基于單片機(jī)的溫濕度自動(dòng)控制系統(tǒng)[共29頁(yè)]

華北科技學(xué)院課程設(shè)計(jì)電子信息工程專(zhuān)業(yè)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)題目：基于單片機(jī)的溫濕度自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)一個(gè)由8052MCU組成的溫濕度采集及自動(dòng)控制系統(tǒng)。能夠測(cè)量溫濕度并顯示；可以設(shè)置溫濕度上下限范圍，當(dāng)超過(guò)此設(shè)置溫濕度時(shí)自動(dòng)調(diào)節(jié)溫濕度；超過(guò)溫濕度極限時(shí)要有報(bào)警功能。通過(guò)這個(gè)過(guò)程熟悉溫濕度傳感器、RS232和七段數(shù)碼管的使用，掌握51系列單片機(jī)控制和測(cè)試方法。設(shè)計(jì)以STC89C52單片機(jī)為核心，對(duì)電壓信號(hào)首先進(jìn)行比例調(diào)節(jié)以滿足A/D的需要；用LCD顯示測(cè)量得到的溫濕度值；設(shè)計(jì)通信接口電路以實(shí)現(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)的傳送。完成基本要求，可以適當(dāng)發(fā)揮進(jìn)行擴(kuò)展設(shè)計(jì)。1. 液晶顯示：年月日時(shí)分秒；2. 鍵盤(pán)輸入：修改溫濕度報(bào)警上下限；設(shè)計(jì)步驟一、總體方案設(shè)計(jì)以51系列MCU構(gòu)成核心模塊，合理分配存儲(chǔ)器資源和I/O資源。溫度采集模塊建議采用SHT11，或采用Pt100再經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換；顯示模塊用LCD1602可滿足需要；報(bào)警模塊可采用聲光等形式；輸入模塊可選用矩陣式鍵盤(pán)或鍵盤(pán)驅(qū)動(dòng)芯片；可選用8255進(jìn)行I/O擴(kuò)展。二、硬件選型工作對(duì)于每一個(gè)芯片要有具體型號(hào)，對(duì)每個(gè)分立元件要給出其參數(shù)。三、硬件的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)1. 選擇計(jì)算機(jī)機(jī)型（采用51內(nèi)核的單片機(jī)）；2. 設(shè)計(jì)支持計(jì)算機(jī)工作的外圍電路（EPROM、RAM、I/O端口、鍵盤(pán)、顯示接口電路等）；3. 接口電路；4. 其它相關(guān)電路的設(shè)計(jì)或方案（電源、通信等）四、軟件設(shè)計(jì)1. 分配系統(tǒng)資源，編寫(xiě)系統(tǒng)初始化和主程序模塊；2. 編寫(xiě)相關(guān)子程序；3. 其它程序模塊(顯示與鍵盤(pán)等處理程序)。五、編寫(xiě)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，繪制完整的系統(tǒng)電路圖（A3幅面）。目 錄一、設(shè)計(jì)要求1二、設(shè)計(jì)目的1三、設(shè)計(jì)方案的選擇論證2四、設(shè)計(jì)的具體實(shí)現(xiàn)41、硬件電路的設(shè)計(jì)41.1 主控制電路設(shè)計(jì)41.2 傳感器電路設(shè)計(jì)51.3 顯示電路設(shè)計(jì)71.4 電源電路設(shè)計(jì)101.5 串口電路設(shè)計(jì)121.6 報(bào)警電路設(shè)計(jì)142、軟件設(shè)計(jì)142.1 軟件設(shè)計(jì)流程圖142.2 軟件設(shè)計(jì)程序16五、總結(jié)與心得24六、附錄25七、參考文獻(xiàn)272基于單片機(jī)的溫濕度自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)報(bào)告一、設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)一個(gè)基于單片機(jī)的溫濕度自動(dòng)控制系統(tǒng)，具體功能要求如下：1、具有溫濕度采集功能；2、對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理并能夠顯示；3、當(dāng)溫度或濕度高于（低于）設(shè)定值時(shí)能夠自動(dòng)調(diào)節(jié)；4、超限報(bào)警電路，當(dāng)環(huán)境溫度或濕度高于（低于）極限值時(shí)，系統(tǒng)能夠發(fā)出聲光報(bào)警，提示工作人員進(jìn)行相應(yīng)的應(yīng)急處理；5、自動(dòng)斷電功能，當(dāng)環(huán)境溫度或濕度高于（低于）極限值時(shí)，系統(tǒng)能夠自動(dòng)切斷電源；6、當(dāng)檢測(cè)電路電壓低即供電不足時(shí)，電路發(fā)出報(bào)警，提示工作人員對(duì)檢測(cè)電路電源進(jìn)行更換。