數(shù)顯溫濕度播報及報警系統(tǒng)設計

海南師范大學本科生畢業(yè)論文數(shù)顯溫濕度播報及報警系統(tǒng)設計VoiceBroadcast,AlarmSystemofTemperatureandHumidityShowedbyLCD姓名：學號：專業(yè)：__________________年級：2011級系別：物理與電子工程學院完成日期：指導教師：周萍海南師范大學本科生畢業(yè)論文（設計）獨創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的畢業(yè)論文（設計）是本人在導師指導下進行的研究工作及取得的研究成果，除了文中特別加以標注和致謝的地方外，本論文中沒有抄襲他人研究成果和偽造數(shù)據(jù)等行為。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻均已在論文中作了明確的說明并表示謝意。論文（設計）作者簽名：日期：本科生畢業(yè)論文（設計）使用授權聲明海南師范大學有權保留并向國家有關部門或機構送交畢業(yè)論文（設計）的復印件和磁盤，允許畢業(yè)論文（設計）被查閱和借閱。本人授權海南師范大學可以將本畢業(yè)論文（設計）的全部或部分內(nèi)容編入有關數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或其他復印手段保存、匯編畢業(yè)論文（設計）。論文（設計）作者簽名：日期：指導教師簽名：日期：目錄TOC\o"1-3"\h\u195301.引言 1196822.方案設計與論證 2287542.1微控制器的選擇 38532.2控制芯片的選擇. 4247612.3溫度傳感器的選擇 5160432.4穩(wěn)壓芯片的選擇 7287542.5LCD1602的論證 822963.電路的設計 98533.1系統(tǒng)總體框圖. 10247613.2穩(wěn)壓電源電路 1125643.3單片機系統(tǒng)電路 12160433.4顯示與數(shù)據(jù)預置電路 13160433.5數(shù)據(jù)采集電路 14160433.6電路板PCB圖及實物圖 1584214.程序的設計 168534.1程序功能描述與設計思路. 17247614.2程序總流程 18131685.測試環(huán)境結果分析 195.1測試結果及分析................................205.2編譯環(huán)境......................................215.3小結..........................................2211527參考文獻 23附錄（11527源代碼） 23摘要本設計采用成本較低，且內(nèi)存足夠本人使用下載方便的STC12C5A60S2單片機、溫濕度傳感器SHT10、時鐘芯片DS1302、液晶顯示芯片LCD1602、語言芯片ISD1760、蜂鳴器等基本實現(xiàn)了數(shù)顯溫濕度播報及報警的功能。該系統(tǒng)選AT89C52單片機作為微控制器，涉及了溫濕度的測量，顯示，以及一些其他的簡易控制。實物設計分為單片機微控制部分，LCD1602顯示部分，聲光報警部分，溫濕度傳感器部分，語音報警部分和按鍵部分。以單片機STC12C5AS2為核心，采用SHT10來檢測溫濕度，并通過LCD1602來溫濕度、時間和日期的交替顯示，以及采用了語音芯片實現(xiàn)語音播報功能，溫濕度超過設定值時將通過聲光信息發(fā)出報警。