单片机的室内环境监测系统设计
单片机的室内环境监测系统设计[20200128194533]
【摘要】
随着生活水平的提高，越多的人注重居住生活的质量，包括温湿度，有害气体，光照强度等问题。
本课题主要实现室内环境监测的自动化和智能化，控制模块由STC89C52单片机作为控制核心，配合使用模数转换器ADC0809将温湿度传感器、气体传感器采集到的信号进行模数转换，送入单片机进行处理，在显示屏上显示数据，若检测数据超出正常数据，启动报警模块进行提醒，该系统为人民的生活，娱乐环境提供了有效的防护。
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关键字:】单片机,传感器,模数转换器,显示屏,报警
一、引言 1
二、总体设计 1
三、硬件设计 1
（一）STC89C52单片机概述 1
（二）温湿度检测模块 5
（三）光照、有毒气体检测 6
（四）模数转换电路 7
（五）LCD液晶显示模块 8
（六）报警电路模块 9
（七）电源模块 10
四、软件设计 10
（一）总体设计思想 10
（二）各部分的软件框图和程序 11
总结 13
附录 14
附录一 电路原理图 14
附录二PCB图 15
附录三 源程序 16
参考文献 21
致谢 22
一、引言
随着单片机的广泛应用和通信技术的日益发展，超远程的实时监控越来越备受关注。同时，随着生活水平的提高，人们对环境质量也提出了很高的要求。但由于自身知识的缺乏，对于环境检测的认知也没有那么强烈，因此安装一款简易的室内监测装置显得尤为重要。目前市场上也有了这种设计，但只局限于防盗设计，本次设计在现有的基础上丰富了室内设计的功能，通过单片机的控制，实现了控制模块，检测模块，显示模块和报警模块，提高了室内检测的实用性，给人们带来了舒适的生活环境，为其生活、娱乐环境提供了一种有效的防护系统。
二、总体设计
本课题的主要思想是以单片机STC89C52为核心，以DHT11温湿度传感器，MQ-9气敏传感器、光敏电阻作为测量元件，将采集到的数据送入模数转换器进行转换，进入单片机后，将软件设置的上下限环境数据与采集的数据进行比较、分析，通过LCD液晶屏显示，同时实现超限报警和数据存储，如图2-1所示。
图2-1 硬件总体框图
三、硬件设计
（一）STC89C52单片机概述
1.STC89C52单片机组成
如图3-1所示
图3-1 STC89C52单片机组成结构图
STC89C52单片机是一种微控制器，内置8位中央处理单元、256字节内部数据存储器RAM、8k片内程序存储器32个双向输入/输出口。它内置4KB EEPROM,MAX810复位电路，全双工串行口，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构。另外，STC89C52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。
2．STC89C52单片机引脚结构
（1）电源引脚
VCC（40引脚）：电源电压
VSS（20引脚）：接地
（2）I/O口引脚
P1端口（P1.0-P1.7，1-8引脚）：端口写入1时，可用作输入口，用作输出口时，会输出电流。
P2端口（P2.0-P2.7，21-28引脚）：端口写入1时，可用作输入，作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。
P3端口（P3.0-P3.7，10-17引脚）：端口写入1时，可用作输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流。
（3）控制引脚
STC89C52单片机的管脚分布如图3-2所示。
图3-2 STC89C52管脚分布
1 RST（9引脚）：复位输入。当输入连续高电平时为有效，完成单片机的复位操作、计时完成后，引脚输出96个晶振周期的高电平。DISROT默认状态下，复位高电平有效。
2 ALE/PROG（30引脚）： ALE以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可作为外部定时器或时钟。
3 PSEN（29引脚）：外部程序存储器选通信号。当AT89C51RC从外部程序存储器执行外部代码时，PSEN在每个机器周期被激活两次。
4 EA/VPP（31引脚）：访问外部程序存储器控制信号，为使能从外部程序存储器读取指令，必须接END。
5 XTAL1（19引脚）：振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。
6 XTAL2（18引脚）：振荡器反相放大器的输入端。
P0口和P2.5、P2.6、P2.7口作为LCD液晶屏的数据口，采用并口数据传输模式，P2口中的P2.0作为湿温度传感器的数据口，P1口和P2口中的P2.1、P2.2、P2.3、P2.4分别接ADC0809的控制端，P3.6接报警电路。
