一种基于51单片机的粉尘监测系统的设计—定稿

届．别．2016届学号毕业设计基于51单片机的PM2.5检测系统的设计与实现姓名系别、专业电子信息与电气工程学院电子信息科学与技术专业导师姓名、职称完成时间2016年5月10日目录摘要......................................................IAbstract...................................................II1绪论.....................................................11.1课题背景................................................11.2国内外研究现状..........................................12系统仿真软件及总体设计方案................................12.1Keil4软件开发坏境.......................................12.2软件烧录工具............................................22.3程序结构分析.............................................42.4整体的设计方案..........................................42.5电源模块.................................................43主要元器件简介.....................................................................................................43.1GP2Y1010AU0F传感器简介.................................53.2ADC0832模数转换器简介..................................83.3LCD1602液晶显示屏......................................103.4STC89C52单片机的简介..................................124系统单元电路模块设计.....................................154.1主控制模块..............................................154.2显示模块电路............................................164.3关于报警模块的设计......................................164.4按键模块的设计..........................................174.5粉尘模块电路设计........................................174.6电源部分的设计..........................................185系统测试与实现...........................................195.1系统程序流图............................................195.2仿真电路...............................................205.3软件跟硬件结合.........................................215.4测试结果分析...........................................235.5系统实现...............................................236、总结....................................................24致谢......................................................25参考文献...................................................26附录1：系统整体电路原理图.................................27附录2：系统设计部分源程序.................................28I摘要现在社会发展的越来越快，随着工业的发展，虽然给人们的生活带来很多便利。但是，在生产过程产生很多对人体有害的因素工业生产过程中会，例如煤炭灰开采、水泥生产等行业中的粉尘污染。我的设计采用由LCD1602液晶模块、STC89C52单片机最小系统、ADC0832模数转换器模块、GP2Y1010AU粉尘传感器、电源模块、蜂鸣器报警模块和按键模块模块组成。单片机是通过ADC0832转换芯片采集GP2Y1010AU粉尘传感器的粉尘的浓度，通过单片机的数据转换处理后在液晶屏上显示空气中的质量，测量空间中的粉尘浓度如果大于当时设置粉尘浓度时，蜂鸣器就会产生报警的声音和发光二极管发出声光报警。当然，粉尘的浓度报警值我们可以通过按键来进行设置。