【正文】 .............................. 29 附 錄 ............................................................................................................................ 30 附錄 1：程序清單 .......................................................................................................... 30 附錄 2：設(shè)計(jì)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(jì)說(shuō)明書(shū)（ 20xx） 1 基于單片機(jī)的糧倉(cāng)濕度檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1 概 述 課題研究背景及意義 隨著時(shí)代科技的迅速發(fā)展，微電子學(xué)和計(jì)算機(jī)等現(xiàn)代電子技術(shù)的成就給傳統(tǒng)的電子測(cè)量與儀器帶來(lái)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(jìn)的智能儀器所取代，使得傳統(tǒng)的電子測(cè)量?jī)x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(shí)驗(yàn)和應(yīng)用工程的自動(dòng)化程度得到了顯著的提高。 同時(shí)傳感器技術(shù)作為新技術(shù)革命和信息社會(huì)的重要技術(shù)基礎(chǔ)。是現(xiàn)代科技的開(kāi)路先鋒。傳感器技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、分別對(duì)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(dá)的國(guó)家對(duì)傳感其技術(shù)開(kāi)發(fā)都十分的重視。這些技術(shù)的發(fā)展也為糧倉(cāng)的濕度檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)的發(fā)展提供了科學(xué)依據(jù)。 從古至今，糧倉(cāng)糧食的存儲(chǔ)是否得當(dāng)對(duì)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)能否正常合理的發(fā)展具有相當(dāng)重要的影響。并且，由于目前我國(guó)巨大人口數(shù)量的現(xiàn)狀，因此糧食存儲(chǔ)的形勢(shì)無(wú)形中變得更加嚴(yán)峻了。而當(dāng)前我國(guó)大多 數(shù)的糧倉(cāng)由于經(jīng)濟(jì)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(cāng)管理模式。這種管理模式存在相當(dāng)多的缺點(diǎn)，不僅僅浪費(fèi)了大量的人力和物力，而且監(jiān)測(cè)的效果很一般，于是新型的糧倉(cāng)濕度檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)就孕育而生。 該系統(tǒng)基于單片機(jī)技術(shù)，利用濕度傳感器進(jìn)行濕度信號(hào)的檢測(cè)并且對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，由單片機(jī)決定是否進(jìn)行需要報(bào)警，來(lái)通知相關(guān)人員對(duì)糧倉(cāng)的糧食存儲(chǔ)現(xiàn)狀進(jìn)行對(duì)應(yīng)的措施。由于該設(shè)計(jì)是自動(dòng)控制系統(tǒng)，運(yùn)用了精度較高的濕度傳感器，而且能夠進(jìn)行報(bào)警，因此可以解決傳統(tǒng)的人工檢測(cè)存在的費(fèi)時(shí)費(fèi)力，效率低下，濕度檢測(cè)誤差大，檢測(cè)隨機(jī) 性大等缺點(diǎn)?；谠撓到y(tǒng)造價(jià)低廉和使用方便且測(cè)量準(zhǔn)確的特點(diǎn)，因此可以進(jìn)行大規(guī)模推廣。這將勢(shì)必大大改善我國(guó)的糧食存儲(chǔ)環(huán)境，解決我國(guó)的糧食存儲(chǔ)難題，給我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)的長(zhǎng)治久安提供最最基礎(chǔ)的物質(zhì)保障。 課題設(shè)計(jì)內(nèi)容 本設(shè)計(jì)是以 AT89C52 單片機(jī)為核心來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)濕度信號(hào)的測(cè)量。本設(shè)計(jì)以AT89C52單片機(jī)為控制核心，通過(guò) SHT10數(shù)字溫濕度傳感器來(lái)檢測(cè)實(shí)時(shí)的濕度信號(hào)，由 LCD1602進(jìn)行實(shí)時(shí)濕度數(shù)值的顯示和濕度限值的設(shè)定，由二極管簡(jiǎn)單直觀的表現(xiàn)濕度是否正常，并可通過(guò)蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警。本設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容如下 ： a. 實(shí)現(xiàn)濕度測(cè)量； b. 模塊化電路設(shè)計(jì)包括：濕度檢測(cè)模塊、主控模塊、顯示模塊、報(bào)警模塊以及設(shè)置模塊； 基于單片機(jī)的糧倉(cāng)濕度檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2 c. 使用液晶顯示顯示濕度的數(shù)值； d. 設(shè)計(jì) Proteus程序，實(shí)現(xiàn)軟件對(duì)濕度的仿真檢測(cè)及報(bào)警； e. 設(shè)計(jì)出硬件實(shí)物，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)濕度檢測(cè)及報(bào)警。 課題設(shè)計(jì)目標(biāo) 基本功能 a. 檢測(cè)濕度 b. 顯示濕度 c. 過(guò)限報(bào)警 主要技術(shù)參數(shù) a. 濕度檢測(cè)范圍： 20 – 90% RH b. 檢測(cè)精度： 177。5% RH c. 顯示方式：液晶顯示 d. 報(bào)警方式：三極管驅(qū)動(dòng)的蜂鳴 器報(bào)警 課題預(yù)測(cè)效果 a. 用 Proteus軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)濕度的準(zhǔn)確檢測(cè)及報(bào)警； b. 