基于單片機的溫濕度檢測系統的設計畢業設計論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 9C51 單片機的基本功能方塊圖。 外時鐘源 外部事件計 數 振蕩器和時序 OSC 程序存儲器 4 KB ROM 數據存儲器 256 B RAM/SFR 定時器 /計數器 2 16 AT89C51 — 7 — 外中斷 控制 并行口 串行通信 圖 2 AT89C51 功能方塊圖 AT89C51 引腳第二功能介紹 VCC：正極。 GND：接地。 P0 口： P0 口為一個 8 位漏級開路雙向 I/O 口。當需要 進行 FLASH 校檢使， P0 口必須外加上拉電阻。 P1 口： P1 口是一個 8 位雙向 I/O 口，其內部提供上拉電阻，能夠使 4 個 TTL 門電流通過。當置 P1 口為高電平時， P1 口的管腳被內部上拉電阻拉高，可以輸入電流；相反，置 P1 口味低電平時，將輸出。這就是內部上拉的作用。在 FLASH 校驗和編程時，P1 口作為地址接收。 P2 口： P2 口也是一個內部上拉的雙向 I/O 口，功能與 P1 類似。 P3 口： P3 口作為內部上拉的 8 位 I/O 口時，普通功能與 P1， P2 類似。 P3 口還有特殊功能，其備選功能如下 : RXD 為串行輸入口 TXD 為串行輸出口 INT0 為外部中斷 0 INT1 為外部中斷 1 T0 為記時器 0 外部輸入 T1 為記時器 1 外部輸入 — 8 — 為外部數據存儲器寫選通 為外部數據存儲器讀選通 P3 口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。 RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持 RST 腳兩個機器周期的高電平時間。 ALE/ ： ALE 是用于總線外擴存儲器、片外外設、 ARM、等芯片用的時鐘腳，它與 RD和 WR 和 p0、 p2 口配合可以擴展 65535 個外部地址空間 當 ALE 腳位低時 p0、 p2 口輸出 16 位外部地址，當 ale 輸出上升沿，外部地址鎖存器鎖存地址，單片機配合 RD 或 RW 腳輸出或輸入數據。 PSEN：外部程序存儲器的選通信號端。 /VP：保持低電平時，不用看內部程序存儲器。注意加密方式 1 時， 則內部鎖定為RESET；當保持高電平時，此間內部程序存儲器。 FLASH 編程時， /VP 也可施加編程電源。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入。 XTAL2：反向振蕩器的輸出 ,如采用外部時鐘源驅動器件，應不接。 單片機 中斷服務程序工作流程圖 圖 3：中斷服務程序工作流程圖 LCD 的選取 工業字符型液晶，能夠同時顯示 16x02 即 32 個字符。（ 16 列 2 行） 1602 液晶也叫 1602 字符型液晶，它是一種專門用來顯示字母、數字、符號等的 點陣 型液晶模塊。它由若干個 5X7 或者 5X11 等 點陣 字符位組成，每個點陣字符位都可以中斷源發出中斷申請 關中斷、保護現場 INTO 端有輸入信號關閉報 警 恢復現場、開 中斷 中斷返回 — 9 — 顯示一個字符，每位之間有一個點距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用，正因為如此所以它不能很好地顯示圖形（用自定義 CGRAM，顯示效果也不好）。 1602LCD 是指顯示的內容為 16X2,即可以顯示兩行，每行 16 個字符液晶模塊（顯示字符和數字）。 