基于AVR单片机的室内环境监测系统的设计与测试

许海峰，王驰骏，王德育，丁 辉，张明玉

（1.自旋电子与纳米材料安徽省重点实验室（培育基地），安徽 宿州 234000；2.宿州学院 机械与电子工程学院，安徽 宿州 234000；3.电子科技大学 微电子与固体电子学院，四川 成都 610054）

基于AVR单片机的室内环境监测系统的设计与测试

许海峰1,2，王驰骏3，王德育1,2，丁 辉1,2，张明玉1,2

（1.自旋电子与纳米材料安徽省重点实验室（培育基地），安徽 宿州 234000；2.宿州学院 机械与电子工程学院，安徽 宿州 234000；3.电子科技大学 微电子与固体电子学院，四川 成都 610054）

本文设计了一种室内环境监测系统，该系统以Atmega16单片机为中心控制器件，主要由信息采集模块，A/D转换模块，单片机编程模块，液晶显示模块，控制模块等5部分组成，实现室内温度、湿度、光照的采集与控制；芯片DS18B20采集温度信号、光敏二极管采集光照信号、AHT2M 1采集湿度信号，通过对环境的检测，控制室内光照，并能通过对温度、湿度的检测给出提示信息，有很强的实用性.

AVR单片机；DS18B20芯片；DS1302芯片；监测系统

目前，电子工业的发展主要是面向工业，贴近生活方面的电子产品较少，特别是室内智能方面.本文设计的室内环境监测系统通过DS18B20，AHT2M1等传感器检测室内环境状况，并实时显示各环境参数，如温度、湿度、光照强度等，能有效的帮助用户调节环境状况.本系统本着源于生活服务生活的设计理念，开发出适合大众使用的控制系统，具有很强的实用性.

1 系统设计方案

1.1 面板介绍

本文设计的该系统的用户操作界面如图1：

图1 系统设置与显示面板

主屏为系统的显示界面，由12864液晶模块来实现，它的功能是实时显示温度、湿度、光照、时钟等信息；键盘主要由用户用于设置温度、湿度等上限、下限的值；温度、湿度、光照采集分别用来采集温度、湿度、光照信息；电源指示灯指示是否通电；报警指示灯分别用来指示温度的上限、下限，湿度的上限、下限等[1].

1.2 系统设计概述

该系统以Atmega16为中心控制器件，主要由温度、湿度、光照采集及A/D转换模块，单片机编程模块，显示模块，控制模块等部分组成，如图2：

图2 基本模块方框图

单片机将采集到的温度、湿度、光照等信息实时显示出来，并将当前值预设值进行比较，控制相应的动作[2,4].

2 硬件电路的设计

ATmega16是基于增强的AVR RISC结构的低功耗8 位CMOS微控器，具有指令周期短，内部资源丰富稳定性高等特点.最高数据吞吐率达1MIPS/Mh,能有效减缓系统功耗和处理速度之间的矛盾.

为了节约单片机的I/O，此系统没有利用Atmega16的JTAG在线仿真下载功能，而是使用了占用I/O较少的ISP下载，其最小系统如图[4-6]3：

图3 ATmega16最小系统

根据设计要求，光照采集部分是至关重要的一部分，它是后级的光照控制的基础，适当的传感器至关重要；湿度采集选用AHT2M1湿度电容性湿度测量模块.直接输出电压值，便于处理；使用带有A/D单片集成的DS18B20传感器，DS18B20数字温度计是DALLAS公司生产的单总线器件，直接输出数字量.由DS18B20的资料，每次启动温度转换后要进行大约800ms的延时，如果此时纯粹使用死循环来达到延时的目的，就会带来CPU得浪费，致使按键扫描及显示不正常，本文用按键扫描和显示代码间接实现延时的目的[7-9].

关键代码如下所示[10,11]：

3 系统软件设计

本系统中，软件设计主要是由显示模块、用户设置模块、信号采集、温度、光照强控制度模块、串行口通信等几部分组成，主要设计流程图如图4：

图4 流程图

4 系统测试及结果分析

4.1 时钟测试

时钟测试包括时间的测定以及闹钟，在测试过程中以电脑时间作为参考，经与本系统作对比，准确无误.

4.2 温度测试

选用数字温度计2602作为基准温度，测试并记录数据如表1：

表1 温度数据的采集测试记录

由表1可知，实际温度与系统温度的误差在0.2℃左右，具有较好的测量精度.

4.3 光照电路的测试

本系统能自动控制居室的光照，当光照超过一定值时，自动关上窗帘；当光照低于一定值，自动打开窗帘；低于极限值时，自动打开居室的电灯.测试并记录数据如表2：

由表2可知，光照适中测量的时候实际光照与系统光照的误差在1％以内，光照过低和过强测量的时候误差稍大但不影响使用.

表2 光照数据测试记录

4.4 报警电路的测试

在本系统中使用了温度、湿度报警系统，在测试的时候，采用预先设定然后验证的方法进行测试，数据如表3：

表3 温度、湿度报警系统数据测试记录

由表3可以看出整个系统在报警方面是完全正常的，满足系统的要求.

5 总结

本系统是以ATmega16单片机为核心部分，利用液晶作为显示器件，主要完成室内温度，湿度，光照强度的检测与控制.通过温度传感器DS18B20，湿度传感器AHT2M1及光敏二极管将物理信号转化为电信号并通过A/D转换器进一步转化成主控MCU可以识别的数字信号，主控MCU根据采集的信号作出相应的判断，如根据光照强度控制窗帘或日光灯的开关等，改变室内的环境，更适宜个人需求.

〔1〕高吉祥.全国大学生电子设计竞赛培训系列教程模拟电子线路设计[M].北京：电子工业出版社，2007.

〔2〕张毅刚.单片机原理及应用[M].北京：高等教育出版社, 2003.

〔3〕郭天祥.新概念51单片机C语言教程—入门、提高、开发拓展全攻略[M].北京：电子工业出版社,2009.

〔4〕刘海成.单片机及应用系统设计原理与实践[M].北京：北京航空航天大学出版社,2009.

〔5〕于勇，戴佳，长江.51单片机C语言常用模块与综合系统设计[M].北京：电子工业出版社,2007.

〔6〕高吉祥.全国大学生电子设计竞赛培训系列教程模拟电子线路设计[M].北京：电子工业出版社，2007.

〔7〕翟玉文，等.电子设计与实践[M].北京：北京中国电力出版社，2005.

〔8〕肖忠祥.数据采集原理[M].西安:西北工业出版社，2002.

〔9〕谭浩强.C 程序设计（第三版）[M].北京:清华大学出版社,2005.

〔10〕黄智伟.全国大学生电子设计竞赛训练教程[M].北京：电子工业出版社，2005.

〔11〕陈杰,黄鸿.传感器与检测技术[M].北京:高等教育出版社,2008.

TP274

A

1673-260X（2011）12-0048-03

宿市科NO.[2010]72号；宿州学院教博项目NO.2011jb01;自旋电子与纳米材料安徽省重点实验室培育基地开放课题NO.2011YKF06