自動化畢業(yè)論文蔬菜大棚溫濕度測控系統(tǒng)設計

1、自動化畢業(yè)論文-蔬菜大棚溫濕度測控系統(tǒng)設計 蔬菜大棚溫濕度測控系統(tǒng)設計摘 要溫室大棚是設施農(nóng)業(yè)的重要組成局部大棚測控系統(tǒng)是實現(xiàn)大棚自動化科學化的根本保證通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析結(jié)合作物生長規(guī)律控制環(huán)境條件使作物到達優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)高效的栽培目的計算機應用技術(shù)的開展也使得用計算機控制的方面也涉及到各個領(lǐng)域其中在大棚內(nèi)用單片機控制溫度濕度是應用于實踐的主要方面之一對于蔬菜大棚來說最重要的一個管理因素是溫度和濕度等控制本設計是一個專門為溫室大棚溫濕度測量控制而設計的系統(tǒng)通過對系統(tǒng)的硬件局部和軟件局部設計來到達監(jiān)控要求硬件局部實現(xiàn)了對溫濕度傳感器模塊顯示模塊控制模塊的設計軟件局部主要根據(jù)系統(tǒng)的設計思想設計出了主程

2、序和子程序流程圖并通過程序?qū)崿F(xiàn)在系統(tǒng)設計過程中充分考慮到性價比選用價格低性能穩(wěn)定的元器件通過實踐證明系統(tǒng)具有性能好操作方便等優(yōu)點能實現(xiàn)對溫濕度等的顯示調(diào)節(jié)和控制系統(tǒng)在其它領(lǐng)域還具有一定的推廣價值關(guān)鍵詞大棚溫度濕度傳感器 ABSTRACTGreenhouse is an important component of protected agriculture Measuring and controlling systen is the basis of the management automation in the greenhouse With the growth rules analy

3、zing measurement data and controlling circumstance condition It makes greenhouse better and more productive and high quality With the development of computer application technology the computer-controlled areas are also involved the plastic temperature using SCM and humidity is one of the main aspec

4、ts used in practice For vegetable shed speaking one of the most important management factor is the temperature and humidity control Thethesis isabout an intelligent system designed for controlling the temperature and humidity of a greenhouse It can meet the demand of monitoring through the design of

5、 hardware and that of software in details The former is more important in this dissertation including the introduction of sensor of measuring temperature and humidity demonstrating mode of data the mode of control and the connecting part of the changing column And according to the design thoughts th

6、e latter shows the flow chart of the main program and the subprogram realized by program This thesis choose the decices as full consideration of the ration between prformance and cost as possible The system adopts quite a new integrated circuit which makes it function better and run more convenientl

7、y when put into practice Furthermore not only can it achieve the goals of manifesting and regulating the temperature but also itcanbe controlled And it has much of value to apply and popularize in other fieldsKEY WORDS Vegetable Temperature Humidity Sensor目 錄1第1章 設計方案論證211 設計要求及框圖212 元器件的選擇2com 單片機的

8、選擇2com 溫度傳感器的選擇3com 濕度傳感器的選擇3com 顯示模塊的選擇4com 系統(tǒng)設計方案確實定4第2章 系統(tǒng)的硬件設計621 系統(tǒng)硬件的簡述622 單片機模塊的設計6com 單片機的功能特性描述6com 單片機的最小系統(tǒng)823 溫濕度采集系統(tǒng)的設計9com 溫濕度傳感器的概述9com 傳感器的接口說明9com 硬件連接1024 顯示模塊的設計10com LCD12864的概述10com LCD12864引腳說明12com LCD12864的主要技術(shù)參數(shù)1325 報警電路的設計1426 功能鍵的設計1527 控制電路的設計15第3章 軟件系統(tǒng)設計1731 軟件設計的整體思想1732

9、 程序流程圖設計1733 DHT90軟件系統(tǒng)設計18com DHT90測量流程圖18com 傳感器的電氣特性20com 啟動傳感器指令20com 發(fā)送命令21com 測量時序21com位時序2134 DHT90的溫濕度補償及轉(zhuǎn)換22com 相對濕度22com 溫度轉(zhuǎn)換2235 LCD12864軟件系統(tǒng)設計23com LCD12864顯示流程圖23com 寫數(shù)據(jù)到模塊24com 從模塊讀出數(shù)據(jù)2536 按鍵軟件系統(tǒng)設計26第4章 調(diào)試2841 軟件調(diào)試2842 硬件調(diào)試2843 液晶模塊調(diào)試2944 報警電路調(diào)試29結(jié) 論30謝 辭31參考文獻32附 錄33外文資料翻譯46前言改革開放以來我國經(jīng)

10、濟的迅速增長使得農(nóng)業(yè)的研究和應用技術(shù)越來越受到重視特別是溫室大棚已經(jīng)成為高效農(nóng)業(yè)的一個重要組成局部現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的重要一環(huán)就是對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的一些重要參數(shù)進行監(jiān)測和控制例如空氣的溫度濕度二氧化碳含量土壤的含水量等在現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中以蔬菜大棚為代表的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)設施在現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著巨大的作用大棚內(nèi)的溫度濕度與二氧化碳含量等參數(shù)直接關(guān)系到蔬菜和水果的生長國外的溫室設施己經(jīng)開展到比擬完備的程度并形成了一定的標準但是價格非常昂貴缺乏與我國氣候特點相適應的測控軟件當今大多數(shù)對大棚溫度濕度二氧化碳含量的監(jiān)測與控制都采用人工管理這樣不可防止的有測控精度低勞動強度大及測控不及時等弊端容易造成不可彌補的損

