单片机的室内环境控制器设计
【】 本课题主要研究了一款智能的环境控制器，其中单片机为主控芯片通过对输入光强传感器、PM2.5传感器和温湿度传感器的采集，实现对建筑物内环境的监测。同时控制根据采集的结果，自动控制建筑物内的灯光亮度，百叶窗打开和收起。并将采集的环境信息，利用液晶显示屏进行显示，利用单片机对室内环境的温湿度、光强和雾霾参数进行采集，实现对百叶窗的开关控制。解决了目前控制器存在的监控项目单一、控制手段智能化程度低的问题。
目录
引言 1
一、环境控制器的描述和要求 2
（一）主要研究内容 2
（二）设计要求 2
（三）课题研究思路和方法 2
二、环境控制器设计内容 3
（一）单片机最小系统的设计 3
（二）传感器采集模块 5
（三）输出控制电路设计 8
（四）显示模块设计 9
（五）系统软件设计 10
（六）软件和硬件调试 11
总结 16
致谢 17
参考文献 17
附录1系统完整硬件电路 18
引言
本论文的研究工作是以室内智能环境控制系统为背景展开的，针对有当前建筑物内对环境的监测还采用传统的监控手段，存在以下不足：
（1）不能实现恒温控制。温度调节需要人工干预，智能化程度很低。
（2）监控项目单一。目前存在的环境控制器都是针对单一功能开发，如温度、湿度或是雾霾，不能实现一个控制对多个环境参数的监控。
（3）无法实现智能控制功能。目前存在的控制器大部分只能实现环境的监控，很少能实现自动控制，如开关窗控制、恒温和恒湿控制等。
针对以上问题设计了一款基于单片控制的环境控制器，利用单片机对室内环境的温湿度、光强和雾霾参数进行采集，实现对百叶窗的开关控制。解决了目前控制器存在的监控项目单一、控制手段智能化程度低的问题。
一、环境控制器的描述和要求
（一）主要研究内容
本课题主要研究了一款智能的环境控制器，其中单片机为主控芯片通过对输入光强传感器、PM2.5传感器和 温湿度传感器的采集，实现对建筑
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物内环境的监测。同时控制根据采集的结果，自动控制建筑物内的灯光亮度，百叶窗打开和收起。并将采集的环境信息，利用液晶显示屏进行显示。
（二）设计要求
单片机是作为该系统设计的最主要的控制芯片，其次还有模数转换电路、液晶显示屏幕模块等其他硬件模块所构成。以下就是本系统课题的主要研究及内容功能：
（1）利用了感光模块，来采集室内的光照强度；
（2）利用PM 2.5模块，实现对环境雾霾的检测；
（3）利用温湿度传感器，实现对环境温湿度的采集；
（4）实现采集参数的实时显示；
（5）根据采集的光强大小，自动控制百叶窗的打开和关闭；
（6）根据建筑物内的光控，实现对照明灯的自动控制；
（三）课题研究思路和方法
本文主要研究的是，一款以单片机为主要控制芯片的智能的室内环境控制器。通过扩展光强检测模块、 PM2.5检测模块、温湿度采集模块，实现对环境因数据的采集，根据采集结果控制液晶显示模块、电机控制模块和灯光控制模块工作，完成整个环境控制器的功能。绘制了如下框架，见图11所示。
图11 系统框架结构图
二、环境控制器设计内容
智能环境控制器由软件和硬件两部分组成，硬件设计需要完成对输入信号（光强检测模块、PM2.5检测模块和温湿度检测模块）的采集，输出信号（灯光控制电路、百叶窗控制电路和液晶显示电路）的处理。利用C语言完成驱动软件编写，控制硬件工作，完成系统设计目标要求的功能。
（一）单片机最小系统的设计
（1）STC89C52单片机简介
高性能、低功耗的 STC89C52单片机是51系列单片机中一款性能最强的单片机，其内部包含4K字节程序存储器，具有和AT89C5l相同引脚的配置结构，同时它的内部指令和MCS51完全相同。此单片机内部的随机存储器中，里面一共有128字节来控制输入、输出的大小，其中共有32个I/O口是可以进行读写操作的的。它的内部有计数器，还有3个可编程的16位定时器（T0、T1、T2）等。如图21为STC89C52单片机内部结构。
图21 STC89C52单片机内部结构
（2）51单片机最小系统设计
1.电源电路
