单片机的室内环境智能监测系统设计
【摘要】室内环境质量监测器控制系统，指的是以单片机芯片作为控制器并结合其他必要功能模块，实现一种能够对室内的温湿度以及甲醛浓度进行实时检测的自动控制系统。它的出现和普及大大改变了人们的生活方式，因此本次毕业设计将以单片机控制系统作为研究对象,在硬件系统上使用目前在大学教学和市场上最受欢迎的51单片机作为控制器芯片，在其片外配置了DHT11型温湿度传感器、液晶屏以及报警器等功能模块；在软件上通过C语言编写了程序代码，并通过Keil软件环境进行了程序代码的优化和编译。系统表现出了非常高的稳定性和使用价值，非常适合进行大量生产并逐步取代相关产品。
目录
一、引言 1
（一）课题的开发背景 1
（二）国内外发展现状 2
（三）文章的主要研究内容 2
二、方案选择及元器件介绍 3
（一）控制芯片的选取 3
（二） AT89C51控制芯片简介 4
（三） DHT11温湿度传感器 5
（四） MS1200甲醛传感器 6
（五） LCD1602字符点阵介绍 7
（六）蜂鸣器概述 7
三、硬件系统设计 9
（一） 系统硬件结构设计 9
（二） 单片机最小系统设计 9
1. 晶振电路设计 10
2. 复位电路设计 10
（三）DHT11温湿度传感器电路设计 11
（四） MS1200传感器电路设计 11
（五） LCD1602字符点阵电路设计 12
（六）报警电路设计 12
（七）按键电路 13
四、软件系统设计 14
（一） 系统软件工作流程设计 14
（二） DHT11温湿度传感器工作流程设计 15
（三） LCD1602字符点阵屏幕驱动流程设计 16
（四） 报警电路设计 16
五、仿真 18
总结 21
致谢 22
参考文献 23
附录一 原理图 24
附录二 PCB图 25
附录三 元件列表 26
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
附录四 部分程序 27
引言
课题的开发背景
当前室内环境质量监测器系统正在以迅猛的发展速度和强大的市场潜力为基础快速进入市场，虽然目前市场上存在各种类型和特长不一的室内环境质量监测器系统产品，但是仍然不能满足人们的需求，与此同时随着经济的不断发展，人们对于室内环境质量监测器系统的功能和性能要求也在不断提升，越来越多的现有室内环境质量监测器产品已经不能满足于人们高质量的工作生活标准，面临着被淘汰的境遇，而以新型高性能处理器为主控核心室内环境质量监测器产品也在不断替换老旧产品。图1为环境质量智能检测器实物。
图1环境质量智能检测器
我们国家迎来了经济全球化大发展在加入世贸组织之后，国外中高端产品以较低的生产成本进入国内市场，使得市面上现有室内环境质量监测器产品得到了冲击，另外国内对于室内环境质量监测器产品的研发较晚，因此处于一定的劣势，目前市场上对于室内环境质量监测器产品最大的研究重点是在实现对室内温湿度快速检测以及室内有害气体的快速检测等功能的同时，要使得其功耗降到最低。目前室内环境质量监测器系统大多以高性能的单片机或者FPGA等微处理器作为主控器件，其中以32位单片机作为处理器的室内环境质量监测器系统占据市场的半壁江山，单片机以其丰富的外设以及方便配置的管脚特点赢得了设计人员的青睐，并且低廉的生产成本使得单片机成为绝大多数室内环境质量监测器系统设计师的首选，本课题将提出一款通过51单片机来实现的室内环境质量监测器系统，考虑到最低的设计成本以及最高的性价比，课题将以大学期间所学的所有专业知识作为基础和背景，通过C语言进行程序设计，并结合关于室内环境质量监测器系统的文献综述来完成。
国内外发展现状
综合目前国内市场上室内环境质量监测器系统产品价格区间来分析，其中价格处于上层的高端产品七成以上品牌来自于国外进口，而中低端价格区间中国内品牌占据绝大多数份额，而高端产品在价格方面具有较大优势，由于其与中低端产品的价格差距较小，因此购买者在选购时往往忽略价格差异而容易选用高端的国外品牌。从技术角度来分析，由于国外对于开发研究较早，因此在研发技术上处于绝对的制高点，而以国内的研究现状来看，要赶超国外的优秀技术，还需要沉下心来进行刻苦钻研，要走一段较长的研发之路。
文章的主要研究内容
