基于單片機(jī)的多點溫濕度檢測系統(tǒng)設(shè)計 光電信息工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計 畢業(yè)論文.doc

本科畢業(yè)設(shè)計本科畢業(yè)設(shè)計 論文論文 題目 題目 基于單片機(jī)的多點溫濕度檢測系統(tǒng)設(shè)計基于單片機(jī)的多點溫濕度檢測系統(tǒng)設(shè)計 院 系 院 系 光電工程學(xué)院光電工程學(xué)院 專專 業(yè)業(yè) 光電信息工程光電信息工程 班班 級級 070107 姓姓 名名 蘇蘇 波波 學(xué)學(xué) 號號 070107113 導(dǎo)導(dǎo) 師師 劉寶元劉寶元 2011 年年 6 月月 10 日日 I 基于單片機(jī)的多點溫濕度檢測系統(tǒng)設(shè)計基于單片機(jī)的多點溫濕度檢測系統(tǒng)設(shè)計 摘摘 要要 溫濕度在線監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用是非常廣泛的 例如 糧庫 機(jī)房 檔案館等場所 在這些場所 必須控制溫度及相對濕度這兩個物理量在一定的范圍內(nèi) 不能過高 也不能過低 由于糧庫 機(jī)房 檔案館等場所對于溫濕度的特殊要求 這些地點需 要裝有溫濕度在線監(jiān)控系統(tǒng) 由用戶根據(jù)環(huán)境要求設(shè)定系統(tǒng)的溫濕度閾值 當(dāng)系統(tǒng) 監(jiān)測到的溫濕度值超過閾值時 自動啟動空氣溫濕度調(diào)節(jié)設(shè)備 當(dāng)環(huán)境溫濕度值降 到設(shè)定范圍內(nèi) 溫濕度調(diào)節(jié)設(shè)備停止工作 本文設(shè)計的多通道溫 濕度檢測系統(tǒng)利用單片機(jī) AT89C51 作控制器 采用數(shù)字式 傳感器進(jìn)行溫濕度測量 實現(xiàn)多地點的溫 濕度實時檢測和顯示功能 能方便地應(yīng)用 于各種溫濕度檢測場合 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞 倉庫機(jī)房 溫濕度傳感器 單片機(jī) AT89S52 II Abstract Temperature and humidity line monitoring and control system is very extensive for example grain storage engine room archives and other places In these places must control the temperature and relative humidity of these two physical quantities in a certain range not too high nor too low The grain depots engine room archives and other places special requirements for temperature and humidity these sites require online monitoring system equipped with temperature and humidity according to environmental requirements set by the user system the threshold temperature and humidity When the system detects the temperature and humidity value exceeds the threshold value automatically activated air temperature and humidity conditioning When the ambient temperature and humidity values down to set the range temperature and humidity conditioning stopped working This design of multi channel temperature and humidity detection system using microcontroller AT89C51 as the controller the use of digital sensor for temperature and humidity measurements multi site temperature humidity and display real time detection can be easily applied to a variety of temperature and humidity testing occasions Key words storage room temperature and humidity sensors microcontroller AT89S52 III 目目 錄錄 摘要摘要 I AbstractAbstract II 1 1 緒緒 論論 1 1 1 研究背景及意義 1 1 2 國內(nèi)外發(fā)展情況 1 1 3 系統(tǒng)的主要性能指標(biāo) 2 1 4 主要工作任務(wù) 2 1 5 本章小結(jié) 2 2 2 系統(tǒng)方案選擇和工作原理系統(tǒng)方案選擇和工作原理 3 2 1 系統(tǒng)綜述 3 2 2 系統(tǒng)設(shè)計方案選擇 4 2 3 系統(tǒng)工作原理 4 2 4 本章小結(jié) 5 3 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計系統(tǒng)硬件設(shè)計 6 3 1 AT89S52 構(gòu)成的最小系統(tǒng) 6 3 1 1 晶振電路 6 3 1 2 復(fù)位電路 7 3 2 溫濕度傳感器的選擇 7 3 2 1 溫濕測量相關(guān)概念 8 3 2 2 溫濕度傳感器的選擇 9 3 2 3 SHT11 的工作原理 10 3 2 4 SHT11 的傳輸特性 12 3 2 5 C 總線簡介 13 2 I 3 3 溫濕度測量電路的設(shè)計 14 3 4 顯示電路設(shè)計 15 3 5 報警電路設(shè)計 17 3 6 鍵盤電路設(shè)計 18 3 7 本章小結(jié) 19 4 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計系統(tǒng)軟件設(shè)計 20 IV 主程序流程圖主程序流程圖 20 結(jié)結(jié) 論論 21 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) 22 致謝致謝 23 畢業(yè)設(shè)計 論文 知識產(chǎn)權(quán)聲明畢業(yè)設(shè)計 論文 知識產(chǎn)權(quán)聲明 24 畢業(yè)設(shè)計 論文 獨創(chuàng)性聲明畢業(yè)設(shè)計 論文 