畢業設計(論文)任務書（2015屆）題目：題目：PM2.5空氣檢測儀的設計與制作專業名稱：應用電子技術 姓名： 學號： 班級：應用電子技術 指導教師： 2014年09月22日目錄一緒論 11.1前言 11.2選題背景 11.3國內外發展狀態 21.3.1粉塵測量方法 ②復位電路工作原理上電復位要求接通電源后，單片機自動實現復位操作。上電瞬間RESET引腳獲得高電平，隨著電容的充電，RERST引腳的高電平將逐漸下降。RERST引腳的高電平只要能保持足夠的時間（2個機器周期），單片機就可以進行復位操作。上電與按鍵均有效的復位電路不僅在上電時可以自動復位，而且在單片機運行期間，利用按鍵也可以完成復位操作（2）晶振電路的設計晶振電路用于產生單片機工作所需要的時鐘信號，而時序所研究的是指令執行中各信號之間的相互關系。單片機本身就如一個復雜的同步時序電路，為了保證同步工作方式的實現，電路應在唯一的時鐘信號控制下嚴格地工作。通常在引腳XTALl和XTAL2跨接石英晶體和兩個補償電容構成自激振蕩器，如圖4.4Y1、C1、C2。可以根據情況選擇6MHz、12MHz或24MHz等頻率的石英晶體，補償電容通常選擇30pF左右的瓷片電容。晶振電路如圖3-3所示。晶振電路如圖3-3所示。3.2信號采集電路圖3-4信號采集電路GP2Y1010AUOF粉塵傳感器的結構特征如下3-5圖所示。圖3-5GP2Y1010AUOF粉塵傳感器的結構P2Y1010AUOF粉塵傳感器是用光學方法測量懸浮于氣相介質或者液相介質中的微小微粒特性的傳感器裝置，具有光測技術非接觸式測量、不擾動被測對象等特點。GP2Y1010AUOF粉塵傳感器可以感知煙草產生的煙氣和花粉,房屋粉塵等1微米以上的微小粒子.體積小,重量輕,便于安裝.5V的輸入電路,便于信號處理.內藏氣流發生器,可以自行吸引外部大氣.灰塵傳感器保養簡單,可以長期保持傳感器的特性.3.3LED1602液晶顯示設計電路圖3-6液晶顯示電路設計LCD1602A是一種工業字符型液晶，能夠同時顯示16x02即32個字符。（16列2行）。在日常生活中，我們對液晶顯示器并不陌生。液晶顯示模塊已作為很多電子產品的通過器件，如在計算器、萬用表、電子表及很多家用電子產品中都可以看到，顯示的主要是數字、專用符號和圖形。在單片機的人機交流界面中，一般的輸出方式有以下幾種：發光管、LED數碼管、液晶顯示器。發光管和LED數碼管比較常用，軟硬件都比較簡單。在單片機系統中應用液晶顯示器作為輸出器件有以下幾個優點：由于液晶顯示器每一個點在收到信號后就一直保持那種色彩和亮度，恒定發光，而不像陰極射線管顯示器（CRT）那樣需要不斷刷新新亮點。因此，液晶顯示器畫質高且不會閃爍。液晶顯示器都是數字式的，和單片機系統的接口更加簡單可靠，操作更加方便。液晶顯示器通過顯示屏上的電極控制液晶分子狀態來達到顯示的目的，在重量上比相同顯示面積的傳統顯示器要輕得多。相對而言，液晶顯示器的功耗主要消耗在其內部的電極和驅動IC上，因而耗電量比其它顯示器要少得多。液晶顯示的原理是利用液晶的物理特性，通過電壓對其顯示區域進行控制，有電就有顯示，這樣即可以顯示出圖形。液晶顯示器具有厚度薄、適用于大規模集成電路直接驅動、易于實現全彩色顯示的特點，目前已經被廣泛應用在便攜式電腦、數字攝像機、PDA移動通信工具等眾多領域。3.4聲光報警提示電路及LED燈電路圖3-7聲光報警提示電路3.4.1換風機電路如圖3-8所示。圖3-8換風機電路3.4.2LED燈顯示電路如圖3-9所示。當電路通電時，DI燈會亮，發出綠光，代表粉塵傳感器正在工作。當測量值少于報警值是D2燈會亮，發出黃光，代表當前空氣質量良好。圖3-9LED燈電路LED的特點非常明顯，壽命長、光效高、輻射低與功耗低。作為目前全球最受矚目的新一代光源，LED因其高亮度、低熱量、長壽命、無毒、可回收再利用等優點，被稱為是21世紀最有發展前景的綠色照明光源。