【正文】 （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。 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。 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。因此，避免了用 1488和 1489時(shí)必需兩路電源的麻煩。 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。 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]。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。通常情況下，數(shù)據(jù)源是數(shù)據(jù)庫，但它同樣也能夠是文本文件、 Excel 表格或者 XML 文件 [19]。 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。利用數(shù)字萬用表的短路測(cè)試功能，測(cè)試線路的通斷。 （ 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。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。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。這些類庫稱為 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。它提供了平臺(tái)互用性和可伸縮的數(shù) 據(jù)訪問。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]。 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。 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。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。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。 電路圖如 下圖 圖 312 所示。 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。 濕度傳感器檢測(cè)模塊電路設(shè)計(jì) 傳感器是準(zhǔn)確檢測(cè)濕度的關(guān)鍵， 本次設(shè)計(jì)采用 CHTM02/N 作為濕度檢測(cè)元件，其特點(diǎn)如下： XTAL2 XTAL1 GND 外部時(shí)鐘信號(hào) 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。為了可靠，可以加上一只 ， 如 下圖 圖 35所示： 晶振電路設(shè)計(jì) 單片機(jī)內(nèi)部的各種功能電路絕大多數(shù)是由數(shù)字電路構(gòu)成的。 BOD電路的開關(guān)由熔絲位 BODEN控制。外部復(fù)位由外加于 RESET引腳的低電平產(chǎn)生。 AVR 單片機(jī)最常用的電源電壓是 5V。 XTAL2 反向振蕩放大器的輸出端。 端口 D(PD7～ PD0) 端口 D 為 8 位雙向 I/O 口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對(duì)稱的驅(qū)動(dòng)特性，可以輸出和吸收大電流。 ATmega16 可降至 0Hz 的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式：空閑方式停止 CPU 的工作，但允許 RAM、定時(shí) /計(jì)數(shù)器、串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作；掉電方式保存 RAM 中的內(nèi)容，但是振蕩器停止工作并禁止其他所有部件工作到下一個(gè)硬件復(fù)位。該單片機(jī)具有 AVR 高性能、低功耗 RISC 結(jié)構(gòu)， 工作在 8MHz 時(shí)具有 8MIPS 的性能，同時(shí)片內(nèi) 16KB 的在線可編程 FLASH 存儲(chǔ)器，可擦除 1000 次以上，并且集成了 512B 的 SRAM 和 512 B 在線可編程 EEPROM。 綜合比較之后，本次設(shè)計(jì)采用方案二，即使用 C 語言作為微控制器的編程語言。 （ 3） 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 豐富 C 的數(shù)據(jù)類型有：整型、實(shí)型、字符型、數(shù)組類型、指針類型、結(jié)構(gòu)體類型、共用體類型等。 方案二： 使用 C 語言 C 語言的語法限制不太嚴(yán)格，對(duì)變量的類型約束不嚴(yán)格，影響程序的安全性，對(duì)數(shù)組下標(biāo)越界不作檢查等 [6]。 方案一： 使用匯編語言 匯編 語言（ Assembly Language）是面向機(jī)器的程序設(shè)計(jì)語言。由于 C++的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)的存在，即各個(gè)編譯器總存在差異，所以或多或少存在不兼容。因此在功能比較復(fù)雜的控制系統(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。所以，在本設(shè)計(jì)中，采用LED 顯示技術(shù) [5]。它采用低電壓掃描驅(qū)動(dòng)，具有耗電少、使用壽命長(zhǎng)、成本低、亮度高、故障少、視角大、可視距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)。 方案一： 采用 LCD 顯示技術(shù) LCD 是液晶顯示屏的全稱，主要有 TFT、 UFB、 TFD、 STN 等幾種類型的液晶顯示屏。 方案 三 ： 采用 CHTM02/N 系列濕度傳感器 CHTM02/N 系列濕度傳感器的敏感元件為 LM35（或 NTC）及 CHR01 高分子濕敏電阻，輸出線性電壓信號(hào)。 濕度傳感器的選擇 目前，市場(chǎng)上有許多類型的濕度傳感器，其參數(shù)及適用場(chǎng)合等各不相同，現(xiàn)就幾種常用的濕度傳感器進(jìn)行比較。 