本文选用了目前在市场上和大学单片机教学中使用最为广泛，并且受到一致好评的51单片机作为主要控制芯片，以此作为核心芯片，设计了一款能够实现
的单片机自动控制系统，通过对硬件系统以及软件系统的构建，轻松地实现了毕业设计初期设立的所有指标和性能，控制系统仿真通过Proteus 7.8仿真平台实现，由于电脑显示器凸显了单片机控制系统运行过程中所表现的现象和功能，以下是我的课题所设计系统将会实现的功能指标：
1、能够通过实验实现对室内湿度和温度的实时测量；
2、室内的甲醛浓度达到一定程度就会进行报警；
3、测得的温湿度以及甲醛浓度可通过液晶屏进行显示。
方案选择及元器件介绍
控制芯片的选取
本章主要进行系统控制芯片的选取和各器件的相关介绍，首先我从大学期间接触过的几款单片机中选取了两款进行了细致的比较和考核，最终决定从这两款单片机中选择其中一个作为本次毕业设计的主控单片机，第一款单片机是我大三学习过程中接触到的一款高性能单片机STM32，其内核架构采用了M3系列的ARM，该单片机由意法半导体公司推出，是一款典型的32位微处理器，其中我对F103Z系列有过一段短暂的学习和使用经历；第二款单片机是美国ATMEL公司推出的AT89C51单片机，对于这款芯片我已经有了近三年的学习经验。
如果采用STM32单片机作为本文的主控单片机，那么将带来三大方面的优势，首先最主要的是STM32单片机内部采用了高稳定度的PLL（锁相环）技术，这使得它能够在外部施加较低振荡频率的晶振时，就能够以80M以上的主频进行稳定工作，其中PLL能够使得外部晶振输出的频率进行倍频，并且倍数能够灵活的通过软件进行控制，如此高的主频配合了其32位数据处理宽度的特性，使得STM32在做一些中高速的数字信号处理时能够表现出非常高的灵活度和精确度，该单片机在一定程度上代表了当前单片机世界的最高水平；第二大优势是其内部丰富的资源模块，就以我熟悉的F103Z型号单片机来说，其内部具有数十路高速AD采样通道，同时内部集成了一个内置的温度采集模块，另外高性能多用途的UART、CAN以及SPI等常用接口也被集成在同一片内，如果将STM32应用于本系统，能够大大地降低系统的外形体积和消耗的模块，而且能很方便电路构建；第三大优势要说到它的学习资料丰富性，由于STM32单片机目前代表着单片机的先进水平，因此国内外学习者众多，因此无论是图书馆还是网络上，都能够找到其各方面的开发资料，非常有利于本毕业设计的成功完成，图2为STM32单片机的外形图。
目录
一、引言 1
（一）课题的开发背景 1
（二）国内外发展现状 2
（三）文章的主要研究内容 2
二、方案选择及元器件介绍 3
（一）控制芯片的选取 3
（二） AT89C51控制芯片简介 4
（三） DHT11温湿度传感器 5
（四） MS1200甲醛传感器 6
（五） LCD1602字符点阵介绍 7
（六）蜂鸣器概述 7
三、硬件系统设计 9
（一） 系统硬件结构设计 9
（二） 单片机最小系统设计 9
1. 晶振电路设计 10
2. 复位电路设计 10
（三）DHT11温湿度传感器电路设计 11
（四） MS1200传感器电路设计 11
（五） LCD1602字符点阵电路设计 12
（六）报警电路设计 12
（七）按键电路 13
四、软件系统设计 14
（一） 系统软件工作流程设计 14
（二） DHT11温湿度传感器工作流程设计 15
（三） LCD1602字符点阵屏幕驱动流程设计 16
（四） 报警电路设计 16
五、仿真 18
总结 21
致谢 22
参考文献 23
附录一 原理图 24
附录二 PCB图 25
附录三 元件列表 26
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
附录四 部分程序 27
引言
课题的开发背景
当前室内环境质量监测器系统正在以迅猛的发展速度和强大的市场潜力为基础快速进入市场，虽然目前市场上存在各种类型和特长不一的室内环境质量监测器系统产品，但是仍然不能满足人们的需求，与此同时随着经济的不断发展，人们对于室内环境质量监测器系统的功能和性能要求也在不断提升，越来越多的现有室内环境质量监测器产品已经不能满足于人们高质量的工作生活标准，面临着被淘汰的境遇，而以新型高性能处理器为主控核心室内环境质量监测器产品也在不断替换老旧产品。图1为环境质量智能检测器实物。