11、失結(jié)果不但大大增加了本錢浪費了人力資源而且很難到達預期的效果為了實現(xiàn)高效農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的科學化并提高農(nóng)業(yè)研究的準確性推動我國農(nóng)業(yè)的開展必須大力開展農(nóng)業(yè)設施與相應的農(nóng)業(yè)工程科學合理地調(diào)節(jié)大棚內(nèi)溫度濕度以及二氧化碳的含量使大棚內(nèi)形成有利于蔬菜水果生長的環(huán)境目前隨著蔬菜大棚的迅速增多人們對其性能要求也越來越高特別是為了提高生產(chǎn)效率對大棚的自動化程度要求也越來越高溫室大棚是植物栽培生產(chǎn)中必不可少的設施之一溫濕度是衡量溫室大棚的最重要的指標它直接影響到栽培作物的的生長和產(chǎn)量為了能給作物提供一個適宜的生長環(huán)境首要問題是加強溫室內(nèi)的溫濕度的監(jiān)測因此為了實現(xiàn)高效農(nóng)業(yè)的科學化和研究性推動我國農(nóng)業(yè)開展解決我國農(nóng)民普遍收

12、入低的問題縮小城鄉(xiāng)差距推動全面小康社會迫切需要價格適中的自動化程度高的農(nóng)業(yè)設備由于單片機及各種電子器件性價比的迅速提高使得本錢低性能穩(wěn)定的這種要求變?yōu)榭赡鼙驹O計是針對這一問題設計能夠?qū)崿F(xiàn)溫濕度上下限設定自動監(jiān)測顯示和報警等多功能的溫濕度測控系統(tǒng)該設計系統(tǒng)還可以推廣到其他領(lǐng)域1第1章 設計方案論證11 設計要求及框圖本設計需要設計一個大棚溫濕度測控系統(tǒng)設計選用單片機為執(zhí)行器通過溫度監(jiān)測電路濕度監(jiān)測電路控制系統(tǒng)報警電路顯示電路等組成這樣一個系統(tǒng)2系統(tǒng)設計框圖如圖1-1所示圖1-1 系統(tǒng)電路設計框圖12 元器件的選擇com 單片機的選擇方案一 采用MCS-51系列單片機中的AT89C51芯片作為核心

13、器件有4K 字節(jié)的內(nèi)部 FLASH PERAM能于3V的超低壓工作而且與MCS-51系列單片機完全兼容但是運用于電路設計中時由于不具備ISP在線編程技術(shù)當在對電路進行調(diào)試時由于程序的錯誤修改或?qū)Τ绦虻男略龉δ苄枰獰氤绦驎r對芯片的屢次拔插會對芯片造成一定的損壞3方案二采用AT89S52芯片作為核心器件片內(nèi)ROM全都采用Flash ROM能以3V的超低壓工作同時也與MCS-51系列單片機完全兼容該芯片內(nèi)部存儲器為8KB ROM 存儲空間同樣具有89C51的功能并且具有在線編程技術(shù)由于程序的錯誤修改或?qū)Τ绦虻男略龉δ苄枰獰氤绦驎r不需要對芯片屢次拔插由此不會對芯片造成損壞所以設計采用AT89S52

14、作為主控制系統(tǒng)com 溫度傳感器的選擇方案一采用數(shù)字式溫度傳感器DS18B20此類傳感器為數(shù)字式傳感器而且僅需要一條數(shù)據(jù)線進行數(shù)據(jù)傳輸易于與單片機連接由于其輸出為數(shù)字量所以不需要進行AD轉(zhuǎn)化這樣就降低了硬件本錢簡化了系統(tǒng)電路另外數(shù)字式溫度傳感器還具有測量精度高測量范圍廣等優(yōu)點方案二采用數(shù)字式溫濕度傳感器DHT90該傳感器為數(shù)字式傳感器可以同時采集溫度和濕度兩線制的串行接口與內(nèi)部的電壓調(diào)整使外圍系統(tǒng)集成變得快速而簡單微小的體積和極低的功耗等優(yōu)點使其成為選擇溫濕度傳感器時的首選com 濕度傳感器的選擇方案一采用HS1100HS1101濕度傳感器HS1100HS1101電容傳感器在電路構(gòu)成中等效于一

15、個電容器件其電容量隨著所測空氣濕度的增大而增大該傳感器具有高可靠性長期穩(wěn)定性和快速響應時間等特點由頂端接觸 HS1100 和側(cè)面接觸 HS1101 兩種封裝產(chǎn)品適用于線性電壓輸出和頻率輸出兩種電路適宜于制造流水線上的自動插件和自動裝配過程等方案二采用數(shù)字式溫濕度傳感器DHT90該傳感器為數(shù)字式傳感器采集濕度的精度是14位端口少只需要單片機的一個端口即可驅(qū)動精度較高除此之外該傳感器還可以同時采集溫度和濕度并能進行相對濕度補償易于應用操作簡單com 顯示模塊的選擇方案一采用LCD1602液晶顯示器其顯示容量為162個字符而此次設計的是一個大棚溫濕度測控系統(tǒng)需要將設定的溫濕度值以及采集過來的外界環(huán)境

16、里的溫度值和濕度值顯示出來而LCD-1602的顯示容量只有兩行可以顯示八個漢字這樣無法直接在一屏里面顯示溫度值和濕度值需要分屢次頁數(shù)來顯示這樣不便于觀察溫濕度的變化所以在本次設計中不采用LCD1602液晶顯示器方案二采用LCD12864液晶顯示器 可以顯示四行漢字每行為16個字符八個漢字這樣可進行觀察和比擬清晰明了易于操作占用的單片機口線少可以滿足本系統(tǒng)的設計要求因此在本次設計中的顯示局部選用LCD12864液晶顯示器4com 系統(tǒng)設計方案確實定綜上所述對本次設計系統(tǒng)的方案選定如下 采用AT89S52作為主控制系統(tǒng)液晶顯示模塊LCD12864作為本次系統(tǒng)的顯示DHT90溫濕度傳感器作為本次系統(tǒng)

