課程設計--機庫環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的設計

1、<p>　　機庫環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的設計</p><p>　　摘 要：機庫環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)是以單片機技術和傳感器技術為核心，并集成了溫濕度信號采集、煙霧濃度與光照強度信號采集、外部設備控制、極限值設置、系統(tǒng)超限報警、數據串、并行顯示等功能，來實現(xiàn)系統(tǒng)對機庫環(huán)境的遠程監(jiān)測控制。系統(tǒng)以STC89C52單片機為核心，分別以DS18B20、HS1101作為溫、濕度信號的測量元件，而繼電器則用來控制通風設備的啟動與停止。在

2、室內通風控制系統(tǒng)中，不僅要實現(xiàn)信號的采集、數據的實時顯示、極限值的存儲、超限報警等輔助功能，還要實現(xiàn)上位機LabVIEW界面監(jiān)視的功能.這是以PC機作為監(jiān)控系統(tǒng)的中心，通過RS232總線與單片機通信，將采集到的數據傳輸到監(jiān)控計算機，并行顯示。</p><p>　　關鍵詞：單片機，溫度，濕度，傳感器，空氣品質</p><p>　　Abstract：The indoor ventilation

3、-controlled system is based on Microcontroller unit control technology and sesor technology as the core,in order that the system can realize the function of indoor ventilation-controled , the system also integrated the f

4、unction of temperature and humidity signal acquisition,extremal parameter-setting，over-limited-parameter alarm systems,the data-displaying function and so on.To achieve the aim,the system takes STC89C52 as the core,and D

5、S18B20 as the temprature sens</p><p>　　Keywords:Microcontroller Unit，temperature,humidity,sensor ,air quality</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 緒論1</b><

6、;/p><p>　　2 系統(tǒng)總體設計2</p><p>　　2.1 系統(tǒng)總體設計2</p><p>　　2.2系統(tǒng)功能設計2</p><p>　　3 系統(tǒng)硬件設計3</p><p>　　3.1 主控單元3</p><p>　　3.2 濕度測量電路4</p><p>

7、;　　3.3 溫度測量電路5</p><p>　　3.4系統(tǒng)電源電路5</p><p>　　3.5繼電器控制模塊6</p><p>　　3.6 LCD12864顯示電路7</p><p>　　3.7 報警電路8</p><p>　　3.8串口通信電路8</p><p><b&

8、gt;　　4 軟件設計9</b></p><p>　　4.1 主程序軟件流程9</p><p>　　4.1.1 初始化程序9</p><p>　　4.1.2 主程序9</p><p>　　4.2 按鍵掃描程序11</p><p>　　4.3 濕度信號采集及顯示程序11</p>&l

9、t;p>　　4.4 溫度信號采集及顯示13</p><p>　　5 上位機軟件設計15</p><p>　　5.1 LabVIEW界面設計15</p><p>　　5.2上位機軟件控制過程17</p><p><b>　　6 系統(tǒng)調試18</b></p><p><b>

10、　　7 結論19</b></p><p><b>　　8 致謝20</b></p><p><b>　　9 參考文獻21</b></p><p><b>　　附錄22</b></p><p>　　附錄1：系統(tǒng)原理圖22</p><p&g

11、t;　　附錄2：系統(tǒng)主程序23</p><p>　　附錄3 實物照片24</p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　室內通風控制系統(tǒng)是通過智能控制室內通風設備的啟停，提高室內的通風率，以達到提高室內空氣品質，控制室內溫濕度的目的。</p><p>　　近年來，隨著我國科學技術的進步、人們生活水

12、平的不斷提高，越來越多的人開始注重居室的美觀和舒適，豪華裝飾也越來越普遍。各種新型建筑材料、裝修材料、日用化學品進入住宅，成為室內空氣的主要污染源。與此同時，空調的使用和普及使得室內通風率比以前明顯下降，造成住宅室內污染空氣的累積，致使室內的空氣質量嚴重惡化。而那些使用單體家用空調的建筑，在人員外出或睡眠時候，由于對空調的運行、停機，溫濕度、新風等的調節(jié)不能實現(xiàn)自動控制，空調不是處于停機狀態(tài)使室內環(huán)境惡劣，就是處于連續(xù)運行狀態(tài)造成無謂的

