系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)論文

1、the sacred work is in everyones daily affairs, and the ideal future lies in starting bit by bit.通用參考模板（頁(yè)眉可刪）系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)論文 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要考慮到業(yè)務(wù)未來(lái)發(fā)展的需要，要盡可能設(shè)計(jì)得簡(jiǎn)明，各個(gè)功能模塊間的耦合度小，便于系統(tǒng)的擴(kuò)展。如果存在舊有的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，則需要充分考慮兼容性。第一篇1系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)1.1系統(tǒng)的組成本系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示，其對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)電路圖如圖3所示。本設(shè)計(jì)由at89s52單片機(jī)、電源電路、光電傳感器電路、報(bào)警電路和顯示電路5大部分組成。at89s52單片機(jī)芯片及其晶振電路

2、和復(fù)位電路構(gòu)成單片機(jī)系統(tǒng);電源電路將220v交流電轉(zhuǎn)化為5v直流電;光電傳感器部分主要由發(fā)光二極管、光敏三極管、一個(gè)普通三極管及電阻組合而成，主要實(shí)現(xiàn)對(duì)害蟲(chóng)的檢測(cè)功能;報(bào)警電路由蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成;顯示電路則是led數(shù)碼管電路。2.2系統(tǒng)的工作原理檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，電源部分采用5v直流電源，為光電傳感器電路、單片機(jī)系統(tǒng)、報(bào)警電路及顯示電路提供5v直流電壓。光電傳感器為檢測(cè)電路，設(shè)在探頭內(nèi)，一旦害蟲(chóng)由多孔管道鉆入便掉進(jìn)探頭，就會(huì)經(jīng)過(guò)光電傳感器通道，從而使光敏三級(jí)管截止，產(chǎn)生一個(gè)脈沖;此脈沖便可傳給單片機(jī)的int0引腳(p3.2引腳)，單片機(jī)對(duì)其編程;當(dāng)at89s52單片機(jī)的p3.2引腳接收到脈

3、沖時(shí)，便產(chǎn)生1次中斷，單片機(jī)每中斷1次就累加1，從而對(duì)脈沖個(gè)數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù);單片機(jī)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管工作，對(duì)脈沖數(shù)(害蟲(chóng)數(shù))進(jìn)行顯示。同時(shí)，還可以通過(guò)編程對(duì)連接報(bào)警電路的p2.0引腳的電平進(jìn)行設(shè)置，當(dāng)產(chǎn)生一次中斷時(shí)即置p2.0為高電平，此時(shí)便可驅(qū)動(dòng)蜂鳴器鳴叫，達(dá)到報(bào)警的目的;鳴叫一定時(shí)間后，將p2.0引腳電平置零，報(bào)警完畢，接著等待下一個(gè)中斷的到來(lái)。2系統(tǒng)主要硬件電路設(shè)計(jì)2.1at89s52單片機(jī)系統(tǒng)at89s52單片機(jī)系統(tǒng)如圖4所示。at89s52為atmel公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能cmos8位微控制器，具有8k系統(tǒng)可編程flsah存儲(chǔ)器，其引腳圖如圖4所示。at89s52主要性能如下4:1)擁有靈

4、巧的8位cpu和在系統(tǒng)可編程flash;2)晶片內(nèi)部具時(shí)鐘振蕩器(傳統(tǒng)最高工作頻率可至12mhz);3)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器(rom)為8kb;4)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(ram)為256字節(jié);5)32個(gè)可編程i/o口線;6)6個(gè)中斷源;7)3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器;8)3級(jí)加密程序存儲(chǔ)器;9)全雙工uart串行通道。2.2光電傳感器光電傳感器電路如圖5所示。其作用相當(dāng)于電子開(kāi)關(guān)，當(dāng)沒(méi)有害蟲(chóng)經(jīng)過(guò)光電傳感器通道時(shí)，光敏三極管vt1導(dǎo)通，從而拉低了三極管vt2的基極電壓，vt2截止;這樣連接vt2集電極的int0口(p3.2)便是高電平，單片機(jī)便不會(huì)產(chǎn)生中斷。當(dāng)有害蟲(chóng)掉入時(shí)，便會(huì)經(jīng)過(guò)光電傳感器通道，阻擋光敏三極

5、管吸收發(fā)光二極管的紅外光線，從而光敏三極管截止5。當(dāng)vt1截止時(shí)，vt2的基極便變?yōu)楦唠娖?，從而使vt2導(dǎo)通;由于vt2導(dǎo)通，便產(chǎn)生一個(gè)脈沖，將int0的電位下拉至低電平，從而使單片機(jī)產(chǎn)生中斷。2.3報(bào)警電路報(bào)警電路如圖6所示。本設(shè)計(jì)中采用有源蜂鳴器報(bào)警，通過(guò)at89s52單片機(jī)的一接口線經(jīng)晶體管驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)聲;單片機(jī)的p2.0接晶體管基極輸入端，因晶體管是采用npn型，故當(dāng)p2.0輸出高電平時(shí)，晶體管才導(dǎo)通，蜂鳴器兩端獲得約+5v電壓而鳴叫;p2.0輸出低電平時(shí)，晶體管截止，蜂鳴器停止發(fā)聲。p2.0的高低電平控制可以通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)，當(dāng)單片機(jī)產(chǎn)生中斷時(shí)就輸出高電平，反之則為低電平。2.4顯示電路