3．STC89C52单片机的最小系统
图3-3 STC89C52单片机组成结构图
（1）时钟电路
STC89C52内部有一个反相放大器，引脚RXD和TXD分别是此放大器的输入端和输出端。时钟可以由内部方式产生或外部方式产生，外部方式如图（a）所示，XTAL1接地，XTAL2接外部振荡器。内部方式如图（b）所示，在XTAL1和XTAL2引脚上外接定时元件，内部振荡器就产生自激振荡。时钟电路的内部方式和外部方式如图3-4所示，本设计采用内部方式。
(a)时钟电路外部方式 （b）时钟电路内部方式
图3-4时钟电路
（2）复位电路
单片机常见的复位电路主要有上电复位电路和按键复位电路。上电复位电路如图3-5(a)所示，由RC构成微分电路，在上电瞬间，产生一个微分脉冲，其宽度若大于两个机器周期，单片机将复位。按键复位电路如图3-5(b)所示，按下图中的REST键，R、C仍构成微分电路，使RST端产生一个微分脉冲复位，复位完毕C7经R15放电，等待下一次按下复位按钮。本设计采用的是按键复位方式。
(a)上电自动复位电路 (b)按键手动复位电路
图3-5复位电路
（二）温湿度检测模块
1. 温湿度传感器介绍
DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件。DHT11的引脚说明如表3-1所示，实物图如图3-6所示。
表3-1 DHT11的引脚说明
引脚号 引脚名称 类型 引脚说明
1 VCC 电源 正电源输入，3V-5.5V
2 Dout 输出 单总线，数据输入/输出引脚
3 NC 空 空脚，扩展未用
4 GND 地 电源地
图3-6 DHT11实物图
温湿度传感器的内部结构如图3-7所示，DHT11传感器将温湿度感测、信号变换、A/D转换等功能集成到一个芯片上，其內部包括温湿度敏感元件，这两个敏感元件将湿温度转换成电信号，送入运算放大器进行放大，再进行模数转换，最后经过数字接口输出数字信号。
图3-7 湿温度传感器内部结构
2．电路设计
DHT11的供电电压为3-5.5V，电源引脚（VDD，GND）之间可增加一个100nF 的电容，用以去耦滤波。DHT11的湿度测量范围为20-90%RH，温度测量范围为0-50℃。温湿度检测电路如图3-8所示，DHT11通过P2.0口送入单片机中分析处理，若是超过上限，则利用报警电路报警。
图3-8 湿温度传感器电路
（三）光照、有毒气体检测
【摘要】
随着生活水平的提高，越多的人注重居住生活的质量，包括温湿度，有害气体，光照强度等问题。
本课题主要实现室内环境监测的自动化和智能化，控制模块由STC89C52单片机作为控制核心，配合使用模数转换器ADC0809将温湿度传感器、气体传感器采集到的信号进行模数转换，送入单片机进行处理，在显示屏上显示数据，若检测数据超出正常数据，启动报警模块进行提醒，该系统为人民的生活，娱乐环境提供了有效的防护。
*查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:】单片机,传感器,模数转换器,显示屏,报警
一、引言 1
二、总体设计 1
三、硬件设计 1
（一）STC89C52单片机概述 1
（二）温湿度检测模块 5
（三）光照、有毒气体检测 6
（四）模数转换电路 7
（五）LCD液晶显示模块 8
（六）报警电路模块 9
（七）电源模块 10
四、软件设计 10
（一）总体设计思想 10
（二）各部分的软件框图和程序 11
总结 13
附录 14
附录一 电路原理图 14
附录二PCB图 15
附录三 源程序 16
参考文献 21
致谢 22
一、引言
随着单片机的广泛应用和通信技术的日益发展，超远程的实时监控越来越备受关注。同时，随着生活水平的提高，人们对环境质量也提出了很高的要求。但由于自身知识的缺乏，对于环境检测的认知也没有那么强烈，因此安装一款简易的室内监测装置显得尤为重要。目前市场上也有了这种设计，但只局限于防盗设计，本次设计在现有的基础上丰富了室内设计的功能，通过单片机的控制，实现了控制模块，检测模块，显示模块和报警模块，提高了室内检测的实用性，给人们带来了舒适的生活环境，为其生活、娱乐环境提供了一种有效的防护系统。
二、总体设计
本课题的主要思想是以单片机STC89C52为核心，以DHT11温湿度传感器，MQ-9气敏传感器、光敏电阻作为测量元件，将采集到的数据送入模数转换器进行转换，进入单片机后，将软件设置的上下限环境数据与采集的数据进行比较、分析，通过LCD液晶屏显示，同时实现超限报警和数据存储，如图2-1所示。
图2-1 硬件总体框图
三、硬件设计
（一）STC89C52单片机概述
1.STC89C52单片机组成
如图3-1所示
图3-1 STC89C52单片机组成结构图