二、設(shè)計(jì)目的1、掌握用溫濕度傳感器SHT11和STC89C52單片機(jī)來(lái)設(shè)計(jì)高精度的溫濕度檢測(cè)及自動(dòng)控制系統(tǒng)；2、提出系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，包括電路原理圖和流程圖以及程序；3、掌握溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)的系統(tǒng)調(diào)試，實(shí)現(xiàn)要求的檢測(cè)及控制方式；4、掌握系統(tǒng)調(diào)試方法，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)及控制要求；5、提高查閱文獻(xiàn)與論文撰寫(xiě)的能力。三、設(shè)計(jì)方案的選擇論證隨著人們對(duì)生活質(zhì)量的要求顯著提高，對(duì)美麗的植被和花卉的需求量也急劇上升，這對(duì)以種植植被為生計(jì)的園林工人是一個(gè)機(jī)遇，同時(shí)也對(duì)傳統(tǒng)的手工植被種植是一個(gè)挑戰(zhàn)，而基于單片機(jī)的溫濕度控制系統(tǒng)對(duì)解決這些問(wèn)題有重要的意義。方案一：采用熱電阻溫度傳感器。熱電阻是利用導(dǎo)體的電阻隨溫度變化的特性制成的測(cè)溫元件。現(xiàn)應(yīng)用較多的有鉑、銅、鎳等熱電阻。其主要的特點(diǎn)為精度高、測(cè)量范圍大、便于遠(yuǎn)距離測(cè)量。采用HOS-201濕敏傳感器。HOS-201濕敏傳感器為高濕度開(kāi)關(guān)傳感器，它的工作電壓為交流1V以下，頻率為50HZ-1KHZ，測(cè)量濕度范圍為0-100%RH工作溫度范圍為0-50，阻抗在75%RH-25時(shí)為1M。這種傳感器原是用于開(kāi)關(guān)的傳感器不能在寬頻帶范圍內(nèi)檢測(cè)濕度。因此，主要用于判斷規(guī)定值以上或以下的濕度電平。然而這種傳感器只限于一定范圍內(nèi)使用時(shí)具有良好的線性可有效地利用其線性特性。方案二：采用SHT11溫濕度傳感器。SHT11是瑞士Scnsirion公司推出的一款數(shù)字溫濕度傳感器芯片。該芯片廣泛應(yīng)用于暖通空調(diào)、汽車(chē)、消費(fèi)電子、自動(dòng)控制等領(lǐng)域。其主要特點(diǎn)如下：高度集成，將溫度感測(cè)、濕度感測(cè)、信號(hào)變換、A/D轉(zhuǎn)換和加熱器等功能集成到一個(gè)芯片上；提供二線數(shù)字串行接口SCK和DATA，接口簡(jiǎn)單，支持CRC傳輸校驗(yàn)，傳輸可靠性高；測(cè)量精度可編程調(diào)節(jié)，內(nèi)置A/D轉(zhuǎn)換器（分辨率為8-12位，可以通過(guò)對(duì)芯片內(nèi)部寄存器編程選擇）；測(cè)量精確度高，由于同時(shí)集成溫濕度傳感器，可以提供溫度補(bǔ)償?shù)臐穸葴y(cè)量值和高質(zhì)量的露點(diǎn)計(jì)算功能；封裝尺寸超?。?.62 mm×5.08mm×2.5 mm），測(cè)量和通信結(jié)束后，自動(dòng)轉(zhuǎn)入低功耗模式；高可靠性采用CMOSens工藝，測(cè)量時(shí)可將感測(cè)頭完全浸于水中。綜合這兩種方案，從性能的比較，測(cè)量精度，市場(chǎng)的使用情況，以及該設(shè)計(jì)的可操作性方案二中的SHT11溫濕度傳感器都表現(xiàn)出它的優(yōu)勢(shì)，因此本設(shè)計(jì)采用方案二。本次溫濕度采集及自動(dòng)控制系統(tǒng)就以STC89C52單片機(jī)為主體與SHT11等技術(shù)相結(jié)合實(shí)現(xiàn)高性能的環(huán)境溫濕度測(cè)控。利用STC89C52單片機(jī)在P3.4、P3.5口接溫濕度控制電路；P1.5、P1.6口接溫濕度傳感器SHT11；P0口接LCD1602的D0D7管腳；當(dāng)溫濕度不在范圍內(nèi)，P3.4、P3.5輸出低電平，控制電路導(dǎo)通對(duì)其進(jìn)行控制并在LCD顯示。結(jié)構(gòu)框圖如1所示。圖1 硬件電路框圖由單片機(jī)最小系統(tǒng)，外加數(shù)據(jù)采集模塊、控制模塊、顯示模塊及其報(bào)警部分構(gòu)成溫濕度檢測(cè)和自動(dòng)控制系統(tǒng)。四、設(shè)計(jì)的具體實(shí)現(xiàn)1、硬件電路的設(shè)計(jì)1.1 主控制電路設(shè)計(jì)單片機(jī)是系統(tǒng)的控制核心，所以單片機(jī)的性能關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的好壞。因此單片機(jī)的選擇，對(duì)所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)一機(jī)功能的擴(kuò)展有著很大的影響。STC89C52是Intel公司于80年代初推出的8位嵌入式微控制器，它與MCS-96系統(tǒng)中的其它芯片相比，具有性能高、功能全、售價(jià)低廉、使用方便（48PINDIP）等優(yōu)點(diǎn)。STC89C52在工業(yè)應(yīng)用方面有許多明顯的特點(diǎn)，它具有靈活方便的8位總線外圍支持器擴(kuò)展功能，而在數(shù)據(jù)處理方面又有8位微機(jī)的快速功能。