基于單片機(糧倉)的溫度控制畢業(yè)設計論文

1、調試文件及程序若需要，聯(lián)系qq 584367157摘 要在糧食的儲藏的過程中，由于糧倉溫濕度異常而造成糧食變質，帶來的經濟損失是驚人的。目前我國許多糧食倉儲單位采用測溫儀器與人工抄錄、管理相結合的傳統(tǒng)方法，消耗了大量的人力和財力，但是效果不佳，發(fā)霉變質等現象大量存在。因此設計智能糧倉溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)，提高工作效率，實現糧倉溫濕度的實時監(jiān)控，是倉儲單位亟待解決的重要問題。溫濕度作為一個重要的物理量，是糧食倉庫中最普遍、最重要的工藝參數之一。隨著時代的進步、社會的發(fā)展、科學技術的不斷更新，溫濕度測量的準確性要求不斷提高，因此溫濕度檢測也成為一個重要的研究課題。本設計實現的是單片機溫濕度測量與控制系統(tǒng)

2、，通過液晶顯示器(lcd)顯示所測量的溫濕度。系統(tǒng)采用集溫濕度傳感器與a/d轉換器為一體的sht11芯片，通過單片機處理進行顯示，其它模塊包括了實時時鐘/日期產生電路和超限報警處理電路，對所測量的值進行實時顯示和報警處理。本文介紹了基于atmel公司的at89c51系列單片機的溫濕度實時測量與控制系統(tǒng)和顯示系統(tǒng)的設計，包括硬件結構原理，并分析了相應的軟件的設計及其要點，包括軟件設計流程及其程序實現。系統(tǒng)結構簡單、實用，提高了測量精度和效率。 關鍵詞：單片機；sht11；lcd；ds1302；溫濕度控制abstractin the process of grain storage, grain

3、deteriorates due to the abnormal of the barns temperature and humidity, and the economic losses which brought about are amazing. at present many grain storage units in our country use the traditional methods which is combined of thermometer device, artificial transcription and artificial management,

4、 consuming a lot of manpower and financial resources, and the results are poor, the phenomena of mildewing and metamorphism exists in large quantities. therefore, designing the temperature and humidity monitor system on barn, improving efficiency and achieving real-time monitoring of barns temperatu

5、re and humidity, is an important problem demanding prompt solution by storage units. the temperature and humidity is an important physical quantity, is the most common and important technical parameters in grain storages. with the progress of the times, the development of society, science and techno

6、logy unceasing renewal, the temperature and humidity measurement accuracy requirements continue to increase, so the temperature and humidity detection has become an important research topic.the design and implementation of measurement and control temperature and humidity is mcu system, through which

7、 the temperature and humidity measurement liquid crystal displays (lcd). system adopts set temperature and humidity sensor and a/d converter for sht11 chip microcontroller processing, through that other modules including real-time clock/date produce circuit and the off-gauge alarm circuit, the value

8、 of measurement for real-time display and alarm. the paper introduces the atmel company based on at89c51 single-chip series of temperature and humidity measurement and control system and real-time display system design, including the hardware structure and principle, and the corresponding software d

9、esign, including the design of the software and its key process and procedure. system structure is simple, practical, and improve the measuring precision and efficiency. key words: mcu, sht11, lcd, ds1302, temperature and humidity control目 錄摘 要iabstractii目 錄iii1 緒論11.1 問題的提出背景及研究意義11.2 國內外現狀21.3 課題的

10、研究目的及內容32 控制系統(tǒng)的硬件電路設計42.1 整體設計方案42.2 微控制器模塊42.2.1 復位電路設計42.2.2 時鐘電路設計52.3 傳感電路設計62.4 顯示電路設計92.5 超限處理電路設計122.6 硬件電路pcb版圖設計123 控制系統(tǒng)的軟件設計143.1 軟件開發(fā)平臺介紹143.2 主程序流程設計153.3 溫濕度采集及處理流程設計163.4 lcd顯示流程設計173.5 超限處理流程設計174 仿真與調試184.1 仿真軟件介紹184.2 系統(tǒng)的調試18結 論21致 謝22參考文獻23附錄a 系統(tǒng)程序241 緒論1.1 問題的提出背景及研究意義農業(yè)是國民經濟的基礎，糧

11、食是基礎的基礎。近年來，隨著農業(yè)科學技術的不斷進步，農業(yè)生產持續(xù)而穩(wěn)定地增產，農戶生產糧食數量也日益增多，絕大部分農民不僅解決了溫飽問題，而且有了更多的糧食，糧食年產量和常年儲存量均居世界首位。中央糧食儲備有較為完善的倉儲設施和技術保障，在保證國家糧食安全方面發(fā)揮著重要作用。但是，我國還有一半以上的糧食儲存在農民手中，這些糧食的儲藏安全是國家糧食安全的重要組成部分。長期以來由于種種原因，忽視了農戶糧食儲藏技術的研究與推廣，農戶糧食的儲藏技術非常落后，給國家和人民造成了巨大的損失，與此同時糧食產量增長所依賴的資源正在告急，如耕地面積進一步減少，水土流失日益嚴重，生態(tài)平衡遭到破壞，人口仍在增長的狀

