汽車后玻璃自動去濕器設計

摘要

在我們的日常生活和工業(yè)生產(chǎn)，空氣除濕問題是人們經(jīng)常見面。這空氣除

濕技術，它涉及到許多學科，如：石油加工，航空航天，冶金，儀器設備，服

裝和紡織品。目前在電子、制藥、精密設備、食品加工和其他制造業(yè)，如果

濕度過高，導致減少精密設備的準確性，銹腐蝕金屬制品，變異的絕緣系數(shù)，

食品腐敗，引起了人們的生產(chǎn)和生活造成嚴重損害，對國家經(jīng)濟造成嚴重損

害。隨著時代的發(fā)展，汽車已經(jīng)普及。那么汽車玻璃對車的重要性不言而喻，

若遭遇碰撞或者起霧，擋風玻璃將是保障我們安全的第一道屏障，受霧氣和

濕氣影響，從而影響駕駛?cè)撕统丝蜕踩?。所以，開發(fā)設計一套自動汽車

玻璃除霧系統(tǒng)，避免安全隱患就成為當前熱點問題。

在汽車后玻璃自動去濕器設計與實現(xiàn)中，以單片機技術為核心進行整體

搭建。選用DHT11數(shù)字溫濕度傳感器對車內(nèi)溫濕度環(huán)境進行檢測。用

STC89C51單片機作為核心處理器。用繼電器加風扇結構模擬通風降低溫濕

度，通過半導體制冷片TEC1-12706對玻璃外凝結濕氣進行除濕。利用12864

液晶屏顯示監(jiān)測到的溫濕度信息并顯示工作狀態(tài)，GSM模塊給手機發(fā)送短信，

顯示收到溫濕度信息、。

關鍵詞：溫濕度；玻璃；檢測；除濕

Abstract

Indailylifeandindustrialproduction,theproblemofdehumidificationofair

isoftenencounteredbypeople.Airdehumidificationtechnology,itinvolvesa

numberofdisciplinesinmanyindustries,suchas:oilprocessing,aviation

manufacturing,metallurgicalmanufacturing,instrumentationequipment,clothing

andtextiles,ifthehumidityistoohigh,itwillleadtotheprecisionofprecision

equipment,corrosionandrustofmetalproducts,changesininsulationcoefficient,

fooddecay,etc.,thusbringingseriouslossestopeople'sproduction,life,sothat

thenationaleconomyisseriouslydamaged.Withthedevelopmentofthetimes,

carshavebecomepopular.Thentheimportanceofcarglasstothecaris

self-evident,intheeventofacollisionorfog,thewindshieldwillbethefirst

barriertoensureoursafety,affectedbyfogandmoisture,therebyaffectingthe

livesofdriversandpassengers.Therefore,thedevelopmentanddesignofan

automaticcarglassdefogsystem,toavoidsafetyhazardshasbecomeahotissue.

Inthedesignandrealizationoftheautomaticdehumidifieroftherearglassof

theautomobile,thewholeconstructioniscarriedoutwiththesingle-chip

technologyasthecore.TheSTC89C51microcontrollerisusedasthecore

processor.Userelayplusfanstructuretosimulateventilationtoreduce

temperatureandhumidity,throughthesemiconductorrefrigerationplate

TEC1-12706totheglassoutsidecondensationmoisturefordehumidification.

Usingthe12864LCDdisplaymonitoredtemperatureandhumidityinformation

anddisplaytheworkingstatus,GSMmodulesentatextmessagetothemobile

phone,showingthereceivedtemperatureandhumidityinformation.

Keywords:TemperatureandhumidityGlassDetectionDehumidification

目錄

摘要...............................................................I

Abstract........................................................................................................................II

第1章緒論.......................................................1

1.1研究背景...................................................1

1.2國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀.............................................1

