倉庫溫濕度控制系統(tǒng)課件

1、電氣與電子信息工程學院 單片機課程設計倉庫溫濕度控制系統(tǒng)姓名學號專業(yè)班級 提交日期目 錄摘要.21 倉庫溫濕度控制系統(tǒng)設計任務和性能指標 .3 1.1 設計任務.3 1.2 性能指標.32 系統(tǒng)總體設計. .33 硬件設計 .4 3.1 單片機最小系統(tǒng).4 3.2 LCD1602顯示模塊.53.3 溫濕度傳感器模塊.63.3.1 SHT10溫濕度傳感器的介紹.63.3.2 SHT10與單片機的接口電路.73.4 報警模塊.73.4 按鍵模塊.83.4 控制模塊.8 4 軟件設計 .9 4.1 主程序流程圖 .9 4.2 SHT10子程序流程圖.10 4.3 LCD1602子程序流程圖.10 4

2、.4 輸出控制子程序流程圖.11 4.5鍵盤掃描子程序流程圖.115仿真與調試 .125.1 調試環(huán)境 .125.2不足與優(yōu)化.136 總結 .137 參考文獻 .13附件1系統(tǒng)仿真圖.14 摘要防潮、防霉、防腐、防爆是倉庫日常 工作的重要內(nèi)容，是衡量倉庫管理質量的重要指標。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 利進行，首要問題是加強倉庫內(nèi)溫度與濕度的監(jiān)測工作。傳統(tǒng)的方法是用濕度表、毛發(fā)濕度表、雙金屬式測量計和濕度試紙等測試器材，通過人工進行檢測，對不符合溫度和濕度要求的庫房進行通風、去濕和降溫等工作。為解決這種傳統(tǒng)溫濕度檢測主要以人為基礎、依靠人工輪流值班,人工巡回

3、查看等方式來測量和記錄環(huán)境狀況信息的模式,避免許多由人為因素造成的重大事故,解決效率低下不利于人才充分利用的問題,讓測量更具有科學性,本設計提供了一套更方便和精確度更高的測控系統(tǒng)。本設計是基于AT89C52單片機的倉庫溫濕度自動控制系統(tǒng)，采用SHT10作為溫濕度傳感器，LCD1602液晶屏進行顯示。SHT10使用類似于I2C總線的時序與單片機進行通信，因為它高度集成，已經(jīng)包括A/D轉換電路，所以使用方便，而且準確、耐用。LCD1602能夠分兩行顯示數(shù)據(jù)，第一行顯示溫度，第二行顯示濕度。這個控制系統(tǒng)能夠測量倉庫中的溫度和濕度，并將其顯示在液晶屏LCD1602上，同時將其與設定值進行對比，如果超出

4、上下限，將進行報警并通過串口向PC端發(fā)送信息以及啟動溫濕度調節(jié)設備。此外，還可以通過獨立式鍵盤對設定的溫濕度的上下限數(shù)值進行修改。經(jīng)過整機調試，實現(xiàn)了倉庫溫濕度控制的模擬。1 倉庫控制系統(tǒng)設計任務和性能指標1.1設計任務 為了保護倉庫儲存的物品的質量，創(chuàng)造適宜儲存的環(huán)境，當庫內(nèi)溫濕度適宜物品儲存時，控制設備不用采取措施，溫濕度傳感器只是對庫內(nèi)進行檢測。當庫內(nèi)溫濕度不適宜物品儲存時，報警裝置進行報警，控制設備采取相應的措施對倉庫溫濕度進行調節(jié)，只至溫濕度在限定的范圍內(nèi)。1.2性能指標本文要設計的倉庫溫濕度自動控制系統(tǒng)，要能夠及時、準確地對倉庫的溫度、濕度進行采集，將其顯示在LCD1602液晶顯示

