【正文】 式，由于 AVR單片機(jī)本身內(nèi)部帶有復(fù)位電路的優(yōu)勢(shì)，只需要接一個(gè) 10K上拉電阻就可以完成復(fù)位電路的設(shè)計(jì)。 LED數(shù)碼管的顯示電路設(shè)計(jì)電路圖如 下圖圖 311所示： 單片 機(jī) I/O口輸出引腳 4～ 7是 PA4～ PA7， 為 復(fù)用端口 ， 在很大程度上節(jié)約了 I/ O資源，簡(jiǎn)化了硬件的設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)具有較高的集成度。在這些應(yīng)用中 ，單片機(jī)只是直接面向被控對(duì)象底層。 單片機(jī)與 RS232總線通訊接口電路，如 下圖 圖 313所示。 本設(shè)計(jì)中， 上位機(jī)程序即 PC 端程序采用 VC制作，人機(jī)界面友好，界面簡(jiǎn)潔 ，功能完善 ， 系統(tǒng)功能模塊圖見(jiàn) 下圖 圖 47： 在單片機(jī)系統(tǒng)中，比較常用的方法是直接調(diào)用串口發(fā)送單個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)的函數(shù)。 西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 30 提供與 數(shù)據(jù)源進(jìn)行交互的相關(guān)的公共方法，但是對(duì)于不同的數(shù)據(jù)源采用一組不同的類庫(kù)。加電后檢查各插件上引腳的電位，一般先檢查 VCC 與 GND 之間的電位，若在 5V－ 之間屬正常 [20]。 （ 2）排除元器件失效 ： 造成這類錯(cuò)誤的原因有兩個(gè)：一個(gè)是元器件買來(lái)時(shí)就已經(jīng)壞了；另一個(gè)是因?yàn)榘惭b錯(cuò)誤，造成器件燒壞。 允許和不同類型的數(shù)據(jù)源以及數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行交互。 串行通信模塊程序設(shè)計(jì) 通信部分主要是用于向上位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)或者是接收上位機(jī)的數(shù)據(jù)，只有在由計(jì)算機(jī)和單片機(jī)控制系統(tǒng)組成二級(jí)監(jiān)控體系時(shí)才會(huì)使用。轉(zhuǎn)換后的串行信號(hào) TXD、 RXD直接與 PC機(jī)的串行口連接。加之單片機(jī)的計(jì)算能力有限，難以進(jìn)行復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理。具體見(jiàn)表 31。 （ 5） JTAG AVR復(fù)位 復(fù)位寄存器為 1時(shí) MCU復(fù)位。上電復(fù)位（ POR）脈沖由片內(nèi)檢測(cè)電路產(chǎn)生， POR電路保證器件在上電時(shí)復(fù)位。在復(fù)位過(guò)程中，即使系統(tǒng)時(shí)鐘還未起振，端口 D 處于高阻狀態(tài)。端口 A 為 8位雙向 I/O 口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。 電子濕度計(jì)系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)用時(shí)下流行且功能強(qiáng)大的 AVR 單片機(jī)來(lái)控制數(shù)據(jù)采集與顯示模塊，利用單片機(jī)采集環(huán)境濕度值，進(jìn)行存儲(chǔ)和顯示，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的運(yùn)算發(fā)出各種控制命令，并能動(dòng)態(tài)的顯示當(dāng)前濕度值 ，設(shè)定目標(biāo)控制濕度值，當(dāng)空氣濕度高于 65％或低于 38％時(shí)，報(bào)警電路（包括報(bào)警器、閃爍燈）開始工作。它把高級(jí)語(yǔ)言的基本結(jié)構(gòu)和語(yǔ)句與低級(jí)語(yǔ)言的實(shí)用性結(jié)合起來(lái)。 VC憑借在許多方面的創(chuàng)新，在保持 C 語(yǔ)言風(fēng)格的表現(xiàn)力和雅致特征的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用程序的快速開發(fā)。 系統(tǒng)軟件部分的設(shè)計(jì)主要包括主程序和中斷服務(wù)程序。環(huán)保特性好，無(wú)輻射、無(wú)閃爍，對(duì)使用者的健康無(wú)損害。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。 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。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。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。 33 總結(jié) 6 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)方案 1 課題的目的及意義 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)。 9 第 3 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn) 15 復(fù)位電路設(shè)計(jì) 18 濕度傳感器檢測(cè)模塊電路設(shè)計(jì) 27 上位機(jī)程序設(shè)計(jì) 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(lái)表示。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。 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。 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。 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)。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)。