基于單片機的溫濕度檢測控制系統(tǒng)設計

1、畢業(yè)論文(設計)題目基于單片機的溫濕度監(jiān)測控制系統(tǒng)設計指導教師楊光軍學生姓名李瑞濤學號 200811705106 專業(yè)機械設計制造及其自動化教學單位德州學院機電工程系（蓋章）二O一二年五月十日德州學院畢業(yè)論文（設計）開題報告書2012年1月10日院（系）機電工程系專業(yè)機械設計制造及其自動化姓名李瑞濤學號200811705106論文（設計）題目基于單片機的溫濕度監(jiān)測控制系統(tǒng)設計一、選題目的和意義環(huán)境的監(jiān)測與控制在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防等行業(yè)有著廣泛的應用。由于應用的場合不同監(jiān)測對象的不同，其系統(tǒng)設計也是千差萬別。在實際生活中此類系統(tǒng)有著廣泛的應用，室溫環(huán)境檢測系統(tǒng)中溫度和濕度是兩個重要的顯示和分析指標

2、，必須定期抽樣檢查室溫環(huán)境溫度和濕度，以便采取相應的措施。89C51單片機是常用于控制的芯片，在智能儀器儀表、工業(yè)檢測控制、機電一體化等方面取得了令人矚目的成果，用其作為溫濕度檢測控制系統(tǒng)的實例也很多。使用89C51單片機能夠?qū)崿F(xiàn)溫濕度全程的自動檢測與控制，而且89C51單片機易于學習、掌握，性價比高。使用89C51型單片機設計溫濕度檢測控制系統(tǒng)，可以及時、精確的反映室內(nèi)的溫度以及濕度的變化。完成諸如升溫到特定溫度、降溫到特定溫度、在溫度上下限范圍內(nèi)保持恒溫等多種控制方式，在濕度控制方面也是如此。將此系統(tǒng)應用到溫室大棚當中無疑為植物的生活提供了更加適宜的環(huán)境。二、本選題在國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀和發(fā)展

3、趨勢目前國內(nèi)外的溫濕度檢測使用的溫濕度檢測元件種類繁多、應用范圍也較廣泛加之單片機和大規(guī)模集成電路技術(shù)的不斷提高，出現(xiàn)了高性能、高可靠性的單片數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。基于單機片的溫濕度監(jiān)測控制系統(tǒng)的設計研究較少。隨著經(jīng)濟和社會的不斷發(fā)展，人們對自己的生活環(huán)境越來越嚴格。特別在溫室大棚中，對溫濕度要求更為嚴格?；趩纹瑱C的溫濕度監(jiān)測控制統(tǒng)設計，將對環(huán)境的溫濕度監(jiān)測控制系統(tǒng)做詳細的設計與實現(xiàn)。采用高性能的控制芯片89C51，高精度數(shù)字溫濕度傳感器AM2301。向模塊化、高速化、智能化的單片機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)靠近。將此系統(tǒng)應用到溫室大棚當中無疑為植物的生活提供了更加適宜的環(huán)境,符合植物的生活環(huán)境要求，具有良好的發(fā)

4、展前景。三、課題設計方案 主要說明：研究（設計）的基本內(nèi)容、觀點及擬采取的研究途徑和方法。 研究設計的基本內(nèi)容和觀點溫度檢測控制：對溫室溫度進行測量，并通過升溫或降溫達到最佳溫度。濕度檢測控制：對溫室濕度進行測量，并通過噴霧或去濕達到最佳濕度。控制處理：當溫度、濕度越限時聲光報警，根據(jù)報警信號提示采取一定手段自動控制。顯示：1602 LCD顯示相應的溫濕度。人性化的設計：根據(jù)植物的生活需求，把溫濕度值控制在一定的范圍內(nèi)。能夠?qū)崟r、準確的顯示采樣溫度值與濕度值。通過采集溫度及濕度值，準確的判斷標準值與當前值之間的差異，及時的啟動報警裝置（包括警報燈的提示功能以及提示音等）進行報警，并采取相應的控

5、制方案。研究途徑和方法：通過查閱圖書管和網(wǎng)絡搜集相關(guān)資料，并根據(jù)專業(yè)課中學習到的相關(guān)知識，系統(tǒng)的、全面的組織材料，確定設計思路。一方面通過系統(tǒng)的學習51單片機以及Keil軟件的使用和AM2301數(shù)字溫濕度傳感器的資料分析與研究確定編程思路，另一方面通過實物模擬，查看應用效果，最終達到設計的總體要求。四、計劃進度安排 主要說明：起止時間及分階段的進度要求。起止時間2011.11.3-2012.1.20 確定設計（論文）題目及撰寫開題報告：指導教師指導學生對所選擇的課題進行調(diào)研，完成畢業(yè)設計（論文）開題報告。2012.1.21-2012.3.30 畢業(yè)學生查詢相關(guān)資料、進行課題研究，在已完成研究的

