基于单片机的一氧化碳检验专业系统设计.doc

石家庄铁道大学四方学院毕业设计

基于单片机一氧化碳检测系统设计
The Design of Carbon Monoxide Testing System Based on Single Chip

电气工程 　系
专　　业 电气工程及其自动化 　
学　　号 6810 　
学生姓名 李婉菁 　
指引教师 冯国胜 　

完毕日期 5月20日

毕业设计成绩单
学生姓名
李婉菁
学号
6810
班级
方1010-7
专业
电气工程及其自动化
毕业设计题目
基于单片机一氧化碳检测系统设计
指引教师姓名
冯国胜

指引教师职称
专家

评 定 成 绩
指引教师

得分

评阅人

得分

答辩小组组长

得分

成绩：

院长（主任） 签字：

年 月 日
毕业设计任务书
题 目
基于单片机一氧化碳检测系统设计
学生姓名
李婉菁
学号
6810
班级
1010-7
专业
电气工程及其自动化
承担指引任务单位
电气工程系
导师
姓名
冯国胜
导师
职称
专家
一、重要内容
本设计以单片机为核心，运用一氧化碳检测传感器检测环境中一氧化碳浓度，并运用显示屏显示当前浓度值，同步可设定报警值，超过设定值时进行声光报警。
二、基本规定
1. 选取适当单片机；
2. 选取适当传感器，并设计信号解决电路，使单片机可以采集浓度信息；
3. 选取适当时间芯片；
4. 设计键盘电路，可设定报警值；
5. 选取适当显示屏，设计显示电路，显示当前时间和浓度值；
6. 选取适当存储芯片，设计存储电路，存储超限浓度值和相应时间；
7. 设计蜂鸣器电路，浓度超限时报警；
8. 设计电源电路，为单片机供电；
9. 编写软件程序，实现系统功能。
三、重要技术指标
1. 运用protel绘制电路图并形成PCB图，制作出实物；
2. 运用C语言语言完毕软件设计；
3. 单片机建议选用STC12C520XAD系列；
4. 显示屏建议选用LCD1602；
5. 存储芯片建议选用AT24C02。
四、应收集资料及参照文献
1. 单片微型计算机原理与接口技术 科学出版社
2. 单片机原理及应用 高等教诲出版社
3. 传感器与检测技术 高等教诲出版社
五、进度筹划
第1-2周： 资料收集，设定方案；
第3周： 撰写开题报告；
第4-7周： 拟定设计方案，完毕电路设计，编写程序；
第8周： 中期检查；
第9-12周： 系统调试，撰写论文；
第13-14周： 论文审核，定稿；
第15-16周： 答辩。
教研室主任签字

