空氣溫濕度測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)論文說(shuō)明

1、本科論文（設(shè)計(jì)）題目：空氣溫濕度測(cè)量?jī)x的設(shè)計(jì)空氣溫濕度測(cè)量?jī)x的設(shè)計(jì)摘要植物生長(zhǎng)需要適宜的環(huán)境條件，環(huán)境溫度和濕度是最重要的環(huán)境因素之一。空氣溫度和濕度的測(cè)量對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)至關(guān)重要。通過(guò)比較多種溫濕度測(cè)量方法，設(shè)計(jì)了一種基于單片機(jī)的空氣溫濕度測(cè)試儀。本設(shè)計(jì)采用51片單片機(jī)STC89C51作為核心處理器，將空氣溫濕度傳感器測(cè)得的數(shù)據(jù)送至單片機(jī)進(jìn)行運(yùn)算處理，最后將測(cè)量結(jié)果顯示在LCD016L上。系統(tǒng)根據(jù)模塊化設(shè)計(jì)確定每個(gè)模塊單元，選擇相應(yīng)的電子元件，然后進(jìn)行電路設(shè)計(jì)。系統(tǒng)硬件電路主要由單片機(jī)外圍電路、傳感器電路、電源電路、液晶顯示電路組成。在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了系統(tǒng)軟件；軟件部分包括單片機(jī)外圍模塊、溫濕度傳感

2、器模塊、電源模塊和人機(jī)交互模塊的編程。在proteus軟件中對(duì)電路原理圖進(jìn)行了仿真，仿真結(jié)果表明該電路在原理上是可行的。根據(jù)該設(shè)計(jì)方案，空氣溫濕度測(cè)量?jī)x具有讀數(shù)方便、操作簡(jiǎn)單、測(cè)量準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵詞：空氣溫濕度；液晶顯示器; STC 89C51; SHT10目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc359343915 1簡(jiǎn)介 PAGEREF _Toc359343915 h 3 HYPERLINK l _Toc359343916 1.1研究背景 PAGEREF _Toc359343916 h 3 HYPERLINK l _Toc359343917 1.2研究現(xiàn)狀 PA

3、GEREF _Toc359343917 h 3 HYPERLINK l _Toc359343918 1.2.1國(guó)外研究現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc359343918 h 3 HYPERLINK l _Toc359343919 1.2.2國(guó)研現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc359343919 h 4 HYPERLINK l _Toc359343920 1.3研究目的及內(nèi)容 PAGEREF _Toc359343920 h 4 HYPERLINK l _Toc359343921 1.4論文結(jié)構(gòu) PAGEREF _Toc359343921 h 4 HYPERLINK l _Toc359343922 2

4、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及部件選型 PAGEREF _Toc359343922 h 6 HYPERLINK l _Toc359343923 2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc359343923 h 6 HYPERLINK l _Toc359343924 2.2設(shè)備選擇 PAGEREF _Toc359343924 h 7 HYPERLINK l _Toc359343925 2.2.1 MCU模塊選擇 PAGEREF _Toc359343925 h 7 HYPERLINK l _Toc359343926 2.2.2測(cè)量模塊選擇 PAGEREF _Toc359343926 h 7 HYPERLINK

5、l _Toc359343927 2.2.3液晶模組選型 PAGEREF _Toc359343927 h 8 HYPERLINK l _Toc359343928 2.2.4硬件選型概述 PAGEREF _Toc359343928 h 9 HYPERLINK l _Toc359343929 2.3章節(jié)總結(jié) PAGEREF _Toc359343929 h 10 HYPERLINK l _Toc359343930 3硬件電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) PAGEREF _Toc359343930 h 11 HYPERLINK l _Toc359343931 3.1硬件設(shè)計(jì)準(zhǔn)備 PAGEREF _Toc359343931

6、 h 11 HYPERLINK l _Toc359343932 3.2 MCU模塊外設(shè)設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc359343932 h 11 HYPERLINK l _Toc359343933 3.3溫濕度傳感器 PAGEREF _Toc359343933 h 12 HYPERLINK l _Toc359343934 3.4功率模塊設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc359343934 h 13 HYPERLINK l _Toc359343935 3.5用戶交互模塊設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc359343935 h 14 HYPERLINK l _Toc359343936 3.5.1 LCD顯

7、示器件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc359343936 h 14 HYPERLINK l _Toc359343937 3.5.2按鍵電路及報(bào)警電路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc359343937 h 15 HYPERLINK l _Toc359343938 3.6章節(jié)總結(jié) PAGEREF _Toc359343938 h 16 HYPERLINK l _Toc359343939 4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc359343939 h 17 HYPERLINK l _Toc359343940 4.1開發(fā)軟件平臺(tái)概述 PAGEREF _Toc359343940 h 17 HYPERLINK

8、l _Toc359343941 4.2系統(tǒng)編程 PAGEREF _Toc359343941 h 18 HYPERLINK l _Toc359343942 4.2.1系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc359343942 h 18 HYPERLINK l _Toc359343943 4.2.2傳感器讀數(shù)參數(shù)子程序設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc359343943 h 19 HYPERLINK l _Toc359343944 4.2.3 LCD顯示子程序設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc359343944 h 21 HYPERLINK l _Toc359343945 4.2.4報(bào)警子程序設(shè)計(jì) PAG

9、EREF _Toc359343945 h 23 HYPERLINK l _Toc359343946 4.3章節(jié)總結(jié) PAGEREF _Toc359343946 h 25 HYPERLINK l _Toc359343947 5系統(tǒng)仿真 PAGEREF _Toc359343947 h 26 HYPERLINK l _Toc359343948 5.1仿真調(diào)試 PAGEREF _Toc359343948 h 26 HYPERLINK l _Toc359343949 5.2仿真結(jié)果分析 PAGEREF _Toc359343949 h 26 HYPERLINK l _Toc359343950 5.3章節(jié)總

10、結(jié) PAGEREF _Toc359343950 h 27 HYPERLINK l _Toc359343951 6總結(jié)與展望 PAGEREF _Toc359343951 h 28 HYPERLINK l _Toc359343952 6.1總結(jié) PAGEREF _Toc359343952 h 28 HYPERLINK l _Toc359343953 6.2展望 PAGEREF _Toc359343953 h 28 HYPERLINK l _Toc359343954 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc359343954 h 29 HYPERLINK l _Toc359343955 附錄 1 PAGE

11、REF _Toc359343955 h 30 HYPERLINK l _Toc359343956 附錄二 PAGEREF _Toc359343956 h 31 HYPERLINK l _Toc359343957 附錄三 PAGEREF _Toc359343957 h 32 HYPERLINK l _Toc359343958 至 PAGEREF _Toc359343958 h 531 簡(jiǎn)介1.1 研究背景我國(guó)耕地面積逐年減少。截至2011年，我國(guó)耕地面積1.33億公頃，比上年減少30萬(wàn)公頃。人均耕地面積僅為926平方米，不到世界人均耕地的40%?，F(xiàn)代農(nóng)業(yè)高產(chǎn)改造。如何借助先進(jìn)的科技手段提高生產(chǎn)效

12、率，已成為在農(nóng)業(yè)資源有限的基礎(chǔ)上，面向我國(guó)農(nóng)業(yè)特點(diǎn)必須解決的重大問(wèn)題。我國(guó)目前的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有以下特點(diǎn)：作物對(duì)某些環(huán)境因素的變化較為敏感。當(dāng)極端環(huán)境因素發(fā)生時(shí)，如不能及時(shí)采取措施，農(nóng)作物可能大面積減產(chǎn)，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。如果氣溫持續(xù)偏高，容易造成病蟲害蔓延，影響植物的正常生長(zhǎng)發(fā)育；我國(guó)幅員遼闊，氣候多樣，生產(chǎn)條件各異。不同的作物和品種需要因地制宜管理。目前，我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以小戶型為主，缺乏農(nóng)業(yè)技術(shù)人員，農(nóng)民知識(shí)水平低，缺乏針對(duì)性的科學(xué)研究。生產(chǎn)指導(dǎo)?；谝陨闲枨?，有必要設(shè)計(jì)一種低成本、小規(guī)模生產(chǎn)型的設(shè)施農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測(cè)預(yù)警控制設(shè)備?？蓪?shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境因素的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和遠(yuǎn)程災(zāi)害氣候預(yù)警預(yù)報(bào)，有效避免夏季高溫和

