基于單片機(jī)的環(huán)境檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)
基于單片機(jī)的環(huán)境檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì),基于,單片機(jī),環(huán)境,檢測,系統(tǒng),設(shè)計(jì)
?
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）大 綱
設(shè)計(jì)(論文)題目： 環(huán)境檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì) ?
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指導(dǎo)教師：
職 稱：
I
金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 目錄
目 錄
摘要 IV
abstract V
1 緒 論 1
1.1 課題背景 1
1.2 國內(nèi)外環(huán)境檢測現(xiàn)在及發(fā)展趨勢 1
1.2.1發(fā)展現(xiàn)狀 1
2 檢測系統(tǒng)的系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 4
2.1 系統(tǒng)主要單元的選擇與選取 4
2.1.2溫度濕度檢測模塊的選擇與論證 4
2.1.3光度檢測模塊的選擇與論證 4
2.1.4顯示模塊的選擇與論證 5
2.2.1 溫度傳感器的選取 5
3 設(shè)計(jì)原理 9
3.1 系統(tǒng)工作原理綜述 9
3.2 DS18B20簡介 9
3.3 HR202簡介及測濕度原理圖 15
3.3.1 HR202的特點(diǎn) 15
3.3.2 濕度測量電路設(shè)計(jì)及工作原理 15
3.4 PTC光敏電阻簡介 16
3.4.1PTC光敏電阻工作原理 16
3.5 LCD液晶顯示電路 17
3.5.1 LCD1602的引腳說明 17
3.5.2 控制指令說明 18
3.5.3 液晶內(nèi)部顯示地址 18
3.6報(bào)警電路 20
1
3.7 溫濕光度控制輸出驅(qū)動電路 20
4 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 22
4.1 簡介Keil Uvision2 22
4.2 系統(tǒng)組成? 22
4.2.1 關(guān)于環(huán)境數(shù)據(jù)測量傳感部分 23
4.2.2 濕度數(shù)據(jù)測量傳感部分 23
4.2.3 光度數(shù)據(jù)測量傳感部分 23
4.2.4控制部分 23
4.2.5 顯示部分 23
4.2.6電源部分 24
4.3 軟件流程圖 24
4.4 運(yùn)行系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) 27
4.4.1 運(yùn)行時讀取數(shù)據(jù)的有關(guān)子程序的設(shè)計(jì) 28
4.4.2 數(shù)據(jù)比較程序的設(shè)計(jì) 28
4.4.3 環(huán)境數(shù)據(jù)限定程序的設(shè)計(jì) 28
5結(jié)論 29
參考文獻(xiàn) 43
附錄1.系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原理圖 30
附錄2. 程序源碼 31
致謝 44
1
溫度濕度光度監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
摘 要
溫度是保存好糧食這一人類生存必要條件的手擋要解決的問題，巨大的糧食儲量對于一個國家的經(jīng)濟(jì)平穩(wěn)發(fā)展有著重要的作用。因?yàn)閮α恳话爿^大，所以糧倉一般建設(shè)的較大，因?yàn)楦鞣N環(huán)境條件的要求較高，特別是溫室光度等，所以糧倉的智能控制應(yīng)運(yùn)而生。同樣的，檔案館也需要相同的技術(shù)，大量的之前的紙質(zhì)文檔需要精心呵護(hù)。
MCS1系列的8051以及DS18B20的數(shù)值溫度傳感器和HR202型號的 濕度傳感器構(gòu)成該單片機(jī)系統(tǒng).而以PTC光敏電阻為核心組成了設(shè)計(jì)的糧倉的溫濕光度的控制系統(tǒng)。此系統(tǒng)各個點(diǎn)的溫度、濕度和光度的數(shù)據(jù)采集是通過8051單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的，并且該系統(tǒng)有溫濕光度的數(shù)據(jù)顯示、危險(xiǎn)報(bào)警等諸多功能。系統(tǒng)的主控制芯片采用型號為8051的單片機(jī)，以及濕度傳感器 HR202 以及光敏電阻以便多路溫度的檢測進(jìn)行,更為便捷的是該系統(tǒng)采用LCD液晶顯示器來形象直觀的顯示出溫濕光度值。
關(guān)鍵詞：單片機(jī)，DS18B20，HR202，光敏電阻，液晶顯示，報(bào)警
1
Temperature And Humidity Monitoring System Of The Granary
Abstract
Temperature is a necessary condition for human existence save good food which hand the problem to be solved, big grain reserves for a steady development of national economy plays an important role.Because the reserves generally bigger, so the granary of the construction of the general is bigger, its is taller also to the requirement of various conditions, especially the greenhouse luminosity, etc., so the granary of the intelligent control arises at the historic moment.Similarly, archives also needs the same technology, large amount of paper documents before to care.
MCS 8051 ~ 1 series and numerical temperature sensor DS18B20 and HR202 types of humidity sensor constitute the single chip microcomputer system. The PTC photosensitive resistance as the core of the design of the control system of granary humidity brightness.Various points of the system of data collection of temperature, humidity and luminosity are implemented by 8051 single chip microcomputer, and the system temperature humidity the photometric data show, the danger alarm, and many other functions.System model of 8051 single chip microcomputer is used in the main control chip, using DS18B20 digital temperature sensor model, and the humidity sensor HR202 and photosensitive resistance to multiplex temperature detection, more convenient is the system adopts LCD display to image intuitive show the temperature humidity luminosity values.Method of this paper to determine the design scheme of the foundation, after the article has discussed the hardware and software design, then display system hardware circuit design, the design of the box and a variety of functions, features of the chip.
