基于单片机的环境监测系统毕业论文.doc

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基于单片机的环境监测系统

专业：

电子信息工程

摘要随着时代的发展，21世纪的电子产品也越开越丰富，伴随着电子产品的快速发展，电子测量的应用也越来越广泛，不再局限于军事，转向民用发展。

更加使得电子测量技术的到极大的发展。

数字信号有着良好的抗材料本身干扰和环境干扰的能力，所以，现在市面上的模拟信号产品逐渐被数字信号产品代替，并且使得测量产品越来越方便。

根据市场调查，虽然市场上有很多关于环境监测系统测试仪，但大多数是应用于空气，湖泊，海洋，河流等大型检测系统，关于检测农业环境的室内小型检测系统市面上却很少，所以，设计一个小型简单方便使用的农用检测系统对于农业大棚提高产量，解决环境变幻对农业大棚的损坏，有很大的社会意义。

关键词：

单片机环境检测农业

Environmentmonitoringsystembasedonsinglechipmicrocomputer

AbstractWiththedevelopmentoftheera,astheelectronicproductsarerichinthe21stcentury,alongwiththerapiddevelopmentofelectronicproducts,electronicmeasurementisbecomingmoreandmorewidelyapplied,nolongerrestrictedtomilitaryandciviliandevelopment.Moretothegreatdevelopmentofelectronicmeasurementtechnology.Digitalsignalhasagoodabilitytoresistinterferenceandenvironmentalinterferencematerialitself,so,nowtheanalogsignalsofproductsonthemarketisgraduallyreplacedbydigitalsignalproducts,andthemeasurementproductsismoreandmoreconvenient.Accordingtothesurveyofthemarket,althoughthere'realotabouttheenvironmentalmonitoringsystemtesteronthemarket,butmostisappliedintheair,lakes,oceans,rivers,largedetectionsystems,suchasindoorsmalldetectionsystemaboutthedetectionofagriculturalenvironment,butfewonthemarket,therefore,todesignasmallsimpleandeasytouseagriculturaldetectionsystemforagriculturegreenhousestoincreaseproduction,toavoidbadweatheroutside.

KeywordSinglechipmicrocomputerEnvironmentdetectionsystemAgriculturalgreenhouse

目录

1课题任务与要求 4

1.1任务 4

1.2任务目标 4

1.3课题要求 4

2系统概述 4

2.1选题背景 4

2.2单片机简介 5

2.3C语言简介 5

2.5KeilC51简介 5

2.6Proteus概述 5

3系统的总体设计 6

3.1系统监控对象 6

3.2系统总体结构 6

3.3系统流程图 7

4系统硬件设计 9

4.1微处理器 9

4.2模数转换模块 10

4.3传感器 10

4.4光照强度传感器模块 10

4.5大气压强传感器模块 10

4.6PM2.5传感器模块 11

4.7温湿度传感器模块 11

4.8系统总电路图 11

4.9PCB图片 12

5系统软件设计 12

5.1温湿度子程序 12

5.2光照强度子程序 13

5.3大气压强子程序 13

5.4PM2.5子程序 13

5.5串口通信子程序 14

6测试结果与分析改进 14

7附录 15

8参考文件 17

9总结、致谢 18

引言

在日常生活中，关乎我们的生活质量，也在农业大棚中关乎大棚的产量，合适的，会极大地提高产量。

合适的也会极大地提高我们的生活质量。

但是。

传统的监控系统监控耗时间极长，效率挤满，而且需要人工不间断的监控，费事，费力，才能达到每时每刻监控的目的。

单片机体积小，对外界环境的抗干绕能力也强，可以应用在场合。

我们单片机做重点的操控原点，配合多个传感器和信息分析模块，有效的采纳，分析等信息，并置设报响声的系统，数据超过设定的数值，就可以利用响声系统来提醒操作人员进行调控。