13、冬季寒冷造成的危害，增加農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)量。的預(yù)警裝置，既能保證設(shè)施環(huán)境的實(shí)時(shí)檢測(cè)和預(yù)警，又能在此基礎(chǔ)上增加其他模塊，對(duì)溫室設(shè)施農(nóng)業(yè)的發(fā)展具有重要意義.意思。1.2研究現(xiàn)狀自從監(jiān)測(cè)應(yīng)用于設(shè)施農(nóng)業(yè)以來(lái)，許多外國(guó)公司、大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)都在該領(lǐng)域進(jìn)行了投資。但直到本世紀(jì)初，該領(lǐng)域的研究工作基本處于起步階段。直到2002年，微電子技術(shù)、嵌入式技術(shù)和MEMS技術(shù)的成熟，才讓人們看到了設(shè)施農(nóng)業(yè)監(jiān)測(cè)應(yīng)用的潛力。至此，監(jiān)測(cè)應(yīng)用的研究進(jìn)入了快速發(fā)展的階段。1.2.1國(guó)外研究現(xiàn)狀國(guó)外電子技術(shù)和傳感器技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，獲取和監(jiān)測(cè)環(huán)境生物信息的數(shù)字化設(shè)備比較成熟，已經(jīng)銷售了很多基于數(shù)字化檢測(cè)的先進(jìn)產(chǎn)品化設(shè)備。其代表國(guó)家是荷蘭、日

14、本、以色列和美國(guó)。例如，加州大學(xué)伯克利分校設(shè)計(jì)的實(shí)時(shí)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在俄勒岡州的一個(gè)葡萄園中得到應(yīng)用。它每分鐘檢測(cè)一次土壤溫度、濕度和日照等信息，并通過(guò)無(wú)線通信技術(shù)致到信號(hào)接收節(jié)點(diǎn)。然后通過(guò)網(wǎng)絡(luò)致到計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的相關(guān)應(yīng)用軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。最后，葡萄園主可以從顯示系統(tǒng)中查看分析結(jié)果。倫敦大學(xué)農(nóng)學(xué)院研發(fā)的溫室計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程控制技術(shù)，可以在50km的距離內(nèi)觀察溫室內(nèi)的光照、濕度、空氣、水等環(huán)境條件，并進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。以色列溫室環(huán)境控制系統(tǒng)是現(xiàn)階段的典型代表產(chǎn)品，具有很強(qiáng)的實(shí)用性?？筛鶕?jù)控制對(duì)象的特點(diǎn)選擇不同類型的控制器和外圍設(shè)備。具體特點(diǎn)包括：全面、實(shí)用、靈活它是由多個(gè)控制應(yīng)用程序組成的軟件包

15、，可以檢測(cè)溫度、濕度、風(fēng)速、風(fēng)向等數(shù)據(jù)。主控與中控之間的通信網(wǎng)絡(luò)可以通過(guò)電纜、無(wú)線或手機(jī)進(jìn)行；該軟件基于Windows平臺(tái)。1.2.2中國(guó)研究現(xiàn)狀與國(guó)外應(yīng)用相比，我國(guó)在農(nóng)業(yè)數(shù)字化監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的研究起步較晚，但也取得了較快的進(jìn)展。從國(guó)家環(huán)境監(jiān)測(cè)來(lái)看，大部分溫室大棚使用傳統(tǒng)測(cè)量?jī)x器較為普遍，在測(cè)量的方便性和準(zhǔn)確性方面存在很大局限性。其他一些溫濕度測(cè)量?jī)x器不僅價(jià)格昂貴，而且不利于未來(lái)功能的擴(kuò)展，即建立對(duì)整個(gè)溫室的遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)備。威瑞森紫晶科技有限公司開發(fā)了無(wú)線環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。采集終端和數(shù)據(jù)采集器將測(cè)得的溫濕度數(shù)據(jù)通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)無(wú)線致到中央監(jiān)控主機(jī)，可同時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)百臺(tái)采集器。該網(wǎng)關(guān)支持ZigBee技術(shù)，具有成

16、本低、功耗低、安全簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。適用于大面積、多因素的環(huán)境監(jiān)測(cè)，如連棟溫室。這個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)中的基本模塊是溫濕度屏顯示模塊。該系統(tǒng)主要針對(duì)大型溫室，其投資比較大，系統(tǒng)比較復(fù)雜，操作復(fù)雜。1.3 研究目的和內(nèi)容本項(xiàng)目專為設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)而設(shè)計(jì)，利用傳感和屏顯信息技術(shù)，將傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)與農(nóng)業(yè)信息化、數(shù)字化相結(jié)合，開發(fā)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)信息監(jiān)測(cè)設(shè)備。該設(shè)備可為用戶提供準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)的作物生長(zhǎng)環(huán)境信息，提供災(zāi)害氣候現(xiàn)場(chǎng)預(yù)警，并提供局部控制功能，可調(diào)節(jié)部分環(huán)境因素，使作物生長(zhǎng)環(huán)境達(dá)到最佳狀態(tài)。滿足大規(guī)模推廣的需要，容易實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目成果的產(chǎn)品化。本文以STC89C51單片機(jī)為核心處理器，通過(guò)空氣溫濕度測(cè)量?jī)x的模塊化選擇不同的元器件類型20

17、 ，并根據(jù)模型編寫各模塊的軟件的組件類型。軟硬件檢查，最終設(shè)計(jì)的產(chǎn)品能準(zhǔn)確顯示空氣的溫度和濕度。1.4 論文結(jié)構(gòu)本論文的章節(jié)結(jié)構(gòu)安排如下：第一章介紹了監(jiān)控系統(tǒng)的研究背景、國(guó)外使用現(xiàn)狀、研究目的和論文結(jié)構(gòu)。第二章給出了系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理框圖，選擇了器件類型，介紹了設(shè)計(jì)中用到的元件。第三章為硬件電路設(shè)計(jì)，包括主控模塊、溫濕度傳感器模塊、電源模塊和人機(jī)交互模塊的電路設(shè)計(jì)。第四章主要是軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，介紹了單片機(jī)開發(fā)軟件Keil，重點(diǎn)介紹了各個(gè)模塊的軟件設(shè)計(jì)。第五章主要是系統(tǒng)仿真驗(yàn)證分析。第六章為總結(jié)與展望。2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及部件選型本章主要介紹系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和系統(tǒng)各模塊器件的選擇。首先確定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，然后根據(jù)

18、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的類型確定各個(gè)系統(tǒng)模塊設(shè)備的類型。選擇的每個(gè)模塊的型號(hào)與本設(shè)計(jì)中使用的電路類型和軟件編程的復(fù)雜性有關(guān)。因此，應(yīng)清楚地考慮每種設(shè)備的優(yōu)缺點(diǎn)，為以后的工作減輕負(fù)擔(dān)。2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所謂模塊化設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是將產(chǎn)品的某些要素組合成一個(gè)具有特定功能的子系統(tǒng)，并以這個(gè)子系統(tǒng)作為通用模塊與其他產(chǎn)品要素組合形成一個(gè)新的系統(tǒng)。 ，生產(chǎn)各種功能不同或功能相同、性能不同的產(chǎn)品。模塊化設(shè)計(jì)已廣泛應(yīng)用于機(jī)床、電子產(chǎn)品、航空、航天等設(shè)計(jì)領(lǐng)域。設(shè)計(jì)的溫濕度屏顯示設(shè)計(jì)是為了實(shí)現(xiàn)設(shè)施內(nèi)溫室作物溫濕度的數(shù)字化顯示，用于現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警。如果增加一些額外的模塊，它還可以提供卷簾機(jī)和滴灌設(shè)備的控制。系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)思想，主要