Key Words：Single-chip Microcomputer ，DS18B20 ，HR202，,LDR， Liquid-crystal display， Warning
1
1 緒 論
1.1 課題背景
糧食對于一個國家的重要性毋庸置疑，新世紀(jì)以來國家新中國發(fā)展越來越快，在現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)學(xué)家的眼中，一定數(shù)量的高質(zhì)量儲備糧只要達(dá)到宏觀的天空目的就是足夠的，不需要數(shù)字的增加，也可以節(jié)省納稅人的資源。同樣，每個國家的文化和歷史的沉淀，才能顯示出每個國家的風(fēng)范。那些易碰損的檔案，必須放在一個環(huán)境良好的檔案室。
中國有世界上最多的人口，及時儲備糧食的比例較小，但是總量任然巨大。而存放糧食的糧倉也型號各異。除卻型號，糧食儲存時間也不一樣，所以為了防止糧食變質(zhì)，也就是需要能準(zhǔn)確測量的系統(tǒng)。
通過計(jì)算機(jī)檢測糧倉中糧食或檔案室的基本溫濕光度情況,并結(jié)合其他糧情信息和其他檔案信息的基礎(chǔ)上糧情和檔案庫金冊系統(tǒng)進(jìn)行綜合分析并且利用微機(jī)技術(shù)對糧倉和檔案庫進(jìn)行監(jiān)測，進(jìn)一步可以說控制系統(tǒng)。
我們的倉庫方面溫濕光度監(jiān)測的系統(tǒng)是在綜合研究了國內(nèi)外糧庫以及檔案庫管理經(jīng)驗(yàn)現(xiàn)狀和發(fā)展的準(zhǔn)備工作下設(shè)計(jì)的廣泛汲取經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)的。穩(wěn)定性是行業(yè)前列并且性價比高，對于用戶體驗(yàn)等方面的操作與維修都很簡便。
1.2 國內(nèi)外環(huán)境檢測現(xiàn)在及發(fā)展趨勢
1.2.1發(fā)展現(xiàn)狀
同樣科學(xué)儲存檔案也是保護(hù)書籍文件的重要環(huán)節(jié)之一。監(jiān)測糧堆中的溫濕度變化和環(huán)境光照度的變化是糧庫管理中最重要也是最棘手的問題。而且關(guān)于糧倉的建設(shè)的方面我國已經(jīng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)初步實(shí)現(xiàn)了規(guī)范化,但是有一些延遲的是它系統(tǒng)的監(jiān)測方面采取的措施一直沒有實(shí)現(xiàn)同步化。
1.2.2發(fā)展趨勢
國際上關(guān)于儲藏室溫室光度的監(jiān)測方法大致呈現(xiàn)為下列幾種：
1、基于CAN總線的監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
這種系統(tǒng)能夠設(shè)計(jì)的時候被分為很多個關(guān)于倉房的智能的測控部分、以及USBCAN型號的的網(wǎng)絡(luò)適配器、通用型號的計(jì)算機(jī)和以CAN作為總線的網(wǎng)絡(luò)。
14
且監(jiān)控計(jì)算機(jī)和各倉房智能測控節(jié)點(diǎn)構(gòu)成了CAN總線的監(jiān)控系統(tǒng)。
2、遠(yuǎn)程溫濕光度測控系統(tǒng)研究
溫濕度采集器與控制平臺、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、控制中心軟件遠(yuǎn)程組成了該溫濕光度測控系統(tǒng)。
1）采集溫度濕度光度的采集器
該系統(tǒng)分別采用的是新型的溫敏電阻和高分子材料的濕敏電容器以及光敏電阻來測量系統(tǒng)中環(huán)境的溫度濕度光度數(shù)據(jù),本系統(tǒng)的特點(diǎn)還有可以高精度的測量環(huán)境中的數(shù)據(jù),還可以做到智能設(shè)計(jì)、以及對環(huán)境數(shù)據(jù)的自動校準(zhǔn)。
2）執(zhí)行機(jī)構(gòu):
加熱器加熱，制冷機(jī)制冷，加濕機(jī)加濕，除濕機(jī)除濕，等。
3）測控平臺:
作為匹配溫、濕、光度測控及信號采集器和計(jì)算機(jī)管理控制中心的樞紐的測控平臺同時也是是溫、濕、光度測控系統(tǒng)的必要組成部分。
4） 通訊（鏈路）模塊:
通過時測控平臺與計(jì)算機(jī)的控制中心保持聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)將平臺來融入控制中心體系的最終目的。
5）計(jì)算機(jī)管理控制中心。
a、對于數(shù)個遠(yuǎn)程平臺的數(shù)據(jù)進(jìn)行即時的顯示、檢查，以及最后的控制。
b、對于數(shù)個遠(yuǎn)程平臺的數(shù)據(jù)進(jìn)行對應(yīng)處理，并且記錄數(shù)據(jù)同步到歷史數(shù)據(jù)。
c、對于數(shù)個已經(jīng)獲取的數(shù)個平臺的即時數(shù)據(jù)進(jìn)行分析之后判斷發(fā)出什么指令，并且進(jìn)行控制。
d、管理員可以指定查詢，監(jiān)測某個平臺的數(shù)據(jù)。
特點(diǎn)：我國甚至全世界對于智能的研究只有通過一步步的探索才能推動科技的發(fā)展。
3、無線溫、濕、光度倉貯自動測控系統(tǒng)的研究。
倉庫現(xiàn)場環(huán)境的額的溫度、濕度和光度等參數(shù)被無線溫、濕和光度倉貯的自動測控系統(tǒng)讀取。
系統(tǒng)是由數(shù)據(jù)的采集、以及關(guān)于數(shù)據(jù)的接收處理方面還有微機(jī)數(shù)據(jù)的可視化等構(gòu)成。數(shù)據(jù)采集之溫室光度等數(shù)據(jù)、發(fā)送部分主要采用無線的方式并且以89 C51的單片機(jī)作為的核心主機(jī)。
現(xiàn)在產(chǎn)品使用的工作方式是對各個分布的不同任務(wù)方面的傳感器進(jìn)行分段數(shù)據(jù)獲取,并且控制端在對傳感器的發(fā)出連接請求是發(fā)生在控制端上電后的，而且控制端將以一種定好的的編號形式來開始運(yùn)作,在這之后的控制端將繼續(xù)與傳感器來建立數(shù)據(jù)高速的傳輸?shù)耐ǖ?。同時為了檢查發(fā)出的錯誤是否為系統(tǒng)突發(fā)
