溫濕度控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計（可編輯）

1、溫濕度控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計 畢業(yè)設(shè)計論文題 目 溫濕度系統(tǒng)的軟件設(shè)計學(xué) 院 信息工程學(xué)院專業(yè)名稱 電子信息工程班級學(xué)號 08041232學(xué)生姓名 周赟指導(dǎo)教師 劉清平二o一二 年 六 月 溫濕度系統(tǒng)的軟件設(shè)計學(xué)生姓名周赟 班級08041232指導(dǎo)老師劉清平摘要隨著微電子技術(shù)計算機技術(shù)測試技術(shù)的發(fā)展單片機通信和信息監(jiān)測技術(shù)在日常生活中的運用日益廣泛雖然紅外藍牙等無線通信技術(shù)得到了很大的發(fā)展但是有線通信仍然是占據(jù)著當(dāng)今通信領(lǐng)域的半壁江山其在各種信息監(jiān)測和通信方面也占有著重要的作用本文采用stc89c52單片機為主控微處理器設(shè)計了一個能夠同時監(jiān)測溫度和濕度的單片機系統(tǒng)本設(shè)計是以單片機stc89c52為

2、核心配合ds1820溫度傳感器和chr-01濕度傳感器以及相關(guān)的外圍電路組成的檢測系統(tǒng)可以接收所測環(huán)境的溫度和濕度信號檢測人員可以通過數(shù)碼管顯示的數(shù)據(jù)實時監(jiān)控環(huán)境的溫度和濕度情況本系統(tǒng)包括系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計可靠性高結(jié)構(gòu)簡單實現(xiàn)了對溫濕度的自動調(diào)節(jié)該系統(tǒng)的測溫范圍-2555采集精度為05濕度范圍2080采集精度為5用ds18b20溫度傳感器作為溫度采集模塊采用chr-01作為濕度傳感器lm324作為運算放大器tlc0831作為模數(shù)轉(zhuǎn)換器等組成了濕度采集模塊利用hd7279a 作為鍵盤和顯示模塊使用單片機的串口組成數(shù)據(jù)發(fā)射接收模塊 經(jīng)過精心的設(shè)計和制作整個系統(tǒng)完成了對溫度和濕度的采集傳輸接收和顯示

3、等功能該系統(tǒng)具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單電路成本低數(shù)據(jù)傳輸距離長傳輸精度高抗干擾強等特點關(guān)鍵詞溫度傳感器 濕度傳感器 stc89c52單片機 指導(dǎo)老師簽名the software design of temperature and humidity systemstudent name zhou yun class 08041232supervisor liu qingping abstract with microelectronic technology computer technology testing technology computer communication and informat

4、ion monitoring technology in daily life increasingly widespread use although the infrared bluetooth and other wireless communication technology has got great development but is still occupying the wired communication communication field in the half of the country all kinds of information monitoring

5、and communication also plays an important role inin this paper using stc89c52 microcontroller to control the microprocessor the design of a can simultaneously monitor the temperature and humidity of the single chip microcomputer system the design is based on stc89c52 single chip computer as the core

6、 with the temperature sensor ds1820 and chr-01 humidity sensor and related peripheral circuits of the detection system which receives the measurement of environmental temperature and humidity signals the testing personnel can through the digital tube display data real time monitor of environment tem

7、perature and humidity conditions the system includes the design of hardware and software high reliability simple structure realizes the automatic regulation of temperature and humidity the system of temperature measurement range -25 - 55 acquisition accuracy is 05 humidity range20 - 80 acquisition a

8、ccuracy is 5 with the temperature sensor ds18b20as the temperature acquisition module using chr-01as a humidity sensor lm324 as operational amplifier tlc0831 as analog-to-digital converter composed of humidity acquisition module the use of hd7279a as a keyboard and display module the use of single-c

9、hip serial port data transmitting receiving modulecarefully design and production the whole system for temperature and humidity of the collection transmission reception and display functions the system has the advantages of simple structure low cost data transmission circuit for long distance high t

10、ransmission precision strong anti-interferencekeywordtemperature sensor humidity sensor stc89c52 single chip microcomputer signature of supervisor目 錄1 緒 論511 課題研究背景及意義512 國內(nèi)外研究概括及發(fā)展趨勢513 課題設(shè)計的主要內(nèi)容62 系統(tǒng)總體設(shè)計方案721 課題設(shè)計的主要內(nèi)容822 系統(tǒng)組成框圖83 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計931 單片機最小系統(tǒng)932 溫度采集電路的設(shè)計1233 濕度采集電路的設(shè)計1434 ad轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計1835 鍵盤

11、顯示電路的設(shè)計2036 報警電路的設(shè)計214 系統(tǒng)的軟件設(shè)計2241 系統(tǒng)主程序設(shè)計2242 中斷模塊2443 鍵盤顯示模塊2644 采樣轉(zhuǎn)換模塊2845 溫度采樣模塊2946 濕度采樣模塊2947 報警模塊305 系統(tǒng)調(diào)試3151 單片機最小系統(tǒng)的調(diào)試3152 鍵盤顯示電路的調(diào)試3253 溫度采集電路的調(diào)試3254 濕度采集電路的調(diào)試3255 系統(tǒng)軟件調(diào)試336 總結(jié)與展望35參考文獻37致 謝38附 錄 a 系統(tǒng)原理圖38附 錄 b 源程序清單391 緒 論11 課題研究背景及意義濕度和溫度是測量領(lǐng)域內(nèi)十分重要的被測對象不管是人類賴以生存的居住環(huán)境還是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)亦或者是軍事氣象觀測等領(lǐng)域都

