【正文】 ....................30附錄 2：設(shè)計圖紙 ..........................................................................................................40附錄 3：元器件目錄表 ..................................................................................................44鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書（2022）0基于單片機的糧倉濕度檢測報警系統(tǒng)設(shè)計1 概 述 課題研究背景及意義 隨著時代科技的迅速發(fā)展，微電子學(xué)和計算機等現(xiàn)代電子技術(shù)的成就給傳統(tǒng)的電子測量與儀器帶來了巨大的沖擊和革命性的影響。常規(guī)的一起儀表和控制裝置被更先進的智能儀器所取代，使得傳統(tǒng)的電子測量儀器發(fā)生巨大變化，并出現(xiàn)了各種各樣的智能儀器控制系統(tǒng)，使得科學(xué)實驗和應(yīng)用工程的自動化程度得到了顯著的提高。同時傳感器技術(shù)作為新技術(shù)革命和信息社會的重要技術(shù)基礎(chǔ)。是現(xiàn)代科技的開路先鋒。傳感器技術(shù)、通信技術(shù)、計算機技術(shù)、分別對應(yīng)信息技術(shù)中的采集、傳輸和處理。世界上技術(shù)發(fā)達的國家對傳感其技術(shù)開發(fā)都十分的重視。這些技術(shù)的發(fā)展也為糧倉的濕度檢測報警系統(tǒng)的發(fā)展提供了科學(xué)依據(jù)。從古至今，糧倉糧食的存儲是否得當對國家的經(jīng)濟能否正常合理的發(fā)展具有相當重要的影響。并且，由于目前我國巨大人口數(shù)量的現(xiàn)狀，因此糧食存儲的形勢無形中變得更加嚴峻了。而當前我國大多數(shù)的糧倉由于經(jīng)濟水平和科技水平的限制，依然使用著很原始的傳統(tǒng)的人工糧倉管理模式。這種管理模式存在相當多的缺點，不僅僅浪費了大量的人力和物力，而且監(jiān)測的效果很一般，于是新型的糧倉濕度檢測報警系統(tǒng)就孕育而生。該系統(tǒng)基于單片機技術(shù)，利用濕度傳感器進行濕度信號的檢測并且對檢測數(shù)據(jù)進行分析，由單片機決定是否進行需要報警，來通知相關(guān)人員對糧倉的糧食存儲現(xiàn)狀進行對應(yīng)的措施。由于該設(shè)計是自動控制系統(tǒng)，運用了精度較高的濕度傳感器，而且能夠進行報警，因此可以解決傳統(tǒng)的人工檢測存在的費時費力，效率低下，濕度檢測誤差大，檢測隨機性大等缺點。基于該系統(tǒng)造價低廉和使用方便且測量準確的特點，因此可以進行大規(guī)模推廣。這將勢必大大改善我國的糧食存儲環(huán)境，解決我國的糧食存儲難題，給我國的經(jīng)濟發(fā)展和社會的長治久安提供最最基礎(chǔ)的物質(zhì)保障。 課題設(shè)計內(nèi)容 本設(shè)計是以 AT89C52 單片機為核心來實現(xiàn)對濕度信號的測量。本設(shè)計以AT89C52 單片機為控制核心，通過 SHT10 數(shù)字溫濕度傳感器來檢測實時的濕度信號，由 LCD1602 進行實時濕度數(shù)值的顯示和濕度限值的設(shè)定，由二極管簡單直觀的表現(xiàn)濕度是否正常，并可通過蜂鳴器進行報警。本設(shè)計的基本內(nèi)容如下：a. 實現(xiàn)濕度測量；b. 模塊化電路設(shè)計包括：濕度檢測模塊、主控模塊、顯示模塊、報警模塊以及設(shè)置模塊；鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書（2022）1c. 使用液晶顯示顯示濕度的數(shù)值；d. 設(shè)計 Proteus 程序，實現(xiàn)軟件對濕度的仿真檢測及報警；e. 