本科畢業(yè)設計課件

1、本科畢業(yè)設計名稱：污水廠的溫濕度監(jiān)測儀 院（系）:機械與電子工程學院 專 業(yè)：電氣工程及其自動化 學生姓名 : 劉婷婷 學 號：11027073 指導教師:方愿捷 職稱:助教 目錄1.概述 1.1 企業(yè)需求現(xiàn)狀 2.總體設計框圖 3.系統(tǒng)硬件電路設計3.1 單片機的最小系統(tǒng)3.2 按鍵電路3.3 采集模塊3.3.1 DHT11傳感器模塊電路 設計 3.4 數(shù)碼管動態(tài)顯示工作原理 3.5 報警模塊 4.系統(tǒng)軟件設計 4.1 概述 4.2 主程序設計 4.3 溫濕度采集程序設計 5.系統(tǒng)的軟硬件調試 6.結束語total speakingL1.1 企業(yè)需求現(xiàn)狀 在科技高度發(fā)達的當今社會，各大工廠和

2、企業(yè)對室內(nèi)溫度和濕度的要也趨近理想化，溫室控制技術也隨著人們更高的要求被推上了一個更高的層面。各大工廠和企業(yè)不僅實現(xiàn)了作業(yè)的控制自動化，而且更致力于人工智能的廣泛應用研究，開發(fā)用于決策、咨詢、溫室管理等方面的系統(tǒng)軟件，利用網(wǎng)絡技術、遙測技術進行工廠內(nèi)溫度和濕度的遠程控制、實時環(huán)境監(jiān)控，為工廠和企業(yè)提供各類所需的信息服務，真正做到完全自動化、無人值班、遠程監(jiān)控。而且溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)還廣泛用于如文物館、圖書室、電信銀行、潔凈廠房、無菌室、生物制藥、檔案室等。本設計的控制核心單片機STC89C52對采集模塊溫濕度傳感器DHT11采集到的溫、濕度數(shù)據(jù)進行分析處理，然后輸出到數(shù)碼管以顯示實時的溫度值、濕度

3、值和相關字符,最后通過溫濕度數(shù)值的變化來判斷是否達到限定值并發(fā)生相關的報警。本設計最大的好處是我們可以根據(jù)工廠或者企業(yè)的需求手動地設置溫濕度的報警范圍，只要溫度值和濕度值其中一個或者兩個都超過或低于設定范圍時，系統(tǒng)就會驅動蜂鳴器報警。新型溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)，屬輕工電子領域，由聲光報警器和溫濕度感應器等共同組成,正向著智能化、高精度、小體積方向發(fā)展。本次設計的溫濕度傳感器，會給工業(yè)的發(fā)展帶來很大的便利，不再浪費更多的人力，從傳統(tǒng)的人工操作變成智能操作，節(jié)省了更多的時間，提高了工作的效率。12.總體設計框圖根據(jù)用戶根據(jù)用戶實際需要的具體要求，實際需要的具體要求，并且并且確保成確保成功實現(xiàn)相關功能與要求

4、，功實現(xiàn)相關功能與要求，在經(jīng)費方面也在經(jīng)費方面也盡可能降盡可能降低設計成本。其基本功能為低設計成本。其基本功能為一旦一旦室內(nèi)溫室內(nèi)溫度和度和濕度濕度發(fā)生發(fā)生變化時變化時, ,數(shù)碼管顯示的數(shù)碼管顯示的溫度值或濕度值會發(fā)溫度值或濕度值會發(fā)生變化生變化,DHT11,DHT11傳感器將傳感器將采集采集到的到的溫濕度數(shù)字信號溫濕度數(shù)字信號及時及時送到單片機送到單片機STC89C52STC89C52進行分析處理進行分析處理, ,當溫濕當溫濕度越過手動度越過手動設定設定的溫濕度的溫濕度范圍時范圍時, ,蜂鳴器就會蜂鳴器就會報報警警提醒提醒?？傮w設計方案圍繞上述。總體設計方案圍繞上述所介紹的內(nèi)容所介紹的內(nèi)容，

