【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 及。 本設(shè)計(jì) 的 主要內(nèi)容 和目標(biāo) 本設(shè)計(jì)的主要任務(wù) 內(nèi)容 是以 STC公司生產(chǎn)的 STC89C52單片機(jī)為 系統(tǒng)的 控制核心，以 DHT11溫濕度傳感器 作 為環(huán)境溫度和濕度數(shù)據(jù)采集裝置， 采集周圍環(huán)境的實(shí)時(shí)溫度和濕度的數(shù)值并上傳給單片機(jī)分析處理，并將處理結(jié)果輸出到 以 LCD1602 液晶顯示器 的 數(shù)據(jù) 輸出 顯示裝置 ，山東工商學(xué)院 201X 屆畢業(yè)論文 4 完成對(duì)所處位置周圍環(huán)境溫度以及濕度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)顯示和超限報(bào)警功能 。 同時(shí) 可 顯示溫度和濕度的上下限設(shè)定值并可隨時(shí)根據(jù)實(shí)際需要 通過鍵盤輸入模塊調(diào)整設(shè)置新的溫 度 和濕度的 上下限數(shù)值。 本設(shè)計(jì)的目標(biāo)是設(shè)計(jì)出一款具有實(shí)用價(jià)值、操作簡(jiǎn)單、 費(fèi)用低廉的溫度和濕度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和報(bào)警系統(tǒng)，用于工作車間、蔬菜大棚、物流倉儲(chǔ)、花卉培育室以及對(duì)溫濕度要求比較高的生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)室等場(chǎng)所，以此來達(dá)到對(duì)上述對(duì)溫度和濕度有著特定要求的場(chǎng)所的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能，并在溫度或者濕度超出限定范圍時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警，以提醒有關(guān)人員 注意調(diào)節(jié) 相關(guān)場(chǎng)所的溫度和濕度 ，以免發(fā)生不必要的損失。 山東工商學(xué)院 201X 屆畢業(yè)論文 5 第二章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 系統(tǒng)功能要求與技術(shù)指標(biāo) 功能要求 1. 通過數(shù)字溫濕度傳感器 DHT11 實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境溫濕度參數(shù)的實(shí)時(shí)采集， 并即時(shí)傳輸給單片機(jī)； 2. 單片機(jī)將 來自溫濕 度傳感器的信號(hào)進(jìn)行分析和處理 ； 3. 單片機(jī)將 分析處理后 的溫濕度實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)發(fā)送給 LCD1602 液晶顯示屏， 通過 LCD1602 液晶 顯示屏完成溫濕度 數(shù)據(jù) 的實(shí)時(shí)對(duì)外 顯示； 4. 設(shè)置溫濕度上下限數(shù)值， 當(dāng)溫度或者濕度超限時(shí)由蜂鳴器和 LED 發(fā)光二極管發(fā)出聲光報(bào)警。 技術(shù)指標(biāo) 1. 供電電壓： ~ DC 2. 測(cè)量范圍： 濕度 2095%RH， 溫度 050℃ 3. 測(cè)量精度： 濕度177。 5%RH， 溫度177。 2℃ 4. 分 辨 率： 濕度 1%RH， 溫度 1℃ 5. 長(zhǎng)期穩(wěn)定性： 177。1%RH/ 年 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路 電路總體上分為溫濕度采集部分、中央處理器、顯示模塊以及報(bào)警模塊 4 個(gè) 主要 部分。以 STC89C52 單片機(jī)最小系統(tǒng)作為核心控制電路，控制 DHT11 傳感器采集的溫濕度的轉(zhuǎn)換，控制 1602 液晶屏的顯示，以及蜂鳴器的報(bào)警。具體顯示內(nèi)容及方式由軟件來完成。采集溫濕度方面由 DHT11 傳感器來完成，它是一個(gè)數(shù)字溫濕度傳感器、內(nèi)置模數(shù)轉(zhuǎn)換，可以直接與單片機(jī)相連接。而 1602 液晶屏是插針 式，也可以直接與單片機(jī)相連接。因此不需要手動(dòng)焊接等復(fù)雜的過程。具體步驟是：按照原理圖將傳感器、 1602 液晶顯示屏分別接入單片機(jī)。通過 DHT11傳感器采集當(dāng)前的溫濕度 數(shù)值， 再經(jīng)單片機(jī)，將處理后的數(shù)據(jù)傳 送到液晶屏上顯示出來。并且接入蜂鳴器。設(shè)置溫 、濕度的上下限值， 實(shí)現(xiàn)超 限報(bào)警。 