基于單片機的智能環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)

海軍湛江航保修理廠 何 震廣東海洋大學(xué)寸金學(xué)院 黃小容

基于單片機的智能環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)

海軍湛江航保修理廠 何 震
廣東海洋大學(xué)寸金學(xué)院 黃小容

【摘要】環(huán)境的質(zhì)量問題是現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)必須考慮的重要因素。溫度，濕度以及光照作為最常見的參數(shù)，它們在實驗室、大棚、花圃、糧倉乃至土壤等各個領(lǐng)域，起著至關(guān)重要的作用。系統(tǒng)利用單片機控制相應(yīng)的傳感器，檢測當(dāng)前環(huán)境的溫、濕度以及光線強度，具有檢測精度高、體積小巧、價格低廉，簡單靈活等優(yōu)點，很好的滿足了對于環(huán)境檢測的要求。本文采用STC89C52單片機、DHT11傳感器模塊、1602液晶顯示屏模塊、BH1750光線傳感器模塊以及聲光報警模塊構(gòu)成簡單的環(huán)境檢測系統(tǒng)。

【關(guān)鍵詞】DHT11傳感器；1602液晶顯示屏；BH1750傳感器；報警

0 引言

環(huán)境質(zhì)量包含許多的測量參數(shù)，其中溫濕度和光照三個最基本的參數(shù)對于人類的生產(chǎn)、生活有著密切的關(guān)系。對于工業(yè)生產(chǎn)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，倉儲運輸?shù)雀黝愋袠I(yè)起這至關(guān)重要的影響。所以對于環(huán)境的檢測就非常有必要了。

全球領(lǐng)先的分析儀器制造廠商主要分布在美國、日本、德國、英國等西方工業(yè)發(fā)達國家。中國的環(huán)境監(jiān)測行業(yè)起步時間較晚，我國目前環(huán)保監(jiān)測行業(yè)僅相當(dāng)于發(fā)達國家70年代水平，從立法角度看仍只相當(dāng)于發(fā)達國家70年代。中國環(huán)境監(jiān)測行業(yè)存在企業(yè)規(guī)模小，企業(yè)管理水平不高，產(chǎn)品模仿程度較高，技術(shù)含量低，使用壽命短，市場占有率低，相關(guān)法律不夠健全等問題。所以對于環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的研究具有主要的研究意義。

1 系統(tǒng)總體方案設(shè)計

電路總體上分為數(shù)據(jù)采集部分、數(shù)據(jù)處理、顯示模塊以及報警模塊部分。以STC89C52單片機最小系統(tǒng)作為核心控制電路，控制DHT11傳感器采集的溫濕度的轉(zhuǎn)換，控制BH1750傳感器采集的光照度的轉(zhuǎn)換，控制1602液晶屏的顯示，以及蜂鳴器和LED燈的報警。具體顯示內(nèi)容及方式由軟件來完成。采集溫濕度方面由DHT11傳感器來完成，采集光照度方面由BH1750傳感器來完成。1602液晶屏是插針式，直接與單片機相連接。具體步驟是：按照原理圖將傳感器、1602液晶顯示屏分別接入單片機。通過DHT11傳感器采集當(dāng)前的溫濕度值，通過BH1750傳感器采集當(dāng)前的光照度，再經(jīng)單片機，將處理后的數(shù)據(jù)傳送到液晶屏上顯示出來。設(shè)置數(shù)據(jù)的上下限值。實現(xiàn)越限報警。

系統(tǒng)的設(shè)計主要是在傳感器的選擇上，主要是針對溫濕度傳感器和光線傳感器進行分析。

（1）溫濕度傳感器選擇

溫濕度傳感器結(jié)合了溫度濕度一體的結(jié)構(gòu)，功能和單純的溫度傳感器和濕度傳感器一樣，只不過是把兩者結(jié)合在一起而已。是能夠感知環(huán)境的溫度和濕度的信息，并將感知到的信息轉(zhuǎn)換為電信號，根據(jù)信號的強弱就能得知被檢測點的溫度和濕度。

DHT11是集溫度探測和濕度探測于一體的數(shù)字傳感器。具有測溫和測濕元件，經(jīng)過

簡單的電路連接入單片機就能檢測當(dāng)前環(huán)境的溫濕度。DHT11功耗很低，5V電源電壓下，工作平均最大電流0.5mA，濕度測量范圍：20-90%RH，溫度測量范圍：0-50℃，濕度分辨率：1%RH 8位，溫度分辨率：1℃ 8位，采樣周期：1S。

（2）光線傳感器的選擇

光線傳感器能夠感知環(huán)境的光照強度的信息，并將感知到的信息轉(zhuǎn)換為電信號，根據(jù)信號的強弱就能得知被檢測點的光照強度。

光線傳感器從硬件方面可分為光敏電阻和集成光線傳感器兩類。

BH1750FVI是一種用于兩線式串行總線接口的數(shù)字型光強度傳感器集成電路。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

