单片机的空气质量检测仪设计与制作
当前社会，随着经济的进一步发展，我国从传统的农业大国转型为工业大国，各种制造业、化工业所占国民生产比例大幅上升。当然，环境污染问题也随之而来。空气、资源等的污染直接影响到人们的居住环境，逐渐成为人们日益关注的问题，尤其是我国的京津唐地区，雾霾成为当地主要的污染类型。而雾霾中最直接威胁人类健康的就是可吸入颗粒浓度，即PM2.5。随着科技的进一步发展，人们尝试使用新型的科学技术去监测空气中的PM2.5含量，然后根据监测值进一步防控。本设计是一款基于单片机的空气监测仪，它可以检测空气中的PM2.5浓度，并将检测到的一氧化碳以及空气温湿度显示于液晶显示器上。同时，我们可以设置各项指标的阀值，一旦测量值超过阀值，声光报警系统立即开启提醒。
目录
一、引言 5
二、总体设计 5
三、系统硬件设计 6
（一） 主控模块设计 6
1. STC89C52芯片简介 6
2.主控电路设计 6
（二） 一氧化碳检测模块设计 7
1. MQ7传感器简介 7
2. 一氧化碳检测电路设计 7
（三） 温湿度传感、PM2.5检测模块设计 8
1. DHT11传感器简介 8
2. PM2.5传感器简介 9
3. 温湿度传感、空气检测模块电路设计 9
（四）液晶显示模块设计 10
1.1602液晶显示器简介 10
2.显示电路设计 10
（五）报警模块设计及显示电路设计 11
四、系统软件设计 11
（一）主程序设计 11
（二）中断程序设计 12
五、系统调试 13
（一）系统软件调试 13
（二）硬件调试 15
总结 18
致谢 19
参考文献 20
附件一 系统总体电路图 21
附件二 PCB图 22
附件三 实物图 23
附件四 程序源代码 24
一、引言
随着经济的发展，科技的进步，人类对于生活水平的要求也逐日提高。改革开放以后，我国飞速
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
发展的经济在给人们提供更好的物质条件的同时，也给人们带来了种种的污染问题，空气整日昏暗，河水腐烂发臭，这些都是直接威胁人类生存的现实问题。其中由于工业排放以及各种车辆尾气导致的空气问题更是直接影响人类的呼吸系统健康，因为这些排放物中含有直径低于2.5微米的漂浮微粒，也就是我们常说的PM2.5，这些微粒可以通过鼻腔直接吸入肺部，然后进入人体的生理系统，造成人体的生理机能下降，甚至危及生命。
当今，人们并不再是单纯注重物质水平的提高，对于身体的健康以及养生方面问题也逐步看重。无论富贵与否，人们都希望拥有干净舒适的居住环境，拥有清洁卫生的饮用水，有了这些，身体的健康才能得到最基本的保障。温度、湿度同时也是人类居住环境的重要组成因素，湿润而又温暖的环境可以让人类血液循环畅通，睡眠良好。但并不是所有地方的环境都能如人所愿，所以，人们必须及时的进行检测，然后根据检测到的值进行适当调整，做出应有的措施，才能尽快解除威胁。
二、总体设计
本系统主要有STC89C52单片机、PM2.5检测模块、一氧化碳（CO）检测模块、温湿度检测模块、A/D模数转换模块、键盘输入模块、报警模块、液晶显示模块等组成。其中STC89C52单片机是整个系统的控制核心，三个不同的传感器实现对三种不同的指标检测，然后将采集到的信号通过A/D模数转换模块转换为数字信号输送给单片机，单片机对这些信号分析处理之后判断是否超高于上限值，若超过阀值则启动报警系统，若低于下限值则系统停止工作，系统结构框图如图2.1所示。
图2.1 系统结构框图
三、系统硬件设计
（一） 主控模块设计
1. STC89C52芯片简介
该单片机是在原经典款51单片机上做改进之后的新型的高性能、低功耗的8位微处理控制器。其工作电压范围是3.5～5.5V，拥有8K字节程序存储空间，512字节数据存储空间，可以保存数据不丢失，多个定时计数器，速度快，抗干扰能力强。拥有用于用户编译程序的8K字节的闪存、集成512个外部SRAM。它有32个通用I/O口，扩展外部总线时可以用P0和P2，P0是漏极开路输出，使用时必须要接上拉电阻才能用，其他三个能直接使用。其实物图如图3.1所示。
图3.1 STC89C52 实物图
2.主控电路设计
