室內(nèi)環(huán)境智能調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)(哈爾濱工程大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文)_圖文

1、學(xué)號(hào)2010041106密級(jí)哈爾濱工程大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文室內(nèi)環(huán)境智能調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)院(系名稱:自動(dòng)化學(xué)院專業(yè)名稱:自動(dòng)化學(xué)生姓名:錢磊指導(dǎo)教師:呂淑平教授孫偉講師哈爾濱工程大學(xué)2014年6月室內(nèi)環(huán)境智能調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)錢磊哈爾濱工程大學(xué)學(xué)號(hào)2010041106密級(jí)室內(nèi)環(huán)境智能調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)Indoor environment intelligent control systemdesign學(xué)生姓名:錢磊院(系:自動(dòng)化學(xué)院專業(yè):自動(dòng)化指導(dǎo)教師:呂淑平孫偉職稱:教授講師所在單位:哈爾濱工程大學(xué)論文提交日期:2014年6月15日論文答辯日期:2014年6月20日學(xué)位授予單位:哈爾濱工程大學(xué)室內(nèi)環(huán)境智能調(diào)節(jié)系統(tǒng)

2、設(shè)計(jì)摘要隨著社會(huì)的進(jìn)步,人們生活水平不斷提高,人們對(duì)生活的要求不單單局限于簡(jiǎn)單的物質(zhì)需求上,還需要一個(gè)舒適的居室環(huán)境,而一個(gè)舒適的居室環(huán)境需要適宜的溫度、濕度、以及光照強(qiáng)度。而如何把握室內(nèi)的環(huán)境溫度、濕度、光照強(qiáng)度的度,來(lái)進(jìn)行妥善的調(diào)節(jié),從而營(yíng)造一個(gè)舒適的室內(nèi)環(huán)境尤為重要。本文主要以微控制器為核心,以溫度檢測(cè)電路、濕度檢測(cè)電路、光照強(qiáng)度檢測(cè)電路、液晶顯示電路、鍵盤電路、報(bào)警電路等為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)完成一個(gè)簡(jiǎn)單的室內(nèi)環(huán)境智能調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)環(huán)境的簡(jiǎn)單調(diào)節(jié)。系統(tǒng)的工作過(guò)程如下:溫度傳感器、濕度傳感器以及光照強(qiáng)度檢測(cè)電路檢測(cè)室內(nèi)溫度、濕度以及光照強(qiáng)度,將數(shù)據(jù)傳送到微控制器中,數(shù)據(jù)經(jīng)微控制器處理后傳入LCD1

3、602液晶屏,液晶屏顯示所測(cè)到的數(shù)據(jù)。通過(guò)4*4矩陣鍵盤來(lái)改變溫度、濕度以及光照強(qiáng)度的上下限,當(dāng)由檢測(cè)電路檢測(cè)到的數(shù)值超過(guò)其上下限,報(bào)警電路以及系統(tǒng)的執(zhí)行模塊啟動(dòng),對(duì)室內(nèi)的溫度、濕度、光照強(qiáng)度進(jìn)行補(bǔ)償。系統(tǒng)微控制器選用英飛凌XC878單片機(jī)。檢測(cè)溫度選用數(shù)字式溫度傳感器DS18B20。檢測(cè)濕度采用濕度傳感器HS1101,HS1101與NE555集成電路芯片構(gòu)成振蕩電路,輸出頻率隨濕度增大而減小。系統(tǒng)采用光敏電阻檢測(cè)光照強(qiáng)度,光敏電阻與集成運(yùn)算放大器LM358組成光強(qiáng)電壓轉(zhuǎn)換電路,輸出電壓與光照強(qiáng)度呈正比,通過(guò)AD 模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)輸入微控制器中。在分析系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)功能基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了系

4、統(tǒng)總體程序流程框圖。分析了各模塊功能,給出程序的設(shè)計(jì)思路,建立了各模塊的程序流程圖。根據(jù)流程圖涉及編寫了系統(tǒng)軟件程序。通過(guò)對(duì)系統(tǒng)的反復(fù)調(diào)試,使系統(tǒng)的性能進(jìn)一步完善,結(jié)果表明了設(shè)計(jì)的正確性,滿足了設(shè)計(jì)的要求。關(guān)鍵詞:室內(nèi)環(huán)境調(diào)節(jié);英飛凌XC878;溫度傳感器;濕度傳感器;光敏電阻哈爾濱工程大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文ABSTRACTAlong with the progress of the society, people life level unceasing enhancement, peoples life requirement is not only limited to simple phys

5、ical demand, also need a comfortable bedroom environment, and a comfortable bedroom environment requires appropriate temperature, humidity, and light intensity.And how to grasp the indoor temperature, humidity, light intensity of the degrees, to properly adjust, so as to create a comfortable indoor

6、environment is particularly important.This paper with micro controller as the core, in order to detect temperature, humidity, light intensity detection, liquid crystal display, keyboard, alarm circuit design on the basis of complete a simple indoor environment intelligent controller to realize the s

7、imple adjustment of indoor environment.The working process of the system are as follows:Temperature sensor, humidity sensor and light intensity sensor detect indoor temperature, humidity, light intensity.Data is transmitted to the micro-controller, obtained with micro-controller, transmitted into th

8、e LCD1602 screen, the screen display the measured data.Through 4 * 4 matrix keyboard to change threshold of the temperature, humidity and light intensity , When the data more than the critical value, alarm, start the executable module of system, to compensate temperature, humidity, light intensity o

9、f the indoor.The system micro-controller is infin-eon XC878 micro-controller.Choose the digital temperature sensor DS18B20 detection.Adopts HS1101 humidity sensor to detect the humidity, HS1101 and NE555 chips form oscillation circuit, output frequency decreases with increasing humidity.System uses

10、photosensitive resistance testing light intensity, photosensitive resistance and LM358 form voltage conversion circuit,Through the AD converter output voltage is converted into a binary number input in the micro-controller.Based on the analysis of the overall structure and function of system, design

11、 the systems overall program flow diagram.Through repeated debug system, improve the performance of the system further, the results show that the validity of the design, meet the requirements of the design.Key words: Adjust the indoor environment;Infin-eon XC878;temperature sensor;Humidity sensor;Ph

12、otosensitive resistanceII室內(nèi)環(huán)境智能調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)目錄第1章緒論 (11.1課題研究背景及意義 (11.2 室內(nèi)環(huán)境智能調(diào)節(jié)系統(tǒng)研究現(xiàn)狀 (11.3設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 (31.4論文主要工作 (3第2章系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) (42.1系統(tǒng)功能分析與結(jié)構(gòu)框圖 (42.1.1系統(tǒng)功能分析 (42.1.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 (42.2系統(tǒng)各部分的分析與選型 (52.2.1 控制器選擇 (52.2.2 溫度檢測(cè)電路選擇 (52.2.3 濕度檢測(cè)電路選擇 (62.2.4 光照強(qiáng)度檢測(cè)電路選擇 (72.2.5 顯示電路選擇 (72.2.6 報(bào)警電路與鍵盤電路選擇 (72.2.7 執(zhí)行器部分介紹 (

13、82.3本章小結(jié) (8第3章系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) (103.1系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)概述 (103.2微控制器 (103.2.1 英飛凌XC878簡(jiǎn)介 (103.2.2 英飛凌XC878主要特性總結(jié) (113.2.3 英飛凌XC878引腳功能介紹 (123.2.4 系統(tǒng)引腳 (123.3溫度檢測(cè)電路 (133.3.1 數(shù)字式溫度傳感器DS18B20簡(jiǎn)介 (133.3.2 溫度檢測(cè)電路設(shè)計(jì) (14I II哈爾濱工程大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文3.4濕度檢測(cè)電路 (143.4.1濕度傳感器HS1101簡(jiǎn)介 (143.4.2 NE555簡(jiǎn)介 (163.4.3 濕度檢測(cè)電路設(shè)計(jì) (163.5光照強(qiáng)度檢測(cè)電路 (173.5.