STC89C52单片机是一种微控制器，内置8位中央处理单元、256字节内部数据存储器RAM、8k片内程序存储器32个双向输入/输出口。它内置4KB EEPROM,MAX810复位电路，全双工串行口，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构。另外，STC89C52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。
2．STC89C52单片机引脚结构
（1）电源引脚
VCC（40引脚）：电源电压
VSS（20引脚）：接地
（2）I/O口引脚
P1端口（P1.0-P1.7，1-8引脚）：端口写入1时，可用作输入口，用作输出口时，会输出电流。
P2端口（P2.0-P2.7，21-28引脚）：端口写入1时，可用作输入，作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。
P3端口（P3.0-P3.7，10-17引脚）：端口写入1时，可用作输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流。
（3）控制引脚
STC89C52单片机的管脚分布如图3-2所示。
图3-2 STC89C52管脚分布
1 RST（9引脚）：复位输入。当输入连续高电平时为有效，完成单片机的复位操作、计时完成后，引脚输出96个晶振周期的高电平。DISROT默认状态下，复位高电平有效。
2 ALE/PROG（30引脚）： ALE以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可作为外部定时器或时钟。
3 PSEN（29引脚）：外部程序存储器选通信号。当AT89C51RC从外部程序存储器执行外部代码时，PSEN在每个机器周期被激活两次。
4 EA/VPP（31引脚）：访问外部程序存储器控制信号，为使能从外部程序存储器读取指令，必须接END。
5 XTAL1（19引脚）：振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。
6 XTAL2（18引脚）：振荡器反相放大器的输入端。
P0口和P2.5、P2.6、P2.7口作为LCD液晶屏的数据口，采用并口数据传输模式，P2口中的P2.0作为湿温度传感器的数据口，P1口和P2口中的P2.1、P2.2、P2.3、P2.4分别接ADC0809的控制端，P3.6接报警电路。
3．STC89C52单片机的最小系统
图3-3 STC89C52单片机组成结构图
（1）时钟电路
STC89C52内部有一个反相放大器，引脚RXD和TXD分别是此放大器的输入端和输出端。时钟可以由内部方式产生或外部方式产生，外部方式如图（a）所示，XTAL1接地，XTAL2接外部振荡器。内部方式如图（b）所示，在XTAL1和XTAL2引脚上外接定时元件，内部振荡器就产生自激振荡。时钟电路的内部方式和外部方式如图3-4所示，本设计采用内部方式。
(a)时钟电路外部方式 （b）时钟电路内部方式
图3-4时钟电路
（2）复位电路
单片机常见的复位电路主要有上电复位电路和按键复位电路。上电复位电路如图3-5(a)所示，由RC构成微分电路，在上电瞬间，产生一个微分脉冲，其宽度若大于两个机器周期，单片机将复位。按键复位电路如图3-5(b)所示，按下图中的REST键，R、C仍构成微分电路，使RST端产生一个微分脉冲复位，复位完毕C7经R15放电，等待下一次按下复位按钮。本设计采用的是按键复位方式。
(a)上电自动复位电路 (b)按键手动复位电路
图3-5复位电路
（二）温湿度检测模块
1. 温湿度传感器介绍
DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件。DHT11的引脚说明如表3-1所示，实物图如图3-6所示。
表3-1 DHT11的引脚说明
引脚号 引脚名称 类型 引脚说明
1 VCC 电源 正电源输入，3V-5.5V
2 Dout 输出 单总线，数据输入/输出引脚
3 NC 空 空脚，扩展未用
4 GND 地 电源地
图3-6 DHT11实物图
温湿度传感器的内部结构如图3-7所示，DHT11传感器将温湿度感测、信号变换、A/D转换等功能集成到一个芯片上，其內部包括温湿度敏感元件，这两个敏感元件将湿温度转换成电信号，送入运算放大器进行放大，再进行模数转换，最后经过数字接口输出数字信号。
图3-7 湿温度传感器内部结构
2．电路设计
DHT11的供电电压为3-5.5V，电源引脚（VDD，GND）之间可增加一个100nF 的电容，用以去耦滤波。DHT11的湿度测量范围为20-90%RH，温度测量范围为0-50℃。温湿度检测电路如图3-8所示，DHT11通过P2.0口送入单片机中分析处理，若是超过上限，则利用报警电路报警。
图3-8 湿温度传感器电路
（三）光照、有毒气体检测
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