时　间
　　 年　 月 日
毕业设计开题报告
题　目
基于单片机一氧化碳检测系统设计
学生姓名
李婉菁
学号
6810
班级
1010-7
专业
电气工程及其自动化
一、研究背景
当前，随着日光温室迅速增多，人们对其性能规定也越来越高，特别是为了提高生产效率，对温室自动化限度规定也越来越高。
中华人民共和国农业发展必要走当代化农业这条道路，随着国民经济迅速增长，农业研究和应用技术越来越受到注重，特别是日光温室已经成为高效农业一种重要构成某些。当代化农业生产中重要一环就是对农业生产环境某些重要参数进行检测和控制。例如：一氧化碳浓度、空气温度、湿度等。在农业种植问题中，温室环境与生物生长、发育、能量互换密切有关，进行环境测控是实现温室生产管理自动化、科学化基本保证，通过对监测数据分析，结合伙物生长发育规律，控制环境条件，使作物达到优质，高产，高效栽培目。由于温室大棚能带来可观经济效益,因此温室大棚技术越来越普及,并且己成为农民增收重要手段。温室内一氧化碳浓度、温度与湿度等参数，直接关系到蔬菜和水果生长。例如：一氧化碳过浓会导致作物叶片发黄等。国外温室设施已经发展到比较完备限度，并形成了一定原则，但是价格非常昂贵，缺少与国内气候特点相适应测控软件。因而，为了实现高效农业生产科学化并提高农业研究精确性，推动国内农业发展，必要大力发展农业设施与相应农业工程，科学合理地调节温室内二氧化碳浓度、温度以及湿度，使大棚内形成有助于蔬菜，水果生长环境，是大棚蔬菜和水果早熟、优质、高效益重要环节。
由于单片机及各种电子器件性价比迅速提高，使得这种规定变为也许。本课题即以单片机为核心控制芯片，设计一套基于单片机一氧化碳检测系统。
二、国内外研究现状
1. 国外研究现状及特点
西方发达国家在当代一氧化碳检测技术上起步比较早。20世纪60年代，生产型高档温室开始应用于农业生产，奥地利一方面建成了番茄生产工厂，70年代后荷兰、日本、美国、英国、以色列等国家温室园艺迅猛发展，一氧化碳检测广泛应用于园艺作物生产、畜牧业和水产养殖业。近百年来，温室大棚作为设施农业重要构成某些，其自动控制和管理技术不断得以提高，特别是二十世纪一氧化碳检测技术浮现，更使温室大棚环境控制技术产生了革命性变化。80年代，随着微型计算机日新月异进步和价格大幅度下降，以及对问世控制规定提高，以微型计算机为核心一氧化碳检测系统，在欧美得到了长足发展，并迈入了网络化，智能化阶段。当前，国外一氧化碳检测设施已经发展到一定限度，并形成了一定原则。
2. 国内研究现状及特点
国内自行开发一氧化碳测控系统其技术水平和调控能力与发达国家尚有一定差距。而国内综合环境测控技术研究刚刚起步，当前依然停留在研究单个或少量环境因子调控技术阶段，而事实上，温室内光照度、温度、湿度、一氧化碳浓度等环境因素，都是在互相影响、互相制约状态中对作物生长产生影响，环境要素空间变化、时间变化都很复杂。因而，咱们应当依照国内国情研制出适合国内农业发展一氧化碳检测仪器仪表，并在农业设施中广泛推广。
三、重要工作和办法手段
1. 进行系统方案设计；
2. 选取适当单片机，设计单片机最小系统，并熟悉该单片机开发环境；
3. 设计电源电路，为单片机供电；
4. 选取MQ7传感器，设计气体传感电路；
5. 选取显示某些为LED数码管，对一氧化碳浓度进行分时显示；
6. 设计按键电路控制显示浓度；
7. 设计报警电路，一氧化碳超过指定浓度时声光报警；
8. 运用protel绘制电路图并形成PCB图，制作出实物；
9. 依照以上设计运用C语言完毕软件编程设计。
四、预期达到成果
运用一氧化碳检测传感器及单片机检测环境中一氧化碳浓度，并运用显示屏显示当前浓度值，显示范畴为0—1000ppm。同步可设定报警值，当一氧化碳浓度超过设定上、下限时，仪器产生声光报警，并在显示屏上显示报警状态、故障状态、时间参数等数据信息。

指引教师签字

时 间
年 月 日
摘　要
一氧化碳检测仪是一种用于公共场合具备检测及超限报警功能仪器，能起到防止一氧化碳中毒效果，使人们安全放心工作。
设计方案基于STC12C5A60S2单片机，选取瑞士蒙吧波公司MQ7一氧化碳传感器。系统将传感器原则信号通过AD0832为核心A/D转换电路调理，经由单片机进行数据解决，最后由LCD显示一氧化碳浓度值。文中详细简介了数据采集子系统、数据解决过程以及数据显示子系统和报警电路设计办法和过程。系统对于采样地点超过规定一氧化碳容许浓度时采用三极管驱动单音频报警电路提示监测人员。同步，操作人员对于详细报警点上限值可以通过单片机编程进行设立。此外，该系统对浓度信号进行了信号补偿等解决，减少了测量误差。因而，系统具备较高测量精度，并且构造简朴，性能优良。
系统以单片机为核心，运用一氧化碳检测传感器检测环境中一氧化碳浓度，并运用显示屏显示当前浓度值，同步可设定报警值，超过设定值时进行声光报警。