14、1光敏電阻主要特性及參數(shù) (173.5.2 光照強(qiáng)度檢測(cè)電路設(shè)計(jì) (183.6報(bào)警電路與鍵盤 (183.6.1報(bào)警電路設(shè)計(jì) (183.6.2矩陣鍵盤電路設(shè)計(jì) (193.7顯示電路設(shè)計(jì) (193.7.1 LCD1602簡(jiǎn)介 (193.7.2 LCD1602顯示電路設(shè)計(jì) (223.8本章小結(jié) (21第4章系統(tǒng)軟件程序設(shè)計(jì) (254.1系統(tǒng)軟件總體設(shè)計(jì) (254.2系統(tǒng)初始化方法 (274.2.1 I/O端口設(shè)置 (274.2.2 T0/1定時(shí)器設(shè)置 (294.2.3 ADC轉(zhuǎn)換單元 (314.3溫度檢測(cè)電路軟件設(shè)計(jì)思路 (344.4濕度檢測(cè)電路軟件設(shè)計(jì)思路 (364.5光照強(qiáng)度檢測(cè)電路軟件設(shè)計(jì)思路

15、 (384.6報(bào)警電路程序設(shè)計(jì) (394.7鍵盤掃描程序 (394.7.1鍵盤掃描程序 (394.7.2鍵盤輸入上下限程序 (414.8液晶顯示程序 (434.9本章小結(jié) (42第5章系統(tǒng)軟硬件調(diào)試 (465.1系統(tǒng)硬件調(diào)試 (46IV室內(nèi)環(huán)境智能調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)5.2系統(tǒng)軟件調(diào)試 (475.3系統(tǒng)調(diào)試過(guò)程中的問(wèn)題與解決方案 (475.4本章小結(jié) (49結(jié)論 (50參考文獻(xiàn) (50攻讀學(xué)士學(xué)位期間發(fā)表的論文和取得的科研成果 (1致謝 (1附錄 (1附錄A系統(tǒng)電路原理圖 (1附錄B程序 (1附B1 溫度檢測(cè)程序 (1附B2 濕度檢測(cè)程序 (1附B3 光照強(qiáng)度檢測(cè)程序 (1附B4 LCD1602程序

16、(1附B5 鍵盤掃描與報(bào)警電路程序 (1V第1章緒論第1章緒論1.1 課題研究背景及意義隨著社會(huì)的進(jìn)步,人們生活水平愈來(lái)愈高,人們對(duì)生活的要求不單單局限于“吃飽,穿暖”的簡(jiǎn)單的物質(zhì)需求上,還有一個(gè)舒適的居室環(huán)境,而一個(gè)舒適的居室環(huán)境需要適宜的溫度、濕度、以及光照強(qiáng)度。而如何把握室內(nèi)的環(huán)境溫度、濕度、光照強(qiáng)度的度,來(lái)進(jìn)行妥善的調(diào)節(jié),從而營(yíng)造一個(gè)舒適的室內(nèi)環(huán)境尤為重要。根據(jù)研究顯示,室內(nèi)環(huán)境比較適宜的條件是,室溫達(dá)到24時(shí),相對(duì)濕度應(yīng)控制在4050%之間,當(dāng)室溫為18時(shí),相對(duì)濕度控制在3040%之間1。除此之外,適當(dāng)?shù)年?yáng)光和空氣流動(dòng)更能使人們感受到舒適。所以,改變室內(nèi)環(huán)境同時(shí),應(yīng)相應(yīng)地調(diào)節(jié)溫度和濕

17、度,令人們?cè)谑覂?nèi)時(shí)處于舒適的環(huán)境,從而身體健康,心神愉悅。但是,現(xiàn)有技術(shù)中,對(duì)室內(nèi)環(huán)境調(diào)節(jié)設(shè)備的控制,往往是人們感到溫度、濕度等環(huán)境因素不適時(shí),通過(guò)人工手動(dòng)調(diào)節(jié),這樣不僅麻煩,而且不精確,費(fèi)時(shí)費(fèi)力。最重要的是不能保持環(huán)境調(diào)節(jié)的實(shí)時(shí)性,浪費(fèi)能源。而本課題就是為了設(shè)計(jì)一個(gè)可以隨人心意自動(dòng)調(diào)節(jié)室內(nèi)環(huán)境的溫度、濕度以及光照強(qiáng)度的系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)為一個(gè)微型的室內(nèi)智能調(diào)節(jié)系統(tǒng),能夠簡(jiǎn)單的調(diào)節(jié)室內(nèi)環(huán)境的溫度、濕度和光照強(qiáng)度。本設(shè)計(jì)利用英飛凌XC878單片機(jī)作為系統(tǒng)的控制器,可以通過(guò)它來(lái)控制相關(guān)的傳感器,如溫度傳感器、濕度傳感器、光照強(qiáng)度傳感器、液晶顯示器等,以此來(lái)檢測(cè)室內(nèi)的環(huán)境。達(dá)到實(shí)時(shí)的對(duì)室內(nèi)環(huán)境的溫度、濕度

18、以及光照強(qiáng)度的監(jiān)控。通過(guò)4*4矩陣鍵盤可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)設(shè)定,限定溫度、濕度、光照強(qiáng)度的臨界值。當(dāng)某項(xiàng)環(huán)境指標(biāo)超過(guò)臨界值,系統(tǒng)的報(bào)警裝置啟動(dòng)即蜂鳴器開(kāi)始響。同時(shí)系統(tǒng)的執(zhí)行模塊開(kāi)始運(yùn)行,對(duì)室內(nèi)環(huán)境的溫度、濕度、光照強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)節(jié)。例如,當(dāng)溫度值超過(guò)臨界值,蜂鳴器響起,同時(shí)打開(kāi)風(fēng)扇,直到溫度降到臨界值時(shí),風(fēng)扇停止,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)環(huán)境的智能調(diào)節(jié)。滿足了人們對(duì)智能化的需求,提高了人們生活環(huán)境的質(zhì)量。同時(shí),室內(nèi)環(huán)境調(diào)節(jié)的實(shí)時(shí)性得到保證,減少了不必要的能源浪費(fèi)。1.2 室內(nèi)環(huán)境智能調(diào)節(jié)系統(tǒng)研究現(xiàn)狀受經(jīng)濟(jì)水平和科學(xué)技術(shù)的制約,我國(guó)室內(nèi)安裝環(huán)境智能監(jiān)測(cè)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的占絕少數(shù),除了一些大型城市中人們對(duì)室內(nèi)環(huán)境要求高,