为了实现以上系统，我们小组应用EXP-89S51单片机设计了一套环境监测系统，该系统对可以系统的监控和控制，有不错的效果。

1课题任务与要求

1.1任务

设计一个基于单片机实现PM2.5、温度、湿度、光照强度、大气压强的实时监测系统。

当五个被测环境数据中的任何一个超过设的定范.围，系统会发出警报并且提醒操作人员进行人工干.预控制。

1.2任务目标

1、根据所学知识，查询资料，学会自学。

2、根据所学知识，学会了解，解决实际问题。

3、通过制作实物，掌握，了解相关芯片的功能及一般应用，锻炼自己的动手能力以及分析思考能力。

1.3课题要求

（1）使用传.感器采集环境数据，并对此中的模拟量举行模和数的转换，以便于单片机处理；

（2）了解单片机最小系统及典型模块的电路设计，掌握基于典型外围电路如测温度、测湿度、测光照等的软件设计，实现用单片机对所采集的数据进行处理；

（3）实现RS232串口通信和1602液晶屏的程序设计，解决数据的传输、显示及排列问题；

（4）完成单片机与按键联合工作的程序设计，实现数据的手动设置。

2系统概述

2.1选题背景

随着电子技术的迅猛发展，环境监测的方法也不断改进，尤其是以计算机系统为基础的环境监测手段更加方便、快捷，广泛适用于农业温室控制和日常家庭生活等。

进行着社会不断发展，人们对植物业的需求越来越高，古代能也生产方式已经远不能喂饱社会的需要，而随之诞生的现代农业技术愈来愈受到人们的青睐，温式大棚就是其中一种。

我们知道，农作物的成长受到光照、温、湿度和大气压强等多重洇素的配合作用，而温式可以借助计算机系统模拟植物成长的天气前提，供应最佳的成长环.境以避免因外面恶劣天气等不好的因.素的影响，进而提高农作物的产量。

此外，室内空气质量对人们的日常生活也产生了重要影响，适宜的温湿度能给人舒适感，而有害气体的散发却严重损害人体健康。

是以，如何节制室内温.度、湿.度、气.压等破坏气氛质量的成分显得至关重要。

而传感器技术的发展为我们解决这个问题找到了突破口，我们可以运用单片机配合传感器实时采集环境数据并进行处理实现

自动控制。

2.2单片机简介

单片机是电脑进程中的一个重的有用的的纪念碑，标识着电脑正在发现了平常电脑和欠入式见算计系统两条河流。

单片机目前按用途划分，单片机画为普通和专业的型两种类:

通用性单片机就是其内部可以开发资源全部提供给客户。

（如：

存储器，I/O等外围功能部件），用户根据需要，设计一个通用单片机为核心，在配备意外为接口电路以及其他外围设备，别切编写不同的软件来满足不同的监控系统。

‚专业型单片机只对某些特殊东西特殊用途而制作的单片机，所以，专业单片机有非常明显的综合优势。

我们应用sT89C52单片机，ST89C52单片机是STC企业出生的一种耗供较少、功能很多的CMS8位小的可以控制的一起器件，具有在8K系统可一用编程FlAsh存储器。

芯片上，拥有8bitCPU和在系统编程闪存。

2.3C语言简介

C语言是在上世纪末问世的，早期C语言主要应用于UNIX系统。

C拥有很厉害的性能和个方面否认厉害的地方嘴贱为普通人认识的语言，到了上世纪末，C语言慢慢走里其他可以控制的系统，并快快的的得到广大的应用，成为当代最优秀的程序设计语言之一。

使用C语言解题时，在程序中有两个描述，及数据描述和处理步骤描述。

2.5KeilC51简介

KeilC51是美利坚合众国Keilsoftwre集团出生的关于51系单片子机开法东西，它的集聚了关于原程编吗、编、译吗、仿真、调试于乎一体，支持汇.编、C和P1/m语言。

