【導(dǎo)讀】傳統(tǒng)的溫濕度測量方法是用濕度表、毛發(fā)濕度表、雙金屬式測量計和濕。度試紙等測試器材，通過人工進行檢測，傳統(tǒng)的開關(guān)電路都是人工撥動開關(guān)實現(xiàn)的，這種人工方法費時費力、效率低，且測試的溫度及濕度誤差大，隨機性大。單、實用，提高了測量精度和效率。

　　

【正文】 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 19 第 3章 軟件系統(tǒng)設(shè)計 軟件的仿真和編譯 仿真軟件介紹 本設(shè)計用到了 proteus和 keil c51兩種軟件，兩者能完美的結(jié)合在一起，實現(xiàn)虛擬的實物效果，為以后的實物焊接提供了保障。 Proteus簡介 Proteus軟件是來自英國 Labcenter electronics公司的 EDA工具軟件， Proteus軟件有十多年的歷史，在全球廣泛使用，除了其具有和其它 EDA工具一樣的原理布圖、 PCB自動或人工布線及電路仿真的功能外，其革命性的功能是，他的電路仿真是互動的，針對微處理器的應(yīng)用，還可以直接在基于原理圖的虛擬原型上編程，并實現(xiàn)軟件源碼級的實時調(diào)試，如有顯示及輸出，還能看到運行后輸入輸出的效果，配合系統(tǒng)配置的虛擬儀器如示波器、邏輯分析儀等。 Proteus組合了高級原理布圖、混合模式 SPICE仿真 ， PCB設(shè)計以及自動布線來實現(xiàn)一個完整的電子設(shè)計系統(tǒng)。此系統(tǒng)受益于 15年來的持續(xù)開發(fā) ,被《電子世界》在其對PCB設(shè)計系統(tǒng)的比較文章中評為最好產(chǎn)品 —“The Route to PCB CAD”。 Proteus 產(chǎn)品系列也包含了革命性的 VSM技術(shù) ,用戶可以對基于微控制器的設(shè)計連同所有的周圍電子器件一起仿真。用戶甚至可以實時采用諸如 LED/LCD、鍵盤、 RS232終端等動態(tài)外設(shè)模型來對設(shè)計進行交互仿真。 最新版支持非常豐富仿真元件共 7000 多種，還有很多第三方模型。如 MMC 卡，以太網(wǎng)卡， ATA 硬盤，麥克風，等等。 KEIL C51 編譯器簡介 KEIL C51標準 C編譯器為 8951微控制器的軟件 開發(fā)提供了 C語言環(huán)境 ,同時保留了匯編代碼高效 ,快速的特點。 C51編譯器的功能不斷增強，使你可以更加貼近 CPU本身，及其它的衍生產(chǎn)品。 C51已被完全集成到 uVision2的集成開發(fā)環(huán)境中，這個集成開發(fā)環(huán)境包含：編譯器，匯編器，實時操作系統(tǒng)，項目管理器，調(diào)試器。 uVision2 IDE可為它們提供單一而靈活的開發(fā)環(huán)境。 uVision2集成開發(fā)環(huán)境 工程 (project)是由源文件、開發(fā)工具選項以及編程說明三部分組成 的， 一個單一的uVision2工程能夠產(chǎn)生一個或多個目標程序。產(chǎn)生目標程序的源文件構(gòu)成 “組 ”， 開發(fā)工黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 20 具選項可以對應(yīng)目標，組或單個文件。 uVision2包含一個器件數(shù)據(jù)庫 (device database)，可以自動設(shè)置匯編器、編譯器、連接定位器及調(diào)試器選項，來滿足用戶充分利用特定微控制器的要求。此數(shù)據(jù)庫包含：片上存儲器和外圍設(shè)備的信息，擴展數(shù)據(jù)指針 (extra data pointer)或者加速器 (math accelerator)的特性。 uVision2可以為片外存儲器產(chǎn)生必要的連接選項：確定起始地址和規(guī)模。 編輯器和調(diào)試器 (1)源代碼編輯器 uVision2編輯器包含了所有用 戶熟悉的特性。彩色語法顯像和文件辯識都對 C源代碼進行和優(yōu)化?？