1、 南京大学金陵学院 毕 业 论 文（设 计） 作 者 : 学 号： 系 部 : 电子信息科学与工程系 专 业 : 电子信息科学与技术 题 目 : 复杂环境监控报警器 指导老 师 提交日 期 2014年 5月 15日 南京大学金陵学院 毕业论文 (设计 ) i 摘 要 随着生活的水平提高，环境问题也日益突出，生活质量和环境质量一直在相互矛盾。所以加强环境保护成为眼下最重要的事情。环境监控是人类提高生活质量，加强环境保护的一个重要环节。但目前国内的便携式环境测试仪，价格比较昂贵，只有一些专业的环保部门拥有意外，无法成为一般的民用品推广普及。 所以设计出了低成本的环境监控报警器，满足一般民用需求。
2、本设计是基于 STC89C52 单片机的复杂环境监控报警器，该环境监控报警器可以实现采集温度、湿度和亮度环境参数，并通过与设置的阀值进行比较，及时发出报警信号。该设计还有实时走时功能 ，为了可以明确各个时间段的环境变化。采集的环境参数和走时通过 LCD 显示输出。该系统采用了模块化结构设计，各个模块在单片机的控制下，正常有序的工作，实现各种系统功能。主要由温度检测、湿度检测、光亮度检测模块、 LCD显示模块、按键模块、声光报警和短信报警模块组成。此次设计包括硬件电路设计部分和软件程序的设计。硬件主要是 51 单片机和各个模块之间的连接电路，主要包括芯片、外部元器件的选择和外围电路的设计。软件设
3、计主要是实现系统的各个功能。 本设计的区别于其他的环境检测仪的地方在于：能够实时监控到环境异常的情况，及时 反馈情况给负责人，做出相应的处理，增强了系统报警的实时有效性；本系统测量精度高，携带方便，成本低，可满足一般的居民使用。这些都优于一般专业部门使用的环境监控系统。 关键词： STC89C52 单片机； 环境监控； 报警； 实时 南京大学金陵学院 毕业论文 (设计 ) ii Complex environment monitoring alarm ABSTRACT With the development of the living standard and quality, enviro
4、nmental problem is becoming the focus of the world， the quality of life and environmental quality has been contradictory. So, strengthening environmental protection and improving environmental quality has become a very important task to every citizen. Environmental monitoring is the human improve th
5、e quality of life, an important part of strengthening environmental protection. But the current domestic environment of portable tester, the price is more expensive, only a few professional environmental protection departments have an accident, to become a general civilian products. So design out of
6、 the low cost of the environment monitoring alarm system, meet the demand of the general civil. This design is based on STC89C52 microcontroller, the environmental monitoring alarm system can realize the collect environment parameters such as temperature, humidity, brightness, and through comparing
7、with their set threshold, send out alarm signals in time. The design have real-time function, in order to record environmental changes every time. The parameters and time was displayed by the LCD. The system which is a modular structure adopts 51 signal chip as the main, each module under the contro
