摘 要本设计以AT89C51单片机作为核心控制器芯片，采用模块化设计思想，通过对温湿度传感器、甲醛传感器、液晶屏等功能电路的设计，结合了C语言进行软件编程，完成了一款具有对室内的温湿度以及甲醛浓度进行实时检测等功能的系统设计与制作。该系统硬件结构设计简单，制作成本低；软件系统的设计简洁明了。经过实物测试验证，系统具有低功耗、高性价比的优势，具有一定的实用价值与推广意义。
目录
一 引言 1
（一）研究背景 1
（二）国内外发展现状 1
（三）本文主要研究内容 1
二 方案选择及元器件介绍 3
（一）常用单片机的比较与选择 3
（二） AT89C51处理器简介 4
（三） DHT11温湿度传感器 4
（四） MQ138甲醛传感器 5
（五） LCD1602液晶屏幕介绍 6
（六） 蜂鸣器概述 7
二 硬件系统设计 8
（一）环境监测系统的硬件结构框图设计 8
（二）51单片机最小系统 8
（三）DHT11温湿度传感器电路设计 9
（四）MQ138传感器电路设计 10
（五）LCD1602电路设计 10
（六）报警电路设计 11
（七） 按键电路 11
三 软件系统设计 13
（一）环境监测系统的软件工作流程设计 13
（二）DHT11温湿度传感器工作流程设计 14
（三）LCD1602显示流程设计 14
（四）报警电路工作流程设计 15
四 实物功能测试 16
（一）实物制作 16
（二） 功能测试 17
总 结 20
致谢 21
参考文献 22
附录一 原理图 23
附录二 元件列表 24
附录三 源程序 25
一 引言
（一）研究背景
随着人们生活水平的渐渐提高，更多的人开始对环境质量有了越来越高的关注。尤其是伴随着房地产行业的发展，很多人在购房置业装修
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后，都非常关注新房子的空气质量是否安全。过度装修以及装修过程中使用的胶水、板材、涂料等材料都会释放有害气体，污染环境，对人体健康造成巨大的威胁。研究表明，在众多由装修造成的室内空气污染当中，甲醛的释放含量已经成为决定空气质量和居民身体健康状况的主要判别标准之一。因此，人们日益重视空气的质量问题，期望获取所处环境的空气质量相关具体参数，例如甲醛等有害气体的确切值，并且以此参数指标作为判定环境是否安全的主要依据之一。
空气质量监测仪就是一种帮助人们获得环境质量参数的一种仪器。空气质量检测器是一种能够实现对空气中一氧化碳、硫化物以及其他有毒有害气体进行检测，主要由微处理器作为内部核心器件，通过对多种传感器的驱动，并对获取的测量数据进行分析处理，进而给出环境质量的相关具体参数。
本课题将完成一款环境监测系统的设计与制作，希望能够帮助用户便捷的掌握室内环境的温度、湿度情况，并能够对空气中甲醛的浓度含量进行实时检测，从而判别所处环境的安全性。
（二）国内外发展现状
调研显示，国内外对于环境质量检测仪的研究已经进入了一种如火如荼的状态。其中，国外最为先进的检测技术是通过高精度半导体材料进行检测的，这种材料能够实现6位的检测精度。通常该种检测材料已经被较为广泛的应用于航空航天领域，帮助用户准确的获取环境的多种相关参数。
国内关于环境监测的研究也处于不断上升和扩展的阶段。其中在家用小环境监测领域中，比较常用的是性价比比较高的单片机与传感器技术相结合的监测技术。与高精度半导体监测系统相比，这种技术虽然在监测的范围和精确度方面不具有优势，但是胜在结构简单，成本低，功能实用。
（三）本文主要研究内容
1．本次论文结构安排
第一部分为引言，主要是简要介绍环境监测系统的研究背景以及发展现状，并通过将国内外发展对比，确立了本文的研究总体方向和目标。
第二部分为完成控制系统的总体方案设计。主要对控制系统所使用的控制器、液晶屏、传感器以及其他一些所需器件进行了简要介绍，为下文的软硬件电路设计做了铺垫。
第三部分为完成环境监测控制系统的硬件电路设计，对51单片机最小系统及其外围电路的详细原理图进行具体的设计研究。
第四部分完成环境监测控制系统的软件设计，通过对主程序以及子程序的流程图分析来描述系统的设计思路。
2. 预期设计目标和功能
（1）能够实现室内温度和湿度的实时测量；
（2）能够对室内甲醛浓度进行准确检测，当甲醛浓度超标时进行报警；
（3）能够将温湿度以及甲醛浓度的测量值通过液晶屏进行显示。
二 方案选择及元器件介绍
（一）常用单片机的比较与选择
本文结合了自身当前的知识掌握情况以及对于单片机的学习经历，最终制订了两个单片机的待选方案。
第一个方案是选用ATMEL公司的AT89C51单片机，C51单片机的数据处理宽度为八位，如果采用该单片机作为本次毕业设计的主控单片机，那么将能够带来极高的性价比，目前AT89C51单片机的平均价格为2RMB左右，作为系统的主控核心，成本能够控制在如此之低的水平，那么能够大大地提高控制系统的性价比。另外大学三年中对于AT89C51单片机的学习过程中，对其内部21个寄存器的配置以及使用已经有了很充分的经验和操作经历，因此如果使用AT89C51单片机，那么将能够给本次的毕业设计的成功带来足够的保障性。在电路构建方面以及PCB布局方面，由于AT89C51单片机体积较大，40个管脚全部采用直插形式，没有任何贴片引脚，因此对于PCB的布局以及焊接工作，能够大大降低设计难度，并且也能够在一定程度上增强系统的稳定性。
第二个方案是选用ATMEL公司的AVR单片机， AVR单片机指的是一种经过技术改进的并且采用RISC指令结构的单片机，其名称AVR的由来——该单片机是由ATMEL公司的A和V两位员工（A和V是他们名字的首字母）共同设计出来的，在51单片机的基础上，去除51单片机的复杂指令结构，而采用RISC指令结构，因此去RISC的首字母R，将A、V和R三个字母相连，这就是AVR单片机名称的由来。AVR单片机在一定意义上来讲，是51单片机的一种改进品，因为随着单片机技术的飞速发展，一开始设计人员威乐增强51单片机的稳定性，因此将外部输入的时钟频率经过多次分频，使得51单片机的主频变得非常小，通过牺牲主频的方式来保证单片机的稳定性。而AVR单片机经过了内部结构的改进，使得单片机不用经过大幅度分频，就可在较高速的主频频率下就能够稳定的工作，因此AVR单片机的运行速度相对来说比51单片机要高。AVR单片机的管脚封装形式与51单片机相同，同样能够大大有利于系统电路以及PCB布局的设计。

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