stc89c52单片机环境监测系统设计
【摘要】本文结合了大学所学的专业知识，设计了一款以STC89C52作为核心元件的环境监测系统，用于对鸡舍环境进行实时检测，能够对鸡舍环境中家禽粪便释放的一氧化碳、环境温度以及粉尘浓度等参数进行快速准确检测。本系统主要是采用了模拟电路与数字电路，使其相互配合进行的。通过模拟电路的高速特性以及数字电路的准确特性，将检测过程快速性以及输出结果高精度性等优点表现地淋漓尽致，另外本系统在成本、功耗以及使用稳定度上皆有很高的表现。经过了多次的实验验证以及电路改进，本系统表现出了很高的准确性和实用特点，适合推向未来的环境监测控制市场，能够大幅度降低目前环境监测系统的生产成本并且降低性价比大幅度提高。
目录
一、 引言 1
（一） 环境监控系统发展历程介绍 1
（二） 环境检测系统在国内外影响力 1
（三） 本文主要研究流程 1
二、 方案分析选择及元器件介绍 3
（一） 主控器件的选择 3
（二） 介绍STC89C52单片机芯片 4
（三） MQ7一氧化碳传感器介绍 4
（四） GP2Y1010AU0F粉尘传感器探头介绍 5
（五） DS18B20温度传感器介绍 6
（六） LCD1602液晶屏幕介绍 7
三、 硬件系统设计 9
（一） 系统框图设计 9
（二） STC89C52单片机最小系统设计 9
1. 复位电路设计 10
2. 时钟电路设计 10
（三） 一氧化碳浓度检测电路设计 11
（四） 温度检测电路设计 12
（五） 报警器电路设计 12
（六） LCD1602电路设计 13
四、 软件系统设计 14
（一） 环境监测系统的软件工作流程设计 14
（二） 粉尘浓度/一氧化碳浓度检测工作流程图设计 15
（三） DS18B20传感器工作流程设计 15
（四） LCD1602显示流程设计 16
总结 17
致谢 18
参考文献 19
附录一 原理图 20
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
/> 附录二 PCB 21
附录三 元器件列表 22
附录四 部分程序 23
引言
环境监控系统发展历程介绍
本设计研究鸡舍的环境监控。“鸡舍环境监控系统”顾名思义就是指控制器在鸡舍环境内部来对鸡舍内部的粪便所产生的一氧化碳有害气体、温湿度参数的检测，并通过排风、加湿/除湿以及温度控制等措施营造鸡舍内最为适宜家禽生长的室内环境。本文将要介绍一种通过51单片机作为主要控制器来实现的一款智能型鸡舍环境监测系统控制系统，这款系统的实现将突破目前市面上相关产品的平均性能，并且在功能上将得到较大的扩展。通过单片机等微处理器的嵌入，能够更好的实现鸡舍环境监测系统控制系统与用户之间的交互，由于单片机等芯片具有几十个甚至上百个管脚，因此能够实现更多模块的驱动。本次毕业设计就将以C51单片机来作为主控器，设计一款能够突破现有产品性能，改进目前相关产品所存在的普遍缺点，并且能够通过软硬件的不断优化，将控制系统的功耗降到最低。
环境检测系统在国内外影响力
国内外大多数企业已经普遍掌握了生产制造中高以上性能的鸡舍环境监测系统控制系统产品，但一些具有高端性能的鸡舍环境监测系统产品只占有很少的比例，这些顶尖技术只有世界上一些少有国家或者研究团队掌握，因此生产成本非常高，导致这些高端产品并不能够在市面上进行普及。当前最为流行的系统能够实现鸡舍内粪便检测并且自动回收处理，将其自动布防到鱼塘中作肥料，形成生态农业链；在国内，东部沿海高校也推出了类似的智能鸡舍环境监测系统控制系统。
本文主要研究流程