17、溫度和濕度的信息采集5通過論證擬采用的設計方案內(nèi)容包括以下幾點1 選擇AT89S52單片機作為整個系統(tǒng)的核心器件發(fā)送并時時處理系統(tǒng)信息2 傳感器是實現(xiàn)測量與控制的首要環(huán)節(jié)是測控系統(tǒng)的關(guān)鍵部件如果沒有傳感器對原始被測信號進行準確可靠的捕捉和轉(zhuǎn)換一切準確的測量和控制都將無法實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)過程的自動化測量和控制幾乎主要依靠各種傳感器來檢測和控制生產(chǎn)過程中的各種參量使設備和系統(tǒng)正常運行在最正確狀態(tài)從而保證生產(chǎn)的高效率和高質(zhì)量本設計選用集成溫濕度傳感器DHT903 顯示電路的設計設計采用液晶LCD12864進行顯示簡單明了4 報警電路的設計在微型計算機控制系統(tǒng)中為了平安生產(chǎn)對于一些重要的參數(shù)或系統(tǒng)部位都設

18、有緊急狀態(tài)報警系統(tǒng)以便提醒操作人員注意或采取緊急措施其方法就是把計算機采集的數(shù)據(jù)通過計算機進行數(shù)據(jù)處理數(shù)字濾波和標度變換這些已經(jīng)在軟件程序里邊處理過所以顯示溫濕度即為外界采集的溫濕度和設定的值比擬如果高于上限值或低于下限值那么進行報警否那么就作為采樣的正常值進行顯示和控制本設計采用聲光報警電路溫度和濕度任何一個超過設定范圍蜂鳴器均報警設計選用二極管的亮滅顯示溫度或者濕度是否過限這樣便于觀察可以更加直接確實定是要升降溫還是要增減濕度給工作人員減少了工作量蜂鳴器報警電路是通過MCS-52的1根口線經(jīng)驅(qū)動器驅(qū)動蜂鳴音發(fā)聲5 溫濕度控制主程序的設計要考慮以下問題 1 溫濕度采樣數(shù)字濾波 2 越限報警和

19、處理 3 溫度標度轉(zhuǎn)換第2章 系統(tǒng)的硬件設計21 系統(tǒng)硬件的簡述系統(tǒng)采用單片機對大棚的溫度濕度進行自動監(jiān)測和控制不僅具有控制方便簡單和靈活性大等特點而且還可以大大提高被控制溫度濕度的技術(shù)指標從而能夠大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量本設計利用單片機的這些特點對大棚的溫度濕度進行控制將其保持在一個適宜的范圍內(nèi)假設溫度低于10加熱裝置工作假設溫度高于40通風裝置工作濕度低于30RH噴灌裝置工作濕度到達或超過70RH噴灌裝置停止工作622 單片機模塊的設計com 單片機的功能特性描述AT89S52是一種低功耗高性能CMOS 8位微控制器存儲器是采用Atmel公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造與工業(yè)80C51產(chǎn)品

20、的指令和引腳完全兼容在單芯片上擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash使得AT89S52為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活超有效的解決方案AT89S52具有以下標準功能8k字節(jié)Flash256字節(jié)RAM32 位IO 口線看門狗定時器2 個數(shù)據(jù)指針三個16位定時器計數(shù)器一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)全雙工串行口片內(nèi)晶振及時鐘電路另外AT89S52可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作支持2種軟件可選擇節(jié)電模式空閑模式下CPU 停止工作允許RAM定時器計數(shù)器串口中斷繼續(xù)工作掉電保護方式下RAM內(nèi)容被保存振蕩器被凍結(jié)單片機停止一切工作直到下一個中斷或硬件復位為止7AT89S52的引腳如圖2-1所示P0 口P0口是

21、一個8位漏極開路的雙向IO口作為輸出口每位能驅(qū)動8個TTL邏輯電平對P0端口寫1時引腳用作高阻抗輸入 在Flash編程時P0口也用來接收指令字節(jié)在程序校驗時輸出指令字節(jié)程序校驗時需要外部上拉電阻 P1 口P1 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向IO 口P1輸出緩沖器能驅(qū)動4 個 TTL 邏輯電平對P1 端口寫1時內(nèi)部上拉電阻把端口拉高此時可以作為輸入口使用作為輸入使用時被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因?qū)⑤敵鲭娏?IIL 圖2-1 AT89S52引腳圖P2 口P2 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向IO 口P2 輸出緩沖器能驅(qū)動4 個 TTL 邏輯電平對P2 端口寫1時內(nèi)部上拉電阻把端口拉

22、高此時可以作為輸入口使用作為輸入使用時被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因?qū)⑤敵鲭娏?IIL P3 口P3 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向IO 口P3輸出緩沖器能驅(qū)動4 個 TTL 邏輯電平對P3 端口寫1時內(nèi)部上拉電阻把端口拉高此時可以作為輸入口使用作為輸入使用時被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因?qū)⑤敵鲭娏?IIL RST復位輸入當振蕩器工作時RST引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平單片機復位 ALEPROG當訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時ALE 地址鎖存允許 輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)一般情況下ALE仍以時鐘振蕩頻率的16輸出固定的脈沖信號因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的應注意的

23、是每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個ALE脈沖 PSEN程序儲存允許輸出 PSEN 是外部程序存儲器的讀選通信號當AT8952由外部程序存儲器取指令 或數(shù)據(jù) 時每個機器周期兩次PSEN有效即輸出兩個脈沖在此期間當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器將跳過兩次PSEN信號 EAVPP外部訪問允許欲使CPU僅訪問外部程序存儲器 其地址為0000H-FFFFH EA端必須保持低電平 接地 需注意的是如果加密位LB1被編程復位時內(nèi)部會鎖存EA端狀態(tài)com 單片機的最小系統(tǒng)單片機的最小系統(tǒng)包括電路和復位電路等8電路 的主要任務是為AT89S52單片機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單片機時鐘

24、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)成時鐘電路本設計中采用內(nèi)部時鐘產(chǎn)生方式如圖22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內(nèi)定時控制部件電容C8和C9對頻率有微調(diào)作用電容C1和C3應盡可能的安裝在單片機芯片附近以減少寄生電容保證振蕩器穩(wěn)定可靠的工作復位電路的功能就是對CPU進行實時監(jiān)測當CPU落入死循環(huán)之后能及時發(fā)現(xiàn)并