6、基礎(chǔ)上，撰寫畢業(yè)設計（論文），完成設計（論文）初稿。2012.4.1-2012.4.15 系工作領(lǐng)導小組進行畢業(yè)設計（論文）中期檢查，檢查畢業(yè)生設計（論文）完成的進度與質(zhì)量過程。并提交期中檢查表。2012.4.16-2012.4.30 指導教師審閱學生設計（論文），提出修改意見。畢業(yè)生根據(jù)指導教師的修改意見進行設計（論文）修改，并最終定稿。將設計（論文）交于評閱教師進行評閱，畢業(yè)生根據(jù)評閱教師意見，進一步修改設計（論文），準備答辯。五、主要參考文獻J.微計算機信息，2009（25）2易順明.基于單片機的大棚溫濕度控制系統(tǒng)設計J.現(xiàn)代電子技術(shù),2011(7)3張毅剛.單片機原理及應用M.北京：高

7、等教育出版社2008.4Atmel. Atmel 89C51 Microcontrollers Hardware Manual,2010.5陳桂友,柴遠斌.單片機應用技術(shù)M.北京：機械工業(yè)出版社,2008.指導教師意見及建議：簽名：年月日教學單位領(lǐng)導小組審批意見：組長簽名：年月日德州學院畢業(yè)論文（設計）中期檢查表院(系)：機電工程系專業(yè)：機械設計制造及其自動化2012 年04月12日畢業(yè)論文（設計）題目：基于單片機的溫濕度檢測控制系統(tǒng)設計學生姓名李瑞濤學號200811705106指導教師楊光軍職稱講師計劃完成時間：2012年5月8日畢業(yè)論文（設計）的進度計劃：2011.12.15-2.10 進

8、行課題的搜集資料，初步確定課題-3.31 整理材料，理清思路，確定論文的研究方向，開始撰寫論文2012.4.1-4.20 完成初稿，交由指導老師審核，并修改初稿完成中期檢查表2012.4.10-5.9 修改論文，確定最終的論文，準備畢業(yè)答辯2012.5.9-5.19 參加論文答辯完成情況：到現(xiàn)在為止，我通過查找資料學到了很多專業(yè)知識。我的畢業(yè)設計基本已經(jīng)完成，從論文題目的制定到初稿的完成，在這期間，我查閱了大量的資料和相關(guān)的技術(shù)手冊，學到了很多，收獲了很多。我清楚地認識到發(fā)現(xiàn)問題的實質(zhì)是堅決問題的關(guān)鍵。指導教師評議（指出優(yōu)點和不足，如有其它建議，可另附頁）簽名：年月日備注：目 錄摘 要11引言

9、11.1 課題背景11.2立題的目的和意義11.3國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢11.4本系統(tǒng)主要研究內(nèi)容22系統(tǒng)總體設計22.1系統(tǒng)功能設計22.2系統(tǒng)設計原則22.3系統(tǒng)的組成和工作原理33系統(tǒng)硬件設計5單片機系統(tǒng)設計5傳感器的設計83.3 液晶顯示裝置設計103.4 光聲報警系統(tǒng)與溫濕度控制系統(tǒng)設計124軟件系統(tǒng)設計14初始化模塊15溫濕度檢測模塊154.3 溫濕度判斷控制模塊154.4 1602液晶顯示模塊16報警模塊164.6 系統(tǒng)整體軟件程序16總結(jié)21參考文獻:22謝辭23基于單片機的溫濕度檢測控制系統(tǒng)設計李瑞濤(德州學院機電系,山東德州253023)摘要:本文利用89C51單片機設

10、計一個溫室大棚的溫濕度檢測控制系統(tǒng)，對室內(nèi)的溫濕度進行檢測控制并實時顯示。其中溫濕度傳感器采用AM2301數(shù)字溫濕度傳感器，通過89C51單片機的處理把溫濕度值顯示在1602液晶上。并實時判斷溫濕度值是否滿足設定的溫濕度范圍，若超出設定范圍，通過89C51啟動溫濕度控制系統(tǒng)，達到恒溫恒濕的目的。關(guān)鍵字：89C51；AM2301；1602液晶顯示；溫濕度控制系統(tǒng)1引言1.1 課題背景隨著經(jīng)濟和社會的不斷發(fā)展，人們對生活質(zhì)量要求顯著提高。對植被也要求越來越嚴格，如何種植出品種優(yōu)良的植物，一直是人們研究的話題。而基于單片機的溫濕度控制系統(tǒng)對解決這些問題有著非常重大的意義。以前種植植被一般都用溫室栽培