5、器上，然后與設定的上下限值進行比較，如果超出限制則啟動溫度、濕度控制設備，并通過蜂鳴器報警，直到溫濕度回到規(guī)定的范圍。另外，還要能夠通過按鍵修改設定的溫濕度上下限，來滿足不同物品的儲存條件。為了滿足倉庫儲存的需要，此次設計要達到一下指標：（1）工作環(huán)境：倉庫；（2）溫度測量誤差：±1；（3）測溫范圍：-10+55；（4）濕度測量誤差：±5%RH；（5）測濕范圍：0100%RH；（6）能否通過鍵盤電路修改上下限：能；（6）有無溫濕度報警：有；2 系統(tǒng)總體設計本設計核心部件為AT89C51，信號采集及處理部分由SHT10構成，進入單片機后經(jīng)處理后通過LCD1602顯示溫濕度，信

6、號顯示采用的液晶屏為5×7點陣，一行可顯示16字，兩行，第一行顯示溫度，第二行顯示濕度。通過上位機部分對測量的溫濕度進行上下值的設定，應用RS-485通信方式完成測控電路與上位PC機的數(shù)據(jù)交換。當測量超過限定值，通過超限報警處理電路對其進行處理分別顯示不同的二極管燈亮，蜂鳴器產(chǎn)生長鳴，串口向PC端發(fā)送具體的報警信息，控制設備采取相應的措施使溫濕度到達設定的范圍內(nèi)。 硬件中包括五個按鍵，對溫濕度上下限進行修改。開機后，所有器件初始化，溫濕度傳感器SHT11開始進行溫濕度測量和計算，最后通過LCD液晶顯示器顯示結果。在測量結果中有超過設定的溫濕度上下限的，通過溫濕度控制部分作出反應。整體

7、電路框圖如圖1所示：報警模塊鍵盤輸入LCD1602顯示SHT10溫濕度傳感器控制部分 AT89C52 單片機圖1 整體電路框圖3硬件設計3.1單片機最小系統(tǒng) 圖2 單片機最小系統(tǒng)單片機最小系統(tǒng)包括單片機、電源電路、時鐘電路和復位電路。時鐘電路用于產(chǎn)生單片機工作時候所必須的時鐘信號，單片機在時鐘信號的節(jié)拍下逐條地執(zhí)行指令。單片機有兩種時鐘信號產(chǎn)生方式，一種是內(nèi)部時鐘方式，另一種是外部時鐘方式。外部時鐘方式是把已有的時鐘信號從XTAL1或XTAL2送入單片，一般用于有多個單片機的情況，所以本設計中時鐘電路采用內(nèi)部時鐘方式，選用12M的晶振和兩個30pF的電容與片內(nèi)的高增益反相放大器構成一個自激振蕩

8、器。電源電路后面的模塊中會單獨提到，用5V的直流電源。下面著重論述一下復位電路。圖3 上電+手動復位電路單片機的復位主要有上電復位和手動復位，之所以要進行復位，目的就是為了讓單片機進入初始狀態(tài)，比如讓PC指向0000H，這樣單片機才能從頭運行程序。因此上電的時候就要讓單片機復位一次；在運行過程中，如果程序出錯，也需要進行手動復位。 本設計中的復位電路就是上電+手動復位電路，復位時要讓STC89C52RC的RST引腳得到2個機器周期以上的高電平。先說說上電復位的工作原理，當單片機上電時，電源+5V的Vcc通過10K的電阻對10uF的電容進行充電。剛上電時，有較大的電流從Vcc經(jīng)電容、電阻流向GN

9、D，由于電容兩端的電壓不可突變，因此仍然為0V，于是電阻的兩端分得5V的電壓，即RST引腳此時的電勢為5V。隨著充電的繼續(xù)進行，電流會逐漸減小，電阻兩端的電壓UR=IR也逐漸減小，即RST引腳的電勢逐漸減小。過了一定時間，RST引腳兩端的電壓下降到不再是高電平，只要這個充電的時間大于單片機兩個機器周期，就能使單片機復位。程序運行過程中如果跑飛了、程序運行出錯或操作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時，就需要用到手動復位。手動復位就是在上電復位電路的電容兩邊并聯(lián)一個微動開關，需要手動復位時將其按下，使之接通，RST獲得高電平，而且人按動按鈕的時間肯定是超過兩個機器周期的，于是單片機復位。3.2 LCD160

