基于52单片机无线室内环境检测控制系统设计与制作

湖南商务职业技术学院毕业设计

目录

1产品功能分析...............................................................................................................1

1.1研究背景及意义.................................................................................................1

1.2设计主要研究的内容.........................................................................................1

2系统方案设计...............................................................................................................2

2.1单片机的选择方案.............................................................................................2

2.2显示屏的选择方案.............................................................................................2

2.3传感器的选择方案.............................................................................................2

2.4无线通信的选择方案.........................................................................................3

2.5系统框图.............................................................................................................3

3系统硬件电路设计.......................................................................................................4

3.1STC89C52单片机模块电路设计.......................................................................4

3.2LCD1602显示屏电路设计.................................................................................5

3.3HC-05蓝牙模块电路设计..................................................................................6

3.4蜂鸣器模块电路设计.........................................................................................6

3.5传感器模块电路设计.........................................................................................6

4系统软件设计...............................................................................................................7

4.1主程序设计.........................................................................................................8

4.2蓝牙通信子程序设计.........................................................................................8

4.3温湿度数据采集子程序设计.............................................................................9

4.4显示屏子程序设计...........................................................................................10

5系统调试与测试.........................................................................................................10

5.1软件调试...........................................................................................................10

5.2硬件调试...........................................................................................................11

5.3实物测试...........................................................................................................11

6产品使用说明.............................................................................................................12

参考资料.........................................................................................................................13

I

湖南商务职业技术学院毕业设计

附录1元器件清单.......................................................................................................14

附录2电路原理图.......................................................................................................15

附录3PCB设计图........................................................................................................16

附录4作品实物照.......................................................................................................17

附录5软件程序代码...................................................................................................18

