【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 506728 液晶顯示及報(bào)警電路本系統(tǒng)需要將測(cè)得的溫度值和濕度值顯示出來(lái)，并判斷其是否超出溫濕度的上下限，若超出，則需要報(bào)警。 LCD1602液晶顯示1602液晶顯示器以其微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧、位數(shù)多、程序簡(jiǎn)單的諸多優(yōu)點(diǎn)，頗受歡迎[16]。在本系統(tǒng)中使用的是字符型兩行16字液晶顯示器。在與單片機(jī)連接時(shí)使用接口電路（排針）相連，為并行通信。1602液晶顯示采用標(biāo)準(zhǔn)的16腳接口，其中引腳功能如表35所示。表35 1602引腳功能表編號(hào)符號(hào)引腳說(shuō)明編號(hào)符號(hào)引腳說(shuō)明1VSS電源地9D2Data 1/02VDD電源正極10D3Data 1/03VL液晶顯示偏壓信號(hào)11D4Data 1/04RS數(shù)據(jù)/命令選擇（H/L）12D5Data 1/05R/W讀/寫(xiě)選擇端（H/L）13D6Data 1/06E使能信號(hào)14D7Data 1/07D0Data 1/015BLA背光源正極8D1Data 1/016BLK背光源負(fù)極1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器（CGROM)已經(jīng)存儲(chǔ)了不同的點(diǎn)陣字符圖形，這些字符有，阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫(xiě)、常用的符號(hào)、和日文假名等，每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼，其中數(shù)字與字母同ASCII碼兼容。1602與微處理器的連接電路如圖38所示。圖38 LCD1602與單片機(jī)連接電路 報(bào)警電路在微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，為了安全生產(chǎn)，對(duì)于一些重要的參數(shù)或系統(tǒng)部位，都設(shè)有緊急狀態(tài)報(bào)警系統(tǒng)，以便提醒操作人員注意，或采取緊急措施。其方法就是把計(jì)算機(jī)采集的數(shù)據(jù)或記過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、數(shù)字濾波，標(biāo)度變換之后，與該參數(shù)上下限給定值進(jìn)行比較，如果高于上限值（或低于下限值)則進(jìn)行報(bào)警，否則就作為采樣的正常值，進(jìn)行顯示和控制。本設(shè)計(jì)采用蜂鳴音報(bào)警電路。蜂鳴音報(bào)警接口電路的設(shè)計(jì)只需購(gòu)買(mǎi)市售的壓電式蜂鳴器，然后通過(guò)單片機(jī)的1根口線(xiàn)經(jīng)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)聲。壓電式蜂鳴器約需10mA的驅(qū)動(dòng)電流，可以用一個(gè)晶體三極管驅(qū)動(dòng)，在具體設(shè)計(jì)過(guò)程中，、。、“1”時(shí)，晶體管導(dǎo)通，壓電蜂鳴器兩端獲得約5V電壓而發(fā)聲；、“0”時(shí)，三極管截止，蜂鳴器停止發(fā)聲。報(bào)警電路使用蜂鳴器聲音報(bào)警，電路連接圖如圖39所示。圖39 蜂鳴器報(bào)警電路 電源模塊系統(tǒng)單片機(jī)，溫度采集，濕度采集，顯示及報(bào)警各部分均采用+5V USB供電。電源+。圖310 無(wú)線(xiàn)模塊+ 無(wú)線(xiàn)模塊發(fā)射數(shù)據(jù)時(shí)，首先將nRF24L01配置為發(fā)射模式：接著把接收節(jié)點(diǎn)地址TX_ADDR和有效數(shù)據(jù)TX_PLD按照時(shí)序由SPI口寫(xiě)入nRF24L01緩存區(qū)，TX_PLD必須在CSN為低時(shí)連續(xù)寫(xiě)入，而TX_ADDR在發(fā)射時(shí)寫(xiě)入一次即可，然后CE置為高電平并保持至少10μs，延遲130μs后發(fā)射數(shù)據(jù)；若自動(dòng)應(yīng)答開(kāi)啟，那么nRF24L01在發(fā)射數(shù)據(jù)后立即進(jìn)入接收模式，接收應(yīng)答信號(hào)[17]。