PM2.5、單片機(jī)、粉塵濃度、DSM501、自動(dòng)檢測(cè)
圖1 粉塵濃度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)基本框圖
3、粉塵濃度顯示的實(shí)現(xiàn)思路
以往的顯示模塊多采用數(shù)碼管,雖然數(shù)碼管顯示的亮度高,成本低,電路簡(jiǎn)單,但是數(shù)碼管一般只適合數(shù)字顯示,占用的I/O多。而本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用的LCD12864,雖然相對(duì)來(lái)說(shuō)程序和電路都復(fù)雜些,但是液晶顯示信息量大,具有功耗低、體積小、重量輕、超薄等許多其他顯示器無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn),近年來(lái)已被廣泛應(yīng)用于單片機(jī)控制的智能儀器、儀表和低功耗電子產(chǎn)品中。
四、設(shè)計(jì)內(nèi)容的實(shí)現(xiàn)
1、微處理器單片機(jī)的組成
單片機(jī)的*小系統(tǒng)就是讓單片機(jī)能正常工作并發(fā)揮其功能時(shí)所必須的組成部分,也可理解為是用*少的元件組成的單片機(jī)可以工作的系統(tǒng)。對(duì)51 系列單片機(jī)來(lái)說(shuō), *小系統(tǒng)一般應(yīng)該包括: 單片機(jī)、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、輸入/ 輸出設(shè)備等(見(jiàn)圖3)。
1. 時(shí)鐘電路
在設(shè)計(jì)時(shí)鐘電路之前,讓我們先了解下51 單片機(jī)上的時(shí)鐘管腳:
XTAL1(19 腳) :芯片內(nèi)部振蕩電??輸入端。
XTAL2(18 腳) :芯片內(nèi)部振蕩電路輸出端。
XTAL1 和XTAL2 是獨(dú)立的輸入和輸出反相放大器,它們可以被配置為使用石英晶振的片內(nèi)振蕩器,或者是器件直接由外部時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)。圖3中采用的是內(nèi)時(shí)鐘模式,即采用利用芯片內(nèi)部的振蕩電路,在XTAL1、XTAL2 的引腳上外接定時(shí)元件(一個(gè)石英晶體和兩個(gè)電容),內(nèi)部振蕩器便能產(chǎn)生自激振蕩。一般來(lái)說(shuō)晶振可以在1.2 ~ 12MHz 之間任選,甚至可以達(dá)到24MHz 或者更高,但是頻率越高功耗也就越大。在本實(shí)驗(yàn)套件中采用的11.0592M 的石英晶振。和晶振并聯(lián)的兩個(gè)電容的大小對(duì)振蕩頻率有微小影響,可以起到頻率微調(diào)作用。當(dāng)采用石英晶振時(shí),電容可以在20 ~ 40pF 之間選擇(本實(shí)驗(yàn)套件使用30pF);當(dāng)采用陶瓷諧振器件時(shí),電容要適當(dāng)?shù)卦龃笠恍?,?0 ~ 50pF 之間。通常選取33pF 的陶瓷電容就可以了。
另外值得一提的是如果讀者自己在設(shè)計(jì)單片機(jī)系統(tǒng)的印刷電路板(PCB) 時(shí),晶體和電容應(yīng)盡可能與單片機(jī)芯片靠近,以減少引線的寄生電容,保證振蕩器可靠工作。檢測(cè)晶振是否起振的方法可以用示波器可以觀察到XTAL2 輸出的十分漂亮的正弦波,也可以使用萬(wàn)用表測(cè)量( 把擋位打到直流擋,這個(gè)時(shí)候測(cè)得的是有效值)XTAL2 和地之間的電壓時(shí),可以看到2V 左右一點(diǎn)的電壓。