1.3研究的目的和意義...........................................3

1.4主要內(nèi)容...................................................4

第2章系統(tǒng)總體設計..............................................5

2.1系統(tǒng)功能...................................................5

2.2主控芯片方案選擇...........................................5

2.2.1STM32單片機.........................................5

2.2.251單片機............................................6

2.3溫濕度模塊選型............................................7

2.4報警模塊選型..............................................9

2.5短信發(fā)送模塊選型..........................................10

本章小結......................................................10

第3章硬件設計..................................................11

3.1最小系統(tǒng)電路..............................................11

3.2傳感器電路設計............................................12

3.3短信模塊電路設計..........................................12

3.4蜂鳴器電路設計............................................13

3.5繼電器電路設計............................................13

3.6液晶電路設計..............................................14

3.7按鍵模塊電路設計..........................................15

本章小結......................................................16

第4章系統(tǒng)軟件設計..............................................17

4.1系統(tǒng)主程序設計............................................17

4.2發(fā)送短信程序設計..........................................18

4.3溫濕度傳感器程序設計......................................19

4.4按鍵程序設計.............................................20

4.5液晶顯示程序設計..........................................20

本章小結......................................................22

第5章系統(tǒng)功能測試.............................................23

5.1軟件調(diào)試..................................................23

5.2硬件調(diào)試..................................................24

5.3調(diào)試結果和分析..............................25

本章小結.......................................26

結論..............................................27

致謝................錯誤!未定義書簽。

參考文獻............錯誤!未定義書簽。

第1章緒論

1.1研究背景

在日常生活和工業(yè)生產(chǎn)，空氣除濕問題是，人們經(jīng)常會遇到。空氣除濕

這門技術,它涉及到多個學科，例如:石油加工、航空、冶金制造、儀器儀表、

設備、服裝和紡織品。目前在電子，制藥，精密設備，食品加工等制造業(yè)，

如果濕度太高了，將導致減少的精密設備的準確性，銹腐蝕的金屬產(chǎn)品，變異

的絕緣系數(shù)，食物變質(zhì)，因此產(chǎn)生嚴重損害人們的生產(chǎn)和生活，國民經(jīng)濟嚴重

受損及損害。它將采取一些有效的措施來減少空氣的水分含量在一個適當?shù)?/p>

范圍內(nèi)。

可能是世界上最古老的除濕干燥技術、干燥技術的應用也許是世界上最

古老的，最常見和最多元化的化學操作，它在文獻報道關于400種除濕干燥設

備，有超過100被廣泛使用。但不同的除濕技術是一種高能源、研究報告，工

業(yè)干燥能源資源消耗從10%到15%的美國、法國、加拿大和英國的能源消費

總量占的總能量在丹麥和德國20-25%o后者的數(shù)據(jù)從能源審計強制性行業(yè)

統(tǒng)計數(shù)據(jù)，更可靠的數(shù)據(jù)。在中國，除濕能耗工業(yè)能源消費總量的10%左右，占能

源消費總量的比例在相當大的工業(yè)生產(chǎn)是很大空間的。

1.2國內(nèi)外現(xiàn)狀

目前，國內(nèi)的和通常用于空氣除濕技術：吸收除濕機，吸附除濕和冷卻

機。為了節(jié)約能源，減少設備投資的成本，降低設備運行成本，提高除濕機的效

率，大量學者研究過很多除濕技術，如：如:減濕膜，氫泵除濕，暖通空調(diào)除

濕的除濕熱泵。使用除濕設備的材料、結構和再生熱源等研究，改善啟動。

在除濕方法改進，克維安.安全和DAstrainetal。設計一個熱電冷凝除濕

設備（珀爾帖效應）中扮演了中心角色基于熱電制冷的原理，該設備是一個直流

電源，或連接到多個NP型半導體的冷卻和在模型中實現(xiàn)的除濕，當電子穿過

一個常規(guī)的連續(xù)良導體P型半導體與N型半導體的一個側(cè)，繼續(xù)降低熱電溫

度Tc的冷端，它會吸收大量的熱量從周圍環(huán)境。然后吸收的熱量通過電子傳

輸?shù)牧硪贿?，當他們回到p型導體（低端［將釋放熱量?；诋斍把h(huán)，冷端溫度

的設備將繼續(xù)減少，為了達到冷卻和除濕。不要使用除濕方法的制冷劑，高精

度溫度控制，它可以是苛刻的，敏感的，局促的工作環(huán)境和高效運行，但更低

的警察效率低下的冷卻和除濕方法的半導體器件制造成本高的除濕能力，冷卻

和除濕效率比機械方法和經(jīng)濟。H.Iwahara和HMatsumoto等質(zhì)子導電陶瓷作

為固體電解質(zhì)，組裝一個電化學除濕設備，水蒸氣的設備，設備的陽極電解,

形成質(zhì)子，電流的作用下，質(zhì)子轉(zhuǎn)移電解質(zhì)到設備中，并然后在電解質(zhì)膜，

最終到達器件的陰極和后放電陰極形式的氫分子，氫分子最終釋放由裝置陰

極產(chǎn)生的氣體的，或者您也可以直接與空氣中的氧氣形成水蒸汽進行化學反

應。前者是然后電解鋁陽極水蒸氣和氧氣，氫氣產(chǎn)生陰極:后者質(zhì)子空氣中的氧

氣反應化學水。無論是前者還是后者，在儀器的陽極意味著，水蒸氣內(nèi)容將很大

程度上減少，但氣體不能被干燥，所以可以看作是由氫泵電化學除濕。

WangChungTsair等人指出，動力的傳質(zhì)過程是表面通過水蒸氣空氣和飽

和蒸氣壓力差的溶液的分壓的大小來確定，因此，除濕過程的驅(qū)動器的過程

中取決于工作介質(zhì)上其飽和蒸氣壓，也可被用于干燥劑除濕裝置效率預測工

作介質(zhì)本身的飽和蒸氣壓是在一般使用的CaCl2,LiCl和氯化鋅，甘油溶液

作為吸濕劑除濕smalLLiquid設備，該系統(tǒng)主要是除濕裝置，再生裝置和循環(huán)

泵，當待處理的空氣進入除濕設備的溶液組成，然后用噴霧吸收劑互相接觸，

在空氣中的水分是removed.Absorb水循環(huán)泵運輸功能，溶液進入再生裝置中，

之后溶液又與相互聯(lián)系人H吃線圈加熱再生空氣，將溶液蒸發(fā)內(nèi)部的濕氣，

并與放電外部的再生空氣中;在再生裝置的溶液的濃度不斷提高，然后將溶液

循環(huán)泵運輸具有用于除濕的除濕設備。保羅Scovazzo等吸膜除濕法和冷凝除

濕法組合，和實驗進行了分析。在聯(lián)合裝置，冷凝液體與空氣除濕沒有直接接觸,

但是直接恢復（如循環(huán)冷卻水），所得到的實驗結果表明，該方法是更好的除濕。

許多外國專家和學者也解決除濕設備在很多研究再生干燥劑解決方案的

問題。Gandhidasanp低品位熱再生和傳統(tǒng)加熱再生這兩種方法進行比較分析,

指出低品位熱源可以有效再生干燥劑的解決方案，除濕溶液的再生熱效率的價

值體系和低品位熱源進口temperature.Milindv增加而增加。美國萊恩等人開發(fā)

了一個除濕溶液再生方法，這種方法需要兩個步驟來完成。實驗設備的特殊聯(lián)