設(shè)計出硬件實物，實現(xiàn)現(xiàn)場濕度檢測及報警。 課題設(shè)計目標 基本功能a. 檢測濕度b. 顯示濕度c. 過限報警 主要技術(shù)參數(shù)a. 濕度檢測范圍： 20 – 90% RHb. 檢測精度：177。5% RHc. 顯示方式：液晶顯示d. 報警方式：三極管驅(qū)動的蜂鳴器報警 課題預(yù)測效果a. 用 Proteus 軟件實現(xiàn)對濕度的準確檢測及報警；b. 制作出硬件實物實現(xiàn)對濕度的準確檢測及報警。基于單片機的糧倉濕度檢測報警系統(tǒng)設(shè)計 22 系統(tǒng)總體方案設(shè)計 濕度檢測報警系統(tǒng)原理濕度檢測報警系統(tǒng)的基本工作原理：由 SHT10 溫濕度傳感器檢測濕度信號，將信號傳遞給 AT89C52 單片機，由單片機對信號進行分析并將濕度數(shù)據(jù)顯示在LCD016L 液晶顯示屏上。此外會對實時濕度信號與之前設(shè)定好的濕度范圍進行對比，當實時濕度在范圍內(nèi)時，亮起綠燈。反之，當超出范圍時，則將亮起紅燈，并且蜂鳴器發(fā)出報警 [1]。 總體思路濕度檢測報警系統(tǒng)是一種專門用來檢測環(huán)境濕度并對超出設(shè)定范圍的濕度信號進行報警的裝置。濕度檢測報警系統(tǒng)主要由四個部分構(gòu)成：檢測電路、顯示電路、主控電路、報警電路、設(shè)置電路以及復(fù)位電路 [2]。a. 研究方法：以單片機為核心，先設(shè)計原理圖，用 Keil 軟件進行編程并調(diào)試，并用 Proteus 軟件進行仿真，最后用 Protel 畫出 PCB 原理圖，并制作出實物。電路模塊主要由檢測模塊、顯示模塊、主控模塊、報警模塊、設(shè)置模塊組成。b. 技術(shù)路線：如圖 21 所示圖 21 技術(shù)路線圖c. 設(shè)計方案：濕度傳感器檢測實時濕度信號，將信號傳遞給單片機，由單片機進行分析控制，再將信號傳遞給顯示模塊顯示，傳遞給報警模塊決定是否報警。 具體模塊根據(jù)上述總體路線的分析，濕度檢測報警系統(tǒng)設(shè)計具有以下模塊：檢測模塊、顯示模塊、主控模塊、報警模塊、設(shè)置模塊、復(fù)位模塊。各模塊作用如下：a. 檢測模塊：檢測電路使用了 SHT10 溫濕度傳感器，本傳感器是由 1 個電容式聚合體測濕元件和 1 個能隙式測溫元件組成，并且與 1 個 2swire 數(shù)字接口和 1個 14 位 A/D 轉(zhuǎn)換器在單芯片里面無縫結(jié)合，從而使該產(chǎn)品獲得功耗低、反應(yīng)速度快、抗干擾能力強大的優(yōu)點 [3]。b. 顯示模塊：顯示電路采用 LCD1602 液晶顯示屏來動態(tài)顯示，便于觀測，為鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書（2022）3了是液晶顯示能夠顯示清晰，需要加一個可調(diào)電阻來調(diào)節(jié)顯示屏的亮度 [4]。c. 主控模塊：其控制核心為 AT89C52 單片機，AT89C52 可以完成待測信號的計數(shù)，譯碼，顯示以及對蜂鳴器的控制。AT89C52 是一個低電壓的，高性能的CMOS8 位單片機，片內(nèi)含有 8k bytes 的可以反復(fù)擦寫 Flash 只讀程序存儲器與 256 bytes 隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM） ，器件采用了 ATMEL 公司的非易失性存儲和高密度的技術(shù)生產(chǎn)，并兼容了標準的 MCS51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)有通用的 8 位中央處理器與 Flash 存儲單元 [5]。d. 報警模塊：報警電路主體由 2 個發(fā)光二極管和 1 個蜂鳴器組成，檢測到的濕度在設(shè)定范圍內(nèi)時綠燈亮起，超過設(shè)定范圍則紅燈亮起且蜂鳴器發(fā)出報警 [6]。e. 設(shè)置模塊：設(shè)置電路主要由 4 個按鍵組成，起到的是對濕度報警范圍進行設(shè)置的作用 [7]。