【導(dǎo)讀】非常好的鍛煉課題。本課題研究的主要內(nèi)容是設(shè)計(jì)制作對溫室內(nèi)溫濕度的監(jiān)督。件對控制效果進(jìn)行仿真研究。[4]王千.實(shí)用電子電路大全[M].電子工業(yè)出版社，20xx.[5]馮博琴.微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)[M].北京：清華大學(xué)出版社，20xx.[6]張毅剛.MCS-51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)[M].哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，20xx.目前，國際上已開發(fā)出多種智能溫度傳感器系列產(chǎn)品。濕度傳感器產(chǎn)品及濕度測量。屬于90年代興起的行業(yè)。近年來，國內(nèi)外在濕度傳感器研發(fā)領(lǐng)域取得了較大的發(fā)展。傳感器正從簡單濕敏元件向集成化、智能化、多參數(shù)檢測的方向迅速發(fā)展。從而大大提高系統(tǒng)的方便性以及穩(wěn)定性。樣溫度值與濕度值。作量飽滿，能得到較全面訓(xùn)練。合理，能正確使用國家標(biāo)準(zhǔn)單位。響到農(nóng)作物的產(chǎn)量以及生長情況等等。當(dāng)溫室內(nèi)的溫度過高時，蜂鳴器報警，繼電器工。作，控制空調(diào)來進(jìn)行降溫；反之，則開啟空調(diào)進(jìn)行升溫。通過加濕和干燥進(jìn)行控制。長，提高質(zhì)量和產(chǎn)量，以達(dá)到我們想要的結(jié)果。

　　

【正文】 自動調(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，同時可以使用突發(fā)模式一次性傳輸多個時鐘信號和 RAM數(shù)據(jù)。它的工作電壓在 ～ 的范圍內(nèi)。采用主電源和備用電源雙電源供電方式，備用電源的充電方式是我們可以設(shè)置的。 圖 317 DS1302 內(nèi)部結(jié)構(gòu)組成圖 DS1302 時鐘芯片可以用于記錄數(shù)據(jù)，尤其是記錄一些具有非常特殊意義的數(shù)據(jù)，它能夠記錄下數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)出現(xiàn)的那個時刻。所以它被廣泛的應(yīng)用于各種控制系統(tǒng)中。 圖 318 DS1302 時鐘模塊與單片機(jī)相連電路圖 天 津 **大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 DS1302 與單片機(jī)的相連如圖所示，其中，晶振值為 ，電阻值均為10K。晶振在這里是給 DS1302 提供計(jì)時脈沖的。由電路圖我們可以看出， DS1302只需要三個 IO 口就可以和單片機(jī)項(xiàng)相連了。 為了在系統(tǒng)斷電情況下時鐘依然可以走動，我們可以在 DS1302 外部加個電池，下次再次啟動系統(tǒng)的時候就不必調(diào)時間了，給我們帶來了極大的方便。 矩陣鍵盤控制模塊 圖 319 4*4 矩陣鍵盤實(shí)物圖 矩陣鍵盤就是一系列的按鍵按照一定的規(guī)則排列起來，組成一個鍵盤組，然后將其連接在單片機(jī)外圍設(shè)備上。 既然有按鍵，為何還要有矩陣鍵 盤這個東西呢？在單片機(jī)按鍵的使用過程中，當(dāng)按鍵數(shù)量極其多的時候，我們不僅要考慮怎么把這些按鍵擺放整齊和美觀。而且它還要占用很多的 IO 口，造成單片機(jī) IO 口的使用可能不夠用。所以我們用矩陣鍵盤不僅僅可以使得整個電路板美觀，更重要的是這樣子可以減少單片機(jī)的端口的使用。 天 津 **大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 圖 320 4*4 矩陣鍵盤與單片機(jī)相連電路圖 把許許多多的按鍵有規(guī)則地組合到一起，就構(gòu)成了矩陣鍵盤。簡單地講，矩陣鍵盤其實(shí)還是按鍵，相當(dāng)于開關(guān)元件，只不過現(xiàn)在它相當(dāng)于很多個按鍵、很多個開關(guān)。 