核心词：一氧化碳检测 STC12C5A60S2　 MQ7

Abstract
Carbon monoxide detector is a kind of instrument used to test and transfinite alarm function in public places . It can prevent carbon monoxide poisoning to make people work safely.
This design is based on STC12C5A60S2 single chip microcomputer，selecting the Swiss wave of corporate MQ7 carbon monoxide sensor. System will change the standard signal of sensor through AD0832 as the core of after A/D conversion circuit by single-chip computer for data processing. Finally it displays the carbon monoxide density by the LCD. This paper introduces the data acquisition subsystem，data processing and data display subsystem and alarm circuit design method and process. System for sampling sites beyond the allowable concentration of carbon monoxide in the single audio alarm circuit driven by triode reminds monitoring personnel. At the same time，the operator for the upper limit of the specific stations can set through the microcontroller programming. In addition，the system of the concentration signal，signal compensation and so on processing to reduce the measurement error. Therefore，this system has high measurement precision，simple structure and good performance.
System uses the single chip processor as the core with the use of carbon monoxide detection sensor to test concentration of carbon monoxide in the environment and uses the display to show the current density. At the same time it can be set alarm value .When it is more than the set value，the system will implement sound and light alarming.

Key words：Carbon monoxide testing STC12C5A60S2 MQ7

目　录
第1章　绪论 1
1.1　课题研究目意义 1
1.2　国内外研究现状 1
1.3　论文研究内容 2
第2章　系统设计方案 3
2.1　原理框图 3
2.2　总体设计思路 3
第3章　系统硬件设计 4
3.1　单片机芯片STC12C5A60S2 4
3.2　传感器模块 7
3.2.1　传感器概述 7
3.2.2　构造与特点 7
3.2.3　重要技术参数 8
3.2.4　实物图及接口阐明 9
3.3　时钟电路 10
3.4　存储电路 17
3.5　电源电路 15
3.6　显示电路 15
3.7　声光报警电路 17
3.8　按键电路 20
3.9　串口设计 20
第4章　系统软件设计 21
4.1　Keil uVision4 21
4.2　系统程序设计 21
4.2.1　主程序设计 22
4.2.2　显示界面子程序设计 22
4.2.3　时钟模块设计 23
4.2.4　液晶显示设计 24
4.2.5　按键控制设计 24
4.2.6　存储模块设计 25
第5章　系统调试 26
5.1　硬件调试 27
5.2　软件调试 27
第6章　结论与展望 30
参照文献 30
道谢 31
附录 32
附录A　外文资料 32
附录B 原理图 40
附录C　PCB图 41
附录D　源程序 42