10、2顯示模塊測量到的溫濕度值將顯示到液晶屏LCD1602上，它可以顯示2行，每行16個字符。LCD1602共有三個存儲器，它們是CGROM、CGRAM和DDRAM。CGROM用來保存LCD1602內(nèi)部固化的一些字符的字模，比如英文的26個字母的大小寫；CGRAM用來保存用戶自己取的字模，比如，如果要顯示漢字，就必須自己去漢字字模，在這里我們都用英語字母，故不用CGRAM；DDRAM用來存儲要顯示的字符的字模，它和屏幕上的位置是對應的，第一行為00H到0FH，第二行為40H到4FH。在這里需要注意的是，在向LCD1602寫入顯示數(shù)據(jù)存儲器地址時，根據(jù)控制指令的格式，最高位D7為1，所以寫入的數(shù)據(jù)為

11、，第一行80H到8FH，第二行C0H到CFH。它與單片機的接口電路如下圖所示：圖4 LCD1602與單片機的接口電路3.3 溫濕度傳感器模塊3.3.1 SHT10溫濕度傳感器的介紹SHT11是瑞士Scnsirion公司推出的一款數(shù)字溫濕度傳感器芯片。該傳感器內(nèi)1個奄容式聚合體溺瀑元件和1個能隙式測溫元件組成，并嗣1個14位AD轉換器以及1個2-wire數(shù)字接口在單芯片中無縫結合，使得該產(chǎn)品具有功耗低、反應快、抗干擾能力強等優(yōu)點。（1） SHT10的主要特點相對濕度和溫度的測量兼有露點輸出；全部校準，數(shù)字輸出；接口簡單(2-wire)，響應速度快；越低功耗，自動休眠；出色的長期穩(wěn)定性；超小體積(

12、表面貼裝)；測濕精度土45RH，測溫精度土05(25)。測溫范圍-40123，測濕范圍0100%RH（2）SHT10的命令與時序)SHTl0命令；命令時序發(fā)送一組“傳輸啟動”序列進行數(shù)據(jù)傳輸初始化，如圖5所示。其時序為：當SCK為高電平時DATA翻轉保持低電乎，緊接著SCK產(chǎn)生1個發(fā)脈沖，隨后在SCK為高電平時DATA翻轉保持高電平。緊接著的命令包括3個地址位(僅支持“000”)和5個命令位。SHTl0指示正確接收命令的時序為：在第8個SCK時鐘的下降沿之后將DATA拉為低電平(ACK位)，在第9個SCK時鐘的下降沿之后釋放DATA(此時為高電平)。圖5 命令時序復位時序如果與SHTl0的通信

13、發(fā)生中斷，可以通過隨后的信號序列來復位串口，如圖6所示。保持DATA為高電平，觸發(fā)SCK時鐘9次或更多，接著在執(zhí)行下次命令之前必須發(fā)送一組“傳輸啟動”序列。這些序列僅僅復位串口，狀態(tài)寄存器的內(nèi)容仍然保留。圖6 復位時序狀態(tài)寄存器讀寫時序SHTl0通過狀態(tài)寄存器實現(xiàn)初始狀態(tài)設定。圖7 讀時序圖8 寫時序3.3.2 SHT10與單片機的接口電路圖9 SHT10與單片機的接口電路SHT10采用類似于I2C的兩線制串行總線，一根是時鐘線，一根是數(shù)據(jù)線。為避免信號沖突，微處理器應驅動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。上拉電阻通常已包含在微處理器的I/O 電路中