5、所以所以確定本設計的組成模塊如圖確定本設計的組成模塊如圖所示。所示。：概述概述系統(tǒng)硬件電路設計本畢業(yè)設計主要由本畢業(yè)設計主要由4 4大模塊構成，分別是大模塊構成，分別是數(shù)碼數(shù)碼管顯示管顯示模塊、模塊、報警報警模塊、模塊、主控主控模塊及模塊及采集采集模塊，模塊，其中主控模塊是此次畢業(yè)設計的核心模塊，主要其中主控模塊是此次畢業(yè)設計的核心模塊，主要是指是指STC89C52STC89C52單單片片機機，它控制整個系統(tǒng)的運行，它控制整個系統(tǒng)的運行，利用其各引腳分別控制其他模塊，使其他模塊能利用其各引腳分別控制其他模塊，使其他模塊能夠成為一個整體，實現(xiàn)夠成為一個整體，實現(xiàn)所需的所需的功能；報警模塊主功能；

6、報警模塊主要指將蜂鳴器接入單片機電路要指將蜂鳴器接入單片機電路, ,通過對通過對環(huán)境環(huán)境實時實時溫濕度的檢測，并溫濕度的檢測，并手動手動設定合理的溫濕度范圍，設定合理的溫濕度范圍，實現(xiàn)越限報警；采集模塊實現(xiàn)越限報警；采集模塊主要主要用于用于采集采集工廠里的工廠里的實時溫濕度實時溫濕度, ,由于由于DHT11DHT11的數(shù)字一體性，集成了模的數(shù)字一體性，集成了模數(shù)轉換等數(shù)轉換等, ,直接單引腳接單片機即可。顯示模塊直接單引腳接單片機即可。顯示模塊數(shù)碼管直接連接單片機，顯示實時更新的溫濕度數(shù)碼管直接連接單片機，顯示實時更新的溫濕度數(shù)據(jù)和相關字符。數(shù)據(jù)和相關字符。33.1單片機的最小系統(tǒng)圖例單片機最

7、小系統(tǒng)包括單片機最小系統(tǒng)包括復位電路復位電路、單片機單片機、晶晶振振電路。此設計采用的是電路。此設計采用的是STC89C52STC89C52單片單片機機,STC89C52,STC89C52由于它內(nèi)部自身攜帶有一個由于它內(nèi)部自身攜帶有一個8K8K的的FLASHFLASH存儲器存儲器，而且是一種而且是一種CMOS8CMOS8位單片微控制器位單片微控制器所以所以也被稱為單片機。由于采用高科技制造技術，也被稱為單片機。由于采用高科技制造技術，同時又與工業(yè)領域的標準相互匹配，將處理器和同時又與工業(yè)領域的標準相互匹配，將處理器和存儲器集成到存儲器集成到STC89C52STC89C52中，因此中，因此STC

8、89C52STC89C52作為微作為微處理器具有處理器具有準確準確、高效高效、快速快速等優(yōu)勢。等優(yōu)勢。STC89C52STC89C52單片機以其簡單可靠，性價比等優(yōu)勢，已經(jīng)為很單片機以其簡單可靠，性價比等優(yōu)勢，已經(jīng)為很多工業(yè)設備提供了多種性能優(yōu)越、可靠性高但價多工業(yè)設備提供了多種性能優(yōu)越、可靠性高但價格便宜的設計方案。當下主流產(chǎn)品是格便宜的設計方案。當下主流產(chǎn)品是AT89S51AT89S51或或STC89C52STC89C52。其引腳圖如其引腳圖如左左圖：圖：P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78RST9P3.0(RXD)10P3.1(TXD)11P3

9、.2(INT0)12P3.3(INT1)13P3.4(T0)14P3.5(T1)15P3.6(WR)16P3.7(RD)17XTAL218XTAL119GND20P2.0(A8)21P2.1(A9)22P2.2(A10)23P2.3(A11)24P2.4(A12)25P2.5(A13)26P2.6(A14)27P2.7(A15)28PSEN29ALE/PROG30EA/VPP31P0.7(AD7)32P0.6(AD6)33P0.5(AD5)34P0.4(AD4)35P0.3(AD3)36P0.2(AD2)37P0.1(AD1)38P0.0(AD0)39VCC403.2 按鍵電路通過按鍵設定溫濕

