工厂车间环境监测控制系统的设计和实现

河北理工大学信息学院 摘要 1绪论1.1工厂车间环境监测控制系统研究背景和意义现如今，工业生产已经成为现代社会发展的重要支柱之一，无论是制造业还是化工业，都需要在一个适宜的环境下进行生产。而随着工业生产规模的日益扩大和环境污染等问题的日益严峻，工厂车间环境的质量和控制变得越来越重要。从全球范围来看，气候变化导致的环境灾害和公共卫生事件频繁发生，这已经引起了许多国家和地区的高度重视。在中国，随着经济的快速发展，环境污染也在快速增加。截至2018年底，我国的空气质量排名仍然位于世界末位，环保问题已经成为制约可持续发展的重要因素之一。为了改善环境质量和维护生态平衡，中国政府颁布了一系列环境保护法规和标准要求，其中包括各企业必须合规的环境保护措施，同时也强烈推动企业环保理念向着"源头减排、环保先行"的方向转变。在我国工业发展中，以汽车、化工、电子等为代表的工业企业，是目前排放污染物最多的行业。这些工业企业需要生产车间，同时他们也需要控制其生产过程中的环境污染物，以保证员工的健康和环境的稳定。对于工业企业而言，强制性的环保标准带来的严苛要求，往往会对企业进行调整和升级。因此，对车间环境监测和控制方案进行研究和实践，具有非常重要的意义。研究并设计出一个工厂车间环境监测控制系统有以下好处：（1）可靠和准确的环境监测结果可以及时发现各种环境指标的异常波动和污染物的排放，避免环境污染对员工体质的影响，从根本上保障工程师的身体健康。（2）通过实时数据分析和监测，可以帮助企业迅速调整生产过程中的问题，如调整空气污染物源的位置，并对处理器件进行升级。在实现工厂的高品质生产的同时，避免了环境误差的带来的额外成本，如损失食品生产的数量等。（3）实时监测和控制系统可以对生产历史数据进行分析，发现并解决工厂车间未来面临的潜在环境问题，这不仅有助于提高生产产品质量，而且严格遵守环保标准，为企业带来了诸多长期的好处。（4）根据企业发展的实际情况，不同类型的工厂车间可爱通过要求优化系统，形成一整套完整的工厂环境监测和控制方案，以实现节能减排，提高生产效率和质量，减少环境污染，避免企业面临的亏损和危机。综上所述，通过对工厂车间环境监测和控制系统的应用和研究，不仅有助于保障资产的安全和生产效率的提高，同时也推动了我国环保回归的压力与责任。在未来，应不断推进工业企业环保的立法和实践，形成更加完善的环保法规体系，以更好地促进中国工业企业的可持续发展。新型的工厂车间环境监测控制系统如图1.1和1.2所示：图1.1LED看板款式车间环境监测系统图1.2PC机车间环境监测系统界面1.2工厂车间环境监测控制系统研究现状随着全球环保意识的增强以及相关法规的严格执行，工厂车间环境监测控制系统已逐渐成为了许多制造企业必须考虑的一个重要问题。这个系统可以帮助企业监测和控制车间空气质量、噪音、振动、温度、湿度等环境因素，减少对周围环境和员工健康造成的危害，保障消费者产品的质量和安全。本文将从国内外两个层面来探讨工厂车间环境监测控制系统的现状以及发展前景。1.2.2国内研究现状在国内，工厂车间环境监测控制系统的应用状况相对滞后。由于环保法规的落实程度还不够，很多制造企业的环境管理并没有太高的要求。此外，由于系统运行成本较高，企业普遍对于投入资金持有观望态度。有些企业会对入口空气和废气进行监测，但是对于其他环境因素则比较容易忽视。加之国内的环保技术和监测设备相对于发达国家还存在差距，这使得国内工厂车间环境监测控制系统在应用上面临了一些技术壁垒。不过值得注意的是，近些年来国家对于环境保护的政策力度在不断加强，环保法规的执行也日趋严格，这促使了企业对于环境管理的需求增加。因此，工厂车间环境监测控制系统在国内的应用前景正在不断扩大。1.2.1国外研究现状相比较而言，国外工厂车间环境监测控制系统的发展程度要高于国内。在欧美发达国家，工厂车间环境监测控制系统已经成为了法律法规强制性要求。企业必须安装相关的监测设备并建立完善的监测体系，以满足环保法规的要求。在日本和韩国等亚洲国家，也存在类似的监测体系。此外，国外的工厂车间环境监测控制系统设备比较先进，大部分都是包含传感器、数据采集、数据处理和报警功能的智能化系统。一些系统甚至还能通过云计算、大数据等技术实现远程监测和控制。这些高科技的手段使得系统的运行成本得到降低，能够更加适应企业的需求。综上所述，工厂车间环境监测控制系统的发展前景广阔。作为一种非常重要的环保措施，工厂车间环境监测控制系统能够帮助企业提升生产和经营效率，以及保障员工和消费者的健康和安全。虽然国内的发展程度还比较滞后，但是随着环保政策的不断加强，未来市场空间还是非常可观的。1.2.3系统的前景分析目前，环境污染和能源浪费已成为制约企业可持续发展的重要因素。工厂车间环境监测控制系统可以实时检测和控制工厂车间内的温度、湿度、噪音等参数，有效提升工厂环境质量，保障员工健康，减少环境污染和能源浪费，具有广阔的市场前景。首先是政策推动。全球各国纷纷开始循环经济转型、实行限塑令等政策。在中国，环保部开始实施企业排放证，强力推行工业废气、废水治理。在这样的政策背景下，环保法规趋严，工厂车间环境监测控制系统将会成为企业工作的重要一环。其次是市场需求。工厂车间环境监测控制系统涉及面广，不仅可以满足企业环保需求，还可以提升生产效率和品质，保证员工安全，降低企业成本。随着中国工业化进程的不断推进，工厂环境质量和安全问题愈加凸显，因此工厂车间环境监测控制系统的市场需求会越来越大。最后是技术进步。目前，工厂车间环境监测控制系统不仅可以通过传感器实时检测环境参数，更可以通过人工智能技术对数据进行分析，实现精准的环境控制。未来，随着5G、云计算等技术的广泛应用，工厂车间环境监测控制系统将会更加智能化、高效化，为企业可持续发展提供有力的支撑。综上所述，工厂车间环境监测控制系统具有广阔的市场前景。政策的推动和市场的需求将会促进技术的不断升级和优化，为企业提供更全面、更专业的环境保护解决方案。1.3工厂车间环境监测控制系统研究分析工厂车间环境监测控制系统是一个复杂的系统，需要对各项参数进行监测和控制，其中PM2.5和温湿度是重要的监测参数。PM2.5是指空气中直径为2.5微米及以下的悬浮颗粒物，属于细颗粒物，能够直接进入人体呼吸系统，对人体健康造成危害。