毕业设计(论文)-基于AT89S52单片机的仓库温湿度监测系统的设计.doc
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1、湖州职业技术学院应用电子技术专业毕业论文仓库温湿度监测系统的设计摘要现代生产要求,人们发现需要实现仓库的智能化管理,而仓库温湿度监测系统是一种性能良好的调控方式,主要应用于仓库、温室以及一些对温湿度有一定要求的区域,本文设计了一种以AT89S52单片机为核心的低成本、高精度、微型化LED显示温湿度监测系统,并使用一些常用芯片如:DS18B20、GHS-20E等。系统由单片机、温度检测电路、湿度检测电路、报警电路以及显示电路构成。由芯片AT89S52控制温湿度传感器检测到的温湿度值进行存储转换,从而在显示电路中数码管中显示出来。本系统具有易安装检测、软件功能完善,工作可靠、准确度高等优点。本文讲
2、述了单片机技术研制成功的温湿度的监测系统的基本原理,温湿度传感器信号采集通过单片机来实现方案。采用软件校正,提高了测量精度和整机的可靠性。实际使用表明,极大的提高了安全性、可靠性和准确度。关键词:仓库,温湿度传感器,单片机AT89S52 目 录摘要I目 录II第1章 概述201.1选题背景201.2设计过程及工艺要求201.3设计的重点与难点20第2章 方案论证与比较212.1温度传感器的选择212.2湿度传感器的选择21第3章 系统总体设计233.1系统设计233.2芯片AT89S52介绍233.3传感器的介绍263.3.1传感器的定义及作用263.3.2传感器的特性263.3.3温度传感器
3、DS18B20263.3.4湿度传感器GHS-20E313.3.5 A/D转换TLC549313.4温湿度采集电路设计333.5显示电路的设计343.6报警电路的设计353.7按键电路的设计36第4章 系统调试374.1软硬件的调试374.2系统软件设计37总 结40致 谢41参 考 文 献42附 录43II湖州职业技术学院应用电子技术专业毕业论文第1章 概述1.1选题背景防潮、防霉、防腐、防爆是仓库日常工作的重要内容,是衡量仓库管理质量的重要指标。它直接影响到储备物资的使用寿命和工作可靠性。为保证日常工作的顺利进行,首要问题是加强仓库内温度与湿度的监测工作。但传统的方法是用与湿度表、毛发湿度
4、表、双金属式测量计和湿度试纸等测试器材,通过人工进行检测,对不符合温度和湿度要求的库房进行通风、去湿和降温等工作。这种人工测试方法费时费力、效率低,且测试的温度及湿度误差大,随机性大。因此我们需要一种造价低廉、使用方便且测量准确的温湿度测量仪。1.2设计过程及工艺要求一、基本功能 检测温度、湿度 显示温度、湿度 过限报警二、 主要技术参数 温度检测范围 : 0-+50 测 量 精 度 : 0.5 湿度检测范围 : 10%-99%RH 检 测 精 度 : 1%RH 显 示 方 式 : 温度:二位显示 湿度:四位显示 报 警 方 式 : 三极管驱动的蜂鸣音报警1.3设计的重点与难点本设计的任务是设
5、计一个温湿度监测系统,可以应用于仓库以及对温湿度有一定要求的区域。测量时能够清晰稳定地显示出监测结果。系统组成的设计:各部分硬件的选取很有讲究,要十分合理。设计的难点是:1、温度湿度模块设计2、显示电路设计3、流程图及程序的设计第2章 方案论证与比较当将单片机用作测控系统时,系统总要有被测信号懂得输入通道,由计算机拾取必要的输入信息。对于测量系统而言,如何准确获得被测信号是其核心任务;而对测控系统来讲,对被控对象状态的测试和对控制条件的监察也是不可缺少的环节。传感器是实现测量与控制的首要环节,是测控系统的关键部件,如果没有传感器对原始被测信号进行准确可靠的捕捉和转换,一切准确的测量和控制都将无
6、法实现。工业生产过程的自动化测量和控制,几乎主要依靠各种传感器来检测和控制生产过程中的各种参量,使设备和系统正常运行在最佳状态,从而保证生产的高效率和高质量。2.1温度传感器的选择方案一:采用热电阻温度传感器。热电阻是利用导体的电阻随温度变化的特性制成的测温元件。现应用较多的有铂、铜、镍等热电阻。其主要的特点为精度高、测量范围大、便于远距离测量。铂的物理、化学性能极稳定,耐氧化能力强,易提纯,复制性好,工业性好,电阻率较高,因此,铂电阻用于工业检测中高精密测温和温度标准。缺点是价格贵,温度系数小,受到磁场影响大,在还原介质中易被玷污变脆。按IEC标准测温范围-200650,百度电阻比W(100
