智能冰箱數(shù)據(jù)采集及平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)論文

1、天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)Tianjin University of Technology and Education畢業(yè)設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)：計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)班級(jí)學(xué)號(hào):學(xué)生姓名:指導(dǎo)教師:二一七年六月天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)智能冰箱數(shù)據(jù)采集及平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)Design and implementation of data acquisition andDesign platform of intelligent refrigerator2017年 06 月摘要電冰箱是人類(lèi)生活中不可缺少的一個(gè)電器，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷提高，電冰箱 也根據(jù)人類(lèi)需求向著智能化的方向發(fā)展。在如今，人們對(duì)于電冰箱功能的需求不

2、僅 僅限于保存食物，而是在保存食物的基礎(chǔ)上能幫助人們合理科學(xué)的管理電冰箱內(nèi)部 的食物。人們把食物保存在電冰箱內(nèi)后，常常忘記電冰箱內(nèi)還保存著什么食物，而且不 同品種的食物最佳保存環(huán)境也是不同的，如果對(duì)食物處理的不夠及時(shí)就會(huì)使食物腐 敗得更迅速，從而造成食物浪費(fèi)。智能電冰箱是在擁有普通電冰箱的低溫保存食物 功能的同時(shí)，擁用一套智能化的系統(tǒng)。在本智能系統(tǒng)中，硬件部分分為三個(gè)模塊， 分別為溫度數(shù)據(jù)測(cè)量模塊、濕度數(shù)據(jù)測(cè)量模塊和重量數(shù)據(jù)測(cè)量模塊。測(cè)試系統(tǒng)使用 了單片機(jī)、溫濕度感應(yīng)器、壓力應(yīng)變片、 ADC 模數(shù)信號(hào)轉(zhuǎn)換器和 LED 顯示屏等元 件來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。使用溫濕度感應(yīng)器測(cè)量溫度和濕度數(shù)據(jù)，同時(shí)采用

3、應(yīng)變片來(lái) 測(cè)量重量數(shù)據(jù)，將采集到的數(shù)據(jù)傳送給系統(tǒng)核心元件 單片機(jī)進(jìn)行統(tǒng)一控制處 理。由于應(yīng)變片測(cè)量到的數(shù)據(jù)是模擬信號(hào)，不能直接傳送給單片機(jī)，所以在應(yīng)變片 與單片機(jī)之間增加一個(gè) ADC 模數(shù)信號(hào)轉(zhuǎn)換器，把壓力傳感器采集的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換 為數(shù)字信號(hào)。最終，測(cè)試數(shù)據(jù)由單片機(jī)分析處理后傳送給 LED 顯示屏進(jìn)行顯示。經(jīng)過(guò)反復(fù)多次測(cè)試， 本系統(tǒng)能夠達(dá)到開(kāi)題提出的溫度數(shù)據(jù)測(cè)量、 濕度數(shù)據(jù)測(cè)量、 重量數(shù)據(jù)測(cè)量和 LED 屏顯示功能。這樣人們就可以通過(guò)智能系統(tǒng)查看電冰箱內(nèi)的 各項(xiàng)數(shù)據(jù)，合理化管理電冰箱內(nèi)的食物，使食物保存在最佳環(huán)境，讓食物最大限度 的保持新鮮度。關(guān)鍵詞 ：智能電冰箱；食物保存；食物管理；傳感器；

4、ABSTRACTRefrigerator is an indispensable electrical appliance in human life. With the continuous improvement of science and technology, refrigerators are developing in an intelligent way according to human needs.Nowadays, the demand for the function of refrigerators is not limited to the preservatio

5、n of food, but to help people to manage the food inside the refrigerator reasonably and scientifically.People keep food in the refrigerator, the refrigerator is still preserved and often forget what food, but also the different varieties of food preservation environment, if not timely processing of

6、food will make food spoilage more quickly, resulting in waste of food. Smart refrigerators are equipped with a set of intelligent systems, which have the function of keeping food in low temperature while the ordinary refrigerator. In this intelligent system, the hardware part is divided into three m

7、odules, which are temperature data measurement module, humidity data measurement module and weight data measurement module. The test system uses single-chip microcomputer, temperature and humidity sensors, pressure and strain gauges, ADC analog to digital signal converter and LED display device to r

8、ealize the system development. The temperature and humidity data are measuredby using a temperature and humidity sensor. At the same time, the strain gauge is used to measure the weight data. The collected data is transferred to the core component of the system, which is controlled by a single chip

9、microcomputer. The strain gauge measuring data to analog signal is not directly transmitted to the microcontrollers, so adding a ADC analog to digital signal converter between the strain gauge and the microcontrollers, converts the analog signal into digital signal acquisition pressure sensor. Final