19、由主控模塊、測(cè)量模塊、電源模塊、用戶交互模塊及相關(guān)軟件組成。整個(gè)系統(tǒng)以單片機(jī)為控制核心。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，首先將數(shù)據(jù)采集模塊采集的環(huán)境數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)模塊，將采集到的數(shù)據(jù)顯示在液晶屏上，并通過(guò)決策算法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，存儲(chǔ)在單片機(jī)。分析后判斷報(bào)警燈是否亮，蜂鳴器是否響起。也可以在以后的開發(fā)中增加一個(gè)通訊模塊，使采集到的數(shù)據(jù)可以定時(shí)致給用戶，也可以定時(shí)存儲(chǔ)，當(dāng)用戶通過(guò)短信遠(yuǎn)程請(qǐng)求時(shí)致給用戶。短信遠(yuǎn)程控制。系統(tǒng)模塊示意圖如圖2-1所示：溫濕度計(jì)模塊示意圖2.2設(shè)備選擇在系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)中，最重要的是低功耗的設(shè)計(jì)。低功耗的設(shè)計(jì)可以分為硬件和軟件兩個(gè)方面，硬件方面體現(xiàn)在芯片的選擇上。2.2.1單片機(jī)模塊選擇單片

20、機(jī)是整個(gè)主控模塊的核心，也是整個(gè)系統(tǒng)的核心，直接關(guān)系到系統(tǒng)的整體性能、價(jià)格和開發(fā)難度。因此，在選擇時(shí)應(yīng)加以考慮。最后決定采用STC 89C51/STC 89C52單片機(jī)作為控制模塊的核心。這種單片機(jī)應(yīng)用廣泛，單片機(jī)的處理速度可以滿足本設(shè)計(jì)的要求，本設(shè)計(jì)的接口數(shù)量也能滿足。之前研究過(guò)這個(gè)類型，可以掌握51單片機(jī)的性能和軟件編程。使用此類微控制器的參考示例也超過(guò)了其他微控制器。此外，價(jià)格相對(duì)便宜，功耗小，可以滿足各種應(yīng)用的需求。非常適合這個(gè)設(shè)計(jì)，前面的理解可以提高這個(gè)設(shè)計(jì)的效率。 17STC 89C51 微控制器：STC 89C51是ATMEL公司生產(chǎn)的單時(shí)鐘機(jī)器周期單片機(jī)。 4K 字節(jié)可編程閃存

21、。 STC 89C51RC是8051核的ISP在系統(tǒng)可編程芯片，最高工作 HYPERLINK %20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/1087.htm 時(shí)鐘頻率為80MHz，芯片內(nèi)含8K Bytes Flash只讀程序存儲(chǔ)器，可反復(fù)擦寫多次。該HYPERLINK :/baike.baidu /view/421016.htm器件兼容標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51 HYPERLINK %20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/178189.htm 指令系統(tǒng)和80C51個(gè) HYPERLINK %20%20%20%20:/b

22、aike.baidu%20%20%20%20/view/641241.htm 參考引腳結(jié)構(gòu)，芯片集成了一個(gè)通用8位 HYPERLINK %20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/14045.htm 中央處理器和一個(gè)ISP Flash HYPERLINK %20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/1223079.htm 存儲(chǔ)單元，具有在系統(tǒng)可編程（ISP）特性，并且配合PC端控制程序，可將用戶程序代碼下載到單片機(jī)部門，無(wú)需購(gòu)買通用編程器，速度更快。 STC 89C52RC系列 HYPERLINK %20%20

23、%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/1012.htm MCU是單時(shí)鐘/ HYPERLINK %20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/713240.htm 機(jī)器周期(1T)兼容的8051內(nèi)核MCU，是新一代8051 MCU，具有高速/低功耗，全新流水線/ HYPERLINK %20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/981569.htm 精簡(jiǎn)指令集結(jié)構(gòu)，MAX810專用復(fù)位電路。 4-8實(shí)物如圖 2-2 所示。圖 2-2 STC89C51 實(shí)物圖2.2.2測(cè)量模塊選擇測(cè)

24、量模塊的選擇主要是根據(jù)傳感器的選擇。該測(cè)量模塊的設(shè)計(jì)所需的傳感器類型是溫濕度傳感器。傳感器選擇的主要參考參數(shù)有：電源電壓、測(cè)量范圍、測(cè)量精度、響應(yīng)時(shí)間、總線類型、輸出類型和成本。結(jié)合設(shè)備的應(yīng)用和測(cè)量精度和范圍1 ，提出兩種方案：選項(xiàng) 1：選擇溫度傳感器 RTD 和濕度傳感器 C5-M3 的組合來(lái)測(cè)量溫度和濕度。這種方案在一定程度上是可行的，但是這種組合在電路圖和軟件設(shè)計(jì)方面比較復(fù)雜。輸出為模擬模型，還需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，大大增加了復(fù)雜度。即使是完成的設(shè)計(jì)也不是很精確。也會(huì)增加成本。方案二：使用溫濕度一體的傳感器，選擇使用范圍比較廣的SHT10 。溫濕度傳感器 SHT10是一種體積小、功耗低

25、的數(shù)字傳感器16 。只有一個(gè)傳感器，節(jié)省了微控制器接口。另外，針對(duì)STC89C51單片機(jī)的特性，它只能接受數(shù)字信號(hào)。 SHT10是數(shù)字傳感器，即可以直接輸出數(shù)字信號(hào)，所以可以直接連接單片機(jī)，減少模數(shù)轉(zhuǎn)換電路。降低設(shè)計(jì)復(fù)雜性。這種傳感器的精度比較高，也可以提高產(chǎn)品的精度。經(jīng)考慮，方案二更能滿足需求。的主要技術(shù)參數(shù)如下10-15 ：供電電壓：2.4V5.5V總線類型： I2C測(cè)溫范圍：-40123.8濕度測(cè)量范圍：0100%RHSHT10溫濕度傳感器實(shí)物如圖2-3所示； SHT10的結(jié)構(gòu)如圖2-4所示：圖 2-3 實(shí)物圖圖 2-4 傳感器接口圖2.2.3液晶模組選擇方案一：LED數(shù)碼管顯示。 LE

26、D耗電量低，控制簡(jiǎn)單，顯示清晰。但是只能顯示數(shù)字、abcdef等少數(shù)幾個(gè)簡(jiǎn)單的符號(hào)，不能顯示一些復(fù)雜的符號(hào)，因此無(wú)法更直觀、更徹底地顯示數(shù)據(jù)。選項(xiàng) 2：用 LCD 屏幕顯示?？梢燥@示各種復(fù)雜的字符和數(shù)字。像素高，信號(hào)響應(yīng)時(shí)間短，控制方便，顯示模式多，可實(shí)現(xiàn)菜單驅(qū)動(dòng)模式的顯示效果，實(shí)現(xiàn)編輯模塊全屏編輯功能。 LCD還具有低功耗的特點(diǎn)，并且本身帶有控制器，可以節(jié)省主單片機(jī)的部分資源，更好地應(yīng)用于其他功能，減輕主單片機(jī)的負(fù)擔(dān)，顯示數(shù)據(jù)更加全面徹底?；谝陨戏治觯x擇第二種方案，016L采用LM顯示。實(shí)際LCD如圖2-5所示， LM016L接口圖如圖2-6所示圖 2-5 物理 LCD 圖 2-6 LM

