【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 路和調(diào)試電路，采用上電自復(fù)位方式。，P0口接串行接口液晶和時(shí)鐘芯片接口實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)的的現(xiàn)場(chǎng)顯示和設(shè)備的定時(shí)控制。P0口外接上拉電阻；。[14]本電路的設(shè)計(jì)是全部設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，要爭(zhēng)取的分配各個(gè)端口，是端口合理的分配，要預(yù)留端口給液晶顯示、鍵盤(pán)、傳感器、LED和報(bào)警器。這些都需要提前考慮。要事先了解各個(gè)元器件的性能和管腳的數(shù)量。充分的了解系統(tǒng)中各個(gè)模塊的所需要的功能，各個(gè)模塊的所需要的原件，最終選擇外圍電路的借口。從而減少編程的困難的程度。圖31 單片機(jī)外圍電路 溫濕度傳感器根據(jù)上一章的選型，確定本次設(shè)計(jì)的溫濕度傳感器型號(hào)為：SHT10。SHT10為溫濕度一體數(shù)字傳感器。SHT10采用的是14位的A/D轉(zhuǎn)換器，并且是I178。C總線形式，具有較高的精度和數(shù)據(jù)采集方式，能完全滿足本設(shè)備的應(yīng)用要求[19]。制作工藝采用CMOS過(guò)程微加工專利技術(shù)，能夠很大程度上確保溫濕度傳感器具有極高的可靠性和出色的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。該傳感器是由1個(gè)電容式聚合體測(cè)濕元件和1個(gè)能隙式測(cè)溫元件組成的，并與1個(gè)14位A/D轉(zhuǎn)換器以及1個(gè)2wire數(shù)字接口在單芯片中無(wú)縫結(jié)合，使得該產(chǎn)品具有功耗低、反應(yīng)快、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)對(duì)SHT10傳感器接口類型和功能的了解，確定溫濕度傳感模塊硬件電路設(shè)計(jì)。溫濕度傳感器主要提供給單片機(jī)外界環(huán)境數(shù)據(jù)，其串行時(shí)鐘輸入（SCK），用來(lái)實(shí)現(xiàn)傳感器與單片機(jī)的通訊同步。傳感器的串行數(shù)據(jù)（DATA），給單片機(jī)發(fā)送命令。接地引腳與地連接，電源引腳和5V電源連接，按照上述的連接方式，完成傳感器模塊硬件電路的連接。使傳感器在硬件電路的設(shè)計(jì)上滿足本次設(shè)計(jì)的需求。搭建實(shí)驗(yàn)電路測(cè)試后確定電路如圖32所示。圖32溫濕度傳感器電路 電源模塊設(shè)計(jì)電源供電部分采用12V/5V直流輸入的電源適配器或蓄電池供電，電源輸入后12V電源經(jīng)過(guò)LM25965電源芯片降為5V，經(jīng)過(guò)橋整、電容濾波后為板子提供5V電壓，系統(tǒng)的電源電路如圖33所示，其中，VCC5跟電池輸出的作用一樣，都是為板上的元器件和芯片提供合適的工作電源；另外，它也可以為以5V為工作電壓的傳感器供電(監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)上留有溫濕度傳感器接口，可用于擴(kuò)展)。電源模塊采用的降壓芯片均為L(zhǎng)M2596開(kāi)關(guān)電壓調(diào)節(jié)器是降壓型電源管理單片集成電路，能夠輸出3A的驅(qū)動(dòng)電流，同時(shí)具有很好的線性和負(fù)載調(diào)節(jié)特性。固定輸出版本有 5V、12V，可調(diào)版本可以輸出小于 37V的各種電壓。該器件內(nèi)部集成頻率補(bǔ)償和固定頻率發(fā)生器，開(kāi)關(guān)頻率為 150KHz，與低頻開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器相比較，可以使用更小規(guī)格的濾波元件。由于該器件只需 4個(gè)外接元件，可以使用通用的標(biāo)準(zhǔn)電感，這更優(yōu)化了LM2596的使用，極大地簡(jiǎn)化了開(kāi)關(guān)電源電路的設(shè)計(jì)。電路連接，主要是芯片LM25965的連接，接線電路見(jiàn)圖33圖33電源電路 用戶交互模塊設(shè)計(jì)用戶交互模塊硬件電路的設(shè)計(jì)包括：LCD顯示設(shè)備硬件電路的設(shè)計(jì) ，按鍵設(shè)備硬件電路的設(shè)計(jì)和報(bào)警設(shè)備硬件電路的設(shè)計(jì)。