单片机的空气质量监测系统设计【字数：11080】
随着经济的发展，能源的消耗使得空气污染越来越严重，人们的健康也受到了损害，呼吸道疾病越来越多，人们因此也对空气质量开始重视起来，空气质量检测仪器也受广大人民群众的青睐，通过实时监测空气的质量好坏，作出预防措施，防患于未然，也可以根据检测到的数据从而对环境进行一些措施改善空气质量。本课题基于高精度PM2.5传感器和MQ135空气污染检测传感器设计了一款空气质量检测装置，并且采用上下位机的方式实现了数据的实时采集与显示。下位机基于STC89C52单片机，主要实现了两个传感器信号的采集，通过ADC0832芯片进行模数转换，将转换的数字量信号通过计算得出数据传送到液晶屏上。上位机采用LabVIEW软件编写了人机界面，通过串口通信的方式LabVIEW将数据以历史曲线的方式显示，实现了实时空气质量的监控。经过调试，空气质量检测装置运行稳定，采集的数据精度较高，达到了预期的目标。
目录
1绪论 1
1.1课题研究的背景与意义 1
1.2课题研究现状与发展趋势 1
1.2.1研究现状 1
1.2.2发展趋势 2
1.3本课题研究的主要内容 2
2空气质量检测的设计 3
2.1方案设计 3
2.2硬件电路设计 4
2.2.1单片机简介 4
2.2.2单片机电路的设计 5
2.2.3 传感器电路的设计 6
2.2.4 模数转换电路的设计 7
2.2.5 LCD显示电路的设计 8
3软件设计 12
3.1 软件介绍 12
3.1.1 keil软件 12
3.1.2 LabVIEW软件 12
3.2 软件设计分析 12
3.3 LabVIEW与单片机的串口通信 13
3.4上位机软件设计 14
3.4.1 上位机软件流程图 14
3.4.2函数介绍 15
3.4.3 上位机程序框图设计 16
4调试 18
5结论 21
参考文献 22
致谢 23
1绪论
1.1课 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
题研究的背景与意义
随着经济的迅速发展，人民的生活水平也随之提高，但是环境污染却越来越严重，越来越多的人们开始重视环境的保护与改善。由于能源的消耗所导致的空气污染也越来越严重，甚至是看到新闻里一篇篇报道着地区雾霾严重所导致交通堵塞，不宜出行，行人都是带着口罩出门上班的，更有甚者，学校因为雾霾的严重所导致学生放假在家等候雾霾天气过去，不仅如此，空气污染所引发的呼吸道疾病更是将医院围的水泄不通。气象专家和医学专家认为，颗粒物造成的雾霾天气，对人体健康的危害，甚至大于沙尘暴对人类的伤害，所以对空气质量的检测和治理便显得越来越重要。
本课题所研究的是基于单片机的空气质量检测设计，其意义是非常重大的，该设计可以检测周围环境的PM2.5浓度和有害气体的浓度，并显示出具体的数据，让使用者可以非常直观的看到周围空气质量的高低，从而作出一系列的防护措施和预防手段，让使用者意识到环境污染所导致空气质量差，从而需要多摆放或者种植一些绿植来改善。让人们意识到环境的预防与保护是每个人都需要做的事情，是大家必须履行的职责。
1.2课题研究现状与发展趋势
1.2.1研究现状
长期以来，国外对空气质量监测的重视程度高于国内。例如，欧盟是空气质量监测起步较早的地区，监测网络更加全面，监测技术更加先进[1]。 英国之前也有雾都的称号，是因为英国之前主要是重工业为主，不重视空气的污染管理，导致英国的空气污染很严重，平时都有雾霾弥漫在四周。英国处理雾霾花了很长的时间才有了现在的美丽环境，我们应该借鉴英国治理雾霾的方法去完善我国的空气质量监测，去学习别国的知识来“师夷长技以制夷”。
据了解，我国环境空气检测最初是由城市自行配备的，主要是人工读取数据。随着人民生活水平的提高，全社会的环境保护意识不断增强，提供环境信息的范围不断扩大[2]。目前，一些省份已经开始组织地级市开展这项工作，以满足社会对环境信息日益增长的需求。因此，在实现城市环境空气质量日报的城市，开展城市空气质量预测工作已成为建立城市空气自动监测系统的地级市的下一个工作方向。
1.2.2发展趋势
