環(huán)境監(jiān)測(cè)儀單片機(jī)接口設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

ID:137190 · 發(fā)表于 2016-9-24 15:33

《單片機(jī)接口設(shè)計(jì)》

環(huán)境測(cè)試儀

實(shí)驗(yàn)報(bào)告

專業(yè)：電氣與電子工程學(xué)院

班級(jí)：電1401—2

學(xué)號(hào)：20142525

姓名：呂坤

指導(dǎo)教師：何朝峰

完成日期：20160905

摘要

隨著科技的不斷發(fā)展，在人們的生活日益提高的同時(shí)，也帶來(lái)了不可忽視的環(huán)境方面的問(wèn)題，人們生活品味不斷提高，健康意識(shí)越來(lái)越受到重視。所以周邊環(huán)境的質(zhì)量成了人們議論的話題，現(xiàn)在市面上的各種監(jiān)測(cè)儀多的數(shù)不勝數(shù)，基于此，我設(shè)計(jì)了一個(gè)基于宏晶單片機(jī)STC12C5A60S2、DHT12傳感器、熱釋電紅外傳感器模塊、GP2Y1010AU0F監(jiān)測(cè)儀的一個(gè)可便攜式的可智能顯示的環(huán)境測(cè)試儀，可以隨時(shí)隨地檢測(cè)周圍環(huán)境的溫度、濕度以及PM2.5顆粒濃度，讓我們能方便觀察周圍的環(huán)境狀況，對(duì)周圍環(huán)境做出正確的判斷,此設(shè)計(jì)電路簡(jiǎn)單，器件少，程序系統(tǒng)，很便于學(xué)習(xí)和應(yīng)用。

關(guān)鍵詞

STC12C5A60S2、DHT12、GP2Y1010AU0F、熱釋電紅外傳感器、環(huán)境測(cè)試

一、設(shè)計(jì)題目：環(huán)境監(jiān)測(cè)儀

二、設(shè)計(jì)目的：

隨著科技的不斷發(fā)展，在人們的生活日益提高的同時(shí)，也帶來(lái)了不可忽視的環(huán)境方面的問(wèn)題，人們生活品味不斷提高，健康意識(shí)越來(lái)越受到重視。所以周邊環(huán)境的質(zhì)量成了人們議論的話題，現(xiàn)在市面上的各種監(jiān)測(cè)儀多的數(shù)不勝數(shù)，基于此，我設(shè)計(jì)了一個(gè)基于宏晶單片機(jī)STC12C5A60S2、藍(lán)宙oled、DHT12傳感器、GP2Y1010AU0F監(jiān)測(cè)儀的一個(gè)可便攜式的智能顯示的環(huán)境測(cè)試儀，可以隨時(shí)隨地檢測(cè)周圍環(huán)境的溫度、濕度以及PM2.5顆粒濃度，讓我們能方便觀察周圍的環(huán)境狀況，對(duì)周圍環(huán)境做出正確的判斷,此設(shè)計(jì)電路簡(jiǎn)單，器件少，程序系統(tǒng)，很便于學(xué)習(xí)和應(yīng)用。

三、設(shè)計(jì)任務(wù)：

根據(jù)硬件連接，和編程互補(bǔ)，達(dá)到用stc單片機(jī)控制DHT12與GP2Y1010AU0F兩個(gè)傳感器達(dá)到各自的功能要求，采集到各自的數(shù)據(jù)，供單片機(jī)調(diào)用再通過(guò)藍(lán)宙oled顯示出溫度，濕度，pm2.5粉塵濃度值，可以直觀地被我們所看到。

四、所用器件：

USB電源、單排插針、10kΩ20kΩ電阻若干、33pF電容、12MHz晶振、22uF電容、220uF電容、DHT12傳感器、8050三極管、GP2Y1010AU0F傳感器、藍(lán)宙oled屏幕、熱釋電紅外傳感器、STC12C5A60S2傳感器。

五、電路方案設(shè)計(jì)