【關鍵詞】：DS1302；溫濕度傳感器SHT10,按鍵；單片機；ISD1760；LCD1602；蜂鳴器AbstractThisdesigneradoptsthelowercostandcommonlyusedsinglechipmicrocomputer(STC12C5A60S2)、thetemperatureandhumiditysensor（SHT10）、theclockchip（DS1302）、theliquidcrystaldisplaychip（LCD1602）、voicechip（ISD1760）、buzzerandsoonachievedfunctionsofthissystem.ThissystemusesAT89C52singlemicrocomputerchipasmicrocontroller,involvesthemeasurementoftemperatureandhumidity，display，andothersomesimplecontrol。Physicaldesignisdividedintosinglechipmicrocontrolparts,LCD1602displaypart,soundandlightalarm,temperatureandhumiditysensors,voicealarmpartsandbuttons.ThissystemisbasedonMCUofAT89C52.ItcandetecttemperatureandhumiditywiththesensornamedSHT10,andalternatelyshowedtemperature、humidity、timeanddateonLCD1602.Italsohasthefunctiontobroadcast.Whenthetemperatureandhumiditymorethanthepresetone,youwillbesentthesoundinformation.【Keywords】：DS1302；Thetemperatureandhumiditysensor(SHT10)；Button；singlechipmicrocomputer；ISD1760；LCD1602；buzzer1.引言當下日新月異的經(jīng)濟發(fā)展模式，對生產(chǎn)管理體系的要求也越來越趨近于機械化,自動化，各行各業(yè)都是如此,帶有溫濕度上下限報警功能的數(shù)顯溫濕度播報及報警系統(tǒng)能夠監(jiān)控車間，機房，醫(yī)藥庫房，農(nóng)用大棚等等正是順應了這一趨勢。例如食品會在一定的溫度下才得以完好儲存，超過這個溫度就會發(fā)生食品不安全問題，引發(fā)消費者和商家的糾紛。溫室大棚的蔬菜也只能在設定的溫度下才能生長，不會死亡，給農(nóng)民帶來收入。以及檔案的保存也只能在一定的溫度下才能使保存年限更加長久。尤其是現(xiàn)在的醫(yī)藥行業(yè)更是對溫濕度的要求甚至可以說是苛刻。在以前，這些都需要效率十分低下的人工輪流值班，巡回看守，定時去測量，記錄，這其中機會產(chǎn)生很多的不客觀因素，甚至有些極端環(huán)境下人也無法測量，為了更高效，更準確的得到人們想要的數(shù)據(jù)，并能夠在不適環(huán)境下及時做出補救就必須有一套科學的，先進的管理方法，用以對不同環(huán)境各個時期所需的溫度及濕度等進行實時的監(jiān)控，超出預設值及時報警。數(shù)顯溫濕度播報及報警系統(tǒng)代表了一類自動控制的方法，具有十分重要的實際意義。STC12C5A60S2單片機是最簡單也是最常用的控制芯片，其功能強，易于學習，體積小，價格低的特點使得它在智能儀器儀表、工業(yè)檢測控制等方面廣泛的被使用，并且在大學期間我們所用的控制器基本是它，所以使用它也會節(jié)省我們的時間，階躍我們的成本。當然，用其作為溫濕度控制系統(tǒng)的例子也非常多。使用STC12C5A60S2型單片機設計數(shù)顯溫濕度播報及報警設計系統(tǒng)，可以及時、準確的反映室內(nèi)的溫度以及濕度的變化以及記錄這些變化發(fā)生的日期時間并能在溫度濕度超過的設定的上下限時發(fā)出警報。2．