其中LCD顯示設(shè)備，可以更好的方便用戶現(xiàn)場(chǎng)的管理實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，使系統(tǒng)更人性化。本課題根據(jù)模塊的不同功能的采用兩種顯示方式：LED顯示方式和LCD顯示方式。顯示溫濕度數(shù)值狀態(tài)的為L(zhǎng)CD顯示硬件電路設(shè)計(jì),報(bào)警設(shè)備的顯示為L(zhǎng)ED顯示硬件電路設(shè)計(jì)。報(bào)警設(shè)備設(shè)計(jì)中還包含蜂鳴器電路的設(shè)計(jì)。 LCD顯示設(shè)備設(shè)計(jì)液晶顯示模塊是各個(gè)屏顯設(shè)計(jì)中現(xiàn)場(chǎng)交互的最主要方式，一般主要實(shí)現(xiàn)對(duì)即時(shí)采集到的環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示以及現(xiàn)場(chǎng)警報(bào)界面信息提示，此外還提供對(duì)按鍵操作的界面顯示，例如：通過(guò)按鍵操作控制模塊的繼電器，界面會(huì)顯示相應(yīng)的信息機(jī)控制繼電器的接口的選擇和繼電器開(kāi)關(guān)狀態(tài)的顯示以及按鍵執(zhí)行操作的選擇。液晶對(duì)按鍵的響應(yīng)提供的交互界面能很好的實(shí)現(xiàn)用戶的現(xiàn)場(chǎng)管理，方便用戶對(duì)設(shè)備的操控，有助于提高設(shè)備應(yīng)用所面向的層面，能極大的提高用戶的操作體驗(yàn)。本次設(shè)計(jì)的為溫濕度測(cè)量?jī)x，根據(jù)初步設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)含有溫濕度屏幕顯示的功能。因此這就是本次設(shè)計(jì)中液晶的主要功能為接收單片機(jī)發(fā)出的的數(shù)據(jù)并顯示。LCD的選用根據(jù)上一章的選型結(jié)果確定采用LM016L型號(hào)液晶。此液晶可顯示各種字符及圖形，可與CPU直接接口，LM016L液晶顯示模塊對(duì)外提供了以下幾種信號(hào)線：8位標(biāo)準(zhǔn)并行數(shù)據(jù)總線(DB0DB7),讀寫(xiě)控制線（R/W）,片選信號(hào)線(CS),數(shù)據(jù)/指令選擇線（A/O）,允許信號(hào)線（E），還有復(fù)位信號(hào)線（/RST）,串行數(shù)據(jù)總線（SI） 根據(jù)信號(hào)線的邏輯電平,選擇合適的微處理器STC89C51的I/O引腳與之相連接。為節(jié)省單片機(jī)有限的片上資源，采用液晶的串行數(shù)據(jù)傳輸方式?！?，LM016L自帶字庫(kù)編程實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的查詢與顯示。另外,通過(guò)調(diào)節(jié)LCD的LED+引腳的偏置電壓,對(duì)LCD背光進(jìn)行點(diǎn)亮、熄滅控制，即使在環(huán)境光亮程度較低的情況下,可以清晰的觀察LCD液晶屏上顯示的界面和數(shù)據(jù)。 根據(jù)上述內(nèi)容，確定液晶顯示模塊的的主要電路連接圖。，由于51單片機(jī)內(nèi)部沒(méi)有上拉電阻，如果輸出高電平的電流時(shí)，應(yīng)當(dāng)接上拉電阻，提供更充足的高電平輸入電流，提高信號(hào)穩(wěn)定程度，可增加抵抗外界干擾的能力。本次設(shè)計(jì)選擇上拉電阻阻值為1k歐姆。數(shù)據(jù)/，讀/。VDD為電源接電源，VSS為地電源，VEE為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地時(shí)對(duì)比度最高，對(duì)比度過(guò)高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過(guò)一個(gè)1K的滑動(dòng)變阻器調(diào)整對(duì)比度，使LCD液晶屏正常顯示。這樣就完成了LCD液晶顯示設(shè)備的電路圖設(shè)計(jì)。 液晶顯示模塊硬件接口電路圖如圖34所示。 圖34 液晶模塊電路 按鍵電路與報(bào)警電路設(shè)計(jì)用戶通過(guò)鍵盤(pán)與系統(tǒng)交互，可對(duì)系統(tǒng)程序的運(yùn)行做出調(diào)節(jié)，電路如圖35所示。圖35按鍵電路，極大地節(jié)約了對(duì)單片機(jī)I/O口的占用。按鍵的主要執(zhí)行功能是配合液晶顯示實(shí)現(xiàn)用戶的現(xiàn)場(chǎng)操作，兩個(gè)按鍵用來(lái)調(diào)節(jié)溫濕度顯示報(bào)警的最大值，S2作用是報(bào)警閥值的增大，S5作用是報(bào)警閥值的減小。