電子信息畢業(yè)設(shè)計(jì)論文(絕對(duì)經(jīng)典)

第17頁(yè)共17頁(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)(20000屆)論文題目環(huán)境測(cè)試儀系統(tǒng)的設(shè)計(jì)所在學(xué)院專業(yè)班級(jí)電信學(xué)生姓名學(xué)號(hào)指導(dǎo)教師完成日期年月摘要本文面向單片機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用。在人們?nèi)粘Ｉ钪?對(duì)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(jì)了綜合性環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng),用以對(duì)自身周圍環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。本系統(tǒng)是以STC89C51單片機(jī)為處理器的環(huán)境溫、濕度和光照度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),通過液晶屏友好顯示，為我們?nèi)粘Ｉ钐峁┓奖?。該系統(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(chǔ)及顯示。本模塊集成度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、功耗低，適用于各種環(huán)境檢測(cè)。關(guān)鍵詞：AT89C51，DS18B20，3DU080光線采集，SH101濕度采集,驅(qū)動(dòng)電路。Abstract

(英文摘要)Inthispaper,single-chipcontrol-orientedsystem.Inpeople'sdailylife,agreatdependenceontheenvironment,environmentalfactorshaveacrucialrole,inordertobeabletobringconveniencetoourdailylives,thesubjectofacomprehensivedesignenvironmentforautomaticmonitoringsystemthatcanbeusedtotheirownreal-timemonitoringofthesurroundingenvironment.Thesystemisbasedonsingle-chipfortheprocessorSTC89C51environmentaltemperature,humidityandilluminationinreal-timemonitoring,throughfriendlyLCDdisplay,inordertofacilitateourdailylives.Thesystemincludeshardwarestructureandsoftwareflow.Relatedmodulestobecompletedbythenatureoftemperature,humidityandilluminationparametersofthecollection,storageanddisplay.Thehighlyintegratedmodule,simplestructure,lowcost,lowpowerconsumption,appliedtoavarietyofenvironmentaldetection.

Keywords:AT89C51,DS18B20,3DU080lightcollection,SH101humiditycollection,drivecircuit.目錄一緒論 4二單元電路的設(shè)計(jì) 52.1傳感器的選取及相應(yīng)采集電路 52.1.1溫度傳感器及采集電路 52.1.2濕度傳感器及采集電路 72.1.3光照度傳感器及采集電路 92.2顯示模塊 11操作控制 11字符集 12指令集 122.3萬年歷電路 122.4供電部分 13三系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 143.1系統(tǒng)方框圖 143.2軟件系統(tǒng)流程圖 15四系統(tǒng)的測(cè)試 154.1測(cè)試儀器 154.2測(cè)試結(jié)果 15五總結(jié)與致謝 16附件：電路總原理圖 17一緒論溫室環(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(zhǎng)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(zhǎng)周期、提高經(jīng)濟(jì)效益的目的。近幾年來,我國(guó)在溫室結(jié)構(gòu)和溫室控制兩方面開展了不少研究。國(guó)家在“九五”攻關(guān)項(xiàng)目中啟動(dòng)了有關(guān)溫室設(shè)施及配套裝備的研制課題;2001年,國(guó)家在“十五”攻關(guān)項(xiàng)目中啟動(dòng)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(guó)家“863”計(jì)劃“可控環(huán)境農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)”研究?jī)?nèi)容包含研制可控環(huán)境自動(dòng)控制系統(tǒng)、信息自動(dòng)采集系統(tǒng)等;2003年國(guó)家計(jì)委啟動(dòng)了“設(shè)施農(nóng)業(yè)技術(shù)集成產(chǎn)業(yè)化示范”課題;國(guó)家自然科學(xué)基金生命科學(xué)部對(duì)設(shè)施園藝也設(shè)立了重點(diǎn)項(xiàng)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。