基于STC12C5A60S2的多功能測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：本文介紹了基于STC12C5A60S2單片機(jī)的多功能測(cè)量系統(tǒng)，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)空氣溫濕度、CO2濃度以及室內(nèi)光照強(qiáng)度的檢測(cè)，同時(shí)具有萬(wàn)年歷時(shí)鐘顯示功能。闡述了系統(tǒng)硬件和軟件的整體設(shè)計(jì)方案、器件選型、單元電路設(shè)計(jì)及整體電路連接。通過(guò)理論分析及實(shí)驗(yàn)證明能有效測(cè)出溫濕度、CO2含量及室內(nèi)光照強(qiáng)度，測(cè)量準(zhǔn)確，參數(shù)調(diào)節(jié)方便，使用效果良好。
關(guān)鍵詞：單片機(jī)；傳感器；信號(hào)采集；信號(hào)調(diào)理

0 引言
隨著電子技術(shù)的發(fā)展，居民普遍使用電子溫度計(jì)或萬(wàn)年歷自帶的溫度計(jì)來(lái)測(cè)量室內(nèi)溫度，但是，隨著環(huán)境污染的日趨嚴(yán)重及人們對(duì)生活質(zhì)量要求的提高，人們對(duì)室內(nèi)濕度、二氧化碳濃度及光照強(qiáng)度的檢測(cè)也逐漸關(guān)注。然而，目前為止適用于家居型檢測(cè)濕度、光照強(qiáng)度及CO2濃度還沒(méi)有一種合適且適用的儀器。小型倉(cāng)庫(kù)中傳統(tǒng)的方法是采用濕度表、雙金屬式測(cè)量計(jì)和濕度試紙等測(cè)試器材，通過(guò)人工進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)不符合溫度和濕度要求的庫(kù)房進(jìn)行通風(fēng)、去濕和降溫等工作。這種人工測(cè)試方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力、效率低，且測(cè)試的溫度及濕度誤差大、隨機(jī)性大。因此我們需要一種性?xún)r(jià)比較高的溫濕度測(cè)量?jī)x。
本文設(shè)計(jì)研制一種新穎、方便、實(shí)用、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的多功能測(cè)量?jī)x，適用于家庭、倉(cāng)庫(kù)以及溫室等需要環(huán)境檢測(cè)的地方。設(shè)計(jì)通過(guò)LCD顯示所監(jiān)測(cè)的結(jié)果，用戶(hù)可以根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果有效調(diào)節(jié)相關(guān)設(shè)備，從而達(dá)到理想的環(huán)境狀態(tài)。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
1．1 設(shè)計(jì)任務(wù)
本文實(shí)現(xiàn)基于STC單片機(jī)的多功能測(cè)量系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)濕度檢測(cè)、溫度檢測(cè)、CO2濃度檢測(cè)、室內(nèi)光照強(qiáng)度檢測(cè)、時(shí)間日期顯示的功能。其中濕度的測(cè)量范圍為20～90％RH；溫度的檢測(cè)范圍為-55～+125℃；CO2濃度測(cè)量范圍為350～10000ppmCO2；室內(nèi)光照強(qiáng)度的測(cè)量范圍為0～2500lux；系統(tǒng)顯示當(dāng)前時(shí)間和日期，并可以通過(guò)按鍵進(jìn)行修改當(dāng)前時(shí)間日期。
1．2 設(shè)計(jì)方案及工作原理
多功能檢測(cè)系統(tǒng)包括：電源模塊、控制器、溫度檢測(cè)模塊、濕度檢測(cè)模塊、照度檢測(cè)模塊，CO2濃度檢測(cè)模塊、時(shí)鐘模塊、鍵盤(pán)輸入模塊、LCD顯示模塊。如圖1所示。

本控制系統(tǒng)以STC12C5A60S2單片機(jī)為控制核心，該單片機(jī)具有高速、低功耗、超強(qiáng)抗干擾的特點(diǎn)，并且自帶8路10位精度AD轉(zhuǎn)換；溫濕度檢測(cè)由數(shù)字式的溫度檢測(cè)傳感器DS18B20和濕度檢測(cè)傳感器DTH11實(shí)現(xiàn)，由于數(shù)字式傳感器輸出為數(shù)字量，因此在數(shù)據(jù)處理方面比較簡(jiǎn)單，且這兩款傳感器的性?xún)r(jià)比較高；時(shí)鐘模塊則是應(yīng)用了比較常用的DS1302時(shí)鐘芯片，通過(guò)控制器與時(shí)鐘芯片的通訊實(shí)現(xiàn)得到比較準(zhǔn)確的時(shí)間值，另外，通過(guò)按鍵操作實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)鐘的校準(zhǔn)；而對(duì)于照度和CO2濃度的檢測(cè)則比較復(fù)雜，由于硅光電池和CO2檢測(cè)傳感器輸出信號(hào)是微弱的模擬信號(hào)，因此需要對(duì)得到的小信號(hào)進(jìn)行調(diào)理，調(diào)理后的信號(hào)信息送入單片機(jī)的AD口，從而得到單片機(jī)可以處理的數(shù)字量；所有檢測(cè)結(jié)果及日期時(shí)間的顯示都是由LCD實(shí)現(xiàn)；由于信號(hào)調(diào)理電路中放大器采用雙電源供電，因此電源模塊選用了交流220V轉(zhuǎn)±5V的電源模塊。

2 硬件電路設(shè)計(jì)
2．1 控制電路
系統(tǒng)的控制電路是以STC12C5A60S2單片機(jī)為控制核心構(gòu)成的最小系統(tǒng)。另外，為方便程序下載，設(shè)計(jì)了基于CH340的程序下載接口電路，電路圖如圖2所示。

2．2 檢測(cè)電路
根據(jù)傳感器輸出信號(hào)的不同，可分為數(shù)字式傳感器和模擬式傳感器兩種。信號(hào)類(lèi)型的不同導(dǎo)致了檢測(cè)電路的不同。
2．2．1 溫濕度檢測(cè)電路
由于溫度傳感器DS18B20和濕度傳感器DTH11均為數(shù)字量輸出，因此檢測(cè)電路十分簡(jiǎn)單，為了防止不確定信號(hào)的出現(xiàn)，需在信號(hào)的輸出端接4．7k的上拉電阻，如圖3所示。