方案設計與論證2.1微控制器的選擇與論證方案一：選用ARM高性能芯片，但因本科階段所學并不是該芯片，且它價格昂貴，不適于用于做畢業(yè)設計，故在此否決方案一。圖2.1.1ARM芯片方案二：使用大規(guī)?？删幊唐骷?，如本科所學FPGA，CPLD,但綜合考慮也不采用。方案三：采用一片AT89C52芯片來作為微控制器，功能強，體積小，價格低廉，關鍵這塊芯片我們可以熟練使用。它的性能也足夠本設計使用。方案四：選擇STC12C5A60S2，和AT系列同樣強大，只因AT系列并口編程方式，下載時需要一個74HC244來做并口通信電路，本人覺得麻煩，就選擇了通過串口編程的STC系列，但是因程序沒有時間最優(yōu)化，占據(jù)內(nèi)存很大，又懶得優(yōu)化所以選擇了方案四所選擇的芯片。圖2.1.2單片機STC12C5A60S22.2溫濕度傳感器的選擇與論證溫濕度傳感器根據(jù)現(xiàn)有的條件，主要有兩種選擇：方案一：采用溫濕度傳感器DHT11，它有出色的長期穩(wěn)定性，功耗也非常低，超長的信號傳輸距離，可是由于精度達不到本設計要求，故排除此方案。圖2.2.1DHT11溫濕度傳感器芯片方案二：使用將溫濕度傳感器，信號放大調(diào)理，A/D轉換，總線接口集于一身的SHT10芯片，并且考慮到價格問題，我選擇了貼片形式的芯片。所以本系統(tǒng)中采用SHT10。圖2.2.2SHT10溫濕度傳感器2.3時鐘電路的選擇與論證方案一：采用DS12C887來實現(xiàn)日歷時鐘的顯示，DS12C887自帶內(nèi)置晶振元和鋰電池，并口操作，功能齊全，但考慮到成本過高，且怕買到翻新或者是舊的芯片，電池不夠用，決定不予使用。圖2.3.1DS12C887時鐘芯片方案二：使用DS1302芯片作為時鐘電路模塊主要芯片，隨時串口操作，功能單一，外部帶有晶振，但是價格相對較低，故選擇方案二。圖2.3.2DS1302時鐘芯片2.4LCD顯示模塊的選擇顯示電路采用LCD1602液晶顯示，模塊小，使用起來也相對方便，操作很簡單。圖2.4.1LCD1602芯片2.5語音芯片的選擇與論證方案一：采用ISD1400語音芯片，該語音芯片的外圍電路驅(qū)動非常簡單可行，可是它的錄音時間非常短暫，僅僅只有20秒鐘，錄音效果也沒有ISD1760好，因此在本模塊中不予使用。圖2.5.1ISD1400語音芯片方案二：使用芯片ISD1760，它的高性能，以及集成度也非常高，這里選擇它來完成語音播報功能。圖2.5.2ISD1760故，選擇方案二。3．硬件電路的設計3.1總體框圖AT89C52AT89C52鍵盤溫濕度傳感器及信號處其他輸入信號LCD顯示模塊聲光報警模塊語音播報模塊圖3.1.1系統(tǒng)組成原理框圖3.2單片機最小系統(tǒng)單片機最小系統(tǒng)由STC12C5A60S2,，晶振電路和復位電路組成。單片機STC12C5A60S2外圍焊接了插針，引出I/O口，便于后期調(diào)試。晶振電路使用12M晶振，產(chǎn)生固定的時鐘信號，用于單片機的觸發(fā)操作；晶振的引腳1和引腳2分接30pF電容用于濾波，使時鐘信號更加平穩(wěn)。復位電路的REST端接單片機的復位端引腳9，當按鍵K1按下時，單片機的復位端引腳9通高電平，單片機產(chǎn)生復位。圖3.2.1最小系統(tǒng)原理圖3.3按鍵電路按鍵電路由可自復位按鈕組成，按鍵K3-k8的一端通過跳線和單片機的I/O連接，另一端接公共地。當K3按下時，P3.2引腳變?yōu)榈碗娖剑琁E0被置為1，請求中斷于CPU，執(zhí)行外部中斷0內(nèi)的程序，調(diào)整當前日期、時間；當進入調(diào)整日期、時間模式時，每按一次K3時，分別調(diào)整秒、分、時、星期、日、月、年數(shù)值，按K5為加，按K6為減，最后再按一次K3時，退出該模式，回到初始狀態(tài)。當K4按下時，P3.3引腳變?yōu)榈碗娖?