10、度范圍及復位操作，相應的按鍵按下就會給相應的單片機引腳一個低電平，單片機就可以對溫濕度范圍進行合理地設定，可以看著數(shù)碼管進行設定范圍,數(shù)據(jù)會及時地反饋到顯示屏上。只要實時更新的溫度值和濕度值有一個及以上超過或低于設定范圍時，系統(tǒng)就會驅動蜂鳴器報警。這些常開開關組成了設定按鍵，硬件電路簡單，在程序設計上也不復雜，只要在程序中消除按鍵過程中產(chǎn)生的“毛刺”現(xiàn)象就可以了。圖中S2按鍵功能為減,S3按鍵功能為加,S4按鍵為功能鍵。S2P10C51104423S3P151423S4P321423晶振電路在單片機最小系統(tǒng)中是必不可少的,單片機只有在晶振的驅動下才能工作,在單片機的XTAL1和XTAL2引腳外

11、接晶振后再各接電容C1和C2就可以組成晶振電路,晶振頻率決定單片機的工作速度。電路中兩個電容的作用有兩個:一是幫助振蕩器起振;二是穩(wěn)定頻率。電容C5、C6的取值范圍在530pF之間,C1,C2的典型值為30PF。如圖所示。11.0592MHzY110ufC110ufC2XTAL1XTAL23.2.1晶振電路復位電路在單片機電路中也是必不復位電路在單片機電路中也是必不可少的可少的, ,單片機的單片機的9 9號引腳為復位引腳號引腳為復位引腳, ,復位電路由復位電路由10uf10uf電容、電容、10K10K歐姆電阻、歐姆電阻、按鍵組成。按鍵組成。有手動有手動復位和復位和上電上電復位兩復位兩種復位方式

12、。上電復位：當剛通電時，種復位方式。上電復位：當剛通電時，電容電壓為零，電阻上的壓降約為電電容電壓為零，電阻上的壓降約為電源電壓，即單片機源電壓，即單片機9 9號引腳為高電平，號引腳為高電平，只要時間維持只要時間維持2 2個機器周期以上，就可個機器周期以上，就可完成復位。手動復位：當單片機上電完成復位。手動復位：當單片機上電后，電容后，電容C1C1已經(jīng)充電完成達到穩(wěn)態(tài)，已經(jīng)充電完成達到穩(wěn)態(tài)，當執(zhí)行手動按鍵后，當執(zhí)行手動按鍵后，RSTRST端的電壓端的電壓U=5U=5* *(10/11)4.5V,(10/11)4.5V,為高電平為高電平, ,又由于又由于人體手動按鍵時間最少也要人體手動按鍵時間最

13、少也要20ms20ms遠大遠大于于2 2個機器周期，此時滿足單片機復位個機器周期，此時滿足單片機復位的條件，故滿足復位的要求。其電路的條件，故滿足復位的要求。其電路圖如圖所示圖如圖所示P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78RST93.0/RXD103.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.5/T115P3.6/WR16P3.7/RD17XTAL118XTAL219Vss20P2.021P2.122P2.223P2.324P2.425P2.526P2.627P2.728PSEN29ALE30EA31P0.732

14、P0.633P0.534P0.435P0.336P0.237P0.138P0.039VCC40U1STC89C52R110kS1SW-PB+C410uf+5+53.3.1 DHT11傳感器模塊電路設計3.3采集模塊DHT11傳感器與單片機的連接電路相對比較簡單。單片機的一個接口用來發(fā)送和接收串行數(shù)據(jù)，即P1.5為數(shù)據(jù)端口,連接DHT11溫濕度傳感器的2號引腳。由于測量范圍電路小于20米，可以加一個10K的上拉電阻，因此在傳感器的2號引腳與電源之間連接一個10K電阻。而傳感器的電源端口1號引腳和4號引腳分別接單片機的VCC和GND端。傳感器的第三腳懸浮放置也可接地。DHT11傳感器模塊的電路原理

15、圖如圖所示：動態(tài)顯示驅動：我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會亮。通過分時輪流控制各個數(shù)碼管的的COM端，就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅動。數(shù)碼管的動態(tài)原理圖如右圖3.4數(shù)碼管動態(tài)顯示工作原理 3.5報警模塊 報警模塊 當溫濕度發(fā)生變化之后,DHT11傳感器實時采集到的溫度、濕度值中就會有一個及以上超出所設定的范圍，則該系統(tǒng)就會驅動蜂鳴器發(fā)出響聲，其報警電路圖如下所示。當DHT11傳感器采集到的溫度、濕度值不符合所設定的范圍時，單片機P1.4引腳及時置為低電平,使三極管正常工作驅使蜂鳴器報警。報警電路中要加入放大電路，是由于蜂鳴器工作時的

