基于单片机的仓库温湿度监测系统设计说明.doc
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1、 毕 业 设 计(论文)中文题目基于单片机的仓库温湿度监测系统设计英文题目The design of the warehouse humitureMonitoring system based on the MCU系别:年级专业:姓名:学号:指导职称:25 / 30毕业设计诚信声明书本人重声明:在毕业设计工作中严格遵守学校有关规定,恪守学术规;我所提交的毕业设计是本人在指导教师的指导下独立研究、撰写的成果,设计中所引用他人的文字、研究成果,均已在设计中加以说明;在本人的毕业设计中未剽窃、抄袭他人的学术观点、思想和成果,未篡改实验数据。本设计和资料若有不实之处,本人愿承当一切相关责任。学生签名:
2、 年 月 日基于单片机的仓库温湿度监测系统设计摘 要本文主要设计了一种基于STC89C52单片机的智能温湿度监测系统,该系统能对仓库的温湿度进行读取从而了解其温湿度的变化情况,利用温湿度传感器DHT11将仓库的温湿度的变化情况,变换成数字量,通过单片机进行控制,最后由LCD完成温湿度显示。该系统可以方便的实现温度和湿度的采集和显示,使用起来相当方便,具有精度高,量程大,灵敏度高,体积小,耗能低等优点,适用于我们日常生活和工农业的温湿度监测,也可以作为温湿度处理模块嵌入其他系统中,作为其他系统的辅助扩展,有广泛的前景。关键词DHT11,监测与控制,单片机SCT89C52,LCD1602The d
3、esign of the warehouse humiture monitoring system based on the MCUABSTRACTThis paper mainlyintroduces a kind ofintelligenttemperature and humidity monitoringsystembasedonSTC89C52 MCU.thesystemcanread andunderstand thechangesoftemperature and humidityonthetemperature and humidityDHT11in the warehouse
4、,using temperature and humiditysensorwillchangeof temperature and humidityin the warehouse.transforminto digital quantitythrough the microcontroller to control,finallycompleted by LCDtemperature and humiditydisplay.The system can achievethetemperature and humidityconvenientacquisition and display,ve
5、ry convenient touse,has high accuracy,large measuringrange,high sensitivity,smallvolume,lowenergy consumption,temperature and humidity monitoringapplied toour daily life andindustrial and agricultural,but also can be used asa temperature and humidityprocessing module embedded inother systems,as an a
6、djunct to otherthe expansion of the system,has broadprospects.KeyWordsDHT11,monitoring and control,single chip micyocoSCT89C52,LCD1602目录1.绪论11.1 课题研究的目的和意义11.2 温湿度计与其温湿度监测系统的研究现状11.3 本论文的主要容12.系统方案设计23.系统硬件设计33.1 硬件系统总体结构图33.2 STC89C52最小系统33.3温湿度传感器模块43.4 ADC0832接口电路模块53.5 LCD1602显示模块73.6 报警模块94.系统软
7、件设计114.1 主程序设计114.2 LCD1602软件设计124.3 A/D转换模块软件设计155.总结17致18参考文献19附录一:单片机程序20附录二:总设计原理图261.绪论1.1 课题研究的目的和意义随着国民经济的快速发展和科学技术的普与,高性能设备发展快,对温度和湿度的要求也越来越高的企业也越来越多。传统模式的温湿度监测是以人为基础,依靠人工抄数值,人工巡回查看等方式来测量和记录环境状况的数据。在这种模型中,不仅效率低不利于人才资源的管理分配,以与缺乏科学性,许多重大事故都是由人为因素造成的,人工维护缺乏完整的管理系统。该监控系统可以解决资源的人力浪费,管理不与时的问题。1.2
