《基于單片機(jī)的倉庫安全環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)》10000字

基于單片機(jī)的倉庫安全環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要當(dāng)今社會的科學(xué)技術(shù)是不斷發(fā)展的，所以電子行業(yè)的重要性也就越發(fā)凸顯出來了，電子產(chǎn)品已經(jīng)可以為社會大部分人所使用，例如手機(jī)，電腦等等。社會生產(chǎn)力和信息化的程度被這些技術(shù)有效地發(fā)展和提高，并且電子產(chǎn)品也因此變得越來越智能化。此設(shè)計(jì)STC89C51單片機(jī)被作為主控芯片，監(jiān)測環(huán)境溫度是使用了DS18B20型數(shù)字型溫度傳感器，然后使用LCD1602來實(shí)時顯示溫度的數(shù)值。幾個按鍵被添加在系統(tǒng)之中，方便我們的用戶通過按鍵來設(shè)置溫度的上、下限值，同時單片機(jī)EEPRROM可以保存數(shù)據(jù)，而且可以做到掉電存儲。當(dāng)采集的溫度大于上限值時，LED燈亮、蜂鳴器響、風(fēng)扇此時全速轉(zhuǎn)動；當(dāng)采集的溫度小于下限值時，LED燈亮、蜂鳴器響、此時的風(fēng)扇停止轉(zhuǎn)動；當(dāng)采集的溫度處于上下限溫度之間時，蜂鳴器和LED燈都停止工作、風(fēng)扇中等速度轉(zhuǎn)動。這個設(shè)計(jì)的思路簡單，同時兼具成本低和實(shí)用性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)關(guān)鍵詞：智能化風(fēng)扇、DS18B20溫度傳感器、STC89C51單片機(jī)目錄摘要 IABSTRACT II1引言 11.1設(shè)計(jì)的目的及意義 11.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 12系統(tǒng)硬件方案選擇 12.1硬件方案的選擇 12.1.1主控芯片的選擇 12.1.2顯示器件的選擇 22.1.3溫度傳感器的選擇 22.1.4數(shù)據(jù)存儲芯片的選擇 32.2系統(tǒng)總體方案 43系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 53.1STC89C51單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 53.1.1STC89C51的概述 53.1.2STC89C51單片機(jī)的最小系統(tǒng) 53.2LCD1602液晶顯示電路設(shè)計(jì) 73.2.1LCD1602的概述 73.2.2LCD1602的引腳說明 83.2.3LCD1602的工作原理 93.3DS18B20溫度傳感器的設(shè)計(jì) 113.3.1DS18B20的概述 113.3.2DS18B20的工作原理 123.4風(fēng)扇驅(qū)動電路的設(shè)計(jì) 143.5蜂鳴器電路的設(shè)計(jì) 153.6獨(dú)立按鍵電路的設(shè)計(jì) 163.7原理圖繪制軟件的介紹 163.8系統(tǒng)硬件測試 174系統(tǒng)軟件部分設(shè)計(jì) 184.1軟件開發(fā)環(huán)境的介紹 184.2系統(tǒng)重要函數(shù)的介紹 184.2.1主函數(shù)的設(shè)計(jì) 184.2.2LCD1602顯示函數(shù)的設(shè)計(jì) 204.2.3DS18B20溫度采集函數(shù)的設(shè)計(jì) 214.3系統(tǒng)軟件測試 215結(jié)論 23參考文獻(xiàn) 25

