智能家庭环境检测系统的设计
【】当今，环境不断恶化，已经开始影响人们生活，人们开始使用大量电子传感器来收集环境参数。在家庭室内的环境检测方面，使用较多的就是温湿度传感器，一氧化碳传感器和烟雾传感器。本文基于时下人们对生活环境质量的追求，设计了这一套智能家庭环境检测系统。该系统的控制模块选择低功耗处理器AT89C51，并且依靠不同传感器来采集家庭室内环境中的温湿度，一氧化碳浓度等参数，另外还可以检测室内是否有烟雾。采用液晶显示器对数据进行显示，发生异常时，蜂鸣器报警，保证了安全。该设计实用性强，智能化，便捷化，极具发展前景。
【KEY WORD】: Environmental monitoring; Single chip microcomputer; Liquid crystal display 目 录
引言 1
（一）选题背景与意义 1
（二）国内外研究现状 1
（三）研究的内容 1
一、系统方案设计 2
二、单片机介绍 3
（一）处理器选择 3
（二）AT89C51简介 3
三、系统的硬件设计 4
（一）单片机的最小系统设计 4
（二）温湿度采集电路设计 5
（三）一氧化碳浓度采集电路设计 5
（四）烟雾检测电路设计 6
（五）液晶显示电路设计 7
（六）继电器驱动电路设计 8
（七）报警电路设计 9
（八）电源供电电路设计 9
四、系统的软件设计 10
（一）系统的主程序设计 10
（二）温湿度检测子程序设计 11
（三）A/D转换子程序设计 11
（四）液晶显示子程序设计 12
五、系统的仿真 13
（一）仿真总体设计 13
（二）温湿度调节仿真 15
（三）一氧化碳浓度检测仿真 16
（四）烟雾检测仿真 17
结束语 18
参考文献 19
致 谢 20
附录一 原理图 21
附录二 源程序 22
引言
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
（一）选题背景与意义
因为自然环境不断的恶化，开始影响到人们生活环境的质量，同时为了提高生活环境的质量，人们开始对环境参数进行采集分析。对于生活环境的参数，通常包含温度参数，湿度参数，人们对这两个参数敏感度特别的高，需要将温度湿度保持在一定范围内。另外一方面，现在家庭的燃气使用越来越多，燃气的燃烧会产生一氧化碳，而一氧化碳是有毒的气体，但是其没有味道，人们无法使用鼻子直接嗅觉到，具有很大危害性。另外因为燃气的使用，室内可能会产生烟雾，这对于人们也是一种危害。所以，本设计研究了一种能够实时准确的检测家庭室内环境参数的系统。包括温湿度，一氧化碳浓度检测和烟雾检测。
智能家庭环境检测系统的设计的研究主要实现以下重要目的：
1.能够实时的检测室内的温湿度状况，并使用液晶进行显示。
2.能够实时的检测室内的一氧化碳浓度和烟雾情况，一旦出现异常，进行报警。
由此可以总结出研究智能家庭环境检测系统可以给用户提供良好的家庭生活环境，确保家庭环境的安全。
（二）国内外研究现状
从许多资料中我们可以了解到，国外智能家庭环境检测相关的产业发展非常早，创造了很高的经济价值。国内的家庭环境检测系统虽然起步较晚，但由于智能控制技术与自动化技术系统的发展，相关的研究发展飞快，未来也极具发展前景。
因为单片机技术不断发展，专业的检测技术也开始应用在家庭环境检测系统上，使智能家庭环境检测变得更加可行，随着技术的不断进步，家庭环境检测系统将变得更加智能和实用。
（三）研究的内容
本系统主要研究控制器的选择，传感器对环境参数的采集，控制器对传感器输出信号的处理和总体电路的设计。将低功耗处理器AT89C51单片机用作系统的控制核心，降低功耗。一氧化碳浓度采用MQ7传感器来采集，环境的温湿度采用SHT11传感器来采集，另外还设计了MQ2传感器来实时检测家庭环境中是否有烟雾。同时该设计还增加了报警的设计，使用前，用户可以用按键设置安全值，当系统检测到环境的参数发生异常，大于环境安全值的时候，可通过蜂鸣器进行报警。另外为了增加系统的便捷性，方便用户使用，用 LCD12864作为系统的显示部分。
我们在进行本系统的电路设计的时候，为了使绘制的电路图更加规范，我们使用了软件Altium Designer来进行原理图的绘制。
我们在进行本系统的软件设计的时候在软件设计方面，使用了我们学习中经常用的 C语言对相关的程序进行编写，同时是在Keil的环境下进行的编程，然后完成程序的开发。