随着我国的经济发展迅速，一开始也不特别注重环境的保护，在多年之前，我国多各地区的大气污染越来越严重，甚至是可以肉眼可见的雾霾和随处可以闻到的臭气，可能乡下地区还比较好，但是城市污染比较严重。感染呼吸道疾病的人们也越来越多，医院也是常常人满为患，医患关系也日益紧张。尤其是以北京为首的多个地区爆发大型雾霾天气，导致人们的生活、出行等受到了限制。人们开始意识到空气污染的严重性，我国开始大力治理空气污染问题，不仅仅是为我国以后的经济发展着想，也是为了国民健康所想。到现在，由于科技的发展迅猛，市面上也开始出现了很多参差不齐的检测空气质量的仪器。我国多个地区的空气污染程度指数也现在也可以通过仪器可以检测到。为了实现这一目标，需要继续加快装备能力和技术管理的步伐。由于我国的经济发展非常迅速，人们在步入小康生活的同时也意识到空气质量对人身体健康的重要性，也导致人们对于空气质量检测的需求是很大的。
1.3本课题研究的主要内容
本课题所要研究的是以STC89C52单片机为主要核心，LabVIEW为辅，去完成空气质量的检测设计，其中检测PM2.5的传感器最小粒子检测值为0.8μm，而PM2.5是指大气中直径小于或等于2.5μm的颗粒物，所以可以使用；检测有害气体的传感器适用于家庭环境的有害气体探测装置，不仅可以检测10—1000ppm（百万分比浓度）的范围，而且寿命长成本低。随着国家制定的各种环境保护政策法规的颁布实施，各级地方政府在对辖区内的环境治理日益重视的同时，加大了对环境监测及应急监测的投资力度，人们对于空气质量检测的需求和要求也越来越高，而市面上也出现了越来越多不同种类的检测仪器来应对人们各种不同的需求，并且市面上各种空气监测仪器的成本也不是特别的高，所以普及率也比较高，价格也比较实惠。
2空气质量检测的设计
2.1方案设计
本方案是上下位机的形式去做一个空气质量检测设计，其中上位机采用LabVIEW做数据的显示和波形图实时显示，下位机则是涉及单片机和传感器。单片机里涉及到的芯片有STC89C52，还有ADC0832芯片，STC89C52芯片为主要核心芯片，而ADC0832芯片是用来做模数转换用的。传感器选择的是MQ135和PM2.5传感器，由于传感器采集到的是模拟信号，所以需要用到ADC0832芯片来进行模数转换，将模拟信号转换成数字信号，然后再进行运算得到的数据，然后传到液晶显示屏上显示。然后单片机和LabVIEW通过串口通信，将数据传送到虚拟仪器中显示成动态波形图，更加直观的看到数据的动态显示。系统框图如图21所示，可以看到有复位电路，时钟电路，两个传感器，模数转换电路，液晶显示及串口通信。
目录
1绪论 1
1.1课题研究的背景与意义 1
1.2课题研究现状与发展趋势 1
1.2.1研究现状 1
1.2.2发展趋势 2
1.3本课题研究的主要内容 2
2空气质量检测的设计 3
2.1方案设计 3
2.2硬件电路设计 4
2.2.1单片机简介 4
2.2.2单片机电路的设计 5
2.2.3 传感器电路的设计 6
2.2.4 模数转换电路的设计 7
2.2.5 LCD显示电路的设计 8
3软件设计 12
3.1 软件介绍 12
3.1.1 keil软件 12
3.1.2 LabVIEW软件 12
3.2 软件设计分析 12
3.3 LabVIEW与单片机的串口通信 13
3.4上位机软件设计 14
3.4.1 上位机软件流程图 14
3.4.2函数介绍 15
3.4.3 上位机程序框图设计 16
4调试 18
5结论 21
参考文献 22
致谢 23
1绪论
1.1课 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
题研究的背景与意义
随着经济的迅速发展，人民的生活水平也随之提高，但是环境污染却越来越严重，越来越多的人们开始重视环境的保护与改善。由于能源的消耗所导致的空气污染也越来越严重，甚至是看到新闻里一篇篇报道着地区雾霾严重所导致交通堵塞，不宜出行，行人都是带着口罩出门上班的，更有甚者，学校因为雾霾的严重所导致学生放假在家等候雾霾天气过去，不仅如此，空气污染所引发的呼吸道疾病更是将医院围的水泄不通。气象专家和医学专家认为，颗粒物造成的雾霾天气，对人体健康的危害，甚至大于沙尘暴对人类的伤害，所以对空气质量的检测和治理便显得越来越重要。
