【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 模塊的傳感器。 （a） （b）圖21 LCD12864與LCD1602液晶顯示屏實(shí)物圖（1）方案一：選擇LCD12864液晶。LCD12864液晶顯示屏的構(gòu)成是：1）行驅(qū)動(dòng)器；2）列驅(qū)動(dòng)器；3）128*64全點(diǎn)陣液晶顯示器。它是一個(gè)點(diǎn)陣型的液晶，屏幕為4行。LCD1602僅僅可以顯示數(shù)字和字符，不能顯示中文漢字。和它相比，LCD12864可以實(shí)現(xiàn)32（8*4）個(gè)漢字、字符、數(shù)字、圖形顯示，唯一的缺點(diǎn)就是價(jià)格相對(duì)來(lái)說(shuō)比較貴。（2）方案二：選擇LCD1602液晶。LCD1602是一個(gè)字符型的液晶。它的屏幕有2行。只能現(xiàn)實(shí)數(shù)字和字符，不能顯示漢字。和方案一相比價(jià)格相對(duì)便宜。綜上述分析，我們這個(gè)系統(tǒng)的顯示模塊最終就選擇了LCD12864液晶顯示屏。這是因?yàn)長(zhǎng)CD12864液晶顯示屏不僅可以顯示字符、數(shù)字，還可以顯示漢字、圖形。而且和LCD1602相比，它可以顯示的字符更多，更美觀。在我們的這個(gè)課設(shè)中，加入了時(shí)鐘的功能?？紤]到LCD12864液晶顯示屏可以顯示更多的信息，于是我們就在這個(gè)課題設(shè)計(jì)中選擇了它。單片機(jī)（SingleChipMicroputer）又稱(chēng)為單片微型計(jì)算機(jī)、微控制器。它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在一個(gè)半導(dǎo)體芯片上將微型計(jì)算機(jī)的的基本功能部件如中央處理器(Central Processing Unit,CPU)、存儲(chǔ)器（隨機(jī)存取存儲(chǔ)器Random Access Memory,RAM和只讀存儲(chǔ)器Read Only Memory,ROM）、輸入接口電路（Input）、輸出接口電路（Output）、定時(shí)/計(jì)算器及終端系統(tǒng)等集成起來(lái)，構(gòu)成一個(gè)小而完善的微型計(jì)算機(jī)。在本課題設(shè)計(jì)的溫濕度測(cè)控系統(tǒng)中，我們采用的是主控芯片是STC系列的單片機(jī)。我們之所以選擇STC系列的單片機(jī)，主要是因?yàn)樗莫?dú)特之處，它的功耗比較低，并且有著很強(qiáng)的抗干擾能力，而且它與MCS51系列單片機(jī)是完全兼容的。除此之外它內(nèi)置有 MAX810 專(zhuān)用復(fù)位電路，而且能夠進(jìn)行遠(yuǎn)距離升級(jí),也有廉價(jià)，基于這種種的優(yōu)點(diǎn)，我們選擇我們最常用的STC 系列單片機(jī)來(lái)作為我們課題所用的芯片。系統(tǒng)主要是由一下幾個(gè)模塊組成的（1） 矩陣鍵盤(pán)：用來(lái)設(shè)置溫濕度的上下限制。（2） 電平轉(zhuǎn)換模塊：方便電腦與系統(tǒng)的連接，以便能夠順利下載程序。（3） 電源模塊：可以通過(guò)USB來(lái)給電源供電。（4） 液晶顯示模塊：用來(lái)顯示溫濕度實(shí)時(shí)信息以及當(dāng)前的時(shí)間，日歷。（5） 溫濕度采集模塊：用來(lái)搜集當(dāng)前的溫濕度即時(shí)信息，然后將其傳送給單片機(jī)。（6） 蜂鳴器報(bào)警模塊：當(dāng)異常發(fā)生時(shí)發(fā)生警報(bào)聲，以提醒工作人員。（7） 繼電器控制模塊：用來(lái)控制空調(diào)等設(shè)備的工作好好保持溫室內(nèi)的一個(gè)適宜的溫濕度。（8） 時(shí)鐘模塊：提供時(shí)間和年月日。（9） 單片機(jī)主控模塊：系統(tǒng)的核心，用來(lái)分析來(lái)自各個(gè)模塊的信息。