如果收到應(yīng)答，則認(rèn)為此次通信成功，TX_DS置高，同時(shí)TX_PLD從TX FIFO中清除；若未收到應(yīng)答，則自動(dòng)重新發(fā)射該數(shù)據(jù)(自動(dòng)重發(fā)已開(kāi)啟)，若重發(fā)次數(shù)(ARC)達(dá)到上限，MAX_RT置高，TX FIFO中數(shù)據(jù)保留以便在次重發(fā)；MAX_RT或TX_DS置高時(shí)，使IRQ變低，產(chǎn)生中斷，通知MCU。最后發(fā)射成功時(shí),若CE為低則nRF24L01進(jìn)入空閑模式1；若發(fā)送堆棧中有數(shù)據(jù)且CE為高，則進(jìn)入下一次發(fā)射；若發(fā)送堆棧中無(wú)數(shù)據(jù)且CE為高，則進(jìn)入空閑模式2。 接收數(shù)據(jù)時(shí)，首先將nRF24L01配置為接收模式，接著延遲130μs進(jìn)入接收狀態(tài)等待數(shù)據(jù)的到來(lái)。當(dāng)接收方檢測(cè)到有效的地址和CRC時(shí)，就將數(shù)據(jù)包存儲(chǔ)在RX FIFO中，同時(shí)中斷標(biāo)志位RX_DR置高，IRQ變低，產(chǎn)生中斷，通知MCU去取數(shù)據(jù)[18]。若此時(shí)自動(dòng)應(yīng)答開(kāi)啟，接收方則同時(shí)進(jìn)入發(fā)射狀態(tài)回傳應(yīng)答信號(hào)。最后接收成功時(shí)，若CE變低，則nRF24L01進(jìn)入空閑模式1。NRF24L10的原理圖如311所示。圖311NRF24L10原理圖 本章小結(jié)本章就系統(tǒng)的硬件電路進(jìn)行了設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中采用模塊化設(shè)計(jì)方法，即根據(jù)系統(tǒng)的要求對(duì)各傳感器及單片機(jī)電路分別進(jìn)行設(shè)計(jì)，最終再將其組合為一體。主控電路采用以STC89C52為核心的單片機(jī)電路，溫度傳感器采用數(shù)字型溫度傳感器DS18B20，；濕度傳感器為電容性傳感器，通過(guò)與555振蕩電路相結(jié)合得出頻率信號(hào)輸入到單片機(jī)內(nèi)，由軟件部分進(jìn)行處理得到濕度值。最終測(cè)量結(jié)果顯示在LCD1602顯示屏上，并判斷采集數(shù)據(jù)是否超出程序設(shè)定的上限報(bào)警值，如若超出報(bào)警上限則驅(qū)動(dòng)蜂鳴器報(bào)警，并將數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊和串口技術(shù)傳到上位機(jī)以便進(jìn)行對(duì)溫濕度的控制。第3章 軟件設(shè)計(jì) 主程序流程圖主程序的主要功能是負(fù)責(zé)讀出并處理DS18B20的測(cè)量溫度值，讀出測(cè)濕電路的結(jié)果，并將溫度及濕度進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，判斷是否超出上下限，如若超出則報(bào)警并向上微機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)。程序流程圖如圖41所示。圖41 主程序流程圖 溫度模塊程序設(shè)計(jì)溫度模塊主要包括DS18B20的初始化以及與單片機(jī)之間的數(shù)據(jù)處理， DS18B20的所有操作均從初始化開(kāi)始，初始化過(guò)程如圖43所示。初始化的過(guò)程是首先由CPU發(fā)出一個(gè)復(fù)位脈沖，復(fù)位脈沖的時(shí)間為480～960us，然后由從屬器件發(fā)出應(yīng)答脈沖[19]。初始化是主CPU發(fā)出一個(gè)復(fù)位信號(hào)，將數(shù)據(jù)總線(xiàn)上的DS18B20復(fù)位，然后釋放總線(xiàn)，該總線(xiàn)位接收狀態(tài)。由于接有上拉電阻，在釋放總線(xiàn)是有15~60us的時(shí)間間隙，在此之后的60~240us時(shí)間內(nèi)，如果CPU檢測(cè)到總線(xiàn)為低電平的話(huà)，則說(shuō)明DS18B20初始化完成。DS18B20中的溫度傳感器可完成對(duì)溫度的測(cè)量，用16位符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼讀數(shù)形式提供，℃/LSB形式表達(dá)，其中S為符號(hào)位。