基于STC12C5A60S2的多功能测量系统设计

摘要：本文介绍了基于STC12C5A60S2单片机的多功能测量系统，系统实现对空气温湿度、CO2浓度以及室内光照强度的检测，同时具有万年历时钟显示功能。阐述了系统硬件和软件的整体设计方案、器件选型、单元电路设计及整体电路连接。通过理论分析及实验证明能有效测出温湿度、CO2含量及室内光照强度，测量准确，参数调节方便，使用效果良好。
关键词：单片机；传感器；信号采集；信号调理

0 引言
随着电子技术的发展，居民普遍使用电子温度计或万年历自带的温度计来测量室内温度，但是，随着环境污染的日趋严重及人们对生活质量要求的提高，人们对室内湿度、二氧化碳浓度及光照强度的检测也逐渐关注。然而，目前为止适用于家居型检测湿度、光照强度及CO2浓度还没有一种合适且适用的仪器。小型仓库中传统的方法是采用湿度表、双金属式测量计和湿度试纸等测试器材，通过人工进行检测，对不符合温度和湿度要求的库房进行通风、去湿和降温等工作。这种人工测试方法费时费力、效率低，且测试的温度及湿度误差大、随机性大。因此我们需要一种性价比较高的温湿度测量仪。
本文设计研制一种新颖、方便、实用、结构简单的多功能测量仪，适用于家庭、仓库以及温室等需要环境检测的地方。设计通过LCD显示所监测的结果，用户可以根据监测结果有效调节相关设备，从而达到理想的环境状态。

1 系统设计
1．1 设计任务
本文实现基于STC单片机的多功能测量系统，可以实现湿度检测、温度检测、CO2浓度检测、室内光照强度检测、时间日期显示的功能。其中湿度的测量范围为20～90％RH；温度的检测范围为-55～+125℃；CO2浓度测量范围为350～10000ppmCO2；室内光照强度的测量范围为0～2500lux；系统显示当前时间和日期，并可以通过按键进行修改当前时间日期。
1．2 设计方案及工作原理
多功能检测系统包括：电源模块、控制器、温度检测模块、湿度检测模块、照度检测模块，CO2浓度检测模块、时钟模块、键盘输入模块、LCD显示模块。如图1所示。

本控制系统以STC12C5A60S2单片机为控制核心，该单片机具有高速、低功耗、超强抗干扰的特点，并且自带8路10位精度AD转换；温湿度检测由数字式的温度检测传感器DS18B20和湿度检测传感器DTH11实现，由于数字式传感器输出为数字量，因此在数据处理方面比较简单，且这两款传感器的性价比较高；时钟模块则是应用了比较常用的DS1302时钟芯片，通过控制器与时钟芯片的通讯实现得到比较准确的时间值，另外，通过按键操作实现对时钟的校准；而对于照度和CO2浓度的检测则比较复杂，由于硅光电池和CO2检测传感器输出信号是微弱的模拟信号，因此需要对得到的小信号进行调理，调理后的信号信息送入单片机的AD口，从而得到单片机可以处理的数字量；所有检测结果及日期时间的显示都是由LCD实现；由于信号调理电路中放大器采用双电源供电，因此电源模块选用了交流220V转±5V的电源模块。

2 硬件电路设计
2．1 控制电路
系统的控制电路是以STC12C5A60S2单片机为控制核心构成的最小系统。另外，为方便程序下载，设计了基于CH340的程序下载接口电路，电路图如图2所示。

2．2 检测电路
根据传感器输出信号的不同，可分为数字式传感器和模拟式传感器两种。信号类型的不同导致了检测电路的不同。
2．2．1 温湿度检测电路
由于温度传感器DS18B20和湿度传感器DTH11均为数字量输出，因此检测电路十分简单，为了防止不确定信号的出现，需在信号的输出端接4．7k的上拉电阻，如图3所示。