基于單片機的溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

-.z基于單片機的溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計***1設(shè)計目的隨著科學技術(shù)的日新月異，在居家生活、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、氣象、環(huán)保、國防、科研、航天等部門，經(jīng)常需要對環(huán)境中的濕度和溫度進展測量及控制。但目前我國的溫濕度測量和設(shè)備的操作大多還是由人工來完成，當溫度極端時不利于測量的實施。本設(shè)計是以單片機控制為核心，用溫濕度傳感器來進展實時測量的智能型溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)，該設(shè)計將大大降低工人的勞動強度，且本設(shè)計課題做成的溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)造簡單、價格廉價、量程寬、帶報警功能，具有較高的可靠性、平安性及應(yīng)用前景。2設(shè)計的主要內(nèi)容和要求本基于單片機的溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計，主要用來完成對所測環(huán)境的溫濕度測量，顯示，以及在超出設(shè)定環(huán)境值時能執(zhí)行報警功能。主要設(shè)計內(nèi)容：①設(shè)計一個溫濕度采集電路。②設(shè)計一個溫濕度液晶顯示電路。③設(shè)計一個矩陣鍵盤輸入電路。④設(shè)計一個報警器電路。主要功能要求：能準確實時的顯示溫濕度，能通過鍵盤預(yù)置溫濕度的上限值和下限值，并在所測環(huán)境值超出此*圍時發(fā)出警報。3整體設(shè)計方案本設(shè)計的根本設(shè)計方案：首先單片機從溫濕度傳感器采集溫濕度信息，然后將采集來的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成液晶顯示所需的實際數(shù)據(jù)，再通過液晶將溫濕度以及露點顯示出來。并可預(yù)先設(shè)置一個溫濕度*圍值，當環(huán)境超過該值時發(fā)出報警提醒。總體設(shè)計方框圖如圖3.1所示。主要說明：這里的溫度為攝氏溫度，濕度為日常生活中的相對濕度，而露點是指水蒸氣凝結(jié)開場出現(xiàn)時的溫度。圖3.1總體設(shè)計框圖4硬件電路的設(shè)計4.1主控制器本設(shè)計采用ATMEGA16單片機作為系統(tǒng)控制芯片，這是一款高性能、低功耗的8位AVR微處理器，其最小系統(tǒng)電路原理圖如圖4.1所示。AVR單片機大多數(shù)指令執(zhí)行時間為單個時鐘周期，其數(shù)據(jù)吞吐率高達1MIPS/MHz，相比51系列的單片機的處理速率要提高一倍，而他們價格相仿，所以AVR單片機成為更加合理的選擇。圖4.1主控制器電路原理圖4.2溫濕度傳感器市場上有各種溫度傳感器和濕度傳感器，這里采用溫濕度可同時測量的SHT75傳感器。SHT75是瑞士SENSIRION生產(chǎn)的一種高度集成的溫、濕度傳感器，具有14位的溫度和12位的濕度全量程標定數(shù)字輸出。傳感器包含1個電容性聚合體相對濕度傳感器和1個隙(bandgap)溫度傳感器，14位A/D轉(zhuǎn)換器以及1個2-Wires式串行接口電路。濕度在0-100%RH*圍內(nèi)能到達±1.8%的高精度，溫度能再25℃時把誤差控制在±0.3℃的*圍內(nèi)。SHT75工作電壓為2.4-5.5V，體積小、功耗低，使用電池供電可以長期穩(wěn)定運行，防浸泡特性使其在高濕環(huán)境下也能長期正常工作，它是各類溫濕度測量系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計的首選傳感器。