12、需要對溫度和濕度進行測量和控制隨著電子技術(shù)計算機技術(shù)通信技術(shù)傳感器及傳感器材技術(shù)的迅速發(fā)展測量領(lǐng)域內(nèi)對溫度和濕度的檢測也取得了跨越式的發(fā)展可以說對溫濕度的測量與控制水平直接影響到人類的所有活動現(xiàn)代人類對生活環(huán)境的要求越來越高尤其是溫濕度的影響溫度高了或者低了都直接影響著這個社會而濕度低了或高了也同樣影響著我們的生活以及其他物種的生存條件濕度和溫度是眾多領(lǐng)域中需要檢測的重要環(huán)境參數(shù)不僅在工業(yè)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)還是在氣象衛(wèi)星倉庫保管等領(lǐng)域?qū)囟群蜐穸鹊臏y量都是隨處可見的對溫度和濕度的測量與監(jiān)控也是十分有意義的對濕度和溫度進行合理有效的調(diào)控不僅可以節(jié)約能源還更有利各行業(yè)安全健康的發(fā)展在工業(yè)領(lǐng)域各種現(xiàn)代化的機器

13、設(shè)備都需要考慮其所在工作環(huán)境的溫濕度電器設(shè)備是工業(yè)領(lǐng)域最常使用也是使用最多的基礎(chǔ)設(shè)備溫濕度的高低對電器設(shè)備的研發(fā)者來說是必須要考慮的重要課題工程師在設(shè)計電器產(chǎn)品的時候必須要考慮設(shè)計出的產(chǎn)品將來工作環(huán)境中溫濕度的大小使用過程中散熱通風(fēng)的問題選擇合適的材料并且對電氣設(shè)備外表面進行合理有效的封裝可以提高電氣設(shè)備的使用壽命大型的電器設(shè)備長期處于高電壓大電流和滿負(fù)荷運行其結(jié)果是造成熱量集結(jié)加劇由電流熱效應(yīng)造成的危害直接影響電器設(shè)備的絕緣設(shè)施危害機器的正常運轉(zhuǎn)和操作人員的人身安全所以就要求對電氣設(shè)備的溫濕度狀況進行測量控制溫濕度對植物動物的生長都有一定的影響當(dāng)溫度達到了植物和動物生長所能承受的最高值和最低

14、值時這些植物和動物就會慢慢的消失或者演變成其他的一些物種同樣濕度也對動植物的生長有著不可小視的影響所以對一定的溫濕度我們必須測量同時我們也必須要記錄大氣的溫濕度的變化這樣我們才更能對我們的生活的環(huán)境的變化有個直觀的了解12 國內(nèi)外研究概括及發(fā)展趨勢國內(nèi)外溫度控制系統(tǒng)發(fā)展迅速并在智能化自適應(yīng)參數(shù)自整定等方面取得成果目前社會上溫度控制大多采用智能調(diào)節(jié)器國產(chǎn)調(diào)節(jié)器分辨率和精度較低溫度控制效果不是很理想但價格便宜國外調(diào)節(jié)器分辨率和精度較高價格較貴日本美國德國瑞典等技術(shù)領(lǐng)先都生產(chǎn)出了一批商品化的性能優(yōu)異的溫度控制器及儀器儀表并在各行業(yè)廣泛應(yīng)用它們主要具有如下的特點一是適應(yīng)于大慣性大滯后等復(fù)雜溫度控制系統(tǒng)

15、的控制-是能夠適應(yīng)于受控系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型難以建立的溫度控制系統(tǒng)的控制三是能夠適應(yīng)于受控系統(tǒng)過程復(fù)雜參數(shù)時變的溫度控制系統(tǒng)的控制四是溫度控制系統(tǒng)普遍采用自適應(yīng)控制自校正控制模糊控制人工智能等理論及計算機技術(shù)運用先進的算法適應(yīng)的范圍廣泛五是溫控器普遍具有參數(shù)自整定功能借助計算機軟件技術(shù)溫控器具有對控制對象控制參數(shù)及特性進行自動整定的功能有的還具有自學(xué)習(xí)功能能夠根據(jù)歷史經(jīng)驗及控制對象的變化情況自動調(diào)整相關(guān)控制參數(shù)以保證控制效果的最優(yōu)化六是具有控制精度高抗干擾力強魯棒性好的特點目前國內(nèi)外溫度控制系統(tǒng)及儀表正朝著高精度智能化小型化等方面快速發(fā)展近年來國內(nèi)外在濕度和溫度傳感器研發(fā)領(lǐng)域取得了長足進步溫濕傳感器正

16、從結(jié)構(gòu)復(fù)雜功能簡單向集成化智能化多參數(shù)檢測的方向迅速發(fā)展為開發(fā)新一代溫濕度測控系統(tǒng)創(chuàng)造了有利條件也將溫度濕度測量技術(shù)提高到新的水平國內(nèi)數(shù)字溫濕度儀測量溫濕度采用的主要方法有溫阻法和濕阻法即采用電阻型的溫濕度傳感器利用其阻值隨溫濕度的變化測定空氣的溫度和相對濕度受傳感器靈敏度的限制這類溫濕度儀的精度不可能很高一般條件下還可以滿足需要但是在環(huán)境實驗設(shè)備等對精度要求頗高的場合就難以滿足要求了國外溫濕度傳感器有了較大的特別是用電阻式溫濕傳感器發(fā)展更快人們不僅在電阻式陶瓷溫濕度傳感器特性方面做了大量工作而且在高分子電阻式濕度傳感器上做出可喜的研究成果-01阻抗型高分子濕度傳感器它是一種熱固聚脂電容式傳感

