基于单片机的无线室内环境检测仪设计

王明霞　杨秀菊　罗刘敏

摘要：为了实现对室内环境参数的检测，本设计以STC89C51单片机为主控芯片，以DHT11温湿度传感器和GP2Y1010AU0F粉尘传感器作为检测元件设计了环境检测系统。当传感器收集到当前环境参数后传输到单片机进行数据处理，随后用户可在LCD1602直观地了解到温度、湿度和PM2.5信息；同时使用无线通讯模块HC-05实现检测系统与手机等设备的数据共享及刷新。仿真及实物调试结果表明，该设计能够满足设计要求，在检测室内環境参数时检测结果较为准确，具备一定的应用前景和实际使用价值。

关键词：环境参数；单片机；传感器；无线通讯

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）11-0269-02

1 绪论

愈来愈严峻的环境污染问题不断降低着人们生活的质量，其中罪魁祸首便是雾霾，主要成分PM2.5又被称为“可入肺颗粒物”，对人们的身体危害最大，也是进行环境检测的首要对象，本文介绍了一种不仅可以检测PM2.5，同时可对温湿度进行检测的环境检测系统。该检测系统轻便小巧便于携带，可广泛用于家居等场所。通过了解前人对于环境检测系统的研究和设计后发现，虽然以前的设计可以实现最基本的对环境参数信息的检测，但是本身是个封闭的系统，无法与用户之间建立联系进行通讯。因此，本设计加入蓝牙通讯模块，用户可以通过手机上的蓝牙和检测系统进行配对[1]。同时，不仅可以由手机安装的APP（基于Android系统）实时查看当前环境质量，而且可以发送指令实现二者间的双向通讯[2]，使检测系统更加易用方便，大大发挥了其实用价值。

2硬件电路设计

2.1系统总体设计

本设计系统主控芯片选用STC89C51单片机，输入模块选用GP2Y1010AU0F粉尘传感器和DHT11温湿度传感器共同组成。当前环境的温湿度和粉尘浓度参数被传感器采集后由单片机进行数据处理，最终在LCD1602液晶显示屏显示。由于蓝牙具有的低功耗特性，因此采用蓝牙作为通讯模块实现检测系统和手机之间的数据通讯。检测系统整体电路框图如图1所示。

2.2 输入电路设计

采用GP2Y1010AU粉尘传感器在检测到当前环境粉尘浓度数据后，输出一个同其浓度成线性关系的模拟电压。而单片机只能处理数字信息，所以需要在设计的时候为其加上A/D转换电路，将采集到的模拟量粉尘浓度信息先由A/D转换器转换为数字量后再送单片机[3]。

单片机在和DHT11温湿度传感器进行硬件电路连接后，由于二者间的连接电路距离达不到20m，为此选择在VCC与传感器的第2引脚之间接上一个阻值为10K的电阻。将电源接口温湿度传感器的第一个引脚相连接，而第4引脚与单片机的GND端连接，将传感器的第三引脚进行悬浮放置[4]。

显示电路LCD1602的液晶显示屏显示当前环境的温度、湿度、PM2.5参数。采用HC-05蓝牙通讯模块与单片机的P3.0口和P3.1口串行通讯[5]。

3 系统软件设计

经过初始化后，系统主程序流程图如图2所示。

在进行主程序设计时考虑到程序的简洁与易读性，同时在主程序中定义了诸如LCD1602初始化程序和A/D转换程序等一系列子程序，可以高效的实现主程序对其的调用[6]。

4 仿真和调试

完成了无线室内环境检测系统的硬件电路设计和系统软件设计后，按照原理图使用Proteus软件对系统进行仿真。仿真结果如图3所示：

仿真结果表明，本设计的检测系统能够准确检测参数，满足设计要求。

使用软件进行系统仿真无误后，按照原理图在PCB板上进行硬件焊接，利用Keil C51软件把所编写的程序导入到计算机生成可执行文件，通过串口将其烧录进单片机内[7]。上电后实际使用如图4所示：

参考文献：

[1] 邵婷婷，任瑞瑞，李平.基于单片机的环境监测系统设计[J].微处理器与可编程控制器，2014（5）：67-68.

[2] 刘巍.基于单片机的室内环境监测系统设计[J]. 智能应用，2013，22（26）：48.

[3] 王君岩.基于单片机的室内环境监测系统设计 [J]. SILICON VALLEY， 2014， 29-30.

[4] 方映.单片机中液晶字符的显示[J].电脑知识与技术.2004，13（11）：63-65.

[5] 赵亮.跟我学51单片机（一）--单片机最小系统组成与I/O输出控制[J].电子制作，2011（1）：75-79.

[6] 潘继强.基于DHT11的空气温湿度监控系统的设计与实现[J].电脑知识与技术，2014，（21）：167-170.

[7] 孙晓倩.基于51单片机的温度监测报警系统设计研究[J].赤峰学院报：自然科学版，2015，31（12）：24-26.