12、況，而提高糧食總產量的空間已很小，并且我國到2040年人口將達到16.6億，根據我國現有的光、熱、水、土和氣候資源，中國科學院在我國土地的人口承載能力研究中指出：我國糧食最大可能生產能力為8.3億噸，按聯(lián)合國確定的最低標準人均500kg計，16.6億人口是我國國土的人口承載能力的極限。這就迫使我們必須將糧食產后的損失降低到最低限度，減少糧食的儲藏損失無疑是利國利民的好事，是保證國家糧食安全的大事。在這樣一種大形勢下，國家投資興建了大型現代化糧庫，最大糧庫方圓幾公里，倉庫房數為數十個。由于大型糧庫中糧倉的容量和糧庫的規(guī)模都是前所未有的，這些因素對原有小糧庫的正常運行帶來了一些新問題。主要存在問題

13、有如何隨時掌握每個倉內糧食的質量變化情況，保證入庫的糧食在較長時間的保存期內不變質。目前我國農業(yè)正處于從傳統(tǒng)農業(yè)向以優(yōu)質、高產、高效益為目標的現代農業(yè)轉化的新階段。環(huán)境控制工程作為農業(yè)生物速生、優(yōu)質、高產的手段，是農業(yè)現代化的重要標志。糧倉的環(huán)境由多個因子組成，如溫度、光照、濕度及二氧化碳濃度等。因此，采用先進的人工智能技術，科學、合理地控制影響作物的環(huán)境因子，通過計算機控制設備進行環(huán)境控制，以便給作物生長創(chuàng)造一個最佳的環(huán)境條件，做到既提高產品的質量、產量、經濟價值和社會效益，又盡量降低生產成本，這對糧倉環(huán)境施行自動檢測和控制是非常必要的。糧倉設施的關鍵技術是環(huán)境控制，主要是溫濕度的控制，其目

14、的是提高控制及作業(yè)精度。并且隨著城市居民生活節(jié)奏的加快以及人民生活水平的不斷提高，人們對于亞健康的問題越來越關注，因此對于居住環(huán)境的要求也越來越高，舒適的環(huán)境已不僅僅限于寬敞豪華的住宅，同時也希望在自己的小家里也會有大自然的調節(jié)作用，能夠根據人類的需要，設定相應的溫濕度。因此研究溫濕度的控制非常有必要，它可以優(yōu)化組合社區(qū)資源，提升服務水平，推動反房地產等其他行業(yè)的發(fā)展，為他們帶來新的商機。1.2 國內外現狀糧倉測控技術的研究始于20世紀70年代，它是科學保糧的重要技術之一，隨著國家農業(yè)產業(yè)政策的不斷完善，以及現代科學技術在農業(yè)生產中的應用和推廣，國家糧食總產量不斷創(chuàng)造歷史新高。但國家的糧食儲備

15、狀況自建國以來卻沒有得到明顯改善，全國80左右的糧食仍采用原始的存儲方式。初期，以銅電阻、熱敏電阻作為傳感器件，通過檢測電阻的變化來反映糧食溫度的變化，為糧食保管提供參考依據。但此工作靠人工一點一點測量，效率低，準確性差。在糧食部門各級領導的關懷和糧食行業(yè)科技主管部門的大力支持下，在糧食行業(yè)內、外廣大科技工作者近30年的共同努力下，糧食檢測技術不斷完善、提高，并日趨成熟，逐步形成了樣式繁多的糧倉檢測系統(tǒng)，為安全、科學儲糧起到了積極的作用。在儲藏過程中，糧食受溫度、濕度及其它因素的影響，可能出現發(fā)熱、霉變、蟲害等情況。為了減少糧食儲藏過程中的損失，保障糧食的品質和質量，首先應該及時準確地掌握糧食

16、儲藏過程中各種物理因素的變化情況，找出其變化規(guī)律。法國儲糧專家jelasseran，dberhant采用溫度調節(jié)器來控制溫度。實驗在一個儲量500噸、高16米的中型倉中進行。研究表明：在低溫氣候下，從夏季到秋季經23次通風，每次要持續(xù)幾個晚上，每天410小時，可將溫度從300c降到sc（在英國氣候條件下）。在冬天糧溫可保持不變，并在春天有所上升，經過一年的實踐表明：不僅衛(wèi)生狀況良好，而且糧食的品質沒有變化。澳人利弧gib等專家最近研究了一種以pc機為基礎的可遙控和監(jiān)測通風系統(tǒng)的通風控制器，該控制器包括一臺pc機和相關的軟件、氣象預報臺和糧堆中的靈敏元件，它能靈活地、有效地控制通風系統(tǒng)，減少通風

