基于單片機溫濕度顯示警報系統設計-全文預覽

　　

【正文】 near RH = T ? 25 ? t + t ?SO + RH 176。在讀狀態寄存器或寫狀態寄存器之后，8 位狀態寄存器的內容將被讀出或寫入，如圖所示。接著發送一個“傳輸啟動”時序。所有的數據從MSB開始，右值有效（例如：對于12bit 數據，從第5 個SCK 時鐘起算作MSB；而對于8bit 數據，首字節則無意義）。控制器在再次觸發SCK 時鐘前，必須等待這個“數據備妥”信號來讀出數據。命令 代碼預留 0000x溫度測量00011濕度測量00101讀狀態寄存器 00111寫狀態寄存器 00110預留 0101x1110x軟復位, 接口復位, ，至少等待11ms. （3）溫濕度測量[23]發布一組測量命令（‘00000101’表示相對濕度RH，‘00000011’表示溫度T）后，控制器要等待測量結束。參見圖12。 傳感器的通訊（1）啟動傳感器首先，選擇供電電壓后將傳感器通電，上電速率不能低于1V/ms。需要一個外部的上拉電阻（例如：10kΩ）將信號提拉至高電平。DATA 在SCK 下降沿之后改變。SHT10 的串行接口，在傳感器信號的讀取及電源損耗方面，都做了優化處理；傳感器不能按照I2C協議編址，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議工作。材質傳感器的核心為CMOS芯片，外圍材料頂層采用環氧LCP ，底層為FR4。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A/D 轉換器以及串行接口電路實現無縫連接。1602液晶模塊內部的控制器共有11條控制指令，如表2所示。指令8:DDRAM地址設置。 D：控制整體顯示的開與關，高電平表示開顯示，低電平表示關顯示 C：控制光標的開與關，高電平表示有光標，低電平表示無光標 B：控制光標是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍。指令2:光標復位，光標返回到地址00H。第15 腳：背光源正極。第5 腳：R/W 為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。（4) 一般1602字符型液晶顯示器實物如圖所示[21]： 圖7 型液晶顯示器實物圖 LCD1602引腳功能說明1602LCD 采用標準的14 腳（無背光）或16 腳（帶背光）接口，各引腳接口,編號符號引腳說明如下所示：第1 腳：VSS 為地電源。液晶顯示器具有厚度薄、適用于大規模集成電路直接驅動、易于實現全彩色顯示的特點，目前已經被廣泛應用在便攜式電腦、數字攝像機、PDA移動通信工具等眾多領域。數字式接口——液晶顯示器都是數字式的，和單片機系統的接口更加簡單可靠，操作更加方便。在單片機的人機交流界面中，一般的輸出方式有以下幾種：發光管、LED數碼管、液晶顯示器。表1 P3端口引腳兼用功能表P3引腳兼用功能串行通訊輸入（RXD）串行通訊輸出（TXD）外部中斷0（ INT0）外部中斷1（INT1）定時器0輸入(T0)定時器1輸入(T1)外部數據存儲器寫選通WR外部數據存儲器寫選通RD LCD1602顯示系統 LCD1602顯示系統液晶顯示器普遍地用于直觀地顯示數字系統或字符的運行狀態和工作數據，按照材料及產品工藝[20]，單片機應用系統中常用的顯示器有： 發光二極管LED顯示器、液晶LCD顯示器、CRT顯示器等。輸出時可驅動4個TTL。對內部Flash程序存儲器編程時，接收高8位地址和控制信息。對內部Flash程序存儲器編程時，接收低8位地址信息。在訪問外部程序和外部數據存儲器時，P0口是分時轉換的地址(低8位)/數據總線，訪問期間內部的上拉電阻起作用。常用的復位電路如下圖6所示：圖5 常用復位電路圖 輸入輸出引腳(1) P0端口[] P0是一個8位漏極開路型雙向I/O端口，端口置1（對端口寫1）時作高阻抗輸入端。片內復位電路是復位引腳RST通過一個斯密特觸發器與復位電路相連，斯密特觸發器用來抑制噪聲，它的輸出在每個機器周期的S5P2，由復位電路采樣一次。 