家居溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)31頁(yè)

1、沈陽(yáng)工程學(xué)院課 程 設(shè) 計(jì) 設(shè)計(jì)題目：家居溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 系 別：自控系 班級(jí)：測(cè)控本101 學(xué)生姓名：顧亞輝 學(xué)號(hào)：2010312113 指導(dǎo)老師：祝尚臻 職稱(chēng)： 講師 起止日期:2013年 3 月 11 日起至 2013 年 3 月22 日止沈陽(yáng)工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)課程設(shè)計(jì)題目：家居溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)系 別 自控系 班級(jí) 測(cè)本101 學(xué)生姓名 顧亞輝 學(xué)號(hào) 2010312113 指導(dǎo)教師 祝尚臻 職稱(chēng) 講師 課程設(shè)計(jì)進(jìn)行地點(diǎn)： 實(shí)訓(xùn)F430 任 務(wù) 下 達(dá) 時(shí) 間： 2013 年 3月8日 起止日期：2013 年 3 月11日起至 2013年 3 月22日止教研室主任 年 月 日批準(zhǔn)

2、家居溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)定表指導(dǎo)教師評(píng)審意見(jiàn)評(píng)價(jià)內(nèi)容具體要求權(quán)重評(píng)分加權(quán)分論 證獨(dú)立查閱文獻(xiàn)，制定課程設(shè)計(jì)方案和日程安排。0.15432工作能力態(tài)度工作態(tài)度認(rèn)真，遵守紀(jì)律，出勤情況是否良好，能夠獨(dú)立完成設(shè)計(jì)工作。0.25432工作量按期圓滿(mǎn)完成規(guī)定的設(shè)計(jì)任務(wù)，工作量飽滿(mǎn)， 0.25432說(shuō)明書(shū)的質(zhì)量說(shuō)明書(shū)立論正確，論述充分，文字通順，技術(shù)用語(yǔ)準(zhǔn)確，符號(hào)統(tǒng)一，書(shū)寫(xiě)工整規(guī)范。0.55432指導(dǎo)教師評(píng)審成績(jī)（加權(quán)分合計(jì)乘以12）分加權(quán)分合計(jì)指導(dǎo)教師簽名：年 月 日評(píng)閱教師評(píng)審意見(jiàn)評(píng)價(jià)內(nèi) 容具體要求權(quán)重評(píng)分加權(quán)分查文獻(xiàn)查閱文獻(xiàn)有廣泛性，有綜合歸納資料的能力0.25432工作量工作量飽滿(mǎn)，難度適中0

3、.55432說(shuō)明書(shū)的質(zhì)量說(shuō)明書(shū)立論正確，論述充分，文字通順，技術(shù)用語(yǔ)準(zhǔn)確，符號(hào)統(tǒng)一，書(shū)寫(xiě)工整規(guī)范。0.35432評(píng)閱教師評(píng)審成績(jī)（加權(quán)分合計(jì)乘以8）分加權(quán)分合計(jì)評(píng)閱教師簽名：年 月 日課程設(shè)計(jì)總評(píng)成績(jī)分系部：自控系 班級(jí)：測(cè)控本101 學(xué)生姓名:顧亞輝 中文摘要地球上因?yàn)橛辛藴囟群退拇嬖?，人?lèi)才能生存，但到底多高的溫度和濕度才適合人類(lèi)的生存呢？這就需要用儀器來(lái)測(cè)量了，正是在這種情況下測(cè)溫濕儀應(yīng)運(yùn)而生。隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展的日新月異，普通電路已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足日常生活及工業(yè)的控制要求，這就要求測(cè)溫濕的技術(shù)要適應(yīng)市場(chǎng)的需求，要求的功能越來(lái)越強(qiáng)大，從單一的功能到多功能循環(huán)檢測(cè)，就是能多路檢測(cè)溫度，利用傳感器

4、完成溫度數(shù)據(jù)的采集，然后經(jīng)單片機(jī)數(shù)據(jù)處理，把檢測(cè)的溫濕度在顯示屏上顯示出來(lái)當(dāng)前的溫度，并設(shè)有一定的量程，超過(guò)量程就會(huì)發(fā)出報(bào)警。因此，家居溫度監(jiān)測(cè)正是順應(yīng)而生。本設(shè)計(jì)是一個(gè)基于單片機(jī)控制，為滿(mǎn)足家居溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)，給出了了系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，介紹了該系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)采用C8051單片機(jī)為核心控制芯片，采用溫度傳感器AD590和濕度傳感器HS1100進(jìn)行測(cè)量，可實(shí)現(xiàn)對(duì)溫濕度參數(shù)的測(cè)量，顯示，報(bào)警。關(guān)鍵詞：溫濕度測(cè)量；C8051；AD590；HS1100；關(guān)鍵字: 單片機(jī) A/D轉(zhuǎn)換 監(jiān)測(cè)溫濕度 目錄1課程設(shè)計(jì)要求61.1設(shè)計(jì)主要內(nèi)容及要求61.1.1設(shè)計(jì)目的：61.1.2基本要求61.

