基于單片機(jī)溫濕度顯示警報(bào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)-wenkub

　

【正文】 il C51是美國(guó)Keil Software公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而易學(xué)易用。（4）連線電路圖利用Proteus所提供的各種工具、命令進(jìn)行畫圖工作，將事先放置好的元器件用具有電氣意義的導(dǎo)線、網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)等連接起來，布線結(jié)束后，一張完整的電路原理圖基本完成。首先，原理圖的正確性是最基本的要求，因?yàn)樵谝粋€(gè)錯(cuò)誤的基礎(chǔ)上所進(jìn)行的工作是沒有意義的；其次，原理圖應(yīng)該布局合理，這樣不僅可以盡量避免出錯(cuò)，也便于讀圖、便于查找和糾正錯(cuò)誤；最后，在滿足正確性和布局合理的前提下應(yīng)力求原理圖的美觀。Proteus電路設(shè)計(jì)源程序設(shè)計(jì)生成目標(biāo)代碼基于proteus仿真 圖2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程圖 軟件環(huán)境 PROTEUS軟件。因此，整個(gè)方案設(shè)計(jì)包含四個(gè)部分，即：?jiǎn)纹瑱C(jī)最小系統(tǒng)部分、顯示部分、溫濕度數(shù)據(jù)采集部分、報(bào)警部分。跟電子溫度計(jì)一樣濕度計(jì)隨著濕度傳感器的發(fā)展趨于成熟。目前，國(guó)際上已開發(fā)出多種智能溫度傳感器系列產(chǎn)品。（3）單片機(jī)是嵌入式系統(tǒng)的獨(dú)立發(fā)展之路，向MCU階段發(fā)展的重要因素[13]，就是尋求應(yīng)用系統(tǒng)在芯片上的最大化解決；因此，專用單片機(jī)的發(fā)展自然形成了SOC化趨勢(shì)。 發(fā)展現(xiàn)狀單片機(jī)誕生于20世紀(jì)70年代末，經(jīng)歷了SCM、MCU、SOC三大階段[11]。這種傳感器只適合那些測(cè)量點(diǎn)數(shù)較少，對(duì)精度要求不高的場(chǎng)合。這種傳感器只適合那些測(cè)量點(diǎn)數(shù)較少，對(duì)精度要求不高的場(chǎng)合。另一方面，如果溫度或者濕度過高過低可能會(huì)對(duì)一些設(shè)備中的一些半導(dǎo)體元器件造成損壞[7]。常見的低端產(chǎn)品多采用機(jī)械指針式或水銀柱式溫濕度計(jì), 體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格低、安裝簡(jiǎn)便。這種軟件代替硬件的控制技術(shù)也稱為微控制技術(shù)，是傳統(tǒng)控制技術(shù)的一次革命[4]。目前，單片機(jī)正朝著高性能和多品種方向發(fā)展趨勢(shì)將是進(jìn)一步向著CMOS化、低功耗、小體積、大容量、高性能、低價(jià)格和外圍電路內(nèi)裝化等幾個(gè)方面發(fā)展。下面是單片機(jī)的主要發(fā)展趨勢(shì)[2]。單片機(jī)模塊中最常見之一的是傳感器，溫濕度顯示報(bào)警系統(tǒng)是一種基于單片機(jī)的用數(shù)字電路技術(shù)實(shí)現(xiàn)溫濕度控制的裝置，在實(shí)踐社會(huì)生產(chǎn)當(dāng)中擁有廣泛的應(yīng)用。但是, 此類產(chǎn)品測(cè)量精度低, 沒有LED 顯示屏, 不能向智能化方向發(fā)展, 不利于進(jìn)行功能擴(kuò)展，如不能自動(dòng)報(bào)警[6]。因此，對(duì)于自動(dòng)溫濕度報(bào)警的需求也在逐漸增加。因此設(shè)計(jì)出一款基于單片機(jī)的精度高、穩(wěn)定性好、成本低的溫濕度顯示報(bào)警系統(tǒng)具有重要實(shí)際意義。因此設(shè)計(jì)出一款精度高、穩(wěn)定性好、成本低的溫濕度檢測(cè)控制系統(tǒng)將具有一定的市場(chǎng)。