13、浪費。 因此空調若能與其它的散熱、送風與排風系統(tǒng)配合起來使用，節(jié)能的空間將是很大的，同時也給使用者營造了一個更加舒適的環(huán)境。</p><p>　　雖然去除空氣污染，提高空氣質量的辦法有多種，可以通過減少污染源，過濾空氣和使用活性炭吸附等辦法，以達到改善空氣質量的目的。專家指出，改善室內空氣質量的最有效的辦法還是通風。</p><p>　　在自然通風不能滿足需要的時候，可以通過機械通風的方式

14、來改善室內空氣質量品質。本文所論述的機械通風方式，不僅僅指的是廚房和衛(wèi)生間的短時排風，而是以改善室內空氣質量為主要目的的通風方式。因為空氣質量是健康生活的一個重要保障。</p><p>　　世界衛(wèi)生組織“健康住宅”標準的15條中就有8條跟室內空氣質量有關，這些都是提高生活品質的主要標志：節(jié)約能源、建筑節(jié)能等。室內通風不暢是現(xiàn)代城市的普遍現(xiàn)象，建筑通風節(jié)能又是緩解能源危機的必由之路。因此國際市場上也有與本控制系統(tǒng)類

15、似的產品，但是由于進口的室內通風設備價格比較昂貴，在國內一直沒有得到大范圍推廣，而本設計所研制的室內環(huán)境智能調節(jié)系統(tǒng)不僅能很好提高室內空氣品質、能耗較小，而且價格相對于進口同類產品較低。</p><p><b>　　2 系統(tǒng)總體設計</b></p><p>　　2.1 系統(tǒng)總體設計</p><p>　　本次設計系統(tǒng)研究開發(fā)的重點內容是系統(tǒng)的硬

16、件及軟件系統(tǒng)，其中控制面板和系統(tǒng)軟件為自主設計，其它常規(guī)傳感器、輔助設備等采用集成的方法實現(xiàn)。系統(tǒng)通過各傳感器節(jié)點采集數據，并在LabVIEW界面顯示。系統(tǒng)的總體框圖如圖2-1所示：</p><p>　　圖2-1 系統(tǒng)的總體框圖</p><p>　　室內通風控制系統(tǒng)采用集散控制系統(tǒng)，分為上位機和下位機兩部分，其中上位機是遠離被控對象，可以通過串口與下位機通信，可以實現(xiàn)數據顯示。下位機也有鍵

17、盤、顯示和報警等功能，這樣當上位機不工作時可以直接利用下位機來控制被控對象。系統(tǒng)在滿足用戶對室內的溫、濕度的鍵盤控制需求的基礎上，下位機還可以根據用戶設置的室內溫度、濕度極限值值啟停排風、進風等設備，保證室內溫濕度值的相對穩(wěn)定。</p><p><b>　　2.2系統(tǒng)功能設計</b></p><p>　　系統(tǒng)要完成的設計功能如下:</p><p&g

18、t;　　實現(xiàn)對房間溫度、濕度參數的實時采集。根據測量空間或設備的實際需要，由各路傳感器對關鍵溫、濕度敏感點進行測量，并由單片機對各路數據進行循環(huán)檢測、數據處理、存儲，實現(xiàn)溫濕度的智能測量。</p><p>　　實現(xiàn)超限數據的及時報警。</p><p>　　現(xiàn)場監(jiān)測設備應具有較高的靈敏度、可靠性、抗干擾能力并具有存儲、遠程通信功能。</p><p>　　通信系統(tǒng)要具有

19、較高的可靠性、較好的實時性和較強的抗干擾能力。</p><p><b>　　3 系統(tǒng)硬件設計</b></p><p>　　硬件電路是保證整個測控系統(tǒng)正常工作的基礎，其性能優(yōu)劣直接影響到整個測控系統(tǒng)工作的可靠性、安全性和連續(xù)性。硬件電路的設計過程中，始終以實用化最終目標。</p><p>　　本系統(tǒng)能夠獨立完成對溫度、濕度的采集、檢測、計算和邏輯

20、處理，并能夠與上位機進行數據交換，以完成測量、監(jiān)控、報警等功能，具體如下:</p><p><b>　?、?數據采集功能</b></p><p>　　模擬量采集：即實時采集室內溫度和濕度等模擬信號，作為系統(tǒng)執(zhí)行的判斷依據。</p><p><b>　　② 人機對話界面</b></p><p>　　采

21、用按鍵設置系統(tǒng)各項極限值值，并通過LCD和上位機顯示系統(tǒng)的各項數據。</p><p><b>　?、?通訊功能</b></p><p>　　系統(tǒng)通過RS-232選擇與上位機進行串行通訊，從而實現(xiàn)遠方監(jiān)控功能。</p><p><b>　　3.1 主控單元</b></p><p>　　單片機最小系統(tǒng)是

