【正文】 NC 圖 38 串口 通信 電路 西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 19 （ 1）敏感元件（濕度）：高分子濕敏電阻 （ 2）供電： ～ (基準(zhǔn)點(diǎn) 5V， 177。 表 31 CHTM02/N 系列傳感器輸出參數(shù) 序號(hào) 型號(hào) 參數(shù) 可替代以下型號(hào) 1 CHTM02/NA 輸出 03V CHTM02A CHTM01B 2 CHTM02/NB 輸出 13V CHTM02B 3 CHTM02/NC 輸出 01V CHTM01A CHTM02/N 濕度傳感器 模塊輸出如 下圖 圖 39 所示： 模塊輸出圖01230 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100相對(duì)濕度（% R H ）電壓（V）ABC 圖 39 CHTM02/N 濕度傳感器輸出圖 西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 20 CHTM02/N 濕度傳感器接線示意圖如 下圖 圖 310 所示： LED 數(shù)碼管的顯示電路設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)中加入了 LED數(shù)碼管顯示模塊，用來實(shí)時(shí)顯示濕度的數(shù)值大小，以達(dá)到一個(gè)更加直觀的效果。 CHTM02/N濕度傳感器 圖 310 CHTM02/N濕度傳感器接線示意圖 +5V H GND ① 電壓 5V ② 濕度輸出 ③ 地 圖 311 LED數(shù)碼管的顯示電路設(shè)計(jì)電路圖 西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 21 聲光報(bào)警電路設(shè)計(jì) 聲光報(bào)警電路的設(shè)計(jì)是濕度檢測(cè)計(jì)的一個(gè)核心輔助模塊，只有較好的完成了本部分設(shè)計(jì)，才能使系統(tǒng)較為完善。如圖 312 所示， R17 用于限流，只需要提供三極管Q11 的導(dǎo)通電壓，由三極管蜂鳴器提供電流，使其報(bào)警，這樣可以減少 CPU 的 I/O口直接的驅(qū)動(dòng)負(fù)載 [10]。 電路圖如 下圖 圖 312 所示。因此在功能比較復(fù)雜的控制R 1 5R E S 2R 1 7R E S 2V C CU5B E L L聲光報(bào)警電路設(shè)計(jì)P A 2P A 3D4L E DQ 1 1N P N 1西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 22 系統(tǒng)中，通常以 PC 機(jī)為上位機(jī)，單片機(jī)為下位機(jī)，由單片機(jī)完成數(shù)據(jù)的采集及對(duì)裝置的控制，而由上位機(jī)完成各種復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理及對(duì)單片機(jī)的控制。而對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步分析和處理的工作是由功能強(qiáng)大的主控 PC 機(jī)來完成的。該接口電路適用于由一臺(tái) PC機(jī)與多個(gè)單片機(jī)串行通信的設(shè) 計(jì)。在此電路中，采用 MAX232實(shí)現(xiàn) TTL邏輯電平和 RS232電平之間的相互轉(zhuǎn)換。如此設(shè)計(jì)，既可發(fā)揮出 PC機(jī)強(qiáng)大的計(jì)算和顯示功能，又可以體現(xiàn)出單片機(jī)靈活的控制功能 ， 有利于對(duì)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的實(shí)時(shí)采集、處理和監(jiān)控。 圖 313 通訊接口電路圖 西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 24 第 4 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn) 系統(tǒng)軟件包括單片機(jī)應(yīng)用軟件和 PC機(jī)應(yīng)用軟件。 