【正文】 示。 AREF A/D 的模擬基準(zhǔn)輸入引腳。不使用 ADC 時，該引腳應(yīng)直接與 VCC 連接。 XTAL2 反向振蕩放大器的輸出端。持續(xù)時間小于門限間的脈沖不能保證可靠復(fù)位。 RESET 復(fù)位輸入引腳。作為輸入使用時，若內(nèi)部上拉電阻使能，則端口被外部電路拉低時將輸出電流。 端口 D(PD7～ PD0) 端口 D 為 8 位雙向 I/O 口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。在復(fù)位過程中，即使系統(tǒng)時鐘還未起振，端口 C 處于高阻狀態(tài)。其輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動特性，可以輸出和吸收大電流。在復(fù)位過程中，即使系統(tǒng)時 鐘還未起振，端口 B 處于高阻狀態(tài)。其輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動特性，可以輸出和吸收大電流。在復(fù)位過程中，即使系統(tǒng)時鐘還未起振，端口 A 處于高阻狀態(tài)。其輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動特性，可以輸出和吸收大電流。 VCC 電源正 GND 電源地 端口 A(PA7～ PA0) 端口 A 作為 A/D 轉(zhuǎn)換器的模擬輸入端。 ATmega16 可降至 0Hz 的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式：空閑方式停止 CPU 的工作，但允許 RAM、定時 /計數(shù)器、串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作；掉電方式保存 RAM 中的內(nèi)容，但是振蕩器停止工作并禁止其他所有部件工作到下一個硬件復(fù)位。對單片機 用高級語言編程可很容易地實現(xiàn)系統(tǒng)移植，并加快軟件的開發(fā)過程。 AVR單片機還支持 Basic、 C 等高級語言編程。另外，它還擁有很寬的工作電壓范圍，可以在 ～ 6V 之間正常運行，具備很強的適應(yīng)性。該單片機具有 AVR 高性能、低功耗 RISC 結(jié)構(gòu)， 工作在 8MHz 時具有 8MIPS 的性能，同時片內(nèi) 16KB 的在線可編程 FLASH 存儲器，可擦除 1000 次以上，并且集成了 512B 的 SRAM 和 512 B 在線可編程 EEPROM。 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)方框圖如 下圖 圖 31 所示： 本電子濕度計系統(tǒng)模塊由以下幾個模塊組成：濕度傳感器檢 測部分模塊， AVR單片機主控制器， LED 數(shù)碼管顯示模塊，聲光報警提示模塊，最終來實現(xiàn)對空氣濕 AVR 單片機 （ Mega16） 室內(nèi)濕度 濕度傳感器 串 口 PC 機 顯 示 聲音報警 光報警 圖 31 系統(tǒng)方框圖 西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 13 度的檢測報警提示以及數(shù)據(jù)保存和歷史數(shù)據(jù)查詢。也就是說，現(xiàn)場溫度經(jīng)溫度傳感器采樣后變換為模擬電壓信號，經(jīng)低通濾波濾掉干擾信號后送放大器，信號放大后送單片機，在要求的濕度達到一定的上界或者下界時，報警電路開始工作。本章分為 6 節(jié)介紹系統(tǒng)的硬件設(shè)計實現(xiàn)。 綜合比較之后，本次設(shè)計采用方案二，即使用 C 語言作為微控制器的編程語言。 （ 6） C 語言允許直接訪問物理地址，可以直接對硬件進行操作 因為既具有高級語言的功能，又具有低級語言的許多功能，能夠象匯編語言一樣對位、字節(jié)和地址進行操作，可以用來寫系統(tǒng)軟件。西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 11 C 語言是以函數(shù)形式提供給用戶的，這些函數(shù)可方便的調(diào)用，并具有多種循環(huán)、條件語句控制程序流向，從而使程序完全結(jié)構(gòu)化。 （ 4） C 是結(jié)構(gòu)式語言 結(jié)構(gòu)式語言的顯著特點是代碼及數(shù)據(jù)的分隔化，即程序的各個部分除了必要的信息交流外彼此獨立。 （ 3） 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 豐富 C 的數(shù)據(jù)類型有：整型、實型、字符型、數(shù)組類型、指針類型、結(jié)構(gòu)體類型、共用體類型等。 C 語言把 括號 、 賦值 、強制類型轉(zhuǎn)換等都作為運算符處理。 C 語言可以象匯 編語言一樣對 位 、 字節(jié) 和 地址 進行操作 ， 而這三者是計算機最基本的工作單元。 