本設計利用不同顏色的LED指示不同的測量信號。3.4.2蜂鳴器驅動電路:一般都包含以下幾個部分：一個三極管、一個蜂鳴器、一個限流電阻。蜂鳴器為發聲元件，在其兩端施加直流電壓（有源蜂鳴器）或者方波（無源蜂鳴器）就可以發聲，其主要參數是外形尺寸、發聲方向、工作電壓、工作頻率、工作電流、驅動方式（直流/方波）等。這些都可以根據需要來選擇。本設計采用有源蜂鳴器。三極管Q1起開關作用，其基極的低電平使三極管飽和導通，使蜂鳴器發聲；而基極高電平則使三極管關閉，蜂鳴器停止發聲。3.5換風系統電路主要原理是：用風機將空氣抽入機器，通過內置的濾網過濾空氣，主要能夠起到過濾粉塵、異味、有毒氣體和殺滅部分細菌的作用。3.6按鍵電路本設計采用按鍵接低的方式來讀取按鍵，單片機初始時，因為為高電平，當按鍵按下的時候，會給單片機一個低電平，單片機對信號進行處理單片機鍵盤有獨立鍵盤和矩陣式鍵盤兩種：獨立鍵盤每一個I/O口上只接一個按鍵，按鍵的另一端接電源或接地，這種接法程序比較簡單且系統更加穩定；而矩陣式鍵盤式接法程序比較復雜，但是占用的I/O少。根據本設計的需要這里選用了獨立式鍵盤接法。3.6.1按鍵硬件電路如下圖3-10所示：圖3-10按鍵硬件電路四PM2.5粉塵測試儀系統軟件設計4.1系統程序流程如4-1圖所示。圖4-1系統程序流程4.2濃度參考值的鍵盤設定程序設計因為不同環境中粉塵濃度不同，粉塵流動量也不一樣，人在不同環境中工作所承受的最大粉塵量也不一樣，所以在更換環境時要設置不同的粉塵濃度參考值（該環境中能接受粉塵濃度最大值），當濃度超過所設定值時，粉塵檢測儀報警，我們根據報警就可以采取相應措施或使人員撤離工作現場或動力降低粉塵濃度。本模塊利用獨立按鍵方式通過三個獨立按鍵累加輸入參考值，通過單片機比較采集的數據與參考值來控制蜂鳴器是否報警。同時可以通過獨立按鍵來進行參考值和當前濃度值的顯示切換。4.2.1鍵盤掃描的設計在單片機應用系統中，掃描鍵盤只是CPU的工作任務之一。在實際應用中要想做到既能及時響應鍵操作，又不過多的占用CPU的工作時間，就要根據應用系統中的CPU的忙閑情況，選擇好鍵盤的工作方式，本次設計主要是設計的小型系統CPU工作比較空閑，所以用編程掃描方式。鍵盤掃描程序的功能(a)判別鍵盤上有無鍵按下。其方法為掃描鍵盤接入口，若全為“1”，則鍵盤無鍵按下，若不全為“1”，則有鍵按下。(b)去除鍵的抖動影響。其方法為判斷到有鍵按下后，軟件延時一段時間（一般為10ms左右）后，再判斷鍵盤狀態，如果仍為按下狀態，則認為有一個確定的鍵按下，否則按鍵抖動處理。當鍵盤釋放時，判斷到有鍵釋放也軟件延時一段時間，如果仍為鍵釋放狀態，則認為鍵確實釋放了。(c)求按鍵位置，對各鍵進行逐個掃描，最后卻定按下的鍵號。鍵盤掃描程序流程圖如4-2圖所示。圖4-2鍵盤掃描程序流程4.3信號采集部分的程序設計因為粉塵濃度是連續變化的模擬信號，通過粉塵采集器可以將環境中的粉塵濃度轉換為模擬電信號，然后通過信號放大器將轉換來的電信號放大成0～5V的電壓信號。4.3.1數據采集流程圖設計粉塵數據采集模塊流程圖如圖4-3所示。圖4-3粉塵數據采集模塊流程4.4蜂鳴器報警部分程序設計該部分是當采集到的環境中的粉塵濃度大于參考值時，單片機就會驅動蜂鳴器報警，然后采取相應措施降低粉塵濃度或者使人員撤離工作現場。該蜂鳴器是通過P3^3口與單片機相連。圖4-4報警電路流程設計4.5LED1602液晶顯示部分的程序設計對于人機交互式單片機系統來說，不僅需要響應用戶輸入，同時也需要將一些測控信息輸出顯示。這些顯示信息可以提供實時的數據或圖形結果，以便于掌握系統的狀態并進行分析處理。目前，在單片機中最常用的是LED1602液晶顯示屏。其成本低廉、使用簡便，可以顯示數字或幾個特定的字符。4.5.1顯示流程圖設計LED1602液晶顯示流程圖如下圖4-5所示。