開始 系統(tǒng)自檢 初始化系統(tǒng)數(shù)據(jù) 采樣子程序 顯示子程序 采樣值超出設(shè)定值？ 報(bào)警程序 通信程序 等待中斷 顯 示子程序 返回 N Y 圖 41 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)總體流程框圖 西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 25 系統(tǒng)語(yǔ)言采用 C 語(yǔ)言編制，包括主程序和中斷服務(wù)子程序。 本次設(shè)計(jì)僅僅設(shè)計(jì)了對(duì) CPU 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的校驗(yàn)程序，采用破壞性校驗(yàn)選用，只能用于 開機(jī)自檢。但是本系統(tǒng)為了有良好的擴(kuò)展功能，設(shè)計(jì)了串行通信部分的硬件和軟件，軟件中只有當(dāng)空氣濕度超出正常范圍時(shí)才向上位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，以提示主控人員及時(shí)處理 [1516]。這種方法的缺點(diǎn)是需要處理 器在發(fā)送過程中全程參與，優(yōu)點(diǎn)是所要發(fā)送的數(shù)據(jù)能夠立即的出現(xiàn)在通信線路上，能夠立即被接收端接收到 [17]。 SerialPort 是比較好用的串口類。它提供了平臺(tái)互用性和可伸縮的數(shù) 據(jù)訪問。然而并沒有與此相關(guān)的一系列類來完成這樣的工作。這些類庫(kù)稱為 Data Providers，并且通常是以與之交互的協(xié)議和數(shù)據(jù)源的類型來命名的?？梢娪布{(diào)試是基礎(chǔ)，如果硬件調(diào)試不通過，軟件設(shè)計(jì)則是 無 從做起。排除的方法是首先將加工的印制板認(rèn)真對(duì)照原理圖，看二者是否一致。可以采取檢查 元器件與設(shè)計(jì)要求的型號(hào)、規(guī)格和安裝是否 一致。系統(tǒng)測(cè)試中，采取先焊接電源模塊，單獨(dú)進(jìn)行通電測(cè)試，這樣避免輸出電壓過高對(duì)系統(tǒng)集成塊損壞的可能性。 （ 5）串口通信調(diào)試 ： 由于下位機(jī)中采用的是 TTL 低電平與 PC 機(jī)交換。 （ 4）集成塊引腳電壓測(cè)試 ： 為了確定集成塊的好壞，加之沒有購(gòu)買備用集成塊，只有在加入正常的電源電壓而沒有寫入程序時(shí)，用萬用表測(cè)試集成塊引腳電壓；測(cè)試后若的確發(fā)現(xiàn)有集成塊的引腳電壓不正常，再進(jìn)行換集成塊進(jìn)行測(cè)試；若果與典型電壓值基本相同，都可以正常使用。 西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 32 （ 3）排除電源故障 ： 在通電前，一定要檢查電源電壓的幅值和極性，否則很容易造成集成塊損壞。利用數(shù)字萬用表的短路測(cè)試功能，測(cè)試線路的通斷。 在整個(gè)硬件靜態(tài)的調(diào)試中，工作主要集中在以下幾個(gè)方面： （ 1）排除邏輯 故障 ： 這類故障往往是由于設(shè)計(jì)和加工制板過程中的工藝性錯(cuò)誤所造成的。 單片機(jī)系統(tǒng)的硬件調(diào)試和軟件調(diào)試是不能分開的，許多硬件錯(cuò)誤是在軟件調(diào)試中被發(fā)現(xiàn)和糾正的。一些老式的數(shù)據(jù)源使用 ODBC 協(xié)議，許多新的數(shù)據(jù)源使用 OleDb 協(xié)議，并且現(xiàn)在還不斷出現(xiàn)更多的數(shù)據(jù)源，這些數(shù)據(jù)源都可以通過 .NET 的 類庫(kù)來進(jìn)行連接。通常情況下，數(shù)據(jù)源是數(shù)據(jù)庫(kù)，但它同樣也能夠是文本文件、 Excel 表格或者 XML 文件 [19]。 用法： public void Open () SerialPort 構(gòu)造函數(shù) (String, Int32) 功能： 使用指定的端口名稱和波特率初始化 SerialPort 類的新實(shí)例。