每個按鍵的 的原理其實(shí)就是個機(jī)械式的觸點(diǎn)開關(guān)，它的主要作用就是為了把實(shí)際電路中的電路通斷轉(zhuǎn)換為我們電氣的邏輯關(guān)系 1 和 0. 如圖所示，就是我們這個電路中的矩陣鍵盤。這個矩陣鍵盤是 4*4 結(jié)構(gòu)的。總共有 16個按鍵。 16個按鍵如果按照按鍵方式和單片機(jī)相連，我們需要是 16個IO，而使用矩陣鍵盤的形式我們現(xiàn)在只需要 8個 IO口即可。極大地方便了我們外圍結(jié)構(gòu)與單片機(jī)的相連。當(dāng)有按鍵按下的時候，矩陣鍵盤的行與列才能導(dǎo)通。 下面介紹兩種常用的矩陣鍵盤的掃描原理： （ 1）行掃描法 要判斷出是否有按鍵按下，我們需要先將矩陣鍵盤的 4個行線置 0，然后分別檢測 4 個列線的電平值，當(dāng)列線中有 0 電平時，那么被按下的按鍵出現(xiàn)在這個 0 電平列線所對應(yīng)的四個按鍵中。若列線全部都是高電平則說明沒有按鍵被按下。 當(dāng)判斷出有按鍵按下的時候怎么判斷是哪個按鍵被按下了呢？從 1 步驟中我們只能判斷出按鍵出自低電平列線所對應(yīng)的 4 個按鍵之一。具體怎么檢測出是哪個按鍵，方法如下：我們依次給行線置一個低電平，其他三個行線為高電平。然后檢測那個列線，看是否為低電平。當(dāng)檢測出某個列線為低電平時，這個時候低電平行線和低電平列線的交叉口就是被按下的按鍵。 （ 2）高低電平翻轉(zhuǎn)法 其實(shí)這個 方法和行掃描法所用的原理基本上是一樣的。 我們首先讓 P0 口的高四位為 0，低四位為 1。當(dāng)有按鍵按下的時候，低四位中會有一位由 1 變成 0，而高四位不變。這個時候可以確定按鍵的列位置。 然后讓 P0 口的高四位為 1，低四位為 0。當(dāng)有按鍵按下的時候，高四位中會天 津 **大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 有一位由 1 變成 0，而低四位不變。這個時候可以確定按鍵的行位置。 輔助模塊 圖 321 電源模塊電路圖 圖 322 電平轉(zhuǎn)換模塊電路圖 輔助模塊不是本課題的核心內(nèi)容。原理相對來說比較簡單，是我們很 常見的模塊。我們之前所做的很多設(shè)計(jì)都涉及到了。在此我們就不做詳細(xì)的介紹了。 天 津 **大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 單片機(jī)的硬件和軟件開發(fā)是單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)最重要的兩個過程，硬件和軟件的開發(fā)可以同時進(jìn)行，也可以在硬件邏輯設(shè)計(jì)中、后期開始軟件的設(shè)計(jì)。這一章我們重點(diǎn)介紹我們課題的軟件設(shè)計(jì)。 概述 軟件設(shè)計(jì)相比硬件設(shè)計(jì)來說是很復(fù)雜和困難的。它需要我們有一個很好地思維模式，細(xì)心地態(tài)度。一個好的程序設(shè)計(jì)，軟件結(jié)構(gòu)要合理、簡單、緊湊和高效。 軟件的開發(fā)主要包括以下幾個步驟： 圖 41 軟件開發(fā)流程圖 以上是軟件開發(fā)流程。 從軟件工程角度而言是傳統(tǒng)的瀑布式模型，由可行性分析入手，如瀑布一樣逐步向下直至完成。每一個階段都是可以接在前面階段之后的。這是一種非常經(jīng)典的、傳統(tǒng)的開發(fā)方法。 一個好的用戶設(shè)計(jì)一定要文件齊全，注釋適當(dāng)、豐富，易于調(diào)試和維護(hù)。這樣，即使在設(shè)計(jì)過程中更換設(shè)計(jì)者，新來者也可以根據(jù)所提供的文件很容易地就接手繼續(xù)工作。 圖 42 程序總體結(jié)構(gòu)示意圖 天 津 **大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 在了解了我們所要設(shè)計(jì)的課題之后，我們需要把握住整體的設(shè)計(jì)。 該課題的軟件設(shè)計(jì)思路如下圖： 開 始開 始初 始 化初 始 化設(shè) 置 參 數(shù)設(shè) 置 參 數(shù)溫 度 值 大 于 最 高 值 ？溫 度 值 大 于 最 高 值 ？溫 度 值 小 于 最 小 值 ？