目前，我國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)儀器的生產(chǎn)企業(yè)有140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(cè)儀器的主要產(chǎn)品是各種水污染和大氣污染檢測(cè)、噪聲與振動(dòng)監(jiān)測(cè)、放射性和電磁波監(jiān)測(cè)儀器。我國(guó)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(jì)等環(huán)境監(jiān)測(cè)儀器已接近或達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上占有很大比例。國(guó)產(chǎn)大型實(shí)驗(yàn)室用原子吸收、紫外可見分光度儀、氣相色譜儀等監(jiān)測(cè)儀器自動(dòng)控制技術(shù)采用程度較低，關(guān)鍵零部件尚依進(jìn)口。通過對(duì)控制算法的比較分析，率選出了適合溫、濕度等測(cè)控的微機(jī)控制算法增量型位置輸出積分分離PID算法，并在單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)中給以實(shí)現(xiàn)。該研究對(duì)類似變化緩慢對(duì)象的微機(jī)過程控制提供了科學(xué)參考所設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)中，我們既加強(qiáng)了對(duì)環(huán)境檢測(cè)的了解，又鞏固了我們這大學(xué)期間的所學(xué)專業(yè)知識(shí)。有利于我們走上工作崗位后對(duì)項(xiàng)目設(shè)計(jì)的了解和熟練。二單元電路的設(shè)計(jì)2.1傳感器的選取及相應(yīng)采集電路2.1.1溫度傳感器及采集電路圖118b20封裝選用美國(guó)Dallas公司的可編程單總線數(shù)字式溫度傳感器DS18820實(shí)現(xiàn)空氣溫度信號(hào)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(cè)溫傳感器及邏輯控制電路。DSl8820有很多優(yōu)點(diǎn),直接輸出數(shù)字信號(hào)，省去了后繼的信號(hào)放大及模／數(shù)轉(zhuǎn)換部分；外圍電路簡(jiǎn)單，成本低；單總線接口，只有一根信號(hào)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(hào)存儲(chǔ)在其內(nèi)部的ROM存儲(chǔ)器中，故在一根信號(hào)線上可以掛接多個(gè)DSl8820，便于多點(diǎn)測(cè)量且易于擴(kuò)展。圖118b20封裝圖218b20內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖218b20內(nèi)部結(jié)構(gòu)(1)DS18B20技術(shù)性能描述如下：a.獨(dú)特的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時(shí)僅需要一條線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊。b.測(cè)溫范圍－55℃～＋125℃，固有測(cè)溫分辨率0.5℃。c.支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)溫d.工作電源:3~5V/DCe.在使用中不需要任何外圍元件f.測(cè)量結(jié)果以9~12位數(shù)字量方式串行傳送g.不銹鋼保護(hù)管直徑Φ6h.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(cè)溫i.標(biāo)準(zhǔn)安裝螺紋M10X1,M12X1.5,G1/2”任選j.PVC電纜直接出線或德式球型接線盒出線,便于與其它電器設(shè)備連接。(2)DS18B20接線說明它僅需要一條線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊，簡(jiǎn)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3.0V至5.5V無需備用電源測(cè)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)精度為±0.5℃。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(bào)警設(shè)置應(yīng)用范圍包括恒溫控制，工業(yè)系統(tǒng)，消費(fèi)電子產(chǎn)品溫度計(jì)，或任何熱敏感系統(tǒng)描述該DS18B20的數(shù)字溫度計(jì)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DS18B20只有一個(gè)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?yàn)槊恳粋€(gè)DS18B20的包含一個(gè)獨(dú)特的序號(hào)，多個(gè)ds18b20s可以同時(shí)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(cè)建筑物內(nèi)溫設(shè)備或機(jī)器，并進(jìn)行過程監(jiān)測(cè)和控制。