基于单片机空气PM2.5浓度检测系统设计毕业论文

河南科技大学毕业设计（论文）毕业设计（论文）题目：基于单片机空气PM2.5浓度检测系统设计

河南科技大学毕业设计开题报告 课题名称基于单片机空气PM2.5浓度检测系统设计学生姓名于海洋专业班级机电114课题类型硬件设计指导教师徐莉萍职称教授课题来源科研设计（或研究）的依据与意义设计的依据：21世纪的今天，科学技术的发展日新月异，科学技术的进步同时也带动了测量技术的发展，现代控制设备不同于以前，他们在性能和结构发生了翻天覆地的变化。我们已经进入了高速发展的信息时代，测量技术是当今社会的主流，广泛地深入到应用工程的各个领域。监测PM2.5的原理以及硬件都在明显的改善，软件的简化功能的增加。本课题的背景是根据基于专业的精细的检测仪基础上，来设计便携式的PM2.5检测仪，携带方便，现在具有粉尘传感器，单片机，LCD液晶,及蜂鸣报警器，模拟信号的转化为数字信号，数据采集电路采集PM2.5的浓度值，并由微控制器分析处理数据，最后由液晶显示屏显示相应的结果，小巧的装置可以应对现在人们的监测，以及微机原理的接口技术单片机原理，显示屏的装置技术，信号的转换与放大技术，调理电路的器件实现，调理电路的原理误差减少等明显的提高，单片机的仿真软件的出现单片机电子电路的仿真大大改善了现在的设计困难程度。设计的意义：近年来，雾霾问题引起了大家的重视，也影响了民众的生活，灰蒙蒙的天气也引起了大家的恐惧。因为空气质量的恶化，雾霾天气现象出现增多，危害现象加重。中国不少地区把阴霾天气并入雾以其作为灾害性天气预警预报。统称为雾霾天气。雾霾主要由PM2.5,PM10,PM0.1,以及重金属珅铬铅等颗粒组成。有关雾霾的重大事件层出不穷，如1952年伦敦烟雾事件，伦敦杀人雾在四天内夺走了4000多天人命；还有2013年初北京肆虐横行的雾霾事件，轰动一时。因此，对PM2.5的测量显得越来越重要。让大家了解雾霾的成因及危害，雾霾天气应该注意的事项，保护好自己。

普及雾霾问题和了解PM2.5的简单测定，并且符合环保保护的要求。而央视前记者柴静拍摄的记录片《苍穹之下》就是对现在问题的根本性的揭露，我们不仅要为了我们自己能够生活在一个更加明媚，更加阳光，白云万里的世界里而奋斗，而且还要保证以后的子孙后代都应该享受这样的天空。其次，雾霾会引发很多的疾病，尤其是肺部方面的疾病，被吸入人体后会直接进入支气管，刺激呼吸道，干扰肺部的气体交换从而引发咳嗽、呼吸困难、哮喘、慢性支气管炎等呼吸系统疾病并导致心律不齐、非致命心脏病等心血管方面的疾病。也会引发很多的综合性疾病，检测雾霾天气的危害，并使之达到环境保护要求已经刻不容缓。国内外同类设计（或同类研究）的概况综述国内外的设计主要是在下面方法的基础上实现的重量法所谓重量法是指将PM2.5直接截留在滤膜上，然后用天平称重。滤膜并不能把所有的PM2.5都收集到，一些极细小的颗粒还是能穿过滤膜。但只要滤膜对于0.3μm以上的颗粒截留效率大于99%，就算合格。因为所损失的极细小颗粒物对PM2.5的重量贡献很小，对分析结果影响不大。目前按照重量法设计的采样设备较多，如中国生产的TH—150型智能中流量颗粒物采样器、四通道PM2.5采样器（PR2300）、美国URG公司生产的通用型大气污染物采样仪（URG—3000k）、德国GRIMM分析仪等。这些采样器利用Teflon膜或PTEE滤膜对PM2.5进行采样，再采用称重法计算颗粒物质量浓度。重量法是最直接、最可靠的方法，是验证其他方法是否准确的标杆。然而重量法需要人工称重，程序比较繁琐而费时。因此，这种方法及仪器多应用于进行单点、某时间段内的采样与监测，为大气污染调查、研究提供数据。β射线吸收法将PM2.5收集到滤纸上，然后照射一束β射线，射线穿过滤纸和颗粒物时由于被散射而衰减，衰减的程度与PM2.5的重量成正比。根据射线的衰减就可以计算出PM2.5的重量。由于这种方法可实现自动、连续监测，因此多应用于大气环境监测业。这种方法一般要求都比较高，设备比较昂贵，适用于大型的研究设备以及大型的研究场合。微量振荡天平法基于微量振荡天平法研制的采样器由空心玻璃管、滤芯等组成。该空心玻璃管一头粗一头细，粗头固定，细头装有滤芯。工作原理为：空气从粗头进，细头出，PM2.5就被截留在滤芯上。在电场的作用下，细头以一定频率振荡，该频率和细头重量的平方根成反比，于是，根据振荡频率的变化算出收集到的PM2.5的重量。该方法可实现自动、连续监测。因此，近年来我国多个地区采用微量振荡天平法测定PM2.5浓度。例如，2011年沈阳市环境监测中心站采用“赛默飞世尔”的1405型振荡天平法颗粒物监测仪对PM2.5进行了长期的监测和分析。除了以上三种PM2.5重量测定方法外，还有利用光散射的原理测定颗粒物浓度的方法。但是，这种方法并没有被各国环保部门采纳为标准方法，虽然目前有依据此原理制成的专业仪器在某些科研中时有运用。该测定方法的原理是：空气中的颗粒物浓度越高，对光的散射就越强；测定光的散射后，理论上就可以算出颗粒物浓度。但在实际运用中，由于光的散射与颗粒物浓度之间的关系是受到诸多因素的影响，例如颗粒物的化学组成、形状、比重、粒径分布等，而这些都取决于污染源的组成。这意味着光散射和颗粒物浓度之间的换算公式随时随地都可能在变，需要仪器使用者不断地用标准方法进行校正。有研究者做过理论计算：利用光散射仪测定PM2.5，至少有30％—40%的不确定性。这种不确定性是这类仪器固有。所以需要其不断地去校正，为以后的测量能够更加的准确，得有相对接近事实的数据。课题设计（或研究）的内容首先通过PM2.5粉尘传感器及检测电路对周围环境中的PM2.5的浓度值数据进行采集，由模数转换电路将PM2.5检测电路输出的模拟量转换成数字量，并将数据传送给微控制器，并由微控制器对数据进行处理分析。一方面将处理的结果显示在LCD1602液晶显示屏上，使PM2.5的检测结果一目了然，方便人们随时随地的了解周围的PM2.5的状况。另一方面，如果PM2.5的浓度过高，便由微控制器通过报警电路进行必要的提醒，报警部分主要由LED指示灯和蜂鸣器组成。并设计其外壳的形状，便于携带，小巧并且美观。4.设计（或研究）方法通过看视频及查看资料对单片机、LCD、微控制器、模数转换的应用学习，熟悉芯片的功能,学习相应的函数，程序设计等，用芯片实现模数/数模转换及音频的噪音处理和压缩，编码，解压，解码等。通过查资料，看相关的作品，分析模数转换的相对转换，如何实现报警的相关程序，理解并编好需要的程序，逐步实现本课题需要的功能。通过仿真软件的仿真看时候能够实现需要的要求，逐步的改进其需求。然后按照要求做出实物，做实验验证其合理性及实用性并查找资料设计其外观的几何形状的设计。5.实施计划1、第3~4周：查阅资料，完成开题报告，确定总体方案；2、第5~12周：设计硬件电路、编写程序，联机调试；3、第13~14周：编制设计说明书；组装实物并试验；准备答辩；4、第15周：答辩。指导教师意见指导教师签字：年月日教研室意见教研室主任签字：年月日

