基（jī）於單片機的【室（shì）內環（huán）境（jìng）在線遠程監測】設計

2019-01-10 15:45:06 admin

20侶· 03/05 設計與研發

基於單片機的室內（nèi）環境監測設計
陳達
（隨州職業技術學院，湖北隨州（zhōu），441300）
摘（zhāi）要（yào）：本文設計了基於（yú）STC12C5A60S2單片機的室內環境（jìng）監測係統，該係統由室內環（huán）境監測模塊以（yǐ）及顯示模塊構成，通過 DHT21溫濕度（dù）傳感器以及MS1100甲醛傳感器，實現了對室內（nèi）環境的監測（cè）功（gōng）能，並將監測數據通過STC12C5A60S2單片機（jī）進行轉換（huàn），從（cóng）而在顯示（shì）模塊中（zhōng）直觀地顯示出來。該係統不僅能夠有效監測室內環境，更具有輕量（liàng）、小巧、低耗等諸多（duō）優點。
關鍵詞：單片機；室內環境監測；甲醛傳感器；溫濕度傳感器
基於單片（piàn）機的【室內（nèi）環境在線遠（yuǎn）程監測】設計

Indoor environment monitoring design based on single chip microcomputer
Chen Da

(Suizhou Vocational and Technical College，Suizhou Hubei，441300）

Abstract：This paper introduces the design Of the indoor environment monitoring system based on STC12C5A60S2 MCU, the system consists of indoor environment monitoring module and display module, the DHT21 temperature and humidity sensor MS1100 and formaldehyde sensor，realizes the monitoring function Of the indoor environment, and the monitoring data is converted by STC12C5A60S2 microcontroller, which display in the display module out. The system can not only effectively monitor the indoor environment, but also have many advantages，such as I ight，small, IOW consumption and SO on.
Key words: single chip microcomputer；indoor environment monitoring；formaldehyde sensor；temperature and

humidity sensor

1係統總體設計

本文所設計的係（xì）統環境監測係統主要基於STC12C5A60S2單片機，選擇該款單片機的原因（yīn）在於其具有低功耗、應用廣、集成 A/D轉換模（mó）塊（kuài）以及1 /0資源多等優點。基於STC12C5A60S2單片（piàn）機的室內環境監測係統（tǒng）總體架構（gòu）設計如下（xià）圖1所（suǒ）示。
圖1係統總體架構
該室內環（huán）境監測係統包（bāo）括溫濕度監測、甲醛（quán）濃度監測以及數據顯示等（děng）三個功能模塊（kuài），其中，溫濕度監測、甲醛濃度（dù）監測兩個模塊分別由若幹溫濕度傳感器以及甲醛濃度傳感器構成。整個室內環境監測係統的運作（zuò）流（liú）程為：由溫濕度（dù）監測模塊以及甲醛濃度監測（cè）模塊中相應的傳感器采集當前室（shì）內的溫濕度（dù）、甲醛濃（nóng）度（dù）等（děng）環境數據，這些數據（jù）進行處理後傳輸至（zhì）數據顯示模塊中進行顯（xiǎn）示。

2係統硬件設（shè）計

本文中（zhōng）重點針對（duì）溫濕度監測模塊以及甲醛濃度（dù）監測模（mó）塊進行（háng）設計。

2 · 1溫濕度監（jiān）測模塊

本係統設計中，溫濕度監測（cè）模塊選擇采（cǎi）用了奧鬆電子有限公司的DHT21溫濕度傳感器。該（gāi）款溫濕度傳感器的可靠性（xìng）被廣泛認甲尋
《二TN（）鏟IC -TEST
可，采用電容式濕敏元件，屬於（yú）電容式數字傳感器，運行能耗非常（cháng）低，並且通過標準數字單總線（xiàn）輸出的方式，能夠實現較遠距離的數據傳輸。此外，由於DHT21溫濕度傳感器采用高精度NTC以及自動化校準技術，因此能夠有效、可靠地監測（cè）采（cǎi）集室內的溫濕度數據。本係統中（zhōng）DHT21溫濕度傳感器與處理器間的連接方式如圖 2所示。

圖2 DHT21溫濕度監測模塊與（yǔ）處（chù）理器連接圖

2 · 2甲醛濃度監測模塊

甲醛濃度監（jiān）測模塊硬件設計方麵，本設計通（tōng）過對國內（nèi）市場當中的多種室內氣體傳感器產品進行比較篩選，最終選定了技術成熟的MSIIOO一P111傳感器。MS1100一PIIl傳感（gǎn）器是由龍戈電子有限公司（sī）生產的一種揮（huī）發性有機化合物傳感器，業內普遍對其靈敏度以及穩定性（xìng）給予好評。性能方麵，MS1100-P111傳感器的氣體監測範圍約為0一100ppm濃度之間，能夠對（duì）大於0 · Ippm濃度的甲醛、苯、甲烷等多種對人體（tǐ）有毒害的氣體（tǐ）成分進行較為精確的定性檢測，而且對甲醛十分敏感，十分適用於室內環境監測係統的甲醛濃度監測模塊。本係統中MS1100-P111甲醛氣體采（cǎi）集模塊與處理器的連接方式如圖3所示。
原設計與研發

