基于單片機(jī)STC89C51的粉塵檢測儀系統(tǒng)設(shè)計

景曉琦

一、引言

全球工業(yè)化讓科技得到了快速發(fā)展，人們的生活質(zhì)量水平也得到了快速提高，但是在經(jīng)濟(jì)發(fā)展良好和物質(zhì)快速豐富的同時，各種工業(yè)化發(fā)展的道路上累積的環(huán)境問題也隨之暴露，空氣污染當(dāng)屬最為直接且嚴(yán)重的環(huán)境問題。據(jù)相關(guān)報告表明，因直接或間接由空氣污染所致的疾病死亡的人數(shù)，到目前為止全球范圍內(nèi)平均為每天大約一千人，而中國占比百分之四十左右，換言之，近年來世界上一年將近四十萬的同胞會由于空氣環(huán)境問題直接或間接的患病身亡。

伴隨著我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施，生態(tài)保護(hù)作為其重要的基礎(chǔ)也備受重視。空氣質(zhì)量反映了空氣污染的程度，空氣質(zhì)量根據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)制定有不同的數(shù)據(jù)參數(shù)，一般是根據(jù)空氣中污染物（粉塵）的濃度高低來判斷的?？諝赓|(zhì)量在工業(yè)革命之前很少受到人們的關(guān)注，當(dāng)時人們關(guān)注空氣質(zhì)量大多是由自然現(xiàn)象引起的天氣原因，鮮少有人為原因造成的空氣質(zhì)量問題引起人們關(guān)注。第一次工業(yè)革命后，煤炭的大量使用，鋼鐵的大規(guī)模需求，以及第二次工業(yè)革命后，電力的出現(xiàn)和燃油機(jī)器的快速崛起，導(dǎo)致了人們?nèi)粘Ｉ畹目諝赓|(zhì)量急劇下降，可以明顯感受到工業(yè)化給人們帶來的危害。為了能夠及時提醒人們當(dāng)時所處環(huán)境的粉塵濃度，我們設(shè)計了一款成本及價格適合普通家用，體積大小便于人們使用并且空氣質(zhì)量檢測的精度可以保證人們的健康要求的粉塵濃度檢測儀。

二、模塊設(shè)計

本次所設(shè)計粉塵檢測儀的主要組成部分有如下六個模塊：AT89S51單片機(jī)微型控制器作為整個設(shè)備的控制中心;ADC0832芯片作為連接傳感器和控制中心主的A/D轉(zhuǎn)換器;LCD1602顯示器作為整個設(shè)備的結(jié)果顯示模塊將設(shè)備所要顯示給用戶的信息顯示在屏幕上;傳感器采用的是夏普粉塵傳感器作為整個設(shè)備的信息采集器，采集環(huán)境中的粉塵濃度;為其他所有部分供電的發(fā)電模塊;當(dāng)粉塵濃度過高時蜂鳴器報警的警報模塊。本設(shè)計白勺總體系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 粉塵檢測儀系統(tǒng)框圖

復(fù)位電路在整個系統(tǒng)中的控制作用：一般來說，在任何一款電子系統(tǒng)中都要有重置（或叫做刷新重啟）的功能，在單片機(jī)系統(tǒng)中當(dāng)然也需要這樣的功能。那么單片機(jī)的復(fù)位電路就是常說的重置或者重啟的作用，相當(dāng)于計算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)的重啟設(shè)置。它的作用是當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)不正常運(yùn)行時，比如，程序跑飛、系統(tǒng)崩潰、或者出現(xiàn)死機(jī)等現(xiàn)象時，就需要復(fù)位電路讓系統(tǒng)結(jié)束當(dāng)下運(yùn)行的工作，重新開始新的運(yùn)行狀態(tài)。常見的51系列單片機(jī)或者與51兼容的單片機(jī)在設(shè)定外部電源電路時要注意：該系列單片機(jī)一般都采用第31腳作為單片機(jī)的電源輸入口，因此當(dāng)它接入高電平時（單片機(jī)在上電之前一般都會完成復(fù)位操作），單片機(jī)開始從內(nèi)部存儲器的第一位開始執(zhí)行即從0000H開始執(zhí)行操作。但當(dāng)它接入低電平時執(zhí)行操作的將不再是內(nèi)部存儲區(qū)，而是從外部存儲器開始執(zhí)行操作，開始的地址也是從第一位0000H開始。