作为一款电子产品，电源是必不可少的。我们这里说所说的电源包含VCC和GND,我们必须要提供一个稳定的电源才能使单片机正常的工作。
2.复位电路
复位是满足51最小系统其他工作条件下,让RST管脚保持高电平两个机器时钟及以上,以引导单片机复位,后RST管脚恢复为低电平，复位电路分为，上电复位和按键两种方式。
3.晶振电路
晶振电路由一个无源晶振，以及两个20pf的电容构成的，通过晶振的振荡为最小系统提供需要的工作时序。
51单片机最小系统如22图所示。
图22 51单片机最小系统
（二）传感器采集模块
1.温室传感器采集电路
（1）DHT11介绍
DHT11是含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。它是由数字模块采集技术和温湿度传感技术相结合所以产生的产品，它应用于专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术来实现数据的采集。具有抗干扰性强、性价比高等优点。DHT11传感器的工作电压一般都是在 3V5.5V之间，输出信号为数字信号；DHT11温度测量范围在050℃之间，测量温度的精度是 2℃，温度的分辨率1℃，而湿度的测量范围在2090%RH之间，测量精度湿度为+5%RH，湿度的分辨率为1%RH。DHT11实物见图23所示。
图23 DTH11实物图
（2）湿度采集接口电路设计
DHT11传感器一共有四个输出接口，其中1和4脚未传感器的电源引脚，设计选用传感器的DC5V电源，引脚3不使用，引脚2是数字信号输出端，将2脚通过 的10K电阻拉到单芯片P21端口，该微控制器根据所述单一总线的时序以读取和写入传感器。温湿度采集接口电路见图24所示。
图24 温湿度采集电路设计
2.PM2.5采集电路设计
（1）GP2Y1050AU0F传感器介绍
GP2Y1050AU0F粉尘检测传感器模块可以检测空气中比0.03μm大的颗粒，如灰尘香烟，房屋灰尘，霉菌，花粉，孢子等等，当灰尘在传感器的检测范围内，因为粉尘通过光散射产生的光， 散射光进入光接收元件，转换为电信号，经过一系列算法的输出，该传感器输出有两种串联输出的，通过采集的传感器数据的串行端口控制，一个是模拟信号输出 ，输出端连接到AD采样侧的控制中，通过AD转换采样出传感器的数据。
目录
引言 1
一、环境控制器的描述和要求 2
（一）主要研究内容 2
（二）设计要求 2
（三）课题研究思路和方法 2
二、环境控制器设计内容 3
（一）单片机最小系统的设计 3
（二）传感器采集模块 5
（三）输出控制电路设计 8
（四）显示模块设计 9
（五）系统软件设计 10
（六）软件和硬件调试 11
总结 16
致谢 17
参考文献 17
附录1系统完整硬件电路 18
引言
本论文的研究工作是以室内智能环境控制系统为背景展开的，针对有当前建筑物内对环境的监测还采用传统的监控手段，存在以下不足：
（1）不能实现恒温控制。温度调节需要人工干预，智能化程度很低。
（2）监控项目单一。目前存在的环境控制器都是针对单一功能开发，如温度、湿度或是雾霾，不能实现一个控制对多个环境参数的监控。
（3）无法实现智能控制功能。目前存在的控制器大部分只能实现环境的监控，很少能实现自动控制，如开关窗控制、恒温和恒湿控制等。
针对以上问题设计了一款基于单片控制的环境控制器，利用单片机对室内环境的温湿度、光强和雾霾参数进行采集，实现对百叶窗的开关控制。解决了目前控制器存在的监控项目单一、控制手段智能化程度低的问题。
一、环境控制器的描述和要求
（一）主要研究内容
本课题主要研究了一款智能的环境控制器，其中单片机为主控芯片通过对输入光强传感器、PM2.5传感器和 温湿度传感器的采集，实现对建筑
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物内环境的监测。同时控制根据采集的结果，自动控制建筑物内的灯光亮度，百叶窗打开和收起。并将采集的环境信息，利用液晶显示屏进行显示。
（二）设计要求
单片机是作为该系统设计的最主要的控制芯片，其次还有模数转换电路、液晶显示屏幕模块等其他硬件模块所构成。以下就是本系统课题的主要研究及内容功能：
