单片机的面粉厂粉尘浓度测试仪设计
摘 要本课题设计了一款采用STC89C51单片机来作为内部核心控制器的智能系统，实现了对面粉厂面粉厂空气环境中的粉尘颗粒浓度进行实时监测，并且能够将检测到的粉尘浓度通过高清晰度液晶屏显示出来，用户还可以通过按键对粉尘报警浓度值进行设置，超过该值后将引起报警功能，这款面粉厂粉尘浓度测试仪系统的内部核心框架是以STC89C51单片机来作为主控部分并且在这款高性能微处理器的芯片外部还配置了LCD1602液晶屏幕、ADC0832模数转换器、MQ-2粉尘气体传感器和有源蜂鸣器等智能模块，通过STC89C51单片机对这些模块电路高效的控制驱动，实现了对面粉厂粉尘浓度测试仪系统外部数据的灵活采集和转换。在整体设计框架方面分为了硬件电路和软件程序两大部分，本课题通过模块设计的方法将面粉厂粉尘浓度测试仪系统的整体部分化繁为简，从而逐一进行设计，最终实现所有功能指标。课题最终对这款系统的设计结果进行了长时间的运行检测，检测过程中出现的所有缺陷问题都进行了优化和改进，实现了非常高的性能。
目录
一、 引言 1
（一） 面粉厂粉尘浓度测试仪的发展背景 1
（二） 面粉厂粉尘浓度测试仪的国内外发展现状 1
（三） 本文主要研究内容 2
二、 面粉厂粉尘浓度测试仪的方案设计 3
三、 系统硬件设计 4
（一） 面粉厂粉尘浓度测试仪最小系统电路设计 4
（二） 参数显示电路设计 5
（三） 粉尘检测电路设计 6
（四） 粉尘浓度过高报警电路设计 8
（五） 按键电路设计 9
（六） 系统总体电路设计 10
四、 系统软件设计 13
（一） 面粉厂粉尘浓度测试仪的主程序流程设计 13
（二） LCD1602液晶屏显示子程序设计 14
（三） 粉尘采集子程序设计 15
（四） 报警子程序设计 16
五、 仿真系统设计 18
总结 20
参考文献 21
致 谢 22
附录一 原理图 23
附录二 PCB图 24
附录三 元件列表 25
附录四 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
程序 26
引言
面粉厂粉尘浓度测试仪的发展背景
本课题将对一款通过STC89C51单片机芯片作为核心运算处理器的面粉厂粉尘浓度测试仪系统做详细的研究和设计，之所以在众多的常用微处理器芯片中选择STC89C51单片机芯片来作为主控是考虑到前人的研究基础以及现有阶段市场上大多数产品所表现出的优缺点等因素，本课题认为能够通过STC89C51单片机芯片的控制实现各项的预期课题目标，并且能够对一些面粉厂粉尘浓度测试仪系统常见的缺陷进行优化和避免，对目前市面上一些优秀的设计案例进行进一步的性能提升，同时这也是本课题提出的目的和意义。通过对该系统的整个发展背景来看，从最初的传统型面粉厂粉尘浓度测试仪系统到现如今的数字化或者称之为智能化面粉厂粉尘浓度测试仪系统，无论这种系统被设计的多么优秀，还是软硬件设计师考虑的多么周到，面粉厂粉尘浓度测试仪系统在工作过程中总会表现出各种各样的故障，最为常见的就是系统运行过程中的死机现象，所谓的死机现象就是指微处理器内部的程序代码出现跑飞现象，不能够按照程序设计员所规划的程序执行流程工作，一旦出现死机现象，系统是无法继续正常工作的，这种现象是从单片机系统出现到目前发展成熟的操作系统中都会出现的一个无法避免的现象，综合面粉厂粉尘浓度测试仪系统容易出现这些故障的原因，主要有两条重要原因，第一是主控微处理器芯片自身性能所限制的，无论是早期的低端微处理器芯片还是现在的32位或者64位微处理器，其内部的资源都非常有限，尤其是用于存放程序变量的RAM存储区域，这个区域的空间大小在很大程度上能够决定面粉厂粉尘浓度测试仪系统的复杂程度，如果在理想情况下这个区域能够被设计的足够大，那么面粉厂粉尘浓度测试仪系统就能够实现更为复杂的功能。第二个原因则是程序设计员自身的资质水平的原因，不当的内存操作将会引起各种各样的死机现象，所以程序设计员非常有必要考虑到这一点。与面粉厂粉尘浓度测试仪系统有联系的产品在推向市场前，研发企业需要对面粉厂粉尘浓度测试仪系统的研发成本做详细的规划，因为只有一个具有高性价比的产品，能够实现总体平均水平以上的性能并且成本处于中下标准的产品才是一个具有竞争力产品，所以在面粉厂粉尘浓度测试仪系统的发展过程中，设计人员总是喜欢选择时下性价比最高的主控微处理器来作为主控，现如今的32位型微处理器STM32就是一种非常流行的芯片，它已经在大多数面粉厂粉尘浓度测试仪系统和其他控制系统中得到了嵌入，不但能够实现裸机工作，还能够实现更为复杂的操作系统工作模式。本课题将在前人工作的基础上，选择了一款性价比很高的STC89C51单片机，实现一款面粉厂粉尘浓度测试仪系统。