17、費用，并可以實行聯(lián)網，從而不必依靠倉庫管理人員收集的情況，就能得到通風系統(tǒng)的有關數據和系統(tǒng)的運行情況。目前，他們在進一步完善該通風控制系統(tǒng)并建立通風過程中熱量和物質水分轉換的數學模型。1987年我國吳子丹等報道了儲糧機械通風的計算機控制系統(tǒng)，根據在倉房內通風試驗得到的數據，建立一個數學模型表示糧食平衡水分的關系，用該模型編制電算程序，觀察糧食的通風效果，并根據物理參數的變化，確定控制通風的有效方式；1988年王善順等報道了機械通風儲糧與自動控制，并介紹了機械通風控制器的試驗情況；2004年湯慶設計了糧庫溫度監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)從溫度傳感器、數據傳輸方式、上位機監(jiān)控軟件三個方面入手對糧庫系統(tǒng)加以改進

18、；2005年施偉徉研究了基于can總線的糧食監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)完成了對各倉房的溫濕度的實時巡檢，并通過對采集到數據進行處理分析來掌握糧食的儲存情況?，F在國內已有數十家企業(yè)生產糧情檢測系統(tǒng)產品，品種繁多，系統(tǒng)結構各異，但其基本功能無外乎糧倉內外溫濕度檢測、糧食內部溫度檢測及分析、通風機械的控制等幾項?，F代溫濕度傳感器測量系統(tǒng)技術主要以數據采集為依據，主要類型包括：虛擬儀器、智能儀器、數字式儀器等等。伴隨著電子科學技術的進一步發(fā)展，數據采集系統(tǒng)也發(fā)生了日新月異的變化，其整體的性能、實用性方面都有所改進。因此，依托于數據采集結構而發(fā)展的溫濕度傳感器測量系統(tǒng)在實際應用中也發(fā)揮著越來越重要的作用。目前，許

19、多外國大型企業(yè)都很重視傳感器的研發(fā)工作，例如，日本的figaro公司、芬蘭的vaisala公司等，都致力于傳感器的發(fā)展和完善，以保障其在整個銷售市場的競爭力。在九十年代，先后出現了集成溫度濕度測量套件和應用于濕度傳感器的測試系統(tǒng)，這些新技術的產生都大大刺激了傳感器的進一步發(fā)展。與此同時，國內許多機構也在傳感器測試裝置的研發(fā)上不斷探索、研發(fā)。例如通過采用傳統(tǒng)電子儀器進行設計研發(fā)而成的多種動態(tài)測試系統(tǒng)、氣體傳感器智能測試系統(tǒng)等等，這些成績都體現了我國在傳感器領域取得的成就。當然，隨著科技的進步，傳統(tǒng)的溫濕度測試技術在穩(wěn)定性、精度等方面已經無法滿足市場的需求，因此，針對新一代傳感器的探究顯得尤為重要

20、。1.3 課題的研究目的及內容為了使得糧倉內糧食一直處于相對適宜的環(huán)境，我們就要隨時對溫濕度進行監(jiān)控，對于不利情況能夠及時地做出顯示及報警，并能夠采取相應的措施提醒用戶進行調整，以達到最適宜的溫濕度。首先我們必須了解溫濕度控制對于家庭和現在社會的重要性，其次我們才能夠對此做出更好的判斷，以求更好地滿足用戶的需要。溫濕度的控制是我們研究的主要內容。數字化溫濕度檢測的方法為一旦環(huán)境中的溫濕度發(fā)生變化，溫度傳感器和濕度傳感器隨著溫濕度的變化而變化，然后將變化的電阻通過轉換電路轉換為與之對應變化的電壓，然后把模擬電壓信號由a/d轉換器轉換為數字信號并送入到單片機中，對采集到的信號單片機進行濾波處理并通

21、過查表得到實際測量的溫濕度值，之后通過單片機的各外部接口電路顯示該溫濕度值。本設計溫度檢測的范圍10-50，測溫精度：2；濕度檢測范圍20%-80%rh，測濕精度：5rh。如果溫濕度超過預設值的話，蜂鳴器和發(fā)光二級管都會給出相應報警提醒，用戶即可做出調整。2 控制系統(tǒng)的硬件電路設計2.1 整體設計方案本設計核心部件為at89c51，信號采集及處理部分由sht11構成，進入單片機并且經處理后通過lcd1604顯示溫濕度，信號顯示采用的液晶屏為57點陣，一行可顯示16字，四行。其他組成部分為實時時鐘發(fā)生電路，產生同現在相同的時間和具體日期，通過lcd1604液晶模塊顯示。 在軟件設計部分有對測量的

22、溫濕度進行上下值的設定，當測量超過限定值時，通過超限報警處理電路對其進行處理后分別控制不同的二極管燈亮，蜂鳴器產生長鳴。硬件中包括一個開關，為復位開關。開機后，所有器件初始化，ds1302 產生實時時間和日期，溫濕度傳感器sht11開始進行溫濕度測量和計算，最后通過兩個lcd液晶顯示器顯示結果。在測量結果中有超過設定的溫濕度上下限的，通過超限模塊作出反應。整體電路框圖如圖2.1。圖2.1 整體電路框圖89c51是一種帶4k字節(jié)可編程可擦除的低電壓高性能cmos8位微處理器，俗稱單片機。89c2051是一種帶2k字節(jié)只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除100次。該器件采用at