圖4-5LED1602液晶顯示流程五PM2.5粉塵檢測儀的測試結果及結論5.1調試調試過程中首先要檢測的就是硬件電路的設計原理是否正確、能否達到預期效果以及實現方法是否簡便等等；其次在焊接好難有線電路之后，認真檢查電路的焊接情況。這次采用的是分塊調試的方法，PM2.5粉塵檢測電路，控制電路以及單片機控制電路進行調試。在對每個模塊的進行調試過程中又采用了由局部到整體，由簡單到復雜的調試方法，最后再將各個模塊總和成一個整體。在調試過程中遇到的問題有：由于在焊電路之前沒有徹底調查過電阻的大小對PM2.5粉塵檢測電路的影響，導致一直以為傳感器不工作，顯示屏是沒有數據顯示，后來換了合適的電阻，數據也檢測出來了；在解碼程序的編寫過程中，經過多次的程序修改與硬件調試，基本上能很好地實現自動報警，智能開啟換風機，及時改善空氣環境的功能。解決：對電路進行測試,如對單片機的輸出管腳信號進行測試，觀察是否存在漏焊,虛焊,或者元件損壞的現象。若無此問題查看燒寫的程序是否正確無誤，對程序進行認真修改。當顯示亮度不好時阻器的阻值，直到看到合適的亮度為止。經過多次的反復調試與分析,可以對電路的原理及功能更加熟悉,同時提高了設計能力與及對電路的分析能力。同時在軟件的編程方面得到更到的提高,對編程能力得到加強，同時對所學的知識得到很大的提高與鞏固。如下為硬件實物圖：可通過手動按鍵設置報警值換風機系統，當超過預定值時自動轉動可通過手動按鍵自我設定STC12C5A60S2LED燈顯示外接AT24C02，有掉電保存數據功能1602LED液晶顯示開關電源PM2.5空氣檢測儀的設計與制作GP2Y1010AUOF粉塵傳感器每間隔10S更換一次采集濃度值檢測更準確聲光報警系統，當超過預定值時自動報警結論可通過手動按鍵設置報警值換風機系統，當超過預定值時自動轉動可通過手動按鍵自我設定STC12C5A60S2LED燈顯示外接AT24C02，有掉電保存數據功能1602LED液晶顯示開關電源PM2.5空氣檢測儀的設計與制作GP2Y1010AUOF粉塵傳感器每間隔10S更換一次采集濃度值檢測更準確聲光報警系統，當超過預定值時自動報警經過一番努力后，粉塵測試儀設計的終于完成。在設計該粉塵測試儀的過程中，我首先按照粉塵檢測儀的功能設計出其大致的電路電路方框圖，然后分析各個功能模塊：信號采集模塊、信號轉換模塊、LED1602顯示模塊的。選好材后畫出電路原理圖，再到編寫程序，最后進行仿真，這次課題設計可以說成功完成。說到編寫程序是可花了不少功夫，因為該設計需要精確到小數位的個位，這個可給我帶來了苦惱，在同學的幫助下最終解決了這個問題。實驗結果表明此粉塵測試儀實現后具有讀取方便、顯示直觀、電路簡潔等優點，符合電子儀器儀表的發展趨勢，具有良好的市場前景。在整個設計過程中，充分發揮了人的主觀能動性，自主學習，學到了許多沒學到的知識。程序編寫中，由于思路不清晰，開始時遇到了很多的問題，經過靜下心來思考查資料，和同學討論，向老師請教，理清了思路，完成對程序的編寫。通過設計提高了對單片機的認識，進一步熟悉和掌握單片機的結構及工作原理。通過實際程序設計和調試，逐步掌握模塊化程序設計方法和調試技術，提高軟件設計、調試能力；通過這次設計熟悉以單片機核心的應用系統開發的全過程，掌握硬件電路設計的基本方法和技術，掌握相關電路參數的計算方法。最終較好的完成了設計，達到了預期的目的。但是由于個人能力的原因，這個沒能解決所顯示的數字有些閃動的效果，以及焊接技能需要加強鍛煉在功能方面是顯得非常的簡單，只實現了三個最基本的功能，還有許多不足和可以擴展的地方。例如實現粉塵檢測系統智能化、人性化等，這些有待以后來彌補，還望各位老師予以指正和修改。參考文獻[1]何立民.單片機應用技術選編[M].北京：北京航空航天大學出版社，1993：23-24[2]李衛東，李鐵軍，劉華，曹福德.HG-HC智能煙塵粉塵測量儀[J].