第1章　绪　论
1.1　课题研究目意义
当前，随着日光温室迅速增多，人们对其性能规定也越来越高，特别是为了提高生产效率，对温室自动化限度规定也越来越高。
中华人民共和国农业发展必要走当代化农业这条道路，随着国民经济迅速增长，农业研究和应用技术越来越受到注重，特别是日光温室已经成为高效农业一种重要构成某些。当代化农业生产中重要一环就是对农业生产环境某些重要参数进行检测和控制。例如：一氧化碳浓度、空气温度、湿度等。在农业种植问题中，温室环境与生物生长、发育、能量互换密切有关，进行环境测控是实现温室生产管理自动化、科学化基本保证，通过对监测数据分析，结合伙物生长发育规律，控制环境条件，使作物达到优质，高产，高效栽培目。由于温室大棚能带来可观经济效益,因此温室大棚技术越来越普及,并且己成为农民增收重要手段。温室内一氧化碳浓度、温度与湿度等参数，直接关系到蔬菜和水果生长。例如：一氧化碳过浓会导致作物叶片发黄等。国外温室设施已经发展到比较完备限度，并形成了一定原则，但是价格非常昂贵，缺少与国内气候特点相适应测控软件。因而，为了实现高效农业生产科学化并提高农业研究精确性，推动国内农业发展，必要大力发展农业设施与相应农业工程，科学合理地调节温室内一氧化碳浓度、温度以及湿度，使大棚内形成有助于蔬菜，水果生长环境，是大棚蔬菜和水果早熟、优质、高效益重要环节。
1.2　国内外研究现状
西方发达国家在当代一氧化碳检测技术上起步比较早。20世纪60年代，生产型高档温室开始应用于农业生产，奥地利一方面建成了番茄生产工厂，70年代后荷兰、日本、美国、英国、以色列等国家温室园艺迅猛发展，一氧化碳检测广泛应用于园艺作物生产、畜牧业和水产养殖业。近百年来，温室大棚作为设施农业重要构成某些，其自动控制和管理技术不断得以提高，特别是二十世纪一氧化碳检测技术浮现，更使温室大棚环境控制技术产生了革命性变化。80年代，随着微型计算机日新月异进步和价格大幅度下降，以及对问世控制规定提高，以微型计算机为核心一氧化碳检测系统，在欧美得到了长足发展，并迈入了网络化，智能化阶段。当前，国外一氧化碳检测设施已经发展到一定限度，并形成了一定原则。
国内自行开发一氧化碳测控系统其技术水平和调控能力与发达国家尚有一定差距。而国内综合环境测控技术研究刚刚起步，当前依然停留在研究单个或少量环境因子调控技术阶段，而事实上，温室内光照度、温度、湿度、一氧化碳浓度等环境因素，都是在互相影响、互相制约状态中对作物生长产生影响，环境要素空间变化、时间变化都很复杂。因而，咱们应当依照国内国情研制出适合国内农业发展一氧化碳检测仪器仪表，并在农业设施中广泛推广。
1.3　论文研究内容
系统以单片机为核心，运用一氧化碳检测传感器检测环境中一氧化碳浓度，用显示屏显示当前时间和浓度值，同步可设定报警值，超过设定值时进行声光报警，并且运用存储芯片存储三次报警值。

第2章　系统设计方案
2.1　系统框图
系统以单片机为核心，由单片机来控制各个模块。系统重要涉及电源电路、存储电路、时钟电路、显示电路、报警电路，系统原理框图如图2-1所示。
图2-1 系统原理框图
MQ-7气体传感器
按键控制
报警装置
存储装置
LCD显示
单片机
电源电路

系统设计框架为设计单片机最小系统，单片机最小系统涉及晶振电路、单片机电路、复位电路。通过MQ7气体传感器输出信号输入单片机检测，按键控制单片机运作，单片机输出信号使LCD显示，并输出给报警装置和存储设立。
2.2　总体设计思路
论文重要完毕一氧化碳检测软件和硬件电路设计，设计内容涉及：存储程序、控制程序、时钟程序、超标报警、按键检测、数据显示等。
系统采用单片机为控制核心，以实现一氧化碳检测系统基本控制功能。系统重要功能内容涉及：数据解决、时间设立、开始测量、超标报警、按键检测、存储设立。本系统设计采用功能模块化设计思想，系统重要分为总体方案设计、硬件设计和软件设计三大某些。依照任务书上规定进行综合分析，总设计方案分为如下几种环节：
(1)硬件系统电路设计；
(2)软件系统主程序及其有关子程序编写；
(3)系统电路及软件调试。
本系统设计模块涉及：电源模块，传感器模块，显示模块，声光报警模块，存储模块和单片机最小系统模块。
第3章　系统硬件设计
3.1　单片机芯片STC12C5A60S2
在系统设计中，选取适当系统核心器件成为能否成功完毕设计任务核心，而作为控制系统核心单片机选取更是重中之重，选取适当单片机可以最大限度地简化单片机应用系统。当前，市场上单片机不但种类繁多，并且在性能方面也各有所长。普通来说，选取单片机需要考虑如下几种方面：
(1)单片机基本性能参数。例如指令执行速度、程序存储器容量、I/O引脚数量等。
(2)单片机增强功能。例如看门狗、多指针、双串口等。
(3)单片机存储介质。对于程序存储器来说，Flash存储器和OTP(一次性可编程)存储器相比较，最佳是Flash存储器。
(4)芯片工作温度范畴符合工业级、军工级还是商业级。如果设计户外产品，必要选用工业级。
(5)芯片功耗。例如设计并口加密狗时，信号线取电只能提供几毫安电流，选用STC单片机就是由于它能满足低功耗规定。
(6)供货渠道与否畅通、价格与否低廉。
(7)技术支持网站速度如何，资料与否丰富。涉及芯片手册、应用指南、设计方案、范例程序等。
(8)芯片保密性能好、单片机抗干扰性能好[2]。
系统采用是STC12C5A60S2单片机。STC12C5A60S2系列单片机是STC生产单时钟/机器周期(1T)单片机，是高速/低功耗/超强抗干扰新一代8051单片机，指令代码完全兼容老式8051，但速度快8-12倍，内部集成MAX810专用复位电路，2路PWM，8路高速10位A/D转换(250K/S，即25万次/秒)针对电机控制，强干扰场合[3]。STC12C5A60S2单片机中包括中央解决器(CPU)、程序存储器(Flash)、数据存储器(SRAM)、定期/计数器、UART串口、串口2、I/O接口、高速A/D转换、SPI接口、PCA、看门狗及片内R/C振荡器和外部晶体振荡电路等模块。STC12C5A60S2系列单片机几乎包括了数据采集和控制中所需所有单元模块，可称得上一种片上系统。
单片机STC12C5A60S2外观如图3-1所示。