系統(tǒng)主要由STC89C52、溫濕度和光照度傳感器模塊、按鍵模塊、LCD液晶顯示模塊及報警模塊組成。其中STC89C52控制整個系統(tǒng)的運行，利用其各個口分別控制其他模塊，從而實現(xiàn)所需要的功能；按鍵模塊主要是輸入所需要檢測的溫濕度以及光照強度的上下限；報警模塊主要指將蜂鳴器接入單片機電路。通過對實時溫度的檢測，并給定所需要的溫度區(qū)間，實現(xiàn)越限報警；傳感器模塊用于實驗室實時溫濕度和光照強度的檢測，由于DHT11和BH1750傳感器的數(shù)字一體性，集成了模數(shù)轉(zhuǎn)換等模塊，直接接單片機即可，LCD液晶顯示模塊同樣接入單片機，完成對單片機處理后的數(shù)據(jù)進行顯示。

單片機主程序模塊將DHT11傳感器和采集到的信號進行分析和處理，再將處理后的信號發(fā)送給1602液晶顯示模塊。完成信息的接收與發(fā)送。并且連接蜂鳴器。控制報警系統(tǒng)。

DHT11傳感器連接到STC89C52單片機。引腳2是連接單片機的數(shù)據(jù)口（單總線，串行數(shù)據(jù)）。而傳感器的引腳1和引腳4分別接單片機的VCC和GND端。傳感器的第3腳懸浮放置。DHT11傳感器原件的電路原理圖如圖1所示：

圖1 DHT11電路原理圖

圖2 光照傳感器模塊電路原理圖

BH1750與單片機通過IIC通訊協(xié)議來進行通訊，IIC總線是兩線式串行總線。BH1750傳感器連接到STC89C52單片機。引腳2的和引腳3是連接單片機的數(shù)據(jù)口（雙總線，串行數(shù)據(jù)）。而傳感器的引腳1和引腳5分別接單片機的VCC和GND端。傳感器的第4腳懸浮放置。BH1750傳感器原件的電路原理圖如圖2所示：

系統(tǒng)采用的是16引腳的LCD，其中D0-D7即圖中引腳7-14接單片機的P0口P0.0-P0.7，VO即圖中引腳3接電位器以調(diào)節(jié)屏幕對比度，RS即圖中引腳4接單片機P3.4，RW即圖中引腳5接單片機P3.6，E即圖中引腳6接單片機P3.7。

系統(tǒng)需要設(shè)置溫度，濕度以及光照強度的上下限，主要由單片機的P1.4，P1.5和P1.6控制按鍵。

3 總結(jié)

本系統(tǒng)實現(xiàn)以下功能：通過溫濕度傳感器DHT11和光照傳感器BH1750對當(dāng)前環(huán)境的溫濕度、光照度進行采集。采集到的數(shù)據(jù)通過單片機STC89C52進行處理，處理后的數(shù)據(jù)經(jīng)單片機I/O接口送入用LCD1602顯示器，顯示出當(dāng)前環(huán)境的實時溫濕度、光照度值，當(dāng)測量到的溫度濕度值或者光照強度超過設(shè)定值時，報警器（蜂鳴器）則會動作報警，且相應(yīng)的LED燈亮。并且溫濕度及光照度的設(shè)定值可由工作人員根據(jù)所需用按鍵設(shè)定最適宜溫度濕度，調(diào)整功能必須實現(xiàn)對溫度、濕度、光照度的上、下限值調(diào)整。系統(tǒng)對環(huán)境的監(jiān)測從溫度、濕度和光照度三方面進行數(shù)據(jù)采集，實時監(jiān)測環(huán)境的變化，對環(huán)境保護具有重大的作用，具有廣泛的應(yīng)用前景。

參考文獻

［1］夏季強，沈德金.單片機實驗與實踐教程［M］.北京航空航天大學(xué)出版社，2001.

［2］樓然苗.51系列單片機設(shè)計實例［M］.北京∶北京航空航天大學(xué)出版社，2006.

［3］陳堂敏，劉煥平.單片機原理與應(yīng)用［M］.北京理工大學(xué)出版社，2007.

［4］李全利.單片機原理及接口技術(shù)［M］.高等教育出版社，2012.

［5］唐治德.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)［M］.科學(xué)出版社，2009.

［6］張毅剛.單片機原理及接口技術(shù)［M］.人民郵電出版社，2011.

作者簡介：

何震（1987—），男，廣東湛江人，大學(xué)本科，學(xué)士，現(xiàn)供職于海軍湛江航保修理廠。

黃小容（1989—），女，廣西玉林人，廣東海洋大學(xué)寸金學(xué)院碩士研究生。