基于STC89C516的室内环境监测系统的设计

罗 敏，刘 嵩，彭刚彬

(1.湖北民族学院理学院，湖北 恩施 445000;2.湖北民族学院信息工程学院，湖北恩施 445000)

随着科技的发展和人们生活水平的提高，人们对于室内环境的安全性和舒适性提出了更高的要求，需要实时的监测室内的温度、湿度、空气质量等环境参数.由于单片机具有功耗低、价格低廉、设计简单等优点，本文以STC89C516单片机为核心处理器，结合温湿度传感器和烟雾传感器等，设计了一个室内环境监测系统.

1 系统的总体结构

本文系统选用的单片机是STC公司生产的89C516单片机.STC 89C516是采用8051内核的在线可编程器件，工作频率范围在0到35 MHz之间.芯片片内集成了传统的8位处理器ISP Flash存储器，拥有40个引脚，其中有32个I/O口可供用户使用，它具有5个中断源，还可扩展外部程序存储器［1］.

系统的总体结构如图1所示.系统以单片机为核心，包括温湿度测量模块、烟雾测量模块、时钟模块、电源模块、显示模块以及控制与报警模块.其中，时钟模块为系统提供实时时间，显示模块显示系统测量的环境状态，控制与报警模块提供环境状态的警戒阈值和声光报警功能.

2 系统的硬件电路设计

2.1 时钟模块设计

图1 系统的总体结构Fig.1 General block diagram of the system

时钟电路为整个系统提供实时时间，本系统选用的时钟芯片是DALLAS公司的DS 1302.DS1302芯片内部拥有数据存储器，具有主电源、后备电源的双电源引脚，即使突然断电，时钟的当前数据信息也不会丢失［2］.DS1302时钟电路设计如图2所示，DS 1302的VCC1接后备电压为3V的纽扣电池，VCC2接5V主电源，GND接电源负极.DS1302芯片的引脚X1和X2之间接入一个晶振，晶振大小为32.768 kHz.RST为片选端，接单片机的P2.2口.I/O为串行数据输入输出端，接单片机的P2.1口，SCLK为时钟输入端，接单片机的P2.0口.

2.2 温湿度测量模块设计

系统选择的温湿度传感器是DHT 11，DHT 11温湿度传感器是一种数字型传感器，DHT 11内部自带由校准系统，与DS18B20温度传感器比，具有可以同时测量环境的温度和湿度的优势［3－4］，接线方式也较为简单，其硬件电路如图3所示.在设计中，DATA端口接STC 89C516的P1.0口，为了稳定输出信号，DATA端口接一个4.7 K上拉电阻.当处理器向DHT 11发送启动信号后，温湿度传感器被唤醒，随后DHT 11转到正常运行模式;当启动信号结束后，DHT 11向处理器STC 89C516发送响应信号，然后采集的40位的温湿度数据，用户可根据这40位数据得到当前的温湿度信息.DHT 11接收到处理器发送的启动信号后就启动一次数据采集，没有接收启动信号，DHT 11就会转到低功耗模式.

2.3 烟雾测量模块设计

系统采用的是MQ－2烟雾传感器，主要监测对象有:CO、CH4、H2、CCL3F、C2H5OH 等［5］.烟雾测量模块硬件电路如图 4 所示，PCF 8591是一种具有I2C总线接口的逐次比较型A/D及D/A转换芯片，AO端为烟雾传感器的模拟电压输出口，其接入模数转换器PCF8591的AIN0口.时钟口SCL和数据口SDA分别接P3.1与P3.0，实现与STC89C516的信号传输.

图2 时钟电路Fig.2 The clocking circuit of the system

图3 温湿度测量电路Fig.3 The measuring circuits of temperature and humidity

3 系统的软件设计

图4 烟雾测量电路Fig.4 The measuring circuits of smoke

系统的软件流程如图5所示，系统上电后，系统首先对LCD、定时器、端口进行初始化，然后进入程序循环阶段.在循环阶段，通过定时器延时实现线程的管理.在本系统中，由于所检测的环境状态变化比较缓慢，设置延时时间为120 s，而按键、时钟请求实时性要求较高，设置延时时间为1 s.

3.1 DS1302 读写操作

DS1302实时时钟有三个端口 RST、I/O、SCLK，其中，RST为片选端，只有当RST为“1”时，才能允许对DS1302进行读写操作.DS1302时钟寄存器的最高位决定小时制式.逻辑1为1 2小时制，逻辑0为2 4小时制，系统默认为2 4小时制.控制寄存器仅最后WP位有效，WP为低电平时，解除写保护;WP为高电平时，开启写保护［6］.当通过按键调节时间时，必须首先通过软件打开写保护，时钟读取函数的部分程序如下:

图5 软件流程图Fig.5 Software flow diagram of the system

在时钟读取函数中，add为时间变量地址，*add为相应地址所对应的数值.当程序运行add++时，*add就对应下一个地址的数值，因此通过Re_Ds 1302()函数读出数据，再经过7次循环就可以分别读出年、月、日、周、时、分、秒等数据.

3.2 DHT11 读写操作

DHT11的数据传输的数据顺序为8位湿度整数数据、8位湿度小数数据 、8位温度整数数据、8位温度小数数据、8位校验数据［7］.P1.0口输出低电平后，至少需延时18毫秒，才能保证DHT11温湿度传感器能检测到单片机发送的起始信号.部分读写程序如下:

4 结语

本系统实现了一种以STC89C516单片机为核心处理器的环境监测系统，可以监控温度、湿度及烟雾等室内环境参数，通过选择不同的传感器也可以监控其它参数指标.实验结果表明，系统运行稳定，能准确的测量环境信息，而且成本低廉，可扩展性强，有一定的应用价值.

［1］耿涛，赵光，陶志勇.基于STC89C516单片机的数字光功率计设计［J］.电子元器件应用，2008，10(11):8－10.

［2］李伟跃.基于时钟芯片DS1302的万年历的设计［J］.科技创新导报，2012(9):20－21.

［3］杨庆.蔬菜大棚多点温度测控系统的设计与实现［J］.湖北民族学院学报:自然科学版，2008，26(2):187－189.

［4］颜丽娜，王顺忠，张铁民.基于DHT11温湿度测控系统的设计［J］.海南师范大学学报:自然科学版，2013，26(4):397－399.

［5］刘竹琴，白泽生.一种高精度可燃气体检测报警器设计［J］.传感器与微系统，2013，32(7):71－73.

［6］李长有，王文华.基于DHT11温湿度测控系统设计［J］.机床与液压，2013，41(13):95－97.

［7］姚德法，张洪林.串行时钟芯片DS1302的原理与使用［J］.信息技术与信息化，2006(1):92－94.