（1）利用了感光模块，来采集室内的光照强度；
（2）利用PM 2.5模块，实现对环境雾霾的检测；
（3）利用温湿度传感器，实现对环境温湿度的采集；
（4）实现采集参数的实时显示；
（5）根据采集的光强大小，自动控制百叶窗的打开和关闭；
（6）根据建筑物内的光控，实现对照明灯的自动控制；
（三）课题研究思路和方法
本文主要研究的是，一款以单片机为主要控制芯片的智能的室内环境控制器。通过扩展光强检测模块、 PM2.5检测模块、温湿度采集模块，实现对环境因数据的采集，根据采集结果控制液晶显示模块、电机控制模块和灯光控制模块工作，完成整个环境控制器的功能。绘制了如下框架，见图11所示。
图11 系统框架结构图
二、环境控制器设计内容
智能环境控制器由软件和硬件两部分组成，硬件设计需要完成对输入信号（光强检测模块、PM2.5检测模块和温湿度检测模块）的采集，输出信号（灯光控制电路、百叶窗控制电路和液晶显示电路）的处理。利用C语言完成驱动软件编写，控制硬件工作，完成系统设计目标要求的功能。
（一）单片机最小系统的设计
（1）STC89C52单片机简介
高性能、低功耗的 STC89C52单片机是51系列单片机中一款性能最强的单片机，其内部包含4K字节程序存储器，具有和AT89C5l相同引脚的配置结构，同时它的内部指令和MCS51完全相同。此单片机内部的随机存储器中，里面一共有128字节来控制输入、输出的大小，其中共有32个I/O口是可以进行读写操作的的。它的内部有计数器，还有3个可编程的16位定时器（T0、T1、T2）等。如图21为STC89C52单片机内部结构。
图21 STC89C52单片机内部结构
（2）51单片机最小系统设计
1.电源电路
作为一款电子产品，电源是必不可少的。我们这里说所说的电源包含VCC和GND,我们必须要提供一个稳定的电源才能使单片机正常的工作。
2.复位电路
复位是满足51最小系统其他工作条件下,让RST管脚保持高电平两个机器时钟及以上,以引导单片机复位,后RST管脚恢复为低电平，复位电路分为，上电复位和按键两种方式。
3.晶振电路
晶振电路由一个无源晶振，以及两个20pf的电容构成的，通过晶振的振荡为最小系统提供需要的工作时序。
51单片机最小系统如22图所示。
图22 51单片机最小系统
（二）传感器采集模块
1.温室传感器采集电路
（1）DHT11介绍
DHT11是含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。它是由数字模块采集技术和温湿度传感技术相结合所以产生的产品，它应用于专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术来实现数据的采集。具有抗干扰性强、性价比高等优点。DHT11传感器的工作电压一般都是在 3V5.5V之间，输出信号为数字信号；DHT11温度测量范围在050℃之间，测量温度的精度是 2℃，温度的分辨率1℃，而湿度的测量范围在2090%RH之间，测量精度湿度为+5%RH，湿度的分辨率为1%RH。DHT11实物见图23所示。
图23 DTH11实物图
（2）湿度采集接口电路设计
DHT11传感器一共有四个输出接口，其中1和4脚未传感器的电源引脚，设计选用传感器的DC5V电源，引脚3不使用，引脚2是数字信号输出端，将2脚通过 的10K电阻拉到单芯片P21端口，该微控制器根据所述单一总线的时序以读取和写入传感器。温湿度采集接口电路见图24所示。
图24 温湿度采集电路设计
2.PM2.5采集电路设计
（1）GP2Y1050AU0F传感器介绍
GP2Y1050AU0F粉尘检测传感器模块可以检测空气中比0.03μm大的颗粒，如灰尘香烟，房屋灰尘，霉菌，花粉，孢子等等，当灰尘在传感器的检测范围内，因为粉尘通过光散射产生的光， 散射光进入光接收元件，转换为电信号，经过一系列算法的输出，该传感器输出有两种串联输出的，通过采集的传感器数据的串行端口控制，一个是模拟信号输出 ，输出端连接到AD采样侧的控制中，通过AD转换采样出传感器的数据。
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