溫 度 值 小 于 最 小 值 ？濕 度 值 大 于 最 大 值 ？濕 度 值 大 于 最 大 值 ？濕 度 值 小 于 最 小 值 ？濕 度 值 小 于 最 小 值 ？L C D 1 2 8 6 4 液晶 顯 示L C D 1 2 8 6 4 液晶 顯 示報 警報 警藍(lán) 燈 亮藍(lán) 燈 亮報 警報 警黃 燈 亮黃 燈 亮報 警報 警綠 燈 亮綠 燈 亮報 警報 警紅 燈 亮紅 燈 亮 圖 43 系統(tǒng)軟件整體設(shè)計(jì)思路 我們在這個系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的大體思路是： 開始 初始化 設(shè)置參數(shù) 主循環(huán)（溫濕度顯示、限值控制模塊、時鐘數(shù)據(jù)顯示） 串口中斷，接受串口數(shù)據(jù)，然后傳送給主循環(huán)。 系統(tǒng)初始化模塊 該系統(tǒng)的主要功能是完成系統(tǒng)初始化模塊的初始化和設(shè)置系統(tǒng)的工作狀態(tài)，天 津 **大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 初始化部分包括以下幾個方面： 系統(tǒng)總開關(guān)打開之后，我們的 LCD12864 液晶顯示屏上會顯示四行文字。分別為： 第一行顯示的是“ 20 年 月 日”； 第二行顯示的是“周 時 分 秒”； 第三行顯示的是“濕度（當(dāng)前值） 高 低”； 第四行顯示的是“溫度（當(dāng)前值） 高 低”。 這個時候我們可以設(shè)置系統(tǒng)的溫濕度限值范圍。首先設(shè)置的是溫度的最高值，用矩陣鍵盤設(shè)置，兩位數(shù)，點(diǎn)擊 *鍵確認(rèn)。再設(shè)置的是溫度的最低值，接著是濕度的最高值、最低值。都需要點(diǎn)擊 *鍵確認(rèn)。就這樣系統(tǒng)的一個初始化算是完成了。 系統(tǒng)進(jìn)入正常工作狀態(tài)。 系統(tǒng)的整體工作方式如下圖所示： 圖 44 系統(tǒng)整體工作方式 串口模塊 天 津 **大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 圖 45 九針母頭與串口線的實(shí)物圖 圖 46 串口母頭的引腳示意圖 我 們選用 MAX232 作為我們的串口電路，當(dāng)然我們也可以使用 MAX3232。原理是一樣的。在這里我們使用的是 MAX232，它是 +5V 供電。 MAX232 可以對電腦里的寄存器進(jìn)行下面的程序框圖。 圖 47 串口模塊軟件流程圖 矩陣鍵盤模塊 在這個溫濕度控制系統(tǒng)中，矩陣鍵盤主要用于設(shè)置溫濕度的限值即最高溫度值和最低溫度值，還有最高濕度值、最低濕度值。 在這個設(shè)計(jì)中，我們是依次輸入上限、下限。然后先輸入溫度后輸入濕度。每次輸入都要點(diǎn) *鍵確認(rèn)。可以將這些值顯示在 12864 液晶顯示屏上。當(dāng)天 津 **大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 我們需要輸入新的限 值時，我們可以按復(fù)位按鈕 重新輸入。 在實(shí)際的系統(tǒng)初始化過程中，我們不僅要初始化液晶顯示，也要初始化鍵盤，還有時鐘。在調(diào)用 12864 液晶顯示的過程中，流程圖如圖： 圖 48 調(diào)用 LCD12864 液晶顯示流程圖 其中顯示溫濕度限值的程序流程圖如下： 圖 49 溫濕度限值設(shè)置流程圖 溫濕度控制模塊 溫度和濕度控制模塊是整個設(shè)計(jì)過程中的核心內(nèi)容。它的作用主要是為了采集溫濕度信息，然后將其模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，通過 IO 口發(fā)送給單片機(jī)。 當(dāng)單片機(jī)收到相關(guān)的溫濕度信息時，它會做個簡單的處理。然后將它發(fā) 送到12864 液晶顯示屏上。該液晶顯示屏上會呈現(xiàn)出來當(dāng)時的溫濕度值。單片機(jī)究竟是如何操作的，如圖所示： 天 津 **大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 31 圖 410 單片機(jī)內(nèi)部操作示意圖 在系統(tǒng)啟動后，我們首先要手動的輸入這個溫度和濕度的限值，也就是溫濕度的最大值和最小值。