诚信声明
我声明，所呈交的毕业论文是本人在老师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我查证，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，我承诺，论文中的所有内容均真实、可信。
毕业论文作者签名：签名日期：年月日
摘要：随着现代科学技术的飞速发展，人们的生活水平不断地提高，但与此同时也带来了很多环境问题，人类目前所赖以生存的环境中弥漫着各类小分子的污染物，其中PM2.5是较大的污染物之一，也是当下我国雾霾的主要成分。因此，环境智能监测系统也随之被运用，本文正是利用单片机结合传感器技术而开发设计了一种环境智能监测系统。
该环境智能监测系统以STC12C5A60S2单片机作为核心器件，选用夏普GP2Y1010AU0F粉尘传感器、温湿度传感器和霍尔传感器，并结合其他电子技术，通过单片机控制传感器对环境中的PM2.5、温湿度、风速进行实时检测，单片机检测并接收此电信号后，控制着外部的LCD显示屏进行实时显示，是一种结构简单、性能稳定、智能化的环境智能监测系统，具有一定的实用价值。
论文主要针对环境智能监测系统中的各个组成部分及功能进行了详细的介绍和说明，并对其主控电路和外围设备电路之间的接口连接方式，以及系统软件设计进行了重点的分析和讲解。
关键词：环境智能监测；PM2.5；温湿度；风速；传感器；单片机
Abstract：With the rapid development of modern science and technology, people's living standard continues to improve, but at the same time also brought many environmental problems, the human survival environment is filled with contaminants of various types of small molecules, of which PM2.5 is one of the important pollutants, is the main component of the current haze. Therefore, intelligent environment monitoring system also be used, this paper is combined with the use of single-chip sensor technology development and design of a monitoring system for intelligent environment.
The intelligent detection system based on STC12C5A60S2 microcontroller as the core device, using SHARP GP2Y1010AU0F dust sensor, temperature sensor and humidity sensor Holzer, and combined with other electronic technology, through the MCU control sensor on PM2.5 in the environment, temperature and humidity, wind speed for real-time detection, detection and receiving the signals, LCD display control external for real-time display, is a kind of simple structure, stable performance, intelligent environment monitoring system of intelligent, has certain practical value.
This paper mainly aimed at various intelligent monitoring system in the environment of the component and function are introduced in detail and description, and connection way between the main control circuit and peripheral interface circuit, and the software design of the system is analyzed and the explanation of the key.
Key words:Environmental intelligent monitoring;PM2.5;Temperature and humidity;Wind velocity;Transducer;Microcontrollers
目录
1. 概述 (1)
1.1 设计背景 (1)
1.2 设计的目的以及意义 (1)
2. 总体框架设计 (2)
2.1 设计要求 (2)
2.2 系统设计框图 (2)
3. 硬件设计 (2)
3.1 时钟电路 (3)
3.2 复位电路 (4)
3.3 系统电源设计 (4)
3.4 显示模块 (5)
3.5. PM2.5检测模块 (6)
3.6 温湿度检测模块 (8)
3.7 风速检测模块 (9)
4. 程序设计 (10)
4.1 主程序设计 (10)
4.2 显示程序设计 (11)
4.3 PM2.5程序设计 (12)
4.4 温湿度程序设计 (15)
4.5 风速测量程序设计 (16)
5. 检验与验证 (17)
5.1 实物验证 (17)
6. 总结 (21)
附录 (22)
参考文献 (39)
致谢 (40)
环境智能监测系统
1. 概述
1.1 设计背景
随着新时代的到来，科技的飞速发展给人类带来了诸多便利，但是也带来了一些环境问题，例如说影响我国的雾霾天气。雾霾，顾名思义就是“雾”和“霾”，在夜间的时候，雾相对于霾要多一些，在日间的时候霾占据主力。雾本身是一种自然现象，对人类的健康并没有多大的危害，而霾的主要成分是PM2.5，PM2.5是工业生产、汽车尾气等产生的大气污染物，高浓度的大气污染物对人类的健康有非常大的危害。在1952年英国伦敦4日内烟雾事件中，由于大气污染物高浓度暴露水平，引起了不同程度的居民急性死亡、喉痛、咳嗽、呼吸困难等大气污染性疾病，并致使更多人患上支气管炎、冠心病、肺结核乃至癌症。①这引起了人们对大气环境污染的高度关注。
特定的气象条件是雾霾的成因之一，在2013 年我国中东部地区大雾频繁，其主要原因：一方面是由于进入冬半年以后，中东部地区冷空气势力逐渐减弱、地面风速减小，我国大部分地区多被西北气流控制，大气层结构较为稳定，为水汽积聚创造了条件；另一方面，由于青藏高原南侧暖湿空气活动增强，并延西南路径将水汽输送到我国中东部地区，为雾气的产生创造了条件。②因此，特定的天气现象会促进雾霾天气的多发。
雾霾威胁着人类的健康，影响人们的生活，但是雾霾是可以改善和预防的，比如说种植防护雾霾的绿色植被。然而，在检测环境中雾霾的污染程度这方面还没有得到人们的广泛运用，虽然人们可以通过查询天气预报来了解当地的包括温湿度、PM2.5浓度等情况，但是天气预报所报道的相关数据代表的是较大范围的天气情况，是采用大型气象监测系统进行大范围的监测，没有办法精确到自身所处环境中，因此设计一种小型化，便携式的环境智能监测系统就显得十分必要。
本次设计的初衷就是设计一个能实时监测当前环境空气中PM2.5浓度的系统，由于特定的天气会使得雾霾现象的频发，所以在监测PM2.5浓度的同时还需要实时监控当前的温湿度情况和风速情况，对当前环境进行评估，使得人们有更好的应对方法。
1.2 设计的目的以及意义
在生活中，有时候我们需要实时检测一下当前环境中的PM2.5浓度，以便决定是否出门进行户外活动，由此确保自身的健康，以防吸入过多的微小颗粒物。同时，该系统还能实时监控当前环境的温湿度情况以及当前环境的风速情况，使得人们可以对当前环境进行评估。本文的环境智能监测系统就是基于这一理念来设计，实现该系统在正常的情况下，LCD液晶显示器上实时显示当前环境的PM2.5浓度值和当前环境的温湿度数
①宫克.世界八大公害事件与绿色GDP[J].沈阳大学学报，2005年，17（卷）期：3-6.
②柳玉清.我国城市雾霾天气成因及其治理的哲学思考[D].武汉理工大学:政治与行政学院，2014年
值，当需要观测风速时，可以按下按键，切换到风速的显示页面，在LCD液晶显示器上实时刷新当前的风速值。
2. 总体框架设计
2.1 设计要求
本文设计研究了一种基于单片机的环境智能监测系统，通过外部元器件感知环境中的PM2.5浓度、温湿度以及风速，元器件将各非电量转换成电量传递给单片机，由单片机检测并控制LCD显示器进行显示。
本人通过设计一个以单片机为核心的检测器来实现以下功能：
（1）实时显示当前环境的PM2.5浓度值；
（2）实时显示当前环境的温湿度；
（3）系统死机时可以按下复位按键，使得系统重启；
（4）能监控当前环境中的风速情况，按下按键，LCD显示器页面切换显示风速。
2.2 系统设计框图
根据以上2.1所介绍的系统功能，可以绘制出如下图1的系统功能框图，由框图可以很明确看出各个功能模块之间的输出与输出关系。
图1 系统设计框图
3. 硬件设计
单片机，全称为单片微型计算机，是一块微型处理器。单片机技术经过几十年的发展，现在的单片机型号已经越来越丰富，最简单的有51单片机，最复杂的单片机直接用在超级计算机中。本文所设计的环境智能监测系统采用STC12C5A60S2单片机，STC12C5A60S2也是属于51单片机，但是其性能上要比51单片机要强，它不但完全兼容8051指令，寄存器也基本兼容，其次，STC12C5A60S2单片机内部自带高达60K FLASHROM（快速擦写只读编程器），这种存储器的好处就是用户可以用电的方式瞬间擦除和改写，并且STC12C5A60S2单片机支持串口程序烧写，方便程序下载。③所以
③彭堯.基于单片机的点阵音乐盒设计与制作[J].电子世界，2016年，9（卷）期：61.