27、016L接口LM016L引腳介紹：引腳 1：VSS 為地電源。引腳 2：VDD 接 5V 正電源。引腳 3：VEE 是液晶顯示器的對(duì)比度調(diào)節(jié)端子。連接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地時(shí)對(duì)比度最高。當(dāng)對(duì)比度過(guò)高時(shí)，會(huì)出現(xiàn)“鬼影”。您可以使用 10K 電位器來(lái)調(diào)整對(duì)比度。4腳：RS為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器，低電平時(shí)選擇指令寄存器。5腳：R/W為讀寫信號(hào)線，讀操作為高電平，寫操作為低電平。當(dāng) RS 和 R/W 都為低時(shí)，可以寫入命令或顯示地址。當(dāng) RS 為低電平時(shí)，R/W 為高電平，可以讀取忙信號(hào)。當(dāng) RS 為高時(shí)，R/W 為低?？梢詫懭霐?shù)據(jù)。引腳 6：E 端為使能端。當(dāng)E端從高電平跳到低電平時(shí)

28、，液晶模塊執(zhí)行指令。引腳 7 到 14：D0 到 D7 是 8 位雙向數(shù)據(jù)線。Pin 15：背光燈正極。LM016L主要性能：顯示容量：162個(gè)字符芯片工作電壓：4.55.5V工作電流：2.0mA (5.0V)模塊最佳工作電壓：5.0V字符尺寸：2.954.35(WH)mm2.2.4硬件選型概述經(jīng)過(guò)以上選擇，系統(tǒng)以51系列單片機(jī)（ STC89C51 ）為處理核心，采用模塊化設(shè)計(jì)思想。系統(tǒng)主要由主控模塊、測(cè)量模塊、電源模塊、用戶交互模塊及相關(guān)軟件組成。溫濕度傳感器是系統(tǒng)的測(cè)量元件，傳感器的性能直接影響系統(tǒng)的性能。本設(shè)計(jì)中溫濕度傳感器采用SHT10。并且SHT10傳感器產(chǎn)生數(shù)字信號(hào)，減少了模擬信號(hào)

29、到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換，更加方便。在該系統(tǒng)中，LCD 用作顯示單元。 LCD液晶顯示器具有功耗低、壽命長(zhǎng)、無(wú)輻射、不易造成視覺(jué)疲勞等優(yōu)點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、計(jì)算機(jī)、醫(yī)療器械和交通通訊領(lǐng)域。 .系統(tǒng)采用LM016L液晶顯示模塊，為12864點(diǎn)陣液晶模塊，自帶字庫(kù)，可顯示各種文字和圖形，可直接與單片機(jī)接口連接。2.3 本章小結(jié)本章主要介紹溫濕度屏顯示系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)，以及設(shè)備設(shè)計(jì)所需的各模塊主要部件的性能要求和選型結(jié)果。3 硬件電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)空氣溫濕度測(cè)量?jī)x的硬件電路設(shè)計(jì)也采用模塊方案；主要包括以下硬件設(shè)計(jì)：?jiǎn)纹瑱C(jī)模塊硬件電路設(shè)計(jì)、溫濕度傳感器硬件電路設(shè)計(jì)、電源模塊硬件電路設(shè)計(jì)和用戶交互模塊硬

30、件電路設(shè)計(jì)。重點(diǎn)是主控模塊的硬件電路設(shè)計(jì)。3.1硬件設(shè)計(jì)準(zhǔn)備本設(shè)計(jì)使用Altium Designer09作為繪制底層硬件電路板的軟件工具。 Altium Designer09是Altium公司于2009年推出的一款電路設(shè)計(jì)軟件，是基于板卡設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)特點(diǎn)而構(gòu)建的一套設(shè)計(jì)軟件。其主要功能包括電路原理圖設(shè)計(jì)、印刷電路板設(shè)計(jì)、改進(jìn)的拓?fù)渥詣?dòng)布線、模擬/數(shù)字混合信號(hào)仿真以及布局前后的信號(hào)完整性分析。各種電路設(shè)計(jì)功能，以及計(jì)算機(jī)輔助輸出和編輯功能。因此，在開始電路設(shè)計(jì)之前，您應(yīng)該學(xué)習(xí)并熟悉該軟件的使用。下面介紹系統(tǒng)的各個(gè)功能模塊。繪制原理圖是繪制PCB板的前提。只有正確繪制原理圖并形成正確的網(wǎng)絡(luò)表，才能繪

31、制PCB板。根據(jù)各芯片的信息和搭建在面包板上的典型應(yīng)用電路進(jìn)行驗(yàn)證，設(shè)計(jì)元器件庫(kù)，并根據(jù)芯片資料提供的元器件封裝要求，設(shè)計(jì)出各芯片對(duì)應(yīng)的封裝，每個(gè)元器件都是進(jìn)行了相應(yīng)的包裝，最后使用原價(jià)。庫(kù)中的組件構(gòu)建電路圖。3.2 MCU模塊外圍設(shè)計(jì)單片機(jī)模塊主要采用STC 89C51作為單片機(jī)。下面89C介紹STC 51的性能和外圍電路的設(shè)計(jì)。微控制器模塊的設(shè)計(jì)是所有模塊中最重要的設(shè)計(jì)。單片機(jī)模塊是空氣溫濕度儀系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心能力?；贏TMEL公司STC89C51的單片機(jī)模塊硬件電路如圖3-1所示。單片機(jī)模塊主要包括單片機(jī)電路和調(diào)試電路，采用上電自復(fù)位方式。 P1.0 和 P1.1 端口用于下載程序和調(diào)試

32、。 P0口連接串行接口LCD和時(shí)鐘芯片接口，實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)的現(xiàn)場(chǎng)顯示和設(shè)備的時(shí)序控制。開關(guān) P1.4 和 P1.3 用于調(diào)節(jié)空氣溫度和濕度閾值。 P0口接外接上拉電阻； P3.1和P3.0端口分別與數(shù)字溫濕度傳感器SHT10的時(shí)鐘端口和數(shù)據(jù)端口相連，用于采集環(huán)境中的溫濕度環(huán)境信息。 14該電路的設(shè)計(jì)是整個(gè)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。要爭(zhēng)取每個(gè)端口的分配，這是端口的合理分配。應(yīng)為液晶顯示器、鍵盤、傳感器、LED 和報(bào)警器預(yù)留端口。這些都需要提前考慮。提前知道每個(gè)組件的性能和管腳的數(shù)量。充分了解系統(tǒng)中各模塊所需功能，各模塊所需原件，最后選擇外圍電路的借口。從而降低編程的難度。圖 3-1 MCU外圍電路3. 3溫濕度

33、傳感器根據(jù)上一章的選擇，確定本次設(shè)計(jì)的溫濕度傳感器型號(hào)為：SHT10。 SHT10 是用于溫度和濕度的集成數(shù)字傳感器。 SHT10采用14位A/D轉(zhuǎn)換器，采用IC總線形式，具有高精度和數(shù)據(jù)采集方式，完全可以滿足該器件的應(yīng)用需求19 。制造工藝采用專利的CMOS工藝微加工技術(shù)，可在很大程度上保證溫濕度傳感器具有極高的可靠性和優(yōu)異的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。該傳感器由電容式聚合物水分測(cè)量元件和帶隙溫度測(cè)量元件組成，并在單芯片內(nèi)無(wú)縫集成具有2線數(shù)字接口的14位A/D轉(zhuǎn)換器組合，產(chǎn)品具有以下優(yōu)點(diǎn)功耗低、響應(yīng)速度快、抗干擾能力強(qiáng)。根據(jù)對(duì)SHT10傳感器接口類型和功能的了解，確定溫濕度傳感器模塊的硬件電路設(shè)計(jì)。溫濕度傳