1引言1.1設(shè)計(jì)的需求和價值電子制造業(yè)是不斷發(fā)展進(jìn)步的，所以社會需要越來越高要求的生產(chǎn)率，各行各業(yè)都需要精密高效、高耐用性和高可靠性的設(shè)備來滿足生產(chǎn)需要。作為一種傳統(tǒng)家用電器，人們一度認(rèn)為有了空調(diào)，那么電風(fēng)扇就會在空調(diào)的沖擊下變得不再那么重要；但是不可否認(rèn)的是，電風(fēng)扇也有空調(diào)所沒有的優(yōu)點(diǎn)，比如電風(fēng)扇的價格不貴、易于收納、皮實(shí)耐用等優(yōu)點(diǎn)?，F(xiàn)階段我們很多家庭的消費(fèi)水平是很有限的，電風(fēng)扇作為一款成熟的家用電器，在我們國家的經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)以及廣大鄉(xiāng)村地區(qū)仍然具有很大的市場空間，但是我們傳統(tǒng)意義上的電風(fēng)扇功能過于簡單，不夠智能化，所以為了提高電風(fēng)扇的市場競爭力，使之在智能化程度上有所提高，且更加可靠，所以就有了智能電風(fēng)扇的設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)意義上的電風(fēng)扇具有以下不足：風(fēng)扇的風(fēng)速不能隨著周圍環(huán)境的變化而自動調(diào)節(jié)風(fēng)速，這對一些溫度變化很大的地區(qū)都是一些很大的缺點(diǎn)，比如晚上睡覺的時候，不但很容易造成感冒，而且很容易讓人感冒；傳統(tǒng)風(fēng)扇的定時器噪音大，非常影響人們的夜間休息，而且定時的誤差也很大，所以傳統(tǒng)風(fēng)扇不能滿足人們的日常需求?；谌藗兊膶?shí)際需要，我們可以設(shè)計(jì)一款智能化的溫控風(fēng)扇來解決這一問題。本設(shè)計(jì)的智能溫控風(fēng)扇STC89C51單片機(jī)作為控制器，DS18B20被用來作為溫度采集模塊，LCD1602被用來作為顯示模塊，從而可以設(shè)計(jì)智能溫控風(fēng)扇，為現(xiàn)代的人們帶來了很多便利，符合國家所倡導(dǎo)的節(jié)能減排[1][1][趙靜.基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)的研究[J].科學(xué)與財(cái)富,2017(17):7-11.1.2國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀電風(fēng)扇在我們國家還有很大的市場空間，所以我國很重視對于電風(fēng)扇的設(shè)計(jì)和改進(jìn)。市場上已經(jīng)有了智能化的電風(fēng)扇，目前在這一領(lǐng)域是不存在技術(shù)難題的?，F(xiàn)階段重要的就是將其做的更加智能化，使各個群體的人們都可以很好地適應(yīng)智能風(fēng)扇。國內(nèi)很多家電企業(yè)也都推出了形式多樣的智能風(fēng)扇，可以很好滿足各類人群的特定需求。相反國外在這一方面是不如國內(nèi)這么積極的，但是國外的關(guān)于智能化電器方面的研究還是先進(jìn)的?！半娖髦悄芑贝篌w包括以下三個層次：電器元件的智能化，例如斷路器的智能化、接觸器的智能化和磁力啟動器的智能化，開關(guān)柜的智能化以及供配電系統(tǒng)的智能化。智能開關(guān)柜包含多個斷路器，并且提高了供電系統(tǒng)和用電設(shè)備的控制關(guān)系的密切程度。這兩個方面的智能化的工作要點(diǎn)就是網(wǎng)絡(luò)功能的加強(qiáng)，配電系統(tǒng)以及用電設(shè)備自動化水平的最大限度提高。全新的智能電器設(shè)備的發(fā)展方向是使用微處理器和可編程元件，通過軟件的提高來代替一味堆硬件，并且操作方便。

2系統(tǒng)硬件方案選擇本章主要介紹如何選擇器件，通過綜合的考慮選出最適合本設(shè)計(jì)的方案。2.1選擇硬件明確設(shè)計(jì)方案對于硬件電路的搭建是及其重要的，必須通過選擇各個模塊進(jìn)行比較才能找到最適合本設(shè)計(jì)的硬件，這樣器件的功效就能被發(fā)揮最大。2.1.1主控芯片的選擇方案一：STC89C51是本設(shè)計(jì)的主要控制芯片。STC89C51作為一款低功率、高性能的CMOS微處理器，帶有8位8千字節(jié)的在線編程閃存驅(qū)動器，是由宏晶科技公司生產(chǎn)的。STC89C51內(nèi)核使用MCS-51的核心，并且和MCS-51完全兼容,但是這個單一電腦升級很多，使得這個芯片和傳統(tǒng)51單片機(jī)相比,可供更多功能,如4KEEPROM存儲器裝置,必要時在掉電情況下直接使用內(nèi)部存儲,不需要放在外部記憶芯片。STC89C51是一個簡單的、可編程的在線下載器，是一個很好的選擇。方案二：MSP430作為控制芯片被采用。MSP430稱為混合處理器，可以將多個模擬、數(shù)字模塊和微處理器集成到一個芯片上，MSP430系列是一個16位指令集(RISC)處理器，于1996年上市。該系列多次應(yīng)用于需要電池供電的便攜式設(shè)備和儀表中。然而，開發(fā)是相對困難和昂貴的。所以有些簡單的設(shè)計(jì)不適合采用。方案三：把PIC16F877A作為主控芯片。PIC16F877A是一種新產(chǎn)品，屬于PICMICOR8位微處理器，具有閃存內(nèi)存功能，可以多次擦亮編寫的程序。但是開發(fā)成本很高，而且相對困難?？紤]到資源和成本的合理使用和開發(fā)的復(fù)雜性，最終決定采用宏晶科技的STC89C51單片機(jī)作為控制芯片。