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。 方案一： 使用匯編語(yǔ)言 匯編 語(yǔ)言（ Assembly Language）是面向機(jī)器的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)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。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。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。 XTAL2 反向振蕩放大器的輸出端。外部復(fù)位由外加于 RESET引腳的低電平產(chǎn)生。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。 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。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(lái)完成的。 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。這種方法的缺點(diǎn)是需要處理 器在發(fā)送過(guò)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]。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(lái)命名的。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(guò)高對(duì)系統(tǒng)集成塊損壞的可能性。利用數(shù)字萬(wàn)用表的短路測(cè)試功能，測(cè)試線路的通斷。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]。 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]。因此，避免了用 1488和 1489時(shí)必需兩路電源的麻煩。 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。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。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(guò)溢出時(shí)間 tTOUT，MCU即恢復(fù)工作。 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。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。 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。本章分為 6 節(jié)介紹系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。 但是對(duì)于本次設(shè)計(jì)來(lái)還說(shuō)， C 語(yǔ)言具有以下優(yōu)點(diǎn)： （ 1）簡(jiǎn)潔緊湊、靈活方便 C 語(yǔ)言一共只有 32 個(gè) 關(guān)鍵字 ， 9 種控制語(yǔ)句，程序書寫自由，主要用小寫字母表示。 方案三： 采用 VC作為編程語(yǔ)言 VC的特點(diǎn)是簡(jiǎn)單、功能強(qiáng) 大、類型安全，而且是面向?qū)ο蟮?。單片機(jī)應(yīng)用軟件主要實(shí)現(xiàn)定時(shí)數(shù)據(jù)采集、 數(shù)字信號(hào)處理、存儲(chǔ)、顯示、通信處理等功能； PC 機(jī)應(yīng)用軟件主要是對(duì)進(jìn)一步處理總站多路數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器傳輸過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)，提供友好的監(jiān)測(cè)界面 ，實(shí)現(xiàn)串口通信，數(shù)據(jù)庫(kù)保存、查詢等功能 。顯示范圍覆蓋了從 1 英寸至 40 英寸范圍內(nèi)的所有顯示器的應(yīng)用范圍以及投影大平面，是全尺寸顯示終端；顯示質(zhì)量從最簡(jiǎn)單的單色字符圖形到高分辨率，高彩色保真度，高亮度，高對(duì)比度，高西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 7 響應(yīng)速度的各種規(guī)格 型號(hào)的視頻顯示器；顯示方式有直視型，投影型，透視式，也有反射式。其具有 穩(wěn)定、低漂移、高精度、快速響應(yīng)特性、高可靠，耐水性好等特點(diǎn)，具有很好的適應(yīng)性。 MCU 接收到信號(hào)后進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，當(dāng)空氣濕 度達(dá)到設(shè)定邊緣值，將輸出數(shù)字信號(hào)驅(qū)動(dòng)聲光報(bào)警（若組建網(wǎng)絡(luò)后將向上位 PC 機(jī)輸出所處位置及報(bào)警值）以讓監(jiān)控人員及時(shí)進(jìn)行處理。 本課題需要完成一個(gè)完整系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，涉及到電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用與控制技術(shù)等多學(xué)科知識(shí)，是一個(gè)硬軟件相結(jié)合的設(shè)計(jì)性題目。濕度過(guò)高影響人調(diào)節(jié)體溫的排汗功能，人會(huì)感到悶熱。 34 致謝 25 濕度數(shù)據(jù)采集程序流程圖下圖如圖 43 所示： 該系統(tǒng)以 AVR 單片機(jī)ATmega16 為硬件核心，通過(guò)實(shí)時(shí)采集 和 數(shù)據(jù)處理能夠準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè) 環(huán)境 濕度， 采用 LED 數(shù)碼管作為輔助 顯示 模塊