冬暖式溫室大棚環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì).doc

1 hefei university 電子系專業(yè)導(dǎo)論論文 題題 目目 冬暖式溫室大棚環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)冬暖式溫室大棚環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 班班 級(jí)級(jí) 1010 級(jí)自動(dòng)化（級(jí)自動(dòng)化（1 1）班）班 姓姓 名名 學(xué)學(xué) 號(hào)號(hào) 10050730281005073028 10050740231005074023 10050750111005075011 完成時(shí)間完成時(shí)間 2013/6/302013/6/30 指導(dǎo)老師指導(dǎo)老師 丁健丁健 胡晨曦胡晨曦 1 微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 論文 題目 冬暖式溫室大棚環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì) 類型 導(dǎo)師 姓名 主要內(nèi)容及目標(biāo) 在國(guó)家大力發(fā)展農(nóng)業(yè)的背景之下，我們所做的這個(gè)項(xiàng)目是很有意義的。應(yīng)用所學(xué)單片 機(jī)知識(shí)，將所學(xué)應(yīng)用到實(shí)踐中，培養(yǎng)實(shí)踐與動(dòng)手能力，真正把理論轉(zhuǎn)化為實(shí)踐。通過(guò)單片 機(jī)課程設(shè)計(jì)，熟練掌握 keil c 語(yǔ)言的編程方法，將理論聯(lián)系到實(shí)踐中去，提高我們的動(dòng) 腦和動(dòng)手的能力。 系統(tǒng)主要功能是監(jiān)測(cè)大棚的溫度并顯示，用測(cè)得的光敏電阻的阻值表征光照強(qiáng)度 ，應(yīng) 用于普通冬暖式溫室大棚的溫度監(jiān)測(cè)和光照自動(dòng)控制，另有定時(shí)功能可以設(shè)定允許觸發(fā)的 時(shí)間范圍。 應(yīng)用 51 單片機(jī)作為核心處理器，使用 ds18b20 傳感器將所收集的信號(hào)傳送給單片機(jī)， 然后實(shí)現(xiàn)溫度的顯示，用光敏電阻在光照下阻值的變化轉(zhuǎn)化成電壓變化輸入到單片機(jī)，進(jìn) 行處理轉(zhuǎn)化將其限定在一定范圍內(nèi)，超出范圍就會(huì)發(fā)出警報(bào)?？梢远〞r(shí)只允許在設(shè)定的時(shí) 間范圍內(nèi)觸發(fā)單片機(jī)引起報(bào)警及相關(guān)裝置的動(dòng)作。 具有的設(shè)計(jì)條件 1 pc 機(jī)一臺(tái)，教學(xué)實(shí)驗(yàn)箱一臺(tái); 計(jì)劃學(xué)生數(shù)及任務(wù) 3 人 （1）：明確課題功能。 （2）：把復(fù)雜問(wèn)題分解為若干模塊，確定各模塊處理方法，畫出流程圖。 （3）：存儲(chǔ)器資源分配 （4）：編制程序，根據(jù)流程圖來(lái)編制源程序 （5）：對(duì)程序進(jìn)行匯編，調(diào)試和修改，直到程序運(yùn)行結(jié)果正確為止。 1 計(jì)劃設(shè)計(jì)進(jìn)程 一、總體方案設(shè)計(jì) 二、控制系統(tǒng)的建模和數(shù)字控制器設(shè)計(jì) 三、硬件的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn) 1、 選擇計(jì)算機(jī)字長(zhǎng)(選用 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、顯示接口電路等)； 3、 設(shè)計(jì)輸入信號(hào)接口電路； 4、 設(shè)計(jì)輸出控制電路； 5、 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，編寫系統(tǒng)初始化和主程序模塊框圖； 2、 其它程序模塊(顯示與鍵盤等處理程序)框圖。 五、編寫課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書，繪制完整的系統(tǒng)電路圖(a3 幅面)。 2 目錄目錄 一、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介一、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介.1 1.1 系統(tǒng)的概述.1 1.2 系統(tǒng)的要求.1 1.3 系統(tǒng)的主要模塊.1 1.3.1 本系統(tǒng)的主要組成部分.1 1.3.2 各部分的功能.2 1.3.3 工作原理.2 二、二、設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ).2 2.1 at89c52 的工作原理3 2.1.1 cpu的結(jié)構(gòu).3 2.1.2 cpu的結(jié)構(gòu)i/o口結(jié)構(gòu).3 2.1.3 程序存儲(chǔ)器.3 2.1.4 定時(shí)器.4 2.1.5 中斷系統(tǒng).4 2.2 單總線數(shù)字溫度傳感器 ds18b20 檢測(cè)電路.4 2.2.1 ds18b20簡(jiǎn)介.4 2.2.2 ds18b20 的性能特點(diǎn)4 2.2.3 ds18b20的測(cè)溫原理.5 2.3 lcd1602 液晶顯示器6 2.3.1 lcd1602簡(jiǎn)介.6 2.3.2 lcd1602的指令說(shuō)明及時(shí)序.7 2.4 直流馬達(dá).8 2.4.1 馬達(dá)工作的原理.8 2.4.2 馬達(dá)的基本構(gòu)造.9 2.5 蜂鳴器.9 三、三、系統(tǒng)的硬件組成電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)的硬件組成電路設(shè)計(jì).9 