1、天津职业技术师范大学Tianjin University of Technology and Education毕 业 设 计专 业： 电气技术教育 班级学号： 电气 0812 班-3 号学生姓名： 陈 晓 艳 指导教师： 张国香 教授 二一三年六月天津职业技术师范大学本科生毕业设计基于单片机的室内智能通风控制系统设计Design of Indoor Intelligent Ventilation Control System Based on MCU专业班级： 电气 0812 班学生姓名： 陈晓艳指导教师：张国香 教授学 院：自动化与电气工程学院2013 年 6 月摘 要目前，国内大部分住宅
2、室内的污染状况令人担忧。室内空气污染不 仅 破 坏 人们 的 工 作 和 生 活 环 境 ， 而 且 直 接 威 胁 着 人 们 的 身 体 健 康 。 新型的建筑材料带来的日用化学品进入住宅，成为室内严重的污染源;另外，空调的普及使室内通风率明显的下降。这些都造成了室内污染的累积，导致室内的空气质量严重恶化。由于上述种种原因，造成我国大部分居住建筑的通风状况相对较差，基本上不能满足我国室内空气标准的有关规定。在自然通风不能满足需要的时候，往往可以通过机械通风方式来改善室内的热环境和空气质量。论文所研究的室内环境调节系统充分利用温度传感器模块实现智能检测当前环境温度，通过对建筑物室内温度，进而
3、控制送风设备，达到智能调节建筑物室内环境的目的，以此改善室内空气品质，使人们在室内居住的环境更加舒适。本系统采用层次化、模块化设计。整个系统由数据采集系统、单片机控制系统组成。系统以单片机 AT89S52 为核心，以 DS18B20 系列温度传感器等作为测量元件，通过单片机与传感器相连，达到测温控制电机风扇的系统。此系统描述了测温传感器 DS18B20 与单片机的硬件连接，软件编程设计和各个模块系统进行了分析。此系统可以实时对温度的测量和显示，可通过红外遥控进行需要通风的温度设置。此系统使用起来非常方便、体积小、灵敏度较高、节能、成本低等优点。关键词：空气品质；单片机；温度；传感器ABSTRA
4、CTCurrently, most houses indoor pollution is a disturbing problem. Indoor air pollution not only destroy peoples working and living environment, but also threat to peoples health. New building materials brought chemicals into the house and become the most serious indoor pollution, In addition, the p
5、opularization of the air-conditioner decreased the room ventilation significantly. These all resulted to the accumulation of indoor pollution, led to serious deterioration of indoor air quality. All these reasons resulted the worse ventilation condition of most buildings in our country, and basicall
6、y can not meet the relevant provisions of Chinas “indoor air quality standards.“When natural ventilation can not meet our need, we often use mechanical ventilation to improve the indoor thermal environment and air quality. The environment regulating system in this paper make full use of temperature
7、sensor module to realize the intelligent detection of the current temperature, through the temperature test in buildings, we can control the air supply equipment to monitor the indoor environment of buildings intelligently in order to improve indoor air quality, so that comfort the living environmen
8、t indoors.The system uses a hierarchical and modular design. The whole system consists data acquisition system and microprocessor control system. MCU AT89S52 is the core of the system, and DS18B20 series of temperature sensors is the measure element. Through the connection of microcontroller and the