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作者签名：日期：指导教师签名：日期：使用授权说明本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名：日期：

学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名： 日期：年月日导师签名：日期：年月日

注意事项1.设计（论文）的内容包括：1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）2）原创性声明3）中文摘要（300字左右）、关键词4）外文摘要、关键词5）目次页（附件不统一编入）6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论7）参考文献8）致谢9）附录（对论文支持必要时）2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。4.文字、图表要求：1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印4）图表应绘制于无格子的页面上5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档5.装订顺序1）设计（论文）2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订

基于单片机空气PM2.5浓度检测系统设计摘要随着柴静的纪录片《苍穹之下》的播放，现在的人们对PM2.5已经变得更加的熟悉了。了解它的危害以后，监测PM2.5已经变得具有非常重要的意义，尤其是小型便携式的让能够让我们我们随时随地的对空气质量进行检测，确保我们周围环境的质量。同时现代社会的经济和社会得到了充分地发展，高科技技术应用于社会的例子已经屡见不鲜，尤其在单片机快速发展的今天，单片机应用于现今检测设备已经越来越多，形成了一定的规模，越来越小型化和多样化。本课题主要是采用单片机对空气浓度PM2.5的测量系统。此系统把传感器技术与单片机的控制技术，AD转换技术相结合,实现对空气颗粒浓度的采集。把模拟量转换成数字量，经过单片机的处理计算后，在显示屏上显示。实践证明，该设计系统电路便于人们对身边的空气质量进行实时监测，从而可以有效地提高身体健康，改善人们周围的环境，具有非常重要的实际意义，并且操作简单，集成度高、工作稳定，调试方便，测试精度高，具有一定的实用价值，因此市场应用前景非常的广泛。关键词：单片机；PM2.5；粉尘浓度；传感器技术

BASEDONSINGLECHIPMICROCOMPUTERPM2.5AIRQULITLYMEASURMENTDESIGNABSTRACTWiththebroadcastJingChaidocumentary"underthesky",andnowthepeopleofPM2.5havebecomemorefamiliar.Familiarwithitsharm,PM2.5monitoringhasbecomehastheveryimportantsignificance,especiallysmallportableletcanletusanytime,anywhereontheairqualitytesting,toensurethequalityoftheenvironmentaroundus.Andtheeconomyandsocietyofmodernsocietyhasbeenfullydeveloped,technologyisusedausedinthemoderntestingequipmenthasbeenmoreandmore,formingacertainscale,moreandmoresmallanddiversified.ThispapermainlyusesthesinglechipmicrocomputertoairconcentrationPM2.5measurementsystem.

Thissystemcombinesthesensortechnologywiththesinglechipmicrocomputercontroltechnology,andtheADconversiontechnology.Realizetheconcentrationofairpaticlesinthecollection