3.1 系統(tǒng)總硬件設(shè)計(jì).10 3.2 單總線數(shù)字溫度傳感器 ds18b20 檢測(cè)電路.10 3 3.3 lcd1602 顯示模塊.11 四、四、 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì).11 4.1 主程序設(shè)計(jì)12 4.2 溫度檢測(cè).13 4.2.1讀取溫度設(shè)計(jì)13 4.2.2 溫度數(shù)據(jù)處理設(shè)計(jì).14 4.3 液晶顯示器 lcd1602.16 4.3.1 lcd1602初始化16 4.4 馬達(dá)的控制17 4.5 報(bào)警器的啟動(dòng).18 五、五、總結(jié)總結(jié).18 六、六、參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).1 附錄附錄 a a2 附錄附錄 b b9 1 摘要摘要 我國(guó)南方溫度炎熱而漫長(zhǎng)，大力推廣大棚蔬菜的種植來(lái)滿足人們?nèi)粘Ｉ顚?duì)蔬 菜的需要。隨著人們生活水平的日益增長(zhǎng)，對(duì)蔬菜的要求也較高，對(duì)大棚蔬菜的溫 度控制就是一個(gè)重要因素。溫度過(guò)高，蔬菜就會(huì)停止生長(zhǎng)或者糜爛。 本系統(tǒng)就基于單片機(jī) at89c52 實(shí)現(xiàn)對(duì)大棚溫度的自動(dòng)化控制。用數(shù)字溫度模塊 ds18b20 采集，將采集到的溫度用顯示屏顯示，再根據(jù)采集到的溫度，控制馬達(dá)的 轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)大棚溫度的控制。當(dāng)溫度大于 35，喇叭產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。 關(guān)鍵字關(guān)鍵字：溫度 自動(dòng) 控制 1 正文正文 一、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介一、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介 1.11.1 系統(tǒng)的概述系統(tǒng)的概述 應(yīng)用自動(dòng)控制和電子計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和管理的自動(dòng)化，是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的重 要標(biāo)志之一。近年來(lái)電子技術(shù)和信息技術(shù)的飛速發(fā)展，帶來(lái)了溫室控制與管理技術(shù) 方面的一場(chǎng)革命，隨著“設(shè)施農(nóng)業(yè)” 、 “虛擬農(nóng)業(yè)”等新名稱的出現(xiàn)。溫度計(jì)算機(jī)控 制與管理系統(tǒng)正在不斷吸收自動(dòng)控制和信息管理領(lǐng)域的理論和方法，結(jié)合溫室作物 種植的特點(diǎn)，不斷創(chuàng)新，逐步完善，從而使溫室種植業(yè)實(shí)現(xiàn)真正意義上的現(xiàn)代化， 產(chǎn)業(yè)化。 本系統(tǒng)以 at89c52 單片機(jī)為控制核心的測(cè)控儀，主要是為了對(duì)蔬菜大棚內(nèi)的溫 度，地檢測(cè)與控制而設(shè)計(jì)的。該測(cè)控儀具有檢測(cè)精度高、使用簡(jiǎn)單、成本較低和工 作穩(wěn)定可靠等特點(diǎn)，所以具有一定的應(yīng)用前景。 1.21.2 系統(tǒng)的要求系統(tǒng)的要求 本系統(tǒng)通過(guò)單片機(jī) at89c52 控制,用 ds18b20 數(shù)字溫度模塊采集溫度。通過(guò) lcd1602 液晶顯示屏顯示當(dāng)前溫度，當(dāng)溫度高于 20，馬達(dá)將帶動(dòng)風(fēng)扇的轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí) 現(xiàn)自動(dòng)控制大棚里的溫度。當(dāng)檢測(cè)到的溫度高于 35時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)。本設(shè)計(jì)將 實(shí)現(xiàn)大棚溫度的自動(dòng)化控制。 1.31.3 系統(tǒng)的主要模塊系統(tǒng)的主要模塊 1.3.1 本系統(tǒng)的主要組成部分 本系統(tǒng)為一個(gè)全自動(dòng)溫度檢測(cè)與控制系統(tǒng)，由以下幾個(gè)部分組成：at89c52 單 片機(jī)，溫度檢測(cè)，顯示電路，馬達(dá)，及報(bào)警裝置等組成。組成圖如圖 1-1。 2 圖 1-1 溫度自動(dòng)控制構(gòu)成圖 由圖 1-1 所示，本系統(tǒng)的核心部分是 at89c52，此芯片是該電路的樞紐。由它 先控制著溫度的檢測(cè)，用檢測(cè)到的溫度實(shí)現(xiàn)馬達(dá)的自動(dòng)控制，以及顯示。若檢測(cè)到 的溫度高于設(shè)定的值，則發(fā)出報(bào)警信號(hào)。 1.3.2 各部分的功能 at89c52 單片機(jī)：它是系統(tǒng)的中央處理器，擔(dān)負(fù)著系統(tǒng)的控制和運(yùn)算。溫度檢 測(cè)裝置：ds18b20 數(shù)字溫度模塊對(duì)大棚內(nèi)溫度進(jìn)行采集，將溫度轉(zhuǎn)換成數(shù)字。顯示 設(shè)備：主要是用于顯示檢測(cè)到的大棚溫度。馬達(dá)：主要用于帶動(dòng)風(fēng)扇的轉(zhuǎn)動(dòng)。報(bào)警 裝置：產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。 1.3.3 工作原理 首先對(duì)硬件系統(tǒng) ds18b20 定義端口為 p1.3,p2.4,p2.5,p2.6 和 p0 口控制液晶 lcd1602 的顯示，定義端口 p1.5 為馬達(dá)控制端口，p1.7 為喇叭控制端口。