電源供電模塊

最小系統(tǒng)模塊以及oled模塊

兩個(gè)主要傳感器模塊

PCB以及電路板3D板模型生成

實(shí)物圖

六、實(shí)驗(yàn)?zāi)K程序

在焊接完電路以后，就開(kāi)始進(jìn)入調(diào)試步驟下面是一些模塊的大致程序

（由于程序過(guò)多，只提及各模塊主程序部分）

//**************pm2.5主程序***************//
//****單片機(jī)產(chǎn)生時(shí)序，然后副機(jī)發(fā)出回應(yīng)信號(hào)，然后再AD取樣，再進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，發(fā)送給主函數(shù)****//
for(i=0;i<5;i++)
{PM2_5=0;
Delay9800us();
PM2_5=1;
Delay270us();
k=!k;
ADC_CONTR|=0x08;//啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換
status=0;
while(status==0)//等待A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束
{status=ADC_CONTR&0x10;}
ADC_CONTR&=0xE7;//將ADC_FLAG清0
result=ADC_RES;
if(result<31)
{result=0;}
VAL =result*5/256;// 將上面的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成電壓值
Density = (VAL*0.17 -0.1)*1000;//放大數(shù)值一千倍
if(Density<0)//有符號(hào)禁止出現(xiàn)負(fù)號(hào)
{Density=0;}
Delay_30us();
//UARTT(Density);//串口調(diào)試送數(shù)值顯示
}
}
//***********AD采集**********//ad初始化準(zhǔn)備捕捉
void GETPM()
{ unsigned long i;
unsigned char status;
ADC_CONTR|=0x80;//開(kāi)A/D轉(zhuǎn)換電源,第一次使用時(shí)要打開(kāi)內(nèi)部模擬電源
for(i=0;i<1000;i++);//適當(dāng)延時(shí)
P1ASF=0x04;//選擇A/D轉(zhuǎn)換通道
//UARTInit();
ADC_CONTR=0xE2;
for(i=0;i<1000;i++);//適當(dāng)延時(shí)
*****************************dht12主程序以及校驗(yàn)***************************************
函數(shù)名：DHT12讀數(shù)據(jù)函數(shù)
參數(shù)：無(wú)
返回值：失敗->-1,-2,-3,-4;成功->0
**********************************************************************************************/
char GetData (void)
{ uchar i,j; //for循環(huán)變量
uchar t; //超時(shí)判斷
uchar dat8=0; //一次讀取的8位數(shù)據(jù)，需要讀5次
DATA = 0; //主機(jī)發(fā)起始信號(hào)
Delay20ms(); //主機(jī)拉低總線至少18ms
DATA = 1; //主機(jī)拉高總線20~40us
Delay30us();
t = 80; //設(shè)置超時(shí)等待時(shí)間
while(DATA && t--); //等待DHT11拉低總線
if(t == 0) //超時(shí)
{
DATA = 1;
return -1; //通信錯(cuò)誤退出，返回錯(cuò)誤信號(hào)：-1
}
//等80us響應(yīng)信號(hào)
t = 250; //設(shè)置超時(shí)等待時(shí)間
while(!DATA && t--); //等待DHT11拉高總線
if(t == 0) //超時(shí)
{
DATA = 1;
return -2; //通信錯(cuò)誤退出，返回錯(cuò)誤信號(hào)：-2
}
//等80us響應(yīng)信號(hào)
t = 250; //設(shè)置超時(shí)等待時(shí)間
while(DATA && t--); //等待DHT11拉低總線
if(t == 0) //超時(shí)
{
DATA = 1;
return -3; //通信錯(cuò)誤退出，返回錯(cuò)誤信號(hào)：-3
}
for(j=0; j<5; j++) //5次讀取
{
for(i=0; i<8; i++) //1次8個(gè)位
{