獨創(chuàng)性聲明 25 附錄附錄 26 附附 錄錄 A A 系統(tǒng)仿真圖系統(tǒng)仿真圖 26 附錄附錄 B B 系統(tǒng)實物圖系統(tǒng)實物圖 27 1 緒論 1 1 緒緒 論論 1 11 1 研究背景研究背景及意義及意義 防潮 防霉 防腐 防爆是倉庫日常工作的重要內(nèi)容 是衡量倉庫管理質(zhì)量的 重要指標(biāo) 它直接影響到儲備物資的使用壽命和工作可靠性 為保證日常工作的順 利進(jìn)行 首要問題是加強(qiáng)倉庫內(nèi)溫度與濕度的監(jiān)測工作 但傳統(tǒng)的方法是用與濕度 表 毛發(fā)濕度表 雙金屬式測量計和濕度試紙等測試器材 通過人工進(jìn)行檢測 對 不符合溫度和濕度要求的庫房進(jìn)行通風(fēng) 去濕和降溫等工作 這種人工測試方法費 時費力 效率低 且測試的溫度及濕度誤差大 隨機(jī)性大 因此我們需要一種造價 低廉 使用方便且測量準(zhǔn)確的溫濕度測量儀 濕度和溫度是眾多領(lǐng)域中需要檢測的重要環(huán)境參數(shù) 不僅在工業(yè) 現(xiàn)代農(nóng)業(yè) 還是在氣象衛(wèi)星 倉庫保管等領(lǐng)域 對溫度和濕度的測量都是隨處可見的 對溫度 和濕度的測量與監(jiān)控也是十分有意義的 對濕度和溫度進(jìn)行合理有效的調(diào)控不僅可 以節(jié)約能源還更有利各行業(yè)安全健康的發(fā)展 溫度是一個非常重要的物理量 因為它直接影響燃燒 化學(xué)反應(yīng) 發(fā)酵 烘烤 煅燒 蒸餾 濃度 擠壓成形 結(jié)晶以及空氣流動等物理和化學(xué)過程 溫度控制失 誤就可能引起生產(chǎn)安全 產(chǎn)品質(zhì)量 產(chǎn)品產(chǎn)量等一系列問題 因此對溫度的檢測的 意義就越來越大 溫度采集控制系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn) 科學(xué)研究和人們的生活領(lǐng)域中 得到了廣泛應(yīng)用 在工業(yè)生產(chǎn)過程中 很多時候都需要對溫度進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)控 以 使得生產(chǎn)能夠順利的進(jìn)行 產(chǎn)品的質(zhì)量才能夠得到充分的保證 使用自動溫度控制 系統(tǒng)可以對生產(chǎn)環(huán)境的溫度進(jìn)行自動控制 保證生產(chǎn)的自動化 智能化能夠順利 安全進(jìn)行 從而提高企業(yè)的生產(chǎn)效率 倉庫儲藏領(lǐng)域必須對濕度和溫度進(jìn)行檢測與控制 國家的儲備糧倉庫對溫度濕 度控制更是非常嚴(yán)格的 如果儲藏糧油等副食品地方的濕度過大 溫度過高 就容 易導(dǎo)致儲藏的糧食發(fā)霉變質(zhì) 這些地方的溫濕度一旦出現(xiàn)問題 不僅僅是糧食資源 的浪費 更關(guān)乎到市場供應(yīng) 社會秩序的安全與穩(wěn)定 故而 需要定期的對倉庫內(nèi) 的溫濕度值進(jìn)行監(jiān)測 1 21 2 國內(nèi)外發(fā)展情況國內(nèi)外發(fā)展情況 溫度傳感器是最早開發(fā) 應(yīng)用最廣的一類傳感器 溫度傳感器的市場份額大大 超過了其他的傳感器 從 17 世紀(jì)初人們開始利用溫度進(jìn)行測量 在半導(dǎo)體技術(shù)的支 持下 本世紀(jì)相繼開發(fā)了半導(dǎo)體熱電偶傳感器 PN 結(jié)溫度傳感器和集成溫度傳感器 與之相應(yīng) 根據(jù)波與物質(zhì)的相互作用規(guī)律 相繼開發(fā)了聲學(xué)溫度傳感器 紅外傳感 器和微波傳感器 近年來 國內(nèi)外在濕度和溫度傳感器研發(fā)領(lǐng)域取得了長足進(jìn)步 溫濕傳感器正從結(jié)構(gòu)復(fù)雜 功能簡單向集成化 智能化 多參數(shù)檢測的方向迅速發(fā) 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 論文 2 展 為開發(fā)新一代溫濕度測控系統(tǒng)創(chuàng)造了有利條件 也將溫度 濕度測量技術(shù)提高 到新的水平 國內(nèi)測量溫濕度常采用的主要方法有 溫 阻 法和 濕 阻 法 即采用電阻型的溫濕度傳感器 利用其阻值隨溫濕度的變化測定空氣的溫度和相對濕 度 受傳感 器靈敏度的限制 這類溫濕度儀器的精度不可能很高 一般條件下還可以滿足需要 但 是在環(huán)境實驗設(shè)備等對精度要求頗高的場合就難以滿足要求了 目前 國外對溫濕度傳感器技術(shù)的研究也有了較大的進(jìn)展 特別是用電阻式溫 濕傳感器發(fā)展更快 人們不僅在電阻式陶瓷溫濕度傳感器特性方面做了大量工作 而且在高分子電阻式濕度傳感器上做出可喜的研究成果 1 31 3 系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)系統(tǒng)的主要性能指標(biāo) 根據(jù)糧倉環(huán)境 設(shè)計本產(chǎn)品的主要技術(shù)指標(biāo)為 1 測溫范圍 20 45 濕度測量范圍為 0 100 Rh 2 溫度測量精度 0 5 C 3 濕度測量誤差 4 Rh 4 可設(shè)置上 下限報警值 當(dāng)溫濕度超過閾值時 發(fā)出報警信號 5 電源工作范圍 DC4 5 5 5V 1 41 4 主要工作任務(wù)主要工作任務(wù) 在對各類濕度 溫度傳感器原理介紹的基礎(chǔ)上 根據(jù)本畢業(yè)設(shè)計實際的任務(wù)要 求 完成溫濕度傳感器芯片的選型 系統(tǒng)芯片的選擇 并設(shè)計顯示接口電路 電源 電路 報警電路 部分功能電路的程序 系統(tǒng)開始工作后 根據(jù)初始條件讀取濕度 值和溫度值 測量數(shù)據(jù)經(jīng)處理后 將其與設(shè)定的濕溫度值比較 如果發(fā)現(xiàn)當(dāng)前的溫 濕度超限 則發(fā)出報警信號 未超限時 系統(tǒng)顯示正常的濕溫度值 1 完成多點溫濕度檢測系統(tǒng)總體方案設(shè)計 2 選擇器件 進(jìn)行軟件設(shè)計 3 完成實驗板調(diào)試 給出 PCB 圖 1 51 5 本章小結(jié)本章小結(jié) 本章主要介紹了所選課題的研究意義 國內(nèi)外溫濕度測量的發(fā)展趨勢 系統(tǒng)的 主要性能指標(biāo) 及主要工作任務(wù) 溫濕度監(jiān)測是本設(shè)計的核心 也是以后各章節(jié)著 重介紹的內(nèi)容 2 系統(tǒng)方案選擇和工作原理 3 2 系統(tǒng)方案選擇和工作原理系統(tǒng)方案選擇和工作原理 2 12 1 系統(tǒng)綜述系統(tǒng)綜述 根據(jù)本設(shè)計第一章要求的性能指標(biāo) 方案設(shè)計時不僅要考慮怎么樣實現(xiàn)測量一 定精度的溫濕度信號值的基本功能 還要考慮溫濕度超過閾值時系統(tǒng)的報警功能 根據(jù)設(shè)計要實現(xiàn)的功能 還要考慮系統(tǒng)控制芯片擴(kuò)展口的分配 選擇 AT89S52 單片 機(jī)就能夠滿足設(shè)計要求 