12位轉(zhuǎn)化后得到的12位數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)在DS18B20的兩個(gè)8B的RAM中，二進(jìn)制中的前面5位是符號(hào)位，如果測(cè)得的溫度大于0，這5位為0，；如果溫度小于0，這5位為1，測(cè)到的數(shù)值需要取反加1，程序中對(duì)于溫度小于0的情況進(jìn)行的適當(dāng)?shù)奶幚恚⒃陲@示中顯示所得溫度為負(fù)[20]。整個(gè)溫度采集過(guò)程如圖42所示。圖42 溫度采集圖43 DS18B20初始化 濕度模塊程序設(shè)計(jì)濕度模塊主要是利用定時(shí)器T0和T1對(duì)555的輸出頻率進(jìn)行測(cè)量，在該塊程序設(shè)計(jì)中，我們選取T0做定時(shí)器，定時(shí)時(shí)間是50ms，而選擇T1做計(jì)數(shù)器，每當(dāng)T0定時(shí)時(shí)間到就讀取T1的計(jì)數(shù)值，然后將T1的計(jì)數(shù)值乘以20就可得到555芯片的輸出頻率，可進(jìn)行數(shù)據(jù)處理進(jìn)而得到相對(duì)濕度值，濕度測(cè)量程序流程圖如圖44所示。圖44 濕度測(cè)量 顯示子程序設(shè)計(jì)顯示子程序包括1602的初始化，以及對(duì)溫度和濕度值的顯示。初始化時(shí)第一行顯示“wend”，第二行顯示“shid”，然后根據(jù)溫度的測(cè)得值及其正負(fù)將測(cè)得溫度值和設(shè)定溫度值在第一行，并將測(cè)得的頻率值轉(zhuǎn)換為相對(duì)濕度值，并將其和濕度設(shè)定值顯示在第二行，顯示子程序流程圖如圖45所示。圖45 顯示子程序流程圖 按鍵模塊程序設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采用了四個(gè)按鍵，將加減設(shè)置按鍵接兩個(gè)外部中斷0和1上，當(dāng)外部中斷被觸發(fā)（即存在設(shè)定值設(shè)置）時(shí)，判斷是另外兩個(gè)按鍵是否按下（即判斷是溫度值設(shè)定還是濕度值設(shè)定），然后根據(jù)判斷的條件執(zhí)行設(shè)定值的改變。分別設(shè)置溫度的加減和濕度的加減，程序流程圖如圖46所示。圖46 按鍵程序流程圖 無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊程序設(shè)計(jì)首先檢測(cè)過(guò)程中判斷蜂鳴器是否響起，則啟動(dòng)NRF24L01的發(fā)送模式，向上位機(jī)部分的接收模塊發(fā)送溫度或濕度數(shù)據(jù)。發(fā)送具體程序流程圖如圖47所示。圖47 發(fā)送模塊程序流程圖本系統(tǒng)接收端用NRF24L01無(wú)線(xiàn)模塊接收發(fā)送端傳來(lái)的溫度數(shù)據(jù)和濕度數(shù)據(jù)，經(jīng)單片機(jī)STC89C52將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的溫度值和濕度值。最后單片機(jī)把數(shù)據(jù)經(jīng)串口傳輸給PC機(jī)，在PC機(jī)上顯示溫度值和濕度值。接受模塊程序流程圖如圖48所示。圖48 接收模塊程序流程圖 報(bào)警子程序首先判斷所測(cè)得的溫濕度值是否超過(guò)設(shè)定的上限，如若超過(guò)所設(shè)定的上限則輸出高電平，驅(qū)動(dòng)蜂鳴器報(bào)警，如若未超過(guò)設(shè)定上限則輸出低電平不報(bào)警。報(bào)警部分程序流程圖如49所示圖49 報(bào)警程序流程圖 本章小結(jié)本章主要對(duì)系統(tǒng)的各個(gè)部分的程序流程圖進(jìn)行了設(shè)計(jì)和說(shuō)明，首先是主程序部分實(shí)現(xiàn)了溫濕度的采集，液晶形式蜂鳴器報(bào)警，數(shù)據(jù)的無(wú)線(xiàn)收發(fā)幾個(gè)功能，溫度采集部分主要對(duì)DS18B20溫度傳感器的初始化和數(shù)據(jù)采集過(guò)程詳細(xì)設(shè)計(jì)，濕度采集部分利用555振蕩器將電容質(zhì)的改變轉(zhuǎn)化為頻率通過(guò)程序顯示濕度，并將測(cè)得的數(shù)據(jù)通過(guò)LCD1602顯示，對(duì)蜂鳴器部分采用高電平驅(qū)動(dòng)，高電平同時(shí)為無(wú)線(xiàn)發(fā)送模塊數(shù)據(jù)采集的啟動(dòng)命令實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)發(fā)送功能。