【正文】 方案；主要包括硬件的以下設(shè)計(jì)：單片機(jī)模塊硬件電路設(shè)計(jì)、溫濕度傳感器硬件電路設(shè)計(jì)、電源模塊的硬件電路設(shè)計(jì)和用戶交互模塊的硬件電路設(shè)計(jì)。 硬件設(shè)計(jì)準(zhǔn)備本次設(shè)計(jì)使用作為繪制底層硬件電路板的軟件工具為Altium Designer09。它是一套構(gòu)建在板設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)特性基礎(chǔ)上的設(shè)計(jì)軟件，其主要功能包括電路原理圖設(shè)計(jì)、印刷電路板設(shè)計(jì)、改進(jìn)型拓?fù)渥詣硬季€、模擬/數(shù)字混合信號仿真、布局前后信號完整性分析等各種電路設(shè)計(jì)功能，還能夠計(jì)算機(jī)輔助輸出和編輯性能等。下文對系統(tǒng)的各個功能模塊進(jìn)行了講述，繪制原理圖是繪制PCB板的前提，只有正確的繪制原理圖并形成正確的網(wǎng)絡(luò)表才能繪制PCB板。 單片機(jī)模塊外圍設(shè)計(jì) 單片機(jī)模塊主要是使用STC89C51作為單片機(jī)，下面主要是STC89C51的性能的簡介以及外圍電路的設(shè)計(jì)。單片機(jī)模塊是空氣溫濕度儀系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容。單片機(jī)模塊主要包括單片機(jī)電路和調(diào)試電路，采用上電自復(fù)位方式。P0口外接上拉電阻；。這些都需要提前考慮。充分的了解系統(tǒng)中各個模塊的所需要的功能，各個模塊的所需要的原件，最終選擇外圍電路的借口。圖31 單片機(jī)外圍電路 溫濕度傳感器根據(jù)上一章的選型，確定本次設(shè)計(jì)的溫濕度傳感器型號為：SHT10。SHT10采用的是14位的A/D轉(zhuǎn)換器，并且是I178。制作工藝采用CMOS過程微加工專利技術(shù)，能夠很大程度上確保溫濕度傳感器具有極高的可靠性和出色的長期穩(wěn)定性。根據(jù)對SHT10傳感器接口類型和功能的了解，確定溫濕度傳感模塊硬件電路設(shè)計(jì)。傳感器的串行數(shù)據(jù)（DATA），給單片機(jī)發(fā)送命令。使傳感器在硬件電路的設(shè)計(jì)上滿足本次設(shè)計(jì)的需求。圖32溫濕度傳感器電路 電源模塊設(shè)計(jì)電源供電部分采用12V/5V直流輸入的電源適配器或蓄電池供電，電源輸入后12V電源經(jīng)過LM25965電源芯片降為5V，經(jīng)過橋整、電容濾波后為板子提供5V電壓，系統(tǒng)的電源電路如圖33所示，其中，VCC5跟電池輸出的作用一樣，都是為板上的元器件和芯片提供合適的工作電源；另外，它也可以為以5V為工作電壓的傳感器供電(監(jiān)測節(jié)點(diǎn)上留有溫濕度傳感器接口，可用于擴(kuò)展)。固定輸出版本有 5V、12V，可調(diào)版本可以輸出小于 37V的各種電壓。由于該器件只需 4個外接元件，可以使用通用的標(biāo)準(zhǔn)電感，這更優(yōu)化了LM2596的使用，極大地簡化了開關(guān)電源電路的設(shè)計(jì)。其中LCD顯示設(shè)備，可以更好的方便用戶現(xiàn)場的管理實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，使系統(tǒng)更人性化。顯示溫濕度數(shù)值狀態(tài)的為LCD顯示硬件電路設(shè)計(jì),報(bào)警設(shè)備的顯示為LED顯示硬件電路設(shè)計(jì)。 LCD顯示設(shè)備設(shè)計(jì)液晶顯示模塊是各個屏顯設(shè)計(jì)中現(xiàn)場交互的最主要方式，一般主要實(shí)現(xiàn)對即時采集到的環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時顯示以及現(xiàn)場警報(bào)界面信息提示，此外還提供對按鍵操作的界面顯示，例如：通過按鍵操作控制模塊的繼電器，界面會顯示相應(yīng)的信息機(jī)控制繼電器的接口的選擇和繼電器開關(guān)狀態(tài)的顯示以及按鍵執(zhí)行操作的選擇。