摘要
ABSTRACT
1、緒論
1.1課題的背景
1.2國內外研究現狀
2、總體方案設計
3、系統方案比較、設計與論證
3.1主控制器模塊選擇
3.2按鍵的選擇
3.3顯示模塊的選擇
3.4電源選取
4、芯片資料簡介
4.1 GP2Y1010AU0F傳感器簡介
4.1.1內部原理圖
4.1.2 主要參數
4.1.3 電光特性
4.1.5輸入條件為LED端子
4.1.6 電路接線
4.1.7檢出方法
4.2 ADC0832模數轉換器簡介
4.3LCD顯示模塊
4.3.1LCD1602的特性及使用說明
4.4 STC89C52單片機的簡介
4.4.1 STC89C52單片機主要特性
5、硬件實現及單元電路設計
5.1主控制模塊
5.2顯示模塊電路
5.3報警模塊的設計
5.4按鍵模塊的設計
5.5粉塵模塊電路設計
5.6電源部分的設計
6、系統軟件設計
6.1程序結構分析
6.2系統程序流圖
6.2.1 DS18B20初始化程序流程圖
6.2.2讀溫度子程序流程圖
7、系統的安裝與調試
7.1安裝步驟
7.2電路的調試
結論
致謝
參考文獻
附錄1整體電路原理圖
附錄2元器件清單
附錄3部分源程序
1、緒論1.1課題的背景粉塵又稱可以入顆粒物，它是能進入呼吸道的，直徑為10um的顆粒物，對人的眼睛、鼻腔、上呼吸道都十分有害。同時這種可吸入粉塵能長驅進入肺泡且沉積時間長，可導致心肺病、心血管疾病。粉塵做為病菌的載體，一同散入空氣中，極易傳播疾病。生產中許多及其工作環境對粉塵濃度也有要求，工廠中的很多粉塵攜帶有毒化學物質，人們長久呼吸或長久散落皮膚上容易導致癌癥的產生。由此可以看出粉塵對人體健康和生產的巨大危害性，煤礦井下管道作業、煤炭生產都要產生大量的粉塵，加之煤炭井下通風條件較差，在炮采，縱采工作面，煤塵濃度可高達1000mg/m3以上。在此環境中工作的工人就會吸入這些細微灰塵，粉塵長時間進入人的呼吸系統，就會造成大量粉塵在肺泡中沉，引起慢性職業病，危機人的身體健康。此外粉塵還是煤礦安全生產的重大隱患，我國《煤礦安全規程》規定：粉塵中游離的sio2含量>10%時，粉塵濃度不得大于2mg/m3：當粉塵中游離sio2＜10%時，粉塵濃度不得大于10mg/m3。因此，必須對煤礦井下粉塵進行實時檢測，及時了解煤礦井下工人的勞動環境，掌握井下煤塵濃度及變化情況，為安全，防塵，降塵等措施提供必要現場數據。
因此，空氣質量檢測儀意義重大是現代生活中不可缺少的必備品。
1.2國內外研究現狀
在國內大多采用先進的測試技術，有的是β射線原理，其吸收量只與吸收物質的重量有關，而與吸收物質的物化性質無關完全等同于稱重法，可直接讀粉塵濃度。并且配不同的采樣入口裝置，可實現對總粉塵、可吸入粉塵、呼吸性粉塵進行監測。使用稱重法比較，其相關系數大于97%，相對偏差小于10%。儀器采用的射線源符合核安全標準，可長期穩定工作。
袖珍式激光粉塵儀是以激光管為光源，采用前向光散射原理設計，具有國際先進水平的最新型粉塵儀。該儀器適用于公共場所可吸入顆粒物濃度的快速測定以及環境保護，勞動衛生等方面粉塵濃度檢測、工礦企業生產現場粉塵濃度的監測。
2、總體方案設計本設計采用由STC89C52單片機最小系統、GP2Y1010AU粉塵傳感器、ADC0832模數轉換器模塊、LCD1602液晶模塊、電源模塊、蜂鳴器報警模塊和按鍵模塊模塊組成。單片機實時通過ADC0832轉換芯片采集GP2Y1010AU粉塵傳感器的粉塵的濃度，通過單片機的數據轉換處理后在液晶屏上顯示空氣中的質量，當測量空間中的粉塵濃度大于設置粉塵濃度時，蜂鳴器和發光二極管發出聲光報警。粉塵的濃度報警值可以通過按鍵進行設置。系統總體框圖如圖2-1所示：
2-1總體結構框圖
3、系統方案比較、設計與論證該系統主要由粉塵檢測模塊GP2Y1010AU、按鍵設置模塊、報警模塊和液晶顯示模塊態顯電路組成，下面介紹實現此系統功能的方案。
3.1主控制器模塊選擇方案1：
采用可編程邏輯器件CPLD 作為控制器。CPLD可以實現各種復雜的邏輯功能、規模大、密度高、體積小、穩定性高、IO資源豐富、易于進行功能擴展。采用并行的輸入輸出方式，提高了系統的處理速度，適合作為大規模控制系統的控制核心。但本系統不需要復雜的邏輯功能，對數據的處理速度的要求也不是非常高。且從使用及經濟的角度考慮我們放棄了此方案。