時(shí)鐘電路如圖3所示。
2. 復(fù)位電路
在單片機(jī)系統(tǒng)中,復(fù)位電路是非常關(guān)鍵的,當(dāng)程序跑飛(運(yùn)行不正常)或死機(jī)(停止運(yùn)行)時(shí),就需要進(jìn)行復(fù)位。
MCS-5l 系列單片機(jī)的復(fù)位引腳RST( 第9 管腳) 出現(xiàn)2個(gè)機(jī)器周期以上的高電平時(shí),單片機(jī)就執(zhí)行復(fù)位操作。如果RST 持續(xù)為高電平,單片機(jī)就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)。
復(fù)位操作通常有兩種基本形式:上電自動(dòng)復(fù)位和開關(guān)復(fù)位 。上電瞬間 ,電容兩端電壓不能突變 ,此時(shí)電容的負(fù)極和 RESET 相連,電壓全部加在了電阻上,RESET 的輸入為高,芯片被復(fù)位。隨之+5V電源給電容充電,電阻上的電壓逐漸減小,*后約等于0 ,芯片正常工作。并聯(lián)在電容的兩端為復(fù)位按鍵,當(dāng)復(fù)位按鍵沒(méi)有被按下的時(shí)候電路實(shí)現(xiàn)上電復(fù)位,在芯片正常工作后 ,通過(guò)按下按鍵使RST管腳
出現(xiàn)高電平達(dá)到手動(dòng)復(fù)位的效果。
復(fù)位電路圖如圖4所示。
3. EA/VPP(31 腳) 的功能和接法
51 單片機(jī)的EA/VPP(31 腳) 是內(nèi)部和外部程序存儲(chǔ)器的選擇管腳。當(dāng)EA 保持高電平時(shí),單片機(jī)訪問(wèn)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器;當(dāng)EA 保持低電平時(shí),則不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器,只訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器。
對(duì)于現(xiàn)今的絕大部分單片機(jī)來(lái)說(shuō),其內(nèi)部的程序存儲(chǔ)器(一般為flash)容量都很大,因此基本上不需要外接程序存儲(chǔ)器,而是直接使用內(nèi)部的存儲(chǔ)器。
在本實(shí)驗(yàn)套件中,EA 管腳接到了VCC 上,只使用內(nèi)部的程序存儲(chǔ)器。這一點(diǎn)一定要注意,很多初學(xué)者常常將EA 管腳懸空,從而導(dǎo)致程序執(zhí)行不正常。
4. P0 口外接上拉電阻
51 單片機(jī)的P0 端口為開漏輸出,內(nèi)部無(wú)上拉電阻(見(jiàn)圖3)。所以在當(dāng)做普通I/O 輸出數(shù)據(jù)時(shí),由于V2 截止,輸出級(jí)是漏極開路電路,
要使“1”信號(hào)(即高電平)正常輸出,必須外接上拉電阻,如圖5所示。
