基于AT89C51的室内环境智能检测调控系统

苏枳赫*，霍达，李建东，何采蔚，熊寒冰，刘海浪

（桂林电子科技大学建筑与交通工程学院，广西桂林，541004）

基于AT89C51的室内环境智能检测调控系统

苏枳赫*，霍达，李建东，何采蔚，熊寒冰，刘海浪

（桂林电子科技大学建筑与交通工程学院，广西桂林，541004）

利用AT89C51单片机设计了一套室内环境智能监测和报警并调控系统，将传感器技术与单片机技术相结合，实现了对环境温湿度，光照强度，有害气体的采集和读取，TFT屏幕显示，和用电器调控。介绍了该系统的硬件电路和软件设计，并通过实验搭建及系统软硬件调试，实现了温湿度，光照强度，有害气体的监测与控制，达到了预期要求。

读取模块；DS18B20；TFT彩屏；室内环境检测

引言

微气候环境直接影响人的情绪，疲劳程度，舒适感觉，健康和工作效率，其中温度和湿度对人的影响最大[1]，室内作为人们生活的重要场所，关注其温湿度，光照强度，有害气体显得尤为必要。随着社会的发展人们生活水平的不断提高，对自身居住环境的质量和安全要求也在不断提高。这使得低成本，高性能，方便使用的环境监测系统成为了日常生活的必需品。本文以AT89C51为控制核心，设计了一套基于AT89C51芯片的适用于家庭的室内环境智能检测并调控系统。

1 系统整体设计

利用传感器技术设计一种基于AT89C51单片机的环境监测并调控系统，该系统主要有单片机控制模块、温湿度采集模块、光敏电阻模块、有害气体采集模块、TFT屏幕显示模块和继电器模块、可以实时将当前环境的温湿度，光强，有害气体数字显示在TFT屏幕上，实现环境的监控与调控功能，本设计以AT89C51单片机为主体，明确各模块的原理，编写所对应的，初始化命令，读数据，写指令等函数，开始运行后，读出各模块数据，并将各模块的数据返回到单片机并进行分析，通过程序控制各参数的范围，如果超出范围，那么单片机将会给所对应的继电器低电平，继电器闭合，所连接的调适设备开启，直到参数进入给定范围内，继电器断开，反复循环。

该系统整体结构框图如图1所示。

图2 系统结构框图

2 系统的硬件电路设计

2.1 单片机控制模块

控制模块采用Intel公司推出的MCS-51系列单片机：集成 8位CPU、4K字节ROM、128字节RAM、4个8位并口、1个全双工串行口、2个16位定时/计数器。寻址范围64K，并有控制功能较强的布尔处理器，单片机可以用于工业自动化：数据采集、测控技术。智能仪器仪表：数字示波器、数字信号源、数字万用表、感应电流表。消费类电子产品：洗衣机、电冰箱、空调机、电视机、微波炉、手机、IC卡、汽车电子设备。通讯方面：调制解调器、程控交换技术、手机、小灵通。武器装备：飞机、军舰、坦克、导弹、航天飞机、鱼雷制导、智能武器。凡是与控制或简单计算有关的电子设备都可以用单片机来实现。其外围系统主要有时钟电路和复位电路[2]，如图2所示。

图2 系统外围电路图

2.2 温度采集模块

该模块使用的是数字式温度传感器DS18B20，DS18B20数字温度传感器接线方便，封装后可应用于多种场合，如管道式，螺纹式，磁铁吸附式，不锈钢封装式。主要根据应用场合的不同而改变其外观。封装后的DS18B20可用于电缆沟测温，高炉水循环测温，锅炉测温，机房测温，农业大棚测温，洁净室测温，弹药库测温等各种非极限温度场合。耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。

2.3 湿度采集模块

该模块使用的是数字式温湿度传感器DHT11，DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有较高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC 测温元件，并与一个高性能8位单片机相连接。其内部带有自校准系统，采用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，将采集到的温度湿度模拟信号转为数字信号对其传输与处理[3-5]。

图3 湿度采集模块

2.4 D/A转换器

由图4可知，该图为T型电阻网络D/A转换器，运放两个输入端为“虚地”，所以电位都约为0。所以无论开关在0或者1，最后两个2R都是并联得R，和电阻R串联又为2R,以此类推，那么到最前端，相当于两个2R的电阻并联，可知电流I=Vref/R。I7=I/2,I6=1/2*I/2,由此追溯到I0=I/256,如果Rfb=R，那么V0只与Vref有关，即V0=Vref*z/256。

图4 D/A转换器

2.5 光敏电阻模块

光敏电阻器是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换（将光的变化转换为电的变化）。常用的光敏电阻器硫化镉光敏电阻器，它是由半导体材料制成的。光敏电阻器的阻值随入射光线（可见光）的强弱变化而变化，在黑暗条件下，它的阻值（暗阻）可达1～10M欧,在强光条件（100LX）下，它阻值（亮阻）仅有几百至数千欧姆。光敏电阻器对光的敏感性（即光谱特性）与人眼对可见光（0.4～0.76）µm的响应很接近，只要人眼可感受的光，都会引起它的阻值变化。

