1、i本科毕业论文（20 届）基于 AT89C52 单片机简易环境检测仪器的设计所在学院专业班级 电子信息科学与技术学生姓名指导教师完成日期ii目 录摘 要 .1前言 .3第一章 绪论 .41.1 开发背景 .41.2 关于国内外同类系统的分析 .41.3 研究内容 .5第二章 系统总体方案设计 .62.1 硬件电路的设计 .62.2 软件电路的设计 .6第三章 系统硬件设计 .73.1 单片机型号 .73.2 电源电路与晶振电路设计 .83.3 模拟输入的硬件设计 .93.4 灰尘模块电路的设计 .103.5 显示模块系统 .113.6 原理图 .12第四章 系统软件的设计 .134.1 软件电
2、路的设计 .134.2 原理图软件介绍 .144.3 仿真软件介绍 .144.4 程序的设计思想 .154.4.1 风速风向的实现方法 .154.4.2 灰尘浓度的实现方法 .15iii第五章 系统调试及分析 .165.1 硬件调试 .165.2 软件调试 .165.3 实验结果展示 .175.4 误差对比分析 .18第六章 总结与后期规划 .196.1 总结 .196.2 后期规划 .196.2.1 该设计的不足 .196.2.2 功能的完善 .20参考文献 .21致 谢 .22附录 .231摘 要随着现代工业和交通运输业的迅速发展，环境污染已经严重影响到人们的生活、学习和工作，因此人们对环
3、境污染也越来越重视。本文基于现如今的环境问题以及开发新能源风能的探究方向设计了一个手动输入模拟风速风向，并且能测量当时空气中的粉尘浓度的一个成品介绍。本文介绍了用 AT89C52 系列单片机设计监控风速、风向、灰尘浓度数据采集以及显示模块，由模拟的电压值输入通过单片机处理，再由液晶显示频显示出测量到的风速、风向、灰尘浓度的值，方便的进行时事的风的模拟以及灰尘浓度的监控。关键词：风向，风速，单片机，灰尘浓度，传感器2AbstractWith the rapid development of modern industry and transportation, environmental pol
4、lution has seriously affected people live, learn and work, so people are more and more attention to environmental pollution.Based on environmental issues nowadays and the development of new energy sources wind direction to explore the design of a manual input analog wind speed and direction, and can
5、 measure a finished concentration of dust in the air at the time of introduction.Were introduced in this paper with a series of AT89C52 single-chip microcomputer monitoring wind speed, wind, dust concentration data acquisition and display module, the analog input voltage value through the monolithic
6、 integrated circuit processing, again by the liquid crystal display shows the measured frequency of the wind speed, wind direction, dust concentration values, convenient for current simulation of the wind and dust concentration monitoring.Keywords: wind;speed;MCU;dust concentration;sensor3前言人类发展的历史与
7、资源的开发和利用有着密切的联系，资源的合理利用可以促使人类生产文明的不断进步。风就是一种可再生无污染且大量储存的一种资源，随着汽车飞机等燃油资源主流的时代，温室效应已经成为了几乎所有国家的环境问题，国家也都制定了控制二氧化碳的排放政策，那怎么样才能更好的保护环境减少污染呢？风能就是可以突破的一点，不断地开发和利用风能就能减少环境的污染以及能源的紧张问题。在开发清洁能源的同时也少不了监测环境，例如现在主流的 PM2.5 就是一个头疼的问题，我们需要不断地对环境监测来做好有效的避免更多颗粒物的吸入，人们才能更高质量的生活。全文共分为六章:第一章绪论；第二章系统整体硬件电路设计；第三章软件系统的设计
8、；第四章原理图设计与仿真设计；第五章系统调试；第六章总结。4第一章 绪论1.1 开发背景大气，和水一样，是生物生存无法离开的物质之一，良好的大气环境甚至是一种稀缺资源，大气环境的可持续利用是可持续发展的先决条件。他对人们的生活质量、社会的和谐稳定、国家的长治久安都有着非常重要的意义。风能促使干冷和暖湿空气交换，风能是一种自然能源，很早以前，人类就学会制造风车，借助风力吹动风车来取水和加工粮食，现在人们还利用风车进行发电。帆船的远航也是依靠风力的推动。风在日常生活中的作用很多，但是风也经常会给人类带来灾害。暴风、台风、飓风会使农田淹没、房屋倒塌、水电中断，影响正常的生活学习。龙卷风会使汽车、人类