AnalogKingadisconvertedtodigitalquantity,throughcalculationofthemicrocontrollerindisplayscreendisplay.Practicehasprovedthatthedesignofcircuitsystemforreal-timemonitoringoftheairqualityaround,whichcaneffectivelyimprovehealth,improvetheenvironmentaroundus,andhasveryimportantpracticalsignificance,andhastheadvantagesofsimpleoperation,highintegration,stability,convenientdebugging,hightestprecision,withsomepracticalvalue.Therefore,marketprospectisverywidely.KEYWORDS：MCU；PM2.5；Dustconcentration；Sensortechnology目录前言 1第1章国内外同类设计的概况综述 3§1.1设计的历史依据及其意义MACROBUTTONAcceptAllChangesInDoc 3§1.2国内外检测PM2.5主要的设计方法 3第2章系统硬件总体设计及电路设计 5§2.1系统硬件总体设计 5§2.2硬件电路设计及相应主要芯片介绍 6§2.2.1单片机最小系统 6§2.2.2采集电路设计 11§2.2.3液晶显示模块 14§2.2.4发光报警电路 18§2.2.5供电电路 19第3章软件部分设计 20§3.1开发环境 21§3.2主体程序设计 21§3.2.1主程序设计 21§3.2.2中断程序设计 22第4章系统调试 23§4.1硬件的调试 23§4.2软件的调试 23§4.3软件的下载 24结论 27参考文献 28致谢 29附录A 30附录B 46PAGE28前言数字由于现代社会经济与科技的高速发展，人们对身边生活环境的要求越来越高，经济的发展同样不可避免的带来一些负面的影响，环境污染就是其中之一，现在人们对周围的环境已经变得越来越关注。使得人们感觉到环境对自身健康的影响有着很大一部分的影响作用，人们的关注点时刻的被牵引在周围的环境危害上面，现在的我们已经变得对周围环境要求比较渴望居住在舒适的环境里，迫切的希望吸上比较新鲜的空气。我们大部分的时间都是在都是在我们居住的房子里，由此监测我们住房的环境显得更加的有效，还我们一个舒适，安全的居住环境，由于现在房屋的建材，专修房屋的材料对人体还是有一定的危害作用，例如；甲醛、有毒的重金属颗粒物、环境的直接危害就是导致呼吸道健康方面的危机，PM2.5的浓度指数已经引起了不少的关注，手机上时常有着PM2.5的浓度检测。现在有了高科技的快速发展，并且与其相结合的优势，对环境的检测相对来说比较高效，并且具有实时性。此次设计主要是利用单片机作为微处理器为核心并与粉尘传感器相结合以及其他电路形结合，以AT89S52单片机为核心，ADC0832模／数转换器、PM2.5粉尘传感器GP2Yl010AUOF、LCD1602显示屏组成粉尘浓度检测系统。它通过对当前环境地检测实现PM2.5的采集、转换、计算以及读取，把得到的数据经过显示屏进行显示。通过单片机将先进科技应用于检测环境的质量，提醒人们做出相应安全防护措施，改善当前环境状况。本课题的终极目的是通过单片机与控制技术传感器技术相结合而实现对PM2.5的检测的环境检测系统。本次设计具有很多明显的优势就是简单便携并且材料不贵，可操作的精度要求比较高，并且具有可调节的优点，此次设计以单片机作为控制中心，传感器采集的颗粒物浓度经过AD转换成数据通过单片计算输送给显示屏显示设定最大爆表值超过这个值蜂鸣报警，实现高效便捷的检测PM2.5浓度的作用。主要的设计内容如下：（1）采用夏普GP2Y1010传感器对粉尘颗粒采集。（2）使用AD0832作为采集样品的模拟量转化为数据量(3)采用AT89S52单片机作为控制核心，计算其颗粒物的浓度（4）LCD1602作为显示屏显示所有测量值。（5）通过按键设置报警值，作为检测量最高值，当测量的值高于报警值，蜂鸣器报警。第1章国内外同类设计的概况综述§1.1设计的历史依据及其意义MACROBUTTONAcceptAllChangesInDocPM2.5受到关注是在上世纪的90年代，在美国的一些科学家或者协会相应的做出一些研究和发表一些论文，指出了颗粒物污染的一些来源，制定一些规章制度来限制各个国家地区对颗粒物的排放问题，在我国最早是在一位网络友人“美帝是管空气”在微博上转发的美国驻华使馆在twitter上发表的北京PM2.5的检测数据，严重爆表。而在2015年2月28日柴静自费拍摄的《苍穹之下》更是揭露了现在我们面临的种种环境危机，从而现在的我们更加的关注颗粒物的一些实质性的危害。可以提高我国的环境保护的意识，具有不可磨灭的影响。随着人类掠夺式地开发资源以及以牺牲环境为代价来换取工业和经济的快速发展，导致环境污染问题愈来愈严重。生存的环境变得苦不堪言时常受到一些迫害，因此与大自然的和平相处已变得刻不容缓。为了解决这些问题，所以现在的很多东西都应用了高科技的产品来实行对自身周围的环境进行检测，提高保护措施。§1.2国内外检测PM2.5主要的设计方法重量法重量法通俗来讲指直接将大气流中的PM2.5颗粒被截留在滤膜上，然后用天平直接称重。但是仍然会有一些比较较小的颗粒会穿过滤膜，但是这些颗粒较小重量可以忽略对重量的影响不大。目前，按照重量设计的检测PM2.5采样设备比较多，如美国URG公司生产的通用型大气污染物采样仪（URG-300K）,中国生产的四通道PM2.5采样器（PR2300），TH-150型智能颗粒物采样器。重量法可以是说最基本的方法，是验证其他方法的标尺，是最简单，最可靠的方法。但是也有其缺点，他需要人工来完成，并且其相应的配套设备也比较相当的复杂，相对来说比较费时，因此重量法多应用于单点上。微量振荡天平法

微量震荡天平法相对来说就没有那么高的检测精度，但是它并不像重量法那样的复杂，它主要是靠颗粒通过他的传感器（锥形管构成）改变其震荡的频率，也就是说空气中的颗粒被截留在可随时更换的滤膜上，导致振荡频率发生变化，这是就可以根据频率的变化来检测此时的颗粒浓度。它能够实现连续检测的目的，并且能够自动实现。因此我国现在的很多地方目前都是采用这个方法来测定PM2.5的浓度，从而更好地实时测量周围的环境质量。

