電子信息畢業(yè)設(shè)計---環(huán)境測試儀系統(tǒng)的設(shè)計

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(論文)</b></p><p>　　論文題目 環(huán)境測試儀系統(tǒng)的設(shè)計 </p><p>　　所在學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級 電信 </p><p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號 </p><

2、p>　　指導(dǎo)教師 </p><p>　　完成日期 年 月</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本文面向單片機控制系統(tǒng)的應(yīng)用。在人們?nèi)粘Ｉ钪?對環(huán)境的依賴很大,環(huán)境的因素在某方面有著關(guān)鍵性的作用,為了能夠給我們?nèi)粘Ｉ顜矸奖?則該課題設(shè)計了綜合性環(huán)境自動監(jiān)測

3、系統(tǒng),用以對自身周圍環(huán)境的實時監(jiān)測。本系統(tǒng)是以STC89C51單片機為處理器的環(huán)境溫、濕度和光照度進(jìn)行實時監(jiān)測,通過液晶屏友好顯示，為我們?nèi)粘Ｉ钐峁┓奖恪Ｔ撓到y(tǒng)包括硬件結(jié)構(gòu)和軟件流程。相關(guān)模塊可完成自然界中的溫、濕度及光照度的參數(shù)采集、轉(zhuǎn)換、存儲及顯示。本模塊集成度高、結(jié)構(gòu)簡單、成本低、功耗低，適用于各種環(huán)境檢測。</p><p>　　關(guān)鍵詞：AT89C51，DS18B20，3DU080光線采集，SH101濕度

4、采集,驅(qū)動電路。</p><p>　　Abstract (英文摘要)</p><p>　　In this paper, single-chip control-oriented system. In people's daily life, a great dependence on the environment, environmental factors have

5、a crucial role, in order to be able to bring convenience to our daily lives, the subject of a comprehensive design environment for automatic monitoring system that can be used to their own real-time monitoring of the sur

6、rounding environment. The system is based on single-chip for the processor STC89C51 environmental temperature, humidity and illumination i</p><p>　　Key words:</p><p>　　AT89C51, DS18B20, 3DU080 l

7、ight collection, SH101 humidity collection, drive circuit.</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　一 緒論4</b></p><p>　　二 單元電路的設(shè)計5</p><p>　　2.1傳感器的選取及相應(yīng)

8、采集電路5</p><p>　　2.1.1溫度傳感器及采集電路5</p><p>　　2.1.2濕度傳感器及采集電路7</p><p>　　2.1.3光照度傳感器及采集電路9</p><p>　　2.2顯示模塊11</p><p><b>　　操作控制11</b></p>

9、<p><b>　　字符集12</b></p><p><b>　　指令集12</b></p><p>　　2.3 萬年歷電路12</p><p>　　2.4 供電部分13</p><p>　　三 系統(tǒng)的設(shè)計14</p><p>　　3.1系統(tǒng)方框圖1

10、4</p><p>　　3.2軟件系統(tǒng)流程圖15</p><p>　　四 系統(tǒng)的測試15</p><p>　　4.1測試儀器15</p><p>　　4.2測試結(jié)果15</p><p>　　五 總結(jié)與致謝16</p><p>　　附件：電路總原理圖17</p><

11、;p><b>　　一 緒論</b></p><p>　　溫室環(huán)境控制是在充分利用自然資源的基礎(chǔ)上,通過改變環(huán)境因子如溫度、濕度、光照度等來獲得作物生長的最佳條件,從而達(dá)到增加作物產(chǎn)量、改善品質(zhì)、調(diào)節(jié)生長周期、提高經(jīng)濟效益的目的。近幾年來,我國在溫室結(jié)構(gòu)和溫室控制兩方面開展了不少研究。國家在“九五”攻關(guān)項目中啟動了有關(guān)溫室設(shè)施及配套裝備的研制課題;2001年,國家在“十五”攻關(guān)項目中啟動

12、了“溫室環(huán)境智能控制關(guān)鍵技術(shù)研究與開發(fā)”課題;2001年,國家“863”計劃“可控環(huán)境農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)”研究內(nèi)容包含研制可控環(huán)境自動控制系統(tǒng)、信息自動采集系統(tǒng)等;2003年國家計委啟動了“設(shè)施農(nóng)業(yè)技術(shù)集成產(chǎn)業(yè)化示范”課題;國家自然科學(xué)基金生命科學(xué)部對設(shè)施園藝也設(shè)立了重點項目。這些都說明在設(shè)施環(huán)境中,控制技術(shù)是相當(dāng)重要的。溫室控制涉及到硬件結(jié)構(gòu)和控制算法等問題。</p><p>　　目前，我國環(huán)境監(jiān)測儀器的生產(chǎn)企業(yè)有1