方案2：
采用STC89C52單片機作為整個系統的核心，用其控制水溫測量控制系統，以實現其既定的性能指標。充分分析我們的系統，其關鍵在于實現水溫的自動控制，而在這一點上，單片機就顯現出來它的優勢——控制簡單、方便、快捷。這樣一來，單片機就可以充分發揮其資源豐富、有較為強大的控制功能及可位尋址操作功能、價格低廉等優點。STC89C52單片機具有功能強大的位操作指令，I/O口均可按位尋址，程序空間多達8K，對于本設計也綽綽有余，更可貴的是STC89C52單片機價格非常低廉。
3.2按鍵的選擇方案—：
采用矩陣式鍵盤，此類鍵盤采用矩陣式行列掃描方式，優點是當按鍵較多時可降低占用單片機的I/O口數目，缺點為電路復雜且會加大編程難度。
方案二：
采用獨立式按鍵電路，每個按鍵單獨占有一根I/O接口線,每個I/O口的工作狀態互不影響，此類鍵盤采用端口直接掃描方式。缺點為當按鍵較多時占用單片機的I/O口數目較多，優點為電路設計簡單，且編程相對比較容易。
綜合考慮兩種方案及題目要求，考慮到系統資源有限，故采用第二種方案。
3.3顯示模塊的選擇方案1：
用數碼管進行顯示。數碼管由于顯示速度快，使用簡單，顯示效果簡潔明了而得到了廣泛應用。但是由于要顯示溫度。及設置菜單，用數碼管無法顯示如此豐富的內容，因此我們放棄了此方案。
方案 2：
用LCD液晶進行顯示。LCD由于其顯示清晰，顯示內容豐富、清晰，顯示信息量大，使用方便，顯示快速而得到了廣泛的應用。對于此系統我們選用1602液晶能夠很好的滿足顯示要求，因此我們選擇了此方案。
3.4電源選取 由于本系統采用電池供電，我們考慮了如下幾種方案為系統供電。
方案1：
采用5V蓄電池為系統供電。蓄電池具有較強的電流驅動能力以及穩定的電壓輸出性能。但是蓄電池的體積過于龐大，在小型電動車上使用極為不方便。因此我們放棄了此方案。
方案2：
采用3節1.5 V干電池共4.5V做電源，經過實驗驗證系統工作時，單片機、傳感器的工作電壓穩定能夠滿足系統的要求，而且電池更換方便。綜上所述采用方案2
4、芯片資料簡介4.1 GP2Y1010AU0F傳感器簡介GP2Y1010AU0F是一個采用光學傳感系統的灰塵傳感器。該設備由紅外線發光二極管（IRED）和一個光電管成對角布置而成。它通過檢測空氣中的塵埃的反射光。特別是，它能夠有效地檢測到像香煙煙霧等非常細的粒子。此外，他可以通過脈沖模擬輸出區分房子內的煙霧和灰塵。
4.1.1內部原理圖
4.1.2 主要參數
4.1.3 電光特性
4.1.4 LED輸入端子輸入的條件
4.1.6 電路接線引腳定義：
不接電容電阻接線示意圖
添加一個電阻和一個電容，接線如下圖！
Sensor Pin Arduino Pin
1 Vled –> 5V (150ohm resistor)
2 LED-GND –> GND
3 LED –> Digital pin 2
4 S-GND –> GND
5 Vo –> Analog pin 0
6 Vcc –> 5V
4.1.7檢出方法GP2Y1010AU插上電源后，1秒內會穩定、正常的工作，可以進行檢出。我們使用的方法是：從輸出的電壓來做判定。我們首先測出無塵無煙時的電壓值。灰塵和煙檢出時輸出的區別：一般，煙是細微顆粒，密度高，會擴散式的大范圍漂移。灰塵粉塵是一個一個的大顆粒，密度低，斷斷續續式的進入灰塵傳感器的檢出區域。就如下圖所示，煙是連續的表現出較高的輸出電壓，灰塵是間隔的表現出較高的輸出電壓。因此，根據傳感器的輸出電壓值在時間上的推移向微機軟件的讀取，是否無塵無煙/是否有煙/是否有灰塵/，不管是哪種狀態，及空氣污染程度是多少，都可以檢出。
無塵時輸出電壓的更新：無塵時的輸出電壓是灰塵、煙的檢出有無的判定級別的基準。無塵時的輸出電壓是根據發光二極管輸出的低下、盒子內部灰塵的附著、周圍溫度等來進行變化的。發光輸出低下，無塵時輸出電壓下降；器件盒子內部的灰塵附著能使無塵輸出電壓有上升的傾向。一般，發光二極管在長期通電的情況下，輸出會降低，導致無塵輸出電壓及檢出感度也會隨之降低。此時就要根據標準進行輸出電壓及感度的補正。另外，也要定期清理器件盒子內部的污染物。