11、，為了充分的利用好溫室栽培這一高效技術(shù)，就必需有一套科學的，先進的管理方法，用以對不同種類植被生長的各個時期所需的溫度及濕度等進行實時的監(jiān)控。溫濕度控制對于單片機的應用具有一定的實際意義，它代表了一類自動控制的方法。而且其應用十分廣泛。1.2立題的目的和意義環(huán)境的監(jiān)測與控制在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防等行業(yè)有著廣泛的應用。由于應用的場合不同監(jiān)測對象的不同，其系統(tǒng)設計也是千差萬別。在實際生活中此類系統(tǒng)有著廣泛的應用，室溫環(huán)境檢測系統(tǒng)中溫度和濕度是兩個重要的顯示和分析指標，必須定期抽樣檢查室溫環(huán)境溫度和濕度，以便采取相應的措施。89C51單片機是常用于控制的芯片，在智能儀器儀表、工業(yè)檢測控制、機電一體化等方

12、面取得了令人矚目的成果，用其作為溫濕度檢測控制系統(tǒng)的實例也很多。使用89C51單片機能夠?qū)崿F(xiàn)溫濕度全程的自動檢測與控制，而且89C51單片機易于學習、掌握，性價比高。使用89C51型單片機設計溫濕度檢測控制系統(tǒng)，可以及時、精確的反映室內(nèi)的溫度以及濕度的變化。完成諸如升溫到特定溫度、降溫到特定溫度、在溫度上下限范圍內(nèi)保持恒溫等多種控制方式，在濕度控制方面也是如此。將此系統(tǒng)應用到溫室大棚當中無疑為植物的生活提供了更加適宜的環(huán)境。1.3國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢目前國內(nèi)外的溫濕度檢測使用的溫濕度檢測元件種類繁多、應用范圍也較廣泛加之單片機和大規(guī)模集成電路技術(shù)的不斷提高，出現(xiàn)了高性能、高可靠性的單片數(shù)

13、據(jù)采集系統(tǒng)?；趩螜C片的溫濕度監(jiān)測控制系統(tǒng)的設計研究較少。隨著經(jīng)濟和社會的不斷發(fā)展，人們對自己的生活環(huán)境越來越嚴格。特別在溫室大棚中，對溫濕度要求更為嚴格?；趩纹瑱C的溫濕度監(jiān)測控制統(tǒng)設計，將對環(huán)境的溫濕度監(jiān)測控制系統(tǒng)做詳細的設計與實現(xiàn)。采用高性能的控制芯片89C51，高精度數(shù)字溫濕度傳感器AM2301。向模塊化、高速化、智能化的單片機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)靠近。將此系統(tǒng)應用到溫室大棚當中無疑為植物的生活提供了更加適宜的環(huán)境,符合植物的生活環(huán)境要求，具有良好的發(fā)展前景。1.4本系統(tǒng)主要研究內(nèi)容本系統(tǒng)所要完成的任務是：人性化的設計。根據(jù)植物的生活需求，把溫濕度值控制在一定的范圍內(nèi)。1.4.2 能夠?qū)崟r、準

14、確的顯示采樣溫度值與濕度值。通過采集溫度及濕度值，準確的判斷標準值與當前值之間的差異，及時的啟動報警裝置（包括警報燈的提示功能以及提示音等）進行報警，并采取相應的控制方案。2系統(tǒng)總體設計2.1系統(tǒng)功能設計系統(tǒng)要完成的設計功能是：2.1.1 實現(xiàn)對溫室大棚溫濕度參數(shù)的實時采集，測量空間的溫度和濕度，由單片機對采集的溫濕度值進行循環(huán)檢測、數(shù)據(jù)處理、顯示，實現(xiàn)溫濕度的智能檢測。2.1.2 實現(xiàn)超越數(shù)據(jù)的及時報警，并啟動控制系統(tǒng)，實現(xiàn)溫室的目的。2.1.3 現(xiàn)場檢測設備應具有較高的靈敏度、可靠性、抗干擾能力。要求達到的技術(shù)指標：測溫范圍： 0。C -60。C測溫精度：+。C測濕范圍：0-100%RH測

15、濕精度：+2.5%RH2.2系統(tǒng)設計原則要求單片機系統(tǒng)應具有可靠性高、操作維護方便、性價比高等特點。可靠性高可靠性是單片機系統(tǒng)應用的前提，在系統(tǒng)設計的每一個環(huán)節(jié)，都應該將可靠性作為首要的設計準則。提高系統(tǒng)的可靠性通常從以下幾個方面考慮：使用可靠性高的元器件；設計電路板時布線和接地要合理；對供電電源采用抗干擾措施；輸入輸出通道抗干擾措施；進行軟硬件濾波；系統(tǒng)自診判斷功能等。操作維護方便在系統(tǒng)的軟硬件設計時，應從操作者的角度考慮操作和維護方便，盡量減少對操作人員專用知識的要求，以利于系統(tǒng)的推廣。因此在設計時，要盡可能減少人機交換接口，多采用操作內(nèi)置或簡化的方法。同時系統(tǒng)應配有現(xiàn)場故障自動診斷程序，

