1、 本科毕业设计 （ 20 届） 基于单片机的居室环境检测系统 所在学院 专业班级 电子信息工程 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 摘要 在快速发展的如今 ，无论是高节奏、高效率的工作，还是繁忙后的歇息，大多数时间是在室内度过的，因而室内环境质量的优劣与人的生活 息息相关。再加上人们对生活品质的上升，人们对环境质量的要求也越来越高，比如对室内的温度高低，光线的明暗，都想知道一个确切的数值以及能够实现调节控制。 基于单片机的环境检测系统，可以很方便的为人们提供室内参数的数据，了解室内如温度、光线、湿度等确切数值，方便人们调节及控制，在最大程度上为人们提供高质量的生活品质。而基于单片
2、机的控制无疑是人们追求的最佳选择。 由于生产工艺和设计能力的不断提高，单片机也在向着更高集成化、更快运算速度、廉价低功耗的方面迅速发展。本课题用 SPCE061A 单片机 作为控制系统，并运用热敏 和光敏采集系统对环境进行检测，通过 C 语言编程，最终语音播报结果。 其中温度的检测可限定在一定的范围，检测结果若超出或低于这个范围，会通过单片机语音播报“太高或太低，调节空调”之类的提示 。检测室内光线强度分为 3 档，分为 适中，太亮，太暗。当检测结果处于后两种状态，也会播放提示音。 关键词： 单片机； C 语言；环境检测系统 Abstract With the rapid progress o
3、f nowadays, either high rhythm, efficient work or the rest, people spend much of the time indoors. Therefore, peoples life is intensively related to the quality of indoor environment. And the requirement for the environment becomes higher and higher with the life improving. For instance, people want
4、 to know about the accurate data of the indoor temperature, radial light and shade. And it is better for people to realize self -control. Design of environmental detection system based on microcontroller, it can easily provide people with indoor parameters of data and help people know about some acc
5、urate indoor data, such as temperature, light and humidity. And it is convenient for people to regulation and control. Meanwhile, it offers people high quality life to a great extent. The control based on SCM is the best choice. With the increasing progress of design capabilities and production proc
6、ess, the SCM is developing towards a cheaper, lower power dissipation situation of higher integration, faster calculating speed. SPCE061A is applied as the control system for this topic. And using the acquisition system thermal and photosensitive to detect the environment, Through C language program
7、ming, final speech broadcast results. Te mperature measurement of which can be limited within a certain range, the test results if the above or below this range, single chip voice will be broadcast by “too high or too low, adjust the air“ like the tips. Room light intensity detection is divided into