系設備,20%到85%的表面積比傳統(tǒng)接觸器，和空氣側(cè)壓降非常低接觸，和接

觸期間干燥劑溶液的再生是在緊密接觸，結果從實驗中表明，的除濕設備的

能耗為約1.5公斤/千瓦（h）中，25.8%的節(jié)能比傳統(tǒng)的熱風干燥，可減少約

56%,二氧化碳排放量。除了傳統(tǒng)的方法，利用熱能再生解決方案，和學者機

械能再生膜，結果表明,在相同的條件操作下，氯化鈣溶液的滲透壓的再生需要

再生氯化鋰溶液的滲透壓比要小得多。

在干燥劑材料，Tsair-王Chung和其他通過使用在本實驗中摻雜有硼

元素復合的有機硅材料的中子輻照，使微孔硅膠材料區(qū)域孔徑變大的硼摻雜

元素，實驗結果表明，它不僅可以使吸水能力提高硅酮材料的23%,而且在

很大程度上減少汽提t(yī)ime.Tsair的再生過程-通過實驗表明汪雛嗯和其他人

不僅的表面性質(zhì)的聚硅氧烷材料的吸附曲線有機硅材料（表面積和孔徑，孔

體積和PH等），但也有很多做與硅樹脂材料的內(nèi)部特性。

米哈伊爾?Tokarev等實驗植入氯化鈣平均孔隙直徑3.8nm,孔隙體積為

1.1厘米2/gMCM-41類型的分子篩類型，改進的性能驗證干燥劑材料。結果

明示了，復合材料（氯化鈣質(zhì)量分數(shù)，37.7%）氯化鈣和分子篩MCM-41型增

加的表面積1060平方米/克，相比于3.3倍增加的原材料,改善復合材料的吸水

率。

1.3研究的目的和意義

干燥劑領域覆蓋非常廣泛,從大約5%關于化學干燥劑造紙行業(yè)的消費量

的35%。據(jù)數(shù)據(jù)，在美國，該基金烘干設備每年只有8億美元，所以大部分的

資金運營成本，初始投資，而不是設備。設備表明，其次方面，可以提高研究除

濕技術來減少工業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)濟成本。

所以，無論是經(jīng)濟還是在節(jié)省成本方面，空氣除濕技術能源效率研究非常

有意義。

室內(nèi)空氣濕度的控制是生產(chǎn)技術的發(fā)展具有十分重要的意義，提高工作

效率，提高舒適環(huán)境。冬季濕度高的空氣，身體會感覺濕冷的；夏季濕度大

的夏天，身體會感覺到悶熱悶熱的。當室內(nèi)空氣濕度高，潮濕的空氣（項目會導

致發(fā)霉，生銹的金屬，電氣絕緣性能和其他問題，生產(chǎn)和生活很多不方便）。因此,

實現(xiàn)有控制的空氣濕度重要的現(xiàn)實意義。在冷卻空氣除濕的除濕，固體除濕

的最常用的方法。

冷卻除濕是使用冷的表面空氣溫度低于露點溫度，使得空氣中的水蒸氣冷

凝，從而達到除濕的目的。露點的濕空氣冷卻器等，但在L,飽和空氣冷卻，水蒸

氣凝結降水，空氣的方向低飽和線減少濕度和溫度的變化。在理論上，冷卻水

由于限制狀態(tài)，空氣出口的狀態(tài)的兩個僅之間的點。冷卻除濕形式簡單，施

工方便，干燥劑空調(diào)系統(tǒng)是最廣泛使用的，然而，冷卻和除濕冷凍水溫度極端,

濕度控制能力是有限的，和地表水分目前的系統(tǒng)中，細菌和真菌，室內(nèi)空氣質(zhì)量。

固體干燥劑是使用固體干燥劑如硅膠，活性炭，分子篩，吸濕能力氧化

鋁凝膠的特性，在空氣中（對于dehumidification.Solid干燥劑本身有大量的孔，

孔的內(nèi)表面是凹的，由于上比平頭蒸汽分壓的水蒸汽分壓的凹部的小曲率半

徑為低時，通過固體干劑，水蒸汽分壓的空氣上述的凹的水蒸氣分壓處理過

的空氣，所以當，水蒸汽的遷移從空氣到凹，該凹表面和vaporization.Solid

干燥劑設備潛熱有固定型和轉(zhuǎn)動輪2的釋放，固定的周期性切換的方法上縮

合，間歇吸濕和再生：由所述干燥劑輪的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動輪除濕可以實現(xiàn)連續(xù)除濕

和再生，所以APPLICAT離子更widely.To在潮濕的空氣通過前第一提出諸如

濕冷卻到一定的地方，到輪除濕機，在水面上具有輪被處理除濕炎氣體通過

固體干燥劑，空氣溫度，濕度吸收以減少相應的點。

1.4主要內(nèi)容

在汽車后玻璃自動去濕器設計與實現(xiàn)中，以單片機技術為核心進行整體

搭建。

本次設計分為個四環(huán)節(jié)進行設計。溫濕度檢測，選用DHTH數(shù)字溫濕度

傳感器對車內(nèi)溫濕度環(huán)境進行檢測。處理器部分，選用STC89C51單片機作

為核心處理器。除濕控制部分：選用繼電器加風扇結構模擬通風降低溫濕度，

通過半導體制冷片TEC1-12706對玻璃外凝結濕氣進行除濕。數(shù)據(jù)顯示部分，

利用12864液晶屏顯示監(jiān)測到的溫濕度信息并顯示工作狀態(tài)，GSM模塊給手

機發(fā)送短信，顯示收到溫濕度信息。

預期達到的目標：

1.使用傳感器來監(jiān)測車內(nèi)溫度和濕度。

2.STC89C51單片機處理數(shù)據(jù)的使用。

3.當溫濕度高時，蜂鳴器響，自動開啟風扇除濕。

4.當玻璃外有濕氣時，手動開啟冷風除濕。

5.液晶顯示監(jiān)測數(shù)據(jù)和工作狀態(tài)。

6.GSM短信模塊給手機發(fā)送短信，提醒溫濕度信息、。

第2章系統(tǒng)總體設計

汽車后玻璃自動去濕器設計與實現(xiàn)，可用于改善車輛玻璃由于天氣和環(huán)