16、一旦發(fā)生故障能保證有效地對故障進行定位，以便進行維修。性價比單片機除體積小、功耗低等特點外，最大的優(yōu)勢在于高性能價格比。一個單片機應用系統(tǒng)能否被廣泛使用，性價比是其中一個關(guān)鍵因素。因此，再設計時，除了保持高性能外，盡可能降低成本，如簡化外圍硬件電路，在系統(tǒng)性能和速度允許的情況下盡可能使用軟件功能取代硬件功能等。2.3系統(tǒng)的組成和工作原理系統(tǒng)的組成以單片機為控制核心，采用溫濕度測量，通信技術(shù)，控制技術(shù)等技術(shù)，以溫濕度傳感器作為測量元件，構(gòu)成智能溫濕度測量控制系統(tǒng)。可分為溫濕度測量電路，顯示電路，聲光報警電路，溫濕度控制電路，見圖選用的主要器件有：AT89C51，溫濕度傳感器AM2301，1602

17、LCD顯示模塊，降溫裝置風扇，升溫裝置加熱器，増濕裝置噴霧器，除潮裝置除潮器，紅綠LED燈，報警裝置蜂鳴器等12。圖1系統(tǒng)的組成系統(tǒng)的工作原理本系統(tǒng)以單片機Atmel89C51為核心，數(shù)據(jù)采集、傳輸、顯示、報警都要通過單片機。數(shù)據(jù)采集通過單總線的智能數(shù)字溫濕度傳感器AM2301完成；通過單片機把采集的數(shù)據(jù)顯示在1602LCD上；當采集的數(shù)據(jù)超出給定范圍時，有蜂鳴器實時報警，并顯示紅燈提示，并進行相應的控制處理。在整個系統(tǒng)中采用了AM2301單總線技術(shù)，單片機采用C語言編程。·溫室溫濕度控制系統(tǒng)是以89C51單片機作為中央控制裝置，風扇，加熱設備，加濕設備，排潮設備等·89C

18、51作為中央控制裝置，負責中心運算和控制，協(xié)調(diào)系統(tǒng)各個模塊的工作。·風扇：負責系統(tǒng)的降溫工作。·加熱設備：負責系統(tǒng)的加熱工作。·噴霧設備：負責系統(tǒng)的加濕工作。·排潮設備：負責系統(tǒng)的去濕工作。·雙色燈，報警模塊：負責系統(tǒng)的報警功能。如果當前的溫度超過用戶設定的界限值時系統(tǒng)將自動警，雙色燈在單片機的控制下有規(guī)律的切換，同時報警模塊發(fā)出報警聲，通知用戶采取相應的措施。系統(tǒng)工作流程圖見圖2圖2系統(tǒng)的工作原理圖3系統(tǒng)硬件設計單片機系統(tǒng)設計經(jīng)過上面的總體方案和實施措施的討論后可以開始著手硬件系統(tǒng)的設計，硬件系統(tǒng)是應用系統(tǒng)的基礎(chǔ)、軟件系統(tǒng)設計的依據(jù)根據(jù)總體功

19、能和性價比及其運行速度等因素的考慮，選用MCS-51系列的89C51為主機，滿足上面的要求而且設計方便，不需要再存儲擴展。3.1.1 AT89C51單片機MCS-51系列單片機主要包括基本型產(chǎn)品8031/8051/8751(對應的低功耗型80C31/80C51/87C51和增強型產(chǎn)品8032/8052/8752。雖然他們是8位的單片機，但是具有品種全、兼容性強性能價格比高等特點且軟硬件應用設計資料豐富齊全，已為我國廣大工程技術(shù)人員所熟悉和掌握。在20世紀80年代和90年代，MCS-51系列單片機是在我國應用最為廣泛的單片機機型之一。中央微處理器 AT89C51： AT89C51是一個低功耗，高

20、性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反復擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲單元，功能強大的微型計算機的AT89C51可為許多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。AT89C51具有如下特點：40個引腳，4k Bytes Flash片內(nèi)程序存儲器，128 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），32個外部雙向輸入/輸出（I/O）口，5個中斷優(yōu)先級2層中斷嵌