16、電流過大，需通過放大電路來驅動蜂鳴器。一般使用三極管來放大電流，此外三極管還起到開關的作用,當基極輸入低電平，三極管飽和導通，蜂鳴器鳴響，但當輸入高電平時，三極管截止，蜂鳴器停止發(fā)聲。Beeper+54.軟件系統(tǒng)設計4.1概述 在系統(tǒng)軟件設計中，充分考慮了與硬件電路有機結合，將編寫好的初始程序下載到硬件電路上進行調試修改,直到滿足實際需求。系統(tǒng)軟件采用模塊化設計，將主程序分為幾個功能模塊進行獨立編寫，由主程序、溫濕度采集程序、獨立按鍵程序、液晶顯示程序、報警程序等部分組成。其中，系統(tǒng)的主程序設計主要完成系統(tǒng)初始化、判斷調用各模塊程序，即主要實現(xiàn)各模塊程序的鏈接。程序代碼采用C語言編寫。4.2主

17、程序設計程序設計思想：首先要對系統(tǒng)進行初始化，主要完成對單片機各功能部件初始狀態(tài)的配置。然后通過按鍵處理模塊對現(xiàn)場控制信號進行設定，設置溫、濕度的合理范圍，即報警范圍。接下來通過溫濕度傳感器完成對工廠里溫濕度的實時數(shù)據(jù)采集及相關處理。最后通過數(shù)碼管顯示污水廠里的溫濕度數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)了對溫濕度數(shù)據(jù)的實時顯示。其中，通過單片機對污水其中，通過單片機對污水廠里檢測到的溫、濕度實廠里檢測到的溫、濕度實時參數(shù)與所設定的溫、濕時參數(shù)與所設定的溫、濕度控制參數(shù)進行比較，若度控制參數(shù)進行比較，若發(fā)現(xiàn)污水廠里的溫濕度超發(fā)現(xiàn)污水廠里的溫濕度超出所設定范圍，則蜂鳴器出所設定范圍，則蜂鳴器發(fā)出報警。其流程圖如圖發(fā)出報

18、警。其流程圖如圖所示。所示。本設計中溫濕度采集模塊采用溫濕度傳感器DHT11。DHT11的工作過程:將單片機的6號引腳P1.5置于低電平并保持18毫秒以上,此時發(fā)送開始信號能夠保證DHT11檢測到開始信號,之后DHT11從低速模式轉換到高速模式,等待單片機的引腳P1.5變?yōu)楦唠娖胶?DHT11發(fā)送響應信號,單片機等待接收DHT11的響應信號,接收完畢后,單片機開始接收由DHT11送出40位的數(shù)據(jù)和校驗位,并觸發(fā)一次信號采集，最后單片機進行數(shù)據(jù)處理。DHT11溫濕度傳感器工作流程并不是很復雜，大概流程圖如右所示。 5.系統(tǒng)的軟硬件調試調試過程包括調試過程包括軟軟件調試和件調試和硬硬件調試，而且兩

19、者件調試，而且兩者缺一不可缺一不可的。設計好的硬件的。設計好的硬件電路和軟件程序，只有經(jīng)過聯(lián)合調試，才能驗證其正確性；是否達到設計任電路和軟件程序，只有經(jīng)過聯(lián)合調試，才能驗證其正確性；是否達到設計任務的要求，也只有經(jīng)過調試，才能發(fā)現(xiàn)問題并解決務的要求，也只有經(jīng)過調試，才能發(fā)現(xiàn)問題并解決，然后，然后完善，最終開發(fā)成完善，最終開發(fā)成實用產(chǎn)品。硬件調試比較簡單實用產(chǎn)品。硬件調試比較簡單, ,將焊接好的電路板通過將焊接好的電路板通過ISPISP下載線將軟件代碼下載線將軟件代碼下載至下載至 STC89C52STC89C52單片機中完成系統(tǒng)集成。如果下載成功的話說明整個硬件模單片機中完成系統(tǒng)集成。如果下載