系统也供应了许多的库函数和功能强力的集成开法调试软见，界面好看，简单好学。

KeilC51出生到现在已经经历了几个个版本。

2.6Proteus概述

ProttusIsIs是Labcnter生产开展的有关运输电的线拆开来观察和现实的东西仿直的东西。

他是在Windows系统中执行仿直、分.析、模.拟种种吧运输电的线集中起来。

Proteus，完成了数字、电路、单片机及各种外面的部件的仿直。

有许多虚仪.器，如示.波器，逻.辑分.析仪、信.号发生.器的等。

‚，支持流行单片机方真。

ƒ，提供软件调式功能。

有关断的点等使用的功能，而已可以查看每个变的东西、储存器等的目前的情形；还支持其他软件的编程和翻译④，有厉害的原理图片绘画功能。

已有，这款软件是很实用，易学，好上手。

Proteus发展很快，现在已经几个版本。

3系统的总体设计

3.1系统监控对象

PM2.5温度湿度大气压强

3.2系统总体结构

本系统主要由信.号采集部分、信号处理，显示（1902显示屏）模块、报警（蜂鸣器模）块、串口通信五个成分组成，结构图如图。

全部硬件整体中以ST89C52单片机作为原点操控终点，外面连接有传送器电路、报警电路和操控电.路等模板。

系统工作时大气压强传送器，细微颗粒传送器，光照强度传送器，温、.湿度传送器会定时对周围环境中等参数进行数据的收集和比较，将得到的资料递给到单片机中与既定的信息进行蒋亮，假如收到到的资料信息在正常的氛围以里，则单片机将该资料信息输出至显示模块（1902液.晶显示屏）进行每时每刻的显示，并遥控系统继续执.行数据的收集工作；收集到的信息已经大于平常既定的氛围，单片机应该通过其出口端向报响声电路（蜂鸣器）发送报.警消息。

另外，还设置了三个按键，分别是设置键，按键+，按键-，用来调节单片机中压强，PM2.5。

光照强度，温湿度的正常范围，设置键用来切换模块切换模式或者设置范围模式，设置+，设置-用来调节正常范围的数值以及切换模块。

3.3系统流程图

主程序流程图

AD。

转换BH150程序流程图BMP85程序流程图DHT1程序流程图

串口通信流程图

1602程序流程图

总体程序框图

4系统硬件设计

4.1微处理器

微处理器（英语：

Microprocessor，缩写：

µP或uP）是可编程化特殊集成电路。

我们采用北京达.盛科技集团出生的EXP--89S51单片机，它是一种耗功很少但是功能较大的.CM0S8.位小的可以操控器件，具有片内128*8字节的RAM。

4KB.ROM。

32个可编程I/O引脚。

2个16立固定器/集数器。

6个开了源。

JTAG接口。

全.UART.串通道和看门狗定时器。

支持闲着或者是不闲着模式，支持RS232串口在线仿真与调试，断电程序丢失。

4.2模数转换模块

该模块主要用于将灰尘信息转化为单片机可识别的消息。

系统所完成的模数变幻模块为ADC0832，该心片是.8.位分辩率、双方向.A/D.转换新片。

它具有进和出的电与.TTL/CMOS.相能相处在一起、变幻速度快、稳定性强等特点。

4.3传感器

传感器的特点包括:

微.型化、数.字化、智.能化、多.功能化、系.统化、网.络化。

是完成不用人控制检验和不用人控制监控的第一模块。

传感器的出生让世界更好，更丰富，更精彩，让物体活了起来。

4.4光照强度传感器模块

我用的光强传感器是.BH17510FVI。

它还可以根据光强来调整屏幕亮度。

它的光强度探测范围为1.lx--65535.lx。

它具有低电流、高分辨率（可达0.5lx）、支持BUS接口、光源依赖性弱、可调的光学窗口、接近视觉灵敏度的光谱灵敏度等特性。

内部框图如图：

4.5大气压强传感器模块

系统所用大气压强传感器为BMP085，它作为新一代高精度气压传感器与SMD500的功能和引脚是完全兼容的。

它是基于压阻效应技术的，具有稳定的电磁兼容性、.高精度、.线性性、.不变性，具有总线接口。

BMP085在低的高度噪声快速转换的情况下，表现很好。

实物图和原理图分别如图

4.6PM2.5传感器模块

地球中范围<=2.5微米的物质，为可进入肺部的微小土物质，也叫作PM2.5.然而.PM2.5.只是地球环境成分中含量较小的组分，但它对环境质量和可以看见有多远等指标有重要的影响。