本次設(shè)計(jì)的為溫濕度測量儀，根據(jù)初步設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)含有溫濕度屏幕顯示的功能。LCD的選用根據(jù)上一章的選型結(jié)果確定采用LM016L型號液晶。為節(jié)省單片機(jī)有限的片上資源，采用液晶的串行數(shù)據(jù)傳輸方式。另外,通過調(diào)節(jié)LCD的LED+引腳的偏置電壓,對LCD背光進(jìn)行點(diǎn)亮、熄滅控制，即使在環(huán)境光亮程度較低的情況下,可以清晰的觀察LCD液晶屏上顯示的界面和數(shù)據(jù)。由于51單片機(jī)內(nèi)部沒有上拉電阻，如果輸出高電平的電流時，應(yīng)當(dāng)接上拉電阻，提供更充足的高電平輸入電流，提高信號穩(wěn)定程度，可增加抵抗外界干擾的能力。數(shù)據(jù)/，讀/。這樣就完成了LCD液晶顯示設(shè)備的電路圖設(shè)計(jì)。 圖34 液晶模塊電路 按鍵電路與報(bào)警電路設(shè)計(jì)用戶通過鍵盤與系統(tǒng)交互，可對系統(tǒng)程序的運(yùn)行做出調(diào)節(jié)，電路如圖35所示。按鍵的主要執(zhí)行功能是配合液晶顯示實(shí)現(xiàn)用戶的現(xiàn)場操作，兩個按鍵用來調(diào)節(jié)溫濕度顯示報(bào)警的最大值，S2作用是報(bào)警閥值的增大，S5作用是報(bào)警閥值的減小。增加設(shè)備人性化。報(bào)警功能硬件電路設(shè)計(jì)較為簡單。其硬件電路連接情況如圖36所示。報(bào)警電路設(shè)計(jì)通過占用少量的單片機(jī)接口，增加溫濕度測量儀功能。其中單片機(jī)模塊采用STC89C51單片機(jī)外圍電路設(shè)計(jì)，溫濕度傳感器模塊采用SHT10型號傳感器電路設(shè)計(jì)，電源模塊采用LM2596單片機(jī)電路設(shè)計(jì)，用戶交互模塊采用液晶顯示電路設(shè)計(jì)、按鍵電路設(shè)計(jì)和報(bào)警電路設(shè)計(jì)；在Altium Designer09電路設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行了總原理圖的繪制，為以后使用軟件進(jìn)行PCB版的制作奠定基礎(chǔ)。首先確立系統(tǒng)的總的流程圖，隨后根據(jù)設(shè)計(jì)程序的步驟按照各個模塊的功能進(jìn)行設(shè)計(jì)，最終確立最終程序。Keil主要提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個集成開發(fā)環(huán)境（uVision）將這些部分組合在一起。Keil μVision4，Keil μVision4引入靈活的窗口管理系統(tǒng)，使開發(fā)人員能夠使用多臺監(jiān)視器，并提供了視覺上的表面對窗口位置的完全控制的任何地方。新版本支持更多最新的ARM芯片，還添加了一些其他新功能。圖41 keil4工作界面 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) 系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)主程序?yàn)楸敬螠貪穸葴y量儀設(shè)計(jì)的框架，根據(jù)主程序確定各個程序運(yùn)行的順序。系統(tǒng)開啟后，液晶LCD初始化，系統(tǒng)參數(shù)初始化，初始化內(nèi)容包括：確定編程寄存器的工作方式、確定串行口控制及需要進(jìn)行的中斷設(shè)置等。其中操作者可以再任意時刻更改濕度報(bào)警值。圖42 系統(tǒng)軟件流程圖 傳感器讀取參數(shù)子程序設(shè)計(jì)溫濕度傳感器采用I178。