10、ly, the test data is processed by a single chip microcomputer and sent to the LED display for display.After repeated testing, the system can achieve the opening the measured temperature data and humidity data measurement, weight data measurement and LED screen display function. In this way, people c

11、an view the data in the refrigerator through the intelligent system, rationalize the food in the refrigerator, keep the food in the best environment, and keep the food to a maximum extent fresh.Key Words：The intelligent refrigerator；The food preservation；The food managemen；t Sensor II目錄 TOC o 1-5 h

12、z HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 1 緒論 1 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 1.1研究意義 1 HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 1.2研究現(xiàn)狀 1 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 2 系統(tǒng)分析 3 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 需求分析 32.1.1開(kāi)發(fā)前景 32.1.2具備功能 3 HYPERLINK l bookmark20

13、o Current Document 2.2可行性分析 42.2.1技術(shù)可行性 42.2.2經(jīng)濟(jì)可行性 42.2.3法律可行性 4 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 相關(guān)技術(shù)和工具介紹 5 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document STM32F103C8T6 單片機(jī)5 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 3.2單片機(jī)最小系統(tǒng) 5 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document Keil MDK 5 HYPERLINK l

14、 bookmark30 o Current Document CS5530ADC5 HYPERLINK l bookmark32 o Current Document SHT1 1溫濕度傳感器 6 HYPERLINK l bookmark34 o Current Document LCD1602 顯示屏8 HYPERLINK l bookmark36 o Current Document 應(yīng)變片 9 HYPERLINK l bookmark38 o Current Document 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 10系統(tǒng)電路圖 10 HYPERLINK l bookmark42 o Current Documen

15、t 系統(tǒng)流程圖 12 HYPERLINK l bookmark44 o Current Document 4.3 PCB電路板設(shè)計(jì)圖13 HYPERLINK l bookmark46 o Current Document 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 14 HYPERLINK l bookmark50 o Current Document 系統(tǒng)測(cè)試 15 HYPERLINK l bookmark52 o Current Document 測(cè)試的重要性 15 HYPERLINK l bookmark54 o Current Document 測(cè)試的目的 15 HYPERLINK l bookmark56 o Cur

16、rent Document 測(cè)試方法 15 HYPERLINK l bookmark58 o Current Document 測(cè)試結(jié)果 15結(jié) 論 16 HYPERLINK l bookmark60 o Current Document 參考文獻(xiàn) 17致 謝 18天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)2017屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 1緒論1.1研究意義在20世紀(jì)以前，使用電冰箱存儲(chǔ)食物是不可想象的，長(zhǎng)久以來(lái)人們?yōu)榱吮４媸?物非經(jīng)周折，想出了許多的方法來(lái)保存食物，比如使用食鹽、風(fēng)干等。自1913年第一臺(tái)電冰箱問(wèn)世以來(lái)，電冰箱隨著科技的發(fā)展和人們對(duì)于電冰箱功能的需求不斷發(fā)生 變化?，F(xiàn)在的社會(huì)生活中，人們的生活節(jié)奏越來(lái)越

17、快，還有對(duì)生活水平要求的不斷提高， 人們對(duì)于電冰箱不再限于是一個(gè)簡(jiǎn)單的食物保鮮工具，而是能像智能手機(jī)，智能電視等，成為擁有保鮮制冷技術(shù)的家庭食物及健康管理的終端。在沒(méi)有智能冰箱前，普通的電冰箱僅擁有制冷保鮮的功能， 人們把食物放進(jìn)冰箱 后會(huì)隨著記憶力的減退，或是食物放在冰箱深處等原因，忘記了保存在冰箱內(nèi)的食物。 普通的生鮮食物通常只有極短暫的保存時(shí)間，不同的種類(lèi)的食物最佳保存環(huán)境也是不 同的。人們?cè)诒４嫔r食物時(shí)，常常因?yàn)橥浭澄锏拇嬖谑故澄锔瘮≡诒鋬?nèi)， 超過(guò) 保質(zhì)期、或是使食物在不適宜的環(huán)境下保存容易導(dǎo)致食物的加速腐敗。這樣就造成了食物的浪費(fèi)，對(duì)電冰箱的管理容易出錯(cuò)。因此，有必要通過(guò)電冰箱

