基于protues的溫濕度測量系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文-文庫吧
2025-06-06 11:47 本頁面
【正文】 .... 21 參考文獻(xiàn) .................................................... 22 致謝 ........................................................ 23 淮陰師范學(xué)院 畢業(yè)論文 4 1 前言 在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的傳統(tǒng)開發(fā)方式中，對系統(tǒng)的硬件電路進(jìn)行設(shè)計(jì)完成后，需要制作成實(shí)物的電路板，并結(jié)合單片機(jī)仿真器進(jìn)行軟硬件的聯(lián)合調(diào)試。如果遇到設(shè)計(jì)中需要修改，則往往需要對電路板重復(fù)制板，系統(tǒng)功能的驗(yàn)證不能夠及時(shí)得到反映 [1]。 軟件是一款可以在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)仿真研發(fā)上應(yīng)用的 EDA軟件，是由英國的 Labcter Electronics公司推出的單片機(jī)集成開發(fā)軟件，可通過此軟件搭建各種復(fù)雜的電路 ，并通過加載軟件程序?qū)崿F(xiàn)硬件仿糾亂本軟件能夠仿真 51系列、 AVR、 PIC、 ARM等主流單片機(jī)，軟件集成了虛擬示波器、邏輯分析儀等從而建立起了完備的電子設(shè)計(jì)開發(fā)環(huán)境，能夠?yàn)楫a(chǎn)品開發(fā)節(jié)約大量的硬件成本和調(diào)試周期 [2]。結(jié)合 Keil C51，對數(shù)字溫濕度測量演示系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)和仿真。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用的 Keil5l高級語言集成開發(fā)環(huán)境一 Keil uVision 3 IDE，是由美國 Keil Software公司推出的一款主流單片機(jī)程序開發(fā)軟件，它提供了包括 C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在 內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境 (uVision)將這些部分組合在一起。 Proteus與 Keil軟件能夠?qū)崿F(xiàn)良好的聯(lián)合調(diào)試功能，即：通過 Proteus繪制硬件原理圖， Keil軟件編寫軟件代碼，在良好配置的前提下通過 Keil軟件調(diào)用 Proteus軟件進(jìn)行仿真及預(yù)調(diào)試。 在工業(yè)生產(chǎn)中，需要對多種環(huán)境指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)控以確保工業(yè)生產(chǎn)安全、經(jīng)濟(jì)、有效的進(jìn)行。在檢測這些環(huán)境參數(shù)時(shí)往往需要很多設(shè)備獨(dú)立使用 , 造成資源的浪費(fèi)。溫濕度測量系統(tǒng)就是針對這一現(xiàn)象而設(shè)計(jì)的、以單片機(jī)為核心的、對溫度、濕度同時(shí)進(jìn)行檢測的裝置 [6]。該裝置可以通過傳感器采集溫度、濕度等環(huán)境參數(shù)，并進(jìn)行檢測和顯示，能夠?qū)崿F(xiàn)對空氣中溫度以及濕度進(jìn)行實(shí)時(shí)測量，所設(shè)計(jì)環(huán)境參數(shù)溫度控制精度穩(wěn)定在 ℃范圍之內(nèi)，濕度的誤差可控制在177。 ％ RH 以內(nèi) [7]。 2 整體方案設(shè)計(jì) 濕溫度測量系統(tǒng)的基本構(gòu)成 本系統(tǒng)主要由 STC89C51 單片機(jī)、 DHT11 溫濕度傳感器、晶振電路和 1602 液晶等部分構(gòu)成。首先，以 STC89C51 單片機(jī)系統(tǒng)位核心，溫濕度傳感器為溫度、濕度數(shù)據(jù)采集端，通過 LCD 數(shù)碼管顯示，并進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄，最后通過 Protues 與 Keil 連調(diào)的方式進(jìn) 行仿真運(yùn)行。 溫濕度測量系統(tǒng)原理 溫濕度測量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括以下幾個(gè)主要功能模塊 (1)溫濕度檢測模塊 : 系統(tǒng)溫濕度的采集用 DHT11 數(shù)字溫濕度傳感器，它是一款含有淮陰師范學(xué)院 畢業(yè)論文 5 已校準(zhǔn)數(shù)字信號輸出的溫濕度復(fù)合傳感器。其應(yīng)用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性與卓越的長期穩(wěn)定性。