5、1.3發(fā)揮部分61.2對(duì)設(shè)計(jì)論文撰寫(xiě)內(nèi)容、格式及字?jǐn)?shù)的要求61.3時(shí)間進(jìn)度安排72課程設(shè)計(jì)思路83設(shè)計(jì)方案及元件選擇93.1設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容及參數(shù)要求93.1.1基本要求93.1.2參數(shù)要求93.2傳感器的選擇93.2.1溫度傳感器93.2.2濕度傳感器103.3信號(hào)傳輸通道104硬件設(shè)計(jì)電路124.1信號(hào)采集部分電路設(shè)計(jì)124.1.1溫度信號(hào)采集124.1.2濕度信號(hào)采集134.2信號(hào)處理部分電路設(shè)計(jì)154.2.1報(bào)警電路154.2.2顯示電路165信號(hào)分析部分電路設(shè)計(jì)175.1C8051單片機(jī)性能介紹175.2復(fù)位電路205.3晶振電路215.4電源穩(wěn)壓電路226軟件設(shè)計(jì)236.1軟件流圖2

6、37程序代碼24總結(jié)28致謝29參考文獻(xiàn)30附錄311 課程設(shè)計(jì)要求1.1 設(shè)計(jì)主要內(nèi)容及要求1.1.1 設(shè)計(jì)目的：（1）了解溫濕度檢測(cè)和控制技術(shù)的基本知識(shí)以及電工電子學(xué)、單片機(jī)、傳感器等相關(guān)技術(shù)。 （2）初步掌握常用測(cè)溫、測(cè)濕方法的特點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)合，并選擇恰當(dāng)方法應(yīng)用于本設(shè)計(jì)。 （3）通過(guò)學(xué)習(xí)，具體掌握所選擇測(cè)溫、測(cè)濕方法和相關(guān)傳感器的使用特點(diǎn)和方法。1.1.2 基本要求（1）通過(guò)c8051f020單片機(jī)編程來(lái)實(shí)現(xiàn)溫濕度的實(shí)時(shí)顯示，具有超量程報(bào)警裝置。 （2）要求設(shè)計(jì)相關(guān)的硬件電路，選擇合適的傳感器、控制系統(tǒng)和顯示系統(tǒng)。 （3）要有相應(yīng)的控制算法（軟件流程圖）。1.1.3 發(fā)揮部分 自由發(fā)揮1

7、.2 對(duì)設(shè)計(jì)論文撰寫(xiě)內(nèi)容、格式及字?jǐn)?shù)的要求1) 課程設(shè)計(jì)論文是體現(xiàn)和總結(jié)課程設(shè)計(jì)成果的載體，一般不應(yīng)少于 3000字。2) 學(xué)生應(yīng)撰寫(xiě)時(shí)應(yīng)做到文理通順，內(nèi)容正確完整，書(shū)寫(xiě)工整，裝訂整齊。3) 論文要求打印，打印時(shí)按沈陽(yáng)工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）撰寫(xiě)規(guī)范的要求4) 課程設(shè)計(jì)論文裝訂順序?yàn)椋悍饷?、任?wù)書(shū)、成績(jī)?cè)u(píng)審意見(jiàn)表、中文摘要和關(guān)鍵詞、目錄、正文、參考文獻(xiàn)。1.3 時(shí)間進(jìn)度安排順序階段日期計(jì) 劃 完 成 內(nèi) 容備注12013.3.11講解主要設(shè)計(jì)內(nèi)容，安排學(xué)生查閱資料打分22013.3.12檢查任務(wù)框圖的設(shè)計(jì)情況打分32013.3.13檢查整個(gè)設(shè)計(jì)理論方面的準(zhǔn)備情況打分42013.3.14指導(dǎo)學(xué)生

8、進(jìn)行傳感器的選擇打分52013.3.15進(jìn)程傳感器及測(cè)量電路的硬件電路設(shè)計(jì)打分62013.3.18講解原理圖的繪制要求打分72013.3.19檢查原理圖完成情況，講解及糾正錯(cuò)誤打分82013.3.20檢查流程圖的繪制及報(bào)告的書(shū)寫(xiě)要求打分92013.3.21布置答辯打分102013.3.22答辯、寫(xiě)報(bào)告打分 2 課程設(shè)計(jì)思路 本次課程設(shè)計(jì)主要是利用單片機(jī)編程來(lái)控制家具溫濕度監(jiān)測(cè)電路，主要利用的儀器有C8051芯片，然后利用編成軟件Silicon Laboratories IDE來(lái)編寫(xiě)程序，功能是實(shí)現(xiàn)家居溫濕度測(cè)量，然后通過(guò)測(cè)量電路和單片機(jī)來(lái)只能控制溫濕度，并帶有越限報(bào)警的功能，當(dāng)超過(guò)設(shè)定的溫濕度