4.2 ADC0832模數轉換器簡介ADC0832 是美國國家半導體公司生產的一種8 位分辨率、雙通道A/D轉換芯片。由于它體積小，兼容性強，性價比高而深受單片機愛好者及企業歡迎，其目前已經有很高的普及率。學習并使用ADC0832 可是使我們了解A/D轉換器的原理，有助于我們單片機技術水平的提高。ADC0832 具有以下特點：
· 8位分辨率；
· 雙通道A/D轉換
· 輸入輸出電平與TTL/CMOS相兼容
· 5V電源供電時輸入電壓在0-5V之間
· 工作頻率為250KHZ，轉換時間為32μS
· 一般功耗僅為15mW
· 8P、14P—DIP（雙列直插）、PICC 多種封裝
· 商用級芯片溫寬為0°C ～ +70°C，工業級芯片溫寬為-40°C ～ +85°C
芯片頂視圖：
圖1
芯片接口說明：
· CS_ 片選使能，低電平芯片使能。
· CH0 模擬輸入通道0，或作為IN+/-使用。
· CH1 模擬輸入通道1，或作為IN+/-使用。
· GND 芯片參考0 電位（地）。
· DI 數據信號輸入，選擇通道控制。
· DO 數據信號輸出，轉換數據輸出。
· CLK 芯片時鐘輸入。
· Vcc/REF 電源輸入及參考電壓輸入（復用）。
ADC0832 與單片機的接口電路：
ADC0832 為8位分辨率A/D轉換芯片，其最高分辨可達256級，可以適應一般的模擬量轉換要求。其內部電源輸入與參考電壓的復用，使得芯片的模擬電壓輸入在0～5V之間。芯片轉換時間僅為32μS，據有雙數據輸出可作為數據校驗，以減少數據誤差，轉換速度快且穩定性能強。獨立的芯片使能輸入，使多器件掛接和處理器控制變的更加方便。通過DI 數據輸入端，可以輕易的實現通道功能的選擇。
單片機對ADC0832 的控制原理：
正常情況下ADC0832 與單片機的接口應為4條數據線，分別是CS、CLK、DO、DI。但由于DO端與DI端在通信時并未同時有效并與單片機的接口是雙向的，所以電路設計時可以將DO和DI 并聯在一根數據線上使用。當ADC0832未工作時其CS輸入端應為高電平，此時芯片禁用，CLK 和DO/DI 的電平可任意。當要進行A/D轉換時，須先將CS使能端置于低電平并且保持低電平直到轉換完全結束。此時芯片開始轉換工作，同時由處理器向芯片時鐘輸入端CLK 輸入時鐘脈沖，DO/DI端則使用DI端輸入通道功能選擇的數據信號。在第1 個時鐘脈沖的下沉之前DI端必須是高電平，表示啟始信號。在第2、3個脈沖下沉之前DI端應輸入2 位數據用于選擇通道功能。當此2 位數據為“1”、“0”時，只對CH0 進行單通道轉換。當2位數據為“1”、“1”時，只對CH1進行單通道轉換。當2 位數據為“0”、 “0”時，將CH0作為正輸入端IN+，CH1作為負輸入端IN-進行輸入。當2 位數據為“0”、“1”時，將CH0作為負輸入端IN-，CH1 作為正輸入端IN+進行輸入。到第3 個脈沖的下沉之后DI端的輸入電平就失去輸入作用，此后DO/DI端則開始利用數據輸出DO進行轉換數據的讀取。從第4個脈沖下沉開始由DO端輸出轉換數據最高位DATA7，隨后每一個脈沖下沉DO端輸出下一位數據。直到第11個脈沖時發出最低位數據DATA0，一個字節的數據輸出完成。也正是從此位開始輸出下一個相反字節的數據，即從第11個字節的下沉輸出DATD0。隨后輸出8位數據，到第19 個脈沖時數據輸出完成，也標志著一次A/D轉換的結束。最后將CS置高電平禁用芯片，直接將轉換后的數據進行處理就可以了。
ADC0832時序圖：
圖3
作為單通道模擬信號輸入時ADC0832的輸入電壓是0～5V且8位分辨率時的電壓精度為19.53mV。如果作為由IN+與IN-輸入的輸入時，可是將電壓值設定在某一個較大范圍之內，從而提高轉換的寬度。但值得注意的是，在進行IN+與IN-的輸入時，如果IN-的電壓大于IN+的電壓則轉換后的數據結果始終為00H。