境因素導致玻璃起霧或者水氣造成交通事故情況，基于這種應用環(huán)境，可實

現(xiàn)對溫濕度信息的采集、車內(nèi)溫濕度控制和報警作用。

2.1系統(tǒng)功能

本系統(tǒng)設計選用單片機為要芯片來實現(xiàn)，使用所述車輛環(huán)境傳感器的溫

度的專用功能，濕度數(shù)據(jù)被收集，并且通過用于顯示的終端顯示裝置獲得的

所收集的數(shù)據(jù)。判斷車內(nèi)溫濕度濃度，超過設定的閥值，蜂鳴器提示。如果

采集所得到的溫濕度高于設定的閥值，蜂鳴器提醒并且通風功能開啟。系統(tǒng)

硬件框圖如圖2-1所示。

圖2-1系統(tǒng)硬件框圖

2.2主控芯片選擇方案

這個設計采用主芯片需要高的成本，功耗比。需要收集溫度，濕度，分

析的濃度制成，并且控制各控制模塊，使相應的處理。

2.2.1STM32單片機

最大可以實現(xiàn)128KByte的臨時存儲和20KByte的緩沖存儲，大量的改進

I/O引腳和連接到2個APB總線的外設。

所有類型的設備有兩個12位模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，三個可互換使用16位定時

器和1種PWM計時器，還包括共同的和高版本的通信接口:有兩個最IIC和SPI,

三USART,通用串行總線(usb)-

STM32F103xx系列芯片要求使用的時候控制周圍的環(huán)境溫度于-40℃至

+105C的范圍內(nèi)，上電的電壓2.0V-3.6V之間，多種模式能保證低功耗輸出的

條件。

滿STM32F103xx修改產(chǎn)品包括從五個不同的36針至U100年銷整體包裝

產(chǎn)品;由于不同類型的集成結構，接口配置不能完全相同的芯片。許多不同的方

法，外部銷安排，這樣單片機往往是改善STM32F103xx,報警系統(tǒng)。

2.2.251單片機

8位處理器是低STC89c51,成本高和低功率消耗，可編程芯片上的閃存

芯片。STC設計和公司的芯片制造，其內(nèi)部高度集成，掉電數(shù)據(jù)不丟失，而

業(yè)內(nèi)是80s52產(chǎn)品說明和引腳完全兼容，在系統(tǒng)可編程芯片F(xiàn)lash允許程序內(nèi)

存處理器的開發(fā)每天可以使用。

STC89C51具有以下功能:標準8k字節(jié)Flash,256字節(jié)的存儲器，同時數(shù)據(jù)