9、就會(huì)反應(yīng)，提示溫度超標(biāo)。程序主要測(cè)量電路、A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理電路組成。該系統(tǒng)采用C8051單片機(jī)為核心控制芯片，采用溫度傳感器AD590和濕度傳感器HS1100進(jìn)行測(cè)量，可實(shí)現(xiàn)對(duì)溫濕度參數(shù)的測(cè)量，顯示，報(bào)警。本設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)的功能是：實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前環(huán)境的溫濕度，并且允許用戶(hù)設(shè)定溫濕度閾值，當(dāng)環(huán)境溫濕度超過(guò)閾值時(shí)，系統(tǒng)會(huì)以蜂鳴器鳴響的方式進(jìn)行報(bào)警提示。依據(jù)功能設(shè)定，本系統(tǒng)主要分為以下三個(gè)模塊：采集部分：溫度，濕度數(shù)據(jù)的采集。分析部分：?jiǎn)纹瑱C(jī)對(duì)采集到信號(hào)進(jìn)行分析，處理。處理部分：顯示器，報(bào)警器輔助部分：這部分包括，穩(wěn)壓電源電路，晶振電路，復(fù)位電路濕度檢測(cè)顯示電路報(bào)警電路單片機(jī)溫度檢測(cè)輔助電路關(guān)鍵詞：溫

10、濕度測(cè)量；C8051；AD590；HS1100；3 設(shè)計(jì)方案及元件選擇3.1 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容及參數(shù)要求3.1.1 基本要求設(shè)計(jì)一個(gè)溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，適用于家居監(jiān)測(cè)。以C8051單片機(jī)為控制部分；選擇合適的溫度傳感器和濕度傳感器作為測(cè)量元件；能實(shí)時(shí)顯示溫度和濕度參數(shù)；設(shè)定好上下限后，當(dāng)溫濕度超過(guò)限度，報(bào)警。3.1.2 參數(shù)要求 本設(shè)計(jì)是應(yīng)用于室內(nèi)測(cè)量，對(duì)參數(shù)要求不是太苛刻?？勺鋈缦乱螅簻囟龋?30-+40 誤差：0.5濕度：1%-100%RH 誤差：1%RH3.2 傳感器的選擇3.2.1 溫度傳感器方案1：采用熱電阻溫度傳感器。熱電阻傳感器的電阻與溫度之間具有優(yōu)異的線(xiàn)性和穩(wěn)定性。這類(lèi)傳感器主要用

11、于要求高精度、經(jīng)久耐用和長(zhǎng)斯穩(wěn)定性的工業(yè)環(huán)境中。現(xiàn)應(yīng)用較多的有鉑、銅、鎳等熱電阻，鉑的物理、化學(xué)性能極穩(wěn)定，耐氧化能力強(qiáng)，易提純，復(fù)制性好，工業(yè)性好，電阻率較高，因此，鉑電阻用于工業(yè)檢測(cè)中高精密測(cè)溫和溫度標(biāo)準(zhǔn)。缺點(diǎn)是價(jià)格貴，溫度系數(shù)小，受到磁場(chǎng)影響大，在還原介質(zhì)中易被玷污變脆。方案2：采用AD590溫度傳感器，它的測(cè)溫范圍在-55+150之間，而且精度高。M檔在測(cè)溫范圍內(nèi)非線(xiàn)形誤差為0.3。AD590可以承受44V正向電壓和20V反向電壓，因而器件反接也不會(huì)損壞，使用可靠。它只需直流電源就能工作，而且，無(wú)需進(jìn)行線(xiàn)性校正，所以使用也非常方便，接口也很簡(jiǎn)單。作為電流輸出型傳感器的一個(gè)特點(diǎn)是，和電壓

12、輸出型相比，它有很強(qiáng)的抗外界干擾能力，AD590的測(cè)量信號(hào)可遠(yuǎn)傳百余米。綜合比較方案1與方案2，方案2更為適合于本設(shè)計(jì)系統(tǒng)對(duì)于溫度傳感器的選擇。3.2.2 濕度傳感器方案1：采用HOS-201濕敏傳感器。HOS-201濕敏傳感器為高濕度開(kāi)關(guān)傳感器，它的工作電壓為交流1V以下，頻率為50HZ1KHZ，測(cè)量濕度范圍為0100%RH，工作溫度范圍為050，阻抗在75%RH（25）時(shí)為1M。這種傳感器原是用于開(kāi)關(guān)的傳感器，不能在寬頻帶范圍內(nèi)檢測(cè)濕度，因此，主要用于判斷規(guī)定值以上或以下的濕度電平。然而，這種傳感器只限于一定范圍內(nèi)使用時(shí)具有良好的線(xiàn)性，可有效地利用其線(xiàn)性特性。方案2：采用HM1500濕度傳

13、感器。線(xiàn)性電壓輸出式集成濕度傳感器HM1500采用獲得專(zhuān)利的濕敏電容HS1101設(shè)計(jì)制造，其濕度測(cè)量范圍為599(相對(duì)濕度)；相對(duì)濕度精度為3；工作溫度為-30+60；工作濕度范圍為0100(相對(duì)濕度)；供電電壓為5V(最大電壓DC16V)；可輸出DC電壓為14 V；響應(yīng)時(shí)間為5s，適用于工業(yè)級(jí)場(chǎng)合。方案3：采用HS1100/HS1101濕度傳感器。HS1100/HS1101電容傳感器，在電路構(gòu)成中等效于一個(gè)電容器件，其電容量隨著所測(cè)空氣濕度的增大而增大。具有完全互換性，高可靠性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性，響應(yīng)時(shí)間快速，專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的固態(tài)聚合物結(jié)構(gòu)，由頂端接觸（HS1100）和側(cè)面接觸（HS1101）兩種封裝產(chǎn)

