耿健+熊強強

【摘要】 本課題是要設(shè)計一種基于單片機的環(huán)境系統(tǒng)，利用單片機對溫度、有毒氣體、風速和光照強度的采集，并對采集的信息進行處理和遠程的數(shù)據(jù)傳輸。

【關(guān)鍵字】 單片機 環(huán)境檢測 設(shè)計

一、引言

雖然國民經(jīng)濟一直以來快速的反展，但是在經(jīng)濟發(fā)展的同人類的生存環(huán)境也逐漸惡化。對環(huán)境參數(shù)的實時監(jiān)測，便成為一個非常要的課題。通過環(huán)境監(jiān)測可以獲取環(huán)境信息，為環(huán)境的評估和環(huán)境治理提供重要的信息來源。

二、系統(tǒng)方案設(shè)計

對于環(huán)境檢測系統(tǒng)系統(tǒng)，主要實現(xiàn)溫度、有毒氣體、風速和光照強的檢測。有毒氣體、風速、采用AD轉(zhuǎn)換功能實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集；光照強度輸出的數(shù)字信號，單片機通過讀取IO口高低便可以實現(xiàn)采集；溫度采用單總線進行采集。

三、硬件設(shè)計

1、電源電路設(shè)計。電源電路的作用是負責系統(tǒng)各個模塊的供電工作，系統(tǒng)中各模塊需要5V的工作電壓。因此系統(tǒng)選擇LM2672-5電源芯片，將開關(guān)電源輸入的24V的電壓轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)模塊需要的電壓，在輸入電壓為24V的時候LM2676轉(zhuǎn)換效率可以達到90%以上，輸入電壓在8-40V，滿足整個系統(tǒng)的設(shè)計要求。

2、單片機最小系統(tǒng)。單片機、晶振電路、復(fù)位電路和下載電路組成了單片機的最小工作系統(tǒng)，最小系統(tǒng)是系統(tǒng)最基礎(chǔ)的電路。晶振電路由一個無源晶振和兩個20pf的電容組成，通過晶振的振蕩為最小系統(tǒng)提供需要的工作時序；復(fù)位電路的作用是讓單片機執(zhí)行的程序返回到初始狀態(tài)，通過復(fù)位電路來完成，復(fù)位電路分為，上電復(fù)位和按鍵兩種方式，其作用是在單片機程序運行受到外界的干擾情況下，可以通過復(fù)位，使系統(tǒng)回到初始的工作狀態(tài)。

3、傳感器采集電路。1）溫度傳感器采集電路。數(shù)字式溫度傳感器DS18B20電壓范圍支持3V到5.5V，DS18B20三個引腳分別為：VDD（外接供電端）；QD（數(shù)字信號輸入/輸出端）；GND（地信號端），分別接5V電源，單片機P23口和地。2）顯示電路有毒氣體和風速采集電路。1.MQ-2有毒氣體傳感器的本身輸出的就是一個比較微弱的模擬信號，單片機是不能利用IO口直接進行數(shù)據(jù)的采集，可以采用單片機的模數(shù)轉(zhuǎn)換口和專用的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片進行采集，為了提高采集的精度和系統(tǒng)的穩(wěn)定性，本設(shè)計中選擇外接模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的方法實現(xiàn)對傳感器輸出信號的采集，選擇ADC0832單片機對輸入的模擬信號進行采集，在轉(zhuǎn)化成為數(shù)字信號后接到單片機的P33口和P34口進行處理，單片機通過讀取P34口的輸出值，實現(xiàn)對本地煙霧濃度的輸出值的采集。

4、報警電路。報警電路由蜂鳴器、PNP三極管和限流電阻組成。單片機通過控制引腳電平的高低，使PNP三極管處于導(dǎo)通或截止的狀態(tài)，類似一個開關(guān)，從而實現(xiàn)開啟或關(guān)閉蜂鳴器。

5、液晶顯示電路。顯示模塊的主要實現(xiàn)本地顯示和遠程顯示兩種功能，設(shè)計中選擇12864液晶模塊，單片機通過8個IO口和液晶的數(shù)據(jù)相連，實現(xiàn)數(shù)據(jù)和命令的讀寫操作。整個液晶屏是由128*64個點陣組成的，顯示內(nèi)容的過程是讓對應(yīng)點陣點亮的控制過程。設(shè)計中選擇帶字庫的液晶，在12864硬件模塊中已經(jīng)集成字庫。單片機對液晶模塊的控是實現(xiàn)對液晶的讀寫數(shù)據(jù)函數(shù)、讀寫命令函數(shù)、初始化硬件。

6、鍵盤電路。鍵盤掃描電路設(shè)計：本設(shè)計采用三個按鍵一個加鍵（+）、一個減鍵（-）、一個確認鍵（OK）。分別接在P2.5-P27，當對按鍵按下時，單片機的IO口會被拉倒低電平，通過檢測IO口的輸出狀態(tài)可以實現(xiàn)對輸入按鍵的信息采集。按鍵模塊電路見圖3-10所示

7、通訊電路。監(jiān)測分站需要實現(xiàn)和主站之間的通訊，根據(jù)傳輸距離和通訊穩(wěn)定性等方面進行綜合考慮，設(shè)計中選擇RS485通訊方式，單片機的串口通過和485通訊芯片相連，實現(xiàn)485總線通訊。MAX3485的1腳和4腳接單片機的串口，2腳接單片機的P24口，通過該引腳實現(xiàn)485芯片的收發(fā)轉(zhuǎn)換控制。

四、軟件設(shè)計

主函數(shù)最先實現(xiàn)單片機的各個參數(shù)的初始化，其中包括定時器初始化、IO口初始化、ADC0832初始化。主控部分在初始化結(jié)束后，程序進while（1）的無限循環(huán)，在循環(huán)中不斷輪詢是否有按鍵被按下，如果有鍵按下進入按鍵處理函數(shù)。等到按鍵處理完后，看300ms定時時間是否也已經(jīng)到了。如果定時間到，開始測量傳感器輸出值，處理后進行顯示和數(shù)據(jù)的遠程發(fā)送，如圖1所示。

參 考 文 獻

[1]謝嘉奎.電子線路[M].高等教育出版社.2002.7

[2]王康年.C語言程序設(shè)計 [M].西安電子科技大學出版社.2009.10

[3]王新亮.電子測量原理[M].西安電子科技大學出版社.2003.10

[4]李媛. 單片機原理與技術(shù)[M]，北京郵電大學出版社.2009.1