精品】基于單片機(jī)40糧倉(cāng)41的溫度控制畢業(yè)論文

1、(此文檔為word格式，下載后您可任意編輯修改！)調(diào)試文件及程序若需要，聯(lián)系 QQ 584367157摘 要在糧食的儲(chǔ)藏的過(guò)程中，由于糧倉(cāng)溫濕度異常而造成糧食變質(zhì)，帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失是 驚人的。目前我國(guó)許多糧食倉(cāng)儲(chǔ)單位采用測(cè)溫儀器與人工抄錄、管理相結(jié)合的傳統(tǒng)方法，消耗了大量的人力和財(cái)力，但是效果不佳，發(fā)霉變質(zhì)等現(xiàn)象大量存在。因此設(shè)計(jì)智能糧 倉(cāng)溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)，提高工作效率，實(shí)現(xiàn)糧倉(cāng)溫濕度的實(shí)時(shí)監(jiān)控，是倉(cāng)儲(chǔ)單位亟待解決 的重要問(wèn)題。溫濕度作為一個(gè)重要的物理量，是糧食倉(cāng)庫(kù)中最普遍、最重要的工藝參數(shù)之一。隨 著時(shí)代的進(jìn)步、社會(huì)的發(fā)展、科學(xué)技術(shù)的不斷更新，溫濕度測(cè)量的準(zhǔn)確性要求不斷提高， 因此溫濕度檢測(cè)也成

2、為一個(gè)重要的研究課題。本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的是單片機(jī)溫濕度測(cè)量與控制系統(tǒng)，通過(guò)液晶顯示器(LCD)顯示所測(cè)量的溫濕度。系統(tǒng)采用集溫濕度傳感器與AD轉(zhuǎn)換器為一體的SHT11芯片，通過(guò)單片機(jī)處理進(jìn)行顯示，其它模塊包括了實(shí)時(shí)時(shí)鐘日期產(chǎn)生電路和超限報(bào)警處理電路，對(duì)所測(cè)量 的值進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示和報(bào)警處理。本文介紹了基于A(yíng)TMEL公司的AT89C51系列單片機(jī)的溫濕度實(shí)時(shí)測(cè)量與控制系統(tǒng)和顯示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，包括硬件結(jié)構(gòu)原理，并分析了相應(yīng)的 軟件的設(shè)計(jì)及其要點(diǎn)，包括軟件設(shè)計(jì)流程及其程序?qū)崿F(xiàn)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)用，提高了 測(cè)量精度和效率。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；SHT11; LCD ； DS1302;溫濕度控制AbstractIn th

3、e process of grain storage, grain deteriorates due to the abnormal of the barns temperature and storage units in our country use the traditional methods which is combined of thermometer device, artificial tran scriptio n and artificial man ageme nt, consuming a lot of man power and finan cial resour

4、ces, and the results are poor, the phe nomena of mildew ing and metamorphism exists in large qua ntities. Therefore, desig ning the temperature and barn, improving efficiency and achieving real-time monitoring of barns temperature and importa nt problem dema nding prompt soluti on by storage un its.

5、The temperature and importa nt physical qua ntity, is the most com mon and importa nt tech ni cal parameters in grain storages. With the progress of the times, the developme nt of society, scie nee and tech no logy un ceas ing ren ewal, the temperature and importa nt research topic.The design and im

6、plementation of measurement and control temperature and AT89C51 sin gle-chip series of temperature and , in cludi ng the , in clud ing the desig n of the software and its key process and procedure. System structure is simple, practical, and improve the measuri ng precisi on and efficie ncy.Key Words

7、: MCU, SHT11, LCD, DS1302, Temperature and , D. Berhant采用溫度調(diào)節(jié)器來(lái)控制溫度。實(shí)驗(yàn)在一個(gè)儲(chǔ)量500噸、高16米的中型倉(cāng)中進(jìn)行。研究表明：在低溫氣候下，從夏季到秋季經(jīng) 23次通風(fēng)，每次要持續(xù)幾個(gè)晚上，每天 410小時(shí)， 可將溫度從300C降到SC （在英國(guó)氣候條件下）。在冬天糧溫可保持不變，并在春天有 所上升，經(jīng)過(guò)一年的實(shí)踐表明：不僅衛(wèi)生狀況良好，而且糧食的品質(zhì)沒(méi)有變化。澳人利 弧Gib等專(zhuān)家最近研究了一種以PC機(jī)為基礎(chǔ)的可遙控和監(jiān)測(cè)通風(fēng)系統(tǒng)的通風(fēng)控制器， 該控制器包括一臺(tái)PC機(jī)和相關(guān)的軟件、氣象預(yù)報(bào)臺(tái)和糧堆中的靈敏元件，它能靈活地、 有

