課程設(shè)計(jì)--co2濃度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p>　　課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書(shū)</p><p>　　12/13學(xué)年第 一 學(xué)期</p><p>　　下達(dá)任務(wù)書(shū)日期: 2012年 12 月 24 日</p><p>　　課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書(shū)</p><p>　　課 程 設(shè) 計(jì)任 務(wù) 書(shū)</p><p><b>　　目 錄<

2、;/b></p><p>　　1 引言………………………………………………………………………………………… 1</p><p>　　1.1 溫室CO2濃度控制系統(tǒng)的背景……………………………………………… 1</p><p>　　1.2 課程設(shè)計(jì)的目的 …………………………………………………………… 1</p><p>　　1.3

3、 課程設(shè)計(jì)的意義……………………………………………………………… 1</p><p>　　2 溫室CO2濃度控制系統(tǒng)的原理概述…………………………………………… 1</p><p>　　3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) ………………………………………………………………… 1</p><p>　　3.1 傳感器的選擇 ……………………………………………………………… 1<

4、;/p><p>　　3.2 濾波放大電路的設(shè)計(jì)………………………………………………………… 3</p><p>　　3.3 轉(zhuǎn)換及顯示電路設(shè)計(jì)………………………………………………………… 3</p><p>　　3.4 晶振和復(fù)位電路……………………………………………………………… 6</p><p>　　3.5 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換……………………

5、………………………………………………… 6</p><p>　　4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)…………………………………………………………………… 7</p><p>　　4.1 總體程序流程圖……………………………………………………………… 7</p><p>　　4.2 源程序代碼…………………………………………………………………… 7</p><p

6、>　　5 課程設(shè)計(jì)體會(huì)………………………………………………………………… 10</p><p>　　附錄 總體電路 ………………………………………………………………… 11</p><p>　　參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………12</p><p>　　致謝 ……………………………………………………………………………… 1

7、2</p><p><b>　　1 引言</b></p><p>　　1．1 溫室CO2濃度控制系統(tǒng)的背景</p><p>　　溫室環(huán)境自動(dòng)控制是近幾年來(lái)隨著人們生活水平不斷提高而逐步發(fā)展起來(lái)的一種高效農(nóng)業(yè)技術(shù)，它利用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、傳感技術(shù)等高科技手段，提供與季節(jié)無(wú)關(guān)的適合作物生長(zhǎng)的環(huán)境。為此，介紹了溫室CO2自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成及其工作原

8、理。系統(tǒng)以單片機(jī)為核心，并可以和PC機(jī)串口通信。系統(tǒng)可完成溫室內(nèi)CO2濃度的采集、顯示，并實(shí)現(xiàn)報(bào)警及自動(dòng)調(diào)節(jié)，試驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)操作方便，運(yùn)行可靠，便于擴(kuò)充。</p><p>　　1．2 課題設(shè)計(jì)的目的</p><p>　　設(shè)計(jì)一個(gè)計(jì)算機(jī)CO2濃度程序控制系統(tǒng)，可以對(duì)溫室的CO2濃度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)和控制。通過(guò)設(shè)計(jì)，掌握數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理、設(shè)計(jì)步驟，進(jìn)一步提高綜合運(yùn)用知識(shí)

9、的能力。</p><p>　　1．3 課題設(shè)計(jì)的意義</p><p>　　加深理解直流電動(dòng)機(jī)在單片機(jī)上的運(yùn)用，增進(jìn)對(duì)電路仿真的興趣。</p><p>　　2 溫室CO2濃度控制系統(tǒng)的原理概述</p><p>　　在溫室內(nèi)使用CO2濃度傳感器，采集得到濃度，通過(guò)濾波放大，經(jīng)ADC0809轉(zhuǎn)換后變成數(shù)字信號(hào)，輸入89C51內(nèi)，再通過(guò)四位數(shù)碼管

10、顯示出來(lái)?？驁D如下：</p><p><b>　　圖1 原理圖</b></p><p><b>　　3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3.1 傳感器的選擇</p><p>　　查詢資料，GT03/04系列CO2濃度傳感器可以測(cè)量室內(nèi)空氣中二氧化碳濃度值，CO2濃度高會(huì)讓人在室內(nèi)時(shí)感到

