【文章內(nèi)容簡介】 506728 液晶顯示及報警電路本系統(tǒng)需要將測得的溫度值和濕度值顯示出來，并判斷其是否超出溫濕度的上下限，若超出，則需要報警。 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、程序簡單的諸多優(yōu)點，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。在與單片機連接時使用接口電路（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引腳功能表編號符號引腳說明編號符號引腳說明1VSS電源地9D2Data 1/02VDD電源正極10D3Data 1/03VL液晶顯示偏壓信號11D4Data 1/04RS數(shù)據(jù)/命令選擇（H/L）12D5Data 1/05R/W讀/寫選擇端（H/L）13D6Data 1/06E使能信號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)生存儲器（CGROM)已經(jīng)存儲了不同的點陣字符圖形，這些字符有，阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼，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與單片機連接電路 報警電路在微型計算機控制系統(tǒng)中，為了安全生產(chǎn)，對于一些重要的參數(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。其方法就是把計算機采集的數(shù)據(jù)或記過計算機進(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)行報警，否則就作為采樣的正常值，進(jìn)行顯示和控制。本設(shè)計采用蜂鳴音報警電路。蜂鳴音報警接口電路的設(shè)計只需購買市售的壓電式蜂鳴器，然后通過單片機的1根口線經(jīng)驅(qū)動蜂鳴器發(fā)聲。壓電式蜂鳴器約需10mA的驅(qū)動電流，可以用一個晶體三極管驅(qū)動，在具體設(shè)計過程中，、。、“1”時，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，三極管截止，蜂鳴器停止發(fā)聲。報警電路使用蜂鳴器聲音報警，電路連接圖如圖39所示。圖39 蜂鳴器報警電路 電源模塊系統(tǒng)單片機，溫度采集，濕度采集，顯示及報警各部分均采用+5V USB供電。電源+。圖310 無線模塊+ 無線模塊發(fā)射數(shù)據(jù)時，首先將nRF24L01配置為發(fā)射模式：接著把接收節(jié)點地址TX_ADDR和有效數(shù)據(jù)TX_PLD按照時序由SPI口寫入nRF24L01緩存區(qū)，TX_PLD必須在CSN為低時連續(xù)寫入，而TX_ADDR在發(fā)射時寫入一次即可，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)；若自動應(yīng)答開啟，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[17]。如果收到應(yīng)答，則認(rèn)為此次通信成功，TX_DS置高，同時TX_PLD從TX FIFO中清除；若未收到應(yīng)答，則自動重新發(fā)射該數(shù)據(jù)(自動重發(fā)已開啟)，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，使IRQ變低，產(chǎn)生中斷，通知MCU。最后發(fā)射成功時,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)送堆棧中無數(shù)據(jù)且CE為高，則進(jìn)入空閑模式2。 接收數(shù)據(jù)時，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。當(dāng)接收方檢測到有效的地址和CRC時，就將數(shù)據(jù)包存儲在RX FIFO中，同時中斷標(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]。若此時自動應(yīng)答開啟，接收方則同時進(jìn)入發(fā)射狀態(tài)回傳應(yīng)答信號。最后接收成功時，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，在設(shè)計過程中采用模塊化設(shè)計方法，即根據(jù)系統(tǒng)的要求對各傳感器及單片機電路分別進(jìn)行設(shè)計，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，通過與555振蕩電路相結(jié)合得出頻率信號輸入到單片機內(nèi)，由軟件部分進(jìn)行處理得到濕度值。最終測量結(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)定的上限報警值，如若超出報警上限則驅(qū)動蜂鳴器報警，并將數(shù)據(jù)通過無線收發(fā)模塊和串口技術(shù)傳到上位機以便進(jìn)行對溫濕度的控制。