19、室內(nèi)裝有環(huán)境智能監(jiān)測(cè)調(diào)節(jié)設(shè)備以外,我國(guó)絕大數(shù)地區(qū)的人們對(duì)室內(nèi)環(huán)境沒(méi)有太高要求,室內(nèi)環(huán)境的溫度、濕度、光照強(qiáng)的基本上是人工手動(dòng)調(diào)節(jié)的。隨著生活水平和科學(xué)技術(shù)的迅速提高,全國(guó)各地開(kāi)始了投資室內(nèi)環(huán)境智能檢測(cè)業(yè)務(wù)的熱潮。目前關(guān)于室內(nèi)環(huán)境智能調(diào)節(jié)系統(tǒng)的產(chǎn)品主要有溫度調(diào)節(jié)器、哈爾濱工程大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文濕度調(diào)節(jié)器、光找強(qiáng)度調(diào)節(jié)器、室內(nèi)空氣凈化器以及基于物聯(lián)網(wǎng)的室內(nèi)環(huán)境調(diào)節(jié)器等類型。室內(nèi)環(huán)境智能調(diào)節(jié)系統(tǒng)的發(fā)展歷史:上世紀(jì)70年代,“家庭自動(dòng)化”的概念首次在國(guó)外被踢出來(lái)。隨著電子技術(shù)、自動(dòng)測(cè)試技術(shù)、傳感器技術(shù)的急劇提高,在計(jì)算機(jī)廣泛的推動(dòng)下,家庭自動(dòng)化控制系統(tǒng)逐漸形成了現(xiàn)場(chǎng)總線為核心的體系結(jié)果2。近年來(lái),隨著無(wú)

20、線銅線技術(shù)的普及與推廣,無(wú)線技術(shù)在室內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)組成中占有了一席之地。1984年美國(guó)建成了世界上第一個(gè)智能居室,在此之后許多發(fā)達(dá)國(guó)家也提出了很多的方案,智能家居得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用3。具體產(chǎn)品介紹如下:(1LG電子推出制冷性能得到進(jìn)一步強(qiáng)化的Whisen Victory(產(chǎn)品型號(hào)FNQ167VEMS空調(diào)新產(chǎn)品4。該產(chǎn)品具有制冷、除浮沉(甚至能夠去除直徑比頭發(fā)絲細(xì)小2,500倍的0.02微塵,此外還支持“雙路除濕”功能?？筛鶕?jù)用戶的便利從“強(qiáng)力除濕”和“節(jié)能除濕”功能中進(jìn)行選擇4。(2LightwaveRF推出了智能家居溫控器產(chǎn)品,產(chǎn)品配有ARM處理器,包括鍋爐控制,自動(dòng)調(diào)溫器和散熱器恒溫閥

21、5。結(jié)合LightwaveRF加熱開(kāi)關(guān),可以提供完全的遠(yuǎn)程控制的加熱供暖系統(tǒng)。其中每個(gè)散熱器都可以單獨(dú)從手機(jī)或電腦的應(yīng)用軟件進(jìn)行控制。(3LG推出的凈化產(chǎn)品,可配套裝在智能家居凈化系統(tǒng)該產(chǎn)品采用“3MTM超微塵濾膜”,不僅能夠去除沙塵,甚至還能夠去除比直徑小于2.5微米的超微塵小125倍的0.02微米級(jí)別灰塵?！半p能除臭濾膜”具備高達(dá)98%的業(yè)界最高水平除臭效率,不僅能夠去除室內(nèi)異味,而且能夠過(guò)濾作為新居綜合癥誘發(fā)物質(zhì)的甲醛、甲苯和苯。另外,還采用了能夠有效去除大顆?；覊m的“極細(xì)濾膜”和用于去除病毒及有害細(xì)菌的“等離子負(fù)離子發(fā)生器”等6。“清潔度顯示燈光”功能能夠使用戶更加容易地確認(rèn)空氣污染狀

22、態(tài)?！耙绘I式彩色濾光片系統(tǒng)”能夠使濾膜更容易與其他各種顏色加以區(qū)分。(4可聲控的霍尼韋爾智能家居WIFI溫控器7,該產(chǎn)品具有以下特點(diǎn)聲音控制、無(wú)線(wifi控制、設(shè)置簡(jiǎn)單、可定義操控界面、內(nèi)嵌有濕度傳感器,具有報(bào)警功能等。第1章緒論1.3 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求本此設(shè)計(jì)的任務(wù)為設(shè)計(jì)一個(gè)可以自動(dòng)調(diào)節(jié)室內(nèi)環(huán)境的溫度、濕度以及光照強(qiáng)度的系統(tǒng)。該系統(tǒng)以微控制器為核心,控制溫度、濕度、光照強(qiáng)度檢測(cè)電路來(lái)檢測(cè)室內(nèi)的溫度、濕度和光照強(qiáng)度。然后微控制器把接收到的來(lái)自檢測(cè)電路的信號(hào)處理后在顯示電路上顯示出來(lái),另外系統(tǒng)還設(shè)有鍵盤和報(bào)警電路,用來(lái)修改上下限值和在室內(nèi)溫度、濕度、光在強(qiáng)度數(shù)值超過(guò)限值時(shí)進(jìn)行報(bào)警提示。1.4 論

23、文主要工作本文主要設(shè)計(jì)并完成的內(nèi)容如下:第1章:為全文的緒論部分,主要介紹課題的研究背景及意義,闡述室內(nèi)環(huán)境智能調(diào)節(jié)的發(fā)展歷程及研究現(xiàn)狀,簡(jiǎn)述了設(shè)計(jì)的任務(wù)和要求。第2章:為系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì),首先對(duì)系統(tǒng)的功能進(jìn)行中分析并建立系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖,將系統(tǒng)分為:主控制器模塊、系統(tǒng)直流電源模塊、4*4矩陣鍵盤模塊、執(zhí)行模塊、溫度檢測(cè)模塊、濕度檢測(cè)模塊、亮度檢測(cè)模塊、顯示模塊八個(gè)部分。然后對(duì)系統(tǒng)各個(gè)模塊分析,方案設(shè)計(jì)、比較,選出最有方案。第3章:為系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì),詳細(xì)介紹了每個(gè)模塊中用到的元器件并根據(jù)每個(gè)模塊的設(shè)計(jì)方案和元器件類型進(jìn)行硬件電路設(shè)計(jì)。第4章:為系統(tǒng)軟件程序設(shè)計(jì),在分析系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)功能的基礎(chǔ)上,設(shè)