14、品，適用于線(xiàn)性電壓輸出和頻率輸出兩種電路，適宜于制造流水線(xiàn)上的自動(dòng)插件和自動(dòng)裝配過(guò)程等。相對(duì)濕度在1%-100%RH范圍內(nèi)；電容量由16pF變到200pF，其誤差不大于2%RH；響應(yīng)時(shí)間小于5S；溫度系數(shù)為0.04 pF/，可見(jiàn)精度是較高的。綜合比較方案一，方案二和方案三，方案一雖然滿(mǎn)足精度及測(cè)量濕度范圍的要求，但其只限于一定范圍內(nèi)使用時(shí)具有良好的線(xiàn)性，其工作電壓為交流1V以下，實(shí)現(xiàn)叫困難，而且還不能在系統(tǒng)要求的溫度條件下工作，方案二測(cè)量精度不符合設(shè)計(jì)系統(tǒng)要求。因此，我們選擇方案三來(lái)作為本設(shè)計(jì)的濕度傳感器。3.3 信號(hào)傳輸通道在本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，溫度輸入信號(hào)為多路的模擬信號(hào)，這就需要多通道結(jié)構(gòu)。方

15、案1、采用多路并行模擬量輸入通道這種結(jié)構(gòu)的模擬量通道特點(diǎn)為：(1) 可以根據(jù)各輸入量測(cè)量的要求選擇不同性能檔次的器件。(2) 硬件復(fù)雜，故障率高。(3) 軟件簡(jiǎn)單，各通道可以獨(dú)立編程。方案2、采用多路分時(shí)的模擬量輸入通道這種結(jié)構(gòu)的模擬量通道特點(diǎn)為：。(1) 處理速度慢。(2) 硬件簡(jiǎn)單，成本低。(3) 軟件比較復(fù)雜。綜合比較方案一與方案二，方案二更為適合于本設(shè)計(jì)系統(tǒng)對(duì)于模擬量輸入的要求，比較其框圖，方案二更具備硬件簡(jiǎn)單的突出優(yōu)點(diǎn)，所以選擇方案二作為信號(hào)的輸入通道。圖例如下：信號(hào)調(diào)理電路采樣保持器接口信號(hào)調(diào)理電路采樣保持器接口信號(hào)調(diào)理電路采樣保持器接口單片機(jī) 多路并行模擬量輸入通道信號(hào)調(diào)理電路信

16、號(hào)調(diào)理電路信號(hào)調(diào)理電路多路切換器信號(hào)保持器接口CPU 多路分時(shí)的模擬量輸入通道4 硬件設(shè)計(jì)電路4.1 信號(hào)采集部分電路設(shè)計(jì)4.1.1 溫度信號(hào)采集AD590傳感器的主要特性：AD590溫度傳感器是電流型溫度傳感器，通過(guò)對(duì)溫度的測(cè)量可得到所需要的電流值。根據(jù)特性分擋，AD590的后綴以I，J，K，L，M表示。AD590L，AD590M一般用于精密溫度測(cè)量電路，它采用金屬殼3腳封裝，其中1腳為電源正端V；2腳為電流輸出端I0；3腳為管殼，一般不用。1、流過(guò)器件的電流（）等于器件所處環(huán)境的熱力學(xué)溫度（開(kāi)爾文）度數(shù)，即：式中： 流過(guò)器件（AD590）的電流，單位。T熱力學(xué)溫度，單位K。2、 AD590

17、的測(cè)溫范圍-55+150。3、 AD590的電源電壓范圍為4V-30V。電源電壓可在4V-6V范圍變化，電流變化1，相當(dāng)于溫度變化1K。AD590可以承受44V正向電壓和20V反向電壓，因而器件反接也不會(huì)損壞。4、輸出電阻為710M。5、精度高。AD590共有I、J、K、L、M五檔，其中M檔精度最高，在-55+150范圍內(nèi)，非線(xiàn)形誤差0.3。溫度測(cè)量電路圖3-1是AD590用于測(cè)量熱力學(xué)溫度的基本電路。在被測(cè)溫度一定時(shí)，AD590相當(dāng)于一個(gè)恒流源，把它和530V的直流電源相連，并在輸出端串接一個(gè)40k的恒值電阻，那么，此電阻上流過(guò)的電流將和被測(cè)溫度成正比，此時(shí)電阻兩端將會(huì)有1mV/K的電壓信號(hào)

18、。因?yàn)榱鬟^(guò)傳感器的電流與熱力學(xué)溫度成正比，當(dāng)電阻和電位器的電阻之和為40k時(shí)，輸出電壓隨溫度的變化為1mV/K。但由于AD590的增益有偏差，電阻也有偏差，因此應(yīng)對(duì)電路進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整的方法為：把AD590放于冰水混合物中，調(diào)整電位器，使=273.2+25=298.2（mV）。但這樣調(diào)整只保證在0或25附近有較高的精度。 AD590應(yīng)用電路如圖3-1所示，電位器用于調(diào)整零點(diǎn)，用于調(diào)整運(yùn)放LF355的增益。調(diào)整方法如下：在0時(shí)調(diào)整，使輸出=0，然后在100時(shí)調(diào)整使=100mV。如此反復(fù)調(diào)整多次，直至0時(shí)，=0mV，100時(shí)=100mV為止。最后在室溫下進(jìn)行校驗(yàn)。例如，若室溫為25，那么應(yīng)為25mV