第3章 軟件設(shè)計 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的測量溫度值，讀出測濕電路的結(jié)果，并將溫度及濕度進(jìn)行實時顯示，判斷是否超出上下限，如若超出則報警并向上微機發(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)計溫度模塊主要包括DS18B20的初始化以及與單片機之間的數(shù)據(jù)處理， DS18B20的所有操作均從初始化開始，初始化過程如圖43所示。初始化的過程是首先由CPU發(fā)出一個復(fù)位脈沖，復(fù)位脈沖的時間為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)出一個復(fù)位信號，將數(shù)據(jù)總線上的DS18B20復(fù)位，然后釋放總線，該總線位接收狀態(tài)。由于接有上拉電阻，在釋放總線是有15~60us的時間間隙，在此之后的60~240us時間內(nèi)，如果CPU檢測到總線為低電平的話，則說明DS18B20初始化完成。DS18B20中的溫度傳感器可完成對溫度的測量，用16位符號擴展的二進(jìn)制補碼讀數(shù)形式提供，℃/LSB形式表達(dá)，其中S為符號位。12位轉(zhuǎn)化后得到的12位數(shù)據(jù)，存儲在DS18B20的兩個8B的RAM中，二進(jìn)制中的前面5位是符號位，如果測得的溫度大于0，這5位為0，；如果溫度小于0，這5位為1，測到的數(shù)值需要取反加1，程序中對于溫度小于0的情況進(jìn)行的適當(dāng)?shù)奶幚?，并將在顯示中顯示所得溫度為負(fù)[20]。整個溫度采集過程如圖42所示。圖42 溫度采集圖43 DS18B20初始化 濕度模塊程序設(shè)計濕度模塊主要是利用定時器T0和T1對555的輸出頻率進(jìn)行測量，在該塊程序設(shè)計中，我們選取T0做定時器，定時時間是50ms，而選擇T1做計數(shù)器，每當(dāng)T0定時時間到就讀取T1的計數(shù)值，然后將T1的計數(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)而得到相對濕度值，濕度測量程序流程圖如圖44所示。圖44 濕度測量 顯示子程序設(shè)計顯示子程序包括1602的初始化，以及對溫度和濕度值的顯示。初始化時第一行顯示“wend”，第二行顯示“shid”，然后根據(jù)溫度的測得值及其正負(fù)將測得溫度值和設(shè)定溫度值在第一行，并將測得的頻率值轉(zhuǎn)換為相對濕度值，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)計本系統(tǒng)采用了四個按鍵，將加減設(shè)置按鍵接兩個外部中斷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，判斷是另外兩個按鍵是否按下（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 無線收發(fā)模塊程序設(shè)計首先檢測過程中判斷蜂鳴器是否響起，則啟動NRF24L01的發(fā)送模式，向上位機部分的接收模塊發(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無線模塊接收發(fā)送端傳來的溫度數(shù)據(jù)和濕度數(shù)據(jù)，經(jīng)單片機STC89C52將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的溫度值和濕度值。最后單片機把數(shù)據(jù)經(jīng)串口傳輸給PC機，在PC機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 報警子程序首先判斷所測得的溫濕度值是否超過設(shè)定的上限，如若超過所設(shè)定的上限則輸出高電平，驅(qū)動蜂鳴器報警，如若未超過設(shè)定上限則輸出低電平不報警。報警部分程序流程圖如49所示圖49 報警程序流程圖 本章小結(jié)本章主要對系統(tǒng)的各個部分的程序流程圖進(jìn)行了設(shè)計和說明，首先是主程序部分實現(xiàn)了溫濕度的采集，液晶形式蜂鳴器報警，數(shù)據(jù)的無線收發(fā)幾個功能，溫度采集部分主要對DS18B20溫度傳感器的初始化和數(shù)據(jù)采集過程詳細(xì)設(shè)計，濕度采集部分利用555振蕩器將電容質(zhì)的改變轉(zhuǎn)化為頻率通過程序顯示濕度，并將測得的數(shù)據(jù)通過LCD1602顯示，對蜂鳴器部分采用高電平驅(qū)動，高電平同時為無線發(fā)送模塊數(shù)據(jù)采集的啟動命令實現(xiàn)數(shù)據(jù)發(fā)送功能。59結(jié)論溫度、濕度測量廣泛應(yīng)用于氣象監(jiān)測、食品倉儲、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)計使用靈活、方便，功能強、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)境空間布點的溫濕度測量。本課題主要完成了以下工作： 分析了國內(nèi)外溫濕度測量技術(shù)現(xiàn)狀，提出了設(shè)計一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)以STC89C52單片機為核心，主要由LCD顯示電路、鍵盤控制、DS18B20溫度傳感器、HS1101濕度傳感器、報警系統(tǒng)、無線模塊等組成。