24、計(jì)了系統(tǒng)總體程序流程框圖。分析了各模塊功能,給出程序的設(shè)計(jì)思路,建立了各模塊的程序流程圖。第5章:為系統(tǒng)軟硬件調(diào)試,分別對(duì)硬件電路以及軟件程序的調(diào)試過(guò)程進(jìn)行了描述,詳細(xì)介紹了調(diào)試過(guò)程中遇到的問(wèn)題,并對(duì)問(wèn)題進(jìn)行分析、處理,找到解決方案。對(duì)論文內(nèi)容進(jìn)行總結(jié),分析設(shè)計(jì)是否滿足任務(wù)設(shè)計(jì)要求,并說(shuō)明本論文設(shè)計(jì)的進(jìn)一步擴(kuò)展方向。哈爾濱工程大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文第2章系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)2.1 系統(tǒng)功能分析與結(jié)構(gòu)框圖1、室內(nèi)環(huán)境要求控制系統(tǒng)具有以下功能:(1溫度檢測(cè)電路將測(cè)得的溫度信號(hào)傳輸給單片機(jī);(2濕度檢測(cè)電路將測(cè)得的濕度信號(hào)傳輸給單片機(jī);(3光照強(qiáng)度檢測(cè)電路將測(cè)得的光照強(qiáng)度信號(hào)傳輸給單片機(jī);(4可通過(guò)按鍵設(shè)定溫度、

25、濕度、光照強(qiáng)度的臨界值;(5當(dāng)某項(xiàng)數(shù)值超過(guò)臨界值時(shí),蜂鳴器開(kāi)始響,同時(shí)啟動(dòng)執(zhí)行設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)的補(bǔ)償;(6由液晶屏可以將室內(nèi)的溫度、濕度、亮度顯示出來(lái);2、為此,相應(yīng)地在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)進(jìn)行如下工作:(1選用合適的傳感器,設(shè)計(jì)溫度、濕度、光照強(qiáng)度檢測(cè)電路;(2設(shè)計(jì)4*4矩陣鍵盤電路以根據(jù)用戶實(shí)際需求進(jìn)行臨界值設(shè)置;(3在系統(tǒng)電路中要加裝顯示電路,以顯示溫度、濕度、光照強(qiáng)度的當(dāng)前值;(4設(shè)計(jì)溫度、濕度、光照強(qiáng)度檢測(cè)電路的程序;(5設(shè)計(jì)報(bào)警電路編寫報(bào)警程序,選定具體的執(zhí)行設(shè)備;(6探索其他可靠的控制方案,并將多種方案進(jìn)行對(duì)比、分析與驗(yàn)證。2.1.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖第2章系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 圖2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

26、主控模塊:作為系統(tǒng)的核心部分,控制傳感器使其按照設(shè)計(jì)要求工作,處理從傳感器上傳送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù),將處理后的數(shù)據(jù)傳送到顯示模塊中。溫度檢測(cè)模塊:檢測(cè)室內(nèi)環(huán)境溫度,采集室內(nèi)溫度數(shù)據(jù),將數(shù)據(jù)傳送到主控模塊中。濕度檢測(cè)模塊:檢測(cè)室內(nèi)環(huán)境濕度,采集室內(nèi)濕度數(shù)據(jù),將數(shù)據(jù)傳送到主控模塊中。亮度檢測(cè)模塊:檢測(cè)室內(nèi)環(huán)境光照強(qiáng)度,采集室內(nèi)光照強(qiáng)度數(shù)據(jù),將數(shù)據(jù)傳送到主控模塊中。顯示模塊:顯示傳感器檢測(cè)到的室內(nèi)環(huán)境數(shù)據(jù)以及上下限值。鍵盤模塊:修改系統(tǒng)測(cè)量溫度、濕度、光照強(qiáng)度的上下限。執(zhí)行模塊:在傳感器檢測(cè)到的數(shù)據(jù)超過(guò)上下顯示,啟動(dòng)執(zhí)行模塊進(jìn)行相應(yīng)補(bǔ)償。電源模塊:為整個(gè)系統(tǒng)提供電源。2.2.1 控制器選擇方案一:采用51單

27、片機(jī)控制系統(tǒng)。單片機(jī)算術(shù)運(yùn)算功能較強(qiáng),軟件編程靈活、自由度大,可用軟件編程實(shí)現(xiàn)控制要求,而且具有功率損耗低、體型小、技術(shù)成熟和價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)8。并且51單片機(jī)是最簡(jiǎn)單的單片機(jī)類型,易于學(xué)習(xí),能滿足題目要求。方案二:采用現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯門陣列(FPGA作為系統(tǒng)的控制核心9。現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯門陣列擁有強(qiáng)大的資源,使用起來(lái)簡(jiǎn)單方便靈活,更加易于進(jìn)行功能的擴(kuò)展,并且可應(yīng)用EDA軟件仿真、調(diào)試9。但其成本高,引腳多,硬件電路復(fù)雜。方案三:采用XC878單片機(jī)控制系統(tǒng)。英飛凌XC878單片機(jī)在功能優(yōu)由于51單片機(jī)很多,且英飛凌XC878用的是51的內(nèi)核,但是其資源比51的豐富很多,XC878芯片擁有5個(gè)8位I

28、/O口、4個(gè)16位定時(shí)器、8通道10位模數(shù)轉(zhuǎn)換(ADC,可靠性也強(qiáng)。根據(jù)以上具體分析選擇方案三。2.2.2 溫度檢測(cè)電路選擇哈爾濱工程大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文方案一:選用熱敏電阻,該元件價(jià)格便宜,功能簡(jiǎn)單,但由熱敏電阻組成的溫度檢測(cè)電路輸出為模擬信號(hào),需要AD轉(zhuǎn)換后才能送到單片機(jī)中,而且熱敏電阻的非線性特性將嚴(yán)重影響系統(tǒng)精度。方案二:選用數(shù)字化溫度傳感器DS18B20。DS18B20是一線式數(shù)字溫度傳感器,具有獨(dú)特的單線式接口方式,測(cè)量范圍在-55125,-1085,誤差為-+0.5,最高精度可以達(dá)到0.0625,DS18B20作為數(shù)字化溫度傳感器10,不需要外接模數(shù)轉(zhuǎn)換電路,可以直接輸出數(shù)字量。無(wú)需

29、AD轉(zhuǎn)換,可以直接與XC878單片機(jī)通訊,讀取測(cè)到的溫度數(shù)據(jù),電路也不復(fù)雜。該元器件具有體積小、抗干擾能力強(qiáng)、價(jià)格便宜、性能穩(wěn)定可靠性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),滿足此系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求10。方案三:采用DHT11檢測(cè)溫度。DHT11是一種輸出數(shù)字量的復(fù)合式傳感器,包含兩部分:電阻式感濕元件、NTC式溫度檢測(cè)元件,這種元件的溫度量程為050,在溫度測(cè)量過(guò)程中誤差為211。綜合上文所敘述的內(nèi)容看,雖然方案三即可檢測(cè)溫度又可檢測(cè)濕度功能綜合,但是方案二的測(cè)量范圍和誤差精度等級(jí)都優(yōu)于方案三,因而溫度檢測(cè)電路選用方案二。2.2.3 濕度檢測(cè)電路選擇方案一:選用HR202濕敏電阻檢測(cè)室內(nèi)環(huán)境的濕度,HR202的阻值隨濕度變化