4.3LCD1602液晶顯示模塊4.3.1LCD1602的特性及使用說明HJ1602A 是一種工業字符型液晶，能夠同時顯示16x02 即32個字符。（16列2行）。在日常生活中，我們對液晶顯示器并不陌生。液晶顯示模塊已作為很多電子產品的通過器件，如在計算器、萬用表、電子表及很多家用電子產品中都可以看到，顯示的主要是數字、專用符號和圖形。在單片機的人機交流界面中，一般的輸出方式有以下幾種：發光管、LED數碼管、液晶顯示器。發光管和LED數碼管比較常用，軟硬件都比較簡單。
在單片機系統中應用晶液顯示器作為輸出器件有以下幾個優點：
由于液晶顯示器每一個點在收到信號后就一直保持那種色彩和亮度，恒定發光，而不像陰極射線管顯示器（CRT）那樣需要不斷刷新新亮點。因此，液晶顯示器畫質高且不會閃爍。
液晶顯示器都是數字式的，和單片機系統的接口更加簡單可靠，操作更加方便。
液晶顯示器通過顯示屏上的電極控制液晶分子狀態來達到顯示的目的，在重量上比相同顯示面積的傳統顯示器要輕得多。
相對而言，液晶顯示器的功耗主要消耗在其內部的電極和驅動IC上，因而耗電量比其它顯示器要少得多。
字符型液晶顯示模塊是一種專門用于顯示字母、數字、符號等點陣式LCD，目前常用16*1，16*2，20*2和40*2行等的模塊。下面以長沙太陽人電子有限公司的1602字符型液晶顯示器為例，介紹其用法。
一般1602字符型液晶顯示器實物如圖3-10和3-11所示：
圖3-10 液晶屏正面
圖3-11 液晶屏背面
（1）引腳說明：
第1腳：VSS為地電源。
第2腳：VDD接5V正電源。
第3腳：VL為液晶顯示器對比度調整端，接正電源時對比度最弱，接地時對比度最高，對比度過高時會產生“鬼影”，使用時可以通過一個10K的電位器調整對比度。
第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時選擇數據寄存器、低電平時選擇指令寄存器。
第5腳：R/W為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。當RS和R/W共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當RS為低電平
R/W為高電平時可以讀忙信號，當RS為高電平R/W為低電平時可以寫入數據。
第6腳：E端為使能端，當E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執行命令。
第7～14腳：D0～D7為8位雙向數據線。
第15腳：背光源正極。
第16腳：背光源負極。
（2）1602LCD的RAM地址映射以及標準字庫表
LCD1602液晶模塊內部的字符發生存儲器已經存儲了160個不同的點陣字符圖形，這些字符圖有：阿拉伯數字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼，比如大寫的英文字母“A”的代碼是01000001B（41H），顯示時模塊把地址41H中的點陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母。
它的讀寫操作、屏幕和光標的操作都是通過指令編程來實現的（說明：1為高電平，0為低電平）。
指令1：清顯示，指令碼01H，光標復位到地址00H位置。
指令2：光標復位，光標返回到地址00H 。
指令3：光標和顯示模式設置 I/D：光標移動方向，高電平右移，低電平左移 。S：屏幕上所有文字是否左移或者右移。高電平表示有效，低電平則無效 。
指令4：顯示開關控制。 D：控制整體顯示的開與關，高電平表示開顯示，低電平表示關顯示。 C：控制光標的開與關，高電平表示有光標，低電平表示無光標。 B：控制光標是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍 。
指令5：光標或顯示移位 S/C：高電平時移動顯示的文字，低電平時移動光標 。