（1）SCM即單片微型計(jì)算機(jī)階段，主要是尋求最佳的單片形態(tài)嵌入式系統(tǒng)的最佳體系結(jié)構(gòu)。隨著微電子技術(shù)、IC設(shè)計(jì)、EDA工具的發(fā)展[14]，基于SOC的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)會(huì)有較大的發(fā)展。智能溫度傳感器內(nèi)部包含溫度傳感器、A/D傳感器[15]、信號(hào)處理器、存儲(chǔ)器和接口電路。隨著智能檢測(cè)系統(tǒng)的飛速發(fā)展，基于單片機(jī)的溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)將多傳感器系統(tǒng)結(jié)合在一起。 方案選擇方案：?jiǎn)纹瑱C(jī)編程，用單片機(jī)設(shè)計(jì)電路，充分利用好AT89C51單片機(jī)的I/O口，使用軟硬件結(jié)合的方式，具體的基本框圖如圖[16]1所示：?jiǎn)纹瑱C(jī)AT89S51溫濕度傳感器被測(cè)對(duì)象顯示部分報(bào)警部分圖1 單片機(jī)設(shè)計(jì)電路的基本框圖方案選擇：從上述原理圖看來，這種設(shè)計(jì)方案電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，條理清晰，調(diào)試也相對(duì)方便，易于實(shí)現(xiàn)。Proteus軟件的功能很強(qiáng)大，它不僅可以在線仿真模擬電子，數(shù)字電子和單片機(jī)，還可以將設(shè)計(jì)直接轉(zhuǎn)換成PCB版圖[18]，因此，受到眾多電子工程師的喜愛。電路原理圖的設(shè)計(jì)過程可分為以下幾個(gè)步驟：（1）置電路圖紙參數(shù)及相關(guān)信息根據(jù)電路圖的復(fù)雜程度設(shè)置圖紙的格式、尺寸、方向等參數(shù)以及與設(shè)計(jì)有關(guān)的信息，為以后的設(shè)計(jì)工作建立一個(gè)合適的工作平面。（5）調(diào)整、檢查和修改利用Proteus所提供的各種工具對(duì)前面所繪制的原理圖做進(jìn)一步的調(diào)整和修改。用過匯編語言后再使用C來開發(fā)，體會(huì)更加深刻。單片機(jī)開發(fā)中除必要的硬件外，同樣離不開軟件，我們寫的匯編語言源程序要變?yōu)镃PU可以執(zhí)行的機(jī)器碼有兩種方法，一種Keil軟件圖標(biāo)是手工匯編，另一種是機(jī)器匯編，目前已極少使用手工匯編的方法了。掌握這一軟件的使用對(duì)于使用51系列單片機(jī)的愛好者來說是十分必要的，如果你使用C語言編程，那么Keil幾乎就是你的不二之選（目前在國(guó)內(nèi)你只能買到該軟件、而你買的仿真機(jī)也很可能只支持該軟件），即使不使用C語言而僅用匯編語言編程，其方便易用的集成環(huán)境、強(qiáng)大的軟件仿真調(diào)試工具也會(huì)令你事半功倍。然后分別由C51及A51編譯器編譯生成目標(biāo)文件(.OBJ)。 仿真器上的復(fù)位按鈕只復(fù)位仿真芯片，不復(fù)位目標(biāo)系統(tǒng)。圖3 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路圖 電源引腳 Vcc　40　電源端 GND　20　接地端工作電壓為5V，, 引腳功能一樣。晶振的頻率可以在1MHz24MHz內(nèi)選擇。引腳XTAL1和XTAL2分別是此放大器的輸入端和輸出端。因此，此系統(tǒng)電路的晶體振蕩器的值為12MHz，電容應(yīng)盡可能的選擇陶瓷電容，電容值約為22μF。當(dāng)復(fù)位腳由高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，芯片為ROM的00H處開始運(yùn)行程序。當(dāng)時(shí)鐘頻率選用6MHz時(shí)，C取22μF，Rs約為200Ω，Rk約為1K。對(duì)內(nèi)部Flash程序存儲(chǔ)器編程時(shí)，接收指令字節(jié)。