13、40余家，年產(chǎn)值4．8億元，約占全環(huán)保產(chǎn)品產(chǎn)值的2．3％。環(huán)境監(jiān)測儀器的主要產(chǎn)品是各種水污染和大氣污染檢測、噪聲與振動監(jiān)測、放射性和電磁波監(jiān)測儀器。我國生產(chǎn)的煙塵采樣器、煙霧采樣器、總懸浮微粒采樣器、污水流量計等環(huán)境監(jiān)測儀器已接近或達(dá)到國際先進(jìn)水平，在國內(nèi)市場上占有很大比例。國產(chǎn)大型實驗室用原子吸收、紫外可見分光度儀、氣相色譜儀等監(jiān)測儀器自動控制技術(shù)采用程度較低，關(guān)鍵零部件尚依進(jìn)口。</p><p>　　通過對控

14、制算法的比較分析，率選出了適合溫、濕度等測控的微機控制算法增量型位置輸出積分分離PID算法，并在單片機測控系統(tǒng)中給以實現(xiàn)。該研究對類似變化緩慢對象的微機過程控制提供了科學(xué)參考所設(shè)計。</p><p>　　本設(shè)計中，我們既加強了對環(huán)境檢測的了解，又鞏固了我們這大學(xué)期間的所學(xué)專業(yè)知識。有利于我們走上工作崗位后對項目設(shè)計的了解和熟練。</p><p><b>　　二 單元電路的設(shè)計&l

15、t;/b></p><p>　　2.1傳感器的選取及相應(yīng)采集電路</p><p>　　2.1.1溫度傳感器及采集電路</p><p>　　選用美國Dallas公司的可編程單總線數(shù)字式溫度傳感器DS18820實現(xiàn)空氣溫度信號的采集。該傳感器體積小，外形如普通三極管，其內(nèi)部集成有測溫傳感器及邏輯控制電路。DSl8820有很多優(yōu)點,直接輸出數(shù)字信號，省去了后繼的信號

16、放大及模／數(shù)轉(zhuǎn)換部分；外圍電路簡單，成本低；單總線接口，只有一根信號線作為單總線與CPU連接，且每一只都有自己唯一的64位系列號存儲在其內(nèi)部的ROM存儲器中，故在一根信號線上可以掛接多個DSl8820，便于多點測量且易于擴展。</p><p>　　(1)DS18B20技術(shù)性能描述如下：</p><p>　　a. 獨特的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時僅需要一條線即可實現(xiàn)微處理

17、器與DS18B20的雙向通訊。</p><p>　　b.測溫范圍 －55℃～＋125℃，固有測溫分辨率0.5℃。</p><p>　　c.支持多點組網(wǎng)功能，多個DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實現(xiàn)多點測溫</p><p>　　d. 工作電源: 3~5V/DC</p><p>　　e.在使用中不需要任何外圍元件</p>&l

18、t;p>　　f.測量結(jié)果以9~12位數(shù)字量方式串行傳送</p><p>　　g.不銹鋼保護管直徑 Φ6 </p><p>　　h.適用于DN15~25, DN40~DN250各種介質(zhì)工業(yè)管道和狹小空間設(shè)備測溫</p><p>　　i.標(biāo)準(zhǔn)安裝螺紋 M10X1, M12X1.5, G1/2”任選</p><p>　　j.PVC電纜直接出線

19、或德式球型接線盒出線,便于與其它電器設(shè)備連接。</p><p>　　(2) DS18B20接線說明</p><p>　　它僅需要一條線即可實現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊，簡化了分布式溫度傳感應(yīng)用 無需外部元件 可用數(shù)據(jù)總線供電，電壓范圍為3.0 V至5.5 V 無需備用電源 測量溫度范圍為-55℃至+125 ℃ 。相當(dāng)于是-67華氏度到257華氏度 -10 ℃至+85 ℃范圍內(nèi)精度