由于大的高度集成化已把許多常駐用的輸入檢測(cè)輸出控制通道都制作在同一塊硅片上，大大地靈活了外部連線，增強(qiáng)了系統(tǒng)的穩(wěn)定性并且速度快（時(shí)鐘12MHz）非常適合于工業(yè)環(huán)境下安裝使用。因此本系統(tǒng)CPU選用STC89C52芯片。 STC89C52單片機(jī)引腳采用40雙列直插式封裝結(jié)構(gòu)。STC89C52系統(tǒng)CPU中的主要組件有：高速寄存器陣列、特殊功能寄存器（SFR）、寄存器控制器和算術(shù)邏輯單元（RALU）。它與外部通訊是通過(guò)特殊功能寄存器SFR或存儲(chǔ)器，控制器進(jìn)行的。STC89C52系統(tǒng)的CPU的主要特色是體積小、重量輕、抗干擾能力強(qiáng)、售價(jià)低。此外，通過(guò)SFR還可以直接控制I/O、A/D、PWM、串行口等部件的有效運(yùn)行。CPU內(nèi)部的一個(gè)控制單元和兩條總線寄存器陣列和EALU連接起來(lái)。這兩條總線是：16位地址總線和8位數(shù)據(jù)總線。數(shù)據(jù)總線僅在RALU與寄存器陣列或SFR之間傳送數(shù)據(jù)，地址總線用作上述數(shù)據(jù)傳送的地址總線或與寄存器控制器連接的多路復(fù)用地址/數(shù)據(jù)總線。CPU對(duì)片內(nèi)RAM訪問(wèn)是直接訪問(wèn)和通過(guò)寄存器R0、R1間接訪問(wèn)的。STC89C52工作時(shí)所需的時(shí)鐘可通過(guò)其XTALL輸入引腳由外部輸入，也可采用芯片內(nèi)部的振蕩器。其工作頻率為6-12MHz。在本系統(tǒng)中采用11.0592MHz頻率。圖2 單片機(jī)電路1.2 傳感器電路設(shè)計(jì)SHT11是瑞士Scnsirion公司推出的一款數(shù)字溫濕度傳感器芯片。該芯片廣泛應(yīng)用于暖通空調(diào)、汽車(chē)、消費(fèi)電子、自動(dòng)控制等領(lǐng)域。共主要優(yōu)點(diǎn)如下： 高度集成，將溫度感測(cè)、濕度感測(cè)、信號(hào)變換、AD轉(zhuǎn)換和加熱器等功能集成到一個(gè)芯片上； 提供二線數(shù)字串行接口SCK和DATA，接口簡(jiǎn)單，支持CRC傳輸校驗(yàn)，傳輸可靠性高； 測(cè)量精度可編程調(diào)節(jié)，內(nèi)置AD轉(zhuǎn)換器(分辨率為812位，可以通過(guò)對(duì)芯片內(nèi)部寄存器編程米選擇)； 測(cè)量精確度高，由于同時(shí)集成溫濕度傳感器，可以提供溫度補(bǔ)償?shù)臐穸葴y(cè)量值和高質(zhì)量的露點(diǎn)計(jì)算功能； 封裝尺寸超小(7.62 mm×5.08mm×2.5 mm)，測(cè)量和通信結(jié)束后，自動(dòng)轉(zhuǎn)入低功耗模式； 高可靠性，采用CMOSens工藝，測(cè)量時(shí)可將感測(cè)頭完全浸于水中。SHT11溫濕度傳感器采用SMD(LCC)表面貼片封裝形式接口非常簡(jiǎn)單，如圖3所示。圖3 傳感器電路SHT11工作原理：溫濕度傳感器SHT11將溫度感測(cè)、濕度感測(cè)、信號(hào)變換、A/D轉(zhuǎn)換和加熱器等功能集成到一個(gè)芯片上。該芯片包括一個(gè)電容性聚合體濕度敏感元件和一個(gè)用能隙材料制成的溫度敏感元件。這兩個(gè)敏感元件分別將濕度和溫度轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，該電信號(hào)首先進(jìn)入微弱信號(hào)放大器進(jìn)行放大，然后進(jìn)入一個(gè)14位的A/D轉(zhuǎn)換器，最后經(jīng)過(guò)二線串行數(shù)字接口輸出數(shù)字信號(hào)。SHT11在出廠前，都會(huì)在恒濕或恒溫環(huán)境巾進(jìn)行校準(zhǔn)，校準(zhǔn)系數(shù)存儲(chǔ)在校準(zhǔn)寄存器中，在測(cè)量過(guò)程中，校準(zhǔn)系數(shù)會(huì)自動(dòng)校準(zhǔn)來(lái)自傳感器的信號(hào)。此外，SHT11內(nèi)部還集成了一個(gè)加熱元件，加熱元件接通后可以將SHT11的溫度升高5左右，同時(shí)功耗也會(huì)有所增加。此功能主要為了比較加熱前后的溫度和濕度值，可以綜合驗(yàn)證兩個(gè)傳感器元件的性能。在高濕(>95RH)環(huán)境中，加熱傳感器可預(yù)防傳感器結(jié)露，同時(shí)縮短響應(yīng)時(shí)間，提高精度。加熱后SHT11溫度升高、相對(duì)濕度降低，較加熱前，測(cè)量值會(huì)略有差異。然而在改變溫度的同時(shí)濕度也會(huì)略微變化，因?yàn)闈穸葴y(cè)量測(cè)的是相對(duì)濕度，相對(duì)濕度跟溫度相關(guān)，溫度變則相對(duì)濕度變，其自身帶有溫度補(bǔ)償功能。微處理器是通過(guò)二線串行數(shù)字接口與SHT11進(jìn)行通信的。通信協(xié)議與通用的I2C總線協(xié)議是不兼容的。因此需要用通用微處理器I/O口模擬該通信時(shí)序。微處理器對(duì)SHT11的控制是通過(guò)5個(gè)5位命令代碼來(lái)實(shí)現(xiàn)的。