8、 3 files, divided into moderate, too bright, too dark. It wills also broadcast prompt when the test results in the latter two states. Key words: SCM; C language; Environmental detection system 目录 1 引言 . - 1 - 1.1 居室环境检测系统的定 义 . - 1 - 1.2 居室环境检测系统的发展 . - 2 - 1.2.1 温度传感器的发展 . - 2 - 1.2.2 温度传感器的现状 . -
9、2 - 1.3 本文研究的主要内容 . - 2 - 2 总体设计 . - 4 - 2.1 温度检测功能原理 . - 4 - 2.1.1 热敏电阻 ECT103. - 4 - 2.1.2 DS18B20 的功能原理 . - 4 - 2.2 光线检测原理 . - 5 - 2.3 基于数据采集系统的主控芯片比较 . - 6 - 2.3.1 基于 DSP 芯皮的温度采集系统 . - 6 - 2.3.2 基于 FPGA 芯片的数据采集系统 . - 7 - 2.3.3 基于单片机技术 . - 7 - 2.4 系统总体框图 . - 9 - 3 硬件设计 . - 10 - 3.1 硬件的连接 . - 10 -
10、 3.2 单片机系统概述 . - 10 - 3.2.1 SPCE061A 系统结构 . - 10 - 3.2.2 SPCE061A 主要性能 . - 11 - 3.3 SPCE061A 芯片介绍 . - 11 - 3.4 SPCE061A 外围电路 . - 12 - 3.4.1 时钟（锁相环振荡器，系统时钟，实时时钟） . - 12 - 3.4.2 复位电路 . - 12 - 3.4.3 电源 . - 13 - 3.4.4 音频电路 . - 13 - 3.4.5 键盘电路 . - 14 - 3.5 数码管 . - 14 - 3.6 温度和光线 采集电路 . - 15 - 3.6.1 温度的电路
11、比较 . - 15 - 3.6.2 光线检测电路比较 . - 17 - 3.6.3 温度和光线检测 . - 18 - 4 软件设计 . - 20 - 4.1 软件开发工具 . - 20 - 4.2 软件流程图 . - 21 - 4.2.1 环境测量主程序流程图 . - 21 - 4.2.2 温度测量驱动程序 . - 23 - 4.2.3 光线测量驱动程序 . - 25 - 4.2.4 语音播放函数 . - 27 - 5 制作和调试 . - 29 - 5.1 硬件制作和调试 . - 29 - 5.2 软件的调试 . - 30 - 6 结论 . - 32 - 6.1 系统的优点 . - 32 -
12、6.2 系统的缺点 . - 32 - 6.2 系统运行 . - 32 - 7 工作总结 . - 33 - 致谢 . 错误 !未定义书签。 参考文献 . - 34 - 附录 1 系统实物图 . - 36 - 附录 2 实验原理 . - 37 - 附录 3 毕业设计作品的说明书 . - 38 - 1 引言 1.1 居室环境检测系统的定义 随着科学技术的发展，各类电子产品有了突飞猛进的发展，电子测量仪也日渐丰富起来 ,在各行各业得到了广泛的应用。例如，在医学方面，有血糖测量仪 , 血压测量仪；在物理学方面，有电感测量仪，频率测量仪，红外测量仪等；在环境方面，有空气测量仪，噪声测量仪等一系列电子测量仪
13、器。而原来的模拟产品也逐步向数字化、综合化转化，并且不断走向人性化 1。 再加在 快速发展的如今 ，无论是高节奏、高效率的工作，还是繁忙后的歇息，大多数时间是在室内度过的，因而室内环境质量的优劣与人的生活息息相关。 由于室内引入能释放有害物质的污染源或室内环境通风不佳而导致室内空气有害物质从数量上或从种类上不断增加，并引起人的一系列不适症状，称此为室内空气受到污染 。而 室内环境检测系统的出现，对控制检测室内污染有很大的帮助，让人们了解自己室内的环境质量有着重大的意义，它为人们提供一个有数可据的判断。室内环境检测的功能主要是检测环境中的各类参数，如温度，光线以及各类气体的浓度（甲醛，二氧化碳，
14、 苯），方便人们调节控制，确保自己的安全以及生活质量。室内环境检测系统被应用很多方面，如室内装修后，对室内的空气质量的检测，评估空气中的甲醛，二氧化碳之类的气体是否超标；还有在智能楼宇中的应用，对居室中的温度，湿度，油烟进行检测与控制，也可以预防火灾或对火警的提示。所以以后居室设计的发展趋势，环境检测系统一定是主流之一，它如一个保姆可以为主人提供最大程度上的服务，为人们的生活质量提高档次。图 1-1 所示，就是室内环境检测仪器。 图 1-1 室内环境检测仪图 1.2 居室环境检测系统的发展 居室环境检测系统 的发展也可以说是传感器技术的发展进程，随着科学技术的发展，传感器技术也日渐趋于成熟，以
15、及多样化，而在各类传感器中 ， 温度传感器无疑是各类传感器中的翘楚， 下面简单介绍下温度传感器发展历程。 1.2.1 温度传感器的发展 温度测量在物理实验、医疗卫生、食品生产等领域，尤其在热学试验（如：物体的比热容、汽化热、热功当量、压强温度系数等教学实验）中，有特别重要的意义。 就比方说数字温度计，相较于传统的水银温度计更加准确而且快速，其中温度传感器是它的重要 组成部分，它的精度、灵敏度基本决定了温度计的精度、测量范围、控制范围和 用途等。 随着温度传感器的发展，温度检测系统也更上一层楼。温度传感器的发展经历大致可分为 3 个阶段 :传统的分立式温度传感器 、 模拟集成温度传感器 /控制器