(3)DS18B20的初始化a.先將數(shù)據(jù)線置高電平“1”。b.延時(shí)（該時(shí)間要求的不是很嚴(yán)格，但是盡可能的短一點(diǎn)）c.數(shù)據(jù)線拉到低電平“0”。d.延時(shí)750微秒（該時(shí)間的時(shí)間范圍可以從480到960微秒）。e.數(shù)據(jù)線拉到高電平“1”。f.延時(shí)等待（如果初始化成功則在15到60毫秒時(shí)間之內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)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(huì)使程序進(jìn)入死循環(huán)，所以要進(jìn)行超時(shí)控制）。g.若CPU讀到了數(shù)據(jù)線上的低電平“0”后，還要做延時(shí)，其延時(shí)的時(shí)間從發(fā)出的高電平算起（第（5）步的時(shí)間算起）最少要480微秒。h.將數(shù)據(jù)線再次拉高到高電平“1”后結(jié)束。（4）DS18B20的寫操作a.數(shù)據(jù)線先置低電平“0”。b.延時(shí)確定的時(shí)間為15微秒。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）。d.延時(shí)時(shí)間為45微秒。e.將數(shù)據(jù)線拉到高電平。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。g.最后將數(shù)據(jù)線拉高。(5)DS18B20的讀操作a.將數(shù)據(jù)線拉高“1”。b.延時(shí)2微秒。c.將數(shù)據(jù)線拉低“0”。e.延時(shí)15微秒。f.將數(shù)據(jù)線拉高“1”。g.延時(shí)15微秒。h.讀數(shù)據(jù)線的狀態(tài)得到1個(gè)狀態(tài)位，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。i.延時(shí)30微秒。(5)與單片機(jī)相連電路如下：圖3溫度檢測(cè)電路圖3溫度檢測(cè)電路2.1.2濕度傳感器及采集電路選用法國(guó)Humirel公司的HSll01電容式相對(duì)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(diǎn)：不需要校準(zhǔn)的完全互換性，高可靠性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性，響應(yīng)時(shí)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(jī)處理并顯示。HSll01基本參數(shù)默認(rèn)測(cè)量溫度為25℃，測(cè)量時(shí)HSll01工作頻率為10Khz.基本參數(shù)下表所示：(2)特性曲線

如圖4所示，測(cè)量溫度Tα=25℃，測(cè)量時(shí)HSll01工作頻率為10Khzo圖4HSll01特性曲線圖4HSll01特性曲線圖5HSll01封裝圖5HSll01封裝從特性曲線曲線圖上我們可以看出，HSll01具有極好的線性輸出可以近似看成相對(duì)濕度值與電容值成比例因此在測(cè)量過程中，采集電容值即可（3）測(cè)量原理HSll01濕度傳感器是一種基于電容原理的濕度傳感器，相對(duì)濕度的變化和電容值呈線性規(guī)律在自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)中，電容值隨著空氣濕度的變化而變化，因此將電容值的變化轉(zhuǎn)換成電壓或頻率的變化，才能進(jìn)行有效地?cái)?shù)據(jù)采集用與非門電路組成振蕩電路，HSl100濕度傳感器充當(dāng)振蕩電容，從而完成濕度到頻率的轉(zhuǎn)換（4）測(cè)量方法HSll01濕敏傳感器是采用側(cè)面開放式封裝，只有兩個(gè)引腳，有線性電壓輸出和線性頻率輸出兩種電路在使用時(shí)，將2腳接地，這里選用頻率輸出電路該傳感器采用電容構(gòu)成材料，不允許直流方式供電所以我們使用與非門電路組成單穩(wěn)態(tài)電路具體電路如下圖6濕度模塊圖6濕度模塊2.1.3光照度傳感器及采集電路采用硅光敏三極管3DU050C，光譜范圍為450nm～1150nm，用于可見光、紅外光檢測(cè)，光電流IL(10001x，10V)≥5mA，暗電流Id(Olx，10V)≤O．1μA，擊穿電壓Vceo>30V，耗散功率Pd=150mW，封裝φ5黑膠如下圖所示：圖73DU050C圖73DU050C封裝

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)電場(chǎng)的動(dòng)態(tài)平衡,使發(fā)射極電流發(fā)生變化.3du33系列硅光敏三極管的主要特性參數(shù)見下表：名稱符號(hào)測(cè)試條件最小值典型值最大值單位最高工作電壓VRM(CE)ICE=ID2030V暗電流IDV=VRM(CE)10100nA光電流ILVCE=10VE=1000LX10mA上升時(shí)間TrRL=50Ω,VCE=10V脈沖電流幅度為1mA5μs下降時(shí)間Tf5μs峰值波長(zhǎng)λp880μs封裝形式鍍鎳金屬帽，玻璃球透鏡。極限參數(shù)特性見下表：名稱符號(hào)參數(shù)單位最大功率Pm70mW工作溫度TOP-30～+65℃?zhèn)鏈囟萒stg-30～+80℃圖83DU050C光照曲線圖83DU050C光照曲線圖9光線檢測(cè)電路通過運(yùn)算放大器輸出電壓信號(hào)，經(jīng)LTC2543A／D轉(zhuǎn)換電路，將電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，計(jì)算出光照強(qiáng)度。