8、l of the chip, the normal and orderly work, implementation of system function. Mainly by detecting temperature, humidity, brightness detection module, LCD display module, keys module, sound and light alarm and GSM alarm module. The design includes hardware and software design . Hardware mainly is th
9、e 51 single-chip peripheral circuit design. Software program is designed according to hardware circuit connection and the function of each component design. This design is different from other environmental detector: can real-time monitoring the environmental exceptions, timely feedback to the head,
10、 make corresponding processing, enhanced the system alarm real-time effectiveness; This system has high measurement precision, easy to carry, low cost and can meet the residents of general use. These were superior to general use by the department of professional environmental monitoring system. Keyw
11、ords： STC89C52 microcontroller； environmental monitoring； Alarm； Real-Time 南京大学金陵学院 毕业论文 (设计 ) iii 目 录 摘 要 . i Complex environment monitoring alarm . ii ABSTRACT . ii 目 录 . iii 第一章 绪 论 . 1 1.1 引言 . 1 1.2 复杂环境监控报警系统研究现状 . 1 1.3 方案介绍 . 1 第 2 章 系统总体框架设计 . 3 2.1 系统功能介绍 . 3 2.2 系统主要组成 . 3 第 3 章 系统总体框架设计
12、. 6 3.1 控制器模块方案选择 . 6 3.2 显示模块方案选择 . 6 3.3 AD 转换的方案选择 . 7 3.4 温湿度检测的方案选择 . 8 第 4 章 系统硬件设计 . 9 4.1 时钟电路设计 . 9 4.2 温湿度检测电路设计 . 9 4.3 亮度检测电路设计 . 10 4.4 声光报警电路设计 . 11 4.5 通信电路设计 . 11 第 5 章 系统软件设计 . 13 5.1 软件设计思想 . 13 5.2 主程序设计 . 13 5.3 报警程序设计 . 14 5.4 通信程序设计 . 15 第 6 章 功能测试 . 17 南京大学金陵学院 毕业论文 (设计 ) iv 6
13、.1 测试使用的工具 . 17 6.2 温湿度测量功能测试 . 17 6.3 报警功能测试 . 17 6.4 实时时钟走时功能测试 . 18 第 7 章 结束语 . 19 致谢 . 20 参考文献 . 21 附录 1 程序源代码 . 22 南京大学金陵学院 毕业论文 (设计 ) -1- 第一章 绪 论 1.1 引言 随着我国经济的快速发展、社会的进步和人民生活水平的提高，但同时也付出了巨大的资源和环境的代价，经济的发展和环境的矛盾日趋严重，群众对环境污染问题反应强烈。我国的基本 情况 是人口 众 多、资源 稀 少、污染 严 重、经济增长 迅速 、发展方式粗放，必须在发展中采取更加严格的环境 监
14、控 与资源保护措施。 尤其是在当今环境条件急剧恶劣的情况下，节能、环保、低碳生活越来越来越受到 人们的重 青睐 。旧式的监控系统存在功耗大，资源得不到充分应用，效率低等消极影响。伴随着电子 传感器 技术的发展和单片机技术在各行各业中的应用，近几十年来 ,基于单片机的环 境监控 报警 系统的 已经 全面升级 ,不仅实现了智能控制，而且降低了运行成本。同时在一些特殊物品的运输过程中，温度、湿度和亮度是物品生存的至关参数，所以控制这些参数起了决定性的作用。因此，环境监控报警系统的推广，可以实现对环境温度、湿度、亮度等参数的实时的监测与控制，并且减少的人 力 资源的浪费和提高的效率。 1.2 复杂环境
15、监控报警系统研究现状 随着信息技术的发展，自然环境的影响和人类有着密切 不可分 的关系，所以人们越来越重视环境，拥有良好的环境 监测 技术是人们对环境的研究必不可少的工具 。 环境监测技术主要包括对环境温湿度 、 亮度、 气体等的监测 .。环境探测和监控是当前比较热门的技术，已经在工业生产、医学诊断、环境监测、 航空、国防 等 各个 领域广泛 的 应用。我 们 国 家 在上世纪 50 年代已有相关方面的研究，与发达国家相比，在时间上并没有绝对的差距，不过国际上最早的环境探测器起始于上世纪 20 年代的催化燃烧气体传感器产生。到 2005 年，国控环境监测网络调整为：环境空气监测网站 226 个