制作出硬件實(shí)物實(shí)現(xiàn)對(duì)濕度的準(zhǔn)確檢測(cè)及報(bào)警。 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（ 20xx） 3 2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 濕度檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)原理 濕度檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)的基本工作原理：由 SHT10溫濕度傳感器檢測(cè)濕度信號(hào)，將信號(hào)傳遞給 AT89C52 單片機(jī)，由單片機(jī)對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析并將濕度數(shù)據(jù)顯示在LCD016L液晶顯示屏上。此外會(huì)對(duì)實(shí)時(shí)濕度信號(hào)與之前設(shè)定好的濕度范圍進(jìn)行對(duì)比，當(dāng)實(shí)時(shí)濕度在范圍內(nèi)時(shí)，亮起綠燈。反之，當(dāng)超出范圍時(shí)，則將亮起紅燈，并且蜂鳴器發(fā) 出報(bào)警 [1]。 總體思路 濕度檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)是一種專門(mén)用來(lái)檢測(cè)環(huán)境濕度并對(duì)超出設(shè)定范圍的濕度信號(hào)進(jìn)行報(bào)警的裝置。濕度檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)主要由四個(gè)部分構(gòu)成：檢測(cè)電路、顯示電路、主控電路、報(bào)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(jī)為核心，先設(shè)計(jì)原理圖，用 Keil軟件進(jìn)行編程并調(diào)試，并用 Proteus 軟件進(jìn)行仿真，最后用 Protel 畫(huà)出 PCB 原理圖，并制作出實(shí)物。電路模塊主要由檢測(cè)模塊、顯示模塊、主控模塊、報(bào)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(jì)方案：濕度傳感器檢測(cè)實(shí)時(shí)濕度信號(hào)，將信號(hào)傳遞給單片機(jī)，由單片機(jī)進(jìn)行分析控制，再將信號(hào)傳遞給顯示模塊顯示，傳遞給報(bào)警模塊決定是否報(bào)警。 具體模塊 根據(jù)上述總體路線的分析，濕度檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有以下模塊：檢測(cè)模塊、顯示模塊、主控模塊、報(bào)警模塊、設(shè)置模塊、復(fù)位模塊。各模塊作用如下： a. 檢測(cè)模塊：檢測(cè)電路使用了 SHT10溫濕度傳感器，本 傳感器 是 由 1個(gè)電容式聚合體測(cè)濕元件和 1個(gè)能隙式測(cè)溫元件組成， 并且與 1個(gè) 2swire數(shù)字接口和 1個(gè) 14位 A/D 轉(zhuǎn)換器在單芯片 里面 無(wú)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(qiáng) 大的 優(yōu)點(diǎn) [3]。 b. 顯示模塊：顯示電路采用 LCD1602液晶顯示屏來(lái)動(dòng)態(tài)顯示，便于觀測(cè)，為了基于單片機(jī)的糧倉(cāng)濕度檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4 是液晶顯示能夠顯示清晰，需要加一個(gè)可調(diào)電阻來(lái)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(jī)， AT89C52可以完成待測(cè)信號(hào)的計(jì)數(shù)，譯碼，顯示以及對(duì)蜂鳴器的控制。 AT89C52是一個(gè)低電壓 的 ，高性能 的 CMOS8位 單片機(jī) ，片內(nèi)含 有 8k bytes的 可以 反復(fù)擦寫(xiě) Flash只讀 程序存儲(chǔ)器 與 256 bytes隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM），器件采用 了 ATMEL公司 的 非易失性存儲(chǔ)和高密度的技術(shù) 生產(chǎn)， 并 兼容 了 標(biāo)準(zhǔn) 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(chǔ)單元 [5]。 d. 報(bào)警模塊：報(bào)警電路主體由 2 個(gè)發(fā)光二極管和 1 個(gè)蜂鳴器組成，檢測(cè)到的濕度在設(shè)定范圍內(nèi)時(shí)綠燈亮起，超過(guò)設(shè)定范圍則紅燈亮起且蜂鳴器發(fā)出報(bào)警 [6]。 e. 設(shè)置模塊：設(shè)置電路主要由 4 個(gè)按鍵組成，起到的是對(duì)濕度報(bào)警范圍進(jìn)行設(shè)置的作用 [7]。 f. 復(fù)位模塊：復(fù)位模塊主要由 2個(gè)電阻， 1個(gè)電容和 1個(gè)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(jì)說(shuō)明書(shū)（ 20xx） 5 3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與實(shí)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(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與 MCS51系列單片機(jī)的構(gòu)成基本相同。 CPU 是由運(yùn)算器和控制器所構(gòu)成的。運(yùn)算器主要用來(lái)對(duì)操作數(shù)進(jìn)行算術(shù)、邏輯運(yùn)算和位操作的?？刂破魇菃纹瑱C(jī)的指揮控制部件，主要任務(wù)的識(shí)別指令，并根據(jù)指令的性質(zhì)控制單片機(jī)各功能部件，從而保證單片機(jī)各部分能自動(dòng)而協(xié)調(diào)地工作。它的程序存儲(chǔ)器為 8K 字節(jié)可重擦寫(xiě) Flash閃速存儲(chǔ)器，閃爍存儲(chǔ)器允許在線 +5V 電擦除、電寫(xiě)入或使用編程器對(duì)其重復(fù)編程。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器比51 系列的單片機(jī)相比大了許多為 256 字節(jié) RAM。 