酒店环境环境实时监测系统的设计与制作 .docx

精品名师归纳总结酒店环境环境实时监测系统的设计与制作前言在科技日新月异的今日，人们在满意温饱的基础上更加重视生活品质的提高，而室内环境作为与人们健康亲密相关的环境尤为受到重视。酒店因其特殊的服务性质，其家具摆设，空气检测等要求越来越高。比方人们会需要一个相宜的温度，不是太热，不是太冷。同时，人们对酒店环境空气的要求更显重要，比方男人抽烟会使得酒店环境烟雾充满，使用液化气也按难免会有泄露， 这些气体都是对人体有害的。 因此，把握酒店环境的环温度、湿度、空气质量的度，来进行妥当调剂，从而防止由于这些环境因素的超标对人体健康造成的损害就显的尤为重要。所以为了人们的身体健康，同时有个一个更好的环境，并且为 了能够到达提前未卜先知的功能，利用所学的学问设计了本作品：一个微型的酒店环境环 境监测器。简洁的实时监测酒店环境的温度，湿度， 以及烟雾的超标等，本设计利用STC89C52单片机作为监测器的掌握中心即CPU,用户它来掌握相关的传感器。如温湿度传感器、烟雾传感器、液晶显示器等。以此来检测酒店环境的环境。到达实时检测酒店环境的温度， 湿度，以及有毒气体的目的。 使用者可以对监测系统进行相关的设置， 限定温度、湿度、烟雾等环境因素的临界值。一旦某项指标超过所限定的临界值，这个系统可以自动的提示家人进行相关的调剂动作。例如，当温度高了，通过相关提示打开风扇、空调等。当湿度低了，通过相关提示喷洒水雾增加湿度。当有毒气体增多了，提示家人开窗通风并快速关闭气体来源等。这样，系统在家人仍没有发觉危急到来之前就能够进行相关的提示操作，防止肯定的危急事故的发生，从而到达监测报警实现未卜先知的目的。1 总体系统设计设计原理本设计的思路是依据单片机的工作原理，利用各个传感器的特性，设计相关的电路， 用单片机来采集相关的各个变量，结合时钟芯片在液晶屏上实时的显示各种状态，并且通过按键进行相关的设置，超过设置界限时，进行声光报警。2 设计方案2.1 方案一采纳 STC89C52单片机作为掌握核心，直接利用温湿度传感器采集温度和湿度，利用可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结烟雾传感器来监测烟雾的危害程序，经过处理后直接传给单片机，单片机综合分析以后， 送到 LCD12864上显示，并且单片机结合时钟实时的显示状态，通过独立键盘来设置和调整时间，真题电路设计简洁，详细模块框图如下：电源模块可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结温湿度传感器烟雾检测电路独立键盘液晶显示电路单片机控实时时钟电路制系统报警掌握模块可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结图 2.1-1方案一模块框图2.2 方案二：我们采纳 ARM7处理器作为系统的掌握核心，利用温度传感器和湿度传感器来分别采集温度和湿度，经过高精度AD转换器，编程数字信号后传送给ARM处理并用TFT 彩屏显示出来，并添加特的各种气体检测传感器来检测酒店环境气体的密度等，同时我们加上高精度时钟芯片DS12C887来实时显示时间，便于实时检测，对于掌握我们用矩阵键盘来输入信号，便利处理，不用不断的按键盘。同时通过485 串口把数据传给电脑来分析。详细框图如下：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结电源模块可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结温湿 度传感器AD 转换模块液晶显示电路可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结时钟芯片各种气体传感器ARM处理器485 通信接口可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结矩阵键盘报警掌握电路图 2.2-1方案二模块框图2.3 方案比较方案一电路设计比较简洁，对温度湿度要求不是很高的情形下，基本满意要求，而且可以实时显示， 设置简洁， 软件调试比较简洁， 用在家庭中不但节省成本， 而且操作便利， 而方案二中我们选用 ARM处理器，利用各种测量范畴宽的温湿度传感器和高精度的气体传感器来检测酒店环境的状态，这套方案对于要求比较高的场合比较用，特殊是在工业场合上来检测酒店环境的状态，并送到电脑进行分析，用在家庭中成本昂贵，综合比较方案一电路简洁，测试范畴满意要求，而方案二测试范畴大，调试复杂，虽然精度高等优点，但是方案一更具有性价比和推广性，最终我们经过综合比较我们选用方案一。3 元件选型与电路设计3.1 单片机最小系统STC89C52 型单片机简介STC89C52 是 一种 带 8K 字 节闪 烁可 编 程可 檫除 只读 储备 器 FPEROM-Flash Programmable and Erasable Read Only Memory的低电压，高性能 COMOS的8 微处理器， 俗称单片机。 