在工厂车间中，PM2.5的来源很多，如烟尘、废气、灰尘等，因此对PM2.5进行监测和控制是非常重要的。PM2.5的监测可以通过专用的PM2.5传感器模块来实现。目前市场上有很多种类型的空气质量监测仪，如光学式空气质量监测仪、激光散射式空气质量监测仪等，可以实现对PM2.5等多种参数的实时监测和控制。在工厂车间环境监测控制系统中，PM2.5的监测可以实现对空气质量的监测和控制，并能够提高环境质量，保护员工健康，避免环境污染和能源浪费。因此，PM2.5的监测成为了工厂车间环境监测控制系统研究分析的重要内容之一。2系统方案设计PAGE62系统方案设计2.1功能需求分析工厂车间环境监测控制系统若想正常投入使用需要满足以下功能需求：温湿度监测：监测工厂车间内的温度、湿度等环境参数，避免出现过高或过低的温湿度对生产和员工的影响。空气质量监测：除PM2.5以外，还需要监测VOC、CO、NO2等有害气体，保证车间内空气质量符合标准。空气净化控制：通过空气净化设备对车间内空气进行净化处理，降低有害气体和颗粒物质浓度，提高车间内空气质量。综上所述，工厂车间环境监测控制系统需要实现多项功能，其中对PM2.5的监测和控制是其中关键的一项。同时，本工厂车间环境监测控制系统还需要考虑到其他环境参数的监测和控制。2.2设计方案与研究手段本工厂车间环境监测控制系统主要由单片机微型控制器作为核心的控制单元，利用温湿度传感器和PM2.5监测模块对车间内的环境进行实时采集，利用显示器模块显示当前的各类信息，利用无线模块完成无线通信、信号传输，利用继电器控制风扇排风。各硬件单元的工作内容如下所示：(1)工厂车间环境监测控制系统以单片机微型控制器单元为核心，对各外部电路单元及模块进行数据传输和指令发送。(2)工厂车间环境监测控制系统以无线模块作为信号传送至终端设备的基础，可以将各类环境信息实时传送给管理人员。(3)工厂车间环境监测控制系统可以利用多种不同功能的传感器模块，包对车间内的实时环境状态进行采集。(4)工厂车间环境监测控制系统通过报警器对异常情况进行报警，可以有效地防止意外发生。本工厂车间环境监测控制系统具体功能和结构框图如图2.1所示：图2.1系统框图设计单片机是一种集成了中央处理器、存储器、输入/输出接口等功能于一体的微型计算机系统。它不仅功能强大，而且体积小巧、功耗低、成本低廉。由于其易于集成、程序可重复使用、灵活性高等特点，许多电子工程师和爱好者都喜欢使用单片机开发原型、DIY项目等。温湿度采集模块是一种电子模块，用于测量环境中的温度和相对湿度，并将数据传输给单片机或其他设备进行处理和分析。它通常由传感器、数据转换电路和信号处理电路组成，可以实现温湿度数据的高精度、高稳定性采集和传输。其应用范围非常广泛，在智能家居、智能农业、医疗、气象等领域都有许多应用场景。按键模块主要是用来获取用户输入的操作指令或者参数，并将其转化为相应的数字信号输出给处理器或其他设备。通过按键模块，用户可以方便地控制电子设备的运行和参数设置，也能与设备进行交互和通讯，实现更加智能化和便捷化的使用体验。同时，按键模块还具有防抖功能，能够有效地减少按键操作误差和干扰，提高了系统的可靠性和稳定性。电源模块可以提供稳定的电源电压和电流，保证电子设备的正常运行。电源模块通常包括直流稳压电源、交流变压器、滤波器、保险丝、开关等组成部分。它的主要功能是滤除电源噪声和干扰，提供出稳定的直流电压，同时保护电路免受电源的过压、过流和短路等异常情况的影响。电源模块的稳定性和可靠性对整个系统的性能和寿命都有很大的影响，因此在设计时需要特别注意。PM2.5检测模块可以检测空气中的PM2.5浓度，即直径为2.5微米及以下的空气中悬浮颗粒物浓度。PM2.5检测模块通常包括传感器、放大器、滤波器、模数转换器等组成部分。它的主要作用是通过传感器感知环境中的PM2.5颗粒物浓度，并将其转换为电信号输出。这样，人们可以根据PM2.5检测模块提供的数据判断出室内或室外空气中的颗粒物浓度，从而采取相应的措施来改善空气质量和保障健康。显示模块是一种用于将各种信息以可视化的方式展示出来的电子元件。显示模块可以将测量到的PM2.5浓度以数字、图形等形式呈现出来，使人们能够直观地了解当前的空气质量状况。同时，显示模块还可以显示其他相关信息，如温度、湿度等，以提供更为全面的环境监测数据。在实际应用中，显示模块的选择应考虑其显示效果、易用性、可靠性等因素，以确保数据的准确性和可靠性，并方便人们进行实时监测和控制。短信模块是一种用于发送和接收短信的电子元件，可以与手机、手机卡等通信设备进行通讯，并实现短信的发送和接收。在本系统中，短信模块可以将测量到的PM2.5浓度等信息通过短信的方式发送给管理员，使管理员能够随时了解当前的空气质量状况，以便及时采取相应的措施。同时，短信模块还可以实现报警功能，当PM2.5浓度超出预设的阈值时，可以向用户发送警报短信，提醒用户及时处理。报警模块可以在PM2.5浓度或温湿度超出预设阈值时发出警报，提醒用户及时采取措施。报警模块通常会配合短信模块使用，可以通过手机短信、声音等方式进行警报，让用户及时了解当前空气质量状况。报警模块的选择应考虑其灵敏度、可靠性、成本等因素，以确保能够及时、准确地发出警报，并满足用户的需求。继电器是一种电控开关设备，其作用是通过电磁作用将小电流或低电压信号转化为大电流或高电压信号，实现对电路的控制。其主要作用有两个方面：电路隔离、信号转换。2.3系统元器件的选择2.3.1主控芯片选择随着工业生产的不断发展，对于车间环境安全的要求也越来越高，因此工厂车间环境监测控制系统应运而生。这种系统可以通过采集环境数据并对其进行处理分析，进而实现车间环境的监控和控制。而作为这种系统的核心部件，单片机的选择显得尤为重要。常见的单片机有STM32F103、STC89C52、STC89C51等型号。下面针对这三种型号，对比其优缺点，选择出最适合本系统的单片机。方案一：STM32F103STM32F103是意法半导体推出的一款高性能ARMCortex-M3内核的32位单片机。该单片机采用了高速Flash存储器，具有512KB的存储容量和64KB的SRAM，支持多达80MHz的工作频率，适合实现多种工业应用。