自動溫濕度控制系統設計畢業論文(已修改)

　

【正文】 安徽工程大學畢業設計（論文）自動溫濕度控制系統設計畢業論文目錄摘 要 IAbstract II插圖清單 V表格清單 VI引言 1 第1章? 緒論 2 系統主機選擇 2 溫度傳感器選擇 2 濕度傳感器選擇 3 鍵盤選擇 4 顯示器選擇 4 時鐘芯片選擇 4 第2章 自動溫濕度控制系統的硬件電路設計 6 單片機最小系統設計 7 STC12C5A32S2功能特性 7 時鐘電路 8 復位電路 9 測溫電路設計 9 DS18B20的主要技術特性 9 DS18B20的工作原理及應用 11 測濕電路設計 13 SHT11的介紹 13 SHT11的應用 15 鍵盤電路設計 15 非編碼鍵盤的介紹 16 鍵盤的接口電路 17 顯示電路設計 18 12864的概述 18 12864的應用說明 20 時鐘電路設計 22 實時時鐘（RTC）簡介 22 DS1302時鐘芯片應用 23 功率接口電路設計 24 第3章 自動溫濕度控制系統的軟件設計 26 主程序 26 測溫程序 27 DS18B20的工作過程及時序 27 源程序 29 測濕程序 31 SHT11的工作原理及流程圖 31 源程序 32 鍵盤程序 35 35 源程序 36 顯示程序 37 12864軟件相關知識介紹 37 源程序 40 時鐘程序 42 DS1320的工作過程及流程圖 42 源程序 44 第4章 調試 47 47 48 結論與展望 50 致謝 51 參考文獻 52 附錄A原理圖 53 附錄B外文文獻及其譯文 55 附錄C主要參考文獻的題錄及摘要 58 附錄D源程序 60 插圖清單圖2—1 控制系統示意圖 6 圖2—2 系統結構原理圖 6 圖2—3單片機引腳圖 7 圖2—4晶振電路圖 9 圖2—5復位電路圖 9 圖2—6 DS1SB20芯片封裝結構圖 10 圖2—7 DS1SB20內部結構圖 10 圖2—8 RAM及EEPROM結構圖 11 圖2—9 DS18B20與單片機的連接 13 圖2—10 SHT11的實物圖 14 圖2—11 SHT11的引腳圖 14 圖2—12 SHT11的內部結構 15 圖2—13 SHT11與單片機的連接 15 圖2—14 電壓變化圖 16 圖2—15 鍵盤與單片機的連接 17 圖2—16 12864與單片機的連接 22 圖2—17 DS1302引腳圖 23 圖2—18 DS1302的內部結構圖 24 圖2—19 DS1302與單片機的連接 24 圖2—20空調和排濕器的功率接口電路圖 25 圖3—1 主程序軟件總流程圖 26 圖3—2 單總線處理次序 27 圖3—3 DS18B20的測溫程序流程圖 27 圖3—4 初始化時序 28 圖3—5 寫時序 28 圖3—6 讀時序 29 圖3—7 SHT11的軟件流程圖 32 圖3—8 矩陣鍵盤的軟件流程圖 35 圖3—9 12864的軟件流程圖 40 圖3—10 幀的格式及讀/寫時序圖 43 圖3—11 DS1302的軟件流程圖 44 圖4—1 程序KEIL調試 47 圖4—2 通過宏晶電子公司的下載軟件下載hex文件 48 圖4—3 LCD12864顯示信息 48 圖4—4 顯示溫濕度及日歷信息 49 55 表格清單表2—1 DS18B20ID編碼 11 表2—2 存儲格式 12 表2—3 各位的定義 12 表2—4 設置分辨率 12 表2—5 串行接法 18 表2—6 并行接法 19 表2—7 模式列表 20 表2—8 使能端信號 20 表2—9 字符顯示對應關系 21 表2—10 地址映射 21 表3—1 SHT11命令集 31 表3—2 清除顯示狀態 37 表3—3 顯示開/關 37 表3—4 進入點設定 37 表3—5 游標或顯示移位控制 37 表3—6 功能設定 38 表3—7 設定CGRAM地址 38 表3—8設定DDRAM地址 38 表3—9 讀取忙標志和地址 38 表3—10 寫數據到RAM 38 表3—11讀出RAM值 38 表3—12 地址歸位 38 表3—13 設置顯示起始行 39 表3—14 設置頁地址 39 表3—15 設置列地址 39 表3—16 狀態檢測 39 表3—17 寫顯示數據 39 表3—18 讀顯示數據 39 表3—19 日歷、時鐘寄存器與控制字格式 42 表3—20 DS1302內部主要寄存器分布表 42 引言隨著電信業的高速發展，眾多的通信樞紐、中繼站和基站的建設像雨后春筍一樣在各地出現。