19、。冰水混合物是0環(huán)境，沸水為100環(huán)境。4.1.2 濕度信號(hào)采集HS1100傳感器的主要特性HS1100/HS1101電容傳感器具有完全互換性，高可靠性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性，響應(yīng)時(shí)間快速的特點(diǎn)，適用于線(xiàn)性電壓輸出和頻率輸出兩種電路，適宜于制造流水線(xiàn)上的自動(dòng)插件和自動(dòng)裝配過(guò)程等。其測(cè)量的范圍相對(duì)濕度在1%-100%RH內(nèi)，電容量由16pF變到200pF，其誤差不大于2%RH，響應(yīng)時(shí)間小于5S；溫度系數(shù)為0.04 pF/?？梢?jiàn)精度是較高的。濕度測(cè)量電路HS1100/HS1101電容傳感器在電路構(gòu)成中等效于一個(gè)電容器件，其電容量隨著所測(cè)空氣濕度的增大而增大。將電容的變化量準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)變?yōu)橛?jì)算機(jī)易于接受的信號(hào)，常

20、有兩種方法：一是將該濕敏電容置于橋式振蕩電路中，所產(chǎn)生的正弦波電壓信號(hào)經(jīng)整流、直流放大、再A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；另一種是將該濕敏電容置于555振蕩電路中，將電容值的變化轉(zhuǎn)為與之成反比的電壓頻率信號(hào)，可直接被計(jì)算機(jī)所采集。頻率輸出的555測(cè)量振蕩電路如圖3-3所示。集成定時(shí)器555芯片外接電阻、與濕敏電容C，構(gòu)成了對(duì)濕敏電容C的充電回路。7端通過(guò)芯片內(nèi)部的晶體管對(duì)地短路又構(gòu)成了對(duì)濕敏電容C的放電回路，并將引腳2、6端相連引入到片內(nèi)比較器，便成為一個(gè)典型的多諧振蕩器，即方波發(fā)生器。另外，是防止輸出短路的保護(hù)電阻，用于平衡溫度系數(shù)。頻率輸出的555振蕩電路該振蕩電路兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)的交替過(guò)程如下：首先電源

21、Vcc通過(guò)、向濕敏電容C充電，經(jīng)充電時(shí)間后，Uc達(dá)到芯片內(nèi)比較器的高觸發(fā)電平，此時(shí)輸出引腳3端由高電平突降為低電平，然后通過(guò)放電，經(jīng)放電時(shí)間后，Uc下降到比較器的低觸發(fā)電平，此時(shí)輸出引腳3端又由低電平突降為高電平，如此翻來(lái)覆去，形成方波輸出。其中，充放電時(shí)間為 =C(+)ln2 =Cln2因而，輸出的方波頻率為f=1/( +)=1/C(+2)ln2可見(jiàn)，空氣濕度通過(guò)555測(cè)量電路就轉(zhuǎn)變?yōu)榕c之呈反比的頻率信號(hào)，表3-1給出了其中的一組典型測(cè)試值。 4.2 信號(hào)處理部分電路設(shè)計(jì)4.2.1 報(bào)警電路本設(shè)計(jì)采用峰鳴音報(bào)警電路。如圖3.2所示。蜂鳴器額定電流30Ma,而對(duì)于AT89S51單片機(jī)，P3口的

22、灌電流為15mA,由此可見(jiàn)，僅靠單片機(jī)的P3口電流是不能驅(qū)動(dòng)蜂鳴器的，必須使用晶體管放大電路，為了使單片機(jī)的功率更小，所以使用PNP型晶體管,當(dāng)外部環(huán)境的溫度或者濕度超過(guò)預(yù)設(shè)值的時(shí)候，基級(jí)變?yōu)榈碗娖剑澍Q器導(dǎo)通鳴叫。 報(bào)警電路圖4.2.2 顯示電路在日常生活中，我們對(duì)液晶顯示器并不陌生，它已作為很多電子產(chǎn)品的通過(guò)器件，比方在計(jì)算器、萬(wàn)用表、電子表及很多家用電子產(chǎn)品中都可以看到，顯示的主要是數(shù)字、專(zhuān)用符號(hào)和圖形。顯示模塊選用1602字符型液晶模塊，它是目前工控系統(tǒng)中使用最廣泛的液晶屏之一，由于它顯示的質(zhì)量高，電路圖如圖3.4所示，1602字符型液晶模塊是點(diǎn)陣型液晶，驅(qū)動(dòng)方便，經(jīng)過(guò)編程后顯示內(nèi)容多