16、，测点数 793 个；酸雨监测网站 239 个，测点数 472 个；水质监测网站 197 个，监测断面 1074 个；生态监测网站 15 个 1。 1.3 方案介绍 此次设计是针对单片机原理及其应用展开的。运用我们所学的 模拟电路，数字电路 ，单片机技术 ， 传感器技术。单片机就好比是各个模块的桥梁，保持他们之间的联系。当周围的环境达到自己所设定的值，传感器就把采集到的数值作为输入参数并做相应的处理，转化为相应的电量输出传给单片机然后启动报警电路。我们本次所用的单片机是南京大学金陵学院 毕业论文 (设计 ) -2- STC89C52，单片机是 70 年代中期发展起来的一种大规模集成电路芯片，
17、80 年代以来。单片机发展迅速，各类新产品相拥出现，现已逐渐成为各个领域的重要支柱， 80C51 系列单片机产品繁多，主流地位已经形成。多年来的应 用实践已经证明， 80C51 的系统结构合理，技术成熟，许多单片机芯片倾力于提高 80C51 系列产品的综合功能，从而形成了 80C51 的主流产品的地位 2。 南京大学金陵学院 毕业论文 (设计 ) -3- 第 2章 系统总体框架设计 2.1 系统功能介绍 整个系统采用模块化结构设计，各个模块在单片机的控制下，正常有序的工作，实现各种功能。整个系统可以实现以下几种功能： （ 1）采集环境中温度、湿度、亮度等参数。 （ 2）将采集的环境参数显示在
18、LCD 屏 幕上。 （ 3）将采集到的环境参数与设定好的阀值进行比较。 （ 4）采集到的环境参数如果超出设定好的阀值，系统将进行声光报警和短信报警通知。 2.2 系统主要组成 下面是系统的主要构成框图，如图 2.1 所示。 主 控 制 器温 度 检 测湿 度 检 测光 亮 度 检 测按 键L C D 显 示声 光 报 警短 信 报 警图 2.1 系统结构框图 从图中可以看出整个系统的模块化结构设计，主要通过芯片接口将各个模块与主控制器相连，因此，主控制器都能够收到各个模块采集到的数据从而和设计的阀值进行比较，以及做出相应的报警信号 3。 明确了本次设计的功能以后，我们就需要设计各个模块以及功能
19、： 南京大学金陵学院 毕业论文 (设计 ) -4- 本系统主要由时钟模块、显示模块、键盘交互模块、温湿度检测模块、亮度检测模块、声光报警模块和 GSM 模块组成。他们通过各种电路接口电路与单片机相连，由单片机对它们进行控制，以实现实时显示、采集环境参数、实时报警等功能 4。 1. LCD 显示模块 本设计中，采用的是一块名为 12864 的单色液晶显示屏，顾名思义其屏幕共由128x64 个点组成。在单片机的控制下，可以将单片机处理后的各项环境数据在屏幕上直观的显示出来，另外也为设置本系统中一些重要的参数提供良好的人 机交互界面。如设置系统时间，温度报警阀值，湿度报警阀值，亮度报警阀值等。 2.
20、 键盘模块 键盘模块作为人机交互中必不可缺少的一部分，它其中的各个按键分担不同的作用，共同实现了菜单的选择，数据的增减，菜单返回等功能。本设计中共有 5 个按键其作用和功能具体如下： （ 1） Menu 键： 实现菜单选项的进入及菜单的切换； （ 2） Up 键 ： 设置数据的增加，每按下一次数据增加 1； （ 3） Ok 键 ： 确认设置数据； （ 4） Down 键 ：设置数据的减少，每按下一次数据减少 1； （ 5） Back 键 ： 用于 菜单的返回，设置好系统数据后，按下该键返回上一层菜 单； 3 声光报警模块 声光报警模块构成相对比较简单。其声音报警由一个三极管驱动一个有源蜂鸣器发
21、出声音进行声报警，而光报警则是在蜂鸣器两端并联一个高亮度 LED，在单片机的控制下，声光报警同时作用 5。考虑到报警的实时性，计划增加一个模块来进行增强。下面的扩展模块将会说到； 4. 温湿度检测模块 温湿度检测模块是由一款型号为 SHT10 的专用传感器完成。该传感器具有体积小，外部电路器件少，稳定无需校准测量结果直接通过 IIC 接口数字输出 5。本系统中只需要三根线即可实现温湿度测量，数据经过单片机的简单处理便可以直接 使用。 5. 光亮度检测模块 亮度检测模块是由光敏电阻配合型号为 PCF8591 的 AD 转换芯片完成，该 AD芯片采用单独供电方式，进行供电，有效的减少电源对转换精度的影响，由于共有 4个模拟量输入端口，则在本系统中可以考虑使用多点测量的方式减少突变信息（如遮南京大学金陵学院 毕业论文 (设计 ) -5- 挡）对测量结果的影响。同时其 IIC 接口则减少了单片机的 IO 口的使用，简化了系统结构 6。 6. GSM 模块 利用 GSM 模块的短信功能，在单片机判定报警状态满足后，进行声光报警的同时，控制 GSM 模块往指定的手机号码发送报警信息，提示当前环境参数超出设定范围 7。使得报警更加及时有效的反馈到负责人手中，增强本系统的报警实时有效性。
