环境监测单片机控制系统设计
摘要：环境监测系统能够及时准确的反映出当前的环境状况，对治理环境起到一个非常重要的作用。本次设计利用AT89S52、温度传感器、湿度传感器、空气质量传感器，完成对区域内环境质量的监测，监测结果送往液晶屏幕进行显示。同时采集数值超过设定的报警上限时，系统会自动发出警报进行提示。。文中完了环境监测系统的硬件设计和软件设计，硬件部分设计了主控系统电路、环境参数检测电路、显示电路和报警电路，并在此硬件上完成了软件的设计工作，实现对区域内环境质量的检测。本系统具有检测范围广、测量精度高等优点，应用价值和市场推广前景。
关键词： 环境监测、AT89S52、传感器、智能检测
Design of Single-Chip Microcomputer Control System for Environmental Monitoring
Abstract:Environmental monitoring system can timely and accurately reflect the current environmental situation, and play a very important role in environmental governance.This design uses AT89S52, temperature sensor, humidity sensor and air quality sensor to Complete the monitoring of environmental quality in the area, and the monitoring results are sent to the LCD screen for display. At the same time, when the Collection value exceeds the set alarm limit, the system will automatically send an alarm to prompt. This paper Completes the hardware and software design of the environmental monitoring system. The hardware part designs the main Control system circuit, environmental parameter detection circuit, display circuit and alarm circuit, and Completes the software design on this hardware to realize the environmental quality detection in the region. The system has the advantages of wide detection range, high measurement accuracy, application value and market promotion prospects
Key words:environmental monitoring, AT89S52, sensors, intelligent detection
目 录
第一章 绪论 ………………………………………………………………………1
1.1 环境监测的背景及意义 ………………………………………………………2
1.2 国内外发展状况 ……………………………………………………………3
1.2.1 国外环境监测发展与现状 …………………………………………3
1.2.2 国内环境监测发展与现状 …………………………………………3
1.3 课题的主要研究内容 ………………………………………………………4
第二章 环境监测单片机控制系统总体设计 ……………………………5
2.1 环境监测控制系统整体方案设计思路 ………………………………………5
2.2 方案选取 ……………………………………………………………………5
2.3 总体设计方案 ………………………………………………………………6
2.3.1 系统基本功能 ………………………………………………………6
2.3.2系统整体结构设计 …………………………………………………6
第三章 环境监测控制系统硬件设计 ………………………………………8
3.1元器件选型 …………………………………………………………8
3.1.1单片机选型 ……………………………………………………8
3.1.2传感器选型 ………………………………………………10
3.1.3液晶显示器选型 ………………………………………………11
3.1.4A/D转换芯片选型 ………………………………13
3.2 单片机最小系统电机设计 ……………………………………………14
3.3 各模块电路设计 ………………………………………………………17
3.3.1温度检测设计 …………………………………………………17
3.3.2显示电路设计 …………………………………………………18
3.3.3报警电路设计……………………………………………18
3.3.4 A/D转化模块电路设计 …………………………………………………19
3.4 环境监测控制系统的系统硬件整体设计 …………………………20
第四章 环境监测控制系统的软件设计 …………………………………………21
4.1 环境监测控制系统软件设计思路 …………………………………21
4.2 DHT11传感器程序设计 …………………………………………………22
4.3 CO检测程序程序设计 …………………………………………………24
4.4 按键及报警电路程序设计 ……………………………………………………26
4.5 软件编译 ……………………………………………………………29
4.5.1 Keil软件介绍 ………………………………………………………29
4.5.2程序编译 …………………………………………………………29
第五章 仿真 ……………………………………………………………31
5.1 Protues软件介绍 ………………………………………………………31
5.2 系统仿真 ……………………………………………………………32