11、疲憊不適?？山?jīng)過(guò)通風(fēng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制室內(nèi)、室外空氣，讓CO2值控制在最合適的環(huán)境，讓人在室內(nèi)更有活力，目前在大樓室內(nèi)已大量使用CO2檢知器／在農(nóng)業(yè)應(yīng)用提供植物的CO2讓植物生產(chǎn)快速更健康。適用場(chǎng)合如下：</p><p>　　1） HVAC空調(diào)系統(tǒng)監(jiān)控。</p><p><b>　　2）儀器測(cè)試設(shè)備。</b></p><p>　　3） 環(huán)境控制與監(jiān)控

12、系統(tǒng)。</p><p>　　GT03/04系列CO2濃度傳感器的說(shuō)明如下：</p><p><b>　　圖2 </b></p><p>　　選GT03-612-N，具體規(guī)格如下表：</p><p><b>　　表1</b></p><p>　　3.2 濾波放大電

13、路的設(shè)計(jì)</p><p>　　通過(guò)分析，設(shè)計(jì)的二氧化碳濾波放大電路如圖3：</p><p><b>　　圖3</b></p><p>　　選用的CO2濃度傳感器的測(cè)量范圍為0~1000ppm，輸出范圍為電壓0~10V，而ADC0809的輸入為0~5V，所以先經(jīng)過(guò)濾波和放大電路（實(shí)際上是縮小）把0~10V的電壓變成0~5V。</p>

14、<p>　　上圖中的C1，C2，C3起濾波作用，第一級(jí)反相比例放大電路的放大系數(shù)為，</p><p>　　第二級(jí)反相比例放大電路為，所以兩級(jí)放大電路的放大系數(shù)為，這樣就</p><p>　　可以把0~10V的電壓變成0~5V。</p><p>　　3.3 轉(zhuǎn)換及顯示電路設(shè)計(jì)</p><p>　　1） ADC0809芯片：<

15、/p><p>　　ADC0809是帶有8位A/D轉(zhuǎn)換器、8路多路開(kāi)關(guān)以及微處理機(jī)兼容的控制邏輯的CMOS組件。它是逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，可以和單片機(jī)直接接口。 （1）ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu) </p><p>　　由下圖可知，ADC0809由一個(gè)8路模擬開(kāi)關(guān)、一個(gè)地址鎖存與譯碼器、一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器和一個(gè)三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開(kāi)關(guān)可選通8個(gè)模擬通道，允許8路模擬量分時(shí)輸入，共用A/D轉(zhuǎn)

16、換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存A/D轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當(dāng)OE端為高電平時(shí)，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。</p><p><b>　　圖4</b></p><p>　?。?）．ADC0809引腳結(jié)構(gòu) </p><p>　　ADC0809各腳功能如下：D7-D0：8位數(shù)字量輸出引腳。IN0-IN7：8位模擬量輸入引腳。VCC：+

17、5V工作電壓。GND：地。REF（+）：參考電壓正端。REF（-）：參考電壓負(fù)端。START：A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)輸入端。ALE：地址鎖存允許信號(hào)輸入端。（以上兩種信號(hào)用于啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換）.EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)輸出引腳，開(kāi)始轉(zhuǎn)換時(shí)為低電平，當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)為高電平。OE：輸出允許控制端，用以打開(kāi)三態(tài)數(shù)據(jù)輸出鎖存器。CLK：時(shí)鐘信號(hào)輸入端（一般為500KHz）。A、B、C：地址輸入線。ALE為地址鎖存允許輸入線，高電平有效

18、。當(dāng)ALE線為高電平時(shí)，地址鎖存與譯碼器將A，B，C三條地址線的地址信號(hào)進(jìn)行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量進(jìn)入轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。A，B和C為地址輸入線，用于選通IN0－IN7上的一路模擬量輸入。ST為轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)。當(dāng)ST上跳沿時(shí)，所有內(nèi)部寄存器清零；下跳沿時(shí)，開(kāi)始進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換；在轉(zhuǎn)換期間，ST應(yīng)保持低電平。EOC為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)。當(dāng)EOC為高電平時(shí)，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束；否則，表明正在進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。OE為輸出允許信號(hào)，用于控制三條輸出鎖存器

19、向單片機(jī)</p><p><b>　　2）轉(zhuǎn)換電路：</b></p><p>　　電路見(jiàn)下頁(yè)的大圖，采集得到的電壓從ADC0809的IN0通道輸入，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后輸入單片機(jī)。</p><p>　　3）顯示電路：如圖5</p><p><b>　　圖5</b></p><p>

