数字湿度检测控制装置毕业论文(31页).doc
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1、-数字湿度检测控制装置毕业论文-第 28 页郑州轻工业学院课 程 设 计 任 务 书题目 数字温度检测控制装置 专业 学号 姓名 主要内容、基本要求、主要参考数据等:主要内容:1、 查阅与课题设计内容相关的科技文献数据;2、 熟悉数字温度检测控制装置的结构、功能和工作过程;3、 确定系统硬件及软件设计方案 ;4、 进行电气原理图的绘制和微控制器内部程序的编写; 5、 完成课程设计说明书一份。基本要求:1、设计方案符合课题要求、结构严谨、功能完善;2、系统结构模型绘制规范、标注简约明确;3、系统控制电气原理图绘图准确、布局合理;4、微控制器内部程序主要功能基本调试通过;5、课程设计说明书严格按照
2、“课程设计报告撰写格式”书写。主要参考数据1、单片微型计算机原理及应用,西安电子科技大学出版社,张毅坤主编;2、单片机原理与接口技术,北京邮电大学出版社,马淑华等编着;3、现代传感器集成电路,人民邮电出版社,赵负图主编;4、单片机典型外围器件应用实例,人民邮电出版社,求是科技编着。完成期限:2011年12月19日-2012年1月9日指导教师签名: 课程负责人签名: 目 录1概述11.1设计题目的意义及简介11.2系统组成总体结构12系统硬件设计22.1单片机最小系统设计22.1.1 单片机选择22.1.2 时钟电路设计22.1.3复位电路设计22.2温度采集电路设计22.2.1 AD590温度
3、传感器22.2.2测温电路的设计2.2.3 信号调整电路2.3 LED显示22.4 键盘接口2.5 控制电路3系统软件设计3.1程序初始化3.2主程序3.3 A/D转换子程序3.4 标度转换子程序3.5 显示子程序3.6控制子程序3.7 键盘子程序4结论参考文献附录A 系统硬件原理图附录B 程序清单摘要本次设计是采用单片机中的STC89C52和DHT11构成的低成本的湿度的检测控制系统。单片机STC89C52是一款有强大的功能、低消耗,高效率的单片机,因此在很多领域都是用它。DHT11是一款复合型温湿度传感器,并且含有以校准好的数字输出。,DHT11传感器包括一个电阻式感湿原件和一个NTC测温
4、元件,该产品具有超快响应、品质卓越、抗干扰能力强、性价比极高等优点。本设计主要包括系统软件的设计和硬件电路的设计。 硬件电路主要包括单片机、湿度传感器、显示模块、报警器以及控制设备等5部分。其中由DHT11温湿度传感器及1602字符型液晶模块构成系统显示模块;用户根据需要预先输入预设值,当实际测量的温湿度不符合预设的温湿度标准时,发出报警信号(蜂鸣器蜂鸣),动相应控制。 软件部分包括了主程序、显示子程序、测湿度子程序。关键词:STC89C52; DHT11; 湿度传感器。 1.概述1.1设计题目的意义及简介随着生活的不断发展,人们对环境的要求也不断的提高,居住的环境成为人们关心的话题。为了满足
5、人们对适宜适宜环境要求,设计一种低成本、高性能、简单、便于提醒和控制湿度的装置。人们可以根据季节和天气的需要进行湿度的调节,使人居住在一个更加舒适的环境。此设计不仅可以应用到家庭中,也可应用到工厂中,这样大大减少了看护和相应的人工费用。此设计有点在于成本低,操作简单、相应快,并且当超出人们设定值时可自动报警。1.2系统组成总体结构本次的数字湿度控制器主要是由单片机系统组成,其系统组成框图如图1-1所示。湿度采集A/D转换单片机显示反馈信号处理图1-1 系统总体框图其工作流程为湿度传感器采集湿度信号,湿度信号被信号转换器转换成系统所能识别的电信号,采集信号被送入单片机后经过单片机的控制进行分析整