30、幅度比較大12,并且這種變化不是線性的而是非線性的變化,這種電阻式測(cè)量濕度的元件測(cè)量的輸出量為模擬量,須經(jīng)AD模數(shù)轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換之后才能由單片機(jī)處理。方案二:采用濕度傳感器HS1101,這種元器件是基于獨(dú)特工藝設(shè)計(jì)的固態(tài)聚合物結(jié)構(gòu),在電路中可以當(dāng)作一個(gè)電容元件,它的電容值隨著被檢測(cè)的空氣的相對(duì)濕度成正比變化13。這種元件擁有相當(dāng)好的線性輸出特性,當(dāng)相對(duì)濕度在0100%RH變化時(shí),電容的值由163 pF到202 pF變化,在整個(gè)過(guò)程中誤差不大于2%RH13。這種傳感器的量程為199%RH,適合在-40100的溫度下工作,溫度對(duì)傳感器的輸出受影響不大。在正常溫度下使用該傳感器不需要進(jìn)行溫度補(bǔ)償,也不需要

31、進(jìn)行校準(zhǔn)工作。方案三:采用DHT11檢測(cè)濕度。DHT11是一種輸出數(shù)字量的復(fù)合式傳感器,包含兩部分:電阻式感濕元件和NTC式溫度檢測(cè)元件,這種元件的濕度量程為2090%RH,在濕度測(cè)量過(guò)程中誤差5%RH11。綜合上文所敘述的內(nèi)容看,雖然方案三即可檢測(cè)溫度又可檢測(cè)濕度功能綜合,但是方案二的測(cè)量范圍和誤差精度等級(jí)都優(yōu)于方案三,因而溫度檢測(cè)電路選用方案二。第2章系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)2.2.4 光照強(qiáng)度檢測(cè)電路選擇方案一:采用光敏電阻檢測(cè)光照強(qiáng)度,光敏電阻的阻值隨著光照強(qiáng)度成反比,光敏電阻體積小、對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性強(qiáng),可以在高溫高濕的情況下保持良好的可靠性和穩(wěn)定性,但光敏電阻的阻值受溫度的影響較大。方案二:采用光

32、強(qiáng)傳感器TSL2561,一種高速、低功耗、寬量程、可編程靈活配置的光強(qiáng)度數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片14。該芯片不但廣泛應(yīng)用于各種顯示屏的監(jiān)控,而且能夠用在街道光照控制、安全照明等許多方面。綜上所述,雖然方案二更為優(yōu)秀,但是方案二的元器件光強(qiáng)傳感器TSL2561價(jià)格貴且都是貼片式,故本模塊采用方案一。2.2.5 顯示電路選擇方案一:選用1602液晶顯示屏。液晶顯示屏LCD1602具有功耗小、輕薄短小,平面直角顯示以及影象穩(wěn)定不閃爍,可視面積大,畫面效果好,抗擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)15。方案二:選用七段數(shù)碼顯示管,雖然數(shù)碼管價(jià)格便宜,壽命較長(zhǎng)。但設(shè)計(jì)要求顯示溫度、濕度、光照強(qiáng)度并顯示輸入的上下限,因此需要的數(shù)碼管數(shù)量多

33、,編程復(fù)雜。方案三:采用12864液晶屏,12864功能齊全,可顯示多組數(shù)據(jù),可顯示漢字,圖案,但12864液晶屏比1602液晶屏貴,硬件電路復(fù)雜,編程不易,故不采用。綜上所述,LCD1602編程比數(shù)碼管更加簡(jiǎn)單,并且價(jià)格不算太貴,而12864雖然性能優(yōu)于前兩者,可以顯示漢字,但其價(jià)格高。根據(jù)系統(tǒng)要求LCD滿足要求,因此選擇方案一。2.2.6 報(bào)警電路與鍵盤電路選擇1、報(bào)警電路本次設(shè)計(jì)采用蜂鳴器報(bào)警。蜂鳴器,是普遍運(yùn)用在眾多電子產(chǎn)品中的元件,它具有價(jià)格便宜、體積小、硬件電路簡(jiǎn)單、使用方便等特點(diǎn)。2、鍵盤電路鍵盤采用4*4矩陣鍵盤,鍵值讀取方法采用掃描法,單片機(jī)使用P1端口與矩陣鍵盤連接,其中P

34、1_0P1_3作矩陣鍵盤的行線,P1_4P1_7作矩陣鍵盤的列線,在掃描之前,先會(huì)給整個(gè)P1口賦值,然后檢測(cè)是否有鍵按下,當(dāng)讀到有鍵按下才,會(huì)去掃描行、列,確定具體按下的鍵。哈爾濱工程大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文2.2.7 執(zhí)行器部分介紹當(dāng)室內(nèi)的溫度、濕度、光照強(qiáng)度超過(guò)上下限值時(shí),系統(tǒng)通過(guò)程序發(fā)出一個(gè)啟動(dòng)信號(hào),控制執(zhí)行模塊開(kāi)啟,進(jìn)行對(duì)溫度、濕度、光照強(qiáng)度的調(diào)節(jié)。當(dāng)環(huán)境因素重新回到限制范圍內(nèi)時(shí),系統(tǒng)通過(guò)程序發(fā)出停止信號(hào)。由于設(shè)計(jì)沒(méi)有執(zhí)行部分的要求,所以根據(jù)上述內(nèi)容,執(zhí)行部分可以在信號(hào)輸出口外接可以調(diào)節(jié)溫度、濕度、光照強(qiáng)度的電器。本章從總體結(jié)構(gòu)和功能上分析了室內(nèi)環(huán)境智能調(diào)節(jié)系統(tǒng)的組成和設(shè)計(jì)功能要求,針對(duì)系統(tǒng)的

35、功能要求將系統(tǒng)分為主控模塊、顯示模塊、溫度檢測(cè)模塊、濕度檢測(cè)模塊、光照強(qiáng)度檢測(cè)模塊、報(bào)警模塊、鍵盤模塊以及執(zhí)行模塊八個(gè)部分。然后本章針對(duì)系統(tǒng)的性能要求對(duì)各部分的硬件設(shè)計(jì)進(jìn)行了不同方案之間的分析、比較和元器件的選型,詳細(xì)說(shuō)明了對(duì)系統(tǒng)各個(gè)模塊的最優(yōu)方案的選型過(guò)程,并對(duì)所有方案的特點(diǎn)和優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了比較充分的闡述,為后續(xù)內(nèi)容展開(kāi)奠定基礎(chǔ)。第3章系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)哈爾濱工程大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文第3章系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)的硬件電路包括微控制器電路、溫度檢測(cè)電路、濕度檢測(cè)電路、光照強(qiáng)度檢測(cè)電路、報(bào)警器電路、矩陣鍵盤電路、顯示電路等。本系統(tǒng)的功能是以英飛凌單片機(jī)XC878為核心,通過(guò)溫度檢測(cè)電路、濕度檢測(cè)電路、光照