方便用戶的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)節(jié)，能極大地提高設(shè)備的可操作性，方便用戶的現(xiàn)場(chǎng)管理。增加設(shè)備人性化。報(bào)警電路主要是利用LED燈和蜂鳴器來(lái)構(gòu)建。報(bào)警功能硬件電路設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單。主要是這兩個(gè)硬件設(shè)備與單片機(jī)兩個(gè)不同的接口相連接。其硬件電路連接情況如圖36所示。圖36 報(bào)警電路報(bào)警電路的設(shè)計(jì)主要用于濕度超過(guò)閥值的報(bào)警。報(bào)警電路設(shè)計(jì)通過(guò)占用少量的單片機(jī)接口，增加溫濕度測(cè)量?jī)x功能。本章對(duì)各個(gè)功能模塊的硬件電路設(shè)計(jì)，包括單片機(jī)模塊硬件電路設(shè)計(jì)、溫濕度傳感器硬件電路設(shè)計(jì)、電源模塊的硬件電路設(shè)計(jì)和用戶交互模塊的硬件電路設(shè)計(jì)。其中單片機(jī)模塊采用STC89C51單片機(jī)外圍電路設(shè)計(jì)，溫濕度傳感器模塊采用SHT10型號(hào)傳感器電路設(shè)計(jì)，電源模塊采用LM2596單片機(jī)電路設(shè)計(jì)，用戶交互模塊采用液晶顯示電路設(shè)計(jì)、按鍵電路設(shè)計(jì)和報(bào)警電路設(shè)計(jì)；在Altium Designer09電路設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行了總原理圖的繪制，為以后使用軟件進(jìn)行PCB版的制作奠定基礎(chǔ)。27第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 溫濕度測(cè)量?jī)x硬件設(shè)計(jì)上一章已設(shè)計(jì)完成，本章章節(jié)重點(diǎn)進(jìn)行本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)，這次設(shè)計(jì)用的軟件為Keil C51軟件。首先確立系統(tǒng)的總的流程圖，隨后根據(jù)設(shè)計(jì)程序的步驟按照各個(gè)模塊的功能進(jìn)行設(shè)計(jì)，最終確立最終程序。 開(kāi)發(fā)軟件平臺(tái)概述Keil C51是美國(guó)Keil Software公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語(yǔ)言軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，這次軟件設(shè)計(jì)主要是用C語(yǔ)言，因?yàn)镃語(yǔ)言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上和匯編相比有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而易學(xué)易用。Keil主要提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫(kù)管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開(kāi)發(fā)方案，通過(guò)一個(gè)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境（uVision）將這些部分組合在一起。運(yùn)行Keil軟件需要WINDOWS平臺(tái)的操作系統(tǒng)。Keil μVision4，Keil μVision4引入靈活的窗口管理系統(tǒng)，使開(kāi)發(fā)人員能夠使用多臺(tái)監(jiān)視器，并提供了視覺(jué)上的表面對(duì)窗口位置的完全控制的任何地方。新的用戶界面可以更好地利用屏幕空間和更有效地組織多個(gè)窗口，提供一個(gè)整潔，高效的環(huán)境來(lái)開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序。新版本支持更多最新的ARM芯片，還添加了一些其他新功能。其工作界面如圖41所示。圖41 keil4工作界面 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) 系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)主程序?yàn)楸敬螠貪穸葴y(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)的框架，根據(jù)主程序確定各個(gè)程序運(yùn)行的順序。