16、 和 智能温度传感器 。 目前，国际上新型温度传感器正从模拟式向数字式、由集成化向智能化、网络化的方向发展 2。 1.2.2 温度传感器的现状 进入 21 世纪后，数字温度传感器正朝着高精度、多功能、总线标准化、高可靠性及安全性、开发虚拟传感器和网络传感器、研制单片测温系统等高科技的方向迅速发展。 而且，随着温度传感器的测温精度和分辨率的大大提高以及各种只能技术的配合，温度 传感器被广泛应用各大领域，如 一些军事、航空、交通制造业等领域中 。像在智能楼宇中，就可以利用温度传感器技术，检测室内环境温度的高低，以便提醒人们及时控制，而且还可以预防火灾。 所以，随着科学技术的发展，温度传感器会被广泛
17、应用。 1.3 本文研究的主要内容 随着人们的生活品质的上升，人们对环境质量的要求也越来越高，比如对室内的温度高低，光线的明暗，都想知道一个确切的数值以及能够实现自我控制，其中基于单片机的控制无疑是人们的最佳追求之一。单片机控制的系统已经被广泛地应用在电子、汽车电子、办公室自动化、通信及一般工业 产品上。 由于生产工艺和设计能力的不断提高，单片机也在向着更高集成化、更快运算速度、廉价低功耗的方面迅速发展。单片机属于系统级芯片，而且用户使用方便，外围电路也很简单，在温度检测方面，仅具有检测方便、组态简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被测温度的技术指标 3。而本课题就是利用单片机作为控制系统
18、，并运用传感器模组对环境进行检测，由软件编程，最终语音播报结果。 题目是 带语音播放环境检测系统，正如题意所示是基于单片机为控制系统，通过传感器模组实现。 该课题主要内容是可以检测室内温度和光线的强度，并把检测结 果显示或通过语言的方式播报出来，提醒人们采取相应的控制动作。 全文共分 七 章，各章的主要内容如下： 第一章 介绍课题来源，研究意义及发展趋势。 第二章 介绍 温度和光线的功能原理，以及各类芯片的功能介绍，以及优劣的对比 。 第 三 章 主要是硬件设计的实现，以模块为单位分别介绍各个模块实现其功能的原理及过程。 第 四 章 软件实际的流程和设计的实现，以模块为单位分别介绍各个模块实现
19、其功能的原理及过程。 第 五 章 简单介绍了本设计采用的平台的相关知识， 及调试过程 第 六 章 系统调试结果和和本次设计的成果，及不足之处 ，还需要改进的地方。 第七章 工作总结。 2 总体设计 2.1 温度检测功能原理 温度传感器就是 利用物质各种物理性质随温度变化的规律把温度转换为电量 。它的种类繁多， 按测量方式可分为接触式和非接触式两大类 ，有接触式和非接触式，按传感器材料及电子元件特性分为热电阻和热电偶两类，而且随着科学技术的发展，温度传感器越来越向集成化、智能化、网络化发展。下面简单介绍几种温度检测芯片的结构功能。 2.1.1 热敏电阻 ECT103 热敏电阻 ECT103 是负
20、温度系数的 10K 电阻，适用于 -55 315，能检测出 10-6的温 度变化 。负温度系数热敏电阻的精度可以达到 0.1，感温时间可少至 10s 以下。它不仅适用于粮仓测温仪，同时也可应用于食品储存、医药卫生、科学种田、海洋、深井、高空、冰川等方面的温度测量。其负温度系数的 NTC 曲线图（ NTC 负温度系数热敏电阻专业术语）如 2-1 所示。 图 2-1 NTC 特性曲线图 2.1.2 DS18B20 的功能原理 DSl8B20 是美国 DALLAS 半导体公司推出的单线数字化测温集成电路。其具有独特的单线接口方式，将非电模拟量温度值转换为数字信号输出仅需占用1 位 I O 端口；每个
21、 DSl820 传 感器均有单一独立的序列号，支持微处理器通过单信号线实现多点测温，使分布式多点温度检测系统设计大为简化；测温时无需任何外部元件，可以通过数据 (信号 )线直接供电，而且具有超低功耗工作方式；测温范围为 -55 摄氏度到 125 摄氏度，测温精度为 0.5 摄氏度，转换为数字信号的温度数据以 16 位代码形式串行输出 4，图 2-2 所示。 6 4位R O M和单线接口存 储 器 和 控 制 逻 辑高速缓存温 度 传 感 器高 温 触 发 器 T H低 温 触 发 器 T L8 位 C R C 发 生 器图 2-2 DS18B20 内部结构图 综上所述， DS18B20 在芯片的内部自带模拟和数字转换电路的，使用起来非常的方便。它采用单线传输技术，另外呢，温度的分辨率可以选择， 9 到 12位的分辨率。 成本低点 ,它占的 PCB 板面积很小 ,电路也很好设计 。 2.2 光线检测原理 光传感器是利用光敏元件将光信号转换为电信号的传感器，它的敏感波长在可见光波长附近，包括红外线波长和紫外线波长。目前 它是 产量最多、应用最广的传感器之一，它在自动控制和非电量电测技术中占有非常重要的地位。光敏传感器的种类繁多，主要有 ： 光电管、光电倍增管、光敏电阻、光敏三极管、光电耦合器、太阳能电池、红外线传感器 ，图 2-3。