21、套中斷，2個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口，看門狗（WDT）電路，片內(nèi)時鐘振蕩器。此外，AT89C51設計和配置了振蕩頻率，并可通過軟件設置省電模式。空閑模式下，CPU暫停工作，而RAM定時計數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存RAM的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復位。同時該芯片還具有PDIP、TQFP和PLCC等三種封裝形式。AT89S51單片機綜合了微型處理器的基本功能。按照實際需要，同時也考慮到設計成本與整個系統(tǒng)的精巧性，所以在本系統(tǒng)中就選用價格較低、工作穩(wěn)定的AT89C51單片機作為整個系統(tǒng)的控制器3。圖3 AT89C51單片機實物圖

22、圖4 AT89C51 單片機的片內(nèi)硬件組成結(jié)構(gòu)3.1.2 AT89C51引腳簡單介紹總線型非總線型I圖5 89C51的引腳封裝40個引腳按其功能可分為如下3類：電源及時鐘引腳VCC、VSS；XTAL1、XTAL2?？刂埔_PSEN、ALE/PROG、EA/VPP、RST。I/O口引腳P0、P1、P2、P3，為4個8位I/O口的外部引腳4。3.1.3 時鐘電路AT89C51單片機各功能部件的運行都以時鐘信號為準，有條不紊、一拍一拍地工作。因此時鐘頻率直接影響單片機的速度，時鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機系統(tǒng)的穩(wěn)定性。AT89C51單片機內(nèi)部有一個用于構(gòu)成震蕩的高增益反相放大器，它的輸入端為芯片引腳

23、XTAL1，輸出端為XTAL2。這兩個引腳跨接石英晶體和微調(diào)電容，構(gòu)成一個穩(wěn)定的自己振蕩器。外部時鐘方式時外部時鐘電源直接接到XTAL1端，XTAL2端懸空。圖6時鐘電路3.1.4 復位電路復位是單片機的初始化操作，只需給AT89C51的復位引腳RST加上大雨2個機器周期（即24個時鐘震蕩周期）的高電平就可使AT89C51復位。復位電路通常采用上自動復位和按鈕復位兩種方式。上電復位是通過外部復位電路給電容C充電加至RST引腳一個短的高電平信號，次信號隨著VCC對電容C的充電過程而逐漸回落，即RST引腳上的高電平持續(xù)時間取決于電容C的充電時間。因此為保證系統(tǒng)能可靠地復位，EST引腳上的高電平必須

24、維持足夠長的時間。按鍵手動復位有電平和脈沖兩種形式5。圖7復位電路傳感器的設計傳感器的基本特性傳感器的靜態(tài)特性是指對靜態(tài)的輸入信號，傳感器的輸出量與輸入量之間所具有相互關(guān)系。不含時間變量的代數(shù)方程，或以輸入量作橫坐標，把與其對應的輸出量作縱坐標而畫出的特性曲線來描述。表征傳感器靜態(tài)特性的主要參數(shù)有：線性度、靈敏度、分辨力和遲滯等。傳感器的動態(tài)特性：所謂動態(tài)特性，是指傳感器在輸入變化時，它的輸出的特性。在實際工作中，傳感器的動態(tài)特性常用它對某些標準輸入信號的響應來表示。這是因為傳感器對標準輸入信號的響應容易用實驗方法求得，并且它對標準輸入信號的響應與它對任意輸入信號的響應之間存在一定的關(guān)系，往往

25、知道了前者就能推定后者。最常用的標準輸入信號有階躍信號和正弦信號兩種，所以傳感器的動態(tài)特性也常用階躍響應和頻率響應來表示6。3.2.2 AM2301數(shù)字溫濕度傳感器圖8數(shù)字溫濕度傳感器（1）AM2301產(chǎn)品概述AM2301數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準數(shù)字信號輸出的溫濕度復合傳感器。它應用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性與卓越的長期穩(wěn)定性。傳感器包括一個電容式感濕元件和一個NTC測溫元件，并與一個高性能8位單片機相連接。因此該產(chǎn)品具有品質(zhì)卓越、超快響應、抗干擾能力強、性價比極高等優(yōu)點。每個AM2301傳感器都在極為精確的濕度校驗室中進行校準。校準系數(shù)以程序的形

26、式儲存在OTP內(nèi)存中，傳感器內(nèi)部在檢測信號的處理過程中要調(diào)用這些校準系數(shù)。單線制串行接口，使系統(tǒng)集成變得簡易快捷。超小的體積、極低的功耗，信號傳輸距離可達20米以上，使其成為各類應用甚至最為苛刻的應用場合的最佳選則。產(chǎn)品為 4 針單排引腳封裝。連接方便，特殊封裝形式可根據(jù)用戶需求而提供。（2）產(chǎn)品亮點超低能耗、傳輸距離遠、全部自動化校準、采用電容式濕敏元件、完全互換、標準數(shù)字單總線輸出、卓越的長期穩(wěn)定性、采用高精度測溫元件。（3）單總線接口定義圖10 AM2301引腳引腳說明（VDD SDA GND）：AM2301的供電電壓范圍為 3.5V - 5.5V,建議供電電壓為 5V。數(shù)據(jù)線 SDA