34、感器主要提供單片機(jī)的外部環(huán)境數(shù)據(jù)，其串行時(shí)鐘輸入（SCK）連接到單片機(jī)的P3.5端口，實(shí)現(xiàn)傳感器與傳感器的通訊同步。單片機(jī)。傳感器的串行數(shù)據(jù)（DATA）與單片機(jī)的P3.6端口相連，向單片機(jī)致指令。地腳接大地，電源腳接5V電源。根據(jù)上述連接方法，完成傳感器模塊硬件電路的連接。在硬件電路設(shè)計(jì)上使傳感器滿足本設(shè)計(jì)的需要。搭建好實(shí)驗(yàn)電路并進(jìn)行測(cè)試后，確定電路如圖3-2所示。圖 3- 2溫濕度傳感器電路3.4電源模塊設(shè)計(jì)供電部分由12V/5V直流輸入電源適配器或電池供電。電源輸入后，由LM2596-5電源芯片將12V電源降為5V。經(jīng)過(guò)電橋調(diào)整和電容濾波后，為板子提供5V電壓。系統(tǒng)的電源電路如圖所示。如圖

35、3-3所示，其中，VCC 5與電池輸出功能相同，為板上的元器件和芯片提供合適的工作電源；另外，它還可以為傳感器供電，以5V為工作電壓（監(jiān)控節(jié)點(diǎn)上面有溫濕度傳感器接口，可用于擴(kuò)展）。電源模塊采用的降壓芯片均為L(zhǎng)M2596開關(guān)穩(wěn)壓器，屬于降壓電源管理單片集成電路，可輸出3A驅(qū)動(dòng)電流，具有良好的線性度和負(fù)載調(diào)節(jié)特性。固定輸出版本有5V和12V，可調(diào)版本可以輸出37V以下的各種電壓。該器件集成了頻率補(bǔ)償和固定頻率發(fā)生器，開關(guān)頻率為150KHz。與低頻開關(guān)穩(wěn)壓器相比，它可以使用更小的濾波元件。由于該器件只需要4個(gè)外部元件，可以使用一個(gè)通用的標(biāo)準(zhǔn)電感，優(yōu)化了LM2596的使用，大大簡(jiǎn)化了開關(guān)電源電路的設(shè)計(jì)

36、。電路連接主要是芯片LM2596-5的連接，接線電路如圖3-3所示圖 3-3電源電路3.5用戶交互模塊設(shè)計(jì)用戶交互模塊硬件電路設(shè)計(jì)包括：液晶顯示裝置硬件電路設(shè)計(jì)、按鍵裝置硬件電路設(shè)計(jì)和報(bào)警裝置硬件電路設(shè)計(jì)。其中，液晶顯示裝置可以更好的方便用戶現(xiàn)場(chǎng)管理，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，使系統(tǒng)更加人性化。本課題根據(jù)模塊功能的不同采用兩種顯示方式：LED顯示方式和LCD顯示方式。 LCD顯示硬件電路設(shè)計(jì)用于顯示溫濕度的數(shù)值狀態(tài)，LED顯示硬件電路設(shè)計(jì)用于報(bào)警裝置的顯示。蜂鳴器電路的設(shè)計(jì)也包含在報(bào)警設(shè)備的設(shè)計(jì)中。3.5.1LCD顯示設(shè)備設(shè)計(jì)液晶顯示模組是各屏顯示設(shè)計(jì)中最重要的現(xiàn)場(chǎng)互動(dòng)方式。一般主要實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)采集的環(huán)境數(shù)據(jù)

37、的實(shí)時(shí)顯示，提示現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警界面信息，也提供按鍵操作的界面顯示，例如：通過(guò)按鍵操作繼電器控制模塊，界面會(huì)顯示選擇相應(yīng)信息機(jī)的界面來(lái)控制繼電器，并顯示繼電器開關(guān)狀態(tài)選擇按鈕進(jìn)行的操作。液晶對(duì)按鍵的響應(yīng)提供的交互界面，可以很好地實(shí)現(xiàn)用戶的現(xiàn)場(chǎng)管理，方便用戶對(duì)設(shè)備的控制，有助于提高設(shè)備的應(yīng)用水平，大大提升用戶的操作體驗(yàn)。本設(shè)計(jì)為溫濕度測(cè)量?jī)x。根據(jù)初步設(shè)計(jì)，本次設(shè)計(jì)包括溫濕度屏顯示功能。所以這個(gè)設(shè)計(jì)中液晶的主要功能就是接收和顯示單片機(jī)致的數(shù)據(jù)。 LCD的選擇 根據(jù)上一章的選擇結(jié)果，確定使用LM016L型LCD。這種LCD可以顯示各種字符和圖形，并且可以直接與CPU接口。 LM016L液晶模塊提供以下信號(hào)線

38、：8位標(biāo)準(zhǔn)并行數(shù)據(jù)總線（DB0-DB7）、讀寫控制線（R/W）、片選信號(hào)線（CS）、數(shù)據(jù)/命令選擇線（A/ O)、使能信號(hào)線(E)、復(fù)位信號(hào)線(/RST)、串行數(shù)據(jù)總線(SI )根據(jù)信號(hào)線的邏輯電平，選擇合適的微處理器STC 89C51的I/O管腳與其連接。為了節(jié)省單片機(jī)有限的片上資源，采用液晶的串行數(shù)據(jù)傳輸方式。將STC 89C51單片機(jī)的P2.5 - P2.7與LM的016L串行通訊口相連， LM016L自帶字庫(kù)編程，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的查詢和顯示。此外，通過(guò)調(diào)節(jié)LCD的LED+引腳的偏置電壓，可以開啟和關(guān)閉LCD背光，即使在環(huán)境亮度較低的情況下，也可以清晰地觀察LCD屏幕上顯示的界面和數(shù)據(jù)。根

39、據(jù)以上內(nèi)容，確定液晶顯示模組的主電路連接圖。將液晶模塊的數(shù)據(jù)口連接到單片機(jī)的P0.0-P0.7。由于51單片機(jī)沒(méi)有上拉電阻，所以如果輸出高電平電流，應(yīng)接上拉電阻，以提供更充足的高電平輸入電流。 ，提高信號(hào)穩(wěn)定性，可以增加抵抗外界干擾的能力。在本設(shè)計(jì)中，上拉電阻的阻值選擇為 1k 歐姆。數(shù)據(jù)/命令選擇接口接P2.5，讀/寫選擇接P2.6，使能端接P2.7。 VDD為電源接電源，VSS為地電源，VEE為液晶顯示器的對(duì)比度調(diào)節(jié)端。接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地時(shí)對(duì)比度最高。當(dāng)對(duì)比度過(guò)高時(shí)，會(huì)產(chǎn)生“鬼影”?；瑒?dòng)變阻器調(diào)整對(duì)比度，使液晶屏正常顯示。至此，完成了LCD液晶顯示裝置的電路圖設(shè)計(jì)。液晶顯示模塊的硬