系統(tǒng)通過溫度和濕度傳感器采集溫濕度，并將采集的數(shù)據(jù)送入單片機中。在STC89C52單片機中，對送過來的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，并將數(shù)據(jù)通過LCD顯示電路顯示。若測定值超過設(shè)定值，則蜂鳴器會發(fā)出“滴滴”聲音報警，并實現(xiàn)單片機控制板對參數(shù)進(jìn)行控制。在設(shè)計中，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)過多方面的查找資料，請教老師和同學(xué)，掌握對溫濕度的采集的方法。雖然整個設(shè)計已經(jīng)完成，但是也存在許多不足之處，如設(shè)置報警時只能是超過上限或下限報警，因此需要在同一地點采用兩個節(jié)點讀取數(shù)據(jù)實現(xiàn)上下限報警。同時由于濕度傳感器通過振蕩器的頻率計算濕度值會避免不了的產(chǎn)生誤差。從系統(tǒng)測量的溫度值來看，整個系統(tǒng)達(dá)到了初期預(yù)想的效果，測量精度也達(dá)到要求。只是在控制方面顯得不足，希望以后能夠能有機會繼續(xù)完善。致謝經(jīng)過這段時間的忙碌和工作，本次畢業(yè)設(shè)計已經(jīng)接近尾聲，作為一個本科生的畢業(yè)設(shè)計，由于經(jīng)驗的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有導(dǎo)師的督促指導(dǎo)，以及同學(xué)們的支持和幫助，想要完成這個設(shè)計是難以想象的。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)計的每個階段，從設(shè)計草案的確定和修改，中期檢查，后期詳細(xì)設(shè)計，原理圖設(shè)計，程序流程圖設(shè)計等整個過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)四年來所有的老師，為我們打下測控技術(shù)與儀器專業(yè)知識的基礎(chǔ)，同時還要感謝所有的同學(xué)們，正是因為有了你們的支持和鼓勵，此次畢業(yè)設(shè)計才會順利完成。 最后感謝我的母校哈爾濱理工大學(xué)四年來對我的大力栽培。參考文獻(xiàn)1 、濕度監(jiān)測儀研究[J]. 現(xiàn)代企業(yè)文化，2008，(35)：10.2 , , . Improved Tree Routing Protocol for ZigBee Network. International Journal of Computer Science and Network Security, 2009：15.3 [J].綠色科技，2012(7)：15.4 [J].(35):1061085 [J].軟件，2011(17)：4244 .6 M. Hawfke， and H. Ewald, A zigbee based smart sensing platform for monitoring environmental parameters,IEEE Instrumentation and Measurement Technology Conference (I2MTC)，2011(6)：121.7 Bo of Indoor Temperature and Humidity Monitoring System Based on CC2430 and Cross Strait QuadRegional Radio Science and Wireless Technology Conference，2011：59.8 [J].：2024.9 Marijan Kuri. A Wireless Sensor Network based Environmental Monitoring ，2011：150155.10 HS1101 在智能家居控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電子測試,2008,(02):7780.11 ZigBee 技術(shù)的無線大棚溫濕監(jiān)控系統(tǒng)[J].（15）：98101.12 [J].科技廣場,2011(9):2225.13 [M]. 國防工業(yè)出版社:20090101.14 [J].自動化技術(shù)與應(yīng)用，2010(8)：32.15 [J].糧食儲藏，2008(3)：6365.16 系列單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計系統(tǒng)配置與接口技術(shù)[M].北京:.17 董蘊華 ，[J].農(nóng)機化研究，2010(7)：154.18 [J].自動化應(yīng)用，：4547. 19 Wang Fengyun, Zhao Yimin, Zhang Xiaoyan, et al. Intelligent measurecontrol system design based on sectionalcontrol strategy in greenhouse[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2009, 40 (5): 178181.