輸出時(shí)可驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL。輸出時(shí)可驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL。而在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)其引腳上的內(nèi)容在此期間不會(huì)改變。對(duì)內(nèi)部Flash程序存儲(chǔ)器編程時(shí)，接控制信息。圖6 LED1602顯示器的符號(hào) 液晶顯示器簡(jiǎn)介（1) 在日常生活中，我們對(duì)液晶顯示器并不陌生。 在單片機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用晶液顯示器有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：顯示質(zhì)量高——由于液晶顯示器每一個(gè)點(diǎn)在收到信號(hào)后就一直保持那種色彩和亮度，恒定發(fā)光，而不像陰極射線管顯示器（CRT）那樣需要不斷刷新新亮點(diǎn)。功耗低——相對(duì)而言，液晶顯示器的功耗主要消耗在其內(nèi)部的電極和驅(qū)動(dòng)IC上，因而耗電量比其它顯示器要少得多。除了黑白顯示外，液晶顯示器還有多灰度有彩色顯示等。第3 腳：VL 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)比度過高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過一個(gè)10K 的電位器調(diào)整對(duì)比度。第6 腳：E 端為使能端，當(dāng)E 端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。 LCD1602的指令說明及時(shí)序1602液晶模塊的讀寫操作、屏幕和光標(biāo)的操作都是通過指令編程來實(shí)現(xiàn)的。高電平表示有效，低電平則無效。指令6:功能設(shè)置命令 DL：高電平時(shí)為4位總線，低電平時(shí)為8位總線 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5x7的點(diǎn)陣字符，高電平時(shí)顯示5x10的點(diǎn)陣字符。指令10:寫數(shù)據(jù)。表3 基本操作時(shí)序表讀狀態(tài)輸入RS=L，R/W=H，E=H輸出D0—D7=狀態(tài)字寫指令輸入RS=L，R/W=L，D0—D7=指令碼，E=高脈沖輸出無讀數(shù)據(jù)輸入RS=H，R/W=H，E=H輸出D0—D7=數(shù)據(jù)寫數(shù)據(jù)輸入RS=H，R/W=L，D0—D7=數(shù)據(jù)，E=高脈沖輸出無圖8 讀操作時(shí)序圖9 寫操作時(shí)序 程序流程圖(詳細(xì)程序見附錄)顯示第二行內(nèi)容開始LCD初始化設(shè)第一行顯示位置設(shè)第二行顯示位置延時(shí)顯示第一行內(nèi)容 圖10 程序流程圖 SHT10傳感器 溫濕度傳感器電路圖圖11 溫濕度傳感器電路圖 產(chǎn)品簡(jiǎn)介SHT10屬于Sensirion溫濕度傳感器家族中的貼片封裝系列[22]。傳感器芯片此說明書適用于SHT1xV4。 SHT10引腳圖12 SHT10引腳圖（1）電源引腳VDD、GND, 。由于接口包含了完全靜態(tài)邏輯，因而不存在最小SCK頻率。 當(dāng)從傳感器讀取數(shù)據(jù)時(shí), DATA TV 在 SCK 變低以后有效，且維持到下一個(gè)SCK 的下降沿 。SHT1x 會(huì)以下述方式表示已正確地接收到指令：在第8 個(gè)SCK 時(shí)鐘的下降沿之后，將DATA 下拉為低電平（ACK 位）。（2 ）發(fā)送命令用一組“ 啟動(dòng)傳輸”時(shí)序，來完成數(shù)據(jù)傳輸?shù)某跏蓟HT1x 會(huì)以下述方式表示已正確地接收到指令：在第8 個(gè)SCK 時(shí)鐘的下降沿之后，將DATA 下拉為低電平（ACK 位）。確切的時(shí)間隨內(nèi)部晶振速度，最多可能有30%的變化。