//等待50us開(kāi)始時(shí)隙
t = 150; //設(shè)置超時(shí)等待時(shí)間
while(!DATA && t--); //等待DHT11拉高總線
if(t == 0) //超時(shí)
{ DATA = 1;
return -4; //通信錯(cuò)誤退出，返回錯(cuò)誤信號(hào)：-4
}
t = 0; //記錄時(shí)間清零
while(DATA && ++t); //等待并記錄高電平持續(xù)時(shí)間
dat8 <<= 1;
if(t > JUDGE) //高電平持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)(70us)
dat8 += 1; //傳輸值為1
}
dat_r[j] = dat8;
}
Delay30us(); //等待DHT11拉低50us
Delay30us();
DATA = 1; //結(jié)束，拉高總線
return 0; //返回成功信號(hào)
}
//************校驗(yàn)函數(shù)************//
char Check (void)
{ uchar i; //for循環(huán)變量
uint chk=0; //校驗(yàn)和
for(i=0; i<4; i++)
chk += dat_r[i]; //累加
if((uchar)chk != dat_r[4]) //比對(duì)
return -1; //返回錯(cuò)誤信號(hào)：-1
else
return 0; //返回正確信號(hào)：0
}
/********************讀值函數(shù)************************/
void duTH(void)
{
char i,f;
// UART_Init(); //串口初始化
Delay1s(); //等待DHT11穩(wěn)定
for(f=0;f<2;f++)
{
i = GetData(); //讀數(shù)據(jù)
if(i != 0) //有錯(cuò)誤
{
// UART_T(-i); //返回錯(cuò)誤值
break; //重新開(kāi)始
}
i = Check(); //數(shù)據(jù)校驗(yàn)
if(i != 0) //有錯(cuò)誤
{
//UART_T(-i); //返回錯(cuò)誤值
break; } //重新開(kāi)始
sg=dat_r[0];
wg=dat_r[2];
Delay20ms();
Delay20ms();
Delay20ms();
Delay20ms();
Delay20ms();
}
}
/**************************oled主函數(shù)*******************************/
int main(void)
{ //u8 t;
//delay_init(); //延時(shí)函數(shù)初始化
// NVIC_Configuration(); //設(shè)置NVIC中斷分組2:2位搶占優(yōu)先級(jí)，2位響應(yīng)優(yōu)先級(jí) LED_Init(); //LED端口初始化
OLED_Init(); //初始化OLED
OLED_Clear() ;
while(1)
{//OLED_Clear();
duTH();
GETPM();
XS(); //讀溫濕度函數(shù)的wg，sg，}
void XS(void) /////顯示函數(shù)
{ OLED_ShowCHinese(0,0,0);//石（顯示的每行數(shù)y加2,列數(shù)x可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)）
OLED_ShowCHinese(18,0,1);//家
OLED_ShowCHinese(36,0,2);//莊
OLED_ShowCHinese(54,0,3);//鐵
OLED_ShowCHinese(72,0,4);//道
OLED_ShowCHinese(90,0,5);//大
OLED_ShowCHinese(108,0,6);//學(xué)
OLED_ShowCHinese(42,6,7);//℃
// OLED_ShowString(0,2,"1.3' OLED TEST");
OLED_ShowString(14,2,"2016/09/01/4"); //2016/08/22/5
OLED_ShowString(2,4,"PM2.5:");//PM2.5:
OLED_ShowString(86,4,"ug/m3");//ug/m3
OLED_ShowString(0,6,"T:"); // T:
OLED_ShowString(65,6,"H:");// H:
OLED_ShowString(104,6,"%");// %
OLED_ShowNum(60,4,Density,3,16);
OLED_ShowNum(18,6,wg,3,16); //變量溫度高位（整數(shù)位）的顯示
OLED_ShowNum(80,6,sg,3,16); } // 變量濕度高位（整數(shù)位）的顯示 */