8、效地控制通風(fēng)系統(tǒng)，減少通風(fēng)費(fèi)用，并可以實(shí)行聯(lián)網(wǎng)，從而不必依靠倉(cāng)庫(kù)管理人員收 集的情況，就能得到通風(fēng)系統(tǒng)的有關(guān)數(shù)據(jù)和系統(tǒng)的運(yùn)行情況。目前，他們?cè)谶M(jìn)一步完善 該通風(fēng)控制系統(tǒng)并建立通風(fēng)過(guò)程中熱量和物質(zhì)水分轉(zhuǎn)換的數(shù)學(xué)模型。1987年我國(guó)吳子丹等報(bào)道了儲(chǔ)糧機(jī)械通風(fēng)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，根據(jù)在倉(cāng)房?jī)?nèi)通風(fēng)試驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)，建立一 個(gè)數(shù)學(xué)模型表示糧食平衡水分的關(guān)系，用該模型編制電算程序，觀(guān)察糧食的通風(fēng)效果， 并根據(jù)物理參數(shù)的變化，確定控制通風(fēng)的有效方式；1988年王善順等報(bào)道了機(jī)械通風(fēng)儲(chǔ) 糧與自動(dòng)控制，并介紹了機(jī)械通風(fēng)控制器的試驗(yàn)情況；2004年湯慶設(shè)計(jì)了糧庫(kù)溫度監(jiān)控 系統(tǒng)，該系統(tǒng)從溫度傳感器、數(shù)據(jù)傳輸方式、上位機(jī)

9、監(jiān)控軟件三個(gè)方面入手對(duì)糧庫(kù)系統(tǒng) 加以改進(jìn)；2005年施偉徉研究了基于CAN總線(xiàn)的糧食監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)完成了對(duì)各倉(cāng) 房的溫濕度的實(shí)時(shí)巡檢，并通過(guò)對(duì)采集到數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析來(lái)掌握糧食的儲(chǔ)存情況?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)已有數(shù)十家企業(yè)生產(chǎn)糧情檢測(cè)系統(tǒng)產(chǎn)品，品種繁多，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)各異，但其 基本功能無(wú)外乎糧倉(cāng)內(nèi)外溫濕度檢測(cè)、糧食內(nèi)部溫度檢測(cè)及分析、通風(fēng)機(jī)械的控制等幾 項(xiàng)?，F(xiàn)代溫濕度傳感器測(cè)量系統(tǒng)技術(shù)主要以數(shù)據(jù)采集為依據(jù)， 主要類(lèi)型包括：虛擬儀器、 智能儀器、數(shù)字式儀器等等。伴隨著電子科學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)也發(fā)生 了日新月異的變化，其整體的性能、實(shí)用性方面都有所改進(jìn)。因此，依托于數(shù)據(jù)采集結(jié) 構(gòu)而發(fā)展的溫濕度傳感器

10、測(cè)量系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中也發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。目前，許多外國(guó)大型企業(yè)都很重視傳感器的研發(fā)工作，例如，日本的Figaro公司、芬蘭的Vaisala公司等，都致力于傳感器的發(fā)展和完善，以保障其在整個(gè)銷(xiāo)售市場(chǎng)的競(jìng) 爭(zhēng)力。在九十年代，先后出現(xiàn)了集成溫度濕度測(cè)量套件和應(yīng)用于濕度傳感器的測(cè)試系統(tǒng)， 這些新技術(shù)的產(chǎn)生都大大刺激了傳感器的進(jìn)一步發(fā)展。與此同時(shí)，國(guó)內(nèi)許多機(jī)構(gòu)也在傳感器測(cè)試裝置的研發(fā)上不斷探索、研發(fā)。例如通過(guò) 采用傳統(tǒng)電子儀器進(jìn)行設(shè)計(jì)研發(fā)而成的多種動(dòng)態(tài)測(cè)試系統(tǒng)、氣體傳感器智能測(cè)試系統(tǒng)等等，這些成績(jī)都體現(xiàn)了我國(guó)在傳感器領(lǐng)域取得的成就。當(dāng)然，隨著科技的進(jìn)步，傳統(tǒng)的溫濕度測(cè)試技術(shù)在穩(wěn)定性、精度等方面已經(jīng)

