1、 微处理器系统综合设计报告 专 业： 通信工程 班 级： 13-04 班 小组成员： 时 间： 201 年 6月 27日 -7月 1日 目录 一 . 意义 . 1 二 . 硬件系统设计 .错误 !未定义书签。 1. 系统整体结构 .错误 !未定义书签。 2. 各模块介绍 .错误 !未定义书签。 2.1 空气质量传感器模块 .错误 !未定义书签。 2.3 创新平台底板 .错误 !未定义书签。 2.4 51 单片机核心模块 .错误 !未定义书签。 2.5 LED 数码管模块 .错误 !未定义书签。 2.6 硬件电路整体连接 .错误 !未定义书签。 三 . 软件系统设计 .错误 !未定义书签。 1.
2、 主程序 .错误 !未定义书签。 1.1 主程序代码 .错误 !未定义书签。 1.2 程序流程图如下所示 .错误 !未定义书签。 1.3 主程序程序流程说明 .错误 !未定义书签。 2. 主 要算法 .错误 !未定义书签。 2.1 帧数据的校验算法 .错误 !未定义书签。 2.2 低脉冲率与灰尘浓度的关系转换算法 .错误 !未定义书签。 3. 主要函数 .错误 !未定义书签。 3.1 求和校验函数 .错误 !未定义书签。 3.2 串口初始化函数 .错误 !未定义书签。 3.3 串口中断函数 .错误 !未定义书签。 四 . 调试分析 .错误 !未定义书签。 1. 硬件组装和程序的下载调试 .错误
3、 !未定义书签。 1.1 硬件组装和连接 .错误 !未定义书签。 2. 调试过程中出现的问题 .错误 !未定义书签。 2.1 STC 单片机程序下载失败原因分析 .错误 !未定义书签。 2.2 LED 数码管显示模块问题分析 .错误 !未定义书签。 2.3 程序下载好之后，不能立即正常显示原因分析 .错误 !未定义书签。 3. 调试过程的注意事项 .错误 !未定义书签。 五 . 心得体会 .错误 !未定义书签。 空气质量检测仪设计 空气质量检测 仪设计 一 . 实验 意义 雾霾是 我们经常讨论的 热门话题，灰蒙蒙的天，能见度很低、空气中呛人的气味，相信大多数同学都遭受过这样的经历。 雾霾笼罩下
4、的城市 现 在已经知道，造成雾霾天气的主要 “元凶 ”是 PM2.5，即空气动力学当量直径小于等于 2.5 微米的颗粒物。这种能够直接进入肺泡的小颗粒 ，对人体健康危害最大。 当前，人们已经像关注天气一样，关注着空气质量。大多数情况，我们都像查天气预报一样，通过监测站发布的数值，了解当前的 PM2.5 浓度。但实际上， PM2.5 并不像温度一样均匀分布，你呼吸到的 PM2.5 浓度，可能与 报道 的数值相差甚远。 通过 该项目 使我们 可以采用电子积木搭接一个简单的空气质量检测仪。既学习了知识，还能知道我们身边 PM2.5 的浓度 ,获得我们身边的真实数据。 查询到的 焦作空气质量 报告 空
5、气质量检测仪设计 空气质量指数（ Air Quality Index，简称 AQI）是定量描述空气质量状况的指数，其数值越大说明空气污染状况越严重，对人体健康的危害也就越大。参与空气质量评价的主要污染物为细颗粒物（ pm2.5）、可吸入颗粒物（ pm10）、二氧化硫（ SO2）、二氧化氮（ NO2）、臭氧（ O3）、一氧化碳（ CO）等六项 。 pm2.5 是指大气 中直径小于或等于 2.5 微米的颗粒物，也称为可入肺颗粒物。被吸入人体后会直接进入支气管，干扰肺部的气体交换，引发包括哮喘、支气管炎和心血管病等方面的疾病。 二 . 硬件系统设计 1. 系统整体结构 本实验 采用 “电 子积 木
6、+底板” 的 形 式 ，通 过电子积 木 拼接，实现 项 目 功 能。主 要 积木 包括 ： 51 单片 机核心板、 4 位 LED 数 码管 模 块、 空气 质量传感器模 块、LCD1602 液晶 模块。 系统 框图 2. 各模块介绍 2.1 空气 质量传感器 模 块 该 模块选用 ZPH01 空气粉 尘传感器， 能 够 同 时实现对 VOC 与 PM2.5 的 同时检测。 传 感器中的 VOC 检测 单元对甲醛、苯、二氧化碳、氨气、氢气、酒精、香烟烟雾、香精等有机挥发气体具有极高的灵敏度。 PM2.5 检测 单元，采用 粒 子计数原理，可灵敏检测 直 径 1m以 上灰尘颗粒物。 空气 质量
7、传感器模块 2.2.1 VOC 气 体测量 采 用专 门 的电化学传 感 器 模 块， 实 现 VOC 气 体的 检测 。 不 同气体灵敏度对比 该 传感器 将 测得的 气 体 浓度直 接转化为 A、 B、 C、 D 四 个等级 。 具 体 标定方法如下，将洁净空气质量默认为 A 级 ，以 酒精浓度 作为参考， 大 于 50ppm 时 ，设定 为 D 级 ，中间 均 匀划定 3 个等级。 2.2.2 PM2.5 测量 采 用 光散射 法测量原理 ，实现 空气 粉 尘的测量。 使 用该 方 法，在传感器 内置一个加热器， 加 热引起气流上升使外 部 空气进传感器内部。 采 用一个 LED 作 为