20、　　將P0口的八個(gè)管腳接上拉電阻并分別接四個(gè)數(shù)碼管的8位段選端，再將P2.0~P2.3分別經(jīng)反相器后接到四個(gè)數(shù)碼管的位選段。見(jiàn)圖6</p><p><b>　　圖6</b></p><p><b>　　A/D轉(zhuǎn)換電路</b></p><p>　　3.4 晶振和復(fù)位電路</p><p><b&

21、gt;　　1）晶振電路如圖7</b></p><p><b>　　2）復(fù)位電路如圖8</b></p><p>　　圖7.晶振電路 圖8.復(fù)位電路</p><p><b>　　3.5 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換</b></p><

22、p>　　CO2濃度傳感器的測(cè)量范圍為0~1000ppm，假設(shè)經(jīng)ADC0809輸出的數(shù)字量為，則對(duì)應(yīng)的CO2濃度為：ppm，最后要保留一位小數(shù)，可以先把該值乘以10，再分解出對(duì)應(yīng)的位。=，而，因?yàn)闇y(cè)量范圍為0~2000ppm，而實(shí)際輸出的范圍為0~600ppm，所以應(yīng)該小于80H，故用一個(gè)寄存器就可以存儲(chǔ)，再除以25，得到的商為實(shí)際值的百位，余數(shù)再除以100得到的商為實(shí)際值的十位，得到的余數(shù)再除以10，商為實(shí)際值的個(gè)位，余數(shù)為小數(shù)點(diǎn)

23、后的一位。</p><p><b>　　4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　4.1 總體程序流程圖</p><p><b>　　圖9.程序流程圖</b></p><p>　　4.2 源程序代碼</p><p><b>　　ORG 0000H</

24、b></p><p><b>　　LJMP MAIN</b></p><p>　　ORG 0003H</p><p><b>　　LJMP OPT</b></p><p><b>　　ORG 0030H</b></p><p>　　MIAN:MO

25、V R0,#50H;數(shù)據(jù)存放地址</p><p><b>　　SETB IT0</b></p><p><b>　　SETB EA</b></p><p><b>　　SETB EX0</b></p><p>　　;**********************讀鍵</p&

26、gt;<p>　　KEY:MOV P2,#0FFH;把P2口做輸入口</p><p>　　MOV A,P2;讀P2口狀態(tài)</p><p>　　CPL A;取正邏輯，高電平表示按下</p><p>　　ANL A,#80H;取第7位狀態(tài)</p><p><b>　　JZ KEY</b></p>

27、<p>　　LACLL DIMS;延時(shí)去抖</p><p>　　MOV A,P2;再讀P2口</p><p><b>　　CPL A</b></p><p>　　ANL A,#80H</p><p><b>　　JZ KEY;</b></p><p>　　;****

28、*******************等鍵釋放</p><p>　　KEY1:MOV A,P2</p><p><b>　　CPL A</b></p><p>　　ANL A,#80H</p><p>　　JNZ KEY1;為低電平則釋放</p><p>　　;******************

29、****啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換</p><p>　　MOV DPTR,#7FF8H;地址</p><p>　　MOVX @DPTR,A;啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換</p><p>　　HERE:SJMP HERE</p><p>　　;*********************把濃度值的各位數(shù)存起來(lái)</p><p>　　L1:MOV A,

30、@R0</p><p><b>　　RL A;乘以2</b></p><p><b>　　MOV B,#25</b></p><p>　　DIV AB;除以25，商為真實(shí)值的百位</p><p>　　MOV R1,#51H</p><p>　　MOV @R1,A;把百位存入5

31、1H</p><p><b>　　INC R1</b></p><p>　　MOV A,B;把余數(shù)送A</p><p>　　MOV B,#100</p><p>　　DIV AB;除以100，商為真實(shí)值的十位</p><p>　　MOV @R1,A;把十位存入52H</p><

32、p><b>　　INC R1</b></p><p><b>　　MOV B,#10</b></p><p>　　DIV AB;除以10，商為真實(shí)值的個(gè)位，余數(shù)為真實(shí)值的小數(shù)點(diǎn)后的數(shù)</p><p>　　MOV @R1,A;把個(gè)位存入53H</p><p><b>　　INC R1&