SHT75與單片機連接的電路原理圖如圖4.2所示，通過單片機控制來完成溫濕度數(shù)據(jù)的采集。圖4.2SHT75電路原理圖4.3鍵盤輸入模塊 鍵盤輸入模塊主要用來輸入溫濕度的上限以及下限值。其電路原理圖如圖4.3所示。圖4.3鍵盤輸入模塊電路原理圖4.4液晶顯示電路液晶用來顯示單片機采集和處理后的溫濕度數(shù)值，是本系統(tǒng)的顯示界面。這里采用廣泛使用的LGM12864液晶做顯示屏。其電路連接圖如圖4.4所示。圖4.4液晶顯示電路4.5報警電路 當溫濕度超出所設(shè)定的*圍時系統(tǒng)產(chǎn)生報警提醒，這里采用蜂鳴器來實現(xiàn)。蜂鳴器的一端接地，一端與單片機的PD7口相接，其電路圖如圖4.5所示。圖4.5報警電路5軟件設(shè)計本設(shè)計軟件局部均采用C語言編寫，并采用模塊化設(shè)計來完成整個系統(tǒng)功能的設(shè)計。首先采集溫濕度數(shù)據(jù)，再由液晶顯示溫濕度，如果需要設(shè)置報警溫濕度*圍，則由鍵盤進展輸入設(shè)置，在溫濕度超出設(shè)定值時控制報警?？偟脑O(shè)計框圖如圖5.0所示。圖5.0程序設(shè)計框圖5.1溫濕度采集程序設(shè)計溫濕度采集程序主要完成：單片機從SHT75采集溫濕值，并通過換算公式計算出實際溫濕度值，再通過溫濕度值計算出露點值。流程圖如圖5.1所示。圖5.1溫濕度采集程序圖5.2鍵盤輸入程序設(shè)計本設(shè)計通過按鍵掃描來判斷是否進展溫濕度報警值設(shè)置，當按下KeyD時為溫濕度的上限值設(shè)置，當按下KeyE時為溫濕度的下限值設(shè)置，KeyF為設(shè)置完成鍵。在未進入設(shè)置狀態(tài)時，除KeyD、KeyE以外其余鍵為無效鍵；在進入設(shè)置狀態(tài)后將等待溫濕度值的設(shè)置，由Key0-Key9來完成溫濕度值設(shè)定。當輸入完設(shè)定的溫濕度值后液晶可自動跳到溫濕度的顯示界面。鍵盤輸入程序流程圖如圖5.2所示。圖5.2鍵盤輸入程序設(shè)計5.3液晶顯示程序設(shè)計 本設(shè)計采用LGM12864來做顯示界面，可顯示4行，每行8個漢字或16個字符。開啟監(jiān)控后液晶將實時顯示溫濕度以及露點。當按下設(shè)置鍵后，液晶將進入設(shè)置界面并反白顯示此時所設(shè)置的對象，如設(shè)置溫濕度上限值時，上限二字將反白顯示，并將設(shè)置的值也反白顯示出來，設(shè)置完成后跳到溫濕度的顯示界面。顯示流程圖如圖5.3所示：圖5.3液晶顯示程序設(shè)計框圖5.4報警程序設(shè)計本設(shè)計采用蜂鳴器作為報警裝置。每采集完一次溫濕度值后進展一次設(shè)定值與所測值的比擬，當環(huán)境的溫濕度超過設(shè)置的環(huán)境值時系統(tǒng)控制蜂鳴器進展報警。報警程序設(shè)計的流程圖如圖5.4所示。圖5.4報警程序設(shè)計框圖6系統(tǒng)仿真在Proteus的ISIS7.1sp2軟件環(huán)境下畫出電路原理圖，接下來就是將設(shè)計的程序在AVRStudio4開發(fā)集成環(huán)境上編譯成機器語言，然后進入Proteus的ISIS，在Proteus中雙擊單片機,將Studio4下編程生成的*..HE*文件導入到Atmega16中,便可在Proteus中單擊全速仿真運行按鈕，進展現(xiàn)象的查看,能清楚地觀察到芯片上每一個引腳的電平變化，紅色代表高電平，藍色代表低電平；如果現(xiàn)象不正確，則需分析修改程序，并檢驗原理圖的正確性，直到仿真成功。6.1仿真圖設(shè)計本設(shè)計的全局仿真圖如圖6.1所示，包括主控制器Atmega16,4×4矩陣鍵盤，LGM12864液晶顯示，SHT75溫濕度傳感器和蜂鳴器等五個主要局部。圖6.1溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)仿真圖6.2仿真驗證向Atmega16導入編程生成的HE*文件后，首先按下開場按鈕讓系統(tǒng)開場工作，此后12864液晶將立刻顯示出所測的溫濕度值。