單片機(jī)無(wú)線環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

楊天海 李自成 戚濤 王碩

摘 要 空氣環(huán)境的惡化將直接影響人類的生存，其危害是巨大的。因此，在設(shè)計(jì)外部環(huán)境進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，要達(dá)到最大程度的保護(hù)。本設(shè)計(jì)采用STC89C52作為控制單元設(shè)計(jì)的核心，用作空氣粉塵GP2Y1010AU0F灰塵傳感器的檢測(cè)，采用DHT11作為空氣的溫度和濕度測(cè)試，LCD1602顯示當(dāng)前的溫度和濕度值以及PM2.5。并設(shè)置了報(bào)警值，采用無(wú)線藍(lán)牙模塊，提高了數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示和處理能力。

關(guān)鍵詞 單片機(jī) 粉塵濃度 GP2Y1010AU0F DHT11 藍(lán)牙

中圖分類號(hào)：TP319 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0745（2021）05-0014-03

科技的發(fā)展和工業(yè)化的提高導(dǎo)致了自然生態(tài)的破壞，人們對(duì)自然環(huán)境的要求越來(lái)越高，更希望看到綠水青山。目前我國(guó)的民用檢測(cè)系統(tǒng)較少，很多重要的環(huán)境檢測(cè)點(diǎn)無(wú)人值守，而且周圍的環(huán)境復(fù)雜，不易勘探。沒(méi)有完善的系統(tǒng)的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，導(dǎo)致環(huán)境監(jiān)測(cè)困難并且花費(fèi)人力物力。那么有一種基于單片機(jī)的無(wú)線環(huán)境檢測(cè)系統(tǒng)，它通過(guò)遠(yuǎn)端機(jī)器的檢測(cè)，在近端收到檢測(cè)信息，能夠更方便地檢測(cè)到周圍復(fù)雜的環(huán)境情況。本文介紹的這種無(wú)線通訊技術(shù)正好能解決以上問(wèn)題。

1 系統(tǒng)概要

本次設(shè)計(jì)將單片機(jī)通過(guò)應(yīng)用程序的寫入，再加以無(wú)線通訊技術(shù)，來(lái)對(duì)溫度、濕度以及PM2.5的濃度的監(jiān)測(cè)，通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換和無(wú)線通訊技術(shù)，由手機(jī)連接藍(lán)牙，實(shí)時(shí)觀測(cè)環(huán)境參數(shù)從而設(shè)計(jì)出了一種基于單片機(jī)的環(huán)境檢測(cè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)[1]。

在AT89C52芯片的基礎(chǔ)上，我們加以溫濕度傳感器，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并處理轉(zhuǎn)換到顯示設(shè)備，方便相關(guān)從業(yè)人員掌握環(huán)境溫濕度情況，并且當(dāng)超出設(shè)定的臨界數(shù)據(jù)范圍，會(huì)觸發(fā)報(bào)警，這種優(yōu)點(diǎn)適合對(duì)于一些涉及環(huán)境的科學(xué)研究，如一些化工工程、種植養(yǎng)殖等，它能實(shí)時(shí)檢測(cè)環(huán)境，系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)，方便研究人員在不同的情況下模擬軟硬件的適配參數(shù)，達(dá)到最優(yōu)產(chǎn)能的效果以及一些特殊環(huán)境的應(yīng)變能力[2]。

2 系統(tǒng)的方案整體設(shè)計(jì)

本章節(jié)主要是對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)的器件的選型以及實(shí)現(xiàn)的具體的功能的一個(gè)分析，對(duì)每個(gè)模塊進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。

2.1 設(shè)計(jì)的主要的內(nèi)容

本次設(shè)計(jì)基于STC89C52單片機(jī)，為實(shí)現(xiàn)以下功能：

1.采用DHT11模塊能精確監(jiān)測(cè)溫濕度數(shù)值。

2.采用液晶顯示屏顯示檢測(cè)的數(shù)值以及設(shè)置的上下限值。

3.設(shè)計(jì)有三個(gè)按鍵，功能各不相同。

4.采用手機(jī)藍(lán)牙模塊，與手機(jī)實(shí)現(xiàn)無(wú)線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

5.將數(shù)據(jù)通過(guò)藍(lán)牙傳到手機(jī)，方便及時(shí)觀測(cè)數(shù)據(jù)的變化。

2.2 測(cè)量部分：溫濕度傳感器

DHT11數(shù)字溫濕度傳感器在傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，用單總線方法進(jìn)行傳輸，確?？煽啃耘c穩(wěn)定性。DHT11傳感器上集成的組件有濕度與溫度兩種數(shù)據(jù)，溫度收集模塊上連接一個(gè)小型溫度探頭，該探頭對(duì)溫度變化敏感性強(qiáng)，選擇負(fù)溫度系數(shù)測(cè)量的精準(zhǔn)度達(dá)到了要求標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 單片機(jī)的選型

以51單片機(jī)為核心，通過(guò)不同程序的寫入，來(lái)實(shí)現(xiàn)其強(qiáng)大功能。它的器件由STC公司制造，有著標(biāo)準(zhǔn)指令系統(tǒng)，并且設(shè)計(jì)了80C51傳統(tǒng)系列的引腳，有著符合同時(shí)代的處理器，加上必不可少的儲(chǔ)存單元，功能增多，應(yīng)用范圍越來(lái)越廣。