其數(shù)據(jù)采集程序設(shè)計(jì)流程圖如圖43所示。若通訊正常，測取空氣環(huán)境濕度，測取結(jié)束后判斷是否通信正常，如果通信中斷，則執(zhí)行復(fù)位子函數(shù)，通信正常傳感器則輸出溫濕度值。（1）傳感器讀函數(shù)設(shè)計(jì)傳感器讀函數(shù)流程圖如圖44所示，首先傳感器上電，單片機(jī)給傳感器輸入指令，隨后釋放傳感器數(shù)據(jù)線，判斷數(shù)據(jù)高位是否為1，如果高位為1，高位右移，讀取數(shù)據(jù)線的值，判斷循環(huán)右移后高位是否為1，直到高位值不為1，隨后結(jié)束傳感器與單片機(jī)通訊，延時3微秒，接著單片機(jī)再次釋放數(shù)據(jù)線，程序結(jié)束，完成傳感器讀函數(shù)程序。圖45 傳感器寫函數(shù)流程圖 LCD顯示子程序設(shè)計(jì)要想實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)信息及時間的顯示，最重要的是對LM016L的讀寫操作，LM016L有自己的RAM地址及指令，以及自身的標(biāo)準(zhǔn)字符庫。所以根據(jù)LM016L的自身的指令表確定編寫程序的內(nèi)容。LM016L顯示程序分為初始化函數(shù)，寫指令函數(shù)，寫字符函數(shù)，LCD寫字符串函數(shù)，字符函數(shù)和延時函數(shù)組成。最終完成LCD顯示子程序設(shè)計(jì)。寫字符函數(shù)流程圖如圖46,LCD上電啟動程序，單片機(jī)內(nèi)置的位置顯示和從傳感器發(fā)來的數(shù)據(jù)載入程序，再經(jīng)過單片機(jī)運(yùn)算處理，在LCD上確定要求的位置，數(shù)據(jù)的寫允許載入，寫入命令指令并延遲10微秒，單片機(jī)載入LCD使能為0命令，命令執(zhí)行后延遲10微秒，寫字符程序結(jié)束。LCD寫字符串函數(shù)流程圖如圖47，首先LCD上電后，單片機(jī)內(nèi)置的顯示位置和字符串傳輸傳輸給LCD，LCD首先確定字符串在屏幕上應(yīng)當(dāng)顯示位置信息，然后LCD得到允許寫入地址命令，判斷字符串是否已將結(jié)束，如果沒有結(jié)束寫入字符，地址編碼加一，直到判斷字符串已將結(jié)束，字符串輸入程序結(jié)束。圖47 LCD寫字符串函數(shù)流程圖 警報(bào)子程序設(shè)計(jì)除了上述比較復(fù)雜的程序外還有一些相對簡單的子程序即按鍵子程序和警報(bào)子程序。增加設(shè)計(jì)產(chǎn)品的功能性。警報(bào)子程序的設(shè)計(jì)旨在提供一個監(jiān)測報(bào)警設(shè)備，在硬件設(shè)計(jì)時引入喇叭是為了對溫度超過最大值是進(jìn)行警報(bào)，引入液晶和按鍵是為了方便現(xiàn)場的人機(jī)交互。按鍵子程序用來調(diào)節(jié)閥值的大小，警報(bào)子程序主要是用來比較外界溫濕度和閥值溫度。主要過程是：當(dāng)外界溫濕度高于閥值溫度是LED燈亮起，蜂鳴器報(bào)警。圖48 按鍵程序流程圖如上圖48所示，首先設(shè)定按鍵程序的初始值Flag=65（初始的預(yù)警濕度值）和設(shè)定按鍵單片機(jī)的兩個接口都為高電平。繼續(xù)判斷增大按鈕是否再次按下，若沒有按下引起的電壓變化；進(jìn)行減小鍵是否按下的判斷，若檢測到減小鍵按下，引起的電壓變化，判斷Flag值是否大于0，若大于0，則Flag減1，反之，則Flag值置為99，直到?jīng)]有檢測到減小按鈕按下引起的電壓變化時結(jié)束循環(huán)，把Flag最終值通過單片機(jī)傳輸給LCD，顯示出最大濕度值。在硬件電路的基礎(chǔ)上，完成對各個功能模塊的軟件設(shè)計(jì)，包括傳感器讀取參數(shù)子程序的設(shè)計(jì)，LCD顯示子程序的設(shè)計(jì)和警報(bào)子程序的設(shè)計(jì)。