如圖6.21所示為環(huán)境溫度，如圖6.22所示為系統(tǒng)所測溫度和顯示界面。圖6.21環(huán)境溫度圖6.22溫濕度的顯示界面調(diào)節(jié)圖6.21中的上下箭頭可改變當下的環(huán)境溫度或濕度，通過屢次調(diào)試得到一組監(jiān)測數(shù)據(jù)如表6.23所示。組號實際濕度監(jiān)測濕度實際溫度監(jiān)測溫度露點第一組40.0%43.2%20.019.86.9第二組45.0%48.9%28.027.716.0第三組51.0%55.6%33.032.622.6第四組51.0%56.6%40.039.529.2第五組71.0%77.0%40.039.534.6表6.23仿真監(jiān)測數(shù)據(jù)分析比擬表中的數(shù)據(jù)可知SHT75具有良好的穩(wěn)定性，其中濕度監(jiān)測的誤差小于±10%，溫度監(jiān)測的誤差小于±1℃。 本系統(tǒng)的溫濕度報警上限和下限值采用鍵盤輸入，當按下KeyD或KeyE時將相應(yīng)進入上限值與下限值的設(shè)置界面，界面將反白顯示此時的設(shè)置狀態(tài)，如圖6.24為按下KeyD后進入溫濕度上限值的設(shè)置界面圖，此時設(shè)置了上限濕度為56%，上限溫度為41℃。圖6.24溫濕度報警值設(shè)置界面圖設(shè)置完溫濕度報警值后，系統(tǒng)將實時比擬環(huán)境值與所測值的大小，一旦溫濕度超出設(shè)定*圍，單片機PD7口將控制蜂鳴器報警，如圖6.24所示。圖6.24單片機控制蜂鳴器報警圖7使用說明本系統(tǒng)設(shè)計簡單，具有很好的使用性與高穩(wěn)定性，具體的使用說明如下：(1)系統(tǒng)接通電源并載入程序后將工作在溫濕度的實時監(jiān)測顯示狀態(tài)下。(2)當按下KeyD或KeyE鍵，系統(tǒng)分別將進入溫濕度的報警上限值或下限值設(shè)定狀態(tài)，在此狀態(tài)下輸入Key0-Key9鍵為數(shù)值0-9有效鍵，首先輸入的兩位數(shù)值為濕度設(shè)置，后面輸入的兩位數(shù)值為溫度設(shè)置，當輸入完4個有效數(shù)值后系統(tǒng)將自動返回到溫濕度的顯示狀態(tài)。在設(shè)定狀態(tài)下如果按下KeyF鍵將直接返回到溫濕度的顯示狀態(tài)。(3)系統(tǒng)每進展一次溫濕度數(shù)據(jù)采集后都會進展一次報警設(shè)定值與監(jiān)測環(huán)境值的比擬，如果環(huán)境值超出設(shè)定的上下限*圍，則有蜂鳴器產(chǎn)生報警提醒。其中系統(tǒng)默認的溫濕度下限值均為0，上限值均為99。8設(shè)計總結(jié)本次課程設(shè)計可以說是一個模塊的綜合設(shè)計。首先是新知識的學習，要實現(xiàn)SHT75的驅(qū)動即溫濕度數(shù)據(jù)采集，然后結(jié)合專業(yè)課本所學的鍵盤模塊以及顯示模塊來完成該系統(tǒng)的主體設(shè)計。它是一次對運用知識、學習知識以及將各知識點結(jié)合能力的實踐考驗，很大的提高了本人的專業(yè)愛好以及設(shè)計經(jīng)歷。參考文獻[1]彭偉.單片機C語言程序設(shè)計實訓100例[M].：航空航天大學,2010：299-309.[2]馬潮.高檔8位單片機ATmega128原理與應(yīng)用指南[M].：航空航天大學,2004：86-92.[3]佟長福.AVR單片機的GCC程序設(shè)計[M].：航空航天大學,2006：128-135.[4]周興華.AVR單片機C語言高級程序設(shè)計[M].：中國電力，2008：58-76.[5]沈建良.ATmega128單片機入門與提高[M].：航空航天大學,2009：169-178.[6]胡漢才.高檔AVR單片機原理及應(yīng)用[