17、器采集到的濕度信號再配以進行適當(dāng)?shù)姆糯蠼?jīng)過ad轉(zhuǎn)換送至單片機實現(xiàn)濕度的顯示與控制系統(tǒng)主要由以上元器件組成通過硬件電路和軟件程序的設(shè)計實現(xiàn)系統(tǒng)的基本功能本課題研究設(shè)計的是基于單片機stc89c52的溫濕度檢測和控制系統(tǒng)主要以廣泛應(yīng)用的ds1820和chr-01阻抗型高分子作為溫度和濕度的檢測該儀器具有測量精度高硬件電路簡單并能很好的進行顯示可測試不同環(huán)境溫濕度的特點2 系統(tǒng)總體設(shè)計方案21 課題設(shè)計的主要內(nèi)容本設(shè)計是基于stc89c52單片機的溫濕度數(shù)據(jù)采集監(jiān)測系統(tǒng)主要完成以下功能選擇stc89c52單片機了解其基本特性和功能使用stc89c52實現(xiàn)對溫濕度的采集監(jiān)測使用ds18b20溫度傳感器

18、測量現(xiàn)場環(huán)境溫度進行數(shù)據(jù)的采集及傳到單片機處理溫度誤差01使用crh-01阻抗型濕度傳感器對現(xiàn)場時讀數(shù)據(jù)采集由單片機進行數(shù)據(jù)處理濕度誤差5使用stc89c52單片機接收數(shù)據(jù)并處理 具有定點監(jiān)測方式有數(shù)據(jù)和狀態(tài)顯示功能環(huán)境溫濕度超過一定范圍就報警在完成以上功能時要確保系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性是系統(tǒng)能夠長期穩(wěn)定的工作22 系統(tǒng)組成框圖本設(shè)計是基于單片機對數(shù)字信號的高敏感和可控性溫濕度傳感器可以產(chǎn)生模擬信號和ad模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片的性能此設(shè)計以stc89c52基本系統(tǒng)為核心的一套檢測系統(tǒng)其中包括ad轉(zhuǎn)換單片機復(fù)位電路溫度檢測濕度檢測鍵盤及顯示報警電路系統(tǒng)軟件等部分的設(shè)計系統(tǒng)總體方框圖如圖21所示圖21 系

19、統(tǒng)總體框圖通過系統(tǒng)組成框圖可以看出系統(tǒng)的各個模塊及其模塊間的關(guān)系按照本課題的設(shè)計要求分析組成框圖本設(shè)計的課題是基于單片機串口通信的信息監(jiān)測系統(tǒng)的研制課題的主要內(nèi)容是以stc89c52為控制中心設(shè)計的系統(tǒng)單片機stc89c52是整個系統(tǒng)的核心它完成溫度和濕度的采集數(shù)據(jù)計算處理結(jié)果顯示串口通信等工作3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計31 單片機最小系統(tǒng)本設(shè)計采用的是stc89c52單片機comos8的微處理器俗稱單片機該器件采用atmel搞密度非易失存儲器制造技術(shù)制造與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的mcs-51指令集和輸出管腳相兼容其原理圖如下圖所示圖31 最小系統(tǒng)電路圖stc89c52單片機是雙列直插式40引腳封裝這40引腳大致

20、分為電源vccvssvddvpd時鐘xtal1xtal2iop0-p3地址總線p0p2數(shù)據(jù)總線bus和控制總線alerstprogpsenea6大部分stc89c52的引腳圖如下圖所示圖32 stc89c52引腳圖電源線 vcc芯片的主電源接5v電壓 vss電源地線控制總線 aleprog地址鎖存允許信號在它的下降沿用于外部存儲器的低8位地址鎖存使busp0分時用作地址總線低8位和數(shù)據(jù)總線此信號每機器周期出現(xiàn)2次只在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器期間才不輸出ale所以在任何不使用外部數(shù)據(jù)存儲器的系統(tǒng)中ale以16振蕩頻率的固定速率輸出因而它能用作外部時鐘和定時器 psen外部程序存儲器選擇信號并在外部程序

21、存儲器讀取指令時產(chǎn)生指令內(nèi)容讀到數(shù)據(jù)總線上psen在每個機器周期產(chǎn)生2次有效在執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器取指時psen無效 rstvpd復(fù)位輸入信號在振蕩器工作時該引腳2個機器周期的高電平可實現(xiàn)復(fù)位操作在掉電情況下vcc降到操作允許限度以下vpd將為芯片內(nèi)的ram提供備用電源 eavdd訪問外部程序存儲器控制信號輸入端當(dāng)為低電平時單片機都到外部程序存儲器取指當(dāng)ea為高電平且pc值小于0fffh時cpu執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器程序io線 p0bus單片機的雙向數(shù)據(jù)總線和低8位地址總線在分時操作時先用作地址總線在ale信號的下降沿地址被鎖存然后作為數(shù)據(jù)總線也可以作為雙向并行io口在程序校驗期間它用于數(shù)據(jù)輸出 p

22、1準(zhǔn)雙向io口 p2準(zhǔn)雙向io口在訪問外部存儲器時用作高8位地址總線 p3準(zhǔn)雙向io口p3的每一根線還有特殊的第二功能如表31所示表31 p3口的第二功能引腳第二功能標(biāo)記第二功能p30rxd串行輸入口p31txd串行輸出口p32 int0外部中斷0輸入p33 int1外部中斷1輸入p34t0 定時計數(shù)器0外部輸入p35t1定時計數(shù)器1外部輸入p36wr外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通p37rd外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通32 溫度采集電路的設(shè)計com ds18b20的測溫原理數(shù)字溫度傳感器ds18b20美國dallas公司生產(chǎn)的可組網(wǎng)數(shù)字溫度傳感器芯片ds18b20測溫原理如圖所示圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫

23、度影響很小用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給計數(shù)器1高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩率明顯改變所產(chǎn)生的信號作為計數(shù)器2的脈沖輸入計數(shù)器1和溫度寄存器被預(yù)置在55所對應(yīng)的一個基數(shù)值計數(shù)器1對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行減法計數(shù)當(dāng)計數(shù)器1的預(yù)置值減到0時溫度寄存器的值將加1計數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝入計數(shù)器1重新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行計數(shù)如此循環(huán)直到計數(shù)器2計數(shù)到0時停止溫度寄存器值的累加此時溫度寄存器中的數(shù)值即為所測溫度圖中的斜率累加器用于補償和修正測溫過程中的非線性其輸出用于修正計數(shù)器1的預(yù)置值ds18b20與單片機的接口電路設(shè)計圖34 ds18b20與單片機接口電路圖如圖采用電源