23、樣化 顯示部分電路圖5 信號(hào)分析部分電路設(shè)計(jì)5.1 C8051單片機(jī)性能介紹單片機(jī)圖8051系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是各種邏輯單元及其之間的互連構(gòu)成的。主要包含中央處理器（CPU）、程序存儲(chǔ)器(ROM)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)等幾大單元及數(shù)據(jù)總線(xiàn)、地址總線(xiàn)和控制總線(xiàn)等三大總線(xiàn)，8051系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框架示意圖，如圖3.11所示。8051系類(lèi)單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖1.主要性能參數(shù)：(1) 與MCS-51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容(2) 8k字節(jié)在系統(tǒng)編程（ISP）Flash閃速存儲(chǔ)器(3) 1000次擦寫(xiě)周期(4) 4.0-5.5V的工作電壓范圍(5) 全靜態(tài)

24、工作模式：0Hz-33MHz(6) 三級(jí)程序加密鎖(7) 128*8字節(jié)內(nèi)部RAM(8) 32個(gè)可編程I/O口線(xiàn)(9) 2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器(10)6個(gè)中斷源(11)全雙工串行UART通道(12)低功耗空閑和掉電模式(13)中斷可從空閑摸喚醒系統(tǒng)(14)看門(mén)狗（WDT）及雙數(shù)據(jù)指針7中央處理器：中央處理器(CPU)是整個(gè)單片機(jī)的核心部件，51系列單片機(jī)是8位數(shù)據(jù)寬度的處理器，它能處理8位二進(jìn)制數(shù)據(jù)或代碼。CPU主要由算術(shù)邏輯部件，控制器和專(zhuān)用寄存器三部分電路組成。它負(fù)責(zé)控制、指揮和調(diào)度整個(gè)單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運(yùn)算和控制輸入輸出功能等操作。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)：數(shù)據(jù)存取器（RAM）可存放讀

25、寫(xiě)的數(shù)據(jù)，運(yùn)算的中間結(jié)果或用戶(hù)定義的字型表。8051內(nèi)部有128個(gè)8位用戶(hù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元和128個(gè)專(zhuān)用寄存器單元，它們是統(tǒng)一編址的，專(zhuān)用寄存器只能用于存放控制指令數(shù)據(jù)，用戶(hù)只能訪(fǎng)問(wèn)，而不能用于存放用戶(hù)數(shù)據(jù)，所以，用戶(hù)能使用的的RAM只有128個(gè)。程序存儲(chǔ)器(ROM)：程序存取器（ROM）用于存放用戶(hù)程序，原始數(shù)據(jù)或表格等。8051共有4096個(gè)8位掩膜ROM。 定時(shí)/計(jì)數(shù)器：定時(shí)/計(jì)數(shù)器用于硬件的定時(shí)或計(jì)數(shù)。8051有兩個(gè)16位的可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器，以實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)功能，也可產(chǎn)生中斷用于控制程序轉(zhuǎn)向。并行輸入輸出(I/O)口：?jiǎn)纹瑱C(jī)的并行輸入輸出（I/O）口主要用于和外部設(shè)備進(jìn)行通信，以便于處理

26、外部的輸入和將運(yùn)算結(jié)果反饋到外部設(shè)備。8051共有4組8位I/O口(P0、 P1、P2或P3)，用于對(duì)外部數(shù)據(jù)的傳輸。全雙工串行口：全雙工串行口主要用于與其他設(shè)備間的串行數(shù)據(jù)傳送。8051內(nèi)置一個(gè)全雙工串行通信口，用于與其它設(shè)備間的串行數(shù)據(jù)傳送，該串行口既可以用作異步通信收發(fā)器，也可以當(dāng)同步移位器使用中斷系統(tǒng)：8051具備較完善的中斷功能，有兩個(gè)外中斷、兩個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷和一個(gè)串行中斷，可滿(mǎn)足不同的控制要求，并具有2級(jí)的優(yōu)先級(jí)別選擇。時(shí)鐘電路：8051內(nèi)置最高頻率達(dá)12MHz的時(shí)鐘電路，用于產(chǎn)生整個(gè)單片機(jī)運(yùn)行的脈沖時(shí)序，但8051單片機(jī)需外置振蕩電容8。2.管腳說(shuō)明：8051系列單片機(jī)采用4

27、0Pin封裝的雙列直接DIP結(jié)構(gòu)，它們的引腳配置如圖3-2所示，40個(gè)引腳中，正電源和地線(xiàn)兩根，外置石英振蕩器的時(shí)鐘線(xiàn)兩根，4組8位共32個(gè)I/O口，中斷口線(xiàn)與P3口線(xiàn)復(fù)用。VCC：供電電壓。GND：接地。P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開(kāi)路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門(mén)電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫(xiě)1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門(mén)電流。P1口管腳

28、寫(xiě)入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門(mén)電流，當(dāng)P2口被寫(xiě)“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLA

29、SH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門(mén)電流。當(dāng)P3口寫(xiě)入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：P3.0 RXD（串行輸入口）P3.1 TXD（串行輸出口）P3.2 /INT0（外部中斷0）P3.3 /INT1（外部中斷1）P3.4 T0（記時(shí)器0外部輸入）P3.5 T1（記時(shí)器1外部輸入）P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通）P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）P