14、。3.4 報警模塊當倉庫的溫濕度超過上下限時，除了需要啟動溫濕度調節(jié)器之外，還需要進行報警，這里用到的是蜂鳴器、LED和串口。蜂鳴器為一種采用一體化結構的電子器件， 采用了直流電壓來供電。蜂鳴器分為有源蜂鳴器和無源蜂鳴器。本設計中使用的是有源蜂鳴器，在它兩端加載5V的直流電壓就可以使之鳴叫。LED在這個模塊中主要是顯示溫濕度不在限定范圍內(nèi)，不同的LED亮，顯示對應的物理量超限。串口主要是當溫室度超限，單片機不停地向PC端發(fā)出具體超限的物理量。報警電路圖10所示圖10 報警電路圖蜂鳴器工作電流一般為10mA，而單片機的I/O口只能承受幾毫安的電流，因此需要加三極管進行驅動。如上圖所示，單片機的I

15、/O口中的P3.5接PNP型三極管的基極，當P3.5為低電平時，三極管導通，5V的電壓加載到蜂鳴器兩端，于是蜂鳴器鳴叫；當P3.5高電平時，三極管截至，蜂鳴器不鳴叫。串口的2、3號腳分別接單片機的P3.0和P3.1，便于與PC機進行通信。四個LED正極直接與VCC相連，當負極出現(xiàn)低電平時，對應的LED亮。3.5 按鍵模塊按鍵電路圖如下圖所示圖11 按鍵電路圖鍵盤分為編碼式和非編碼式鍵盤。其中，非編碼式鍵盤又包括矩陣式鍵盤和獨立式鍵盤。矩陣式鍵盤較為復雜，一般用于按鍵數(shù)目較多，而單片機可用的I/O口又比較有限時。本控制系統(tǒng)中只需要用到5個按鍵，數(shù)目較少，并且可用的I/O口充足，故采用獨立式鍵盤，

16、一個按鍵對應一個單片機的I/O口管腳。本設計中總共用到5個按鍵式開關，它們用來改變設定的溫濕度上下限數(shù)值。從K1到K5，分別控制進入溫度上下限設置、進入濕度上下限設置、數(shù)值加、數(shù)值減、確認并退出。本設計中的鍵盤是低電平有效。未按鍵時，上拉電阻保證了單片機的I/O口是確定的高電平；當某個鍵按下時，I/O口變?yōu)榈碗娖健１驹O計可以直接設定溫濕度參數(shù)的上下限值，從而達到對溫濕度控制報警的功能。3.6 控制模塊控制模塊電路圖如下所示圖12 控制模塊電路圖控制模塊主要由直流電機、繼電器、加熱絲等構成。由于單片機的輸出電流一般為30-40mA,輸出的低電平為0.1V左右，而直流電機的驅動電流為200mA，驅

17、動電壓為5V，繼電器的驅動電流約為90Ma,所以要用三級管放大，通過繼電器使電機開關吸合，避免電機不能正常工作?？刂颇K的主要功能是當溫濕度不在限定范圍時，控制設備開始工作，使溫濕度達到自己限定的范圍內(nèi)。4軟件設計4.1 主程序流程圖Yes是否超限？將溫濕度與設定值比較啟動溫濕度調節(jié)設備對溫濕度數(shù)據(jù)進行修正No在液晶屏上顯示溫濕度測量溫濕度是否有按鍵？初始化LCD1602Yes開始進入鍵盤掃描子程序串口設置NoSHT10復位圖13 主程序流程圖4.2 SHT10子程序流程圖開始發(fā)送啟動時序發(fā)送控制字接收數(shù)據(jù)測量結束？接收校驗位結束NoYes圖14 SHT10子程序流程圖4.3 LCD1602子

18、程序流程圖開始LCD1602初始化設置首行數(shù)據(jù)指針寫入首行字符設置第二行數(shù)據(jù)指針寫入第二行字符結束圖15 LCD1602子程序流程圖4.4 輸出控制子程序流程圖開始返回主程序溫度、濕度是否超出上下限？啟動溫濕度調節(jié)設備蜂鳴器報警溫濕度是否回到限定值內(nèi)？停止報警停止溫濕度控制設備溫濕度是否留有足夠的裕量？結束NoYesYesYesNoNo圖16 輸出控制子程序4.5 鍵盤掃描子程序流程圖開始退出鍵盤子程序延時10ms退出鍵盤子程序上限或下限加一或減一P2.3或P2.4是否按下？NoP2.3或P2.4是否仍被按下？YesYesNoP2.5或P2.6是否按下？P2.5或P2.6是否按下？YesNo圖