命令代碼的含義為：00011 測(cè)量溫度00101 測(cè)量濕度00111 讀內(nèi)部狀態(tài)寄存器00110 寫(xiě)內(nèi)部狀態(tài)寄存器11110 復(fù)位命令，是內(nèi)部寄存器恢復(fù)默認(rèn)值其他 保留1.3 顯示電路設(shè)計(jì)在日常生活中，我們對(duì)液晶顯示器并不陌生。液晶顯示模塊已作為很多電子產(chǎn)品的通過(guò)器件，如在計(jì)算器、萬(wàn)用表、電子表及很多家用電子產(chǎn)品中都可以看到，顯示的主要是數(shù)字、專(zhuān)用符號(hào)和圖形。在單片機(jī)的人機(jī)交流界面中，一般的輸出方式有以下幾種：發(fā)光管、LED數(shù)碼管、液晶顯示器。發(fā)光管和LED數(shù)碼管比較常用，軟硬件都比較簡(jiǎn)單。在單片機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用晶液顯示器作為輸出器件有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)： 顯示質(zhì)量高：由于液晶顯示器每一個(gè)點(diǎn)在收到信號(hào)后就一直保持那種色彩和亮度，恒定發(fā)光，而不像陰極射線管顯示器（CRT）那樣需要不斷刷新新亮點(diǎn)。因此，液晶顯示器畫(huà)質(zhì)高且不會(huì)閃爍。 數(shù)字式接口：液晶顯示器都是數(shù)字式的，和單片機(jī)系統(tǒng)的接口更加簡(jiǎn)單可靠，操作更加方便。 體積小、重量輕：液晶顯示器通過(guò)顯示屏上的電極控制液晶分子狀態(tài)來(lái)達(dá)到顯示的目的，在重量上比相同顯示面積的傳統(tǒng)顯示器要輕得多。 功耗低：相對(duì)而言，液晶顯示器的功耗主要消耗在其內(nèi)部的電極和驅(qū)動(dòng)IC上，因而耗電量比其它顯示器要少得多。為使其具有更廣泛的適用性，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)可采用兩款液晶顯示器顯示LCD1602與LCD12864，其接口電路如下圖所示：圖4 液晶接口電路LCD1602主要技術(shù)參數(shù)：顯示容量：16×2個(gè)字符芯片工作電壓：4.55.5V工作電流：2.0mA(5.0V)模塊最佳工作電壓：5.0V字符尺寸：2.95×4.35(W×H)mm1602LCD采用標(biāo)準(zhǔn)的14腳（無(wú)背光）或16腳（帶背光）接口，各引腳接口說(shuō)明如表1所示。表1 LCD1602引腳功能編號(hào)符號(hào)引腳說(shuō)明編號(hào)符號(hào)引腳說(shuō)明1VSS電源地9D2數(shù)據(jù)2VDD電源正極10D3數(shù)據(jù)3VL液晶顯示偏壓11D4數(shù)據(jù)4RS數(shù)據(jù)/命令選擇12D5數(shù)據(jù)5R/W讀/寫(xiě)選擇13D6數(shù)據(jù)6E使能信號(hào)14D7數(shù)據(jù)7D0數(shù)據(jù)15BLA背光源正極8D1數(shù)據(jù)16BLK背光源負(fù)極LCD1602液晶模塊內(nèi)部的控制器共有11條控制指令如表2所示：表2 控制命令表序號(hào)指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清顯示00000000012光標(biāo)返回000000001*3置輸入模式00000001I/DS4顯示開(kāi)/關(guān)控制0000001DCB5光標(biāo)或字符移位000001S/CR/L*6置功能00001DLNF*7置字符發(fā)生存貯器地址0001字符發(fā)生存貯器地址8置數(shù)據(jù)存貯器地址001顯示數(shù)據(jù)存貯器地址9讀忙標(biāo)志或地址01BF計(jì)數(shù)器地址10寫(xiě)數(shù)到CGRAM或DDRAM）10要寫(xiě)的數(shù)據(jù)內(nèi)容11從CGRAM或DDRAM讀數(shù)11讀出的數(shù)據(jù)內(nèi)容圖5 寫(xiě)操作時(shí)序圖6 1602LCD內(nèi)部顯示地址1.4 電源電路設(shè)計(jì)該設(shè)計(jì)所用到的電源有兩種形式，一種為USB供電（5.0V）；一種為干電池供電（3.0V）。由于本采用兩節(jié)干電池供電電壓為3.0V，而電路中各芯片所用到的電壓為5.0V，必須將干電池所提供的3.0V電壓轉(zhuǎn)換為適合電路需要的5.0V電壓。采用MAX1675芯片進(jìn)行轉(zhuǎn)換。MAX1675芯片為升壓型DC-DC轉(zhuǎn)換電路，為雙列8腳封裝，具有高達(dá)94%的轉(zhuǎn)換效率，靜態(tài)電流僅16uA。其內(nèi)部含有同步整流器，一方面提高了變換效率，另一方面節(jié)省了外接肖特基二極管，使其外圍元件非常簡(jiǎn)潔。具有峰值電流抑制功能，可以降低EMI，同時(shí)也使在輸出過(guò)載時(shí)芯片不致?lián)p壞，MAX1675具有0.5A峰值電流抑制功能。器件內(nèi)置0.3歐姆N溝道MOSFET，可以通過(guò)引腳方便的選擇3.3V或5.0V輸出電壓，也可以利用分壓電阻使之在2.0V至5.5V之間可調(diào)。