此外，STM32F103还具有多种接口，如USB、CAN、SPI等，方便用户进行信息交换和通信。其优点主要包括：（1）运算速度快：高达80MHz的工作频率以及强大的计算能力，使得STM32F103能够快速地处理大量数据。（2）存储容量大：512KB的Flash存储器和64KB的SRAM，能够存储大量程序和数据。（3）接口丰富：支持多种接口，方便用户进行信息交换和通信。但是，STM32F103也存在缺点，主要表现在以下方面：（1）价格比较高：由于其高性能和丰富接口，STM32F103的价格相对较高，因此不适用于需要降低成本的项目。（2）研发门槛高：由于其使用的是ARMCortex-M3内核，因此对于初学者来说，研发门槛相对较高，需要一定的学习成本。STM32F103单片机的实物图如图2.1所示：图2.1STM32F103单片机实物图方案二：STC89C52STC89C52是国内常见的8位单片机，也是一款性能卓越的芯片。STC89C52可以工作在狭窄的电源范围内，具有强大的计算能力和高速的Flash存储器，适合用于工业控制和自动化领域。优点包括：（1）成本低：相对于其他单片机而言，STC89C52价格更加亲民，可以降低项目成本。（2）易于学习和掌握：STC89C52使用8位的结构，相对于32位的结构来说，学习和掌握起来更加容易。（3）适用范围广：STC89C52能够应用在多种领域，如家用电器、电子产品、通讯产品等，具有较广泛的应用场景。缺点主要表现在以下几方面：（1）存储容量小：与32位单片机相比，STC89C52的存储容量较小，只有64KB，如果需要存储大量数据，会出现存储容量爆满的情况。（2）性能欠缺：相对于32位单片机，STC89C52的性能存在一定的欠缺，难以处理海量数据和复杂计算。STC89C52单片机的实物图如图2.2所示：图2.2STC89C52单片机实物图方案三：STC89C51STC89C51和STC89C52相比，仍然是一款非常经典和常用的8位单片机。同样具有低成本、易学易用、广泛应用等特点。此外，STC89C51还具有很好的兼容性和稳定性，适合实现一些简单的控制系统。其优点主要包括：（1）低成本：相比于32位单片机，STC89C51具有很低的成本，适合一些成本敏感的项目。（2）易于学习和掌握：与STC89C52相似，STC89C51的8位架构使它更易于学习和掌握。然而，STC89C51也存在以下缺点：（1）性能弱：STC89C51的计算速度较慢，存储容量也比较小，因此无法应对较为复杂的系统和数据处理。（2）兼容性局限：STC89C51很好地兼容51系列单片机，但兼容性有限，而且一些高级的功能需要进行自己的移植。STC89C51单片机的实物图如图2.3所示：图2.3STC89C51单片机实物图综合比较以上几种单片机，我们可以看出，STM32F103虽然性能强大，但价格较高，适用于高端的工业控制项目。而STC89C51虽然成本低，但兼容性、性能都存在一定的局限性，无法胜任复杂的工业应用。因此，我们最终选择STC89C52作为本系统的单片机。STC89C52不仅具有强大的计算能力和存储容量，还拥有丰富的接口和良好的稳定性，适用于较为复杂的工业应用场景，而且成本相对较低，可以降低整个项目的成本。最终我们选择了STC89C52单片机作为本工厂环境监测控制系统的核心控制器。2.3.2显示模块选择显示屏作为工厂车间环境监测控制系统的核心部件之一，其稳定性、可靠性、耐用性、清晰度等因素直接关系到整个系统的有效性。本章小节将对比分析LCD1602、LCD12864和OLED显示屏的优缺点，最终确定最适合本工厂车间环境监测控制系统的显示屏。LCD1602是一种已经发展多年的显示屏。由于其高效节能的内部电路设计和简洁明了的人机界面，在工业和科研等领域中广泛应用。虽然LCD1602相对于大屏幕显示的优势不明显，但是在稳定性和耐用性方面，LCD1602要优于大部分其他显示屏。在制造、医疗、教育等领域，LCD1602可以快速、清晰地展示文字、数字、符号、提示等信息，以满足各类的工作和生活需求。在工厂车间环境监测控制系统这样的系统中，LCD1602的应用范围更为广泛。LCD1602显示屏的实物图如图2.4所示：图2.4LCD1602 显示屏实物图LCD12864与LCD1602相似，但是LCD12864具有更高的屏幕分辨率和尺寸，可以承载更多的工场环境和仪器设备参数等数据。然而，由于LCD12864的电路设计比较复杂，同时耐用性不如LCD1602，故而不太适用于工厂车间环境监测控制系统。LCD12864显示屏的实物图如图2.5所示：图2.5LCD12864显示屏实物图OLED显示屏是一种比较受欢迎的显示屏，由于其高对比度、省能、高清晰度而备受科技爱好者的青睐。OLED显示屏最擅长的是高对比度和色彩深度的画面展示。OLED显示屏的响应速度非常快，但是它有失真和“烧屏”的缺点。另外，由于OLED面板的制造成本相当高，因此价格昂贵，无法替代LCD1602在工厂车间环境监测控制系统的应用。OLED显示屏的实物图如图2.6所示：图2.6OLED显示屏实物图综上所述可得知，在工厂车间环境监测控制系统中，LCD1602是最佳选择。尽管其他新型显示技术如LCD12864和OLED显示屏在某些领域得到了广泛的应用，但是LCD1602型号在工业和科研领域中已经具有了丰富的应用经验，尤其是在价格、反应速度、稳定性方面都比其他显示屏更优，因此在工厂车间环境监测控制系统中，LCD1602是最可靠、稳定的选择。2.3.3温湿度测量模块选择温湿度传感器是工业车间环境监测控制系统必不可少的设备之一，本小节将对NB-IoT和DHT11和AM2120这三种型号的温湿度传感器做出型号的优缺点对比分析。方案一：AM2322AM2322这款温湿度传感器与DHT11和AM2120相似，AM2322也是数字式温湿度传感器。但相较于前两者，AM2322更为精准和稳定，同时也更具有抗干扰和防水性能。因此，在高要求的工业环境中，可以考虑选择AM2322作为温湿度传感器。不过，也需要注意到AM2322的价格相比前两者更高，所以需要根据具体情况进行选择。AM2322温湿度传感器的实物图如图2.7所示：图2.7AM2322温湿度传感器实物图方案二：DHT11DHT11温湿度传感器是广泛应用于环境控制的低成本数字温湿度传感器。