24、供電方式口接當(dāng)ds18b20處于寫存儲器操作和溫度ad換操作時總線上必須有強的上拉上拉開啟時間最大為10由于單線制只有一根線因此發(fā)送接收口必須是三態(tài)的主機控制ds18b20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過3個步驟初始化rom操作指令存儲器操作指令單片機系統(tǒng)所用的晶振頻率為mhz根據(jù)ds18b20的初始化時序?qū)憰r序和讀時序分別編寫3個子程序初始化子程序?qū)懨罨驍?shù)據(jù)子程序讀數(shù)據(jù)子程序所有的數(shù)據(jù)讀寫均由最低位開始-01阻抗型高分子濕度傳感器利用其阻抗的特性來分壓直接通過分壓法采集將濕度信號轉(zhuǎn)換成電壓信號經(jīng)放大和ad轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號進入單片機處理同時檢測當(dāng)前溫度t通過查閱濕度傳感器zrht數(shù)據(jù)表反推得到當(dāng)前的相對濕

25、度rhcom crh-01濕度傳感器的特性參數(shù)1工作電壓1v ac50 2 k hz檢測范圍 rh3檢測精度54工作溫度范圍0856特征阻抗范圍 21 5 k 60rh 25 7響應(yīng)時間12 s 0 0 8濕度飄移年2 rh9濕滯 15rh表32 060濕度阻抗特性數(shù)據(jù)表15253540553051883528256724131373534762618143137803340277216669368153504517289286035273338509636064143343220555708404291224251588605622952081771121765433211156113129

26、027031315441151100965875226118487473546480158913652546338851048655452389248907463152651807 單位 k圖35 060濕度阻抗特性特性圖com 模擬信號產(chǎn)生電路高分子濕度傳感器chr-01為新一代復(fù)合型電阻型濕度敏感部件其復(fù)阻抗與空氣相對濕度成指數(shù)關(guān)系直流阻抗普通數(shù)字萬用表測量幾乎為無窮大與傳統(tǒng)意義上的電阻有空氣中水分子參與膜感濕中的離子導(dǎo)電由于水分子為極性分子在直流電存在的情況下會電離分解從而影響導(dǎo)電與元件的壽命所以要求采用交流電路對傳感器進行供電 555定時器是一種多用途單片集成電路利用它可以極方便地構(gòu)成

27、施密特觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器555定時器使用靈活方便因而得到廣泛應(yīng)用本設(shè)計中濕敏電阻的工作電壓只能是交流電壓采用555多諧振蕩器正好可以滿足這個要求濕敏電阻的阻抗變化能反映環(huán)境濕度的變化使其輸出的電壓也有對應(yīng)的變化繼而將數(shù)據(jù)傳到單片機內(nèi)處理圖36 方波信號產(chǎn)生電路如圖36 所示為模擬電壓信號產(chǎn)生電路26腳短接作為輸入3腳輸出利用555定時器組成了一個多諧振蕩器考慮到濕敏電阻的工作頻率為50hz2 k hz所以參數(shù)的選擇要使輸出頻率在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)筆者設(shè)計讓其輸出一個固定頻率為1khz幅度為4v的矩形方波信號輸出矩形方波的頻率如下所示f 143 ra2rb c1 式 1-1 在此555多諧

28、振蕩電路中和5腳相連的電容c2固定為001不必參與參數(shù)選擇同時c1不能太小否則電路不起振確定f 1khz確定參數(shù)rb 510 c1 1f可代入式1-1中進行計算得到滑動變阻器ra等于410左右硬件調(diào)試時只要讓ra調(diào)到410即可產(chǎn)生的矩形方波信號經(jīng)過c3時被濾除了直流分量進入濕度傳感器chr-01濕度傳感器輸出電壓為v0電阻為rchr由式 1-2 v0 vr4 r4rchr 式 1-2 通過電壓采樣后得到v0再由式1-3計算得到rchr rchr r4 v-v0 v0 式1-3同時檢測當(dāng)前溫度t通過查閱濕度傳感器zrht數(shù)據(jù)表在不同溫度下rchr的值推算出當(dāng)前的相對濕度rhr4采樣電阻的阻值通常

29、建議在30200k側(cè)重高濕測量采樣電阻阻值可降低到20k低濕阻值可提高到200kcom 放大和整流濾波電路產(chǎn)生的電壓信號由于比較小由3腳進入運放進行放大再通過濾波整行電路才能進入ad轉(zhuǎn)換如圖37所示為放大和整形濾波電路 圖37 放大和整形濾波電路運放采用的是lm324四運算放大器ad 轉(zhuǎn)換是決定測量精度和穩(wěn)定性的重要一環(huán)所以ad的選擇也是一個要重點考慮的問題本次設(shè)計中使用的是tlc0831tlc0831是8位逐次逼近電壓型ad轉(zhuǎn)換器支持單信道輸入串口輸出極性設(shè)置固定不需尋址其內(nèi)部有一采樣數(shù)據(jù)比較器將輸入的摸擬信號微分比較后轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號摸擬電壓的差分輸入方式有利于抑制共摸信號和減少或消除轉(zhuǎn)換的

30、偏移誤差而且電壓基準(zhǔn)輸入可調(diào)使得小范圍摸擬電壓信號轉(zhuǎn)化時的分辨率更高其主要特點如下 1 8位分辨率 2 單信道差分輸入 3 5v的電源提供0-5v可調(diào)基準(zhǔn)電壓 4 輸入輸出可與ttl和mos兼容 5 總失調(diào)誤差為1sb此次設(shè)計的目的是初步實現(xiàn)對溫度的采集和轉(zhuǎn)化綜合比較兩塊芯片發(fā)出雖然adc0809芯片轉(zhuǎn)換速度快但其硬件電路相對較復(fù)雜一些且占用io多tlc0831為串口輸出芯片的精度速度都不錯能滿足這次設(shè)計的要求而且占用很少io口設(shè)計者從成本最小化和實用化的原則出發(fā)選擇了tlc0831com ad轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計此次ad電路設(shè)計的主要任務(wù)是反映電壓信號的模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量其電路原理圖如圖38所示圖