指令6：功能設置命令 DL：高電平時為4位總線，低電平時為8位總線。 N：低電平時為單行顯示，高電平時雙行顯示。 F：低電平時顯示5X7的點陣字符，高電平時顯示5x10的點陣字符 （有些模塊是 DL：高電平時為8位總線，低電平時為4位總線）。
指令7：字符發生器RAM地址設置 。
指令8：DDRAM地址設置 。
指令9：讀出忙信號和光標地址。 BF為忙標志位，高電平表示忙，此時模塊不能接收命令或者數據，如果為低電平表示不忙，模塊就能接收相應的命令或者數據。
指令10：寫數據 。
指令11：讀數據 。
液晶顯示模塊是一個慢顯示器件，所以在執行每條指令之前一定要確認模塊的忙標志為低電平，表示不忙，否則此指令失效。要顯示字符時要先輸入顯示字符地址，也就是告訴模塊在哪里顯示字符。
1602 內部顯示地址如圖3-12所示：
圖3-12 1602內部顯示地址
例如第二行第一個字符的地址是40H，那么是否直接寫入40H 就可以將光標定位在第二行第 一個字符的位置呢？這樣不行，因為寫入顯示地址時要求最高位D7恒定為高電平1，所以實際寫入的數據應該是01000000B（40H）+10000000B(80H)=11000000B(C0H) 。在對液晶模塊的初始化中要先設置其顯示模式，在液晶模塊顯示字符時光標是自動右移的，無需人工干預。每次輸入指令前都要判斷液晶模塊是否處于忙的狀態。1602 液晶模塊內部的字符發生存儲器（CGROM）已經存儲了160個不同的點陣字符圖形，如下圖所示，這些字符有：阿拉伯數字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼，比如大寫的英文字母“A”的代碼是01000001B（41H），顯示時模塊把地址41H 中的點陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母“A”。
4.4 STC89C52單片機的簡介主控模塊模塊在整個系統中起著統籌的作用，需要檢測鍵盤，溫度傳感器等各種參數，同時驅動液晶顯示相關參數，在這里我們選用了51系列單片機中的STC89C52單片機作為系統的主控芯片。
51系列單片機最初是由Intel 公司開發設計的，但后來Intel 公司把51 核的設計方案賣給了幾家大的電子設計生產商，譬如 SST、Philip、Atmel 等大公司。因此市面上出現了各式各樣的均以51 為內核的單片機。這些各大電子生產商推出的單片機都兼容51 指令、并在51 的基礎上擴展一些功能而內部結構是與51一致的。
STC89C52有40個引腳，4個8位并行I/O口，1個全雙工異步串行口，同時內含5個中斷源，2個優先級，2個16位定時/計數器。STC89C52的存儲器系統由4K的程序存儲器(掩膜ROM)，和128B的數據存儲器(RAM)組成。
STC89C52單片機的基本組成框圖見圖3-1。
圖3-1 STC89C52單片機結構圖
4.4.1 STC89C52單片機主要特性1. 一個8 位的微處理器(CPU)。
2. 片內數據存儲器RAM(128B)，用以存放可以讀／寫的數據，如運算的中間結果、最終結果以及欲顯示的數據等，SST89 系列單片機最多提供1K 的RAM。
3. 片內程序存儲器ROM(4KB)，用以存放程序、一些原始數據和表格。但也有一些單片機內部不帶ROM/EPROM，如8031，8032，80C31 等。目前單片機的發展趨勢是將RAM 和ROM 都集成在單片機里面，這樣既方便了用戶進行設計又提高了系統的抗干擾性。SST 公司推出的89 系列單片機分別集成了16K、32K、64K Flash 存儲器，可供用戶根據需要選用。
4. 四個8 位并行I／O 接口P0~P3，每個口既可以用作輸入，也可以用作輸出。
5. 兩個定時器／計數器，每個定時器／計數器都可以設置成計數方式，用以對外部事件進行計數，也可以設置成定時方式，并可以根據計數或定時的結果實現計算機控制。為方便設計串行通信，目前的52 系列單片機都會提供3 個16 位定時器/計數器。
6. 五個中斷源的中斷控制系統。現在新推出的單片機都不只5 個中斷源，例如SST89E58RD 就有9 個中斷源。
7. 一個全雙工UART(通用異步接收發送器)的串行I／O 口，用于實現單片機之間或單機與微機之間的串行通信。