其系統(tǒng)原理圖如下圖所示：圖22 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖 圖23 系統(tǒng)整體電路圖DHT11是一個(gè)數(shù)字溫濕度傳感器。它是用于在溫室溫濕度信息采集。這個(gè)系統(tǒng)是以STC89C52單片機(jī)為核心的。它可以用來(lái)操作數(shù)據(jù)的處理。而LCD12864是用來(lái)呈現(xiàn)當(dāng)前時(shí)間和溫濕度信息的。繼電器控制模塊是用來(lái)調(diào)整溫室內(nèi)的溫濕度變化的。在這里，考慮到實(shí)際情況，我們也不可能用個(gè)制冷器、空調(diào)、加濕器，不太實(shí)際。所以我們選擇用幾個(gè)有色的LED來(lái)代表我們對(duì)溫濕度的幾種不同的控制行為。包括升溫、降溫、加濕、去干。第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)我們的這次設(shè)計(jì)，主要是利用單片機(jī)來(lái)完成對(duì)溫度和濕度的智能控制。硬件系統(tǒng)在整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中是基礎(chǔ)，也是軟件設(shè)計(jì)的重要支撐和依據(jù)，根據(jù)上面的討論，我們最終選擇的是STC89C52這個(gè)單片機(jī)就可以滿(mǎn)足我們對(duì)這個(gè)設(shè)計(jì)的全部要求。對(duì)于我們的硬件電路，我們可以分為幾大模塊。其中主控模塊是整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的中心模塊。STC89C52單片機(jī)是我們所用的主導(dǎo)芯片。它是用來(lái)控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行的，起到了核心領(lǐng)導(dǎo)的作用。然后我們通過(guò)I/O口將其他的各個(gè)功能模塊連接到單片機(jī)上，使它們成為一名完整的系統(tǒng)。下面分別對(duì)它們進(jìn)行一個(gè)具體的介紹。 STC89C52芯片的簡(jiǎn)介圖31 STC89C52單片機(jī)芯片實(shí)物圖圖32 STC89C52單片機(jī)芯片引腳圖STC89C52單片機(jī)是由STC公司研制的。它是一個(gè)8位的CMOS微控制器。它所具有的特點(diǎn)是性能很好，功耗低，并且它具有8K的系統(tǒng)可編程閃存。在一個(gè)單芯片，STC89C52之所以可以為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高度靈活的、超有效的解決方案，是因?yàn)樗?8位CPU具有智能的在系統(tǒng)可編程閃存的功能。STC89C52的一些特點(diǎn)：，其中內(nèi)置RAM和外部RAM分別為一半。除此之外，它還有8K字節(jié)的閃存，內(nèi)置4KB的EEPROM ；2．1個(gè)外部中斷，32位I / O線；，也不是RAM；， 6T/12T可選；5．1個(gè)看門(mén)狗定時(shí)器，全雙工串行口。圖33 STC89C52單片機(jī)最小系統(tǒng)如上圖所示，我們知道，這是STC89C52單片機(jī)的一個(gè)最小系統(tǒng)。其中包括了復(fù)位電路（10uF電解電容電容,10K 電阻）、晶振電路、電源電路（5V穩(wěn)壓電源）.在焊接單片機(jī)最小系統(tǒng)的時(shí)候，我們會(huì)遇到各種各樣的問(wèn)題。小到電阻電容的選擇，大到元器件與單片機(jī)的焊接，每個(gè)元件都需要我們慎重選擇，認(rèn)真焊接。不管是電阻還是電容我們都要選擇質(zhì)量好的。,發(fā)現(xiàn)它不太好用,存在很多的問(wèn)題，有時(shí)候還會(huì)出現(xiàn)程序下載不進(jìn)去的情況,所以現(xiàn)在我們經(jīng)常使用電解電容。