31、38 ad電路原理圖其中整流濾波后的模擬電壓信號經(jīng)2腳輸入到tlc0831adcs和clk分別接單片com 6腳數(shù)據(jù)輸出接p35口這樣tlc0831采用了串行發(fā)送數(shù)據(jù)的方式傳送給單片機進行處理這樣只要求占用單片機的三根io線比并行發(fā)送數(shù)據(jù)的方式少很多采集數(shù)據(jù)時首先微處理器執(zhí)行一條傳送指令在該指令執(zhí)行過程中微處理器在控制總線的同時產(chǎn)生cswr 低電平信號啟動ad 轉(zhuǎn)換器工作tlc0831經(jīng)延時后將輸入模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號存于輸出鎖存器并在等待轉(zhuǎn)換結(jié)束后通知微處理器來取數(shù)據(jù)微處理器立即執(zhí)行輸入指令以產(chǎn)生csrd 低電平信號到tlc0831 相應(yīng)引腳將數(shù)據(jù)取出并存入存儲器中35 鍵盤顯示電路的設(shè)計

32、在一個系統(tǒng)中鍵盤和顯示模塊也是不可缺少的一個重要部分顯示模塊將單片機處理后的數(shù)據(jù)直觀的顯示給人看而人又可以通過鍵盤按鍵操作單片機的運行等從而達到很好的人機對話功能本系統(tǒng)采用的是八段數(shù)碼管顯示顯示電路和鍵盤電路的設(shè)計思路結(jié)合整體設(shè)計的需要以及管理顯示器的芯片決定使用hd7279a來進行管理不僅大大地節(jié)約了stc89c52的端口而且還避免了對鍵盤進行消抖的處理此消抖處理工作可以由hd7279a自動完成從軟件與硬件的角度來看都是一種極大的節(jié)省hd7279a是一片具串行8位64鍵led顯示hd7279a的主要功能同時驅(qū)動8位共陰式七段led數(shù)碼管或64只獨立的led提供了兩種譯碼方式和消隱閃爍移位等多

33、種控制功能能管理多達64鍵的鍵盤矩陣采用串行接口節(jié)約單片機的io口線特別適用于內(nèi)嵌rom的單片機不作總線擴展僅使用片上的io接口的情況這樣既節(jié)省了布線空間又簡化了電路設(shè)計使儀表的進一步微型化成為可能圖39 hd7279a鍵盤顯示接口電路圖36 報警電路的設(shè)計本設(shè)計采用峰鳴音報警電路峰鳴音報警接口電路的設(shè)計只需購買市售的壓電式蜂鳴器然后通過mcs-51的1根口線經(jīng)驅(qū)動器驅(qū)動蜂鳴音發(fā)聲壓電式蜂鳴器約需10ma的驅(qū)動電流可以使用ttl系列集成電路7406或7407低電平驅(qū)動也可以用一個晶體三極管驅(qū)動在圖中p32接晶體管基極輸入端當(dāng)p32輸出高電平1時晶體管導(dǎo)通壓電蜂鳴器兩端獲得約5v電壓而鳴叫當(dāng)p3

34、2輸出低電平0時三極管截止蜂鳴器停止發(fā)聲圖310 三極管驅(qū)動的峰鳴音報警電路4 系統(tǒng)的軟件設(shè)計軟件系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集模塊鍵盤顯示模塊報警模塊組成其中數(shù)據(jù)采集模塊包括溫度和濕度的采集數(shù)據(jù)處理中斷處理幾個模塊圖41 系統(tǒng)模塊圖41 系統(tǒng)主程序設(shè)計主程序是設(shè)計的主體是由功能不同的子程序和中斷服務(wù)子程序組成本系統(tǒng)主程序的運行如下操作串口初始化完成初始化操作后循環(huán)掃描鍵盤當(dāng)有相應(yīng)按鍵時對應(yīng)不同的功能開始采集溫度或者濕度數(shù)據(jù)判斷溫濕度是否超出設(shè)定范圍如若超出則報警沒有就經(jīng)數(shù)碼管顯示讀數(shù)主程序流程圖如下圖所示圖42 主程序流程圖42 中斷模塊43 鍵盤顯示模塊微機所用的鍵盤可分為編碼鍵盤和非編碼鍵盤兩種編碼鍵盤

35、采用硬件線路來實現(xiàn)鍵盤編碼每按下一個鍵鍵盤能自動生成按鍵代碼鍵數(shù)較多而且還具有去抖功能非編碼鍵盤僅提供按鍵開關(guān)狀態(tài)其它工作由軟件完成hd7279a的鍵盤則屬于編碼鍵盤按照鍵盤與cpu的連接方式可以分為獨立鍵盤和矩陣式鍵盤在獨立式鍵盤中每個按鍵是相互獨立的每個按鍵占用一根io口線每根io口線上的按鍵工作狀態(tài)不會影響其它io口線按鍵的工作狀態(tài)獨立式鍵盤電路配置靈活軟件結(jié)構(gòu)簡單但每個按鍵必須占用io口有按鍵數(shù)量較多時io口線浪費較大且電路結(jié)構(gòu)顯得復(fù)雜這種形式適用于按鍵數(shù)量較少的場合在按鍵數(shù)量較多時采用矩陣式鍵盤可以減少占用io線由于本系統(tǒng)中用的按鍵較多但是也有手動自動功能的切換所以設(shè)計時既采用的獨立