说STC12C5A60S2单片机具有强大的功能。虽说STC12C5A60S2单片机和简单的51单片机的性能有着天壤之别，但是其本质上都是一样的，即通过修改单片机内部的程序从而调用外部的电路平台实现系统功能。
STC12C5A60S2是现在常用的一款单片机，其引脚功能与51单片机类似，也是其他单片机的基本构造。总体可大致归纳为：
（1）32个普通IO口：这些IO口可以细分为P0/P1/P2/P3口，每个口分配有8个引脚输出，这些引脚都可以作为普通的输入、输出端口使用。值得一提的是，P3口作为双功能口，还有很多的寄存器，这些寄存器主要有两个定时器、两个中断和一个串口，用的最多的双功能口也就是这三个寄存器功能。
（2）复位脚：单片机是一个微型计算机，其内部可以运算程序，因此需要有复位脚来引导程序的运算。复位脚的功能是能使得单片机进行复位，从而使得程序能正常运行。51单片机的复位引脚在9号引脚，因此可以在9号引脚设计一个复位电路。
（3）晶振端口：单片机的P3口的两个定时器端口需要使用到外部晶振作为时钟震荡源。因此，单片机的18号引脚和19号引脚作为晶振端口，一般都介入外部晶振。
STC12C5A60S2引脚图如下所示：
图2 STC12C5A60S2引脚图
3.1 时钟电路
上图中并未包含有最小系统电路，但是最小系统电路是单片机设计中最必不可少的一个关键电路，是程序能正常运行的基点。最小系统一般有复位电路和时钟电路，下图为时钟电路，C1和C2为晶振电容，是为了稳定晶振的振荡频率而设计的，一般值在几十pF即可满足。而晶振则有很多种，在此选择振荡频率为11.0592MHz的晶振。时钟电路的硬件连接如下图3所示：
图3时钟晶振电路图
3.2 复位电路
一个完整的系统需要有复位端，当程序死机的时候可以按下复位键拯救系统。在本次设计中，S1连接到单片机的9脚，当有按键按下后，按键S1、电容C3、电阻R1构成的电路产生一个微分脉冲复位，9脚检测到0.1us的高电平即可复位。复位电路的硬件连接如下图4所示：
图4复位电路
3.3 系统电源设计
前面已经指出，单片机的工作电源为5V。同样，该系统中的温湿度传感器DHT11与显示器LCD1602的正常工作电压均为DC5V，因此有必要设计一个电源电路以供给整机电路的正常工作。
每个国家定义的市电电压都不一样，但一样的是微处理器能正常工作的电压是5V，因此需要将市电电压220V交流电转变成5V的直流电。220V是一个非常危险的电压值，能提供的功率非常大，而单片机工作所需的功率很小，不需要如此大的功率。为节能考虑，本次设计采用变压器降压，再经过整流滤波电路，输出稳定的直流5V电压。
稳压电源，其专业名称为LDO电路，该电路由变压器将高电压转变成低电压，然后再依次经过整流电路、滤波电路和稳压电路。如下图5所示，输出端即为直流5V电压，需要说明的是，图5中的P1端接入的不是220V交流电，而是已经经过变压器降压后的低电压，一般的变压器降压电压为5V、9V、12V、15V、18V以及36V。本次设计拟采用220V转12V变压器，12V的电压不会很高，对人体不会产生危害。虽然说三端稳压块LM7805的工作电压不仅仅12V，但为了保护芯片，防止芯片过热烧坏芯片，选择12V电压是一个较为理想的值。
图5 稳压电源设计组成
3.4 显示模块
显示电路，是将电子信息以一种能让人类识别的方式显现出来。不同的显示线路有着不同的特点，常见的有LED点阵屏显示、LCD液晶屏显示和数码管显示。在本次多路采集系统设计中，显示电路是由LCD1602构成的一个显示器件，在该显示器上显示测量信号的值，使得使用者可以直接观察得到结果。
其工作原理是根据光学的折线传播原理构成，光线经过内部的折线点阵后会点亮相应的点阵，多个细小点阵一起点亮就组成了一个字符。该器件的引脚功能如表1所示，显示电路的硬件设计需要根据表1所示的引脚功能进行设计：
表1 LCD1602引脚
编号符号引脚说明编号符号引脚说明
1 VSS 电源地9 D
2 数据
2 VDD 电源正极10 D
3 数据
3 VL 液晶显示偏压11 D
4 数据
4 RS 数据/命令选择12 D
5 数据
5 R/W 读/写选择13 D
6 数据
6 E 使能信号14 D
7 数据
7 D0 数据15 BLA 背光源正极
8 D1 数据16 BLK 背光源正极
在图6电路中，由于单片机P2口设计的特殊性，与P0口的设计不一致，因此不需
要接入上拉电阻，就能使得其高电平达到5V的点位，低电平达到0V，从而进行准确的IO口电平读取。
在下图中，引脚1和引脚2为显示器的电源端口，值得注意的是，引脚15和引脚16同样要接上电源和地，这两个引脚是显示器的背光口，如果不接上的话只是背光不会点亮，但是显示还是能正常工作。引脚3为显示器的对比度调节端口，因此需要接入滑动变阻器，用户可根据自我需要调节对比度。引脚4、5、6则为显示器的控制端，写指令与写数据均通过这几个引脚执行。剩下的引脚都为数据传输端口，只需要将其从低到高连接到P2口的8个引脚端口即可。
图6 LCD显示电路设计
3.5. PM2.5检测模块
3.5.1 模块简介
GP2Y1010AU0F是日本夏普公司生产研发的一种粉尘传感器，内部主要由光电传感器和发光二极管组成，具体的实现步骤为：LED由脉冲进行点亮和熄灭，此时由晶体管组成的光电传感器检测LED的亮灭，由于空气中存在有微小颗粒物，微小颗粒物的存在阻挡了LED光线的传播，因此传输到光电传感器端的光通量就会减弱，由此可以间接测出空气中的微小颗粒物的浓度，GP2Yl010AUOF的设计初衷就是测量直径为10微米的颗粒物。同理，该器件可以检测PM2.5的值，只需要在程序中转换一下计算方式即可。在官方提供的datasheet中，可以知道光电传感器与LED的示意图如下图所示：
图7 LED脉冲与光电传感器示意图
3.5.2 原理分析
由3.5.1可知夏普GP2Y1010AU0F可以对环境中的微小颗粒物进行感应并检测，其内部安装了光电传感器和发光二极管，被测环境中微小颗粒浓度越大，发生漫反射的光越多，到达晶体管的光通量也就越弱。夏普GP2Y1010AU0F能够探测到空气中尘埃反射光，即使非常细小的如烟草烟雾颗粒也能够被检测到，该传感器具有非常低的电流消耗(最大20m A，典型值11m A)，可使用高达7VDC，该传感器输出为模拟电压，其值与粉尘浓成正比。④在器件上有个LED作为发光元件，浓度值改变后传输到晶体管上的电压值也会相应改变。如图8所示，GP2Y1010AU0F外部有6根引脚，3脚和5脚直接与单片机的P15口和P10口相连，6脚为GP2Y1010AU0F的电源正极，4脚为GP2Y1010AU0F的电源负极。电源经过一个150欧姆的电阻后给GP2Y1010AU0F内部的LED进行供电，为了滤波，在给内部LED供电的同时并联一个电容到地，过滤掉电源中的纹波，保证测量精度。
图8 PM2.5传感器电路图
④徐连成.基于单片机空气质量检测系统[J].电子技术，2015年，07（卷）期：23.
3.6 温湿度检测模块
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。⑤它能够利用其内部自带的数字采集模块电路来进行温湿度采集，DHT11能够同时检测并输出温度和湿度，这是因为其内部传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件。每个DHT11传感器在出厂前都会在精度很高的环境中进行校准实验，校准系数以程序的形式储存在OTP内存中，这些系数在单片机进行读取温湿度信号的时候会调用得到。而且最主要的是，DHT11体积小，只要一个钢笔头大小，因而能在很多的场合使用。产品为4针单排引脚封装，很容易与其他模块进行连接，同时，DHT11还有很多的封装，可以在不同的环境中使用。DHT11与CPU的数据传输是采用单总线的方式，对其控制的时序有很严格的要求，在写程序的时候数据的采集必须间隔1s以上，否则采集将会失败。下图为DHT11实物图：
图9 DHT11实物图
根据其技术手册，可以列出如下的引脚功能表：
表2 引脚功能表
Pin 名称注释
1 VDD 供电3-5.5VDC
2 DA TA 串行数据，单总线
3 NC 空脚，请悬空
4 GND 接地，电源负极
因此，根据引脚表设计的DHT11的硬件设计图如图10所示，2脚为数据端，直接连接到单片机的P11号引脚。
⑤金敏.多通道温湿度采集系统的研究与实现[J]. 贵阳学院学报：自然科学版，2012年，2卷(期):41—43.
