淺談溫濕度與燃?xì)鈾z測(cè)機(jī)的設(shè)計(jì)

許英杰　　康彥婷　吳　威（齊齊哈爾工程學(xué)院，黑龍江　齊齊哈爾　　161005）

淺談溫濕度與燃?xì)鈾z測(cè)機(jī)的設(shè)計(jì)

許英杰康彥婷吳威
（齊齊哈爾工程學(xué)院，黑龍江齊齊哈爾161005）

摘要：為了使城市居民在使用高效、清潔的燃?xì)饽茉吹耐瑫r(shí)得到更好的安全保障，本文設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了適合家庭使用的燃?xì)鈾z測(cè)機(jī)。采用了具有強(qiáng)大編程能力的STC12C5A60S2單片機(jī)為燃?xì)鈾z測(cè)機(jī)的核心部件，對(duì)家庭使用的可燃?xì)怏w檢測(cè)、報(bào)警等控制，本文介紹了一種居民用燃?xì)鈾z測(cè)機(jī)的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，討論了燃?xì)鈾z測(cè)機(jī)的結(jié)構(gòu)組成、工作原理、硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)等。該系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)實(shí)用和智能化程度高等特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；溫濕度傳感器；氣體傳感器；液晶顯示

本文主要研究設(shè)計(jì)一個(gè)基于STC12C系列單片機(jī)的燃?xì)鈾z測(cè)機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)廚房可燃?xì)怏w、溫度、濕度等信息的采集，并同時(shí)和預(yù)設(shè)值相比較，判斷是否超過(guò)預(yù)設(shè)值，超過(guò)預(yù)設(shè)值時(shí)實(shí)現(xiàn)蜂鳴器聲音進(jìn)行報(bào)警功能?？刂葡到y(tǒng)主要是由STC12C5A60S2單片機(jī)、電源單元、AD數(shù)據(jù)采集單元、傳感器單元、復(fù)位電路、實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路、TFT液晶顯示與鍵盤輸入單元接口電路、聲音報(bào)警單元電路等部分組成。單片機(jī)通過(guò)AD轉(zhuǎn)換將傳感器得到的信號(hào)，進(jìn)行采集，并將采集到的數(shù)值和預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較處理，異常時(shí)蜂鳴器發(fā)出報(bào)警信息。同時(shí)在TFT彩屏液晶上實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前的測(cè)量值。

1　硬件電路設(shè)計(jì)

1.1主控制器

宏晶科技生產(chǎn)的STC12C5A60S2/ AD/PWM系列單片機(jī)是單時(shí)鐘/機(jī)器周期（1T）的單片機(jī)，是新一代高速、低功耗、超強(qiáng)抗干擾的8051單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，但速度比傳統(tǒng)8051快8-12倍。內(nèi)部集成專用復(fù)位電路MAX810，具有2路PWM，8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換（250K/S），針對(duì)電機(jī)控制，強(qiáng)干擾場(chǎng)合。STC12C系列單片機(jī)工作電壓范圍為5.5V-3.5V工作頻率范圍為：0～35MHz，片上集成1280字節(jié)的RAM。STC12C5A60S2單片機(jī)具有豐富的外設(shè)接口：4個(gè)16位定時(shí)器、3個(gè)時(shí)鐘輸出口、PWM（2路）/PCA（2路）、8路10位精度ADC，轉(zhuǎn)換速度可達(dá)250K/S、通用全雙工異步串行口等。本設(shè)計(jì)選擇這款單片機(jī)主要是因?yàn)槠渚哂蠸PI外設(shè)，可以直接控制2.2寸SPI串口TFT液晶彩屏模塊顯示采集到的溫度、濕度、可燃?xì)怏w濃度等信息。

1.2DHT11溫濕度傳感器模塊

DHT11是一款輸出數(shù)字信號(hào)的溫濕度傳感器模塊，內(nèi)部已經(jīng)對(duì)輸出的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行校準(zhǔn)。由于應(yīng)用專用的數(shù)字采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，可靠性好穩(wěn)定性高。DHT11由一個(gè)電阻式感濕元件和一個(gè)NTC測(cè)溫元件組成。其具有質(zhì)量好、響應(yīng)速度比較快、抗干擾能力強(qiáng)、性價(jià)比高等特點(diǎn)。每個(gè)DHT11都在濕度校驗(yàn)室中進(jìn)行過(guò)精確的濕度校準(zhǔn)，校準(zhǔn)系數(shù)存儲(chǔ)在DHT11的OTP內(nèi)存中，DHT11內(nèi)部在檢測(cè)信號(hào)的處理過(guò)程中要調(diào)用這些校準(zhǔn)系數(shù)。DHT11屬于單線制串行接口數(shù)據(jù)總線，系統(tǒng)集成比較簡(jiǎn)單。DHT11具有體積小、功耗低，信號(hào)傳輸距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)，適用于各類要求嚴(yán)格的場(chǎng)合。