18、數(shù)據(jù)的采集系統(tǒng)， 以全新的管理模式來(lái)管理電冰箱。 通 過(guò)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)此系統(tǒng)，完成對(duì)電冰箱內(nèi)部的溫度數(shù)據(jù)采集、 濕度數(shù)據(jù)采集及食物重量 數(shù)據(jù)采集功能，幫助管理電冰箱減少食物腐敗過(guò)期。1.2研究現(xiàn)狀家電的智能化已經(jīng)成為一種趨勢(shì)，正在走進(jìn)我們的生活。這幾年來(lái)，很多的傳統(tǒng)家電廠(chǎng)商紛紛推出智能化的產(chǎn)品，如智能電視、智能冰箱、智能空調(diào)、智能電飯煲， 甚至小小的智能插座也都智能化了。智能家電智能化帶來(lái)的盛宴驅(qū)使幾乎所有的廠(chǎng)商 都不敢落后。韓國(guó)電子巨頭三星自然也不例外。三星公司在兩年前就開(kāi)始研發(fā)智能冰 箱，并推出了三星智能冰箱Family Hub。該冰箱運(yùn)行的是三星Tizen系統(tǒng)，在這塊顯示器上用戶(hù)可以像使用電

19、腦一樣查詢(xún) 到許多信息，比如日歷、新聞資訊、天氣、備忘錄、食譜、食物過(guò)期提醒、社區(qū)附近 的打折信息或者用于給其他家庭成員留言的便利貼功能。在冰箱內(nèi)部，F(xiàn)amily Hub內(nèi)置有三個(gè)攝像頭，用戶(hù)可通過(guò)智能手機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控冰箱門(mén)的開(kāi)啟情況，也可以實(shí)時(shí)查 看冰箱內(nèi)食物的存儲(chǔ)、保鮮情況。在我國(guó)，美的推出了智能冰箱“OS集智”本款搭載阿里YunOS操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)冰 箱與用戶(hù)、與手機(jī)的交互，最關(guān)鍵的是，通過(guò) ArcSoft實(shí)時(shí)圖像識(shí)別系統(tǒng)，對(duì)食材進(jìn) 行識(shí)別及實(shí)時(shí)管理，將冰箱的 智能”化向前推進(jìn)一大步。搭載 ArcSoft最新研發(fā)的實(shí) 時(shí)圖像識(shí)別系統(tǒng)，冰箱內(nèi)置百萬(wàn)級(jí)像素高清攝像頭，可根據(jù)用戶(hù)放入的食材進(jìn)行實(shí)時(shí) 識(shí)

20、別，識(shí)別服務(wù)器具備瞬時(shí)響應(yīng)能力。用戶(hù)通過(guò)手機(jī)APP，即可實(shí)時(shí)查看冰箱內(nèi)食材 存儲(chǔ)情況。在常見(jiàn)食材的基礎(chǔ)上，通過(guò)不斷豐富識(shí)別食材的種類(lèi)，智能記錄用戶(hù)的日 常飲食數(shù)據(jù)，集合大數(shù)據(jù)云計(jì)算、深度學(xué)習(xí)，分析出用戶(hù)的飲食習(xí)慣，并給出營(yíng)養(yǎng)膳 食建議。此外，美國(guó)虹軟(ArcSoft)還推出基于冰箱智能屏，通過(guò)冰箱外部攝像頭及虹 軟手勢(shì)控制技術(shù)，在廚房等不便觸摸屏幕的情況下無(wú)需打開(kāi)冰箱。2系統(tǒng)分析2.1需求分析2.1.1開(kāi)發(fā)前景自1913年世界第一臺(tái)電冰箱在美國(guó)芝加哥誕生以來(lái)，電冰箱就隨著科技的發(fā)展 不斷的變化，才形成了現(xiàn)在我們常見(jiàn)到的家庭電冰箱，具有冷藏、冷凍食物的功能。如今科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展，單片機(jī)在家電中的

21、應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，利用單片機(jī)不僅大大提高了電器的智能程度，還能增加功能。單片機(jī)有高集成度、體積小、高可靠， 控制能力強(qiáng)，易拓展等優(yōu)點(diǎn)，適用于開(kāi)發(fā)各種電子設(shè)備。智能冰箱開(kāi)發(fā)中最重要的部 分是微處理器（單片機(jī)），主要通過(guò)對(duì)微處理器的編程控制，能夠做到實(shí)時(shí)控制系統(tǒng) 操作。對(duì)于電冰箱內(nèi)食物的管理，一直是由人工操作，需要人通過(guò)記憶力來(lái)管理食物存 放進(jìn)電冰箱的時(shí)間、存放數(shù)量等，這種方式極易產(chǎn)生錯(cuò)誤。所以必須將以前的人工操 作改變?yōu)橐?guī)范的由單片機(jī)管理才能適應(yīng)現(xiàn)在社會(huì)生活的需要。為此，擬開(kāi)發(fā)智能冰箱數(shù)據(jù)采集及平臺(tái)的設(shè)計(jì)與顯示”，來(lái)改變現(xiàn)在由人工操作的現(xiàn)狀，通過(guò)合理的使用 單片機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電冰箱內(nèi)食物管理過(guò)程中的