指針具有兩個,1/0口線有32個，看門狗定時器，一個16位定時器/計數(shù)器的多

層結構，雙向?qū)崟r通信串行接口。而且，此單片機可降至低頻率靜態(tài)數(shù)據(jù)輸

出，有兩種節(jié)電模式可選擇。非工作模式下，處理器暫時不運行，支持隨機

存儲器、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。斷電不丟失數(shù)據(jù)情況下，隨

機存儲器的信息不丟失，晶振被停止，單片機停止運行，直到下一個中斷或

硬件復位為止。51單片機實物圖如圖2-2所示。

圖2-251單片機實物圖

STC89C51自帶256個Byte數(shù)據(jù)容量。其中前128Byte與特殊功能寄存

器一樣。128字節(jié)的意思等同于高和特殊功能寄存器有相同的地址，實際物理

地址不同。它系統(tǒng)的允許可編程芯片F(xiàn)lash程序內(nèi)存的處理器可以用來開發(fā)一

天，程序存儲器處理器的發(fā)展可以每天使用。

兩個處理器性能比較表如表2-1所示。

表2-1處理器比較表

處理器芯片優(yōu)點缺點

高電平時無輸出能力、運行

51單片機功能完備、使用靈活、編程便利

速度過慢、芯片易燒壞

編程語言復雜、寄

STM32高工作頻率、接口多、運行速度快

存器需要配置

綜上所述，從實際開發(fā)難度和成本考慮，選擇STC89c51單片機。

2.3溫濕度模塊選型

溫濕度模塊被用于獲取一些周圍環(huán)境參數(shù)信息，是一種集成度很高的模

塊，能將被測量的數(shù)據(jù)信息獲取，同時經(jīng)過一定的器件和技術進行轉(zhuǎn)化，達

到輸出要求輸出，來達到對數(shù)據(jù)的傳送、處理、儲存、顯示、記錄和調(diào)控等

要求。本次設計要對室內(nèi)的溫濕度和火災煙霧濃度進行監(jiān)測，使用用于實時

車內(nèi)DHTH溫度和濕度傳感器用來監(jiān)測。

數(shù)字信號輸出特性本身DHTH溫度和濕度傳感器，信號的準確性和精

度高。這個傳感器可以同時采集兩種類型的參數(shù)的溫度和濕度，高精度的設

備，低誤差。

DHT11為數(shù)字溫度的一部分和濕度傳感器，校準傳感器部分組成的一

個復合溫度和濕度的數(shù)字信號,數(shù)字輸出模塊收集。這種技術與溫度傳感器

和濕度傳感器技術的總和的一個有機的整體，部分具有電阻感覺濕裝置，

NTC溫度計部分具有連接together.So這種優(yōu)越的產(chǎn)品性能，響應速度快，

抗干擾能力強的高性能的8位微控制器是非常好的。

在濕度為每個校準DHT11精確校準。在存儲器使用的程序代碼存儲

OTP方式這樣的校準系數(shù)，該傳感器的檢測信號的內(nèi)部處理被調(diào)整的參數(shù)。

串行接口的一個組成部分時，系統(tǒng)變得非常簡單的單線模式。高集成度的

裝置，能耗低，輸出距離，就可以達到20微米以上，本設計采用了這種類

型的傳感器。

DHT11的數(shù)字溫度和濕度傳感器部分,包含數(shù)字信號輸出。的溫度和濕

度傳感器校準使數(shù)字模塊采集技術和溫濕度傳感技術是傳感器的結合。因

此，本設計采用DHT11溫度和濕度傳感器進行數(shù)據(jù)采集，這樣可以有效地達

到家庭智能檢測的功能。DHT11實物圖如圖2-3所示。

圖2-3DHT11實物圖

微處理器和通信數(shù)據(jù)傳輸DHT11之間是同步的，由一個總線數(shù)據(jù)傳輸

需要時間4女士，他的速度非常快，使用上述測試數(shù)據(jù)分為兩個部分，十進制

的一部分,這部分是整數(shù)，小數(shù)部分擴展后的數(shù)據(jù)，讀取數(shù)據(jù)是0。

為高水平總線空閑時，等待合適的主機DHT11總線，和必須大于18毫秒,

為了確保信號可以被檢測到DHT11開始。收到DHTH信號后，車主等待

信號的結束，然后發(fā)送應答信號，開始我們的80年低點。當主機讀取由

DHT11等待延遲20-40響應信號延遲信號，等待從主機發(fā)送來的起動信號

后，可以被切換到輸入模式或高輸出，上拉電阻的總線上的。如圖2-4所

Zj\O

主機拉高，,DHT11拉,

VCC

GND

占機至少拉iHT11響應信

單總線

低18usi號80us

信號線說明：——

主機信號DHT11信號

圖2-4DHT11高電平通信過程圖

總線的低水平，這表明DHT11發(fā)送響應信號，響應信號中描述DHTH后,

巴士80美元,準備在50微秒，發(fā)送數(shù)據(jù)是每個數(shù)據(jù)的開始一點一點長高數(shù)據(jù)