夏普粉塵傳感器作為一種外部感應(yīng)器件，對所在環(huán)境空氣中可測量顆粒物進(jìn)行檢測，并通過感應(yīng)器件內(nèi)部的處理將測量到的顆粒物濃度正比轉(zhuǎn)化成模擬信號輸出。但是在仿真中做不到檢測并輸出模擬信號，所以我們采用可變電阻來實(shí)現(xiàn)傳感器的功能。

三、程序設(shè)計

在一般的單片機(jī)程序設(shè)計當(dāng)中，都會涉及到定時器的使用，是為了每隔一段時間之后從感應(yīng)元件讀取數(shù)據(jù)。本次設(shè)計的單片機(jī)系統(tǒng)同樣采用了常見的定時器程序設(shè)計，其具體的作用是：周期性地從傳感器轉(zhuǎn)換模塊讀取一次數(shù)據(jù)，本設(shè)計中讀取周期為0.1s?；竟ぷ髟硎牵航⒁粋€檢測A/D轉(zhuǎn)換輸出值的程序，該程序通過對A/D轉(zhuǎn)換模塊輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，然后將所測數(shù)據(jù)與之前設(shè)地過好的報警值進(jìn)行對比，通過報警電路作出提示響應(yīng)（報警電路有兩種響應(yīng)方式分為蜂鳴器警報提示和指示燈提示），以及將所測數(shù)據(jù)和設(shè)定的報警值結(jié)果顯示在LCD液晶顯示屏上。在這個過程中定時器一直處于工作狀態(tài)，這樣做的好處是能夠及時地獲取環(huán)境中的粉塵濃度變化。采集的數(shù)據(jù)會及時被單片機(jī)獲取然后及時將變化的數(shù)據(jù)傳輸給其他需要數(shù)據(jù)處理的模塊，來調(diào)動整個系統(tǒng)正常工作。

四、仿真

本設(shè)備上面一共有三個按鍵，一個指示燈，三個按鍵的功能分別是（從左到右）：

設(shè)置粉塵濃度報警數(shù)值減小按鍵：進(jìn)入設(shè)置界面后，每按一次，報警數(shù)值在原來的數(shù)值基礎(chǔ)上減小1個單位，并且該變化在LCD顯示屏實(shí)時顯示。

設(shè)置粉塵濃度報警數(shù)值增加按鍵：進(jìn)入設(shè)置界面后，每按一次，報警數(shù)值在原來的數(shù)值基礎(chǔ)上增加1個單位，并且該變化在LCD顯示屏實(shí)時顯示。

復(fù)位按鍵：按一次將恢復(fù)粉塵濃度最初設(shè)置值。

作為最受歡迎的EDA仿真軟件，Proteus結(jié)合了很多傳統(tǒng)軟件的功能，具有強(qiáng)大的編輯仿真能力，很多電子設(shè)計用戶都是通過該軟件對電子原理圖進(jìn)行編輯仿真。該軟件具有以下特點(diǎn)：能夠?qū)崿F(xiàn)原理圖的設(shè)計，能夠?qū)崿F(xiàn)將代碼傳輸?shù)教摂M的仿真元件進(jìn)行電路仿真，能夠檢測設(shè)計電路是否有誤，是將書面設(shè)計的產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)實(shí)物化的必須過程。本實(shí)驗也是采用Proteus仿真軟件完成的，仿真圖如圖2所示。

圖2 粉塵檢測儀實(shí)驗仿真圖

五、結(jié)論

隨著近年來人們對空氣質(zhì)量的重視程度的提高，媒體科技的快速發(fā)展，由天氣預(yù)報獲取空氣質(zhì)量指數(shù)的途徑已經(jīng)無法滿足人們的需求，相信在未來，人們會越來越重視空氣質(zhì)量，而粉塵檢測儀的實(shí)用性也會不斷提高，可滿足人們對空氣質(zhì)量的要求，從而提高生活質(zhì)量，如何從源頭上降低工業(yè)帶來的空氣污染問題也成了改善空氣質(zhì)量的重中之重。