22、信息進(jìn)行合理、高效和科學(xué)的管理，以提高工作效率，保證能讓食物保存在最佳環(huán)境。智能化是家電如今發(fā)展的一種趨勢(shì)， 隨著購(gòu)買(mǎi)家電的主要人群變?yōu)?0后以及90 后，對(duì)于電冰箱的要求也越來(lái)越高，生產(chǎn)商也紛紛發(fā)表自己的智能化家電， 其中電冰 箱的要求就已經(jīng)不是簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單的冷藏冷凍食物， 而是如何科學(xué)、合理的冷藏冷凍食物， 更具備了智能管理功能。智能化、云端融合以及人機(jī)交互已成為了家電行業(yè)的必要發(fā) 展趨勢(shì)。2.1.2具備功能為電冰箱管理者提供方便、快捷的方法，系統(tǒng)的對(duì)電冰箱進(jìn)行合理的管理，實(shí)現(xiàn) 智能化工作，節(jié)省大量時(shí)間和避免食物的浪費(fèi)，擬開(kāi)發(fā)一套電冰箱數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，具 體功能如下：1、擁有溫度數(shù)據(jù)采集功能，能

23、測(cè)量電冰箱內(nèi)溫度數(shù)據(jù)。2、擁有濕度數(shù)據(jù)采集功能，能測(cè)量電冰箱內(nèi)濕度數(shù)據(jù)。3、擁有重量數(shù)據(jù)采集功能，能測(cè)量電冰箱內(nèi)存放的食物的重量數(shù)據(jù)。4、 能把采集到的溫度數(shù)據(jù)、濕度數(shù)據(jù)和重量數(shù)據(jù)匯總后顯示在LED顯示屏上。2.2可行性分析2.2.1技術(shù)可行性在當(dāng)前的科學(xué)環(huán)境下，單片機(jī)的技術(shù)越來(lái)越成熟，所以設(shè)計(jì)系統(tǒng)完全可以實(shí)現(xiàn)。 根據(jù)課題的要求而制定出總體設(shè)計(jì)方案，不能脫離現(xiàn)實(shí)過(guò)于理想化。技術(shù)可行性就是 使用現(xiàn)在擁有的相對(duì)成熟的技術(shù)來(lái)設(shè)計(jì)系統(tǒng)功能，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是使用單片機(jī)、ADC（Analog-to-Digital Converter，模數(shù)轉(zhuǎn)換器）、應(yīng)變片、溫濕度傳感器和 LED顯示屏 來(lái)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，在現(xiàn)在的環(huán)境

24、下是完全可行的。2.2.2經(jīng)濟(jì)可行性開(kāi)發(fā)一個(gè)新系統(tǒng)，需要考慮在合理的預(yù)算下完成合理的系統(tǒng)。預(yù)算過(guò)高，在實(shí)際開(kāi)發(fā)過(guò)程中可能會(huì)造成資金鏈短缺，而影響到系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)；預(yù)算太低，會(huì)缺乏資金來(lái)購(gòu)買(mǎi)所需要的零器件，也會(huì)影響到系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。所以，有一個(gè)合理的預(yù)算在系統(tǒng)開(kāi)發(fā) 中是十分必要的。對(duì)于本系統(tǒng)而言，需要的零器件不多，只需購(gòu)買(mǎi)所需零器件就可以 搞定本項(xiàng)目，是完全可行的。2.2.3法律可行性根據(jù)國(guó)家法律法規(guī)，系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)不得使用非法工具，侵犯他人權(quán)益。本系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)所使用的元器件以及工具符合國(guó)家法律法規(guī)，不會(huì)與法律法規(guī)產(chǎn)生沖突，同時(shí)尊重他人版權(quán)等相關(guān)事宜，所以在法律層面上本系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)的完全可 行

25、的。3相關(guān)技術(shù)和工具介紹3.1 STM32F103C8T6 單片機(jī)在本次課題設(shè)計(jì)中我選用STM32ZET6作為主控芯片來(lái)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行控制，它 是基于A(yíng)RM(cortex-M3 )為內(nèi)核的增強(qiáng)型單片機(jī)，其機(jī)身自帶 512K內(nèi)存存儲(chǔ)空間為 程序提供大容量存儲(chǔ)，具有16路12位AD轉(zhuǎn)換通道，可以快速高效的處理模擬信號(hào)， 同時(shí)對(duì)于STM32ZET彈片機(jī)來(lái)說(shuō)，其完美的低功耗特點(diǎn)在實(shí)際應(yīng)用中具有良好的表 現(xiàn)，讓所搭建出的系統(tǒng)更節(jié)能，更環(huán)保。在整個(gè)系統(tǒng)中用到了單片機(jī)的內(nèi)部資源，在傳感器方面，溫濕度傳感器與單片機(jī) 以單總線(xiàn)方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，對(duì)單片機(jī)傳輸速度要求較高，同時(shí)單片機(jī)還通過(guò)SPI通訊協(xié)議對(duì)壓力傳感器