该器件采纳 ATMEL搞密度非易失储备器制造技术制造，与工业标准的 MCS-51可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结指令集和输出管脚相兼容。其总掌握电路如图 3-1 。图 3-1总掌握电路STC89C52 引脚功能介绍主电源引脚 2 根VCCPin40：电源输入，接 5V 电源GNDPin20：接的线外接晶振引脚 2 根XTAL1Pin19 ：片内振荡电路的输入端XTAL2Pin20 ：片内振荡电路的输出端掌握引脚 4 根RST/VPPPin9：复位引脚，引脚上显现 2 个机器周期的高电平将使单片机复位。ALE/PROGPin30：的址锁存答应信号PSENPin29：外部储备器读选通信号EA/VPPPin31 ：程序储备器的内外部选通，接低电平从外部程序储备器读指令，假如接高电平就从内部程序储备器读指令。可编程输入 / 输出引脚 32 根STC89C52单片机有 4 组 8 位的可编程 I/O 口，分别位 P0、P1、P2、P3 口，每个口有8 位8 根引脚，共 32 根。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结P1 口Pin1 Pin8 ： 8 位准双向 I/O 口线，名称为 P1.0P1.7 P2 口Pin21 Pin28 ： 8 位准双向 I/O 口线，名称为 P2.0 P2.7依据原理我们制作了如下电路，单片机接线如下:STC89C52主要功能如表 -1 所示。表-1STC89C52主要功能主要功能特性兼容 MCS51指令系统8K可反复擦写 Flash ROM32 个双向 I/O 口256x8bit内部 RAM3 个 16 位可编程定时 / 计数器中断时钟频率 0-24MHz2 个串行中断可编程 UART串行通道2 个外部中断源共 6 个中断源2 个读写中断口线3 级加密位低功耗闲暇和掉电模式软件设置睡眠和唤醒功能系统的引脚接线依据其系统工作原理设计出如图3-1 所示的引脚接线：图-1引脚接线图可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结依据 52 单片机的特点，我们采纳 12M晶振给单片机供应时钟信号，两个各加一个30pf 的电容来稳固型号，由于 52 单片机是采纳低电平复位，我们又在其旁边加了一个按键，便于手动复位，电路连接如图 3-2 ：图 3-2电路连接图时钟电路DS1302 简介DS1302 是美国 DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟电路，它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为 2.5V 5.5V 。采纳三线接口与 CPU进行同步通信 , 并可采纳突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据。 DS1302内部有一个 31×8 的用于暂时性存放数据的RAM 寄存器。 DS1302是 DS1202的升级产品，与 DS1202兼容，但增加了主电源/ 后背电源双电源引脚 , 同时供应了对后背电源进行涓细电流充电的才能。DS1302 引脚功能介绍DS1302的引脚功能图如图 -4 所示：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结图 3-4引脚功能图DS1302的引脚排列 , 其中 Vcc1 为后备电源， VCC2为主电源。在主电源关闭的情形下，也能保持时钟的连续运行。DS1302由 Vcc1 或 Vcc2 两者中的较大者供电。当Vcc2 大于 Vcc1V 时， Vcc2 给 DS1302供电。当 Vcc2 小于 Vcc1 时， DS1302由 Vcc1 供电。 X1 和 X2 是振荡源，外接32.768kHz 晶振。RST是复位 / 片选线，通过把RST输入驱动置高电平来启动全部的数据传送。RST输入有两种功能：第一， RST接通掌握规律，答应的址/ 命令序列送入移位寄存器。其次，RST 供应终止单字节或多字节数据的传送手段。当 RST为高电平常，全部的数据传送被初始化，答应对DS1302进行操作。假如在传送过程中 RST置为低电平，就会终止此次数据传送，I/O 引脚变为高阻态。上电运行时， 在 Vcc>2.0V 之前， RST必需保持低电平。只有在SCLK为低电平常，才能将 RST置为高电平。 I/O 为串行数据输入输出端 双向 。SCLK为时钟输入端。DS1302 工作原理操作时序DS1302工作时为了对任何数据传送进行初始化，需要将复位脚RST置为高电平且将 8 位的址和命令信息装入移位寄存器。