復位RST　9在振蕩器運行時，有兩個機器周期（24個振蕩周期）以上的高電平出現在此引腿時，將使單片機復位，只要這個腳保持高電平，51芯片便循環復位。外接晶體諧振器以及電容C1和C2構成并聯諧振電路，接在放大器的反饋回路中。系統的時鐘電路設計是采用的內部方式，即利用芯片內部的振蕩電路。XTAL1是片內振蕩器的反相放大器輸入端，XTAL2則是輸出端，使用外部振蕩器時，外部振蕩信號應直接加到XTAL1，而XTAL2懸空。3 過程論述 AT89C51單片機最小系統 AT89C51單片機最小系統原理圖最小系統包括晶體振蕩電路、復位開關和電源部分[19]。ABS文件由OH51轉換成標準的Hex文件，以供調試器dScope51或tScope51使用進行源代碼級調試，也可由仿真器使用直接對目標板進行調試，也可以直接寫入程序存貯器如EPROM中。（1）Keil C51單片機軟件開發系統的整體結構：C51工具包的整體結構，其中uVision與Ishell分別是C51 for Windows和for Dos的集成開發環境(IDE)，可以完成編輯、編譯、連接、調試、仿真等整個開發流程。Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調試器等在內的完整開發方案，通過一個集成開發環境（uVision）將這些部份組合在一起。另外重要的一點，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會到Keil C51生成的目標代碼效率非常之高，多數語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。（7）仿真這部分工作主要是對設計完成的原理圖結合KEIL在線仿真，調試并修改程序。（3）設置元件將選定的元件放置到已建立好的工作平面上，并對元件在工作平面上的位置進行調整，對元件的序號、參數、顯示狀態等進行定義和設置，以便為下一步的仿真工作打好基礎。電路原理圖設計得好壞將直接影響到后面的工作。設計流程如圖[17]2所示。2 方案論證 方案設計思路溫濕度報警系統的設計以單片機AT89C51為核心，通過控制單片機的P1口的一些端口來調節當前溫濕度的顯示，完成了溫濕度的顯示報警功能，在程序中設置溫濕度范圍后，達到指定范圍后讓LED燈的閃亮來實現溫濕度控制的效果，讓LED1602液晶屏接到單片機的串口上，賦值來控制1602的顯示。智能溫度傳感器能輸出溫度數據及相關的溫度控制量，適配各種微控制器，并且可通過軟件來實現測試功能，溫度計也越來越智能化。它是微電子技術、計算機技術和自動測試技術的結晶。（2）MCU即微控制器階段[12]，主要的技術發展方向是：不斷擴展滿足嵌入式應用時，對象系統要求的各種外圍電路與接口電路，突顯其對象的智能化控制能力。這為開發新一代的溫濕度測控系統提供了有利條件，同時也有助于將溫濕度測控技術提高到新的水平。一般溫濕度控制系統中的溫濕度測量均采用熱敏電阻與濕 敏電容[9]，這種傳統的模擬式溫濕度傳感器一般都需要設計信號調理電路并經過復雜的校準和標定過程，因此測量精度難以保證，且在線性度、重復性、互換性等方面也存在一定問題。一般溫濕度控制系統中的溫濕度測量均采用熱敏電阻與濕敏電容，這種傳統的模擬式溫濕度傳感器一般都需要設計信號調理電路并經過復雜的校準和標定過程，因此測量精度難以保證，且在線性度、重復性、互換性等方面也存在一定問題[8]。但是，隨之而來的問題是如何能夠測得精確的溫濕度以保證自動控制設備能夠正確地發出控制指令來控制生產過程。溫濕度控制在日常生活中使用比較普遍, 如各種儀器控制箱、溫室或生產車間的溫度濕度控制、空調列車車廂空氣環境的控制等[5]。從前必須由模擬電路或數字電路實現的大部分功能，現在已能用單片機通過軟件方法來實現了。基于單片機溫濕度顯示報警系統設計1 引言 選題背景20世紀末，電子技術獲得了飛速的發展，在其推動下，現代電子產品幾乎滲透了社會的各個領域，有力地推動了社會生產力的發展和社會信息化程度的提高，同時也使現代電子產品性能進一步提高，產品更新換代的節奏也越來越快[1]。