AT89S52 單片機(jī)的 P10 口為報警控制口 X1 X2 作為晶振 回路端口 RESET 口作為復(fù)位電路接口 最后還要考慮設(shè)計系統(tǒng)選擇元器件的成本 作為家庭用的環(huán)境檢測類儀器 系統(tǒng)工作的可靠性 實用性 長久性指標(biāo)也是系統(tǒng) 在設(shè)計時值得考慮的幾個因素 2 22 2 系統(tǒng)設(shè)計方案選擇系統(tǒng)設(shè)計方案選擇 根據(jù)目前國內(nèi)外市場上常用的各種溫濕度檢測儀器 結(jié)合本設(shè)計的設(shè)計任務(wù)要 求 能實現(xiàn)本設(shè)計要求的方案基本上有以下三種 1 純模式 這種方案所有的電路均采用模擬電路構(gòu)成 包括濕度 溫度信號的采樣 放大 電路 報警電壓的電位調(diào)節(jié)設(shè)置 模擬比較器的選用以及驅(qū)動超限報警電路 模擬 的電磁結(jié)構(gòu)的指針式顯示電路等 盡管這種電路也能起到溫度 濕度的實時測量與 報警 但是不能獲得濕度 溫度的歷史數(shù)據(jù) 顯示方式也不夠直觀 在抗干擾性能 上由于電路沒有足夠的判斷能力可能會增加誤報警從而引起錯誤動作 而且在價格 上也無優(yōu)勢可言 由上述原理構(gòu)成的這類儀表被稱之為第一代儀表 目前設(shè)計的儀 表中極少使用這類結(jié)構(gòu) 2 數(shù)字式 這種方案在信號的采樣 放大電路 報警設(shè)置以及報警電路等環(huán)節(jié)與第一種方 案區(qū)別不大 只是在放大電路后采用了 A D 轉(zhuǎn)換電路 它將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量 然后經(jīng)過驅(qū)動電路進(jìn)行數(shù)碼顯示 它最大的好處是顯示直觀 這是模擬式產(chǎn)品向智 能式產(chǎn)品過渡的中間型產(chǎn)品 屬于第二代儀表 在上個世紀(jì) 80 年代的設(shè)計中大都采 用這本種結(jié)構(gòu)的方案 在日常生活中看到的大都是未被替換的產(chǎn)品 在目前的設(shè)計 中 基本上是不采用這種方案的 3 智能式 這是目前檢測類儀器首選的方案 利用目前成熟的計算機(jī)技術(shù) 依靠計算機(jī)強(qiáng) 大的處理能力 對數(shù)據(jù)前向通道采集到的濕度 溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷 處理 存儲 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 論文 4 并可采用十分簡單的方法通過顯示驅(qū)動芯片將顯示信息送出進(jìn)行數(shù)碼顯示 對測量 所得結(jié)果超限時的報警處理可以按照測量時間的不同情況分別設(shè)置不同的報警值 系統(tǒng)將會對測量回路巡回監(jiān)測 常規(guī)的環(huán)境參數(shù)中 濕度是最難準(zhǔn)確測量的一個參數(shù) 用干濕球濕度計或毛發(fā) 濕度計來測量濕度的方法 早已無法滿足現(xiàn)代科技發(fā)展的需要 這是因為測量濕度 要比 測量溫度復(fù)雜的多 溫度是個獨立的被測量 而濕度卻受其他因素 大氣壓強(qiáng) 溫 度 的影響 所以濕度的測量比溫度的測量要復(fù)雜的多 目前國內(nèi)外對溫度和濕度測量產(chǎn)品有很多 但是大部分的產(chǎn)品都是用紅外熱輻 射的傳感器制作的 這種產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜 價格昂貴并不適用于糧倉 本設(shè)計使用比 較常見的溫度濕度傳感器和價格便宜的電子元器件 實現(xiàn)檢測系統(tǒng)的智能化 它還 具有較高的安全性 可靠性 適用于一般的家庭 鑒于國外歐美等國家微電子技術(shù) 的發(fā)展 在不少的測試領(lǐng)域 將一個系統(tǒng)的所有電路 包括 CPU 都集成在一塊芯片 上 構(gòu)成一個集成的系統(tǒng) 況且這也是目前儀表發(fā)展的方向 所以本設(shè)計采用集成 芯片 SHT11 作為溫濕度傳感器 鑒于以上情況 本課題考慮到國內(nèi)目前的現(xiàn)狀 構(gòu) 成器件的來源以及微電子技術(shù)的發(fā)展趨勢 本設(shè)計決定采用智能化的設(shè)計方案設(shè)計 從節(jié)約能源和成本及使用方便的角度考慮 每一個設(shè)計都要本著滿足設(shè)計要求 的前提下 盡量簡單方便快捷的設(shè)計 這個原則適用各個領(lǐng)域 由于各種不可克服 的誤差和適用環(huán)境的影響 檢測儀表都存在一定的誤差 不過我們還要竭盡所能的 降低誤差 提高設(shè)計的精度 2 32 3 系統(tǒng)工作原理系統(tǒng)工作原理 根據(jù)本課題的設(shè)計要求 本系統(tǒng)的原理結(jié)構(gòu)框圖如圖 2 1 所示 AT89S52 單 片 機(jī) 報警電路 SHT11 溫濕度傳感器 穩(wěn)壓電路 顯示電路 復(fù)位電路 晶振回路 鍵盤 圖 2 1 該測量系統(tǒng)的核心是 AT89S52 單片機(jī) 濕度和溫度信號檢測可以使用傳統(tǒng)的電 阻式溫濕傳感器測量 也可以采用集成的智能溫濕傳感器芯片測量 集成傳感器芯 片內(nèi)部自帶有信號放大電路 放大電路是提高單片機(jī)對信號進(jìn)行識別的有效方法 而且在復(fù)雜電路的各種設(shè)計領(lǐng)域中是最常用也是必須要采用的方法 由溫濕度傳感 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 論文 5 器檢測到的溫濕度信號經(jīng)過芯片內(nèi)部的 A D 轉(zhuǎn)換電路 將模擬信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號 后通過C 總線輸入通道傳送給單片機(jī) 為了提高測量的精度 提高信號的轉(zhuǎn)換質(zhì) 2 I 量 作為模擬信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號的 A D 轉(zhuǎn)換器 對其本身的性能要求也很高 因 此傳感器芯片內(nèi)要有性能良好的 A D 轉(zhuǎn)換器 作為智能化的檢測儀器 由 LCD1602 實現(xiàn)的顯示器使人們直觀的觀看到測量到的溫度和濕度的值 在本設(shè)計系統(tǒng)中 正 常情況下 顯示電路可以實時的顯示糧倉內(nèi)的溫度和濕度 當(dāng)溫度濕度超過閾值時 報警電路可以立即發(fā)出警報 以便實現(xiàn)糧倉溫度和濕度的調(diào)整 2 42 4 本章小結(jié)本章小結(jié) 本章介紹了設(shè)計測量儀器的三種方式 最傳統(tǒng)的是純模式 隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步 采用這 種設(shè)計方案設(shè)計出來的產(chǎn)品由于自身的缺陷性已滿足不了當(dāng)今社會的要求 所以基本上被淘汰 了 數(shù)字式檢測儀表目前在實際應(yīng)用中也很少用到 