CPU 采用 RISC 結(jié)構(gòu)，分別僅有 33， 35， 58 條指令，采用 Harvard 雙總線結(jié)構(gòu)，運(yùn)行速度快，低工作電壓，低功耗，較大的輸入輸出直接驅(qū)動(dòng)能 力，一次性編程，小體積，適用于用量大、檔次低、價(jià)格敏感的產(chǎn)品。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要原理 空氣濕度檢測(cè)是生活和工業(yè)測(cè)量中很重 要的部分，根據(jù)采用的測(cè)量元件和測(cè)量方法的不同，其精度也不同，因而對(duì)數(shù)據(jù)采集（ A/D 轉(zhuǎn)換）的精度也不同，對(duì)測(cè)量結(jié)果的定標(biāo)要到專業(yè)的計(jì)量部門才能進(jìn)行，這樣就給現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量帶來了很大的不便，我們?cè)诳諝鉂穸葴y(cè)量的研究和設(shè)計(jì)過程中查閱了大量的資料和成果，結(jié)合測(cè)控專業(yè)的特點(diǎn)，提出了能夠?qū)崿F(xiàn)空氣濕度檢測(cè)和報(bào)警的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)詳細(xì)任務(wù)如下： （ 1）整體方案的確定：包括單片機(jī)、傳感器的選型，用 AVR 單片機(jī)作為主控器，西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 3 分析 ATmegal16 單片機(jī)與溫濕度傳感器等部件實(shí)現(xiàn)軟、硬件接口的技術(shù)以及數(shù)據(jù)顯示方案濕度傳感器模塊設(shè)計(jì)：熟悉濕度傳感器工作原理，確定其與 AVR 單片機(jī)的接口設(shè)計(jì)方案。更不用說自動(dòng)控制領(lǐng)域的機(jī)器人、智能儀表、醫(yī)療器械了。假如一座建筑內(nèi)的溫度不一樣的話，那么從高溫部分流入低溫部分的潮濕的空氣中的水就可能凝結(jié) ， 在這些地方可能會(huì)發(fā)霉，在建筑設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮到這樣的現(xiàn)象。一般人在 45—55％的相對(duì)濕度下感覺最舒適。在此意義下，常用絕對(duì)濕度、相對(duì)濕度、比較濕度、混合比等物理量來表示。 27 上位機(jī)程序設(shè)計(jì) 20 聲光報(bào)警電路設(shè)計(jì) 18 濕度傳感器檢測(cè)模塊電路設(shè)計(jì) 15 復(fù)位電路設(shè)計(jì) 12 主控器最小系統(tǒng) 9 第 3 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn) 本文論述了基于測(cè)控技術(shù)的空氣濕度檢測(cè)報(bào)警裝置的硬件和監(jiān)控軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。 在目前的試用中 ， 該系統(tǒng) 能夠可靠、穩(wěn)定、安全的測(cè)量 現(xiàn)場(chǎng)濕度 ， 具有推廣應(yīng)用價(jià)值。 1 課題的目的及意義 6 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)方案 15 電源設(shè)計(jì) 18 西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 IV LED 數(shù)碼管的顯示電路設(shè)計(jì) 33 總結(jié) 38 附錄 2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)部分程序 它對(duì)不同的氣候區(qū)的產(chǎn)生起決定性的作用。在生物學(xué)中，尤其是在生態(tài)學(xué)中空氣濕度是一個(gè)非常關(guān)鍵的量 ， 它決定一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的組成。 課題的目的及意 義 數(shù)據(jù)采集是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中進(jìn)行監(jiān)控所必需的環(huán)節(jié)，本課題是對(duì)嵌入式技術(shù)與數(shù)據(jù)采集技術(shù)的應(yīng)用，即用流行的 AVR 單片機(jī)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集與顯示。本課題融知識(shí)性與趣味性于一體，提供了一個(gè)有力的了解小家電設(shè)計(jì)技術(shù)的平臺(tái)，能提高檢索文獻(xiàn)資料的能力、電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的能力、實(shí)際動(dòng)手的能力。 （ 4）上位機(jī)程序設(shè)計(jì) : 該部分的主要任務(wù)是用 PC 機(jī)為上位機(jī)提供一個(gè)可視的操作界面， 實(shí)現(xiàn)串口通信，數(shù)據(jù)保存、查詢 以及備份 等 功能。 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方案 微控制器的選擇 目前，再電子系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)中，常用的微控器有 MC51 單片機(jī)、 PIC 單片機(jī)、AVR 單片機(jī)和 ARM 芯片。在 AVR 單片機(jī)中， CPU 執(zhí)行當(dāng)前指令時(shí)取出將要執(zhí)行的下一條指令放入寄存器中，從而可以避免傳統(tǒng) MCS51 系列單片機(jī)中多指令周期的出現(xiàn)。特征阻抗范圍為 ( 21 ~ 45 ) / ( 60% , 25 )okC? ，但西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 6 是由于其工作電壓為 1V AC（ 50～ 2KHz），而本次設(shè)計(jì)使用的均為直流電源，所以排除使用 BQ8CHR 系列濕度傳感器。電壓 DC5V，最大電流為 5mA（ 2mA 平均），