它工作范围广泛，尺寸小巧，使用起来非常方便。此外，DHT11温湿度传感器还有一些优点，如高精度、抗干扰性能强等。这些特点使它成为了工程师们在设计低成本温湿度监测系统时的首选之一，比如我们此次的工厂车间环境监测控制系统。DHT11温湿度传感器的实物图如图2.8所示：图2.8DHT11温湿度传感器实物图方案三：AM2120与DHT11类似，AM2120也是一种数字式温湿度传感器。它相对DHT11而言，具有更高的精度和更好的可靠性。AM2120还具有防水、抗干扰和防雷击等特性，具有较高的性价比和使用寿命。尽管AM2120在性能方面优于DHT11，但售价却更贵。AM2120温湿度传感器的实物图如图2.9所示：图2.9AM2120温湿度传感器实物图基于上述分析，我们将DHT11作为工厂车间环境监测控制系统中的温湿度传感器。因为DHT11具有很好的性能和价格优势，并且非常适合工厂车间环境监测系统这种低成本环境下的应用场景。它的小巧尺寸和易于使用的特点也为我们搭建环境监测系统提供了很大帮助。2.3.4PM2.5检测模块选择随着全球工业化的不断发展，设备使用量的增加、工业污染的加剧，空气质量问题已经成为全球性大问题。在一些高污染的工业场所，如电厂、化工厂等，其大量排放的致癌物质、毒气和颗粒物，对人体健康和环境造成了极大的威胁。因此，工厂车间环境监测控制系统在现代工业中变得异常重要。作为其中的一个模块，PM2.5检测模块是其必不可少的组成部分。PM2.5检测模块是一种可以检测细颗粒物（颗粒物内径为2.5微米）的硬件传感器，主要通过检测气体中的颗粒物质量、数量和形态来监测环境空气中的污染物。目前市面上较为常见的PM2.5检测模块主要有MP-2、MQ-5和MQ-2三种型号，本小节将对其进行一一比较，选择一款适合工厂车间环境监测控制系统的PM2.5检测模块。方案一：MP-2MP-2是一款小型数字粉尘传感器，最大特点是出色的抗干扰能力和稳定性。本传感器对气体的相对湿度、温度变化和气压变化的影响很小，能准确检测出许多环境因素引起的颗粒物浓度变化。此外，MP-2的波长范围非常广，其可以测量5nm~10μm的颗粒物。因此，MP-2适用于不同颗粒物密度的颗粒物的检测。然而，MP-2的精度并不高，检测异常时需要进行零点调节，而且它比价格相对较高。同时，由于它只能检测小于2.5微米的颗粒物，该传感器在工业气体检测中无法覆盖所有类型的污染物。MP-2检测模块的实物图如图2.10所示：图2.10MP-2检测模块实物图方案二：MQ-5MQ-5是一款基于硫化氢（H2S）敏感材料的气敏传感器，对一氧化碳、硫化氢、甲醇等气体分子均有一定的反应性。MQ-5能够在很短的时间内检测到污染物，因此也常被用作火灾警告器中的气敏元件。由于其用于检测的气体种类有限，而且MQ-5不能直接检测PM2.5颗粒物，需要通过动态拟合算法估计颗粒物浓度。另外，MQ-5的抗干扰能力相对较差，需要严格控制其工作环境，避免其受到异己气体的影响。MQ-5检测模块的实物图如图2.11所示：图2.11MQ-5检测模块实物图方案三：MQ-2MQ-2和MQ-5类似，都是基于半导体敏感材料制作的气敏传感器，但MQ-2能够反应出多种气体分子，如甲烷、一氧化碳、液化气等，并且它可以检测到PM2.5颗粒物质浓度，并将其作为输出信号返回。MQ-2检测模块的实物图如图2.12所示：图2.12MQ-2检测模块实物图相较于前两位，MQ-2具有更广泛的应用范围。它能在极短的时间内检测出各种污染物的存在，而且MQ-2的价格比MP-2低，相对于MQ-5，MQ-2的抗干扰能力要更强。因此，在工厂车间环境监测控制系统中，选择MQ-2作为PM2.5检测模块更为合适。从上述几款PM2.5检测模块的要素进行对比分析，可以得出MQ-2作为此系统的PM2.5检测模块的合理性和优越性。MQ-2能够检测出多种气体分子，并且还能检测到PM2.5颗粒物，具有广泛的应用范围。此外，MQ-2价格相对较低，抗干扰能力较强，能在极短时间内检测到各种污染物的存在。虽然不可避免地存在一定的缺陷，但MQ-2比其他模块更符合工厂车间环境监测控制系统的使用需求，因此这款检测模块是工厂环境监测中不可或缺的组成部分。2.3.5远程报警模块的选择工厂车间环境监测控制系统是一种重要的制造业工厂环境安全保障手段。该系统通过对车间环境参数的检测，对环境污染进行监控和控制，以确保工人和设备的健康和安全。在此过程中，数据传输模块是系统的一个重要组成部分，它能够收集和传输环境污染的相关数据，从而有助于进行进一步的数据分析和处理。目前市场上有多种数据传输模块可选，其中比较常用的有短信模块和WiFi模块。本文将从优缺点的角度，对比分析这两种模块，并针对工厂车间环境监测控制系统的应用需求选择出适宜的数据传输模块。方案一：短信模块短信模块是一种可以通过GSM网络传输短信的硬件设备。短信模块可以与嵌入式系统等设备集成使用，通过AT指令进行控制。和WiFi模块相比，短信模块的主要优点包括：（1）可用性高短信模块可以在任何时间、任何地点通过手机信号塔与手机网络建立连接，因此可以在室内、室外等多种环境下使用。在无法通过网络传输数据的场景下，可以使用短信模块进行通信，确保数据的及时传输和处理。（2）私密性强短信模块的通信过程是通过手机信号塔实现的，因此通信过程的隐蔽性很高，不容易被其他人窃听。在工厂车间环境监测控制系统这样的场景下，信息的机密性很重要，因此短信模块可以提供很好的保护机制。（3）成本低短信模块的成本相对较低，不需要额外配备路由器或接入点等设备。此外，短信模块的使用费用也比较低，只需要支付短信费用即可。这对于一些预算较为紧张的企业来说，是一大优势。同时，短信模块也存在一些缺点：（1）传输速度慢短信模块的数据传输速度相比其他数据传输模块较慢，可能需要一定时间才能完成数据传输。这对于实时性要求较高的工厂车间环境监测控制系统来说，可能会有些不利。（2）数据量受限短信模块的数据传输量比较有限，每次最多只能传输160个字符。因此，如果需要传输的数据量较大，可能需要多次传输，会增加传输的时间和费用成本。短信模块的实物图如图2.13所示：图2.13短信模块实物图方案二：WiFi模块WiFi模块是一种无线网络通信设备，可以实现无线局域网的建立和通信。