图3-1 STC12C5A60S2外观
单片机STC12C5A60S2引脚功能图3-2所示。

图3-2 STC12C5A60S2引脚图
单片机引脚功能阐明：
P0.0~P0.7 P0口既可以作为输入/输出口，也可以作为地址/数据复用总线使用。当P0口作为输入/输出口时，P0是一种8位准双向口，内部有弱上拉电阻，无需外接上拉电阻。当P0作为地址/数据复用总线使用时，是低8位地址线A0~A7，数据线D0~D7。
P1.0/ADC0/CLKOUT2 原则I/O口、ADC输入通道0、独立波特率发生器时钟输出。
P1.1/ADC1 原则I/O口、ADC输入通道1。
P1.2/ADC2/ECI/RxD2 原则I/O口、ADC输入通道2、PCA计数器外部脉冲输入脚，第二串口数据接受端。
P1.3/ADC3/CCP0/TxD2 外部信号捕获，高速脉冲输出及脉宽调制输出、第二串口数据发送端。
P1.4/ADC4/CCP1/SS 非SPI同步串行接口从机选取信号。
P1.5/ADC5/MOSI SPI同步串行接口主出从入(主器件输入和从器件输出)。
P1.6/ADC6/MISO SPI同步串行接口主入从出。
P1.7/ADC7/SCLK SPI同步串行接口时钟信号。
P2.0~P2.7 P2口内部有上拉电阻，既可作为输入输出口(8位准双向口)，也可作为高8位地址总线使用。
P3.0/RxD 原则I/O口、串口1数据接受端。
P3.1/TxD 原则I/O口、串口1数据发送端。
P3.2/INT0 原则I/O口、非外部中断0，下降沿中断或低电平中断。
P3.3/INT1 原则I/O口、非外部中断1、下降沿中断或低电平中断。
P3.4/T0/INT/CLKOUT0 定期器计数器0外部输入、定期器0下降沿中断、定期计数器0时钟输出。
P3.5/T1/INT/CLKOUT1 定期器计数器1外部输入、定期器1下降沿中断、定期计数器1时钟输出。
P3.6/ WR 原则I/O口、外部数据存储器写脉冲。
P3.7/ RD 原则I/O口、外部数据存储器读脉冲。
单片机最小系统涉及晶振电路、单片机电路、复位电路。
晶振某些由11.0592MHz和两个电容构成。单片机普通使用是5V直流电源，是单片机正常工作基本保障。此外，为了保证单片机电源稳定，还需要加一种旁路电容104，起到滤波减少干扰作用。
复位操作有上电自动复位、按键电平复位和外部脉冲复位3种方式[4]。
本系统采用是上电自动复位即阻容复位方式，由从单片机STC12C5A60S2资料查知，阻容复位时，规定电容为10µF，电阻10k，由于RC/RD+系列单片机RESET引脚内没有下拉电阻，因此必要用此10k电阻。
单片机最小系统电路图如下图3-3所示。