儀器儀表學報，2004，[3]董愛華，余瓊芳.煤礦井下粉塵信號光電檢測電路的研究[J].儀器儀表學報，2003，[5]董曉紅.同步粉塵測試儀的設計與實現[D]．成都：四川大學.2004[4]梅麗鳳，王艷秋，汪琉鐸，任國臣.單片機原理及接口技術[M].北京：清華大學出版社，2009：310-321．[5]唐娟.粉塵濃度在線監測技術的現狀及發展趨勢[J].礦業安全與保護，2009：69-74．[6]吳泉英.數字式粉塵測試儀中的信號處理[J].蘇州城建環保學院學報，1999：89-100附錄一：系統程序主程序//頭文件#include"STC12c5A.h"#include"1602.h"#include"2402.h"#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedint//定義按鍵sbitKey_Up_=P3^4;sbitKey_Down=P3^5;//定義風扇sbitfs=P2^0;//定義蜂鳴器LED報警sbitDUST_Warn=P3^3;sbitLED1=P2^3;sbitLED2=P2^4;//定義標識ucharFlagStart=0;sbitLED=P3^2;//全局變量定義，constcharADC=0x00; //P1^0 uintCounter;uintDUST_SET; //固體顆粒的閾值floatDUST_Value;ucharADC_Get[10]={0}; //定義AD采樣數組ucharnum=0;//函數聲明voidData_Init();voidTimernit();voidADC_Init();0_Init();voidPort_IucharGetADVal(uchar);voidKeyProcess(void);//數據初始化voidData_Init(){Counter=0;FlagStart=0;DUST_Value=0;DUST_Warn=1;LED=0;fs=1;}//DS185頁定時器初始化定時10msvoidTimer0_Init(){ //AUXR=0x80;//Timeworkin1Tmode TMOD=1; TL0=(65536-30000)/256; TH0=(65536-30000)%256; TR0=1; ET0=1; EA=1;}//定時器0中斷voidTimer0_ISR(void)interrupt1using0{uinti,j; TL0=(65536-30000)/256; TH0=(65536-30000)%256; LED=1; //開啟傳感器的ＬＥＤ for(j=0;j<222;j++);//0.28ms//延時0.28ms ADC_Get[num]=GetADVal(ADC); //開啟ADC采集 num++; if(num>9) { FlagStart=1; num=0; TR0=0;//先關閉定時器0 EA=0; } //采集10次，關閉定時器0，進行數據處理// for(j=0;j<25;j++); LED=0;//關閉傳感器LED}//端口功能設置voidPort_Init(){P1M0=0x03;//DS--88頁IO口功能設置，設為開漏11P1M1=0x03;//}voidADC_Init()//DS-282頁{P1ASF=0x03;//開啟通道0,1ADC_RES=0;ADC_CONTR=ADC_POWER|ADC_SPEEDLL;//每次轉換需要420個時鐘周期 delay_ms(10);}//進行AD轉換，得到當前8位AD值ucharGetADVal(ucharCH){ADC_CONTR=ADC_POWER|ADC_SPEEDLL|CH|ADC_START;//delay_ms(1);while(!