图10 DHT11硬件设计图
3.7 风速检测模块
风速难以直接测量，因此在本次设计中采用间接的方式进行风速测量，即制作一个轻质的风车，在风车的其中一片叶片上粘一个小的磁铁，当风吹过时，叶片跟随转动，此时叶片上的磁铁也会随之转动。因此，只要测量出叶片上的磁铁转动的速度，即可模拟测出此时的风速情况。叶片的转速测量可以考虑使用霍尔传感器进行测量。
由硬件设计原理可知，由于在一个风扇叶片上粘了一个小的磁片，当叶片转动时，霍尔传感器能够检测到磁场的变化，从而输出脉冲信号。霍尔传感器在检测到转动信号后从端口输出脉冲，单片机根据该脉冲信号处理而计算出叶片的转动速度，从而在软件内部直接将转速转换为风速，并控制显示在单片机上。
在本次设计中，不采用分离元件的霍尔传感器进行测量，而是采用霍尔传感器模块来进行测量。采用模块测量得出的结果也更为精准，下图为霍尔传感器的实物图，需要说明的是，最右边类似三极管的黑色物体即为分离元件的霍尔传感器。
图11 霍尔传感器实物图
由以上的实物图可以看出，模块除了两个电源引脚之外，还有一个脚为数据引脚，将其直接连接到单片机的IO口，电路如下图所示：
图12 霍尔传感器电路图
4. 程序设计
软件的设计也是本次设计的一个大重点，软件的主题架构为C语言架构，C语言由于其识读率高，易于查错，因此是单片机设计的最常见的语言。采用头文件的形式对其进行编程，由于单片机的头文件keil中没有配置，需要自己从STC单片机的官网进行下载。由于本次设计的程序内容较小，不需要在特定的软件编辑器中编辑，直接在keil 中进行编辑即可。但是需要注意的是，在keil中可以选在51类型的单片机，然后在程序中加载60S2的头文件即可。
4.1 主程序设计
系统的正常作离不开软件和硬件的相结合，当硬件设计完成后，即可对软件进行设计。软件设计可以根据系统功能来定制，软件的主要架构可以分为：
（1）主程序。主程序是程序的核心，所有的子程序的运行均有其统一控制，以执行各个头文件或子程序之间的协调工作。
（2）子程序。一个完整的系统基本上不可能只有一个子程序，必须要多个子程序结合调用，才能使程序发挥出最好的效果。各个模块的功能不尽相同，各个子程序的作用也不尽相同。
在本次设计中，软件也可以分为测量模块、AD转换子程序和LED显示模块，因此子程序主要有测量子程序、显示子程序和定时器控制子程序等等。程序的开始首先要对各个器件进行初始化，即定义各个器件的工作方式工作字，例如需要对中断进行初始化，打开系统中断，控制是下降沿触发还是低电平触发。同理，主程序需要完成对各个元器件进行此类初始化操作。
而同样，GP2Y1010AU0F需要程序对其初始化，定义工作字以及工作方式，再对其进行读一个字节和写一个字节，从而进行总线时序传输。值得注意的是，GP2Y1010AU0F 非常注重时序的结合，否则在实物焊接中测温会出现问题，比如不显示PM2.5或者显示
错误等情况。
综上所述，系统程序主程序不仅要完成初始化，还需要对各个器件的数据进行处理。GP2Y1010AU0F可以测量PM1.0与PM2.5，但是在本次设计中主要以显示PM2.5为主要功能，PM1.0的显示为预留。主程序的设计流程图如下：
图13 主程序流程图
4.2 显示程序设计
由数码管的设计结构可知，欲在显示器上显示数字“7”，只需要点亮三个段选端口，因为是共阴数码管，因此需要该三段为低电平，则LED显示“7”的代码编号是0000 0111即十六进制的0x07H。同理，6代码即为0x7D，由于数码管设计的特殊性，因此该种显示器能显示的字符有限，不能像LCD显示器一样显示多种字符。数码管的显示则可以分为动态显示和静态显示，静态显示只要发送特定的段码以及位码即可，而动态显示则是需要不断扫描不断发送才能在显示器上实时显示当前所测结果。具体的工作流程为：5V电源直接通过8050三极管的集电极，单片机则连接到三极管的基极，而发射机则分别连接数码管的各个位选端口。当单片机电平为高电平，三极管导通，电流从集电极转移到发射机，点亮数码管。单片机端口为低电平，则关闭数码管的显示。在此段中间需要加入点延时，否则显示器显示乱码。
而对于LCD1602，可以按照下图进行编写程序代码，初始化后直接进入写指令程序，然后写数据，控制显示后光标自动加一，每个显示方式都按照这种步骤去显示即可控制整个系统的显示。
开始
初始化
写指令
写数据
控制显示处理
光标加1
返回
图14 显示编程流程图
4.3 PM2.5程序设计
PM2.5程序流程图如下所示：
图15 PM2.5程序流程图
4.3.1 初始化程序设计
STC12C5A60AD2内部自带有AD转换，该型号的单片机AD转换口在单片机的P1口（P1.0-P1.7），有8路10位高速A/D转换器，速度可达到250KHz（25万次/秒）。由于可提供八路的输入AD转换，因此省略掉了很多的外部AD转换器。STC12C5A60S2单片机上电复位后P1口为弱上拉型I/O口，程序编写者可以根据需要设定任意一个口为AD转换口，而未设定为AD转换口的接口可以照常作为IO口使用。在本次设计中，
GP2Y1010AU0F用电压表示数据，因此需要一个自带有AD转换功能的单片机。将GP2Y1010AU0F的V o输出连接到单片机的P1.0口，并且在程序中将其配置为AD转换口，则可以直接实现单片机的内部AD转换。
4.3.2 驱动程序设计
如图16所示是驱动电平波形，由图可知要给传感器一个时间周期为10ms的驱动电平波，其中低电平占0.32ms。
图16 驱动电平波形
如图17所示是电压取样波形，由图可知要在低电平持续0.28ms后马上对电压进行取样。
图17 电压取样波形
如图18所示的是取样电压和灰尘的数值比例，这样可以根据测试到的取样电压，来算出灰尘浓度。
图18 灰尘与输出电压比例图
根据图19所示的结构图，当LED端口为低电平的时候，PNP三极管的发射结导通，驱动发光二极管进行发光。而当LED端口为高电平的时候，PNP三极管发射结截止，三极管不导通。V o是输出模拟电压，需要连接到STC12C5A60S2单片机的ADC转换引脚，由此可得输出电压值。此时对照电压和灰尘浓度的比例图，可计算出浓度值。根据原厂的datasheet，空气十分纯净时的输出电压为1.5V，典型值是0.9V。而根据图18所示，V o的范围是0.9~3.4V，3.4V所代表的即为空气重度污染。
图19 GP2Y1010AU0F内部构造图
4.4 温湿度程序设计
温湿度程序流程图如下所示：
图20 温湿度程序流程图4.4.1 启动程序编程
启动时的DHT11时序图如下图所示：
图21 启动时时序图
从上图可以看出：
（1）首先主机至少拉低电平18ms，接着置高电平20-40us，然后等待DHT11的应答；
（2）当DHT11检测到信号后，首先将总线拉低约80us，接着拉高电平80us作为应答信号，然后开始传输数据。
4.4.2 读取数据
读取数据的时序图如图22所示，由图中可以看出：
（1）DHT11 以低电平为有效信号，然后程序中将电平置为高电平，所有的信号输出都是低电平开始，高电平结束；
（2）DHT11在低电平的情况下输出0或1的时间是一致的，而在高电平时，输出0信号所持续的时间约26-28 us，输出1信号的时间约为70 us。
图22 DHT11 通信时序
如果单片机收到的是1，则采样后会保持一段时间的高电平，约为一个机器周期的时间，而下一个DHT11信号不满足时，重复循环上述步骤。
4.5 风速测量程序设计
风速测量程序可直接根据霍尔传感器测量的转速中得出。当霍尔传感器没有处于强烈的磁场中的时候，它的信号引脚输出的是高电平，反之，当有强烈的磁场时，它输出的是低电平。
那么测量风速的时候，把磁钢（其实就是产生磁场的磁铁）固定在扇叶上面，把霍尔传感器固定在一个距离磁钢比较近的位置，那么，当每旋转一圈，当磁钢运动到霍尔传感器附近时，霍尔传感器输出低电平，当磁钢远离霍尔传感器时，霍尔传感器输出高电平。也就是说电机每旋转一圈，霍尔传感器就输出一次低电平。那么只要测出两次输出低电平之间的时间间隔，然后再结合扇叶的周长就可以求出速度。软件编写的具体流程图如下图所示：