8、发光 源 ， 另一 个光电传 感 器，通过 测 量光强 度 ，判断 空气 粉尘的数量。 可 检测的粒子 为 1m以 上 粒 子，如香烟、房屋 灰尘 、霉菌、花粉、孢子等。 微粒和分 子在光的照射下会产生光的散射现象，和此同时，还吸收部分照射光的能量。当一束平行单色光入射到被测颗粒场时，会受到颗粒周围散射和吸收的影响，光强将被衰减。如此一来便可求得入射光通过待测浓度场的相对衰减率。而相对衰减率的大小基本上能线性反应待测场灰尘的相对浓度。光强的大小和经光电转换的电信号强弱成正比，通过测得电信号就可以求得相对衰减率。 光散射检测 原理 测 量结果输出为低脉冲 率 ，根据下图 对 应关系，可 转 化为
9、 g/m3 单 位。 PM2.5 低 脉冲率与灰尘颗粒物浓度对 照 图 2.2.3 测量结 果 该 传 感 器 测 量结 果 以 PWM 和 UART 串 口两种方式 输 出，可通过 PIN1（控制 引脚）设置 。该 引脚悬空时为 PWM 模 式 ； 接地 时， 为串口模式。 在 本项目中，采用了串口模式， 基 本设置如下： 波 特率： 9600 数 据位： 8 位 停止 位： 1 位 校验 位： 无 通 讯命令： 模 块每间隔 1s 发 送 一次 浓度值， 只 发送不接收。命令 帧 格式 如下： 2.2.4 硬 件连接 该 传感器 共 有 5 个 接口 ： 本项目中，采用串口模 式。 因 此
10、 ，连接如下图所示： 空气 质量传感器 连接 端 备注 PIN1（控制 脚） 接 地 设 为串口模 式 PIN2（输 出脚 OUT2/RXD/PM25） 接 单片机 P3.1（ TXD） 也 可 不 接 PIN3（电 源正 VCC） 接 正 5V 电 源 PIN4（输 出脚 OUT1/TXD/VOC 等级 ） 接 单片机 P3.0（ RXD） PIN5（电 源地） 接 地 2.3 创 新平台底板 该 底板采用标准定位孔的设计，并集 成 有 5V 直流电源接口及自锁电源开关、 3.3V 电源、 8 路 LED 显示、外接接口拓展等 。 在课 程设计中，为各模块提供固定、供电和接口转换功能。 2.
11、3.1 底板的硬 件资源 5V直流电源接口及自锁电源开关，带自恢复保险。 大功率 3.3V 稳压芯片，可将外接 5V电源转为 3.3V。 双路音频接口转换，既可做为音频输入也可作为输出。 8路 LED 指示灯，高电平驱动。 双排 16PIN 接口拓展转换口。 板子的四周分别提供了 16 组 5V 和 3.3V 的电源接口。 板子中间提供了 1723 个间隔为 10mm 的定位孔。 2.3.2 模 块位置图 电子创新平台底板位置图 电源端： +5V 电源接入端， +5V 和 +3.3V 电源输出端（四角四组）。 LED 控制端： 8 路 LED 控制端分别控制相对应的 8 个 LED（高电平有效
12、 ,1 亮；0灭）。 音频输入端：麦克风输入插孔，耳机输入插孔。 拓展端：拓展输 入、输出接口，方便和外围设备的连接。 模块定位孔：固定模块，方便试验。 2.3.3 原 理及 功 能 （ 1） 固定电子积木 该底板采用标准定位孔的设计，电子积木可固定在底板上，为设计项目提供相对稳定的机械结构。电子积木之间的连线也可沿底板布线，通过线扎绑结在定位孔上。 （ 2）提供供电 底板四周分别提供了 16 组 5V 和 3.3V 的电源接口。电子积木可就近选择相应的接口，通过杜邦线，提供供电。连接电源时，需注意区分正负。 以 下 图 为例 ， 左侧 4个插 针为正，右侧为负。 2.4 51单 片机核心 模
13、 块 51单片机核心板即 CORE51-BOARD 模块。该模块为 51 单片机最小系统板，采用标准定位孔的设计，支持 JTAG 和串口两种下载方式，四组 I/O 口全部引出，可广泛用于单片机基础学习和电子创新等电子电路的微控制系统。 2.4.1 硬 件资源 直流电源 5V 插孔，方便模块接通电源单独使用。 使用跳线帽，选择不同功能。 串口和 JTAG 双下载通道，使用更方便。 复位电路，方便单片机的复位。 2.4.2 模 块位置图 51 核心板模块位置图 2.4.3 端 口说明 下载端： 与 51 下载器 配 合， 可 实现自 动 上电， 无需 复 位一键下载。 电源拓展接口：可做电源使用，为外围电路模块等供电。