本课题所研究的是基于单片机的空气质量检测设计，其意义是非常重大的，该设计可以检测周围环境的PM2.5浓度和有害气体的浓度，并显示出具体的数据，让使用者可以非常直观的看到周围空气质量的高低，从而作出一系列的防护措施和预防手段，让使用者意识到环境污染所导致空气质量差，从而需要多摆放或者种植一些绿植来改善。让人们意识到环境的预防与保护是每个人都需要做的事情，是大家必须履行的职责。
1.2课题研究现状与发展趋势
1.2.1研究现状
长期以来，国外对空气质量监测的重视程度高于国内。例如，欧盟是空气质量监测起步较早的地区，监测网络更加全面，监测技术更加先进[1]。 英国之前也有雾都的称号，是因为英国之前主要是重工业为主，不重视空气的污染管理，导致英国的空气污染很严重，平时都有雾霾弥漫在四周。英国处理雾霾花了很长的时间才有了现在的美丽环境，我们应该借鉴英国治理雾霾的方法去完善我国的空气质量监测，去学习别国的知识来“师夷长技以制夷”。
据了解，我国环境空气检测最初是由城市自行配备的，主要是人工读取数据。随着人民生活水平的提高，全社会的环境保护意识不断增强，提供环境信息的范围不断扩大[2]。目前，一些省份已经开始组织地级市开展这项工作，以满足社会对环境信息日益增长的需求。因此，在实现城市环境空气质量日报的城市，开展城市空气质量预测工作已成为建立城市空气自动监测系统的地级市的下一个工作方向。
1.2.2发展趋势
随着我国的经济发展迅速，一开始也不特别注重环境的保护，在多年之前，我国多各地区的大气污染越来越严重，甚至是可以肉眼可见的雾霾和随处可以闻到的臭气，可能乡下地区还比较好，但是城市污染比较严重。感染呼吸道疾病的人们也越来越多，医院也是常常人满为患，医患关系也日益紧张。尤其是以北京为首的多个地区爆发大型雾霾天气，导致人们的生活、出行等受到了限制。人们开始意识到空气污染的严重性，我国开始大力治理空气污染问题，不仅仅是为我国以后的经济发展着想，也是为了国民健康所想。到现在，由于科技的发展迅猛，市面上也开始出现了很多参差不齐的检测空气质量的仪器。我国多个地区的空气污染程度指数也现在也可以通过仪器可以检测到。为了实现这一目标，需要继续加快装备能力和技术管理的步伐。由于我国的经济发展非常迅速，人们在步入小康生活的同时也意识到空气质量对人身体健康的重要性，也导致人们对于空气质量检测的需求是很大的。
1.3本课题研究的主要内容
本课题所要研究的是以STC89C52单片机为主要核心，LabVIEW为辅，去完成空气质量的检测设计，其中检测PM2.5的传感器最小粒子检测值为0.8μm，而PM2.5是指大气中直径小于或等于2.5μm的颗粒物，所以可以使用；检测有害气体的传感器适用于家庭环境的有害气体探测装置，不仅可以检测10—1000ppm（百万分比浓度）的范围，而且寿命长成本低。随着国家制定的各种环境保护政策法规的颁布实施，各级地方政府在对辖区内的环境治理日益重视的同时，加大了对环境监测及应急监测的投资力度，人们对于空气质量检测的需求和要求也越来越高，而市面上也出现了越来越多不同种类的检测仪器来应对人们各种不同的需求，并且市面上各种空气监测仪器的成本也不是特别的高，所以普及率也比较高，价格也比较实惠。
2空气质量检测的设计
2.1方案设计
本方案是上下位机的形式去做一个空气质量检测设计，其中上位机采用LabVIEW做数据的显示和波形图实时显示，下位机则是涉及单片机和传感器。单片机里涉及到的芯片有STC89C52，还有ADC0832芯片，STC89C52芯片为主要核心芯片，而ADC0832芯片是用来做模数转换用的。传感器选择的是MQ135和PM2.5传感器，由于传感器采集到的是模拟信号，所以需要用到ADC0832芯片来进行模数转换，将模拟信号转换成数字信号，然后再进行运算得到的数据，然后传到液晶显示屏上显示。然后单片机和LabVIEW通过串口通信，将数据传送到虚拟仪器中显示成动态波形图，更加直观的看到数据的动态显示。系统框图如图21所示，可以看到有复位电路，时钟电路，两个传感器，模数转换电路，液晶显示及串口通信。
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