7、)=1.3850时,R0为100和10,其允许的测量误差A级为(0.15+0.002 |t|),B级为(0.3+0.005 |t|)。铜电阻的温度系数比铂电阻大,价格低,也易于提纯和加工;但其电阻率小,在腐蚀性介质中使用稳定性差。在工业中用于-50180测温。方案二:采用DS18S20,独特的单线接口,多点能力使分布式温度检测应用简单,不需要外部元件和备份电源,可用数据线供电,测量范围从-55+125,增量值为0.5,并且以9位数值方式读出温度且可在 1秒内把温度变成数字。综合比较方案一与方案二,方案二更为适合于本设计系统对于温度传感器的选择。2.2湿度传感器的选择 测量空气湿度的方式很多,其
8、原理是根据某种物质从其周围的空气吸收水分后引起的物理或化学性质的变化,间接地获得该物质的吸水量及周围空气的湿度。电容式、电阻式和湿涨式湿敏原件分别是根据其高分子材料吸湿后的介电常数、电阻率和体积随之发生变化而进行湿度测量的。方案一:采用GHS-20E湿度传感器。GHS-20E湿度传感器为电阻式传感元件,它的工作电压为交流1V,频率为50HZ1KHZ,测量湿度10100%RH,工作温度范围为050,阻抗在50%RH(25)时为40k。这种传感器是一种电阻式传感元件,具有成本低、互换性号,湿滞小、耐高湿小且易运用,电阻信号输出近似线性等优点。在生产生活中运用起来比较简单方便。方案二:采用HS110
9、0/HS1101湿度传感器。HS1100/HS1101电容传感器,在电路构成中等效于一个电容器件,其电容量随着所测空气湿度的增大而增大。不需校准的完全互换性,高可靠性和长期稳定性,快速响应时间,专利设计的固态聚合物结构,由顶端接触(HS1100)和侧面接触(HS1101)两种封装产品,适用于线性电压输出和频率输出两种电路,适宜于制造流水线上的自动插件和自动装配过程等。相对湿度在1%-100%RH范围内;电容量由16pF变到200pF,其误差不大于2%RH;响应时间小于5S;温度系数为0.04 pF/。可见精度是较高的。综合比较方案一与方案二,方案一满足精度及测量湿度范围的要求,在其一定范围内使
10、用时具有良好的线性,可有效地利用其线性特性。因此,我们选择方案一来作为本设计的湿度传感器。第3章 系统总体设计3.1系统设计本设计是基于单片机对数字信号的高敏感和可控性、温湿度传感器可以产生模拟信号,和A/D模拟数字转换芯片的性能,我设计了以AT89S52基本系统为核心的一套检测系统,其中包括A/D转换、单片机、复位电路、温度检测、湿度检测、按键及显示、报警电路、系统软件等部分的设计。见图3.1所示:GHS-20E湿度传感器TLC549单片机AT89S52串行口LED显示DS18B20温度传感器报警电路图3.1 系统总体框图 本设计由信号采集、信号分析和信号处理三个部分组成的。(一) 信号采集
11、 由GHS-20E、DS18B20及TLC549组成; (二) 信号分析 由A/D转换器TLC549、单片机89S52基本系统组成;(三) 信号处理 由串行口LED显示器和报警系统等组成。3.2芯片AT89S52介绍AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS 8位微控制器,具有8K在系统可编程Flash 存储器。使用ATMEL公司高密度非易失性存储器技术制造,与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程,亦适于常规编程器。在单芯片上,拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash,使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。由于此
12、单片机应用在仓库温湿度检测上,所以本设计选用了低功耗、高性能、低价格、小管脚(40脚)的AT89S52单片机。如图3.2所示:图3.2 AT89S52芯片引脚图AT89S52具有以下标准功能:8k字节Flash,256字节RAM,32 位I/O口线,看门狗定时器,2 个数据指针,三个16 位定时器/计数器,一个6向量2级中断结构,全双工串行口,片内晶振及时钟电路。另外,AT89S52可降至0Hz 静态逻辑操作,支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下,CPU停止工作,允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下,RAM内容被保存,振荡器被冻结,单片机一切工作停止,直到下一个中断