2.1.2顯示器件的選擇方案一：使用LED的數(shù)字掃描顯示。LED數(shù)碼管的價格不貴，更適合表示數(shù)字或簡單字母。奪走,但在動態(tài)掃描法與單片機(jī)連接時占用CPU的I/O口比較多,由于單片機(jī)IO輸出電流不夠,所以需要驅(qū)動電路將驅(qū)動電路電流放大后管理數(shù)碼管,而且使用數(shù)碼管用來顯示如果顯示的內(nèi)容多了很容易導(dǎo)致電路焊接錯誤，難度也不低。方案二：LCD1602液體顯示器被采用。LCD1602液晶也被稱為LCD1602字符型液晶。液晶具有很強(qiáng)的顯示功能，可以同時顯示16*2，也就是可以同時顯示32個字符，可以包括數(shù)字、字母、符號以及自定義字符。LCD1602液體晶體顯示器上的每個符號都由5*7晶格組成。LCD1602使用并行數(shù)據(jù)傳輸和串行數(shù)據(jù)傳輸，可以用來控制簡單的控制工具，就像市面上大多數(shù)基于HD44780液體晶體的數(shù)據(jù)傳輸一樣。方案三：采用lcd12864液晶顯示器。附帶中文庫的128x64采用4位/8位并行、2線或3線串行的多接口方式，顯示分辨率為128x64，內(nèi)置8192個16*16點(diǎn)漢字和128個16*8點(diǎn)ASCII字符集。利用該模塊靈活的接口方式和簡單方便的操作指令，可構(gòu)成全中文人機(jī)交互圖形界面。可以顯示8×4行16×16點(diǎn)的漢字，圖形顯示也可以，并且低電壓低功耗也是特征。lcd12864液晶顯示雖然功能強(qiáng)大，但由于顯示內(nèi)容變大，導(dǎo)致顯示空間被浪費(fèi)，成本變高。綜合以上的說明，最終，根據(jù)本設(shè)計(jì)的功能要求討論LCD1602液晶顯示器的采用是合理的。

2.1.3溫度傳感器的選擇方案一： 傳感器使用熱敏電阻，與對應(yīng)電阻值的電阻器串聯(lián)分壓，利用電阻值隨溫度變化的特性，取得兩個電阻的變化分壓值，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。該設(shè)計(jì)需要A/D轉(zhuǎn)換電路，因此硬件成本增加，而且熱電偶的溫度特性曲線不是嚴(yán)格的直線，因此測量誤差變大。方案二：采用AD590型模擬溫度傳感器,其輸出電流受溫度影響，所以需要將其轉(zhuǎn)換為電壓的變化,然后通過A/D轉(zhuǎn)換輸入到單片機(jī)里面,不僅需要花費(fèi)更多成本,而且電流電壓轉(zhuǎn)換和A/D轉(zhuǎn)換容易產(chǎn)生誤差。方案三： 采用數(shù)字溫度傳感器DS18B20，通過一根數(shù)據(jù)線傳輸數(shù)據(jù)，便于與單片機(jī)連接，取消A/D模塊，降低硬件成本，簡化系統(tǒng)電路。此外，數(shù)字溫度傳感器還有測量精度高、測量范圍廣的優(yōu)點(diǎn)。綜上所述，我們選擇DS18B20作為溫度采集芯片。2.1.4數(shù)據(jù)存儲芯片的選擇方案-：使用STC89C51單片機(jī)內(nèi)部EEPROOM來存儲數(shù)據(jù)。STC89C51芯片內(nèi)置2*XK字節(jié)的EEPROM功能，STC89C51芯片通過ISP/IAP技術(shù)對內(nèi)部FLASH進(jìn)行讀寫來實(shí)現(xiàn)EEPROM。但是，在需要向微芯片內(nèi)部的EEPROM寫入數(shù)據(jù)的情況下，必須先擦除該扇區(qū)再寫入才能正常寫入。因此，在數(shù)據(jù)存儲量大的情況下不能使用。但是，省去了外圍電路的構(gòu)筑，成本也降低了。方案二：數(shù)據(jù)存儲采用AT24C02。AT24C02是一種內(nèi)置256個8位字節(jié)的2k位串行CMOSE2PROM，通過CATALYST公司的先進(jìn)CMOS技術(shù)，有效降低了設(shè)備的功耗。AT24C02有16字節(jié)的頁寫緩沖器。該設(shè)備通過IIC總線接口工作，具有專用的寫入保護(hù)功能。適用于較大的存儲空間，使用方便。綜合考慮在本設(shè)計(jì)中，由于存儲器空間小，所以選擇了單片機(jī)內(nèi)部的EEPROM用于存儲。