22、單片機能正常工作的基本條件，它需要最小系統(tǒng)、時鐘電路、復位電路等。</p><p>　　時鐘電路采用的是內部方式，即利用芯片內部的振蕩電路。STC89C52單片機內部有一個用于構成振蕩器的高增益反相放大器。引腳XTAL1和XTAL2分別是此放大器的輸入端和輸出端。外接晶體振蕩器以及電容C7和C8構成并聯(lián)諧振電路，接在放大器的反饋回路中，一起構成一個自激振蕩器。外接的電容值的大小會影響振蕩器頻率的高低，振蕩器的穩(wěn)定

23、性，其振的快速性。因此，此系統(tǒng)電路的晶體振蕩器的值為12MHz,電容選擇電容值約為22PF的陶瓷電容。</p><p>　　復位電路是外部的復位電路來實現(xiàn)的。片內復位電路時復位引腳RST通過一個斯密特觸發(fā)器與復位電路相連，斯密特觸發(fā)器用來抑制噪聲。復位電路采用上電自動復位和按鈕復位兩種方式。</p><p>　　鍵盤電路采用矩陣式鍵盤，鍵盤上的鍵按行列構成矩陣，在行列的交點上都有對應的一個

24、鍵。行列方式是用4條I/O線組成行輸入口，用2條I/O線組成列輸出口，在行列線的每一個交點處，設置了一個按鍵，組成一個4*2的矩陣鍵盤。鍵盤電路，定義了8個鍵，分別是 “左移”、“右移”、“－”、“+”、“確定”、“設溫度上限狀態(tài)”、“設濕度上限狀態(tài)”以及手動打開排風扇等功能鍵的設置。P1.4、P1.5、P1.6、P1.7作行線，P03、P04作列線。其原理設計圖如圖3-2所示：</p><p>　　圖3-1 最

25、小系統(tǒng)框圖</p><p>　　3.2 濕度測量電路 </p><p>　　濕度測量電路實現(xiàn)環(huán)境濕度信號與頻率信號的轉換，其輸出的頻率信號與相對濕度值相對應。其電路原理圖如圖3-5所示：</p><p>　　圖3-2 濕度信號測量電路</p><p>　　HS1100是電容濕度傳感器，在電路中它等效于一個電容器件，其電容量隨著所測環(huán)境濕度的增

26、大而增大。在濕度測量電路中，將HS1100置于555振蕩電路中，并將電容的變化轉為與之成反比的電壓頻率信號，并直接被單片機的P3.5連接。</p><p>　　如圖3-5所示，集成定時器555芯片外界電阻R14、R15與濕敏電容RH構成了對C的充電電路，并將引腳2、6相連引入到片內比較器，構成一個典型的多些振蕩器，即方波發(fā)生器，這樣就能將環(huán)境濕度的變化轉化成系統(tǒng)頻率的變化。另外，R17是防止輸出短路的保護電阻，R

27、16用于平衡溫度系數。</p><p>　　系統(tǒng)的振蕩電路兩個暫穩(wěn)態(tài)的交替過程如下：首先電源Vcc通過R14、R15向C充電，經T充電時間后，Uc達到芯片內比較器的高觸發(fā)電平，約0.67Vcc，此時輸出引腳3又由低電平躍升為高電平。如此周而復始，形成方波輸出。其中，充放電時間為：</p><p>　　T充電=C(R14+R15)In2 (3-1)&

28、lt;/p><p>　　T放電=CR15In2 (3-2)</p><p>　　因而，輸出的方波頻率為：</p><p>　　f=1/(T充電+T放電)=1/[C(R14+2R15)In2] (3-3)</p><p>　　通過這種信號轉換方式，濕度測量電路就能將濕度信號轉換成頻率信

29、號，并將之送入單片機的計數器T0，計數除1S的脈沖個數，即振蕩器的輸出頻率，然后進行頻率和相對濕度信號之間的轉換，這樣就可以測出環(huán)境的濕度信號。</p><p>　　3.3 溫度測量電路 </p><p>　　溫度檢測采用基于單總線數字傳感器DS18b20.數據輸入端口DQ接P3.7用于溫度的采集和數據的輸出其原理圖設計如圖3-7所示：</p><p>　　圖3-3