然后送單片機(jī)處理并顯示。運(yùn)算放大器選用TI公司的TLC2272CP。該運(yùn)放具有低功耗、低電壓、高精度等優(yōu)點(diǎn)。圖8為輸出電壓與光照強(qiáng)度的關(guān)系曲線。圖9光線檢測(cè)電路2.2顯示模塊采用LCD1602顯示屏，能顯示兩行字符（除漢字），編程簡(jiǎn)單，占用程序空間少。圖10圖101602封裝操作控制操作讀狀態(tài)寫指令讀數(shù)據(jù)寫數(shù)據(jù)輸入RS=0，RW=1，E=1RS=0，RW=0，D0~7=指令碼，E=H脈沖RS=1，RW=1，E=1RS=1，RW=0，D0~7=數(shù)據(jù)，E=H脈沖字符集1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器（CGROM)已經(jīng)存儲(chǔ)了160個(gè)不同的點(diǎn)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(hào)、和日文假名等，每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼，比如大寫的英文字母“A”的代碼是01000001B（41H），顯示時(shí)模塊把地址41H中的點(diǎn)陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母“A”。因?yàn)?602識(shí)別的是ASCII碼，試驗(yàn)可以用ASCII碼直接賦值，在單片機(jī)編程中還可以用字符型常量或變量賦值，如‘A’。指令集1602通過D0~D7的8位數(shù)據(jù)端傳輸數(shù)據(jù)和指令。顯示模式設(shè)置：(初始化)00110000[0x38]設(shè)置16×2顯示，5×7點(diǎn)陣，8位數(shù)據(jù)接口；顯示開關(guān)及光標(biāo)設(shè)置：(初始化)00001DCBD顯示(1有效)、C光標(biāo)顯示(1有效)、B光標(biāo)閃爍(1有效)000001NSN=1(讀或?qū)懸粋€(gè)字符后地址指針加1&光標(biāo)加1)，N=0(讀或?qū)懸粋€(gè)字符后地址指針減1&光標(biāo)減1)，S=1且N=1(當(dāng)寫一個(gè)字符后，整屏顯示左移)s=0當(dāng)寫一個(gè)字符后，整屏顯示不移動(dòng)數(shù)據(jù)指針設(shè)置：數(shù)據(jù)首地址為80H，所以數(shù)據(jù)地址為80H+地址碼(0-27H，40-67H)其他設(shè)置：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)。2.3萬年歷電路我們采用專用時(shí)鐘芯片DS1302，DS1302是美國(guó)DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM的實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路，它可以對(duì)年、月、日、周日、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，具有閏年補(bǔ)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(shí)鐘的顯示用LCD。并可采用突發(fā)方式一次傳送多個(gè)字節(jié)的時(shí)鐘信號(hào)或RAM數(shù)據(jù)。DS1302內(nèi)部有一個(gè)31×8的用于臨時(shí)性存放數(shù)據(jù)的RAM寄存器。在調(diào)試程序時(shí)可以不加電容器，只加一個(gè)32.768kHz的晶振即可。只是選擇晶振時(shí)，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(shí)顯示實(shí)時(shí)溫度。只要占用CPU一個(gè)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(shí)鐘發(fā)生器及兩種頻率的蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路，并有內(nèi)置顯示RAM，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(jī)、IC接口。功耗低，顯示狀態(tài)時(shí)電流為2μA(典型值)，省電模式時(shí)小于1μA，工作電壓為2.4V～3.3V，顯示清晰。圖11時(shí)鐘電路圖11時(shí)鐘電路2.4供電部分本系統(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)供電。如下圖所示：圖12系統(tǒng)供電電路圖12系統(tǒng)供電電路三系統(tǒng)的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)以AT89C51為處理器，分別用濕度、溫度、光敏等傳感器采集信號(hào)。其中溫度傳感器用18B20，其采集信號(hào)可直接送單片機(jī)處理，而濕度和光敏傳感器采集的信號(hào)經(jīng)過TLC2543A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后送單片機(jī)。另外有用DS1302專用芯片設(shè)計(jì)的時(shí)鐘模塊。各路信號(hào)通過矩陣鍵盤顯示于1602液晶顯示屏。3.1系統(tǒng)方框圖圖13系統(tǒng)方框圖圖13系統(tǒng)方框圖光線傳感器濕度傳感器AT89C51單片機(jī)存儲(chǔ)器液晶顯示矩陣鍵盤TLC2543A/D轉(zhuǎn)換溫度傳感器開始初始化