2.2系統(tǒng)總體方案本設(shè)計(jì)采用STC89C51為主芯片，采用數(shù)字溫度傳感器DS18B20檢測周圍溫度，并通過LCD1602實(shí)時顯示溫度值。還增加了使用按鍵設(shè)定溫度的上限值和下限值，并將數(shù)據(jù)存儲在微芯片EEPROM中，并且還有掉電存儲的功能。當(dāng)采集溫度超過上限值時，蜂鳴器響起，LED燈點(diǎn)亮，風(fēng)扇全速旋轉(zhuǎn)。當(dāng)采集溫度低于下限時，蜂鳴器響起，LED燈點(diǎn)亮，風(fēng)扇停止。采集溫度在上下限溫度之間時，蜂鳴器、LED燈停止，風(fēng)扇中速運(yùn)轉(zhuǎn)。本設(shè)計(jì)的具體系統(tǒng)方案如下圖2.1所示圖2.1系統(tǒng)方案

3系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)本章主要說明該設(shè)計(jì)的各部分電路的設(shè)計(jì)原理。通過各模塊的功能描述，理解其工作原理和在設(shè)計(jì)中的作用。3.1STC89C51單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1.1STC89C51單片機(jī)的概述STC89C51是STC公司生產(chǎn)的一種具有高效能的CMOS8微控制器，具備8K在系統(tǒng)中可以編程閃存程序。STC89C51雖然使用了傳統(tǒng)的MCS-51內(nèi)核，但經(jīng)過很多改善，具備了芯片51微機(jī)所沒有的功能。為了給STC89C51的許多嵌入式控制應(yīng)用程序提供最便捷有效的解決方法，單芯片上就有8位CPU，并且系統(tǒng)上也可以進(jìn)行Flash程序設(shè)計(jì)。具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能:“8kFlash”、“512字節(jié)RAM”、“32位I/O”系列、看門狗定時器、“4KBEEPROM”、“MAX810”多方向回路設(shè)置、“3個16位定時器”、“外部中斷4個、一個7向量4級中斷結(jié)構(gòu)”(兼容傳統(tǒng)51的5向量2級中斷結(jié)構(gòu))、“全雙工串行口”。此外，STC89X52還可用于靜態(tài)邏輯控制頻率0Hz，支持兩種軟件的可選節(jié)電模式。非活動狀態(tài)下CPU停止工作時，內(nèi)存，定時器/計(jì)數(shù)器，串行，允許繼續(xù)工作。在脫電保護(hù)方式下，內(nèi)存的內(nèi)容將被保存，起振器將被凍結(jié)，直到微機(jī)下次中斷或硬件位置上升為止，所有的工作都將被停止。最高運(yùn)行頻率35MHz,6T/12T。3.1.2STC89C51單片機(jī)的最小系統(tǒng)所謂微芯片最小系統(tǒng)，簡單地說，就是由最小的部件構(gòu)成，微芯片可以工作的系統(tǒng)。下面介紹51單片機(jī)最小系統(tǒng)所需的部件及其作用。首先電源這對于一個電子產(chǎn)品來說是不可缺少的，為系統(tǒng)提供能源。在這個設(shè)計(jì)中，51微芯片的工作電壓在4.5~5.5V之間正常工作，可以采用手機(jī)充電器的插頭或連接到5v移動電源的USB電源線為系統(tǒng)供電。其次水晶振蕩器電路——獨(dú)立的輸入和輸出反相放大器是XTAL1和XTAL2,石英晶振的片內(nèi)振蕩器可以配置XTAL1和XTAL2。在圖3.1中，利用芯片內(nèi)部的振蕩電路，在XTAL1、XTAL2的引腳上安裝定時元件(1個水晶和2個電容)[2]陳潔鑒，吳建文.基于單片機(jī)的溫度監(jiān)控系統(tǒng)[J].電子元器件與信息技術(shù)，2019（2）：25-30.[2]陳潔鑒，吳建文.基于單片機(jī)的溫度監(jiān)控系統(tǒng)[J].電子元器件與信息技術(shù)，2019（2）：25-30.圖3.1晶振電路

之后就是復(fù)位電路，復(fù)位電路可以被分為上電自動復(fù)位和開關(guān)復(fù)位兩種。這兩種復(fù)位方式在圖3.2中有所體現(xiàn)。上電的一刻，電容的兩端電壓不能變化，電容的負(fù)端和RESET連接，電阻被加上了全部電壓，RESET的輸入是高，芯片復(fù)位狀態(tài)。隨著5V電源給電容充電，電阻電壓減小，最后為0，芯片穩(wěn)定工作。復(fù)位鍵位并聯(lián)在電容兩端，電路在復(fù)位按鍵沒有按下的時候?qū)崿F(xiàn)上電復(fù)位，芯片穩(wěn)定工作后，按下按鍵RST管腳高電平也就相當(dāng)于手動復(fù)位。通常，RST上只要有10ms以上的高電平，就可以達(dá)到單片機(jī)被有效復(fù)位的效果。圖中的復(fù)位電阻和電容是經(jīng)典值，可以被同一量級的電阻和電容代替，使用者可以計(jì)算出RC充電時間也可以自己測量，以此保證單片機(jī)的復(fù)位電路的穩(wěn)定性。圖3.2復(fù)位電路STC89C51單片機(jī)最小系統(tǒng)電路圖如圖3.3所示