23、mel高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的mcs-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位cpu和閃爍存儲器組合在單個芯片中，89c51單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活且價廉的方案1。2.2 微控制器模塊2.2.1 復位電路設計這種復位電路的工作原理是：單片機的復位電路在剛接通電時，電容是沒有電的，電容內的電阻很低，通電后，5v 的電通過電阻給電容進行充電，電容兩端的電會由0v慢慢的升到4v左右（此時間很短，一般小于0.3秒），rc構成的微分電路在上電瞬間產生一個微分脈沖，其寬度大于兩個機器周期，89c51將復位。正因為這樣，復位腳的電由低電位升到高電位，引起了內部電路的復

24、位工作，rst端電壓慢慢下降，降到一定電壓值以后，即低電平，單片機開始正常工作（這是單片機的上電復位，也叫初始化復位）；當按下復位鍵時，電容兩端放電，電容又回到0v了，于是又進行了一次復位工作（這是手動復位原理）2。其電路圖如圖2.2所示。圖2.2 手動復位及晶振電路2.2.2 時鐘電路設計此模塊是為系統(tǒng)時間的實時顯示而設計的，主要由芯片ds1302構成，其中引腳rst、clk、i/o分別接單片機p3.0、p3.1、p3.2口，屬于控制引腳，如圖2.33所示。圖2.3 實時時鐘電路此模塊產生實時的系統(tǒng)時間和日歷，能對某個確定環(huán)境的實時溫濕度控制起到一定的作用。芯片連接電路簡單，時間日期準確。d

25、s1302是dallas公司推出的涓流充電時鐘芯片，內含有一個實時時鐘/日歷和31字節(jié)靜態(tài)ram，通過簡單的串行接口與單片機進行通信。實時時鐘/日歷電路提供秒分時日、日期月年的信息。每月的天數和閏年的天數可自動調整，時鐘操作可通過am/pm指示決定采用24或12小時格式。ds1302與單片機之間能簡單地采用同步串行的方式進行通信僅需用到三個口線：res復位、i/o數據線、sclk串行時鐘。時鐘ram的讀/寫數據以一個字節(jié)或多達31個字節(jié)的字符組方式通信，ds1302工作時功耗很低，保持數據和時鐘信息時功率小于1毫瓦4。 ds1302是由ds1202改進而來，增加了以下的特性：雙電源管腳用于主電

26、源和備份電源供應；vcc1為可編程涓流充電電源；附加七個字節(jié)存儲器；它廣泛應用于電話傳真便攜式儀器以及電池供電的儀器儀表等產品領域。2.3 傳感電路設計此模塊是整個電路設計的信號采集及初步處理的模塊，由溫濕度傳感器芯片sht11構成，如圖2.4所示。(1) sht11 簡介 sht11 是瑞士scnsirion 公司推出的一款集數字溫濕度傳感器于一體的傳感器芯片。溫濕度傳感器sht11集溫度傳感器和濕度傳感器于一體，因此采用sht11 進行溫濕度實時監(jiān)測的系統(tǒng)具有精度高、成本低、體積小、接口簡單等優(yōu)點；另外sht11 芯片內部集成了14位a/d 轉換器，且采用數字信號輸出，因此抗干擾能力也比同

27、類芯片高。該芯片已經廣泛應用于暖通空調、汽車、消費電子、自動控制等領域。其主要特點如下： 高度集成，將溫度感測、濕度感測、信號變換、a/d轉換和加熱器等功能集成到一個芯片上； 提供二線數字串行接口sck和data，接口簡單，支持crc傳輸校驗，傳輸可靠性高； 測量精度可編程調節(jié)，內置a/d轉換器（分辨率為812位，可以通過對芯片內部寄存器編程選擇）； 測量精確度高，由于同時集成溫濕度傳感器，可以提供溫度補償的濕度測量值和高質量的露點計算功能； 封裝尺寸超小(7.62 mm5.08mm2.5 mm)，測量和通信結束后，自動轉入低功耗模式； 高可靠性，采用cmosens工藝，測量時可將感測頭完全浸

28、于水中。圖2.4 sht11傳感器電路 (2) sht11的內部結構和工作原理 溫濕度傳感器sht11將溫度感測、濕度感測、信號變換、a/d轉換和加熱器等功能集成到一個芯片上，其內部結構如圖2.5所示。該芯片包括一個電容性聚合體濕度敏感元件和一個用能隙材料制成的溫度敏感元件。這兩個敏感元件分別將濕度和溫度轉換成電信號，該電信號首先進入微弱信號放大器進行放大，然后進入一個14位的a/d 轉換器，最后經過二線串行數字接口輸出數字信號。sht11在出廠前，都會在恒濕或恒溫環(huán)境中進行校準，校準系數存儲在校準寄存器中，在測量過程中，校準系數會自動校準來自傳感器的信號。此外，sht11內部還集成了一個加熱