40、件接口電路圖如圖3-4所示。圖3-4液晶模組電路3.5.2關(guān)鍵電路及報(bào)警電路設(shè)計(jì)用戶通過(guò)鍵盤與系統(tǒng)進(jìn)行交互，可以調(diào)整系統(tǒng)程序的運(yùn)行。電路如圖3-5所示。圖 3-5按鍵電路圖中的按鍵都是利用模擬電位來(lái)識(shí)別最終輸出并連接到單片機(jī)的P1.3和P1.4端口，大大節(jié)省了單片機(jī)I/O口的占用。按鍵的主要執(zhí)行功能是配合液晶顯示器實(shí)現(xiàn)用戶的現(xiàn)場(chǎng)操作。兩個(gè)按鍵用于調(diào)節(jié)溫濕度顯示報(bào)警的最大值。 S2的作用是提高報(bào)警閾值，S5的作用是降低報(bào)警閾值。方便用戶現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整，可大大提高設(shè)備的可操作性，方便用戶現(xiàn)場(chǎng)管理。增加設(shè)備人性化。報(bào)警電路主要由LED燈和蜂鳴器構(gòu)成。報(bào)警功能的硬件電路設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單。主要原因是這兩個(gè)硬件設(shè)備

41、連接了單片機(jī)的兩個(gè)不同接口，其中蜂鳴器連接單片機(jī)的P3.6口，LED燈連接單片機(jī)的P1.6口.其硬件電路連接如圖 3-6 所示。圖 3-6 報(bào)警電路報(bào)警電路的設(shè)計(jì)主要用于濕度超過(guò)閾值的報(bào)警。報(bào)警電路設(shè)計(jì)通過(guò)占用少量單片機(jī)接口增加了溫濕度測(cè)量?jī)x的功能。3.6章節(jié)總結(jié)本章設(shè)計(jì)了各功能模塊的硬件電路，包括單片機(jī)模塊的硬件電路設(shè)計(jì)、溫濕度傳感器的硬件電路設(shè)計(jì)、電源模塊的硬件電路設(shè)計(jì)和用戶交互的硬件電路設(shè)計(jì)。模塊。單片機(jī)模塊采用STC89C51單片機(jī)外圍電路設(shè)計(jì)，溫濕度傳感器模塊采用SHT10型傳感器電路設(shè)計(jì)，電源模塊采用LM2596單片機(jī)電路設(shè)計(jì)，用戶交互模塊采用液晶體顯示電路設(shè)計(jì)、關(guān)鍵電路設(shè)計(jì)、報(bào)警

42、電路設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)軟件繪制了總體原理圖，為后續(xù)使用該軟件制作PCB版奠定了基礎(chǔ)。4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)溫濕度測(cè)量?jī)x的硬件設(shè)計(jì)已在前一章進(jìn)行了設(shè)計(jì)。本章重點(diǎn)介紹本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)使用的軟件是 Keil C51 軟件。首先建立系統(tǒng)的總體流程圖，然后根據(jù)各模塊的功能按照設(shè)計(jì)程序的步驟進(jìn)行設(shè)計(jì)，最后建立最終的程序。4.1開發(fā)軟件平臺(tái)概述Keil C51是 HYPERLINK %20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/2398.htm 美國(guó)Keil Software公司出品的51系列兼容MCU C語(yǔ)言軟件開發(fā)系統(tǒng)。軟件設(shè)計(jì)以C語(yǔ)言為主，因?yàn)镃語(yǔ)言在功能、結(jié)

43、構(gòu)、可讀性和可維護(hù)性上與匯編相似。它具有明顯的優(yōu)勢(shì)，因此易于學(xué)習(xí)和使用。 Keil主要提供完整的開發(fā)解決方案，包括C編譯器、宏匯編、鏈接器、庫(kù)管理和強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等。這些部分通過(guò)集成開發(fā)環(huán)境（uVision）組合在一起。運(yùn)行Keil軟件需要WINDOWS平臺(tái)操作系統(tǒng)。 Keil Vision4，Keil Vision4 引入了一個(gè)靈活的窗口管理系統(tǒng)，使開發(fā)人員能夠使用多個(gè)監(jiān)視器，并在任何地方提供一個(gè)可視表面，可以完全控制窗口的位置。新的用戶界面更好地利用了屏幕空間，更有效地組織了多個(gè)窗口，為開發(fā)應(yīng)用程序提供了一個(gè)干凈、高效的環(huán)境。新版本支持更多最新的 ARM 芯片，并增加了一些其他新功能。其

44、工作界面如圖 4-1 所示。圖 4-1 keil4 工作界面4.2系統(tǒng)編程4.2.1系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)主程序是溫濕度測(cè)量?jī)x的設(shè)計(jì)框架，各程序的運(yùn)行順序根據(jù)主程序確定。主程序軟件流程圖如圖4-2所示。系統(tǒng)開機(jī)后對(duì)液晶LCD進(jìn)行初始化，對(duì)系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行初始化，初始化內(nèi)容包括：確定編程寄存器的工作模式、確定串口控制以及所需的中斷設(shè)置。初始化完成后，檢查操作人員是否更改了報(bào)警參數(shù)。如果報(bào)警參數(shù)發(fā)生變化，系統(tǒng)會(huì)重新確定報(bào)警參數(shù)，并通過(guò)傳感器讀取子程序獲取傳感器測(cè)得的空氣溫濕度數(shù)據(jù)。設(shè)定報(bào)警參數(shù)，如超過(guò)后LED燈亮并報(bào)警報(bào)警，同時(shí)LCD顯示當(dāng)前溫濕度情況。操作者可以隨時(shí)更改濕度報(bào)警值。主要功能中包含的子功能

45、有：傳感器讀取參數(shù)子程序、LCD顯示子程序、按鍵子程序和報(bào)警子程序。圖 4-2系統(tǒng)軟件流程圖4.2.2傳感器讀數(shù)參數(shù)子程序設(shè)計(jì)溫濕度傳感器采用IC總線結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。其數(shù)據(jù)采集程序設(shè)計(jì)流程圖如圖4-3所示。調(diào)用傳感器讀取參數(shù)子程序，首先給傳感器上電，通過(guò)調(diào)用傳感器啟動(dòng)傳輸子程序?qū)崿F(xiàn)傳感器的啟動(dòng)，通過(guò)調(diào)用傳感器寫函數(shù)、讀函數(shù)和測(cè)溫函數(shù)來(lái)判斷傳感器通訊是否中斷完成傳感器的測(cè)溫命令，如果被中斷，通過(guò)調(diào)用reset connection子函數(shù)重新執(zhí)行測(cè)溫命令。如果通訊正常，測(cè)量空氣環(huán)境的濕度，測(cè)量后判斷通訊是否正常。如果通訊中斷，執(zhí)行復(fù)位子功能，通訊正常時(shí)傳感器輸出溫濕度值。圖 4-3 程序流程圖傳感器讀參

46、數(shù)子程序主要由：SHT10的啟動(dòng)函數(shù)、SHT10的連接復(fù)位函數(shù)、SHT10的寫函數(shù)、SHT10的讀函數(shù)、溫濕度測(cè)量函數(shù)、溫度補(bǔ)償函數(shù)組成。(1) 傳感器讀取功能的設(shè)計(jì)傳感器讀取功能流程圖如圖 4-4 所示。首先傳感器上電，單片機(jī)向傳感器輸入指令，然后釋放傳感器數(shù)據(jù)線，判斷數(shù)據(jù)的高位是否為1。如果高位為1，則高位移到對(duì)，讀取數(shù)據(jù)線。的值，循環(huán)右移后判斷高位是否為1，直到高位不為1，結(jié)束傳感器與單片機(jī)的通信，延時(shí)3微秒，單片機(jī)釋放數(shù)據(jù)線再次，程序結(jié)束，傳感器讀取功能程序完成。圖 4-4 傳感器讀取功能流程圖(2) Sensor write函數(shù)設(shè)計(jì)傳感器寫入函數(shù)如圖 4-5 所示。首先，傳感器上電啟