干擾性錯誤，按預(yù)設(shè)定信號,控制端對任何一個儀器進(jìn)行掃描也可以選擇多個儀器。
4、智能化監(jiān)控系統(tǒng)的研究與開發(fā)
眾所周知糧食保存主要面臨的壓力來自溫度、倉庫內(nèi)、外的溫度、水分、濕度、光照等。所以無論是數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、還是自動監(jiān)測方面在糧食的保存的方面有很大的作用。
關(guān)于上位機(jī):該部分需要完成的功能主要是通訊方面、管理方面以及顯示機(jī)與打印方面的功能,最重要的是報(bào)警的提示功能。
關(guān)于機(jī)器：機(jī)器在運(yùn)作的時候，依賴的功能完全是下位機(jī)的通訊作用以及系統(tǒng)在綜合管理方面的作用。
關(guān)于下機(jī)位： 通訊的主機(jī)和測控的分機(jī)組成了該下位機(jī)。
2 檢測系統(tǒng)的系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)
2.1 系統(tǒng)主要單元的選擇與選取
2.1.1單片機(jī)控制模塊的選擇論證
方案一:用XC9000型號。該種儀器在環(huán)境測量數(shù)據(jù)的接收回饋不便捷,并且它的芯片價位高，所以也相應(yīng)的擁有并行的數(shù)據(jù)處理方面功能。
方案二:擬采用MCS-51型號的單片機(jī)作為系統(tǒng)控制的主要內(nèi)容,并且在程序運(yùn)行時對各自的獲取數(shù)據(jù)這一方面,該型號的機(jī)器處理的時候便捷快讀,它的另一個特點(diǎn)是符合現(xiàn)場的運(yùn)用，且該價位較低，但是數(shù)學(xué)方面的運(yùn)算確實(shí)強(qiáng)大。
所以，應(yīng)該采用方案二，以便實(shí)現(xiàn)單片機(jī)工作的時候控制的更為方便以及實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的多種功能。
2.1.2溫度濕度檢測模塊的選擇與論證
方案一:產(chǎn)品在運(yùn)行時關(guān)于溫度以及濕度方面數(shù)據(jù)的檢測方面的模塊應(yīng)選用的型號是DHT11。DHT11的可測數(shù)據(jù)范圍為20-90%RH，誤差范圍控制在了5%RH左右。而濕度的數(shù)據(jù)測量選擇是一款可以采用數(shù)字輸出形式的復(fù)合型濕度數(shù)據(jù)傳感器,可測數(shù)據(jù)的范圍為0-50攝氏度,誤差范圍控制在2度。
方案二:溫度數(shù)據(jù)傳感器選用的是DS18B20型號。采用一線型的溫度數(shù)控傳感技術(shù),而且單線形式的接口端,使它在工作的時候測量的范圍達(dá)到55℃-125℃之間,誤差的范圍控制在為±0.5℃之間。它的最高數(shù)據(jù)采集精度范圍甚至可以到了0.0625℃。關(guān)于HR202濕度傳感器，HR202型號的是選擇的環(huán)境數(shù)據(jù)傳感器型號是電容式的儀器,它的可以測量的環(huán)境數(shù)據(jù)范圍達(dá)到0%-100%RH之間,誤差范圍控制達(dá)到±2%RH。
當(dāng)從設(shè)計(jì)要求的環(huán)境數(shù)據(jù)獲取精確程度考慮方案選擇的話,由上述實(shí)際測量數(shù)據(jù)可以看出，本方案為最優(yōu)方案。
所以，雖然方案一在運(yùn)作中的整體性應(yīng)用比較強(qiáng)，但是在考慮到方案二擁有的環(huán)境數(shù)據(jù)相對于測試的控制范圍和精確的優(yōu)點(diǎn)之后，本模塊應(yīng)該采取方案二。
2.1.3光度檢測模塊的選擇與論證
方案一:選用紫外光敏電阻器既可以探測紫外線數(shù)據(jù)或者對紫外線照射較敏感的材料，例如硫化鎘、硒化鎘等對紫外光敏的電阻器等。
方案二:諸如銻化銦等一類光敏的物質(zhì)。例如硫化鉛 、碲化鉛、硒化鉛等擁有這種性質(zhì)的物質(zhì)。
方案三:選用諸如硒、硫化鎘、硒化鎘以及包括碲化鎘、硫化鋅等對于可見光的光敏型電阻器 。這些電阻器主要用于如系統(tǒng)光電的自動開關(guān)或者各種光電部分控制的系統(tǒng)比如門窗,遠(yuǎn)距離照明設(shè)施和其他照明系統(tǒng)。
綜上所述，本模塊采用方案三理由如下：方案一，方案二具綜合作用較強(qiáng)，但是方案一二明顯不適用于該環(huán)境。
2.1.4顯示模塊的選擇與論證
方案一:優(yōu)點(diǎn)是能夠展現(xiàn)較多的組數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)顯示時字體也很大,能夠清晰讀取，但12864型號的液晶的模塊的價位很高,但是在關(guān)鍵的接線方式方面十分復(fù)雜。
方案二:擬選用的是1602型號的液晶材料作為顯示作用的模塊用來展示感受器所測得的環(huán)境數(shù)據(jù)。最重要的是1602方式不僅易操作好上手,而且也能完成管理員需求的任務(wù),在價位方面也低于方案一。
綜上所述，考慮價位以及操作后選擇方案二為系統(tǒng)的顯示的模塊。
2.2主要器件選取與系統(tǒng)方框圖
為了使提高設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性,并且提高儀器與現(xiàn)實(shí)生活中操作的銜接性,在系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過程中，我們將其控制部分的電路設(shè)計(jì)的基本相同,主要的不同是針對的是溫度、濕度等環(huán)境數(shù)據(jù)傳感器的選擇：
2.2.1 溫度傳感器的選取
一、熱膨脹式溫度計(jì)