基于单片机的室内环境监测系统 随着人们生活水平的提高，对生活质量的要求也越来越高。室内环境作为人们生活的主要场所，其空气质量、温湿度等环境因素对人体的健康有着重要的影响。为了实时了解室内环境状况，基于单片机的室内环境监测系统应运而生。本文将介绍该系统的设计原理、组成部分、应用展望等方面。 单片机是一种集成度较高的微型计算机，具有功耗低、体积小、成本低等优点，因此在自动化控制、智能仪表等领域得到广泛应用。基于单片机的室内环境监测系统可以利用传感器采集室内环境的温湿度、CO2浓度、甲醛含量等参数，通过单片机进行处理和分析，来监测和控制室内环境。 室内环境监测系统主要包括数据采集、数据处理、数据显示和报警控制等部分。数据采集部分使用传感器采集室内的温湿度、CO2浓度等参数；数据处理部分通过单片机对采集到的数据进行处理和分析；数据显示部分将处理后的数据通过液晶屏或手机APP等方式展示给用户；报警控制部分则根据采集到的数据实时控制空调、新风等设备，以保证室内环境的质量。 传感器：室内环境监测系统需要使用多种传感器，如温湿度传感器、
CO2浓度传感器、甲醛传感器等。这些传感器的主要作用是采集室内的环境参数，并将其转化为电信号，传输给单片机进行处理。 执行器：执行器主要根据单片机的指令来调节和控制室内环境。例如，根据采集到的CO2浓度数据，单片机会发出指令调节新风系统的风量，以保证室内空气的新鲜度。 基于单片机的室内环境监测系统需要将各个组成部分集成到一起，才能实现完整的功能。各种传感器需要与单片机进行连接，以便于数据传输和处理。执行器也需要与单片机进行连接，以便于接收单片机的指令并执行相应的动作。还需要加入电源模块、显示模块和报警模块等辅助组件，以保证整个系统的正常运行。 基于单片机的室内环境监测系统具有广泛的应用前景。未来，随着物联网技术的发展，该系统可以实现与智能家居、智慧楼宇等系统的联动，形成一个完整的智能环境控制系统。通过云平台的引入，用户可以通过手机APP随时随地查看室内环境数据，并远程控制室内设备。随着技术的发展，该系统还可以通过机器学习等技术进行自适应调节，提高环境控制的精准度和稳定性。 基于单片机的室内环境监测系统具有实时、智能、节能等优点，将在未来的智能环境控制领域发挥越来越重要的作用。
单片机远程监测系统的通信协议与数据传输概述： 单片机远程监测系统是一种基于单片机技术的智能监测系统，能够实现对特定物体或环境参数的远程监测和数据传输。本文将探讨单片机远程监测系统中的通信协议与数据传输方案。 一、通信协议的选择 在单片机远程监测系统中，通信协议的选择是至关重要的。合适的通信协议能够确保系统的可靠性、稳定性和安全性。以下是几种常用的通信协议供参考： 1. RS-232/RS-485 RS-232/RS-485是一种串行通信协议，适用于远程监测系统的短距离通信。RS-232通信协议适用于单片机与个人电脑之间的通信，而RS-485通信协议适用于多个单片机之间的通信。RS-232和RS-485通信协议具有传输速度快、抗干扰能力强等优点。 2. Zigbee Zigbee是一种无线通信协议，适用于单片机远程监测系统的无线传输。Zigbee 通信协议具有低功耗、低成本、大容量等特点，适用于对电量要求较低的远程监测系统。 3. Wi-Fi Wi-Fi是一种无线局域网通信协议，适用于单片机远程监测系统中大规模数据传输。Wi-Fi通信协议具有较高的传输速度和较大的传输范围，适用于对数据实时性要求较高的场景。 4. LoRaWAN
LoRaWAN是一种低功耗广域网通信协议，适用于远距离传输。LoRaWAN通 信协议具有远距离传输的能力，适用于需要远程监测的场景，如农业、环境监测等。 二、数据传输方案 选择合适的数据传输方案对于单片机远程监测系统至关重要。以下是几种常见 的数据传输方案供参考： 1. 实时传输 实时传输是指将监测系统所收集到的数据实时传输到监控中心或用户手机等设 备上。实时传输方案可以通过无线或有线方式实现，如使用Wi-Fi或Zigbee通信 协议进行数据传输。实时传输方案对数据的时效性要求较高，适用于对实时监测数据有需求的场景。 2. 批量传输 批量传输是指定时将监测系统所收集到的数据批量传输到监控中心或用户手机 等设备上。批量传输方案可以通过无线或有线方式实现，如使用RS-485通信协议 进行数据传输。批量传输方案对数据的时效性要求较低，适用于对数据实时性要求不高的场景。 3. 存储传输 存储传输是指将监测系统所收集到的数据先存储在存储装置中，再通过无线或 有线方式将存储的数据传输到监控中心或用户手机等设备上。存储传输方案可以通过SD卡等存储装置实现，再通过RS-232或Wi-Fi等通信协议进行数据传输。存 储传输方案适用于对数据容量要求较高、数据实时性要求不高的场景。 三、数据传输安全性保障 在单片机远程监测系统中，数据传输的安全性是非常重要的，可以采取以下措 施保障数据传输的安全：
基于单片机的环境监测系统 专业：电子信息工程 摘要随着时代的发展，21世纪的电子产品也越开越丰富，伴随着电子产品的快速发展，电子测量的应用也越来越广泛，不再局限于军事，转向民用发展。更加使得电子测量技术的到极大的发展。数字信号有着良好的抗材料本身干扰和环境干扰的能力，所以，现在市面上的模拟信号产品逐渐被数字信号产品代替，并且使得测量产品越来越方便。根据市场调查，虽然市场上有很多关于环境监测系统测试仪，但大多数是应用于空气，湖泊，海洋，河流等大型检测系统，关于检测农业环境的室内小型检测系统市面上却很少，所以，设计一个小型简单方便使用的农用检测系统对于农业大棚提高产量，解决环境变幻对农业大棚的损坏，有很大的社会意义。 关键词：单片机环境检测农业 Environment monitoring system based on single chip microputer Abstract With the development of the era, as the electronic products are rich in the 21st century, along with the rapid development of electronic products, electronic measurement is being more and more widely applied, no longer restricted to military and civilian development. More to the great development of electronic measurement technology. Digital signal has a good ability to resist interference and environmental interference material itself, so, now the analog signals of products on the market is gradually replaced by digital signal products, and the measurement products is more and more convenient. According to the survey of the market, although there're a lot about the environmental monitoring system tester on the market, but most is applied in the air, lakes, oceans, rivers, large detection systems, such as indoor small detection system about the detection of agricultural environment, but few on the market, therefore, to design a small simple and easy to use agricultural detection system for agriculture greenhouses to increase production, to avoid bad weather outside. Key word Single chip microputer Environment detection system Agricultural greenhouse
