基于AVR單片機的室內環境監測系統的設計與測試

許海峰，王馳駿，王德育，丁 輝，張明玉

（1.自旋電子與納米材料安徽省重點實驗室（培育基地），安徽 宿州 234000；2.宿州學院 機械與電子工程學院，安徽 宿州 234000；3.電子科技大學 微電子與固體電子學院，四川 成都 610054）

基于AVR單片機的室內環境監測系統的設計與測試

許海峰1,2，王馳駿3，王德育1,2，丁 輝1,2，張明玉1,2

（1.自旋電子與納米材料安徽省重點實驗室（培育基地），安徽 宿州 234000；2.宿州學院 機械與電子工程學院，安徽 宿州 234000；3.電子科技大學 微電子與固體電子學院，四川 成都 610054）

本文設計了一種室內環境監測系統，該系統以Atmega16單片機為中心控制器件，主要由信息采集模塊，A/D轉換模塊，單片機編程模塊，液晶顯示模塊，控制模塊等5部分組成，實現室內溫度、濕度、光照的采集與控制；芯片DS18B20采集溫度信號、光敏二極管采集光照信號、AHT2M 1采集濕度信號，通過對環境的檢測，控制室內光照，并能通過對溫度、濕度的檢測給出提示信息，有很強的實用性.

AVR單片機；DS18B20芯片；DS1302芯片；監測系統

目前，電子工業的發展主要是面向工業，貼近生活方面的電子產品較少，特別是室內智能方面.本文設計的室內環境監測系統通過DS18B20，AHT2M1等傳感器檢測室內環境狀況，并實時顯示各環境參數，如溫度、濕度、光照強度等，能有效的幫助用戶調節環境狀況.本系統本著源于生活服務生活的設計理念，開發出適合大眾使用的控制系統，具有很強的實用性.

1 系統設計方案

1.1 面板介紹

本文設計的該系統的用戶操作界面如圖1：

圖1 系統設置與顯示面板

主屏為系統的顯示界面，由12864液晶模塊來實現，它的功能是實時顯示溫度、濕度、光照、時鐘等信息；鍵盤主要由用戶用于設置溫度、濕度等上限、下限的值；溫度、濕度、光照采集分別用來采集溫度、濕度、光照信息；電源指示燈指示是否通電；報警指示燈分別用來指示溫度的上限、下限，濕度的上限、下限等[1].

1.2 系統設計概述

該系統以Atmega16為中心控制器件，主要由溫度、濕度、光照采集及A/D轉換模塊，單片機編程模塊，顯示模塊，控制模塊等部分組成，如圖2：

圖2 基本模塊方框圖

單片機將采集到的溫度、濕度、光照等信息實時顯示出來，并將當前值預設值進行比較，控制相應的動作[2,4].

2 硬件電路的設計

ATmega16是基于增強的AVR RISC結構的低功耗8 位CMOS微控器，具有指令周期短，內部資源豐富穩定性高等特點.最高數據吞吐率達1MIPS/Mh,能有效減緩系統功耗和處理速度之間的矛盾.

為了節約單片機的I/O，此系統沒有利用Atmega16的JTAG在線仿真下載功能，而是使用了占用I/O較少的ISP下載，其最小系統如圖[4-6]3：

圖3 ATmega16最小系統

根據設計要求，光照采集部分是至關重要的一部分，它是后級的光照控制的基礎，適當的傳感器至關重要；濕度采集選用AHT2M1濕度電容性濕度測量模塊.直接輸出電壓值，便于處理；使用帶有A/D單片集成的DS18B20傳感器，DS18B20數字溫度計是DALLAS公司生產的單總線器件，直接輸出數字量.由DS18B20的資料，每次啟動溫度轉換后要進行大約800ms的延時，如果此時純粹使用死循環來達到延時的目的，就會帶來CPU得浪費，致使按鍵掃描及顯示不正常，本文用按鍵掃描和顯示代碼間接實現延時的目的[7-9].

關鍵代碼如下所示[10,11]：

3 系統軟件設計

本系統中，軟件設計主要是由顯示模塊、用戶設置模塊、信號采集、溫度、光照強控制度模塊、串行口通信等幾部分組成，主要設計流程圖如圖4：

圖4 流程圖

4 系統測試及結果分析

4.1 時鐘測試

時鐘測試包括時間的測定以及鬧鐘，在測試過程中以電腦時間作為參考，經與本系統作對比，準確無誤.

4.2 溫度測試

選用數字溫度計2602作為基準溫度，測試并記錄數據如表1：

表1 溫度數據的采集測試記錄

由表1可知，實際溫度與系統溫度的誤差在0.2℃左右，具有較好的測量精度.

4.3 光照電路的測試

本系統能自動控制居室的光照，當光照超過一定值時，自動關上窗簾；當光照低于一定值，自動打開窗簾；低于極限值時，自動打開居室的電燈.測試并記錄數據如表2：

由表2可知，光照適中測量的時候實際光照與系統光照的誤差在1％以內，光照過低和過強測量的時候誤差稍大但不影響使用.

表2 光照數據測試記錄

4.4 報警電路的測試

在本系統中使用了溫度、濕度報警系統，在測試的時候，采用預先設定然后驗證的方法進行測試，數據如表3：

表3 溫度、濕度報警系統數據測試記錄

由表3可以看出整個系統在報警方面是完全正常的，滿足系統的要求.

5 總結

本系統是以ATmega16單片機為核心部分，利用液晶作為顯示器件，主要完成室內溫度，濕度，光照強度的檢測與控制.通過溫度傳感器DS18B20，濕度傳感器AHT2M1及光敏二極管將物理信號轉化為電信號并通過A/D轉換器進一步轉化成主控MCU可以識別的數字信號，主控MCU根據采集的信號作出相應的判斷，如根據光照強度控制窗簾或日光燈的開關等，改變室內的環境，更適宜個人需求.

〔1〕高吉祥.全國大學生電子設計競賽培訓系列教程模擬電子線路設計[M].北京：電子工業出版社，2007.

〔2〕張毅剛.單片機原理及應用[M].北京：高等教育出版社, 2003.

〔3〕郭天祥.新概念51單片機C語言教程—入門、提高、開發拓展全攻略[M].北京：電子工業出版社,2009.

〔4〕劉海成.單片機及應用系統設計原理與實踐[M].北京：北京航空航天大學出版社,2009.

〔5〕于勇，戴佳，長江.51單片機C語言常用模塊與綜合系統設計[M].北京：電子工業出版社,2007.

〔6〕高吉祥.全國大學生電子設計競賽培訓系列教程模擬電子線路設計[M].北京：電子工業出版社，2007.

〔7〕翟玉文，等.電子設計與實踐[M].北京：北京中國電力出版社，2005.

〔8〕肖忠祥.數據采集原理[M].西安:西北工業出版社，2002.

〔9〕譚浩強.C 程序設計（第三版）[M].北京:清華大學出版社,2005.

〔10〕黃智偉.全國大學生電子設計競賽訓練教程[M].北京：電子工業出版社，2005.

〔11〕陳杰,黃鴻.傳感器與檢測技術[M].北京:高等教育出版社,2008.

TP274

A

1673-260X（2011）12-0048-03

宿市科NO.[2010]72號；宿州學院教博項目NO.2011jb01;自旋電子與納米材料安徽省重點實驗室培育基地開放課題NO.2011YKF06