单片机最小系统包括电源、时钟电路和复位电路。复位系统即给9引脚输入2个周期以上高电平则单片机复位，从头运行周期。时钟系统即晶振频率等于振荡电路频率，或是XTAL2脚接地，时钟信号由XTAL1输入，该方式称为外部单独输入。本系统的复位电路使用内部时钟电路加电自复位，如图3.2和3.3所示。
图3.2 内部方式的时钟电路 图3.3 加电自复位的复位电路
另外VCC引脚接高供电，GND引脚接地。由于集成限度的限制，最小系统只能用一些很小的控制部件。XTAL1、2引脚接定时元件，即一个12M的石英晶振和两个电容并联，电容只是起到稳定频率和快速起振的作用。单片机处理信号模块电路图如图2.4所示。
图3.4单片机信号处理模块电路图
（二） 一氧化碳检测模块设计
1. MQ7传感器简介
MQ7传感器使用的气敏材料是在清洁空气中导电率较低的二氧化锡，当空气中一氧化碳浓度增大时导电率上升。其可检测10~1000ppm的一氧化碳，敏感体电阻小于20KΩ，加热电压只需5V，可适用于20℃~+55℃的环境温度。MQ7传感器具有TTL电平输出及模拟量输出，当TTL输出低电平时，信号灯亮，可与单片机I/O口直接相连，输出0~5V模拟电压，CO浓度越高，VO越高。含有CO的混合气体也可以被检测到，灵敏性较高，且使用时间长，稳定性好。具体的MQ7元件外形结构如图3.5所示。
图3.5 MQ7元件外形结构
2. 一氧化碳检测电路设计
MQ7用于检测一氧化碳的浓度，在系统上电之后，传感器会将检测到的浓度信号传给ADC0832模数转换芯片。该芯片将检测到的浓度信号转换为数字信号后通过P3.4口发送给单片机，单片机再进行分析处理判断。其中MQ7的1、3脚都接VCC电源，4脚接ADC0832的CH1脚，6脚串联一个1K电阻然后接地。具体的一氧化碳检测模块电路如图2.6所示。
图3.6 一氧化碳检测模块电路图
（三） 温湿度传感、PM2.5检测模块设计
1. DHT11传感器简介
DHT11是常用的数字信号输出型温度、湿度复合传感器，它采用温湿度传感技术和数字模块采集技术，以此确保系统的可靠性及稳定性。传感单元包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，直接与STC89C52连接，不需要经过ADC0832模数转换芯片，校准系数在OTP内存中以程序的形式存储，传感器内部在后期检测信号的处理过程中需要调用这些校准系数。DHT11信号传输距离在20米以上，4针单排封装，且封装可根据系统需求进行调整。DHT11典型应用电路如图3.7所示。
图3.7 DHT11典型应用电路图
2. PM2.5传感器简介
目录
一、引言 5
二、总体设计 5
三、系统硬件设计 6
（一） 主控模块设计 6
1. STC89C52芯片简介 6
2.主控电路设计 6
（二） 一氧化碳检测模块设计 7
1. MQ7传感器简介 7
2. 一氧化碳检测电路设计 7
（三） 温湿度传感、PM2.5检测模块设计 8
1. DHT11传感器简介 8
2. PM2.5传感器简介 9
3. 温湿度传感、空气检测模块电路设计 9
（四）液晶显示模块设计 10
1.1602液晶显示器简介 10
2.显示电路设计 10
（五）报警模块设计及显示电路设计 11
四、系统软件设计 11
（一）主程序设计 11
（二）中断程序设计 12
五、系统调试 13
（一）系统软件调试 13
（二）硬件调试 15
总结 18
致谢 19
参考文献 20
附件一 系统总体电路图 21
附件二 PCB图 22
附件三 实物图 23
附件四 程序源代码 24
一、引言
随着经济的发展，科技的进步，人类对于生活水平的要求也逐日提高。改革开放以后，我国飞速
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
发展的经济在给人们提供更好的物质条件的同时，也给人们带来了种种的污染问题，空气整日昏暗，河水腐烂发臭，这些都是直接威胁人类生存的现实问题。其中由于工业排放以及各种车辆尾气导致的空气问题更是直接影响人类的呼吸系统健康，因为这些排放物中含有直径低于2.5微米的漂浮微粒，也就是我们常说的PM2.5，这些微粒可以通过鼻腔直接吸入肺部，然后进入人体的生理系统，造成人体的生理机能下降，甚至危及生命。