第五章 系統(tǒng)仿真5 系統(tǒng)仿真 仿真調(diào)試本次設(shè)計(jì)的驗(yàn)證主要為仿真測試，應(yīng)用proteus軟件進(jìn)行仿真，首相根據(jù)在protel中完成的電路圖進(jìn)行繪制電路圖。軟件的操作，繪制電路圖時硬件的選取都是按照硬件選型的型號。然后載入通過上一章軟件編寫后生成的文件，通過這個軟件的仿真平臺進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。仿真過程：載入仿真所需的文件，按下仿真按鈕。調(diào)節(jié)電路中的兩個按鈕改變濕度最大值為65％，此時沒有測量溫度沒有達(dá)到報(bào)警溫度，LED不亮，蜂鳴器沒有報(bào)警。說明程序的編寫和硬件電路的搭建是匹配的。圖51 仿真結(jié)果顯示 仿真結(jié)果分析本次仿真結(jié)果測試通過調(diào)節(jié)SHT10上的溫濕度增鍵按鈕，觀察LCD上顯示出的溫濕度測量值，填寫測量結(jié)果到表51，對比實(shí)際的溫濕度值和測得的溫濕度測量值的差值，進(jìn)行本次設(shè)計(jì)的仿真結(jié)果分析。通過濕度值的變化比較可知，測量誤差隨著實(shí)際濕度值的增加而不斷增大。觀察各個功能更的正確運(yùn)行，確定最終的程序和電路設(shè)計(jì)。本次設(shè)計(jì)做了一下工作：(1)通過對整體設(shè)計(jì)的模塊化，分析清楚了各個模塊的功能和硬件的選型。其他模塊與主控模塊的借口方式。(4)通過仿真軟件的仿真，驗(yàn)證程序和硬件的配套性，最終確定本次設(shè)計(jì)軟硬件在理想條件下的正確性。對于整個系統(tǒng)而言，采用液晶屏顯示，顯示內(nèi)容更豐富。根據(jù)本系統(tǒng)目前已經(jīng)現(xiàn)的功能和不足，在以下方面尚需做進(jìn)一步的深入增加功能研究：更好的完善軟硬件的設(shè)計(jì)，提高精度。增加繼電器模塊，從而自動調(diào)節(jié)測量環(huán)境的溫濕度。 參考文獻(xiàn)[1] 沙占友,薛樹琦,龐志鋒. 中外集成傳感器實(shí)用手冊. 北京:電子工業(yè)出版社,2005.[2] 盧冬冬. 數(shù)字式標(biāo)準(zhǔn)溫濕度測量儀的設(shè)計(jì)（碩士學(xué)位論文〕河北:河北大學(xué)[3] 胡偉,季曉衡. 單片機(jī)C程序設(shè)計(jì)及應(yīng)用實(shí)例[M]. 北京:人民郵電出版社,2003.[4] 郭文川. 單片機(jī)原理及接口技術(shù). 北京:中國農(nóng)業(yè)出版社,2007.[5] Joe Gampbell[美],徐國定,廖衛(wèi)東. 單片機(jī)通信C程序員指南[M]. 北京:清華大學(xué)出版社,1995.[6] 孫惠芹. 單片機(jī)項(xiàng)目設(shè)計(jì)教程. 北京:電子工業(yè)出版社,2009.[7] 王彥朋. 大學(xué)生電子設(shè)計(jì)與應(yīng)用. 北京:中國電力出版社,2007.[8] 張培仁. 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(SHT10)*****************************************/include include include //Keil library include //Keil library /*****************第一部分LCD1602設(shè)置開始***************************************/define LCD_DB P0 sbit LCD_RS=P2^5。 //P2^ sbit LCD_E=P2^7。 //初始化函數(shù)void LCD_write_mand(uchar mand)。 //寫數(shù)據(jù)函數(shù)void LCD_disp_char(uchar x,uchar y,uchar dat)。 //LCD1602顯示字符串函數(shù)void delay_n10