圖3.3STC89C51單片機(jī)最小系統(tǒng)3.2LCD1602液晶顯示電路設(shè)計(jì)3.2.1LCD1602的概述液晶顯示器(lcd)1602字符型液晶顯示器(lcd)是專門用于顯示字母，數(shù)字，符號等的點(diǎn)陣型液晶模塊。它由幾個5X7或5X11等排列的點(diǎn)陣字符位組成，每一個排列的點(diǎn)陣字符位都可以表示一個文字。每位和每行間都有間隔，起著字符間隔與行間隔的作用，所以不容易顯示出圖形。LCD1602液晶模塊使用HD44780控制器，它具有簡單而功能較強(qiáng)的指示集，實(shí)現(xiàn)文字移動和閃爍等功能。在LCD1602和單芯片MCU的通信中，有8位或4位并行傳送方式。HD44780控制器由兩個8位存儲器組成。顯示指令寄存器(IR)和數(shù)據(jù)寄存器(DR)存儲器(BF)，s內(nèi)存，文字放大器羅馬(CGOROM)文字放大器(CGRAM)，地址計(jì)數(shù)器內(nèi)存(AC)。IR寄存指令的代碼，不能讀取數(shù)據(jù)，DR則用于數(shù)據(jù)寄存。CGROM可以存儲80個文字符號，每8位文字符號為5*7字160和5*10字32種。8位文字符號化與文字符號的對應(yīng)關(guān)系，CGRAM是為用戶的特殊文字符號而寫的，容量只有64字節(jié)，可以任意使用8個5*7個字或4個5*10個文字符號。AC可以儲存dd內(nèi)存和CGRAM的地址，如果按照指令將地址號碼記載在IR中，IR自動搭載在AC，同時選擇dd內(nèi)存或CGRAM，LCD1602液晶實(shí)物圖如圖3.4所示。

圖3.4LCD1602液晶實(shí)物圖3.2.2LCD1602的引腳說明LCD1602液晶顯示器引腳功能描述見表3-1.表3-1LCD1602引腳排號名稱定義排號名稱定義1Vss工作電壓負(fù)極9D2數(shù)據(jù)端2Vcc工作電壓正極10D3數(shù)據(jù)端3VL調(diào)節(jié)液晶顯示對比度11D4數(shù)據(jù)端4RS數(shù)據(jù)/命令端（H/L）12D5數(shù)據(jù)端5R/W讀/寫端（H/L）13D6數(shù)據(jù)端6E使能信號端14D7數(shù)據(jù)端7D0數(shù)據(jù)端15Bla背景燈正端8D1數(shù)據(jù)端16Blk背景燈負(fù)端兩組的電源:一組是液晶背光燈的電源，另一組是液晶工作的電源，它們都是由5V供給的。RS:數(shù)據(jù)/命令選擇欄。這個引腳在高電平的時候可以數(shù)據(jù)傳輸；在低電平的時候?qū)懨?。RW:讀/寫選擇欄。在端口為高時液晶向外進(jìn)行讀操作；為低時單片機(jī)向液晶執(zhí)行寫入操作。VO:對比度調(diào)節(jié)端。顯示對比度通過調(diào)節(jié)電位器E:使能端。E引腳接受外部高脈沖然后數(shù)據(jù)被傳輸給液晶顯示8位數(shù)據(jù)總線為D0—D7。

3.2.3LCD1602的工作原理LCD1602共有11個指令，微機(jī)將這些指令發(fā)送到LCD1602后，就可以完成清理屏幕，開關(guān)顯示等一些特定的功能。因?yàn)長CD1602自己是帶有字庫的，所以可以直接調(diào)用字庫進(jìn)行顯示，如果出現(xiàn)字庫中沒有所需字符的情況下，也可以通過自定義字符寫入CGROM中，自定義字符的分辨率是5*8.因?yàn)樽远x字符數(shù)量有限所以需要合理使用，最多定義8個。在字符被寫入CGROM后就可以隨意使用了，使用方式和自帶字庫中的字符是相同的?？刂芁CD1602液晶顯示器對LCD1602有四種操作：讀操作、寫操作、讀數(shù)據(jù)操作、寫數(shù)據(jù)操作。具體操作對應(yīng)的引腳電平如表3-2.表3-2LCD1602操作指令對應(yīng)的引腳電平讀狀態(tài)寫指令讀數(shù)據(jù)寫數(shù)據(jù)輸入RS=L，R/W=H，E=HRS=L，R/W=L，D0-D7=指令碼，E=高脈沖RS=H，R/W=H，E=HRS=H，R/W=L，D0-D7=數(shù)據(jù)，E=高脈沖輸出D0-D7=狀態(tài)無D0-D7=數(shù)據(jù)無上面表中的E是使能端，RS是寄存器選擇，在RS=H時代表選擇數(shù)據(jù)寄存器，RS=L時選擇指令寄存器，R/W是信號線，R/W=H是讀操作，R/W=L是寫操作。LCD1602的具體讀操作時序圖如圖3.5，寫操作時序圖如圖3.6所示。