图1环境质量智能检测器
我们国家迎来了经济全球化大发展在加入世贸组织之后，国外中高端产品以较低的生产成本进入国内市场，使得市面上现有室内环境质量监测器产品得到了冲击，另外国内对于室内环境质量监测器产品的研发较晚，因此处于一定的劣势，目前市场上对于室内环境质量监测器产品最大的研究重点是在实现对室内温湿度快速检测以及室内有害气体的快速检测等功能的同时，要使得其功耗降到最低。目前室内环境质量监测器系统大多以高性能的单片机或者FPGA等微处理器作为主控器件，其中以32位单片机作为处理器的室内环境质量监测器系统占据市场的半壁江山，单片机以其丰富的外设以及方便配置的管脚特点赢得了设计人员的青睐，并且低廉的生产成本使得单片机成为绝大多数室内环境质量监测器系统设计师的首选，本课题将提出一款通过51单片机来实现的室内环境质量监测器系统，考虑到最低的设计成本以及最高的性价比，课题将以大学期间所学的所有专业知识作为基础和背景，通过C语言进行程序设计，并结合关于室内环境质量监测器系统的文献综述来完成。
国内外发展现状
综合目前国内市场上室内环境质量监测器系统产品价格区间来分析，其中价格处于上层的高端产品七成以上品牌来自于国外进口，而中低端价格区间中国内品牌占据绝大多数份额，而高端产品在价格方面具有较大优势，由于其与中低端产品的价格差距较小，因此购买者在选购时往往忽略价格差异而容易选用高端的国外品牌。从技术角度来分析，由于国外对于开发研究较早，因此在研发技术上处于绝对的制高点，而以国内的研究现状来看，要赶超国外的优秀技术，还需要沉下心来进行刻苦钻研，要走一段较长的研发之路。
文章的主要研究内容
本文选用了目前在市场上和大学单片机教学中使用最为广泛，并且受到一致好评的51单片机作为主要控制芯片，以此作为核心芯片，设计了一款能够实现
的单片机自动控制系统，通过对硬件系统以及软件系统的构建，轻松地实现了毕业设计初期设立的所有指标和性能，控制系统仿真通过Proteus 7.8仿真平台实现，由于电脑显示器凸显了单片机控制系统运行过程中所表现的现象和功能，以下是我的课题所设计系统将会实现的功能指标：
1、能够通过实验实现对室内湿度和温度的实时测量；
2、室内的甲醛浓度达到一定程度就会进行报警；
3、测得的温湿度以及甲醛浓度可通过液晶屏进行显示。
方案选择及元器件介绍
控制芯片的选取
本章主要进行系统控制芯片的选取和各器件的相关介绍，首先我从大学期间接触过的几款单片机中选取了两款进行了细致的比较和考核，最终决定从这两款单片机中选择其中一个作为本次毕业设计的主控单片机，第一款单片机是我大三学习过程中接触到的一款高性能单片机STM32，其内核架构采用了M3系列的ARM，该单片机由意法半导体公司推出，是一款典型的32位微处理器，其中我对F103Z系列有过一段短暂的学习和使用经历；第二款单片机是美国ATMEL公司推出的AT89C51单片机，对于这款芯片我已经有了近三年的学习经验。
如果采用STM32单片机作为本文的主控单片机，那么将带来三大方面的优势，首先最主要的是STM32单片机内部采用了高稳定度的PLL（锁相环）技术，这使得它能够在外部施加较低振荡频率的晶振时，就能够以80M以上的主频进行稳定工作，其中PLL能够使得外部晶振输出的频率进行倍频，并且倍数能够灵活的通过软件进行控制，如此高的主频配合了其32位数据处理宽度的特性，使得STM32在做一些中高速的数字信号处理时能够表现出非常高的灵活度和精确度，该单片机在一定程度上代表了当前单片机世界的最高水平；第二大优势是其内部丰富的资源模块，就以我熟悉的F103Z型号单片机来说，其内部具有数十路高速AD采样通道，同时内部集成了一个内置的温度采集模块，另外高性能多用途的UART、CAN以及SPI等常用接口也被集成在同一片内，如果将STM32应用于本系统，能够大大地降低系统的外形体积和消耗的模块，而且能很方便电路构建；第三大优势要说到它的学习资料丰富性，由于STM32单片机目前代表着单片机的先进水平，因此国内外学习者众多，因此无论是图书馆还是网络上，都能够找到其各方面的开发资料，非常有利于本毕业设计的成功完成，图2为STM32单片机的外形图。
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