Beta射线法/β射线法

Beta射线法基本上可以跟微量震荡天平法是一个性质类的，此方法是根据射线衰减的原理来实现的，就是当射线照射在通过空气的颗粒时，相应的接收到的射线就会相应的减少。减少的多少，根据换算公式就会计算出颗粒物的浓度大小。此系统也有相应的缺点，那就是可能在照射的过程中会有相应的挥发，这时就需要一些补偿的系统，能够最大限度的保证其准确性，接近于真实值。光散射法光散射的原理是指；空气中的颗粒物对光具有一定的散射作用并且根据浓度的不同散射的值也就相应的会有所不同，浓度较高时，对光的散射也不会相应的提高，测定光值以后，通过相应的换算公式也就会得到其浓度值。但是，颗粒物与光的散射有着复杂的关系，颗粒的的形状，化学组成，比重，微粒的分布都会影响光的散射问题。此外，这鞋颗粒物之间有可能还会发生一些化学反应。

第2章系统硬件总体设计及电路设计§2.1系统硬件总体设计本设计系统以AT89S52单片机为基本核心，主要包括粉尘传感器采集模块，A/D模数转换ADC0832模块，单片机作为控制模块，显示屏作为显示模块。设计系统通过传感器电路检测PM2.5粉尘信息，由AD模数转换，经过过过单片机的计算，最后在液晶上面显示。整个系统的框架结构如图2-1所示图2-1整体系统框架总图1．灰尘传感器：实现对灰尘颗粒的感应。2．A/D转换电路：用于完成传感器输入模拟量转换成数字量3．供电电路：实现对整体系统的供电。4．单片机最小系统：AT89S52作为微处理器，包含时钟电路，复位电路控制其他的设备。5．显示液晶：用于完成对系统测量值和报警值得显示。6．按键电路：用于完成报警值参数调整的功能。7．报警电路：实现系统的报警。§2.2硬件电路设计及相应主要芯片介绍硬件电路设计主要是根据设计技术的要求，设计出硬件电路原理图，也就是说硬件设备应该怎样连接的方式，下面将对这个方面做具体的阐述。§2.2.1单片机最小系统单片机的最小系统应能让单片机正常工作并且能够正常的发挥其功能的一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。它是一个小型的电脑设备所具有的那样拥有者明显的大脑，也就是控制的核心。同时，也具有一些输出设备，还有就是定时器，能够作为时间的控制中心，具有作为通讯的接口，把所有需要用到的都集中在一个小小的芯片之上，这就是单片机。当然单片机现在的发展已经比较先进，我们来看一下作为最基本的存在它是怎样的。如图2-2及2-3图2-2单片机最小系统框图2-3单片机最小系统引脚接线图一般把AT89S52单片机的工作电压定为5V，经过查看电路图，VCC接5V的电压，VSS接地，在单片机中复位电路是必须存在的电路，就像我们开启一台电脑一样，需要打开开机键。这个复位开关就相当于开机键的存在，同时如果我们的机器死机，或者是出现不可未知的危害是，需要我们重新启动时，都可以这样开始，这次的设计采用的是手动复位的开关。与复位电路同样至关重要的就是属于我们应用的时钟电路，这个时候时钟电路就像是整个机器的心脏一样，控制着单片机的节奏。XTAL1为反向放大器的输入，XTAL2为反向放大器输出，这是利用晶振的作用来实现放大的节奏。本次设计就是采用机器周期为12个振荡周期的石英晶振。单片机最初是作为微控制器被利用起来，它被用在工业领域的很多方面，比较早的时候CPU是其核心装置，然后就集成了很多的外设接口，能够实现比较复杂的小型控制。单片机最早是由英特尔公司提出来的。AT89S52单片机是本次设计所采用的单片机，下面将重点介绍它的主要性能和参数。如图2-4实物图AT89S52图2-4AT89S52实物图AT89S52具有一些比较优质的性能，例如能更好地与其他的设备兼容，目前在小型的设备中，它有32位I\O线，这是能够跟外界沟通的基础，同时也是能够控制外设的基础，另外还具有256自的RAM，能够存储一些必要的即时数据，或者一些程序，8K字节的Flash，能够不断地擦写上千次，同时还具有一定的断电保护设备，即使在断电的情况下，也能够把所需要的设备保护在起来，为了能够更加的快速工作有时候要实行串行并行接口同时使用这样的设备。全双工串行口，还有复位的功能，此功能可以在系统发生崩溃时，重新再来的接口，有时是手工的有时可以设计成高电平的。P0口P0口作为I\O接口的一种，它是一个8位漏极开路的双工接口，可以驱动8个低电平的逻辑电平，需要在外部添加上拉电阻，以提高阻抗。所以在其输入比较高的阻抗时，引脚可以作为高阻抗输入。还有就是在程序校验的过程中呢，也需要外部的上拉电阻。P1口P1口中有个比较特殊的两个是P1.0与P1.1这两个作为定时器运用在单片机中有时还可以作为定时器。它在编程的过程中呢，这个接口主要接受低八位的地址字符。它能够输出驱动4个低电平的逻辑电平，但是其内部有着上拉电阻，双向输入接口。引脚号第二功能：P1.0T2时钟输出，P1.1T2EX捕捉，重载触发信号和控制方向。P1.5MOSI、P1.6MISO、P1.7SCK、作为系统编程用。P2口P2口与P1口有一些明显的差别，它在做为输入使用时，由于在外部条件的影响下就会被拉低将输出低电平的电流，此外它的内部也具有上拉电阻，能够驱动四个低电平，在访问外部程序寄存器或者是存储器时，这时候就会输出高八位的地址，当对其写入1时，内部的上拉电阻就会把阻值提高，在使用其编程时，就会接受高八位的一些控制信号或者是地址字节。P3口P3口在AT89S52中有特殊的功能（第二接口），他跟另外的两个接口同样也具有内部上拉电阻，在编程的工程中或者检验中，他也能够收到一些控制类的信号，具有8位双向I\O接口。同时有时候也会接受一些flash闪存，接受一些控制类的信号。端口引脚第二功能：P3.0RXD(串行输入口)P3.1TXD(串行输出口)P3.2INTO(外中断0)P3.3INT1(外中断1)P3.4TO(定时/计数器0)P3.5T1(定时/计数器1)P3.6WR(外部数据，存储器写选通)P3.7RD(外部数据，存储器读选通)RST复位输入。当振荡器工作时，RST引脚可以通过按键将单片机进行复位。ALE/PROG此脚可以作为地址锁存器，也可以作为编程脉冲，当作为编程脉冲时要对flash进程编程，当作为地址锁存器的时候，这时候适当访问外部程序存储器或者是出具的存储器的时候，这时候，它仍然是以时钟振荡频率的六分之一的固定脉冲信号。PSEN