8. 片內振蕩器和時鐘產生電路，但石英晶體和微調電容需要外接。最高允許振蕩頻率為12MHz。SST89V58RD 最高允許振蕩頻率達40MHz，因而大大的提高了指令的執行速度。
圖3-2 STC89C52單片機管腳圖
部分引腳說明：
1.時鐘電路引腳XTAL1 和XTAL2：
XTAL2(18 腳)：接外部晶體和微調電容的一端；片內它是振蕩電路反相放大器的輸出端，振蕩電路的頻率就是晶體固有頻率。若需采用外部時鐘電路時，該引腳輸入外部時鐘脈沖。
要檢查振蕩電路是否正常工作，可用示波器查看XTAL2 端是否有脈沖信號輸出。
XTAL1(19 腳)：接外部晶體和微調電容的另一端；在片內它是振蕩電路反相放大器的輸入端。在采用外部時鐘時，該引腳必須接地。
2.控制信號引腳RST,ALE,PSEN 和EA：
RST/VPD(9 腳)：RST 是復位信號輸入端，高電平有效。當此輸入端保持備用電源的輸入端。當主電源Vcc 發生故障，降低到低電平規定值時，將＋5V 電源自動兩個機器周期(24個時鐘振蕩周期)的高電平時，就可以完成復位操作。RST 引腳的第二功能是VPD,即接入RST 端，為RAM 提供備用電源，以保證存儲在RAM 中的信息不丟失，從而合復位后能繼續正常運行。
ALE/PROG(30 腳)：地址鎖存允許信號端。當8051 上電正常工作后，ALE 引腳不斷向外輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率fOSC 的1/6。CPU 訪問片外存儲器時，ALE 輸出信號作為鎖存低8 位地址的控制信號。
平時不訪問片外存儲器時，ALE 端也以振蕩頻率的1/6 固定輸出正脈沖，因而ALE 信號可以用作對外輸出時鐘或定時信號。如果想確定8051/8031 芯片的好壞，可用示波器查看ALE端是否有脈沖信號輸出。如有脈沖信號輸出，則8051/8031 基本上是好的。
ALE 端的負載驅動能力為8 個LS 型TTL(低功耗甚高速TTL)負載。
此引腳的第二功能PROG 在對片內帶有4KB EPROM 的8751 編程寫入(固化程序)時，作為編程脈沖輸入端。
PSEN(29 腳)：程序存儲允許輸出信號端。在訪問片外程序存儲器時，此端定時輸出負脈沖作為讀片外存儲器的選通信號。此引肢接EPROM的OE 端(見后面幾章任何一個小系統硬件圖)。PSEN 端有效，即允許讀出EPROM／ROM 中的指令碼。PSEN 端同樣可驅動8 個LS 型TTL 負載。要檢查一個8051/8031 小系統上電后CPU 能否正常到EPROM／ROM 中讀取指令碼，也可用示波器看PSEN 端有無脈沖輸出。如有則說明基本上工作正常。
EA/Vpp(31 腳)：外部程序存儲器地址允許輸入端/固化編程電壓輸入端。當EA 引腳接高電平時，CPU只訪問片內EPROM/ROM并執行內部程序存儲器中的指令，但當PC(程序計數器)的值超過0FFFH(對8751/8051 為4K)時，將自動轉去執行片外程序存儲器內的程序。當輸入信號EA 引腳接低電平(接地)時，CPU 只訪問外部EPROM/ROM 并執行外部程序存儲器中的指令，而不管是否有片內程序存儲器。對于無片內ROM 的8031或8032,需外擴EPROM，此時必須將EA 引腳接地。此引腳的第二功能是Vpp 是對8751 片內EPROM固化編程時，作為施加較高編程電壓(一般12V～21V)的輸入端。
3.輸入/輸出端口P0/P1/P2/P3：
P0口(P0.0～P0.7，39~32 腳)：P0口是一個漏極開路的8 位準雙向I/O口。作為漏極開路的輸出端口，每位能驅動8 個LS 型TTL 負載。當P0 口作為輸入口使用時，應先向口鎖存器(地址80H)寫入全1,此時P0 口的全部引腳浮空，可作為高阻抗輸入。作輸入口使用時要先寫1,這就是準雙向口的含義。在CPU 訪問片外存儲器時，P0口分時提供低8 位地址和8 位數據的復用總線。在此期間，P0口內部上拉電阻有效。