1. 引言 1.1 温室控制系统设计背景 中国农业的发展必须走现代化农业这条道路，随着国民经济的迅速增长，农业的研究和应用技术越来越受到重视，特别是温室大棚已经成为高效农业的一个重要组成部分。现代化农业生产中的重要一环就是对农业生产环境的一些重要参数进行检测和控制。例如:空气的温度、湿度、二氧化碳含量、土壤的含水量等。在农业种植问题中，温室环境与生物的生长、发育、能量交换密切相关，进行环境测控是实现温室生产管理自动化、科学化的基本保证，通过对监测数据的分析，结合作物生长发育规律，控制环境条件，使作物达到优质、高产、高效的栽培目的。以蔬菜大棚为代表的现代农业设施在现代化农业生产中发挥着巨大的作用。大棚的温度和湿度参数，直接关系到蔬菜和水果的生长。国外的温室设施己经发展到比较完备的程度，并形成了一定的标准，但是价格非常昂贵，缺乏与我国气候特点相适应的测控软件。而当今大多数对大棚温度、湿度的检测与控制都采用人工管理，这样不可避免的有测控精度低、劳动强度大与由于测控不与时等弊端，容易造成不可弥补的损失，结果不但大大增加了成本，浪费了人力资源，而且很难达到预期的效果。因此，为了实现高效农业生产的科学化并提高农业研究的准确性，推动我国农业的发展，必须大力发展农业设施与相应的农业工程，科学合理地调节大棚温度、湿度，使大棚形成有利于蔬菜，水果生长的环境，是大棚蔬菜和水果早熟、优质、高效益的重要环节[1]。 影响作物生长发育的环境条件主要包括:温度、湿度、光照、CO2浓度、土壤等。所有这些环境条件之间是相互作用、相互联系、相互耦合的，某个控制变量发生改变，会影响其它控制变量的变化。作物的生长发育是所有这些环境条件综合作用的结果。温度和湿度一直是人类关注的对象，这两种环境因素时刻影响着人们的生产和生活，下面主要就温度和湿度对作物的影响进行简略说明。
通过单片机实现智能水质监测系统智能水质监测系统是一种基于单片机技术的高效、准确的水质监测 设备。随着现代工业的发展和城市化进程的加速，水质污染已经成为 一个普遍存在的问题。因此，对水质进行监测和分析显得尤为重要。 本文将介绍通过单片机实现智能水质监测系统的原理和方法，并探讨 其在实际应用中的优势和发展前景。 智能水质监测系统主要由传感器、单片机、显示屏和数据存储模块 等组成。传感器用于监测水质参数，例如温度、PH值、溶解氧、浑浊 度等。单片机则负责采集传感器数据，经过处理后将结果显示在显示 屏上。同时，数据存储模块可以将采集到的数据进行存储，以备后续 分析和比较。 在实际应用中，智能水质监测系统具有以下几个优势。首先，通过 单片机技术可以实现对多个水质参数的同时监测，大大提高了监测效 率和准确性。传统的水质监测通常需要使用独立的仪器和设备进行测试，耗时耗力且结果不一定准确。而智能水质监测系统则能够一次性 获取多个参数的数据，准确度更高。 其次，智能水质监测系统通过单片机的实时处理能力，可以随时监 测水质参数的变化情况，并及时发出警报。当水质出现异常时，系统 会自动报警，提醒用户采取相应的措施。这种实时监测和预警的功能，能够有效防止因水质污染引发的健康问题和环境破坏。 另外，智能水质监测系统还可以与互联网相连，实现远程监控和数 据共享。通过将系统与云平台相连接，用户可以远程查看水质数据，
并进行数据分析和比对。这种方式不仅方便了用户，还为研究人员和监管部门提供了大量的水质数据，有助于更好地监控和管理水资源。 随着科技的不断进步，智能水质监测系统也在不断发展。当前，一些新的技术正在被应用到智能水质监测系统中，例如人工智能和物联网技术。通过人工智能算法的引入，系统可以更加准确地预测和分析水质趋势，提前做出相应的应对。物联网技术则可以实现与其他设备的互联互通，进一步提高系统的智能化水平。 综上所述，通过单片机实现智能水质监测系统具有多个优势。它不仅提高了水质监测的效率和准确性，还具备实时监测和预警、远程监控和数据共享等功能。随着科技的发展，智能水质监测系统还将不断创新和完善，为保护水资源和维护人类健康发挥更加重要的作用。希望本文可以对读者了解智能水质监测系统的原理和应用有所帮助。
单片机远程监测系统在环境监测中的应用研 究 近年来，随着环境污染问题日益突出，环境监测变得越来越重要。单片机远程监测系统作为一种先进的监测技术，具有实时性强、操作便捷、经济实惠等优势，已经广泛应用于环境监测领域。 一、单片机远程监测系统的基本原理和结构 单片机远程监测系统主要由传感器、信号传输模块、单片机及外围电路、数据存储和显示设备等组成。传感器负责采集环境所需监测的参数，如温度、湿度、气体浓度等；信号传输模块通过无线或有线方式将采集到的数据传输给单片机；单片机负责数据的处理和存储，并将存储的数据显示出来供操作人员查看。 二、单片机远程监测系统在环境监测中的应用 1.大气污染监测 单片机远程监测系统可以实时监测空气中的有害气体浓度，如二氧化硫、一氧化碳、臭氧等，并将监测结果传输到远程服务器或云平台上，方便环保部门进行数据分析和处理。同时，系统还可以根据监测结果自动触发报警装置，提醒周围居民注意空气质量。 2.水质监测 通过单片机远程监测系统，可以监测水体中的溶解氧、PH值、电导率、浊度等指标。利用传感器采集到的数据，可以进行水质评估和分析，及时发现并预警水质异常情况，防止水质污染对生态环境和人民生活的影响。 3.土壤质量监测
单片机远程监测系统可以监测土壤中的温度、湿度、酸碱度等参数，及时掌握土壤的状况。在农业生产中，可以根据土壤监测结果，合理调整灌溉量、施肥量和作物种植方式，提高农田的产量和质量。 4.噪声监测 利用单片机远程监测系统，可以实时监测噪声污染的程度和分布情况。通过对噪声数据的分析，可以采取相应的措施来降低噪音污染对人们的危害。 5.电磁辐射监测 单片机远程监测系统可以监测电磁辐射的强度和频率，并将监测结果传输到云平台上。通过对电磁辐射数据的分析，可以评估辐射对人体健康的影响，为电磁辐射防护提供科学依据。 三、单片机远程监测系统的优势和挑战 1.优势： （1）实时性强：单片机远程监测系统可以实时采集、传输和处理数据，及时反映环境变化。 （2）操作便捷：系统的操作界面简单明了，用户可以通过手机或电脑远程监控环境状态。 （3）经济实惠：相比于传统的监测设备，单片机远程监测系统成本较低，适用于大规模的应用。 2.挑战： （1）数据传输安全性：在数据传输过程中，需要保障数据的安全性，以防止数据被恶意篡改或泄漏。
基于单片机的室内环境监测系统设计 基于单片机的室内环境监测系统设计 室内环境监测是一项重要的任务，对于我们的健康和生活质量至关重要。随着科技的不断发展，我们可以利用单片机技术设计出一套高效、精确的室内环境监测系统，用于实时监测和分析室内环境的质量。 一、引言 如今，随着经济发展和生活水平的提高，人们对于室内环境的要求也越来越高。拥有一个舒适、健康的室内环境是我们日常生活中的一个重要需求。然而，不同的环境因素（如温度、湿度、空气质量等）对于人体的影响是多样而复杂的，因此有必要建立一套有效的环境监测系统来全面了解并改善室内环境质量。 二、系统设计 基于单片机的室内环境监测系统主要由三个部分组成：硬件部分、软件部分和数据处理与分析部分。 1. 硬件部分 硬件部分包括传感器模块和单片机模块。传感器模块负责采集不同的环境参数，例如温度、湿度、有害气体浓度等，而单片机模块（如Arduino）则负责对传感器数据进行采集、处 理和存储。常见的传感器包括温湿度传感器、甲醛传感器、一氧化碳传感器等。这些传感器通过模拟信号与单片机进行连接，将传感器数据转换为数字信号。 2. 软件部分 软件部分是将单片机与传感器进行连接的关键。在系统设计中，我们可以使用Arduino IDE或其他单片机编程软件来编
写代码。通过编程，我们可以实现传感器数据的读取、处理与显示，并设置相应的阈值来提醒用户当前室内环境的状况。 3. 数据处理与分析部分 数据处理与分析部分是系统的核心功能之一。通过单片机采集到的数据，我们可以进行一系列的处理与分析，从而了解室内环境的质量状况。例如，我们可以通过温湿度数据来判断室内是否存在潮湿问题，通过有害气体浓度数据判断空气是否存在污染等。同时，我们可以将采集到的数据进行存储和统计，以便后期分析和改善。 三、系统特点与应用 基于单片机的室内环境监测系统具有以下特点和应用： 1. 实时监测：通过单片机和传感器的联动，系统能够实 时监测室内环境的各项参数，并及时提醒用户。 2. 高精度：传感器模块采用了先进的传感技术，具有高 精度和可靠性，能够准确地测量和检测室内环境的各项参数。 3. 全面分析：系统采集到的数据可以进行多维度分析， 包括温湿度、有害气体等，帮助用户全面了解室内环境的质量。 4. 环境改善：通过监测和分析，用户可以根据系统提供 的数据和建议，采取相应的措施来改善室内环境质量，提高生活质量。 此外，基于单片机的室内环境监测系统还可以广泛应用于各个领域，如家居、办公室、工厂等。通过监测室内环境的参数，系统可以帮助用户提前发现潜在的安全隐患，并对其进行及时修复。同时，这些数据还可以为室内装修设计和环境规划提供科学的参考依据。 四、总结 基于单片机的室内环境监测系统是一项创新性的技术，它