25、使整個系統(tǒng)復位為確保微機系統(tǒng)中電路穩(wěn)未定可靠工作復位可靠工作復位電路是必不可少的一局部復位電路的第一功能是上電復位一般微機電路正常工作需要供電電源為475525V由于微機電路是時序數(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VCC上電時只有當VCC超過475V低于525V以及晶體振蕩器穩(wěn)定工作時復位信號才被撤除微機電路開始正常工作單片機在啟動時都需要復位以使CPU及系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)并從初態(tài)開始工作89系列單片機的復位信號是從RST引腳輸入到芯片內(nèi)的施密特觸發(fā)器中的當系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時且振蕩器穩(wěn)定后如果RST引腳上有一個高電平并維持2個機器周期 24個振蕩周期 以上那么CP

26、U就可以響應并將系統(tǒng)復位23 溫濕度采集系統(tǒng)的設計com 溫濕度傳感器的概述DHT9x是數(shù)字溫濕度傳感器系列中插針型的傳感器此類型傳感器把傳感元件和信號處理集成起來輸出全標定的數(shù)字信號傳感器包括一個電容性聚合體測濕敏感元件一個用能隙材料制成的測溫元件并在同一芯片上與 14 位的 AD轉(zhuǎn)換器以及串行接口電路實現(xiàn)無縫連接傳感器采用專利的CMOS技術(shù)確保產(chǎn)品具有極高的可靠性與卓越的長期穩(wěn)定性因此該產(chǎn)品具有品質(zhì)卓越響應超快抗干擾能力強性價比極高等優(yōu)點傳感器采用的是原裝進口數(shù)字溫濕度傳感器芯片引腳插針為標準254插針使用時無需重新校準傳感器直接與單片機相連無需其他外部元件總之極低的功耗極高的性價比卓越的

27、品質(zhì)等優(yōu)點使其成為我們在選擇溫濕度傳感器時的首選DHT90的根本特性如下測濕范圍0100RH測溫范圍-401238響應時間溫度 30s濕度 8s分辨率溫度001濕度003RH重復性溫度01 濕度01RH測量精度溫度±05 濕度±45RH安裝方式254mm間距插針com 傳感器的接口說明DHT90引腳結(jié)構(gòu)如表2-1所示表2-1 DHT90引腳結(jié)構(gòu)PinNameComment1SCK時鐘信號2VDD電源3GND地4DATA數(shù)據(jù)輸出DHT90的供電電壓為24-55V建議供電電壓為33VDHT90的串行接口在傳感器信號的讀取及電源損耗方面都做了優(yōu)化處理傳感器不能按照I2C 協(xié)議編址

28、但是如果I2C總線上沒有掛接別的元件傳感器可以連接到I2C總線上但單片機必須按照傳感器的協(xié)議工作SCK用于微處理器與 DHT90之間的通訊同步由于接口包含了完全靜態(tài)邏輯因而不存在最小SCK頻率DATA三態(tài)門用于數(shù)據(jù)的讀取DATA在 SCK 時鐘下降沿之后改變狀態(tài)并且僅在 SCK時鐘上升沿有效數(shù)據(jù)傳輸期間在SCK時鐘高電平時DATA必須保持穩(wěn)定為防止信號沖突微處理器應驅(qū)動 DATA在低電平需要一個外部的上拉電阻 例如10k 將信號提拉至高電平com 硬件連接設計采用數(shù)字式溫濕度傳感器DHT90它是數(shù)字式溫度傳感器具有測量精度高電路連接簡單等特點傳感器僅需要一條數(shù)據(jù)線進行數(shù)據(jù)傳輸另外SCK端用于微

29、處理器與 DHT90 之間的通訊同步設計中采用AT89S52的P37與DHT90的SCK相連用P36與DATA端相連Vcc接電源Vss接地9DHT90的如圖2-2所示圖2-2 DHT90硬件連接圖24 顯示模塊的設計com LCD12864的概述顯示器是最常用的輸出設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)點廣泛應用于智能儀表場合尤其是單片機系統(tǒng)中大量應用LCD以其功耗低視覺范圍廣等特點也被廣泛應用顯示電路的設計是不可缺少的對于溫濕度測控系統(tǒng)的設計而言顯示電路的設計也是不可缺少的在本設計系統(tǒng)中不僅要顯示測量的溫

30、濕度值而且還有不同的溫濕度報警參數(shù)故而顯示器的設計是十分必要的考慮到本設計的特點 工作溫濕度顯示行列數(shù)光線等 設計中選用的是FYD12864顯示器該顯示器的大屏幕顯示具有顯示清晰視覺范圍廣價格低等優(yōu)點液晶顯示模塊提供兩種界面來連接微處理機8位串行及并行兩種連接方式具有多種功能光標顯示畫面移位睡眠模式等和LED顯示器一樣LCD也有字符型和點陣型兩種字符和數(shù)字的簡單顯示不能滿足漢字和圖形曲線現(xiàn)實的要求點陣式LCD不僅可以顯示字符數(shù)字還可以顯示各種曲線圖像及漢字并且可以實現(xiàn)屏幕上下的滾動反轉(zhuǎn)閃爍等功能用途十分廣泛本設計中的顯示器設計采用的是點陣式液晶顯示模塊FYD12864-0402B是一種具有4位

31、8位并行2線或3線串行多種接口方式內(nèi)部含有國標一級二級簡體中文字庫的點陣圖形液晶顯示模塊其顯示分辨率為128×64 內(nèi)置8192個1616點漢字和128個168點ASCII字符集低電壓低功耗是其又一顯著特點與同類型的圖形點陣液晶顯示模塊相比不管其硬件電路結(jié)構(gòu)或顯示程序都要簡潔得多且該模塊的價格也略低于相同點陣的圖形液晶模塊其根本特性如下低電源電壓VDD30-55V 顯示分辨率128×64點內(nèi)置漢字字庫提供8192個16×16點陣漢字 簡繁體可選 內(nèi)置點陣字符128個16×8時鐘頻率2MHZ顯示方式STN半透正顯驅(qū)動方式132DUTY15BIAS視角方向6