II

湖南商职业技术学院毕业设计

基于52单片机无线室内环境检测控制系统

设计与制作

1产品功能分析

1.1研究背景及意义

随着社会经济的不断发展，居民的生活水平有了明显的提高，老百姓的出

行方式、生活环境都得到了显著的进步。但是弊端也随之爆发出来，随着工业

废气、汽车尾气的肆意排放导致环境污染逐渐严重。居民患呼吸道疾病的概率

逐渐增大，更为严重的是可能威胁到居民的生命安全。所以空气污染是国家、

社会急需解决的问题。一个人无论是在学习还是在工作，大部分时间都是在室

内度过，因此室内的空气污染程度的高低对百姓的生活健康有着至关重要的的

影响。室内的环境检测中最为重要的就是温度、湿度以及烟雾浓度数据，良好

的温湿度不仅可以提高用户学习、工作的效率，更重要的是可以保障居民的身

心健康。所以在本文中将研发一款无线室内环境检测控制系统。

随着集成电路技术、无线通信技术以及嵌入式技术的不断发展，小型嵌入

式设备逐渐出现在居民的日常生活中。不仅为居民的生活带来一定的便捷，同

时可以减轻居民的工作负担。近几年，特别是单片机等小型微控制器的电子产

品在社会中得到大量的使用，单片机体积小、性能稳定、价格实惠，因此采用

单片机为主控制器的嵌入式设备在用户的日常生活中得到广泛的使用。所以在

本文研究的无线室内环境检测控制系统设计中将采用单片机为主控制器将具有

重要的研究意义和发展前景。

1.2设计主要研究的内容

（1）系统方案的选择；

（2）硬件电路的组成以及使用方法；

（3）硬件、软件调试；

1

湖南商职业技术学院毕业设计

2系统方案设计

2.1单片机的选择方案

方案一：选择STC89C52单片机做为无线室内环境检测系统的主控制器模块，

STC89C52单片机是一款性能稳定、外设资源丰富且价格实惠的嵌入式控制模块，

该单片机在高等教学以及小型嵌入式设备中得到广泛的使用，此外STC89C52单

片机模块开发难度低、可用于二次开发。所以在本文中选择STC89C52单片机模

块是一个不错的选择。

方案二：选择STM32F103C8T6单片机模块做为无线室内环境检测系统的主

控制器模块，STM32F103C8T6单片机模块运行速度快、性能优越、外设资源丰富。

但是STM32F103C8T6单片机模块开发难度大，且该单片机模块价格较高。此外ST

M32F103C8T6单片机主要在物联网项目、工业、医疗等行业中得到广泛的使用，

所以在本文中采用STM32F103C8T6单片机模块不是很合适。

通过对STC89C52单片机模块、STM32F103C8T6单片机模块不断对比和验证

后发现STC89C52单片机模块更加符合本次设计，所以在单片机模块的方案论证

中选择方案一较为合适。

2.2显示屏的选择方案

方案一：选择LCD1602显示屏显示传感器采集的数据和独立按键设置的阈

值信息，LCD1602显示屏模块在工业、机器人等行业中得到广泛的使用，此外LCD

1602显示屏模块通信简单、性能稳定、适应环境能力强，所以在本文中选择LCD1

602显示屏模块更加符合本次设计。

方案二：选择OLED显示屏显示传感器采集的数据和独立按键设置的阈值信

息，OLED显示屏是一款基于IIC通信的显示屏模块，该模块尺寸下，但是开发

难度大且价格较贵。因此在本文中选择OLED显示屏模块显示信息不是很合适。

通过对LCD1602显示屏模块、OLED显示屏模块不对对比和验证后发现LCD1

602显示屏模块更加符合本次设计，所以在显示屏的方案论证中选择方案一。

2.3传感器的选择方案

方案一：选择DHT11温湿度传感器、MQ-2烟雾传感器分别采集室内的温度、

湿度以及烟雾数据，DHT11温湿度传感器模块是一款基于单总线的温湿度采集模

块，该模块采集数据的精度高、灵敏度高、性能稳定，所以选择DHT11模块是

2

湖南商职业技术学院毕业设计

一个不错的选择，此外MQ-2烟雾传感器是一款常见的烟雾采集模块，该模块具

备多种通信方式，并且采集的数据精度高，性能也比较稳定。

方案二：选择优云RS485温湿度传感器、MP-2烟雾传感器模块分别采集室

内的温度、湿度以及烟雾数据，优云RS485传感器模块是一款基于485通信的

温湿度模块，该模块采集的精度高，但是通信难度大且抗干扰能力差，所以选

择优云RS485传感器模块采集室内的温度、湿度数据不是很合适。此外MP-2传

感器模块虽然通信简单、价格实惠，但是采集的数据精度高。所以在本次设计

中选择优云RS485温湿度传感器、MP-2烟雾传感器模块不是很合适。

通过对上述不同种模块进行对比和验证后发现DHT11温湿度传感器、MQ-2

烟雾传感器更加适合本次设计，所以在传感器模块的方案论证中选择方案一更