另外,避免輸入時(shí)讀取數(shù)據(jù)出錯(cuò),也需外接上拉電阻。在這里簡(jiǎn)要的說(shuō)下其原因:在輸入狀態(tài)下,從鎖存器和從引腳上讀來(lái)的信號(hào)一般是一致的,但也有例外。例如,當(dāng)從內(nèi)部總線輸出低電平后,鎖存器Q = 0, Q = 1,場(chǎng)效應(yīng)管V1 開通,端口線呈低電平狀態(tài)。此時(shí)無(wú)論端口線上外接的信號(hào)是低電平還是高電平,從引腳讀入單片機(jī)的信號(hào)都是低電平,因而不能正確地讀入端口引腳上的信號(hào)。又如,當(dāng)從內(nèi)部總線輸出高電平后,鎖存器Q = 1, Q = 0,場(chǎng)效應(yīng)管V1 截止。如外接引腳信號(hào)為低電平, 從引腳上讀入的信號(hào)就與從鎖存器讀入的信號(hào)不同。所以當(dāng)P0 口作為通用I/O 接口輸入使用時(shí),在輸入數(shù)據(jù)前,應(yīng)先向P0 口寫“1”,此時(shí)鎖存器的Q 端為“0”,使輸出級(jí)的兩個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管V1、V2 均截止,引腳處于懸浮狀態(tài),才可作高阻輸入。
總結(jié)來(lái)說(shuō):為了能使P0 口在輸出時(shí)能驅(qū)動(dòng)NMOS 電路和避免輸入時(shí)讀取數(shù)據(jù)出錯(cuò),需外接上拉電阻。在本實(shí)驗(yàn)套件中采用的是外加一個(gè)10K 排阻。此外,51 單片機(jī)在對(duì)端口P0—P3 的輸入操作上,為避免讀錯(cuò),應(yīng)先向電路中的鎖存器寫入“1”,使場(chǎng)效應(yīng)管截止,以避免鎖存器為“0”狀態(tài)時(shí)對(duì)引腳讀入的干擾。
5. LED 驅(qū)動(dòng)電路
細(xì)心的讀者可能已經(jīng)發(fā)現(xiàn),在*小系統(tǒng)中,發(fā)光二極管(LED)的接法是采取了電源接到二極管正極再經(jīng)過(guò)1K 電阻接到單片機(jī)I/O 口上的(見(jiàn)圖4 中的接法1)。為什么這么接呢?首先我們要知道LED 的發(fā)光工作條件,不同的LED 其額定電壓和額定電流不同,一般而言,紅或綠顏色的LED 的工作電壓為1.7V~2.4V,藍(lán)或白顏色的LED 工作電壓為2.7~4.2V, 直徑為3mm LED 的工作電流2mA~10mA。在這里采用紅色的3mm 的LED。其次,51 單片機(jī)(如本實(shí)驗(yàn)板中所使用的STC89C52單片機(jī))的I/O 口作為輸出口時(shí),拉電流(向外輸出電流)的能力是μA 級(jí)別,是不足以點(diǎn)亮一個(gè)發(fā)光二極管的。而灌電流(往內(nèi)輸入電流)的方式可高達(dá)20mA,故采用灌電流的方式驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管。當(dāng)然,現(xiàn)今的一些增強(qiáng)型單片機(jī),是采用拉電流輸出(接法2)的,只要單片機(jī)的輸出電流能力足夠強(qiáng)即可。另外,圖4 中的電阻為1K 阻值,是為了限制電流,讓發(fā)光二極管的工作電流限定在2mA~10mA。
2、粉塵濃度監(jiān)測(cè)采集電路的實(shí)現(xiàn)
本設(shè)計(jì)測(cè)量空氣中粉塵濃度采用灰塵傳感器DSM501
灰塵傳感器DSM501主要特性:
●灰塵傳感器DSM501可以感知**產(chǎn)生的煙氣和花粉,房屋粉塵等
●1微米以上的微小粒子.
●體積小,重量輕,便于安裝.
●5V的輸入電路,便于信號(hào)處理.
●內(nèi)藏氣流發(fā)生器,可以自行吸引外部大氣.
●灰塵傳感器DSM501保養(yǎng)簡(jiǎn)單,可以長(zhǎng)期保持傳感器的特性.