11、無(wú)法滿(mǎn) 足市場(chǎng)的需求，因此，針對(duì)新一代傳感器的探究顯得尤為重要。1.3課題的研究目的及內(nèi)容為了使得糧倉(cāng)內(nèi)糧食一直處于相對(duì)適宜的環(huán)境，我們就要隨時(shí)對(duì)溫濕度進(jìn)行監(jiān)控， 對(duì)于不利情況能夠及時(shí)地做出顯示及報(bào)警，并能夠采取相應(yīng)的措施提醒用戶(hù)進(jìn)行調(diào)整， 以達(dá)到最適宜的溫濕度。首先我們必須了解溫濕度控制對(duì)于家庭和現(xiàn)在社會(huì)的重要性，其次我們才能夠?qū)Υ俗龀龈玫呐袛?，以求更好地滿(mǎn)足用戶(hù)的需要。溫濕度的控制是我們研究的主要內(nèi)容。 數(shù)字化溫濕度檢測(cè)的方法為一旦環(huán)境中的溫濕度發(fā)生變化，溫度傳感器和濕度傳感器隨著溫濕度的變化而變化，然后將變化的電阻通過(guò)轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為與之對(duì)應(yīng)變化的電壓， 然后把模擬電壓信號(hào)由AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)

12、換為數(shù)字信號(hào)并送入到單片機(jī)中， 對(duì)采集到的信號(hào) 單片機(jī)進(jìn)行濾波處理并通過(guò)查表得到實(shí)際測(cè)量的溫濕度值，之后通過(guò)單片機(jī)的各外部接口電路顯示該溫濕度值。本設(shè)計(jì)溫度檢測(cè)的范圍10C-50C，測(cè)溫精度：i2C；濕度檢測(cè)范圍20%-80%RH，測(cè)濕精度：i5% RH。如果溫濕度超過(guò)預(yù)設(shè)值的話(huà)，蜂鳴器和發(fā)光 二級(jí)管都會(huì)給出相應(yīng)報(bào)警提醒，用戶(hù)即可做出調(diào)整。2控制系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)2.1整體設(shè)計(jì)方案本設(shè)計(jì)核心部件為AT89C51，信號(hào)采集及處理部分由SHT11構(gòu)成，進(jìn)入單片機(jī)并 且經(jīng)處理后通過(guò)LCD1604顯示溫濕度，信號(hào)顯示采用的液晶屏為 5X 7點(diǎn)陣，一行可顯 示16字，四行。其他組成部分為實(shí)時(shí)時(shí)鐘發(fā)生電路

13、，產(chǎn)生同現(xiàn)在相同的時(shí)間和具體日 期，通過(guò)LCD1604液晶模塊顯示。在軟件設(shè)計(jì)部分有對(duì)測(cè)量的溫濕度進(jìn)行上下值的設(shè)定，當(dāng)測(cè)量超過(guò)限定值時(shí)，通過(guò) 超限報(bào)警處理電路對(duì)其進(jìn)行處理后分別控制不同的二極管燈亮，蜂鳴器產(chǎn)生長(zhǎng)鳴。硬件 中包括一個(gè)開(kāi)關(guān)，為復(fù)位開(kāi)關(guān)。開(kāi)機(jī)后，所有器件初始化，DS1302產(chǎn)生實(shí)時(shí)時(shí)間和日期，溫濕度傳感器SHT11開(kāi)始進(jìn)行溫濕度測(cè)量和計(jì)算，最后通過(guò)兩個(gè)LCD液晶顯示器顯示結(jié)果。在測(cè)量結(jié)果中有超過(guò)設(shè)定的溫濕度上下限的，通過(guò)超限模塊作出反應(yīng)。整體 電路框圖如圖2.1。超限模塊AT89C51128*64液晶顯示LCD1602 信號(hào)顯示圖2.1整體電路框圖89C51是一種帶4k字節(jié)可編程可擦