AT89C52 單片機(jī)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(jī)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(kāi)關(guān)之后夠成上電復(fù)位電路。第 18 引腳和 19 引腳接時(shí)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]。 基于單片機(jī)的糧倉(cāng)濕度檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì) 6 圖 32 單片機(jī)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(biāo)準(zhǔn)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(duì) 會(huì)聚調(diào)整 方面 的功能控制。功能包括會(huì)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(gè) 振蕩器輸入輸出 的 端口，外接 了 1個(gè) 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(fù) 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(jì) 里 ， P0端口被定義 成是 N1功能 控制 的 端口 ，分別 跟 N1的 對(duì)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(hào) 的 功能端口，連接 CPU主板 相應(yīng) 的 功能端，用于當(dāng)前制式的檢測(cè)及會(huì)聚調(diào)整狀態(tài)進(jìn)入的控制功能。 AT89C52引腳圖如圖 33所示。 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（ 20xx） 7 圖 33 單片機(jī)引腳圖 VCC 端口：表示電源 GND端口：表示接地 P0口：是 1個(gè) 8位的漏級(jí)開(kāi)路雙向的 I/O 口。每一位都能驅(qū)動(dòng) 8個(gè) TTL的邏輯電平。當(dāng) P0口的端口寫(xiě)“ 1”，引腳輸入高阻抗。而當(dāng)訪問(wèn)外部的程序與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的時(shí)候， P0 口會(huì)被當(dāng)作低 8 位的地址 /數(shù)據(jù)來(lái)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(shí)候， P0口也會(huì)被用于接受指令字節(jié)：在程序效驗(yàn)的時(shí)候，輸出指令字節(jié)。并且在程序效 驗(yàn)的時(shí)候，需外部的上拉電阻。 P1口：是 1個(gè)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(jí)可以驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL 的邏輯電平。當(dāng) P1 口寫(xiě)“ 1”，內(nèi)部會(huì)上拉電阻的原因是將輸出電流ILL。 另外，跟 AT89C51不同的地方是， /計(jì)數(shù)器 2的外部的計(jì)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(shuō)明表 引腳號(hào) 第二功能 T2(定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T2的外部計(jì)數(shù)輸入 )，時(shí)鐘輸出 T2EX(定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T2的捕捉 /重載觸發(fā)信 號(hào)和方向控制 ) P2口：是 1個(gè)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(jí)可以驅(qū)動(dòng)吸收或輸出電流的 4 個(gè) TTL的邏輯電平。當(dāng) P2 口寫(xiě)“ 1”，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻將端口拉高，這時(shí)可以當(dāng)作是輸入口來(lái)使用。當(dāng)作為輸入使用的時(shí)候，會(huì)被外部拉低的引腳因?yàn)閮?nèi)部電阻的原因，會(huì)輸出電流 ILL。當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器或者是用 16位基于單片機(jī)的糧倉(cāng)濕度檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì) 8 的地址讀取外部的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， P2口也會(huì)送出高 8位的地址。在這樣的應(yīng)用里，P2口會(huì)使用很強(qiáng)的內(nèi)部上拉來(lái)發(fā)送“ 1”。當(dāng)使用 8位的地址訪問(wèn)外部的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的時(shí)候， P2口將會(huì)輸出 P2鎖存器的內(nèi)容。當(dāng)進(jìn)行 Flash編程和校驗(yàn)的時(shí)候， P2口會(huì)接收低 8位的地址字節(jié)與控制信號(hào)。 P3口：是 1個(gè)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(jí)可以驅(qū)動(dòng)吸收或輸出電流的 4 個(gè) TTL的邏輯電平。當(dāng) P3 口寫(xiě)“ 1”，內(nèi)部的上拉電阻會(huì)將端口拉高，這是可當(dāng)作輸入端口來(lái)使用。作為輸入端口使用的時(shí)候，被外部拉低引腳會(huì)因?yàn)閮?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(dāng) Flash 編程和校驗(yàn)的時(shí)候， P3口也會(huì)接受控制信號(hào)。 表 32 P3 口的第二種功 能說(shuō)明表 引腳號(hào) 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(shí)器 0 外部輸入 ) T1(定時(shí)器 1 外部輸入 ) WR(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通 ) RD(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通 ) RST：表示復(fù)位輸入。當(dāng)晶振工作的時(shí)候， RST 腳將會(huì)持續(xù) 2 個(gè)機(jī)器的周期來(lái)使用單片機(jī)