2.4 顯示器的選型

1602液晶顯示器進(jìn)行顯示。液晶顯示器有編程簡(jiǎn)單、易于顯示、操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)。液晶屏被簡(jiǎn)稱為L(zhǎng)CD，它由LCD的特殊材料制成，內(nèi)部通過(guò)液晶顯示監(jiān)視器，并且當(dāng)通過(guò)許多晶狀液體時(shí)，其內(nèi)部按一定的順序排列。根據(jù)我們的要求，有字母、數(shù)字、圖像等，以便認(rèn)識(shí)到可以根據(jù)組合，可以一眼看到收集的數(shù)據(jù)。

2.5 無(wú)線模塊選型

由本設(shè)計(jì)應(yīng)用分析，在溫控管理領(lǐng)域針對(duì)選擇的技術(shù)提出傳輸距離需求，且要求功耗低、安全性強(qiáng)，同時(shí)易用性與穩(wěn)定性高。ADF7020射頻芯片集成在HC-06藍(lán)牙模塊[3]上，性能穩(wěn)定性強(qiáng)，運(yùn)行速度快，是一款集成度高的無(wú)線信號(hào)傳輸產(chǎn)品，適合本次設(shè)計(jì)。

3 硬件電路設(shè)計(jì)

粉塵傳感器監(jiān)測(cè)空氣顆粒濃度，通過(guò)其內(nèi)部計(jì)算輸出電壓，其電壓值正比粉塵濃度，在進(jìn)行原理圖設(shè)計(jì)時(shí)，用限壓電阻電路接收監(jiān)測(cè)。對(duì)于ADC0832[4]的端口與其他各模塊的連接，其中D0-D7腳為雙線數(shù)據(jù)線，液晶模塊啟動(dòng)時(shí)，EN使能端要到達(dá)高電位。VO端口通過(guò)與電阻相連接來(lái)進(jìn)行對(duì)比度調(diào)整。液晶屏幕上，由內(nèi)帶字符發(fā)生器的控制器，根據(jù)在LCD[5]上開始顯示的行列號(hào)及每行的列數(shù)找出顯示RAM對(duì)應(yīng)的地址，設(shè)立光標(biāo)，在此送上該字符對(duì)應(yīng)的代碼即可。DHT11設(shè)計(jì)傳感器模塊監(jiān)測(cè)范圍只有十幾米，在加上10K上拉電阻后，即Pin2端口串聯(lián)10K電阻，然后上傳代碼通過(guò)串口監(jiān)視器即可實(shí)時(shí)監(jiān)控環(huán)境溫濕度，在LCD屏幕上實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。藍(lán)牙模塊的TXD和RXD與單片機(jī)的P3.0端口和P3.1端口串行連接。

根據(jù)系統(tǒng)所固有功能，在各模塊互相運(yùn)作的聯(lián)系基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)流程圖如圖1所示。

4 實(shí)物演示

本次環(huán)境檢測(cè)裝置的藍(lán)牙模塊需要插入芯片上才會(huì)使用。按鍵模塊由三個(gè)按鍵組成，第1個(gè)按鍵為降低溫濕度上下限，第2個(gè)按鍵為調(diào)高溫濕度上下限，第3個(gè)按鍵為調(diào)節(jié)按鍵。液晶屏幕第一行T顯示當(dāng)前環(huán)境溫度值，第一行的Hum顯示當(dāng)前環(huán)境濕度值，第二行PM2.5顯示的是灰塵傳感器中心所檢測(cè)的灰塵濃度。

當(dāng)按下調(diào)節(jié)按鍵后，LCD顯示屏數(shù)字會(huì)出現(xiàn)閃爍從而進(jìn)行溫度濕度，PM2.5的濃度的上限調(diào)節(jié)。在單片機(jī)啟動(dòng)之后，PM2.5的濃度為0，是因?yàn)橄钠栈覊m傳感器內(nèi)的中心孔需要攪動(dòng)里面空氣，它才會(huì)顯示PM2.5的濃度。

當(dāng)插上藍(lán)牙模塊之后，藍(lán)牙模塊紅燈亮起表示可以在手機(jī)上搜索到芯片型號(hào)從而進(jìn)行手機(jī)與芯片連接。PM2.5濃度在超出設(shè)定值后，在手機(jī)端顯示所發(fā)出的預(yù)警報(bào)告。

5 結(jié)語(yǔ)

本次設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)目的為無(wú)線監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)環(huán)境參數(shù)，通過(guò)溫濕度和灰塵傳感器與單片機(jī)的連接，并且集成藍(lán)牙模塊，好處是在復(fù)雜危險(xiǎn)的環(huán)境我們也能通過(guò)無(wú)線連接來(lái)顯示環(huán)境數(shù)值，從而可以用在很多場(chǎng)景。無(wú)線環(huán)境技術(shù)正處于發(fā)展階段，其技術(shù)的適配性會(huì)解決很多難題，其是未來(lái)科技發(fā)展必不可缺的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王佳勒.基于WIFI通信的家居環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)[D].杭州電子科技大學(xué)，2016.

[2] 鄭茂寬.智能產(chǎn)品服務(wù)生態(tài)系統(tǒng)理論與方法研究[D].上海交通大學(xué)，2018.

[3] 薛果.基于HC-06模塊的手機(jī)遙控玩具設(shè)計(jì)[J].企業(yè)技術(shù)開發(fā)，2015，34（08）：7-8.

[4] 杜洋.A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0832的應(yīng)用[J].電子制作，2006 （01）：44-46.

[5] 史靜，李煜.一種基于單片機(jī)和LCD1602的多行文本顯示方法[J].科技視界，2017（20）：61-62.