基于STC12C5A60S2的多功能測量系統(tǒng)設(shè)計

摘要：本文介紹了基于STC12C5A60S2單片機的多功能測量系統(tǒng)，系統(tǒng)實現(xiàn)對空氣溫濕度、CO2濃度以及室內(nèi)光照強度的檢測，同時具有萬年歷時鐘顯示功能。闡述了系統(tǒng)硬件和軟件的整體設(shè)計方案、器件選型、單元電路設(shè)計及整體電路連接。通過理論分析及實驗證明能有效測出溫濕度、CO2含量及室內(nèi)光照強度，測量準(zhǔn)確，參數(shù)調(diào)節(jié)方便，使用效果良好。
關(guān)鍵詞：單片機；傳感器；信號采集；信號調(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或萬年歷自帶的溫度計來測量室內(nèi)溫度，但是，隨著環(huán)境污染的日趨嚴重及人們對生活質(zhì)量要求的提高，人們對室內(nèi)濕度、二氧化碳濃度及光照強度的檢測也逐漸關(guān)注。然而，目前為止適用于家居型檢測濕度、光照強度及CO2濃度還沒有一種合適且適用的儀器。小型倉庫中傳統(tǒng)的方法是采用濕度表、雙金屬式測量計和濕度試紙等測試器材，通過人工進行檢測，對不符合溫度和濕度要求的庫房進行通風(fēng)、去濕和降溫等工作。這種人工測試方法費時費力、效率低，且測試的溫度及濕度誤差大、隨機性大。因此我們需要一種性價比較高的溫濕度測量儀。
本文設(shè)計研制一種新穎、方便、實用、結(jié)構(gòu)簡單的多功能測量儀，適用于家庭、倉庫以及溫室等需要環(huán)境檢測的地方。設(shè)計通過LCD顯示所監(jiān)測的結(jié)果，用戶可以根據(jù)監(jiān)測結(jié)果有效調(diào)節(jié)相關(guān)設(shè)備，從而達到理想的環(huán)境狀態(tài)。

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

本控制系統(tǒng)以STC12C5A60S2單片機為控制核心，該單片機具有高速、低功耗、超強抗干擾的特點，并且自帶8路10位精度AD轉(zhuǎn)換；溫濕度檢測由數(shù)字式的溫度檢測傳感器DS18B20和濕度檢測傳感器DTH11實現(xiàn)，由于數(shù)字式傳感器輸出為數(shù)字量，因此在數(shù)據(jù)處理方面比較簡單，且這兩款傳感器的性價比較高；時鐘模塊則是應(yīng)用了比較常用的DS1302時鐘芯片，通過控制器與時鐘芯片的通訊實現(xiàn)得到比較準(zhǔn)確的時間值，另外，通過按鍵操作實現(xiàn)對時鐘的校準(zhǔn)；而對于照度和CO2濃度的檢測則比較復(fù)雜，由于硅光電池和CO2檢測傳感器輸出信號是微弱的模擬信號，因此需要對得到的小信號進行調(diào)理，調(diào)理后的信號信息送入單片機的AD口，從而得到單片機可以處理的數(shù)字量；所有檢測結(jié)果及日期時間的顯示都是由LCD實現(xiàn)；由于信號調(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
2．1 控制電路
系統(tǒng)的控制電路是以STC12C5A60S2單片機為控制核心構(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 檢測電路
根據(jù)傳感器輸出信號的不同，可分為數(shù)字式傳感器和模擬式傳感器兩種。信號類型的不同導(dǎo)致了檢測電路的不同。
2．2．1 溫濕度檢測電路
由于溫度傳感器DS18B20和濕度傳感器DTH11均為數(shù)字量輸出，因此檢測電路十分簡單，為了防止不確定信號的出現(xiàn)，需在信號的輸出端接4．7k的上拉電阻，如圖3所示。