點(diǎn)擊 *號確定。當(dāng)室內(nèi)的溫度和濕度值在這個范圍內(nèi)時是正常的，如果超出這個范圍則就會報警。 圖 411 溫濕 度控制模塊軟件流程圖 天 津 **大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 32 圖 412 DHT11 軟件流程圖 報警模塊與繼電器控制模塊 圖 413 報警模塊和繼電器控制模塊 軟件流程圖 天 津 **大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 33 12864 液晶顯示模塊 圖 414 LCD12864 液晶顯示模塊軟件流程圖 時鐘模塊（附加功能） 圖 415 DS1302 時鐘模塊軟件流程圖 天 津 **大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 34 天 津 **大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 35 第五章 系統(tǒng)分析與調(diào)試 硬件電路的調(diào)試 本課題是在 Keil C 環(huán)境下開發(fā)的，這個軟件支持多種語言的使用。在這里我們使用的是 C 語言。然后進(jìn)行編程調(diào)試和運(yùn)行。它操作起來比較方便，對于 C語言學(xué)習(xí)者來說是個最佳選擇。在我們做課題設(shè)計(jì)的軟件開發(fā)時，我們首先要了解這個軟件的安裝和使用過程。然后在在這個環(huán)境下我們就可以進(jìn)行編 程了。在編程完成后，確保我們的程序沒有問題后就要進(jìn)行下載了。這個時候我們要用STC_ISP_V480 軟件進(jìn)行燒錄。將電路板和電腦相連接。然后將程序燒錄到電路板上。在燒錄前我們要進(jìn)行一些必要的設(shè)置。 （ 1）將單片機(jī)型號設(shè)置為 STC89C/LE52RC 模式； （ 2）選擇正確的串口號，在這里我們的串口號為 COM1（ COM 端口可以在“我的電腦”的設(shè)備管理處查看）； （ 3）點(diǎn)擊“打開程序文件”按鈕打開我們編寫好的程序文件，這個文件是以 .hex 為后綴的； （ 4）點(diǎn)擊下載，然后按照提示操作就好。 圖 51 程序燒 錄運(yùn)行圖 在電路板焊接完后，我們還要進(jìn)行一下我們的電路板的焊接是否正確，有無短路以及焊接錯誤的現(xiàn)象。 數(shù)字萬用表是我們最熟悉的檢測工具了。從開始學(xué)習(xí)的時候就接觸了。所以我們可以用數(shù)字萬用表來檢測我們的硬件電路，對照著電路圖，我們一個一個開始檢查，先檢查我的元器件有沒有用錯的情況。主要是電阻電容的大小。然后檢查各個元器件的引腳是否有焊接錯誤的現(xiàn)象，最后檢測電源以及地的情況有沒有漏掉的情況。不然有一個出問題，就有可能導(dǎo)致整個電路出現(xiàn)故障。 天 津 **大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 36 功能模塊的調(diào)試方案 圖 52 串口調(diào)試示意圖 在確保各個模 塊的檢測無誤后，我們對系統(tǒng)導(dǎo)入之前已經(jīng)寫好的程序。然后檢測程序的寫法以及電路有無問題。 下面，我們通過直接設(shè)置參數(shù)看看電路板是否運(yùn)行正常。 例如： 最高溫度 最低溫度 40℃ 15℃ 最高濕度 最低濕度 70% 15% 我們可以看溫室內(nèi)的當(dāng)前溫濕度是否在這個范圍內(nèi)，若不在我們所設(shè)置的范圍內(nèi)，則需要進(jìn)行相應(yīng)的工作來對溫濕度進(jìn)行一個調(diào)整。如果溫度超出最高值，則進(jìn)行報警，同時有色 LED 燈亮。提醒工作人員進(jìn)行一個升溫調(diào)整。對于其他情況也是如此。具體如下： 47℃，這個時候它已經(jīng)高于所設(shè)置的溫度最高值40℃時，此時蜂鳴器會報警，藍(lán)燈亮，代表我們的設(shè)備應(yīng)該用來升溫 . 天 津 **大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 37