数据在时钟SCLK的上升沿串行输入，前 8位指定拜访的址，命令字装入移位寄存器后，在之后的时钟周期，读操作时输出数据，写操作时输出数据。时钟脉冲的个数在单字节方式下为8+88 位的址+8 位数据，在多字节方式下为 8 加最多可达 248 的数据。对 DS1302的操作就是对其内部寄存器的操作，DS1302内部共有 12 个寄存器， 其中有7 个寄存器与日历、时钟相关，存放的数据位为BCD码形式。此外， DS1302仍有年份寄存器、掌握寄存器、充电寄存器、时钟突发寄存器及与RAM相关的寄存器等。时钟突发寄存 器可一次性次序读写除充电寄存器以外的寄存器。 日历、时间寄存器及掌握字 如表-1 所示：765432101RAM/CKA4A3A2A1A0RD/W10000001000001表 3-1 ：日历、时钟寄存器与掌握字对比表寄存器名称秒寄存器分寄存器可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结小时寄存器1000010日寄存器1000011月寄存器1000100星期寄存器1000101年寄存器1000110写爱护寄存器1000111慢充电寄存器1001000时钟突发寄存器1011111最终一位 RD/W，为“ 0”时表示写操作进行，为“ 1”时表示读操作。 DS1302内部寄存器列表如 表.3-2 所示：表.3-2 ：DS14302内部主要寄存器分布表DS1302内部的 RAM分为两类，一类是单个 RAM单元，共 31 个，每个单元为一个 8 位的字节，其命令掌握字为COHFD，H其中奇数为读操作，偶数为写操作。再一类为突发方 式下的 RAM，此方式下可一次性读写全部的RAM的 31 个字节，命令掌握字为FEH写、 FFH读单片机是通过简洁的同步串行通讯与DS1302通讯的，每次通讯都必需由单片机发起， 无论是读仍是写操作，单片机都必需先向DS1302 写入一个命令帧，这个帧的格式如表1 所示，最高位 BIT7 固定为 1，BIT6 打算操作是针对 RAM仍是时钟寄存器，接着的 5 个 BIT 是 RAM或时钟寄存器在 DS1302的内部的址，最终一个 BIT 表示这次操作是读操作抑或是写操作。物理上， DS1302的通讯接口由 3 个口线组成，即 *RST， SCLK， I/O 。其中 *RST从可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结低电平变成高电平启动一次数据传输过程， SCLK是时钟线， I/O 是数据线。详细的读写时序参考图 3-5 ：但是请留意，无论是哪种同步通讯类型的串行接口，都是对时钟信号敏锐的，而且一 般数据写入有效是在上升沿，读出有效是在 下降沿DS1302正是如此的，但是在芯片手册里没有明确说明，假如不是特殊确定，就把程序设计成这样：平常 SCLK保持低电平， 在时钟变动前设置数据，在时钟变动后读取数据，即数据操作总是在 SCLK保持为低电平的时候，相邻的操作之间间隔有一个上升沿和一个下降沿。图-1读写时序参考图依据其电路特点我们设计电路图如图 -2 ：图-2电路图显示电路可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结LCD12864 简介带中文字库的 128X64是一种具有 4 位/8 位并行、 2 线或 3 线串行多种接口方式，内部含有国标一级、 二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块。其显示辨论率为 128×64, 内置 8192 个 16*16 点汉字，和 128 个 16*8 点 ASCII 字符集. 利用该模块敏捷的接口方式和简洁、便利的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。可以显示8× 4 行 16×16 点阵的汉字 .也可完成图形显示 . 低电压低功耗是其又一显著特点。由该模块构成的液晶显示方案与同类型的图形点阵液晶显示模块相比，不管硬件电路结构或显示程序都要简洁得多，且该模块的价格也略低于相同点阵的图形液晶模块。外围电路连接我用 P0 口来给掌握数据及命令传输，由于PO口没有接上拉，我们在外围电路上接 4. 千欧的上拉电阻，提高推拉电流的才能。电路如图-1 ：图-1外围电路连接图温湿度传感器可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结在这里我选用 DHT11数字温湿度传感器DHT11数字温湿度传感器， 十一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。它 应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，具有很高的牢靠性与稳固性。DHT11 数字温湿度传感器包括一个电阻式感湿原件和一个NTC测温元件，并与一个高性能 8位单片机相连接。