PM2.5是肉眼看不见的且对人体有害，不容易消失，存在时间长，对环境有严重的危害。

2012.年10.月6.日，北京已经有35个监测点在检测。

这个版块将肺部的微小颗粒物质多少改成与它成正比的电信号。

PM2。

5传感器属光学传感器。

将红外线发光两个极性的管子器件、.光与电的晶体管、.放大电路组成。

它通过光线的反、.折射原理可以检测到空气中的可进入肺部的微小颗粒物质，尤其是它可以的检测非常小的颗粒。

有效接收距离为15MM，接收角度是正负60度。

此外，它可以区分屋内烟尘。

适用于空气净化器，.空调，.空气监测等。

4.7温湿度传感器模块

本文所使用的温、.湿度传送器（如图）是一件已经拥有标准数字数据的温、.湿度复合传送器。

它具有反应速度很开、较强的外界昂干扰能力、.不变性高等优点。

其湿度测量范围为20---90％RH.，分辨率为1％RH.，温度测量范围为0--50℃，分辨率为.1℃。

该模块所应用的运输方法为一条线制两行并列口传输，即运输长度远，应该在重要的地方关注位置并进行放置。

4.8系统总电路图

整个系统的硬件电路原理图分为1602液晶电.路、.按键电.路、.蜂鸣器电.路、.灰尘传感器电.路、.A/D转换电.路、.温湿度传感器电.路，.光照传感器电.路、.压强传感器电.路等组成。

系统总电.路图如下图。

4.9PCB图片

5系统软件设计

5.1温、湿度子程序

程序中预设环境的正常温度和湿度范围。

系统通电后所有模板开始初始化，之后单片机通过传感器发工作信息，调控传感器举行温、.湿度采纳，得到的数据运输到单片机进行分析、整理。

相近的消息与既定的设值比对，氛围一个规定的数值不在既定设数值范畴内，则凤鸣曲发出响声，但是单片机仍然仍然收集数据。

当数值到既定的范围之后，蜂鸣器取消响声。

5.2光照强度子程序

与上述模块相通，同样为系统预设光照强度的正常范畴，系统诸如能源后模块举行开始化，之后单片机发出读取光照强度的信号，光照强度模块开始进行光强度采集，并将采集到的数据与预设值进行比较，以检测光照强度有没有溢出常规范畴。

5.3大气压强子程序

在单片机中保存一个气压通用范畴，然后注入能源后举行模板开始化，随后收取操控消息进入环.境气.压采收模式，并把数据运输到单片机举行分析、整理。

如果数据没有超过既定的数值，则不报警。

所得到的最后结论继续旧超既定数值，的确地球气压出现不通常，外界干扰过大，单片机操控报警单元发出响声。

当系统监测结果回溯到平常情形时，单片机运出操控响声断开报警。

5.4PM2.5子程序

程序设计集体思绪同以上几个模块，所差异的是，PM2。

5传送器扔出的是模拟消息，还必须决议A/D转换才华运输去单片机举行响应的信号裁决。

5.5串口通信子程序

系统上电后，并口初始化，设置并口通信数据格式为，1个开始位。

8个信息位。

1个结束位。

无校验位。

利用定时器1的工作方式2作坡特率发生器。

设置坡特率为9600。

随后串口等待接收数据。

当接收到回传数据指令时，每当隔阂一.定的时间，单片机就会按照该固定格式将采集到的各项数据传回到PC机上进行显示。

格式设置采用专门的格式改变函数实现。

6测试结果与分析改进

那上面的两条图片是系统采集到的信息，通到过去与准确常用信息进行对比发现，该系统实现了对环境相关参数的测量与监控，达到了预计的目标。

这个系统其实还可以进行改进，一方面可以采用软件修正和精密硬件进一.步提高被测参数的精度，另一方面设法通过PC机对采集到的数据进行分析处理，以可以看得见的图形显示出来，有利于操控人员分析当前环境发展。

7附录

实物展示

1602屏光强传感器

灰尘传感器扩展板

系统侧面气压传感器

系统内部系统上面

系统主板PC机数据

8参考文献

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