f. 復(fù)位模塊：復(fù)位模塊主要由 2 個電阻，1 個電容和 1 個按鍵組成，起到電路復(fù)位作用。鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書（2022）43 系統(tǒng)的硬件設(shè)計與實現(xiàn) 主控制模塊 AT89C52 的介紹如圖 31 所示，為 AT89C52 的硬件結(jié)構(gòu)圖。AT89C52 單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與MCS51 系列單片機的構(gòu)成基本相同。CPU 是由運算器和控制器所構(gòu)成的。運算器主要用來對操作數(shù)進行算術(shù)、邏輯運算和位操作的?？刂破魇菃纹瑱C的指揮控制部件，主要任務(wù)的識別指令，并根據(jù)指令的性質(zhì)控制單片機各功能部件，從而保證單片機各部分能自動而協(xié)調(diào)地工作。它的程序存儲器為 8K 字節(jié)可重擦寫 Flash 閃速存儲器，閃爍存儲器允許在線+5V 電擦除、電寫入或使用編程器對其重復(fù)編程。數(shù)據(jù)存儲器比 51 系列的單片機相比大了許多為 256 字節(jié) RAM。AT89C52 單片機的指令系統(tǒng)和引腳功能與 MCS51 的完全兼容 [8]。圖 31 AT89C52 硬件結(jié)構(gòu)圖單片機的最小系統(tǒng)如圖 32 所示，第 9 引腳是復(fù)位輸入端，在接上電阻，電容和開關(guān)之后夠成上電復(fù)位電路。第 18 引腳和 19 引腳接時鐘電路，在片內(nèi)振蕩器倒相放大器的輸入，由 XTAL1 接微調(diào)電容的一端和外部晶振構(gòu)成，在片內(nèi)振蕩器倒相放大器的輸出，由 XTAL2 接微調(diào)電容的另一端和外部晶振構(gòu)成 [9]。鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書（2022）5圖 32 單片機最小系統(tǒng) AT89C52 的引腳功能AT89C52 是 8 位的通用微處理器，其使用工業(yè)標準的 C51 內(nèi)核，內(nèi)部功能與管腳的排布方面和通用的 8xc52 相似，主要是針對會聚調(diào)整方面的功能控制。功能包括會聚主 IC 的內(nèi)部寄存器和數(shù)據(jù) RAM 以及外部接口。主要管腳有：XTAL1 和XTAL2 這兩個振蕩器輸入輸出的端口，外接了 1 個 12MHz 晶振 [10]。RST 是復(fù)位輸入端口，外接的電阻和電容組成了復(fù)位電路。VCC 和 VSS 是供電的端口，分別接在+5V 電源正負兩端。P0~P3 是可編程的通用 I/O 腳，功能用途需要軟件定義，在本設(shè)計里，P0 端口被定義成是 N1 功能控制的端口，分別跟 N1 的對應(yīng)功能管腳連接，13 腳的定義是 IR 輸入端，10 腳與 11 腳定義是 I2C 的總線控制端口，分別連接了 N1 與 SDAS 以及 SCLS 端口，12 腳與 27 腳以及 28 腳定義是握手信號的功能端口，連接 CPU 主板相應(yīng)的功能端，用于當前制式的檢測及會聚調(diào)整狀態(tài)進入的控制功能。AT89C52 引腳圖如圖 33 所示。基于單片機的糧倉濕度檢測報警系統(tǒng)設(shè)計 6 圖 33 單片機引腳圖VCC 端口：表示電源 GND 端口：表示接地P0 口：是 1 個 8 位的漏級開路雙向的 I/O 口。每一位都能驅(qū)動 8 個 TTL 的邏輯電平。當 P0 口的端口寫 “1”，引腳輸入高阻抗。而當訪問外部的程序與數(shù)據(jù)存儲器的時候，P0 口會被當作低 8 位的地址/數(shù)據(jù)來復(fù)用。這樣的模式下，P0 口有內(nèi)部的上拉電阻。 flash 編程的時候， P0 口也會被用于接受指令字節(jié)：在程序效驗的時候，輸出指令字節(jié)。并且在程序效驗的時候，需外部的上拉電阻。 