14、除的低電壓高性能 CMOS8位微處理器，俗稱(chēng)單 片機(jī)。89C2051是一種帶2K字節(jié)只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可 以反復(fù)擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo) 準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在 單個(gè)芯片中，89C51單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活且價(jià)廉的方案。2.2微控制器模塊2.2.1復(fù)位電路設(shè)計(jì)這種復(fù)位電路的工作原理是：?jiǎn)纹瑱C(jī)的復(fù)位電路在剛接通電時(shí)，電容是沒(méi)有電的， 電容內(nèi)的電阻很低，通電后，5V的電通過(guò)電阻給電容進(jìn)行充電， 電容兩端的電會(huì)由0V 慢慢的升到4V左右（此時(shí)間很短

15、，一般小于0.3秒），RC構(gòu)成的微分電路在上電瞬間 產(chǎn)生一個(gè)微分脈沖，其寬度大于兩個(gè)機(jī)器周期，89C51將復(fù)位。正因?yàn)檫@樣，復(fù)位腳的電由低電位升到高電位，引起了內(nèi)部電路的復(fù)位工作，RST端電壓慢慢下降，降到一定電壓值以后，即低電平，單片機(jī)開(kāi)始正常工作（這是單片機(jī)的上電復(fù)位，也叫初始化復(fù) 位）；當(dāng)按下復(fù)位鍵時(shí)，電容兩端放電，電容又回到0V 了，于是又進(jìn)行了一次復(fù)位工作（這是手動(dòng)復(fù)位原理）。其電路圖如圖2.2所示。Cl2.2.2時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)此模塊是為系統(tǒng)時(shí)間的實(shí)時(shí)顯示而設(shè)計(jì)的，主要由芯片DS1302構(gòu)成，其中引腳RST、CLK、10分別接單片機(jī)P3.0、P3.1、P3.2 口，屬于控制引腳，如圖

16、2.33所示。3VVCCIVCC2XIESTSCLK.VDD圖2.3 實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路此模塊產(chǎn)生實(shí)時(shí)的系統(tǒng)時(shí)間和日歷， 能對(duì)某個(gè)確定環(huán)境的實(shí)時(shí)溫濕度控制起到一定 的作用。芯片連接電路簡(jiǎn)單，時(shí)間日期準(zhǔn)確。DS1302是DALLAS公司推出的涓流充電時(shí)鐘芯片，內(nèi)含有一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘日歷和31 字節(jié)靜態(tài)RAM，通過(guò)簡(jiǎn)單的串行接口與單片機(jī)進(jìn)行通信。實(shí)時(shí)時(shí)鐘日歷電路提供秒分 時(shí)日、日期月年的信息。每月的天數(shù)和閏年的天數(shù)可自動(dòng)調(diào)整， 時(shí)鐘操作可通過(guò)AMPM 指示決定采用24或12小時(shí)格式。DS1302與單片機(jī)之間能簡(jiǎn)單地采用同步串行的方式 進(jìn)行通信僅需用到三個(gè)口線(xiàn)：RES復(fù)位、10數(shù)據(jù)線(xiàn)、SCLK串行時(shí)鐘。時(shí)鐘R

17、AM的讀 寫(xiě)數(shù)據(jù)以一個(gè)字節(jié)或多達(dá)31個(gè)字節(jié)的字符組方式通信，DS1302工作時(shí)功耗很低，保持 數(shù)據(jù)和時(shí)鐘信息時(shí)功率小于1毫瓦。DS1302是由DS1202改進(jìn)而來(lái)，增加了以下的特性：雙電源管腳用于主電源和備 份電源供應(yīng)；Vcc1為可編程涓流充電電源；附加七個(gè)字節(jié)存儲(chǔ)器；它廣泛應(yīng)用于電話(huà) 傳真便攜式儀器以及電池供電的儀器儀表等產(chǎn)品領(lǐng)域。2.3傳感電路設(shè)計(jì)此模塊是整個(gè)電路設(shè)計(jì)的信號(hào)采集及初步處理的模塊，由溫濕度傳感器芯片SHT11 構(gòu)成，如圖2.4所示。SHT11簡(jiǎn)介SHT11是瑞士 Scnsirion公司推出的一款集數(shù)字溫濕度傳感器于一體的傳感器芯 片。溫濕度傳感器SHT11集溫度傳感器和濕度傳