26、模塊進(jìn)行通訊， 采集當(dāng)前壓力值，并最終將這些數(shù)據(jù)傳送到液 晶屏上，與用戶(hù)進(jìn)行人機(jī)對(duì)話(huà)。3.2單片機(jī)最小系統(tǒng)由于單片機(jī)僅僅只是一個(gè)芯片，而在實(shí)際工作中需要為其配備一些工作助手，例如供電電路，復(fù)位電路，晶振電路等，只有這些電路與單片機(jī)組合在一起，單片機(jī)才 可以正常工作，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。在該系統(tǒng)中，為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的靈活性，將單片機(jī)最小系 統(tǒng)與電源電路、傳感器電路等外圍電路用兩塊 PCB板分別制作，最后通過(guò)插針與之 相連接，這樣不僅提高了系統(tǒng)的靈活性，還對(duì)以后的系統(tǒng)升級(jí)帶來(lái)了方便，大大降低 了改造成本。Keil MDK在本設(shè)計(jì)的編程環(huán)境中，選用Keil MDK軟件為該設(shè)計(jì)單片機(jī)進(jìn)行程序編寫(xiě)。Keil MDK

27、是一款成熟、實(shí)用的開(kāi)發(fā)平臺(tái)，到如今已經(jīng)從Keil MDK 1延續(xù)到了 Keil MDK4， 是市場(chǎng)上為數(shù)不多的經(jīng)典編程環(huán)境之一。 在該軟件中人機(jī)交互界面相對(duì)簡(jiǎn)潔， 軟件簡(jiǎn) 單易學(xué)，對(duì)程序移植，改寫(xiě)相對(duì)容易，為程序設(shè)計(jì)人員提供了良好的開(kāi)發(fā)環(huán)境。CS5530ADC在本設(shè)計(jì)中，一個(gè)重要的指標(biāo)即是完成對(duì)冰箱內(nèi)存放物品的一個(gè)質(zhì)量檢測(cè)功能， 在設(shè)計(jì)中，為對(duì)傳感器進(jìn)行信號(hào)采集，則選用CS5530模數(shù)轉(zhuǎn)換器為傳感器采集信號(hào)， 并將采集到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量傳送至單片機(jī)中。在選擇模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片時(shí)，CS5513與CS5530都作為電子秤的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片進(jìn)入 到了設(shè)計(jì)時(shí)的備選方案中，兩者的區(qū)別在于 CS5513價(jià)格更

28、為便宜，但其自身不具備 運(yùn)放功能，需另外通過(guò)運(yùn)放芯片在前級(jí)加以處理，才能獲得正確的數(shù)據(jù)。而與此同時(shí)CS5530模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片雖價(jià)格稍貴，但其內(nèi)置可編程放大器，簡(jiǎn)單高效的解決了 CS5513所帶來(lái)的問(wèn)題，則最終選擇 CS5530為本系統(tǒng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片。CS5530是一款以SPI總線(xiàn)通信轉(zhuǎn)換位數(shù)為24位的高精度串行A/D芯片。其內(nèi) 置164倍運(yùn)算放大器，根據(jù)程序編寫(xiě)倍數(shù)可調(diào)；同時(shí)其線(xiàn)性失真小，分辨率高達(dá) 19 位以上；并且該芯片通過(guò)SPI串行通信接口與單片機(jī)相連具有傳輸效率高， 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 等特點(diǎn)，是一款可靠實(shí)用的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片。STI32F10SC6T6 琴數(shù)介紹存儲(chǔ)器容童：RAH：2QKB計(jì)時(shí)器數(shù)：

29、3封裝形式：L9FF工作溫度SB：C 認(rèn) +105a C針唧數(shù)：48工作溫度益低：-40 C工作溫度墨高：105a C串行通訊：lxSPI, lxI2Cf NUSART, USB, CAN位敦：32器件標(biāo)號(hào)二(ASM Cortex) STM32存睛器類(lèi)型二FLASH定時(shí)器位數(shù)：ie封裝類(lèi)型：剝式接口類(lèi)型：CA1T, I2C, SFI, UART, USB時(shí)鐘頻率：72HNz模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入數(shù)：10電源電壓最大:3. SV電源電壓最?。?V芯片標(biāo)號(hào)：32F103CB表35安裝器件：表面安裝輸入/輸出裁數(shù)：32閃存容量:圖3-1 STM32F103C8T6單片機(jī)參數(shù)圖3.5 SHT11溫濕度傳感器同