固定0或1。如果高水平的閱讀響應信號,DHT11沒有反應，檢查電路連接是

否正確。當最后一個數(shù)據(jù)傳輸完成后,DHT11降低總線50微秒，牽引阻力總

線空閑狀態(tài)。如圖2-5所示。

圖2-5DHT11低電平通信過程圖

2.4報警模塊選型

蜂鳴器由壓電蜂鳴器和蜂鳴器磁性兩個types.Buzzer磁蜂鳴器，振蕩器、

電磁線圈、磁鐵、隔膜和殼牌，設備通電時，通過電磁線圈由振蕩器音頻信

號電流產(chǎn)生，使電磁線圈產(chǎn)生的磁場。在電磁線圈的振動膜和磁體線圈產(chǎn)生

buzzer.Heavily的在PC,報警器，智能玩具，汽車設備，通信設備，計時器等

電子產(chǎn)品用于語音設備使用的聲音。實物圖如圖2-6所示。

6

圖2-6蜂鳴器實物圖

蜂鳴器一般尺寸為12X9.5,全部采用更多的集成電路芯片（塑封裝）集成

電路使用黃金球焊接、復雜的生產(chǎn)過程,使用壽命長，性能穩(wěn)定，產(chǎn)品合格率

高。電壓：4-8VDCo最大電流＜=30MA/5VDC。最小聲壓=＞85處/10＜：111諧振

頻率2500±300HZ,工作溫度為-20-70度，重量為2g,蜂鳴器一般最常用的是

5Vo經(jīng)過考慮，本設計報警提示采用蜂鳴器方式來實現(xiàn)。

2.5消息發(fā)送模塊選擇

通過網(wǎng)上選取元件中發(fā)現(xiàn)，GSM模塊種類多種多樣，價格也是各盡不同，

功能也是略有不同。有一種是GSM開發(fā)板，這種板子集成了很多的外圍電路，

包括語音放大電路，蜂鳴器，繼電器等元件，可以撥打電話，也可以接聽電

話，功能非常的齊全，與之換來的價格也是比較高。考慮到本設計中只需要

發(fā)送短信，而無需用到其他的功能，所以最后選用了簡單的GSM模塊，M590E

為主芯片的集成一體的GSM模塊。

M590E功耗低，待機功耗只有2.5MA,它的溫寬大，溫度-40到80度都

可以使用，支持串口的CMUX功能，開放IKbytes數(shù)據(jù)區(qū)供客戶使用，獨特

AES軟件加密功能，PMB7880集成了基帶、射頻以及電源管理四顆芯片，支

持串口的CMUX功能，支持串口復用功能，支持DNS域名解析，支持透明

接收功能，支持服務器端功能，支持FTP傳輸功能，支持AMR語音編碼，

支持全速率半速率AT切換（通過AT指令來控制時間）。實物圖如圖2-7所示。

圖2-7GSM模塊實物圖

本章小結

本章首先設計了系統(tǒng)總體方案。然后，分析了本系統(tǒng)功能的要求和目標,

以及火災檢測方法，對主要器件進行選型，通過對比和分析選擇了最終方案。

最后，對移動短信技術進行了介紹，經(jīng)過分析和研究，選擇了短信模塊。其

次消息模塊選也對總體有很大作用。不能光看個體，還要看整體是否搭建合

適。

第3章硬件設計

STC89C51普通單片機為主要控制芯片模塊已經(jīng)被廣泛應用于各種產(chǎn)品,

低功耗，易于使用的和強大的。系統(tǒng)包括DHTH溫度和濕度傳感器來收集汽車

信息,檢測環(huán)境變化時將信息傳輸?shù)絾纹瑱C系統(tǒng)，單片機控制GSM模塊之前設

置發(fā)送短信到手機，同時控制環(huán)境參數(shù)調(diào)整。

3.1最小系統(tǒng)電路

最小的單芯片系統(tǒng)，是系統(tǒng)最簡單的微控制器以最小的組合物的組分可以

工作的普通51單片機最小系統(tǒng)包括:微控制器、晶體振蕩器電路、復位電路。

最小系統(tǒng)電路圖如圖所示3-lo

圖3-1最小系統(tǒng)電路圖

最小系統(tǒng)設計整個系統(tǒng)是最簡單的基本電路中，只有幾個簡單的元件，

晶體振蕩器和連接到微控制器終端XTAL1和XTAL2,和電解電容器和電阻

器附接到MCU復位銷的兩個電容器，該電路似乎很簡單，但它也涉及到整個

軟件系統(tǒng)不能正常工作，只有正常的電路，其他電路才有可能繼續(xù)執(zhí)行。微

控制器復位電路有兩種，一種是加電復位，一種是手動復位。MCU正常供

電是直接5V的只要超過兩個機器周期中，微控制器可以正常復位，當按下復

位按鈕，微控制器復位。本設計采用自動電源復位電路上。

3.2傳感器電路設計

這種設計采用了DHT11溫度和濕度傳感器模塊，其通過雙向通信使用單

個總線，有單片機直接讀出采集值并進行下一步的傳遞。

DHT11溫度和濕度傳感器是傳感器組成的數(shù)字信號輸出的準確性溫度和

濕度檢查相結合。它采用特殊模塊采集數(shù)字化技術和溫濕度傳感技術，具有

高穩(wěn)定性和確保高安全性。包含電阻式水分傳感器組件和NTC溫度計各成分,

并用8位微控制器。因此,產(chǎn)品質(zhì)量很好，相應的能力非?？?，抗干擾能力強和高

性價比等。

每個DHTH溫度和濕度傳感器都是一個非常精確和非常嚴格的校準。校

正因子可能在OTP存儲，在這個過程中傳感器信號處理應用程序的校準系數(shù)。

單線系統(tǒng)串行接口系統(tǒng)集成及其應用更方便，也提高了速度和效率。銷連接很

簡單,普通的可以根據(jù)用戶需求提供包裝格式。DHT11連接電路如圖3-2所示。

圖3-2溫度傳感器電路圖

3.3短信模塊電路設計

GSM模塊跟單片機通信的方式采用的是串口方式。串口參數(shù)為波特率

9600,8位數(shù)據(jù)，1位停止位，無校驗。串口通信方式跟單片機連接的串口1,

由于單片機89c52的硬件串口只有一個串口，所以用該串口跟GSM模塊通信。

GSM通信電路如圖3-3所示。

JIvcc

門亠P3.0

_d?