30、3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。5.2 復(fù)位電路單片機(jī)復(fù)位的原理是在時(shí)鐘電路開(kāi)始工作后，在單片機(jī)的RST引腳施加24個(gè)時(shí)鐘振蕩脈沖（即兩個(gè)機(jī)器周期）以上的高電平，單片機(jī)便可以實(shí)現(xiàn)復(fù)位。在復(fù)位期間，單片機(jī)的ALE引腳和PSEN引腳均輸出高電平。當(dāng)RST引腳從高電平跳變?yōu)榈碗娖胶螅瑔纹瑱C(jī)便從0000H單元開(kāi)始執(zhí)行程序。在實(shí)際應(yīng)用中，一般采用既可以手動(dòng)復(fù)位，又可以上電復(fù)位的電路，這樣可以人工復(fù)位單片機(jī)系統(tǒng)，這種電路如圖3.13復(fù)位部分所示。上電復(fù)位電路部分的原理也是RC電路的充放電效應(yīng)。除了系統(tǒng)上電的時(shí)候可以給RST引腳一個(gè)短暫的高電平信號(hào)外，當(dāng)按下按鍵開(kāi)關(guān)的時(shí)候，VCC通過(guò)一個(gè)高電阻

31、連接到RST引腳，給RST一個(gè)高電平，按鍵松開(kāi)的時(shí)候，RST引腳恢復(fù)為低電平，復(fù)位完成。5.3 晶振電路時(shí)鐘電路是用于產(chǎn)生單片機(jī)正常工作時(shí)所需要的時(shí)鐘信號(hào)。單片機(jī)內(nèi)部包含有一個(gè)振蕩器，可以用于CPU的時(shí)鐘源。另外也可以采用外部振蕩器，由外部振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)來(lái)供內(nèi)部CPU運(yùn)行使用。(1)內(nèi)部時(shí)鐘模式內(nèi)部時(shí)鐘模式是采用單片機(jī)內(nèi)部振蕩器來(lái)工作的模式。51系列單片機(jī)內(nèi)部包含有一個(gè)高增益的單級(jí)反相放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別為片內(nèi)放大器的輸入端口和輸出端口,其工作頻率為033MHz。當(dāng)單片機(jī)工作于內(nèi)部時(shí)鐘模式的時(shí)候，只需在XTAL1引腳和XTAL2引腳連接一個(gè)晶體振蕩器或陶瓷振蕩器，并聯(lián)兩

32、個(gè)電容后接地即可，如圖3-6所示。使用時(shí)對(duì)于電容的選擇有一定得要求，具體如下：A 當(dāng)外接晶體振蕩器的時(shí)候，電容值一般選擇C1=C2=3010pF；B 當(dāng)外接陶瓷振蕩器的時(shí)候，電容值一般選擇C1=C2=4010pF。在實(shí)際電路設(shè)計(jì)時(shí)，盡量保證外接的振蕩器和電容盡可能接近單片機(jī)的XTAL1和XTAL2引腳，這樣可以減少寄生電容的影響，使振蕩器能夠穩(wěn)定可靠地為單片機(jī)提供時(shí)鐘信號(hào)。(2)外部時(shí)鐘模式外部時(shí)鐘模式是采用外部振蕩器產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)，直接提供給單片機(jī)使用。對(duì)于不同的結(jié)構(gòu)的單片機(jī)，外部時(shí)鐘信號(hào)接入的方式有所不同。對(duì)于普通的8051單片機(jī)，外部時(shí)鐘信號(hào)由XTAL2引腳接入后直接送到單片機(jī)內(nèi)部的時(shí)鐘信

33、號(hào)發(fā)生器，而引腳XTAL1則應(yīng)直接接地。這里需要注意，由于XTAL2引腳的邏輯電平不是TTL信號(hào)，因此外接一個(gè)上拉電阻。對(duì)于CMOS型的80C51,80C52,AT89S52等單片機(jī)，和普通的8051不同的是其內(nèi)部的時(shí)鐘信號(hào)取自于反相放大器的輸入端。因此外部的時(shí)鐘信號(hào)應(yīng)該接到單片機(jī)的XTAL1引腳，而XTAL2引腳懸空即可。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用，我們選擇內(nèi)部時(shí)鐘電路，外接頻率12.000MHz的晶體振蕩器，選擇兩個(gè)電容值為30pF的陶瓷電容。5.4 電源穩(wěn)壓電路電源穩(wěn)壓電路由變壓器T1，橋式整流器BRIDGE1濾波電容和集成穩(wěn)壓電路組成。變壓器T1用于將220交流電壓裝換為5V低壓交流電壓。整流電路用

34、于將低壓交流電整流為全波直流脈動(dòng)電壓。該全波直流脈動(dòng)電壓經(jīng)過(guò)二極管D1，與電容C1，C2相連，形成了較平滑的直流電壓。該直流電壓送入傘端穩(wěn)壓器U1的輸入端，輸出端形成5V電壓，共單片機(jī)和其他電路使用。電容C3，C4起到濾波作用。6 軟件設(shè)計(jì)6.1 軟件流圖選擇A/D轉(zhuǎn)換通道并初始化設(shè)置轉(zhuǎn)換周期，為A/D轉(zhuǎn)換提供時(shí)鐘信號(hào)啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換結(jié)束？轉(zhuǎn)換結(jié)果放大并存儲(chǔ)數(shù)值轉(zhuǎn)換LCD初始化開(kāi)始顯示是否循環(huán)檢測(cè)超過(guò)量程報(bào)警不超過(guò)判斷大小不報(bào)警7 程序代碼$INCLUDE(C8051F020.INC) ORG 0000H ; LJMP MAIN ORG 0093H LJMP INT6 ORG 009BH L