当今，人们并不再是单纯注重物质水平的提高，对于身体的健康以及养生方面问题也逐步看重。无论富贵与否，人们都希望拥有干净舒适的居住环境，拥有清洁卫生的饮用水，有了这些，身体的健康才能得到最基本的保障。温度、湿度同时也是人类居住环境的重要组成因素，湿润而又温暖的环境可以让人类血液循环畅通，睡眠良好。但并不是所有地方的环境都能如人所愿，所以，人们必须及时的进行检测，然后根据检测到的值进行适当调整，做出应有的措施，才能尽快解除威胁。
二、总体设计
本系统主要有STC89C52单片机、PM2.5检测模块、一氧化碳（CO）检测模块、温湿度检测模块、A/D模数转换模块、键盘输入模块、报警模块、液晶显示模块等组成。其中STC89C52单片机是整个系统的控制核心，三个不同的传感器实现对三种不同的指标检测，然后将采集到的信号通过A/D模数转换模块转换为数字信号输送给单片机，单片机对这些信号分析处理之后判断是否超高于上限值，若超过阀值则启动报警系统，若低于下限值则系统停止工作，系统结构框图如图2.1所示。
图2.1 系统结构框图
三、系统硬件设计
（一） 主控模块设计
1. STC89C52芯片简介
该单片机是在原经典款51单片机上做改进之后的新型的高性能、低功耗的8位微处理控制器。其工作电压范围是3.5～5.5V，拥有8K字节程序存储空间，512字节数据存储空间，可以保存数据不丢失，多个定时计数器，速度快，抗干扰能力强。拥有用于用户编译程序的8K字节的闪存、集成512个外部SRAM。它有32个通用I/O口，扩展外部总线时可以用P0和P2，P0是漏极开路输出，使用时必须要接上拉电阻才能用，其他三个能直接使用。其实物图如图3.1所示。
图3.1 STC89C52 实物图
2.主控电路设计
单片机最小系统包括电源、时钟电路和复位电路。复位系统即给9引脚输入2个周期以上高电平则单片机复位，从头运行周期。时钟系统即晶振频率等于振荡电路频率，或是XTAL2脚接地，时钟信号由XTAL1输入，该方式称为外部单独输入。本系统的复位电路使用内部时钟电路加电自复位，如图3.2和3.3所示。
图3.2 内部方式的时钟电路 图3.3 加电自复位的复位电路
另外VCC引脚接高供电，GND引脚接地。由于集成限度的限制，最小系统只能用一些很小的控制部件。XTAL1、2引脚接定时元件，即一个12M的石英晶振和两个电容并联，电容只是起到稳定频率和快速起振的作用。单片机处理信号模块电路图如图2.4所示。
图3.4单片机信号处理模块电路图
（二） 一氧化碳检测模块设计
1. MQ7传感器简介
MQ7传感器使用的气敏材料是在清洁空气中导电率较低的二氧化锡，当空气中一氧化碳浓度增大时导电率上升。其可检测10~1000ppm的一氧化碳，敏感体电阻小于20KΩ，加热电压只需5V，可适用于20℃~+55℃的环境温度。MQ7传感器具有TTL电平输出及模拟量输出，当TTL输出低电平时，信号灯亮，可与单片机I/O口直接相连，输出0~5V模拟电压，CO浓度越高，VO越高。含有CO的混合气体也可以被检测到，灵敏性较高，且使用时间长，稳定性好。具体的MQ7元件外形结构如图3.5所示。
图3.5 MQ7元件外形结构
2. 一氧化碳检测电路设计
MQ7用于检测一氧化碳的浓度，在系统上电之后，传感器会将检测到的浓度信号传给ADC0832模数转换芯片。该芯片将检测到的浓度信号转换为数字信号后通过P3.4口发送给单片机，单片机再进行分析处理判断。其中MQ7的1、3脚都接VCC电源，4脚接ADC0832的CH1脚，6脚串联一个1K电阻然后接地。具体的一氧化碳检测模块电路如图2.6所示。
图3.6 一氧化碳检测模块电路图
（三） 温湿度传感、PM2.5检测模块设计
1. DHT11传感器简介
DHT11是常用的数字信号输出型温度、湿度复合传感器，它采用温湿度传感技术和数字模块采集技术，以此确保系统的可靠性及稳定性。传感单元包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，直接与STC89C52连接，不需要经过ADC0832模数转换芯片，校准系数在OTP内存中以程序的形式存储，传感器内部在后期检测信号的处理过程中需要调用这些校准系数。DHT11信号传输距离在20米以上，4针单排封装，且封装可根据系统需求进行调整。DHT11典型应用电路如图3.7所示。
图3.7 DHT11典型应用电路图
2. PM2.5传感器简介
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