单片机远程监测系统研究背景及意义研究背景 单片机远程监测系统是一种将单片机技术与网络通信相结合的监测系统。随着 科技的发展和物联网的兴起，远程监测系统在各个领域的应用越来越广泛，如环境监测、能源管理、工业自动化等。这些领域对于实时监测和远程操作的需求日益增长，促使了单片机远程监测系统的发展和研究。 在传统的监测系统中，通常需要人员实地巡视和手动收集数据，存在着效率低、成本高、易受环境限制等问题。而单片机远程监测系统则能够通过网络连接实现远程数据采集、传输和控制，大大提高了监测的准确性和效率，降低了人力成本和环境限制。 意义 1.实时监测能力: 单片机远程监测系统通过传感器实时采集待监测对象的数据，并通过网络将数据传输到远程监控中心，从而可以实时监测被监测对象的状态。这对于一些需要及时响应的应急情况或关键性操作非常重要，如环境监测中的火灾、气体泄漏等。 2.数据远程传输: 单片机远程监测系统可以通过网络将采集到的数据传输到远 程监测中心，实现了数据的远程传输和实时访问。这为用户提供了随时随地监测被监测对象的能力，无需实时到达现场，提高了监测的灵活性和便捷性。 3.远程操作控制: 单片机远程监测系统不仅可以实时监测被监测对象的状态， 还可以通过网络远程控制被监测对象的操作。例如，在工业自动化领域，可以通过远程监测系统实现对于设备的远程控制，提高生产效率和安全性。
4.降低成本: 传统的监测系统需要大量人力投入和实地巡视，而单片机远程监 测系统则可以实现自动化和远程化的监测操作，减少了人力成本和巡视频率。此外，单片机芯片成本相对较低，整体系统的部署和维护成本也较低。 5.提高环境适应能力: 单片机远程监测系统可以通过网络传输实时数据和远程 控制，使监测操作不再受限于现场环境。无论是在恶劣环境下的矿山监测，还是远离的海洋监测，单片机远程监测系统都具备良好的环境适应能力。 总结 单片机远程监测系统的研究背景和意义在于提供了一种高效、准确、便捷的监 测方式。它的实时监测能力、数据远程传输、远程操作控制、成本降低和环境适应能力等特点，使其在各个领域的应用具有广阔的前景。未来随着物联网和人工智能的发展，单片机远程监测系统的研究和应用将进一步深入，促进智能、自动化的监测系统的发展。
本科毕业论文（设计）开题报告 姓名 学号 所在专业 电子信息工程 论文（设计）题目 基于单片机的环境监测系统 选题的目的和意义： 随着电子技术的迅猛发展，环境监测的方法也不断改进，尤其是以计算机系统为基础的环境监测手段更加便利、快捷，广泛适用于农业温室限制和日常家庭生活等。随着社会的不断发展，人们对农产品的需求越来越高，传统能也生产方式已经远不能满意社会的须要，而随之诞生的现代农业技术愈来愈受到人们的青睐，温室大棚就是其中一种。我们知道，农作物的生长受到光照、温度、湿度和压强等多重因素的共同作用，而温室可以借助计算机系统模拟植物生长的气候条件，供应最佳的生长环境以避开因外界恶劣气候等不利因素的影响，进而提高农作物的产量。此外，室内空气质量对人们的日常生活也产生了重要影响，相宜的温湿度能给人舒适感，而有害气体的散发却严峻损害人体健康。因此，如何限制室内温度、湿度、气压等影响空气质量的因素显得至关重要。而传感器技术的发展为我们解决这个问题找到了突破口，我们可以运用单片机协作传感器实时采集环境数据并进行处理实现 自动限制。 文献综述（国内外探讨现状、探讨方向、进展状况、存在问题等，并列出所查阅的主要国内外参考文献，要求3000字以上）： 1、国外探讨现状、探讨方向及发展趋势 国外对于环境监测技术的探讨较早，就温室限制而言，始于20世纪70年头。从组合仪表，采集、记录、限制待监测地信息到80年头末的分布式限制系统再到目前正在研发当中的基于计算机的数据采集的综合限制系统。历经四十多年的发展，环境监测测限制技术日新月异，研制自动化、微型化、无人化的智能监测限制系统成为各国追求的目标。在日本，凭借其先进的计算机技术，将各种植物生长发育不同阶段所须要的环境因素编写成计算机程序，对温室环境因素进行相应的调整，当某一因素发生改变时（如光照），在计算机的限制之下其他因素（如湿度、温度、CO2浓度等）随之作出适当的修正或调整，始终保持各个环境因素为最佳协作状态，另外，为实现播种、浇灌、喷药等作业的自动化，日本还研制了蔬菜塑料大
基于STM32单片机家电控制及家居环境监测系统设计与 实现 基于STM32单片机家电控制及家居环境监测系统设计与实现 一、引言 随着科技的不断发展，智能家居已经成为了当今社会新的发展趋势，家电设备的自动化控制更是其中的一个重要方面。本文将介绍一个基于STM32单片机的家电控制及家居环境监测系统的设计与实现，该系统可以方便、智能地控制家中各种家电设备，并实时监测家居环境，提供舒适、安全的居住环境。 二、系统设计 1. 硬件设计 （1）主控模块：选用STM32F103C8T6单片机作为主控模块，该单片机性能优异，具有丰富的外设资源，非常适合家电控制及环境监测系统的设计； （2）传感器模块：选择温湿度传感器DHT22，光照传感器 BH1750，气压传感器BMP180和人体红外传感器PIR作为家居环境监测的传感器模块； （3）通信模块：采用WIFI模块ESP8266作为通信模块，实现与智能手机的远程交互； （4）继电器模块：选用继电器模块控制家电设备的开关，如灯光、风扇、空调等； （5）其他模块：如键盘、液晶显示屏等辅助功能模块。 2. 软件设计 （1）系统架构：采用多任务操作系统RTOS进行任务管理与调度，主要分为家电控制任务和环境监测任务两个模块；
（2）家电控制任务：通过读取用户输入的指令，控制继电器 模块实现家电设备的开关控制。用户可以通过手机APP或按键输入指令，系统接收指令后进行解析，并通过串口与继电器模块通信，控制家电设备的开关； （3）环境监测任务：定期读取温湿度、光照和气压传感器的 数据，并进行数据处理与分析。系统可以根据环境数据进行自适应控制，如温度过高时自动打开空调等。同时，将数据通过串口发送给通信模块，实现与手机APP的远程交互； （4）通信任务：系统与手机APP通过WIFI模块进行远程通信。手机APP可以实时获取家居环境数据、控制家电设备的开关，并进行远程监控与管理。 三、系统实现 在开始实现系统之前，首先要完成硬件的搭建与连接。将各个模块按照设计连接好，并进行相应的电源供应与地线接入。接下来，进行软件的编程与调试。 在主控模块中，使用C语言进行编程，通过编写相应的任务函数实现各个任务的功能。其中家电控制任务主要负责解析用户指令和控制继电器模块，环境监测任务则负责读取传感器数据并进行处理，通信任务负责与手机APP进行数据交互。 四、系统测试与优化 经过初步实现后，需要进行系统的测试与优化。首先进行功能测试，验证系统各个功能是否正常运行。然后进行集成测试，测试整个系统的整体性能与可靠性。在测试过程中，需要注意记录系统的各种异常情况，并进行调试与优化。 在完成系统测试后，可以对系统进行进一步的优化与扩展，如增加安全防护机制，增加维护功能等，以提升整个系统的可靠性与安全性。