市面上字符液晶大多數是基于 HD44780 液晶芯片的，控制原理是完全相同的，因此基于 HD44780 寫的控制程序可以很方便地應用于市面上大部分的字符型液晶。 第三章 組 態王軟件 的介紹 組態軟件，又稱組態監控軟件系統軟件。譯自英文 SCADA,即 Supervisory Control and Data Acquisition（數據采集與監視控制）。它是指一些數據采集與過程控制的專用軟件。它們處在自動控制系統監控層一級的軟件平臺和開發環境，使用靈活的組態方式，為用戶提供快速構建工業自動控制系統監控功能的、通用層次的軟件工具。組態軟件的應用領域很廣，可以應用于電力系統、給水系統、石油、化工等領域的數據采集與監視控制以及過程控制等諸多領域。在電力系統以及電氣化鐵道上又稱遠動系統 (RTU System,Remote Terminal Unit)。 組態軟件在國內是一個約定俗成的概念，并沒有明確的定義，它可以理解為“組態式監控軟件”。“組態（ Configure）”的含義是“配置”、“設定”、“設置”等意思，是指用戶通過類似“搭積木”的簡單方式來完成自己所需要的軟件功能，而不需要編寫計算機程序，也就是所謂的“組態”。它有時候也稱為“二次開發”，組態軟件就稱為“二次開發平臺”。“監控（ Supervisory Control）”，即“監視和控制”，是指通過計算機信號對自動化設備或過程進行監視 、控制和管理。 產生背景 “組態”的概念是伴隨著集散型控制系統（ Distributed Control System 簡稱 DCS）的出現才開始被廣大的生產過程自動化技術人員所熟知的。在工業控制技術不斷發展和 — 10 — 應用的過程中， PC（包括工控機）相比以前的專用系統具有的優勢日趨明顯。這些優勢主要體現在： PC 技術保持了較快的發展速度，各種相關技術已經成熟；由 PC 構建的工業控制系統具有相對較低的擁有成本； PC 的軟件資源和硬件資源豐富，軟件之間的互操作性強；基于 PC 的控制系統易于學習和使用，可以容易地得到技術方面 的支持。在PC 技術向工業控制領域的滲透中，組態軟件占據著非常特殊而且重要的地位。 組態王軟件 組態王 KingView：由北京亞控科技發展有限公司開發，該公司成立于 1997 年。 1991年開始創業， 1995 年推出組態王 版本，在市場上廣泛推廣 、 版本，每年銷量在 10,000 套以上，在國產軟件市場中市場占有率第一。 功能 組態軟件指一些數據采集與過程控制的專用軟件，它們是在自動控制系統監控層一級的軟件平臺和開發環境，能以靈活多樣的組態方式（而不是編 程方式）提供良好的用戶開發界面和簡捷的使用方法，它解決了控制系統通用性問題。其預設置的各種軟件模塊可以非常容易地實現和完成監控層的各項功能，并能同時支持各種硬件廠家的計算機和 I/O 產品，與高可靠的工控計算機和網絡系統結合，可向控制層和管理層提供軟硬件的全部接口，進行系統集成。 組態軟件通常有以下幾方面的功能： （ 1）強大的界面顯示組態功能。目前，工控組態軟件大都運行于 Windows 環境下，充分利用 Windows 的圖形功能完善界面美觀的特點，可視化的 m 風格界面、豐富的工具欄，操作人員可以直接進人開發狀態，節省 時間。豐富的圖形控件和工況圖庫，既提供所需的組件，又是界面制作向導。提供給用戶豐富的作圖工具，可隨心所欲地繪制出各種工業界面，并可任意編輯，從而將開發人員從繁重的界面設計中解放出來，豐富的動畫連接方式，如隱含、閃爍、移動等等，使界面生動、直觀。 （ 2）良好的開放性。社會化的大生產，使得系統構成的全部軟硬件不可能出自一家公司的產品，“異構”是當今控制系統的主要特點之一。