5.2.1 液晶显示仿真 ……………………………………………………32
5.2.2蜂鸣报警器仿真 ……………………………………………………32
5.2.3整体仿真……………………………………………………33
第六章 总结 ………………………………………………………………34
小结与致谢 …………………………………………………………………………35
参考文献 …………………………………………………………………………36
毕业设计附录目录 ………………………………………………………………37
第一章 绪论
1.1环境监测控制系统的研究背景及意义
MCU是一个微控制单元，即单片微型计算机，集内存、计数器、USB接口、A/D转换、PLC等于同一个芯片上，可以根据不同的场合进行不同的控制操作，在工业控制领域中有着不可取代的重要作用。从上个世纪开始，单片机就有了现在及在过去的30年里，从3万字节的高速MCU开始，MCU已经有了4位代替了8位单片机作为控制单元，且功能更加强大，功耗更低，易于扩展，是现代产品必不可少的控制核心部分，在设计中起到了很多繁琐修改的微机控制系统，可以使系统更加便捷和智能化。德国是首个提出工业4.0计划的国家，我国当然也不甘落后，紧追其后。智能化的趋势更是势不可挡，而单片机也将发挥着越来越重要的作用。
物联网不断发展，现在的产品也更加趋于人工智能，单片机也成为发展的重点，我对于互联网时代智能产品的认知，所有机械时代的工具都将成为我们的终端，单片机就是这事终端的组成单元。单片机的发展延续的趋势：1、硬件降低能耗，外形缩小。2、软件，比较精简的操作系统，以及配套的APP软件；3、家电厂商和互联网应用厂商负责设计和统一通信标准。
经过改革开放，随着科技水平的不断提高，人们的生活质量不仅得到了保障而且也随之增长。人们开始把关注的热点从温饱问题上转移到环境问题上，由于发展中的污水排泄、树木砍伐、大量垃圾的堆积已经对周围环境造成了不可逆转的破坏。人们的生活水平是越来越高了，私家车的数量也急剧增多，伴随而之的是对大气的污染也加重了。环境监测点设置位置虽然有规律，但分布范围较广，之间距离过大，人工观测记录数据是十分麻烦的，耗时耗力，且不能做到实时监测，所以精度会偏低。单片机小巧便捷，且抗干扰能力强。单片机配合多个传感器和信息分析模块，通过这套单片机系统可以采集当前环境状态的温湿度、PM2.5以及CO的浓度，最主要它可以弥补人工不能实时监控的缺点。为了将理论转化成显示，我使用AT89S52单片机作为核心建立一套采集温湿度、PM2.5以及CO浓度的系统。
本设计采用AT89S52单片机作为系统主控制器，完成了环境监测控制系统的硬件设计、软件设计、程序调试及系统仿真，实现PM2.5、CO、温度、湿度的实时监测，经过信号采集、放大和A/D转换等过程，最终由液晶实时显示出当前环境的状况，当被测环境参数中任何一个超过设定范围，该系统会发出警报提醒外界开始进行人工干预。具体任务如下：
1．了解环境监测控制系统国内外发展现状，收集资料，确定方案；2．完成英文资料翻译；3．完成环境监测控制系统总体设计；4．完成环境监测控制系统的硬件选型及控制电路设计；5．完成环境监测控制系统的软件设计；6. 利用Proteus软件进行环境监测控制系统软、硬件联合仿真；7．整理图纸等技术资料，撰写说明书，准时参加答辩。
一、选题简介、意义
随着社会不断地发展，人们的生活水平越来越高，环境问题也日益突出。现在保护环境也成为主流，保护环境的新产品也是源源不断的发布。环境监测成为处理环境问题的重要基础。
本课题来源于环境保护中的环境监测控制系统设计。依照现在的情况来看，国内用于国民生活的环境监控系统较少，环境监测点通常位置比较分散，地理条件比较复杂，是无人值守的，所以人工抄写各个环境监测点的数据是非常不方便的，执行效率低，有线方式收集每个监测点的数据不够方便快捷，且投入成本较大，布线繁琐，传输距离有限，没有形成一个完善的监控网。本次设计中也充分利用各种模式联动，增强用户体验性，使得设计更加符合实际需求，也尽量使得这个设计与用户更加具有交互性。
随着科技水平的不断提高，单片机开始广泛应用到各个领域当中，通信技术也日趋发展，实时监控也备受关注。特别是在农业和工业生产中发挥重要作用。本文结合实际情况设计一个基于单片机的环境监控系统。系统以AT89S52单片机为核心的控制，通过温度、湿度传感器和其它传感器采集环境信息，显示到液晶屏上面。且具有与单片机通信功能，超限报警功能。
本课题的完成，将为“基于单片机环境监测控制系统设计”进行后期设计和优化完善具有很好的参考价值，同时经过这类项目的开发实践，也使我的综合知识快速与工程实际结合、移植，进一步提高自己的工程实践能力。
二、课题综述（课题研究，主要研究的内容，要解决的问题，预期目标，研究步骤、方法及措施等）
（一）主要内容
此次主要是将AT89S52单片机芯片作为环境监测的主要控制元件，配合外围元器件构成一个环境监测控制系统。根据确定的功能需求来进行整个系统的总体设计，然后设计系统的功能拓展以及各部分设计功能的实现。
（二）拟解决的主要问题
1. 环境监测控制系统总体设计；
2. 环境监测控制系统硬件选型及控制电路设计；
3. 环境监测控制系统软件设计及调试；
4. 环境监测控制系统Proteus仿真；
（三）预期目标
根据项目需求，完成环境监测控制系统总体设计与系统硬件电路图、系统软件设计，必须实现程序编译和Proteus的仿真，实现PM2.5、CO、温度、湿度的实时监测，当被测环境参数任何一个超过设定范围，该系统会发出报警，提醒外界进行干预。
（四）研究步骤
本课题的工作步骤分为六个阶段
第一阶段：查阅文献，收集资料、确定课题方案，完成开题报告；
第二阶段：完成环境监测控制系统的系统构架，进行环境监测控制系统总体设计；
第三阶段：进行环境监测控制系统硬件设计；
第四阶段：进行环境监测控制系统软件设计，并完成程序调试；
第五阶段：利用Proteus软件进行环境监测控制系统软、硬件联合仿真；
第六阶段：整理技术资料，完成毕业设计论文及答辩。
（五）工作方法及措施
1.参考各种设计手册及文献资料；
2.充分利用网络，查阅环境监测控制系统相关资料；
3.在设计过程中遇到问题及时向指导老师请教，在教师指导下，完成环境监测控制系统的设计与仿真。
参考文献
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