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编号：
CP-51-2021-063
设计简介：
本设计是基于单片机的室内空气质量检测系统，主要实现以下功能：
- 可通过LCD1602显示当前甲烷和甲醛的值；
- 可通过按键调整甲醛甲烷的最大值；
- 可通过MS1100检测甲醛的值；
- 可通过MQ-4检测甲烷的值。
标签：51单片机、LCD1602、ADC0832、MQ-4、MS1100
题目扩展：有害气体检测系统。
1. 中控部分
- 核心控制器：采用STC89C52单片机，负责获取输入数据、进行数据处理，并控制输出部分的操作。
- 功能：实现室内空气检测系统的核心逻辑，包括数据采集、异常判断、显示控制、报警处理等。
2. 输入部分
- MS1100 + ADC0832测量电路：检测当前环境中的甲醛浓度。
- MQ-4 + ADC0832测量电路：检测当前环境中的甲烷浓度。
- 独立按键：通过三个独立按键切换显示界面并调整甲醛和甲烷的最大设定值，方便用户操作。
- 供电电路：为整个系统提供稳定的电源支持。
3. 输出部分
- LCD1602显示模块：显示当前甲醛浓度、甲烷浓度以及设置的甲醛和甲烷的最大值，方便用户实时查看系统状态。
- 模拟风扇的继电器：当检测到的甲醛或甲烷浓度超过设定最大值时，继电器工作，模拟风扇启动以改善空气质量。
- 模拟空气净化器的继电器：控制模拟空气净化器的开关，当检测到异常时启动净化设备。
- 蜂鸣器：当检测到的甲醛或甲烷浓度超过设定最大值时，蜂鸣器进行间断报警，提醒用户注意异常情况。
- LED灯：当有按键按下时，LED灯亮起，用于提示用户操作成功。
5 仿真调试及实物测试
5.1仿真调试
5.1.1 仿真总体设计
如下图5-1-1所示为仿真总体设计，其中包括单片机的最小系统，LCD1602显示屏、气体浓度检测模块、独立按键调整、蜂鸣器报警、LED指示灯、继电器（净化空气）、直流电机驱动风扇模块。其中，单片机最小系统包括主芯片STC89C52、外部晶振电路和外部复位电路；三个独立按键，设置键用于切换界面，加减键用于设置甲醛值和甲烷值的最大值；气体浓度检测模块由SGP30芯片和MQ-4芯片配合完成，SGP30芯片主要获取甲醛值，MQ-4芯片主要获取甲烷值，但在proteus7.8仿真软件中没有气体浓度检测芯片，所以本次仿真设计通过ADC0832将采集到的电压值进行模数转换，模拟气体浓度的变化；继电器模块用于模拟空气净化器净化空气；直流电机模块控制风扇转动，减小室内可燃性气体的浓度；蜂鸣器在气体浓度大于设置的最大值时，报警提醒。
图5-1-1 仿真总体设计
5.1.2 气体浓度检测仿真测试
如图5-1-2所示，图中显示屏显示的是界面1状态下的内容，显示测得的甲醛值和甲烷值。本课题使用SGP30芯片获取甲醛值，MQ-4芯片获取甲烷值，但在proteus7.8没有现成的气体浓度检测芯片，所以采用ADC0832芯片进行模数转换，模拟气体浓度的变化。另外在界面1状态下，可通过按键设置中的加键和减键来改变继电器和风扇的状态，完成模拟净化空气。
图5-1-2 气体浓度检测测试图
5.1.3 设置气体浓度最大值仿真测试
如图5-1-3所示，在界面2状态下，显示屏显示色设置的甲醛最大值和甲烷最大值。在界面1向界面2切换时，可以通过按键设置模块中的“设置”键来完成。另外，也可以通过“设置”键来完成设置甲醛最大值向甲烷最大值的跳转。通过“加”键和“减”键修改“CH2O_Max”的值，再次按下“设置”按键，可通过“加”键和“减”键修改“CH4_Max”的值。“CH2O_Max”和“CH4_Max”这两个值是甲醛最大值和甲烷最大值，当测得的气体浓度大于设置的最大值，空气净化器继电器闭合，开始进行净化空气，直流电机驱动风扇转动，减小可燃性气体浓度，蜂鸣器间断报警，直到室内气体浓度小于设置的最大值，继电器打开，停止净化空气，风扇停止转动，蜂鸣器停止报警。
图5-1-3 设置气体浓度最大值仿真图
5.2 实物制作与调试过程
5.2.1 电路焊接总图
首先要做的是电路焊接，分为八个模块，第一部分是电源模块，将电源插座、电源开关、10k电阻和一个指示灯依次焊接，焊接好之后插入DC 电源，指示灯点亮，电源模块测试正常。第二部分是显示模块，排针焊接好后，将LCD1602显示屏插入排针。第三部分是单片机模块，本次课题使用的是STC89C52单片机。第四部分是复位电路模块，一个复位按键、10uF极性电容、10k电阻为一个模块焊接，构成复位电路。第五部分是晶振电路模块，由两个30pF瓷片电容、一个11.05926MHz晶振焊接而成。第六部分是USB转TTL模块，焊接下载接口GND、TXD、RXD，将HEX文件下载到单片机中，查看是否能下载正常,测试验证一切正常。第七部分是独立按键模块，依次焊接K1、K2、K3。第八部分为蜂鸣器和LED指示灯。下图5-2-1为焊接完整实物图：
图5-2-1电路焊接总图
5.2.2 各元器件接线总图
如图5-2-2所示，此系统共4个模块甲醛值检测模块由SGP30芯片组成，SGP30芯片接单片机P1.0、P1.1两个个引脚；甲烷值检测模块由ADC0832芯片、模拟量数字量转化模块、MQ-4芯片三个部分组成，ADC0832芯片接在单片机P1.2、P1.3、P1.4三个引脚；直流电机驱动风扇模块由直流电机和风扇两部分组成，直流电机接在单片机P1.5、P1.6两个引脚；净化空气模块为净化空气继电器，接在单片机P1.7引脚。完成接线如下图所示：
图5-2-2 各元器件接线总图
5.2.3 甲醛甲烷值检测实物测试
图5-2-3为系统上电后，此时测得当前室内的甲醛值为17ppm，测得的甲烷值为55ppm。
图5-2-3 甲醛甲烷值检测实物图
5.2.4 设置甲醛甲烷最大值实物测试
如图5-2-4所示，在此课题中，设置了甲醛最大值为80ppm，甲烷最大值为150ppm。当室内的甲醛和甲烷值大于设置的最大值，则净化空气继电器闭合，开始净化空气，直流电机驱动风扇开始转动，以此减少室内可燃性气体的浓度，蜂鸣器间断报警，直到室内的气体浓度小于设置的最大值，净化空气继电器打开，停止净化空气，风扇停止转动，蜂鸣器停止报警。
图5-2-4 设置甲醛和甲烷最大值实物图
5.3 本章小结
本章主要内容是对设计进行仿真、实物的测试，首先是对总体进行仿真，其次是各个功能实现的仿真、实物的测试，并以图片的形式展现出来，对每个仿真及实物图进行了对应的解释，以及每个情况实现的操作方法。先进行仿真的目的是对此次设计进行检测，模拟其是否能实现功能，以及确定一些主要的参数，为最后的实物能实现最好的功能进行测试，最后实物测试经过调试最终能实现此次设计所预期的功能。