我们在进行本系统的仿真设计的时候，使用的是专业的仿真软件protues，用来系统的调试和仿真设计。
一、系统方案设计
智能家庭环境检测系统是基于智能控制与传感器的系统。包含了一个主控模块和多个传感器模块和报警模块。该系统采集环境参数由几个传感器来完成，并且采用了烟雾传感器对室内烟雾进行检测。所有传感器与单片机直接进行信号传输，将其输出信号传输到单片机，数据的处理与转换由单片机来完成，单片机比较系统内的数据，如果发现有异常的环境参数，则蜂鸣器进行报警。如图1所示。
图1 系统总体设计框图
各模块功能如下：
主控模块：设计选择AT89C51来进行内部的数据处理和程序的运算
烟雾传感器模块：主要检测室内是否有烟雾
报警模块：对异常状况报警
一氧化碳模块：主要采集环境一氧化碳含量参数
温湿度检测模块：主要采集家庭环境的温度和湿度
液晶显示模块：主要显示系统检测到的环境参数
继电器驱动模块：通过继电器来驱动进行加热，降温，加湿，除湿等动作
二、单片机介绍
（一）处理器选择
进入21世纪后，科技水平逐渐日益提升，尤其是电子行业的发展格外迅速，控制器的种类越来越多，控制器的功能也越来越全面，控制器的体积也越做越小。在控制器的选择过程中首先要考虑的问题是，是否能够实现所需功能。如果在都能实现功能的前提下，主要考虑的是可操作性和性价比是否足够高。以以上两点为标准，控制器的选择就会简单很多。就本设计而言，AT公司的AT89C51、TI的MSP430和ST公司的STM32单片机都能完成所需功能，但是后两者存在编写程序复杂程度高、价格昂贵和初学者不容易上手等问题，因此本设计选用AT89C51单片机作为主控芯片。
（二）AT89C51简介
AT89C51单片机与之间的89C51单片机相比拥有了更强大的功能，功耗进一步降低，功能进一步强大，其中P1、P2、P3三个输入输出口可以不用加上拉电阻直接使用，P0口作为总线扩展时不需要，作为I/O时需要增加上拉电阻才能使用。还有该处理器拥有三个定时器、四个中断、掉电保护功能以及省电模式，其中当单片机在正常运行时，突然断电，单片机会进入掉电保护模式，在该模式下RAM中记录的内容会自动记录，防止数据丢失，导致程序反复录入，浪费时间；而在省电模式下，CPU停止工作，想要唤醒单片机可以使用低电平对外部中断进行触发或者复位。鉴于该单片机有以上特点，越来越多的嵌入式项目使用该单片机进行开发，不仅成本低，而且效率高，保护性强。
【KEY WORD】: Environmental monitoring; Single chip microcomputer; Liquid crystal display 目 录
引言 1
（一）选题背景与意义 1
（二）国内外研究现状 1
（三）研究的内容 1
一、系统方案设计 2
二、单片机介绍 3
（一）处理器选择 3
（二）AT89C51简介 3
三、系统的硬件设计 4
（一）单片机的最小系统设计 4
（二）温湿度采集电路设计 5
（三）一氧化碳浓度采集电路设计 5
（四）烟雾检测电路设计 6
（五）液晶显示电路设计 7
（六）继电器驱动电路设计 8
（七）报警电路设计 9
（八）电源供电电路设计 9
四、系统的软件设计 10
（一）系统的主程序设计 10
（二）温湿度检测子程序设计 11
（三）A/D转换子程序设计 11
（四）液晶显示子程序设计 12
五、系统的仿真 13
（一）仿真总体设计 13
（二）温湿度调节仿真 15
（三）一氧化碳浓度检测仿真 16
（四）烟雾检测仿真 17
结束语 18
参考文献 19
致 谢 20
附录一 原理图 21
附录二 源程序 22
引言
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
（一）选题背景与意义
因为自然环境不断的恶化，开始影响到人们生活环境的质量，同时为了提高生活环境的质量，人们开始对环境参数进行采集分析。对于生活环境的参数，通常包含温度参数，湿度参数，人们对这两个参数敏感度特别的高，需要将温度湿度保持在一定范围内。另外一方面，现在家庭的燃气使用越来越多，燃气的燃烧会产生一氧化碳，而一氧化碳是有毒的气体，但是其没有味道，人们无法使用鼻子直接嗅觉到，具有很大危害性。另外因为燃气的使用，室内可能会产生烟雾，这对于人们也是一种危害。所以，本设计研究了一种能够实时准确的检测家庭室内环境参数的系统。包括温湿度，一氧化碳浓度检测和烟雾检测。