30、 溫度信號檢測電路</p><p><b>　　3.4系統(tǒng)電源電路</b></p><p>　　嵌入式控制系統(tǒng)的MCU都需要一個穩(wěn)定的工作電壓才能可靠工作。一般可采用線性穩(wěn)壓器件（如78XX系列三端穩(wěn)壓器件）作為電壓調節(jié)器和穩(wěn)壓器件，來將較高的直流電壓轉變?yōu)镸CU所需的工作電壓。這種線性穩(wěn)壓電源的工作方式在工作中會有很大的“熱損失”，其工作效率僅為30%~50%。而開

31、關電源調節(jié)器則是以完全導通或關斷的方式工作，工作時要么是大電流流過低導通電壓的開關管，要么是完全截止無電流流過。因此，開關穩(wěn)壓電源的功耗極低，而且其平均工作效率可達70%~90%。.在相同電壓降的條件下，開關電源調節(jié)器件與線性穩(wěn)壓器件相比，具有少得多的“熱損失”。因此開關穩(wěn)壓電源可大大減少散熱片體積和PCB板的面積，甚至在大多數情況下不需要裝散熱片。</p><p>　　采用開關穩(wěn)壓電源來替代線性穩(wěn)壓電源作為MC

32、U電源的另一個優(yōu)勢是：開關管的高頻通斷特性和串聯(lián)濾波電感的使用對來自于電源的高頻干擾具有較強的抑制作用。此外，由于開關穩(wěn)壓電源“熱損失”的減少，設計時還可提高穩(wěn)壓電源的輸入電壓，這有助于提高交流電壓抗跌落干擾的能力。</p><p>　　因此系統(tǒng)采用以開關穩(wěn)壓電源芯片LM2576為核心的電源電路。</p><p>　　由于STC89C52單片機的標準供電電壓為5V，而且系統(tǒng)內部大多數的供電

33、要求都是+5V，因此系統(tǒng)采用+5V電源直接供電。系統(tǒng)選用了美國國家半導體公司生產的開關穩(wěn)壓集成電路LM2576，LM2576內部集成了一個固定的振蕩器，只須極少外圍器件便可構成一種高效的穩(wěn)壓電路。而且LM2576的熱損失較小，內部還有完善的保護電路，因此可以減小散熱片的體積，甚至在大多數情況下不需散熱片。電源的輸出部分上所接的電感和電容起濾波的作用，當output輸出為高電平時，電感電流達到平衡。確定輸出電壓為5V，并根據LM2576的

34、最大輸入電壓線和最大負載電流線，確定了電感的值選取為330UH/1A。輸出電容C4是用來對輸出濾波以及提高環(huán)路的穩(wěn)定的。其電路原理圖如圖3-8所示：</p><p>　　圖3-4 電源模塊原理圖</p><p>　　3.5繼電器控制模塊</p><p>　　系統(tǒng)通過繼電器去控制外部設備的啟動與停止，以達到控制室內溫度、濕度的目的。繼電器的驅動可以通過晶體管、放大器和

35、多路模擬開關，考慮到系統(tǒng)的成本和穩(wěn)定性，系統(tǒng)采用多路模擬開關CD4066去控制繼電器的吸合和釋放。</p><p>　　圖3-5 繼電器控制電路</p><p>　　3.6 LCD12864顯示電路</p><p><b>　　圖3-6 顯示電路</b></p><p><b>　　3.7 報警電路</

36、b></p><p>　　報警電路由一個三極管接一個蜂鳴器實現(xiàn)。CPU發(fā)送一個控制信號控制蜂鳴器響。其原理圖如圖3-14所示</p><p><b>　　圖3-7 報警電路</b></p><p>　　3.8串口通信電路</p><p>　　系統(tǒng)通過串口將檢測到的數據上傳到PC機，以達到上位機監(jiān)測的目的。其原理設

37、計圖如圖3-15所示：系統(tǒng)采用RS-232總線，進行上位機和下位機之間的通信。系統(tǒng)中下位機的串口信號是TTL電平，因此需外加電平轉換電路。故下位機選用的RS232通信芯片為Maxim公司的MAX232</p><p>　　3-8 串口通信電路</p><p><b>　　4 軟件設計</b></p><p>　　本章將介紹軟件的總體設計。系統(tǒng)采

38、用了功能模塊化的軟件實現(xiàn)方法，這樣軟件的總體設計就變得清晰了。軟件設計中一個重要的思想就是采用模塊化設計，所謂模塊化，就是把一個大的任務分解成若干個小任務，分別編制實現(xiàn)這些小任務的子程序，然后將子程序按照總體要求組裝起來，就可以實現(xiàn)這個大任務了。這種思路對于可重復使用的子程序顯得尤為優(yōu)越，因為不僅程序結構清晰，而節(jié)約程序存儲空間。</p><p>　　系統(tǒng)整體軟件設計包括管理程序和控制程序兩部分，管理程序包括LE