和短信模块相比，WiFi模块的主要优点包括：（1）传输速度快WiFi模块具有很高的数据传输速度，可以在较短的时间内完成数据的收发。这对于工厂车间环境监测控制系统这种实时性要求较高的应用来说，非常有利。（2）数据量大WiFi模块的数据传输量相对来说比较大，可以传输大量的数据，满足工厂车间环境监测控制系统对大量数据传输的需求。（3）稳定性高WiFi模块的通信切换速度较快，当网络信号不好时会自动切换到更好的信号，在复杂的工厂环境下能够保证数据的传输稳定。除此之外，WiFi模块也存在一些缺点。（1）成本高WiFi模块相对于短信模块而言，成本较高。不仅需要搭建WiFi网络，还需要配备路由器或接入点等设备，这会增加系统的成本。（2）易受干扰WiFi模块的通信过程易受干扰，网络连接可能会因为其他因素导致掉线。在工厂车间等恶劣环境下，干扰因素比较多，这可能会导致数据传输受到影响。WiFi模块的实物图如图2.14所示：图2.14短信模块实物图考虑到工厂车间环境监测控制系统的应用需求，可以发现，在这种环境下，信息的保密性和私密性非常重要，因为一些敏感数据需要进行传输和处理。另外，数据的实时性也非常关键，以确保工厂车间的安全和生产效率。经过对比分析，我们认为短信模块是更好的数据传输模块选择。虽然短信模块的传输速度和数据量有所限制，但短信模块的通信过程非常隐蔽、安全，可以确保数据的机密性。此外，短信模块不需要搭建网络，不需要其他设备，成本较低。这些都是在工厂车间环境监测控制系统中非常重要的考虑因素。综上所述，虽然WiFi模块在某些情况下也可以成为数据传输模块的选择，但在工厂车间环境监测控制系统的场景下，我们建议选择短信模块作为数据传输模块，以保障工厂车间的安全性和生产效率。3硬件系统设计3硬件系统设计3.1硬件绘图软件AltiumDesigner软件是一款专业的电子设计自动化软件，应用广泛，具有独特的设计工具和功能，可以为设计师提供高效的设计能力和优化的电路设计。在工厂车间环境监测控制系统中，AltiumDesigner软件能够提供非常好的设计功能，在设计工作中能够利用AltiumDesigner轻松地完成相关的任务。AltiumDesigner软件拥有非常好的设计工具，包括原理图绘图工具、脚本编辑器、引脚编辑器、PCB绘图工具以及BOM管理工具等。这些设计工具让设计师可以轻松地绘制原理图、设计电路并且在PCB上布局，还可以进行原理图与PCB的交互，方便设计师的设计工作。AltiumDesigner软件具有丰富的库管理功能。对于工厂车间环境监测控制系统，这些库可以包括传感器、控制器、继电器等相关零件，还可以添加定制元件的库。这些库可以通过AltiumDesigner的数据库导入功能实现。此外，该软件还可以支持与第三方库的连接，方便设计师使用。另外，AltiumDesigner软件还具有针对电路板设计的一系列功能。例如，它可以根据米尔斯(Mils)单位来进行图形尺寸设置，可以设置元件间距以及自动匹配针脚。此外，它还提供三维模型查看、电路板自动边界检查、贴片机兼容性分析、机械组装工程以及圆弧拐角布线和热设计等功能，保证了电路板的设计质量。除此之外，AltiumDesigner软件还可以实现板层叠、信号总线和内部信号平面。这些功能可以改善传输噪声，减小毛刺和板层间距，同时最大化地提高电路板的性能和稳定性。AltiumDesigner软件还可以支持大家熟知的设计迭代功能。如果发现设计有误，工程师可以在软件中操作撤销(ctrl+z)、回到过去(ctrl+home)等，实现设计的修改，提升效率，缩短时间开销，从而更好地解决工业车间环境监测控制系统设计中遇到的问题。总之，AltiumDesigner软件是一款非常适合工厂车间环境监测控制系统设计工作的软件，具有独特的设计工具和功能，可以提供高效的设计能力和优化的电路设计，从而实现工厂车间环境管理与控制。AltiumDesigner软件界面如图3.1所示：图3.1AltiumDesigner软件界面利用AltiumDesigner软件所绘制的电路总图如图3.2所示：图3.2电路总图3.2单片机最小系统单片机的最小系统通常由单片机、晶振、电源和复位电路构成。其中，单片机是主控芯片，晶振提供时钟信号，电源为单片机提供电能，复位电路主要用于复位单片机。具体来说，单片机是整个系统的核心部件，负责整个控制流程的计算、操作、控制等。晶振则是单片机运行的重要部分，提供单片机计算逻辑时钟的基础信号。电源则是为单片机提供电能的关键组成部分，常见的有直流电源和电池电源。复位电路则主要用于使单片机处于复位状态，为系统开机前提供一个清零状态。单片机的最小系统在实际应用中比较常见，由于其简单、可靠，成本较低等特点，无论是在工业控制、家电控制、机器人、汽车电子等领域都得到了广泛应用。3.2.1单片机STC89C52单片机是以AT89C52为核心的可编程单片机，属于8051系列的一种。其具有强大的控制能力和稳定性，成本较低，广泛应用于嵌入式系统、自动化控制、电子产品、通信设备等领域。该单片机采用MCS-51体系架构，包括存储器、计数器/定时器、串行通信接口、并行I/O口等多个功能模块，可应用于多种应用场景。STC89C52单片机特点：具有强大控制和处理能力，支持多种编程方式和运行方式；采用FLASH技术，可以进行在线编程，更新程序更方便；内置12T时钟，可以运行频率为11.0592MHz的晶振；内置128字节RAM和自带SPI接口；多个中断源，可进行多任务操作；功耗低，可使用电源电压为2.4V-5.5V。使用STC89C52单片机必须了解其具体内部结构、外部引脚定义、基本操作原理、程序设计方法等方面。通过软件编程，可以实现各种功能，并应用于多种嵌入式系统、数据采集、无线通讯、自动化控制等领域。它可以很好地支持C语言程序设计和汇编语言程序设计，具有广泛的应用场景和开发空间。总之，STC89C52单片机具有性价比高、易于编程、控制能力强等特点，成为嵌入式系统设计和开发中使用最广泛的单片机之一。STC89C52单片机的引脚图如图3.3所示：图3.3STC89C52芯片STC89C52单片机的内部结构图如图3.4所示：图3.4STC89C52内部结构3.2.2复位电路在工厂车间环境监测控制系统中，复位电路是其中一个重要的组成部分。