32、點背光方式側(cè)部高亮白色LED功耗僅為普通LED的15110通訊方式串行并口可選內(nèi)置轉(zhuǎn)換電路DC-DC無需外加負壓工作溫度0 - 55存儲溫度-20 - 60com LCD12864引腳說明LCD12864的引腳如圖2-3所示圖2-3 LCD12864引腳圖LCD12864共20個引腳RST懸空引腳DB0-DB7為三態(tài)數(shù)據(jù)線可用于寫入并讀取數(shù)據(jù)LCD12864引腳說明如2-2所示表2-2 LCD12864引腳說明序號引腳名稱方向功能說明1VSS-模塊的電源地2VDD-模塊的電源正端3V0-LCD驅(qū)動電壓輸入端4RS CS HL并行的指令數(shù)據(jù)選擇信號串行的片選信號5RW SID HL并行的讀寫選擇

33、信號串行的數(shù)據(jù)口6E CLK HL并行的使能信號串行的同步時鐘7DB0HL數(shù)據(jù)08DB1HL數(shù)據(jù)19DB2HL數(shù)據(jù)210DB3HL數(shù)據(jù)311DB4HL數(shù)據(jù)412DB5HL數(shù)據(jù)513DB6HL數(shù)據(jù)614DB7HL數(shù)據(jù)715PSBHL并串行接口選擇H-并行L-串行16NC空腳17RSTHL復位 低電平有效18NC空腳19LED_A-背光源正極 LED5V 20LED_K-背光源負極 LED-OV com LCD12864的主要技術(shù)參數(shù) LCD12864的主要技術(shù)參數(shù)如表2-3所示表2-3 LCD12864的工作參數(shù)顯示容量128X64 點陣點尺寸com WXH mm工作電壓4852V模塊最正確工作

34、電壓50V工作電流40mA 50V 背光源顏色白色 50V 背光源工作電流 1500mA藍膜負顯STN25 報警電路的設計在微型計算機控制系統(tǒng)中為了平安生產(chǎn)對于一些重要的參數(shù)或系統(tǒng)部位都設有緊急狀態(tài)報警系統(tǒng)以便提醒操作人員注意或采取緊急措施其方法就是把計算機采集的數(shù)據(jù)或經(jīng)過計算機進行數(shù)據(jù)處理數(shù)字濾波標度變換之后與該參數(shù)上下限給定值進行比擬如果高于上限值或低于下限值那么進行報警否那么就作為正常的采樣值進行顯示和控制本設計采用聲光報警電路蜂鳴音報警接口電路的設計只需購置市售的壓電式蜂鳴器然后通過單片機AT89S52的1根口線經(jīng)驅(qū)動器驅(qū)動蜂鳴音發(fā)聲壓電式蜂鳴器約需10mA的驅(qū)動電流可以使用TTL系列

35、集成電路7406或7407低電平驅(qū)動也可以用一個晶體三極管驅(qū)動蜂鳴器的正極接電源負極接單片機的P7口報警電路中加了兩個發(fā)光二極管一個與單片機的P25連接另一個與單片機的P26連接溫濕度傳感器采集來的溫度濕度與單片機設定的溫度濕度值相比擬只要其中任何一個過限蜂鳴器就會發(fā)出蜂鳴音報警當溫度大于設定值其中一只二極管發(fā)光當濕度大于設定值另一只發(fā)光二極管亮這樣便于觀測是哪一個量過限使得工作人員的工作量減少發(fā)出 極管路 報警電路了 本設計是為在溫濕度測量中對溫濕度的上下限超出時的提示報警溫濕度過限時口被置0本系統(tǒng)開始工作報警電路圖如圖2-4所示圖2-4 報警電路圖26 功能鍵的設計當一個單片機應用系統(tǒng)的運

36、行需要人工干預時鍵盤往往是一種最簡單的干預途徑利用鍵盤人們可以很方便的實現(xiàn)向系統(tǒng)輸入數(shù)據(jù)或讓系統(tǒng)去執(zhí)行某一項命令因此鍵盤接口技術(shù)也是單片機應用系統(tǒng)開發(fā)中的一項重要內(nèi)容在單片機控制系統(tǒng)中由于其控制對象比擬專一往往需要幾個功能鍵對于具有少量功能鍵的系統(tǒng)多采用相互獨立的接口方法即每個按鍵接一根輸入線各鍵的工作狀態(tài)互不影響鍵盤具有結(jié)構(gòu)簡單使用靈活等特點因此被廣泛應用于單片機系統(tǒng)本系統(tǒng)主要是對溫室大棚中溫濕度進行自動監(jiān)測和控制但是為了管理人員的管理系統(tǒng)使用鍵盤來設定溫濕度的上下限本設計采用四個按鍵按鍵的功能如下S1S1控制溫度上限設定上限當測量溫度超過40時那么按S1鍵使其保持在35S2S2控制溫度限設

37、定下限當測量溫度低于10時那么按S2鍵使其保持在20S3S3控制濕度上限設定上限當測量溫度超過70RH時那么按S3鍵使其保持在60RHS4S4控制濕度限設定下限當測量溫度低于40RH時那么按S4鍵使其保持在30RH27 控制電路的設計繼電器是電子控制器件通常應用于自動控制電路中它具有控制系統(tǒng) 又稱輸入回路 和被控制系統(tǒng) 又稱輸出回路 實際上是用較小的電流去控制較大電流的一種自動開關(guān)故在電路中起著自動調(diào)節(jié)平安保護轉(zhuǎn)換電路等作用電磁式繼電器具有結(jié)構(gòu)簡單工作可靠鞏固耐用價格廉價等優(yōu)點本電路采用常開繼電器組成控制電路它們分別控制加溫設備降溫設備等設備加溫設備工作原理當溫度低于設定下限溫度時與單片機連接