27、引腳為三態(tài)結(jié)構(gòu)，用于讀/寫傳感器數(shù)據(jù)。詳細見單總線的通信協(xié)議說明。（4）接口說明建議連接線長度短于20米時用5K上拉電阻,大于20米時根據(jù)實際情況使用合適的上拉電阻。圖10AM2301典型接口電路3.3 液晶顯示裝置設計液晶簡介1602液晶也叫1602字符型液晶它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的點陣型液晶模塊它有若干個5X7或者5X11等點陣字符位組成，每個點陣字符位都可以顯示一個字符。每位之間有一個點距的間隔每行之間也有也有間隔起到了字符間距和行間距的作用，正因為如此所以他不能顯示圖形（用自定義CGRAM，顯示效果也不好）1602LCD是指顯示的內(nèi)容為16X2,即可以顯示兩行，每行16

28、個字符液晶模塊（顯示字符和數(shù)字）目前市面上字符液晶絕大多數(shù)是基于HD44780液晶芯片的，控制原理是完全相同的，因此基于HD44780寫的控制程序可以很方便地應用于市面上大部分的字符型液晶8。圖11 1602實物圖1602LCD主要技術(shù)參數(shù)：顯示容量:16×2個字符芯片工作電壓工作電流:2.0mA(5.0V)模塊最佳工作電壓字符尺寸×4.35(W×H)mm圖12 1602LCD引腳圖引腳功能說明：1602LCD采用標準的14腳（無背光）或16腳（帶背光）接口，各引腳接口說明如下:第1腳：VSS為地電源。第2腳：VDD接5V正電源。第3腳：VL為液晶顯示器對比度調(diào)整

29、端，接正電源時對比度最弱，接地時對比度最高，對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個10K的電位器調(diào)整對比度。第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。第5腳：R/W為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。當RS和R/W共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當RS為低電平R/W為高電平時可以讀忙信號，當RS為高電平R/W為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。第6腳：E端為使能端，當E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。第714腳：D0D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。第15腳：背光源正極。第16腳：背光源負極。液晶顯示原理讀寫操作時序如圖13和圖14所示：圖

30、13 讀操作時序圖14寫操作時序3.4 光聲報警系統(tǒng)與溫濕度控制系統(tǒng)設計光聲報警系統(tǒng)本系統(tǒng)采用紅綠LED燈作為光報警提示，當系統(tǒng)檢測到的數(shù)據(jù)符合給定的要求時，現(xiàn)場始終綠燈顯示；當系統(tǒng)檢測到的數(shù)據(jù)不符合給定的要求時，現(xiàn)場轉(zhuǎn)化為紅燈報警提示；本系統(tǒng)采用蜂鳴器作為聲報警提示，當系統(tǒng)檢測到的數(shù)據(jù)符合給定的要求時，現(xiàn)場沒有蜂鳴器報警提示；當系統(tǒng)檢測到的數(shù)據(jù)不符合給定的要求時，現(xiàn)場蜂鳴器報警提示9。如圖15圖15 光聲報警系統(tǒng)電路圖溫濕度控制系統(tǒng)本系統(tǒng)溫濕度控制系統(tǒng)主要組成有：風扇、加熱器、噴霧器、除潮器。當系統(tǒng)檢測到的數(shù)據(jù)不符合給定的要求時，系統(tǒng)啟動溫濕度控制系統(tǒng)實現(xiàn)恒溫恒濕的目的。·風扇：負

31、責系統(tǒng)的降溫工作。·加熱設備：負責系統(tǒng)的加熱工作。·噴霧設備：負責系統(tǒng)的加濕工作。·排潮設備：負責系統(tǒng)的去濕工作。圖16 溫濕度控制系統(tǒng)電路4軟件系統(tǒng)設計本系統(tǒng)軟件系統(tǒng)設計包過：系統(tǒng)初始化模塊，溫濕度檢測模塊，1602LCD顯示模塊，報警模塊，溫濕度判斷控制模塊。系統(tǒng)軟件總體流程圖如圖17圖17系統(tǒng)流程圖初始化模塊系統(tǒng)初始化模塊的主要功能是完成系統(tǒng)的初始化以及設定系統(tǒng)的工作狀態(tài)，初始化部分包括以下方面的內(nèi)容：4.1.1 單片機初始化以及各種引腳定義。4.1.2 1602液晶初始化及工作方式。4.1.3 系統(tǒng)進入正常工作狀態(tài)。溫濕度檢測模塊溫濕度檢測模塊是本系統(tǒng)中的