19、17 YesNo鍵盤掃描子程序為了防止抖動，按鍵電路中都要消抖的措施，本設計中是采用的軟件消抖，在單片機檢測到某個鍵按下后，延時10ms再監(jiān)測，如果仍然按下，才視為按下了該鍵。K1、K2、K3、K4、K5分別對應單片機的P2.3-P2.7引腳。按下K1，也就是使P2.3為低電平時，進入溫度上限的設置，再按一次進入溫度下限的設置；按下K2，進入濕度上限的設置，再按一下進入溫度下限的設置。在每個設置里面，按K3增加限值，按K4減小限值。設置好以后，按K5退出設置。5仿真與調試5.1 調試環(huán)境本設計用到了Keil uVision4和Proteus7.8兩種軟件進行聯(lián)合調試。實驗中使用C語言在Keil

20、 uVision4進行編寫源代碼，并通過編譯檢查源程序中的代碼是否正確。原理圖是在Proteus7.8提供的環(huán)境中繪畫。在Keil uVision4編譯無誤后生成HEX文件，并將其導入到原理圖中，在原理圖沒有錯誤后就可以進行仿真。通過仿真可以進行調試，使設計達到要求。5.2 不足與優(yōu)化不足：按鍵會出現(xiàn)抖動，延時時間過短致使按鍵按下時單片機可能沒來得及響應。SHT10測量溫濕度最大誤差可達到±4.5，對于一些溫濕度要求較高的物品還存在較大的誤差。優(yōu)化方案：對于按鍵出現(xiàn)抖動的情況，我們可以增大延時時間來，解決這個問題。對于一些對溫濕度要求比較高的物品，我們可以使用其它精度比較高而且比較有

21、經(jīng)濟效益的的傳感器，同時可以采取多點測量的方法來解決。6總結這次的課程設計是利用單片機AT89C52來設計倉庫溫濕度控制系統(tǒng)，設計中使用LCD1602進行對當前溫度和濕度進行顯示，使用溫濕度傳感器SHT10對溫濕度測量，當溫濕度超限時，蜂鳴器發(fā)出報警信號，同時，控制設備進行相應的操作使溫濕度回到限定的范圍內(nèi)。通過模擬，基本實現(xiàn)了對倉庫溫濕度的控制。這次課程設計讓我學習和了解了很多東西。通過查找資料，我了解了SHT10溫濕度傳感器的使用方法，并對里面的一些函數(shù)和設計思路有了一定的認識，同時，了解了LCD1602后，我知道了1602該如何使用，并能夠初步的使用它。由于使用SHT10溫濕度傳感器時，

22、單片機的P3.6和P3.7分別于SHT10的DATA和SCK直接相連，而單片機與SHT10的接口電路中，數(shù)據(jù)端DATA接了一個上拉電阻，讓我加深了單片機內(nèi)部的P1、P2、P3口有上拉電阻。另外在這次實驗中我知道蜂鳴器分為有源和無源兩種，也知道了它們接入電路的區(qū)別。這次課程設計體會最深的對軟件和硬件的調試，軟件調試過程中遇到了很多麻煩，如按鍵延時過短，導致單片機沒來得及響應使液晶顯示屏上還是按鍵按下前的字符，通過改正延時時間的長度，最終把這個問題解決了；在硬件調試中也遇到了一些問題，如蜂鳴器沒有聲音，最后經(jīng)過查閱資料，是因為蜂鳴器的電壓和電流不夠，通過三極管的放大作用，最終蜂鳴器發(fā)出聲音，其次還可以通過改變蜂鳴器的頻率改變聲音的音調。通過這次課程設計，我知道我們在遇到問題時，我們應該多動腦，同時應該多查閱資料以便解決問題。同時，在