9、 sensors, we can achieve to measure the temperature of fan motor control system. This system describes the hardware connection of the temperature sensor DS18B20 and the MCU, analyzed the software design and programming each module system. This system can be real-time temperature measurement and the
10、display can be performed via the infrared remote control to set the temperature of air. This system has small size, high sensitivity, low cost ,energy-saving and it is easy to use.Key Words：Air quality；Microcontroller；Temperature；SensorI目 录1 绪论 .11.1 课题研究的目的及意义 .11.2 课题研究的主要内容 .21.3 方案选择及论证 .22 元器件介
11、绍 .42.1 温度传感器 .42.2 红外遥控传感器 .82.3 单片机 .102.3.1 单片机控制电路 .102.3.2 内部结构 .102.3.3 引脚功能 .112.4 八段数码管 .133 系统硬件设计 .153.1 系统电路组成框图 .153.2 最小应用系统设计 .153.2.1 晶振电路 .163.2.2 复位电路 .173.3 温度测量电路单元模块设计 .183.4 控制电路设计 .183.5 显示模块设计 .194 软件系统设计 .204.1 主程序流程图 .204.2 按键程序流程图 .214.3 测温程序流程图 .21总 结 .23参考文献 .24附录 1:电路原理图
12、 .25附录 2：系统部分程序 .26致 谢 .35天津职业技术师范大学 2013 届本科生毕业设计11 绪 论1.1 课题研究的目的及意义（1）设计的实施将提供有效的节能措施设计的开发符合我国节约型社会的建设要求，随着我国国民经济的发展，能源消费需求增加，能源供需矛盾非常突出，提高能源利用效率、改善能源环境己经迫在眉睫。我国现在是世界第二大能源消耗国家，国家领导已经把寻找能源放到了国家战略的重要位置。节能是国家可持续发展的必由之路。据调查，在高层空调建筑全年总电耗中，新风能耗占到 15%25%，因此，减少新风负荷在当前提倡建筑节能的形势下非常有重要。居室空气的健康和建筑通风的节能是现代健康住
13、宅的两个核心问题，它是关系到人民生活质量的进一步提高和国家可持续发展的重大问题。 （2）设计的实施符合智能建筑发展趋势世界卫生组织“健康住宅”标准的 15 条里面有 8 条跟室内空气质量有关，这些是提高生活品质的重要标志；节约能源，建筑节能关系到国家可持续发展的必经之路。关着窗子要新风，通风还要不耗能！这是摆在我们面前一个大难题。 （3）室内污染的危害2003 年的非典，人们还无法忘记。“预防非典，通风比消毒还有用”，这是在非典时期获得的经验。现在非典已经浮出了我们的生活，然而生物污染问题并没有走远。一些致病微生物通过空气传播的现象很猖獗，形成“室内生物污染”。通风不流畅，包括装修产生污染物等
14、不易扩散和稀释，从而对人体健康带来不利的影响。办公设备、家具等也在排放大量的有害气体。这些是化学污染。 都市中室外空气中的粉尘、花粉、飘絮、噪声，室内湿气、异味、烟气也让渴望高品质生活的人越来越难以忍受，马路越修越宽，机动车越来越多，日夜川流不息，开窗通风获得新鲜空气需要付出更高的代价。这些是物理污染。 美国预防医学杂志报道，在家里所接触的污染物远比外面多，从重金属到各种挥发性有机化学物质都有。据美国环保署进行的相关研究显示，一般人在家中接触到致癌因子的几率出现了历史新高，比在室外时的要高出 570 倍。 最近，北京市卫生局对部分住宅区和写字楼的抽检表明，新装修后居室甲醛含量普遍超标，最高者竟
15、超标 73 倍！世界卫生组织日前公布的报告中已将室内空气天津职业技术师范大学 2013 届本科生毕业设计2污染与高血压、胆固醇过高症、肥胖症等一起列入了人类健康的 10 大杀手黑名单之中。 根据 2003 年 3 月 1 号起施行的国家室内空气质量标准 GBT18883-2002规定：每人每小时 30 立方米新鲜空气。 （4）改善家居室内的空气质量通风才是解决室内污染的好办法 ，在生活中我们虽然可以找到很多方法减少室内空气污染，但是室内空气品质专家指出，改善室内空气质量的最有效的办法就是通风。自然通风，从前不是什么问题。如果自然环境好，室外空气新鲜、没有噪声和灰尘，室内外温差不大，自然通风是最