面粉厂粉尘浓度测试仪的国内外发展现状
国内外对于面粉厂粉尘浓度测试仪系统的研究设计成果在近几年间取得了较大的进步，不但在这种控制系统的底层硬件架构方面进行了优化和改进，还将硬件电路中的一些冗余无效的电路进行剔除和替换，本课题将根据国内外的研究现状，借鉴一些优秀的设计案例，将其优点移植到本课题中进行实现，并加入一些更加优秀的设计要点，从而实现本课题的这款粉尘浓度测试仪系统。
本文主要研究内容
本课题的主要内容是成功实现了一款具有多项智能功能的面粉厂粉尘浓度测试仪系统，经过了多项测试这款面粉厂粉尘浓度测试仪系统表现出了非常高的稳定性和实用性，实现了对面粉厂面粉厂空气环境中的粉尘颗粒浓度进行实时监测，并且能够将检测到的粉尘浓度通过高清晰度液晶屏显示出来，用户还可以通过按键对粉尘报警浓度值进行设置，超过该值后将引起报警功能。
设计单片机最小系统电路，实现对液晶屏、粉尘浓度传感器、模数转换器以及报警器电路的驱动；
设计粉尘浓度传感器电路，实现对粉尘浓度的准确值的检测；
设计报警电路，实现当粉尘浓度过高时的报警功能；
设计液晶屏电路，实现对采集到的浓度值的显示；
面粉厂粉尘浓度测试仪的方案设计
本面粉厂粉尘浓度测试仪系统在实现方案方面主要遵循下图中的硬件结构框图中的模块连接关系以及信号的流通方向，通过下图中的模块连接关系可以实现所有的预期功能指标，通过下图中的各个模块之间的关系可以看出，STC89C51单片机芯片结合了时钟电路和复位电路两个部分组成了最小系统部分，作为整个面粉厂粉尘浓度测试仪系统的主控部分，最小系统将实现对LCD1602点阵屏幕、ADC0832采样芯片、MQ2粉尘传感器和有源蜂鸣器等器件的驱动。显示模块用于实现对粉尘浓度以及报警阀值的设置，主要由LCD1602液晶屏组成；按键模块主要用于实现对报警阀值等参数的设置；报警模块主要由蜂鸣器以及MOS管组成，用于发出报警声音；MQ2传感器用于实现粉尘浓度的检测；ADC0832转换器用于实现将MQ2输出的模拟电压信号转换成数字信号。
目录
一、 引言 1
（一） 面粉厂粉尘浓度测试仪的发展背景 1
（二） 面粉厂粉尘浓度测试仪的国内外发展现状 1
（三） 本文主要研究内容 2
二、 面粉厂粉尘浓度测试仪的方案设计 3
三、 系统硬件设计 4
（一） 面粉厂粉尘浓度测试仪最小系统电路设计 4
（二） 参数显示电路设计 5
（三） 粉尘检测电路设计 6
（四） 粉尘浓度过高报警电路设计 8
（五） 按键电路设计 9
（六） 系统总体电路设计 10
四、 系统软件设计 13
（一） 面粉厂粉尘浓度测试仪的主程序流程设计 13
（二） LCD1602液晶屏显示子程序设计 14
（三） 粉尘采集子程序设计 15
（四） 报警子程序设计 16
五、 仿真系统设计 18
总结 20
参考文献 21
致 谢 22
附录一 原理图 23
附录二 PCB图 24
附录三 元件列表 25
附录四 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
程序 26
引言
面粉厂粉尘浓度测试仪的发展背景