8、温湿度计与其温湿度监测系统的研究现状早在1970年,温湿度监测技术首先采用模拟式的组合仪器,采集现场信息和数据,并进行记录、指示和监测。1980年末期生产出了分布式控制系统。在90年代中期的智能温湿度传感器(亦称数字温湿度传感器)开发出来。它是微电子技术、计算机技术和自动测试技术(ATE)的结晶。目前,国际上已开发出多种智能温度传感器系列产品。部温湿度传感器包括智能温湿度传感器、A/D传感器、信号处理器、存储器(或寄存器)和接口电路。部分产品用一个CPU、多路选择器、只读存储器(ROM)和随机存取存储器(RAM)。智能温湿度传感器可采集温湿度,适配各种微控制器(MCU),并且可通过软件来实现测
9、试和控制,实现更智能的温湿度控制器。现在科学家使用一台称为“psychrometer”的仪器测量相对湿度。“psychrometer”由两个连接在一起的温度计。在测量相对湿度时,要把“psychrometer”旅转直至被包着的温度计维持一个稳定的温度,并且该温度必须比干的温度计低。空气中的实际温度是干温度计。两个不同温度之间调用,因为水分蒸发的结果。科学家记录的温度的温度计和“wet-bulbdepression”,然后制成图表,用来计算相对湿度。跟电子温度计一样,湿度计随着湿度传感器的快速发展日益成熟。现在常用的AD590温度传感器,DS18B20湿度传感器HM#系列,HS1#系列,随着温湿
10、度计的发展温室监控系统发展较为成熟,为人们更好的服务。目前正研究和发展计算机数据采集控制系统的多因子综合控制系统。在世界上的一些国家,温湿度监控技术在实现半自动化的基础上朝着完全无人化、自动化的方向迅速发展。1.3 本论文的主要容该系统通过温湿度传感器对仓库的温湿度进行采集,利用ADC0832将仓库的温湿度的变化情况,变换成数字量,通过单片机STC89C52进行控制,最后由LCD完成温湿度显示。2.系统方案设计综合自己在本科阶段所学的知识和参与实验的经验,研究设计了以STC89C52单片机为主芯片的仓库温湿度监测系统,本设计是一个以单片机为核心的主模块,包括显示模块与报警器、温湿度传感器以与相
11、应的软件等。通过接口可以有选择性的择取所需的功能模块进行所需的测量。设计框图如2-1所示。在单片机电路设计中,可以采用一只温湿度传感器DHT11,此传感器,超快响应、抗干扰能力强、性价比高等优点可以满足设计要求。电路比较简单,软件设计也比较简单。设计以STC89C52单片机为核心,整体结构采用模块化设计,主板上设计有键盘与显示电路以与RS232串口电路和电路子模块与功能扩展模块的接口,通过子模块接口用户可以按需来组合所需要的子模块,完成温湿度监测的实现。在通信和监控上,采用LCD液晶显示。本温湿度传感器属于多功能温湿度传感器,可以设置上下报警温度,当温度不在设置围时,可以报警。图2-1 总设计
12、框图由ST89C52控制温湿度监测系统的设计完成后,将实现以一种基于DHT11的数字温湿度传感器设计方案。简要阐述了温湿度传感器DHT11的性能指标、单片机系统、LCD1602显示模块以与时序图、ADC0832接口电路模块与时序图。利用主板STC89C52单片机控制DHT11进行数据采集并将数据送至LCD液晶显示结果。另外,采集结果可由接口电路送入计算机显示并存储。3.系统硬件设计3.1 硬件系统总体结构图本文所设计的数字测温湿度显示系统主要由STC89C52单片机与其最小系统模块、温湿度传感器、LCD1602液晶显示,结构方框图如图3-1所示,各部分主要结构设计与功能在下面介绍。图3-1硬件
13、电路图3.2 STC89C52最小系统单片机最小系统是指用最少的元器件件组成可以运行的单片机的系统。即如图3-2所示。单片机的最小系统包括电源(接地),晶振电路(本设计使用11.0592MHz晶振),复位电路与EA引脚。有以上部分组成的最小系统,单片机就可以进行正常的简单运行了,值得注意的是,EA(31脚)需要接高电平,因此,单片机不使用片外存储器,这样单片机系统才会正确运行用C语言编程所烧写进单片机的程序。图3-2 STC89C52最小系统1)电源:单片机使用的是5V电源,其中正极接40引脚,负极(地)接20引脚。2)晶振电路:单片机是一种时讯电路,必须提供脉冲信号才能正常工作,在单片机部已
14、集成了振荡器,使用晶体振荡器,接18、19脚。3)复位电路:复位按钮,重启。4)EA引脚:上拉倒VCC,表示烧写到单片机部,程序小的话直接存在部集成的ROM,至于程序大了就要接地了,外扩ROM。 至此,一个单片机就接好,通上电,单片机就开始运行了。图中的排阻RM1是P0口上拉用的,C4是滤波电容,抗干扰用。其他P0-P3口均为I/O口,每个口有8个引脚,共32个,编号都是0-7,如P0.0-P0.7,这些IO口是用来外接各种元器件,通过编程来实现各种所需要的功能。3.3 温湿度传感器模块本系统采用DHT11数字温湿度传感器,它是一个含有一个数字信号输出的温度和湿度传感器。以确保产品具有较高的长