智能式是目前檢測儀表設(shè)計采用的主流方 案 也是本設(shè)計選用的方式 根據(jù)設(shè)計要求 本章對系統(tǒng)工作的原理也做了簡要說明 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 論文 5 3 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計系統(tǒng)硬件設(shè)計 3 13 1 AT89S52AT89S52 構(gòu)成的最小系統(tǒng)構(gòu)成的最小系統(tǒng) 單片機(jī)是一種集成在電路芯片 是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理 能力的中央處理器 CPU 隨機(jī)存儲器 RAM 只讀存儲器 ROM 多種 I O 口和中斷系統(tǒng) 定時器 計時器等功能 可能還包括顯示驅(qū)動電路 脈寬調(diào)制電路 模擬多路轉(zhuǎn)換器 A D 轉(zhuǎn)換器等電路 集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個小而完善的計算機(jī)系統(tǒng) 在測控 領(lǐng)域 使用最多還是 Intel 公司的 MCS 51 系列單片機(jī) MCS 51 系列單片機(jī)是 8 位 增強(qiáng)型 其主要的技術(shù)特征是為單片機(jī)配置了完善的外部并行總線和具有多級識別 功能的串行通訊接口 UART 規(guī)范了功能單元的 SFR 控制模式及適應(yīng)控制器特點的 布爾處理和指令系統(tǒng) 由于單片機(jī)具有較高的性能比 國內(nèi)尤以 MCS 51 系列單片機(jī) 應(yīng)用最為廣泛 此系列單片機(jī)易于開發(fā) 使用靈活 而且體積小 抗干擾能力強(qiáng) 可以兼容種類眾多的支持芯片 較為豐富的軟件資源 可以工作于各種惡劣的條件 下 工作穩(wěn)定等特點 考慮到本系統(tǒng)的需要 因此本設(shè)計選用 MCS 51 系列的 AT89S52 單片機(jī)作為本系統(tǒng)的 CPU 由 AT89S52 單片機(jī)為核心的單片機(jī)最小系統(tǒng)包括 晶振電路和復(fù)位電路 3 1 13 1 1 晶振電路晶振電路 晶振電路的主要任務(wù)是為 AT89S52 單片機(jī)正常工作需要的時鐘電路提供一個穩(wěn) 定的工作頻率 根據(jù) AT89S52 單片機(jī)時鐘周期的要求 回路需要選用頻率為 12MHz 的晶振 晶振回路由電容和陶瓷諧振器并聯(lián)組成 作為單片機(jī)的時鐘源 AT89S52 內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器 此放大器的輸入和輸出端分別是 引腳 XTAL1 和 XTAL2 在 XTAL1 和 XTAL2 端口接上時鐘電源即可構(gòu)成時鐘電路 本設(shè) 計中采用內(nèi)部時鐘產(chǎn)生方式 如圖 3 2 所示 在 XTAL1 和 XTAL2 兩端跨接晶振 與 內(nèi)部的反相器構(gòu)成穩(wěn)定的自激振蕩器 其發(fā)出的時鐘脈沖直接送入單片機(jī)內(nèi)定時控 制部件 電容 C8 和 C9 對頻率有微調(diào)作用 電容 C8 和 C9 應(yīng)盡可能的安裝在單片 機(jī)芯片附近 以減少寄生電容 保證振蕩器穩(wěn)定可靠的工作 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計 6 圖 2 2 晶振電路 3 1 23 1 2 復(fù)位電路復(fù)位電路 復(fù)位電路的功能就是對 CPU 進(jìn)行實時檢測 當(dāng) CPU 落入死循環(huán)之后 能及時發(fā) 現(xiàn)并使整個系統(tǒng)復(fù)位 為確保微機(jī)系統(tǒng)中電路穩(wěn)定可靠工作 復(fù)位電路是必不可 少的一部分 復(fù)位電路的第一功能是上電復(fù)位 一般微機(jī)電路正常工作需要供電 電源為 5V 5 即 4 75 5 25V 由于微機(jī)電路是時序數(shù)字電路 它需要穩(wěn)定的 時鐘信號 因此在電源上電時 只有當(dāng)VCC 超過 4 75V 低于 5 25V 以及晶體振 蕩器穩(wěn)定工作時 復(fù)位信號才被撤除 微機(jī)電路開始正常工作 復(fù)位電路工作原理如右圖所示 VCC 上電時 C 充電 在 1K 電阻上出現(xiàn)電 壓 使得單片機(jī)復(fù)位 幾個毫秒后 C 充滿 1K 電阻上電流降為 0 電壓也為 0 使得單片機(jī)進(jìn)入工作狀態(tài) 工作期間 按下S C 放電 S 松手 C 又充電 在 1K 電阻上出現(xiàn)電壓 使得單片機(jī)復(fù)位 幾個毫秒后 單片機(jī)進(jìn)入工作狀態(tài) 復(fù)位電路圖 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計 6 3 23 2 溫濕度溫濕度傳感器的選擇傳感器的選擇 溫濕度的測量在倉儲管理 工業(yè)生產(chǎn)制造 智能化建筑 科學(xué)研究及日常生活 中被廣泛應(yīng)用 傳統(tǒng)的模擬式濕度傳感器需設(shè)計信號調(diào)理電路并需要經(jīng)過復(fù)雜的校 準(zhǔn) 標(biāo)定過程 測量精度難以得到保證 且在線性度 重復(fù)性 互換性 一致性等 方面往往不盡人意 并且糧倉環(huán)境中的溫度都在 20 45 之間 所以選用智能 化的集成溫濕度傳感器芯片 SHT11 可以滿足我們的設(shè)計要求 濕度 表示大氣干燥程度的物理量 在一定的溫度下在一定體積的空氣里含有 的水汽越少 則空氣越干燥 水汽越多 則空氣越潮濕 空氣的干濕程度叫做 濕 度 在此意義下 常用絕對濕度 相對濕度 比較濕度 混合比 飽和差以及露點 等物理量來表示 若表示在濕蒸汽中液態(tài)水分的重量占蒸汽總重量的百分比 則稱 之為蒸汽的濕度 濕度傳感器是指檢測外界環(huán)境濕度的傳感器 它將所測環(huán)境中的 濕度信號轉(zhuǎn) 換為便于處理 顯示 記錄的電 頻率 信號 濕度傳感器在倉貯 工業(yè)生產(chǎn) 過 程控制 環(huán)境監(jiān)測 家用電器 氣象等方面有著廣泛的應(yīng)用 溫度傳感器是指檢測 外界溫度的傳感器 它將所測環(huán)境中的溫度信號轉(zhuǎn)換為便于處理 顯示 記錄的電 頻率 信號等 在很多領(lǐng)域都有普遍的應(yīng)用 濕度 溫度傳感器是本設(shè)計中核心的器件 其感濕溫特性直接決定了本設(shè)計的 性能指標(biāo) 濕度傳感器的種類有很多 大致可以分為物性型 結(jié)構(gòu)型 其他形式三 大類 物性型包括電解質(zhì)系 半導(dǎo)體及陶瓷系 聚合物系 結(jié)構(gòu)型包括毛發(fā)型 腸 膜型 其他形式包括干濕球式 石英振子式 種子法式等等 溫度傳感器從使用的 角度大致可分為接觸式和非接觸式兩大類 前者是讓溫度傳感器直接與待測物體接 觸 來檢測被測物體溫度的變化 而后者是使溫度傳感器與待測物體離開一定的距 離 檢測從待測物體放射出的紅外線 