30、樣對(duì)于該系統(tǒng)的溫濕度檢測(cè)功能，在設(shè)計(jì)也列選了兩種傳感器作為備選方案,一是利用SHT11溫濕度采集模塊，二是選擇DHT11溫濕度采集模塊，兩者之間無(wú)論 使用環(huán)境，程序編寫(xiě)還是價(jià)格方面都幾乎一樣，不同的是SHT11溫濕度采集模塊在采集精度上要更為出色，所以最終選擇 SHT11溫濕度采集模塊作為本系統(tǒng)的溫濕度 米集傳感器。SHT11溫濕度傳感器是以單總線(xiàn)的形式對(duì)單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，每40位數(shù)據(jù)為一組進(jìn)行傳輸，前16位為溫度信號(hào)，再16位為濕度信號(hào)，而最后的8位則是對(duì)傳輸 信號(hào)的一個(gè)校驗(yàn)，在程序中需要將這 16位信號(hào)以十進(jìn)制數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，最終得到正 確的數(shù)值。如圖所示為SHT11溫濕度傳感器時(shí)引腳分配

31、圖。如圖所示為SHT11溫濕度傳感器的時(shí)序響應(yīng)圖。1 23NC4VDDSDAGND圖3-2 CS5530ADC實(shí)物圖圖3-3 SHT11溫濕度傳感器實(shí)物圖D3.6 LCD12864 顯示屏在本系統(tǒng)中應(yīng)用LCD12864顯示屏作為本設(shè)計(jì)的顯示裝置，主要顯示系統(tǒng)當(dāng)前所 處環(huán)境的溫濕度信息以及測(cè)量重物的質(zhì)量信息等，LCD12864顯示屏顯示功能相對(duì)強(qiáng) 大，不僅可以顯示中英文，還可以對(duì)一些復(fù)雜符號(hào)、圖片進(jìn)行編程后顯示在屏幕上。 針對(duì)于LCD12864顯示屏的編程方式分為串行和并行，串行方式對(duì)單片機(jī)的I/O管腳 要求較少，只用三根數(shù)據(jù)線(xiàn)就可以完成對(duì)數(shù)據(jù)的傳輸，但傳輸速度相對(duì)較慢；并行傳輸方式是將數(shù)據(jù)分為

32、八根數(shù)據(jù)線(xiàn)同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，大大提高了傳輸速度，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速更新顯示。針對(duì)于本系統(tǒng)，由于需要對(duì)顯示數(shù)據(jù)進(jìn)行快速實(shí)時(shí)更新， 并且I/O 端口較為富裕，所以最終選用并行通訊方式，完成該設(shè)計(jì)功能。3.7應(yīng)變片應(yīng)變片其全稱(chēng)為電阻應(yīng)變片，主要通過(guò)將自身與測(cè)量機(jī)構(gòu)粘在一起，當(dāng)有重物壓 在測(cè)量機(jī)構(gòu)上時(shí)，測(cè)量機(jī)構(gòu)發(fā)生形變的同時(shí)電阻應(yīng)變片也發(fā)生形變，應(yīng)變片的阻值即發(fā)生改變，然后通過(guò)上述的CS5530模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片將其阻值變換量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量傳送 給單片機(jī)上，來(lái)滿(mǎn)足被測(cè)物質(zhì)量的測(cè)量。應(yīng)變片實(shí)物圖如圖3-5所示。圖3-5應(yīng)變片實(shí)物圖4系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1硬件系統(tǒng)的組成根據(jù)本系統(tǒng)的需求設(shè)計(jì)了溫度測(cè)量、濕度測(cè)量和重量測(cè)量三個(gè)

33、模塊，電路原理圖 如圖4-1所示。電路圖中包括單片機(jī)、LCD1602、溫濕度傳感器、電源測(cè)試腳、ADC 模數(shù)轉(zhuǎn)換器、晶振、電壓基準(zhǔn)、數(shù)字模擬地隔離、解耦電容組、線(xiàn)性穩(wěn)壓電源和電源。在電路設(shè)計(jì)中，為了整個(gè)電路能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)起來(lái)，首先需要一個(gè)穩(wěn)定的工作電源 為系統(tǒng)提供電能，在本系統(tǒng)由電源適配器提供 5V電源，其具有良好的穩(wěn)定性，并且 攜帶方便，使用安全可靠。同時(shí)在該系統(tǒng)中還需要 3.3V為單片機(jī)進(jìn)行供電所以需要 LM1117-3.3穩(wěn)壓芯片進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換。3.3V電源轉(zhuǎn)換電路如圖所示。對(duì)于電路的電源部分，還有一個(gè)重要節(jié)點(diǎn)是針對(duì)稱(chēng)重傳感器中 AD轉(zhuǎn)換器所設(shè)計(jì) 的電源電路，在A(yíng)D轉(zhuǎn)換電路中需要輸入一個(gè)1.