29、元件，加熱元件接通后可以將sht11 的溫度升高5左右，同時功耗也會有所增加。此功能主要為了比較加熱前后的溫度和濕度值，可以綜合驗證兩個傳感器元件的性能。在高濕(95rh)環(huán)境中，加熱傳感器可預防傳感器結露，同時縮短響應時間，提高精度。加熱后sht11溫度升高、相對濕度降低，較加熱前，測量值會略有差異5。圖2.5 sht11內部結構圖表2.1 sht11控制指令代碼命令代碼含 義00011測量溫度00101測量濕度00111讀內部狀態(tài)寄存器00110寫內部狀態(tài)寄存器11110復位命令，使內部狀態(tài)寄存器恢復默認值。下一次命令前至少等待11ms其他保留微處理器是通過二線串行數字接口與sht11進行

30、通信的。通信協(xié)議與通用的i2c總線協(xié)議是不兼容的，因此需要用通用微處理器i/o口模擬該通信時序。微處理器對sht11的控制是通過5個5位命令代碼來實現的，命令代碼的含義如表2.1所示。(3) sht11 應用設計 濕度線性補償和溫度補償 sht11可通過data數據總線直接輸出數字量濕度值。該濕度值稱為“相對濕度”，需要進行線性補償和溫度補償后才能得到較為準確的濕度值。由于相對濕度數字輸出特性呈一定的非線性，因此為了補償濕度傳感器的非線性，要對濕度值加以修正，修正式如式2.1所示： (2.1)式中：rhlinear為經過線性補償后的濕度值，sorh為相對濕度測量值，c1、c2、c3 為線性補償

31、系數。 由于溫度對濕度的影響十分明顯，而實際溫度和測試參考溫度25有所不同，所以對線性補償后的濕度值進行溫度補償很有必要。補償公式如式2.2所示： (2.2)式中：rhtrue為經過線性補償和溫度補償后的濕度值，t為測試濕度值時的溫度()，t1和t2為溫度補償系數。 溫度值輸出 由于sht11是采用ptat能隙材料制成的溫度敏感元件，因而具有很好的線性輸出。實際溫度值可由式2.3算得。 (2.3)式中：d1和d2為特定系數，d1的取值與sht11工作電壓有關，d2的取值則與sht11內部a/d轉換器采用的分辨率有關。 露點計算 露點是一個特殊的溫度值，是空氣保持某一定濕度必須達到的最低溫度。當

32、空氣的溫度低于露點時，空氣容納不了過多的水分，這些水分會變成霧、露水或霜。露點可以根據當前相對濕度值和溫度值計算得出，具體的計算公式如式2.4與式2.5所示： (2.4) (2.5)式中：t為當前溫度值，sorh為相對濕度值，dp為露點。2.4 顯示電路設計此模塊分為兩個顯示部分，一個部分是由lcd1604芯片組成的日期時間和實時溫濕度顯示的電路部分，如圖2.6所示。另一部分是由lcd12864液晶顯示模塊組成的電路部分，如圖2.7所示。lcd1604是一個四行每行16字的液晶顯示屏，d0-d7接p0口，rs、rw、e接p3.5、p3.6、p3.7起控制作用。lcd12864組成部分用來顯示“

33、溫度和濕度的控制與測量”及“溫度：，濕度：%”，其作用是讓人了解此實驗的目的，作用不明顯，這里不做重點介紹。圖2.6 lcd1604顯示及其連接電路1604采用標準的16腳接口，其中： 第1腳：vss為地電源。 第2腳：vdd接5v正電源。 第3腳：v0為液晶顯示器對比度調整端，接正電源時對比度最弱，接地時對比度最高，對比度過高時會產生“鬼影”，使用時可以通過一個10k的電位器調整對比度。 第4腳：rs為寄存器選擇，高電平時選擇數據寄存器，低電平時選擇指令寄存器。 第5腳：rw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rw共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當rs為低電

34、平rw為高電平時可以讀忙信號，當rs為高電平rw為低電平時可以寫入數據。 第6腳：e端為使能端，當e端由高電平變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。 第714腳：d0d7為8位雙向數據線。 第1516腳：空腳。圖2.7 lcd12864顯示及其連接電路表2.2 字符發(fā)生存儲器中的部分字符代碼低位高位00000010001101000101011001111010101111001101111011110000(1)（1）0pp三p0000(2)！1aqaqq0000(3)2brbr川0000(4)#3cscs0000(5)$4dtdt0000(6)%5eueub00000(7)&6fvfvp0000

35、(8)7gwgwg0000(1)(8hxhx0000(2)9iyiy1y0000(3)*：jzjzj千0000(4)+：kkx萬0000(5)l￥l0000(6)=mm+0000(7)nn0000(8)/？oo1604 液晶模塊內部的字符發(fā)生存儲器(cgrom)已經存儲了160個不同的點陣字符圖形，如表2.26所示，每一個字符都有一個固定代碼，比如大寫的英文字母“a”的代碼是 01000001b(41h)，顯示時模塊把地址41h中的點陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母“a”。表2.3 1604液晶模塊內部控制指令指 令rsr/wd7d6d5d4d3d2d1d0清顯示0000000001光標返