復(fù)制代碼

七、實(shí)驗(yàn)過(guò)程及其結(jié)果（部分截圖）分別是（1）pm2.5采樣時(shí)刻與AD采集（2）pm2.5信號(hào)激發(fā)和產(chǎn)生（3）采集產(chǎn)生信號(hào)的間斷信號(hào)（4）DHT11輸出的一組數(shù)據(jù)波形時(shí)序

八、實(shí)驗(yàn)總結(jié)與心得

這次設(shè)計(jì)用了很多的時(shí)間，尤其是設(shè)計(jì)和編程部分，要考慮各種電壓電流大小合適，調(diào)各種時(shí)序，要收集各種數(shù)據(jù)，還要根據(jù)數(shù)據(jù)做出函數(shù)，在過(guò)程中會(huì)用到不同的軟件與工具，還有各種的儀器，在這次制作中，幾乎所有的東西都要熟悉再匯運(yùn)用，真的讓自己在這個(gè)過(guò)程中不僅學(xué)會(huì)耐心，細(xì)心，恒心，重要的是一種態(tài)度，一種方法，一種認(rèn)真。希望以后自己可以不斷提高。

附錄

主要器件簡(jiǎn)介

藍(lán)宙OLED 簡(jiǎn)介：

OLED，即有機(jī)發(fā)光二極管（Organic Light-Emitting Diode），又稱為有機(jī)電激光顯示（Organic Electroluminesence Display, OELD），其顯示技術(shù)與傳統(tǒng)的LCD顯示方式不同，無(wú)需背光源，而是采用很薄的有機(jī)材料涂層和玻璃基板，當(dāng)電流流過(guò)時(shí)，有材料自己發(fā)光，相比傳統(tǒng)LCD顯示屏，其更輕更薄，可視角度更大，柔軟環(huán)保且更省電。因?yàn)榫邆漭p薄、省電等特性，因此從 2003年開(kāi)始，這種顯示設(shè)備在MP3播放器上得到了廣泛應(yīng)用，而對(duì)于同屬數(shù)碼類產(chǎn)品的DC 與手機(jī)，此前只是在一些展會(huì)上展示過(guò)采用 OLED屏幕的工程樣品。自2007年后，壽命得到很大提高，具備了許多 LCD 不可比擬的優(yōu)勢(shì)。

DHT12簡(jiǎn)介：

DHT12 數(shù)字式溫濕度傳感器是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出的溫濕度復(fù)合型傳感器，為 DHT11 的升級(jí)產(chǎn)品。它應(yīng)用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，確保產(chǎn)品具有較高的可靠性與卓越的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。

應(yīng)用：暖通空調(diào) 、除濕器、測(cè)試及檢測(cè)設(shè)備、消費(fèi)品、汽車、自動(dòng)控制、數(shù)據(jù)記錄器、氣象站、家電、濕度調(diào)節(jié)、醫(yī)療、及其他相關(guān)濕度檢測(cè)控制。

DHT12 具有單總線和標(biāo)準(zhǔn) I2C 兩種通訊，且單總線通訊方式完全兼容 DHT11。標(biāo)準(zhǔn)單總線接口，使系統(tǒng)集成變得簡(jiǎn)易快捷。具有超小的體積、較低的功耗，適合多種多樣的應(yīng)用場(chǎng)合。I2C 通信方式采用標(biāo)準(zhǔn)的通信時(shí)序，用戶可直接掛在 I2C 通信總線上，無(wú)需額外布線，使用簡(jiǎn)單。兩種通信方式可自由切換，用戶可自由選擇使用方便，應(yīng)該領(lǐng)域廣泛。產(chǎn)品為 4 引線，連接方便，特殊封裝形式可根據(jù)用戶需求而提供。

Pm2.5傳感器簡(jiǎn)介：

GP2Y1010AU0F是一款光學(xué)空氣質(zhì)量傳感器，設(shè)計(jì)用來(lái)感應(yīng)空氣中的塵埃粒子，其內(nèi)部對(duì)角安放著紅外線發(fā)光二極管和光電晶體管，使得其能夠探測(cè)到空氣中塵埃反射光，即使非常細(xì)小的如煙草煙霧顆粒也能夠被檢測(cè)到，通常在空氣凈化系統(tǒng)中應(yīng)用。

該傳感器具有非常低的電流消耗（最大20mA，典型值11mA），可使用高達(dá)7VDC。該傳感器輸出為模擬電壓，其值與粉塵濃度成正比。

參考文獻(xiàn)：

百度百科、百度文庫(kù)、百度貼吧

郭天祥視頻教程

Altium Designer快速入門

模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)簡(jiǎn)明教程

C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)