基于STC12C5A60S2的多功能測量系統(tǒng)設計

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)實現對空氣溫濕度、CO2濃度以及室內光照強度的檢測，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計方案、器件選型、單元電路設計及整體電路連接。通過理論分析及實驗證明能有效測出溫濕度、CO2含量及室內光照強度，測量準確，參數調節(jié)方便，使用效果良好。
關鍵詞：單片機；傳感器；信號采集；信號調理

0 引言
隨著電子技術的發(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溫度，但是，隨著環(huán)境污染的日趨嚴重及人們對生活質量要求的提高，人們對室內濕度、二氧化碳濃度及光照強度的檢測也逐漸關注。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、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。
本文設計研制一種新穎、方便、實用、結構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。設計通過LCD顯示所監(jiān)測的結果，用戶可以根據監(jiān)測結果有效調節(jié)相關設備，從而達到理想的環(huán)境狀態(tài)。

1 系統(tǒng)設計
1．1 設計任務
本文實現基于STC單片機的多功能測量系統(tǒng)，可以實現濕度檢測、溫度檢測、CO2濃度檢測、室內光照強度檢測、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；室內光照強度的測量范圍為0～2500lux；系統(tǒng)顯示當前時間和日期，并可以通過按鍵進行修改當前時間日期。
1．2 設計方案及工作原理
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轉換；溫濕度檢測由數字式的溫度檢測傳感器DS18B20和濕度檢測傳感器DTH11實現，由于數字式傳感器輸出為數字量，因此在數據處理方面比較簡單，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得到比較準確的時間值，另外，通過按鍵操作實現對時鐘的校準；而對于照度和CO2濃度的檢測則比較復雜，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理，調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字量；所有檢測結果及日期時間的顯示都是由LCD實現；由于信號調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±5V的電源模塊。

2 硬件電路設計
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成的最小系統(tǒng)。另外，為方便程序下載，設計了基于CH340的程序下載接口電路，電路圖如圖2所示。

2．2 檢測電路
根據傳感器輸出信號的不同，可分為數字式傳感器和模擬式傳感器兩種。信號類型的不同導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，需在信號的輸出端接4．7k的上拉電阻，如圖3所示。