47、動(dòng)程序，判斷數(shù)據(jù)的高位是否為1，如果高位不為1，則將高位右移，致數(shù)被與以獲取致的位并延遲它。 3微秒，直到高位值為1結(jié)束循環(huán)，釋放數(shù)據(jù)線，通過(guò)單片機(jī)檢查傳感器通信，傳感器寫功能結(jié)束。圖 4-5 傳感器寫入函數(shù)流程圖4.2.3LCD顯示子程序設(shè)計(jì)為了實(shí)現(xiàn)采集到的數(shù)據(jù)信息和時(shí)間的顯示，最重要的是對(duì)LM016L進(jìn)行讀寫。 LM016L有自己的 RAM 地址和指令來(lái)匹配自己的標(biāo)準(zhǔn)字符庫(kù)。因?yàn)長(zhǎng)M016L液晶模組的讀寫操作、屏幕操作和光標(biāo)操作都是通過(guò)指令編程實(shí)現(xiàn)的。因此，程序的內(nèi)容是根據(jù)LM016L自身的指令表來(lái)確定的。因此，首先要熟悉LM016L的指令庫(kù)，然后進(jìn)行液晶顯示程序的設(shè)計(jì)。LM016L顯示程

48、序分為初始化函數(shù)、寫指令函數(shù)、寫字符函數(shù)、LCD寫字符串函數(shù)、字符函數(shù)和延時(shí)函數(shù)。通過(guò)初始化函數(shù)清屏，然后通過(guò)寫命令函數(shù)和寫數(shù)據(jù)參數(shù)函數(shù)使液晶顯示，最后通過(guò)字符串函數(shù)和延時(shí)函數(shù)完成液晶顯示。終于完成了液晶顯示子程序的設(shè)計(jì)。(1) LCD寫字功能設(shè)計(jì)。寫字功能流程圖如圖4-6所示。液晶上電啟動(dòng)程序，顯示單片機(jī)的位置，將傳感器發(fā)出的數(shù)據(jù)加載到程序中。單片機(jī)運(yùn)行后，在LCD上確定所需位置，并寫入數(shù)據(jù)。內(nèi)容加載、寫入命令命令并延遲10微秒，單片機(jī)加載LCD使能為0命令，命令執(zhí)行后延遲10微秒，寫入字符程序結(jié)束。圖 4-6 LCD 寫字符功能流程圖(2) LCD寫字符串功能設(shè)計(jì)。LCD 寫字符串功能流程

49、圖如圖 4-7 所示。首先，LCD上電后，將單片機(jī)設(shè)置的顯示位置和字符串傳送給LCD。 LCD首先確定字符串應(yīng)該在屏幕上顯示位置信息，然后才內(nèi)容LCD寫入。輸入address命令判斷字符串是否結(jié)束。如果沒(méi)有結(jié)束字符，則地址碼加1，直到判斷字符串已經(jīng)結(jié)束，字符串輸入程序結(jié)束。完成設(shè)定位置預(yù)置串的液晶顯示。圖 4-7 LCD 寫字符串功能流程圖4.2.4報(bào)警子程序設(shè)計(jì)除了上面提到的比較復(fù)雜的程序外，還有一些比較簡(jiǎn)單的子程序，即按鈕子程序和報(bào)警子程序。報(bào)警子程序是為了提高這個(gè)設(shè)計(jì)的完整性。增加設(shè)計(jì)產(chǎn)品的功能。報(bào)警子程序包括按鍵子程序和報(bào)警子程序兩部分。報(bào)警子程序的設(shè)計(jì)是為了提供一個(gè)監(jiān)控和報(bào)警裝置。硬

50、件設(shè)計(jì)中引入了喇叭，當(dāng)溫度超過(guò)最大值時(shí)發(fā)出警報(bào)，并引入了LCD和按鈕以方便使用?，F(xiàn)場(chǎng)人機(jī)交互。因此，在軟件設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)巡檢和報(bào)警。按鈕子程序用于調(diào)整閾值的大小，報(bào)警子程序主要用于將外界溫濕度與閾值溫度進(jìn)行比較。先編寫按鈕子程序，通過(guò)按鈕調(diào)整數(shù)據(jù)值，再通過(guò)報(bào)警子程序與調(diào)整后的閾值進(jìn)行比較。主要過(guò)程是：當(dāng)外界溫度和濕度高于閾值溫度時(shí)，LED燈亮，蜂鳴器報(bào)警。該程序主要用于監(jiān)測(cè)和提醒外界溫度的變化，使人們能夠快速了解變化，從而做出一定的反應(yīng)，減少損失。圖 4-8 按鈕程序流程圖如上圖4-8所示，首先設(shè)置按鍵程序的初始值，F(xiàn)lag=65（初始預(yù)警濕度值），將按鍵單片機(jī)的兩個(gè)接口設(shè)置為高電平

51、。啟動(dòng)程序后，判斷兩個(gè)端口的初始值是否發(fā)生變化，判斷增加按鈕是否按下，判斷電壓是否發(fā)生變化。如果測(cè)量到電壓變化，判斷Flag的值是否小于100。如果小于100，F(xiàn)lag將置零。繼續(xù)判斷增加按鈕是否再次按下，如果沒(méi)有按下它引起的電壓變化；判斷是否按下了減小鍵。如果大于0，則Flag減1，否則，F(xiàn)lag值設(shè)置為99，當(dāng)檢測(cè)到?jīng)]有按下減鍵引起的電壓變化時(shí)結(jié)束循環(huán)，F(xiàn)lag的最終值為通過(guò)單片機(jī)傳輸?shù)揭壕э@示器，并顯示最大濕度值。 .4.3章節(jié)總結(jié)軟件是控制模塊的靈魂，需要與硬件配合。本章主要解決傳感器溫濕度數(shù)據(jù)的輸入，以及人員對(duì)參數(shù)的修改、數(shù)據(jù)的顯示和環(huán)境變化的報(bào)警。在硬件電路的基礎(chǔ)上，完成了各功能模

52、塊的軟件設(shè)計(jì)，包括傳感器讀取參數(shù)子程序的設(shè)計(jì)、LCD顯示子程序的設(shè)計(jì)和報(bào)警子程序的設(shè)計(jì)。最終完成了整體溫濕度系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)。5 系統(tǒng)仿真5.1仿真調(diào)試本設(shè)計(jì)的驗(yàn)證主要是模擬測(cè)試。 proteus軟件用于模擬。總理根據(jù)protel中完成的電路圖繪制電路圖。電路的繪制主要是根據(jù)上述電路設(shè)計(jì)的電路圖來(lái)繪制的。繪制電路圖時(shí)軟件的操作和硬件的選擇都是以硬件選擇的模型為依據(jù)的。根據(jù)電路設(shè)計(jì)，在仿真軟件中完成電路圖。然后加載上一章編寫的軟件生成的文件，通過(guò)該軟件的仿真平臺(tái)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。由于本軟件條件完全理想，無(wú)需繪制電源模塊的電路圖。仿真過(guò)程：加載仿真所需文件，按下仿真按鈕。此時(shí)SHT10會(huì)生成一些模擬數(shù)據(jù)

53、，通過(guò)電路和軟件的處理，在LCD上顯示出來(lái)，如下圖5-1所示。傳感器產(chǎn)生的溫度為 27C，濕度為 57%。實(shí)測(cè)濕度為61.8%，溫度值為26.9。調(diào)節(jié)電路中的兩個(gè)按鈕將最大濕度更改為 65%。此時(shí)測(cè)得的溫度未達(dá)到報(bào)警溫度，LED不亮，蜂鳴器不報(bào)警。然后改變傳感器溫濕度值，達(dá)到報(bào)警溫度，蜂鳴器報(bào)警，LED亮。說(shuō)明程序的編程與硬件電路的構(gòu)建是匹配的。本設(shè)計(jì)的仿真結(jié)果如圖 5-1 所示。圖 5-1 仿真結(jié)果顯示5.2仿真結(jié)果分析在本次模擬結(jié)果測(cè)試中，調(diào)節(jié)SHT10上的溫濕度按鈕，觀察LCD上顯示的溫濕度測(cè)量值，將測(cè)量結(jié)果填入表5-1中，將實(shí)際溫濕度值與實(shí)測(cè)值進(jìn)行比較溫濕度測(cè)量值。的差異，分析了本設(shè)計(jì)