圖3.5LCD1602讀操作時序圖圖3.6LCD1602寫操作時序圖使用時，將D0-D7連接在51單片機(jī)的P0上，方便傳送數(shù)據(jù)，在VL口上連接電位調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)電位位置變化，隨VL電壓變化顯示分辨率變化。因此，實(shí)際上不使用電阻，而使用電位器，就是為了容易調(diào)節(jié)，在電壓不同的情況下使用。具體的LCD1602電路圖如圖3.7。

圖3.7LCD1602電路圖3.3DS18B20溫度傳感器的設(shè)計(jì)3.3.1DS18B20的概述DS18B20溫度計(jì)是美國達(dá)拉斯半導(dǎo)體最新推出的智能溫度計(jì)，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測溫元件相比，直接讀取被測溫度，并根據(jù)實(shí)際要求，通過簡單的編程，實(shí)現(xiàn)9-12位數(shù)字讀取的方式。DS18B20的性能特點(diǎn)是:因?yàn)閱尉€接口很獨(dú)特，所以只需要一個端口引腳進(jìn)行通信；唯一的三線可以并聯(lián)多個DS18B20，以此實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)組網(wǎng)功能，不需要外部器件；可以通過數(shù)據(jù)線供電，電壓3.0-5.5V；沒有待機(jī)損耗；溫度通過9位或者12位二進(jìn)制數(shù)字表示；使用者可以自定義報(bào)警設(shè)置；可以搜索并標(biāo)記滿足溫度報(bào)警條件的器件；負(fù)電壓特性，電源極性的正反不會導(dǎo)致溫度計(jì)因?yàn)榘l(fā)熱而燒毀，但也就不能正常工作了；而且這個芯片接口簡單，抗干擾性強(qiáng)。DS18B20溫度傳感器引腳圖如圖3.8所示。圖3.8DS18B20溫度傳感器引腳圖

3.3.2DS18B20的工作原理根據(jù)DS18B20的通訊合同，DS18B20的控制溫度變換必須經(jīng)過3個程序:每次啟動DS18B20時，都發(fā)出ROM的指令，而且還可以任意發(fā)出DS18B20或DS18B20。這樣，DS18B20才能做出預(yù)定的動作。它要求主CPU在數(shù)據(jù)線下各加載500微秒后再放出，DS18B20接收到信號后，等待16微秒至60微秒左右，后放出60微秒至240微秒的電脈沖。主要CPU收到這一信號后，表示位置輻射成功。在下列表格中，3-3是ROM命令符，3-4位隨機(jī)存取存儲器。表3-3DS18B20ROM指令表指令約定代碼功能讀ROM33H讀DS1820溫度傳感器ROM中的編碼（即64位地址）符合ROM55H發(fā)出此命令之后，接著發(fā)出64位ROM編碼，訪問單總線上與該編碼相對應(yīng)的DS1820使之有響應(yīng)，為下一步對該DS1820的讀寫做準(zhǔn)備。搜索ROM0FOH用于確定掛接在同一總線上DS1820的個數(shù)和識別64位ROM地址。為操作各器件作好準(zhǔn)備。跳過ROM0CCH忽略64位ROM地址，直接向DS1820發(fā)溫度變換命令。適用于單片工作。告警搜索命令0ECH執(zhí)行后只有溫度超過設(shè)定值上限或下限的片子才做出響應(yīng)。