通信機房是設備安裝和運行的重要場所，提供各種設備長期可靠運行的外部條件。這些環境因素主要包括建筑、供電和溫濕度的環境等。供電是設備運行安全的首要因素，受到人們的關注；然而保持適于設備工作的溫濕度的環境的重要性和技術方法經常被人們忽視。本設計介紹一個通信機房的自動溫濕度控制系統研制的實例。該系統主要是基于單片機的，運用最新的數字溫度和濕度傳感器對溫度和濕度進行測量，并且最終根據系統控制的原則來控制空調和排濕器的開啟或者關閉，從而控制溫度和濕度處于一個理想的范圍內。值得一提的是，本系統采用友好的人機接口實現靈活的機房溫濕度的自動控制，具有良好的可靠性和實用性，推廣價值較大。然而，本次設計的系統仍然有很多的不足之處，比如僅用了一個溫度傳感器和濕度傳感器，這只能控制室內某一處的溫濕度。在實際的運用中，系統應當測試室內多處的溫濕度才能保證室內的溫濕度穩定，這也就要求系統包括多個數字傳感器。還有系統結果也尚未調試出來，程序中肯定還有錯誤存在，需要繼續調試。第1章? 緒論對于通信數據中心來說，最佳的運行環境是22~24℃，相對濕度在35%~50%之間，溫度與濕度的大幅變化可能導致敏感設備不可靠工作，急劇的溫濕度變化甚至可能導致設備的損壞。因而，保持適宜的溫濕度的環境對保證設備的可靠工作是非常重要的。一般來說，通信機房內的溫度由于電器設備的長期運行發熱而升溫，溫度控制主要是降溫處理；對濕度的要求是不能過大，當室內的濕度較大時，則要考慮采用排濕處理。這兩種出處理方法主要是選用空調設備，并以排濕器加以輔助。 系統主機選擇計算機控制系統各主機有各自的特點：?PLC專為在工業環境下應用而設，可靠性高，編程容易，功能完善，擴展靈活，安裝調試方便；?工控機是一種面向工業控制、采用標準總線技術和開放式體系結構的計算，配有豐富的外圍接口，具有可靠性高，可維修性好，環境適應力強，控制實時性強，輸入輸出通道完善等優點；?單片機體積小、功能全、價格低、軟件豐富、面向控制、開發應用方便；?DSP采用改進型的哈佛結構，具有專門的硬件乘法器，廣泛采用流水線操作，提供特殊指令，可以用來快速地實現各種數字信號處理；?智能調節器是一種數字化的智能儀表，以為處理器或單片微型計算機為核心，具有數據通信功能，能完成生產過程1～4個回路直接數字控制任務，在DCS的分散過程控制級中得到廣泛應用。考慮成本、開發周期、應用等方面，在本次設計中采用單片機來作為控制系統主機。目前市場上主流的單片機有Intel公司的MCS系列、Motorola公司的M68HC系列、Microchip公司的PIC系列、以及Philips、Atmel、NEC、STC等公司的產品。本設計選用宏晶公司生產的帶有看門狗功能的STC12C5A60S2系列單片機作為微控制器。該系列單片機是單時鐘/機器周期的，是高速/低功耗/超強抗干擾的新一代8051單片機。指令代碼完全兼容傳統8051，但速度要快8到12倍。內部集成MAX810專用復位電路，2路PWM，8路高速10位A/D轉換（250K/S,即25萬次/秒），針對電機控制，強干擾場合。 溫度傳感器選擇溫度傳感器是檢測溫度的器件，其種類最多，應用最廣，發展最快。目前市場上主要有熱敏電阻、雙金屬片、集成化半導體溫度傳感器和熱電偶四大類。?熱敏電阻（其中分正溫度和負溫度特性兩類），其根據電阻材料隨溫度的變化而影響材料的電阻率隨之相應變化的原理實現溫度傳感的，其特點是工作溫度范圍廣，成本低、但線性差，誤差較大，適用于溫控精度要求不高的場合；?雙金屬片通常是將兩片不同的金屬疊在一起，根據不同金屬的熱膨脹率的差異，導致雙金屬機構產生于溫度變化相對應的形變的原理做成的，其特點的溫度范圍大，但精度極低；?