38、的引腳將送入低電平三極管將導通繼電器有電流通過將吸合那么加熱裝置將進行加熱工作溫度上升當溫度上升到設定范圍之內(nèi)時置其引腳為高電平三極管將截止繼電器不能工作處于常開狀態(tài)加熱裝置停止工作降溫等其他繼電器控制設備原理與加溫設備原理相似2-5所示圖2-電路圖第3章 軟件系統(tǒng)設計31 軟件設計的整體思想對于系統(tǒng)而言要完成各項功能首先必須要有較完善的硬件作保證同時還必須得到相應設計合理的軟件的支持尤其是單片機應用高速開展的今天許多由硬件完成的工作都可通過軟件編程來代替甚至有些用很復雜的硬件電路才能完成的工作用軟件編程的時候往往會變得很簡單如數(shù)字濾波信號處理等等系統(tǒng)進行軟件設計時先要對本設計硬件有一個熟練的

39、掌握知道系統(tǒng)的組成數(shù)據(jù)的傳輸信號是如何被控制的以及信號的顯示然后進行軟件設計時先搞清楚各個局部的子程序及他們的流程圖然后進行C語言編程最后將它們系統(tǒng)的編程AT89S52單片機為核心采用C語言編程它采用模塊化設計由主程序讀出溫濕度子程序按鍵處理子程序32 程序流程圖設計整個系統(tǒng)的軟件設計采用模塊化編程主要的功能子程序有系統(tǒng)初始化DHT90的初始化LCD-12864的初始化主程序流程圖如圖3-1所示圖3-1 主程序流程圖33 DHT90軟件系統(tǒng)設計com DHT90測量流程圖DHT90測量流程圖如圖3-2所示圖3-2 DHT90測量時序圖com 傳感器的電氣特性電氣特性如能耗低高電平輸入輸出電壓等

40、都取決于電源DHT90時序圖如圖3-3所示圖3-3 DHT90時序圖com 啟動傳感器指令選擇供電電壓后將傳感器通電上電速率不低于 1Vms通電后傳感器需11ms 進入休眠狀態(tài)在此之前不可對傳感器發(fā)送命令DHT90命令集如表3-1所示表3-1 DHT90命令集命令代碼預留0000x溫度測量00011濕度測量00101讀狀態(tài)存放器00111寫狀態(tài)存放器00110預留0101x-1110x軟復位復位接口清空狀態(tài)存放器即清空為默認值下一次命令前等待 至少 11ms11110com 發(fā)送命令用一組 啟動傳輸啟動表示數(shù)據(jù)傳輸?shù)某跏蓟ó?SCK 時鐘高電平時 DATA 翻轉(zhuǎn)為低電平緊接著 SCK 變

41、為低電平隨后是在 SCK 時鐘高電平時 DATA 翻轉(zhuǎn)為高電平啟動傳輸時序后續(xù)命令包含三個地址位DHT90會以下述方式表示已正確地接收到指令在第 8個 SCK 時鐘的下降沿之后將 DATA下拉為低電平在第 9個 SCK 時鐘的下降沿之后恢復高電平發(fā)送命令時序圖如圖3-4所示圖3-4 發(fā)送命令時序圖com 測量時序發(fā)布一組測量命令 00000101表示相對濕度 RH00000011表示溫度 T 后控制器要等待測量結(jié)束這個過 程需要2080320ms分別對應 81214bit 測量DHT90通過下拉 DATA至低電平并進入空閑模式表示測量的結(jié)束控制器在再次觸發(fā) SCK 時鐘前必須等待這個信號來讀出

42、數(shù)據(jù)檢測數(shù)據(jù)可以先被存儲這樣控制器可以繼續(xù)執(zhí)行其它任務在需要時再讀出數(shù)據(jù)接著傳輸 2個字節(jié)的測量數(shù)據(jù)和 1個字節(jié)的 CRC奇偶校驗Uc需要通過下拉 DATA為低電平以確認每個字節(jié)所有的數(shù)據(jù)從 MSB開始右值有效用CRC數(shù)據(jù)確實認位說明通訊結(jié)束如果不使用CRC-8校驗控制器可以在測量值 LSB后通過保持確認位 SCK高電平來中止通訊在測量和通訊結(jié)束后DHT90自動轉(zhuǎn)入休眠模式com位時序如果與 DHT90通訊中斷以下信號時序可復位串口當 DATA 保持高電平時觸發(fā) SCK 時鐘 9 次或更多可參閱圖3-5圖3-5 通訊復位時序34 DHT90的溫濕度補償及轉(zhuǎn)換com 相對濕度為補償濕度傳感器的非

43、線性以獲取準確數(shù)據(jù)可參閱表3-2可使用公式 3-1 3-1 表3-2 濕度轉(zhuǎn)換系數(shù)12bit-4000000405-28000E-68bit-4000006480-72000E-4com 溫度轉(zhuǎn)換溫度轉(zhuǎn)換數(shù)可參閱表3-3可使用溫度轉(zhuǎn)度公式 3-2 3-2 表3-3 溫度轉(zhuǎn)換數(shù)VDDd1 d1 5V-401-4024V-398-39635V-397-3953V-396-39325V-394-389SOTd2 d2 14bit001001812bit004007235 LCD12864軟件系統(tǒng)設計com LCD12864顯示流程圖用FYD12864-0402B顯示模塊進行軟件設計時應注意欲在某一個

44、位置顯示中文字符時應先設定顯示字符位置即先設定顯示地址再寫入中文字符編碼顯示ASCII字符過程與顯示中文字符過程相同不過在顯示連續(xù)字符時只須設定一次顯示地址由模塊自動對地址加1指向下一個字符位置否那么顯示的字符中將會有一個空ASCII字符位置當字符編碼為2字節(jié)時應先寫入高位字節(jié)再寫入低位字節(jié)模塊在接收指令前向處理器必須先確認模塊內(nèi)部處于非忙狀態(tài)即讀取BF標志時BF需為0 方可接受新的指令如果在送出一個指令前不檢查BF標志那么在前一個指令和這個指令中間必須延遲一段較長的時間即等待前一個指令確定執(zhí)行完成LCD12864顯示流程圖如圖3-6所示圖3-6 LCD顯示流程圖com 寫數(shù)據(jù)到模塊單片機發(fā)送

