陳瑞森

摘要： 環(huán)境檢測儀以AT89C52為控制核心，從芯片DS1302讀取時間信息，從單總線溫濕度傳感器DHT11讀取溫濕度信息。利用具有串行輸入輸出的芯片TLC2543讀取模擬傳感器光度、氣體等信息。檢測儀利用TLC2543的多模擬輸入通路可同時連接多個模擬傳感器，實現(xiàn)檢測可配置功能。整個檢測儀具有可配置、便攜式、硬件簡單的特點，檢測儀還可設(shè)置參數(shù)的上下限值以及實現(xiàn)報警功能。

關(guān)鍵詞： 檢測儀； 傳感器； 總線

中圖分類號： TP723

文獻標(biāo)志碼： A

文章編號： 2095-2163（2017）05-0129-04

Abstract： The environment detector adopts AT89C52 as the control core， reads time information from the chip DS1302， reads the temperature and humidity information from the single bus temperature and humidity sensor DHT11. Meanwhile，the detector uses the chip TLC2543 which has serial input and output structure to read information from analog sensors， such as luminosity， gas and other information. Moreover， the detector also uses multiple analog input channels of the chip TLC2543 to connect multiple analog sensors， therefore realizes the configurable function. The detector is configurable， portable and the hardware is simple，particularly the detector can set the upper and lower values of the parameters and realize the alarm function.

Keywords： environment detector； analog sensors； bus

0引言

隨著社會發(fā)展和生活質(zhì)量的提升，環(huán)境問題已受到人們的高度重視與廣泛關(guān)注，現(xiàn)實生活中很多場合需要對環(huán)境參數(shù)進行檢測，以此來對人們的日常生活和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供建議與助益。這就使得對環(huán)境展開實時監(jiān)測將尤顯突出與必要[1-2]。專業(yè)的檢測儀一般價格昂貴，而且操作復(fù)雜，不利于普及使用，本文研發(fā)設(shè)計的檢測儀具有可配置性、小巧便攜、即開即用等特點，因而在時下的普通家居環(huán)境以及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中均可獲得良好的應(yīng)用普適性和廣闊的應(yīng)用前景。

本文內(nèi)容論述安排如下：首先研究了系統(tǒng)的整體設(shè)計，接著設(shè)計提出了各個重要的硬件模塊的設(shè)計和整體軟件設(shè)計，最后對本系統(tǒng)進行了功能仿真和性能分析。

1系統(tǒng)整體設(shè)計

系統(tǒng)硬件電路主要包括時鐘電路、溫濕度檢測電路、TLC2543模數(shù)轉(zhuǎn)換電路[3]、各種傳感器電路、24C02存儲電路以及LCD液晶顯示模塊和報警電路。系統(tǒng)整體框架電路即如圖1所示。其中，AT89C52從芯片DS1302讀取時間信息[4]，從單總線溫濕度傳感器DHT11讀取溫濕度信息[5]。根據(jù)用戶需求把相關(guān)的模擬傳感器的輸出接到TLC2543的模擬輸入通道上，經(jīng)過TLC2543的轉(zhuǎn)換利用串行接口把數(shù)據(jù)信號傳送給AT89C52。利用按鍵來選擇TLC2543的輸入通道從而指定采集不同的環(huán)境參數(shù)，用戶可以把參數(shù)值的上限和下限保存在EEPROM中[6]，并可以通過按鍵調(diào)節(jié)顯示新的設(shè)置值，當(dāng)參數(shù)值超出上下限時啟動報警功能。

2硬件設(shè)計

本文設(shè)計的環(huán)境檢測儀適合廣大家居環(huán)境以及普通工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的應(yīng)用，在這些應(yīng)用中對時間以及溫濕度的要求是常規(guī)基礎(chǔ)式的，因此檢測儀把溫濕度及時間作為固定配置，其它的環(huán)境參數(shù)采集則可由用戶根據(jù)具體需求另加配置。

