块 30
4.2.5 整体实物图 32
4.2.6 结果分析 33
5. 总结与展望 34
参考文献 36
致谢 37
绪论
课题背景
近年来社会的变化，大家有目共睹，经济的发展，带来了社会的进步，也带来了环境的恶化，PM2.5，甲醛，室温，体感温度等字眼逐步成为我们日常生活中的热门词汇。有害物质的挥发与环境的温度和湿度也有十分密切的联系。但要想实现对空气中有害物质的控制与净化，首先要做的就是对空气中有害物质进行检测[12]。
空气中污染物的主要来源有如下几类：
城市中的建筑工地所产生的粉尘，长久吸入粉尘会引起人体肺部发生慢性纤维化，使肺功能降低，会引发肺心病等病症的发生；
新房新车所带有的甲醛、苯等有害气体，甲醛会引起肺炎、肺水肿，胎儿畸形等，而当苯的浓度超过一定量时，将可能引发白血病、贫血等一系列病症；
城市中汽车尾气中的一氧化碳、碳氢化合物等污染物。一氧化碳进入人体后，回合人体血液中的血红蛋白结合，影响血液中的氧气浓度，从而造成人体缺氧，会导致头晕，呼吸困难等症状，严重者会导致窒息，而碳氢化合物会影响人体的肝脏和皮肤，严重者可致癌；
工业废气中硫化氢等污染物的排放，硫化氢是一种有臭鸡蛋味的有毒气体，吸入过量，会影响人体的呼吸、血液循环和神经系统，严重者中毒身亡。以上列举的只是几个比较典型的空气中的主要污染物及其危害，其实空气中的污染物远远不止这些，它们的危害也远远不止这些，这些有毒气体载人身体中的不断积累，将会引起各种各样的疾病，不容我们小觑[3]。
发展现状
目前市面上的空气质量检测仪主要分为固定式和便携式两种，固定式空气质量检测仪多用于生产车间，安装在一个固定地点，可对该处某一污染物浓度进行高精度测量，这种空气质量检测仪的特点是固定，精确；而便携式空气质量检测仪主打小巧便捷，功耗低。因其具有灵活度高和功耗低的特点，所以便携式空气质量检测仪比固定式检测仪更加适合用于日常生活。而目前市场上常见的便携式检测仪器，往往检测参数不够全面，具有一定的局限性。
本课题主要研究内容
本课题主要设计一种基于单片机的多参数空气质量检测仪，通过单片机和各类传感器之间的数据来实现本设计的核心功能，并且考虑日常生活需要，结合时钟电路，并提供按键以供用户自主选择想要显示的内容，并通过液晶显示屏显示，让环境参数直观的显示出来，这有助于提升人们的生活质量和幸福感。希望能以对此课题的研究来促进空气质量检测仪器的改善和发展[4]。
本课题研究主要包括以下几个方面：
对于本课题的研究背景、和研究方向的确定；
设计多参数空气质量检测仪硬件部分，并对其硬件各个模块展开分析；
设计多参数空气质量检测仪软件部分，分析介绍其软件实现的主要流程，和关键步骤；
多参数空气质量检测仪的调试运行与总结。
多参数空气质量检测仪的硬件设计
系统整体设计
多参数空气质量检测仪包括了对单片机I/O口的调用，对传感器数据信息的采集，显示屏的显示，对时钟模块的应用，并且要求通过按键控制单片机的工作状态。结构框架图如下图2.1所示：
图2.1系统整体设计框架图
由上图可知，本系统主要由八个部分构成，分别是5V电源供电、MCU、温湿度传感器、时钟电路、甲醛传感器、粉尘传感器、按键和LCD显示。电源供电电路的作用就是提供工作电压和工作电流。其中除了甲醛传感器以外，其余部分与MCU均采用I/O口读取或写入数据，而甲醛传感器采用的是串口通信，即通过设定相匹配的波特率等参数来进行数据通信。
基于单片机的多参数环境质量检测仪作为一个软硬件结合的设计，在调试的时候尤为需要注意软件和硬件在端口调用上的匹配。
因此选择在对本设计各个硬件模块有一定了解的基础上，先进行软件的编写，对软件中所用到的I/O口进行记录，以免出现矛盾，在软件完成后，便进行原理图的设计，并根据之前设定的I/O口分配情况，布置电气连接。
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