山東工商學(xué)院 201X 屆畢業(yè)論文 6 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則 要求單片機(jī)系統(tǒng)應(yīng)具有可靠性高、操作維護(hù)方便、性價(jià)比高等特點(diǎn)。設(shè)計(jì)原則有以下幾個(gè) 。 1. 可靠性高 ： 可靠性是單片機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用的前提，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)的每一個(gè)環(huán)節(jié)，都應(yīng)該將可靠性作為首要的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。提高系統(tǒng)的可靠性通常從以下幾個(gè) 方面考慮：使用可靠性高的元器件；設(shè)計(jì)電路板時(shí)布線和接地要合理；對(duì)供電電源采用抗干擾措施；輸入輸出通道抗干擾措施；進(jìn)行軟硬件濾波等。 2. 操作維護(hù)方便 ： 在系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)從操作者的角度考慮操作和維護(hù)方便，盡量減少對(duì)操作人員專業(yè)知識(shí)的要求，以利于系統(tǒng)的推廣。因此在設(shè)計(jì)時(shí)，要盡可能減少人機(jī)交互接口，多采用操作內(nèi)置或簡(jiǎn)化的方法。 3. 性價(jià)比高 ： 單片機(jī)除體積小、功耗低等特點(diǎn)外，最大的優(yōu)勢(shì)在于高性能價(jià)格比。一個(gè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)能否被廣泛應(yīng)用，性價(jià)比是其中一個(gè)關(guān)鍵因素。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)，除了保持高性能外，盡可能降低 成本，如簡(jiǎn)化外圍硬件電路，在系統(tǒng)性能和速度允許的情況下盡可能用軟件功能取代硬件功能等。 系統(tǒng)方案論證與選擇 單片機(jī)芯片選擇 方案一：采用 AT89C51 單片機(jī) AT89C51 是美國(guó) ATMEL 公司生產(chǎn)的低電壓，高性能 CMOS 型 8位單片機(jī)，器件采用 ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8位中央處理器 (CPU)和 Flash 存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大。其片內(nèi)的 4K 程序存儲(chǔ)器是 FLASH 工藝的，這種單片機(jī)對(duì)開發(fā)設(shè)備的要求很低，開發(fā)時(shí)間也大大縮短。寫入單片機(jī)內(nèi)的 程序還可以進(jìn)行加密，這又很好地保護(hù)我們的勞動(dòng)成果。再者， AT89C51 目前的售價(jià)比 8031 還低，市場(chǎng)供應(yīng)也很充足。 AT89C51 可構(gòu)成真正的單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)，縮小系統(tǒng)體積，增加系統(tǒng)的可靠性，降低系統(tǒng)的成本。只要程序長(zhǎng)度小于 4K，四個(gè) I/O 口全部提供給用戶?？捎?5V 電壓編程，而且擦寫時(shí)間僅需 lOms。 AT89C51 芯片提供三級(jí)程序存儲(chǔ)器加密，提供了方便靈活而可靠的硬加密手段，能完全保證程序或系統(tǒng)不被仿制。 PO口是三態(tài)雙向口，通稱數(shù)據(jù)總線口，因?yàn)橹挥性摽谀苤苯佑糜趯?duì)外部存儲(chǔ)器的讀 /寫操作。 方案二：采用 STC89C52 單片機(jī) 山東工商學(xué)院 201X 屆畢業(yè)論文 7 STC89C52 是 STC 公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲(chǔ)器。 STC89C52 使用經(jīng)典的 MCS51 內(nèi)核，但做了很多的改進(jìn)使得芯片具有傳統(tǒng) 51 單片機(jī)不具備的功能。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 STC89C52 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k 字節(jié) Flash， 512 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線，看門狗定時(shí)器，內(nèi)置 4KB EEPROM， MAX810復(fù)位電路 ， 3 個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器， 4 個(gè)外部中斷，一個(gè) 7 向量 4 級(jí)中斷結(jié)構(gòu)（兼容傳統(tǒng)51 的 5向量 2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)），全雙工串行口。