(ADC_CONTR&ADC_FLAG));//等待ADC轉換結束ADC_CONTR&=~ADC_FLAG;//關閉ADCreturnADC_RES;}//中值濾波//算法：先進行排序，然后將數組的中間值作為當前值返回。ucharError_Correct(uchar*str,ucharnum){unsignedchari=0;unsignedcharj=0;ucharTemp=0;//排序for(i=0;i<num-1;i++){ for(j=i+1;j<num;j++) { if(str[i]<str[j]) { Temp=str[i]; str[i]=str[j]; str[j]=Temp; } } }//去除誤差，取中間值returnstr[num/2];}//存入設定值將設定值存儲在24C02中voidSave_Setting(void){ucharSave;Save=DUST_SET/256;IIC_Write(0x00,Save);Save=DUST_SET%256;delay_ms(10);IIC_Write(0x01,Save); }//載入設定值從24C02中讀取設定值voidLoad_Setting(){DUST_SET=0;DUST_SET=IIC_Read(0x00);DUST_SET*=256;delay_ms(10);DUST_SET+=IIC_Read(0x01);if((DUST_SET>=760)||(DUST_SET<=0))DUST_SET=100;}//按鍵處理程序voidKeyProcess(void){ucharTemp;uinti,j;Temp=P3;Temp&=0xf0;if(Temp!=0xf0){ //延時 //for(i=0;i<500;i++)//for(j=0;j<254;j++); Temp=P3;Temp&=0xf0; if(Temp!=0xf0) { switch(Temp) { case0xE0:DUST_SET++;break; // 設定值+ case0XD0:DUST_SET--;break; // 設定值- default:break; } //值限定 if(DUST_SET>=760) DUST_SET=760; if(DUST_SET<=1) DUST_SET=0; Save_Setting(); } }}voidmain(){ucharread;uintDUST;EA=0;//總中斷關閉 Data_Init();//數據初始化Port_Init();//端口初始化IIC_Init();LCD_Init(); //液晶初始化LCD_Clear();//清屏LCD_Write_String(4,0,"Welcome");LCD_Write_String(0,1,"PM2.5Detector");delay_ms(2000);LCD_Clear();//清屏delay_ms(10);LCD_Write_String(0,0,"PM2.5:mg/m3");LCD_Write_String(0,1,"Alarm:mg/m3");//載入設定值Load_Setting();ADC_Init();//ADC初始化delay_ms(10);Timer0_Init();//定時器0初始化num=0; DUST=0;FlagStart=0;while(1){ if(FlagStart==1)//10次采集完成 { DUST=Error_Correct(ADC_Get,10); //求取10次AD采樣的值 DUST_Value=(DUST/256.0)*5000; //轉化成電壓值MV DUST_Value=DUST_Value*0.172-99.9;//DUST_Value=((DUST)*38)/4-202;// //固體懸浮顆粒濃度計算Y=0.172*X-0.099