39、D顯示的動態(tài)刷新、控制指示燈、處理鍵盤的掃描和響應?？刂瞥绦蚴菍Ρ豢貙ο筮M行采樣、數據處理、根據控制、算法進行計算和輸出等。控制程序包括數據采樣，數字處理、上下限報警處理等。下位機程序主要包括主程序、溫濕度信號采集轉換程序、存儲程序、鍵盤掃描程序、顯示程序和串口通信程序，這些程序主要由Keil C51實現(xiàn)。</p><p>　　Keil C51是美國Keil Software公司出品的51系列兼容單片機C語言軟件

40、開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語言在功能上、結構性、可讀性、可維護性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學易用。Keil C51軟件提供豐富的庫函數和功能強大的集成開發(fā)調試工具，Windows界面。另外重要的一點，Keil C51軟件編譯后生成的匯編代碼效率非常之高，多數語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。</p><p>　　uVision4是keil c的Windows集成開發(fā)環(huán)境(IDE

41、)，可以完成編輯、編譯、連接、調試、仿真等整個開發(fā)流程。開發(fā)人員可用IDE本身或其它編輯器編輯C或匯編源文件;然后分別由C51或A51編譯器編譯生成目標文件(.OBJ);目標文件可由LIB51創(chuàng)建生成庫文件，也可以與庫文件一起經L51連接定位生成絕對目標文件(.ABS) ABS文件由OH51轉換成標準的Hex文件，可以直接寫入程序存貯器如EPROM中。</p><p>　　4.1 主程序軟件流程</p>

42、;<p>　　4.1.1 初始化程序</p><p>　　系統(tǒng)初始化是為了在系統(tǒng)進入主程序循環(huán)之前，做好必要的準備工作。在整個系統(tǒng)設計中，用到了單片機的3個基本功能模塊：時鐘模塊、串口通信模塊和普通I/O模塊。根據系統(tǒng)實際需求，對各個模塊進行了初始化配置，通過對相應數據寄存器或狀態(tài)寄存器的讀寫，實現(xiàn)相應的功能。</p><p><b>　　4.1.2 主程序<

43、/b></p><p>　　在系統(tǒng)進行初始化之后，程序進入主循環(huán)，主循環(huán)中包括了鍵盤掃描、溫濕度信號的采集、LED顯示循環(huán)、按鍵檢測、數據存儲 、報警和極限值的設置。然后周而復始地進行主循環(huán)程序。主程序見附錄，程序框圖如圖4-1所示：</p><p>　　圖4-1 主程序流程框圖</p><p>　　4.2 按鍵掃描程序</p><p>

44、;　　每個按鍵有它的行值和列值，行值和列值的組合就是識別這個按鍵的編碼。矩陣的行線和列線分別通過并行接口和CPU通信。按鍵電路程序流程圖如圖4-2所示：</p><p>　　圖4-2按鍵掃描程序</p><p>　　鍵盤處理程序的任務是：確定有無鍵按下，判斷哪一個鍵按下，鍵的功能是什么，還要削除按鍵在閉合或斷開時的抖動。兩個并行口中，一個輸出掃描碼，使按鍵逐行動態(tài)的接地，另一個并行口輸入按

45、鍵狀態(tài)，由行掃描值和回饋信號共同形成鍵編碼而識別按鍵，通過軟件查表，查出該鍵的功能。本實驗選用P1.4、 P1.5、 P1.6、 P1.7作行線，P0.3、P0.4作列線。行線初始狀態(tài)全為“1”。先讓列線全部為低電平“0”，如果沒有鍵按下，行線全部為高電平“1”狀態(tài)， 若有任何一個鍵按下，行線上為非全“１”狀態(tài)。在有鍵按下后，逐行檢查哪根行線為“0”狀態(tài)，即可查出是哪個按鍵。</p><p>　　4.3 濕度信號

46、采集及顯示程序</p><p>　　系統(tǒng)將濕度信號轉換成頻率信號，并通過HS1100的頻率和濕度之間的對應關系，將之轉換成相應的濕度信號，并顯示出來。其濕度信號采集及顯示程序如圖4-3所示：</p><p>　　圖4-3 濕度信號采集子程序</p><p>　　濕度信號采集子程序：void ad_tem(void)；</p><p>　　功能