表3-4DS18B20RAM指令表指令約定代碼功能溫度變換44H啟動DS1820進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換，12位轉(zhuǎn)換時最長為750ms（9位為93.75ms）。結(jié)果存入內(nèi)部9字節(jié)RAM中。讀暫存器0BEH讀內(nèi)部RAM中9字節(jié)的內(nèi)容寫暫存器4EH發(fā)出向內(nèi)部RAM的3、4字節(jié)寫上、下限溫度數(shù)據(jù)命令，緊跟該命令之后，是傳送兩字節(jié)的數(shù)據(jù)。復(fù)制暫存器48H將RAM中第3、4字節(jié)的內(nèi)容復(fù)制到EEPROM中。重調(diào)EEPROM0B8H將EEPROM中內(nèi)容恢復(fù)到RAM中的第2、3字節(jié)。讀供電方式0B4H讀DS1820的供電模式。寄生供電時DS1820發(fā)送“0”，外接電源供電DS1820發(fā)送“1”。DS18B20單總線控制時序圖如圖3.9所示。圖3.9DS18B20單總線操作時序圖DS18B20，當(dāng)接到變溫的命令時，它就開始轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換結(jié)束后，溫度計(jì)以擴(kuò)展到16位符號的二進(jìn)制條形碼形式儲存在高速存儲器的1、2字節(jié)中。單片機(jī)可以使用單線接口讀出此數(shù)據(jù)，讀數(shù)據(jù)時，先讀低的，再讀高的[3][3]許姍主.傳感器技術(shù)及應(yīng)用[M].北京:清華大學(xué)出版社，2017：43-52.符號位s=0代表測得的溫度值是正值，二進(jìn)制可以直接轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制；符號位誰代表測得的溫度為負(fù)值，此時，在計(jì)算十進(jìn)制數(shù)值時，需要將補(bǔ)碼轉(zhuǎn)換為原碼。輸出的二進(jìn)制的高5位是符號位，末尾4位是溫度的小數(shù)點(diǎn)位，中間的7位是溫度的整數(shù)位。表3-5是一部分溫度值對應(yīng)的二進(jìn)制溫度數(shù)據(jù)。表3-5DS18B20輸出的溫度值溫度值二進(jìn)制輸出十六進(jìn)制輸出+125℃000001111101000007D0h+85℃00000101010100000550h+25.0625℃00000001100100010191h+10.125℃000000001010001000A2h+0.5℃00000000000010000008h0℃00000000000000000000h-0.5℃1111111111111000FFF8h-10.125℃1111111101011110FF5Eh-25.0625℃1111111001101111FF6Fh-55℃1111110010010000FC90h使用時，DS18B20的I/O連接10K的上拉電阻。具體的電路圖如圖3.10所示。圖3.10DS18B20電路圖

3.4風(fēng)扇驅(qū)動電路的設(shè)計(jì)這款設(shè)計(jì)使用小型電風(fēng)扇，模擬實(shí)際電風(fēng)扇的運(yùn)行。該電風(fēng)扇的額定電流為0.1A，而51單片機(jī)I/O的輸出電流只在4-20mA之間，所以直接使用51單片機(jī)是無法控制風(fēng)扇的，所以就需要一個電流放大器。該設(shè)計(jì)要求用L9110S驅(qū)動芯片驅(qū)動電風(fēng)扇。L9110S有兩個輸入輸出端口和兩個輸出端口。在輸出端口接電機(jī)，輸入端口接單片機(jī)的I/O口，單片機(jī)的控制端輸入兩個相反的電壓，就可以驅(qū)動電動機(jī)轉(zhuǎn)動。同時，輸入兩個相同的電平，電機(jī)就處于停止?fàn)顟B(tài)。該電流驅(qū)動具有很強(qiáng)的電流驅(qū)動能力，每個通道均可直接提供800mA的驅(qū)動電流，L9110S引腳的接入，輸出特點(diǎn)為圖像3.11。圖3.11L9110S引腳輸入輸出特性在這個設(shè)計(jì)中，驅(qū)動電路圖如圖3.12所示，因?yàn)長9110的IA引腳接高電平，單片機(jī)控制口接L9110的IB引腳，所以單片機(jī)的IO口輸出低電平，電機(jī)是轉(zhuǎn)動的；單片機(jī)IO口輸出高電平，電機(jī)是停止的[4][4]藍(lán)厚榮.單片機(jī)的PWM控制技術(shù)[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2010，23(3):97-98.[5]林立，張俊亮.單片機(jī)原理及應(yīng)用：基于Proteus和KeilC[M].北京：電子工業(yè)出版社，2014.3.12驅(qū)動電路