36、回000000001*置輸入模式00000001i/ds顯示開/關控制0000001dcb光標或字符移位000001s/cr/l*置功能00001dlnf*置字符發(fā)生存貯器地址0001置數據存貯器地址001 讀忙標志或地址01bf 寫數到cgram或ddram10 從cgram或ddram讀數11 其模塊內部的控制器共有11條控制指令，如表2.37所示。它的讀寫操作、屏幕和光標的操作都是通過指令編程來實現的。（說明：1為高電平、0為低電平） 指令 1：清顯示，指令碼01h，光標復位到地址00h位置。 指令 2：光標復位，光標返回到地址00h。 指令 3：光標和顯示模式，設置i/d：光標移動方向

37、，高電平右移，低電平左移；s：屏幕上所有文字是否左移或者右移。高電平表示有效，低電平則無效。 指令 4：顯示開關控制，d：控制整體顯示的開與關，高電平表示開顯示，低電平表示關顯示；c：控制光標的開與關，高電平表示有光標，低電平表示無光標；b：控制光標是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍。 指令 5：光標或顯示移位，s/c：高電平時移動顯示的文字，低電平時移動光標。指令 6：功能設置命令，dl：低電平時為4 位總線，高電平時為8位總線；n：低電平時為單行顯示，高電平時雙行顯示；f：低電平時顯示57的點陣字符，高電平時顯示510的點陣字符。 指令 7：字符發(fā)生器ram 地址設置。 指令 8：ddra

38、m 地址設置。指令 9：讀忙信號和光標地址，bf：為忙標志位，高電平表示忙，此時模塊不能接收命令或者數據，如果為低電平表示不忙。 指令 10：寫數據。 指令 11：讀數據。2.5 超限處理電路設計此部分電路是由5個發(fā)光二極管和一個蜂鳴報警器構成，分別是d0、d1、d2、d4和d5，蜂鳴器接單片機的p1.0口，發(fā)光二極管與單片機的連接部分如圖2.8所示。d0、d1、d2、d4、d5 分別代表著發(fā)光、降溫、加熱、干燥和加濕，一旦傳感器測定的溫濕度超過設定的限額，就會產生不同的發(fā)光反應，起警示作用，同時蜂鳴報警器連續(xù)發(fā)出“滴”的聲音，蜂鳴器電路如圖2.9所示。 圖2.8 超限處理警示電路部分圖2.9

39、 蜂鳴器電路部分2.6 硬件電路pcb版圖設計pcb(printed circuit board)，中文名稱為印制電路板，又稱印刷電路板、印刷線路板，是重要的電子部件，是電子元器件的支撐體，是電子元器件電氣連接的提供者。由于手工焊接的電路板在布線和布局各方面有很大的缺陷，電路的抗干擾能力以及穩(wěn)定性相對較差。為了提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，通過protel軟件設計硬件pcb板圖，在設計過程中對布線規(guī)則進行修改，使得電源線和接地線寬度相對較寬，同時將電源線的優(yōu)先級設置為最高，這樣可以有效提高電源系統(tǒng)的穩(wěn)定性，減小電路之間的相互干擾。印制電路板的設計是以電路原理圖為根據，實現電路設計者所需要的功能。印

40、刷電路板的設計主要指版圖設計，需要考慮外部連接的布局、內部電子元件的優(yōu)化布局、金屬連線和通孔的優(yōu)化布局、電磁保護、熱耗散等各種因素。pcb布線是制作電路很關鍵的一個環(huán)節(jié)，當原理圖確保無誤而各個元器件布局布線不當時，pcb上形成的干擾信號可能串入電路，從而導致電路工作不穩(wěn)定，甚至可能無法正常工作。在設計pcb布線時，需要注意如下基本事項：(1) pcb上的接地連接如要考慮走線時，設計應盡量加寬電源，尤其是大電流流經回路。地線、電源線、信號線之間的寬度關系是：地線電源線信號線。(2) 應避免地環(huán)路，在pcb上不能形成地環(huán)路。(3) 應避免大電流和小電流在電路上互串。本次設計的pcb板圖采用兩層板，

41、兩液晶顯示器分別留有外部接口，其他元器件對應封裝尺寸分別留有焊接式接口，如圖2.10所示。圖2.10 糧倉溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)pcb板3 控制系統(tǒng)的軟件設計3.1 軟件開發(fā)平臺介紹編程軟件采用的是keil uvision4軟件，其主界面如圖3.1所示。程序采用c語言編程。keil c51標準c編譯器為8051微控制器的軟件開發(fā)提供了c語言環(huán)境，同時保留了匯編代碼高效、快速的特點。c51編譯器的功能不斷增強，使你可以更加貼近cpu本身及其它的衍生產品。c51已被完全集成到uvision4的集成開發(fā)環(huán)境中，這個集成開發(fā)環(huán)境包含：編譯器，匯編器，實時操作系統(tǒng)，項目管理器，調試器。uvision4可為它們提