首先對(duì)溫 度采集，將采集到的溫度轉(zhuǎn)換數(shù)字，采集到的溫度由 lcd 液晶顯示屏顯示。再將采 集到的溫度所屬軟件設(shè)置的哪個(gè)范圍，而控制 p1.5 的電平輸出。 二、二、設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ) 整個(gè)控制系統(tǒng)由軟件程序設(shè)計(jì)。根據(jù)系統(tǒng)具體要求，可以對(duì)具體部分進(jìn)行分析 3 設(shè)計(jì)。但要實(shí)現(xiàn)對(duì)各部分的設(shè)計(jì)，需要充分了解各部分的理論基礎(chǔ)。本設(shè)計(jì)系統(tǒng)的 基本組成單元包括：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制單元，ds18b20 溫度檢測(cè)電路，lcd1602 顯示屏，直 流馬達(dá)，蜂鳴器報(bào)警裝置。 2.12.1 at89c52at89c52 的工作原理的工作原理 2.1.1 cpu 的結(jié)構(gòu) cpu 是單片機(jī)內(nèi)部的核心部分，是單片機(jī)的指揮和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它決定了單片機(jī) 的主要功能特性。從功能上看，cpu 包括兩個(gè)基本部分：運(yùn)算器和控制器1。 2.1.2 cpu 的結(jié)構(gòu) i/o 口結(jié)構(gòu) at89c52 單片機(jī)有 4 個(gè) 8 位并行 i/o 接口，記作 p0、p1、p2 和 p3，每個(gè)端口都 是 8 位準(zhǔn)雙向口，共占 32 根引腳。每一條 i/o 線都能獨(dú)立地用作輸入或輸出。每個(gè) 端口都包括一個(gè)鎖存器，一個(gè)輸出驅(qū)動(dòng)器和輸入緩沖器，作輸出時(shí)數(shù)據(jù)可以鎖存， 作輸入時(shí)數(shù)據(jù)可以緩沖，但是這四個(gè)通道的功能完全不同。如圖 2-1。 圖 2-1 at89c52 引腳及管腳功能 2.1.3 程序存儲(chǔ)器 程序存儲(chǔ)器通過(guò) 16 位程序計(jì)數(shù)器尋址，尋址能力為 64k 字節(jié)。這能在 6k 地址 空間內(nèi)任意尋址，但沒(méi)有指令使程序能控制從程序存儲(chǔ)器空間轉(zhuǎn)移到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。 對(duì) at89c52 芯片來(lái)說(shuō)，片內(nèi)有 8k 字節(jié) rom/eprom，片外可擴(kuò)展 60k 字節(jié) eprom，片 4 內(nèi)和片外程序存儲(chǔ)器統(tǒng)一編址。 2.1.4 定時(shí)器 定時(shí)器 t0 具有方式 0、方式 1、方式 2 和方式 3 四種工作方式。t1 具有方式 0、方式 1 和方式 2 三種工作方式。不管是定時(shí)工作方式還是計(jì)數(shù)方式，定時(shí)器 t0 和 t1 在對(duì)內(nèi)部時(shí)鐘或?qū)ν獠繒r(shí)間計(jì)數(shù)時(shí)，不占用 cpu 時(shí)間，除非定時(shí)器/計(jì)數(shù)器溢 出，才可能中斷 cpu 的當(dāng)前操作。由此可見，定時(shí)器是單片機(jī)中效率最高而且工作 靈活的部件。 2.1.5 中斷系統(tǒng) 中斷是指中央 cpu 正在處理某事情的時(shí)候，外部發(fā)生了某一事件，請(qǐng)求 cpu 迅 速去處理，于是，cpu 暫時(shí)中斷當(dāng)前的工作，轉(zhuǎn)入處理所發(fā)生的事件；中斷服務(wù)處 理完成以后，再回到原來(lái)被中斷的工作，這樣的過(guò)程稱為中斷2。 2.22.2 單總線數(shù)字溫度傳感器單總線數(shù)字溫度傳感器 ds18b20ds18b20 檢測(cè)電路檢測(cè)電路 由于傳統(tǒng)的熱敏電阻等測(cè)溫元件測(cè)出的一般都是電壓，再轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的溫度， 需要比較多的外部元件支持，且硬件電路復(fù)雜，制作成本相對(duì)較高。這里采用 dallas 公司的數(shù)字溫度傳感器 ds18b20 作為測(cè)溫元件。 2.2.1 ds18b20 簡(jiǎn)介 ds18b20 數(shù)字溫度傳感器采用 ds18b20 可組網(wǎng)數(shù)字溫度傳感器芯片封裝二成， 具有耐磨耐碰，體積小使用方便，封裝形式多樣等優(yōu)點(diǎn)，適用于各種狹小空間設(shè)備 數(shù)字溫度和控制領(lǐng)域3。 2.2.2 ds18b20 的性能特點(diǎn) 適應(yīng)電壓范圍更寬，電壓范圍：3.05.5v，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線 供電。 獨(dú)特的單線接口方式，ds18b20 在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可 實(shí)現(xiàn)微處理器與 ds18b20 的雙向通訊。 ds18b20 支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè) ds18b20 可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)多點(diǎn)測(cè)溫。 ds18b20 在使用中不需 要任何外圍元件，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)。 溫范圍55125，在-10+85時(shí)精度為0.5。零待機(jī)功耗。 可編 5 程的分辨率為 912 位，對(duì)應(yīng)的可分辨溫度分別為 0.5、0.25、0.125和 0.0625，可實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)溫。 