圖（tú）3 MS1100一Pi l l甲醛（quán）濃度監測模塊與處理器連接圖

3係（xì）統軟件設計

本室內環境監測係統的軟（ruǎn）件設計方麵主要（yào）遵循模塊化理念，設（shè）計（jì）了上電初始化、溫（wēn）濕度監測、甲醛濃度監測、數據傳輸、數據轉換、數據顯示、報警等各（gè）功（gōng）能模塊，並且為各功能模塊分別編寫獨立函數的編程方式，從而通過相關函數來實現對各功能模塊的控製。
本室內（nèi）壞境監測係統的數據流程如下：首先，在上電後數據顯示模塊、數據傳輸模塊等各功能模塊開始進（jìn）行（háng）初始化，使其做好準備（bèi）上作：然後，DHT21溫濕度監測模塊以及MS1100一P111甲醛濃度監測模（mó）塊開始進行室內環境數據的采集工作，所采集的監測數（shù）據由數據傳輸模塊進行A/D模數轉換，然（rán）後進行存儲：此時，係統MCIJ會發出顯示室（shì）內環境監測信息的命令，數據傳輸模塊（kuài）收到命令後將（jiāng）實時監（jiān）測數據傳輸至（zhì）顯示模塊（kuài），從而將轉換後的數據顯示出來。

4實驗分析

在（zài）本室內（nèi）環境監測係統設計方案完成理論設計後（hòu），通過實驗對其（qí）性（xìng）能等（děng）進（jìn）行驗證分析。首先，依照本設計方（fāng）案中的硬件設（shè）計部分，將STC12C5A60S2單片機、DHT21傳感器、MS1100一P111傳感器以及液晶顯示器等硬件（jiàn）連接製成實驗板；然後，使用Keii u Vision4根據軟件（jiàn）設計方案編寫出相應的二進（jìn）製（zhì）程序，並將編寫好的程序通過（guò）STC ISP寫入STC12C5A60S2單片（piàn）機；最後對實驗（yàn）板進行上電（diàn）運行測試。

測試過（guò）程如下：將上（shàng）述實驗板在室內環境中進行環境數據監測測試，對測試中所監測到的室內溫度、濕度、甲醛濃（nóng）度等數據進行記錄，並（bìng）與傳統室內環境監測手段所監測的數據進行對比分析。在室（shì）內溫濕度監測方麵，傳（chuán）統監測（cè）方式采用（yòng）室內溫濕度（dù）計，該室內（nèi）溫濕度計的溫度監測誤差低於± 2 ℃，濕度監測（cè）誤差為 ±。在室（shì）內甲醛（quán）濃度監測方麵，傳統監測方式采用了某（mǒu）品牌的
20侶· 03/05
空氣甲醛自（zì）測盒（hé），其甲醛監測（cè）最小分辨率為0· 05mg/m3。實驗板監（jiān）測結果與傳（chuán）統監測方式的監測結（jié）果對比情況如表1一表3所示

表1溫度監（jiān）測數據對比

傳統監測手段	實驗板	誤差值
25．5 ℃ 26 ℃ 27 ℃	25 · 3 ℃ 25 · 9 ℃ 26· 8 ℃	0 · 2 ℃ o．1 ℃ 0· 2 ℃
表2濕度監測數據對比
傳統監測（cè）手段	實驗板	誤差值
72%RH 68%RH 70%RH	70%RH 6& 5%RH 71 %RH	2%RH 0 · 5%RH 1%RH
表3甲醛濃度監測數據對比
傳統監測手段實驗板		誤差值

0· 00mg/m3 0 · 2mg/m

0 · 2mg/m3 o．00mg/m3 0，2mg/m3 0，2mg/m3 o．00mg/m3 0· 2mg/m3 0· 2mg/m3

通過實驗，可以看到本文所（suǒ）設計的基於STC12C5A60S2單片機的（de）室（shì）內環境監測（cè）係統所監測的室內環境數據，與傳統監測方麵所監測的（de）數據之間的（de）誤差值非常小。由此可（kě）以證明，該室內環境監測係統具有良好的精確度以及穩定性，可以滿足實（shí）際的（de）室內環境監測需求。

5總結

本文提出（chū）了基於STC12C5A60S2單片機的室內（nèi）環境監測係統設計方案，所設計的係統能夠對（duì）室內（nèi）溫度、濕度以及甲醛濃度等（děng）數據進行精確、穩定的監測。在此基（jī）礎上，該係統還具有擴展的（de）潛力，通過增加二氧（yǎng）化碳傳感器等其他類型的傳感器，能夠監測更多氣（qì）體成分。此外，還能（néng）夠通過連接更多設（shè）備（bèi）以及添加相應控（kòng）製程序的方法，豐富該係統的實用功能。比如將排風扇連接到本係統中，當室內空氣中被監測的（de）成分濃度超標時，係統能夠自（zì）動打開排（pái）風扇來提升室內空氣質量。

參考文獻

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（上（shàng）接第34頁）

4總結

本文針對多道能譜（pǔ）的特點，設計了AD采集電路，並對采集結果進行了時序仿真及硬件仿（fǎng）真，仿真結果表明了（le）所設（shè）計的（de） AD9226和（hé）AD9650係統的正確性。AD9226可以完成數據的采集，但山（shān）於采樣（yàng）精度較低，導致（zhì）多道能譜分析儀的能量分辨率不高； AD9650是一個16位精度的高速模數轉換器，可（kě）以明顯提高多道能譜分（fèn）析儀的能量分辨率，但是由於采樣速（sù）度較快，采（cǎi）樣精（jīng）度（dù）高，數據處理困難。如（rú）果在現有的基礎上能夠（gòu）提高數據的（de）處（chù）理速度，