关键字：GP2Y1010AU0F传感器；粉尘检测；空气质量IIAbstractWiththedevelopmentofsocietyandindustry,whichbringsalotofconveniencetopeople'slife.However,itwillproducealotofharmfulfactorsintheprocessofindustrialproduction,suchascoalmining,cementproductionandotherindustriesinthedustpollution.Inavarietyofriskfactorsonhumanhealtheffectsofthemostserious.Thedustharmtohumanbodyisthemostdirect,themostseriousisthecauseofpneumoconiosis.Whenthedustconcentrationistoohigh,thehightemperaturedryingtimemayexplode.ThedesignusedbySTC89C52MCUminimumsystem,gp2y1010audustsensor,ADC0832ADCmodule,LCD1602LCDmodule,powersupplymodule,buzzeralarmmoduleandakeymodule.Single-chipmicrocomputerreal-timethroughtheADC0832conversionchipacquisitiongp2y1010audustsensordustconcentration,throughthesingle-chipmicrocomputerdataconversionprocessingintheLCDscreendisplayintheairquality,whenthespatialmeasurementofdustconcentrationishigherthanthesetofdustconcentration,buzzerandlight-emittingdiodesemitsoundandlightalarm.Thedustconcentrationalarmvaluecanbesetthroughthebuttons.Keywords:GP2Y1010AU0Fdetectionsensors;Dustdetection;dustandairquality11绪论1.1课题背景粉尘又称可吸入颗粒物，它是能被呼吸道粘连，直径有10um的颗粒物状，对人的眼睛、上呼吸道、鼻腔都非常有害。粉尘和烟雾它是做为病菌的载体，如果一旦分散到空气中，就会很容易传播各种疾病。人们长久呼吸或长久散落皮肤上会容易导致癌症。由此可以看出粉尘对人体健康和生产的会产生巨大危害性，煤矿井下管道作业、煤炭生产都要产生大量的粉尘，加上煤炭井下没有通风的条件，煤尘浓度可高达1000mg/m³以上。在这环境中工作中，工人会吸入大量的粉尘，如果粉尘长时间进入人的呼吸系统，大量粉尘会在肺泡中沉积，会引起慢性职业病，严重的危机人的身体健康。因此，我们必须对煤矿井下粉尘进行实时检测和采取应急的措施，及时了解煤矿井下工人的劳动环境和安全，并且掌握井下煤尘浓度及变化情况，以及采取应急措施来改变粉尘的浓度，为安全，防尘，降尘等措施提供必要现场数据和采取措施降低浓度。1.2国内外研究现状在我国内大多采用先进的测试粉尘技术，有的是β射线原理，其吸收量只与吸收物质的重量相关，而与吸收物质的物化性质无关，可直接读粉尘浓度。2系统仿真软件及总体设计方案2.1Keil4软件开发坏境Keil4C51是美国KeilSoftware公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。Keil4软件开发环境如图1所示：2图1Keil4软件开发环境我用的是keil4软件开发坏境，该软件能够开发和调试软件，我用的是C语言作为开发语言，该语言是我们大学上的一门专业课语言，所以我的开发语言是C语言。2.2软件烧录工具在keil4软件开发完成并且编译没有错误的情况下，为了要实现软件与硬件同时工作，软件来控制硬件来达到PM2.5检测系统与实现，这样就能达到毕业设计的目的，软件烧录我用的是STC_ISP软件，运用这个软件就能把我自己设计的工程软件烧录到STC51单片机里，在把单片机芯片放到我自己焊的硬件中，就能达到测试的效果，STC_ISP软件如图2所示，还有烧录的单片机如图3所示：3图2STC_ISP烧录软件图3烧录工具42.3程序结构分析主程序对所用到的外设资源进行初始化，还调用了LCD显示程序、键值设定程序、对ADC0832以及粉尘传感器数据处理程序3个子程序,LCD显示程序都需要更新数值，键值动作变化或者粉尘浓度数据有改变时。在本章主要介绍主程序流程，和对ADC0832以及粉尘传感器数据处理子程序流程。2.4整体的设计方案毕业设计采用ADC0832模数转换器模块、LCD1602液晶模块、STC89C52单片机最小系统、GP2Y1010AU粉尘传感器、电源模块、蜂鸣器报警模块和按键模块模块等模块组成。单片机实时通过ADC0832转换芯片采集GP2Y1010AU粉尘传感器的粉尘的浓度，通过单片机的数据转换处理后在液晶屏上显示空气中的质量，当测量空间中的粉尘浓度大于设置粉尘浓度时，蜂鸣器和发光二极管发出声光报警。粉尘的浓度报警值可以通过按键进行设置。系统总体框图如图4所示：图4总体结构框图该系统主要由粉尘检测模块GP2Y1010AU、按键设置模块、报警模块和液晶显示模块态显电路组成，下面我分别介绍实现这个系统功能的方案。2.5电源模块采用5V蓄电池为系统提供电源。蓄电池是具有稳定的电压输出性能以及较强的电流驱动能力。可以运用电脑和充电宝，用起来也比较方便也很实惠。3主要元器件简介电源模块按键模块ADC0832单片机STC89C52最小系统LCD显示粉尘传感器蜂鸣器报警53.1GP2Y1010AU0F传感器简介一、GP2Y1010AU0F物理特性GP2Y1010AU0F是一个采用光学传感系统的灰尘传感器。该设备由一个光电管成对角和红外线发光二极管（IRED）布置而成。它通过检测空气中的灰尘的反射光。特别是，它