图3-3 单片机最小系统
3.2　传感器模块
3.2.1　传感器概述
系统所采用是MQ-7气体传感器，其所使用气敏材料是在清洁空气中电导率较低二氧化锡(SnO2)。采用高低温循环检测方式低温(1.5V加热)检测一氧化碳，传感器电导率随空气中一氧化碳气体浓度增长而增大，高温(5.0V加热)清洗低温时吸附杂散气体。使用简朴电路即可将电导率变化转换为与该气体浓度相相应输出信号。MQ-7气体传感器对一氧化碳敏捷度高，这种传感器可检测各种含一氧化碳气体，是一款适合各种应用低成本传感器。
3.2.2　构造与特点
特点：
(1)针对一氧化碳有良好敏捷度；
(2)长寿命低成本；
(3)简朴驱动电路即可。
传感器构造如图3-4所示。

图3-4　MQ-7传感器构造图

3.2.3　重要技术参数
产品型号
MQ-7
产品类型
半导体气敏元件
原则封装
塑封
检测气体
一氧化碳
检测浓度
10-1000ppmCO
原则电路条件
回路电压
Vc
≤10V DC
加热电压
VH
5.0V±0.2V ACorDC（高）
1.5V±0.1V ACorDC（低）
加热时间
TL
60±1S（高）90±1S（低）
负载电阻
RL
可调
原则测试条件下元件特性
加热电阻
RH
31Ω±3Ω（室温）
加热功耗
PH
≤350mW
敏感体表面电阻
Rs
2KΩ-20KΩ(in100ppmCO)
敏捷度
S
Rs(in air)/Rs(100ppmCO)≥5
浓度斜率
α
≤0.6(R300ppm/R100ppm CO)
原则测试条件
温度、湿度
20℃±2℃；65%±5%RH
原则测试电路
Vc：5.0V±0.1V； VH(高)：5.0V±0.1V； VH(低)：1.5V±0.1V
预热时间
不少于48小时
图3-5　重要技术参数图

3.2.4　实物图及接口阐明
MQ-7传感器模块实物如图3-6和图3-7所示。

图3-6　MQ-7传感器模块正面图

图3-7　MQ-7传感器模块背面图
传感器模块接口阐明如图3-8所示。

图3-8　MQ-7传感器模块接口阐明
MQ-7传感器模块四个引脚分别为VCC接5V电源正极；GND接地；DOUT为TTL高低电平输出端，作用是检测报警信号，低电平有效；AOUT为模仿电压输出端，作用是把检测到浓度转换成模仿电压信号，单片机由此采集气体浓度，模仿量输出0~5V电压，浓度越高电压越高。原理图如图3-9所示。

图3-9　MQ-7传感器模块原理图
引脚1接电源VCC，引脚2接地，引脚3接单片机P10口，引脚4接单片机P11口。其中R1为5.1，R2为10k，R3为1k，Rp为10k，C1为0.1uF。
3.3　时钟电路
本系统选取了DS1302时钟芯片。由于此系统需要记录测量发生时间，因此需要时钟芯片来记录不同步间监测数据，因而在系统中加入了时钟芯片。
(1)时钟芯片DS1302内含一种实时时钟/日历和31字节静态RAM，可以通过串行接口与单片机通信。通信时，仅需要3个口线：①RES(复位)，②I/O数据线，③SCLK(串行时钟)。
(2)DS1302重要性能有：时钟能计算21之前秒、分、时、日、日期、星期、月、年能力，尚有闰年调节能力；读/写时钟或RAM数据时，有单字节和多字节传送两种方式，与DS1202/TTL兼容。
(3)DS1302引脚概述：X1，X2；振荡源，外接32.768KHZ晶振；SCLK：串行时钟输入端。
(4)DS1302数据输入/输出时序
数据输入是在输入写命令字8个SCLK周期之后，接下来8个SCLK周期中每个脉冲上升沿输入数据，数据从低位即0位开始。需要注意是，第一种数据位在命令字节最后一位之后第一种下降沿被输出。只要RST保持高电平，如果有额外SCLK周期，将重新发送数据字节，即多字节传送。同样，在紧跟8位控制指令字后下一种SCLK脉冲下降沿读出DS1302数据，读出数据时从低位0位到高位7。时序如图3-10和图3-11所示。