GSM—

圖3-3短信模塊電路圖

3.4蜂鳴器電路設計

由于輸出端口，輸出電流是有限的，需要更大的電流蜂鳴器響輸出端口不

滿足要求。而LM386最大可提供1A的輸出電流，足以驅(qū)動蜂鳴器。當向?qū)?/p>

入邏輯1時，輸出高電平（+3.3V）,蜂鳴器你不響。輸入低電平（0V）,產(chǎn)生

電流，此時導通，蜂鳴器開始蜂鳴。蜂鳴器電路圖如圖3-4所示。

圖3-4蜂鳴器電路圖

3.5繼電器電路設計

電磁繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點簧片，只要在線圈的兩端的

電壓有一定的，在一定量的電流時，電磁效應的的線圈將流，該電樞是電磁

吸引，克服復位彈簧張力吸入到核心的作用下，以驅(qū)動所述移動觸頭和靜觸

頭（常開觸點）的電樞和off.After停止線圈通電，電磁吸力消失，彈簧將位

恢復到初始位置，使與原靜觸頭（常閉觸點）release.So吸住，釋放的動觸頭。

當?shù)碗娖降碾姶鸥袘奈⒖刂破鱅/0端口時，所述輸出晶體管被接通

S8550,繼電器線圈，這時會將開關吸合，這就接通了電子鎖電源，電子鎖便

打開了。當I/O口給高電平時，線圈上沒有電流，繼電器就會斷開。下圖是繼

電器驅(qū)動模塊電路圖如圖3-5所示。

圖3-5繼電器驅(qū)動電路圖

3.6液晶電路設計

顯示屏和按鈕在一起以建立一個良好的人機交互界面，因此設計配備有

LCDLCD12864設計。

LCD12864液晶的電路并沒有太多需要設計的地方，主要要注意的就是

其對比度接口的連接，下面介紹在本設計中LCD12864的電路連接方式。

供電電壓有3.3V和5V兩個版本，本設計中為了配合整體設計，選用

的是5V版本的，由系統(tǒng)5V電源引入供電，上電后液晶開始運行。設計中

采用串口控制的方式，將其VSS引腳口接為低電平，將其3個控制端口分

別由P2.5到P2.7端口來控制，實現(xiàn)液晶與單片機的串口通信控制。液晶對

比度V0口通過LCD12864的第三腳接到10K的滑動變阻器上進行對比度

的調(diào)節(jié)即可，本設計的LCD12864的電路圖如圖3-6所示。

圖3-6液晶顯小電路圖

3.7按鍵模塊電路設計

按鍵的主要功能對設備進行控制輸入和信息交互。只完成初始化設置是

不全面的，還需要和電路整體設計相關聯(lián)。否則，會引起設備的失控或者錯

誤輸入。

鍵盤在單片機應用程序的形式使用最多是獨立鍵盤和矩陣鍵盤。這兩種

形式，有自己的優(yōu)點和缺點的獨立鍵盤硬件電路簡單，程序設計非常簡單，一般

在硬件電路的設計中使用相對簡單的電路，鍵盤矩陣和獨立的鍵盤存在較大

的差，在硬件電路的第一個地方是遠遠超過獨立的鍵盤更復雜，和算法要復

雜得多，但它是更加的節(jié)省港口資源優(yōu)勢，所以它更適合許多關鍵電路。

其次就是要注意按鍵過程中產(chǎn)生的延時。在程序設計中基本使用同一種

方法，即延時多次監(jiān)測法，其基本原理為：因為尖峰時序存在的時間并不長，

大概也就幾個毫秒，而每次操作的時間往往大于幾個毫秒，因此當單片機查

看到有按下操作以后，再稍后一些時間后再判斷此電平是否持續(xù)之前的電平，

如果是確定按鈕被按下，否則無效。

根據(jù)設計的功能需求，配備了三個按鍵,分別是“設置”，“減少”，“添加”，

因此，采用獨立的鍵盤。按鍵的連接圖3-7所示。

圖3-7按鍵連接圖

本章小結

本章首先對系統(tǒng)設計思路進行了分析，其次又介紹了最小系統(tǒng)電路的設

計。最后詳細介紹了溫濕度傳感器電路和短信模塊電路設計，重點介紹了

DHT11傳感器時序工作原理，最后介紹了繼電器和液晶電路設計。

第4章系統(tǒng)軟件設計

該系統(tǒng)采用C語言編程，軟件使用KEILC51版本的程序模塊化，便于功能

的進一步擴展，模塊化還有利于錯誤的檢查和后期的優(yōu)化。軟件系統(tǒng)主要分

為模塊設計，下面介紹本次設計的程序設計部分。

4.1系統(tǒng)主程序設計

開機上電之后，單片機會經(jīng)過一系列的初始化，比如串口初始化、10n

初始化、定時器初始化等等，然后進入主循環(huán)，由于單片機是單線程運行的,

所以在主函數(shù)中采用一個while循環(huán)，當按下按鍵，即是開啟了功能。在循環(huán)

函數(shù)里面不斷檢測火溫濕度，一旦觸發(fā)了條件就調(diào)用控制函數(shù)，執(zhí)行發(fā)生對

應的控制動作，數(shù)據(jù)發(fā)送到指定號碼的手機上。主程序流程圖如圖4-1所示。

圖4-1主程序流程圖

4.2發(fā)送短信程序設計

GSM模塊在文本的過程中，需要單片機通過發(fā)送對應的命令。本文采用的

是TXT模式，即是短信內(nèi)容是以字符的形式發(fā)送的，不能發(fā)送中文。過程中

用到的AT指令有：

AT+CMGF=1設置短信模式為TXT模式

AT+CSCS="GSM"設置成短信模式

AT+CMGS=設置接收短信的目標號碼。

發(fā)送短信程序程序流程圖如圖4-2所示。

圖4-2發(fā)送短信程序流程圖

部分程序如下：

voidSet_Text_Mode(void)

unsignedchartemp[50]="AT+CSCA=";

Second_AT_Command(',ATEO',,',OK",3);〃取消回顯

Second_AT_Command("AT+CMGF=r,,"OK",3);//TEXT模式

Second_AT_Command("AT+CPMS=\"SM\",\MM\",\MM\"","OK",3);〃所有

操作都在SIM卡中進行｝

4.3溫濕度傳感器程序設計

溫濕度數(shù)據(jù)采集時，要先對DHT11進行初始化，然后進行寫操作，最后

是數(shù)據(jù)的輸出。單個總線的數(shù)據(jù)傳輸?shù)男问紻HTH,大約4毫秒的每個通信

時間，包括數(shù)據(jù)部分被分成兩個部分，分為整數(shù)部分和小數(shù)，一個完整的數(shù)據(jù)

傳輸是40。DHT11程序流程圖如圖4-3所示。

圖4-3DHT11程序流程圖

4.4按鍵程序設計

關于按鍵觸發(fā)，單片機采用輪詢的方式去讀取按鍵的I/O引腳的電平，默

認是高電平，當按下按下時，按鍵的引腳和地連接，變?yōu)榈碗娖?，為了防?/p>

按鍵誤觸發(fā)，通常會對按鍵進行一個消抖操作，有硬件消抖和軟件消抖，本

設計采用的是一個軟件延時10ms來作為消抖，過了消抖之后繼續(xù)判斷該按鍵

是否按下，如果按下則執(zhí)行對應的按鍵動作。按鍵程序流程圖如圖4-4所示。

圖4-4按鍵程序流程圖

4.5液晶顯示程序設計

LCD前就開始顯現(xiàn)，首先要確定的位置，說的應該是顯示在什么地方，

比如第1行第5列的位置。在完成坐標定位之后就可以開始顯示內(nèi)容了。

液晶在顯示的時候，是一位一位完成的。比如數(shù)字“123”，將首先顯示

“1”，然后十個“2”，最后是“3”。根據(jù)一連串的話說，這是同樣的原因，比如

顯示“hello”，也是從最開始的字母“h”開始顯示，一位一位的完成，直到

顯示完字母“?！?，才完成一次顯示任務。

要顯示的是，每次的字符或數(shù)字，只是在開頭的字符串來完成定位，完

成后的每個節(jié)目的字符，LCD會自動跳轉(zhuǎn)到下一個地方，不必重新每個字符

位置。液晶顯示程序流程圖如下圖4-5所示。

圖4-5液晶顯示程序流程圖

voidLcdDisplay(inttemp)//led顯示

intzh;〃轉(zhuǎn)換成的溫度值

unsignedchardatasf]={0,0,0,0,0};〃定義數(shù)組

floattp;

if(temp<0)〃當溫度值為負數(shù)