傳器器包括一個(gè)電阻式感濕元件和一個(gè) NTC 測溫元件。 （ 2）數(shù)據(jù)處理模塊：：該模塊采用微處理器來實(shí)現(xiàn)，微處理器模塊式整個(gè)系統(tǒng)的核心部分，微處理器選用 89C51 系列單片機(jī)，該處理器具有運(yùn)用靈活、迅速、低功耗的特點(diǎn)。 （ 3）顯示模塊：采用常用的 LCD1602 顯示器 （ 4）電源模塊： 本模塊為直流供電，當(dāng)有電源供電時(shí)，直流 5V 的電源模塊，或直接使用 USB 供電，亦可使用三到四節(jié)電池供電。 系統(tǒng)框圖 本次設(shè)計(jì)的溫濕度測量系統(tǒng)主要核心就是單片機(jī) STC89C51，首先通過 DHT11 進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集，并進(jìn)行放大、 A\D 轉(zhuǎn)換，后通過接口電路將數(shù)據(jù)傳送給單片機(jī)，后由單片機(jī)傳送命令給 LED 進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示。晶振電路主要是控制單片機(jī)的工作頻率，若想調(diào)節(jié)單片機(jī)的頻率的話，主要就是要看晶振電路的情況。當(dāng)然電源電路，一直為整個(gè)系統(tǒng)提供工 作電壓，該電路是將 220V 的交流電通過變壓器、橋式整流電路、穩(wěn)壓器變換成 5V 的直流電。 傳 感 器接 口 電 路晶 振 電 路單片機(jī)液 晶 顯 示電 源 電 路 圖 1 系統(tǒng)框圖 3 硬件電路設(shè)計(jì) 溫濕度傳感器模塊 DHT11 簡介 DHT11 數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號輸出 的溫濕度復(fù)合傳感器。它應(yīng)用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性與卓越的長期穩(wěn)定性。傳感器包括一個(gè)電阻式感濕元件和一個(gè) NTC 測溫元件，并與一個(gè)高性能 8 位單片淮陰師范學(xué)院 畢業(yè)論文 6 機(jī)相連接。因此該產(chǎn)品具有品質(zhì)卓越、超快響應(yīng)、抗干擾能力強(qiáng)、性價(jià)比極高等優(yōu)點(diǎn)。每個(gè) DHT11傳感器都在極為精確的濕度校驗(yàn)室中進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)系數(shù)以程序的形式儲(chǔ)存在 OTP內(nèi)存中，傳感器內(nèi)部在檢測信號的處理過程中要調(diào)用這些校準(zhǔn)系數(shù)。單線制串行接口，使系統(tǒng)集成變得簡易快捷。超小的體積、極低的功耗，信號傳輸距離可達(dá) 20 米以上，使其成為各類應(yīng) 用甚至最為苛刻的應(yīng)用場合的最佳選則。產(chǎn)品為 4 針單排引腳封裝。連接方便，特殊封裝形式可根據(jù)用戶需求而提供。 、傳感器性能說明 如下表 1所示： 參數(shù) 條件 Min Typ Max 單位 濕度 分辨率 1 1 1 %RH 8 Bit 重復(fù)性 177。 1 %RH 精度 25℃ 177。 4 %RH 0－ 50℃ 177。 5 %RH 互換性 可完全互換 量程范圍 0℃ 30 90 %RH 25℃ 20 90 %RH 50℃ 20 80 %RH 響應(yīng)時(shí)間 1/e(63%)25℃，1m/s 空氣 6 10 15 S 遲滯 177。 1 %RH 長期穩(wěn)定性 典型值 177。 1 %RH/yr 溫度 分辨率 1 1 1 ℃ 8 8 8 Bit 重復(fù)性 177。 1 ℃ 精度 177。 1 177。 2 ℃ 量程范圍 0 50 ℃ 響應(yīng)時(shí)間 1/e(63%) 6 30 S 接口說明 建議連接線長度短于 20米時(shí)用 5K上拉電阻 ,大于 20米時(shí)根據(jù)實(shí)際情況使用合適的上拉電阻 。 M C U D H T 1 1V D D V D DG N D5 KD A T A圖 2 典型應(yīng)用電路 淮陰師范學(xué)院 畢業(yè)論文 7 電源引腳 DHT11的供電電壓為 3－ 。傳感器上電后，要等待 1s 以越過不穩(wěn)定狀態(tài)在此期間無需發(fā)送任何指令。電源引腳（ VDD， GND）之間可增加一個(gè) 100nF 的電容，用以去耦濾波。 串行接口 (單線雙向 ) DATA用于微處理器與 DHT11之間的通訊和同步 ,采用單總線數(shù)據(jù)格式 ,一次通訊時(shí)間4ms左右 ,數(shù)據(jù)分小數(shù)部分和整數(shù)部分 ,具體格式在下面說明 ,當(dāng)前小數(shù)部分用于以后擴(kuò)展 ,現(xiàn)讀出為零 .操作流程如下 : 一次完整的數(shù)據(jù)傳輸為 40bit,高位先出。 數(shù)據(jù)格式 :8bit濕度整數(shù)數(shù)據(jù) +8bit濕度小數(shù)數(shù)據(jù) +8bit溫度整數(shù)數(shù)據(jù) +8bit溫度小數(shù)數(shù)據(jù) +8b
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