輸入電壓范圍為0.7V至5.5V，開(kāi)啟電壓可低至1.1V。其優(yōu)點(diǎn)還包括0.1uA電流關(guān)機(jī)模式、輸入電壓檢測(cè)、電池反接保護(hù)等。圖7 USB供電電路圖8 外接供電模塊1.5 串口電路設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)中串口電路可采用兩種形式進(jìn)行程序下載與控制。一種為RS232電路，一種是USB電路。在USB電路中采用PL2303芯片進(jìn)行USB-RS232信號(hào)轉(zhuǎn)換。PL2303 是Prolific 公司生產(chǎn)的一種高度集成的RS232-USB接口轉(zhuǎn)換器，可提供一個(gè)RS232 全雙工異步串行通信裝置與USB 功能接口便利聯(lián)接的解決方案。該器件內(nèi)置USB功能控制器、USB 收發(fā)器、振蕩器和帶有全部調(diào)制解調(diào)器控制信號(hào)的UART， 只需外接幾只電容就可實(shí)現(xiàn)USB 信號(hào)與RS232 信號(hào)的轉(zhuǎn)換，能夠方便嵌入到各種設(shè)備；該器件作為USB/RS232 雙向轉(zhuǎn)換器，一方面從主機(jī)接收USB 數(shù)據(jù)并將其轉(zhuǎn)換為RS232 信息流格式發(fā)送給外設(shè)；另一方面從RS232 外設(shè)接收數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為USB 數(shù)據(jù)格式傳送回主機(jī)。這些工作全部由器件自動(dòng)完成，開(kāi)發(fā)者無(wú)需考慮固件設(shè)計(jì)。圖9 USB-UART轉(zhuǎn)換電路圖10 USB接口電路圖11 USB電源去耦及UART切換電路圖12 RS232串口電路1.6 報(bào)警電路設(shè)計(jì)煤礦井下氣體環(huán)境是易燃易爆的混合性氣體，其對(duì)溫度、濕度的要求十分嚴(yán)格，當(dāng)溫濕度參數(shù)超過(guò)其正常范圍時(shí)就會(huì)導(dǎo)致混合性氣體爆炸，危害礦井工人的生命安全。所以必須設(shè)置報(bào)警電路。當(dāng)電路采集到的溫濕度超過(guò)正常范圍時(shí)，使其觸發(fā)聲光報(bào)警電路，使其報(bào)警，從而及時(shí)的提醒工作人員進(jìn)行處理，而不至于發(fā)生爆炸性危害。本設(shè)計(jì)電路采用的蜂鳴器報(bào)警電路工作原理為：當(dāng)煤礦井下溫濕度參數(shù)超過(guò)正常范圍時(shí)，觸發(fā)BUZZ信號(hào)，使其變?yōu)楦唠娖剑琇ED等亮，并且使三極管Q3導(dǎo)通驅(qū)動(dòng)蜂鳴器，使蜂鳴器發(fā)聲，從而實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警。P1.7為高電平，報(bào)警燈亮。聲光報(bào)警電路如下圖所示：圖13 聲光報(bào)警電路2、軟件設(shè)計(jì)2.1 軟件設(shè)計(jì)流程圖溫濕度判斷控制模塊也是系統(tǒng)的核心模塊之一。所謂判斷控制模塊，就是對(duì)用戶(hù)輸入的溫度和濕度與當(dāng)前溫室內(nèi)的實(shí)際溫濕度進(jìn)行比較，先進(jìn)行判斷，然后再進(jìn)行控制，控制模塊是決定系統(tǒng)將要進(jìn)行什么工作的。如溫度高于上限時(shí)需要降溫，低于下限時(shí)需要升溫，同時(shí)還要啟動(dòng)警報(bào)等等。程序流程如圖14所示。圖14 軟件流程圖本流程分為溫度和適度監(jiān)控，我們以溫度的監(jiān)控為例闡述該流程：首先系統(tǒng)初始化由SHT11傳感器讀取環(huán)境溫度并自身將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，然后送入51單片機(jī)，如果該數(shù)據(jù)低于預(yù)設(shè)最低值或高于預(yù)設(shè)最高值，則報(bào)警電路和控制電路將被接通，起到提醒和控制的作用，并將數(shù)據(jù)送入51單片機(jī)，在LCD上顯示。如果溫度正常即處于預(yù)設(shè)范圍，則報(bào)警電路和控制電路不會(huì)動(dòng)作，并將數(shù)據(jù)送入單片機(jī)，在LCD上顯示，之后進(jìn)入下次的監(jiān)控流程。濕度的監(jiān)控流程和溫度基本一致。2.2 軟件設(shè)計(jì)程序/*頭文件*/第 28 頁(yè)#include<reg52.h>#include<intrins.h>#include<stdio.h>#include<math.h>#include<string.h>/*宏定義*/#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define uiong unsigned long/*位聲明*/sbit DAT=P15;/SHT11數(shù)據(jù)sbit SCK=P16;/SHT11時(shí)鐘sbit lcden=P13;/LCD使能端sbit lcdrs=P10;/lcd指令/數(shù)據(jù)寄存器選擇端/*定義變量*/uchar error;/全局錯(cuò)誤變量uchar ack;/全局應(yīng)答變量uchar data_h;/數(shù)據(jù)高位uchar data_l;/數(shù)據(jù)低位int temp;/溫度顯值int humi;/濕度顯值int dis_buf5;/顯示緩沖區(qū)/*定義數(shù)據(jù)表*/uchar code dis1="temp:"/第一行顯示表頭uchar code dis2="Humi:"/第二行顯示表頭uchar code dis="0123456789."