對(duì)于編程來說操作串口有三種方式，一、使用 windows 系統(tǒng)中自帶的串口通信控件，這種方式使用起來比較簡(jiǎn)單，需要注意的是接收時(shí)的阻塞處理和線程機(jī)制 ； 二、使用系統(tǒng)的 API 直接進(jìn)行串口數(shù)據(jù)的讀取，在windows 和 linux 系統(tǒng)中，設(shè)備被虛擬為文件，只需要利用系統(tǒng)提供的 API 函數(shù)即可進(jìn)行串口數(shù)據(jù)的發(fā)送和讀取 ； 三、使用串口類進(jìn)行串口操作。 上位機(jī)程序設(shè)計(jì) 通過綜合分析，本系統(tǒng)至少應(yīng)具備如下功能： PC 機(jī)與單片機(jī)都可發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，進(jìn)行可以異步串行通信；單片機(jī) 可 接收 PC 機(jī)發(fā)來的數(shù)據(jù)并送 LED 顯示 。 濕度采集程序設(shè)計(jì) 濕度數(shù)據(jù)采集程序流程圖 下圖 如圖 43 所示： 存儲(chǔ)器 自檢 建立地址指針 寫入特征數(shù)字 1并輸出 讀寫相符嗎？ 寫入特征數(shù)字 1并輸出 讀寫相符嗎？ 地址指針 +1 最后一單元？ PSS標(biāo)志 結(jié)束 Error標(biāo)志 N N N Y Y Y 圖 42 自檢程序流程圖 西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 26 LED 顯示模塊程序設(shè)計(jì) 開 始顯 示 第 二 位 數(shù) 據(jù)結(jié) 束顯 示 第 一 位 數(shù) 據(jù)延 時(shí)延 時(shí)延 時(shí)顯 示 第 四 位 數(shù) 據(jù)顯 示 第 三 位 數(shù) 據(jù)延 時(shí)初 始 化關(guān) 閉 第 一 位 顯 示關(guān) 閉 第 二 位 顯 示關(guān) 閉 第 三 位 顯 示關(guān) 閉 第 四 位 顯 示 圖 44 LED 顯示子程序流程圖 子程序入口 A/D 初始化設(shè)置 采集信號(hào)并轉(zhuǎn)換 讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果 返回 是否轉(zhuǎn)換完 N Y 圖 43 濕度數(shù)據(jù)采集程序流程圖 西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 27 LED 顯示子程序流程圖如 上圖 圖 44 所示 數(shù)據(jù)處理與聲光報(bào)警程序設(shè)計(jì) 數(shù)據(jù)處理與聲光報(bào)警程序流程圖如 下圖 圖 45 所示： 程序設(shè)置從第 0 路輸入的數(shù)據(jù)開始與設(shè)定的報(bào)警值比較，如果出現(xiàn)高于上限或者低于下限報(bào)警值的情況，則進(jìn)入報(bào)警狀態(tài)，開啟聲光報(bào)警，向上位機(jī)通信，最后等待外部中斷或者是復(fù)位 [14]。根據(jù)系統(tǒng)工作特點(diǎn)，程序采用結(jié)構(gòu)化的軟件設(shè)計(jì)方法。 本章將分為六個(gè)部分介紹系統(tǒng)軟件部分的設(shè)計(jì)，主要包括開機(jī)自檢、顯示處理、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理與報(bào)警、串行通信等。當(dāng)保存的數(shù)據(jù)到達(dá)指定數(shù)量時(shí)，就可以通過收發(fā)器芯片將數(shù)據(jù)發(fā)送到 RS232總線上，傳RS232接口電路 PC機(jī) CRT 鍵盤 單片機(jī) 圖 313 單片機(jī)與 PC機(jī)通信原理框圖 西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 23 送給上位機(jī)進(jìn)行綜合分析。因此，避免了用 1488和 1489時(shí)必需兩路電源的麻煩。它是上位機(jī)和下位機(jī)之間信息傳遞的樞紐，一切數(shù)據(jù)的傳輸必需由它完成，上位機(jī)直接利用它的 RS232串行口，為此，采用了 RS232串行通信來接收或上傳數(shù)據(jù)和指令。 通常 PC機(jī)和單片機(jī)之間的通信是通過串行總線 RS232實(shí)現(xiàn)的。