34、2V的基準(zhǔn)電壓作為AD轉(zhuǎn)換芯片的 參考電壓VREF。本系統(tǒng)選用ADR3412芯片輸出1.2V基準(zhǔn)電壓該芯片具有功耗低， 輸出穩(wěn)定等特點(diǎn)，完全能夠滿(mǎn)足該電路設(shè)計(jì)任務(wù)。電路圖如下所示U41電it6VRFF-IjjNO r lJrCL tV1JL I rLJKL r.u卜2vou i53LKABLLVIM4ADimi2 片 * AIX * 應(yīng)變片機(jī)圖4-2系統(tǒng)原理圖4.3 PCB電路板設(shè)計(jì)圖系統(tǒng)元件需要一個(gè)電路板進(jìn)行連接，根據(jù)課題要求電路板中需要連接的元件有單片機(jī)、LCD1602、溫濕度傳感器、電源測(cè)試腳、ADC、晶振、電壓基準(zhǔn)、數(shù)字模擬地隔離、 解耦電容組、線(xiàn)性穩(wěn)壓電源和電源，PCB電路板設(shè)計(jì)圖如

35、圖4-3所示。CL1,CXJUMc- r/ :nnnCCOOO0:000月 CIF f 3 nn nn n uu uu U 二 cbe iHiC肋 mrDi_i抽 -n(C4C7 cL-iUUrrn uu即H一wg .H3V3p| GND圖4-3 PCB電路設(shè)計(jì)圖5系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)通過(guò)圖示，演示了溫濕度數(shù)據(jù)測(cè)量和重度數(shù)據(jù)測(cè)量過(guò)程。（圖暫缺）第4章系統(tǒng)設(shè)計(jì)和第5章系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，是你論文的重點(diǎn)，應(yīng)該詳細(xì)寫(xiě)，并 且調(diào)理清晰。6系統(tǒng)測(cè)試6.1測(cè)試的重要性當(dāng)系統(tǒng)調(diào)試完成之后，則需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，這是在不可或缺的環(huán)節(jié)之一。針 對(duì)本系統(tǒng)所需測(cè)試的環(huán)節(jié)包括硬件電路部分和程序編寫(xiě)部分，將每一部分的每一個(gè)節(jié) 點(diǎn)進(jìn)行逐一測(cè)試

36、，這樣可以有效的減小系統(tǒng)因?yàn)闇y(cè)試不到位而發(fā)生短路或其他故障， 造成系統(tǒng)損壞等嚴(yán)重后果。6.2測(cè)試的目的系統(tǒng)測(cè)試目的則是為了通過(guò)測(cè)試及早的發(fā)現(xiàn)問(wèn)題， 找到問(wèn)題進(jìn)而解決問(wèn)題，再本 設(shè)計(jì)中首先要對(duì)具體電路進(jìn)行測(cè)試，檢查各模塊是否正常工作，在對(duì)設(shè)計(jì)功能進(jìn)行測(cè) 試，驗(yàn)證是否完成系統(tǒng)預(yù)期的功能如有不盡人意的地方找到問(wèn)題進(jìn)行修改， 修改完成 之后，在進(jìn)行測(cè)試，最終實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)所有功能，完成測(cè)試。6.3測(cè)試方法系統(tǒng)測(cè)試需要準(zhǔn)備一個(gè)溫度計(jì)、當(dāng)天氣象站發(fā)布的空氣濕度表、一個(gè)電子秤和 50g砝碼。首先記錄下進(jìn)行測(cè)試時(shí)溫度計(jì)顯示的溫度數(shù)據(jù)、氣象站發(fā)布的空氣濕度數(shù) 據(jù)，然后給系統(tǒng)實(shí)體通電打開(kāi)，觀(guān)察LED顯示屏顯示的數(shù)據(jù)是否

37、和記錄的數(shù)據(jù)一致； 為了測(cè)量溫度模塊，把溫度計(jì)放入電冰箱內(nèi)，測(cè)量記錄電冰箱內(nèi)的溫度數(shù)據(jù)，然后把 系統(tǒng)實(shí)體放入電冰箱內(nèi)，觀(guān)察 LED顯示器顯示的溫度數(shù)據(jù)是否和溫度計(jì)測(cè)量的數(shù)據(jù) 一致；為了測(cè)量濕度模塊，打開(kāi)加濕器后使用系統(tǒng)實(shí)體測(cè)量濕度數(shù)據(jù)，把測(cè)量到的溫度數(shù)據(jù)記錄下來(lái)，再把系統(tǒng)實(shí)體拿到未開(kāi)加濕器的房間內(nèi)，觀(guān)察LED顯示屏內(nèi)顯示的濕度數(shù)據(jù)是否和當(dāng)天氣象站發(fā)布的空氣濕度表數(shù)據(jù)一致；為了測(cè)試重量模塊，在電子秤上放置砝碼，把測(cè)試到的重量數(shù)據(jù)記錄下來(lái)，再把砝碼放置在實(shí)物重量測(cè)量臺(tái)，觀(guān)察LED顯示屏顯示的重量數(shù)據(jù)是否和電子秤測(cè)量的數(shù)據(jù)是否一致6.4測(cè)試結(jié)果溫度濕度重量實(shí)測(cè)163310第一次測(cè)試173211第一次