47、：讀出計數器T0中頻率信號，根據HS1101的特性將之轉換為相應的濕度信號。</p><p>　　濕度信號轉換電路的信號輸出端直接和單片機的P3.5相連，即單片機計數器的外部信號輸入端，系統(tǒng)計數器用T0去測量振蕩電路的振蕩頻率，從而獲得系統(tǒng)的濕度信號。</p><p>　　在系統(tǒng)的數據處理部分，主要是確定頻率與相對濕度值之間的計算關系。系統(tǒng)的555振蕩電路的輸出端OUTPUT與STC89C

48、52的T0相連，系統(tǒng)用定時器T2定時1S，用于控制T0的計數，從而計數出振蕩電路1S內的脈沖個數，即振蕩器的振蕩頻率，然后進行頻率信號與濕度信號之間的轉換。但由于頻率與相對濕度的關系曲線是非線性的，STC89C52對其采取分段線性化處理。頻率6667HZ與6409HZ將該曲線分為3段近似直線，使單片機在不同的頻率范圍進行不同的線性變換。 </p><p>　　4.4 溫度信號采集及顯示</p>&l

49、t;p>　　系統(tǒng)的溫度信號是由數字溫度傳感器DS18B20采集，DS18B20是一種一線溫度傳感器，它的輸出信號就是數字信號，不需要經過A/D轉換。</p><p>　　溫度采集子程序：void get_tem()；</p><p>　　功能：讀出和轉化DS18B20采集的數據，并存儲和顯示這些數據。</p><p>　　DS18B20轉化后得到的數據，存儲在

50、DS18B20的兩個8比特的RAM中，二進制中的前面1位是符號位，如果測得的溫度大于0， 這位為0，只要將測到的數值乘于0.0625即可得到實際溫度；如果溫度小于0，這位為1，測到的數值需要取反加1再乘于0.0625即可得到實際 溫度。例如+125℃的數字輸出為07D0H，+25.0625℃的數字輸出為0191H，-25.0625℃的數字輸出為FF6FH，-55℃的數字輸出為FC90H 。本實驗沒有考慮溫度小于0的情況，為了方便后面程序

51、的編寫，這里乘的是6.25，處理時只要在顯示程序中加入小數點即可。</p><p>　　圖4-4 復位子程序</p><p>　　讀字節(jié)子程序：uchar read_byte()；</p><p>　　讀一個字節(jié):數據線先從高拉到低電平1us以上,再使數據線升為高電平,從而產生讀信號,而來自DS18B20的輸出數據在讀時間片下降之后15微妙有效。所以在數據讀出后，應

52、進行一段時間的延時，才能將讀得的數據返回給主程序。</p><p>　　寫字節(jié)子程序：void write_byte(uchar date)；</p><p>　　寫一個字節(jié): 數據線從高電平到低電平產生寫起始信號,15ms之后將所需寫的位送到數據線在延時45us，使數據穩(wěn)定的寫人器件內。然后在將DQ拉高，為寫下一位做準備。如此循環(huán)8次就將一個字節(jié)寫入存儲器內。寫字節(jié)程序及讀字節(jié)程序如圖所

53、示：</p><p>　　圖4-7 寫字節(jié)子程序 圖4-8 讀字節(jié)子程序</p><p>　　圖4-13濕度比較及報警子程序</p><p><b>　　5 上位機軟件設計</b></p><p>　　上位機設計是基于NI(美國國家儀器公司)的LabVIEW進行設計的， LabVIEW

54、是一種上位機程序開發(fā)環(huán)境，類似于C和BASIC開發(fā)環(huán)境，但是LabVIEW與其他計算機語言的顯著區(qū)別是：其他計算機語言都是采用基于文本的語言產生代碼，而LabVIEW使用的是圖形化編輯語言G編寫程序，產生的程序是框圖的形式。提供包括數據采集，GPIB，串口控制，數據分析，數據顯示及數據存儲等函數庫。操作方便、界面美觀、顯示直觀、控制精細。</p><p>　　5.1 LabVIEW界面設計</p>

55、<p>　　本設計中的上位機監(jiān)控系統(tǒng)界面設置了四個可獨立顯示機庫環(huán)境因子變化的波形圖表，分別是溫度波形圖表、濕度波形圖表、煙霧濃度波形圖表、光照強度波形圖表。在界面的左方有三個框圖，用于配置串口、發(fā)送控制信號按鈕、顯示環(huán)境因子及設置報警門限。 </p><p>　　圖5.1 界面前面板</p><p>　　當上位機和下位機連接好