6、顯示電路如圖7所示。在實(shí)際檢測(cè)糧食倉(cāng)庫(kù)害蟲(chóng)時(shí)，如果在檢測(cè)到大量害蟲(chóng)才采取措施，蟲(chóng)害已經(jīng)爆發(fā)，已為時(shí)過(guò)晚，應(yīng)在檢測(cè)到有一定數(shù)量害蟲(chóng)時(shí)及時(shí)采取預(yù)防措施。因此，本顯示電路采用兩位顯示。顯示電路通過(guò)7段數(shù)碼管顯示，采用共陽(yáng)接法。p0.0-p0.6引腳依次接數(shù)碼管的a，b，f，g腳，控制數(shù)碼管各段是否點(diǎn)亮。p2.1和p2.2則控制兩個(gè)數(shù)碼管個(gè)位和十位的位選。由于at89s52的p0口內(nèi)部沒(méi)有上拉電阻，因此在此處外接10k的上拉電阻。3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)本檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)采用c編程語(yǔ)言，目的是實(shí)現(xiàn)單片機(jī)對(duì)外部的中斷次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)、顯示及發(fā)生中斷時(shí)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器鳴叫。程序流程如圖8所示。4結(jié)論基于at89s52單

7、片機(jī)控制的儲(chǔ)糧害蟲(chóng)檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)主要由at89s52單片機(jī)、電源、光電傳感器、報(bào)警器及顯示器等部分組成。經(jīng)過(guò)實(shí)際應(yīng)用，該檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)能有效地檢測(cè)儲(chǔ)糧害蟲(chóng)情況并報(bào)警，為害蟲(chóng)的綜合防治提供可靠、科學(xué)的決策依據(jù)，將儲(chǔ)糧損失降到最低限度，為更好進(jìn)行儲(chǔ)糧害蟲(chóng)檢測(cè)提供了新思路。作者：林懷蔚 李云海 胡秀霞 單位：江西農(nóng)業(yè)大學(xué) 工學(xué)院 理學(xué)院第二篇1方案分析1.1溫度傳感器的選擇溫度傳感器有熱電阻溫度傳感器和數(shù)字溫度傳感器兩類(lèi)。熱電阻溫度傳感器利用電阻作為測(cè)量溫元件，具有精度高溫量范圍大的特點(diǎn)，不過(guò)價(jià)格較高且容易被污染;數(shù)字溫度傳感器利用單片集成，具有成本低、精度高、無(wú)需線性化電路的特點(diǎn)。_擬選用analog

8、devices公司生產(chǎn)的ad590作為溫度傳感器，該傳感器非線形誤差為0.3，測(cè)溫范圍在-55+150之間，具有高精度、傳輸距離遠(yuǎn)、不易損壞的優(yōu)點(diǎn)，能很好的滿足本方案的要求。1.2溫度傳感器的選擇濕度傳感器有開(kāi)關(guān)傳感器和電容傳感器可供選擇。如hos-201濕敏傳感器即為開(kāi)關(guān)傳感器，其監(jiān)測(cè)范圍為0rh100%rh，工作溫度在050之間，不過(guò)這類(lèi)傳感器無(wú)法在寬頻帶范圍內(nèi)檢測(cè)濕度。電容傳感器如hs1101，這類(lèi)傳感器利用電容器件電容量大小的變化進(jìn)行濕度檢測(cè)，具有響應(yīng)迅速、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，但其誤差有可能大于1%rh。雖然在檢測(cè)精度上，hos-201更能滿足本方案需要，但hos-201在工作溫度處于05

9、0之間才有較好的效果，充分考慮本方案的檢測(cè)精度要求和工作環(huán)境溫度范圍，小于2%rh的檢測(cè)精度通過(guò)控制檢測(cè)范圍能滿足本方案的需要，為此本方案采用hs1101濕度傳感器。1.3信號(hào)通道結(jié)構(gòu)選擇本方案需要對(duì)點(diǎn)溫度、濕度信號(hào)進(jìn)行采集傳輸，在信號(hào)通道結(jié)構(gòu)方面，有多路并行模擬輸入和多路分時(shí)模擬輸入兩大類(lèi)。多路并行模擬輸入可以根據(jù)不同的測(cè)量要求構(gòu)建信號(hào)模擬量輸入通道，并根據(jù)各通道的特點(diǎn)獨(dú)立編程，每一路信號(hào)采用單獨(dú)的采樣保持器和a/d轉(zhuǎn)換器，通過(guò)專(zhuān)用接口與單片機(jī)連接。多路分時(shí)模擬輸入利用多路切換器進(jìn)行不同采集單元信號(hào)輸入之間的切換，各路信號(hào)共用一個(gè)采集保持器、一個(gè)a/d轉(zhuǎn)換器，通過(guò)同一接口與單片機(jī)連接。多路并