開放性是指組態軟件能與多種通信協議互聯，支持多種硬件設備。開放性是衡量一個組態軟件好壞的重要指標。 組態軟件向下應能與低層的數據采集設備通信，向上能與管理層通信，實現上位機與下位機的雙向通信。 — 11 — （ 3） 豐富的功能模塊。提供豐富的控潲功能庫，滿足用戶的測控要求和現場要求。利用各種功能模塊，完成實時監控 產生功能報表 顯示歷史曲線、實時曲線、提俠報警等功能，使系統具有良好的人機界面，易于操作，系統既叫適用于單機集中式控制、 DCS分布式控制，也可以是帶遠程遇信能力的遠程測控系統。 （ 4）強大的數據庫。配有實時數據庫，可存儲各種數據，如模擬量、離散量、字符型等，實現與外部設備的數據交換。 （ 5）可編程的命令語言。 有可編程的命令語言，使用戶可根據自己的需要編鸞程序，蹭強圖形界面 （ 6）周密的系統安全防范，對不同的操作者，賦予不同的操作權眼，保證整個系統的安全可靠運行。 （ 7）仿真功能 。 捉供強大的仿真功能使系統并行設計，從而縮短開發周期。 第 四 章 方案設計 總體設計思路 該設計包含硬件和軟件設計兩個方面。模塊劃分為數據采集、數據處理和 LCD 顯示三大模塊。本系統是由 DHT11 溫濕度傳感器、 MCU 控制電路、 LCD 顯示模塊以及組態王軟件組成，下位機完成信息采集、處理、數據傳送等功能，上位機在 PC 端完成實時監控功能。 就此設計來說， MCU 模塊就是控制的核心單元。所以此系統也是單片機系統應用的一個方面。單片機系統應用也是由硬件和軟件兩個方面組成。硬件包括單片機、輸入 \輸出設備以及外圍電路組成，軟件方面則是工作程序和 LabVIEW 監控的總稱。 從設計的要求來分析本設計應該包含以下結構：復位電路、溫濕度檢測電路、 LCD顯示電路、單片機和相關的控制電路以及管理軟件組成。構成框圖如下 — 12 — 圖 4：總體設計框圖 系統采用 AT89C51 控制，當 打開本系統之后 ， 溫濕度傳感器 開始工作， 檢 測溫濕度情況之后 ， 立即向 MCU 傳入信息 ， MCU 經過處理之后 ， 控制 LCD 顯示此刻周圍環境的溫濕度 ， 并且將此數據經過串口通信傳到上位機 ， 打開上位機軟件，進入組態王畫面，接收數據后，在相應的實時監控畫面會出現實時曲線 ， 當周圍溫濕度達到報警界限是自動報警。 硬件電路設計 時鐘電路設計 XTAL1 和 XTAL2 分別是反向放大器的輸入和輸出腳，這個反向放大器可以配置 成片內震蕩器 。 如果外部采用時鐘源驅動器件 ，則 XTAL2 應該不接。 一個機器周期包含 6 個狀態周期，而每個狀態周期為 2 個振蕩周期，如果外接石英晶 體振蕩器的頻率為 12MHZ，那么一個振蕩周期為 1/12us，所以一個機器周期就是 1us。 如圖 5 所示。 AT89C51 復位電路 溫濕度檢測 電路 上位機監控 LCD 顯示模塊 信號傳輸 驅動 通信 — 13 — 圖 5：時鐘電路 復位電路的設計 單片機的復位方法有兩種，上電自動復位和按鍵復位。當單片機的時鐘電路開始工作時，在 RESET 端連續給出 2 個機器周期的高電平時就能玩成自動復位工作。但使用晶振的頻率為 12M 時，復位信號的持續時間應不小于 2us。 本設計采用按鍵復位的方式手動復位 。圖 6 位復位電路。 圖 6：復位電路圖 LCD 顯示電路設計 — 14 — 單片機的 ； ； 引腳分別作為 LCD1602 的寄存器選擇端；讀寫信號端和使能端； P0 口 作為 8 位雙向數據端。具體接法如圖 7 所示。 圖 7 LCD 顯示電路 單片機最小系統 單片機最小系統 ， 或者稱為最小應用系統 ， 是指用最少的元件組成的