該種溫度計(jì)的環(huán)境數(shù)據(jù)測量的目的是通過熱脹冷縮的原理完成的。這種儀器按選用的材料不同，大致可分為三類：液體狀態(tài),氣體狀態(tài)和固體狀態(tài)。對液體狀態(tài)的儀器，根據(jù)其填充的液體物質(zhì)的不同，液體式的溫度計(jì)又可進(jìn)一步分為常見的水銀溫度計(jì)和其他有機(jī)液體的溫度計(jì);按固體式的溫度計(jì)來說,可進(jìn)一步分為雙金屬式和桿式的兩種溫度計(jì)。
缺點(diǎn):這種溫度計(jì)只有壓力式溫度計(jì)可以遠(yuǎn)距離測量環(huán)境數(shù)據(jù)，其他都不能遠(yuǎn)距離測溫 ,而且這類儀器屬于不穩(wěn)定,易損壞的種類。
二、電阻溫度計(jì)
熱電阻是一種電阻值隨著溫度變化而發(fā)生可預(yù)測變化的導(dǎo)體或半導(dǎo)體。所以它是測量溫度的一種便捷迅速測溫的感溫元件。電阻溫度計(jì)是根據(jù)熱電阻的特性使用熱電阻來作溫度計(jì)的感溫元件儀器，再把得出的與電阻值相應(yīng)的溫度值顯示在儀表上。
關(guān)于優(yōu)點(diǎn):電阻溫度計(jì)的特點(diǎn)有測量的精度高、系統(tǒng)的性能穩(wěn)定度高,并且靈敏度高,可以進(jìn)行遠(yuǎn)距離的測溫等優(yōu)點(diǎn),而且它便于微機(jī)數(shù)據(jù)的即時處理,對于實(shí)現(xiàn)溫度自動控制有很大作用。
三、熱電偶
熱電偶在工作電路的回路中必定產(chǎn)生熱電勢，是因?yàn)樗脙煞N不同的成份的導(dǎo)體焊接在了一起,導(dǎo)致兩端溫度不同。所以熱電偶測量環(huán)境溫度數(shù)據(jù)的時候是測量它的熱電勢然后而轉(zhuǎn)換計(jì)算實(shí)現(xiàn)溫度測量的一種感溫的元件,可以說它也是一個轉(zhuǎn)換器。它也是熱電效應(yīng)在實(shí)際應(yīng)用中的具體體現(xiàn)之一。而且它在對于溫度數(shù)據(jù)的測量的過程中得到了廣泛的好評。
關(guān)于優(yōu)點(diǎn)：高測量精度,高性能穩(wěn)定,遠(yuǎn)距離實(shí)現(xiàn)測溫、高測量精度，結(jié)構(gòu)簡單，動態(tài)響應(yīng)快。
四、石英溫度傳感器測溫儀
石英材料的環(huán)境溫度數(shù)據(jù)傳感器則是選用石英的晶體片形態(tài)，利用石英的特性作為儀器的測溫元件來工作的。它的測溫的原理則是將溫度數(shù)據(jù)變化的模擬量通過石英的特性自動轉(zhuǎn)化為石英材料的體震蕩頻率并以可以讀取的數(shù)據(jù)形式顯示,最后將此頻率接受的石英的信號進(jìn)行即時的轉(zhuǎn)換與傳輸,并且顯示在屏幕上。需要注意的是石英晶體利用其特性測出的溫度的即時靈敏度達(dá)到了0.001 ℃甚至更高。
缺點(diǎn)：不適合快速的測溫的場合是因?yàn)轫憫?yīng)的速度慢，測溫的速度約為一秒鐘一次。
五、DS18B20傳感器
(1)適應(yīng)更廣的電壓的范圍，可達(dá):3.0-5.5V,。
(2)它這種特殊的單線方式的接口優(yōu)點(diǎn)突出,也可實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)的微處理器與目的DS18B20型號儀器雙向通訊的目的。
(3)該儀器在實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)的多點(diǎn)測溫時采用的是通過DS18B20聯(lián)系多點(diǎn)形
的組網(wǎng)功能實(shí)現(xiàn)的并且它和多個相同DS18B20型號的儀器可以采用并聯(lián)的方式連接在唯一的三線上。
(4)它自己是集成在形如一只三極管形式的集成電路內(nèi)的，所以在DS18B20系列中的全部環(huán)境數(shù)據(jù)傳感性能元件及轉(zhuǎn)換功能的電路在使用中不需要使用外圍的儀器。
(5)該型號的儀器測溫范圍在- 55℃和125℃之間。
結(jié)合系統(tǒng)在運(yùn)行中各方面的需求，應(yīng)該選用的是電壓電流式的環(huán)境數(shù)據(jù)集成溫度的傳感器DS-18B20作為儀器
2.2.2 濕度傳感器的選取
濕敏傳感器是指將濕度環(huán)境數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成有用數(shù)據(jù)信號的儀器。這種儀器大多是通過感知外環(huán)境濕度的變化實(shí)現(xiàn)測濕,而且該儀器可以通過本身材料特性表示濕度變化。。?DS~18B20深受大家歡是因?yàn)榭焖俚姆磻?yīng)的時間、價格的低廉等特點(diǎn)。
2.2.3 光度傳感器的選取
光度傳感器在工作的時候特點(diǎn)是需要的暗電流小,低照度呼應(yīng),而且對于光度的靈敏度要求較高;光控閥環(huán)境數(shù)據(jù)有外放電阻線性可調(diào)的特點(diǎn),所以輸入數(shù)據(jù)的時候?qū)τ趦?nèi)置的環(huán)境數(shù)據(jù)雙敏感應(yīng)單元,產(chǎn)品可以自動的根據(jù)要求減弱近紅外,它的設(shè)計(jì)光譜呼應(yīng)保持接近人眼的觀察函數(shù)曲線;而且它本身內(nèi)置微信號CMOS型號的增強(qiáng)器、這種增強(qiáng)其可以作為高精度的電壓源并且實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的即時修正,最終輸出的電流可達(dá)30mA;PTC 的光敏電阻以其適合所需要的各種需求深受大家喜歡。
2.2.4總體方案設(shè)計(jì)
基本的中央環(huán)境數(shù)據(jù)控制處理器的輸出顯示系統(tǒng)以及相對應(yīng)的鍵盤控制系統(tǒng)、環(huán)境數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等系統(tǒng)組成了STC89C52的主機(jī)系統(tǒng)。
該產(chǎn)品的響應(yīng)速度,互換性都很強(qiáng),抗干擾的能力相當(dāng)較強(qiáng)。而且產(chǎn)品體積小是因?yàn)橥鈬娐泛唵我锥?