10、行模擬輸入硬件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，硬件成本較高，但處理速度較快，軟件實(shí)現(xiàn)容易;多路分時(shí)模擬輸入硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，硬件成本較低，不過(guò)處理速度稍慢且軟件實(shí)現(xiàn)復(fù)雜?？紤]本方案實(shí)際需要，采用多路分時(shí)信號(hào)模擬傳輸系統(tǒng)能滿足處理速度的要求，其硬件結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單成本較低，因此選用多路分時(shí)信號(hào)模擬輸入結(jié)構(gòu)。2系統(tǒng)設(shè)計(jì)本方案基本設(shè)計(jì)思想是利用溫度、濕度傳感器對(duì)倉(cāng)庫(kù)多點(diǎn)溫度、濕度進(jìn)行采集，利用單片機(jī)的高敏感性和可控性進(jìn)行溫度、濕度數(shù)據(jù)的分析，做出相應(yīng)的反應(yīng)和動(dòng)作。其基本硬件結(jié)構(gòu)如下：2.1信號(hào)采集系統(tǒng)信號(hào)采集系統(tǒng)包括溫度采集系統(tǒng)和濕度采集系統(tǒng)。溫度采集系統(tǒng)采用ad590做為溫度傳感器，該傳感器使用5v直流電源供電，本系統(tǒng)共設(shè)24

11、路溫度信號(hào)采集，利用cd4051多路開(kāi)關(guān)進(jìn)行多路分時(shí)模擬切換。濕度傳感器采用hs1101，本系統(tǒng)共設(shè)24路濕度信號(hào)采集，利用cd4051多路開(kāi)關(guān)進(jìn)行多路分時(shí)模擬切換。2.2多路開(kāi)關(guān)本系統(tǒng)采用cd4051作為多路開(kāi)關(guān)，起到將多個(gè)模擬量輸入信道通過(guò)一個(gè)公共模擬輸入端分時(shí)切換輸入單片機(jī)的作用。由于本系統(tǒng)分為溫度和濕度采集兩類(lèi)信號(hào)的采集，因此需要分別采用cd4051，對(duì)溫度和濕度兩個(gè)信號(hào)模擬量進(jìn)行提取。考慮cd4051只有8個(gè)通道，因此需要分別為溫度采集和濕度采集各設(shè)置3個(gè)cd4051進(jìn)行擴(kuò)展，分別擴(kuò)展為24路通道，以滿足本系統(tǒng)的需要。2.3a/d轉(zhuǎn)換a/d轉(zhuǎn)換主要將溫度、溫度檢測(cè)電路所檢測(cè)到的溫度、

12、濕度模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，傳輸至單片機(jī)處理的作用。本系統(tǒng)采用mc14433作為a/d轉(zhuǎn)換器，采用5v電源供電，采用動(dòng)態(tài)分時(shí)輸出的方法，通過(guò)單片機(jī)p1口直接與單片機(jī)相連。2.4單片機(jī)及其它電路單片機(jī)是本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理和控制核心，本系統(tǒng)采用at89c51單片機(jī)，該單片機(jī)具有32個(gè)i/o接口，2個(gè)16位定時(shí)計(jì)數(shù)器，并內(nèi)置4k字節(jié)flash閃存器和時(shí)鐘電路，能滿足本系統(tǒng)的需要。其它電路包括鍵盤(pán)電路、led顯示電路和報(bào)警電路，其中鍵盤(pán)電路負(fù)責(zé)溫度、濕度設(shè)定值的輸入和修改，led顯示電路負(fù)責(zé)溫度、濕度設(shè)定值和檢測(cè)值的顯示，報(bào)警電路負(fù)責(zé)溫度、濕度超限時(shí)的報(bào)警，采用蜂鳴器和閃光報(bào)警兩種方式協(xié)同進(jìn)行。2.5軟件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)軟件包括鍵盤(pán)掃描、鍵碼識(shí)別、溫濕度顯示、溫濕度采樣、超限報(bào)警幾個(gè)部分?？紤]溫度和濕度的變化具有連續(xù)性和平穩(wěn)性，軟件系統(tǒng)采用分段定值濾波算法來(lái)所檢測(cè)到的溫度值和濕度值，以避免突發(fā)性干擾造成檢測(cè)值波動(dòng)過(guò)大導(dǎo)致誤報(bào)警現(xiàn)象，以提高系統(tǒng)的抗干擾能力。整個(gè)軟件系統(tǒng)工作流程按溫濕度檢測(cè)溫濕度數(shù)據(jù)處理鍵盤(pán)查詢數(shù)據(jù)顯示進(jìn)行。系統(tǒng)工作時(shí)，首先讀取傳感器檢測(cè)的溫濕度數(shù)據(jù)，與溫濕度預(yù)設(shè)