图3-10　单字节读操作时序图

图3-11　单字节写操作时序图
一方面，对DS1302读写操作必要在RST为1时才容许操作；写操作时必要关闭写保护寄存器写保护位(0x00)；读操作时跟此寄存器无关；写操作时先写地址(RW=0，容许写数据单元地址)，然后写数据。读操作时先写地址(RW=1，容许读数据单元地址)，然后读数据。时钟控制字见图3-12。
寄存器名
命令字
取值
范畴
各位内容
写操作
读操作
7
6
5
4
3～0
秒寄存器
80H
81H
00～59
CH
10SEC
SEC
时寄存器
84H
85H
01～12
00～23
12/24
0
10/（A/P）
HR
HR
日寄存器
86H
87H
01～28，29、30、31
0
0
10DATE
DATE
月寄存器
88H
89H
01～12
0
0
0
10M
MONTH
周寄存器
8AH
8BH
01～07
0
0
0
0
DAY
年寄存器
8CH
8DH
01～99
10YEAR
YEAR
保护寄存器
8EH
8FH

WP
0
0
0
0
慢充电寄存器
90H
91H

TCS
TCS
TCS
TCS
DS
DS
RS
RS
时钟突发寄存器
BEH
BFH

图3-12　时钟控制字对照图

图3-13　时钟电路图
DS1302时钟芯片引脚连接分别为X1，X2接32.768kHz晶振；VCC1，VCC2为电源供电管脚；GND接地；SCLK为串行时钟引脚，接单片机P3.5口；I/O为数据输入/输出引脚，接单片机P3.4口；CE为复位脚，接单片机P3.7口。时钟模块中电阻R11，R12，R13为上拉电阻，起到了限制电流作用。时钟电路图见图3-13。
3.4　存储电路
系统选取AT24C02存储芯片，由于系统需要存储超限浓度值和相应时间，因此要加入存储芯片。AT24C02支持I2C，总线数据传送合同I2C，总线合同规定任何将数据传送到总线器件作为发送器。任何从总线接受数据器件为接受器。数据传送是由产生串行时钟和所有起始停止信号主器件控制。主器件和从器件都可以作为发送器或接受器，但由主器件控制传送数据(发送或接受)模式，由于A0、A1和A2可以构成000~111八种状况，即通过器件地址输入端A0、A1和A2可以实现将最多8个AT24C02器件连接到总线上，通过进行不同配备进行选取器件。
只有总线非忙时才被容许进行数据传送，在传送时，当时钟线为高电平，数据线必要为固定状态，不容许有跳变。时钟线为高电平时数据线任何电平变化将被当作总线启动或停止条件。SCL线为高电平期间，SDA线由高电平向低电平变化表达起始信号；SCL线为高电平期间，SDA线由低电平向高电平变化表达终结信号。其时序如图3-14所示。
SDA
SCL

图3-14　起始和终结信号时序图
每个时钟脉冲传送一位数据。SCL为高电平SDA变化被以为是控制信号。
位传播如图3-15所示。
容许数
据变化
规定数
据稳定
规定数
据稳定
SDA
SCL

图3-15　位传播时序图
总线上接受器每收到一种字节就产生一种应答，主器件必要产生一种相应额外时钟脉冲。接受器拉低SDA线表达应答，并在期间保持稳定低电平。应答时序图如图3-16所示。

应答
非应答
SDA
(从机)
SDA
(主机)
SCL

图3-16　应答时序图
写操作规定在接受器件地址和ACK应答后，接受8位字 。接受到这个地址后EEPROM应答“0”然后是一种8位数据。在接受8位数据后，EEPROM应答“0”，接着必要由主器件发送停止条件来终结写程序列。次时EEPROM进入内部写周期，数据写入非易矢性存储其中，在此期间所有输入都无效，直到写周期完毕，EEPROM才会有应答。应答时序如图3-17所示。
数据
字地址
写
SDA线
停止
条件
器件
地址
起始
条件