但是對于本次設(shè)計來還說， C 語言具有以下優(yōu)點： （ 1）簡潔緊湊、靈活方便 C 語言一共只有 32 個 關(guān)鍵字 ， 9 種控制語句，程序書寫自由，主要用小寫字母表示。 方案二： 使用 C 語言 C 語言的語法限制不太嚴(yán)格，對變量的類型約束不嚴(yán)格，影響程序的安全性，對數(shù)組下標(biāo)越界不作檢查等 [6]。但是還應(yīng)該認識到，匯編語言是一種層次非常低的語言，它僅僅高于直接手工編寫二進制的機器指令碼，因此不可避免地存在一些缺點：編寫的代碼非常難懂，不好維護； 很容易產(chǎn)生 Bug，難于調(diào)試；只能針對特定的體系結(jié)構(gòu)和處理器進行優(yōu)化；開發(fā)效率很低，時間長且單調(diào)；兼容性不好，與硬件關(guān)系非常緊密。匯編語言像機器指令一樣，是硬件操作的控制信息，因而仍然是面向機器的語言，使用起來還是比較繁瑣 費時，通用性也差。這樣用符號代替機器語言的二進制碼，就把機器語言變成了匯編語言。 方案一： 使用匯編語言 匯編 語言（ Assembly Language）是面向機器的程序設(shè)計語言。 綜合比較幾種常見的編程語言，本設(shè)計使用方案三，即采用 VC作為 上位機 編程語言。 VC保留了對底層操作系統(tǒng) API 的直接調(diào)用和指針。 方案三： 采用 VC作為編程語言 VC的特點是簡單、功能強 大、類型安全，而且是面向?qū)ο蟮?。由?C++的事實標(biāo)準(zhǔn)的存在，即各個編譯器總存在差異，所以或多或少存在不兼容。 方案二： 采用 C++或者 VC 作為編程語言 C++與 VC 在實質(zhì)上是一種語言， VC 是只不過是 C++專用在 WINDOWS 下開發(fā)WIN 的軟件，集成 WIN 的 API，而 C++是一種泛指， Unix、 Linux 和 WIN 等操作系統(tǒng)下都可以用。而 VB 的 MSComm 通信控件提供了標(biāo)準(zhǔn)的事件處理函數(shù)、事件、方法，并通過控件屬性對串口參數(shù)進行設(shè)置，比較容易地解決了串口通信問題。 方案一： 采用 VB 作為編程語言 用 VB 開發(fā)串行通信程序有兩種法，一種是利用 Windows 的 API 函數(shù)；另一種開始 初始化 對濕度進行采樣 有外部中斷 INT？ A/D 初始化 送 LED 顯示 與濕度報警參數(shù)對比 超出？ 聲光報警 結(jié)束 調(diào)用中斷程序 圖 21 系統(tǒng)主程序 流程圖 發(fā)送至上位機 Y N N Y 西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 9 是采用 VB 的通信控件 MSComm。因此在功能比較復(fù)雜的控制系統(tǒng)中，通常以 PC 機為上位機，單片機為下位機，由單片機完成數(shù)據(jù)的采集及對裝置的控制，而由上位機完成各種復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理及對單片機的控制。系統(tǒng)的主程序流程圖 如下圖圖 21 所示： 西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 8 上位機軟件設(shè)計方案 現(xiàn)代化集中管理需要對現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計、分析 、制表、打印、繪圖、報警等 ，同時 ， 又要求對現(xiàn)場裝置進行實時控制，完成各種規(guī)定操作，達到集中管理的目的。其中主程序的功能是完成系統(tǒng)的初始化、信號采集及處理、信息顯示、濕度超限報警。單片機應(yīng)用軟件主要實現(xiàn)定時數(shù)據(jù)采集、 數(shù)字信號處理、存儲、顯示、通信處理等功能； PC 機應(yīng)用軟件主要是對進一步處理總站多路數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器傳輸過來的數(shù)據(jù)，提供友好的監(jiān)測界面 ，實現(xiàn)串口通信，數(shù)據(jù)庫保存、查詢等功能 。所以，在本設(shè)計中，采用LED 顯示技術(shù) [5]。 簡單地說， LCD 與 LED 是兩種不同的顯示技術(shù)， LCD 是由液態(tài)晶體組成的顯示屏，而 LED 則是由發(fā)光二極管組成的顯示屏。有機 LED 顯示屏的單個元素反應(yīng)速度是 LCD 液晶屏的1000 倍，在強光下也可以照看不誤，并且適應(yīng)零下 40 度的低溫。 LED 與 LCD 的功耗比大約為 10:1，而且更高的刷新速率使得 LED在視頻方面有更好的性能表現(xiàn)，能提供寬達 160176。它采用低電壓掃描驅(qū)動，具有耗電少、使用壽命長、成本低、亮度高、故障少、視角大、可視距離遠等特點。目前，中國在 LED 基礎(chǔ)材料制造方面與國際還存在著一定的差距，但就 LED 顯示屏而言，中國的設(shè)計和生產(chǎn)技術(shù)水平基本與國際同步。 