從而達(dá)到測溫的目的 在接觸式和非接觸式 兩大類溫度傳感器中 相比之下運用較多的是接觸式傳感器 非接觸式傳感器一般 在比較特殊的場合才使用 目前在工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究工作中得到廣泛使用的接觸 式溫度傳感器主要是熱電傳感器 它是利用轉(zhuǎn)換元件電磁參數(shù)隨溫度變化的特性 對溫度和與溫度有關(guān)的參量進(jìn)行檢測的裝置 其中將溫度變化轉(zhuǎn)換為電阻變化的稱 熱電阻傳感器 金屬熱電阻式傳感器簡稱熱電阻 半導(dǎo)體熱電阻式傳感器簡稱熱敏 電阻 將溫度變化轉(zhuǎn)換為電動勢變化的稱為熱電偶傳感器 3 2 13 2 1 溫濕測量相關(guān)概念溫濕測量相關(guān)概念 濕度和溫度很久以前就與人類生活存在著密切的關(guān)系 但用數(shù)量來進(jìn)行表示較為 困難 現(xiàn)代科學(xué)對溫濕度測量做出了明確的定義和表示方法 絕對濕度 單位體積 1m3 的氣體中含有水蒸氣的質(zhì)量 g 但是 即使水蒸氣量相同 由于溫度和壓力的變化氣體體積也要發(fā)生變化 即絕對 濕度 D 發(fā)生變化 D 為容積基準(zhǔn) 相對濕度 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計 6 氣體中所含的水蒸氣 e 與氣體飽和時所含的水蒸氣 es 的比 用百分比表 示 但是 溫度和壓力的變化導(dǎo)致飽和水蒸氣氣壓也將隨之而變化 通常在工作和生 活中我們使用的濕度即為相對濕度 飽和水蒸氣壓 Saturation Vapor Pressure 氣體中所含水蒸汽的量是有限度的 達(dá)到限度的狀態(tài)即可稱之為飽和 此時的水 蒸氣壓即稱為飽和水蒸氣壓 此物理量亦隨著溫度 壓力的變化而變化 并且 0 以 下即使同一濕度 與水共存的飽和水蒸氣壓 esw 和與冰共存的飽和水蒸氣壓 esi 的值不同 通常所采用的是與水共存的飽和水蒸氣壓 各溫度對應(yīng)的飽和水 蒸氣壓表在 JIS Z 8806 卷中有記載 露點 溫度較高的氣體其所含水蒸汽也較多 將此氣體冷卻后 其所含水蒸汽的量即使 不發(fā)生變化 但相對濕度也會增加 當(dāng)達(dá)到一定溫度 相對濕度達(dá)到 100 飽和 此時 繼續(xù)進(jìn)行冷卻的話 其中一部分的水蒸氣將凝聚成露 此時的溫度即為露點溫度 露 點在 0 以下結(jié)冰時即為霜點 3 2 23 2 2 溫濕度傳感器的選擇溫濕度傳感器的選擇 濕度傳感器的精度應(yīng)達(dá)到 2 5 Rh 達(dá)不到這個水平很難作為計量器具使 用 濕度傳感器要達(dá)到 2 3 Rh 的精度是比較困難的 通常產(chǎn)品資料中給出的 特性是在常溫 10 20 和潔凈的氣體中測量的 在實際使用中 由于塵土 油污及有害氣體的影響 溫濕度傳感器使用時間一長 容易產(chǎn)生老化 精度下降 所以選擇溫濕度傳感器就要考慮溫濕度傳感器的精度 長期穩(wěn)定性 以及互換性 濕度傳感器的精度水平要結(jié)合其長期穩(wěn)定性去判斷 一般說來 長期穩(wěn)定性和 使用壽命是影響濕度傳感器質(zhì)量的頭等問題 溫濕度傳感器在使用過程中 由于受 到環(huán)境的影響都會產(chǎn)生年漂移 一般情況下年漂移量控制在 1 Rh 水平的產(chǎn)品很少 一般都在 2 Rh 左右 甚至更高 目前 濕度傳感器普遍存在著互換性差的現(xiàn)象 同一型號的傳感器不能互換 嚴(yán)重影響了使用效果 給維修 調(diào)試增加了困難 有些廠家在這方面做出了種種努 力 但互換性仍很差 取得的效果并不明顯 然而溫濕度傳感器的選擇是本設(shè)計的核心問題 傳統(tǒng)的模擬式的溫濕度傳感器 一般都要設(shè)計信號調(diào)理電路并需要經(jīng)過復(fù)雜的校準(zhǔn)和標(biāo)定過程 因此測量精度難以 保證 且在線性度 重復(fù)性 互換性 一致性等方面往往不盡人意 目前國際上新 型傳感器正從模擬式向數(shù)字式 集成化向智能化和網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展 鑒于上述原 因 本系統(tǒng)采用 SHT11 芯片測量溫濕度值 SHT11 是瑞士 Scnsirion 公司推出的基 于 CMOSensTM 技術(shù)的新型溫濕度傳感器 該傳感器將 CMOS 芯片技術(shù)與傳感器技術(shù)完 美的結(jié)合起來 從而發(fā)揮出它們強(qiáng)大的優(yōu)勢互補(bǔ)作用 SHT11 是一款新型的數(shù)字式溫濕度傳感器芯片 SHT11 的外形尺寸僅為 7 6 mm 5 mm 2 5 mm 體積與火柴頭相近 出廠前 每只傳感器都在溫 室中做過精密標(biāo)準(zhǔn)測試 標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)被編成相應(yīng)的程序存入校準(zhǔn)存儲器中 在測量工 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 論文 10 程中可以對相對濕度進(jìn)行自動校準(zhǔn) 它不僅能準(zhǔn)確測量相對濕度 還能測量濕度和 露點 測量相對的范圍是 0 100 分辨率 0 3 Rh 測量溫度的范圍 40 123 8 分辨率為 0 01 測量露點的精度 1 在測量濕度 溫度時 A D 轉(zhuǎn) 換器的位數(shù)分別可達(dá) 12 位 14 位 利用降低分辨力的方法可以提高測量速率 減 小芯片的功耗 該芯片廣泛應(yīng)用于冷暖空調(diào) 汽車 消費電子 自動控制等領(lǐng)域 采用 SHT11 進(jìn)行溫濕度實時監(jiān)測的系統(tǒng)具有精度高 成本低 體積小 接口簡單等 優(yōu)點 另外 SHT11 芯片內(nèi)部集成了 12 14 位 A D 轉(zhuǎn)換器 且采用數(shù)字信號輸出 因此抗干擾能力也比同類芯片高 該芯片在溫濕度監(jiān)測 自動控制等領(lǐng)域均已得到 廣泛應(yīng)用 SHT11 的主要特性如下 將溫濕度傳感器 信號放大調(diào)理 A D 轉(zhuǎn)換 C 總線接口全部集成于一體的芯 2 I 片 COMensTM 技術(shù) 可給出全校準(zhǔn)相對濕度及溫度值輸出 帶有工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的C 總線數(shù)字輸出接口 2 I 具有露點值計算輸出功能 具有卓越的長期穩(wěn)定性 是只讀輸出分辨率為 14 位 溫度值輸出分辨率為 12 位 小體積 7 65 5 08 23 5mm 可表面貼裝 具有可靠的 CRC 數(shù)據(jù)傳輸校驗功能 片內(nèi)裝載的校準(zhǔn)系數(shù)可保證 100 互換性 電源電壓范圍為 2 4 5 5V 電流消耗 測量時為 550 A 休眠時為 3 A 3 2 33 2 3 SHT11SHT11 的工作原理的工作原理 SHT11 的 DATA 引腳在 SCK 時鐘的下降沿之后改變狀態(tài) 并僅在 SCK 時鐘上升沿 后有效 所以 AT89S52 單片機(jī)可以在 SCK 