42、供單一而靈活的開發(fā)環(huán)境。圖3.1 keil uvision4主界面keil c51編譯器在遵循ansi標準的同時，為8051微控制器系列特別設計。語言上的擴展能讓用戶使用應用中的所有資源。(1) 存儲器和特殊功能寄存器的存取 c51 編譯器可以實現對8051系列所有資源的操作。sfr的存取由sfr和sbit兩個關鍵字來提供。變量可旋轉到任一個地址空間。用關鍵字at還能把變量放入固定的存儲器存儲模式。連接定位器支持的代碼區(qū)可達32個，這就允許用戶在原有64k rom 的8015基礎上擴展程序。在v2的編譯器和許多高性能仿真器中，可以支持應用程序的調試8。 (2) 中斷功能 c51允許用戶使用c語

43、言編寫中斷服務程序，快速進、出代碼和寄存器區(qū)的轉換功能使 c 語言中斷功能更加高效。(3) 靈活的指針 c51提供了靈活高效的指針。通用指針用3個字節(jié)來存儲存儲器類型及目標地址，可在8051的任意存儲區(qū)內存取任何變量。特殊指針在聲明的同時已指定了存儲器類型，指向某一特定的存儲區(qū)域。由于地址的存儲只需12字節(jié)，因此指針存取非常迅速。軟件設計是糧倉溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)設計的重要組成部分，只有對硬件進行合理有效的編程，才能實現溫濕度的實時準確監(jiān)測。軟件編制的好壞對系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性等性能也有很大的影響。本設計使用模塊化編程，各部分相對獨立，為日后的軟件更新提供了便利。軟件部分經調試可以運行，能夠正確顯示

44、結果。具體模塊由一個c(kellen.c)主函數文件和9個h文件構成。 h文件如下所示： reg51.h；（8051的相關參數初始化）absacc.h；（使用其中定義的宏來訪問絕對地址）intrins.h；（偽本征函數） math.h；（數學公式函數） 12864.h；（12864液晶顯示函數） lcd1604.h；（1604液晶顯示函數） ds1302.h；（實時時間/日期產生函數） sht11.h；（溫濕度采集計算函數） set_key.h；（限額報警函數）3.2 主程序流程設計本系統(tǒng)主程序流程由單片機開機初始化，lcd初始化，ds1302初始化，sht11初始化，ds1302運行確定時間

45、/周期，sht11運行進行溫度濕度采集與測量，lcd顯示實時溫度濕度，檢測溫度濕度是否改變幾部分組成。當sht11采集到的溫度不變時，lcd保持顯示當前溫度；當sht11采集的溫度發(fā)生變化時，其值返回給lcd顯示程序，lcd屏幕顯示也相應改變。其流程圖如圖3.2所示。圖3.2 主程序流程圖3.3 溫濕度采集及處理流程設計溫度采集及處理流程主要由sht11初始化，啟動sht11，等待主機發(fā)送指令測量溫度濕度，溫度濕度計算，浮點數轉換并發(fā)送至主機幾部分組成，其流程圖如圖3.3所示。圖3.3 溫濕度采集及處理流程圖3.4 lcd顯示流程設計lcd顯示流程主要包括初始化lcd，設置顯示位置，顯示字符三

46、部分，其流程圖如圖3.4所示。圖3.4 lcd顯示流程圖3.5 超限處理流程設計溫濕度值的判斷及相應的報警是超限處理流程的核心。當溫度大于50時，蜂鳴器響起，發(fā)光二級管d2亮燈，溫度小于10時，蜂鳴器響起，d3亮燈；當濕度大于80%時，蜂鳴器響起，d4亮燈，濕度小于20%時，蜂鳴器響起，d5亮燈。如圖3.5所示。圖3.5 超限處理流程圖4 仿真與調試4.1 仿真軟件介紹proteus軟件是來自英國labcenter electronics公司的eda工具軟件。proteus軟件有十多年的歷史，在全球廣泛使用，除了其具有和其它eda工具一樣的原理布圖、pcb自動或人工布線及電路仿真的功能外，其革

47、命性的功能是，它的電路仿真是互動的，針對微處理器的應用，還可以直接在基于原理圖的虛擬原型上編程，并實現軟件源碼級的實時調試，如有顯示及輸出，還能看到運行后輸入輸出的效果，配合系統(tǒng)配置的虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀等，您不需要別的，proteus為您建立了完備的電子設計開發(fā)環(huán)境！尤其重要的是proteus lite可以完全免費，也可以花微不足道的費用注冊達到更好的效果；功能最強的proteus專業(yè)版也非常便宜，人人用得起，對高校還有更多優(yōu)惠。 proteus組合了高級原理布圖、混合模式spice仿真，pcb設計以及自動布線來實現一個完整的電子設計系統(tǒng)。此系統(tǒng)受益于15年來的持續(xù)開發(fā)，被電子世界