/顯示數(shù)值/*定義溫濕度命令*/#define TEMP_ML 0x03/000 0001 1 溫度命令#define HUMI_ML 0x05/000 0010 1 濕度命令/*延時(shí)函數(shù)*/void delay(uint count) uint i,j;for(i=count;i>0;i-) for(j=110;j>0;j-);/*SHT11啟動(dòng)程序*/void sht11_start()DAT=1;SCK=0;_nop_();SCK=1;_nop_();DAT=0;_nop_();SCK=0;_nop_();_nop_();_nop_();SCK=1;_nop_();DAT=1;_nop_();SCK=0;/*SHT11復(fù)位程序*/void sht11_rest(void) uchar i;DAT=1;SCK=0;for(i=0;i<9;i+) SCK=1; SCK=0;sht11_start();/*讀兩個(gè)字節(jié)并返回應(yīng)答信號(hào)*/void read(void) uchar i,val;data_l=0;data_h=0;/SCK=0;/*讀高八位*/DAT=1;/釋放數(shù)據(jù)總線for(i=0x80;i>0;i/=2)/移位8位 SCK=1;/上升沿讀入 if(DAT) val=(val | i);/確定值先讀入高位 SCK=0;DAT=0;/應(yīng)答信號(hào) 有應(yīng)答為0，無(wú)為1SCK=1;/第九個(gè)脈沖_nop_();_nop_();_nop_();/脈沖寬度為5usSCK=0;DAT=1;/釋放數(shù)據(jù)總線data_h=val;/存測(cè)高字節(jié)/*讀低八位*/val=0;DAT=1;/釋放數(shù)據(jù)總線for(i=0x80;i>0;i/=2) SCK=1;/上升沿讀入 if(DAT) val=(val | i);/確定值 SCK=0;DAT=1;SCK=1;/第九個(gè)脈沖_nop_();_nop_();_nop_();/脈沖寬度為5usSCK=0;DAT=1;/釋放數(shù)據(jù)總線data_l=val;/*寫(xiě)一個(gè)字節(jié)并返回應(yīng)答信號(hào)*/char write(uchar value) uchar i;ack=0;/默認(rèn)低電平表示有應(yīng)答SCK=0;for(i=0x80;i>0;i/=2)/釋放數(shù)據(jù)總線 if(i & value)/先寫(xiě)入高值 DAT=1;/寫(xiě)入值1 else DAT=0; SCK=1;/上升沿寫(xiě)入 _nop_();_nop_();_nop_();/脈沖寬度為5us SCK=0;DAT=1; /釋放數(shù)據(jù)總線SCK=1;/第九個(gè)脈沖if(DAT=1)/讀應(yīng)答信號(hào) ack=1;/高電平表示未應(yīng)答，低電平表示有應(yīng)答SCK=0;return ack;/返回ack,1為沒(méi)有應(yīng)答，0為有應(yīng)答/*測(cè)量溫度或者濕度并返回校驗(yàn)值*/void measure(uchar m1) uint i;sht11_start();/啟動(dòng)write(m1);/寫(xiě)入測(cè)溫度或濕度指令if(ack=1)/無(wú)應(yīng)答 sht11_rest();/復(fù)位 write(m1);/再次寫(xiě)入 for(i=0;i<55535;i+)/判斷是否處于忙狀態(tài) if(DAT=0)/有應(yīng)答就退出 break; else disp(temp,0x06);/第一行顯示溫度 disp(humi,0x46);/第二行顯示濕度read();/度溫度或濕度 /*溫度計(jì)算程序*/void comp_temp(void) float aa=0,temp_zi;aa=(float)(data_h*256)+(float)data_l;/高低字節(jié)合并temp_zi=0.01*aa-40.1;if(temp_zi<0)/低于0以0計(jì)算 temp_zi=0;temp_zi=temp_zi*10;/保留一位temp=(int)temp_zi;/溫度/*溫度控制程序*/if(temp>24|temp<15)P1_7=1;/*溫度報(bào)警電路程序*/if(temp>32|temp<11)BUZZ=1;/*濕度計(jì)算程序*/void comp_humi(void) float aa=0,bb=0,humi_zi;int