单线制串行接口，使系统连接可以更简洁。功耗极低，信号传输距离可达20m以上。作为一种新型的单总线数字温湿度传感器，DHT11具有体积小功耗低响应速度快抗干扰才能强掌握简洁性价比高等优点， 能够广泛应用于各个领域， 其基本指标如下： 全量程标定校准，单线数字输出。温度测量范畴 050。 湿度测量范畴 20-90%RH。温度测量精度 +-1 。 湿度测量精度 +-5%RH。 低功耗。超长的信号传输距离。 杰出的长期稳固性：DHT11采纳4针单排引脚封装，电路连接便利，引脚说明如表所示：表 3.4-1：引脚号名称注释1VDD供电 3-5V DC2TATA串行数据，单总线3NC空脚，悬空4GND接的，电源负极DATA是用于未处理器与 DHT11之间的通信和同步的串行双向接口， 采纳单总线数据格式。每次通信都是以高位先出的次序传输40为数据，永世约 4ms数据格式为：8位温度整数数据 +8位校验和数据 +8位湿度整数数据 +8位温度小数数据 +8位校验和数据数据分小数部分和整数部分，当前小数部分用于以后扩展，现读出为零。数据传送正确时，校验和数据等于“ 8位温度整数数据 +8位温度小数数据”所得结果的末8位。其典型应用电路如 图 3.4-1可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结图典型应用电路依据其结构特点我们设计了电路图 3.4-2图结构电路图烟雾检测电路这里我选用 MQ-2/MQ-2S气体传感器MQ-2/MQ-2S气体传感器所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡 SnO2 。当传感器所处环境中存在可燃气体时，传感器的电导率随空气中可燃气体浓度的增加而增大。使用简洁的电路即可将电导率的变化转换为与该气体浓度相对应的输出信号。MQ-2/MQ-2S气体传感器对液化气、丙烷、氢气的灵敏度高，对自然气和其它可燃蒸汽的检测也很抱负。这种传感器可检测多种可燃性气体，是一款适合多种应用的低成本传感器。其结构和形状如图：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结图 结果形状图依据它的工作特点我们设计了电路图如图3.5-2 。图工作特点电路图键盘掌握电路键盘是假设干按键的集合，是向系统供应操作人员干预命令及数据的接口设备。键盘可分为编码键盘和非编码键盘两种类型。编码键盘能自动识别按下的键并产生相应代码， 以并行或串行方式发给 CPU。它使用便利，接口简洁，响应速度快，但需要专用的硬件电路。非编码键盘就是通过软件来确定按键并运算键值。这种方法虽然没有编码键盘速度快， 但它不需要专用的硬件支持，因此得到了广泛的应用。键盘是掌握应用系统中的一个重要组成部分，设计时必需解决下述一些问题。按键的确认，重键与连击的处理，按键防抖动可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结技术等。我们在在系统中用电路图，相应的处理在软件中实现。图 3.6-1键盘掌握电路3.7 状态指示电路其详细电路如图。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结图 3.7-1状态指示电路3.8 电源模块电路在系统中需要 5V的单片机供电，供电我们之间用了稳压模块LM780用来供应相应的电压 5V，电路图如图 3.8-1 ：图电源模块电路可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结4 系统工作流程4.1 工作过程单片机上电以后， 系统开头初始化， 完毕后， 开头进入主循环， 第一进行键盘检测， 是否有键按下，假设有键按下，判定按键状态是否设置那一部分，假设是设置时间，就调用设置时间子函数，假设是温度上下限，就调用设置温度上下限函数。设置完毕以后，返回主循环。然后调用 DS1302 子函数，读取时间，经过单片机处理以后，存放在时间缓冲区中，接着读取温湿度传感器数据，进行相关处理，转化为详细温度，储备在缓冲区中。同时判定温度是否超过设置的温度上下限，假设是超过上限温度，蜂鸣器开头报警，同时上限指示灯开头闪耀，掌握继电器做出供应的动作。假设是低于下限温度，下限指示灯开头闪耀，同时蜂鸣器报警，指示相关工作，继电器开头相关工作。假设是在正常工作范畴内，正常指示灯发光指示正常状态。4.2 系统流程图主流程图主流程图如图 4-1 。