并且電平轉(zhuǎn)換芯片最好使用國(guó)外的品牌。國(guó)內(nèi)的芯片不是很好用，性能也不是很穩(wěn)定，容易出問(wèn)題。在這里我們選擇了MAX232作為我們的電平轉(zhuǎn)換芯片。這里我們介紹兩個(gè)基本板塊。即兩個(gè)支撐單片機(jī)最小系統(tǒng)運(yùn)行的基本板塊：（1）晶振電路（又叫振蕩電路） 圖34 晶振電路模塊晶振模塊如圖所示，它是由一個(gè)晶振和兩個(gè)電容組成。，電容值為30pf.在這個(gè)晶振電路中，改變晶振的值就相當(dāng)于改變了單片機(jī)的一個(gè)振蕩周期。所以我們?cè)诤附拥臅r(shí)候可以選擇用插針焊接，這樣就可以把晶振插在插針上，當(dāng)我們需要其他晶振時(shí)可以直接更換晶振，而不需要再變更電路了。（2）復(fù)位電路圖35 復(fù)位電路模塊如圖所示為復(fù)位電路，它是由電容串聯(lián)電阻構(gòu)成。我們?cè)诤茉缫郧熬蛯W(xué)過(guò)，電容兩端的電壓是不能突變的。當(dāng)系統(tǒng)加電后，RST引腳將會(huì)變成是高電平狀態(tài)，用來(lái)確定這個(gè)高電平將會(huì)持續(xù)多長(zhǎng)時(shí)間的是RC的值。經(jīng)典的的52單片機(jī)是在高電平保持兩個(gè)機(jī)器周期后被復(fù)位的，也就是被重置了。所以RC值要適合，這樣才可以保證一個(gè)可靠的復(fù)位。電容和電阻的取值是多種多樣的，可根據(jù)不同振蕩電路的不同要求來(lái)確定。在此，這樣我們可以獲得一個(gè)非常精確的波特率。在串口通信的場(chǎng)合是很方便的。 DHT11傳感器模塊設(shè)計(jì) DHT11傳感器簡(jiǎn)介圖36 DHT11數(shù)字溫濕度傳感器實(shí)物圖以及引腳圖DHT11是一個(gè)復(fù)合式的數(shù)字傳感器，它是溫度傳感器和濕度傳感器的集合。它應(yīng)用專(zhuān)用的模塊采集技術(shù)和數(shù)字式溫濕度傳感器技術(shù)，用來(lái)確保其產(chǎn)品具有卓越的長(zhǎng)期穩(wěn)定性和高可靠性。它的封裝方式是4針單排引腳，在電路板焊接中很方便。DHT11是一個(gè)單一的串行接口，它可以使系統(tǒng)集成變得非常簡(jiǎn)單而快速的。DHT11數(shù)字溫濕度傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是怎么樣的呢？它是由下面三個(gè)元件組成的。它們分別電阻元件為、NTC溫度元件、8位微控制器。微控制器的性能很高。DHT11的優(yōu)點(diǎn)是：（1） 尺寸小，功耗低；（2） 反應(yīng)速度極快，很強(qiáng)的抗干擾能力，高性?xún)r(jià)比；（3） 信號(hào)傳輸距離遠(yuǎn)，高達(dá)20米以上；（4） 品質(zhì)優(yōu)良，使其成為即使在更苛刻的應(yīng)用場(chǎng)合也是一個(gè)最佳的選擇；（5） DHT11是單線串行接口。 DHT11傳感器模塊電路設(shè)計(jì)圖37 DHT11溫濕度控制模塊電路圖 12864液晶顯示模塊設(shè)計(jì) 12864液晶顯示屏簡(jiǎn)介圖38 LCD12864液晶顯示屏實(shí)物圖LCD12864液晶顯示屏分為兩種，帶字符的和不帶字符的。我們用的是帶字符的這種。LCD12864是圖形式的液晶顯示儀。它有128*64的點(diǎn)陣模塊，內(nèi)部帶有192個(gè)中文漢字、128個(gè)字符及16*16(256)點(diǎn)陣顯示RAM。所以它比LCD1602更高端，它不僅可以顯示更多的字符和數(shù)字，而且還可以顯示漢字與圖形。12864液晶顯示屏可以能夠和CPU直接相連，我們可以加個(gè)上拉電阻在和單片機(jī)相連，這樣可以增加它的驅(qū)動(dòng)能力。12864有很多功能，例如光標(biāo)顯示、睡眠模式、畫(huà)面移位等。除此之外它還有兩種界面可以用來(lái)連接微處理器。連接方式有八位并行和串行兩種。 