，IE1被置為1，請求中斷于CPU，執(zhí)行外部中斷1內(nèi)的程序；如果P3.3是長按的話，松開后進入攝氏溫度與華式溫度轉換功能；如果是短按的，松開后進入設定最高、最低溫濕度報警值模式；當進入設定最高、最低溫濕度報警值模式時，每按一次K4時，分別調(diào)整最高溫度報警值、最低溫度報警值、最高濕度報警值、最低濕度報警值，按K5為加，按K6為減，最后再按一次K4時，退出該模式，回到初始狀態(tài)。當按下K7時，實現(xiàn)實時播報。K8為預留鍵，用于功能擴展。按鍵電路的原理圖如下圖所示：圖3.3.1按鍵電路原理圖3.4LCD時鐘顯示電路LCD時鐘顯示電路由DS1302，LCD1602和10K電位器組成。DS1302有8個引腳，引腳1接備份電源端，備份電源由3節(jié)1.5V干電池串聯(lián)供電；引腳8接主電源端，當主電源VCC1電壓小于備份電源端VCC2電壓0.2V時，由備份電源端給本芯片供電，防止芯片計時停止；引腳2和引腳3接32.768K晶振，提供時鐘信號用于芯片自身計時；引腳4接地端；DS1302采用SPI總線驅(qū)動方式，引腳5接單片機的I/O口P2.2，引腳6接單片機的I/O口P2.3，引腳7接I/O口P2.4，它們用于DS1302和單片機建立通信連接，讀取當前DS1302的時間和日期數(shù)據(jù)用于LCD1602顯示以及寫入欲置入本芯片的時間和日期數(shù)據(jù)。LCD1602有16個引腳，引腳1接地端，引腳2接電源端，引腳3接電位器的V0引腳2，調(diào)節(jié)電位器可以調(diào)整顯示器對比度；引腳4~6接單片機的I/O口P2.5~7，用于LCD的讀寫控制；引腳7~14接單片機的I/O口P0.0~7，用于傳輸?shù)刂泛蛿?shù)據(jù)給LCD；引腳15接電源端，引腳16接地端，用于LCD的背光供電。時鐘顯示電路的原理圖如圖所示：圖3.4.1時鐘顯示電路3.5溫濕度數(shù)據(jù)采集電路溫濕度數(shù)據(jù)采集電路由溫濕度傳感器SHT10組成。SHT10有8個引腳，引腳1接地端；引腳2接單片機的I/O口P3.1，用于單片機讀取傳感器的溫濕度度數(shù)據(jù)；引腳3接單片機的I/O口P3.0，用于單片機和SHT10之間的同步通訊；引腳4接電源端；引腳5~8懸空，主要作用是焊接時固定芯片。圖3.5.1溫濕度數(shù)據(jù)采集電路3.6聲光報警系統(tǒng)聲光報警系統(tǒng)由三極管S8550，5V有源蜂鳴器，紅、綠色LED燈，100K電阻組成。S8550是PNP型三極管，B極引腳2接單片機的I/O口P2.0，E極引腳1接蜂鳴器的負極引腳2，C極接地端。5V有源蜂鳴器自帶驅(qū)動電路，當導通時就能發(fā)出聲響。紅色LED燈的負極通過100Ω電阻接單片機的I/O口P2.1，正極接VCC端；100K電阻的作用是限流，防止LED和單片機I/O口燈燒壞。當溫濕度超過設定的范圍值時，使單片機的I/O口P2.0和P2.1由高電平變?yōu)榈碗娖?，紅色LED燈由暗變亮，三極管S8550導通，從而蜂鳴器導通發(fā)出聲響，產(chǎn)生聲光報警。圖3.6.1聲光報警系統(tǒng)原理圖3.7語音播報電路圖3.7.1語音播報模塊3.8系統(tǒng)總體電路及電路板PCB圖整個系統(tǒng)的原理圖和PCB如下：圖3.8.1系統(tǒng)原理圖圖3.8.2電路板PCB4程序的設計4.1程序功能描述與設計思路4.2程序流程圖5仿真測試與結果整個系統(tǒng)仿真全圖如下：圖5.1.1仿真全圖能夠完成題目所要求的測量并顯示溫度值、濕度值，并且測量范圍、精確度因為芯片選用得當也可以達到，也原原本本可以仿真出來時間和溫濕度可以交替顯示。仿真結果如下圖所示：圖5.1.2實現(xiàn)日期時間顯示圖5.1.3實現(xiàn)溫濕度顯示圖5.1.4可設定溫度最高、最低報警值圖5.1.5可設定濕度最高、最低報警值圖5.1.6實現(xiàn)攝氏溫度轉換為華氏溫度6測試結果及分析經(jīng)過PCB制圖，調(diào)試出錯，焊接萬用板等等一切可以節(jié)約成本和時間的補救后總算是把實物做好了，調(diào)試成功。