接著傳輸2 個(gè)字節(jié)的測(cè)量數(shù)據(jù)和1 個(gè)字節(jié)的CRC 奇偶校驗(yàn)（可選擇讀取）。如果不使用CRC8 校驗(yàn)，控制器可以在測(cè)量值LSB后，通過保在測(cè)量和通訊結(jié)束后，SHT1x 自動(dòng)轉(zhuǎn)休眠模式。圖15 復(fù)位時(shí)序（5）CRC8 Checksum 計(jì)算數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃杂蒀RC8 的校驗(yàn)來保證. 它確保可以檢測(cè)并去除所有錯(cuò)誤數(shù)據(jù)。linear 1 2 RH 3 RH RH = c + c ?SO + c ?SO (%RH)圖17 從SORH 到相對(duì)濕度的轉(zhuǎn)化（2）濕度信號(hào)的溫度補(bǔ)償由于實(shí)際溫度與測(cè)試參考溫度25℃ (~77℉)的顯著不同， 濕度信號(hào)需要溫度補(bǔ)償。可用如下公式將數(shù)字輸出(SOT)轉(zhuǎn)換為溫度值，溫度轉(zhuǎn)換系數(shù)如下圖所示。 對(duì)于40 – 50176。傳感器在其它測(cè)試條件下的性能，我們不予保證，尤其是在用戶需要的特定場(chǎng)合。同理，若n在濕度40%70%范圍內(nèi)則正常顯示到1602上，若超出范圍則報(bào)警，二極管點(diǎn)亮（綠）. 仿真原理圖用PROTUES軟件，根據(jù)要求畫出溫濕度顯示報(bào)警系統(tǒng)的的原理圖如下圖圖22 溫濕度顯示報(bào)警系統(tǒng)的的原理圖 系統(tǒng)仿真以及顯示結(jié)果用protues和keil軟件聯(lián)調(diào)，運(yùn)行期間仿真軟件調(diào)試程序結(jié)果如圖23所示，當(dāng)調(diào)節(jié)傳感器使?jié)穸仍?7%時(shí)，%，中間產(chǎn)生了部分誤差，在誤差允許范圍之內(nèi)，濕度超出設(shè)置范圍，紅燈亮，開始報(bào)警，運(yùn)行結(jié)果如圖24，25，26所示；當(dāng)調(diào)節(jié)傳感器使溫度在29度時(shí)，中間產(chǎn)生了部分誤差，在誤差允許范圍之內(nèi)，溫度超出設(shè)置范圍，綠燈亮，開始報(bào)警，運(yùn)行結(jié)果如圖24，25，26所示； 圖23 仿真運(yùn)行結(jié)果圖圖24 SHT10運(yùn)行結(jié)果圖圖25 報(bào)警運(yùn)行結(jié)果圖 圖26 LCD1602運(yùn)行結(jié)果圖 結(jié)果分析及測(cè)試總結(jié)采用PROTEUS進(jìn)行單片機(jī)仿真，可以大大縮短單片機(jī)的開發(fā)周期。設(shè)置溫濕報(bào)警范圍后，LED燈也能很好的體現(xiàn)報(bào)警的效果，在超出設(shè)置的正常顯示范圍后，LED燈亮，很好的體現(xiàn)了報(bào)警功能。在這次設(shè)計(jì)中，我完成了核心控制部分、顯示部分、報(bào)警部分等基本功能。總之，這次畢業(yè)設(shè)計(jì)收獲還是蠻大的。sbit led1 =P3^0。bit start。/***********1602液晶顯示部分子程序****************/void delay(uint z) //延時(shí)函數(shù){ uint x,y。y0。 delay(5)。 }void LCD_SetDisplay(unsigned char DisplayMode) //設(shè)置輸出{ LCD_Write(LCD_COMMAND, 0x08|DisplayMode)。 //8位數(shù)據(jù)端口,2行顯示,5*7點(diǎn)陣 LCD_Write(LCD_COMMAND,0x38)。 //AC遞增, 畫面不動(dòng)}void GotoXY(unsigned char x, unsigned char y) //液晶字符輸入的位置{ if(y==0) LCD_Write(LCD_COMMAND,0x80|x)。) { LCD_Write(LCD_DATA,*str)。 }void wele() //初始界面函數(shù){ LCD_Ini