复位电路有助于单片机在出现异常情况时，重新启动并重新开始工作。本小节将从复位电路的定义、功能、设计原则、应用要点和示例方面进行详细的介绍。1.复位电路的定义与功能复位电路是指单片机开机或在运行过程中，由于外部干扰等原因导致单片机无法正常运行，需要将其重新启动时所使用的电路。复位电路的主要功能是使单片机正常重启，进入预设的初始化程序，并关闭正在执行的任务，以避免因脱离程序控制引起的不可预知的异常情况。2.复位电路的设计原则在复位电路的设计中，需要遵循以下原则：（1）稳定性：复位电路应该具有良好的稳定性，能够稳定地检测出复位信号。（2）可靠性：复位电路必须具有可靠的检测和重启功能，能够快速、准确地发现和处理故障。（3）灵敏度：复位电路应该具有高度灵敏的检测和重启功能，以确保在出现异常情况时，能够及时有效地进行处理。（4）兼容性：复位电路应该与单片机的控制信号相兼容，不损坏单片机的任何部分。3.复位电路的应用要点（1）复位电路的电源应该与单片机相同，并且应该有良好的稳定性。（2）在复位电路中使用RC电路或外部晶振，以便减少电流和电压噪声。（3）在复位电路中使用低功耗的元器件，以便减少对系统功耗的影响。（4）为了防止单片机在开机时意外触发复位电路，应该设计一个延时电路，以确保单片机确实出现了故障信号，而不是正常的启动信号。4.复位电路的示例在工厂车间环境监测控制系统中，可以使用STC89C52单片机和复位电路来实现系统的正常运行。复位电路的一种常见的设计方案是使用一个反相比较器，将单片机的电源电压作为参考电压，与单片机的复位引脚连接。如果单片机的电源电压低于参考电压，则将复位引脚拉低。此外，在复位电路中可以添加电容和电阻来调整延迟时间，以确保单片机的复位信号具有高的灵敏度和稳定性。例如，当单片机出现故障信号时，复位电路会在约200毫秒后触发复位信号，并重新启动单片机，该恢复时间取决于物理连接和电路的延迟速度。综上所述，复位电路在工厂车间环境监测控制系统中扮演着重要的角色，可以有效保证系统的稳定性和可靠性。随着技术的进步和单片机的不断发展，复位电路的设计和实现将会更加简单、灵活和高效。因此，对复位电路的研究和应用是嵌入式系统设计和开发中的重要领域之一。复位电路如图3.5所示：图3.5复位电路图3.2.3晶振电路工厂车间环境监测控制系统中的晶振电路起着关键的作用。它能够提供可靠的时间基准，为系统提供准确的计时和同步。本小节将从晶振电路的定义、类型、基本原理、特性和应用范围等方面进行详细介绍。1.晶振电路的定义晶振电路是指利用一定的物理原理，将机械振动转化为电信号的电路。晶体振荡器是振荡器的一种，它采用了晶体谐振回路，利用晶体内部的压电效应和共振现象来实现电信号的稳定振荡，从而产生高精度的时间基准。2.晶振电路的类型按照晶振的工作条件和物理特性，晶振电路可以分为以下几种类型：（1）AT晶振电路：该类型晶振适用于频率要求高、波形精度高的场合。如微控制器系统、数字电路等。（2）BT晶振电路：这种类型的晶振适用于功率要求高、频率精度低的场合。如电源管理、充电器等。（3）QC晶振电路：这种类型的晶振适用于射频电路、通信电路等高速数据传输的场合。如移动通信设备、卫星通讯等。3.晶振电路的基本原理晶振电路的基本原理是利用晶体的光学电学效应和Piezoelectric效应来实现振荡。晶振器内部放置了一个压电晶体，它能够将机械振动转化为电信号，从而实现电信号的稳定振荡。4.晶振电路的特性晶振电路具有如下特性：（1）频率稳定性好：晶体振荡器能够提供非常稳定的频率，而且频率几乎不会受外界环境的干扰。（2）频率精度高：晶体振荡器的频率精度非常高，能够提供高精度的时间基准。（3）体积小、重量轻：晶体振荡器具有体积小、重量轻的优点，非常适合搭载在小型电路板上。（4）使用方便：晶体振荡器可以直接使用，无需任何额外的调试或校正。5.晶振电路的应用范围晶体振荡器广泛应用于电子电路、计算机、通信设备、控制系统等领域。如单片机、计算机主板、手机、GPS、导航、雷达等，都需要使用晶振电路提供时钟信号。综上所述，晶振电路在工厂车间环境监测控制系统中起着至关重要的作用。通过稳定性好、频率精度高等优势，为系统提供精准、稳定的时钟信号，确保系统的正常运行。因此，在应用晶振电路时需要加强对其特性、类型、工作原理和相关技术等方面的研究和掌握，以提高晶振电路的应用级别和使用效果，为控制系统的优化升级和卓越运行提供有力支持。晶振电路原理图如图3.6所示：图3.6晶振电路3.2.4电源电路单片机是现代工业控制系统的重要组成部分，它需要始终保持稳定的电源供应以保证正常工作。因此，单片机的电源电路设计是工厂车间环境监测控制系统中非常重要的一部分。本文将从单片机电源电路的作用、设计原则和常见电源类型等方面进行详细介绍。1.电源电路的作用单片机是一种需要准确、稳定的电源供应的电子器件，它的正常工作依赖于电源电路的稳定性。电源电路的设计的主要目的是提供单片机所需的准确、稳定的直流电源。同时还需要保证电源电路具有足够的负载容量和抗干扰能力，以确保工作稳定性和电路安全性。2.电源电路的设计原则（1）保证稳定性稳定性是电源电路设计的关键因素之一。在电路设计过程中，必须根据单片机器件的电源需求和环境条件，选用稳定性和精度都比较高的元器件，以确保电源电路提供稳定、准确的电源输出。（2）减小噪声电源电路反馈响应和滤波技术的选择能够有效减小信号噪声，提高电路的抗干扰能力。此外，还需要对单片机电源电路进行封装或屏蔽，进一步减小工作时产生的干扰，保证单片机的正常工作。（3）采用模块化设计模块化设计是将电源电路分成不同的模块，每个模块工作相互独立。采用模块化设计可以大幅提高电源电路的可靠性，同时也方便故障排除和维护。3.电源电路的类型（1）线性电源线性电源是传统的电源设计方式，主要由变压器、整流电路、电容滤波器、稳压电路和负载等几个部分组成。线性电源可以提供比较纯净稳定的直流电源，但其功率转换效率较低，加大了电源电路的热量散发和供电空间要求。（2）开关电源开关电源是一种高效的电源设计方式，它可将交流电源通过开关模块、变换电路和高频输出电路进行变换，然后经由电容滤波器得到所需的直流电源。