32、核心模塊之一，它負責完成溫度和濕度的測量及模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的全過程，這也是它為什么重要的原因。數(shù)字式溫濕度傳感器AM2301直接把檢測到的模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量送給單片機，在經(jīng)過單片機的處理，把溫濕度值顯示在1602液晶上。溫濕度傳感器的精確度值直接影響到整個系統(tǒng)的檢測與控制，所以本系統(tǒng)采用數(shù)字式溫濕度傳感器AM2301采集溫室內(nèi)的溫濕度10。4.3 溫濕度判斷控制模塊溫濕度判斷控制模塊也是系統(tǒng)的核心模塊之一，所謂判斷控制模塊，就是對當前溫室內(nèi)的實際溫濕度與給定的溫濕度范圍進行比較，先進行判斷，然后再進行控制，控制模塊是決定系統(tǒng)將要進行什么工作的。如溫度高于上限時需要降溫，低于下限時需要升溫，如

33、濕度高于上限時需要降濕，低于下限時需要増濕，同時還要啟動警報等等。溫濕度判斷控制部分的程序整體思路如圖18圖18 溫濕度判斷控制程序整體思路4.4 1602液晶顯示模塊本系統(tǒng)采用1602液晶顯示溫濕度值，當系統(tǒng)剛開始上電時1602液晶不顯示任何數(shù)據(jù)，等待AM2301的監(jiān)測數(shù)據(jù)，雙行顯示在1602液晶上。第一行顯示：Temperature:-。C，第二行顯示：Humidity: -%報警模塊報警模塊具備兩項功能，即為報警燈和聲音報警。報警燈模塊是完成LED有規(guī)律的轉(zhuǎn)換，以便從視覺上提醒用戶。LED是由單片機控制2個雙色LED燈組成的，其轉(zhuǎn)換規(guī)律為：1 系統(tǒng)溫濕度值在給定的范圍時，綠色LED亮。2

34、 系統(tǒng)溫濕度值超出給定的范圍時，紅色LED亮。在LED燈轉(zhuǎn)換的同時，聲音報警也會同時啟動，可采用延時的方式來延長聲音報警的聲音。警報燈由2個雙色的LED燈組成，一共需要2根數(shù)據(jù)線，使用單片機控制。要實現(xiàn)的功能是使2個雙色LED燈有規(guī)律的轉(zhuǎn)換，當系統(tǒng)上電后，系統(tǒng)進行實時的采樣，并判斷出當前溫濕度與給定溫濕度之間的差異，如果當前溫濕度低于用戶給定的下限溫濕度值，則說明當前溫濕度過低，系統(tǒng)自動啟動紅色警報燈，同時開始加溫増濕，直至加到所需溫濕度值時警報燈熄滅。反之，如果當前溫濕度高于用戶設定的上限溫濕度值，則說明當前溫濕度過高，系統(tǒng)也會自動啟動警報燈，同時開始降溫減濕，直至降到所需溫濕度值時警報燈熄

35、滅。4.6 系統(tǒng)整體軟件程序本系統(tǒng)采用C語言編程，使用單片機編程軟件:Keil軟件11。#include<reg52.h>#define uchar unsigned char #define uint unsigned intuint hum,temp;/定義濕度、溫度（全局）uchar hum_h,hum_l,temp_h,temp_l,check;/濕度高、低8位，溫度高、低8位，校驗位uchar num,num1, bai,shi,ge,bai1,shi1,ge1,cnt=0; /sbit dht=P10;sbit fine=P11;sbit hot=P12;sbit pw

36、q=P13;sbit ccq=P14;sbit beef=P27;sbit redled=P26;sbit greedled=P25;sbit lcden=P34;sbit lcdrs=P35;uchar code table="Temperature:" ; uchar code table1="Humidity:"void write_com(uchar com);void write_data(uchar date);void delay_us(uint i);void delay(uint z);void dht_init();void inte

37、rrupt_init();void lcd_int();uchar read_byte();void read_hum_temp();void zhuanhuan();void warm_control();void main()/主函數(shù)interrupt_init();lcd_int();delay(200); while(1) read_hum_temp();zhuanhuan();warm_control();delay(3000); /此處的時間不能小于3000，否則讀不出！/hum_h=hum_l=temp_h=temp_l=check=temp=hum=0;/*-延時（10us級）

38、-*/void delay_us(uint i)while(i-); /*-延時（ms級）-*/void delay(uint z)uint i,j;for(i=z;i>0;i-)for(j=110;j>0;j-);/*-溫濕度初始化（準備傳送數(shù)據(jù)）-*/void dht_init()/delay(1000); /延時一會，避開不穩(wěn)定區(qū)域dht=0; /拉低延時500微秒，發(fā)送開始信號delay_us(50);dht=1; /釋放總線，延時30微秒delay_us(4);while(!dht); /拉低等待while(dht); /拉高等待，即將傳送數(shù)據(jù)uchar read_byt