18、感器于一體，因此采用 SHT11進(jìn)行溫 濕度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)具有精度高、成本低、體積小、接口簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)；另外 SHT11芯 片內(nèi)部集成了 14位AD轉(zhuǎn)換器，且采用數(shù)字信號(hào)輸出，因此抗干擾能力也比同類(lèi)芯片 高。該芯片已經(jīng)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、AD轉(zhuǎn)換和加熱器等功能集成到一個(gè)芯片上； 提供二線(xiàn)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)部寄存器編程選擇)； 測(cè)量精確度高，由于同時(shí)集成溫濕度傳感器，可以

19、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 mmx 5.08mmX 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。三 U3GNDNCKrr*E3SCK TODXMvNCNC64$廠(chǎng)2HT11圖2.4 SHT11傳感器電路(2) SHT11的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和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、AD轉(zhuǎn)換和加熱器等功能 集成到一個(gè)芯片上，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 2.5所示。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

20、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AD轉(zhuǎn)換器，最后經(jīng)過(guò)二線(xiàn)串行數(shù)字接口輸出數(shù)字信號(hào)。SHT11在出廠(chǎng)前，都會(huì)在恒濕或恒溫環(huán)境中進(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5C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(95% RH)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

21、5。溫度傳感器|_濕度傳感器I廠(chǎng)7運(yùn)算、放大器/校準(zhǔn)寄存器A/D轉(zhuǎn)換器二線(xiàn)串 行數(shù)字 接口和CRC校 VCC驗(yàn)SCKDATAGND圖2.5 SHT11內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖表2.1 SHT11控制指令代碼命令代碼含義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，使內(nèi)部狀態(tài)寄存器恢復(fù)默認(rèn)值。下一次命令前至少等待11ms其他保留微處理器是通過(guò)二線(xiàn)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(xiàn)協(xié)議是不兼容的，因此需要用通用微處理器10 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，命令代碼的含義如表2.1

22、所示(3) SHT11應(yīng)用設(shè)計(jì) 濕度線(xiàn)性補(bǔ)償和溫度補(bǔ)償SHT11可通過(guò)DATA數(shù)據(jù)總線(xiàn)直接輸出數(shù)字量濕度值。該濕度值稱(chēng)為“相對(duì)濕度”， 需要進(jìn)行線(xiàn)性補(bǔ)償和溫度補(bǔ)償后才能得到較為準(zhǔn)確的濕度值。由于相對(duì)濕度數(shù)字輸出特性呈一定的非線(xiàn)性，因此為了補(bǔ)償濕度傳感器的非線(xiàn)性，要對(duì)濕度值加以修正，修正式 如式2.1所示：RH linear = C1 C2 * SORh亠 C3 * SO2 RH(2.1)式中：RHlinear為經(jīng)過(guò)線(xiàn)性補(bǔ)償后的濕度值，SOrh為相對(duì)濕度測(cè)量值，C1、C2、C3為 線(xiàn)性補(bǔ)償系數(shù)。由于溫度對(duì)濕度的影響十分明顯，而實(shí)際溫度和測(cè)試參考溫度25C有所不同，所以 對(duì)線(xiàn)性補(bǔ)償后的濕度值進(jìn)行溫

23、度補(bǔ)償很有必要。補(bǔ)償公式如式2.2所示：RHtrue (T-25)*(t1 t2*SORH) RH linear(22)式中：RHtrue為經(jīng)過(guò)線(xiàn)性補(bǔ)償和溫度補(bǔ)償后的濕度值，T為測(cè)試濕度值時(shí)的溫度(C),t1和t2為溫度補(bǔ)償系數(shù)。 溫度值輸出由于SHT11是采用PTAT能隙材料制成的溫度敏感元件，因而具有很好的線(xiàn)性輸 出。實(shí)際溫度值可由式2.3算得。Temper = d1 d2 *SOT(2.3)式中：d1和d2為特定系數(shù)，d1的取值與SHT11工作電壓有關(guān)，d2的取值則與SHT11內(nèi) 部AD轉(zhuǎn)換器采用的分辨率有關(guān)。 露點(diǎn)計(jì)算露點(diǎn)是一個(gè)特殊的溫度值，是空氣保持某一定濕度必須達(dá)到的最低溫度。當(dāng)空