20、為±0.5 ℃。</p><p>　　該溫度傳感器可編程的分辨率為9~12位 溫度轉(zhuǎn)換為12位數(shù)字格式最大值為750毫秒 用戶可定義的非易失性溫度報警設(shè)置 應(yīng)用范圍包括恒溫控制，工業(yè)系統(tǒng)，消費電子產(chǎn)品溫度計，或任何熱敏感系統(tǒng)</p><p>　　描述該DS18B20的數(shù)字溫度計提供9至12位（可編程設(shè)備溫度讀數(shù)。信息被發(fā)送到/從DS18B20 通過1線接口，所以中央微處理器與DS

21、18B20只有一個一條口線連接。為讀寫以及溫度轉(zhuǎn)換可以從數(shù)據(jù)線本身獲得能量，不需要外接電源。 因為每一個DS18B20的包含一個獨特的序號，多個ds18b20s可以同時存在于一條總線。這使得溫度傳感器放置在許多不同的地方。它的用途很多，包括空調(diào)環(huán)境控制，感測建筑物內(nèi)溫設(shè)備或機器，并進(jìn)行過程監(jiān)測和控制。</p><p>　　(3)DS18B20的初始化</p><p>　　a.先將數(shù)據(jù)線置高

22、電平“1”。</p><p>　　b.延時（該時間要求的不是很嚴(yán)格，但是盡可能的短一點）</p><p>　　c.數(shù)據(jù)線拉到低電平“0”。</p><p>　　d.延時750微秒（該時間的時間范圍可以從480到960微秒）。</p><p>　　e.數(shù)據(jù)線拉到高電平“1”。</p><p>　　f.延時等待（如果初始化

23、成功則在15到60毫秒時間之內(nèi)產(chǎn)生一個由DS18B20所返回的低電平“0”。據(jù)該狀態(tài)可以來確定它的存在，但是應(yīng)注意不能無限的進(jìn)行等待，不然會使程序進(jìn)入死循環(huán)，所以要進(jìn)行超時控制）。</p><p>　　g.若CPU讀到了數(shù)據(jù)線上的低電平“0”后，還要做延時，其延時的時間從發(fā)出的高電平算起（第（5）步的時間算起）最少要480微秒。</p><p>　　h.將數(shù)據(jù)線再次拉高到高電平“1”后結(jié)束

24、。</p><p>　?。?）DS18B20的寫操作</p><p>　　a.數(shù)據(jù)線先置低電平“0”。</p><p>　　b.延時確定的時間為15微秒。</p><p>　　c.按從低位到高位的順序發(fā)送字節(jié)（一次只發(fā)送一位）。</p><p>　　d.延時時間為45微秒。</p><p>　　

25、e.將數(shù)據(jù)線拉到高電平。</p><p>　　f.重復(fù)上a到f的操作直到所有的字節(jié)全部發(fā)送完為止。</p><p>　　g.最后將數(shù)據(jù)線拉高。</p><p>　　(5)DS18B20的讀操作</p><p>　　a.將數(shù)據(jù)線拉高“1”。</p><p><b>　　b.延時2微秒。</b><

26、;/p><p>　　c.將數(shù)據(jù)線拉低“0”。</p><p><b>　　e.延時15微秒。</b></p><p>　　f.將數(shù)據(jù)線拉高“1”。</p><p><b>　　g.延時15微秒。</b></p><p>　　h.讀數(shù)據(jù)線的狀態(tài)得到1個狀態(tài)位，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。<

27、;/p><p><b>　　i.延時30微秒。</b></p><p>　　(5)與單片機相連電路如下： </p><p>　　2.1.2濕度傳感器及采集電路</p><p>　　選用法國Humirel公司的HSll01電容式相對濕度傳感器。此傳感器與其他產(chǎn)品相比。有著顯著的優(yōu)點：不需要校準(zhǔn)的完全互換性，高可靠性和長期穩(wěn)定

28、性，響應(yīng)時間快，適用于線性電壓輸出和頻率輸出兩種電路；模塊中選用電壓輸出電路，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器TLC2543后可以轉(zhuǎn)換成濕度值。然后送單片機處理并顯示。</p><p>　　HSll01基本參數(shù)</p><p>　　默認(rèn)測量溫度為25℃，測量時HSll01工作頻率為10Khz.基本參數(shù)下表所示：</p><p>　　2.1.3光照度傳感器及采集電路</p>