45、和接受數(shù)據(jù)或指令要通過控制LCD上RSRWE三個引腳的上下電平來實現(xiàn)無論是寫數(shù)據(jù)還是讀數(shù)據(jù)一定要先查忙 對左右半屏讀命令 只有在BF 0時才能對LCD進行操作RE為根本指令集與擴充指令集的選擇控制位當變更RE后以后的指令集將維持在最后的狀態(tài)除非再次變更RE位否那么使用相同指令集時無需每次均重設RE位LCD寫數(shù)據(jù)到模塊時序圖如圖3-7所示圖3-7 LCD寫數(shù)據(jù)時序com 從模塊讀出數(shù)據(jù)12864液晶模塊內(nèi)部RAM中讀出相應的數(shù)據(jù)忙檢測函數(shù)也是根據(jù)這個時序圖寫出來的從RAM讀數(shù)據(jù)讀指令執(zhí)行后Y地址計數(shù)器自動加1從RAM讀數(shù)據(jù)前要先執(zhí)行設置頁地址 及設置列地址命令讀數(shù)據(jù)一定要先查忙只有在BF 0時才

46、能對LCD進行操作從模塊讀出數(shù)據(jù)的LCD讀數(shù)據(jù)時序圖如圖3-8所示圖3-8 LCD讀數(shù)據(jù)時序36 按鍵軟件系統(tǒng)設計在控制系統(tǒng)中一般采用中斷或查詢的方式實現(xiàn)其鍵盤接口CPU間的數(shù)據(jù)傳送缺點是需要有一個等待過程特別是在連續(xù)進行數(shù)據(jù)傳送時由于外設工作速度比CPU慢得多因此CPU在完成一次數(shù)據(jù)傳送后需要等待很長時間才能進行下一次的傳送在等待過程中CPU不能進行其他操作所以效率比擬低提高CPU效率的一條有效途徑是采用中斷方式為了提高CPU的效率可以采用中斷掃描的工作方式即只有在鍵盤按鍵按下時才產(chǎn)生中斷申請進入中斷效勞程序進行掃描并做相應處理中斷效勞程序除完成鍵識別和鍵功能外還具有消除鍵抖動等功能中斷方式

47、完全消除了CPU在查詢方式中的等待現(xiàn)象大大提高了CPU的工作效率本設計采用中斷方式鍵盤可以分為獨立連接式和行列式對于具有少量功能建的系統(tǒng)多采用相互獨立的接口方法獨立式按鍵是指各按鍵相互獨立地接通一條輸入數(shù)據(jù)線各鍵的工作狀態(tài)互不影響鍵盤的優(yōu)點是電路簡單缺點是當按鍵數(shù)較多時要占用較多的引腳本設計中的按鍵采用獨立連接式的方式在鍵盤掃描程序中求得鍵值只是手段最終目的是使程序轉(zhuǎn)移到相應的地址去完成該鍵所代表的操作對數(shù)字鍵一般是指直接將該鍵值送到顯示緩沖區(qū)進行顯示對功能鍵那么須找到該功能鍵處理程序的入口地址并轉(zhuǎn)去執(zhí)行該鍵的功能因此求得鍵值后還必須找到功能鍵處理程序入口為了防止CPU對一次按鍵動作只確認一次

48、必須排除抖動的影響可以從硬件和軟件兩個方面著手解決假設采用硬件抖動電路按鍵個數(shù)比擬多的時候硬件防抖無法勝任可以采用軟件的方法進行防抖當?shù)谝淮螜z測有鍵按下時先用軟件延時而后再確認該鍵電平是否仍維持閉合狀態(tài)假設保持閉合狀態(tài)電平那么確認此鍵確已按下從而消除按鍵抖動的影響1 第一步先判斷鍵盤中是否有鍵按下2 第二步進行行掃描判斷是哪一個鍵按下假設有鍵按下那么調(diào)用延時子程序去抖動3 第三步讀取按鍵的位置碼4 將按鍵的位置碼轉(zhuǎn)換為鍵值需要注意的是當其中某個鍵被按下時中斷引腳變?yōu)榈碗娖较駽PU申請中斷CPU響應后用查詢方法找出被按下的功能鍵再通過軟件查找出功能鍵效勞程序的入口地址為了把機械信號轉(zhuǎn)換成電信號設

49、計時使用了上拉電阻這樣當開關(guān)開啟時輸出被提升至5V當開關(guān)關(guān)閉時輸入就被強制接地總之在系統(tǒng)設計中為了縮小整個系統(tǒng)的規(guī)模簡化硬件線路盡可能使用最少的按鍵獲得更多的操作控制功能第4章 調(diào)試41 軟件調(diào)試系統(tǒng)軟件設計的過程主要分為以下幾個步驟第一步建立源程序通過計算機開發(fā)系統(tǒng)的編輯軟件按照所要求的格式語法規(guī)定源程序輸入到開發(fā)系統(tǒng)中并存在磁盤上第二步在計算機上利用KILE軟件對第一步輸入的源程序進行編譯變?yōu)榭蓤?zhí)行的目標代碼如果源程序有語法錯誤那么其錯誤將顯示出來然后返回到第一步進行修改再進行編譯直到語法錯誤全部糾正為止第三步在線調(diào)試對于與系統(tǒng)硬件無聯(lián)系的程序可以借助在線調(diào)試手段發(fā)現(xiàn)邏輯錯誤后返回到第一步

50、修改直到邏輯錯誤糾正為止對于與系統(tǒng)硬件緊密相關(guān)的程序那么需對軟件和硬件同時進行調(diào)試將程序燒入CPU然后將CPU 插入系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)硬件故障后應排除故障發(fā)現(xiàn)邏輯錯誤后應修改程序消除邏輯錯誤42 硬件調(diào)試硬件調(diào)試主要包括兩步第一步系統(tǒng)上電之前先仔細檢查線路是否連接正確并核對元器件的型號規(guī)格和安裝是否符合要求應特別注意電源系統(tǒng)的檢查以防止電源的短路和極性錯誤并重點檢查系統(tǒng)總線是否存在相互之間短路或與其它信號線的短路第二步第一步的調(diào)試只是對系統(tǒng)進行初步調(diào)試可以排除一些明顯的故障而硬件故障 如各個部件內(nèi)部存在的故障和部件之間連接的邏輯錯誤 主要是靠軟件和硬件聯(lián)調(diào)來排除硬件調(diào)試和軟件調(diào)試是不能完全分開的許多硬件