36、式鍵盤又采用了矩陣式鍵盤來完成上述功能hd7279a管理的八段數(shù)碼管有兩種方式的譯碼顯示按方式0譯碼顯示的指令碼為80h87h按方式1譯碼顯示的指令碼為c8hcfh低四位的07或8f表示選擇想要顯示的led數(shù)碼管r0單元的值放需顯示的十位數(shù)r1單元的值放需顯示的個位數(shù)本系統(tǒng)中使用hd7279a芯片完成有關(guān)鍵盤輸入和溫濕度顯示工作溫度濕度是依次輸入的并且依次以下限上限輸入并且將溫濕度的中間數(shù)值存入單片機中在將8段led數(shù)碼管清零后顯示分別在0123位并依次顯示實時的溫度濕度數(shù)值顯示在4567位實際上在系統(tǒng)初始化的過程中除了初始化鍵盤和顯示器之外其中還包括著調(diào)用7279鍵盤顯示模塊7279鍵盤顯示

37、模塊部分的基本流程如下圖所示圖44 鍵盤掃描程序流程圖圖45 7279鍵盤顯示模塊部分流程圖圖46 顯示鍵值的流程圖44 采樣轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換模塊是本系統(tǒng)中的核心模塊之一它負(fù)責(zé)完成溫度和濕度的測量及模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的全過程這也是它為什么重要的原因系統(tǒng)每次轉(zhuǎn)換前tlc0831的in0in7送個任意數(shù)表示開始轉(zhuǎn)換結(jié)果是一個數(shù)字量將其轉(zhuǎn)化為bcd碼送顯示程序顯示并將數(shù)值返回給主函數(shù)濕度也可以通過此種方法觀察變化得出相應(yīng)的結(jié)論圖47 采樣轉(zhuǎn)換流程圖45 溫度采樣模塊溫度采樣使用的是ds18b20傳感器進行溫度采集所以首先應(yīng)該初始化傳感器一片ds18b20應(yīng)該匹配16位rom地址然后將傳感器采集上來的數(shù)字

38、量溫度值存入暫存器中接下來將讀進來的溫度值進行處理主要的處理是將十六進制數(shù)轉(zhuǎn)化為十進制數(shù)最后將處理過的值送顯示器顯示溫度采樣子程序流程圖如下圖所示圖48 溫度采樣子程序流程圖46 濕度采樣模塊本設(shè)計采用的是crh-01型阻抗型濕度傳感器濕度采集采用通過模擬電路轉(zhuǎn)換后再通過ad法進行采集也是采用多次采集求平均的方法實現(xiàn)的溫度采樣子程序流程圖如下圖所示圖49 濕度采樣子程序流程圖47 報警模塊報警模塊具備兩項功能即為報警燈和聲音報警聲音報警是從聽覺上提醒用戶而報警燈則是從視覺上提醒用戶報警模塊流程圖如下圖所示圖410 報警模塊流程圖5 系統(tǒng)調(diào)試在完成系統(tǒng)硬件設(shè)計和軟件編程后就進入了設(shè)計的重點部分系

39、統(tǒng)調(diào)試階段此階段的任務(wù)是排除硬件電路故障糾正軟件設(shè)計錯誤從而達到軟硬件之間的協(xié)調(diào)使其很好的工作完成系統(tǒng)功能51 單片機最小系統(tǒng)的調(diào)試最小系統(tǒng)是系統(tǒng)的核心必須保證它的正常工作首先得保證線路連接正確和導(dǎo)通其次看單片機的晶振有沒有起振還有確認(rèn)單片機的ea端是否懸空未接對于接在晶振旁邊的電容電容大有利于晶振的穩(wěn)定但不容易起振電容小容易使晶振起振但穩(wěn)定性差有時系統(tǒng)板工作不正常往往是由于該處的電容選擇不當(dāng)對于內(nèi)部有8k字節(jié)程序存儲器若ea引腳接vcc5v則程序計數(shù)器pc的值在0至1fffh之間時cpu取指令時訪問內(nèi)部的程序存儲器pc值大于1fffh時則訪問外部的程序存儲器如果ea接vss地則內(nèi)部的程序存儲

40、器被忽略cpu總是從外部的程序存儲器中取指令若ea腳懸空則cpu不訪問內(nèi)部的程序存儲器寫入它的程序就不能正常運行當(dāng)把ea腳接vcc后系統(tǒng)才能工作正常另外stc89c52的io端口必須得正常工作其調(diào)試方法是將stc89c52的io端口與調(diào)試好的顯示電路連接起來再利用wave仿真器編寫簡單的程序比如說讓p1口的某一位輸出方波然后用示波器去檢查波形是否正確或者讓p1口的某一位置高電平低電平然后用萬用表去檢查引腳上的電平還可以測試外部中斷口和內(nèi)部定時器的工作情況測試方法是在p口正常工作的情況下可以通過改變外部中斷和定時中斷到來前后p 口的電平來檢測外部中斷和定時中斷的工作情況52 鍵盤顯示電路的調(diào)試在

41、調(diào)試此部分之前先檢查器件四腳開關(guān)鍵按下后是否會自動彈起不會彈起說明是壞的要及時更換對數(shù)碼管首先判斷數(shù)碼管的極性是共陰還是共陽將萬用表打到測試是否導(dǎo)通的端同時將黑表筆接com端紅表筆接其他任一端相應(yīng)的段位會亮則表示數(shù)碼管是好的且是共陰的否則將表筆對換再測量有相應(yīng)的段位有顯示則是共陽的數(shù)碼管之后便是對整個鍵盤顯示電路的導(dǎo)通性進行測量以防止在焊接時出現(xiàn)慮焊的情況經(jīng)測量電路的導(dǎo)通性良好沒有出現(xiàn)慮焊的情況對電路檢測好之后筆者打開電源數(shù)碼管顯示全0說明電路及數(shù)碼管沒有問題53 溫度采集電路的調(diào)試由于ds18b20是集成的數(shù)字溫度傳感器其硬件電路十分簡單在硬件調(diào)試時只需檢查接線是否正確即可一般ds18b20