基于单片机的室内环境多参数监测系统设计 随着社会的发展和科技的进步，人们对室内环境的质量要求越来越高，传统的室内监 测方式已经无法满足需要了。基于单片机的室内环境多参数监测系统是一种新型的监测系统，可以对室内温度、湿度、氧气浓度和PM2.5等多个参数进行监测，并可以通过智能化 控制提供相应的解决方案。 一、系统硬件设计 本系统主要由单片机、传感器、LCD屏幕、蜂鸣器、LED指示灯等硬件组成。其中单 片机采用STM32F103ZET6芯片，传感器包括温湿度传感器、氧气浓度传感器和PM2.5传感器。LCD屏幕用于显示当前的环境参数，蜂鸣器用于发出警报信号，LED指示灯用于显示 当前的运行状态。 本系统主要有三个功能模块，分别是环境监测模块、数据处理模块和智能控制模块。 1.环境监测模块 该模块主要负责对室内的环境参数进行监测，实时获取环境中的温度、湿度、氧气浓 度和PM2.5等参数，并将数据传输给数据处理模块。在监测过程中，如果环境参数超过设 定的阈值，系统就会自动发出警报信号并通过LCD屏幕进行提示。 2.数据处理模块 该模块主要负责处理从环境监测模块中传输过来的数据。它会对数据进行分析和处理，比如可以对环境参数进行统计分析，并将数据显示在LCD屏幕上。同时，数据处理模块还 可以根据当前的参数状态，自动调整环境参数，从而改善室内环境质量。 3.智能控制模块 该模块主要负责根据当前环境参数状态，自动控制相关设备的运行情况，从而实现智 能化控制。比如可以自动控制空调的开关，或者自动开启新风系统来改善室内环境质量。 同时，智能控制模块还可以通过网络通信将环境数据发送给外部设备，比如手机、电脑等。 三、系统优势 本系统的优势主要有以下几点： 1.多参数监测 本系统可以同时监测多个环境参数，包括温度、湿度、氧气浓度和PM2.5等参数，从 而能够全面地了解室内环境的状态。 本系统可以通过智能化控制来改善室内环境质量，比如自动调节空调温度、控制新风 系统等。
基于单片机的室内环境监控系统设计 基于单片机的室内环境监控系统设计 随着人们生活水平的提高，室内环境的质量监控变得越来越重要。基于单片机的室内环境监控系统可以实时监测室内的温湿度、空气质量等参数，保证室内环境的舒适度和安全性。本文将介绍一种基于单片机的室内环境监控系统的设计。 一、系统总体设计 基于单片机的室内环境监控系统主要由单片机、传感器、显示屏、报警装置等组成。其中，单片机作为系统的核心部件，负责采集传感器数据、处理数据、控制显示屏和报警装置。 二、硬件选择 1.单片机：选用AT89C51单片机，它具有低功耗、高性能的特点，能够满足系统的设计要求。 2.传感器：选用DHT11温湿度传感器和MQ-2气体传感器，它们能够实时采集室内的温湿度和空气质量参数。 3.显示屏：选用1602液晶显示屏，它可以显示室内的温湿度和空气质量数据。 4.报警装置：选用LED灯和蜂鸣器，当室内环境超出预设范围时，报
警装置将自动启动。 三、软件设计 1.系统初始化：在系统上电后，需要先对单片机、传感器、显示屏等硬件进行初始化。 2.数据采集：通过单片机控制传感器，实时采集室内的温湿度和空气质量数据。 3.数据处理：将采集到的数据进行处理，转换成实际数值，并与预设的舒适范围进行比较。 4.控制显示屏：将处理后的数据通过显示屏展示出来，让用户直观地了解室内环境情况。 5.控制报警装置：当室内环境超出预设范围时，通过单片机控制报警装置进行报警。 四、系统测试与调试 在完成系统设计和硬件组装后，需要进行系统测试与调试，确保系统能够正常工作。具体测试内容包括： 1.传感器测试：检查传感器是否能够正常采集数据，并将数据传输给单片机。
基于单片机的无线智能家居环境远程监控系统设计 智能家居技术的快速发展为人们的生活带来了极大的便利和舒适。然而，在工作或旅行期间，人们常常面临无法实时监控家里环境的问题。为了解决这一难题，本文将介绍一种基于单片机的无线智能家居环境远程监控系统的设计。 1. 系统概述 无线智能家居环境远程监控系统由三部分组成：物联网设备、数据传输系统和远程控制终端。物联网设备通过感应器采集环境数据，并通过单片机进行处理和控制。数据传输系统采用无线通信技术将采集到的数据发送给远程控制终端。远程控制终端可以通过手机应用程序或者互联网实现对家居环境的监控和控制。 2. 硬件设计 2.1 单片机选择 本系统采用了一款性能稳定、功耗低的单片机作为主控芯片，具备丰富的周边接口和强大的处理能力。 2.2 传感器选择 系统中使用了多个传感器来采集环境数据，如温湿度传感器、烟雾传感器、光照传感器等。通过这些传感器可以实时获取居家环境的相关数据。 2.3 无线通信模块选择 为了实现数据的远程传输，系统中采用了无线通信模块，如 Wi-Fi或蓝牙模块。这样可以在不同的网络环境下实现对家居 环境的监控和控制。 3. 软件设计
3.1 嵌入式软件设计 系统中的嵌入式软件采用C语言编写，并通过单片机的编译器进行编译和调试。嵌入式软件主要负责采集传感器数据、控制执行器和无线通信模块等功能。 3.2 服务器端软件设计 系统中的服务器端软件负责接收和处理从物联网设备发送过来的数据。服务器端软件可以实现数据的存储和分析，并将处理后的数据发送给远程控制终端。 3.3 远程控制终端软件设计 远程控制终端软件可以通过手机应用程序或者网页实现对家居环境的监控和控制。用户可以通过远程控制终端实时获取环境数据、设置家居环境参数、接收报警信息等。 4. 系统特点 4.1 安全性 系统中的数据传输采用了加密算法，保证了数据的安全性，防止数据被未经授权的用户窃取。 4.2 实时性 系统可以实时采集环境数据，并将其传输到远程控制终端。用户可以随时随地通过手机应用程序或互联网来监控家居环境，获得及时的环境信息。 4.3 扩展性 系统可以根据用户的需求扩展更多的传感器和执行器，实现对更多环境参数的监控和控制。用户可以根据自己的需要定制系统，满足个性化的需求。 5. 总结 本文介绍了一种基于单片机的无线智能家居环境远程监控系统的设计。该系统以物联网设备为基础，通过数据传输系统实现
基于单片机的植物生长环境智能控制系统植物是地球上最基本的生物种群之一，它们为我们提供了氧气、食物和美丽的景观。然而，不同植物对生长环境的需求并不相同，为了确保植物可以健康地成长，我们需要对其生长环境进行监控和调控。在这种背景下，基于单片机的植物生长环境智能控制系统应运而生。 一、概述 基于单片机的植物生长环境智能控制系统是一种能够实时检测植物生长环境并自动控制关键参数的技术系统。通过植物生长环境的智能监测和精确控制，该系统能够提供适宜的光照、温度、湿度和营养物质等条件，从而最大限度地促进植物的生长发育。 二、系统组成 基于单片机的植物生长环境智能控制系统主要由以下组件组成： 1. 传感器：该系统配备了多种传感器，用于实时监测植物生长环境的各种参数。例如，光敏传感器用于检测光照强度，温度传感器用于监测温度变化，湿度传感器用于测量空气湿度等。 2. 单片机：作为系统的核心控制单元，单片机负责接收传感器采集到的数据，并根据预设的控制算法进行判断和处理。通过单片机的智能控制，可对环境条件进行实时调整。
3. 执行器：执行器是系统的输出部件，用于调整植物生长环境的关 键参数。例如，电磁阀用于控制水分的供给，风扇用于调节空气循环，LED灯用于提供适宜的光照等。 4. 用户界面：系统还配备了用户界面，用户可以通过该界面实时查 看植物生长环境的各种参数，并进行手动或自动的调控操作。用户界 面通常采用液晶显示屏或者手机应用程序实现。 三、系统工作原理 基于单片机的植物生长环境智能控制系统的工作原理如下： 1. 数据采集：系统中的传感器实时采集植物生长环境的各项数据， 包括光照、温度、湿度等。 2. 数据处理：单片机接收传感器采集到的数据，并进行预设的控制 算法分析和处理。根据植物的生长特性和环境需求，单片机判断当前 环境是否符合要求，并生成相应的控制信号。 3. 控制执行：通过执行器，系统根据单片机生成的控制信号，实现 对植物生长环境的自动调控。例如，如果湿度过低，系统会控制电磁 阀开启水源，补充水分；如果温度过高，系统会启动风扇，增加空气 流通等。 4. 用户交互：用户可以通过系统的用户界面查看当前植物生长环境 的各种参数，并进行手动干预。用户界面同时还提供了自动模式，系 统可以根据预设的生长条件自动进行调控。 四、系统优势
基于单片机的实验室智能环境监测系统 的设计与制作 摘要：针对当前高校实验室环境条件无法监控，且实验室环境因数影响实 验仪器、实验结果等问题，设计一种以STC89C52开发板为核心，具有多种数据 采集，LCD显示数据、蜂鸣器报警和无线WIFI传输监测数据等功能。该系统测量 精度高，具有较好的移植性和易用性。在不影响现有实验室的教学进行前提下， 实现智能环境监测。 关键词：STC89C52单片机；传感器；环境监测；WIFI 1引言 在智能化建设普遍实行的时代下，高校实验室安全环境监测是一个十分重要 的部分。实验室的环境参数直接影响实验仪器的寿命，以及实验结果的准确性。 同时实验室具有利用率高、人员集中且流动性大等特点，如何保证现有实验室的 教学活动不受影响，实时掌握实验室的环境参数数据，并及时发现实验室的异常 隐患，已成为实验室管理中不可缺少的一环。 基于上述背景，本文设计了基于STC89C52单片机的实验室智能环境监测系统，通过温湿度传感器、光照强度传感器、烟雾传感器、粉尘传感器实时对高校 实验室环境中的温湿度、粉尘、烟雾和光照强度等数据进行有效的采集并在液晶 显示屏上显示，同时具有蜂鸣器报警并通过WIFI模块，实现数据的无线传输。 2系统设计 本系统以STC89C52单片机为核心，融合4类传感器，分别是温湿度传感器、光强采集电路、粉尘传感电路、烟雾传感器实现自动检测。同时搭配LCD显示电路、WIFI电路和报警电路，系统框图如图1所示，可以实现如下功能：