P1 口：是 1 個含有內(nèi)部上拉電阻的 8 位的雙向 I/O 口，P1 口的輸出緩沖級可以驅(qū)動 4 個 TTL 的邏輯電平。當 P1 口寫“1” ，內(nèi)部會上拉電阻的原因是將輸出電流 ILL。 另外，跟 AT89C51 不同的地方是， 與 可以分別當作定時/計數(shù)器 2的外部的計數(shù)輸入輸出，具體如表 31 所示 [11]。表 31 P1 口的第二種功能說明表引腳號 第二功能 T2(定時器/計數(shù)器 T2 的外部計數(shù)輸入) ，時鐘輸出 T2EX(定時器/計數(shù)器 T2 的捕捉/ 重載觸發(fā)信號和方向控制)P2 口：是 1 個有內(nèi)部上拉電阻的 8 位的雙向 I/O 口， P2 口的輸出緩沖級可以驅(qū)動吸收或輸出電流的 4 個 TTL 的邏輯電平。當 P2 口寫“1” ，通過內(nèi)部的上拉電阻將端口拉高，這時可以當作是輸入口來使用。當作為輸入使用的時候，會被外部拉低的引腳因為內(nèi)部電阻的原因，會輸出電流 ILL。當訪問外部存儲器或者是用 16鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書（2022）7位的地址讀取外部的數(shù)據(jù)存儲器時，P2 口也會送出高 8 位的地址。在這樣的應(yīng)用里，P2 口會使用很強的內(nèi)部上拉來發(fā)送“1” 。當使用 8 位的地址訪問外部的數(shù)據(jù)存儲器的時候，P2 口將會輸出 P2 鎖存器的內(nèi)容。當進行 Flash 編程和校驗的時候，P2 口會接收低 8 位的地址字節(jié)與控制信號。 P3 口：是 1 個含有內(nèi)部上拉電阻的 8 位的雙向的 I/O 口，P3 的輸出緩沖級可以驅(qū)動吸收或輸出電流的 4 個 TTL 的邏輯電平。當 P3 口寫“1” ，內(nèi)部的上拉電阻會將端口拉高，這是可當作輸入端口來使用。作為輸入端口使用的時候，被外部拉低引腳會因為內(nèi)部電阻原因，而導(dǎo)致輸出電流 ILL。P3 口除作為普通的 I/O 口線之外，其第二功能則是更加重要的地方，如表 32 所示。當 Flash 編程和校驗的時候，P3 口也會接受控制信號。表 32 P3 口的第二種功能說明表引腳號 第二功能 RXD（串行輸入） TXD (串行輸出) INT0（外部中斷 0） INT1（外部中斷 1） T0(定時器 0 外部輸入) T1(定時器 1 外部輸入) WR(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通) RD(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通)RST：表示復(fù)位輸入。當晶振工作的時候，RST 腳將會持續(xù) 2 個機器的周期來使用單片機進行復(fù)位。 ALE/PROG：當?shù)刂锋i存器的控制信號在訪問外部的程序存儲器的時候，低 8位的地址的鎖存輸出脈沖。當 Flash 編程的時候，此引腳會被用作編程來輸入脈沖。而在一般的情況下，ALE 用六分之一晶振的頻率來輸出脈沖，也可以當作外部的定時器這貨時鐘來使用。但是，當每次訪問外部的數(shù)據(jù)存儲器的時候，ALE 的脈沖將跳過。如果需要的話，把 8EH 地址的 SFR 的第 0 位置“1” ，ALE 的操作也會無效。這一位如果置“1” ，那么 ALE 只在執(zhí)行 MOVC 或者是 MOVX 指令的時候才有效。否則，ALE 會被微弱的拉高。 在 flash 的編程期之間， EA 也會接受 12 伏特的 VPP 電壓。 XTA L1：表示振蕩器的反相放大器和內(nèi)部時鐘的發(fā)生器輸入端。 基于單片機的糧倉濕度檢測報警系統(tǒng)設(shè)計 8XTA L2：表示振蕩器的反相放大器輸出端 [12]。 單片機引腳分配根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計及各模塊的分析得出，單片機的引腳分配如表 33 所示 [13]。表 33 單片機的引腳分配模 塊 端口 功能 段選信號輸入顯示模塊 位選信號輸入報警模塊 、 報警信號輸出檢測模塊 濕度信號輸入 檢測模塊檢測