在 9 位分辨率時(shí)最多在 93.75ms 內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為 數(shù)字，12 位分辨率時(shí)最多在 750ms 內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快。 ds18b20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成：64 位光刻 rom、溫度傳感器、非揮發(fā)的 溫度報(bào)警觸發(fā)器 th 和 tl、配置寄存器。ds18b20 的管腳排列、各種封裝形式，dq 為數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳。開漏單總線接口引腳。當(dāng)被用著在寄生電源下，也可以向器 件提供電源；gnd 為地信號(hào)；vdd 為可選擇的 vdd 引腳。當(dāng)工作于寄生電源時(shí)，此引 腳必須接地。 圖 3-1 ds18b20 的引腳功能圖 圖 3-2 ds18b20 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 2.2.3 ds18b20 的測(cè)溫原理 ds18b20 的測(cè)溫原理，低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小,用于產(chǎn)生 6 固定頻率的脈沖信號(hào)送給減法計(jì)數(shù)器 1，高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其震蕩頻率明 顯改變，所產(chǎn)生的信號(hào)作為減法計(jì)數(shù)器 2 的脈沖輸入，還隱含著計(jì)數(shù)門，當(dāng)計(jì)數(shù)門 打開時(shí)，ds18b20 就對(duì)低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖后進(jìn)行計(jì)數(shù)，進(jìn)而完成溫 度測(cè)量.計(jì)數(shù)門的開啟時(shí)間由高溫度系數(shù)振蕩器來(lái)決定，每次測(cè)量前，首先將-55 所對(duì)應(yīng)的基數(shù)分別置入減法計(jì)數(shù)器 1 和溫度寄存器中，減法計(jì)數(shù)器 1 和溫度寄存器 被預(yù)置在-55 所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值4。 另外，由于 ds18b20 單線通信功能是分時(shí)完成的，它有嚴(yán)格的時(shí)隙概念，因此 讀寫時(shí)序很重要。系統(tǒng)對(duì) ds18b20 的各種操作必須按協(xié)議進(jìn)行。操作協(xié)議為：初始 化 ds18b20發(fā) rom 功能命令發(fā)存儲(chǔ)器操作命令處理數(shù)據(jù)5。 2.32.3 lcd1602lcd1602 液晶顯示器液晶顯示器 2.3.1 lcd1602 簡(jiǎn)介 字符型 lcd1602 通常有 14 條引腳線或 16 條引腳線的 lcd，多出來(lái)的 2 條線是 背光電源線 vcc(15 腳)和地線 gnd(16 腳)，其控制原理與 14 腳的 lcd 完全一樣，引 腳定義如表 2-1 所示： 表 2-1 引腳接口說(shuō)明表 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 第 1 腳：vss 為地電源。 第 2 腳：vdd 接 5v 正電源。 第 3 腳：vl 為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地時(shí)對(duì)比 度最高，對(duì)比度過(guò)高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影” ，使用時(shí)可以通過(guò)一個(gè) 10k 的電位器調(diào)整對(duì)比 度。 第 4 腳：rs 為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存 7 器。 第 5 腳：r/w 為讀寫信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。當(dāng) rs 和 r/w 共同為低電平時(shí)可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng) rs 為低電平 r/w 為高電 平時(shí)可以讀忙信號(hào)，當(dāng) rs 為高電平 r/w 為低電平時(shí)可以寫入數(shù)據(jù)。 第 6 腳：e 端為使能端，當(dāng) e 端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。 第 714 腳：d0d7 為 8 位雙向數(shù)據(jù)線。 第 15 腳：背光源正極。 第 16 腳：背光源負(fù)極。 2.3.2 lcd1602 的指令說(shuō)明及時(shí)序 lcd1602 液晶模塊內(nèi)部的控制器共有 11 條控制指令6，如表 2-2 所示： 表 2-2 控制命令表 序號(hào)指令 rsr/wd7d6d5d4d3d2d1d0 1 清顯示 0000000001 2 光標(biāo)返回 000000001* 3 置輸入模式 00000001i/ds 4 顯示開/關(guān)控制 0000001dcb 5 光標(biāo)或字符移位 000001s/c r/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 寫數(shù)到 cgramddram） 10 要寫的數(shù)據(jù)內(nèi)容 11 cgram 或 ddram 讀數(shù) 11 讀出的數(shù)據(jù)內(nèi)容 lcd1602 液晶模塊的讀寫操作、屏幕和光標(biāo)的操作都是通過(guò)指令編程來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 1 為高電平、0 為低電平。 指令 1：清顯示，指令碼 01h,光標(biāo)復(fù)位到地址 00h 位置。 