導語：環(huán)境監(jiān)測控制系統(tǒng)設計分析一文來源于網友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

1系統(tǒng)設計框圖

系統(tǒng)硬件電路主要包括單片機最小系統(tǒng)、電源模塊、煙霧傳感器、溫濕度傳感器、火焰?zhèn)鞲衅?、以太網模塊、電動機驅動及直流電動機系統(tǒng)等，其硬件設計框圖如圖1所示。本環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)主要以STC15F2K60S2單片機為控制核心，由以太網模塊、環(huán)境參數(shù)監(jiān)測傳感器、顯示部件和報警裝置等外圍設備構成環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)。當環(huán)境參數(shù)超過用戶設定的值時，報警器報警，環(huán)境監(jiān)測數(shù)據通過以太網傳輸?shù)缴衔粰C，從而實現(xiàn)遠程監(jiān)控。

2電路設計

2.1按鍵及顯示電路的設計。按鍵、顯示接口電路由STC15F2K60S2單片機最小系統(tǒng)、按鍵接口電路和液晶顯示電路組成。本環(huán)境檢測系統(tǒng)一共設置5個獨立按鍵，在單片機上電之后，通過按鍵可以對報警閾值進行適時調整，不需要重新修改程序，這樣可以為用戶帶來極大的方便，簡化了操作的過程。LCD1602顯示屏同時可以顯示兩行數(shù)據，每行可以顯示16個字符，第一行顯示報警閾值，用戶可以根據自己的需求進行調整，第二行實時顯示當前檢測到的環(huán)境參數(shù)值，電路如圖2所示。2.2以太網模塊電路設計。系統(tǒng)以太網模塊電路設計采用的是一種內部集成了10/100Mbps以太網控制器的多功能網絡接口芯片W5100，其主要主要特點是高集成度、高穩(wěn)定性、高性能、低成本，廣泛應用于嵌入式系統(tǒng)中。此外W5100在沒有操作系統(tǒng)的情況下，亦能實現(xiàn)互聯(lián)網連接。W5100模塊與單片機有三種通信方式，分別為直接總線接口、間接總線接口和SPI總線接口。第一，直接總線接口方式，采用地址總線15根，數(shù)據總線8根，還有CS、RD、WR、INT等信號線；第二，間接總線接口方式，采用地址總線2根，數(shù)據總線8，還有CS、RD、WR、INT等信號線；第三，SPI總線接口方式，采用信號線4根，分別是SCLK、SCS、MOSI、MISO等信號線。由此可知，前兩種總線接口方式較為復雜，且占用的單片機引腳數(shù)較多，不利于其他功能的擴展，因此本系統(tǒng)采用SPI總線接口方式與單片機進行通信[2]。W5100的SP1_EN引腳接高電平，選擇SPI總線接口方式，與單片機的接口電路如圖3所示。2.3溫濕度監(jiān)測電路設計。系統(tǒng)溫濕度監(jiān)測傳感器采用的是數(shù)字溫濕度傳感器DHT11。DHT11是一款帶有校準數(shù)字信號輸出的溫濕度復合傳感器，具有4個引腳，具體引腳功能分別為VDD為電源端，范圍為3.3-5.5V；DQ為單線制串行接口數(shù)據總線；NC為空管腳，表示未連接；GND為接地端。DHT11與單片機的接口電路電路如圖4所示，其中圖中電阻R1為上拉電阻。2.4照明燈亮度監(jiān)測電路設計?；鹧?zhèn)鞲衅饔筛邷毓腆w顆粒組成，如燃燒產物、中間體、高溫氣體、烴類物質和無機物?；鹧娴臒彷椛渚哂须x散的氣體輻射譜和連續(xù)的固體輻射譜。不同燃燒材料的火焰輻射強度和波長分布不同，但一般來說，火焰溫度的近紅外波長和紫外區(qū)域具有很大的輻射強度。根據這種特性，可以制作火焰?zhèn)鞲衅鳌Ｕ彰鳠袅炼缺O(jiān)測電路如圖5所示。2.5可燃氣體監(jiān)測電路設計。系統(tǒng)可燃氣體監(jiān)測模塊采用的是MQ-2型煙霧傳感器，其屬于二氧化錫半導體氣敏材料，屬于表面離子型N型半導體。當環(huán)境的可燃氣體濃度變化時，MQ-2型煙霧傳感器的輸出端電壓也會隨之發(fā)生變化，可燃氣體濃度越高，輸出電壓就越大，系統(tǒng)可燃氣體監(jiān)測電路如圖6所示。MQ-2型煙霧傳感器的4引腳輸出是隨可燃氣體濃度變化的直流電壓，被加到電壓比較器LM393的6引腳；電位器R16構成電壓比較器的閾值電壓，接到電壓比較器的5引腳。當可燃氣體濃度使MQ2輸出電壓高于閾值電壓時，電壓比較器7引腳輸出為低電平，此時LED1亮，進行報警；當濃度降低使MQ2傳感器的輸出電壓低于閾值電壓時，比較器輸出為高電平，LED1熄滅。調節(jié)電位器R16可以調節(jié)比較器的閾值電壓，從而調節(jié)報警輸出的靈敏度。電阻R5串入MQ2傳感器的加熱回路，可以保護加熱絲免受冷上電時的沖擊。

3軟件設計

環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)設計軟件流程是在系統(tǒng)上電啟動之后，首先要對系統(tǒng)各個模塊進行初始化處理，然后進入顯示界面，單片機讀取傳感器監(jiān)測到的數(shù)據，判斷檢測到的數(shù)據是否超標，如果超標，報警燈開啟，報警器進行報警，否則顯示數(shù)據，將數(shù)據通過以太網模塊上傳至上位機，如果有按鍵按下進行參數(shù)調節(jié)，否則判斷上位機是否接收到數(shù)據，如果接收到數(shù)據與預期指令進行對比判斷是否一致，如果一致單片機執(zhí)行指令，否則重新讀取數(shù)據。

4結論

本文介紹一個基于以太網的環(huán)境監(jiān)測控制系統(tǒng)的設計及軟件設計流程。本環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)擁有可靠的環(huán)境信息采集和分析能力，系統(tǒng)的可擴展性比較靈活，有利于降低環(huán)境監(jiān)測成本，能夠對環(huán)境的信息進行實時監(jiān)測，并反饋給用戶做出相應的調整。

參考文獻：

[1]蔣峰.W5100在遠程溫度采集系統(tǒng)中的應用[J].化工自動化及儀表,2011,38(2):214-217.

[2]韓丹翱,王菲.DHT11數(shù)字式溫濕度傳感器的應用性研究[J].電子設計工程,2013,21(13):83-85+88.

作者:方舟