这个控制程序储存是否允许，每个机器周期允许两次的时候有效。EA/VPP这个脚是外部访问允许按钮，如果想要CPU访问外部存储器的时候，就要使EA保持低电平的状态。。XTAL1振荡器反相放大器输入端以及内部时钟发生电路的输入端。XTAL2XTAL2表示的是振荡器反相放大器的输出端。寄存器寄存器中有的地址是不被定义的，而那些没有被定义的地址很显然是不能被使用的，所以在使用这些地址时，也就是在写入这些数据时，写入的将是无效的地址。AT89S52包含了定时器寄存器其中是T2CON和T2MOD。还有一些中断寄存器，这些寄存器在使用的过程中选择优先级的问题。此外还包含了双数据指针寄存器，这是为了能够更好的访问其外部的数据寄存器。存储器存储器可分为程序存储器和数据存储器，当访问程序存储器的时候其EA引脚接地的时候，程序读取只从外部存储器开始。在AT89S52内有256字节的片内数据存储器，也包含了一些特殊功能的数据存储器。中断源AT89S52包括两个外部中断源和三个定时中断以及一个串行中断，他们分别为INT0H和INT1定时器0定时器1定时器2除了这些以外，我们在这个过程中IE也包括允许总控制中断定时器2可以被寄存器T2CON中的TF2和EXF2的或逻辑触发，定时器0和定时器1在技术溢出的周期被置位。中断允许控制寄存器（IE）（MSB）（LSB）表2-1中断允许控制器引脚EAET2ESET1EX1ET0EX0中断允许控制位=1，允许中断中断允许控制位=0，禁止中断表2-2中断允许控制器引脚功能§2.2.2采集电路设计粉尘采集电路采用夏普GP2Yl010AUOF空气质量传感器采集空气中的PM2.5颗粒，采用NPN三极管驱动此传感器的LED端，输出的模拟量输入模数ADC0832，经过模数ADC0832模数转换后输给单片机，电路图如图2-5所示。图2-5采集电路夏普GP2Yl010AUOFGP2Yl010AUOF利用光电来测定空气质量的一个传感器，利用发光二极管发射光线，利用晶体管接收二极管发射的光引起电压的变化，这时候传感器里的空气传导设备就会产生一定的作用使空气流通，此设计能够检测到小的微粒，甚至非常小的烟草颗粒也能感应到。即使在一个地方测量到比较高的PM2.5值，到另外一个地方空气质量较好，PM2.5值低的地区测量的结果也是比较准确的。GP2Yl010AUOF粉尘传感器的性能特点：灵敏度：较高其重量比较轻，能够很快的找到安装的方法消耗的电量比较小一般采用5V的电压，有利于信号的储量过程能够实现空气的流通，大大的增大了外部的大气的流通保养简单，能够长时间的保持其模拟量，有利于AD转化6输出电压0.5V7消耗电流相对比较小，降低了其功率达到11lmA;应用领域：一般的烟草，房屋的灰尘都可以检测到，可以达到0.8微米的级别。实物图如图2-6所示。图2-6传感器实物图夏普GP2Y1010AU0F对空气中的粉尘粒子进行感应，通过二极管发射光线，经过晶体管感应到电压的变化，典型应用电路加上150Ω电阻和220UF电容如图2-7所示。图2-7电容电路图模数转换ADC0832ADC0832作为模数转换器采用的8位分辨率、双通道的转换芯片，其最高的分辨率最高时可以达到256级，可以适应一般的模拟量转换要求，很多的用户都比较青睐于它，由于他的体积行对来说比较小，兼容性比较强，向我们用户大部分是考虑性价比比较高，它使用的电压一般在5V它独立于其他的设备之中，转换的过程相对来说比较快速简单，并且转换相对来说比较稳定，可以实现其基本的功能。ADC0832的输入通道配置需要完成的必须的的两位就是通道配置位，都需要上升沿有效。时序如图2-8图2-8ADC0832时序图§2.2.3液晶显示模块 单片机采集到模拟信号后，经过单片机运算处理，在液晶LCD1602上面显示出计算测量到的PM2.5浓度值，如图2-9LCD1602电路图：图2-9LCD1602电路图本设计采用16列*2行的字符型LCD1602带背光的液晶显示屏。1602LCD主要技术参数：显示容量:16×2个字符芯片工作电压:4.5—5.5V工作电流:2.0mA(5.0V)模块最佳工作电压:5.0V1602引脚功能说明各引脚接口说明如表2-3液晶引脚功能表2-3LCD1602液晶引脚功能字符控制命令说明：1602液晶模块的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。（1为高电平、0为低电平）。表2-41602读写指令输出时状态有些指令能够进行读操作，例如指令11.有的能够使它进行写操作，指令10.指令8是DDRAM地址设置。指令7是自负发生器的RAM地址设置，指令5实质高电平时移动显示的文字，低电平时移动光标。读写操作时序如图2-10所示：图2-10LCD读操作时序图2-11LCD写操作时序由于LCD1602在确认时都会确认它是否忙碌，如果是低电平时这时候就表示，此设备不忙就会得到相应的指令，所以就可以输入相应的显示字符内部显示地址。图2-12液晶内部显示地址1602液晶模块在相应的存储器中就已经储存了很多我们需要的字符，这些字符就会根据我们的需要进行编写。1602LCD的一般初始化（复位）过程延时15mS写指令38H（不检测忙信号）延时5mS写指令38H（不检测忙信号）延时5mS写指令38H（不检测忙信号）以后每次写指令、读/写数据操作均需要检测忙信号写指令38H：显示模式设置写指令08H：显示关闭 写指令01H：显示清屏写指令06H：显示光标移动设置§2.2.4发光报警电路报警电路采用蜂鸣器，三极管9012驱动，和单片机的P15相连接，当P15口为高电平，蜂鸣器不报警，当P15口为低电平，并且带有LED二极管发光，蜂鸣器报警。