高電平時讀出數(shù)據(jù) 而當(dāng)其向 SHT11 發(fā) 送數(shù)據(jù)時 則必須保證 DATA 上的電平狀態(tài)在 SCK 高電平段穩(wěn)定 在需要輸出高電平 時 單片機(jī)將置為高阻狀態(tài) 由外部的上拉電阻將信號拉至高電平 從而實現(xiàn)高電 平輸出 SHT11 首先由兩個傳感器分別測量相對濕度和溫度信號 經(jīng)過放大電路放 大后分別送到 14 位的 ADC 進(jìn)行 A D 轉(zhuǎn)換 標(biāo)準(zhǔn)和糾錯 最后通過二線制的串行接口 將相對濕度和溫度的數(shù)據(jù)送至 AT89S52 單片機(jī) 最后利用 AT89S52 單片機(jī)完成非線 性補(bǔ)償和溫度補(bǔ)償 SHT11 的引腳圖如圖 3 1 示 18 27 36 SHT11 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 論文 10 45 圖 3 1SHT11 的引腳圖 SHT11 芯片各引腳功能如下 引腳 1 GND 接地端 引腳 2 DATA 串行數(shù)據(jù)輸出 輸入端 引腳 3 SCK 串行口時鐘輸入端 引腳 4 VDD 接電源端 引腳 5 引腳 6 引腳 7 引腳 8 NC 不連接 實物圖如下 SHT11 的濕度檢測運用電容式結(jié)構(gòu) 并采用具有不同保護(hù)的 微型結(jié)構(gòu) 檢測 電極系統(tǒng)與聚合物覆蓋層來組成傳感器芯片的電容 除保持電容式的原有特性外 還可以抵御來自外界的影響 由于它將溫度傳感器與濕度傳感器結(jié)合在一起而構(gòu)成 了一個單一的個體 因而測量精度較高且可得出露點 同時不產(chǎn)生由于溫度與濕度 傳感器之間隨溫度梯度變化引起的誤差 CMOSensTM 技術(shù)不僅將溫濕度傳感器結(jié)合 在一起 而且還將信號放大電路 模 數(shù)轉(zhuǎn)換器 校準(zhǔn)數(shù)據(jù)存儲器 標(biāo)準(zhǔn)C 總線等 2 I 電路集成在一個芯片內(nèi) SHT11 傳感器的校準(zhǔn)系數(shù)預(yù)先存在 OTP 內(nèi)存中 經(jīng)校準(zhǔn)的 相對濕度和溫度傳感器與 A D 轉(zhuǎn)換器相連 可以將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字溫濕度值送給二線 C 總線器件 從而將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為符合 I2C 總線協(xié)議的串行數(shù)字信號 2 I 傳輸開始 初始化傳輸時 應(yīng)首先發(fā)出 傳輸開始 命令 該命令可在 SCK 為 高電平時使 DATA 由高電平變?yōu)榈碗娖?并在下一個 SCK 為高時將 DATA 升高 接下 來的命令順序包含三個地址 目前只支持 000 和 5 個命令位 當(dāng) DATA 腳的 ack 位處于低電平時 表示 SHT11 正確接收到命令 連接復(fù)位順序 如果與 SHT11 傳感器的通訊中斷 下列信號順序會使串口復(fù)位 即當(dāng) DATA 線處于高電平時 觸發(fā) SCK9 次以上 含九次 此后接著發(fā)一個 傳輸開 始 命令 溫濕度測量時序 當(dāng)發(fā)出了溫濕度測量命令后 控制器就要等到測量完成 使 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 論文 12 用 8 12 14 位的分辨率測量分別需要大約 11 55 210 毫秒的時間 為表明測量完成 SHT11 會使數(shù)據(jù)線為低 此時單片機(jī)必須重新啟動 SCK 然后傳送兩字節(jié)的測量數(shù)據(jù) 與 1 字節(jié)的校驗碼 控制器必須通過使 DATA 為低來確認(rèn)每一個字節(jié) 通訊在確認(rèn) CRC 數(shù)據(jù)位后停止 如果沒有用校驗 則單片機(jī)就會在測量數(shù)據(jù)后保持 SCK 為高來 停止通訊 SHT11 在測量和通訊完成后會自動返回睡眠模式 需要注意的是 為了 使 SHT11 的溫升低于 0 1 此時的工作頻率不能大于標(biāo)定的 15 如 12 位精度 時 每秒最多進(jìn)行三次測量 低電壓檢測 SHT11 工作時可以自行檢測 VDD 電壓是否低于 2 45V 準(zhǔn)確度為 0 1V 下載校準(zhǔn)系數(shù) 為了節(jié)省能量并提高速度 在每次測量前都要重新下載校準(zhǔn)系數(shù) 從而使每一次測量節(jié)省 8 2ms 的時間 測量分辨率設(shè)定 將測量分辨率從 14 位 溫度 和 12 位 濕度 分別減到 12 位和 8 位可應(yīng)用于高速或低功耗場合 由于將傳感器與其它功能電路部分結(jié)合在一起 因此 該傳感器具有比其它類 型的濕度傳感器優(yōu)越得多的性能 首先是傳感器信號強(qiáng)度的增加增強(qiáng)了傳感器芯片 的抗干擾性能 保證了傳感器的長期穩(wěn)定性 而 A D 轉(zhuǎn)換同時完成 則降低了傳感 器對干擾噪聲的敏感程度 其次在傳感器芯片內(nèi)部裝載的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)保證了每一只濕 度傳感器具有相同的功能 具有 100 的互換性 最后 傳感器可直接通過C 總線 2 I 與任何類型的單片機(jī) 3 2 43 2 4 SHT11SHT11 的傳輸特性的傳輸特性 1 濕度值輸出 SHT11 可通過C 總線直接輸出數(shù)字量濕度值 其相對濕度數(shù)字輸出特性曲線如 2 I 圖 3 2 所示 由圖 3 2 可以看出 SHT11 的輸出特性呈一定的非線性 為了補(bǔ)償濕度傳感器 的非線性 可以按如下公式修正濕度值 RHIinera C1 C2SORH C3SORH2 3 1 式中 SORH 為傳感器相對濕度測量值 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 論文 12 系數(shù)取值如下 12 位 SORH C1 4 C2 0 0405 C3 2 8 0 6 8 位 SORH C1 4 C2 0 648 C3 7 2 10 4 2 溫度值輸出 由于 SHT11 溫度傳感器的線性度非常好 故可以用下列公式將溫度數(shù)字輸出轉(zhuǎn) 換成實際溫度值 T d1 d2SOT 當(dāng)電源電壓位 5V 且溫度傳感器的分辨率為 14 位 時 d1 4 d2 0 01 當(dāng)溫度傳感器的分辨率為 12 位時 d1 40 d2 0 04 3 露點計算 空氣的露點值可根據(jù)相對濕度和溫度值得來 具體的計算公式如下 LogEW 0 66077 7 5 273 3 T log RH 2 3 2 Dp 0 66077 LogEW 273 3 LogEW 8 16077 3 3 3 2 53 2 5 C C 總線簡介總線簡介 2 I 對于較復(fù)雜的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng) 元件與芯片之間短距離通信的物理線路往往比 較多 