3.5蜂鳴器電路的設(shè)計(jì)在選擇蜂鳴器時，選擇5V電磁式有源蜂鳴器，由于蜂鳴器的工作電流較大，不能直接由單片機(jī)的I/O口直接驅(qū)動，所以要利用三極管的開關(guān)電路來驅(qū)動。這里選8550的三極管，這是PNP型的三極管。將一個1K的電阻串聯(lián)到三極管的基極，并且連接到單片機(jī)的I/O口上。當(dāng)I/O口輸出低電平時，三極管導(dǎo)通，蜂鳴器響；當(dāng)I/O口輸出高電平時，三極管截止，蜂鳴器不響。蜂鳴器電路如圖3.13圖3.3蜂鳴器電路3.6獨(dú)立按鍵電路設(shè)計(jì)該設(shè)計(jì)中設(shè)有按鍵的電路，通過幾個獨(dú)立按鈕，人機(jī)互動。按鍵通過連接單片機(jī)的I/O口的一端連接電源。設(shè)計(jì)的原因是，在單片機(jī)I/O懸空時，在沒有輸出的情況下，是默認(rèn)高電平的，在按鍵沒有被按住時，I/O處于懸空狀態(tài)。按下按鍵可以降低I/O入口的電平。這樣，只要單片機(jī)通過循環(huán)檢查來檢測I/O入口是否存在低電壓，就可以判斷按鍵是否有被按下。當(dāng)然，這種按鍵是一種金屬解脫的方式，它會發(fā)生振動現(xiàn)象，需要通過程序適當(dāng)?shù)卦黾右恍┒虝旱难訒r，具體線路如圖3.14所示。圖3.14獨(dú)立按鍵設(shè)計(jì)三個按鍵的功能分別為：第一個按鍵：按下后進(jìn)入設(shè)置上下限。第二個按鍵：在設(shè)置模式下，對應(yīng)參數(shù)加一。第三個按鍵：在設(shè)置模式下，對應(yīng)參數(shù)減—。3.7原理圖繪制軟件的介紹“ALDIUM”是2004年由ELDIUM公司推出的電路設(shè)計(jì)軟件，是指在概念設(shè)計(jì)、包裝設(shè)計(jì)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)輸出等方面進(jìn)行分析驗(yàn)證和設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)管理的軟件。目前，“PROTEL98”、“PROTEL99”、“PROTELDXP”非常流行。“2004年ALTIMEUM”并不是單純的PCB(印刷電路板)設(shè)計(jì)工具，而是由多個模塊組成的系統(tǒng)工具。該軟件結(jié)合項(xiàng)目管理方式、路線圖·PCB雙向編程技術(shù)、多通道設(shè)計(jì)、塔浦自動配線及電路模擬技術(shù)，為電路設(shè)計(jì)提供強(qiáng)大的支援。此前，“VERDIUM2004”以比“PROTEL99”升級的形態(tài)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，而不僅是以代碼設(shè)計(jì)的“同步化”，還對VHDL和FPGA設(shè)計(jì)系統(tǒng)進(jìn)行了升級，功能得到了大幅加強(qiáng)。3.8系統(tǒng)硬件測試系統(tǒng)硬件電路的測試主要是對電路中有無焊接、短路、短路、假焊接、部分有方向部件的方向是否錯誤、電路設(shè)計(jì)錯誤等進(jìn)行檢查。如果焊接漏電、元件方向出現(xiàn)偏差，就將實(shí)物回路與PCB圖進(jìn)行對照，檢查配件和導(dǎo)線是否在實(shí)物。如果沒有或沒有焊接，在不合適的情況下，有必要對漏接時的及時補(bǔ)焊進(jìn)行對照。單線、單線、焊接的情況使用數(shù)字萬能計(jì)。這時把數(shù)字萬能鐘表撥到二極管上，紅色筆和黑色筆相互碰撞，便可按下萬能鐘表。根據(jù)這個原理，可以檢查段、段、焊接。需要檢測的部件或?qū)Ь€兩端用2支筆通過檢測，通過導(dǎo)線的時候，蜂鳴器會響;切斷導(dǎo)線的時候，蜂鳴器不會響。這樣，就可以根據(jù)需要檢測的情況，結(jié)合檢測的現(xiàn)象，測出線路上有沒有問題。

4系統(tǒng)軟件部分設(shè)計(jì)4.1軟件開發(fā)環(huán)境的介紹該設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了KEILVision4的編程。KEILC51是美國KEIL軟件研制的51系列兼用芯片C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)。與集成相比，C語言在功能，結(jié)構(gòu)性，可讀性，保守性方面有明顯的優(yōu)勢，易于學(xué)習(xí)和使用。KEIL提供了包括C編譯器、AMOMassembler、連接器、運(yùn)行庫管理、連接器功能在內(nèi)的完善的開發(fā)計(jì)劃，并將其與綜合開發(fā)環(huán)境(u藍(lán)圖)相結(jié)合。要想運(yùn)營KEIL軟件，需要WIN98、NT、WIN2000、WINXP等運(yùn)營體系。如果你用C編程，你幾乎已經(jīng)被選中。即使不使用C軟件而使用匯編語言編程，也可以使用綜合性集成環(huán)境、強(qiáng)大的軟件調(diào)整和仿真工具編程。4.2系統(tǒng)重要函數(shù)的介紹4.2.1主函數(shù)的介紹主函數(shù)voidmain()是一個程序的入口程序，一個完整的程序都會包含這個函數(shù)。要正常地使用器件進(jìn)行初始化和重新賦值一些變量，一般在該函數(shù)的開頭先對單片機(jī)和一些外圍器件進(jìn)行初始化，初始化完成后進(jìn)入死循環(huán)，如果不能進(jìn)入死循環(huán)程序只會運(yùn)行一次，之后就不再運(yùn)行。如果加入死循環(huán)程序，那么就會不斷循環(huán)，就可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時監(jiān)測的目的[6][6]丁明亮，唐前.51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)與仿真：基于KeilC與Proteus[M].北京：北京航天航空大學(xué)出版社，2009圖4.1主函數(shù)流程圖

4.2.2LC