P1口(P1.0～P1.7，1~8 腳)：P1口是一個帶內部上拉電阻的8 位準雙向I/O口。P1口每位能驅動4 個LS 型TTL 負載。在P1口作為輸入口使用時，應先向P1口鎖存地址(90H)寫入全1,此時P1口引腳由內部上拉電阻拉成高電平。
P2口(P2.0～P2.7，21~28 腳)：P2口是一個帶內部上拉電阻的8 位準雙向I/O口。P口每位能驅動4個LS 型TTL 負載。在訪問片外EPROM/RAM 時，它輸出高8 位地址。
P3口(P3.0～P3.7，10~17 腳)：P3口是一個帶內部上拉電阻的8 位準雙向I/O口。P3口每位能驅動4個LS型TTL負載。P3口與其它I/O 端口有很大的區別，它的每個引腳都有第二功能，如下：
P3.0：(RXD)串行數據接收。
P3.1：(RXD)串行數據發送。
P3.2：(INT0#)外部中斷0輸入。
P3.3：(INT1#)外部中斷1輸入。
P3.4：(T0)定時/計數器0的外部計數輸入。
P3.5：(T1)定時/計數器1的外部計數輸入。
P3.6：(WR#)外部數據存儲器寫選通。
P3.7：(RD#)外部數據存儲器讀選通。
5、硬件實現及單元電路設計5.1主控制模塊主控制最系統電路如圖4所示。單片機最小系統包括單片機、復位電路、時鐘電路構成。
STC89C52 單片機的工作電壓范圍：4V-5.5V,所以通常給單片機外界5V直流電源。連接方式為單片機中的40腳VCC接正極5V，而20腳VSS接電源地端。
復位電路就是確定單片機的工作起始狀態，完成單片機的啟動過程。單片機接通電源時產生復位信號，完成單片機啟動確定單片機起始工作狀態。當單片機系統在運行中，受到外界環境干擾出現程序跑飛的時候，按下復位按鈕內部的程序自動從頭開始執行。一般有上電自動復位和外部按鍵手動復位，單片機在時鐘電路工作以后，在RESET端持續給出2個機器周期的高電平時就可以完成復位操作。本設計采用的是外部手動按鍵復位電路，需要接上上拉電阻來提高輸出高電平的值。
時鐘電路好比單片機的心臟，它控制著單片機的工作節奏。時鐘電路就是振蕩電路，是向單片機提供一個正弦波信號作為基準，決定單片機的執行速度。XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出，該反向放大器可以配置為片內振蕩器。如采用外部時鐘源驅動器件，XTAL2應不接。因為一個機器周期含有6個狀態周期，而每個狀態周期為2個振蕩周期，所以一個機器周期共有12個振蕩周期，如果外接石英晶體振蕩器的振蕩頻率為12MHZ，一個振蕩周期為1/12us。
圖4 單片主控電路
5.2顯示模塊電路 顯示模塊采用LCD1602液晶顯示器，能夠清晰的在液晶上顯示字符和數字，看到能讓人感覺到舒服感。液晶的命令操作腳是RS、RW、EN接在單片機的P3^5、P3^6、P3^7腳。,數據腳D0～D7分別接單片機的的P1口。具體電路圖如圖5所示：
圖5驅動電路
5.3報警模塊的設計本設計中聲光報警電路采用NPN型S8550三極管驅動，當單片機的P1^3口輸出低電平時，三極管的VE>VB>VC>0。三極管的發射結正偏，集電結反偏，三幾個飽和導通，此時發光二極管和蜂鳴器發出聲光報警，當單片機的P1^3口輸出高電平時，三極管截止，聲光報警停止工作。具體電路圖如圖6所示：
圖6蜂鳴器工作原理圖
5.4按鍵模塊的設計空氣質量檢測系統的灰塵參數可以通過按鍵進行設置。一個參數加鍵，一個參數減鍵。通過這兩個按鍵進行設置。具體電路圖如圖7所示：
圖7按鍵模塊電路圖
5.5粉塵模塊電路設計夏普光學灰塵傳感器（GP2Y1010AU0F）在檢測非常細的顆粒，如香煙煙霧，是特別有效的，并且是常用的空氣凈化器系統。傳感器的第一腳接了一個220uF的電解電容和150歐姆的電阻。第二腳接到單片機的P32外部中斷0口，第五腳是粉塵濃度的模擬量輸出腳，接在模數轉換器ADC0832的通道1上。具體電路圖如圖8所示：
圖8粉塵模塊電路
5.6電源部分的設計空氣質量檢測系統采用3節1.5 V干電池共4.5V做電源，經過實驗驗證系統工作時，單片機、傳感器的工作電壓穩定能夠滿足系統的要求，而且電池更換方便。電源接口電路如圖9，其中DC5V為電池接口，SW1為電源開關，R6為二極管的限流電阻，POWER為電源指示燈，C5和C6為電源的濾波電容。