同时还可以手动通过按键来调节PM2.5的最高浓度值。电路图如图2-13、2-14所示。图2-13报警电路图2-14按键电路§2.2.5供电电路采用USB电源模块供电，输出5V的直流电压，SW1为按键开关。电路图如图2-15所示。图2-15供电电路第3章软件部分设计本设计系统使用AT89S52作为微控制中心的单片机芯片，软件系统设计主要分为系统初始化模块、驱动传感器模块，AD模数转换模块，PM2.5数值计算和显示等模块，各个模块都有不可磨灭的作用各自发挥着主要功能，单片机AT89S52通过软件程序实现对硬件设备的控制，测量并通过LCD显示出来PM2.5的值。系统的主流程图3-1开始初初始化是否按下按键是否按下按键调整报警值是调整报警值AD模数转换AD模数转换计算PM2.5的浓度计算PM2.5的浓度显示PM2.5显示PM2.5的浓度是否超标定值否是否超标定值发光报警是发光报警图3-1软件主流程图§3.1开发环境通过使用软件Keil来检测编写的程序是否正确，或者检测是否有不得当的作用此软件可以生成让我们烧写进单片机的程序，这个过程生成HEX文件，此软件在编译，操作的时候都比较方便，简单。§3.2主体程序设计 §3.2.1主程序设计1.设计流程整个设计系统主要要完成的任务是驱动传感器，采集传感器输出的电压值，通过单片机的实时计算，在LCD上面显示出测量的PM2.5的浓度值，从单片机软件程序的角度来看，主程序的流程为：在完成各部分初始化之后，采集模拟输出电压，计算PM2.5值的程序，再根据采集到的电压值，通过拟合的关系，如图3-2所示，可以经过单片机计算出来测量到的PM2.5数量值。 图3-2电压和PM2.5拟合曲线关系2.初始化编程进入程序后，首先初始化，主要包括对ADC0832初始化，液晶LCD1602进行初始化，选择转换的虚拟模拟量通道，对定时器进行初始化。程序看附录.§3.2.2中断程序设计本设计系统采用的定时器中断是为了驱动粉尘传感器，定时器1中断设定工作在方式1，每次进入中断后需要不断地重新赋值，流程图如图3-3所示开始开始寄存器重新赋寄存器重新赋值计数器加1驱动传感器LED低电平到驱动传感器LED低电平到0.28ms否到10ms驱动传感器到10ms驱动传感器LED高电平是否到0.32ms 到0.32ms计数器清计数器清0采样标志位置1返回返回图3-3中断程序流程图第4章系统调试发现硬件设计或者软件程序编写中的错误和不完善的地方就是属于系统调试，并且及时加以修改和完善，这是系统就会按照我们原先设定的一样开始工作，实现对空气中PM2.5的质量检测作用。§4.1硬件的调试造成硬件设备的缺陷一般来说就是设备的焊接问题了，而主要造成这种设备问题如下所示：焊锡连桥。通俗化来讲就是我们使用焊锡时使发生短路的现象就是焊锡连桥。②冷焊。焊锡时不能够充分地融化焊锡，这时候就会使焊锡产生疏松的现象,不能够很好地起到导电的作用。③焊点表面的焊锡形成尖锐的突尖。焊工不够熟练造成。④焊锡用量过多,形成焊点的锡堆积；焊锡过少,不足以包裹焊点。⑤焊剂过量,容易造成短路。⑥有时候在焊接的过程中就会使焊接连接不良，从而电线需要重新焊接才能够使用。首先我们主要查看主要元器件是否焊接完全，还有就是一些细小零件，当我们检查这些过后，我们需要的就是查看焊接时候链接练好，或者是通过万用表查看这时的电路连接，或者是电源的问题，有时候我们需要的就是这样的检验，通过反复的检验，已达到我们设计电路图的目的。小麦故事§4.2软件的调试系统设计用的是C语言软件程序对单片机进行操作控制，也就是说通过一个系统的软件KeiluVision对我编写的程序进程的调试过程，观察一下是否有不正常或者是错误的现象，首先，我们要把程序烧录进去，同时我们在编写程序的时候也会出现很多的系统本自带的问题，有可能在软件的设计过程中的延时有的过长，有的过短的过程，比如说按键的消抖过程中，如果时间比较短暂的情况下，就会很容易导致数值连续等，在此过程中经过不断地修改最终如图4-1所示。图4-1编译界面§4.3软件的下载本设计系统采用AT89S52单片机，该52系列单片机支持串行口下载，程序调试完成后，通过keil软件把用C语言编写的代码编译成HEX格式，然后下载到单片机中，下载界面如图4-2图4-2下载界面具体做出的实物如图4-3、4-4图4-3正面实物图图4-4反面实物图结论通过了最后不断地艰辛努力的硬件和软件的模拟调试，本课题设计达到了理想的要求工作，具体做的实物图如具体总结下来如下：（1）本课题实现了对空气质量的实时PM2.5浓度采集，经过转换，单片机计算，LCD显示功能，具有电路简单、价格低廉，测量精度相对比较高，可达1ug/m³、实用性强，便携易携带等特点。（2）系统硬件设计通过使用的芯片有AT89S52、ADC0832、GP2Yl010AUOF传感器，LCD1602液晶显示还有一些发光二极管，警铃等器件。（3）系统软件设计包括程序初始化、传感器的驱动，模数转换，PM2.5值的计算和显示等。（4）该设计能够完成设计时的要求，达到真正的便捷方便的效果。具有非常实用的效果。 （5）通过此次的毕业设计的检验，发现自己有很多的不足，需要提高的还有很多，还有一些知识理解的不够精确。 （6）同时在待人接物的方面也需要提高，做到良好的沟通，讲究团队合作的能力。参考文献[1]吴叶兰，王坚，王小艺，连晓峰.微机原理及接口技术.北京.机械工业出版社.2009，7[2]KeilSoftware.KEILUvioion2入门教程.2001[3]康光华.电子技术基础（第四版）.北京: 高等教育出版社，2001[4]孙立功，刘跃敏.电子技术.北京：高等教育出版社.2010，12[5]马冬梅,