集成化半導體溫度傳感器是由硅二極管和運算放大器組成的，是三端器件，其根據硅二極管正向壓降隨溫度的升高而線性降低的原理，由于線性降低的線性精度雖然良好，但變化值微小，所以要通過運算放大器線性放大，另外，通過改變運算放大器的負反饋電阻的值，實現輸出不同電壓變化范圍的各規格產品，以適應不同設備的要求。其特點是精度高，熱慣性小，響應快，輸出負載能力大（抗電磁干擾能力強），成本較高，溫度適用范圍小；?熱電偶是根據兩個不同導體或半導體在不同的溫度之間產生電動勢的所謂的溫差發電效應產生的傳感器，其并非真正意義上的溫度傳感器，但它對溫差敏感。本次設計中采用的是集成化半導體溫度傳感器DS18B20。DS18B20是美國DALLAS半導體公司繼DS1820之后最新推出的一種改進型智能溫度傳感器。與傳統的熱敏電阻相比，他能夠直接讀出被測溫度并且可根據實際要求通過簡單的編程實現9～12位的數字值讀數方式。 ms和750 ms內完成9位和12位的數字量，并且從DS18B20讀出的信息或寫入DS18B20的信息僅需要一根口線（單線接口）讀寫,溫度變換功率來源于數據總線，總線本身也可以向所掛接的DS18B20供電，而無需額外電源。因而使用DS18B20可使系統結構更趨簡單，可靠性更高。他在測溫精度、轉換時間、傳輸距離、分辨率等方面較DS1820有了很大的改進，給用戶帶來了更方便的使用和更令人滿意的效果。 濕度傳感器選擇濕度傳感器，分為電阻式和電容式兩種，產品的基本形式都為在基片上涂有感濕的材料形成一層膜。空氣中的水蒸汽吸附在材料上后，元件的阻抗、介質常數發生很大的變化，從而制成濕敏元件。國內外各廠家的濕度傳感器產品水平不一，質量價格都相差較大，用戶如何選擇性能價格比最優的理想產品確有一定難度，需要在這方面作深入的了解。濕度傳感器具有如下特點： ?精度和長期穩定性 濕度傳感器的精度應達到177。2%~177。5%RH，達不到這個水平很難作為計量器具使用，濕度傳感器要達到177。2%~177。3%RH的精度是比較困難的，通常產品資料中給出的特性是在常溫（20℃177。10℃）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，使用時間一長，會產生老化，精度下降，濕度傳感器的精度水平要結合其長期穩定性去判斷，一般說來，長期穩定性和使用壽命是影響濕度傳感器質量的頭等問題，年漂移量控制在1%RH水平的產品很少，一般都在177。2%左右，甚至更高。 ?濕度傳感器的溫度系數 濕敏元件除對環境濕度敏感外，對溫度亦十分敏感，~%RH/℃范圍內，而且有的濕敏元件在不同的相對濕度下，其溫度系數又有差別。溫漂非線性，這需要在電路上加溫度補償式。采用單片機軟件補償，或無溫度補償的濕度傳感器是保證不了全范圍的精度的，濕度傳感器溫漂曲線的線性化直接影響到補償的效果，非線性的溫漂補償不出較好的效果，只有采用硬件溫度跟隨性補償才會獲得真實的補償效果。濕度傳感器工作的溫度范圍也是重要參數。多數濕敏元件難以在40℃以上正常工作。 ?濕度傳感器的供電 金屬氧化物陶瓷，高分子聚合物和氯化鋰等濕敏材料施加直流電壓時，會導致性能變化，甚至失效，所以這類濕度傳感器不能用直流電壓或有直流成份的交流電壓。必須是交流電供電。 ?互換性 目前，濕度傳感器普遍存在著互換性差的現象，同一型號的傳感器不能互換，嚴重影響了使用效果，給維修、調試增加了困難，有些廠家在這方面做出了種種努力，（但互換性仍很差）取得了較好效果。 ?濕度校正 校正濕度要比校正溫度困難得多。溫度標定往往用一根標準溫度計作標準即可，而濕度的標定標準較難實現，干濕球溫度計和一些常見的指針式濕度計是不能用來做標定的，精度無法保證，因其要求環境條件非常嚴格，一般情況，（最好在濕度環境適合的條件下）在缺乏完善的檢定設備時，通常用簡單的飽和鹽溶液檢定法，并測量其溫度。顯然選用比較成熟的數字式濕度計，將會得到比較高的精度和較高的可靠性。數字式濕度計的使用不如溫度計那么廣泛，濕度計的產品相對來說比較少。瑞士Ssirion公司推出的高度集成的數字溫濕度傳感器SHT11是其中比較優秀的產品。出廠前，每個傳感器都在極為精確的濕度室中做過精密校驗，校準系數被編成相應的程序存入校準存儲器中