圖2-1系統(tǒng)方案
3 設(shè)計(jì)原理
3.1 系統(tǒng)工作原理綜述
產(chǎn)品多采用的單片機(jī)的單總線的形式多點(diǎn)同時溫度數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)工作應(yīng)用的是以AT89C52程序?yàn)橹行?，以KEIL為操作系統(tǒng)平臺，以C語言來進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，最后用PROTEUS完善系統(tǒng)。該系統(tǒng)的溫度數(shù)據(jù)傳感器系統(tǒng)、鍵盤工作控制系統(tǒng)、液晶屏幕數(shù)據(jù)顯示系統(tǒng)的電路、報(bào)警系統(tǒng)的電路組成產(chǎn)品的系統(tǒng)。電路圖如附錄A所示。
3.2 DS18B20簡介
世界上第一片支持“一線總線” 接口的溫度的傳感器的公私是美國MAXIM公司下的子公司Dallas的半導(dǎo)體公司的數(shù)字的溫度的傳感器DS18B20。
3.2.1 DS18B20 的性能特點(diǎn)
單線數(shù)字溫度傳感器DS18B20器件的特點(diǎn)如下：
1）DS18B2在工作時與微處理器進(jìn)行連接的過程中只要一條信號線就可實(shí)現(xiàn)單片機(jī)部分與主要DS18B20系統(tǒng)的的雙向通訊任務(wù)。
2）在工作過程中該型號儀器無需別的外圍元件的輔助使用。
3）可以采用用據(jù)線供電的形式，但是在這種方式下電壓范圍是： 3.0- 5.5 V。
4）在測溫分辨率為0.5℃的要求下的測溫范圍：-55 ~125 ℃。
5）該系統(tǒng)通過實(shí)際的編程過程可實(shí)現(xiàn)9-12位的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的讀數(shù)。
6）報(bào)警數(shù)值的上下限值可以通過用戶自設(shè)定。
3.2.2 DS18B20 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)
主要由四部分組成。
DS18B20引腳定義：
(1)數(shù)據(jù)信號的端口為DQ
(2)電源地GND：
(3) 關(guān)于輸入端接口中外接方式的電源正極的是VDD。
圖3-1 DS18B20的管腳排列圖
=
在ROM的數(shù)據(jù)讀取中,最先開始讀取的的是每個器件的自身號碼，接著8位是關(guān)于產(chǎn)品的類型的8位數(shù)據(jù),最后的8位數(shù)據(jù)是前56位全部的CRC的校驗(yàn)碼
（2）內(nèi)部存儲器
在第2個是高位保存溫度的數(shù)值。
第3,4字節(jié)用以保存非易市失類型的鎖存器中的關(guān)于TH和關(guān)于TL部分的預(yù)設(shè)環(huán)境溫度數(shù)據(jù)報(bào)警,而報(bào)警上、下限的設(shè)定可通過管理員輸入。
第5字節(jié)各位如下：
需要注意的幾點(diǎn)：
1、該寄存器的低5位都是一1。
2、TM的興衰的測試模式位。
3、出廠默認(rèn)設(shè)置為0。
表3-3分辨率與轉(zhuǎn)換時間表
轉(zhuǎn)換時間與分辨率有關(guān)。而且是正比例關(guān)系
在運(yùn)行的時候所有的8個字節(jié)的CRC碼都會被第9字節(jié)獲取,通過這種方式可以保證聯(lián)通的正確。運(yùn)行中CRC產(chǎn)生在第64 位ROM數(shù)據(jù)中的最高有效字節(jié)中。
3.2.3 DS18B20 的溫度值格式
系統(tǒng)工作中DS18B20的開始啟動轉(zhuǎn)換是發(fā)生接收器接收到環(huán)境溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換開始的命令后。并且轉(zhuǎn)換完成后的環(huán)境溫度數(shù)據(jù)是存放在內(nèi)部存儲器的第1,2字節(jié)中，溫度存儲是以16位的帶符號形式的擴(kuò)展二進(jìn)制數(shù)據(jù)的補(bǔ)碼形式儲存的。進(jìn)行到下一步的時候，單片機(jī)可通過儀器中單線接口低位在前,高位在后的數(shù)據(jù)讀取方式獲取該數(shù)據(jù)。
表3-4D 溫度數(shù)據(jù)表
進(jìn)制轉(zhuǎn)換的是情況發(fā)生在符號位S=0時;系統(tǒng)會先將補(bǔ)碼轉(zhuǎn)換為原碼,通過后續(xù)計(jì)算十進(jìn)制數(shù)據(jù)如果發(fā)生在當(dāng)S=1時的情況。