結果如下：圖6.1.1實物測試圖圖6.1.2實物時間可現(xiàn)實并可調(diào)圖6.1.3實現(xiàn)溫度可設定最高、最低值并警報圖6.1.4實現(xiàn)濕度可調(diào)至最低、最高值并超出范圍報警圖6.1.5實現(xiàn)溫濕度和時間日期的交替顯示圖6.1.6攝氏溫度轉換為華氏溫度5.2小結本裝置基本達到設計要求，實現(xiàn)了設計要求的當前測量日期、時間，溫度、濕度的交替顯示。在測試過程中，基本完成了預定的功能，將誤差也控制在了非常小的范圍內(nèi)。確實該設計還需要有很多改進的地方，例如，程序可以再進行優(yōu)化，自做電源電路，優(yōu)化PCB電路板等等。參考文獻[1]周潤景,張麗敏,AltiumDesigner原理圖與PCB設計.北京：電子工業(yè)出版社,2011[2]程國鋼，陳躍琴，崔荔蒙，51單片機典型模塊開發(fā)查詢手冊.北京：電子工業(yè)出版社，2012[3]周堅，單片機C語言輕松入門.北京：北京航空航天大學出版社，2006.[4]謝維成等.單片機原理與應用及C51程序設計.北京：清華大學出版社,2009.[5]（美）羅伯特，C程序設計的抽象思維附錄（源代碼）基于C8051F單片機直流電動機反饋控制系統(tǒng)的設計與研究基于單片機的嵌入式Web服務器的研究MOTOROLA單片機MC68HC（8）05PV8/A內(nèi)嵌EEPROM的工藝和制程方法及對良率的影響研究基于模糊控制的電阻釬焊單片機溫度控制系統(tǒng)的研制基于MCS-51系列單片機的通用控制模塊的研究基于單片機實現(xiàn)的供暖系統(tǒng)最佳啟停自校正（STR）調(diào)節(jié)器單片機控制的二級倒立擺系統(tǒng)的研究基于增強型51系列單片機的TCP/IP協(xié)議棧的實現(xiàn)基于單片機的蓄電池自動監(jiān)測系統(tǒng)基于32位嵌入式單片機系統(tǒng)的圖像采集與處理技術的研究基于單片機的作物營養(yǎng)診斷專家系統(tǒng)的研究基于單片機的交流伺服電機運動控制系統(tǒng)研究與開發(fā)基于單片機的泵管內(nèi)壁硬度測試儀的研制基于單片機的自動找平控制系統(tǒng)研究基于C8051F040單片機的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)基于單片機的液壓動力系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測儀開發(fā)模糊Smith智能控制方法的研究及其單片機實現(xiàn)一種基于單片機的軸快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于雙單片機沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究基于CYGNAL單片機的在線間歇式濁度儀的研制基于單片機的噴油泵試驗臺控制器的研制基于單片機的軟起動器的研究和設計基于單片機控制的高速快走絲電火花線切割機床短循環(huán)走絲方式研究基于單片機的機電產(chǎn)品控制系統(tǒng)開發(fā)基于PIC單片機的智能手機充電器基于單片機的實時內(nèi)核設計及其應用研究基于單片機的遠程抄表系統(tǒng)的設計與研究基于單片機的煙氣二氧化硫濃度檢測儀的研制基于微型光譜儀的單片機系統(tǒng)單片機系統(tǒng)軟件構件開發(fā)的技術研究基于單片機的液體點滴速度自動檢測儀的研制基于單片機系統(tǒng)的多功能溫度測量儀的研制基于PIC單片機的電能采集終端的設計和應用基于單片機的光纖光柵解調(diào)儀的研制氣壓式線性摩擦焊機單片機控制系