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结上电工作程序初始化可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结键盘检测是键盘处理函数可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结否可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结读取时间，处理转换采集温度，处理转换液晶显示可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结是可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结设置判定报警及掌握可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结否指示工作状态断电停止图 4-1主流程图可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结键盘检测子程序设计出如图 4-1 所示的键盘子程序流程：按键确定小时设置时调整时间分钟设置分钟调整写入寄秒设置秒调整存器可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结温度上限设置温度下限设置存上限调整入储备下限调整芯片可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结湿度上限设置湿度下限设置湿度上限调整湿度下限调整可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结完毕返回图-1键盘子程序流程图3终止语通过这次程控交换课程设计，我又把握了一些元器件的用途以及它们的参数、性能。这次设计提高了我理论和实践相结合的才能，增加了把理论用于实践的爱好，同时也提高可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结了我分析问题和解决问题的才能。没有最好，只有更好。我信任通过这一次的课程设计之 后，我以后会更加努力，用严谨的科学态度去面对一切。克服困难，战胜自我，超越自我。在程控交换课程设计即将付梓之际，思绪万千，心情久久不能安静。伟人、名人为我所崇拜，可是我更迫切的要把我的敬意和赞扬献给一位平凡的人，我的导师。我不是您最杰出的同学，而您却是我最敬重的老师。您治学严谨，学识渊博，思想深邃，视野雄阔， 为我营造了一种良好的精神氛围。授人以鱼不如授人以渔，置身其间，耳濡目染，潜移默化，使我不仅接受了全新的思想观念，树立了雄伟的学术目标，领悟了基本的摸索方式，从课程设计题目的选定到课程设计写作的指导,经由您尽心的点拨 ,再经摸索后的领悟 ,经常让我有 “山重水复疑无路 ,柳暗花明又一村 ”。 感谢全部在课程设计中曾经帮忙过我的良师益友和同学，以及在设计中被我引用或参考的论著的作者。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结参考文献：1 全国电子设计竞赛组委会：全国电子设计竞赛获奖作品选集，北京理工高校出版社，2007， P126-P2872 谢自美：电子线路设计 , 华中理工高校出版社 ,2007,P86-P1663 夏宇闻： Verilog数字系统教程 其次版 , 北京航空航天高校出版社 , 2021,P125-P2384 祁才君：数字信号处理技术的算法分析与应用, 机械工业出版社 , 2006,P98-P2365 马忠梅：单片机 C语言应用程序设计 第三版, 北京航空航天高校出版社， 2007,P86-P1666 邱关源：现代电路理论，高等训练出版社，2001， P67-P1697 夏路易：电路原理图与电路板设计教程，期望电子出版社，2002， P86-P1888 曾兴雯：高频电子线路，高等训练出版社，2004， P132-P1679 樊昌信：通信原理，国防工业出版社， 2021，P223-P28910 姜志海：单片机原理及应用，电子工业出版社，2021，P36-P13511 贺苏宁：现代通信最新技术，清华高校出版社，2000，P65-P15312 黄智伟： 全国高校生电子设计竞赛制作实训，北京航空航天高校出版社， 2007，P67-P12613 周殿清：基础物理试验，科学出版社，2021， P76-P15614 杨刚：电子系统设计与实践，电子工业出版社，2004, P86-P16615 刘海成，单片机原理及测控工程应用，北京航空航天高校出版社,2021 ， P76-P18716 柴媛媛：基于 ARM和 DDS技术的信号源设计，通信技术 ,2021,P54-P56.17 施韶华：基于直接数字频率合成的高精度频率源设计，电子测量与仪器学报,2021 ， P385-P38918 王军证：基于 DDS的超声导波信号源的设计，电子测量技术,2021,P19-P2219 吴加政：基于 DDS的信号模拟器设计，国外电子测量技术 ,2021,P67-P7020 韩喜春：基于 FPGA的可重构多通道 DDS信号发生器 , 电测与外表， 2007,P50-P52可编辑资料 - 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