3.2.4 DS18B20單總線(1-Wire)的基本原理
1.概述
a、擴(kuò)展和維護(hù)以及數(shù)據(jù)的傳輸是雙向的,通過這種方式可以節(jié)省I/O口線的資源。
b、1-Wire的單總線在運(yùn)行的過程中能夠控制一個或多個從機(jī)設(shè)備并且自動適用于主機(jī)系統(tǒng)。
2.命令序列
必須嚴(yán)格的遵守這個命令的序列是每次訪問單總線的器件的前提。如果運(yùn)行出現(xiàn)數(shù)據(jù)序列的混亂,則單總線的器件工作可以不響應(yīng)系統(tǒng)的主機(jī)的運(yùn)作。但是,工作的時候在執(zhí)行兩個中的任何一條執(zhí)行命令之后,主機(jī)便不能執(zhí)行其后的相關(guān)的指令,將返至第一步進(jìn)行。
1）初始化
工作時，所有的數(shù)據(jù)傳輸過程都是先初始化然后以單總線的路徑。
2）ROM命令
工作時在主機(jī)發(fā)出ROM相關(guān)命令并檢測到系統(tǒng)的應(yīng)答脈沖之后，與64位ROM 形式的代碼產(chǎn)生作用,另外可以檢查運(yùn)行中總線上有多少個跟隨的從機(jī)設(shè)備并且可以測出其設(shè)備的類型,重要的是是否有設(shè)備在此時處于報(bào)警的狀態(tài)。
3)功能命令
在主機(jī)在運(yùn)行的時候發(fā)出偶有關(guān)ROM的命令之后,會產(chǎn)生相應(yīng)
3.2.5 DS18B20與單片機(jī)接口電路
單片機(jī)
VCC
DQ
GND
Vcc
4.7K
圖3-7 DS18B20采用電源供電方式的電路圖
單片機(jī)
Vcc
Vcc
DS18B20
DS18B20
DS18B20
4.7
K
圖3-8 DS18B20采用寄生電源的電路圖
3.3 HR202簡介及測濕度原理圖
3.3.1 HR202的特點(diǎn)
產(chǎn)品采用的是具有全互換性的HR202，它具有保持高可靠性,在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下自動校正,維持固態(tài)聚合物結(jié)構(gòu)以及可以保持長時間飽和下快速脫濕的性質(zhì)等重要特點(diǎn)。
測量范圍為0 ~1 00 %RH的濕度( HR202),準(zhǔn)確度為 ± 2 %RH ; 分辨率為0.2 %RH。
3.3.2 濕度測量電路設(shè)計(jì)及工作原理
HR202電容式濕度傳感器在工作中電容量是隨著所測環(huán)境空氣的濕度的增大而增大的。
如圖3.7所示是由典型的555型號的非穩(wěn)態(tài)性質(zhì)的電路。而且HR202與555系列中的定時器可以構(gòu)成的非穩(wěn)態(tài)的振蕩電路。它是[8]。R11在輸出過程中短路事件中有保護(hù)作用。而且HR202作為電路定時電容的CT必須連接在電路555的2腳和6腳上。電路的充電支路為R9,R10,CT,因?yàn)橐_7連接于電阻R9與R10之間,所以電路中放電的支路為CT,R9。
當(dāng)CT兩端的電壓=0，發(fā)生電源被接通的時候,定時的電路會處于置位的狀態(tài),而且由通過R9與R10的對變量電容的方式來CT充電,相對應(yīng)的CT是通過R9向555的內(nèi)部放電管開始放電的。當(dāng)達(dá)到電路門限的電壓時,設(shè)置好的定時電路會馬上轉(zhuǎn)換為復(fù)位的連接狀態(tài),當(dāng)定時的電路經(jīng)過一段時間又轉(zhuǎn)變?yōu)橹梦坏脑紶顟B(tài)并且當(dāng)它降低到觸發(fā)電平時,電路中CT開始充電。這個過程反復(fù)進(jìn)行,產(chǎn)生振蕩。其震蕩過程可描述如下:
（3.1）
（3.2）
（3.3）
（3.4）
為了引入溫度效應(yīng),電路中555部分必須具有1%的精確度而且它的非平衡的電阻R8使用過程中好似作為電路內(nèi)部地溫度補(bǔ)償。目的是使它與HR202的溫度的效應(yīng)能夠相匹配。R8的值必須與特定的芯片相匹配是因?yàn)椴煌吞柕?55的內(nèi)部的溫度補(bǔ)償有所不同的。
圖3.9濕度測量電路圖
基于圖3.7所示電路參數(shù),通過多次反復(fù)實(shí)驗(yàn),得到表3.4所示。
表3.4幾種典型相對濕度值所對應(yīng)的頻率值
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
7351
7224
7100
6976
6853
6728
6600
6468
6330
6186
6033
3.4 PTC光敏電阻簡介
3.4.1PTC光敏電阻工作原理