梢栽诰庉嬈鲀?nèi)調(diào)試程序，它能提供一種自然的調(diào)試環(huán)境，使你更快速地檢查和修改程序。 (2)斷點 uVision2允許用戶在編輯時設(shè)置程序斷點（甚至在源代碼未經(jīng)編譯和匯編之前）。用戶啟動 V2調(diào)試器之后，斷點即被激活。斷點可設(shè)置為條件表達式，變量或存儲器訪問，斷點被觸發(fā)后，調(diào)試器命令或調(diào)試功能即可執(zhí)行。 在屬性框 (attributes column)中可以快速瀏覽斷點設(shè)置情況和源程序行的位置。代碼覆蓋率信息可以讓你區(qū)分程序中已執(zhí)行和未執(zhí)行的部分。 (3)調(diào)試函數(shù)語言 A、 內(nèi)部函數(shù)：如 printf、 memset、 rand及其它功能的函數(shù)。 B、 信號函數(shù)：模擬產(chǎn)生 CPU的模擬信號和脈沖信號 (simulate analog and digital inputs to CPU)。 (4)變量和存儲器 用戶可以在編輯器中選中變呈來觀察其取值。雙層窗口顯示，可進行以下調(diào)整： watch窗口頁面上的自定義變量 (call stack)頁面上的調(diào)用記錄（樹） (call tree) 個存儲區(qū) C51編譯器 KEIL C51 編譯器在遵循 ANSI 標準的同時，為 8051 微控制器系列特別設(shè)計。語言上的擴展能讓用戶使用應(yīng)用中的所有資源。 C51編譯器可以實現(xiàn)對 8051系列所有資源的操作。 SFR的存取由 sfr和 sbit兩個關(guān)鍵字來提供。變量可旋轉(zhuǎn)到任一個地址空間。用關(guān)鍵字－ at－還能把變量放入固定的存儲器存儲模式（大，中，?。Q定了變量的存儲類型。連接定位器支持的代碼區(qū)可達黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 21 32個，這就允許用戶在原有 64K ROM的 8015基礎(chǔ)上擴展程序。在 V2的編譯器和 許多高性能仿真器中，可以支持應(yīng)用程序的調(diào)試。 C51允許用戶使用 C語言編寫中斷服務(wù)程序，快速進、出代碼和寄存器區(qū)的轉(zhuǎn)換功能使 C語言中斷功能更加高效 。 可再入功能是用關(guān)鍵字來定義的。多任務(wù)，中斷或非中斷的代碼要求必須具備可再入功能。 通用指針用 3個字節(jié)來存儲存儲器類型及目標地址，可以在 8051的任意存儲區(qū)內(nèi)存取任何變量。 特殊指針在聲明的同時已指定了存儲器類型，指向某一特定的存儲區(qū)域。由于地址的存儲只需 1－ 2字節(jié)，因此，指針存取非常迅速。 軟件的編譯過程 本系統(tǒng)單片機數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)以 STC89C52為控制核心， 先在 Keil C51集成開發(fā)環(huán)境下將編好的程序進行編譯、調(diào)試 ,調(diào)試通過后會生成 .HEX文件。 使用 C 語言對單片機編程， 功能化的代碼能夠方便的從一個工程移植到另一個工程，從而減少了開發(fā)時間。 編程軟件采用的是 keil uvision2軟件， 軟件部分經(jīng)本人調(diào)試可以運行，能夠正確顯示結(jié)果， 具體模塊由一個主函數(shù)文件和 若干 個 h文件構(gòu)成， 軟件的模塊化設(shè)計 采樣轉(zhuǎn)換 與控制 采樣轉(zhuǎn)換模塊是本系統(tǒng)中的核心模塊之一，它負責完成溫度和濕的測量及模擬量轉(zhuǎn) 換為數(shù)字量的全過程，這也是它為什么重要的原因。系統(tǒng)每次轉(zhuǎn)換前 PCF8951 的AIN0～ AIN3 送個任意數(shù)，表示開始轉(zhuǎn)換，結(jié)果是一個數(shù)字量，將其轉(zhuǎn)化為 BCD 碼。送顯示程序顯示，并將數(shù) 值返回給主函數(shù)。濕度也可以通過此種方法觀察變化，得出相應(yīng)的結(jié)論。 為了更精確的反映系統(tǒng)的溫度和濕度，本系統(tǒng)對四路采樣信號作簡單平均處理，并將處理后的數(shù)值作為溫室的溫濕度。 