智能家庭环境检测系统的设计的研究主要实现以下重要目的：
1.能够实时的检测室内的温湿度状况，并使用液晶进行显示。
2.能够实时的检测室内的一氧化碳浓度和烟雾情况，一旦出现异常，进行报警。
由此可以总结出研究智能家庭环境检测系统可以给用户提供良好的家庭生活环境，确保家庭环境的安全。
（二）国内外研究现状
从许多资料中我们可以了解到，国外智能家庭环境检测相关的产业发展非常早，创造了很高的经济价值。国内的家庭环境检测系统虽然起步较晚，但由于智能控制技术与自动化技术系统的发展，相关的研究发展飞快，未来也极具发展前景。
因为单片机技术不断发展，专业的检测技术也开始应用在家庭环境检测系统上，使智能家庭环境检测变得更加可行，随着技术的不断进步，家庭环境检测系统将变得更加智能和实用。
（三）研究的内容
本系统主要研究控制器的选择，传感器对环境参数的采集，控制器对传感器输出信号的处理和总体电路的设计。将低功耗处理器AT89C51单片机用作系统的控制核心，降低功耗。一氧化碳浓度采用MQ7传感器来采集，环境的温湿度采用SHT11传感器来采集，另外还设计了MQ2传感器来实时检测家庭环境中是否有烟雾。同时该设计还增加了报警的设计，使用前，用户可以用按键设置安全值，当系统检测到环境的参数发生异常，大于环境安全值的时候，可通过蜂鸣器进行报警。另外为了增加系统的便捷性，方便用户使用，用 LCD12864作为系统的显示部分。
我们在进行本系统的电路设计的时候，为了使绘制的电路图更加规范，我们使用了软件Altium Designer来进行原理图的绘制。
我们在进行本系统的软件设计的时候在软件设计方面，使用了我们学习中经常用的 C语言对相关的程序进行编写，同时是在Keil的环境下进行的编程，然后完成程序的开发。
我们在进行本系统的仿真设计的时候，使用的是专业的仿真软件protues，用来系统的调试和仿真设计。
一、系统方案设计
智能家庭环境检测系统是基于智能控制与传感器的系统。包含了一个主控模块和多个传感器模块和报警模块。该系统采集环境参数由几个传感器来完成，并且采用了烟雾传感器对室内烟雾进行检测。所有传感器与单片机直接进行信号传输，将其输出信号传输到单片机，数据的处理与转换由单片机来完成，单片机比较系统内的数据，如果发现有异常的环境参数，则蜂鸣器进行报警。如图1所示。
图1 系统总体设计框图
各模块功能如下：
主控模块：设计选择AT89C51来进行内部的数据处理和程序的运算
烟雾传感器模块：主要检测室内是否有烟雾
报警模块：对异常状况报警
一氧化碳模块：主要采集环境一氧化碳含量参数
温湿度检测模块：主要采集家庭环境的温度和湿度
液晶显示模块：主要显示系统检测到的环境参数
继电器驱动模块：通过继电器来驱动进行加热，降温，加湿，除湿等动作
二、单片机介绍
（一）处理器选择
进入21世纪后，科技水平逐渐日益提升，尤其是电子行业的发展格外迅速，控制器的种类越来越多，控制器的功能也越来越全面，控制器的体积也越做越小。在控制器的选择过程中首先要考虑的问题是，是否能够实现所需功能。如果在都能实现功能的前提下，主要考虑的是可操作性和性价比是否足够高。以以上两点为标准，控制器的选择就会简单很多。就本设计而言，AT公司的AT89C51、TI的MSP430和ST公司的STM32单片机都能完成所需功能，但是后两者存在编写程序复杂程度高、价格昂贵和初学者不容易上手等问题，因此本设计选用AT89C51单片机作为主控芯片。
（二）AT89C51简介
AT89C51单片机与之间的89C51单片机相比拥有了更强大的功能，功耗进一步降低，功能进一步强大，其中P1、P2、P3三个输入输出口可以不用加上拉电阻直接使用，P0口作为总线扩展时不需要，作为I/O时需要增加上拉电阻才能使用。还有该处理器拥有三个定时器、四个中断、掉电保护功能以及省电模式，其中当单片机在正常运行时，突然断电，单片机会进入掉电保护模式，在该模式下RAM中记录的内容会自动记录，防止数据丢失，导致程序反复录入，浪费时间；而在省电模式下，CPU停止工作，想要唤醒单片机可以使用低电平对外部中断进行触发或者复位。鉴于该单片机有以上特点，越来越多的嵌入式项目使用该单片机进行开发，不仅成本低，而且效率高，保护性强。
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