《单片机的

C语言应用程序设计》，北京:北京航空航天大学出版社,

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[6]童诗白，华成英.模拟电子基础（第三版）.北京：高等教育出版社，2001

[7]李珍,

付植桐，《单片机原理与应用技术》[，北京:

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[8]张友德，赵志英，涂时亮.单片微型机原理、应用与试验（第三版）.上海：复旦大学出版社，2002.[9]公茂法、马宝甫，《单片机人机接口实例集》，北京：北京航空航天出版社

1998年[10]高明远.ProtelDXP电路设计与应用.北京.化工工业出版社.2004[11]谭浩强.C程序设计（第二版）.北京：清华大学出版社，1999.[12]李维提,郭强.液晶显示应用技术.北京：电子工业出版社.2006.20～35[13]HamldStone.MieroeomPuterInterfaeingUniversityofMassachusetts.AmhorstAddisonwesle.1982.2～3[14]MeehanJoanne,MuirLindsey.SCMinMerseysideSMEs:BenefitsandbarriersTQMJournal.20082～5[15]闫玉德俞虹.MCS-51单片机原理与应用（C语言）.北京：机械工业出版社，2003.致谢经过几个月的忙碌和工作，本次毕业设计已经接近尾声，作为一个本科生的毕业设计，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周的地方，如果没有导师的督促指导。以及一起工作的同学们的支持，想要完成这个设计是难以想象的。在这里要感谢老师，他循导善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪；他严谨细致，一丝不苟的作风一直是我们工作.学习中的榜样；并将积极影响我今后的学习和工作。然后要感谢大学4年来的所有老师，为我们打下了电子专业知识的基础；同时还要感谢所有的同学们，正是因为有你们的支持和鼓励。我才能在温暖的环境中茁壮成长并顺利完成毕业设计。PAGE45