29、<p>　　采用硅光敏三極管3DU050C，光譜范圍為450 nm～1150 nm，用于可見光、紅外光檢測，光電流IL(10001x，10V)≥5 mA，暗電流Id(Olx，10V)≤O．1μA，擊穿電壓Vceo>30 V，耗散功率Pd=150 mW，封裝φ5黑膠如下圖所示：</p><p>　　光敏三極管的工作原理是三極管基極它不是引線,而是通過一塊聚光鏡,將光聚集在發(fā)射結(jié)上,打破發(fā)射結(jié)的內(nèi)

30、電場的動態(tài)平衡,使發(fā)射極電流發(fā)生變化.</p><p>　　3du33系列硅光敏三極管的主要特性參數(shù)見下表：</p><p>　　極限參數(shù)特性見下表：</p><p>　　通過運算放大器輸出電壓信號，經(jīng)LTC2543A／D轉(zhuǎn)換電路，將電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，計算出光照強度。然后送單片機處理并顯示。運算放大器選用TI公司的TLC2272CP。該運放具有低功耗、低電壓、高精

31、度等優(yōu)點。圖8為輸出電壓與光照強度的關(guān)系曲線。</p><p><b>　　2.2顯示模塊</b></p><p>　　采用LCD1602顯示屏，能顯示兩行字符（除漢字），編程簡單，占用程序空間少。</p><p><b>　　操作控制</b></p><p><b>　　字符集</

32、b></p><p>　　1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器（CGROM)已經(jīng)存儲了160個不同的點陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼，比如大寫的英文字母“A”的代碼是01000001B（41H），顯示時模塊把地址41H中的點陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母“A”。</p><p>　　因為1602識別的

33、是ASCII碼，試驗可以用ASCII碼直接賦值，在單片機編程中還可以用字符型常量或變量賦值，如‘A’。</p><p><b>　　指令集</b></p><p>　　1602通過D0~D7的8位數(shù)據(jù)端傳輸數(shù)據(jù)和指令。</p><p>　　顯示模式設(shè)置： (初始化)</p><p>　　0011 0000 [0x38]

34、設(shè)置16×2顯示，5×7點陣，8位數(shù)據(jù)接口；</p><p>　　顯示開關(guān)及光標(biāo)設(shè)置： (初始化)</p><p>　　0000 1DCB D顯示(1有效)、C光標(biāo)顯示(1有效)、B光標(biāo)閃爍(1有效)</p><p>　　0000 01NS N=1(讀或?qū)懸粋€字符后地址指針加1 &光標(biāo)加1)，</p><p>　　

35、N=0(讀或?qū)懸粋€字符后地址指針減1 &光標(biāo)減1)，</p><p>　　S=1 且 N=1 (當(dāng)寫一個字符后，整屏顯示左移)</p><p>　　s=0 當(dāng)寫一個字符后，整屏顯示不移動</p><p><b>　　數(shù)據(jù)指針設(shè)置：</b></p><p>　　數(shù)據(jù)首地址為80H，所以數(shù)據(jù)地址為80H+地址碼(0-

36、27H，40-67H)</p><p><b>　　其他設(shè)置：</b></p><p>　　01H(顯示清屏，數(shù)據(jù)指針=0，所有顯示=0)；02H(顯示回車，數(shù)據(jù)指針=0)。</p><p><b>　　2.3 萬年歷電路</b></p><p>　　我們采用專用時鐘芯片DS1302，DS1302

37、是美國DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM的實時時鐘電路，它可以對年、月、日、周日、時、分、秒進(jìn)行計時，具有閏年補償功能，工作電壓為2.5V～5.5V。采用三線接口與CPU進(jìn)行同步通信，即SCLK(7)、I/O(6)、RST(5)。圖3示出DS1302與89C2051的連接圖，其中，時鐘的顯示用LCD。并可采用突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號或RAM數(shù)據(jù)。DS1302內(nèi)部有一個31×8的用于臨時性存放數(shù)據(jù)的RA

38、M寄存器。</p><p>　　在調(diào)試程序時可以不加電容器，只加一個32.768kHz 的晶振即可。只是選擇晶振時，不同的晶振，誤差也較大。另外，還可以在上面的電路中加入DS18B20，同時顯示實時溫度。只要占用CPU一個口線即可。 LCD還可以換成LED，還可以使用北京衛(wèi)信杰科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的10位多功能8段液晶顯示模塊LCM101，內(nèi)含看門狗(WDT)/時鐘發(fā)生器及兩種頻率的蜂鳴器驅(qū)動電路，并有內(nèi)置顯示R