59結(jié)論溫度、濕度測(cè)量廣泛應(yīng)用于氣象監(jiān)測(cè)、食品倉(cāng)儲(chǔ)、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、工業(yè)控制、科學(xué)研究以及日常生活當(dāng)中。本課題的設(shè)計(jì)使用靈活、方便，功能強(qiáng)、精度高，既可完成高精度的溫濕度標(biāo)準(zhǔn)表的功能，又能方便地應(yīng)用于檔案館環(huán)境空間布點(diǎn)的溫濕度測(cè)量。本課題主要完成了以下工作： 分析了國(guó)內(nèi)外溫濕度測(cè)量技術(shù)現(xiàn)狀，提出了設(shè)計(jì)一種基于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)以STC89C52單片機(jī)為核心，主要由LCD顯示電路、鍵盤(pán)控制、DS18B20溫度傳感器、HS1101濕度傳感器、報(bào)警系統(tǒng)、無(wú)線(xiàn)模塊等組成。系統(tǒng)通過(guò)溫度和濕度傳感器采集溫濕度，并將采集的數(shù)據(jù)送入單片機(jī)中。在STC89C52單片機(jī)中，對(duì)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，并將數(shù)據(jù)通過(guò)LCD顯示電路顯示。若測(cè)定值超過(guò)設(shè)定值，則蜂鳴器會(huì)發(fā)出“滴滴”聲音報(bào)警，并實(shí)現(xiàn)單片機(jī)控制板對(duì)參數(shù)進(jìn)行控制。在設(shè)計(jì)中，溫濕度傳感器選擇了當(dāng)前主流的數(shù)字溫度傳感器DS18B20和濕敏濕度傳感器HS1101，經(jīng)過(guò)多方面的查找資料，請(qǐng)教老師和同學(xué)，掌握對(duì)溫濕度的采集的方法。雖然整個(gè)設(shè)計(jì)已經(jīng)完成，但是也存在許多不足之處，如設(shè)置報(bào)警時(shí)只能是超過(guò)上限或下限報(bào)警，因此需要在同一地點(diǎn)采用兩個(gè)節(jié)點(diǎn)讀取數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)上下限報(bào)警。同時(shí)由于濕度傳感器通過(guò)振蕩器的頻率計(jì)算濕度值會(huì)避免不了的產(chǎn)生誤差。從系統(tǒng)測(cè)量的溫度值來(lái)看，整個(gè)系統(tǒng)達(dá)到了初期預(yù)想的效果，測(cè)量精度也達(dá)到要求。只是在控制方面顯得不足，希望以后能夠能有機(jī)會(huì)繼續(xù)完善。致謝經(jīng)過(guò)這段時(shí)間的忙碌和工作，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲，作為一個(gè)本科生的畢業(yè)設(shè)計(jì)，由于經(jīng)驗(yàn)的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒(méi)有導(dǎo)師的督促指導(dǎo)，以及同學(xué)們的支持和幫助，想要完成這個(gè)設(shè)計(jì)是難以想象的。在這里首先要感謝我的導(dǎo)師馮老師。馮老師平日里工作繁多，但在我做畢業(yè)設(shè)計(jì)的每個(gè)階段，從設(shè)計(jì)草案的確定和修改，中期檢查，后期詳細(xì)設(shè)計(jì)，原理圖設(shè)計(jì)，程序流程圖設(shè)計(jì)等整個(gè)過(guò)程中都給予了我悉心的指導(dǎo)。她的治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)和科學(xué)研究的精神也是我永遠(yuǎn)學(xué)習(xí)的榜樣，并將積極影響我今后的學(xué)習(xí)和工作。 然后還要感謝大學(xué)四年來(lái)所有的老師，為我們打下測(cè)控技術(shù)與儀器專(zhuān)業(yè)知識(shí)的基礎(chǔ)，同時(shí)還要感謝所有的同學(xué)們，正是因?yàn)橛辛四銈兊闹С趾凸膭?lì)，此次畢業(yè)設(shè)計(jì)才會(huì)順利完成。 最后感謝我的母校哈爾濱理工大學(xué)四年來(lái)對(duì)我的大力栽培。參考文獻(xiàn)1 、濕度監(jiān)測(cè)儀研究[J]. 現(xiàn)代企業(yè)文化，2008，(35)：10.2 , , . 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