abcd=0;aa=(float)data_h*256+(float)data_l;/高低字節(jié)合并bb=-4+0.0405*aa-aa*aa*0.0000028;humi_zi=(float)(temp)/10-25)*(0.01+0.00008*aa)+bb;/濕度信號(hào)補(bǔ)償humi_zi=bb*10;/保留小數(shù)點(diǎn)后面1位humi=(int)humi_zi;/濕度/*濕度控制程序*/if(humi>52|humi<48)P1_7=1;/*濕度報(bào)警電路程序*/if(humi>60|humi<40)BUZZ=1;void comp_temp_humi(void)/溫濕度處理error=0;ack=0;sht11_rest();/復(fù)位measure(TEMP_ML);/測(cè)溫度comp_temp();/計(jì)算溫度measure(HUMI_ML);/測(cè)濕度comp_humi();/計(jì)算濕度/*LCD寫(xiě)數(shù)據(jù)程序*/void dat_wrt(uchar dat) lcden=0;delay(5);lcdrs=1;/RS=1;為寫(xiě)數(shù)據(jù)delay(5);P1=dat;/寫(xiě)數(shù)據(jù)delay(5);lcden=1;/高電平寫(xiě)入delay(5);lcden=0;void cmd_wrt(uchar cmd)/寫(xiě)命令lcden=0;delay(5);lcdrs=0;/RS=1；為寫(xiě)命令delay(5);P1=cmd;/寫(xiě)入命令delay(5);lcden=1;/上升沿寫(xiě)入delay(5);lcden=0;void init_1602(void)cmd_wrt(0x01);/清屏cmd_wrt(0x0c);/開(kāi)顯示，不顯示光標(biāo)，不閃爍cmd_wrt(0x06);/光標(biāo)左移顯示不發(fā)生移位cmd_wrt(0x38);/16*2顯示，8位數(shù)據(jù)接口，5*7點(diǎn)陣/*LCD顯示位置*/void lcd_start(uchar start)cmd_wrt(start|0x80);/確保顯示在LCD上的位置/*數(shù)據(jù)處理程序*/uchar dat_adj(int dat1)uchar i;dis_buf0=(int)(dat1/1000);/千位dis_buf1=(int)(dat1%1000)/100);/百位dis_buf2=(int)(dat1%100)/10);/十位dis_buf3=10;/小數(shù)點(diǎn)dis_buf4=(int)(dat1%10);/小數(shù)點(diǎn)后個(gè)位for(i=0;i<2;i+) if(dis_bufi!=0)/明確顯示位數(shù) break;return(i);/*LCD顯示程序*/void disp(int dat,uchar k)uchar temp,j;temp=dat_adj(dat);lcd_start(k+temp);/確定顯示位置for(j=temp;j<5;j+) dat_wrt(disdis_bufj);/寫(xiě)顯示數(shù)據(jù)void print(uchar *str)while(*str!='0')/直到字符串結(jié)束 dat_wrt(*str); str+;/指向下一個(gè)字符/*主函數(shù)*/void main()P0=0;init_1602();/初始化液晶lcd_start(0x00);/確定顯示起始位置 第一行print(dis1);/顯示文字templcd_start(0x40);/確定顯示起始位置 第二行print(dis2);/顯示文字humiwhile(1) comp_temp_humi();/測(cè)溫濕度并轉(zhuǎn)換 /disp(temp,0x06);/第一行顯示溫度 /disp(humi,0x46);/第二行顯示濕度delay(200);五、總結(jié)與心得這次課程設(shè)計(jì)的電路是比較復(fù)雜的。感覺(jué)DXP2004軟件比Protel99SE更靈活易用，熟練以后十分順手。在整個(gè)電路的設(shè)計(jì)過(guò)程中，花費(fèi)時(shí)間最多的是各個(gè)單元電路的設(shè)計(jì)及軟件程序的編寫(xiě)上，在多種方案的選擇中，我們仔細(xì)比較分析其原理以及可行的原因，最后還是在通過(guò)多次對(duì)電路的改進(jìn)，上機(jī)仿真以及調(diào)試，終于使整個(gè)電路可穩(wěn)定工作。設(shè)計(jì)過(guò)程中，我深刻的體會(huì)到在設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要反復(fù)實(shí)踐，其過(guò)程很可能相當(dāng)煩瑣，有時(shí)花很長(zhǎng)時(shí)間設(shè)計(jì)出來(lái)的電路還是需要重做，那時(shí)心中未免有點(diǎn)灰心，有時(shí)還特別想放棄，此時(shí)更加需要靜下心，查找原因。設(shè)計(jì)思路是最重要的，只要你的設(shè)計(jì)思路是成功的，那你的設(shè)計(jì)已經(jīng)成功了一半。因此我們應(yīng)該在設(shè)計(jì)前做好充分的準(zhǔn)備，像查找詳細(xì)的資料，為我們?cè)O(shè)計(jì)的成功打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)單元電路階段，這個(gè)階段可以說(shuō)是考察單片機(jī)書(shū)本知識(shí)的階段。