38、測(cè)試16349經(jīng)過(guò)了近一個(gè)月的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，最終完成了設(shè)計(jì)任務(wù)，取得了理想的結(jié)果，在系統(tǒng) 設(shè)計(jì)初期，經(jīng)過(guò)老師的耐心指導(dǎo)之下，設(shè)計(jì)了該系統(tǒng)的主要研究?jī)?nèi)容，首先是對(duì)冰箱 內(nèi)溫濕度信息的采集顯示功能，其次是要掌握電冰箱內(nèi)存放食物的重量數(shù)據(jù)， 最后還 設(shè)想對(duì)冰箱內(nèi)存放的某個(gè)物品進(jìn)行計(jì)數(shù)，例如對(duì)冰箱內(nèi)雞蛋的數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并顯示其 具體數(shù)量，不過(guò)最終由于時(shí)間關(guān)系沒(méi)有完成統(tǒng)計(jì)功能，但基本功能都已實(shí)現(xiàn)。定下了系統(tǒng)功能后，我就開(kāi)始對(duì)不同模塊的功能進(jìn)行了深入研究， 通過(guò)去圖書(shū)館 查閱資料和上網(wǎng)搜索類(lèi)似項(xiàng)目，積累了大量的理論知識(shí)。使用積累的知識(shí)和通過(guò)老師 的指導(dǎo)，我設(shè)計(jì)了整個(gè)系統(tǒng)的電路圖，其中包括單片機(jī)、LCD12864

39、、溫濕度傳感器、電源測(cè)試腳、ADC數(shù)模轉(zhuǎn)換器、晶振、電壓基準(zhǔn)、數(shù)字模擬地隔離、解耦電容組、 線(xiàn)性穩(wěn)壓電源和5V電源。整個(gè)系統(tǒng)的核心部分是單片機(jī)，使用單片機(jī)最小系統(tǒng)控制 其他硬件來(lái)完成整個(gè)系統(tǒng)，單片機(jī)只能接受數(shù)字信號(hào)，使用的測(cè)量感應(yīng)器中的溫濕度 傳感器輸出的是數(shù)字信號(hào)，所以可以直接使用，而應(yīng)變片輸出的信號(hào)是模擬信號(hào)， 不 能直接被單片機(jī)接受，所以需要使用一個(gè) ADC數(shù)模轉(zhuǎn)換器把應(yīng)變片輸出的模擬信號(hào) 轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)再傳輸給單片機(jī)。 在應(yīng)變片的設(shè)計(jì)中，我遇到了很大的困難，我之前 沒(méi)有用過(guò)應(yīng)變片所以不知道應(yīng)變片是模擬信號(hào)，我把硬件都連接好進(jìn)行測(cè)試時(shí)，重量數(shù)據(jù)一直不變，令我感到十分詫異，我?guī)е@個(gè)疑問(wèn)找

40、到了指導(dǎo)老師， 在指導(dǎo)老師的 幫助下完成了這個(gè)模塊的設(shè)計(jì)。因?yàn)闀r(shí)間關(guān)系對(duì)雞蛋計(jì)數(shù)這一功能沒(méi)有通過(guò)實(shí)物實(shí)現(xiàn)，但也對(duì)這一功能進(jìn)行了方 案設(shè)計(jì)，即在每一個(gè)放置雞蛋的槽下面放置一個(gè)光電傳感器，如有雞蛋傳感器信號(hào)為一,如沒(méi)有則為零，這樣單片機(jī)就可以通過(guò)對(duì)傳感器的掃描來(lái)測(cè)量雞蛋的數(shù)量。以完成功能要求。整個(gè)系統(tǒng)從確定功能到測(cè)試完成， 都少不了指導(dǎo)老師的悉心教導(dǎo)。我也對(duì)自己的 能力有了一個(gè)新的認(rèn)識(shí)，也積累了許多的實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)，掌握了一些新的知識(shí)和有了一份 新的學(xué)習(xí)態(tài)度。參考文獻(xiàn)張?chǎng)螁纹瑱C(jī)原理及應(yīng)用M.北京:電子工業(yè)出版社，2014: 23-27.張迎旭.單片機(jī)原理及應(yīng)用M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2012： 58-71.宋鵬,李紅旗.家用冰箱的技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)