本文提出了采用8位型51单片机作为主控核心的鸡舍环境监测控制系统，通过将这种性价比超高并且带有高稳定性性能的芯片嵌入到这种系统中，能够大幅度地降低目前市场上相关产品的生产成本，与其相关产品所存在的缺陷也将被改善。在论文的结构安排上，文章的第一章主要通过到图书馆以及互联网查阅资料对鸡舍环境监测控制系统的发展背景进行了简要的阐述，并对目前国内外相关院校、企业或者兴趣小组的研究成果进行了调查与对比，从而分析出他们的研究现状；文章第二章确定了鸡舍环境监测控制系统的主控核心单片机即51单片机，该核心确立后，通过查阅大量资料，选择出了单片机外围模块所要使用的型号，并对其性能特点进行了简要介绍；论文的第三章是鸡舍环境监测控制系统的硬件设计章节，在这一部分，笔者将详细描述控制系统的硬件结构以及各个模块电路的设计过程；论文的第四章是软件设计章节，在这一部分，笔者将通过流程图形式对程序的设计过程进行详细的分析；论文的第五章将对本文所设计的系统进行系统仿真，以此来验证系统的可行性和实用性。
在功能设计上，将通过STC89C52单片机实现对一氧化碳传感器、粉尘浓度传感器以及温度传感器等模块进行驱动，实现对鸡舍内环境中家禽粪便产生的一氧化碳浓度、粉尘浓度以及环境温度进行检测，当三个指标不符合正常值时，将立即引起报警。
方案分析选择及元器件介绍
主控器件的选择
主控器件的选择对于设计一款自动控制系统来说是最关键的一部分，该器件的控制性能、处理速度以及内部资源模块将在很大程度上决定了控制系统的软硬件结构以及开发成本，另外不同类型的主控器件要求开发者具备不同的开发功底，下面就对单片机以及FPGA这两款性能卓越的微处理器进行介绍和分析，从中选择出一款具体型号的芯片来作为本控制系统的控制芯片。
如果采用单片机芯片来作为主控器件，那么首选当然是大学期间熟知的AT89C51/STC89C51等基础51芯片，这些被冠以相类似型号却出自不同厂家的51单片机在内部结构上大同小异，全部都采用了MCS51的CPU来作为运算部分，因此这些51单片机都具有8位数据处理能力。51单片机的开发成本在目前的微处理器届来说相对是属于最低的一个款式，无论是单片机还是FPGA，开发成本主要包含芯片自身成本、烧写仿真器购买成本、电路构建以及PCB绘制成本、开发环境成本以及开发者自身掌握的知识成本等，在这几个方面，都能够在本次毕业设计中降到最低程度。在51单片机的处理性能方面，相对于FPGA来说处于劣势状态，51单片机目前最高的时钟频率能够达到40M，并且其内部具有机器周期的概念，即为了提高51单片机的工作稳定性能，必须将时钟频率除以12，才能在此速度下执行指令，因此对于数据的处理能力来说相对较慢。在内置功能模块方面，它内部集成了常用的定时器、串口以及中断等功能，并且具有32个相互独立的GPIO管脚可供用户使用。
目录
一、 引言 1
（一） 环境监控系统发展历程介绍 1
（二） 环境检测系统在国内外影响力 1
（三） 本文主要研究流程 1
二、 方案分析选择及元器件介绍 3
（一） 主控器件的选择 3
（二） 介绍STC89C52单片机芯片 4
（三） MQ7一氧化碳传感器介绍 4
（四） GP2Y1010AU0F粉尘传感器探头介绍 5
（五） DS18B20温度传感器介绍 6
（六） LCD1602液晶屏幕介绍 7
三、 硬件系统设计 9
（一） 系统框图设计 9
（二） STC89C52单片机最小系统设计 9
1. 复位电路设计 10
2. 时钟电路设计 10
（三） 一氧化碳浓度检测电路设计 11
（四） 温度检测电路设计 12
（五） 报警器电路设计 12
（六） LCD1602电路设计 13
四、 软件系统设计 14
（一） 环境监测系统的软件工作流程设计 14
（二） 粉尘浓度/一氧化碳浓度检测工作流程图设计 15
（三） DS18B20传感器工作流程设计 15
（四） LCD1602显示流程设计 16
总结 17
致谢 18
参考文献 19
附录一 原理图 20
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
/> 附录二 PCB 21
附录三 元器件列表 22
附录四 部分程序 23
引言
环境监控系统发展历程介绍