20、成功的話說明整個硬件模塊基本上沒問題。塊基本上沒問題。若不成功，需要進一步檢查問題所在。若不成功，需要進一步檢查問題所在。軟件調試較復雜一軟件調試較復雜一般包括分塊調試和聯(lián)機調試兩個階段。程序的分塊調試一般配合對應硬件電般包括分塊調試和聯(lián)機調試兩個階段。程序的分塊調試一般配合對應硬件電路單獨運行某程序功能塊，然后檢查是否正確，如果執(zhí)行結果與預想的不一路單獨運行某程序功能塊，然后檢查是否正確，如果執(zhí)行結果與預想的不一致，可以通過單步運行的方法，查出原因并加以改正，直到運行結果正確為致，可以通過單步運行的方法，查出原因并加以改正，直到運行結果正確為止。這時該程序功能塊已調試完畢，可去掉附加程序段。

21、其它程序功能塊可止。這時該程序功能塊已調試完畢，可去掉附加程序段。其它程序功能塊可按此法進行調試。程序聯(lián)機調試就是將已調試好的各程序功能塊按總體結構按此法進行調試。程序聯(lián)機調試就是將已調試好的各程序功能塊按總體結構聯(lián)成一個完整程序，在所研制的硬件電路上運行。聯(lián)成一個完整程序，在所研制的硬件電路上運行。系統(tǒng)調試完成后，還要進行實際情況的試運行，用細導線連接系統(tǒng)調試完成后，還要進行實際情況的試運行，用細導線連接DHT11DHT11傳感器傳感器接在整個硬件上，使傳感器與整個硬件模塊分離接在整個硬件上，使傳感器與整個硬件模塊分離, ,將將DHT11DHT11傳感器放在需要監(jiān)傳感器放在需要監(jiān)測溫濕度的廠

22、房測溫濕度的廠房, ,其他硬件模塊放在工人身邊。這樣做的目的是當溫濕度超過其他硬件模塊放在工人身邊。這樣做的目的是當溫濕度超過限定值之后報警裝置及時報警提醒工人及時處理。在此過程中可以檢驗系統(tǒng)限定值之后報警裝置及時報警提醒工人及時處理。在此過程中可以檢驗系統(tǒng)是否能正常工作得到我們想要的結果是否能正常工作得到我們想要的結果，驗證系統(tǒng)功能是否達到設計要求，是，驗證系統(tǒng)功能是否達到設計要求，是否達到預期的效果。否達到預期的效果。實物圖主要包括數(shù)碼管、單片機、蜂鳴器、按鍵等，如圖1根據(jù)設計方案，把各原件排版好，然后焊接，焊接的電路原理圖如圖2接通電源后，按下開關鍵，數(shù)碼管會交替顯示此時環(huán)境的溫度和濕度

23、，如圖3所示，此時溫度是二十度。圖1 圖2圖3當使用此裝置時，應首先設置好溫度的范圍，首先按下設置鍵，此時會顯示最 高溫度，然后通過加減鍵改變最高溫度的值。再次按下設置鍵，此時會顯示最低溫度，然后通過加減鍵改變最低溫度的值，若此時環(huán)境溫度的值不在所設定的溫度范圍內(nèi)，則蜂鳴器報警，如圖4當使用此裝置時，應首先設置好濕度的范圍，首先按下設置鍵，此時會顯示最高濕度，然后通過加減鍵改變最高濕度的值。再次按下設置鍵，此時會顯示最低濕度，然后通過加減鍵改變最低濕度的值，若此時環(huán)境溫度的值不在所設定的濕度范圍內(nèi)，則蜂鳴器報警，如圖5圖4溫度報警圖5濕度報警結束語Conclusion隨著電子信息技術的發(fā)展，我們的日常生活正朝著信息化方向發(fā)展。隨著電子信息技術的發(fā)展，我們的日常生活正朝著信息化方向發(fā)展。我此次的畢業(yè)設計是從實際我此次的畢業(yè)設計是從實際需要需要出發(fā)設計了一個污水廠的溫濕度報警器出發(fā)設計了一個污水廠的溫濕度報警器監(jiān)監(jiān)控系統(tǒng)控系統(tǒng)，定給工廠的工人們帶來了極大的便利，定給工廠的工人們帶來了極大的便利，讓工廠的工作效率提高了許讓工廠的工作效率提高了許多多。此設計采用。此設計采用STC89C52STC89C52單片機作為整個系統(tǒng)的核心模塊，溫濕度傳