指令 2：光標(biāo)復(fù)位，光標(biāo)返回到地址 00h。 指令 3：光標(biāo)和顯示模式設(shè)置 i/d：光標(biāo)移動(dòng)方向，高電平右移，低電平左移 8 s:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高電平表示有效，低電平則無(wú)效。 指令 4：顯示開關(guān)控制。 d：控制整體顯示的開與關(guān)，高電平表示開顯示，低 電平表示關(guān)顯示 c：控制光標(biāo)的開與關(guān)，高電平表示有光標(biāo)，低電平表示無(wú)光標(biāo) b：控制光標(biāo)是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍。 指令 5：光標(biāo)或顯示移位 s/c：高電平時(shí)移動(dòng)顯示的文字，低電平時(shí)移動(dòng)光標(biāo)。 指令 6：功能設(shè)置命令 dl：高電平時(shí)為 4 位總線，低電平時(shí)為 8 位總線 n：低 電平時(shí)為單行顯示，高電平時(shí)雙行顯示 f: 低電平時(shí)顯示 5x7 的點(diǎn)陣字符，高電平 時(shí)顯示 5x10 的點(diǎn)陣字符。 指令 7：字符發(fā)生器 ram 地址設(shè)置。 指令 8：ddram 地址設(shè)置。 指令 9：讀忙信號(hào)和光標(biāo)地址 bf：為忙標(biāo)志位，高電平表示忙，此時(shí)模塊不能 接收命令或者數(shù)據(jù)，如果為低電平表示不忙。 指令 10：寫數(shù)據(jù)。 指令 11：讀數(shù)據(jù)。 lcd1602 讀寫時(shí)序如表 2-3 所示： 表 2-3 基本操作時(shí)序表 讀狀態(tài)輸入rs=l，r/w=h，e=h輸出 d0d7=狀態(tài)字 寫指令輸入 rs=l，r/w=l，d0d7=指令碼，e=高脈 沖 輸出無(wú) 讀數(shù)據(jù)輸入rs=h，r/w=h，e=h輸出d0d7=數(shù)據(jù) 寫數(shù)據(jù)輸入 rs=h，r/w=l，d0d7=數(shù)據(jù)，e=高脈沖 輸出無(wú) 2.42.4 直流馬達(dá)直流馬達(dá) 電動(dòng)馬達(dá)，又稱為馬達(dá)或電動(dòng)機(jī)，是一種將電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，并可再使用機(jī) 械能產(chǎn)生動(dòng)能，用來(lái)驅(qū)動(dòng)其他裝置的電氣設(shè)備。 電動(dòng)機(jī)種類非常繁多，但可大致分 為交流電動(dòng)機(jī)及直流電動(dòng)機(jī)以用于不同的場(chǎng)合。 2.4.1 馬達(dá)工作的原理 馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)原理的依據(jù)為佛來(lái)明左手定則，當(dāng)一導(dǎo)線置放于磁場(chǎng)內(nèi)，若導(dǎo)線通 上電流，則導(dǎo)線會(huì)切割磁場(chǎng)線使導(dǎo)線產(chǎn)生移動(dòng)。 電流進(jìn)入線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)，利用電流 9 的磁效應(yīng)，使電磁鐵在固定的磁鐵內(nèi)連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的裝置，可以將電能轉(zhuǎn)換成力學(xué)能。 與永久磁鐵或由另一組線圈所產(chǎn)生的磁場(chǎng)互相作用產(chǎn)生動(dòng)力 直流馬達(dá)的原理是定子 不動(dòng)，轉(zhuǎn)子依相互作用所產(chǎn)生作用力的方向運(yùn)動(dòng)7。 電樞:可以繞軸心轉(zhuǎn)動(dòng)的軟鐵芯纏繞多圈線圈。 場(chǎng)磁鐵:產(chǎn)生磁場(chǎng)的強(qiáng)力永久磁 鐵或電磁鐵。 集電環(huán):線圈約兩端接至兩片半圓形的集電環(huán)，隨線圈轉(zhuǎn)動(dòng)，可供改 變電流方向的變向器。每轉(zhuǎn)動(dòng)半圈，線圈上的電流方向就改變一次。 電刷:通常使 用碳制成，集電環(huán)接觸固定位置的電刷，用以接至電源。 2.4.2 馬達(dá)的基本構(gòu)造 電動(dòng)機(jī)的種類很多，以基本結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，其組成主要由定子和轉(zhuǎn)子所構(gòu)成。 定子 在空間中靜止不動(dòng)，轉(zhuǎn)子則可繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)，由軸承支撐。 定子與轉(zhuǎn)子之間會(huì)有一定空 氣間隙，以確保轉(zhuǎn)子能自由轉(zhuǎn)動(dòng)。 定子與轉(zhuǎn)子繞上線圈，通上電流產(chǎn)生磁場(chǎng)，就成 為電磁鐵，定子和轉(zhuǎn)子其中之一亦可為永久磁鐵8。 2.52.5 蜂鳴器蜂鳴器 蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器。蜂鳴器主要分為壓電式蜂鳴器和電磁 化蜂鳴器兩種類型。本系統(tǒng)采用的是電磁式蜂鳴器9。 電磁式蜂鳴器由振蕩器、電磁線圈、磁鐵、振動(dòng)膜片及外殼等組成。接通電源 后，振蕩器產(chǎn)生的音頻信號(hào)電流通過(guò)電磁鐵圈，使電磁鐵線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)，振動(dòng)膜片 在電磁線圈和磁鐵的相互作用下，周期性地振動(dòng)發(fā)聲。蜂鳴器發(fā)聲原理是電流通過(guò) 電磁鐵圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)來(lái)驅(qū)動(dòng)振動(dòng)膜發(fā)聲的。程序中改變單片機(jī)引腳輸出 波形的頻率，就可以調(diào)整控制蜂鳴器音調(diào)，產(chǎn)生各種不同音色、音調(diào)的聲音。