工作中，當(dāng)光敏電阻沒有接受到外界環(huán)境的光照條件時，LDR1的測量數(shù)值就會達(dá)到最大,比較器的A1的U2端的電壓比U3的端的電壓低,U1端輸高電平,D1端導(dǎo)通并且開始發(fā)光傳輸數(shù)據(jù),信號開始通過電路的運(yùn)算放大器即A2進(jìn)行數(shù)據(jù)的即時處理并且送往單片機(jī)IO口。當(dāng)有光照條件時,隨著光度條件不斷的增強(qiáng),電路中可調(diào)電阻RV1的數(shù)值如果穩(wěn)定不變,就會導(dǎo)致比較器A的U2端的電壓隨著光照條件增強(qiáng)以及不斷增
的光敏電阻的阻值不斷的減少。
U3=(RV1/RV1+R3)*Vcc
U2=(LDR1/LDR1+R2)*Vcc
ΔU=U3-U2
3.5 LCD液晶顯示電路
與采用數(shù)碼管相比,硬件地連接和軟件調(diào)的試上都有優(yōu)勢是本系統(tǒng)的顯示部分采用LCD1602字符顯示模塊的優(yōu)點(diǎn)。
LCD1602主要技術(shù)參數(shù)：
運(yùn)行中數(shù)據(jù)容量為字符時：16×2
運(yùn)行時核心的電壓：4.5～5.5V；
運(yùn)行時提供的電流為：2.0mA
3.5.1 LCD1602的引腳說明
圖4.9 LCD顯示器
LCD1602采用的是標(biāo)準(zhǔn)的14腳型號接口的儀器，其中:
3.5.2 控制指令說明
3.5.3 液晶內(nèi)部顯示地址
儀器中的一個慢顯示類型的器件是液晶顯示屏中的顯示部分模塊,所以在挑
時要管理員先輸入的是顯示數(shù)據(jù)字符的地址。表3.6是DM-162
表3.4 控制指令表
3.5 DM-162的內(nèi)部顯示地址
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
00
01
02
03
04
05
06
07
08
09
0A
0B
0C
0D
0E
0F
第一行
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
4A
4B
4C
4D
4E
4F
第二行
3.6報(bào)警電路
本系統(tǒng)采用的報(bào)警系統(tǒng)是單片機(jī)與LED和蜂鳴器相連。
圖3.10總電路設(shè)計(jì)
當(dāng)光照超過倉庫設(shè)置的光照上下限值是，D3燈亮，同時蜂鳴器響。
3.7 溫濕光度控制輸出驅(qū)動電路
系統(tǒng)中有8路溫度檢測點(diǎn)，8路濕度檢測點(diǎn)，8路光度監(jiān)測點(diǎn)，每路對應(yīng)一個SCR可控硅控制電路。本溫濕光度控制系統(tǒng)采用過零控制，通過調(diào)節(jié)雙向可控硅的功率，以交流“調(diào)功”的方式控制電路中的電熱絲的發(fā)熱量和直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速，即在每一個工作的控制周期時間內(nèi)，通過手動改變加在產(chǎn)品電熱絲或直流電機(jī)等部分負(fù)載上的交流電壓半波的數(shù)目來調(diào)節(jié)發(fā)熱量或直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速[10]。
為了實(shí)現(xiàn)可控硅的過零觸發(fā)，選用了帶過零檢測功能的光電耦合可控硅芯片MOC3031。MOC3031將AT89C52輸出信號控制了可控硅，同時也使單片機(jī)部分與電網(wǎng)電壓之間進(jìn)行了可靠的隔離，以免產(chǎn)生干擾。驅(qū)動電路如圖3.10：
圖3.11干燥機(jī)驅(qū)動電路圖
其中，R13限流電阻，是用來限制電路中正在流過發(fā)光二極管的電流，SCR為外接的雙向可控硅，C6為濾波電容，用以濾掉交流電網(wǎng)中的高次諧波，MOC3031保證可控硅SCR只要在交流電網(wǎng)電壓過零時導(dǎo)通。
4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
4.1 簡介Keil Uvision2
Keil uVision2系統(tǒng)是C語言類型的系統(tǒng)軟件開發(fā)系統(tǒng)?？梢栽撓到y(tǒng)具有高效的編碼特點(diǎn)，編碼環(huán)境優(yōu)良，可以適應(yīng)不同的程序。
4.2 系統(tǒng)組成?
三大部分：
第1、 環(huán)境數(shù)據(jù)傳感部分。
第二、管理員控制部分。
第三、數(shù)據(jù)顯示部分。
系統(tǒng)程序分傳感器控制程序和顯示器程序兩部分。系統(tǒng)的工作是在程序控制下，完成對傳感器的讀寫和對溫度的顯示。?