由于單片機(jī)具有體積小、價(jià)格低廉、可應(yīng)用于惡劣工業(yè)環(huán)境的特點(diǎn) ， 在分布式控制系統(tǒng)中大多采用單片機(jī)作為下位機(jī)來進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和現(xiàn)場(chǎng)控制。 圖 312 聲光報(bào)警電路電路圖 RS232 的通信部分設(shè)計(jì) 現(xiàn)代化集中管理需要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析、制表、打印、繪圖、報(bào)警等 ，同時(shí) ， 又要求對(duì)現(xiàn)場(chǎng)裝置進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，完成各種規(guī)定操作，達(dá)到集中管理的目的。因此在本次設(shè)計(jì)中，光報(bào)警部分是采用發(fā)光二極管實(shí)現(xiàn)的。 為了達(dá)到很好的報(bào)警效果，本次設(shè)計(jì)中采用蜂鳴器報(bào)警電路。它可以驅(qū)動(dòng) 4個(gè) 8段 LED數(shù)碼管和 4個(gè)獨(dú)立的發(fā)光二極管 [9]。5%RH（在 25℃ ，輸入電壓 =5V） （ 8）輸出信號(hào)：分為 0～ 3V， 1～ 3V， 0～ 1V 三類。 為了由外部源驅(qū)動(dòng)器件，當(dāng) XTAL1 被驅(qū)動(dòng)時(shí)， XTAL2 不能連接，如 下圖 圖 37所示。作為時(shí)基發(fā)生器的時(shí)鐘振蕩電路，為整個(gè)單片機(jī)芯片內(nèi)部各個(gè)部分電路的工作提供系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)，也在為單片機(jī)與其他外接芯片之間的通信以及與其他數(shù)字系統(tǒng)或者計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間通信，提供可靠的同步時(shí)鐘信號(hào)。上電復(fù)位將使其清零，也可以通過寫 “0”來清除。當(dāng) VCC上升到觸發(fā)電平以上時(shí) (VBOT+， Figure19)，延時(shí)計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)，一旦超過溢出時(shí)間 tTOUT，MCU即恢復(fù)工作。在脈沖的下降沿，延時(shí)定時(shí)器開始對(duì) tTOUT記數(shù)。當(dāng)外加信號(hào)達(dá)到復(fù)位門限電壓 VRST（上升沿）時(shí)， tTOUT延時(shí)周期開始。當(dāng) VCC下降時(shí)，只要低于檢測(cè)門限， RESET信號(hào)立即生效。 復(fù)位電路設(shè)計(jì) ATmega16有 5個(gè)復(fù)位源 [8]： （ 1） 上電復(fù)位 電源電壓低于上電復(fù)位門限 VPOT時(shí)， MCU復(fù)位。 ATmega16 單片機(jī)的最小系統(tǒng)如 下圖 圖 33 所示。不使用 ADC 時(shí)，該引腳應(yīng)直接與 VCC 連接。持續(xù)時(shí)間小于門限間的脈沖不能保證可靠復(fù)位。作為輸入使用時(shí)，若內(nèi)部上拉電阻使能，則端口被外部電路拉低時(shí)將輸出電流。在復(fù)位過程中，即使系統(tǒng)時(shí)鐘還未起振，端口 C 處于高阻狀態(tài)。在復(fù)位過程中，即使系統(tǒng)時(shí) 鐘還未起振，端口 B 處于高阻狀態(tài)。在復(fù)位過程中，即使系統(tǒng)時(shí)鐘還未起振，端口 A 處于高阻狀態(tài)。 VCC 電源正 GND 電源地 端口 A(PA7～ PA0) 端口 A 作為 A/D 轉(zhuǎn)換器的模擬輸入端。對(duì)單片機(jī) 用高級(jí)語(yǔ)言編程可很容易地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)移植，并加快軟件的開發(fā)過程。另外，它還擁有很寬的工作電壓范圍，可以在 ～ 6V 之間正常運(yùn)行，具備很強(qiáng)的適應(yīng)性。 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)方框圖如 下圖 圖 31 所示： 本電子濕度計(jì)系統(tǒng)模塊由以下幾個(gè)模塊組成：濕度傳感器檢