36、強(qiáng)度檢測(cè)電路來(lái)采集測(cè)量室內(nèi)環(huán)境的數(shù)據(jù),在數(shù)據(jù)被處理后送到顯示電路顯示室內(nèi)的溫度、濕度、光照強(qiáng)度值,用矩陣鍵盤電路來(lái)修改上下限,當(dāng)測(cè)量到的數(shù)據(jù)超過(guò)上顯現(xiàn)啟動(dòng)報(bào)警電路。各部分選用的主要元器件具體介紹見(jiàn)本章內(nèi)容,包括各部分硬件電路的設(shè)計(jì)思路。XC878 是高性能8 位微控制器XC800 家族的新成員,其設(shè)計(jì)基于和8051 處理器兼容的XC800 內(nèi)核16。XC878 單片機(jī)芯片內(nèi)集成有CAN 控制器而且還支持LIN 協(xié)議,擁有高級(jí)互聯(lián)的能力。單片機(jī)芯片內(nèi)的CAN 控制器可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議所需要的大部分功能,因而可以減輕CPU的負(fù)荷。XC878單片機(jī)內(nèi)部嵌有Flash存儲(chǔ)器,極大的提高了系統(tǒng)的靈活性16

37、。XC878 的存儲(chǔ)器防護(hù)策略為用戶知識(shí)產(chǎn)權(quán)(IP提供讀保護(hù),為Flash(閃存存儲(chǔ)器提供編程以及消除保護(hù)以防數(shù)據(jù)遭到意外的損壞。Flash 結(jié)構(gòu)支持在應(yīng)用編程(IAP,在程序執(zhí)行期間允許用戶程序修改Flash 的內(nèi)容16。在Boot ROM 中的引導(dǎo)程序的加載(BSL下可以實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)編程(ISP,通過(guò)外部主機(jī)(如PC對(duì)嵌入式Flash 方便的編程或擦除。其它主要特性包括:捕獲/比較單元6(CCU6,產(chǎn)生電機(jī)控制專用的脈寬調(diào)制信號(hào);10 位模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC,擁有自動(dòng)掃描和結(jié)果累加(用于抗混迭濾波或結(jié)果平均等拓展功能16;乘法/除法單元(MDU,支持XC800 內(nèi)核用于需要大量數(shù)學(xué)運(yùn)算的高

38、級(jí)電機(jī)控制(如磁場(chǎng)定向控制16;CORDIC(坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)數(shù)字計(jì)算機(jī)協(xié)處理器,可以支持三角函數(shù)、線性或雙曲函數(shù)的計(jì)算以實(shí)現(xiàn)向量旋轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)換16;片上調(diào)試支持(OCDS單元,提供基于XC800 系統(tǒng)進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)與調(diào)試所需的基本功能16。1、高性能XC800內(nèi)核:(1和標(biāo)準(zhǔn)8051單片機(jī)兼容。(22個(gè)時(shí)鐘的機(jī)器周期結(jié)構(gòu)。(3雙數(shù)據(jù)指針。2、片內(nèi)存儲(chǔ)器:(18KB B OOT ROM。(2256B RAM。(33KB XRAM。(452/64KB F LASH,用于存放程序代碼和數(shù)據(jù)。3、I/O口3.3V或5.0V供電,而單片機(jī)芯片內(nèi)部核心的邏輯電路由2.5V的電壓源供電16。4、上電復(fù)位產(chǎn)生。5、內(nèi)核電

39、壓壓降檢測(cè)。6、片內(nèi)振蕩器(OSC和鎖相環(huán)(PLL產(chǎn)生時(shí)鐘16。時(shí)鐘丟失檢測(cè)。7、省電模式:(1低速模式。(2空閑模式。(3掉電模式,可以用RXD或EXINT0來(lái)喚醒系統(tǒng)16。8、五個(gè)端口:40個(gè)I/O管腳(5個(gè)8位I/O端口。9、8通道、10位模數(shù)轉(zhuǎn)換單元(ADC16。10、四個(gè)16位定時(shí)器:(1定時(shí)器T0和定時(shí)器T1(T0和T1。(2定時(shí)器T2和定時(shí)器T21(T2和T21。11、專門用于算術(shù)運(yùn)算的乘法/除法單元(MDU16。12、CORDIC(坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)數(shù)字計(jì)算機(jī)協(xié)處理器,可以支持三角函數(shù)、雙曲和線性函數(shù)計(jì)算16。13、兩個(gè)捕獲/比較單元(1可以發(fā)出PWM信號(hào)(脈寬調(diào)制的CCU6。(2可以發(fā)

40、出不同數(shù)字信號(hào)的T2CCU。14、同步串行通道(SSC。15、PG-LQFP-64引腳封裝。16、溫度范圍TA:(1SAF(4085C。(2SAX(40105C。英飛凌XC878有五個(gè)雙向I/O口P0、P1、P3、P4、P5。P0 口是8 位通用雙向I/O端口,還能夠作為JTAG、CCU6、UART、UART1、T2CCU、T21、MultiCAN、SSC 以及外部接口的功能引腳。P1 口是8 位通用雙向I/O端口,還能夠作為JTAG、CCU6、UART、T0、T1、T2CCU、T21、MultiCAN、SSC 以及外部接口的功能引腳。P3 口是8 位通用雙向I/O端口,還能夠作為CCU6、U

41、ART1、T2CCU、T21、MultiCAN 以及外部接口的功能引腳16。P4 口是8 位通用雙向I/O端口,還能夠作為CCU6、T0、T1、T2CCU、T21、MultiCAN 以及外部接口的功能引腳16。P5 口是8 位通用雙向I/O端口,還能夠作為UART、UART1、T2CCU、JTAG 以及外部接口的功能引腳16。英飛凌XC878有AN0AN7引腳,8個(gè)專用的輸入通道,可以作為AD的輸入通道。英飛凌XC878單片機(jī)引腳圖見(jiàn)圖3.1,該芯片共有64個(gè)引腳,其中包括40個(gè)I/O 口(P0、P1、P3、P4、P5,8個(gè)AD轉(zhuǎn)換通道(AN0AN7 圖3.1 英飛凌引腳圖1、DS18B20的

42、特點(diǎn)DS18B20和英飛凌單片機(jī)XC878之間只要一條接口線就可以實(shí)現(xiàn)英飛凌單片機(jī)和DS18B20之間的雙向通信。溫度傳感器DS18B20溫度測(cè)量范圍為-55+125,溫度測(cè)量誤差為0.510。多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在數(shù)據(jù)接口線DQ上,最多可并聯(lián)8個(gè)10。而溫度傳感器的測(cè)溫結(jié)果以912位的數(shù)字量方式串行傳輸?shù)接w凌XC878單片機(jī)P3_3端口中。2、溫度傳感器DS18B20溫度的轉(zhuǎn)換以12位轉(zhuǎn)化為例:以16 位符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼讀數(shù)形式提供,以0.0625/LSB形式表達(dá),其中S為符號(hào)位17。表3.1 DS18B20 溫度值格式表Bit7 Bit6 Bit5 Bit4 Bit3 Bit2

43、 Bit1 Bit0 LS Byte322212021-22-23-24-2Bit15 Bit14 Bit13 Bit12 Bit11 Bit10 Bit9 Bit8 MS Byte S S S S S 625242表格3.1中是12位轉(zhuǎn)化后得到的12位二進(jìn)制數(shù)據(jù),保存于溫度傳感器DS18B20的兩個(gè)8 bit的RAM (CGRAM和DDRAM里面18。該12位二進(jìn)制數(shù)據(jù)的前面5位為符號(hào)位,若這5位二進(jìn)制數(shù)全為0,則測(cè)量所得的溫度值大于0,只須把測(cè)量所得的數(shù)值乘0.0625就可以算出實(shí)際的溫度值;若這5位二進(jìn)制數(shù)全為1,那么測(cè)量所得到的溫度值小于0,把測(cè)量得到的數(shù)值取反后加1再乘0.0625就