13、或硬件复位为止。引脚功能介绍 1.Vcc:电源电压。2.GND:地。3. P0 口:P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口,每位能驱动8个TTL逻辑电平。对P0端口写“1”时,引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时,P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下,P0具有内部上拉电阻。 在flash编程时,P0口也用来接收指令字节;在程序校验时,输出指令字节。程序校验时,需要外部上拉电阻。4. P1 口:P1 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口,p1 输出缓冲器能驱动4 个 TTL 逻辑电平。对P1 端口写“1”时,内部上拉电阻把端口拉高,此时可以作为输入口
14、使用。作为输入使用时,被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因,将输出电流(IIL)。 此外,P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入(P1.0/T2)和时器/计数器2 的触发输入(P1.1/T2EX),具体如表3.1所示: 在flash编程和校验时,P1口接收低8位地址字节。 表3.1 P1口的第二功能引脚号第二功能P1.0T2(定时器/计数器T2的外部计数输入),时钟输出P1.1T2EX(定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制)P1.5MOSI(在系统编程用)P1.6MISO(在系统编程用)P1.7SCK(在系统编程用)5.P2 口:P2 口是一个具有内部上拉电阻的8 位
15、双向I/O 口,P2 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P2 端口写“1”时,内部上拉电阻把端口拉高,此时可以作为输入口使用。作为输入使用时,被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因,将输出电流(IIL)。在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器(例如执行MOVX DPTR)时,P2 口送出高八位地址。在这种应用中,P2 口使用很强的内部上拉发送1。在使用 8位地址(如MOVX RI)访问外部数据存储器时,P2口输出P2锁存器的内容。在flash编程和校验时,P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。6. P3 口:P3 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口,p3 输出
16、缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P3 端口写“1”时,内部上拉电阻把端口拉高,此时可以作为输入口使用。作为输入使用时,被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因,将输出电流(IIL)。 P3口亦作为AT89S52特殊功能(第二功能)使用,如表3.2所示。 在flash编程和校验时,P3口也接收一些控制信号。表3.2 P3口的第二功能端口引脚第二功能P3.0RXD(串行输入口)P3.1TXD(串行输出口)P3.2INTO(外中断0)P3.3INT1(外中断1)P3.4TO(定时/计数器0)P3.5T1(定时/计数器1)P3.6WR(外部数据存储器写选通)P3.7RD(外部数据存储器读选通)此外,P
17、3口还接收一些用于FLASH闪存编程和程序校验的控制信号。RST复位输入。当振荡器工作时,RST引脚出现两个机器周期以上高电平将是单片机复位。ALE/PROG当访问外部程存储器或数据存储器时,ALE(地址锁存允许)输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。一般情况下,ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号,因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是:每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。对FLASH存储器编程期间,该引脚还用于输入编程脉冲(PROG)。如有必要,可通过对特殊功能寄存器(SFR)区中的8EH单元的D0位置位,可禁止ALE操作。该位置位后,只有一条MOVX和MOVC指