图5 光敏电阻模块

2.6 MQ-2模块

MQ-2气敏元件由微型AL2O3陶瓷管，SnO2敏感层，测量电极和加热器构成的敏感元件固定在塑料或不锈钢制成的腔体内，加热器为气敏元件提供了必要的工作条件。封装好的气敏元件有6只针状管脚，其中4个用于信号取出，2个用于提供加热电流。同光敏电阻一样，用数字量近似表示模拟量，对不同种类，不同浓度的气体有不同的阻值，适宜于液化气，丁烷，丙烷，甲烷，酒精，氢气，烟雾等的报测。

图6 MQ-2模块

2.7 TFT显示模块

TFT（ThinFilmTransistor）是指薄膜晶体管，意即每个液晶像素点都是由集成在像素点后面的薄膜晶体管来驱动，从而可以做到高速度、高亮度、高对比度显示屏幕信息，是目前最好的LCD彩色显示设备之一，其效果接近CRT显示器，是现在笔记本电脑和台式机上的主流显示设备。TFT的每个像素点都是由集成在自身上的 TFT来控制，是有源像素点。因此，不但速度可以极大提高，而且对比度和亮度也大大提高了，同时分辨率也达到了很高水平。TFT的亮度好，对比度高，层次感强，颜色鲜艳。缺点是比较耗电，成本较高。TFT型的液晶显示器主要的构成包括：萤光管、导光板、偏光板、滤光板、玻璃基板、配向膜、液晶材料、薄模式晶体管等等。

2.8 继电器模块

继电器是一种电控制器件，是当输入量（激励量）的变化达到规定要求时，在电气输出电路中使被控量发生预定的阶跃变化的一种电器。它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路）之间的互动关系。通常应用于自动化的控制电路中，它实际上是用小电流去控制大电流运作的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。继电器内部含有线圈和触点，当线圈得电就会使触点吸合。

3 系统软件设计

系统软件主要由系统初始化模块、温湿度采集模块、光敏电阻模块、MQ-2模块、TFT屏幕显示和继电器模块组成。传感器将采集到的模拟量转化为数字量传递给单片机，经过单片机的处理，将结果显示在TFT彩屏上，若超出预设值则驱动继电器工作。软件设计流程图如图，软件程序基于KeiluVision2 开发平台，采用单片机C 语言编写。C语言是一种编译型程序设计语言，它兼顾了多种高级语言的特点，并具备汇编语言的功能。目前，使用C语言进行程序设计已经成为软件开发的一个主流。用C语言开发系统可以大大缩短开发周期，明显增强程序的可读性，便于改进、扩充和移植。该程序采用模块化设计方法。

图7 系统程序框图

4 实验结果

搭建实验系统，通过软硬件联机调试，实现系统功能。各个参数显示如图所示，。测量结果与测量值进行比较，所差值在＜=2%

图8 控制系统实体图

5 结束语

本系统实现了以AT89C51单片机为控制核心的环境监测并调控系统，可实时检测室内各个环境参数并实现调控功能。通过实验结果显示，该系统达到了预期的效果，读数方便、测量准确，耐用性强，能较好地适用于日常环境的检测与调控。该系统有以下特点：

（1）体积小，结构简单，电路设计可靠，适于各种环境。

（2）高性能单片机构成的智能主控系统，提高了检测的效率。

（3）成本低廉，制造工艺简单，适于大规模推广。

[1]郭伏,钱省三. 人因工程学[M]. 北京： 机械工业出版社,2007.

[2]郑锋,王巧芝,李英建,等. 51单片机应用系统典型模块开发大全[M]. 北京： 中国铁道出版社,2013.

[3]张毅刚. 单片机原理及应用[M]. 北京： 高等教育出版社,2008：12-14.

[4]于波. 基于单片机的室内环境监测系统设计[D]. 青岛： 中国海洋大学,2011.

[5]薛玲,孙曼,张志会,等. 基于单片机 AT89S51的温湿度控制仪[J].化工自动化与仪表,2013,37(7)： 66-69.

Intelligent Detection and Control System of Indoor Environment Based on AT89C51

SU Zhihe*,HUO Da,LI Jiandong,HE Caiwei,XIONG Hanbing,LIU Hailang
(College of Mechanical Engineering，Guilin University of Electronic Technology,School of architecture and traffic engineering ,Guangxi Guilin,541004,China)

Buy using AT89C51 microcontroller to design a set of intelligent monitoring and alarm control system and indoor environment,the sensor technology and single-chip microcomputer technology are combined to realize the collection of the environmental temperature and humidity,light intensity,harmful gas collection and reading,TFT screen display,and the use of electrical appliances control. The hardware circuit and software design of the system are introduced,and the monitoring and control of temperature,humidity,light intensity and harmful gas are realized by experiment building and debugging of the system software and hardware,and the expected requirement is achieved.

DHT11; DS18B20; TFT screen display; Indoor environment detection

TP 212.9

A

1672-9129(2017)06-0194-03

10.19551/j.cnki.issn1672-9129.2017.06.073

苏枳赫,霍达,李建东,等. 基于AT89C51的室内环境智能检测调控系统[J]. 数码设计,2017,6(6)： 194-196.

Cite：SU Zhihe,HUO Da,LI Jiandong,et al. Intelligent Detection and Control System of Indoor Environment Based on AT89C51[J]. Peak Data Science,2017,6(6)： 194-196.

2017-02-03；

2017-03-12。

苏枳赫（1998-），辽宁，桂林电子科技大学本科学生，研究方向：建筑环境与能源应用工程。

Email：87215314@qq.com