很多的設(shè)計(jì)方法還有過(guò)程步驟在單片機(jī)書(shū)上都有。這個(gè)階段遇到的主要問(wèn)題就是以前學(xué)習(xí)的只是理論層面，而沒(méi)有應(yīng)用于實(shí)踐，所以做設(shè)計(jì)的時(shí)候要經(jīng)常參考別人的成功案例，多學(xué)習(xí)別人的長(zhǎng)處并汲取成功案例的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。將理論與實(shí)踐相結(jié)合，在進(jìn)一步加深理論學(xué)習(xí)的同時(shí)，也加強(qiáng)的自己的動(dòng)手實(shí)踐能力?？傊?，通過(guò)這次實(shí)習(xí)我有了很多收獲。在摸索該如何設(shè)計(jì)電路、編寫(xiě)程序使之實(shí)現(xiàn)所需功能的過(guò)程中，培養(yǎng)了設(shè)計(jì)思維，增強(qiáng)了動(dòng)手能力。在改進(jìn)電路、程序的過(guò)程中，同學(xué)們共同探討，最后的電路已經(jīng)比初期設(shè)計(jì)有了很大改進(jìn)。在讓我體會(huì)到了設(shè)計(jì)電路和編寫(xiě)程序的艱辛的同時(shí)，更讓我體會(huì)到成功的喜悅和快樂(lè)。六、附錄元器件明細(xì)表：CommentDescriptionDesignatorFootprintQuantityBuzzer蜂鳴器BZ1RB.2/.4120pCapacitorC1, C3, C6, C1208054100uPolarized CapacitorC2, C13, C18C5*7C30.1uFCapacitorC4, C5, C7, C8, C9, C10, C11, C14, C16, C19, C20, C21, C22, C23080514100nFCapacitorC15, C170805210uFPolarized CapacitorCP1C5*7C147uFPolarized Capacitor (Radial)CP2, CP3, CP4, CP5C5*7C44148穩(wěn)壓管D1, D2, D3, D4, D512105FUSE保險(xiǎn)絲F118121CON8ConnectorJ1, J2, J5, J6SIP84USB-BUSB B型插座J3USB2.01RS-232串口J4DB9/M1UARTconnectJ7HDR2X31PWRConnectorJ8BODUANKAIGUAN1LCD_CSConnectorJ10SIP3122uHInductorL1, L2DIANGAN2LCD1602ConnectorLCD1SIP161LCD12864ConnectorLCD2SIP161LEDLEDLED1, LED2, LED3, LED408054Header 5X2AHeader, 5-Pin, Dual rowP1HDR2X5_CEN1DIANYUANbatteryP2DIANYUAN19012三極管Q1, Q3SOT-2329013三極管Q2SOT-23110KResistor, 電阻R1, R2, R18, R21, R26, R3008056CommentDescriptionDesignatorFootprintQuantity1KResistorR3, R8, R9, R15, R16, R19, R20, R27, R31080594.7KResistor, 電阻R4, R5, R6, R7, R10, R130805618ResistorR11, R12, R170805310KResistorR14R141100KResistorR22, R2308052150KResistorR24, R2508052256KResistorR28, R2908052KEYSwitchS1BODUANKAIGUAN1SW-PBSwitchS2ANJIAN1AD電路測(cè)試點(diǎn)TP1TP-S1DA電路測(cè)試點(diǎn)TP2TP-S1STC89C52單片機(jī)U1DIP401PL2303USB-UARTU2SOL-281PCF8591AD/DAU3SOJ-161SHT11傳感器U4SHT111MAX1675EUADC-DC ConverterU5, U6MOSP8212MHz晶振Y1XTAL1111.0592MHz晶振Y2XTAL11七、參考文獻(xiàn)1 楊振江 馮軍·單片機(jī)原理與實(shí)踐指導(dǎo)·北京：中國(guó)電力出版社2 譚浩強(qiáng)·C程序設(shè)計(jì)（第三版）·北京：清華大學(xué)出版社3 閻石·數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第四版）M·北京：高等教育出版社4 呂東 彭鈞·濕度控制技術(shù)的智能化J·武漢化工學(xué)院學(xué)報(bào)5 馮顯英 葛榮雨·基于數(shù)字溫濕度傳感器SHT11的溫濕度測(cè)控系統(tǒng)J·自動(dòng)化儀表6 馮達(dá) 余軒 黃景峰·單片數(shù)字式溫濕度傳感器SHT11的應(yīng)用J·電子產(chǎn)品世界 7 張艷麗 楊仁弟·數(shù)字溫濕度傳感器SHT11及其應(yīng)用J·工礦自動(dòng)化8 王漢芝 劉振全·基于CMOSens(R)技術(shù)的數(shù)字濕度/溫度傳感器SHT11及其應(yīng)用J ·傳感器世界