圖9電源接口電路
6、系統軟件設計6.1程序結構分析 主程序調用了3個子程序，分別是液晶屏顯示程序、PM2.5處理程序、按鍵設定報警溫度程序。溫度信號處理程序：對溫度芯片送過來的數據進行處理，進行判斷和顯示。數碼管顯示程序：向數碼管的顯示送數，控制系統的顯示部分。按鍵設定程序：可以設定低溫和高溫報警可精確到0.1度。
6.2系統程序流圖主程序的主要功能是負責溫度的實時顯示、讀出并處理DS18B20的測量的當前溫度值，溫度測量每1s進行一次。這樣可以在一秒之內測量一次被測溫度，主程序的主要功能是負責溫度的實時顯示，讀出并處理DS18B20的當前溫度值，與設定的報警溫度比較，其程序流程見圖9所示。
通過調用讀溫度子程序把存入內存儲中的整數部分與小數部分開分存放在不的的兩個單元中，然后通過調用顯示子程序顯示出來。
圖9 DS18B20溫度流程圖
6.2.1 DS18B20初始化程序流程圖在DS18B20工作之前需要進行初始化，流程圖如下：
圖10 初始化程序流程圖
6.2.2讀溫度子程序流程圖 讀溫度子程序的主要功能是從DS18B20中讀出溫度數據，移入溫度暫存器保存。其程序流程圖如下：
圖11 溫度子程序流程圖
7、系統的安裝與調試 7.1安裝步驟1.檢查元件的好壞
按電路圖買好元件后首先檢查買回元件的好壞，按各元件的檢測方法分別進行檢測，一定要仔細認真。而且要認真核對原理圖是否一致，在檢查好后才可上件、焊件，防止出現錯誤焊件后不便改正。
2.放置、焊接各元件
按原理圖的位置放置各元件，在放置過程中要先放置、焊接較低的元件，后焊較高的和要求較高的元件。特別是容易損壞的元件要后焊，在焊集成芯片時連續焊接時間不要超過10s，注意芯片的安裝方向。 .
7.2電路的調試首先燒入液晶顯示程序，看顯示是否正常顯示。如果不正常檢測LCD1602液晶的各引腳的焊接情況，有沒有虛焊，短焊，錯焊的情況。顯示正常之后，在程序加入粉塵檢測程序，看粉塵檢測是否正常，然后加入按鍵進行整機調試，在程序調試時，延時有的過長、有的過短。類似的現象還有很多就不一一列舉了。
結論空氣質量檢測儀系統采用了單片機STC89C52作為系統控制核心，最大限度的將其具備的資源應用到設計中，既體現了單片機最小系統的應用的靈活性，又實現功能多樣的智能化。由于采用了單片機對空氣質量的檢測塵埃、香煙、油煙等。可以檢測出空氣中的灰塵的程度，在液晶上進行顯示，具有非常重要的市場應用價值。
通過實踐的學習，使我對整體的電路設計有了一個更全面的了解，鍛煉了重全局考慮局部的能力。深刻體會了理論聯系實際的重要性，從老師提出設計要求到完成設計報告，不斷的完善自己的設計和電路。在圖書館查資料到寫出具體的實施方案、畫出電路圖都要認真考慮，尋找最優的設計方案。經過多次修改最終于實現了設計要求。
在大學四年的學習和課題研究期間，老師們給予我許多悉心的指導和幫助，教給我知識和為人處世的道理。尤其是這次畢業論文設計，在這里非常感謝老師在設計中給我的建議、支持和幫助，非常感謝老師在我寫論文期間對我的引導和啟發。在整個論文的選題、理論研究、需求分析、總體設計、詳細設計的過程中，自始至終得到了老師的悉心指導和深切關懷。感謝導師對我論文不厭其煩的精心修改，多次耐心地審閱了論文全稿，提出了許多寶貴的意見。還有一只在身邊支持的同學，在我遇到問題時，他們都盡心為我解答，如果遇到我們都不熟悉的問題，他們都和我一起動手解決。由于老師的支持和同學的各方配合使我的課題能順利的完成。
致謝 本設計是在老師的悉心指導和熱情關懷下完成的。老師淵博的學識、嚴峻的治學態度及隨和的為人之道給我留下了難以磨滅的印象，這將使我終身受益。同時，老師在生活上也給了我極大的鼓勵和幫助。為此，我要對他致以最衷心的感謝。
在本科學習的四年中，我與同學建立了深厚的友誼，他們在我遇到困難時無私地伸出援助之手，對他們的幫助我特別感謝。最后，對關心、支持我的親人和老師致以最衷心的感謝。
1
0.02
0.5
QQ好友和群
QQ空間
騰訊微博
騰訊朋友
收藏
淘帖
頂
踩