整個的系統(tǒng)的電路的原理圖如圖4-1：
圖4-1 系統(tǒng)電路原理圖
4.2.1 關(guān)于環(huán)境數(shù)據(jù)測量傳感部分
溫度傳感器DS18B20將
第一、被測環(huán)境數(shù)據(jù)的數(shù)字信號向控制系統(tǒng)傳輸。
第二、輸出腳與單片機(jī)聯(lián)通。
特點(diǎn)：運(yùn)行中允許在變換時間內(nèi)其它數(shù)據(jù)在單線上傳送。
4.2.2 濕度數(shù)據(jù)測量傳感部分
該儀器選用的555型號的多諧震蕩式的電路能夠檢測到頻率，而且因?yàn)殡娙輸?shù)據(jù)不能直接實(shí)現(xiàn)測量,所以需要用單片機(jī)間接計(jì)算得出數(shù)值,然后算出相應(yīng)的濕度值,就可以測出環(huán)境即時的相對濕度。
4.2.3 光度數(shù)據(jù)測量傳感部分
光度傳感器是由PTC光敏電阻完成光度強(qiáng)弱測量這一部分，通過光照強(qiáng)弱改變光敏電阻的電阻值的大小，從而改變電流的大小，然后通過計(jì)算便可得出結(jié)果。
4.2.4控制部分
STC89C52芯傳內(nèi)帶8K字節(jié)的FIashROM于，其中12MHZ控制程序?yàn)橄到y(tǒng)提供時鐘頻率，上電路復(fù)位電路包括C3和R5構(gòu)成，其中上電復(fù)位開關(guān)C2。
4.2.5 顯示部分
關(guān)于顯示器模塊的組成是由
第一、液晶顯示器部分
第二、配套的控制器部分
第三、驅(qū)動器部分和偏壓產(chǎn)生的電路三部分組成
4.2.6電源部分
系統(tǒng)需要的是比較適用的5伏特的電壓，考慮到成本及方便適用電池解決。
4.3 軟件流程圖
圖4-4.K1鍵盤處理子程序
圖4-5 溫度采集流程圖
4.4 運(yùn)行系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)
見附錄附1
4.4.1 運(yùn)行時讀取數(shù)據(jù)的有關(guān)子程序的設(shè)計(jì)
只要將傳感器檢測到的數(shù)據(jù)通過系統(tǒng)存放到數(shù)據(jù)緩沖器中就達(dá)到了本節(jié)的目標(biāo)。
4.4.2 數(shù)據(jù)比較程序的設(shè)計(jì)
當(dāng)環(huán)境數(shù)據(jù)與管理員設(shè)定的有沖突的時候，報(bào)警系統(tǒng)會啟動就達(dá)到了本節(jié)的目標(biāo)。
4.4.3 環(huán)境數(shù)據(jù)限定程序的設(shè)計(jì)
第一：點(diǎn)擊（切換），進(jìn)入溫度限定設(shè)置的程序。
第二：點(diǎn)擊(增）鍵一次，溫度就會升高1度。
第三：點(diǎn)擊(切換）鍵后，進(jìn)行濕度限定設(shè)置程序。
第四：點(diǎn)擊（增）一次，濕度就會增加1度。
第五：點(diǎn)擊（切換）退出設(shè)置使系統(tǒng)馬上進(jìn)入工作狀態(tài)。
5結(jié)論
四年大學(xué)生活馬上結(jié)束，我們自大學(xué)中無論學(xué)到多少東西，學(xué)到什么東西。都需在最后的這一步中實(shí)現(xiàn)實(shí)踐與應(yīng)用。通過這次論文的任務(wù)我們可以真正的去感受自己的學(xué)習(xí)與職業(yè)的聯(lián)系。在完成的過程中無論是選題，還是在完成的論文的過程中面對的阻力是以前無法想象的但是也正是著中阻力是我成長，每一步我都認(rèn)真完成感覺得到自己的能力于耐心得到了充分的鍛煉。
我研究的方向是“溫、濕、光度環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)”其中LCD數(shù)碼顯示電路、以及數(shù)字型溫濕度的采集模塊、包括報(bào)警系統(tǒng)、還有控制電路組成以STC89C51型號的儀器單片機(jī)為核心的操作系統(tǒng)。在完成過程中，面對的第一個比較麻煩的困難時關(guān)于電源,本來打算采用USB端口的方式供電,但是這種方式在運(yùn)用到現(xiàn)實(shí)中需要克服很大的環(huán)境因素不可能實(shí)現(xiàn)，所以我們最終猜的是電池的方式。解決電源的問題后，最麻煩的問題來了：環(huán)境數(shù)據(jù)的測量以及關(guān)于感受器的選擇。剛開始為了簡單方便采用的是最簡單的感受器，但是他們的電路比較復(fù)雜，而且屬于比較落后的儀器。所以經(jīng)過不斷調(diào)查與咨詢，確定采用DS-18B20這一比較流行，各方面性能也比較先進(jìn)的儀器。但是繼續(xù)還是有困難，那就是在程序控制芯片的過程中無法完成，這個時候我的老師給了我很大的幫助，在他的指導(dǎo)下我一步步達(dá)到了目的。
從成果的整體溫度測量的結(jié)果來看，是一個比較理想的成果。但是這個系統(tǒng)在控制方面因?yàn)闀r間的關(guān)系有一定的缺陷。
附錄
附錄1.系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原理圖
附錄2. 程序源碼
1
}
}
}
{
}
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[16]何利民，MCS-51系列單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)配置與接口技術(shù)[M]．北京：北京航空航天大學(xué)出版社.2001
致謝
我論文完成了，一路上不是我一個人在戰(zhàn)斗。我親愛的導(dǎo)師、同學(xué)都給了我很大的幫助，在這里我想他們致以最真摯的感謝。
我本是沒有這么充分的經(jīng)驗(yàn)去做這方面的任務(wù)。但是我的老師給了我巨大的幫助，無論實(shí)在這個文章的結(jié)構(gòu)，還是后期的加工都得到了楊傳森老師的熱心指導(dǎo)。他不僅在學(xué)術(shù)學(xué)習(xí)方面對我有著巨大的影響和指導(dǎo)在生活與職業(yè)方面也幫助我很大。他對于工作的熱情、對于生活的熱愛等這些學(xué)習(xí)之外的東西他也教會我很多。
在大學(xué)四年我學(xué)會了很多東西，不僅僅專業(yè)技能，更是怎么樣去做人做事。十分謝謝四年來每一位給我指導(dǎo)的老師，是你們對我一點(diǎn)一點(diǎn)的影響讓我學(xué)會怎么樣去思考，怎么樣去工作學(xué)習(xí)。
還有我辛勤勞動的父母，他們嘔心瀝血撫養(yǎng)我長大，教我如何做人，我的所有一切都是父母的恩賜。
感謝金陵科技學(xué)院給予我良好的環(huán)境學(xué)習(xí)生活，讓我不斷成長，收獲無窮，祝愿金陵科技學(xué)院不斷發(fā)展，更創(chuàng)輝煌。
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