39、e()uchar n,byte=0,dat;for(n=0;n<8;n+) while(!dht);delay_us(4); /理論上28us<延時<70us,此處寫2-6都可以dat=0;if(dht) dat=1;while(dht);byte=(byte<<=1)|dat; /0return byte; /*-讀40位數(shù)據(jù)-*/void read_hum_temp()dht_init();hum_h=read_byte(); /讀濕度hum_l=read_byte();temp_h=read_byte(); /讀溫度temp_l=read_byte();ch

40、eck=read_byte(); /讀校驗while(!dht); /等待低電平結(jié)束dht=1;/最后拉高總線void zhuanhuan() /提取各位數(shù)字uchar a;a=hum_h+hum_l+temp_h+temp_l;if(a=check)/P1=temp_l;hum=temp=0;hum=(hum|hum_h)<<8)|hum_l;temp=(temp|temp_h)<<8)|temp_l; bai=temp/100;shi=temp%100/10;ge=temp%10;bai1=hum/100;shi1=hum%100/10;ge1=hum%10;els

41、e bai=shi=ge=bai1=shi1=ge1=0;/*-中斷初始化-*/void interrupt_init()TMOD=0X01; TH0=(65536-10000)/256;TL0=(65536-10000)%256;EA=1;ET0=1;TR0=1; /*-中斷處理液晶顯示函數(shù)-*/void timer0() interrupt1TH0=(65536-10000)/256;TL0=(65536-10000)%256;if(cnt=2) for(num=0;num<13;num+)write_data(tablenum);delay(20);write_data(bai);

42、write_data(shi);write_data(ge);write_data('C');write_com(0x80+0x40);for(num1=0;num1<10;num1+)write_data(table1num1);delay(20);write_data(bai1);write_data(shi1);write_data(ge1);write_data('%'); cnt=0; cnt+;/*-液晶控制-*/void lcd_int()/lcd初始化lcden=0;write_com(0x38);write_com(0x0e);write

43、_com(0x06);write_com(0x80);void write_com(uchar com) / lcd寫指令lcdrs=0;P0=com;delay(5);lcden=1;delay(5);lcden=0;void write_data(uchar date) / lcd寫數(shù)據(jù)lcdrs=1;P0=date;delay(5);lcden=1;delay(5);lcden=0;/*-控制報警-*/void warm_control()/判斷控制報警if(temp<10|temp>30)|(hum<20|hum>60)/判斷溫濕度值是否符合要求 redled=

44、0;greedled=1;beef=0; /聲光報警delay(2000);beef=1;else greedled=0;redled=1;if(temp<10)hot=0;/加熱器加熱if(temp>30)fine=0; /風扇降溫if(hum<20)pwq=0;/噴霧器增濕if(hum>60)ccq=0;/除潮器除潮總 結(jié):雖然這個設計做的比較簡單，但能完成給定的設計內(nèi)容。很多東西考慮的不是很細，也有一些特別情況沒有做，但是用了很多精力用來完成這個論文，鑒于個人水平和時間的關(guān)系，所以并沒有把自己當初設想的所有情況都考慮進去。這兩個月的畢業(yè)論文讓我學會的很多，覺得自己

45、學的太少還有很多需要認真學習，學無止境，所以要更努力。參考文獻:J.微計算機信息，2009（25）: 21242易順明.基于單片機的大棚溫濕度控制系統(tǒng)設計J.現(xiàn)代電子技術(shù),2011(7):7153張毅剛.單片機原理及應用M.北京：高等教育出版社2008.121064Atmel.Atmel 89C51 Microcontrollers Hardware Manual,2010. 35985陳桂友,柴遠斌.單片機應用技術(shù)M.北京：機械工業(yè)出版社,2008.10886熊詩波.機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)M.4版.北京：機械工業(yè)出版社,2008. 60102 7張新榮.基于單片機的多路溫度監(jiān)測系統(tǒng)設計J.工業(yè)

46、控制計算機，2010（7）:13218夏曉南.基于單片機的溫箱溫度和濕度的控制J.現(xiàn)代電子技術(shù),2008(5):6129秦曾煌.電工學.電子技術(shù)M.7版.北京：高等教育出版社,2008.3480J.微計算機信息，2008（17）:51811譚浩強.C程序設計M.4版.北京：清華大學出版社, 2007.2195The design of temperature and humidity measurement and control system based on single-chip microcomputerLi Ruitao(Mechanical and Electronic Engineering Department of DezhouUni