56、后，按下啟動按鈕，“啟動/停止”指示燈亮，代表系統(tǒng)已經啟動，通信指示燈亮代表通信正常，煙霧報警指示燈亮代表現(xiàn)場煙霧濃度已經超過設置的門限值。</p><p>　　LabVIEW相應的通信協(xié)議設置，波特率設置為9600，數據位8，校驗位0，停止位10.其在LabVIEW中的設置如圖5.2所示。</p><p>　　圖5.2 通信協(xié)議設置</p><p>　　數據處理

57、過程，下位機傳輸的數據，在總線中傳輸的是相應書記的ASCII碼，我們需要在LabVIEW中把接收到的ASCII碼轉換為其原始數值，其數據傳輸過程是：VISA讀--字節(jié)數到字節(jié)數組--索引數組—數據處理，其在LabVIEW中設置情況如圖5.3所示。</p><p>　　圖5.3 數據處理過程</p><p>　　因為數據傳輸時按照一定的順序進行的，因此索引數據也要按照相應的順序來索引，對索

58、引的數據，要按照傳感器的數據手冊來對數據進行相應的處理。</p><p>　　數據處理完后就是數據顯示，需要完成的數據實時顯示功能，用到波形圖表顯示控件。和數據顯示圖表顯示控件。其設置如圖5.4所示。</p><p>　　圖5.4 酒精濃度顯示</p><p>　　5.2上位機軟件控制過程</p><p>　　上位機主要設置有機庫環(huán)境數據的

59、顯示，報警數據的設置和通風、供暖和除濕的控制，編寫上位機程序時，首先進行串口的初始化，包括串口號、波特率、校驗位、數據位、停止位等。然后條用串口讀空間，將數據從緩沖區(qū)讀回來，把讀回來的數據分成兩路，一路送往顯示控件顯示，另一路拿來與相應報警門限值進行比較，如果大于報警門限值則報警，反之不報警。在發(fā)送控制進行處理和顯示，在控制部分是通過串口向下發(fā)送一幀控制數據（共十個字節(jié)），前兩個字節(jié)是控制信號，后八個字節(jié)用于設置煙霧報警、光照報警、濕度

60、報警和溫度報警的門限值。對于前兩個字節(jié)，第一字節(jié)是控制信號識別碼（01：供暖；02：通風；03：除濕），后一個字節(jié)是控制啟動或停止（01：啟動；02：停止）。</p><p><b>　　6 系統(tǒng)調試</b></p><p>　　系統(tǒng)調試可以采用軟件調試和硬件調試。而軟件調試主要是應用keil軟件進行軟件模擬調試，這種調試的方法主要適用于系統(tǒng)設計前期。其特點就是成本較

61、低，容易發(fā)現(xiàn)軟件中的一些錯誤。此次主要采用軟件調試。</p><p>　　在本次調試過程中，出現(xiàn)了兩大主要錯誤，顯示部分和IIC讀寫。由于顯示部分要同時顯示溫度和電壓部分，而系統(tǒng)的顯示又是通過掃描來顯示的，所以完成一次數碼管的掃描的時間不能過長，否則數碼管會閃爍，數字顯示不穩(wěn)定，應修改延時子程序，縮短延時時間。顯示還有一個問題就是設置時，相應的設置位閃爍顯示，這個程序使用單片機的定時中斷來做的，將單片機的定時器定

62、為1ms，計數一個標志位FLAG，當這個數計數到500時，也就是定時0.5s，系統(tǒng)就將相應的標志位flag1取反，在顯示程序根據flag的值，讓相應位半秒中亮，半秒鐘滅，這樣就形成閃爍了。</p><p>　　系統(tǒng)調試過程，碰到了很多很多的問題，例如中英文不同環(huán)境輸入的文字和符號導致程序在編譯過程中出錯，各種各種的錯誤。但經過大量的查閱資料和向老師請教，這些錯誤都逐一改正了。</p><p&g

63、t;<b>　　7 結論</b></p><p>　　設計實現(xiàn)的兩個基功能：一是實現(xiàn)溫度的連續(xù)監(jiān)測，并通過數碼管進行監(jiān)顯，如果超限就報警；二是實現(xiàn)濕度的連續(xù)監(jiān)測，并通過另一組數碼管進行監(jiān)顯，如果超限就報警。在實現(xiàn)了人與機的對話方面，除了在下位機有顯示界面外，還利用RS232串口，實時上傳溫、濕度數據到PC機端，可以實現(xiàn)遠程監(jiān)測。除了之外，在畢業(yè)設計中，低成本、模塊化和可擴展化是主線。<

