基于AT89C52的可配置环境检测仪设计

陈瑞森

摘要： 环境检测仪以AT89C52为控制核心，从芯片DS1302读取时间信息，从单总线温湿度传感器DHT11读取温湿度信息。利用具有串行输入输出的芯片TLC2543读取模拟传感器光度、气体等信息。检测仪利用TLC2543的多模拟输入通路可同时连接多个模拟传感器，实现检测可配置功能。整个检测仪具有可配置、便携式、硬件简单的特点，检测仪还可设置参数的上下限值以及实现报警功能。

关键词： 检测仪； 传感器； 总线

中图分类号： TP723

文献标志码： A

文章编号： 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

隨着社会发展和生活质量的提升，环境问题已受到人们的高度重视与广泛关注，现实生活中很多场合需要对环境参数进行检测，以此来对人们的日常生活和工农业生产提供建议与助益。这就使得对环境展开实时监测将尤显突出与必要[1-2]。专业的检测仪一般价格昂贵，而且操作复杂，不利于普及使用，本文研发设计的检测仪具有可配置性、小巧便携、即开即用等特点，因而在时下的普通家居环境以及工农业生产中均可获得良好的应用普适性和广阔的应用前景。

本文内容论述安排如下：首先研究了系统的整体设计，接着设计提出了各个重要的硬件模块的设计和整体软件设计，最后对本系统进行了功能仿真和性能分析。

1系统整体设计

系统硬件电路主要包括时钟电路、温湿度检测电路、TLC2543模数转换电路[3]、各种传感器电路、24C02存储电路以及LCD液晶显示模块和报警电路。系统整体框架电路即如图1所示。其中，AT89C52从芯片DS1302读取时间信息[4]，从单总线温湿度传感器DHT11读取温湿度信息[5]。根据用户需求把相关的模拟传感器的输出接到TLC2543的模拟输入通道上，经过TLC2543的转换利用串行接口把数据信号传送给AT89C52。利用按键来选择TLC2543的输入通道从而指定采集不同的环境参数，用户可以把参数值的上限和下限保存在EEPROM中[6]，并可以通过按键调节显示新的设置值，当参数值超出上下限时启动报警功能。

2硬件设计

本文设计的环境检测仪适合广大家居环境以及普通工农业生产的应用，在这些应用中对时间以及温湿度的要求是常规基础式的，因此检测仪把温湿度及时间作为固定配置，其它的环境参数采集则可由用户根据具体需求另加配置。

2.1可配置环境参数采集功能的设计

本系统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位串行模数转换器，使用开关电容逐次逼近技术控制运行整个A/D转换过程，由于是串行输入结构，能够节省单片机的I/O资源，且价格适中，分辨率高，因此在仪器仪表中获得了广泛应用。利用TLC2543的11个模拟输入通道，本文的环境检测仪可以外接11种模拟传感器，用户可根据自己的需求选择不同的传感器组合，可选的模拟传感器有声音传感器、气体传感器、霍尔传感器、光照传感器、压电传感器等等。这有助于本系统的可配置功能的实现[7]。本系统在选择不同传感器输入通道时，对TLC2543的编程时，只需要对通道参数channel做出改变即可。对应的程序可做如下描述：

在时间及温湿度传感器的选择中，研究主要考虑采用串行芯片以简化硬件设计，从而实际获得仪器的便携性。时钟芯片采用接口简单、价格低廉、使用方便的DS1302，可以对年、月、日、周、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能。温湿度传感器采用的是DHT11，这是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器，其中应用了专业的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有高端可靠性和卓越的长期稳定性。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，该产品展现了品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。而且，在其中还有单线制串行接口，使系统集成更加简易快捷，体积超小、功耗极低，现已成为温湿度检测应用中的最佳选择。endprint

2.3键盘显示、存储模块的设计

键盘与显示模块是用户和检测仪建立处理信息交流的主要模块，本系统的按键只有3个：1个参数选择按键，另2个按键用于参数上限值和下限值调节。考虑信息交互的可读性，本仪器显示器采用中英文液晶显示模块LCD12864[8]，LCD12864可以显示4行信息，分别用于呈现参数采集类型、参数采集值、参数上限值和参数下限值。上下限值存储于串行E2PROM-24C02中，24C02是基于I2C-BUS[9] 的存储器件，遵循二线制协议，并因为独有的接口方便、体积小、数据掉电不丢失等特点，在仪器仪表及工业自动化控制中得到大量的应用。当参数测量值小于下限值或大于上限值时，启动报警电路。

2.4系统整体硬件电路设计

综合上述各个模块的调试研究后，本文则进一步给出了整个检测仪的整体电路图设计，如图2所示。

3软件设计及仿真

本文采用Keil C51对设计的环境检测仪电路进行功能仿真[10]，软件方面采用模块化编程，由主程序和各个模块子程序组成，主程序流程如图3所示。图4及图5分别为开机界面仿真图及声音参数仿真图（声音模拟传感器由滑动变阻器代替）。由于DHT11在PROTEUS软件中尚未建立仿真模型，因此本文利用开发板对DHT11的功能进行仿真验证，图6和图7为验证结果图，从图中可以看出DHT11能对温湿度达到满意实时监测效果。

4结束语

本文提出了一个基于AT89C52的可配置环境检测仪的设计方案，并深入探讨及确认得到了整体电路设计以及软件设计，从仿真结果可知，本系统能够实现预期功能，并具有硬件简单、可配置、便携式的特点，具有良好的实际应用推广价值，后续工作将致力于使该系统完全产品化。

参考文献：

张国胜，杜坚，杨志明. 室内有害气体检测及处理方法研究[J]. 仪器仪表用户，2010，17（3）：1-2.

[2] 谭和平， 马天，方正，等. 室内挥发性有害有机物限量标准研究[J]. 中国测试技术， 2006，32（5）： 8-15.

[3] 夏益民 ，谢云，刘冰茹. AD芯片TLC2543与51系列单片机的接口设计[J]. 广东工业大学学报， 2006，23（3）： 118-121.

[4] 赵振东，李彦斌，董晓龙，等. TMS320F28335与时钟芯片DS1302的串行通信[J]. 单片机与嵌入式系统应用， 2016，6（3）：50-53.

[5] 王志宏，白翠珍. 基于DHT11的实验室多点温湿度报警系统设计[J]. 山西电子技术，2011 （4）： 45-46.

[6] 杨帆. 基于I2C接口EEPROM读写控制器设计[J]. 微型机与应用， 2015，34（10）： 22-24.

[7] 焦圣喜. 传感器原理及应用[M]. 北京： 北京大学出版社，2010.

[8] 葛耿育. 基于STC89C52的LCD12864液晶串并行顯示设计[J]. 遵义师范学院学报，2016，18（5）： 98-101.

[9] 蔡晓葳. 一种低功耗单片机与I2C总线连接的设计[J]. 国外电子测量技术，2011，30（8）： 70-72，76.

[10]胡启明，葛祥磊. Proteus从入门到精通100例[M]. 北京：电子工业出版社，2012.endprint