33、lt;/b></p><p>　　MOV @R1,B;把小數(shù)點(diǎn)后的數(shù)存入54H</p><p>　　;**************************</p><p>　　DIS:MOV R2,01H;位選碼</p><p><b>　　MOV A,R2</b></p><p>　　MO

34、V DPTR,#TAB;把沒(méi)有小數(shù)點(diǎn)的段選碼表格首地址送DPTR</p><p>　　LCALL DIS2;顯示小數(shù)點(diǎn)后的數(shù)</p><p>　　MOV DPTR,#TAB1;把有小數(shù)點(diǎn)的段選碼首地址送DPTR</p><p>　　LCALL DIS2;顯示個(gè)位及小數(shù)點(diǎn)</p><p>　　MOV DPTR,#TAB</p>&

35、lt;p>　　LCALL DIS2;顯示十位</p><p>　　LCALL DIS2;顯示百位</p><p>　　DIS2：MOV P2，A;送位選碼</p><p><b>　　MOV A,@R1</b></p><p>　　MOVC A,@A+DPTR;取段選碼</p><p>　　

36、MOV P0,A;顯示</p><p>　　ACALL DIMS;延時(shí)</p><p><b>　　DEC R1</b></p><p><b>　　MOV A,R2</b></p><p><b>　　RL A;左移</b></p><p><b

37、>　　MOV R2，A</b></p><p><b>　　RET</b></p><p>　　DIMS:MOV R7,#0FH</p><p>　　W1:MOV R6,#0FFH</p><p>　　W2：DJNZ R6，W2</p><p>　　DJNZ R7,W1</

38、p><p><b>　　RET</b></p><p>　　OPT:MOVX A,@DPTR;讀數(shù)</p><p>　　MOV @R0,A;保存</p><p><b>　　LJMP L1</b></p><p><b>　　RETI</b></p&g

39、t;<p>　　TAB: DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH</p><p>　　DB 7DH,07H,7FH,6FH,77H,7CH</p><p>　　DB 39H,5EH,79H,71H,40H,00H</p><p>　　TAB1: DB 0BFH,36H,0DBH,0CFH,0F6H,0EDH</p><

40、p>　　DB 0FDH,87H,0FFH,0EFH,0F7H,0FCH</p><p>　　DB 0B9H,0DEH,0F9H,0F1H,0C0H,80H</p><p><b>　　END</b></p><p><b>　　5 課程設(shè)計(jì)體會(huì)</b></p><p>　　經(jīng)過(guò)兩星期的努力，

41、終于完成了課程設(shè)計(jì)。本次單片機(jī)的課程設(shè)計(jì)用到了AT89C51。如果說(shuō)在過(guò)去一學(xué)期里，我們的學(xué)習(xí)是一個(gè)知識(shí)的積累過(guò)程，那么現(xiàn)在的課程設(shè)計(jì)就是對(duì)過(guò)去所學(xué)的知識(shí)的綜合應(yīng)用，是對(duì)理論進(jìn)行深化和重新認(rèn)識(shí)的實(shí)踐活動(dòng)。首先，學(xué)習(xí)能力和解決問(wèn)題的信心都得到了提高。在課程設(shè)計(jì)的過(guò)程中，遇到了很多困難，但是在查閱了很多有關(guān)書(shū)籍和向同學(xué)請(qǐng)教后終于解決了。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我不僅對(duì)理論有了更深一步的認(rèn)識(shí)，還培養(yǎng)了自學(xué)能力和解決問(wèn)題的能力，更重要的是，培養(yǎng)了克服

42、困難的勇氣和信心。其次，我們的課程設(shè)計(jì)之所以能基本完成，要深深地感謝我們的指導(dǎo)老師的悉心指導(dǎo)和幫助。。知識(shí)固然得到了鞏固和提高，但我相信在實(shí)踐中的切身體會(huì)將會(huì)使我在以后的工作和學(xué)習(xí)中終身受用。</p><p><b>　　附圖：總體電路</b></p><p><b>　　參 考 文 獻(xiàn)</b></p><p>　　李朝青

43、 單片機(jī)原理及接口技術(shù)。北京航空航天大學(xué)出版社，2005年</p><p>　　李群芳 單片機(jī)原理、接口及應(yīng)用。清華大學(xué)出版社，2005年</p><p>　　陳汝全 電子技術(shù)常用器件應(yīng)用手冊(cè)。機(jī)械工業(yè)出版社，2004年</p><p>　　蔣輝平 基于proteus的單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真研究，2009年</p><p><b&