加合适。

2.4无线通信的选择方案

方案一：选择HC-05蓝牙模块负责将传感器采集的数据发送到手机客户端

进行查看，HC-05蓝牙模块通信质量更高、通信方式更加简单，同时HC-05蓝牙

模块价格更加实惠。所以选择HC-05蓝牙模块更加符合本次设计。

方案二：选择无线红外通信，由于在本次设计中需要将数据传输到移动终

端，而不是将数据传输到主控终端，所以选择红外通信不是很合适，此外红外

通信容易受到障碍物的影响。所以选择红外通信不是很合适。

通过对蓝牙模块、红外通信不断对比和验证后发现蓝牙模块更加符合本次

设计，所以在无线通信模块的方案论证中选择方案一更加合适。

2.5系统框图

图1系统框图

3

湖南商职业技术学院毕业设计

3系统硬件电路设计

3.1STC89C52单片机模块电路设计

STC89C52单片机模块共有40个端口，其端口定义如下表1所示。

表1STC89C52单片机IO口定义表

端口名称端口功能

P0.0-P0.7输入、输出端口

P1.0-P1.7标准IO端口

P2.0-P2.7标准IO端口

P3.0串口接收端口

P3.1串口发送端口

P3.2外部中断0端口

P3.3外部中断1端口

P3.4标准IO端口

P3.5标准IO端口

P3.6标准IO端口

P3.7标准IO端口

GND电源负极

VCC电源正极

XTAL1晶振输入端口1

XTAL2晶振输入端口2

RST复位端口

EA内外存储器选择引脚

ALE地址锁存允许引脚

PSEN外部程序存储引脚

INT2外部中断2

INT3外部中断3

STC89C52单片机模块的电路设计需要对晶振电路、复位电路以及电源电路

4

湖南商职业技术学院毕业设计

进行设计，STC89C52单片机模块的晶振电路主要由11.0592MHZ晶振、30PF电

容组成，STC89C52单片机模块复位电路主要由10UF电解电容以及3K电阻组成。ST

C89C52单片机模块最小系统板电路如下图2所示。

图2STC89C52单片机模块电路图

3.2LCD1602显示屏电路设计

LCD1602显示屏模块共有16个端口，其中有8个数据端口、3个控制端口、

2个电源端口、2个背光电源端口和1个亮度调节端口。在16个端口中需要将

数据端口、控制端口和STC89C52单片机模块进行连接，其中的电源端口、背光

电源端口分别连接到电源的正极和负极即可。最后将亮度调节端口连接到滑动

变阻器端口即可。LCD1602显示屏模块电路如下图3所示。

图3LCD1602显示屏模块电路图

5

湖南商职业技术学院毕业设计

3.3HC-05蓝牙模块电路设计

HC-05蓝牙模块和STC89C52单片机模块是通过串口通信的，因此需要将蓝

牙模块的TXD端口、RXD端口分别连接到STC89C52单片机模块的P3.0端口、P3

.1端口，同时需要将蓝牙模块的GND端口、VCC端口分别连接到电源的负极和

正极即可。HC-05蓝牙模块电路如下图4所示。

图4HC-05蓝牙模块电路图

3.4蜂鸣器模块电路设计

蜂鸣器模块电路主要有NPN三极管、1K电阻组成，在电路设计中需要将蜂

鸣器的正极连接到5V电源的正极，同时需要将蜂鸣器的负极连接到NPN三极管

的集电极，紧接着需要将NPN三极管的基极和发射极分别连接到STC89C52单片

机模块的IO端口和电源负极。蜂鸣器模块电路如下图5所示。

图5蜂鸣器模块电路图

3.5传感器模块电路设计

在本次设计中需要采集室内环境的温度、湿度以及烟雾浓度数据，因此需

要设计DHT11温湿度传感器模块的电路以及MQ-2烟雾传感器模块的电路，DHT1

6

湖南商职业技术学院毕业设计

1温湿度传感器模块共有四个端口，分别为VCC端口、数据端口、悬空端口和GND

端口，在电路设计中需要将VCC端口、GND端口分别连接到5V电源的正极和负

极，最后需要将数据端口连接到STC89C52单片机模块的IO口即可。而MQ-2烟

雾传感器模块的电路设计需要设计ADC0832芯片模块的电路。DHT11温湿度传感

器模块、烟雾传感器模块电路图分别如下图6、7所示。

图6DHT11温湿度传感器模块电路图

图7MQ-2烟雾传感器模块电路图

4系统软件设计

程序框架如下图8所示。

图8程序框架图

7

湖南商职业技术学院毕业设计

4.1主程序设计

基于52单片机无线室内环境检测系统的主程序设计首先需要初始化系统

的各个子模块，其中包括DHT11温湿度传感器模块、烟雾传感器模块、独立按

键模块、LED灯模块、蓝牙模块以及蜂鸣器模块，各个模块初始化完毕后进入系

统的主循环，然后启动传感器采集数据，将传感器采集的数据显示在屏幕中，