图3-17　写操作时序图
读操作初始化方式和写操作同样，仅把R/W位置1，读操作有三种不同方式：当前地址读，随机读和顺序读。 读操作时序图如图3-18所示。
数据
读
SDA线
停止
条件
器件
地址
起始
条件

图3-18　读操作时序图
存储模块电路图如图3-19所示。

图3-19　存储模块电路图
AT24C02存储芯片管脚及连接分别为A0、A1、A2 器件地址输入端；VCC接电源；GND接地；WP 写保护；SCL 是串行时钟，接单片机P2.3口；SDA 串行数据/地址管脚，接单片机P2.4口。电阻R14，R15为上拉电阻，起限制电流作用。其电路图如图3-19所示。

3.5　电源电路
由于直接输出电源为交流220V，而单片机和传感器模块工作所需要电源为5V，因此要设计电源电路，将交流220V变成直流5V，供单片机、一氧化碳传感器等使用。电源电路如图3-20所示。

图3-20　电源电路
电路中有到重要用三端稳压器7805。三端IC是指这种稳压用集成电路，只有三条引脚输出，分别是输入端、接地端和输出端。用78系列三端稳压IC来构成稳压电源所需外围元件很少，电路内部尚有过流、过热及调节管保护电路，使用起来可靠、以便，并且价格便宜。该系列集成稳压IC型号中78背面数字代表该三端集成稳压电路输出电压，如7805表达输出电压为+5V，由于三端固定集成稳压电路使用以便，电子制作中经常采用。输出电流留有一定余量，以避免个别集成稳压电路失效时导致其她电路连锁烧毁。
在实际应用中，应在三端集成稳压电路上安装足够大散热器,固然小功率条件下不用。当稳压管温度过高时，稳压性能将变差，甚至损坏。当制作中需要一种能输出1.5A以上电流稳压电源，普通采用几块三端稳压电路并联起来，使其最大输出电流为N个1.5A，但应用时需注意：并联使用集成稳压电路应采用同一厂家、同一批号产品，以保证参数一致。此外在输出电流上留有一定余量，以避免个别集成稳压电路失效时导致其她电路连锁烧毁。
3.6　显示电路
本系统选用LCD1602液晶显示屏， LCD1602分为带背光和不带背光两种，基控制器大某些为HD44780，带背光比不带背光厚，与否带背光在应用中并无差别，在电路中连接有10kΩ电位器，通过电位器可以调节显示字符亮度。字符型液晶显示模块是一种专门用于显示字母、数字、符号等点阵式LCD，当前惯用16*1，16*2，20*2和40*2行等模块。普通1602字符型液晶显示屏实物如图3-21和图3-22所示。

图3-21　LCD1602显示屏正面

图3-22　LCD1602显示屏背面
LCD1602指令表如表3-1所示。
表3-1 LCD1602指令表
序号
指令
RS
R/W
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
1
清屏
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
2
3
光标返回
置输入模式
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
I/D
*
S
4
显示开/关控制
0
0
0
0
0
0
1
D
C
B
5
光标或字符移位
0
0
0
0
0
1
S/C
R/L
*
*
6
置功能
0
0
0
0
1
DL
N
F
*
*
7
置字符发生存贮器地址
0
0
0
1
字符发生存贮器地址
8
置数据存贮器地址
0
0
1
显示数据存贮器地址
9
读忙标志或地址
0
1
BF
计数器地址
10
写数到CGRAM或DDRAM）
1
0
要写数据内容
11
从CGRAM或DDRAM读数
1
1
读出数据内容
本系统采用是LCD1602型号静态显示屏。液晶显示模块是一种慢显示屏件，因此在执行每条指令之前一定要确认模块忙标志，为低电平表达不忙，否则此指令失效。要显示字符时要先输入显示字符地址，也就是告诉模块在哪里显示字符。
显示电路如图3-23所示。

图3-23　显示电路
LCD1602采用原则16脚接口，其