9、、建筑等等消失的无影无踪。风在自然界里担任了重要的一员。风能使大范围的热量和水蒸气混合均匀，调节空气的温湿度；能把云和雨送到更加遥远的地方，使地球上的水循环能够不断地完成。风有利有弊，所以我们要监测它，采集数据以便更好地利用它。1.2 关于国内外同类系统的分析风是大自然给予的天然能源，风的定义早在奴隶社会初期就人们就开始简单的测量和利用，早期的人们没有先进的设备以及丰富的知识，靠旗帜来判断风速和风向，风向按照旗的飘向来确定，风速则由旗帜的频率来确定，这种方法只能进行简单的判断，到东汉时风速风向的测量有一定的发展，但是仍然没有具体的值来知晓，但是在如今告诉发展的电子时代，传感器就能准确的测量并显
10、示出来，得出具体的风速风向值，在农业生产以及工业生产上都采用了各种各样的传感器，它们在合理化的生产，减轻人们的劳动强度，避免有害的作业中发挥的重大的作用。在国防军事领域，各种侦测设备，红外线试探，雷达定位跟踪，武器的精确制导都是由传感器来定位制导，在航空航天领域都需要传感器。国内外使用的传感器多以机械为主，一般特点体积大、测量精度不高、响应时间长、灵敏度低、价格昂贵，而且电路较为复杂，传感器的发展趋势就要向小型化，低功耗集成智能方面发展。5改革开放以来，我国的经济增长速度惊人的世界瞩目，我国的国内生产总值从 1978 年的 3645 亿元增长到 2011 年的 472881 亿元，成为第二大世
11、界经济体，实际国内生产总值每年的平均增长率高达 9.8%。然而，中国经济的高速增长并不是来自于无破坏的先进技术的提高，而是以资源和环境作为代价换来的。来自英国全球碳计划 2012的书籍上标识这中国 2011 年的碳排放量为 99.68亿吨，占全球国家碳总排放量排放的 28%，位居碳排放国首位，来自迈向环境可持续的未来中华人民共和国国家环境分析报告的结果显示中国最大的 500 个城市只有不到 1%的城市达到了世界卫生组织的空气环境质量标准，并且世界上污染最严重的 10 个城市，高达 7 个在我国。发展固然重要，人们赖以生存的环境更重要。随着人民群众意识到环境对于生存的严重性以及国家对环境污染程度
12、的重视，社会对环境监测提出了更高的不断全面的需监测的值，环境监测的任务日趋繁重。据不完全统计我国制定了 400 多项关于各种类的环境监测，包阔大气、水质、土壤、噪声、辐射、同体废物、等领域。并且已经实施了环境质量监测、环境质量日报、周报、预报监测；污染源监测、污染事故应急监测、污染物总量及种类控制监测、污染源解析监测、环境污染治理所达到的效果监测等，需监测的污染种类达上百种。这种种类多、范围广、任务重的环境监测形势，急切需要环境自动化监测，减少人工的劳动力提高环境监测效率与准确度。随着不断发展的大规模集成电路制造技术的不断完善，推动了单片机技术不断的发展，为野外条件下进行实时环境监测提供了便利
13、。单片机实物小，功能大，低功耗的可控制电路特征。具备微机的功能，单片机应用于环境监测仪中，可以使环境监测仪的体积和质量不断地减小，不断提高环境监测仪的自动化水平，通过不断改造完善来增强环境监测的准确性。1.3 研究内容风速风向是农业工业天气预报方面经常要测量的参数，而灰尘浓度又是环境保护方面需要测量的参数，我用两个变位器来模拟了风速风向的输入，人为的给出信号，通过电压的值改变来输出风速风向的参数，粗略的实现风速风向的快速测量。通过灰尘传感器来实现对周围环境灰尘浓度的实时测量，更好的实时监测数据。6第 2 章 系统总体方案设计2.1 硬件电路的设计本设计的任务是完成以单片机为主控制器的风速、风向
14、、灰尘浓度的环境监测系统，实现环境污染程度的实时监控和 LCD 数字显示，同时显示出实时风速和风向。硬件系统框图如图 2.1 所示：S T C 8 9 C 5 2单片机电源电路模拟风速风向输入灰尘浓度输入开关电路晶振电路显示电路图 2.1 硬件电路的设计2.2 软件电路的设计风速风向软件设计： 灰尘软件设计： 开始初始化变位器模拟量输入A / D 转换信号放大单片机系统显示灰尘浓度结束开始初始化变位器模拟量输入A / D 转换单片机系统显示风速风向结束7第 3 章 系统硬件设计3.1 单片机型号STC89C52 是 51 系列单片机的一个型号，它是 STCMEL 公司生产的。 STC89C52
15、 是一个低电压，较高性能互补金属氧化物半导体的 8 位单片机，片内含有 8k bytes 的可反复擦写修改的的 Flash 只读程序存储器（ROM）和 256 bytes 的随机存取数据存储器（RAM），器件采用 STCMEL 公司的较高密度的、不易丢失的存储技术生产，兼容标准的 MCS-51 单片机的指令系统，片内放置较为通用的 8 位中央处理器和 Flash 只读程序存储器的存储单元，功能强大的STC89C52 单片机可为你提供较复杂的控制系统的应用场合。 STC89C52 有 40 个引脚，32 个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内部含 2 个对外的中断口，3 个 16 位可进行编
16、程和定时的计数器,2 个全双工串行通信口，2 个读和写 I/O 接口，STC89C52 可以按照常规方法进行编程,但不可以在线进行编程(S 系列的单片机才支持在线编程)。它将通用的微处理器和 Flash只读程序存储器结合在一起，特别是可反复擦写修改的 Flash 存储器得以有效地降低项目的开发成本。 STC89C52 有 PDIP、PQFP/TQFP 及 PLCC 等三种封装形式，以适应不同产品的需求。 主要的功能特性：（1）兼容 MCS51 指令系统（2） 8k 可反复擦写(1000 次）Flash ROM （3）32 个双向 I/O 口 256x8bit 内部 RAM （4）3 个 16 位可编程定时/计数器中断 时钟频率 0-24MHz （5）2 个串行中断 （6）可编程 UART 串行通道 （7）2 个外部中断源 （8）共 8 个中断源 （9）2 个读写中断口线 （10）3 级加密位 （11）低功耗空闲和掉电模式