64、/p><p><b>　　在模塊化設計方面</b></p><p>　　按每個要求的功能，從單片機、顯示器、驅動電路、存儲器到傳感器，都盡量選擇市場上通用性最好的產品。</p><p>　　軟件的設計融入模塊化、通用化思想，核心的方法就是每個功能用子程序模塊化，主程序只是對各個功能的標志位進行判斷，依照標志位來決定程序的走向，不用的模塊進入休息狀態(tài)

65、，以最大新都的降低功耗。</p><p>　　2. 降低成本的措施方面，在滿足性能的前提下，盡量選擇低成本元件，降低對傳感器的線性的要求等。措施的綜合運用，最大限度地降低了整個系統(tǒng)的成本。</p><p><b>　　8 致謝</b></p><p>　　通過虛擬儀器課程設計，我學到的不僅僅是專業(yè)上的技能，更多的是老師言傳身教的做人的品質，這些

66、將使我終身受益。謝謝老師給予我悉心的指導，令我獲益頗多且深受鼓舞！</p><p>　　在此，也衷心感謝***老師對我學業(yè)上的教導和幫助，給我提供了良好的學習環(huán)境以及各方面無微不至的關懷，幫助我很好的完成了設計。感謝*老師對課程設計論文的評審。</p><p><b>　　9 參考文獻</b></p><p>　　[1] 胡漢才.單片機原理及其

67、接口技術[M]. 北京：清華大學出版社，2004.</p><p>　　[2] 李廣弟等。單片機基礎。北京：北京航空航天大學出版社，2001。</p><p>　　[3] 楊振江、杜鐵軍.流行單片機實用子程序及應用實例[M].西安電子科技大學出版社，2002.</p><p>　　[4] 張培仁.基于 C 語言編程 MCS-51 單片機原理與應用[M]. 北京：清華

68、大學出版社，2003.</p><p>　　[5] 任萬強、劉忠菁。單片機原理與應用[M]。中國電力出版社，1999。</p><p>　　[6] 何立民。單片機應用系統(tǒng)設計。北京：北京航空航天出版社，1990.。</p><p>　　[7] 孫環(huán).基于SHT11單片集成傳感器溫濕度檢測模塊設計[J]. 國外電子測量技術，2006（6），43—48</p>

69、;<p><b>　　附錄</b></p><p><b>　　附錄1：系統(tǒng)原理圖</b></p><p><b>　　附錄2：系統(tǒng)主程序</b></p><p>　　void main()</p><p><b>　　{</b></p

70、><p>　　speaker=1;//初始化報警標志 　</p><p><b>　　while(1)</b></p><p>　　{ speaker=!speaker;</p><p><b>　　} </b></p><p><b>　　SDA = 1;<

71、/b></p><p>　　SCL = 1;// fill_byte(0);// 初始化EEPROM全部填充0,此子程序只執(zhí)行一次，下一次就必須將其注釋，防止每次上電都被初始化。　</p><p>　　speaker=1;//報警標志</p><p>　　TMOD=0x21;//鍵盤中斷掃描及串口通信定時器T1，在方式3中斷產生波特率</p

72、><p>　　ES=1; //允許串口中斷</p><p>　　PCON &= 0x00;// 波特率不倍增 PCON=0x00; //SMOD=0</p><p>　　SCON=0x40; </p><p>　　TH1=0xfd; //波特率設置為9600</p><p><

73、;b>　　TL1=0xfd;</b></p><p>　　TR1=1; //開定時器T1運行控制位*/</p><p>　　EA=1; P1=0x0;</p><p>　　TH0=(65536-1000)/256;</p><p>　　TL0=(65536-1000)%256;//開中斷</p

74、><p>　　P1=0x0;TR0=1; ET0=0; </p><p><b>　　while(1)</b></p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　Getch();</b></p><p>　　if(max_c==0

75、&& max_v==0)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　ad_tem(); </p><p>　　arm_humidity();// //AD子程序</p><p>　　get_tem(); //掃描鍵盤</p><p>

76、;　　arm_temp(); ////溫度采集子程序</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　else</b></p><p>　　displys();</p><p>　　if(flag1==1&&speaker==0)</p><

77、;p>　　speaker=~speaker; </p><p><b>　　rely();</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　附錄3 實物照片</b></p&g