另外 STC89C52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下， RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。最高運(yùn)作頻率 35MHz， 6T/12T 可選。 比較這兩種方案，由于在學(xué)校期間學(xué)過數(shù)字電路、單片機(jī)原理、 C 語言程序設(shè)計(jì)，綜合考慮 本系統(tǒng)需要滿足 的技術(shù)指標(biāo) 、 單片機(jī)的各部分資源 、 硬件設(shè)計(jì)的性價(jià)比 以及 作為學(xué)生能夠獲得的資源， 加之 學(xué)校也提供了相應(yīng)的硬件操作平臺(tái)，實(shí)際操作起來比較方便，故 STC 為更合理的選擇 ，即選擇方案二。 傳感器選擇 方案一：采用熱電阻溫度傳感器和 HOS201 濕敏傳感器 熱電阻是利用導(dǎo)體的電阻隨溫度變化的特性制成的測(cè)溫元件。現(xiàn)應(yīng)用較多的有鉑、銅、鎳等熱電阻。其主要的特點(diǎn)為精度高、測(cè)量范圍大、便于遠(yuǎn)距離測(cè)量。鉑的物理、化學(xué)性能極穩(wěn)定，耐氧化能力強(qiáng)，易提純，復(fù)制性好，工業(yè)性好，電阻率較高，因此，鉑電阻用于工業(yè)檢測(cè)中高精密測(cè)溫和溫 度標(biāo)準(zhǔn)。缺點(diǎn)是價(jià)格貴，溫度系數(shù)小，受到磁場(chǎng)影響大，在還原介質(zhì)中易被玷污變脆。銅電阻的溫度系數(shù)比鉑電阻大，價(jià)格低，也易于提純和加工；但其電阻率小，在腐蝕性介質(zhì)中使用穩(wěn)定性差。在工業(yè)中用于 50～ 180℃測(cè)溫。 HOS201 濕敏傳感器為高濕度開關(guān)傳感器，它的工作電壓為交流 1V 以下，頻率為 50HZ～1KHZ，測(cè)量濕度范圍為 0～ 100%RH，工作溫度范圍為 0～ 50℃，阻抗在 75%RH（ 25℃）時(shí)為 1MΩ。這種傳感器原是用于開關(guān)的傳感器，不能在寬頻帶范圍內(nèi)檢測(cè)濕度，因此，主要用于判斷規(guī)定值以上或以下的濕度電平。然而 ，這種傳感器只限于一定范圍內(nèi)使用時(shí)才具有良好的線性，從而有效地利用其線性特性。 方案二：采用 DHT11 溫濕度傳感器 DHT11 數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出的溫濕度復(fù)合傳感器 ，它應(yīng)用山東工商學(xué)院 201X 屆畢業(yè)論文 8 專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性與卓越的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。傳感器包括一個(gè)電阻式感濕元件和一個(gè) NTC 測(cè)溫元件，并與一個(gè)高性能 8 位單片機(jī)相連接，因此，該產(chǎn)品具有品質(zhì)卓越、超快響應(yīng)，抗干擾能力強(qiáng)、性價(jià)比極高等優(yōu)點(diǎn)。 綜上所述，我們選擇方案二 的 DHT11 作為本系統(tǒng)的溫濕度傳感器。 顯示 器選擇 方案一：采用 LED 數(shù)碼管顯示 用發(fā)光二極管（簡(jiǎn)稱 LED）組成的字形來顯示數(shù)字，七個(gè)條形 發(fā)光二極管排列成七段組合字型，便構(gòu)成了半導(dǎo)體數(shù)碼管。半導(dǎo)體數(shù)碼管分共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管，此次設(shè)計(jì)采用 共陰極數(shù)碼管顯示，即七個(gè)發(fā)光二極管的陰極連在一起接地。當(dāng)共陰極數(shù)碼管的某一陽極接高電平時(shí)，相應(yīng)的二極管發(fā)光，根據(jù)字形使某幾段二極管發(fā)光，所以共陰極數(shù)碼管需要輸出高電平有效的譯碼器來驅(qū)動(dòng)。 數(shù)碼管亮度高、工作電壓低、功耗小、小型化、壽命長(zhǎng)、耐沖擊和性能穩(wěn)定，從而得到了廣泛的應(yīng)用，但對(duì)于溫濕度的顯示不太方便，而且連 線復(fù)雜。 方案二：采用 1602 液晶屏 液晶顯示的原理是利用液晶的物理特性，通過電壓對(duì)其顯示區(qū)域進(jìn)行控制，有電就有顯示，這樣即可以顯示出圖形。 1602 具有輕薄短小、低壓微功耗、體積小、無輻射、平面直角顯示及影像穩(wěn)定不閃爍等優(yōu)點(diǎn)，且可視面積大、效果好、分辨率高、抗干擾能力強(qiáng)，適合用于顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等信息，而且不需要擴(kuò)展過多外圍電路，可由單片機(jī)直接進(jìn)行控制輸出顯示 。 