24、氣的 溫度低于露點(diǎn)時(shí)，空氣容納不了過(guò)多的水分，這些水分會(huì)變成霧、露水或霜。露點(diǎn)可以 根據(jù)當(dāng)前相對(duì)濕度值和溫度值計(jì)算得出，具體的計(jì)算公式如式 2.4與式2.5所示：(2.4)(2.5)0.66 0V77. 5T( 23 7 log1SOkH)-2(0 . 6 60 7 孚W)* 2 3 7 . 3 )l o dfW -8 . 1 6 0 7 7式中：T為當(dāng)前溫度值，SOrh為相對(duì)濕度值，Dp為露點(diǎn)。2.4顯示電路設(shè)計(jì)此模塊分為兩個(gè)顯示部分，一個(gè)部分是由LCD1604芯片組成的日期時(shí)間和實(shí)時(shí)溫濕度顯示的電路部分，如圖2.6所示。另一部分是由LCD128 X 64液晶顯示模塊組成的 電路部分，如圖2

25、.7所示。LCD1604是一個(gè)四行每行16字的液晶顯示屏，D0-D7接P0 口，RS、RW、E接P3.5 P3.6、P3.7起控制作用。LCD128 X 64組成部分用來(lái)顯示“溫 度和濕度的控制與測(cè)量”及“溫度：C,濕度： ”，其作用是讓人了解此實(shí)驗(yàn)的目的， 作用不明顯，這里不做重點(diǎn)介紹。XDJ圖2.6LCD1604顯示及其連接電路1604采用標(biāo)準(zhǔn)的16腳接口，其中：第1腳：VSS為地電源。第2腳：VDD接5V正電源。第3腳：V0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，

26、高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器，低電平時(shí)選擇指令寄存器。第5腳：RW為讀寫(xiě)信號(hào)線(xiàn)，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫(xiě)操作。當(dāng) RS 和RW共同為低電平時(shí)可以寫(xiě)入指令或者顯示地址， 當(dāng)RS為低電平RW為高電平時(shí)可 以讀忙信號(hào)，當(dāng)RS為高電平RW為低電平時(shí)可以寫(xiě)入數(shù)據(jù)。第6腳：E端為使能端，當(dāng)E端由高電平變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。第714腳：D0D7為8位雙向數(shù)據(jù)線(xiàn)。第1516腳：空腳。r 5 5 4- J J 1 o 1 PO.POPOPOPO.PO.MMP1P2.4 3 r 1 PPP圖2.7 LCD128 X 64顯示及其連接電路表2.2字符發(fā)生存儲(chǔ)器中的部分字符代碼低位高位000000100

27、01101000101011001111010101111001101xxxx oooo(1)0?PP一夕三xxxx oooo(2)!1AQaq7厶xxxx 0000(3)2BRbrr川xxxx 0000(4)#3CScsxxxx 0000(5)$4DTdt工卜七xxxx 0000(6)%5EUeu口才nxxxx 0000(7)&6FVFv亍力二3xxxx 0000(8)7GWgw7Vxxxx 0000(1)(8HXhxUxxxx 0000(2)9IYiy兒xxxx 0000(3)*:JZjz工xxxx 0000(4)+:Kk才匕口xxxx 0000(5)yVLl1yxxxx 0000(6)一

28、=Mmn入、丿xxxx 0000(7)NnA3八xxxx 0000(8)?O一oJ、丿、丿V口1604液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器(CGROM)已經(jīng)存儲(chǔ)了 160個(gè)不同的點(diǎn)陣字符 圖形，如表2.2所示，每一個(gè)字符都有一個(gè)固定代碼，比如大寫(xiě)的英文字母“ A”的代 碼是01000001B(41H),顯示時(shí)模塊把地址41H中的點(diǎn)陣字符圖形顯示出來(lái)，我們就能看到字母“ A”表2.31604液晶模塊內(nèi)部控制指令指令RSRWD7D6D5D4D3D2D1D0清顯示0000000001光標(biāo)返回000000001*置輸入模式00000001IDS顯示開(kāi)關(guān)控制0000001DCB光標(biāo)或字符移位000001SCRL

29、*置功能00001DLNF*置字符發(fā)生存貯器地址0001置數(shù)據(jù)存貯器地址001讀忙標(biāo)志或地址01BF寫(xiě)數(shù)至U CGRAM 或DDRAM10從CGRAM 或DDRAM 讀數(shù)11其模塊內(nèi)部的控制器共有11條控制指令，如表2.3所示。它的讀寫(xiě)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。（說(shuō)明：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ID :光標(biāo)移動(dòng)方向，高電平右移，低電平左移；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(kāi)關(guān)控制，D:控制整體顯示的開(kāi)