同时判断传感器采集的数据是否在设定的阈值范围内，如果不在设定的阈值范

围内的时候启动蜂鸣器模块进行报警，最后通过蓝牙将传感器采集的数据发送

到手机客户端进行显示。系统主程序设计流程如下图9所示。

图9系统主程序设计流程图

4.2蓝牙通信子程序设计

蓝牙模块和STC89C52单片机模块是通过串口通信的，首先需要配置HC-05

蓝牙模块的波特率、起始位、配对密码、工作模式以及名称，蓝牙模块配置结

束后需要编写串口通信协议，需要配置STC89C52单片机模块的定时器以及打开

串口中断，最后在串口中断里面将传感器采集的数据发送到手机客户端进行显

示，蓝牙通信子程序设计流程如下图10所示。

8

湖南商职业技术学院毕业设计

图10蓝牙通信子程序设计流程图

4.3温湿度数据采集子程序设计

DHT11温湿度传感器和STC89C52单片机是通过单总线传输的，因此首先需

要初始化DHT11温湿度传感器和STC89C52单片机连接的端口，然后将此IO口

设置为低电平，且低电平的时间必须要大于18ms，且需要等待低电平的时间是

否结束，当低电平的时间结束后需要将该端口设置为高电平，且高电平的时间

必须要达到80ms，当高电平的时间结束后就可以读取温湿度数据，最后判断一

帧数据是否读取完毕，如果读取完毕则保存接收到的数据且开启下一次读取，

温湿度数采集程序如下图11所示。

图11温湿度数据采集子程序设计流程图

9

湖南商职业技术学院毕业设计

4.4显示屏子程序设计

LCD1602显示屏和STC89C52单片机是通过并行通信的，STC89C52单片机通

过操作RS、RW以及E寄存器进而驱动LCD1602显示屏显示数据，首先需要设置

坐标显示位置，同时判断字符是否等于零，如果字符不等于零则调用字符发送

函数，紧接着指针加一即可，如果字符等于零则返回。显示屏驱动子程序设计

流程如图12所示。

图12显示屏子程序设计流程图

5系统调试与测试

5.1软件调试

基于52单片机无线室内环境检测控制系统的软件调试是在KEIL软件上进

行的，软件调试界面如下图13所示。

图13软件调试界面图

首先需要利用KEIL软件的DEBUG功能对温湿度采集子程序、烟雾数据采集

子程序进行调试，需要验证DHT11温湿度传感器和STC89C52单片机模块的单总

线通信是否正常，还需要验证温湿度数据采集的延时函数是否准确，最后需要

10

湖南商职业技术学院毕业设计

验证STC89C52单片机模块能否准确得到采集的温度、湿度数据。而烟雾数据的

采集子程序需要验证采集的烟雾数据能否经过AD转化，同时需要验证采集的一

帧烟雾数据能否转化完成。通过KEIL软件的调试验证后发现传感器采集的数据

是准确的。

第二步需要验证LCD1602显示屏显示传感器采集的数据和按键设置的阈值

信息是否正确，由于LCD1602显示屏和STC89C52单片机模块是通过并行通信的，

因此需要验证并行通信协议是否正确。同时还需要验证STC89C52单片机是否能

够准确操作显示屏的RS、RW以及E寄存器。通过验证后发现LCD1602显示屏的

驱动代码没有出现问题。

第三步需要验证蜂鸣器模块的驱动代码、LED灯模块的驱动代码是否正确，

该模块的代码验证较为简单，只需要验证端口初始化是否正确以及在WHILE循

环里面是否能稳定输出高低电平即可。通过验证后发现蜂鸣器模块可以正常发

声，LED灯模块可以正常点亮。

5.2硬件调试

基于52单片机无线室内环境检测控制系统的硬件调试需要验证各个模块

的电路是否可以稳定工作，是否产生短路、断路等现象。同时还需要验证STC89C5

2单片机模块最小系统板电路是否可以正常工作。通过万用表、示波器依次检查

电路中的各个模块发现系统硬件电路可以正常工作。

5.3实物测试

实物测试首先需要对实物进行上电，实物上电是通过DC数据线完成的，实

物上电如下图14所示。

图14实物上电图

11

湖南商职业技术学院毕业设计

由图12所示，LCD1602显示屏模块、DHT11温湿度传感器模块、MQ-2烟雾

传感器模块、独立按键模块、蜂鸣器模块、LED灯模块、蓝牙模块都可以正常工

作。系统可以稳定可靠的运行。

6产品使用说明

（1）使用前检查产品的各个模块是否连接好，同时需要检查蓝牙模块和单

片机是否接线正确。

（2）产品采用DC5V数据线供电，因此实物在上电的时候需要将数据线插

入到DC插座中，切记要插紧。最后打开手机的蓝牙，搜索蓝牙热点，蓝牙热点

搜索成功后输入配对密码进行连接，最后打开智能手机的APP点击连接蓝牙模

块就可以看到传感器采集的数据。

（3）产品在使用的过程中需要注意板子的背面不要短路和短路。

12

湖南商职业技术学院毕业设计