开关电源功率转换效率高，可以提供更加稳定、可靠的电源供应，并且体积较小，节省供电空间，在现代工业控制系统中应用较广。单片机的电源电路设计是确保工厂车间环境监测控制系统正常运行、实现控制功能的重要保障。电源电路的设计需要根据单片机的需求、工作环境和应用需求，选用合适的元器件和模块化设计方案，以保证电源电路具有优异的稳定性、抗干扰能力和功率效率。电源电路实际接线图如图3.7所示：图3.7电源电路3.3显示模块LCD1602液晶显示屏(以下称LCD)是一种常见的数字显示设备，它具备低功耗、清晰透明、价格便宜等特点。LCD的显示原理是利用液晶材料受电场作用而改变光的偏振方向，使得光线透射或不透射，从而显示出字符、数字、符号等信息。它的结构由1602个点阵构成，支持一行16个字符的显示。LCD主要由二部分组成：控制电路和显示模块。其中，控制电路是微控制器(例如单片机)对LCD的驱动电路，而显示模块用于处理和显示数据，在控制电路的驱动下，LCD可以在屏幕上显示用户需要的信息。以下分别介绍这两部分的主要功能。1.控制电路LCD液晶屏的控制电路引脚与单片机相连接。在工厂车间环境监测控制系统中，单片机对LCD的控制主要包含以下步骤：初始化函数：设置LCD的行数和字符数，设置显示模式和游标模式等；数据读写操作：如果需要向LCD模块上写入信息，则需要将数据先从单片机中存储器中读出，然后按照显示位置一行一行写入LCD模块；如果需要从LCD模块上读取数据，则需要发送命令到LCD模块，让它将指定的位置上的数据读出，并且存放到单片机的存储器中。控制信号的发送：LCD中液晶材料受电场作用才能显示出需要的字符等信息。所以单片机通过向LCD的控制端口发送相应的控制信号，来实现屏幕上字符、图形等的显示。如RS引脚控制LCD模块的读写，RW引脚控制LCD模块的读写模式，E引脚采用高电平脉冲控制LCD模块应答。2.显示模块LCD的显示模块是由两个玻璃板组成，这两个玻璃板之间有液晶及其附属器件。LCD的信息显示是通过这两个玻璃板之间液晶的变化而实现的，电极可以使液晶材料产生特定方向的电场，从而改变光的偏振方向，实现显示的可见性。LCD1602显示屏的字符、字库、符号等内容使用内置的芯片ROM存储，单片机通过液晶屏幕上的32个像素(16x2)接口，将需要显示的信息传输到LCD上。此时，单片机会向LCD发送信号，其中包括要显示的数据的地址(在LCD的显存中)、要显示数据的位数及其内容。LCD收到信号后，就可以显示相应的信息了。综上所述，液晶1602显示屏不仅可以大大方便工厂车间环境监测控制系统实时监测和控制车间环境数据，而且是一种价格便宜、能够长时间工作稳定、具有电源低耗性等特点的数字显示设备，逐渐成为车间环境数据采集、监测及监控装置的重要组成部分。硬件电路如图3.8所示：图3.8LCD1602液晶显示电路原理图3.4蜂鸣器报警电路本工厂车间环境监测控制系统需要进行实时报警，当个传感器模块检测到异常情况的时候将会给单片机发送一个信号，单片机将会对此信号进行对比。如果确定为异常信号，则会发出报警。由于单片机所发射的电流信号是比较小的，所以在此我们需要利用一个三极管对报警器进行控制。三极管具有放大功能，可以将较小的电流信号放大成可以驱动蜂鸣器的大电流。设计电路如图3.9所示。图3.9声音报警电路3.5DHT11温湿度检测模块在现代工业生产中，环境监测越来越受到重视。特别是在工厂车间这样的封闭环境中，温湿度的变化会直接影响到生产质量和员工健康。为了有效地实现环境监测和控制，常常使用现代化的温湿度传感器，其中DHT11是一种广泛应用的数字式温湿度传感器。它通过与单片机相结合，能够实时监测和控制工厂车间的温湿度，提高生产效率和保护环境。DHT11是一种低成本、高准确度的数字式温湿度传感器，其具有小巧、方便等特点。其结构简单，包括Vcc，Data和GND3个引脚。通过将DHT11的Vcc引脚连接到单片机的5V引脚，将DHT11的GND引脚连接到单片机的地引脚，将DHT11的Data引脚连接到单片机的IO口，就可以实现从DHT11上读取温度和湿度数据。为了实现工厂车间的温湿度监测和控制，需要编写相应的单片机程序。程序主要包括三部分：初始化设置、数据读取和数据处理。在初始化设置部分，需要根据DHT11传感器的数据传输协议初始化传感器。数据传输协议是先将一根40μs的低电平脉冲发送到传感器，然后接收40个位的数据。数据读取部分需要定义一个变量来存储读取到的数据，通过对传感器数据的轮询方式，重新发送初始化脉冲，并重新读取数据，以确保数据有效。在所有数据已成功读取后，可以将读取到的温度和湿度数据存储到单片机的存储器中，进行显示或进一步处理。数据处理部分主要是通过简单的除以10或乘以100等计算方法，将从传感器读取到的数据转换成实际温度和湿度值。对于工厂车间环境监测控制系统来说，DHT11温湿度传感器与单片机的结合可以实现多种功能，如定时采集和显示温湿度数据，控制车间环境温度和湿度等。这个系统能够保证生产环境的质量和健康，提高生产效率和保护环境。总之，DHT11温湿度传感器是一种简单易用、准确可靠的数字式温湿度传感器，通过与单片机相结合，可以实现工厂车间环境温湿度的实时监测和控制。它不仅可以有效地提高生产效率，更重要的是能够在环保方面做出有力的贡献，温湿度检测模块电路图如图3.10所示：图3.10温湿度检测模块电路3.6PM2.5检测电路MQ-2PM2.5检测电路是一种基于半导体传感器原理的高精度空气质量检测电路，能够检测空气中的多种有害物质，如甲烷、丙烷、烟雾、一氧化碳等。其结构简单，包括Vcc，GND和AOUT3个引脚。通过将MQ-2PM2.5检测电路的Vcc引脚连接到单片机的5V引脚，将MQ-2的GND引脚连接到单片机的地引脚，将MQ-2的AOUT引脚连接到单片机的ADC输入引脚，就可以实现从MQ-2上读取空气质量数据。为了实现空气质量的监测和控制，需要编写相应的单片机程序。程序主要包括三部分：初始化设置、数据读取和数据处理。在初始化设置部分，需要根据MQ-2的数据传输协议初始化传感器。数据传输协议是先将一根5V的低电平脉冲发送到传感器，然后接收传感器的模拟输出信号。数据读取部分需要定义一个变量来存储读取到的数据，通过对传感器数据的轮询方式，重新发送初始化脉冲，并重新读取数据，以确保数据有效。