54、的仿真結(jié)果。溫度實(shí)際價(jià)值27303234404345測(cè)量26.929.831.733.639.542.444.3濕度實(shí)際價(jià)值57%49%53%55%57%59%60%測(cè)量者61.8%53.5%58.4%60.7%63.8%66.3%67.4%表 5-1 測(cè)量結(jié)果通過(guò)將上述溫度值的實(shí)測(cè)值與實(shí)際值進(jìn)行比較，可以看出系統(tǒng)存在一定的誤差，而且誤差隨著實(shí)際溫度值的增大而增大。通過(guò)比較濕度值的變化可以看出，測(cè)量誤差隨著實(shí)際濕度值的增加而不斷增加。5.3章節(jié)總結(jié)本章重點(diǎn)介紹了空氣溫濕度儀設(shè)計(jì)的軟硬件驗(yàn)證和仿真狀態(tài)的調(diào)試，針對(duì)不同條件的變化驗(yàn)證了電路和軟件的變化，以糾正不足。軟 硬件 設(shè)計(jì) , 保證 設(shè)計(jì) 的

55、 準(zhǔn)確性.觀察每個(gè)功能的正確運(yùn)行，確定最終的程序和電路設(shè)計(jì)。6 總結(jié)與展望6.1 總結(jié)本文設(shè)計(jì)了一種基于STC89C51單片機(jī)的屏顯空氣溫濕度計(jì)，具有響應(yīng)速度快、部署靈活、成本低、維護(hù)簡(jiǎn)單、成本低、可維護(hù)性高、可靠性好、閾值設(shè)置靈活等優(yōu)點(diǎn)。本設(shè)計(jì)做了以下工作：(1)通過(guò)整體設(shè)計(jì)的模塊化，對(duì)各模塊的功能和硬件的選擇進(jìn)行了分析和明確。(2)選型后，確定各硬件的功能和接線方式，確定各模塊的電路圖。其他模塊與主控模塊的接口方式。(3)編寫軟件，首先確定主程序流程圖，然后確定各個(gè)子程序的作用，然后編寫子程序，最后結(jié)合起來(lái)完成本設(shè)計(jì)的編程。(4)通過(guò)仿真軟件的仿真，驗(yàn)證程序與硬件的兼容性，最終確定所設(shè)計(jì)的

56、軟硬件在理想條件下的正確性。6.2 展望對(duì)于完成進(jìn)度，PCB板的設(shè)計(jì)已經(jīng)完成，希望最終的設(shè)計(jì)能以實(shí)物完成。整個(gè)系統(tǒng)采用液晶屏顯示，顯示能力更豐富。采用STC 89C51單片機(jī)作為微處理器模塊，使產(chǎn)生數(shù)字信號(hào)的SHT10溫濕度傳感器直接與單片機(jī)相連，既簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)，又減少了程序代碼量大，測(cè)量精度高，測(cè)量范圍廣。針對(duì)本系統(tǒng)現(xiàn)有的功能和不足，需要在以下幾個(gè)方面進(jìn)一步深入研究增加功能：1 、更好的改進(jìn)軟硬件設(shè)計(jì)，提高精度。2、開發(fā)利用遠(yuǎn)程信息交互，提高遠(yuǎn)程操作能力，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，增加設(shè)備的便利性和效率。3 、增加繼電器模塊，自動(dòng)調(diào)節(jié)測(cè)量環(huán)境的溫濕度。如果這些擴(kuò)展功能裝置研制成功，面對(duì)中國(guó)當(dāng)前從傳

57、統(tǒng)農(nóng)業(yè)向高科技設(shè)施農(nóng)業(yè)的轉(zhuǎn)變，將有廣闊的應(yīng)用前景。參考1 沙占友，薛樹奇，龐志峰。國(guó)內(nèi)外集成傳感器實(shí)用手冊(cè)：電子工業(yè)，2005。2 盧冬冬.數(shù)顯標(biāo)準(zhǔn)溫濕度測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)（碩士論文）：大學(xué)3 胡偉，紀(jì)曉恒單片機(jī)C編程及應(yīng)用實(shí)例M : 人民郵電，2003。4 郭文川.單片機(jī)原理與接口技術(shù)：中國(guó)農(nóng)業(yè)，2007。5 Joe Gampbell 美國(guó)、徐國(guó)定、廖衛(wèi)東。單片機(jī)通信交流編程器指南M.：清華大學(xué)，1995。6 惠勤單片機(jī)工程設(shè)計(jì)教程：電子工業(yè)，2009。7 王艷鵬.大學(xué)生電子設(shè)計(jì)與應(yīng)用：中國(guó)電力，2007。8 培仁基于C語(yǔ)言編程的MCS-51單片機(jī)原理與應(yīng)用M. : 清華大學(xué)，2002.9 超清單片

58、機(jī)原理與串行外設(shè)接口技術(shù)M. : 航空航天大學(xué)，2007 年。10 常勝傳感器與應(yīng)用電路簡(jiǎn)明手冊(cè)（第一卷）溫度傳感器卷M中國(guó)電子科技大學(xué), 2005.11 洪潤(rùn)傳感器技術(shù)與應(yīng)用教程M.：清華大學(xué)，2005。12 賈穎，鐵，向紅 8位單片機(jī)控制的經(jīng)濟(jì)型溫濕度監(jiān)測(cè)儀的研制A.中國(guó)科技核心期刊, 2009, 28(9).13 王學(xué)文，志勇傳感器原理與應(yīng)用M : 航空航天大學(xué)，2004 年。14 丁向榮單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)與接口技術(shù)M : 電子工業(yè)，2008。15 周喬娣，景彪 89C51在單片機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用B新型專用器件的應(yīng)用。16 SHT1x溫濕度傳感器使用手冊(cè).17郭艷玲，李軍.89C基于AT 52單

59、片機(jī)的溫濕度控制采集系統(tǒng)。林業(yè)機(jī)械與木工設(shè)備，2007，355。18 紀(jì)東藻，史俊勇，紀(jì)光一種實(shí)用的單片機(jī)溫濕度控制器J儀器技術(shù)與傳感器，2004 (10)，10-12。19 嚴(yán)平.基于單片機(jī)的低功耗溫濕度數(shù)據(jù)采集器的研制中國(guó)儀器儀表學(xué)報(bào), 2002, 233.20 梁建華.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與產(chǎn)品開發(fā)M : 人民郵電，2004。附錄一系統(tǒng)電路圖附錄二PCB板圖附錄三系統(tǒng)軟件/ *定義接口*P0DB0DB7 (LCD1602)P2.5RS (LCD1602)P2.6RW (LCD1602)P2.7E (LCD1602)P3.0數(shù)據(jù)（SHT10）P3.1SCK (SHT10)*/#include

60、 #include #include /Keil庫(kù)#include /Keil庫(kù)/* LCD1602設(shè)置的第一部分開始* */#define LCD_DB P0位 LCD_RS=P25; /P25 表示 p2.5; LCD_RS相當(dāng)于P2.5，讀寫LCD_RS就是讀寫P2.5位 LCD_RW=P26; /P26 表示 p2.6位 LCD_E=P27; /P27 表示 p2.7/*定義函數(shù)*/#define uchar 無(wú)符號(hào)字符#define uint 無(wú)符號(hào)整數(shù)無(wú)效LCD_init（無(wú)效）； /初始化函數(shù)無(wú)效 LCD_write_command（uchar 命令）； /寫命令函數(shù)無(wú)效 LCD