另外， 改變輸出電平的高低電平占空比，則可以控制蜂鳴器的聲音大小。 10 三、三、系統(tǒng)的硬件組成電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)的硬件組成電路設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的硬件組成部分包括：主控制器 at89c52 單片機(jī)、溫度傳感器 ds18b20、 顯示電路 lcd1602、馬達(dá)、報(bào)警裝置等構(gòu)成。 3.13.1 系統(tǒng)總硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)總硬件設(shè)計(jì) 首先對(duì)硬件系統(tǒng) ds18b20 定義端口為 p1.3,p2.4,p2.5,p2.6 和 p0 口控制液晶 lcd1602 的顯示，定義端口 p1.5 為馬達(dá)控制端口，p1.7 為喇叭控制端口。首先對(duì)溫 度采集，將采集到的溫度轉(zhuǎn)換數(shù)字，采集到的溫度由 lcm 液晶顯示屏顯示。再將采 集到的溫度所屬軟件設(shè)置的哪個(gè)范圍，而控制 p1.5 的電平輸出。電路原理圖如 3-1 所示： 圖 3-1 電路原理圖 3.23.2 單總線數(shù)字溫度傳感器單總線數(shù)字溫度傳感器 ds18b20ds18b20 檢測(cè)電路檢測(cè)電路 dq 為數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳，連接 p1.3。開漏單總線接口引腳。當(dāng)被用著在寄生 11 電源下，也可以向器件提供電源，gnd 為地信號(hào)；vcc 為電源信號(hào)。圖 3-2 為 ds18b20 檢測(cè)電路。 圖 3-2 ds18b20 檢測(cè)電路 3.33.3 lcd1602lcd1602 顯示模塊顯示模塊 用 at89c52 的 p0 口作為數(shù)據(jù)線，用 p2.4、p2.5、p2.6 分別作為 lcd 的 e、r/w、rs。其中 e 是下降沿觸發(fā)的片選信號(hào)，連接 p2.6，r/w 是讀寫信號(hào)，連接 p2.5，rs 是寄存器選擇信號(hào)，連接 p2.4。圖 3-3 為 lcd1602 的硬件連接。 圖 3-3 lcd1602 的硬件連接 vee 用連接阻值為 10k 的電阻，主要用于調(diào)節(jié)對(duì)比度的調(diào)整。接正電源時(shí)對(duì)比 度最低，接地電源時(shí)，對(duì)比度最高。對(duì)比度過(guò)高時(shí)，會(huì)產(chǎn)生“鬼影” 。因此連接一 10k 的電阻用以調(diào)整10。 12 四、四、 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì) 一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)要完成各項(xiàng)功能，首先必須有較完善的硬件做保證。同時(shí)還必須 得到相應(yīng)設(shè)計(jì)合理的軟件的支持，尤其是微機(jī)應(yīng)用高速發(fā)展的今天，許多由硬件完 成的工作，都可通過(guò)軟件編程而代替。甚至有些必須采用很復(fù)雜的硬件電路才能完 成的工作，用軟件編和有時(shí)會(huì)變得很簡(jiǎn)單。因此充分利用其內(nèi)部豐富的硬件資源和 軟件資源。 程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言有三種：機(jī)器語(yǔ)言、匯編語(yǔ)言、高級(jí)語(yǔ)言。本系統(tǒng)運(yùn)用的是高級(jí) 語(yǔ)言所編寫，也就是 c 語(yǔ)言。 4.14.1 主程序設(shè)計(jì)主程序設(shè)計(jì) 從軟件的功能不同可分為四大類：一是檢測(cè)軟件，它是用來(lái)檢測(cè)溫度。二是顯 示部分，用來(lái)顯示所檢測(cè)到的溫度。三是調(diào)控部分，用來(lái)控制馬達(dá)的轉(zhuǎn)速。四是當(dāng) 溫度大于 35，蜂鳴器發(fā)出報(bào)警信號(hào)。每一個(gè)執(zhí)行軟件也就是一個(gè)小的功能執(zhí)行模 塊。這里將各執(zhí)行模塊一一列出，并為每一個(gè)執(zhí)行模塊進(jìn)行功能定義。圖 4-1 為軟 件設(shè)計(jì)流程圖。 13 開始 初始化 溫度檢測(cè) lcd 溫度顯示 結(jié)束 馬達(dá)帶動(dòng) 風(fēng)扇 發(fā)出警報(bào) 信號(hào) 大于 20 度大于 35 度 小于 20 度 圖 4-1 軟件設(shè)計(jì)流程圖 4.24.2 溫度檢測(cè)溫度檢測(cè) 4.2.1 讀取溫度設(shè)計(jì) dsl8b20 可以從單總線獲取電源，當(dāng)信號(hào)線為高電平時(shí)，將能量貯存在內(nèi)部電 容器中；當(dāng)單信號(hào)線為低電平時(shí)，將該電源斷開，直到信號(hào)線變?yōu)楦唠娖街匦陆由?寄生電源為止。此外，還可外接 5 v 電源，給 ds18b20 供電11。圖 4-2 14 圖 4-2 ds18b20 讀取溫度流程圖 讀取溫度子程序的主要功能是讀出 ram 中的 9 個(gè)字節(jié)，在讀出時(shí)需進(jìn)行 crc 校 驗(yàn)，校驗(yàn)有錯(cuò)時(shí)不進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的改寫。ds18b20 的各個(gè)命令對(duì)時(shí)序的要求特別嚴(yán) 格，所以必須按照所要求的時(shí)序才能達(dá)到預(yù)期的目的，同時(shí)，要注意讀進(jìn)來(lái)的是高 低位在后，低位在前，共 12 位數(shù)，小數(shù) 4 位，整數(shù) 7 位，還有一位符號(hào)位。