本设计研究鸡舍的环境监控。“鸡舍环境监控系统”顾名思义就是指控制器在鸡舍环境内部来对鸡舍内部的粪便所产生的一氧化碳有害气体、温湿度参数的检测，并通过排风、加湿/除湿以及温度控制等措施营造鸡舍内最为适宜家禽生长的室内环境。本文将要介绍一种通过51单片机作为主要控制器来实现的一款智能型鸡舍环境监测系统控制系统，这款系统的实现将突破目前市面上相关产品的平均性能，并且在功能上将得到较大的扩展。通过单片机等微处理器的嵌入，能够更好的实现鸡舍环境监测系统控制系统与用户之间的交互，由于单片机等芯片具有几十个甚至上百个管脚，因此能够实现更多模块的驱动。本次毕业设计就将以C51单片机来作为主控器，设计一款能够突破现有产品性能，改进目前相关产品所存在的普遍缺点，并且能够通过软硬件的不断优化，将控制系统的功耗降到最低。
环境检测系统在国内外影响力
国内外大多数企业已经普遍掌握了生产制造中高以上性能的鸡舍环境监测系统控制系统产品，但一些具有高端性能的鸡舍环境监测系统产品只占有很少的比例，这些顶尖技术只有世界上一些少有国家或者研究团队掌握，因此生产成本非常高，导致这些高端产品并不能够在市面上进行普及。当前最为流行的系统能够实现鸡舍内粪便检测并且自动回收处理，将其自动布防到鱼塘中作肥料，形成生态农业链；在国内，东部沿海高校也推出了类似的智能鸡舍环境监测系统控制系统。
本文主要研究流程
本文提出了采用8位型51单片机作为主控核心的鸡舍环境监测控制系统，通过将这种性价比超高并且带有高稳定性性能的芯片嵌入到这种系统中，能够大幅度地降低目前市场上相关产品的生产成本，与其相关产品所存在的缺陷也将被改善。在论文的结构安排上，文章的第一章主要通过到图书馆以及互联网查阅资料对鸡舍环境监测控制系统的发展背景进行了简要的阐述，并对目前国内外相关院校、企业或者兴趣小组的研究成果进行了调查与对比，从而分析出他们的研究现状；文章第二章确定了鸡舍环境监测控制系统的主控核心单片机即51单片机，该核心确立后，通过查阅大量资料，选择出了单片机外围模块所要使用的型号，并对其性能特点进行了简要介绍；论文的第三章是鸡舍环境监测控制系统的硬件设计章节，在这一部分，笔者将详细描述控制系统的硬件结构以及各个模块电路的设计过程；论文的第四章是软件设计章节，在这一部分，笔者将通过流程图形式对程序的设计过程进行详细的分析；论文的第五章将对本文所设计的系统进行系统仿真，以此来验证系统的可行性和实用性。
在功能设计上，将通过STC89C52单片机实现对一氧化碳传感器、粉尘浓度传感器以及温度传感器等模块进行驱动，实现对鸡舍内环境中家禽粪便产生的一氧化碳浓度、粉尘浓度以及环境温度进行检测，当三个指标不符合正常值时，将立即引起报警。
方案分析选择及元器件介绍
主控器件的选择
主控器件的选择对于设计一款自动控制系统来说是最关键的一部分，该器件的控制性能、处理速度以及内部资源模块将在很大程度上决定了控制系统的软硬件结构以及开发成本，另外不同类型的主控器件要求开发者具备不同的开发功底，下面就对单片机以及FPGA这两款性能卓越的微处理器进行介绍和分析，从中选择出一款具体型号的芯片来作为本控制系统的控制芯片。
如果采用单片机芯片来作为主控器件，那么首选当然是大学期间熟知的AT89C51/STC89C51等基础51芯片，这些被冠以相类似型号却出自不同厂家的51单片机在内部结构上大同小异，全部都采用了MCS51的CPU来作为运算部分，因此这些51单片机都具有8位数据处理能力。51单片机的开发成本在目前的微处理器届来说相对是属于最低的一个款式，无论是单片机还是FPGA，开发成本主要包含芯片自身成本、烧写仿真器购买成本、电路构建以及PCB绘制成本、开发环境成本以及开发者自身掌握的知识成本等，在这几个方面，都能够在本次毕业设计中降到最低程度。在51单片机的处理性能方面，相对于FPGA来说处于劣势状态，51单片机目前最高的时钟频率能够达到40M，并且其内部具有机器周期的概念，即为了提高51单片机的工作稳定性能，必须将时钟频率除以12，才能在此速度下执行指令，因此对于数据的处理能力来说相对较慢。在内置功能模块方面，它内部集成了常用的定时器、串口以及中断等功能，并且具有32个相互独立的GPIO管脚可供用户使用。
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