(

〃因為讀取的溫度是實際溫度的補碼，所以減1,再取反求出原碼

temp=temp-l;

temp=-temp;

tp二temp;

temp=tp*0.0625*100+0.5;

)

else

(

tp=temp;

temp=tp*0.0625*100+0.5;

〃留兩個小數(shù)點就*100,+0.5是四舍五入，因為C語言浮點數(shù)轉(zhuǎn)換為整型

的時候把小數(shù)點

〃后面的數(shù)自動去掉，不管是否大于0.5,而+0.5之后大于0.5的就是進1

了，小于0.5的就算加上0.5,還是在小數(shù)點后面。

)

)

)

本章小結

本章根據(jù)硬件搭建方案思路，按照各個模塊子程序調(diào)用的思路進行設計,

首先設計了系統(tǒng)總程序流程圖。其次給出了部分程序代碼，如發(fā)送短信程序、

按鍵程序、溫濕度檢測程序等。最后設計了液晶顯示流程和部分代碼進行了

介紹。

第5章系統(tǒng)功能測試

軟件和硬件電路都設計完成后，我們需要對軟件部分的代碼和硬件的電

路連接進行調(diào)試。代碼部分觀察是否出錯，電路部分觀察電路是否出現(xiàn)一些

故障導致功能不能實現(xiàn)。兩部分分別調(diào)試后，最后進行整體的集成調(diào)試。

5.1軟件調(diào)試

本次設計調(diào)試軟件需要對整個電路所有部分一一進行調(diào)試，要先將整體

劃分為局部，然后對每個小部分進行代碼的運行。一般來說我們可以先在仿

真工具上進行模擬調(diào)試，可以觀察到是否能夠?qū)崿F(xiàn)我們要求的基本功能，如

果能夠運行成功的話，再將調(diào)試完的各個功能模塊的這些程序配合到一起進

行組合調(diào)試。但由于本設計存在無線連接兩個部分，不能進行仿真調(diào)試，所

以在本設計軟件調(diào)試部分，我在代碼部分進行了多次調(diào)試運行，看是否出錯。

軟件具體調(diào)試過程：通過KeiluVison4軟件分別對子程序、顯示子程序分

別運行，采用先分后合的方式進行程序問題檢測，經(jīng)每部分檢測后都沒有出

現(xiàn)問題就將程序代碼一起進行檢測，待檢測成功后將程序代碼燒入單片機中，

最終完成軟件部分的設計功能。如在程序檢測過程中出現(xiàn)了問題，就應該根

據(jù)設計出錯部分存在的問題進行修改。一直到程序代碼都修改完畢以后，再

將程序送入到軟件中進行檢測。待所設計顯示數(shù)據(jù)與理想數(shù)據(jù)一致后，那么

軟件設計部分就可以成功實現(xiàn)了。

在對程序代碼調(diào)試的過程中會出現(xiàn)很多的問題，這時就需要在調(diào)試的過

程中要有耐心與恒心。在調(diào)試過程中必須保持冷靜的頭腦，較強的電路分析

能力，最后才能完成對于軟件部分的設計。軟件部分的成功實現(xiàn)為硬件功能

的實現(xiàn)提供了良好的基礎，所以軟件調(diào)試很重要，一定要在調(diào)試的過程中細

心和充滿耐心，最終就會實現(xiàn)其功能。

在系統(tǒng)中會遇到一些很普遍的系統(tǒng)問題，而且他們出現(xiàn)的次數(shù)會很多，

而這些普遍的錯誤我們可以使用單步調(diào)試這一特定的方法進行解決。有些程

序的錯誤可以根據(jù)提示來查看以及判斷錯誤出現(xiàn)的地方，一旦出現(xiàn)錯誤，就

可以在提示出現(xiàn)錯誤的程序位置的坐落于前一個斷點，再然后全面加速運行。

如果發(fā)現(xiàn)在全速無斷點運行時錯誤，它可以在單步跟蹤誤差和修改中找到，直

到錯誤在意義上消失了。根據(jù)整個系統(tǒng)的錯誤屏幕清潔劑的方法，直到結束的

程序可以在全速連續(xù)平穩(wěn)運行，這段代碼調(diào)試完成。程序經(jīng)過多次調(diào)試和編譯，

最后程序測試成功。程序測試結果如圖5-1所示。

ildOutput

FDWT-SignatureCreatorVI.1.0.0

PYRIGHTKeil-AnARMCompany,Copyright(C)2014

*SignatureoverRange[32](0x00000000-0x00000018):@0x0

*Processingcompleted,noErrors.

\Jceil_output\blinlcy.axfn-0Error(s),0Warning(s).

ildTimeElapsed:00:00:01

圖5-1程序編譯圖

5.2硬件調(diào)試

在進行上述的軟件調(diào)試之前先要對本設計的電路的整體進行硬件調(diào)試。

先對各個元器件本身的問題進行解決，解決之后才能和各個部分的軟件程序

相結合起來進行總體的測試，這樣就可以把一些簡單的問題先進行解決。電

路硬件的調(diào)試是