主程序軟件流程圖如圖42所示。系統(tǒng)開(kāi)啟后，液晶LCD初始化，系統(tǒng)參數(shù)初始化，初始化內(nèi)容包括：確定編程寄存器的工作方式、確定串行口控制及需要進(jìn)行的中斷設(shè)置等。初始化結(jié)束后檢查操作者是否已將更改報(bào)警參數(shù)，如果更改報(bào)警參數(shù)，系統(tǒng)重新確定報(bào)警參數(shù)，通過(guò)傳感器讀取子程序得到傳感器測(cè)得空氣溫濕度數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)在單片機(jī)中進(jìn)行判斷環(huán)境溫濕度是否超過(guò)設(shè)定的報(bào)警參數(shù)，如后超出LED燈并且警報(bào)器報(bào)警，同時(shí)LCD顯示當(dāng)前溫度和濕度狀況。其中操作者可以再任意時(shí)刻更改濕度報(bào)警值。主函數(shù)包括的子函數(shù)有：傳感器讀取參數(shù)子程序，LCD顯示子程序、按鍵子程序和警報(bào)子程序。圖42 系統(tǒng)軟件流程圖 傳感器讀取參數(shù)子程序設(shè)計(jì)溫濕度傳感器采用I178。C總線結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。其數(shù)據(jù)采集程序設(shè)計(jì)流程圖如圖43所示。調(diào)用傳感器讀取參數(shù)子程序，首先進(jìn)行傳感器上電，通過(guò)調(diào)用傳感器啟動(dòng)傳輸子程序?qū)崿F(xiàn)傳感器的啟動(dòng)，通過(guò)調(diào)用傳感器寫(xiě)函數(shù)、讀函數(shù)和測(cè)溫函數(shù)完成傳感器的測(cè)溫命令后判斷傳感器通信是否中斷，若中斷則通過(guò)調(diào)用復(fù)位連接子函數(shù)，重新執(zhí)行測(cè)溫命令。若通訊正常，測(cè)取空氣環(huán)境濕度，測(cè)取結(jié)束后判斷是否通信正常，如果通信中斷，則執(zhí)行復(fù)位子函數(shù)，通信正常傳感器則輸出溫濕度值。 圖43 程序流程圖傳感器讀取參數(shù)子程序主要是由：SHT10的啟動(dòng)函數(shù)，SHT10連接復(fù)位函數(shù)，SHT10寫(xiě)函數(shù)，SHT10讀函數(shù)，測(cè)量溫濕度函數(shù)，溫度補(bǔ)償函數(shù)。（1）傳感器讀函數(shù)設(shè)計(jì)傳感器讀函數(shù)流程圖如圖44所示，首先傳感器上電，單片機(jī)給傳感器輸入指令，隨后釋放傳感器數(shù)據(jù)線，判斷數(shù)據(jù)高位是否為1，如果高位為1，高位右移，讀取數(shù)據(jù)線的值，判斷循環(huán)右移后高位是否為1，直到高位值不為1，隨后結(jié)束傳感器與單片機(jī)通訊，延時(shí)3微秒，接著單片機(jī)再次釋放數(shù)據(jù)線，程序結(jié)束，完成傳感器讀函數(shù)程序。圖44 傳感器讀函數(shù)流程圖（2）傳感器寫(xiě)函數(shù)設(shè)計(jì)傳感器寫(xiě)函數(shù)如圖45所示，首先傳感器上電啟動(dòng)程序，判斷數(shù)據(jù)高位是否為1，如果高位不為1，則高位循環(huán)右移，發(fā)送的數(shù)做與運(yùn)算，得到發(fā)送位并且延時(shí)3微秒，直到高位數(shù)值為1時(shí)結(jié)束循環(huán)，釋放數(shù)據(jù)線，通過(guò)單片機(jī)檢查傳感器通信情況，傳感器寫(xiě)函數(shù)結(jié)束。圖45 傳感器寫(xiě)函數(shù)流程圖 LCD顯示子程序設(shè)計(jì)要想實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)信息及時(shí)間的顯示，最重要的是對(duì)LM016L的讀寫(xiě)操作，LM016L有自己的RAM地址及指令，以及自身的標(biāo)準(zhǔn)字符庫(kù)。因?yàn)長(zhǎng)M016L液晶模塊的讀寫(xiě)操作、屏幕和光標(biāo)的操作都是通過(guò)指令編程來(lái)實(shí)現(xiàn)的。所以根據(jù)LM016L的自身的指令表確定編寫(xiě)程序的內(nèi)容。因此第一步要熟悉LM016L的指令庫(kù)，隨后進(jìn)行液晶顯示的程序的設(shè)計(jì)。LM016L顯示程序分為初始化函數(shù)，寫(xiě)指令函數(shù)，寫(xiě)字符函數(shù)，LCD寫(xiě)字符串函數(shù)，字符函數(shù)和延時(shí)函數(shù)組成。