這樣不僅增加了硬件應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計的難度 而且也不利于系統(tǒng)穩(wěn)定性 成了 系統(tǒng)設(shè)計中的一個瓶頸 針對這一問題 Philips 公司提出了C 總線協(xié)議 C 總 2 I 2 I 線協(xié)議有效地解決了這一問題 C Inter Integrated Circuit 總線是 Philips 公 2 I 司開發(fā)的兩線式串行總線 用于連接單片機(jī)及其外圍設(shè)備 由于C 總線僅用于兩 2 I 根信號線 并支持多主控工作方式 所以C 總線在電子產(chǎn)品設(shè)備中應(yīng)用非常普遍 2 I C 總線是由數(shù)據(jù)線 SDA 和時鐘線 SCL 構(gòu)成的串行總線 可發(fā)送和接收數(shù)據(jù) 2 I 在 CPU 與被控C 之間 進(jìn)行雙向傳送 最高傳送速度 100 kbit s C 總線在傳 2 I 2 I 送數(shù)據(jù)的過程中共有 4 種基本類型信號 分別是 開始信號 數(shù)據(jù)傳輸信號 應(yīng)答 信號和結(jié)束信號 a 開始信號 SCL 為高電平時 SDA 由高電平向低電平跳變 開始傳送數(shù)據(jù) 所有的命令都必須在開始條件以后進(jìn)行 b 結(jié)束信號 SCL 為高電平時 SDA 由低電平向高電平跳變 結(jié)束傳送數(shù)據(jù) 所有的操作都必須在停止條件以前結(jié)束 C 總線開始和停止數(shù)據(jù)傳送的時序圖如 2 I 圖 2 5 所示 開始 停止 圖 3 3 I2C 總線開始和停止數(shù)據(jù)傳輸時序圖 c 數(shù)據(jù)傳輸信號 在開始條件以后 時鐘信號 SCL 的高電平周期期間 當(dāng)數(shù) 據(jù)線穩(wěn)定時 數(shù)據(jù)線 SDA 的狀態(tài)表示數(shù)據(jù)有效 即數(shù)據(jù)可以被讀走 開始進(jìn)行讀操 作 在時鐘信號 SCL 的低電平周期期間 數(shù)據(jù)線上數(shù)據(jù)才允許改變 每位數(shù)據(jù)需要 一個時鐘脈沖 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 論文 13 數(shù)據(jù)線保持 允許數(shù)據(jù)變化穩(wěn)定數(shù)據(jù)有效 圖 3 4C 總線有效數(shù)據(jù)傳輸時序圖 2 I d 應(yīng)答信號 接收數(shù)據(jù)的 SHT11 收到 8bit 數(shù)據(jù)后 向發(fā)送數(shù)據(jù)的單片機(jī)發(fā) 出特定的低電平脈沖 表示已收到數(shù)據(jù) 這要求單片機(jī)必須產(chǎn)生一個與確認(rèn)位相應(yīng) 的額外時鐘脈沖 第 9 個脈沖 若單片機(jī)確認(rèn)失敗 單片機(jī)必須發(fā)送一個數(shù)據(jù)結(jié)束 信號給從器件 這時 SHT11 必須使 SDA 線保持高電平 使單片機(jī)能產(chǎn)生停止條件 C 數(shù)據(jù)傳輸和信號應(yīng)答時序圖如圖 2 6 所示 2 I 3 33 3 溫濕度測量電路溫濕度測量電路的設(shè)計的設(shè)計 為了實現(xiàn)單點測量系統(tǒng)采用一個 SHT11 芯片 由于 AT89S52 單片機(jī)不具備C 2 I 總線接口 所以只能通過單片機(jī) I O 口線來虛擬C 總線 用 P28 模擬數(shù)據(jù)線 DATA 2 I P27 來虛擬時鐘線 SCK SHT11 溫濕度芯片通過兩個虛擬的C 總線接連接在 2 I AT89C51 單片機(jī)上 SHT11 首先由溫度傳感器 濕度傳感器分別檢測出相對濕度和溫 度信號 然后經(jīng)過內(nèi)部的放大電路放大后分別送到 ADC 中進(jìn)行 A D 轉(zhuǎn)換 標(biāo)準(zhǔn)和糾 錯 最后通過二線制的串行接口 將相對濕度和溫度的數(shù)據(jù)送至 AT89S52 單片機(jī) 再利用 AT89S52 單片機(jī)完成非線性補(bǔ)償和溫度補(bǔ)償 當(dāng)測量控制系統(tǒng)發(fā)出溫濕度測 量命令以后 使用 8 12 14 位的分辨率測量分別需要大約 11 55 210 毫秒的時間 為表明測量完成 SHT11 會使數(shù)據(jù)線為低 此時 AT89S52 單片機(jī)必須重新啟動 SCK 然后傳送兩字節(jié)的測量數(shù)據(jù) AT89S52 單片機(jī)必須通過使 DATA 為低來確認(rèn)每一個字 節(jié) 通訊在確認(rèn)后停止 SHT11 在測量和通訊完成后會自動返回睡眠模式 需要注 意的是 為使 SHT11 的溫升低于 0 1 此時的工作頻率不能大于標(biāo)定的 15 由 SHT11 和 AT89S52 單片機(jī)組成的測量電路原理圖如圖 3 5 所示 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 論文 14 圖 3 5 3 43 4 顯示電路設(shè)計顯示電路設(shè)計 顯示電路作為常用的現(xiàn)場人機(jī)接口 尤其是作為測量數(shù)據(jù)的智能儀表 顯示電 路的設(shè)計是不可缺少的 作為溫濕度測量系統(tǒng) 顯示電路的設(shè)計也不例外 在本設(shè) 計系統(tǒng)中 不僅要顯示測量的溫濕度值 而且還有不同的溫濕度報警參數(shù) 故而顯 示器的設(shè)計是十分必要的 顯示器是最常用的輸出設(shè)備 顯示器件使用最多的是發(fā)光二極管顯示器 LED 和液晶顯示器 LCD 因為它們都具有結(jié)構(gòu)簡單 耗電少 價格低廉 接口簡單 壽命長等優(yōu)點 廣泛應(yīng)用于智能儀表場合 尤其是單片機(jī)系統(tǒng)中大量應(yīng)用 考慮到 使用環(huán)境的特點 工作溫度 光線等 在本設(shè)計中我們選用 LCD1602 顯示 LCD1602 液晶顯示模塊基本技術(shù) 1 主要功能 A 40 通道點陣 LCD 驅(qū)動 B 可選擇當(dāng)作行驅(qū)動或列驅(qū)動 C 輸入 輸出信號 輸出 能產(chǎn)生 20 2 個 LCD 驅(qū)動波形 輸入 接受控制器送出的串 行數(shù)據(jù)和控制信號 偏壓 V1 V6 D 通過單片機(jī)控制將所測的頻率信號讀數(shù)顯示 出來 2 技術(shù)參數(shù) 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 論文 15 顯示容量 16 2 個字符 芯片工作電壓 4 5 5 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 mm 1602LCD 采用標(biāo)準(zhǔn)的 14 腳 無背光 或 16 腳 帶背光 接口 各引腳接口說 明如表 10 13 所示 編號符號引腳說明編號符號引腳說明 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13D6數(shù)據(jù) 