2.1可配置環(huán)境參數(shù)采集功能的設(shè)計

本系統(tǒng)的可配置功能主要得益于文中采用的A/D-TLC2543，TLC2543是TI公司的12位串行模數(shù)轉(zhuǎn)換器，使用開關(guān)電容逐次逼近技術(shù)控制運行整個A/D轉(zhuǎn)換過程，由于是串行輸入結(jié)構(gòu)，能夠節(jié)省單片機的I/O資源，且價格適中，分辨率高，因此在儀器儀表中獲得了廣泛應(yīng)用。利用TLC2543的11個模擬輸入通道，本文的環(huán)境檢測儀可以外接11種模擬傳感器，用戶可根據(jù)自己的需求選擇不同的傳感器組合，可選的模擬傳感器有聲音傳感器、氣體傳感器、霍爾傳感器、光照傳感器、壓電傳感器等等。這有助于本系統(tǒng)的可配置功能的實現(xiàn)[7]。本系統(tǒng)在選擇不同傳感器輸入通道時，對TLC2543的編程時，只需要對通道參數(shù)channel做出改變即可。對應(yīng)的程序可做如下描述：

在時間及溫濕度傳感器的選擇中，研究主要考慮采用串行芯片以簡化硬件設(shè)計，從而實際獲得儀器的便攜性。時鐘芯片采用接口簡單、價格低廉、使用方便的DS1302，可以對年、月、日、周、時、分、秒進行計時，具有閏年補償功能。溫濕度傳感器采用的是DHT11，這是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號輸出的溫濕度復(fù)合傳感器，其中應(yīng)用了專業(yè)的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，確保產(chǎn)品具有高端可靠性和卓越的長期穩(wěn)定性。傳感器包括一個電阻式感濕元件和一個NTC測溫元件，該產(chǎn)品展現(xiàn)了品質(zhì)卓越、超快響應(yīng)、抗干擾能力強、性價比極高等優(yōu)點。而且，在其中還有單線制串行接口，使系統(tǒng)集成更加簡易快捷，體積超小、功耗極低，現(xiàn)已成為溫濕度檢測應(yīng)用中的最佳選擇。endprint

2.3鍵盤顯示、存儲模塊的設(shè)計

鍵盤與顯示模塊是用戶和檢測儀建立處理信息交流的主要模塊，本系統(tǒng)的按鍵只有3個：1個參數(shù)選擇按鍵，另2個按鍵用于參數(shù)上限值和下限值調(diào)節(jié)。考慮信息交互的可讀性，本儀器顯示器采用中英文液晶顯示模塊LCD12864[8]，LCD12864可以顯示4行信息，分別用于呈現(xiàn)參數(shù)采集類型、參數(shù)采集值、參數(shù)上限值和參數(shù)下限值。上下限值存儲于串行E2PROM-24C02中，24C02是基于I2C-BUS[9] 的存儲器件，遵循二線制協(xié)議，并因為獨有的接口方便、體積小、數(shù)據(jù)掉電不丟失等特點，在儀器儀表及工業(yè)自動化控制中得到大量的應(yīng)用。當(dāng)參數(shù)測量值小于下限值或大于上限值時，啟動報警電路。

2.4系統(tǒng)整體硬件電路設(shè)計

綜合上述各個模塊的調(diào)試研究后，本文則進一步給出了整個檢測儀的整體電路圖設(shè)計，如圖2所示。

3軟件設(shè)計及仿真

本文采用Keil C51對設(shè)計的環(huán)境檢測儀電路進行功能仿真[10]，軟件方面采用模塊化編程，由主程序和各個模塊子程序組成，主程序流程如圖3所示。圖4及圖5分別為開機界面仿真圖及聲音參數(shù)仿真圖（聲音模擬傳感器由滑動變阻器代替）。由于DHT11在PROTEUS軟件中尚未建立仿真模型，因此本文利用開發(fā)板對DHT11的功能進行仿真驗證，圖6和圖7為驗證結(jié)果圖，從圖中可以看出DHT11能對溫濕度達到滿意實時監(jiān)測效果。

4結(jié)束語

本文提出了一個基于AT89C52的可配置環(huán)境檢測儀的設(shè)計方案，并深入探討及確認(rèn)得到了整體電路設(shè)計以及軟件設(shè)計，從仿真結(jié)果可知，本系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期功能，并具有硬件簡單、可配置、便攜式的特點，具有良好的實際應(yīng)用推廣價值，后續(xù)工作將致力于使該系統(tǒng)完全產(chǎn)品化。

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