方案二： 采用 LED 顯示技術(shù) LED 是發(fā)光二極管（ Light Emitting Diode）的英文縮寫，是一種固態(tài)的半導(dǎo)體器件，它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光。顯示范圍覆蓋了從 1 英寸至 40 英寸范圍內(nèi)的所有顯示器的應(yīng)用范圍以及投影大平面，是全尺寸顯示終端；顯示質(zhì)量從最簡單的單色字符圖形到高分辨率，高彩色保真度，高亮度，高對比度，高西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 7 響應(yīng)速度的各種規(guī)格 型號的視頻顯示器；顯示方式有直視型，投影型，透視式，也有反射式。 方案一： 采用 LCD 顯示技術(shù) LCD 是液晶顯示屏的全稱，主要有 TFT、 UFB、 TFD、 STN 等幾種類型的液晶顯示屏。 綜合比較可以發(fā)現(xiàn)， CHTM02/N 系列濕度傳感器無論從電氣特性、尺寸、應(yīng)用范圍，還是從價格等方面都比較適合于本次系統(tǒng)的設(shè)計，所以采用 CHTM02/N 系列濕度傳感器作為濕度檢測元件。價格 約為 人民幣 10 元 左右 。5%RH，有效測量范圍 25～ 95%RH。 方案 三 ： 采用 CHTM02/N 系列濕度傳感器 CHTM02/N 系列濕度傳感器的敏感元件為 LM35（或 NTC）及 CHR01 高分子濕敏電阻，輸出線性電壓信號。長期穩(wěn)定性及可靠性，年漂移量%RH/年 [4]。 方案 二 ： 采用 HS1101 濕度傳感器 用濕度傳感器 HS1101 做成的電壓輸出濕度模塊，高可靠性與長時間穩(wěn)定性，在5VDC 供電時， 0～ 100%RH 對應(yīng)輸出 1~4VDC 線性電壓，溫度依賴性非常低；寬量程： 0~100%RH，工作溫度范圍寬； 5VDC 恒壓供電， 14VDC 放大線形電壓輸出；抗靜電，防灰塵，有效抵抗各種腐蝕性氣體物質(zhì)常溫使用無需溫度補償；無需校準(zhǔn)；電容與濕度變化 。其具有 穩(wěn)定、低漂移、高精度、快速響應(yīng)特性、高可靠，耐水性好等特點，具有很好的適應(yīng)性。 濕度傳感器的選擇 目前，市場上有許多類型的濕度傳感器，其參數(shù)及適用場合等各不相同，現(xiàn)就幾種常用的濕度傳感器進行比較?，F(xiàn)在比較流行 的型號是 ATmega8/16。傳統(tǒng)的 MCS51 系列單片機所有的數(shù)據(jù)處理都是基于一個累加器的，因此累加器與程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換就成了單片機的瓶頸；在 AVR單片機中，寄存器由 32 個通用工作寄存器組成，并且任何一個寄存器都可以充當(dāng)累加器，從而有效地避免了累加器的瓶頸效應(yīng)，提高了系統(tǒng)的性能。AVR 單片機的程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器是分離的，并且可對具有相同地址的程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器進行獨立的尋址。 CPU 采用 RISC 結(jié)構(gòu)，分別僅有 33， 35， 58 條指令，采用 Harvard 雙總線結(jié)構(gòu)，運行速度快，低工作電壓，低功耗，較大的輸入輸出直接驅(qū)動能 力，一次性編程，小體積，適用于用量大、檔次低、價格敏感的產(chǎn)品。 西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 5 方案二： 采用 PIC 單片機作為微控器 PIC 單片機速度快，片內(nèi)資源豐富，抗干擾能力強，價格便宜。 方案一： 采用 ARM 作為微控器 ARM 微處理器已遍及工業(yè)控制、消費類電子產(chǎn)品、通信系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、無線系統(tǒng)等各類產(chǎn)品市場，基于 ARM 技術(shù)的微處理器應(yīng)用約占據(jù)了 32 位 RISC 微處理器75％以上的市場份額。 MCU 接收到信號后進行數(shù)據(jù)分析，當(dāng)空氣濕 度達到設(shè)定邊緣值，將輸出數(shù)字信號驅(qū)動聲光報警（若組建網(wǎng)絡(luò)后將向上位 PC 機輸出所處位置及報警值）以讓監(jiān)控人員及時進行處理。 系統(tǒng)設(shè)計主要原理 空氣濕度檢測是生活和工業(yè)測量中很重 要的部分，根據(jù)采用的測量元件和測量方法的不同，其精度也不同，因而對數(shù)據(jù)采集（ A/D 轉(zhuǎn)換）的精度也不同，對測量結(jié)果的定標(biāo)要到專業(yè)的計量部門才能進行，這樣就給現(xiàn)場測量帶來了很大的不便，我們在空氣濕度測量的研究和設(shè)計過程中查閱了大量的資料和成果，結(jié)合測控專業(yè)的特點，提出了能夠?qū)崿F(xiàn)空氣濕度檢測和報警的系統(tǒng)設(shè)計方案。 論文將從系統(tǒng)的設(shè)計總體方案