DHT11的電源為直流3V～5.5V，上電后等待1秒左右的時(shí)間，使傳感器輸出穩(wěn)定。DHT11的電源引腳和接地引腳之間需要添加一個(gè)100nF的電解電容，用來(lái)為其供電電源去耦濾波。本設(shè)計(jì)對(duì)DHT11的操作過(guò)程為：?jiǎn)纹瑱C(jī)首先發(fā)送一次起始信號(hào)，接收到信號(hào)后DHT11從低功耗模式轉(zhuǎn)換到高速模式，當(dāng)單片機(jī)的起始信號(hào)結(jié)束后，DHT11向單片機(jī)發(fā)送響應(yīng)信號(hào)，發(fā)送出40位的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行一次溫濕度的信號(hào)采集，在程序中單片機(jī)選擇性的讀取40位數(shù)據(jù)中的溫度和濕度數(shù)據(jù)。

1.3MQ-5氣體傳感器

MQ-5氣體傳感器所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導(dǎo)率較低的二氧化錫（SnO2）。當(dāng)MQ-5的環(huán)境中存在可燃性氣體時(shí)，其電導(dǎo)率隨著環(huán)境中可燃性氣體濃度的增加而線性增大，設(shè)計(jì)相應(yīng)的電路即可將電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)變?yōu)榕c環(huán)境中氣體濃度相對(duì)應(yīng)的輸出電壓或者電流信號(hào)。MQ-5對(duì)丁烷、丙烷、甲烷的靈敏度比較高，對(duì)甲烷和丙烷的敏感性較高。MQ-5可以檢測(cè)許多可燃性氣體，尤其是天然氣，其是一種適合于多種應(yīng)用場(chǎng)合的低成本、可靠性強(qiáng)、穩(wěn)定性高的可燃性氣體傳感器。

MQ-5傳感器的電氣特性為：輸入電壓：DC5V功耗（電流）：150mA；DO輸出：TTL數(shù)字量0和1（0.1V和5V）；AO輸出：0.1V～0.3V（相對(duì)無(wú)污染），最高濃度電壓4V左右。

1.3TFT彩屏模塊

TFT彩屏模塊可以由5V或者3.3V供電，兼容5V和3.3V的IO電平，集成背光控制電路，可以控制通斷或者PWM調(diào)光，集成SD卡擴(kuò)展電路，預(yù)留SPI的FLASH字庫(kù)電路，擴(kuò)展方便。TFT模塊和單片機(jī)連接為：?jiǎn)纹瑱C(jī)P3.2接液晶模塊LED引腳，背光可以采用IO控制或者PWM控制，也可以直接接到高電平常亮；單片機(jī)P1.7接液晶模塊CLK引腳；單片機(jī)P1.5接液晶模塊SDI引腳；單片機(jī)P0.2接液晶模塊RS引腳；單片機(jī)P0.3接液晶模塊CS引腳；單片機(jī)P3.3接液晶模塊RST引腳；VCC可以接5V也可以接3.3V；LED可以接5V，也可以接3.3V或者使用任意空閑IO控制；GND接電源地。

2　軟件設(shè)計(jì)

單片機(jī)的軟件設(shè)計(jì)包括DTH11的初始化程序，MQ-5燃?xì)鈧鞲衅鞯某跏蓟绦?，單片機(jī)AD變化初始化程序等。TFT液晶顯示部分程序，顯示的標(biāo)題為“多功能檢測(cè)機(jī)”，顯示的內(nèi)容有溫度、濕度、燃?xì)鉂舛鹊?。MQ-5氣體傳感器AD轉(zhuǎn)換程序如下，轉(zhuǎn)換MQ-5輸出的燃?xì)鉂舛饶M值輸入到單片機(jī)的P1.0引腳，通過(guò)單片機(jī)內(nèi)部的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊實(shí)現(xiàn)燃?xì)鉂舛鹊男畔⒉杉?/p>

結(jié)語(yǔ)

本文的設(shè)計(jì)基于STC12C5A60S2單片機(jī)作為主控微處理器的燃?xì)鈾z測(cè)機(jī)，利用DHT11溫濕度傳感器對(duì)周圍環(huán)境的溫濕度進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，利用MQ-5燃?xì)鈧鞲衅鲗?duì)廚房燃?xì)鉂舛冗M(jìn)行檢測(cè)，并通過(guò)SPI接口將采集到的溫濕度和燃?xì)鉂舛葦?shù)據(jù)傳遞到TFT液晶進(jìn)行實(shí)時(shí)的顯示。通過(guò)和預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較，當(dāng)檢測(cè)到燃?xì)鉂舛瘸^(guò)預(yù)設(shè)值時(shí)，利用蜂鳴器實(shí)現(xiàn)聲音報(bào)警。本文設(shè)計(jì)的燃?xì)鈾z測(cè)機(jī)具有硬件結(jié)構(gòu)精簡(jiǎn)、體積小、能耗低、操作簡(jiǎn)單、可視性好等特點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1]趙建華，曹超.一種遠(yuǎn)程的無(wú)線環(huán)境溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)[J].西安工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，32（04）：340-344.

[2]雷純，何小楊，蘇生輝.基于zigbee的多點(diǎn)溫度采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用，2010，29（02）：43.

[3]吳曉南，胡鎂林，商博軍，等.城市燃?xì)庑孤z測(cè)新方法及其應(yīng)用[J].天然氣工業(yè)，2011，31（09）：98-101.

中圖分類號(hào)：TH137

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A