本课题将对一款通过STC89C51单片机芯片作为核心运算处理器的面粉厂粉尘浓度测试仪系统做详细的研究和设计，之所以在众多的常用微处理器芯片中选择STC89C51单片机芯片来作为主控是考虑到前人的研究基础以及现有阶段市场上大多数产品所表现出的优缺点等因素，本课题认为能够通过STC89C51单片机芯片的控制实现各项的预期课题目标，并且能够对一些面粉厂粉尘浓度测试仪系统常见的缺陷进行优化和避免，对目前市面上一些优秀的设计案例进行进一步的性能提升，同时这也是本课题提出的目的和意义。通过对该系统的整个发展背景来看，从最初的传统型面粉厂粉尘浓度测试仪系统到现如今的数字化或者称之为智能化面粉厂粉尘浓度测试仪系统，无论这种系统被设计的多么优秀，还是软硬件设计师考虑的多么周到，面粉厂粉尘浓度测试仪系统在工作过程中总会表现出各种各样的故障，最为常见的就是系统运行过程中的死机现象，所谓的死机现象就是指微处理器内部的程序代码出现跑飞现象，不能够按照程序设计员所规划的程序执行流程工作，一旦出现死机现象，系统是无法继续正常工作的，这种现象是从单片机系统出现到目前发展成熟的操作系统中都会出现的一个无法避免的现象，综合面粉厂粉尘浓度测试仪系统容易出现这些故障的原因，主要有两条重要原因，第一是主控微处理器芯片自身性能所限制的，无论是早期的低端微处理器芯片还是现在的32位或者64位微处理器，其内部的资源都非常有限，尤其是用于存放程序变量的RAM存储区域，这个区域的空间大小在很大程度上能够决定面粉厂粉尘浓度测试仪系统的复杂程度，如果在理想情况下这个区域能够被设计的足够大，那么面粉厂粉尘浓度测试仪系统就能够实现更为复杂的功能。第二个原因则是程序设计员自身的资质水平的原因，不当的内存操作将会引起各种各样的死机现象，所以程序设计员非常有必要考虑到这一点。与面粉厂粉尘浓度测试仪系统有联系的产品在推向市场前，研发企业需要对面粉厂粉尘浓度测试仪系统的研发成本做详细的规划，因为只有一个具有高性价比的产品，能够实现总体平均水平以上的性能并且成本处于中下标准的产品才是一个具有竞争力产品，所以在面粉厂粉尘浓度测试仪系统的发展过程中，设计人员总是喜欢选择时下性价比最高的主控微处理器来作为主控，现如今的32位型微处理器STM32就是一种非常流行的芯片，它已经在大多数面粉厂粉尘浓度测试仪系统和其他控制系统中得到了嵌入，不但能够实现裸机工作，还能够实现更为复杂的操作系统工作模式。本课题将在前人工作的基础上，选择了一款性价比很高的STC89C51单片机，实现一款面粉厂粉尘浓度测试仪系统。
面粉厂粉尘浓度测试仪的国内外发展现状
国内外对于面粉厂粉尘浓度测试仪系统的研究设计成果在近几年间取得了较大的进步，不但在这种控制系统的底层硬件架构方面进行了优化和改进，还将硬件电路中的一些冗余无效的电路进行剔除和替换，本课题将根据国内外的研究现状，借鉴一些优秀的设计案例，将其优点移植到本课题中进行实现，并加入一些更加优秀的设计要点，从而实现本课题的这款粉尘浓度测试仪系统。
本文主要研究内容
本课题的主要内容是成功实现了一款具有多项智能功能的面粉厂粉尘浓度测试仪系统，经过了多项测试这款面粉厂粉尘浓度测试仪系统表现出了非常高的稳定性和实用性，实现了对面粉厂面粉厂空气环境中的粉尘颗粒浓度进行实时监测，并且能够将检测到的粉尘浓度通过高清晰度液晶屏显示出来，用户还可以通过按键对粉尘报警浓度值进行设置，超过该值后将引起报警功能。
设计单片机最小系统电路，实现对液晶屏、粉尘浓度传感器、模数转换器以及报警器电路的驱动；
设计粉尘浓度传感器电路，实现对粉尘浓度的准确值的检测；
设计报警电路，实现当粉尘浓度过高时的报警功能；
设计液晶屏电路，实现对采集到的浓度值的显示；
面粉厂粉尘浓度测试仪的方案设计
本面粉厂粉尘浓度测试仪系统在实现方案方面主要遵循下图中的硬件结构框图中的模块连接关系以及信号的流通方向，通过下图中的模块连接关系可以实现所有的预期功能指标，通过下图中的各个模块之间的关系可以看出，STC89C51单片机芯片结合了时钟电路和复位电路两个部分组成了最小系统部分，作为整个面粉厂粉尘浓度测试仪系统的主控部分，最小系统将实现对LCD1602点阵屏幕、ADC0832采样芯片、MQ2粉尘传感器和有源蜂鸣器等器件的驱动。显示模块用于实现对粉尘浓度以及报警阀值的设置，主要由LCD1602液晶屏组成；按键模块主要用于实现对报警阀值等参数的设置；报警模块主要由蜂鸣器以及MOS管组成，用于发出报警声音；MQ2传感器用于实现粉尘浓度的检测；ADC0832转换器用于实现将MQ2输出的模拟电压信号转换成数字信号。
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