18、令才能将ALE激活。此外,该引脚会被微弱拉高,单片机执行外部程序时,应设置ALE禁止位无效。PSEN程序储存允许(PSEN)输出是外部程序存储器的读选通信号,当AT89C52由外部程序存储器取指令(或数据)时,每个机器周期两次PSEN有效,即输出两个脉冲,在此期间,当访问外部数据存储器,将跳过两次PSEN信号。EA/VPP外部访问允许,欲使CPU仅访问外部程序存储器(地址为0000H-FFFFH),EA端必须保持低电平(接地)。需注意的是:如果加密位LB1被编程,复位时内部会锁存EA端状态。如EA端为高电平(接Vcc端),CPU则执行内部程序存储器的指令。FLASH存储器编程时,该引脚加上+1
19、2V的编程允许电源Vpp,当然这必须是该器件是使用12V编程电压Vpp。3.3传感器的介绍3.3.1传感器的定义及作用一、广义地来说,传感器是一种能把物理量或化学量转变成便于利用的电信号的器件。国际电工委员会(IEC:International Electrotechnical Committee)的定义为:“传感器是测量系统中的一种前置部件,它将输入变量转换成可供测量的信号”。按照Gopel等的说法是:“传感器是包括承载体和电路连接的敏感元件”,而“传感器系统则是组合有某种信息处理(模拟或数字)能力的传感器”。传感器是传感器系统的一个组成部分,它是被测信号输入的第一道关口。二、传感器的作用1
20、.信息的收集;2.信息数据的交换;3.控制信息的采集。3.3.2传感器的特性1、灵敏度高、可靠性强、稳定性好; 2、防尘耐湿、耐高低温、耐冲击、耐振动等严酷环境条件;3、收发兼用,使用方便。3.3.3温度传感器DS18B20数字温度传感器DS-18B20是美国DALLAS公司生产的 DS18B20可组网数字温度传感器芯片封装而成,具有耐磨耐碰,体积小,使用方便,封装形式多样,适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。一、主要特性DS18B20温度传感器是美国DALLAS半导体公司最新推出的一种改进型智能温度传感器,与传统的热敏电阻等测温元件相比,它能直接读出被测温。这一部分主要完成对温度信号的
21、采集和转换工作,由DS18B20数字温度传感器及其与单片机的接口部分组成。数字温度传感器DS18B20把采集到的温度通过数据引脚传到单片机。(1) DS18B20的性能特点如下9:1) 独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信;2) 多个DS18B20可以并联在惟一的三线上,实现多点组网功能;3) 无须外部器件;4) 可通过数据线供电,电压范围为3.05.5V;5) 零待机功耗;6) 温度以3位数字显示;7) 用户可定义报警设置;8) 报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度(温度报警条件)的器件;9) 负电压特性,电源极性接反时,温度计不会因发热而烧毁,但不能正常工作。 (2) DS18B20
22、的内部结构DS18B20采用3脚PR35封装,DS18B20的内部结构,如图3.3所示图3.3 DS18B20封装 64位ROM和单线端口存储器和控制逻辑暂存器温度传感器上限触发TH下限触发TL8位CRC产生器电源控制DQVDD图3.4 DS18B20内部结构二 DS18B20的工作原理1 DS18B20的工作时序根据DS18B20的通讯协议,主机控制DS18B20完成温度转换须经过三个步骤:1). 每一次读写之前都必须要对DS18B20进行复位;2). 复位成功后发送一条ROM指令;3). 最后发送RAM指令,这样才能对DS18B20进行预定的操作。复位要求主CPU将数据线下拉500微秒,然
23、后释放,DS18B20收到信号后等待1560微秒左右后发出60240微秒的存在低脉冲,主CPU收到此信号表示复位成功。其工作时序包括初始化时序、写时序和读时序,具体工作方法见图3.5,3.6,3.7所示。(1) 初始化时序图3.5 初始化时序总线上的所有传输过程都是以初始化开始的,主机响应应答脉冲。应答脉冲使主机知道,总线上有从机设备,且准备就绪。主机输出低电平,保持低电平时间至少480us,以产生复位脉冲。接着主机释放总线,4.7K上拉电阻将总线拉高,延时1560us,并进入接受模式,以产生低电平应答脉冲,若为低电平,再延时480us12。(2) 写时序图3.6写时序写时序包括写0时序和写1
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