通過(guò)初始化函數(shù)使屏幕清零，然后通過(guò)寫(xiě)指令函數(shù)和寫(xiě)數(shù)據(jù)參數(shù)函數(shù)使LCD顯示，最后通過(guò)字符串函數(shù)和延時(shí)函數(shù)完成LCD顯示。最終完成LCD顯示子程序設(shè)計(jì)。（1）LCD寫(xiě)字符函數(shù)設(shè)計(jì)。寫(xiě)字符函數(shù)流程圖如圖46,LCD上電啟動(dòng)程序，單片機(jī)內(nèi)置的位置顯示和從傳感器發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)載入程序，再經(jīng)過(guò)單片機(jī)運(yùn)算處理，在LCD上確定要求的位置，數(shù)據(jù)的寫(xiě)允許載入，寫(xiě)入命令指令并延遲10微秒，單片機(jī)載入LCD使能為0命令，命令執(zhí)行后延遲10微秒，寫(xiě)字符程序結(jié)束。圖46 LCD寫(xiě)字符函數(shù)流程圖(2)LCD寫(xiě)字符串函數(shù)設(shè)計(jì)。LCD寫(xiě)字符串函數(shù)流程圖如圖47，首先LCD上電后，單片機(jī)內(nèi)置的顯示位置和字符串傳輸傳輸給LCD，LCD首先確定字符串在屏幕上應(yīng)當(dāng)顯示位置信息，然后LCD得到允許寫(xiě)入地址命令，判斷字符串是否已將結(jié)束，如果沒(méi)有結(jié)束寫(xiě)入字符，地址編碼加一，直到判斷字符串已將結(jié)束，字符串輸入程序結(jié)束。完成設(shè)定位置的預(yù)置字符串的LCD顯示。圖47 LCD寫(xiě)字符串函數(shù)流程圖 警報(bào)子程序設(shè)計(jì)除了上述比較復(fù)雜的程序外還有一些相對(duì)簡(jiǎn)單的子程序即按鍵子程序和警報(bào)子程序。警報(bào)子程是為了挺高本次設(shè)計(jì)的完整性。增加設(shè)計(jì)產(chǎn)品的功能性。警報(bào)子程序包括按鍵子程序和報(bào)警子程序兩個(gè)部分。警報(bào)子程序的設(shè)計(jì)旨在提供一個(gè)監(jiān)測(cè)報(bào)警設(shè)備，在硬件設(shè)計(jì)時(shí)引入喇叭是為了對(duì)溫度超過(guò)最大值是進(jìn)行警報(bào)，引入液晶和按鍵是為了方便現(xiàn)場(chǎng)的人機(jī)交互。因此，在軟件設(shè)計(jì)過(guò)程中要實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)檢警報(bào)。按鍵子程序用來(lái)調(diào)節(jié)閥值的大小，警報(bào)子程序主要是用來(lái)比較外界溫濕度和閥值溫度。先編寫(xiě)按鍵子程序，通過(guò)按鍵調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)值，再通過(guò)警報(bào)子程序與調(diào)節(jié)的閥值比較。主要過(guò)程是：當(dāng)外界溫濕度高于閥值溫度是LED燈亮起，蜂鳴器報(bào)警。此程序主要用來(lái)監(jiān)控并提醒外界溫度的變化，并使人們能夠快速的知道這一變化從而做出一定的反應(yīng)，減少損失。圖48 按鍵程序流程圖如上圖48所示，首先設(shè)定按鍵程序的初始值Flag=65（初始的預(yù)警濕度值）和設(shè)定按鍵單片機(jī)的兩個(gè)接口都為高電平。啟動(dòng)程序后判斷兩口的初始值相與是否有變化，判斷增大按鍵是否被按下即判斷電壓是否變化，若測(cè)得電壓變化，則判斷Flag的值是否小于100，小于則Flag加1，不小于100，則將Flag置零。繼續(xù)判斷增大按鈕是否再次按下，若沒(méi)有按下引起的電壓變化；進(jìn)行減小鍵是否按下的判斷，若檢測(cè)到減小鍵按下，引起的電壓變化，判斷Flag值是否大于0，若大于0，則Flag減1，反之，則Flag值置為99，直到?jīng)]有檢測(cè)到減小按鈕按下引起的電壓變化時(shí)結(jié)束循環(huán)，把Flag最終值通過(guò)單片機(jī)傳輸給LCD，顯示出最大濕度值。 本章小結(jié)軟件是控制模塊的靈魂，要求和硬件配合，本章主要解決傳感器溫濕度數(shù)據(jù)的傳入，還要兼顧人員對(duì)參數(shù)的修改，對(duì)數(shù)據(jù)顯示和對(duì)環(huán)境變化的警報(bào)問(wèn)題。在硬件電路的基礎(chǔ)上，完成對(duì)各個(gè)功能模塊的軟件設(shè)計(jì)，包括傳感器讀取參數(shù)子程序的設(shè)計(jì)，LCD顯示子程序的設(shè)計(jì)和警報(bào)子程序的設(shè)