30、與關(guān)，高電平表示開(kāi)顯示，低電平 表示關(guān)顯示；C:控制光標(biāo)的開(kāi)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，SC: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 :低電平時(shí)為4位總線(xiàn)，高電平時(shí)為8位總線(xiàn)；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5x 7的點(diǎn)陣字符，高電平 時(shí)顯示5X 10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

31、10:寫(xiě)數(shù)據(jù)指令11:讀數(shù)據(jù)。2.5超限處理電路設(shè)計(jì)此部分電路是由5個(gè)發(fā)光二極管和一個(gè)蜂鳴報(bào)警器構(gòu)成，分別是 DO、D1、D2、D4 和D5,蜂鳴器接單片機(jī)的P1.0 口，發(fā)光二極管與單片機(jī)的連接部分如圖 2.8所示。DO、 D1、D2、D4、D5分別代表著發(fā)光、降溫、加熱、干燥和加濕，一旦傳感器測(cè)定的溫 濕度超過(guò)設(shè)定的限額，就會(huì)產(chǎn)生不同的發(fā)光反應(yīng)，起警示作用，同時(shí)蜂鳴報(bào)警器連續(xù)發(fā) 出“滴”的聲音，蜂鳴器電路如圖 2.9所示。D=7T.E1 dT_FTiT.FH圖2.8超限處理警示電路部分圖2.9蜂鳴器電路部分2.6硬件電路PCB版圖設(shè)計(jì)PCB(Printed Circuit Board)，中

32、文名稱(chēng)為印制電路板，又稱(chēng)印刷電路板、印刷線(xiàn)路板, 是重要的電子部件，是電子元器件的支撐體，是電子元器件電氣連接的提供者。由于手工焊接的電路板在布線(xiàn)和布局各方面有很大的缺陷，電路的抗干擾能力以及穩(wěn)定性相對(duì)較差。為了提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，通過(guò)Protel軟件設(shè)計(jì)硬件PCB板圖, 在設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)布線(xiàn)規(guī)則進(jìn)行修改，使得電源線(xiàn)和接地線(xiàn)寬度相對(duì)較寬，同時(shí)將電源線(xiàn) 的優(yōu)先級(jí)設(shè)置為最高，這樣可以有效提高電源系統(tǒng)的穩(wěn)定性，減小電路之間的相互干擾。印制電路板的設(shè)計(jì)是以電路原理圖為根據(jù)，實(shí)現(xiàn)電路設(shè)計(jì)者所需要的功能。 印刷電路板的設(shè)計(jì)主要指版圖設(shè)計(jì)，需要考慮外部連接的布局、內(nèi)部電子元件的 優(yōu)化布局、金屬連線(xiàn)和通孔

33、的優(yōu)化布局、電磁保護(hù)、熱耗散等各種因素。PCB布線(xiàn)是制作電路很關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)，當(dāng)原理圖確保無(wú)誤而各個(gè)元器件布局布線(xiàn) 不當(dāng)時(shí)，PCB上形成的干擾信號(hào)可能串入電路，從而導(dǎo)致電路工作不穩(wěn)定，甚至可能無(wú) 法正常工作。在設(shè)計(jì)PCB布線(xiàn)時(shí)，需要注意如下基本事項(xiàng)：(1) PCB上的接地連接如要考慮走線(xiàn)時(shí)，設(shè)計(jì)應(yīng)盡量加寬電源，尤其是大電流流經(jīng)回路。地線(xiàn)、電源線(xiàn)、信號(hào)線(xiàn)之間的寬度關(guān)系是：地線(xiàn)電源線(xiàn)信號(hào)線(xiàn)。(2) 應(yīng)避免地環(huán)路，在PCB上不能形成地環(huán)路。(3) 應(yīng)避免大電流和小電流在電路上互串。本次設(shè)計(jì)的PCB板圖采用兩層板，兩液晶顯示器分別留有外部接口，其他元器件 對(duì)應(yīng)封裝尺寸分別留有焊接式接口，如圖 2.10