此外紅外模塊的高低電平送入單片機后通過程序控制檢測 IO 口得高低電平輸入從而對應(yīng)的控制繼電器開關(guān)電路。 為了實現(xiàn)本設(shè)計的功能，將程序的設(shè)計進行模塊化編程。即對于每 一個模塊進行子程序編程。通過傳感器及其處理電路，對輸入的信號進行采集。并通過線性變換進行計算并顯示通過計算轉(zhuǎn)換的結(jié)果。本設(shè)計采用的是 C 語言的編程，溫度控制主程序的設(shè)計應(yīng)考慮以下問題：（ 1）溫濕度采樣、濾波， 人體紅外檢測（ 2）溫濕度模擬電信號轉(zhuǎn)換， 紅外信號處理。（ 3）溫度顯示、濕度顯示，紅外開關(guān)電路的控制。 通常符合上述功能的溫度濕度以及熱稀釋人體紅外控制程序由主程序和 T0中斷黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 22 服務(wù)程序兩部分組成，濕度控制主程序只需要考慮濕度在相應(yīng)的溫度下，近似得到的一個頻率值。在與溫度與濕度的關(guān)系進行查表可以得到相應(yīng)的濕度 值，并且顯示相對溫濕度。 其程序流程圖見圖 。 溫 濕 度 采 集 以 及人 體 紅 外 檢 測顯 示 初 始 值檢 測 溫 濕 度是 否 改 變單 片 機 開 機 初 始 化數(shù) 碼 管 初 始 化P C F 8 5 9 1 初 始 化P C F 8 5 9 1 進 行 A / D 轉(zhuǎn) 換數(shù) 碼 管 動 態(tài) 顯 示 實 時 溫 濕 度YN 圖 程序流程圖 顯示結(jié)果 本系統(tǒng)中使用 74HC573 芯片完成有關(guān) 溫濕度顯示工作 ， 溫度濕度是依次輸入的并且依次以下限、上限輸入，并且將溫濕度的 瞬時值通過程序控制在數(shù)碼管上動態(tài)顯示當前環(huán)境的溫濕度 ，在將 LED 清零 復(fù)位 后顯示（分別在 23 位），并依次顯示實時的溫度濕度數(shù)值 ，實際上 在系統(tǒng)初始化的過程中，除了初始化 單片機 之外，其中還包括著調(diào)用 74HC573 顯示模塊 。 本章小結(jié) 本章詳 細介紹了 程序 開發(fā)軟件 proteus 和 keil c51 兩種軟件的應(yīng)用和注意事項 ，并且詳細介紹了程序的編譯開發(fā)流程和仿真調(diào)試過程。講述了程序模塊化設(shè)計的優(yōu)勢所在，并且分模塊敘述了實際程序開發(fā)的關(guān)鍵所在和程序的主體設(shè)計思路。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 23 第 4章 硬件調(diào)試方案 硬件電路的調(diào)試 調(diào)試 是整個設(shè)計完成過程中耗時最長也是花費心血最多卻又是所需要講述的最少的，大多數(shù)情況下都不是理論性的大問題但卻很讓人費解并且經(jīng)過反復(fù)的測試才得以解決。 其系統(tǒng)設(shè)計總體框圖見圖 。 R E 2 0 0 B熱 稀 釋 紅外 傳 感 器模 擬 電 壓 的 、 信 號 濾波 、 放 大 電 路C H R 0 1濕 敏 電 阻整 流 電 路 、 模 擬 電 信號 放 大 電 路震 蕩 正 弦波 發(fā) 生 電路A D 5 9 0溫 度 傳 感器兩 級 運 放 電 路A / D轉(zhuǎn) 換STC單片機晶 振 電 路復(fù) 位 電 路串 口 通 信電 路數(shù) 碼 管 驅(qū) 動 電路繼 電 器 驅(qū) 動 電路數(shù) 碼 管燈 圖 系統(tǒng)設(shè)計總體框圖 按照整體硬件設(shè)計方案從小的分立元件到模塊再到系統(tǒng)的流程進行調(diào)試， 此部分的任務(wù)是在系統(tǒng) 焊接 好后 ,調(diào)試各個組件 以及整體系統(tǒng) 能否正常工作 ,能否實現(xiàn)硬件 設(shè)計的預(yù)期目標。其步驟 和解決方法 如下： 按照系統(tǒng)設(shè)計，將系統(tǒng)需要的各個組連 接好 ，用穩(wěn)定的開關(guān)電源供電保證 硬件的工作穩(wěn)定性 。 