44、可以算出實(shí)際的溫度值18。比方說(shuō)+125的12位二進(jìn)制數(shù)據(jù)是07D0H,+25.0625的12位二進(jìn)制數(shù)據(jù)是0191H, -25.0625的12位二進(jìn)制數(shù)據(jù)是FF6FH,-55的12位二進(jìn)制數(shù)據(jù)是FC90H。3.3.2 溫度檢測(cè)電路設(shè)計(jì)如圖3.2的接線方法屬于外部電源供電法,這種接線方法與其他接線方法相比具有抵抗干擾的能力強(qiáng),并且硬件電路接線簡(jiǎn)單,使用方便,同時(shí)可以并聯(lián)多個(gè)溫度傳感器設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)溫度檢控,工作穩(wěn)定性強(qiáng),比單點(diǎn)溫度檢測(cè)更接近室內(nèi)真實(shí)溫度等特點(diǎn),是溫度傳感器的最好的工作模式。 圖3.2 溫度檢測(cè)電路圖濕度傳感器HS1101基于獨(dú)特的工藝設(shè)計(jì)的電容元件,它屬于相對(duì)濕度傳感器元件,可以

45、量產(chǎn),廣泛應(yīng)用于有關(guān)空氣質(zhì)量檢測(cè)的各個(gè)領(lǐng)域。HS1101有全互換特性,且工作在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下不需要進(jìn)行校正;可以自動(dòng)化焊接;快速反應(yīng)時(shí)間;可以應(yīng)用在線性電壓或頻率輸出回路;固態(tài)聚合物結(jié)構(gòu)等有特點(diǎn)。相對(duì)濕度在0100%RH變化時(shí),電容的值由163 pF到202 pF變化,在整個(gè)過(guò)程中誤差不大于2%RH13。這種傳感器的量程為199%RH,適合在-40100的溫度下工作,溫度對(duì)傳感器的輸出受影響不大,響應(yīng)時(shí)間小于5s,測(cè)量精度較高13。HS1101的濕度-電容響應(yīng)曲線如下圖: 圖3.3 電容濕度響應(yīng)曲線濕度檢測(cè)電路可以將由濕度的不同引起的電容變化量轉(zhuǎn)變?yōu)橛w凌XC878單片機(jī)容易直接接收的數(shù)字信號(hào)。具

46、體有兩種方法:一種是將濕度傳感器HS1101元件放在由運(yùn)算放大器和電容電阻組成的橋式振蕩電路中,該電路在傳感器電容變化時(shí)產(chǎn)生的正弦電壓信號(hào)經(jīng)整流、放大、AD轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào);另一種是由濕度傳感器HS1101與NE555集成芯片組成的振蕩電路,濕度傳感器HS1101在電路中充當(dāng)振蕩電容。由于濕度傳感器HS1101的電容隨測(cè)量的相對(duì)濕度的呈正比變化,因此在電路中振蕩電容增加,會(huì)使電路產(chǎn)生的頻率減小,從而實(shí)現(xiàn)濕度的測(cè)量。本文選用第二種方案,該方案電路簡(jiǎn)單,經(jīng)振蕩電路后直接與單片機(jī)通信,不需繁瑣的信號(hào)處理、轉(zhuǎn)換過(guò)程,在軟件編程過(guò)程中也容易得多。表3.2 電壓頻率與空氣濕度濕度/%RH 0 10 20 3

47、0 40 50頻率/Hz 7350 7225 7102 6966 6850 6733濕度/%RH 50 60 70 80 90 100頻率/Hz 6727 6601 6466 6328 6190 6029 頻率與濕度的響應(yīng)曲線如圖3.4: 圖3.4 空氣濕度與電壓頻率響應(yīng)曲線3.4.2 NE555簡(jiǎn)介NE555是一種運(yùn)用極其廣泛的數(shù)字-模擬混合集成電路芯片,利用它構(gòu)成施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器19。由于使用靈活、方便,所以在波形的產(chǎn)生與變換、測(cè)量與控制、家用電器、電子玩具等許多電子產(chǎn)品、電路設(shè)計(jì)都有它的身影,NE555的作用是通過(guò)它集成在里面的定時(shí)器構(gòu)成時(shí)基電路,給其他電路提供時(shí)鐘

48、脈沖19。引腳圖如圖3.5所示。3.4.3 濕度檢測(cè)電路設(shè)計(jì)濕度傳感器充當(dāng)電容元件接在NE555芯片的2、5引腳之間,組成振蕩電路。通過(guò)使?jié)穸葌鞲衅鱄S1101充電放電周期循環(huán),在3腳處形成方波。引腳3輸出高電平的時(shí)間(C X 為HS1101的電容:(X C R41R 693.0T H += (3-1 輸出低電平的時(shí)間:X C R1693.0T L = (3-2由此可知輸出方波頻率為(X L H C R R T T f +=+=41244.11 (3-3R4DC7Q 3G N D1V C C8TR2TH6CV5U1NE555R1576kR2909kR31kR4HS1101圖3.5 濕度檢測(cè)電路

49、圖3.5 光照強(qiáng)度檢測(cè)電路光敏電阻經(jīng)常被使用在光照強(qiáng)度的檢測(cè)、光照強(qiáng)度的控制以及光信號(hào)與電信號(hào)的轉(zhuǎn)換。其主要參數(shù)及特性如下:1、光電流、亮電阻光敏電阻在一定的外加電壓下,當(dāng)有光照射的時(shí)候,由光照產(chǎn)生的載流子再外加電壓的作用下向電壓源正極漂移運(yùn)動(dòng),與之相對(duì)應(yīng)的空穴向電源負(fù)極漂移運(yùn)動(dòng),使光敏電阻電導(dǎo)增加,電阻減小。此時(shí)光敏電阻上通過(guò)的電流為光電流,此時(shí)光敏電阻的阻值即外加電壓與光電流之比稱為亮電阻,經(jīng)常用“100LX”表示20。2、暗電流、暗電阻光敏電阻在一定的外加電壓下,當(dāng)無(wú)光照時(shí),受光照激發(fā)產(chǎn)生的空穴-電子對(duì)重新組合,電阻恢復(fù)原來(lái)的數(shù)值,此時(shí)光敏電阻上流過(guò)的電流為暗電流,此時(shí)光敏電阻的阻值即外