51、錯誤是在軟件調(diào)試中發(fā)現(xiàn)和被糾正的43 液晶模塊調(diào)試液晶顯示器是人機界面最關(guān)鍵的局部能夠使我們更加清楚的讀取數(shù)據(jù)在對顯示模塊進行調(diào)試的過程中發(fā)現(xiàn)顯示不正常漢字顯示與字符顯示不同LCD-12864每行可以顯示16個字符8個漢字漢字不能分半顯示由于軟件編程時地址分配有誤使得漢字局部無法顯示經(jīng)過檢查發(fā)現(xiàn)問題后將地址重新分配顯示局部正確44 報警電路調(diào)試本次系統(tǒng)設計采用的是聲光報警電路當溫度和濕度其中任何值一個過限后蜂鳴器都會發(fā)出聲音這是寫在軟件程序里的但是在加上控制信號溫濕度過限后蜂鳴器不報警蜂鳴器的控制端口無控制信號輸出經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)程序里面蜂鳴器的控制端口電平設置有誤修改后蜂鳴器工作正常結(jié) 論本設計綜

52、合利用單片機技術(shù)傳感器技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)和LCD顯示等科學知識完成了基于單片機控制的溫濕度測量和顯示報警等的設計比擬系統(tǒng)地介紹了硬件的組成及設計方法利用單片機C語言完成了系統(tǒng)軟件的設計本設計特點如下1 把傳感器技術(shù)應用到單片機控制系統(tǒng)中實現(xiàn)了對環(huán)境溫濕度的數(shù)據(jù)采集讀取等2 利用LCD液晶的顯示技術(shù)完成了環(huán)境溫度濕度及顯示電路的設計3 外接了蜂鳴器報警模塊在超過設定溫濕度上下限時自動報警4 整個系統(tǒng)軟硬件搭配合理設計開發(fā)維護方便性價比高由于單片機經(jīng)濟實用開發(fā)簡便因而在工業(yè)控制農(nóng)業(yè)自動化家電智能化等領(lǐng)域也占據(jù)了廣泛的市場本設計有一定的實用性但該系統(tǒng)在設計過程中仍有很多漏洞還需要在智能化方面加以改良特

53、別是在節(jié)省功耗提高穩(wěn)定度等方面不過該產(chǎn)品有很好的可擴展性能比方該設備的測量結(jié)果不僅能在本地顯示而且可以利用單片機的串行口和RS-232總線通信協(xié)議將采集的數(shù)據(jù)傳送到主控機以進行進一步的存檔處理主控機負責控制指令的發(fā)送以控制各個從機的溫濕度采集收集測量數(shù)據(jù)并對測量結(jié)果 包括歷史數(shù)據(jù) 進行整理顯示和存儲主控機與從機之間也能夠相互聯(lián)系相互協(xié)調(diào)從而到達系統(tǒng)整體統(tǒng)一和諧的效果本系統(tǒng)存在的缺乏與拓展1 設計缺乏系統(tǒng)設計中未能顯示實時信息在一些比擬特殊的場合有時候需要系統(tǒng)顯示出各個時間段比方早中晚的實時信息而這個系統(tǒng)沒有此項功能2 系統(tǒng)拓展 1 本系統(tǒng)可以添加無線模塊可以添加中短程無線通信模塊使得系統(tǒng)能夠在

54、比擬惡劣危險等不適合人到達的地方進行工作這樣就提高了系統(tǒng)的實用性 2 本系統(tǒng)可以利用串口與PC機相連接然后將采集的信息在PC機上進行處理比方可以繪制時間溫濕度曲線也可將信息發(fā)布到WAP上進行遠程操控謝 辭時光飛逝轉(zhuǎn)眼間在洛陽理工學院的兩年大學生活已經(jīng)走到了最后的時刻在這兩年里老師對我的諄諄教導我將永遠銘記在心還有同學之間的深厚情誼將會永遠成為我的動力源泉謹此向他們表示誠摯的謝意在學士學位論文即將全部完成之際我想向曾經(jīng)給予我?guī)椭椭С值娜吮硎局孕牡母兄x感謝我的母校洛陽理工學院給我提供了這么好的學習和生活環(huán)境在學校學習和生活的日子是我一生中一段難忘的經(jīng)歷感謝我的指導老師李春娟老師本設計是在李老師的

55、親切關(guān)心和悉心指導下完成的她嚴肅的科學態(tài)度嚴謹?shù)闹螌W精神精益求精的工作作風深深地感染和鼓勵著我李老師不僅在學業(yè)上給我以精心指導同時還在思想生活上給我以無微不至的關(guān)心在此謹向李老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意同時我要感謝電氣工程系的各位老師正是由于他們的傳道授業(yè)解惑讓我學到了更多的專業(yè)知識我也從他們身上學到了如何求知治學如何為人處事我還要感謝給過我?guī)椭耐瑢W們正是由于你們的幫助和支持我才能克服一個又一個的困難和疑惑直至本論文的順利完成感謝電氣工程系自動化專升本10級全體同學的幫助和勉勵同窗之誼和手足之情我將終生難忘路漫漫其修遠兮吾將上下而求索我愿在未來的學習和研究過程中以更好的成果來答謝曾經(jīng)關(guān)心幫助和支持過我的所有領(lǐng)導老師同學和朋友學無止境明天將是我終身學習另一天的開始在論文即將完成之際我的心情無法平靜從開始進入課題到論文的順利完成有多少可敬的師長同學朋友給了我無言的幫助在這里請接受我誠摯的謝意最后我還要感謝培養(yǎng)我長大含辛茹苦的父母謝謝你們 最后再次對關(guān)心幫助我的老師和同學