讀取溫 度的主程序如下： unsigned int readtemperature(void) unsigned char a=0; unsigned int b=0; unsigned int t=0; init_ds18b20(); writeonechar(0xcc); / 跳過(guò)讀序號(hào)列號(hào)的操作 writeonechar(0x44); / 啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換 delay(200); init_ds18b20(); writeonechar(0xcc); /跳過(guò)讀序號(hào)列號(hào)的操作 writeonechar(0xbe); /讀取溫度寄存器等（共可讀 9 個(gè)寄存器） 前兩個(gè)就是 15 溫度 a=readonechar(); /低位 b=readonechar(); /高位 b4; templ=temp templ=templ*6/10;/小數(shù)近似處理 flag_get=0; 4.34.3 液晶顯示器液晶顯示器 lcd1602lcd1602 4.3.1 lcd1602 初始化 端口定義如下： 17 sbit rs = p24;/pin4 sbit rw = p25; /pin5 sbit e = p26;/pin6 #define data p0 /數(shù)據(jù)端口 函數(shù)顯示子碼：用數(shù)組和指針將字符逐個(gè)顯示出來(lái)13。 /*/ void showchar(unsigned char pos,unsigned char c) unsigned char p; if (pos=0x10) p=pos+0xb0; /是第二行則命令代碼高 4 位為 0xc else p=pos+0x80; /是第二行則命令代碼高 4 位為 0x8 writecommand (p);/write command writedata (c); /write data /* */ void showstring (unsigned char line,char *ptr) unsigned char l,i; l=line20) mdelay(30); fan=0; mdelay(150);/占空比為 0.9375 4.54.5 報(bào)警器的啟動(dòng)報(bào)警器的啟動(dòng) 當(dāng)溫度低于 35時(shí)，蜂鳴器不工作。當(dāng)檢測(cè)到的溫度高于 35時(shí)，蜂鳴器發(fā)出 頻率為 2hz 的報(bào)警聲。 報(bào)警聲控制的主程序如下： if(temph35) /產(chǎn)生報(bào)警信號(hào) 19 tru=0; mdelay(10); 頻率為 2hz fan=0; mdelay(150); 五、五、總結(jié)總結(jié) 通過(guò)這次對(duì)大棚溫度自動(dòng)控制的設(shè)計(jì)與制作，讓我們合作完成了一個(gè)完整的設(shè) 計(jì)，雖然這次的實(shí)習(xí)做的溫度顯示以及馬達(dá)的控制都相對(duì)比較簡(jiǎn)單，但是也給將來(lái) 進(jìn)入硬件開發(fā)有了一個(gè)起點(diǎn)的基礎(chǔ)。在這次實(shí)習(xí)的過(guò)程，剛開始的時(shí)候，真的有點(diǎn) 不知所措，因?yàn)閷W(xué)習(xí)完單片機(jī)已有數(shù)日，以及微機(jī)原理課程，一些知識(shí)已忘記。幸 好有三個(gè)星期的時(shí)間來(lái)準(zhǔn)備。畫電路原理圖，一開始就覺(jué)得有點(diǎn)煩，因?yàn)?protues 軟件安裝的版本較低，做起來(lái)非常的費(fèi)時(shí)又費(fèi)力，一些芯片，還不可以仿真。常常 有解決不了的問(wèn)題，就上網(wǎng)查詢，或者閱覽資料書。雖然這項(xiàng)工作枯燥無(wú)味，但鍛 煉了我們的意志，耐性，堅(jiān)韌，和團(tuán)隊(duì)協(xié)作的能力。因?yàn)槌?huì)碰到很難解決的問(wèn)題， 所以要堅(jiān)持不懈。這次設(shè)計(jì)是一個(gè)學(xué)習(xí)新知識(shí)、鞏固加深所學(xué)課本理論知識(shí)的過(guò)程， 它培養(yǎng)了我們綜合運(yùn)用知識(shí)的能力，獨(dú)立思考和解決問(wèn)題的能力。它不僅加深了我 對(duì)單片機(jī)技術(shù)課程的理解，還讓我感受到了電子設(shè)計(jì)的樂(lè)趣，也讓我更好的運(yùn)用 word 文檔，對(duì)我來(lái)說(shuō)，這次課程設(shè)計(jì)是非常有意義的。 任務(wù)分配：本設(shè)計(jì)由闞侃同學(xué)完成硬件電路設(shè)計(jì)，由曹東同學(xué)完成程序編譯， 由詹躍斌同學(xué)完成報(bào)告編寫，本設(shè)計(jì)是由小組三人通力合作完成的一份課程設(shè)計(jì)。 1 六、六、參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) 1 謝自美，尹仕，肖看，趙云娣，羅杰.電子線路綜合設(shè)計(jì)m.武漢：華中科 技大學(xué)出版社, 2007. 2 楊旭方.單片機(jī)控制與應(yīng)用實(shí)訓(xùn)教程m.北京: 電子工業(yè)出版社, 2010.5. 3 夏繼強(qiáng). 單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)培訓(xùn)教程m.北京：北京航空航天大學(xué)出版社, 2008. 4 高峰.單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)與接口技術(shù)m.北京：科學(xué)出版社.2003 5 李廣弟, 朱月秀, 王秀山. 單片機(jī)基礎(chǔ)m.北京：北京航空航天大學(xué)出版 社, 2001.7. 6 胡漢才.單片機(jī)原理及其接口技術(shù)m.北京: 清華大學(xué)出版社, 2004 7 求是科技.單片機(jī)典型模塊設(shè)計(jì)實(shí)例導(dǎo)航m.北京: 人民郵電出版社, 2004 8 王化詳,張淑英.傳感器原理m天津: 天津大學(xué)出版社, 2002.5 9 王港元.電工電子實(shí)踐指導(dǎo)m江西: 江西科學(xué)技術(shù)出版社, 2005.6 10 楊素行著.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)(第二版) m.