15、期稳定性与可靠性。它是特殊的温度和湿度传感技术和数字技术的模块集合。传感器包括电阻式感湿元件和一个测温元件,并具有较高的性能的8位微控制器相连接。DHT11的供电电压为3.35.5V DC。传感器通电后,等待1S度过一个不稳定状态,在这种状态下不需要发送任何指令。电源引脚(VCC,GND)之间可增加一个100pF的电容,用于去耦滤波。因此该产品具有抗干扰能力强、性价比高、响应快速等优点。DHT11的典型应用模块和实物图如图3-3、3-4所示。图3-3 DHT11硬件模块图3-4 DHT11数字温湿度传感器3.4 ADC0832接口电路模块ADC0832是8位分辨率的A/D转换芯片,其最高分辨达
16、到256级,适用于一般的模拟量转换。其参考电压和电源输入的部复用,实现05V的芯片模拟输入电压。芯片转换时间为32S,据有双输出数据,可作用于数据验证,为了减少数据误差,稳定性强和转换速度。芯片的特定数据输入,使处理器控制变得更加方便和多器件挂接。DI通过数据的输入端子,可以方便地达到功能选择通道。ADC0832接口电路如图3-5所示。图3-5 ADC0832与单片机连接电路一般情况下 ADC0832 与单片机的接口是四条数据线,分别是 DI、DO、CLK、CS。因为DI端与 DO端在通信时不能同时有效,并且单片机的接口是双向的,所以电路设计时可以将 DI和 DO 并行在同根数据线上使用(如图
17、 3-5)。 当 ADC0832没有运行时,其CS输入应设置为高电平,则芯片被禁止,DO/DI 和CLK 的电平可任意。当要执行 A/D转换时,首先将CS置于低电平,直到转换完毕完成为止。在此芯片开始转换运行,并且由数据处理器CLK产生时钟脉冲,DO/DI端则使用其DI端的数据信号。在第一个时钟脉冲的完毕之前 DI端必须置于高电平,表示启始信号。在第 二、三个脉冲完毕之前 DI端2位数据应用于选择信道的功能,其功能项如表 3-1 所示。表3-1 功能项MUX ADDRESSChannel #SGL/DIFODD/SIGN0110+11+ 当两者的数据是“0”,“1”时,CH0为输入负端 IN-
18、,CH1为输入正端 IN+进行输入,当两者数据为“0”、“0”时,将 CH0作为输入正端 IN+,CH1为输入负端 IN-进行输入,当两者数据为“1”、“1”时,只单一的对 CH1进行单通道转换,当两者的数据为“1”、“0”时,只单一的对 CH0 进行单通道转换。到第三个脉冲的完毕之后 DI端的输入电平没有输入作用,此后DI/DO端则开始使用数据输出,DO开始读取转换数据。 从第 四个脉冲完毕开始由DO端输出转换数据最高位DATA7,然后每个脉冲完毕,DO端输出下个数据。直到第十一个脉冲时发出最低位数据 DATA0,完成输入一个字节的数据。也正是从此位开始输出下一个相反字节的数据,即从第十一个
19、字节的末端输出 DATD0。然后输出的8位数据,到第 十九个脉冲时完成数据输出,也就是标志着一次的 A/D转换完毕。最后将 CS置高电平,立即处理转换完成后的数据。具体的时序图参考图3-6。图3-6 ADC0832时序图作为一个单通道的模拟输入电压ADC0832是 05V并且电压精度为19.53mV时ADC0832为8位分辨率。如果IN+输入与IN-输入的时,可是将电压值设定在一个大围,增加了转换的宽度。但值得指出的是,在进行IN+输入与IN-的输入时,如果IN-输入的电压大于IN+输入的电压则转换后数据结果一直为00H。3.5 LCD1602显示模块LCD1602显示模块原理图如图3-7所示
20、。图3-7 LCD1602与单片机连接电路工业字符型液晶,能够同时显示16x02即32个字符。(16列2行)LCD1602液晶也被称为1602字符型液晶,它是一个专门显示符号、字母、数字等的点阵型液晶模块,它有许多的5X7或者5X11等点阵字符位汇聚而成,每个点阵字符位可以显示一个字符。具体引脚功能参照表3-2。 LCD1602的特性: 1)+5V电压,可调对比度2)部含有复位电路 3)提供各种控制命令,如:清屏、闪烁的光标、闪烁字符、以与其他功能4)80个字节的显示数据存储器DDRAM 5)置有192个5X7字型点阵的CGROM(字符发生器) 6)8个可以用户自定义的5X7的CGRAM表3-
21、2 LCD1602引脚说明编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地9D2数据2VDD电源正极10D3数据3VL液晶显示偏压11D4数据4RS数据/命令选择12D5数据5R/W读/写指令选择13D6数据6E使能信号14D7数据7D0数据15BLA背光源正极8D1数据16BLKLCD1602读写时序图如图3-8、3-9所示。图3-8 LCD1602读操作时序图图3-9 LCD1602读操作时序图3.6 报警模块本系统根据实际测得的温度值由温湿度传感器处理从而判断出指标是否超出,如果存在超出则有蜂鸣器报警。蜂鸣器的电流比较大,用单片机的I/O口直接驱动不能带动,需要进行电流放大,这里采用PNP
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