16、好的室内空气健康解决办法。 但是，随着城市化的发展和人们生活水平的提高，开窗通风现在变成了一个矛盾重重的重要问题。 窗外马路噪声越来越严重，我们怎么自救？室内空气污染威胁着我们的健康，风沙、灰尘、飘絮让无数注重生活品质的家庭主妇头疼；更重要的是加上很多建筑的设计缺陷本身就没有穿堂风，自然通风越来越少。这一切放在一起就使得是否开窗通风这个在过去不是问题的问题变成了一个难解的矛盾。看似简单的通风，成为一个关系到人们呼吸健康和国家可持续发展的大问题。1.2 课题研究的主要内容（1）温度的测量，由温度传感器 DS18B20 测量室内的温度，将测量的温度与设置的温度值进行对比。（2）显示，将室内的温度显
17、示到八段数码管上。（3）控制部分，将测量的温度与设置的上下限温度进行对比后，如果高于设置的上限温度时驱动风机动作进行通风，如果低于设置的下限温度时进行加热。（4）红外遥控，在对上下限温度进行设置时可以用按键进行设置，也可以通过红外遥控进行设置，同时红外遥控还可以对灯的开关进行控制。1.3 方案选择及论证1.电源方案选择由于本系统需要+5V 电源供电，我考虑了如下几种方案为系统供电。方案 1：采用 4 节 1.5V 干电池供电，电压达到 6V，经 7805 稳压后给直流电机供电及单片机系统和其他芯片供电。由于干电池电量有限，使用大量的干电池将会给系统调试带来不便，而且电池对环境产生污染源。因此，
18、我们放弃了这种方案。天津职业技术师范大学 2013 届本科生毕业设计3方案 2： 采用变压器整流滤波再经过 7805 稳压稳定后再给直流电机供电及单片机和其他芯片供电，。此方案是自制一个+5v 电源，电路比较简单，而且元件也比较廉价，电路板小而易携带。因此，这种方案比较可行，因此我们选择了此方案。综上考虑，我们选择了方案 2。2 温度传感器选择方案 1：使用热敏电阻设计由于本设计是测温控制直流电机电路，可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应，在将随被测温度变化的电压或电流采集过来，进行 A/D 转换后，就可以用单片机进行数据的处理，在显示电路上，就可以将被测温度显示出来，这种设计需要用到 A
19、/D 转换电路，感温电路比较麻烦而且测量的精度不够，抗干扰能力比较差，受各方面因素的影响较多，所以此方案不可取。方案 2：使用 DS18B20 传感器设计采用 AT89S52 单片机作控制器，温度传感器选用 DS18B20 来对环境温度采集，测温电路由温度传感器 DS18B20 实现，本设计所介绍的 DS18B20 温度采集与传统的热敏电阻之类的利用感温效应相比，具有温度采集数据处理方便，测温范围广，测温准确，主要用于对测温比较准确的场所，或科研实验室使用，该设计控制器使用单片机 AT89S52 测温传感器使用 DS18B20，用,实现温度显示,能准确达到以上要求。故选择方案 2。3 显示模块
20、的选择方案 1：用液晶 LCD1602 显示，虽然显示内容比较多，但是价格稍微偏贵，显示的字体比较小，距离远时看不清当前的温度，可视距离较小。对于此设计来说只需要清楚的显示温度值，没必要用液晶 LCD1602 显示很多内容。方案 2：用六位八段数码管，成本很低，显示数字很大，在屋内完全可以看清楚当时的温度，应用在此设计中非常合适。综上考虑，我们选择了方案 2。4 控制模块选择在此设计中我选择的是继电器驱动风机，室内通风系统如果用直流电机只能控制小风机，只有使用交流电的风机才能达到良好的排风效果，继电器能起到了弱电控制强电的作用，而且我们都知道家用电器都是 220V，使用继电器能控制 220V
21、的家用电器。当今社会遥控的应用已经很广泛，因为他非常方便，比如：电视，在我们需要换台的时候不用跑到电视旁边，只要用遥控器就可以远距离换台。空调，在我们感觉温度不适合的时候只要有遥控随时随地就可以调温。可见遥控在我们生活中应用起来很方便，给我们带来了便利。在此设计中我也选择了红外遥控，以便于人们方天津职业技术师范大学 2013 届本科生毕业设计4便的调节对排风的上限温度和加热的下限温度设置，还可以直接用遥控器控制通风、加热和室内灯的开关。2 元 器 件 介 绍2.1 温度传感器采用 DS18B20 温度传感器实物图 2-1 所示，管脚说明如表 2-1图 2-1 DS18B20 实物表 2-1 存
22、储结构图 3-2 中表示了 DS18B20 的主要部件。DS1820 有三个主要数字部件：1）64 位激光 ROM，2）温度传感器 3）非易失性温度报警触发器 TH 和 TL。序号 名称 引脚功能1 GND 接地结2 DQ 数据输入/出引脚3 VDD 可选择的 VDD 引脚天津职业技术师范大学 2013 届本科生毕业设计5图 2-2 D18B20 的主要部件DS18B20 的存储器结构如表 2-2存储器由一个暂存 RAM 和一个存储高低温报警触发值 TH 和 TL 的非易失性电可擦除 EEPRAM 组成。当在单线总线上通讯时，暂存器帮助确保数据能够完整。首先，数据被写在了暂存器中，可以读回这里
23、的数据。数据在校验之后，拷贝一个暂存器的命令会把数据传到非易性 EEPRAM 中。在更改存储器数据的过程中完整性在这个过程中得到了确保。暂存器的结构为 8 个字节的存储器。头两个字节包含测得的温度信息。第三和第四字节是 TH 和 TL 的拷贝，是易失性的，每次上电复位时被刷新。下面两个字节没有使用，但是在读回数据时，它们全部表现为逻辑 1。第七和第八字节是计数寄存器，它们可以被用来获得更高的温度分辨力。表 2-2 存储结构（1）初始化：DS18B20 如果要进行数据交换必须由一个初始化序列程序开始。暂存器 字节温度 LSB 0温度 MSB 1暂存器 字节TH 用户字节 1 2TL 用户字节 2 3配置寄存器 4保留 5保留 6保留 7CRC 8