35、JMP INT7 ORG 100H PORT: CLR A MOV XBR0,A MOV P74OUT,#0F0H RET ADC00: MOV 60H,#00H MOV AMX0CF,#00H MOV AMX0SL,#00H MOV ADC0CF,#58H MOV REF0CN,#03H MOV ADC0CN,#0C0H RETADC01:MOV 60H,#01H MOV AMX0SL,#01H RETADC02:MOV 60H,#02H MOV AMX0SL,#02H RETADC03:MOV 60H,#03H MOV AMX0SL,#03H RETINT6: MOV 70H,#10H M

36、OV 71H,#10H MOV 72H,#10H MOV 73H,#10H MOV P3IF,#00H RETIINT7: ORL EIE2,#30H MOV P3IF,#00H SETB EA LCALL ADC00 LCALL XUNHUAN RETIXUNHUAN: MOV 70H,#05H MOV 71H,#05H MOV 72H,#05H MOV 73H,#05H RET SYSCLK: MOV OSCICN,#05H RET MAIN: MOV WDTCN,#0DEH MOV WDTCN,#0ADH LCALL SYSCLK LCALL PORT ORL EIE2,#30H MOV

37、 P3IF,#00H SETB EA LCALL ADC00 LCALL XUNHUAN CL: DJNZ 70H,N0 MOV 70H,#01 DJNZ 71H,N1 MOV 71H,#01 DJNZ 72H,N2 MOV 72H,#01 DJNZ 73H,N3 LCALL XUNHUAN LJMP CL N3: LCALL ADC03 LJMP SS N2: LCALL ADC02 LJMP SS N1: LCALL ADC01 LJMP SS N0: LCALL ADC00 SS: LCALL LCD SETB AD0BUSY JNB AD0INT,$ CLR AD0INT MOV A,

38、ADC0H MOV 30H,A MOV A,ADC0L MOV 31H,A HEX2BCD: CLR A MOV 41H,A MOV 40H,A MOV 39H,A MOV 38H,A MOV 37H,A MOV R5,#16 H2B: CLR C MOV A,51H RLC A MOV 51H,A MOV A,50H RLC A MOV 50H,A MOV A,41H ADDC A,41H DA A MOV 41H,A MOV A,40H ADDC A,40H DA A MOV 40H,A MOV A, 39H ADDC A,39H MOV 39H,A DJNZ R5,H2B MOV A,4

39、1H MOV B,#16 DIV AB MOV 38H,A MOV 37H,B MOV A,39H MOV 41H,A MOV A,40H MOV B,#16 DIV AB MOV 40H,A MOV 39H,BDELAY1: LCALL DELAY LCALL DELAY LCALL DELAYLCALL DELAY AJMP CL LJMP $LCD: LCALL DELAY MOV P7,#38HMOV P6,#01HMOV P6,#00HLCALL DELAYMOV P7,#0EHMOV P6,#01MOV P6,#00LCALL DELAY MOV P7,#06 MOV P6,#01

40、MOV P6,#00LCALL DELAYMOV P7,#01MOV P6,#01MOV P6,#00LCALL DELAYRETDELAY: MOV R7,#01HDELY0: MOV R6,#80HDELY1: MOV R5,#00H DJNZ R5,$DJNZ R6,DELY1DJNZ R7,DELY0 RET LCD_XIAN1: LCALL XULIE1 LCALL GG LCALL GG MOV A,41H ADD A,#30H CJNE A,#30H,D1 SJMP D2 D1: LCALL LCD_XIAN4 SJMP LOOP D2: LCALL LCD_XIAN2 LCAL

41、L LCD_XIAN3：LOOP: CLR CY MOV A,40HCJNE A,#02H,LOPLOP: JNC BJ JC LOP1LOP1: CJNE A,#01H,LOP2LOP2: JNC HY JC LOP3LOP3: MOV A,39H CJNE A,#05H,LOP4LOP4: JNC HY JC BJ RET BJ: MOV XBR2,#40H MOV P1MDOUT,#0FFH CLR P0.0 CLR P0.1CLR P0.2CLR P3.5 RET XULIE1:MOV A,60H ADD A,#30H MOV P7,A MOV P6,#05End總結(jié) 兩周的課程設(shè)計(jì)終于結(jié)束了。在這兩周的時(shí)間里，我學(xué)到了很多。通過(guò)這兩周的課設(shè)，我學(xué)到了更多單片機(jī)技術(shù)方面的知識(shí)，所學(xué)的課本知識(shí)也更加扎實(shí)。除此之外，我還從中體會(huì)到了這門(mén)課的趣味性。在做課程設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)自己的思路與想法，我先編寫(xiě)出了各個(gè)模塊的程序，然后根據(jù)題目所給的要求，反復(fù)進(jìn)行編程并不斷修改程序，最終完成了總程序。課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)、發(fā)現(xiàn)、提出、分析和解決