42、沒有燒壞及連線正確的話硬件就沒有問題了此部分的調(diào)試主要是利用軟件來實現(xiàn)所以其調(diào)試可在其它部分調(diào)試完畢后進行如果其它部分調(diào)試都完成可先不接ds18b20直接在軟件中給定一確定的溫度值看數(shù)據(jù)能否在數(shù)碼管上正確顯示能的話說明系統(tǒng)的無線收發(fā)以及顯示都已實現(xiàn)再接上數(shù)字溫度傳感器ds18b20輸入編出的軟件后看主機是否顯示正確的溫度值經(jīng)過反復(fù)的調(diào)試實現(xiàn)了ds18b20的正確采溫54 濕度采集電路的調(diào)試濕度采集模塊是整個電路中重點調(diào)試的部分在焊接好電路之后首先針對電路圖對電路的焊接進行檢查避免出現(xiàn)錯焊的情況結(jié)果并未出現(xiàn)錯焊其次便是對電路的導(dǎo)通性進行檢查在測量的過程中在測ne555的5腳與1腳之間的導(dǎo)通性時聽

43、見萬用表發(fā)出了響聲說明二者之間出現(xiàn)了短路二者之間不應(yīng)該是短路的原因可能就是它們之間的電容被擊穿了導(dǎo)倒短路換了此電容后正常在保證整個電路沒有短路斷路現(xiàn)象后再進行相應(yīng)的調(diào)試首先用示波器放在555定時器的3腳看是否有一個頻率為1khz4v的方波信號調(diào)節(jié)變阻器rp1當(dāng)電阻器達到410時波形最符合要求正好跟理論計算值一致說明此部分電路正確 其次是放大和整流濾波電路部分的調(diào)試用示波器分便放在lm324運放的1腳觀察波形發(fā)現(xiàn)沒有放大郊果說明運放沒有正常工作但是檢查4腳電壓輸入是正確的5v在排除了是lm324完好的情況下這個問題一直得不到解決筆者最后考慮是還是電源的問題于是將lm324的電源沒有使用電路板上的

44、5v而是單獨接出使用的5v和地這下運放能夠正常工作了調(diào)節(jié)電阻器rp2使的運放的放大倍數(shù)大概在12倍左右即可整流濾波電路只要檢查一下二極管是否完好電容是否被擊穿等就行 最后是ad轉(zhuǎn)換電路用示波器放在ad的輸入腳2端用嘴吹濕度傳感器電壓幅度會馬上抬高抬高后再慢慢下降最后穩(wěn)定在一個值這說明ad的模擬信號輸入是正確的輸出則要配合軟件程序調(diào)試55 系統(tǒng)軟件調(diào)試可以通過wave6000軟件編譯圖看軟件編寫是否正確圖51為wave6000界面如果編寫正確表明軟件編譯通過然后由串口工具圖52 串口下載工具stc-isp圖下載到stc89c52單片機進行調(diào)試 圖51 wave6000編譯軟件界面圖52 串口下載

45、工具stc-isp圖將程序燒寫入控制芯片stc89c52用數(shù)字萬用表測量電源接入情況打開電源啟動整個系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)溫度可以顯示但是反應(yīng)比較慢這說明溫度可以采集進來硬件部分良好可能是軟件編程的問題檢查發(fā)現(xiàn)是延時程序延遲太久改過后結(jié)果正常6 總結(jié)與展望本次專業(yè)畢業(yè)設(shè)計基于stc89s52單片機的溫濕度檢測系統(tǒng)的設(shè)計已經(jīng)基本完成通過這次畢業(yè)設(shè)計我掌握了一些實踐性質(zhì)的設(shè)計的基本步驟首先明確設(shè)計任務(wù)并且要對市場上溫濕度控制器要有初步了解還要知道前人做了哪些工作本設(shè)計方案的可利用程度等等其次要對整個設(shè)計系統(tǒng)做深入的方案論證計算并且結(jié)合現(xiàn)有實際條件確立自己的設(shè)計方案進而就是對自己確立的方案進行硬件實現(xiàn)包括所用原器

46、件選型以及控制部分整個單片機系統(tǒng)的硬件選型與設(shè)計接著我們就進入到軟件編程設(shè)計了要畫出各部分的大體流程圖弄清楚各個部分實現(xiàn)的功能最后對整個系統(tǒng)進行軟件編程實現(xiàn)到此為止這個系統(tǒng)的設(shè)計基本上已經(jīng)完成了最后就是要經(jīng)過生產(chǎn)實踐的檢驗確定我們的設(shè)計是否符合實際要求具有可利用價值在總結(jié)前人的基礎(chǔ)上利用當(dāng)前最新的傳感器技術(shù)和數(shù)字傳感器件基于單片機的溫濕度檢測系統(tǒng)實現(xiàn)了自動采集數(shù)字傳感器將外界環(huán)境溫度和濕度的數(shù)據(jù)直接送給單片機無需經(jīng)過ad轉(zhuǎn)換和專門的數(shù)據(jù)采集部分實時監(jiān)測在24小時內(nèi)是實時地檢測出外界環(huán)境的溫度和濕度的數(shù)據(jù)自動顯示有數(shù)碼管自動地顯示綜合以上的分析可知基于單片機的溫濕度檢測系統(tǒng)比起傳統(tǒng)的溫度計和濕度

