導(dǎo)語：環(huán)境監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

1系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖

系統(tǒng)硬件電路主要包括單片機(jī)最小系統(tǒng)、電源模塊、煙霧傳感器、溫濕度傳感器、火焰?zhèn)鞲衅?、以太網(wǎng)模塊、電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)及直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)等，其硬件設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。本環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要以STC15F2K60S2單片機(jī)為控制核心，由以太網(wǎng)模塊、環(huán)境參數(shù)監(jiān)測(cè)傳感器、顯示部件和報(bào)警裝置等外圍設(shè)備構(gòu)成環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。當(dāng)環(huán)境參數(shù)超過用戶設(shè)定的值時(shí)，報(bào)警器報(bào)警，環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。

2電路設(shè)計(jì)

2.1按鍵及顯示電路的設(shè)計(jì)。按鍵、顯示接口電路由STC15F2K60S2單片機(jī)最小系統(tǒng)、按鍵接口電路和液晶顯示電路組成。本環(huán)境檢測(cè)系統(tǒng)一共設(shè)置5個(gè)獨(dú)立按鍵，在單片機(jī)上電之后，通過按鍵可以對(duì)報(bào)警閾值進(jìn)行適時(shí)調(diào)整，不需要重新修改程序，這樣可以為用戶帶來極大的方便，簡(jiǎn)化了操作的過程。LCD1602顯示屏同時(shí)可以顯示兩行數(shù)據(jù)，每行可以顯示16個(gè)字符，第一行顯示報(bào)警閾值，用戶可以根據(jù)自己的需求進(jìn)行調(diào)整，第二行實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前檢測(cè)到的環(huán)境參數(shù)值，電路如圖2所示。2.2以太網(wǎng)模塊電路設(shè)計(jì)。系統(tǒng)以太網(wǎng)模塊電路設(shè)計(jì)采用的是一種內(nèi)部集成了10/100Mbps以太網(wǎng)控制器的多功能網(wǎng)絡(luò)接口芯片W5100，其主要主要特點(diǎn)是高集成度、高穩(wěn)定性、高性能、低成本，廣泛應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)中。此外W5100在沒有操作系統(tǒng)的情況下，亦能實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)連接。W5100模塊與單片機(jī)有三種通信方式，分別為直接總線接口、間接總線接口和SPI總線接口。第一，直接總線接口方式，采用地址總線15根，數(shù)據(jù)總線8根，還有CS、RD、WR、INT等信號(hào)線；第二，間接總線接口方式，采用地址總線2根，數(shù)據(jù)總線8，還有CS、RD、WR、INT等信號(hào)線；第三，SPI總線接口方式，采用信號(hào)線4根，分別是SCLK、SCS、MOSI、MISO等信號(hào)線。由此可知，前兩種總線接口方式較為復(fù)雜，且占用的單片機(jī)引腳數(shù)較多，不利于其他功能的擴(kuò)展，因此本系統(tǒng)采用SPI總線接口方式與單片機(jī)進(jìn)行通信[2]。W5100的SP1_EN引腳接高電平，選擇SPI總線接口方式，與單片機(jī)的接口電路如圖3所示。2.3溫濕度監(jiān)測(cè)電路設(shè)計(jì)。系統(tǒng)溫濕度監(jiān)測(cè)傳感器采用的是數(shù)字溫濕度傳感器DHT11。DHT11是一款帶有校準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出的溫濕度復(fù)合傳感器，具有4個(gè)引腳，具體引腳功能分別為VDD為電源端，范圍為3.3-5.5V；DQ為單線制串行接口數(shù)據(jù)總線；NC為空管腳，表示未連接；GND為接地端。DHT11與單片機(jī)的接口電路電路如圖4所示，其中圖中電阻R1為上拉電阻。2.4照明燈亮度監(jiān)測(cè)電路設(shè)計(jì)?；鹧?zhèn)鞲衅饔筛邷毓腆w顆粒組成，如燃燒產(chǎn)物、中間體、高溫氣體、烴類物質(zhì)和無機(jī)物。火焰的熱輻射具有離散的氣體輻射譜和連續(xù)的固體輻射譜。不同燃燒材料的火焰輻射強(qiáng)度和波長分布不同，但一般來說，火焰溫度的近紅外波長和紫外區(qū)域具有很大的輻射強(qiáng)度。根據(jù)這種特性，可以制作火焰?zhèn)鞲衅?。照明燈亮度監(jiān)測(cè)電路如圖5所示。2.5可燃?xì)怏w監(jiān)測(cè)電路設(shè)計(jì)。系統(tǒng)可燃?xì)怏w監(jiān)測(cè)模塊采用的是MQ-2型煙霧傳感器，其屬于二氧化錫半導(dǎo)體氣敏材料，屬于表面離子型N型半導(dǎo)體。當(dāng)環(huán)境的可燃?xì)怏w濃度變化時(shí)，MQ-2型煙霧傳感器的輸出端電壓也會(huì)隨之發(fā)生變化，可燃?xì)怏w濃度越高，輸出電壓就越大，系統(tǒng)可燃?xì)怏w監(jiān)測(cè)電路如圖6所示。MQ-2型煙霧傳感器的4引腳輸出是隨可燃?xì)怏w濃度變化的直流電壓，被加到電壓比較器LM393的6引腳；電位器R16構(gòu)成電壓比較器的閾值電壓，接到電壓比較器的5引腳。當(dāng)可燃?xì)怏w濃度使MQ2輸出電壓高于閾值電壓時(shí)，電壓比較器7引腳輸出為低電平，此時(shí)LED1亮，進(jìn)行報(bào)警；當(dāng)濃度降低使MQ2傳感器的輸出電壓低于閾值電壓時(shí)，比較器輸出為高電平，LED1熄滅。調(diào)節(jié)電位器R16可以調(diào)節(jié)比較器的閾值電壓，從而調(diào)節(jié)報(bào)警輸出的靈敏度。電阻R5串入MQ2傳感器的加熱回路，可以保護(hù)加熱絲免受冷上電時(shí)的沖擊。

3軟件設(shè)計(jì)

環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件流程是在系統(tǒng)上電啟動(dòng)之后，首先要對(duì)系統(tǒng)各個(gè)模塊進(jìn)行初始化處理，然后進(jìn)入顯示界面，單片機(jī)讀取傳感器監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)，判斷檢測(cè)到的數(shù)據(jù)是否超標(biāo)，如果超標(biāo)，報(bào)警燈開啟，報(bào)警器進(jìn)行報(bào)警，否則顯示數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)模塊上傳至上位機(jī)，如果有按鍵按下進(jìn)行參數(shù)調(diào)節(jié)，否則判斷上位機(jī)是否接收到數(shù)據(jù)，如果接收到數(shù)據(jù)與預(yù)期指令進(jìn)行對(duì)比判斷是否一致，如果一致單片機(jī)執(zhí)行指令，否則重新讀取數(shù)據(jù)。

4結(jié)論

本文介紹一個(gè)基于以太網(wǎng)的環(huán)境監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及軟件設(shè)計(jì)流程。本環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)擁有可靠的環(huán)境信息采集和分析能力，系統(tǒng)的可擴(kuò)展性比較靈活，有利于降低環(huán)境監(jiān)測(cè)成本，能夠?qū)Νh(huán)境的信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并反饋給用戶做出相應(yīng)的調(diào)整。

參考文獻(xiàn)：

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作者:方舟