單片機應用的重要意義還在于，它從根本上改變了傳統的控制系統設計思想和設計方法[3]。 目的和意義 隨著社會的發展，人們對時間和環境中的溫度及濕度的要求越來越高，尤其在日常的生活中和人們的生活和健康有著緊密的聯系，特別是當人們乘坐公共交通工具時，溫濕度以及實時時間和人們的出行都有著密切的聯系。目前，雖然在工業生產中和科研實驗中通過對溫濕度測量來進行自動控制的設備越來越普及，應用場合也越來越多。本文基于以上方面的考慮，研究并設計了一種基于單片機的自動溫濕度顯示與報警系統。 技術要求和設計范圍現代社會越來越多的實驗都要求在嚴格的環境條件下完成，而溫度和濕度是實驗室最基本的環境條件，也是對實驗影響較大的因素。本系統采用具有高精度[10]、防干擾等優點的數字式傳感器 SHT11，不需要外部元件，可適配各種單片機。“創新模式”獲得成功，奠定了SCM與通用計算機完全不同的發展道路。智能溫度傳感器在20世紀90年代中期問世。有的產品還帶多路選擇器、中央控制器、隨機存取存儲和只讀存儲器。如何把多傳感器集中于一個檢測控制系統，綜合利用來自多傳感器的信息，獲得對被測對象的可靠了解和解釋，以利于系統做出正確的響應、決策和控制以及報警，是智能檢測控制統中需要解決的重要問題。 設計流程對于溫濕度顯示報警系統的設計，先用PROTEUS做電路仿真，再在KEIL軟件中編寫程序生成源代碼，最后將PROTEUS和KEIL連接起來進行在線仿真。電路原理圖的設計是仿真中的第一步，也是非常重要的一步。（2）裝入所需要的元件將所需的元件裝入設計系統中，以便從中查找和選定所需的元器件。（6）補充完善對原理圖做一些相應的說明、標注和修飾，增加可讀性和可觀性。Keil C51軟件提供豐富的庫函數和功能強大的集成開發調試工具，全Windows界面。機器匯編是通過匯編軟件將源程序變為機器碼，用于MCS51單片機的匯編軟件有早期的A51，隨著單片機開發技術的不斷發展，從普遍使用匯編語言到逐漸使用高級語言開發，單片機的開發軟件也在不斷發展，Keil軟件是目前最流行開發MCS51系列單片機的軟件，這從近年來各仿真機廠商紛紛宣布全面支持Keil即可看出。下面詳細介紹Keil C51開發系統各部分功能和使用。目標文件可由LIB51創建生成庫文件，也可以與庫文件一起經L51連接定位生成絕對目標文件(.ABS)。 仿真芯片的31腳（/EA）已接至高電平，所以仿真時只能使用片內ROM，不能使用片外ROM；但仿真器外引插針中的31腳并不與仿真芯片的31腳相連，故該仿真器仍可插入到擴展有外部ROM（其CPU的/EA引腳接至低電平）的目標系統中使用。 外接晶體引腳XTAL1　19XTAL2　18圖4 晶振連接的內部、外部方式圖晶振連接的內部、外部方式如上圖4所示。電容取30PF左右。這個放大器與作為反饋元件的片外晶體諧振器一起構成一個自激振蕩器。在焊接刷電路板時，晶體振蕩器和電容應盡可能安裝得與單片機芯片靠近，以減少寄生電容，更好地保證震蕩器穩定和可靠地工作。復位是由外部的復位電路來實現的。復位操作不會對內部RAM有所影響。校驗程序時輸出指令字節，要求外接上拉電阻。端口置1時，內部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用。端口置1時，內部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用。(4) P3端口[－] P2是一個帶有內部上拉電阻的8位雙向I/0端口。除此之外P3端口還用于一些專門功能，具體如下表1。液晶顯示模塊已作為很多電子產品的通過器件，如在計算器、萬用表、電子表及很多家用電子產品中都可以看到，顯示的主要是數字、專用符號和圖形。因此，液晶顯示器畫質高且不會閃爍。（2)液晶顯示原理:液晶顯示的原理是利用液晶的物理特性，通過電壓對其顯示區域進行控制，有電就有顯示，這樣即可以顯示出圖形。如果根據驅動方式來分，可以分為靜態驅動（Static）、單純矩陣驅動（Simple Matrix）和主動矩陣驅動（Active Matrix）三種。第4 腳：RS 為寄存器選擇，