12864液晶顯示模塊電路原理圖圖39 LCD12864液晶顯示屏與單片機(jī)連接的電路圖　蜂鳴器介紹 圖310 蜂鳴器實(shí)物圖一、蜂鳴器的介紹：蜂鳴器是一體化結(jié)構(gòu)的，它采用的是直流電壓供電。蜂鳴器是屬于聲音設(shè)備的電子器件。因此它被廣泛的應(yīng)用于各種電子產(chǎn)品中。二、蜂鳴器的分類(lèi)：（1）按照工作原理來(lái)劃分的話(huà)1． 電磁式蜂鳴器 2． 壓電式蜂鳴器（2）按照驅(qū)動(dòng)方式劃分的話(huà)可以分為有源和無(wú)源蜂鳴器兩種類(lèi)型。表31 有源蜂鳴器和無(wú)源蜂鳴器的對(duì)比類(lèi)型區(qū)別備注有源蜂鳴器1. 內(nèi)帶振蕩源，采用直流信號(hào)DC驅(qū)動(dòng)。2. 只能以一種頻率發(fā)出聲音即單身。多出振蕩電路，價(jià)格較高一點(diǎn)。無(wú)源蜂鳴器1． 不帶振蕩源，一般采用25KHz方波驅(qū)動(dòng)。2． 加一定頻率電流發(fā)聲且可改變頻率發(fā)出不同聲音。（3）按照安裝類(lèi)型不同可以分為貼片行、引線型、插針型、垂直安裝型、面板安裝型等?！》澍Q器報(bào)警模塊電路原理圖圖311 蜂鳴器報(bào)警模塊與單片機(jī)相連電路圖在這個(gè)系統(tǒng)中，三極管是用來(lái)作為驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)聲的。我們知道單片機(jī)的IO口電流是很小的，但是蜂鳴器的工作電流卻很大，所以我們只靠單片機(jī)的IO口電流來(lái)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)聲是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。所以我們要利用三極管來(lái)增大驅(qū)動(dòng)電流。從而使蜂鳴器發(fā)生報(bào)警。 圖312 繼電器實(shí)物圖圖313 蜂鳴器內(nèi)部原理圖繼電器就是一個(gè)自動(dòng)開(kāi)關(guān)。實(shí)際上它屬于一種電子控制器件。它的控制原理就是用較小的物理量去控制較大的物理量，然后控制銜鐵的吸合、斷開(kāi)，從而控制電路的通斷，以此保證電路的安全，起到了自動(dòng)調(diào)節(jié)、轉(zhuǎn)換電路和智能化控制的作用。它具有輸入回路和輸出回路，又叫做控制系統(tǒng)和被控制系統(tǒng)。電磁繼電器是由銜鐵，觸點(diǎn)，鐵芯，簧片和線圈等構(gòu)成的。繼電器在沒(méi)有工作的情況下，處于斷開(kāi)狀態(tài)的靜觸點(diǎn)叫做常開(kāi)觸點(diǎn)，處于閉合狀態(tài)的靜觸點(diǎn)叫做常閉觸點(diǎn)。繼電器的工作原理：當(dāng)我們?cè)诰€圈兩端加上一定的電壓時(shí)，這個(gè)時(shí)候線圈中會(huì)流過(guò)一定的電流，從而產(chǎn)生電磁感應(yīng)。銜鐵就會(huì)利用電磁力的吸引作用克服彈簧的拉力吸向鐵芯，從而使得銜鐵的動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)（也就是常開(kāi)觸點(diǎn)）吸合。只要線圈斷電了，那么電磁鐵的吸引力也就消失了，銜鐵就會(huì)通過(guò)彈簧的反作用力返回到原來(lái)的位置，使得動(dòng)觸點(diǎn)和之前的靜觸點(diǎn)（也就是常閉觸點(diǎn)）吸合。就這樣銜鐵的不斷吸合斷開(kāi)，從而達(dá)到電路的閉合和斷開(kāi)。這樣就實(shí)現(xiàn)了開(kāi)關(guān)的作用。圖314 繼電器控制系統(tǒng)與單片機(jī)相連電路圖在這個(gè)模塊中，我們用繼電器來(lái)控制對(duì)我們整個(gè)系統(tǒng)的溫濕度調(diào)節(jié)?？紤]到我們只是個(gè)課題設(shè)計(jì)，所以我們選擇用幾個(gè)不同顏色的LED發(fā)光二極管來(lái)代表我們的不同信號(hào)，即升溫、降溫、加濕、去干。