34、所示。t0liJFz29Uv bz 口 Lg B3 Ml 05(rn j m tun j rn LED* WT2PCT2nraacsL*a * *SHTI1P2LC 口 W圖2.10糧倉(cāng)溫濕度監(jiān)控系統(tǒng) PCB板3控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)3.1軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)介紹編程軟件采用的是Keil uVision4軟件，其主界面如圖3.1所示。程序采用C語(yǔ)言編 程。Keil C51標(biāo)準(zhǔn)C編譯器為8051微控制器的軟件開(kāi)發(fā)提供了 C語(yǔ)言環(huán)境，同時(shí)保留 了匯編代碼高效、快速的特點(diǎn)。C51編譯器的功能不斷增強(qiáng)，使你可以更加貼近CPU本身及其它的衍生產(chǎn)品。C51已被完全集成到uVision4的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境中，這個(gè)集成開(kāi) 發(fā)

35、環(huán)境包含：編譯器，匯編器，實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，項(xiàng)目管理器，調(diào)試器。uVision4可為它們提供單一而靈活的開(kāi)發(fā)環(huán)境。圖 3.1 Keil uVision4 主界面KEIL C51編譯器在遵循ANSI標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，為8051微控制器系列特別設(shè)計(jì)。語(yǔ)言 上的擴(kuò)展能讓用戶(hù)使用應(yīng)用中的所有資源。(1)存儲(chǔ)器和特殊功能寄存器的存取C51編譯器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)8051系列所有資源的操作。SFR的存取由sfr和sbit兩個(gè)關(guān) 鍵字來(lái)提供。變量可旋轉(zhuǎn)到任一個(gè)地址空間。用關(guān)鍵字-at-還能把變量放入固定的存儲(chǔ)器存儲(chǔ)模式。連接定位器支持的代碼區(qū)可達(dá)32個(gè)，這就允許用戶(hù)在原有64K ROM的 8015基礎(chǔ)上擴(kuò)展程序。在V2的編譯

36、器和許多高性能仿真器中，可以支持應(yīng)用程序的調(diào) 試。(2) 中斷功能C51允許用戶(hù)使用C語(yǔ)言編寫(xiě)中斷服務(wù)程序，快速進(jìn)、出代碼和寄存器區(qū)的轉(zhuǎn)換功 能使C語(yǔ)言中斷功能更加高效。(3) 靈活的指針C51提供了靈活高效的指針。通用指針用 3個(gè)字節(jié)來(lái)存儲(chǔ)存儲(chǔ)器類(lèi)型及目標(biāo)地址， 可在8051的任意存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)存取任何變量。特殊指針在聲明的同時(shí)已指定了存儲(chǔ)器類(lèi)型， 指向某一特定的存儲(chǔ)區(qū)域。由于地址的存儲(chǔ)只需 12字節(jié)，因此指針存取非常迅速。軟件設(shè)計(jì)是糧倉(cāng)溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要組成部分，只有對(duì)硬件進(jìn)行合理有效的 編程，才能實(shí)現(xiàn)溫濕度的實(shí)時(shí)準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)。軟件編制的好壞對(duì)系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性等性 能也有很大的影響。本設(shè)計(jì)

37、使用模塊化編程，各部分相對(duì)獨(dú)立，為日后的軟件更新提供 了便利。軟件部分經(jīng)調(diào)試可以運(yùn)行，能夠正確顯示結(jié)果。具體模塊由一個(gè)C(kelle n.C)主函數(shù)文件和9個(gè)h文件構(gòu)成。H文件如下所示：reg51. Project,項(xiàng)目名稱(chēng)用“糧倉(cāng)溫濕度監(jiān)控”，“保存”后的文件擴(kuò)展名為.uvproj， 這是KEIL uVision4項(xiàng)目文件擴(kuò)展名，以后我們可以直接點(diǎn)擊此文件以打開(kāi)此項(xiàng)目。 選擇所要的單片機(jī)，這里采用Ateml公司的AT89C51。(3)創(chuàng)建新的程序文件，點(diǎn)擊File-New或用快捷鍵Ctrl+N，輸入“糧倉(cāng)溫濕度 監(jiān)控”的主函數(shù)程序。1 (4)點(diǎn)擊File-Save或快捷鍵Ctrl+S進(jìn)行保存。我們把第一個(gè)程序命名為“糧倉(cāng)溫濕度監(jiān)控.C”，保存在項(xiàng)目所在的目錄中(目錄中包含主函數(shù)即將調(diào)用的.-ChuiMoon ,K wan g,Y Lee.Temperature con trol glass melt ing future with fuzzy logic andCo nven tio nal PI con trolC.200