附录A源程序#include<reg52.h> //调用单片机头文件#defineucharunsignedchar//无符号字符型宏定义 变量范围0~255#defineuintunsignedint //无符号整型宏定义 变量范围0~65535#include<intrins.h>sbitbeep=P1^4;//蜂鸣器IO口定义uchara_a;uintflag_300ms;sbitCS=P3^2; //CS定义为P2口的第4位脚，连接ADC0832CS脚sbitSCL=P3^3; //SCL定义为P2口的第3位脚，连接ADC0832SCL脚sbitDO=P3^4; //DO定义为P2口的第4位脚，连接ADC0832DO脚//按键的IO变量的定义ucharkey_can; //按键值的变量ucharguangxian;//光线ucharpm,s_pm;uintb,time_num1,set_count,PM_dat=0;ucharmenu_1;//菜单设计的变量sbitGP2Y_LED=P1^3; //传感器驱动端口/****************************************************************名称:delay_1ms()*功能:延时1ms函数*输入:q*输出:无****************************************************************/voiddelay_1ms(uintq){ uinti,j; for(i=0;i<q;i++) for(j=0;j<120;j++);}#defineRdCommand0x01//定义ISP的操作命令#definePrgCommand0x02#defineEraseCommand0x03#defineError1#defineOk0#defineWaitTime0x01//定义CPU的等待时间sfrISP_DATA=0xe2;//寄存器申明sfrISP_ADDRH=0xe3;sfrISP_ADDRL=0xe4;sfrISP_CMD=0xe5;sfrISP_TRIG=0xe6;sfrISP_CONTR=0xe7;/*================打开ISP,IAP功能=================*/voidISP_IAP_enable(void){ EA=0;/*关中断*/ ISP_CONTR=ISP_CONTR&0x18;/*0001,1000*/ ISP_CONTR=ISP_CONTR|WaitTime;/*写入硬件延时*/ ISP_CONTR=ISP_CONTR|0x80;/*ISPEN=1*/}/*===============关闭ISP,IAP功能==================*/voidISP_IAP_disable(void){ ISP_CONTR=ISP_CONTR&0x7f;/*ISPEN=0*/ ISP_TRIG=0x00; EA=1;/*开中断*/}/*================公用的触发代码====================*/voidISPgoon(void){ ISP_IAP_enable();/*打开ISP,IAP功能*/ ISP_TRIG=0x46;/*触发ISP_IAP命令字节1*/ ISP_TRIG=0xb9;/*触发ISP_IAP命令字节2*/ _nop_();}/*====================字节读========================*/unsignedcharbyte_read(unsignedintbyte_addr){ EA=0; ISP_ADDRH=(unsignedchar)(byte_addr>>8);/*地址赋值*/ ISP_ADDRL=(unsignedchar)(byte_addr&0x00ff); ISP_CMD=ISP_CMD&0xf8;/*清除低3位*/ ISP_CMD=ISP_CMD|RdCommand;/*写入读命令*/ ISPgoon();/*触发执行*/ ISP_IAP_disable();/*关闭ISP,IAP功能*/ EA=1; return(ISP_DATA);/*返回读到的数据*/}/*==================扇区擦除========================*/voidSectorErase(unsignedintsector_addr){ unsignedintiSectorAddr; iSectorAddr=(sector_addr&0xfe00);/*取扇区地址*/ ISP_ADDRH=(unsignedchar)(iSectorAddr>>8); ISP_ADDRL=0x00; ISP_CMD=ISP_CMD&0xf8;/*清空低3位*/ ISP_CMD=ISP_CMD|EraseCommand;/*擦除命令3*/ ISPgoon();/*触发执行*/ ISP_IAP_disable();/*关闭ISP,IAP功能*/}/*====================字节写========================*/voidbyte_write(unsignedintbyte_addr,unsignedcharoriginal_data){ EA=0;// SectorErase(byte_addr); ISP_ADDRH=(unsignedchar)(byte_addr>>8);/*取地址*/ ISP_ADDRL=(unsignedchar)(byte_addr&0x00ff); ISP_CMD=ISP_CMD&0xf8;/*清低3位*/ ISP_CMD=ISP_CMD|PrgCommand;/*写命令2*/ ISP_DATA=original_data;/*写入数据准备*/ ISPgoon();/*触发执行*/ ISP_IAP_disable();/*关闭IAP功能*/ EA=1;}/******************把数据保存到单片机内部eeprom中******************/voidwrite_eeprom() //保存数据{ SectorErase(0x2000); byte_write(0x2004,s_pm%256); byte_write(0x2005,s_pm/256); byte_write(0x2055,a_a); }/******************把数据从单片机内部eeprom中读出来*****************/voidread_eeprom() //读出保存数据{ s_pm=byte_read(0x2005); s_pm<<=8; s_pm|=byte_read(0x2004); a_a=byte_read(0x2055);}///**************开机自检eeprom初始化*****************/voidinit_eeprom() ////开始初始化保存的数据{ read_eeprom(); //读出保存数据 if(a_a!=54) //新的单片机初始单片机内问eeprom { s_pm=150; a_a=54; write_eeprom(); //保存数据 } }ucharcodetable_num[]="0123456789abcdefg";sbitrs=P1^0; //寄存器选择信号H:数据寄存器 L:指令寄存器sbitrw=P1^1; //寄存器选择信号H:数据寄存器 L:指令寄存器sbite=P1^2; //片选信号下降沿触发/*********************************************************************名称:delay_uint()*功能:小延时。*输入:无*输出:无***********************************************************************/voiddelay_uint(uintq){ while(q--);}/*********************************************************************名称:write_com(ucharcom)*功能:1602命令函数*输入:输入的命令值*输出:无***********************************************************************/voidwrite_com(ucharcom){ e=0; rs=0; rw=0; P0=com; delay_uint(25); e=1; delay_uint(100); e=0;}/*********************************************************************名称:write_data(uchardat)*功能:1602写数据函数*输入:需要写入1602的数据*输出:无***********************************************************************/voidwrite_data(uchardat){ e=0; rs=1; rw=0; P0=dat; delay_uint(25); e=1; delay_uint(100); e=0; }/***********************lcd1602上显示两位十进制数************************/voidwrite_sfm_pm(ucharhang,ucharadd,uintdate){ if(hang==1) write_com(0x80+add); else write_com(0x80+0x40+add); if(date/100%10==0) write_data(''); else write_data(0x30+date/100%10); write_data(0x30+date/10%10); write_data(0x30+date%10); }/***********************lcd1602上显示这字符函数************************/voidwrite_string(ucharhang,ucharadd,uchar*p){ if(hang==1) write_com(0x80+add); else write_com(0x80+0x40+add); while(1) { if(*p=='\0')break; write_data(*p); p++; } }/***********************lcd1602初始化设置************************/voidinit_1602() //lcd1602初始化{ write_com(0x38); write_com(0x0c); write_com(0x06); delay_uint(1000); write_string(1,0,"PM2.5:000ug/m3"); write_string(2,0,"S-PM2.5:000ug/m3"); write_sfm_pm(2,8,s_pm); //显示设置PM2.5}/***********读数模转换数据********************************************************/ //请先了解ADC0832模数转换的串行协议，再来读本函数，主要是对应时序图来理解，本函数是模拟0832的串行协议进行的 //100通道 //111通道unsignedcharad0832read(bitSGL,bitODD){ unsignedchari=0,value=0,value1=0; SCL=0; DO=1; CS=0; //开始 SCL=1; //第一个上升沿 SCL=0; DO=SGL; SCL=1; //第二个上升沿 SCL=0; DO=ODD; SCL=1; //第三个上升沿 SCL=0; //第三个下降沿 DO=1; for(i=0;i<8;i++) { SCL=1; SCL=0;//开始从第四个下降沿接收数据 value<<=1; if(DO) value++; } for(i=0;i<8;i++) { //接收校验数据 value1>>=1; if(DO) value1+=0x80; SCL=1; SCL=0; } CS=1; SCL=1; if(value==value1) //与校验数据比较，正确就返回数据，否则返回0 returnvalue; return0;}/*************定时器0初始化程序