50、加電壓與暗電流之比稱為暗電阻,常用“0LX”表示20。3、靈敏度靈敏度是指光敏電阻在沒(méi)有光照時(shí)的電阻值(暗與有光照時(shí)的電阻值(亮的相對(duì)變化值20。4、光照特性光照特性是指光敏電阻的輸出電信號(hào)隨著外界光照強(qiáng)度的改變而改變20。通過(guò)其光照特性曲線可以知道,伴隨著光照強(qiáng)度的提高,其阻值首先快速下降。如果繼續(xù)增加外界的光照強(qiáng)度,那么電阻的變化幅度將會(huì)減小,然后慢慢的趨于平緩。在大多數(shù)情況下,光照特性為非線性20。5、伏安特性曲線伏安特性曲線用來(lái)描述光敏電阻的外加電壓與光電流之間的關(guān)系,光敏電阻的光電流與外加電壓呈正比變化20。6、溫度系數(shù)光敏電阻的光電效應(yīng)受溫度影響較大20。3.5.2 光照強(qiáng)度檢測(cè)電

51、路設(shè)計(jì)光照強(qiáng)度檢測(cè)電路圖見(jiàn)圖3.6,設(shè)光敏電阻阻值為R0,電壓為5V ,滑動(dòng)變阻器阻值為R521。VR R R R U A 470023504054+=+=(3-4圖3.6中的運(yùn)放電路為同相比例放大電路,故 (AC U R R R U +=3521 (3-5 因而,隨光照強(qiáng)度的不斷提高,檢測(cè)電路輸出的電壓也提高。 圖3.6 光照強(qiáng)度檢測(cè)電路圖報(bào)警電路見(jiàn)圖3.7,圖中的三極晶體管PNP9012,PNP 型晶體管用E B 的電流IB 控制E C 的電流IC 。當(dāng)B 為高電平時(shí),三極管導(dǎo)通,蜂鳴器通電,開(kāi)始工作。 圖3.7 報(bào)警電路圖鍵盤為4*4矩陣鍵盤,鍵盤讀書采用掃描法,端口使用P1口,P1.0

52、P1.3為行線,P1.4P1.7為列線。掃描時(shí),先給P1口賦值:例如掃描第1行時(shí)P1=0xFE ,使P1.0=0;然后掃描P1.4P1.7,當(dāng)P1.4P1.7中有0值存在,說(shuō)明有鍵按下,根據(jù)具體數(shù)字可以判斷是那個(gè)鍵按下。圖3.8 鍵盤電路3.7 顯示電路設(shè)計(jì)3.7.1 LCD1602簡(jiǎn)介1、LCD1602的引腳第1腳:Vss 為L(zhǎng)CD1602的電源地。蜂鳴器BUZZER9012PNPR1P3_4第2腳:Vcc為L(zhǎng)CD1602的電源(+5V。第3腳:Vee為液晶屏LCD1602的對(duì)比調(diào)整電壓,一般連接一個(gè)滑動(dòng)變阻器,通過(guò)調(diào)整其阻值來(lái)調(diào)節(jié)對(duì)比度。第4腳:RS為寄存器選擇端,RS=0 輸入指令;RS

53、=1 輸入數(shù)據(jù)。第5腳:R/W為讀寫信號(hào)選擇端,R/W=0 向LCD寫入指令或數(shù)據(jù);R/W=1從LCD 讀取信息。第6腳:E為L(zhǎng)CD1602的使能端,其作用是使能信號(hào),E=1時(shí)讀取液晶屏信息,E 為下降沿時(shí)執(zhí)行指令,本系統(tǒng)只用到LCD1602的寫入數(shù)據(jù)/指令的功能,因此,使能端為下降沿。第714腳:D0D7為8為L(zhǎng)CD1602的雙向數(shù)據(jù)端,本系統(tǒng)只用到LCD1602寫入指令或數(shù)據(jù)的功能,故而D0D7為數(shù)據(jù)輸入端。第1516腳:是空腳或是LCD1602的背光電源,第15腳是背光正極,第16腳是背光負(fù)極,第15腳和第16腳可接可不接。2、LCD1602操作指令(1清屏指令表3.3 清屏指令編碼指令

54、功能指令編碼執(zhí)行時(shí)間rs r/w db7 db6 db5 db4 db3 db2 db1 db0 /ms該指令功能有:清除液晶屏所有內(nèi)容;光標(biāo)歸位;將地址計(jì)數(shù)器的值設(shè)為015。(2光標(biāo)歸位指令表3.4 光標(biāo)歸位指令編碼指令功能指令編碼執(zhí)行時(shí)間rs r/w db7 db6 db5 db4 db3 db2 db1 db0 /ms該指令功能有:光標(biāo)撤回顯示屏左上角15;地址計(jì)數(shù)器的值設(shè)置為0;保持DDRAM 中的內(nèi)容不變。(3進(jìn)入模式設(shè)置指令表3.5 進(jìn)入模式設(shè)置指令編碼指令功能指令編碼執(zhí)行時(shí)間rs r/w db7 db6 db5 db4 db3 db2 db1 db0 /us清屏0 0 0 0 0

55、 0 0 1 I/D S 40第3章系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)該指令功能為:設(shè)定每輸入1位數(shù)據(jù)后的光標(biāo)移動(dòng)方向,且設(shè)定每次寫入的一個(gè)字符是否移動(dòng)15。表3.6 參數(shù)設(shè)定表位名設(shè)置狀態(tài) 0 1I/D 光標(biāo)左移光標(biāo)右移S 顯示屏不移動(dòng)顯示屏整體右移一字符(4顯示開(kāi)關(guān)控制指令表3.7 顯示開(kāi)關(guān)控制指令編碼指令功能指令編碼執(zhí)行時(shí)間rs r/w db7 db6 db5 db4 db3 db2 db1 db0 /us清屏0 0 0 0 0 0 1 D C B 40該指令功能為控制顯示器開(kāi)或者關(guān)、光標(biāo)顯示或者關(guān)閉以及光標(biāo)是否閃爍15。表3.8 參數(shù)設(shè)定表位名設(shè)置狀態(tài)0 1D 顯示功能管顯示功能開(kāi)C 無(wú)光標(biāo)有光標(biāo)B 光

56、標(biāo)閃爍光標(biāo)不閃爍(5設(shè)定顯示屏或光標(biāo)移動(dòng)方向指令表3.9 設(shè)定顯示屏或光標(biāo)移動(dòng)方向指令編碼指令功能指令編碼執(zhí)行時(shí)間rs r/w db7 db6 db5 db4 db3 db2 db1 db0 /us清屏0 0 0 0 0 1 S/C R/L X X 40 該指令的功能為:光標(biāo)移位或者顯示屏移位。表3.10 參數(shù)設(shè)定表S/C R/L 設(shè)定情況0 0 光標(biāo)左移1格并且ac值減去10 1 光標(biāo)右移1格并且ac值加上11 0 顯示器所有字符左移1格,但光標(biāo)不動(dòng)1 1 顯示器所有字符右移1格,但光標(biāo)不動(dòng)(6功能設(shè)定指令哈爾濱工程大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文表3.11 功能設(shè)定指令編碼指令功能 指令編碼 執(zhí)行時(shí)間 rsr/w db7 db6 db5 db4 db3 db2 Db1 db0 /us 清屏 0 0 0 0 1 DL N F X X 40該指令功能為:設(shè)定數(shù)據(jù)總線位數(shù)、顯示器的行數(shù)、字體型狀15。表3.12 參數(shù)設(shè)定表位名設(shè)置 狀態(tài)0 1