1、 加熱器:模塊內(nèi)置一個(gè)加熱器,熱引起上升氣流使外部空氣流進(jìn)模塊內(nèi)部。
2、 檢測(cè)的粒子類型:此模塊被設(shè)計(jì)成可以檢測(cè)1μm 以上粒子,如香煙、房屋灰塵、霉菌、
花粉、孢子。
3、 安裝: ①必須???直安裝;
②遠(yuǎn)離人工氣流如風(fēng)扇,如當(dāng)用于空氣清新機(jī)時(shí),風(fēng)扇的前方和后方都不能安裝,
可任選外殼一側(cè)安裝,但外殼上要保留通風(fēng)口以保證外部氣流可以流進(jìn)來(lái);
③注意安裝時(shí)要避免粘性粒子如油類進(jìn)入模塊,當(dāng)這種粒子粘在光學(xué)部件上將會(huì)
產(chǎn)生故障。
④當(dāng)模塊受潮濕將會(huì)影響它的正常功能,因此應(yīng)避免受潮。
4、 透鏡:透鏡需要視環(huán)境狀況隔一段時(shí)間進(jìn)行清潔,約6 個(gè)月一次。清潔時(shí)用棉簽一頭醮清
水輕擦,然后用另一頭擦干。不可以用酒精等有機(jī)溶劑擦拭透鏡。
5、 版權(quán)說(shuō)明:本產(chǎn)品及資料版權(quán)歸SYHITECH
所做編譯只是為了促進(jìn)該產(chǎn)品在中國(guó)地區(qū)的銷售及應(yīng)用,資料如有不符請(qǐng)以原廠為準(zhǔn)。
■ 包裝
模塊尺寸:59*45*20 (mm)
重量:約25g
托 盤: 5*5= 25pcs/盤
中 盒:5 盤=125pcs/盒
外包裝:4 盒=500pcs/包
尺寸:670*250*420(mm)
重量:不超過(guò)13Kg
符號(hào) 尺寸(mm)
L 59
W 45
H 20
L
W
H
如圖4所示。
3、LCD12864顯示功能的實(shí)現(xiàn)
基于本設(shè)計(jì)所顯示內(nèi)容信息量大,本設(shè)計(jì)選擇以液晶顯示信息量大,具有功耗低、體積小、重量輕、超薄等功能的LCD12864液晶顯示屏作為實(shí)現(xiàn)顯示功能的元件。
FYD12864-0402B是一種具有4位/8位并行、2線或3線串行多種接口方式,內(nèi)部含有國(guó)標(biāo)**、二級(jí)簡(jiǎn)體中文字庫(kù)的點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊;其顯示分辨率為128×64, 內(nèi)置8192個(gè)16*16點(diǎn)漢字,和128個(gè)16*8點(diǎn)ASCII字符集.利用該模塊靈活的接口方式和簡(jiǎn)單、方便的操作指令,可構(gòu)成全中文人機(jī)交互圖形界面??梢燥@示8×4行16×16點(diǎn)陣的漢字. 也可完成圖形顯示.
LCD12864管腳圖如圖5所示。
電路接線圖如圖6所示。
圖6 LCD12864電路接線圖
4、蜂鳴器報(bào)警功能的實(shí)現(xiàn)
將溫濕度傳感器采集出來(lái)的監(jiān)測(cè)值傳輸給單片機(jī),當(dāng)單片機(jī)比較監(jiān)測(cè)到的數(shù)值超出所設(shè)定閾值時(shí),驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇,若風(fēng)扇降溫的效果低于溫度升高的速度,當(dāng)溫度超過(guò)所設(shè)置溫度*大限度值,蜂鳴器便開始工作報(bào)警,直到溫度達(dá)到**溫度范圍內(nèi),停止鳴叫報(bào)警。
同理,當(dāng)濕度達(dá)到所設(shè)置濕度*高限度值時(shí)蜂鳴器也開始工作報(bào)警,直到濕度達(dá)到正常濕度范圍內(nèi),停止鳴叫報(bào)警。
蜂鳴器報(bào)警電路如圖7所示。
溫濕度調(diào)節(jié)主要分為升溫模塊,降溫模塊,干燥模塊和加濕模塊。系統(tǒng)溫濕度調(diào)節(jié)的實(shí)現(xiàn)通過(guò)單片機(jī)控制電暖器升溫,控制風(fēng)扇降溫,控制加濕器加濕空氣。
本設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇降溫功能。
降溫模塊主要元件由小馬達(dá)組成,用塑料片剪成扇葉形狀裝在小馬達(dá)上,當(dāng)溫濕度傳感器所測(cè)當(dāng)前溫度高于所設(shè)定限度值,系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)小馬達(dá)起到降溫的作用,直到溫度恢復(fù)到正常值范圍內(nèi),系統(tǒng)自動(dòng)停止馬達(dá)的轉(zhuǎn)動(dòng)從而起到調(diào)節(jié)溫度制冷作用。
風(fēng)扇降溫電路如圖8所示。