相對(duì)而言，液晶顯示器顯示質(zhì)量高、體積小、功耗低等特點(diǎn)，而且其電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，操作更加方便。加之，由于本系統(tǒng)需要顯示的內(nèi)容多且要顯示一些特殊字符如 等于號(hào)、百分號(hào)、字母等，數(shù)碼管無法顯示，因此我們選擇方案二 LCD 液晶屏 顯示。 報(bào)警器選擇 方案一：采用語音芯片 ISD1820 美國(guó) ISD 公司于 2021 年最新推出一種單片 8～ 20 秒單段語音錄放電路 ISD1820，它的基本結(jié)構(gòu)與 ISD11 1420 完全相同，采用 CMOS 技術(shù)，內(nèi)含振蕩器，話筒前置放大，自動(dòng)增益控制，防混淆濾波器，揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)及 FLASH 陣列。 ISD1820 的地址模式必須要精確計(jì)算錄音時(shí)間與地址單元的換算，才能確定每段語音的山東工商學(xué)院 201X 屆畢業(yè)論文 9 起始地址，除非使用 ISD 公司生產(chǎn)的 ISD1425 高級(jí)語音編 程拷貝機(jī)進(jìn)行自動(dòng)分段錄音并將地址讀出，否則使用起來還是很麻煩的。而操作模式雖然可以不用擔(dān)心語音地址的問題，但在多段錄放上的操作略顯繁瑣，完成一個(gè)功能要進(jìn)行多個(gè)管腳的操作，使用起來不是很方便。而且 ISD1820 價(jià)格昂貴，貨源稀缺，雖功能強(qiáng)大，但不是最佳選擇。 方案二：采用壓電式蜂鳴器 壓電式蜂鳴器是一種電聲轉(zhuǎn)換器件。將 壓電材料 粘貼在金屬片上，當(dāng)壓電材料和金屬片兩端施加上一個(gè)電壓后，因?yàn)?壓電效應(yīng) ，蜂鳴片就會(huì)產(chǎn)生機(jī)械變形而發(fā)出聲響。壓電材料有多種，用在蜂鳴片上的壓電材料通常是高壓極化后的 壓電陶瓷 片。蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、報(bào)警器、電子玩具、汽車電子設(shè)備、定時(shí)器等電子產(chǎn)品中作發(fā)聲器件。壓電式蜂鳴器主要由多諧振蕩器、壓電蜂鳴片、阻抗匹配器及共鳴箱、外殼等組成，有 的壓電式蜂鳴器外殼上還裝有發(fā)光二極管。多諧振蕩器由晶體管或集成電路構(gòu)成，當(dāng)接通電源后（ 直流工作電壓）多諧振蕩器起振輸出 的音頻信號(hào)，阻抗匹配器推動(dòng)壓電蜂鳴片發(fā)聲。因此該產(chǎn)品電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，操作更加方便，而且具有很高的性價(jià)比。 綜上所述，本設(shè)計(jì)選擇方案二 蜂鳴器 作為本系統(tǒng)的報(bào)警模塊。 系統(tǒng)整體 設(shè)計(jì) 系統(tǒng)整體 框圖 由 本 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路和相關(guān)的功能要求 ，同時(shí)也充分考慮到要盡可能的降低系統(tǒng)運(yùn)行的成本， 提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性 ， 降低系統(tǒng)的復(fù)雜程度， 最終確定 的系統(tǒng) 的 整體 框圖 便 如下圖 21所示。 山東工商學(xué)院 201X 屆畢業(yè)論文 10 圖 21 系統(tǒng)總體 框圖 本系統(tǒng)是采用電路模塊化設(shè)計(jì)的 智能 溫濕度檢測(cè)報(bào)警器，目前被廣泛應(yīng)用于 工作車間、蔬菜大棚、物流倉儲(chǔ) 等領(lǐng)域。 由上圖可以很直觀的看出本溫濕度檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)的組織結(jié)構(gòu)， 本系統(tǒng) 主要由 STC89C52 單片機(jī)、 DHT11 溫濕度傳感器、 LCD1602 液晶顯示器、蜂鳴器等器件組成 。 系統(tǒng)工作原理 溫濕度傳感器 DHT11 將從所處周圍環(huán)境中采集到的溫度和濕度數(shù)據(jù)上傳給控制核心STC89C52 單片機(jī)， STC89C52 單片機(jī) 將得到的溫度和濕度數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，同時(shí)，將相應(yīng)的 數(shù)據(jù)傳遞給顯示模塊 LCD1602 液晶顯示器顯示。當(dāng)檢測(cè)到的溫度或者濕度的數(shù)值高于 設(shè)定的溫濕度上 限或者 低于 設(shè)定的溫濕度 下限時(shí)，由蜂鳴器和 LED 發(fā)光二極管發(fā)出聲光報(bào)警。 其中，溫濕度的上下限數(shù)值可以 通過 按鍵 在規(guī)定范圍內(nèi) 自由設(shè)置。 STC89C52單片機(jī) DHT11 溫濕度采集模塊 LCD 液晶顯示模塊 復(fù)位模塊 按鍵輸入模塊 蜂鳴