39、AM，可顯示任意字段筆劃，具有3－4線串行接口，可與任何單片機、IC接口。功耗低，顯示狀態(tài)時電流為2μA (典型值)，省電模式時小于1μA，工作電壓為2.4V～3.3V，顯示清晰。</p><p><b>　　2.4 供電部分</b></p><p>　　本系統(tǒng)才用自制電源供電。即將市電經(jīng)過變壓后整流濾波，通過7805和7905三端穩(wěn)壓器輸出穩(wěn)定的正負(fù)5V電壓給系統(tǒng)供

40、電。如下圖所示：</p><p><b>　　三 系統(tǒng)的設(shè)計</b></p><p>　　本設(shè)計以AT89C51為處理器，分別用濕度、溫度、光敏等傳感器采集信號。其中溫度傳感器用18B20，其采集信號可直接送單片機處理，而濕度和光敏傳感器采集的信號經(jīng)過TLC2543A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后送單片機。另外有用DS1302專用芯片設(shè)計的時鐘模塊。各路信號通過矩陣鍵盤顯示于160

41、2液晶顯示屏。</p><p><b>　　3.1系統(tǒng)方框圖</b></p><p>　　3.2軟件系統(tǒng)流程圖</p><p><b>　　四 系統(tǒng)的測試</b></p><p><b>　　4.1測試儀器</b></p><p>　　雙蹤示波器（YB4

42、340G型）、數(shù)字萬用表（三位半DY2105型）、溫濕度檢測儀。</p><p><b>　　4.2測試結(jié)果</b></p><p>　　本設(shè)計能實現(xiàn)對環(huán)境溫度、濕度、光線的實時檢測；并正確將所測結(jié)果通過矩陣鍵盤的控制顯示于1602顯示屏中。</p><p>　　該系統(tǒng)可實現(xiàn)功能有：</p><p>　　對環(huán)境溫度、濕度

43、、光線的實時檢測；</p><p>　　可分別顯示溫度、濕度、光線的測量值；</p><p>　　能用矩陣鍵盤對不同物理量的檢測控制，并作相應(yīng)調(diào)整；</p><p>　　能設(shè)置溫度的上、下限范圍，超過范圍可報警（超過上限，蜂鳴器鳴叫同時紅發(fā)光管亮；低于下限，綠發(fā)光管亮。）</p><p>　　能正確顯示日歷時間，并能通過矩陣鍵盤作相應(yīng)的調(diào)整。

44、</p><p><b>　　五 總結(jié)與致謝</b></p><p>　　本設(shè)計方案按照任務(wù)書的要求通過書籍、刊物、網(wǎng)絡(luò)等途徑了解和掌握單片機識別技術(shù)的基本原理和基礎(chǔ)知識;了解單片計技術(shù)的應(yīng)用;設(shè)計一種基于單片機技術(shù)的應(yīng)用系統(tǒng);對制作的系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試與應(yīng)用。</p><p>　　經(jīng)過這段時間的精心設(shè)計，基本上完成了課題，在整體設(shè)計方面做得比較好

45、。當(dāng)然，這些都離不開老師們平時的教誨和前期的指導(dǎo)。我們覺得通過這一段時間性的設(shè)計制作，不但實踐能力增強了許多而且在理論上也有了更深的認(rèn)識。在以后學(xué)習(xí)中我們將會更加努力學(xué)習(xí)刻苦鉆研，力爭取得更好的成績！本人在畢業(yè)設(shè)計期間，得到*老師的精心指導(dǎo)。更得益于老師從選題的確定、論文資料的收集、論文框架的確定、開題報告準(zhǔn)備及論文初稿與定稿中對字句的斟酌傾注的大量心血，同時也離不開小組里各位同學(xué)的幫助和指導(dǎo)，緊張的畢業(yè)設(shè)計就要結(jié)束了，大學(xué)三年的生活也

46、到了尾聲。此時此刻感慨萬千，感謝指導(dǎo)教師*老師在這半年的畢業(yè)設(shè)計中對我的幫助和支持。</p><p>　　隨著畢業(yè)設(shè)計的結(jié)束，我們也即將結(jié)束大學(xué)三年的快樂時光，進(jìn)而步入社會。通過這次畢業(yè)設(shè)計，使我得到了一次用專業(yè)知識、專業(yè)技能分析和解決問題的鍛煉。使我在單片機的基本原理以及實用技巧的掌握方面都向前邁了一大步，為日后成為合格的技術(shù)應(yīng)用型人才打下良好的基礎(chǔ)。</p><p>　　我相信以后的職