47、計有著非常明顯的優(yōu)勢首先在測量精度方面比起傳統(tǒng)的溫度計和濕度計大大地提高了其測量精度在測量準(zhǔn)度方面比起傳統(tǒng)的溫度計和濕度計有著抗干擾的能力在顯示方面基于單片機的溫濕度檢測系統(tǒng)是實時的自動顯示而傳統(tǒng)的溫度計和濕度計還必須從儀器上面用肉眼讀出由于個人的能力有限系統(tǒng)肯定存在不完善的地方還有值得改進和優(yōu)化的地方例如濕度傳感器chr-01不能夠在比較惡劣的環(huán)境中使用而且精度只能夠達到5這些方面都還有待提高和改進這些方面的問題會在以后的學(xué)習(xí)和工作中逐步加強與完善本系統(tǒng)采用的單片機控制實現(xiàn)對室內(nèi)溫濕度的智能控制單片機可完成室內(nèi)的數(shù)據(jù)采集傳送預(yù)處理和控制任務(wù)用單片機匯編語言編程采用模塊化的結(jié)構(gòu)設(shè)計提高了可靠性

48、和可擴展性把單片機控制理論與技術(shù)應(yīng)用在監(jiān)控中能夠?qū)崿F(xiàn)智能化的控制要求整個設(shè)計過程同時也是一個很好的學(xué)習(xí)機會例如在查找資料方面認(rèn)識到圖書資料網(wǎng)絡(luò)資料和期刊等都很有價值以后做設(shè)計的時候要注意查找完整的資料不要只偏重一個方面當(dāng)然整個設(shè)計過程學(xué)到的知識和經(jīng)驗遠遠比學(xué)會查找多方資料多得多這些對于自己以后的學(xué)習(xí)和工作將受益匪淺但必須認(rèn)識到的是在設(shè)計中也存在著不足之處例如單片機控制系統(tǒng)在可靠性方面相對于可編程控制器plc控制系統(tǒng)略為欠缺并且自己深入實踐不夠所做的系統(tǒng)也不是很完善但是我想通過以后的學(xué)習(xí)和努力一定會有所提高能夠做出更好的設(shè)計所設(shè)計系統(tǒng)不僅適用于室內(nèi)濕度環(huán)境的控制對軟件進行一定的擴展后也可用于實驗

49、室醫(yī)療室儲藏保鮮組織培養(yǎng)等生物環(huán)境和糧庫等環(huán)境的控制具有較強的通用性和適應(yīng)性雖然到現(xiàn)在為止有些東西我還是不懂和不理解但我學(xué)會了面對問題自己盡量解決先分析然后解決一條道通不過然后嘗試著其它的方法最終把問題克服掉最重要的是鍛煉了和同學(xué)的協(xié)作完成任務(wù)提高了合作能力我感覺這是這次設(shè)計過程中收獲最大的這將是我未來的工作中 用之不盡寶貴的經(jīng)驗感謝那些幫助過我的同學(xué)感謝他們在自己做畢業(yè)設(shè)計的情況下還幫我找資料并對我的設(shè)計提出寶貴的意見總體來說經(jīng)過這次設(shè)計我受益也得到了很多經(jīng)驗只有自己真正接觸嘗試了才知道自己的水平使看清自己的水平與能力找出自己的不足和差距明確自己在今后要奮斗的目標(biāo)與方向勇往直前14高曉蓉 傳

50、感器技術(shù)m 成都西南交通大學(xué)出版社2003 15趙負(fù)圖 傳感器集成電路手冊m 北京化學(xué)工業(yè)出版社200116公孫茂馬寶匍孫晨單片機入口接口實例集m北京北京航空航天出版社200217com航天大學(xué)出版社m19918 18何立民mcs-51系列單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計北京航空航天大學(xué)出版社m199019李建民單片機在溫度控制系統(tǒng)中的應(yīng)用江漢大學(xué)學(xué)報m1996620scott mackenziethe 8051 microcontroller musaprentice-hallinc200221 comzoulis and comdesign and fabrication of acousto-opti

51、c devicesmarcel dekkernew york1994致 謝經(jīng)過近個月的在老師的悉心指導(dǎo)下我順利完成了畢業(yè)設(shè)計畢業(yè)設(shè)計我受益匪淺畢業(yè)設(shè)計不僅是對我所學(xué)知識的一次檢驗更是對我能力的一個挑戰(zhàn)從接觸到畢業(yè)設(shè)計題目的那一刻起我就仔細(xì)認(rèn)真的相關(guān)資料和文獻我一直都在盡自己最大的努力去完成它完成畢業(yè)設(shè)計后我發(fā)現(xiàn)自己不僅拓寬了專業(yè)理論知識而且專業(yè)外的知識也豐富了不少實際動手能力更是提高在做畢業(yè)設(shè)計的過程中老師不僅給我許多指導(dǎo)性的意見還傾注了大量的心血兢兢業(yè)業(yè)的工作作風(fēng)科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和寬以待人認(rèn)真負(fù)責(zé)的優(yōu)秀品質(zhì)給我留下了非常深刻的印象沒有老師方向性的指導(dǎo)和幫助我不可能完成畢業(yè)設(shè)計的感謝在百忙之

52、中給予我精心和幫助我解決了的點點使我順利完成了畢業(yè)設(shè)計除此之外我還學(xué)到了工作態(tài)度和學(xué)習(xí)方法學(xué)會了如何做人對我后的產(chǎn)生深遠的影響附 錄 b 源程序清單include 頭文件include 7279define cmd_reset 0xa4 復(fù)位define cmd_test 0xbf 測試define decode0 0x80 方式0譯碼下載define decode1 0xc8 方式1譯碼下載 常用 define cmd_read 0x15 讀取鍵盤define undecode 0x90 下載數(shù)據(jù)不譯碼define rtl_cycle 0xa3 循環(huán)左移define rtr_cycle 0xa2 循環(huán)右移define rtl_uncyl 0xa1 左移define rtr_uncyl 0xa0 右移define actctl 0x98 數(shù)碼管消隱define segon 0xe0 段點亮define segoff 0xc0 段關(guān)閉define blinkctl 0x88 閃爍蜂鳴器sbit fmq p17hd7279sbit cs p10sbit clk p11sbit da