在所有数据已成功读取后，可以将读取到的空气质量数据存储到单片机的存储器中，进行显示或进一步处理。数据处理部分主要是将从传感器读取到的数据转换成实际空气质量值。对于空气质量监测控制系统来说，MQ-2与单片机的结合可以实现多种功能，如定时采集和显示空气质量数据，控制车间空气污染物排放等。这个系统能够保证生产环境的空气质量，提高生产效率和保护员工健康。总之，MQ-2是一种简单易用、准确可靠的空气质量检测电路，通过与单片机相结合，可以实现工厂车间空气质量的实时监测和控制，它不仅可以有效地提高生产效率，更重要的是保障员工健康和企业的社会责任。原理图电路如图3.11所示：图3.11PM2.5烟雾检测电路3.7SIM800C远程报警模块工厂车间环境监测控制系统中，SIM800C是一个很重要的部件。它是一种基于GSM/GPRS技术的模块，可以将传感器采集的数据通过无线网络传输给云端，实现远程监控和控制。SIM800C模块结构简单，包括SIM卡槽，天线接口，GND和VCC引脚。通过将SIM800C模块的GND引脚连接到单片机的地引脚，将SIM800C模块的VCC引脚连接到单片机的5V引脚，将SIM800C模块的RXD引脚连接到单片机的TXD引脚，将SIM800C模块的TXD引脚连接到单片机的RXD引脚，就可以实现数据传输。为了编写相应的单片机程序，需要了解SIM800C的AT指令集。AT指令集是用于控制SIM800C模块的一组命令，包括检测信号强度、发送短信、接收短信等功能。在初始化设置部分，需要发送AT指令来检测SIM800C模块的状态，并确保SIM卡已经插入和识别。数据传输部分需要发送短信指令或者HTTP指令，来实现数据的传输。在数据处理部分，需要解析SIM800C返回的数据，确认数据是否传输成功，并进行相应的处理。通过SIM800C模块，车间监测控制系统可以实现远程数据传输和远程控制。在车间监测方面，系统可以通过传感器采集空气质量、温湿度等数据，将数据传送到云端实现实时监测。在车间控制方面，系统可以通过云端发送指令，远程控制空调温度、空气净化器工作模式等设备，实现对车间环境的精细化控制。总之，SIM800C是一个重要的组成部分，它能够实现传感器数据的远程传输和远程控制。通过与单片机和传感器相结合，可以实现工厂车间环境监测控制系统的全面掌控，提高生产效率、保障员工健康和企业社会责任。SIM800C模块电路原理图如图3.12所示：图3.12SIM800C电路设计3.8继电器电路继电器是一种能够通过电磁感应实现电路开关控制的电子元件。它通过一个控制电路来控制另一个电路的开关，从而实现电气系统的控制。继电器具有体积小、容量大、可靠性高、适应性强等特点，广泛用于各种工业自动控制领域。继电器的控制方式一般通过单片机的输出口来实现。单片机会将控制信号转换为电信号，向继电器发送开关指令。继电器可以是AC或DC的，根据应用场景的不同，有选择地使用相应的继电器。在具体实现过程中，需要注意继电器的电气参数。继电器有很多参数，如通/断电路电流和电压、继电器的操作时间和释放时间等。这些参数会影响继电器的使用效果，需要在选型和电路设计时予以考虑。另外，为保障系统的可靠性，需要考虑继电器与其他元器件之间的电气隔离。在单片机输出信号和继电器驱动电路之间，可以采用光耦隔离器等元器件，隔离前后电路，以保障系统的稳定性和安全性。总之，继电器是工厂车间环境监测控制系统中不可或缺的重要部件。它通过实现电路的可靠开关控制，实现了对车间环境的精细化掌控。深入了解继电器的控制方法和原理，可以为工厂车间环境监测控制系统的设计和维护提供更全面的技术支撑，继电器电路如图3.13和3.14所示：图3.13继电器电路原理图图3.14继电器电路原理图4系统的软件设计4系统的软件设计4.1软件环境搭建介绍本系统采用C语言进行设计和开发，采用Keil5编程工具进行编程，Keil_5软件界面如图：图4.1Keil_5软件界面4.2系统程序流程图4.2.1主程序软件设计本系统为工厂车间环境监测控制系统，在进行主程序设计过程中，主要通过监测当前工厂车间环境的温湿度以及空气质量信息，并通过继电器进对空气质量以及温湿度进行调解，整体的设计流程图如图4.2所示：图4.2车间环境监测流程图4.2.2PM2.5及红外报警程序设计对于PM2.5数据以及红外数据的采集来说，主要通过串口的方式，将数据发送至STC89C52，因此在程序设计的过程中，只需要将两个传感器模块的数据与单片机建立通信，通过编程完成完成上述功能，流程图如图4.3所示：图4.3串口通信数据发送、接收流程图5系统的调试PAGE35 5系统的调试5.1软硬件调试系统的调试主要分为软件方面和硬件方面，软件调试是指在软件开发过程中，通过使用调试器对程序代码进行检查、修改、跟踪，以便发现和解决程序的错误和异常行为。软件调试的工具一般包括代码断点、单步执行、变量监视等。硬件调试是指在嵌入式系统设计、开发过程中，通过硬件测试仪器，如示波器、逻辑分析仪、多用测试仪等对硬件电路进行检查，找出硬件故障现象及原因。硬件调试常常需要查看硬件信号波形图和测试硬件电路板。5.2实物调试截止到目前，本设计的所有模块单元的设计都已接近尾声，现在准备进行上电调试。本工厂车间环境监测控制系统的实物如图5.1所示；图5.1系统实物图本系统可以通过按键进入管理员模式，在管理员模式下可以对PM2.5和温湿度的上下限阈值进行调整，按键设置温湿度阈值如图5.2和5.3所示：图5.2PM2.5阈值设置图5.3温湿度阈值设置结论结论本研究旨在研究工厂车间环境监测控制系统，该系统使用STC89C52单片机控制PM2.5检测模块、温湿度检测模块、MQ-2烟雾PM2.5监测传感器模块、显示模块等硬件电路的数据交互与传输，报警模块包括蜂鸣器报警和无线远程短信报警，通过SIM800C短信通信模块实现实时的报警。该系统可实现全天候不间断的环境监测，也可以根据实际的需求对工厂车间的整体环境进行调节。当温湿度和空气质量数据超出设定阈值时，风扇可进行调节。软件和硬件介绍了系统的实现过程。由于时间限制，外观设计不佳，但如果有机会再研究该系统，将绘制美观的PCB板并添加更多功能。相信在不久的将来，基于单片机的工厂车间环境监测控制系统将成为每个工厂车间必备的工具。