48、在其對pcb設計系統(tǒng)的比較文章中評為最好產品：“the route to pcb cad”。proteus產品系列也包含了我們革命性的vsm技術，用戶可以對基于微控制器的設計連同所有的周圍電子器件一起仿真。用戶甚至可以實時采用諸如led/lcd、鍵盤、rs232終端等動態(tài)外設模型來對設計進行交互仿真。 其功能模塊包含個易用而又功能強大的isis原理布圖工具；prospice混合模型spice仿真；ares pcb設計。prospice仿真器的一個擴展proteus vsm：便于包括所有相關的器件的基于微處理器設計的協(xié)同仿真。此外，還可以結合微控制器軟件使用動態(tài)的鍵盤，開關，按鈕，leds甚至l

49、cd顯示cpu模型。 (1) 支持許多通用的微控制器，如pic，avr，hc11以及8051。 (2) 交互的裝置模型包括：led和lcd顯示，rs232終端，通用鍵盤。 (3) 強大的調試工具包括：寄存器和存儲器，斷點和單步模式。 (4) iar c-spy和keil uvision4等開發(fā)工具的源層調試。 (5) 應用特殊模型的dll界面，提供有關元件庫的全部文件。最新版支持非常豐富仿真元件共7000多種，還有很多第三方模型。如mmc卡，以太網卡，ata 硬盤，麥克風，等等。4.2 系統(tǒng)的調試先在keil c51集成開發(fā)環(huán)境下將編好的程序進行編譯、調試，調試通過后會生成.hex文件，具體過

50、程如下： 建一個項目文件，然后新建一個c語言程序，并把新建的c語言程序加到項目中，然后編譯項目，編譯的目的就是把我們能看懂的程序設計語言轉化為上面的機器語言，即.hex文件。 第一步：建立第一個c項目 (1) 點擊 project 菜單，選擇彈出的下拉式菜單中的new uvision project，項目名稱用“糧倉溫濕度監(jiān)控”，“保存”后的文件擴展名為.uvproj，這是keil uvision4 項目文件擴展名，以后我們可以直接點擊此文件以打開此項目。 (2) 選擇所要的單片機，這里采用 ateml 公司的 at89c51。 (3) 創(chuàng)建新的程序文件，點擊file-new 或用快捷鍵 ct

51、rl+n ，輸入“糧倉溫濕度監(jiān)控”的主函數程序。 (4) 點擊file-save 或快捷鍵 ctrl+s 進行保存。我們把第一個程序命名為“糧倉溫濕度監(jiān)控.c”，保存在項目所在的目錄中（目錄中包含主函數即將調用的.h文件，詳見附錄b），這時您會發(fā)現程序單詞有了不同的顏色，說明keil的語法檢查生效了。鼠標在屏幕左側的 source group1文件夾圖標上右擊彈出菜單，在這里可以進行在項目中增加減少文件等操作。我們選“add file to group source group 1”彈出文件窗口，選擇剛剛保存的文件，按add按鈕，關閉文件窗，程序文件已加到項目中了。這時在 source gro

52、up1 文件夾圖標左邊出現了小+號說明，文件組中有了文件，點擊它可以展開查看。 (5) c程序主函數已被我們加到了項目中，然后將主函數要調用的各個.h文件移動至項目所在的文件夾中，下面就開始編譯運行了，默認情況下，還不能產生我們需要的“糧倉溫濕度監(jiān)控.hex”，我們還需要修改一下相關參數，點擊“options for target target1”，在“output”欄目下的“create hex file”前打勾后點擊“ok”就可以了。接著點擊project-build target，如果最后出現“creating hex file from糧倉溫濕度監(jiān)控.0 error(s)，0 warn

53、ing(s)”，表示編譯已經順利通過，在項目所在的目錄中，已經生成了“糧倉溫濕度監(jiān)控.hex”文件。在proteus軟件中測試一下，運行proteus模擬仿真軟件，打開已繪制好的仿真電路原理圖，選中單片機at89c51，雙擊at89c51，出現對應的對話框，在項目文件夾中找到編譯好的“*.hex”文件，然后點擊“ok”就可以進行仿真了，仿真結果如圖4.1所示，lcd液晶顯示四行分別顯示“date：*”、“time：*”、“temper：*”、“humidi：*”，其中“*”為測定的數據。lcd12864分為兩頁，第一頁顯示“溫度和濕度的控制和測量”，第二頁顯示“溫度：和濕度：%”。圖4.1 糧倉溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)仿真圖結 論本文首先介紹了糧倉溫濕度監(jiān)控的背景和意義，國內外現狀，以及課題研究的目的和內容，然后對硬件部分各個模塊分別進行了介紹，比如控制器模塊，傳感器模塊等。接下來對控制系統(tǒng)的軟件設計加以介紹，內容包括軟件開發(fā)平臺介紹，主程序流程設計，溫濕度采集及處理流程設計，lcd顯示流程設計和超限處理流程設計。最后又對本設計系統(tǒng)進行了仿真調試，這樣一來，系統(tǒng)的檢測過程及結果就很直觀的展現在我們面前了。在本設計中由于采用的是高效單片機at89c