根據(jù)所查閱資料，了解各個組件的工作原理，開始著手調(diào)試芯片。 將編譯好的程序嘗試著下載到單片機，檢查串口通信電路是否能正常工作。 調(diào)試 74HC573 芯片 和數(shù)碼管顯示電路 ，按照說明書調(diào)用 74HC573， ASM 匯編程序，運行，觀察現(xiàn)象?，F(xiàn)象正確，說明 芯片和數(shù)碼管都能正常工作 顯示電路也就能正常工作 。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 24 調(diào)試 PCF8951 芯片， 將編寫好的 A/D 轉(zhuǎn)換調(diào)試程序下載到單片機 ，運行，觀察現(xiàn)象。現(xiàn)象正確，說明 PCF8951 芯片正常，可以使用。 調(diào)試 LM741 芯片，根據(jù)芯片的文獻資料所述將若電信號送入反向輸入端并且觀察輸出，若輸出實際結(jié)果和理論數(shù)據(jù)沒有太大的差距則說明此芯片正常，可以使用。 調(diào)試 過程中 遇到了很多問題， 其中 在調(diào)試串口通信電路時在 PC 機上多次嘗試與MCU 握手連接都顯示 “連接失敗，請給 MCU 上電 ”，在顯示連接失敗 的同時串口通信芯片 MAX232 還伴隨著發(fā)熱，在檢查線路焊接沒有錯誤后又反復(fù)檢查了焊點的松動情況也并未發(fā)現(xiàn)異常。最后查閱了相關(guān)資料發(fā)現(xiàn)串口的公頭和木頭對應(yīng)錯誤，將對應(yīng)的通信線改焊后問題得以解決了 。 功能模塊的調(diào)試方案 把各個功能模塊編寫成單獨的源文件進行調(diào)試，調(diào)試成功以后，再將各部分聯(lián)合在一起。整個系統(tǒng)的編寫、調(diào)試是從 PCF8951 開始的，控制 PCF8951 原理雖然簡單，但需要細節(jié)卻很多，如選擇顯示寄存器與送段碼的順序等。 采樣轉(zhuǎn)換模塊是一個比較重要的模塊，在調(diào)試的階段遇到的問題較多 ，如果這一部分通 不過的話，那么程序就無法執(zhí)行下去， 當濕度模塊焊接完成后首先要調(diào)試的就是正弦波發(fā)生電路，因為沒有足夠頻率的正弦波輸入，濕敏電阻是不能工作的 。 正弦波震蕩發(fā)生電路主要是調(diào)節(jié)集成運放外圍預(yù)留的頂調(diào)電阻 ，當震蕩電路調(diào)試結(jié)束后還需要調(diào)節(jié)濕敏電阻輸出直接對應(yīng)的橋式整流電路，檢測震蕩信號經(jīng)過整流電路以后是否能達到整流量對應(yīng)的指標，在調(diào)節(jié)過程中發(fā)現(xiàn)整流出來的直流量不能穩(wěn)定的被轉(zhuǎn)換成數(shù)字量于是在整流后續(xù)電路加了電容濾波則問題得以解決。 紅外 模塊是 一個非常重要的模塊，由于易受干擾，如果這兩個因素控制不好，這個模塊 就失敗了，這就 需要我認真的考慮這一模塊的控制方式。 調(diào)試階段 主要是測試最后一級運放的電壓比較電路，調(diào)試過程中反復(fù)調(diào)節(jié)第三級電壓比較電路正負輸入端預(yù)留的頂調(diào)最后在預(yù)留的測試點上測得正負輸入端的電壓大致相等，隨后測試前兩級運放的電壓放大性能都順利通過，最后將整個模塊連通后得到了預(yù)期的效果，但是可能是由于傳感器易受干擾導(dǎo)致信號檢測電路工作不是很穩(wěn)定。 除了以上所提到的模塊之外，還有 繼電器模塊也很重要，也都需要認真的調(diào)試 。調(diào)試了各模塊之后，接下來的工作就是將各源程序段連接起來，進行綜合調(diào)試了，綜合調(diào)試需要我們特別注意細節(jié)部分，這樣 才能盡可能的減少錯誤的產(chǎn)生。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 25 本章小結(jié) 本章主要是講述了硬件焊接完成后的實際調(diào)試過程和總體調(diào)試方案的部署，詳細的說明了在實際調(diào)試過程中 各個單一元件的調(diào)試方法 ，并說明了在開發(fā)實際電路焊接完成后大體的調(diào)試步驟和技巧。