6E使能信號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 表 10 13 引腳接口說明表 第 1 腳 VSS 為地電源 第 2 腳 VDD 接 5V 正電源 第 3 腳 VL 為液晶顯示器對比度調(diào)整端 接正電壓時對比度最弱 接地時對比度最 高 對比度過高時會產(chǎn)生 鬼影 使用時可以通過一個 10K 的電位器調(diào)整對比度 第 4 腳 RS 為寄存器選擇 高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器 低電平時選擇指令寄存器 第 5 腳 R W 為讀寫信號線 高電平時進(jìn)行讀操作 低電平時進(jìn)行寫操作 當(dāng) RS 和 R W 共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址 當(dāng) RS 為低電平 R W 為高電平時可 以讀信號 當(dāng) RS 為高電平 R W 為低電平時可以寫入數(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 液晶模塊執(zhí)行命令 第 7 14 腳 D0 D7 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 實物圖如下 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 論文 15 顯示電路圖 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 論文 17 顯示電路仿真圖 3 53 5 報警電路設(shè)計報警電路設(shè)計 目前智能化的測試儀表設(shè)計都自帶有報警電路 設(shè)計報警電路也是為了更完善 系統(tǒng)的功能 本設(shè)計采用由發(fā)光二極管和壓電式蜂鳴器為核心的聲光報警電路 蜂 鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器 采用直流電壓供電 廣泛應(yīng)用于計算機(jī) 打 印機(jī) 復(fù)印機(jī) 報警器 電子玩具 汽車電子設(shè)備 電話機(jī) 定時器等電子產(chǎn)品中 作發(fā)聲器件 蜂鳴器主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種類型 壓電式蜂鳴 器主要由多諧振蕩器 壓電蜂鳴片 阻抗匹配器及共鳴箱 外殼等組成 有的壓電 式蜂鳴器外殼上還裝有發(fā)光二極管 多諧振蕩器由晶體管或集成電路構(gòu)成 當(dāng)接通 電源后 1 5 15V 直流工作電壓 多諧振蕩器起振 輸出 1 5 2 5kHZ 的音頻信號 由阻抗匹配器推動壓電蜂鳴片發(fā)聲 壓電蜂鳴片由鋯鈦酸鉛材料制成 在陶瓷片的 兩面鍍上銀電極 經(jīng)極化和老化處理后 再與黃銅片或不銹鋼片粘在一起 報警電路的功能是在 AT89S52 單片機(jī)的控制下實現(xiàn)聲光報警或解除報警 當(dāng) AT89S52 單片機(jī)檢測工作間隙超過規(guī)定的量值時 通過報警電路向報警器發(fā)出有效 信號 高電平有效 聲音報警電路接到有效電平后則自動發(fā)出預(yù)置的報警聲 同時 紅色報警指示燈發(fā)出耀眼的紅色信號 當(dāng) 24 0 為低電平時 三極管為低電平 三極管截止 集電極電流為 0 發(fā)射極電流為 0 聲光報警器均不能正常工作 當(dāng) 24 0 為高電平時 輸出高電平 三極管集電極為高電平 三極管導(dǎo)通 集電 極電流不為 0 發(fā)射極電流聲 聲光報警器均能正常工作 處于報警狀態(tài) 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 論文 17 報警電路 3 63 6 鍵盤電路設(shè)計鍵盤電路設(shè)計 鍵盤是由若干按鈕組成的開關(guān)矩陣 它是單片機(jī)系統(tǒng)中最常用的輸入設(shè)備 用 戶能通過鍵盤向計算機(jī)輸入指令 地址和數(shù)據(jù) 一般單片機(jī)系統(tǒng)中采和非編碼鍵盤 非編碼鍵盤是由軟件來識別鍵盤上的閉合鍵 它具有結(jié)構(gòu)簡單 使用靈活等特點 因此被廣泛應(yīng)用于單片機(jī)系統(tǒng) 通過 I O 口連接 將每個按鈕的一端接到單片機(jī)的 I O 口 另一端接地 如圖 所示 六個按鍵分別接到 P1 2 P1 3 P1 4 P1 5 P1 6 P1 7 對于這種鍵各程 序能采用持續(xù)查詢的辦法 功能就是 檢測是否有鍵閉合 如有鍵閉合 則去除鍵 抖動 判斷鍵號并轉(zhuǎn)入對應(yīng)的鍵處理 其功能很簡單 六個鍵定義如下 P1 2 溫度上限的設(shè)置 P1 3 溫度下限的設(shè)置 P1 4 濕度上限的設(shè)置 P1 5 濕度下限的設(shè)置 P1 6 溫濕度加的設(shè)置 P1 7 溫濕度減的設(shè)置 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 論文 19 鍵盤電路 鍵盤電路原理 3 73 7 本章小結(jié)本章小結(jié) 本章主要介紹了溫濕度傳感器的定義及其分類 對溫濕度傳感器 SHT11 芯片的 工作原理 內(nèi)部結(jié)構(gòu) 性能特點做了充分的說明 本章還簡單介紹了 I2C 總線的相 關(guān)知識 本章系統(tǒng)闡述了本設(shè)計硬件的工作原理 設(shè)計了由于 AT89C51 單片機(jī)控制 的溫濕度測量回路 LED 動態(tài)顯示電路 聲光報警電路 鍵盤電路的設(shè)計 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計 20 4 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計系統(tǒng)軟件設(shè)計 本設(shè)計就是以 AT89S52 單片機(jī)為核心 它采用模塊化設(shè)計 由主程序 sht1 讀 取子程序 按鍵處理子程序 lcd1062 顯示子程序等模塊組成 該系統(tǒng)的主程序處 于鍵控循環(huán)工作方式 當(dāng)按下測量鍵時 主程序開始調(diào)用讀取子程序 鍵處理子程 序 并把測量結(jié)果用顯示子程序在液晶顯示器上顯示出來 從而完成整個程序過程 主程序流程圖 開始 初始化單片機(jī)及程序 讀取 SHT1 溫濕度檢測傳感器數(shù)值 數(shù)據(jù)處理 LCD1602 顯示溫濕度數(shù)值 超出溫濕度范圍 報警器報 警 結(jié)束 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 論文 18 結(jié)結(jié) 論論 在硬件電路設(shè)計中選用了 AT89S52 作為系統(tǒng)的核心控制部件 溫濕度檢測采用 了集成芯片 SHT11 為了實現(xiàn)系統(tǒng)的設(shè)計要求 通過翻閱大量的資料 最終確定了 智能化的設(shè)計方案 由 AT89S52 單片機(jī) 晶振和按鍵組成的最小系統(tǒng) 可以使整個 系統(tǒng)正常穩(wěn)定的工作起來 溫濕