北京: 高等教育出版社, 2006. 11 陳靜.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中的編程語(yǔ)言j.淮北職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào).2009.8(1): 43-44. 12 仝慶華.基于 proteus 單片機(jī)虛擬實(shí)驗(yàn)室j.山西大同大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué) 版).2009.25(2):23-25. 13 包敬海，侯昭武，吳國(guó)輝.基于 at89c52 單片機(jī)設(shè)計(jì)智能鍋爐控制系統(tǒng)j. 北京中國(guó)科技信息.2009 14 周紅麗，張?zhí)扉_等基于單片機(jī)的九路溫度監(jiān)控系統(tǒng)j 青島：微計(jì)算 機(jī)信息2008. 15 劉華東,張亞華.單片機(jī)原理與應(yīng)用(第二版)m.北京:電子工業(yè)出版社. 2006:1-5. 2 附錄附錄 a a *- 名稱：基本單片機(jī) at89c52 的大棚溫度自控系統(tǒng) -*/ #include #include“stdio.h“ #include #include #include“l(fā)cd1602.h“ #define uchar unsigned char #define uint unsigned int; /*/ /* 定義端口 */ /*/ sbit dq=p13;/ds18b20 端口 sbit fan=p15; /風(fēng)扇端口 sbit tru=p17;/喇叭的端口 sfr dataled=0x80;/顯示數(shù)據(jù)端口 /*/ /* 全局變量 */ /*/ uint temp,i,temph; uchar flag_get,count,num,minute,second,x; long str6; 3 /*/ /* 函數(shù)聲明 */ /*/ void delay1(uchar ms); unsigned int readtemperature(void); void init_ds18b20(void); unsigned char readonechar(void); void writeonechar(unsigned char dat); void delay(unsigned int i); /*/ /* 延時(shí)函數(shù)聲明 */ /*/ void mdelay(unsigned char j) unsigned int i; for(;j0;j-) for(i=0;i20) mdelay(10); fan=0; mdelay(150); 5 for(i=1;i4; templ=temp templ=templ*6/10;/小數(shù)近似處理 flag_get=0; /*/ /* 定時(shí)器中斷 */ /*/ 6 void tim(void) interrupt 1 using 1/中斷，用于溫度檢測(cè)間隔 th0=0xef;/定時(shí)器重裝值 tl0=0xf0; num+; if (num=50) num=0; flag_get=1;/標(biāo)志位有效 second+; if(second=60) second=0; /*/ /* 延時(shí)函數(shù) */ /*/ void delay(unsigned int i)/延時(shí)函數(shù) while(i-); /*/ /* 初始化 */ /*/ void init_ds18b20(void) unsigned char x=0; dq = 1; /dq 復(fù)位 delay(8); /稍做延時(shí) 7 dq = 0; /單片機(jī)將 dq 拉低 delay(80); /精確延時(shí) 大于 480us dq = 1; /拉高總線 delay(10); x=dq; /稍做延時(shí)后 如果 x=0 則初始化成功 x=1 則初始化失敗 delay(5); /*/ /* 讀一個(gè)字節(jié) */ /*/ unsigned char readonechar(void) unsigned char i=0; unsigned char dat = 0; for (i=8;i0;i-) dq = 0; / 給脈沖信號(hào) dat=1; dq = 1; / 給脈沖信號(hào) if(dq) dat|=0x80; delay(5); return(dat); /*/ /* 寫一個(gè)字節(jié) */ /*/ void writeonechar(unsigned char dat) unsigned char i=0; 8 for (i=8; i0; i-) dq = 0; dq = dat delay(5); dq = 1; dat=1; delay(5); /*/ /* 讀取溫度 */ /*/ unsigned int readtemperature(void) unsigned char a=0; unsigned int b=0; unsigned int t=0; init_ds18b20(); writeonechar(0xcc); / 跳過(guò)讀序號(hào)列號(hào)的操作 writeonechar(0x44); / 啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換 delay(200); init_ds18b20(); writeonechar(0xcc); /跳過(guò)讀序號(hào)列號(hào)的操作 writeonechar(0xbe); /讀取溫度寄存器等（共可讀 9 個(gè)寄存器） 前兩個(gè)就是溫度 a=readonechar(); /低位 b=readonechar(); /高位 b #include #include sbit rs = p24;/pin4 sbit rw = p25; /pin5 sbit e = p26;/pin6 #define data p0 /數(shù)據(jù)端口 unsigned char tem5; unsigned char secondline unsigned char firstline unsigned c