在實(shí)際生產(chǎn)中，繼電器控制的則是空調(diào)或者其他設(shè)備進(jìn)行的這些行為動(dòng)作。在這個(gè)圖中，我們用白色的發(fā)光二極管代表正常狀態(tài)，就是溫濕度都適宜，沒(méi)有出現(xiàn)異常情況。當(dāng)發(fā)生異常時(shí)蜂鳴器報(bào)警。同時(shí)繼電器工作，然后有色二極管發(fā)光提示。特別是在這個(gè)系統(tǒng)中是如何運(yùn)作的。當(dāng)溫濕度發(fā)生異常時(shí)，單片機(jī)系統(tǒng)會(huì)作出判斷，然后通過(guò)IO口控制電流的通斷，電流通過(guò)三極管經(jīng)過(guò)放大后使得繼電器工作，從而常開(kāi)觸點(diǎn)閉合使得開(kāi)關(guān)閉合。這時(shí)白燈會(huì)熄滅，有色燈亮。也就提醒工作人員溫濕度應(yīng)該作何調(diào)整了。在這個(gè)模塊中，對(duì)繼電器的一個(gè)測(cè)量是焊接正確電路圖的一個(gè)基礎(chǔ)。所以我們應(yīng)該正確地測(cè)量出繼電器的有關(guān)引腳和參數(shù)。測(cè)線圈電阻我們可以用數(shù)字萬(wàn)能表的歐姆檔來(lái)測(cè)量繼電器線圈的阻值，從而判斷繼電器的線圈是否存在問(wèn)題。測(cè)觸點(diǎn)電阻我們可以用數(shù)字萬(wàn)能表的歐姆檔來(lái)測(cè)量常開(kāi)觸點(diǎn)與動(dòng)點(diǎn)之間的阻值，它的值應(yīng)為無(wú)窮大；而常閉觸點(diǎn)與動(dòng)點(diǎn)之間的電阻，其阻值應(yīng)為0。這樣子我們可以測(cè)量出哪個(gè)是常開(kāi)觸點(diǎn)，哪個(gè)是常閉觸點(diǎn)。測(cè)吸合電壓、吸合電流用一個(gè)可調(diào)的穩(wěn)壓電源給繼電器輸入電壓。開(kāi)始的時(shí)候電壓值要設(shè)置的小一點(diǎn)，然后慢慢地調(diào)高電壓，同時(shí)用一個(gè)電流表測(cè)量輸入回路中的電流。一邊調(diào)高電壓，一邊測(cè)量電流。知道某個(gè)時(shí)刻繼電器吸合，這個(gè)時(shí)候記下此時(shí)電流表的示數(shù)，同時(shí)記下此時(shí)的電壓值。為了準(zhǔn)確地測(cè)量吸合電壓和吸合電流，我們可以多次測(cè)量求平均值。測(cè)釋放電壓、釋放電流和測(cè)量吸合電壓和吸合電流一樣，只不過(guò)我們要從繼電器吸合開(kāi)始，不斷地減小電壓值，這個(gè)時(shí)候動(dòng)作要慢，電壓幅度要緩慢降低，以免不準(zhǔn)。直到繼電器斷開(kāi)的時(shí)候記下此時(shí)的電流值和電壓值。和上面的一樣，我們要多次測(cè)量求平均值。這樣才可能確保有個(gè)相對(duì)準(zhǔn)確的數(shù)值。經(jīng)查閱可知，普通的繼電器釋放電壓是吸合電壓的百分之十到百分之五十。但是當(dāng)釋放電壓太小的時(shí)候。也就低于百分之十，那這個(gè)繼電器就不能使用了。因?yàn)檫@樣的繼電器不穩(wěn)定，對(duì)整個(gè)電路來(lái)說(shuō)不容易控制。所以我們堅(jiān)決不用這樣的繼電器在電路中。圖315 DS1302實(shí)物圖圖316 DS1302時(shí)鐘芯片引腳圖DS1302時(shí)鐘芯片是由美國(guó)DALLAS公司推出的，它具有涓細(xì)電流充電能力，同時(shí)它是一種高性能、低功耗的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片。DS1302時(shí)鐘芯片可提供秒、分、時(shí)、日、星期、月和年的功能，并且當(dāng)一個(gè)月小于31天時(shí)它可以自動(dòng)調(diào)整，具有閏年補(bǔ)償功能。它附加了31byte的靜態(tài)RAM，采用與CPU進(jìn)行同步通信的SPI三線接口，同時(shí)可以使用突發(fā)模式