（1）实时检测当前环境中的温湿度、光照强度、烟雾的浓度和粉尘浓度，并将数值显示在液晶显示屏上； （2）当烟雾浓度高于阈值时，触发报警电路，等待处理，直到烟雾浓度低于阈值时，停止报警，同时，当粉尘浓度与温湿度低于或高于阈值时也会触发报警。 （3）利用WIFI模块可以将设备与手机APP相连接，可以实时将监测数据发送到手机上。 图1 系统框图 3硬件设计 3.1 单片机最小系统 本系统单片机最小系统以AT89C52为主控芯片，因为AT89C52内部有8字节可编程的 Flash 闪速存储器，所以在组成最小系统时只需要有晶振电路、复位电路等外围电路组成，不需要外扩程序存储器，其最小系统电路图如图2所示。其中复位电路由10μF的有极性的电容C1、复位按键S1和10k电阻R1组成，其中R1和C1组成 RC 振荡器，单片机工作所需的信号脉冲由晶振电路提供，由电容 C2、C3和11.059 2 MHz 晶振Y1组成。单片机运行过程中出现死机时，按下复位按键S1后，该电路的RST端为高电平，给单片机的9号引脚一个高电平信号使系统重新工作，当没有按下复位按键S1时，电源给电容C1充电。
摘要 温度，湿度和照度是界定环境不可缺少的参数，测量准确的钡量至关重要。针对我国现有温湿度控制系统检测存在的存在成本高、群网不足、环境要素单一等问题，该研究的目的在于开发一个温湿度远程控制系统，该系统主要是用于实时监测室内湿度、照度变化。以STM32单片机作为主要原件，该系统可以利用网络远程观测与监控室内的光度、湿度与温度的变化情况。 在该系统中，包括硬件设施与软件设施，其中硬件主要是STM32单片机、以及数据采集、网络接口等模块。以室内监控为背景低功耗STM 32F 103C8T6芯片机主芯片的无线环境监测系统。在这里数据收集模块采用温湿度传感器DHT11，光照度传感器BH1750进行环境因子测量，STM32通过ESP8266-01S接入网实现远程控制，处理数据并发送显示，显示模块采用0.96 OLED技术，利用显示模块来观测温度、湿度、照度等，实现这些因素的实时监控。此外系统中还设有当温度、湿度值和光照值超过时用蜂鸣器报警的报警模块。注意对用户采取必要措施。 据了解，温度和湿度是定义环境不可或缺的参数，对于准确测量具有重要意义。这个系统的设计考虑了人们长期居住的场所和职场的室内空气质量。C语言是该系统的主要编写程序，在该软件的基础上，我们可以实时监控并观察湿度、照度等因素。工程价格和人工费低可靠性高，有免维护等优点。适合室内环境参数的监控。有适用的前景。这个系统体积小便携性高，耗电低，能够进行远程无线数据通信，存储测定结果。设计成本低,可靠性高。适用于室内环境参数监测，具有广阔的市场应用前景。还具有设计成本和人力成本低，免维护等优点。适用于室内环境参数的监测。是有未来的。 关键词：STM32单片机；传感器；串行通信； 第1章绪论 1.1 课题研究的目的和意义 随着科技的快速发展，民众的生活条件以远超以往，民众对美好生活的向往也更加明显。在改善生活条件的过程中，提供良好生活环境是关键因素。可是因为目前经济发展速度过快，给我们的生态环境造成许多不良影响，造成了大量的环境污染，雾霾问题、水土
本设计主要山温湿度检测、烟雾检测电路、报警电路、显示电路和人体检测等模块组成。温湿度检测部分使用的是DHT11这种型号的温湿度传感器。DHT11是一种单总线型数字式温湿度传感器，它具有误差小、分辨率高、抗干扰能力强等特点。在烟雾检测电路模块当中，利用气体传感器曲-2与ADC0832模数转换器实现基本功能。通过这些传感器和芯片，当环境中可燃气体浓度或有毒气体等发生变化时系统会发出相应的灯光报警信号和声音报警信号，以此来实现火灾报警，智能化提示。人体检测部分，是通过HC-SR501模块实现，其主要工作原理就是将感应到的红外热辐射信号转换成电信号，再将其放大输出。如果检测到危险信号，就会将信号传送给单片机，再经单片机处理，然后控制蜂鸣器和LED点亮发出警告。 本设计还可以在各种防盗场合下得到应用，比如家居防盗、仓库防盗等。温湿度、烟雾和人体防盗检测是三种最基本的环境参数，其测量方法和装置对现在的生活、生产具有重要的意义。 关键词：温湿度检测;MQ-2传感器；烟雾报警；热释电红外传感器；防盗报警器 1
ABSTRACT he design is mainly composed of temperature and hunudity detection, smoke detection circuit, alarm circuit, display circuit and human detection module. Tlie temperanire and humidity test section uses die DHT11 temperature and hiumdity sensor. DHT11 is a single bus digital temperature and humidity sensor. It has the advantages of small error, high resolution, strong anti・interfbi:ence ability and so on. In tlie smoke detection circuit module, the gas sensor MQ-2 and die ADC0832 analog to digital converter are used to realize the basic fimctions. Through these sensors and chips、when the combustible gas concentration in die environment or toxic gas changes the system sends out die correspondmg light alarm signal and sound alarm signal, m order to realize the mtelligeiit fire alarm prompt. Tlie human detection part is realized by the HC-SR501 module. The mam principle is to convert the mfrared radiation signals into electrical signals, tlieii amplify and output them. If a dangerous signal is detected, the signal is transmitted to the microcontroller, processed by a microcontroller, and then controlled by a biizzer and LED to light a warning. The design can also be applied in a variety of anti-theft occasions, such as home security, warehouse anti-tlieft, etc.. Temperature, humidity, smoke and human burglar detection are the tliree basic environmental parameters, and their measurement methods and devices are unportant to the present life and production. Keywords： Temperature and humidity detection; MQ-2 sensor; Smoke alarm; Pyroelectric infrared sensor; Burglar alarm 2