統(tǒng)的研制基于單片機的數(shù)字磁通門傳感器基于單片機的旋轉變壓器-數(shù)字轉換器的研究基于單片機的光纖Bragg光柵解調(diào)系統(tǒng)的研究單片機控制的便攜式多功能乳腺治療儀的研制基于C8051F020單片機的多生理信號檢測儀基于單片機的電機運動控制系統(tǒng)設計Pico專用單片機核的可測性設計研究基于MCS-51單片機的熱量計基于雙單片機的智能遙測微型氣象站MCS-51單片機構建機器人的實踐研究基于單片機的輪軌力檢測基于單片機的GPS定位儀的研究與實現(xiàn)基于單片機的電液伺服控制系統(tǒng)用于單片機系統(tǒng)的MMC卡文件系統(tǒng)研制基于單片機的時控和計數(shù)系統(tǒng)性能優(yōu)化的研究基于單片機和CPLD的粗光柵位移測量系統(tǒng)研究單片機控制的后備式方波UPS提升高職學生單片機應用能力的探究基于單片機控制的自動低頻減載裝置研究基于單片機控制的水下焊接電源的研究基于單片機的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于uPSD3234單片機的氚表面污染測量儀的研制基于單片機的紅外測油儀的研究96系列單片機仿真器研究與設計基于單片機的單晶金剛石刀具刃磨設備的數(shù)控改造基于單片機的溫度智能控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)基于MSP430單片機的電梯門機控制器的研制基于單片機的氣體測漏儀的研究基于三菱M16C/6N系列單片機的CAN/USB協(xié)議轉換器基于單片機和DSP的變壓器油色譜在線監(jiān)測技術研究基于單片機的膛壁溫度報警系統(tǒng)設計基于AVR單片機的低壓無功補償控制器的設計基于單片機船舶電力推進電機監(jiān)測系統(tǒng)基于單片機網(wǎng)絡的振動信號的采集系統(tǒng)基于單片機的大容量數(shù)據(jù)存儲技術的應用研究基于單片機的疊圖機研究與教學方法實踐基于單片機嵌入式Web服務器技術的研究及實現(xiàn)基于AT89S52單片機的通用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于單片機的多道脈沖幅度分析儀研究機器人旋轉電弧傳感角焊縫跟蹤單片機控制系統(tǒng)基于單片機的控制系統(tǒng)在PLC虛擬教學實驗中的應用研究基于單片機系統(tǒng)的網(wǎng)絡通信研究與應用基于PIC16F877單片機的莫爾斯碼自動譯碼系統(tǒng)設計與研究基于單片機的模糊控制器在工業(yè)電阻爐上的應用研究基于雙單片機沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究與開發(fā)基于Cygnal單片機的μC/OS-Ⅱ的研究基于單片機的一體化智能差示掃描量熱儀系統(tǒng)研究基于TCP/IP協(xié)議的單片機與Internet互聯(lián)的研究與實現(xiàn)變頻調(diào)速液壓電梯單片機控制器的研究基于單片機γ-免疫計數(shù)器自動換樣功能的研究與實現(xiàn)基于單片機的倒立擺控制系統(tǒng)設計與實現(xiàn)單片機嵌入式以太網(wǎng)防盜報警系統(tǒng)基于51單片機的嵌入式Internet系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)單片機監(jiān)測系統(tǒng)在擠壓機上的應用MSP430單片機在智能水表系統(tǒng)上的研究與應用基于單片機的嵌入式系統(tǒng)中TCP/IP協(xié)議棧的實現(xiàn)與應用單片機在高樓恒壓供水系統(tǒng)中的應用基于ATmega16單片機的流量控制器的開發(fā)基于MSP430單片機的遠程抄表系統(tǒng)及智能網(wǎng)絡水表的設計HY