6、理,根据设定值进行湿度调节,再经过湿度反馈环节做进一步调整。2.系统硬件设计2.1单片机最小系统设计2.1.1单片机选择STC89C52是一种带8K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压,高性能CMOS8位微处理器,俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造,与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中,stc的stc89c52是一种高效微控制器,为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。STC89C52引脚如图所示图2-1 STC89C52单片机引脚2.1.2时钟电路设计单片机是在统一的脉冲信号控制下工作的。
7、这个脉冲就是时钟电路产生的。时钟电路选择晶振为12Mhz,两个电容选择60pf作为CPU的内部时钟电路,其电路图如下所示:图2-2 由晶振构成时钟电路2.1.3复位电路设计复位电路可以让单片机初始化,也可以使死机状态下的单片机重新启动,因此非常重要。该设计采用的是按键复位和上电自动复位电路。这样图2-3 上电复位电路使用起来比较方便,即每当CPU通电时,CPU自动进行复位操作。省去了人工操作的繁琐,当程序跑飞时,可以手动复位,按下按键后,使RESET端产生高电平,电路设计如图2-3(其中电阻为1K,电容为22uf)2.2温度采集电路设计2.2.1 AD590温度传感器温度采集元件采用AD590
8、温度传感器,AD590 是美国模拟器件公司生产的单片集成两端感温电流源。AD590具有线性优良、性能稳定、灵敏度高、无需补偿、热容量小、抗干扰能力强、可远距离测温且使用方便等优点。可广泛应用于各种冰箱、空调器、粮仓、冰库、工业仪器配套和各种温度的测量和控制等领域。AD590是电流型温度传感器,通过对电流的测量可得到所需要的温度值。其电路外形如图2-4所示,它采用金属壳3脚封装,其中1脚为电源正端V;2脚为电流输出端I0;3脚为管壳,一般不用。集成温度传感器的电路符号如图2-5所示。图2-4 AD590封装形式 图2-5 集成温度传感器电路符号AD590的主特性参数如下: 工作电压:430V。
9、工作温度:55150。 正向电压:44V。 反向电压:20V。 输出电阻为710MW。 精度高。AD590共有I、J、K、L、M五档,其中M档精度最高,在-55+150范围内,非线性误差为0.3。AD590的工作原理:在被测温度一定时,AD590相当于一个恒流源,把它和530V的直流电源相连,并在输出端串接一个1kW的恒值电阻,那么,此电阻上流过的电流将和被测温度成正比,此时电阻两端将会有1mVK的电压信号。2.2.2测温电路的设计在设计测温电路时,首先应将电流转换成电压。由于AD590为电流输出元件,它的温度每升高1K,电流就增加1A。当AD590的电流通过一个10kW的电阻时,这个电阻上的
10、压降为10mV,即转换成10mVK,为了使此电阻精确,可用一个9.6kW的电阻与一个1kW电位器串联,然后通过调节电位器来获得精确的10kW。图2-6所示是一个电流电压和绝对摄氏温标的转换电路,其中运算放大器A1被接成电压跟随器形式,以增加信号的输入阻抗。而运放A2的作用是把绝对温标转换成摄氏温标,给A2的同相输入端输入一个恒定的电压(如1.235V),然后将此电压放大到273V。这样,A1与A2输出端之间的电压即为转换成的摄氏温标。图2-6 绝对摄氏温标转换电路将AD590放入0的冰水混合溶液中,A1同相输入端的电压应为2.73V,同样使A2的输出电压也为2.73V,因此A1与A2两输出端之
11、间的电压:2.732.730V即对应于0。2.2.3 信号调整电路单片机处理的信号是数字信号,因此,在送往单片机处理之前应对该信号进行放大转换。本系统所采用的A/D转换器为ADC0809,由于ADC0809的输入信号应在05V之间,因此,经过放大电路放大的信号进入A/D转换器的电压信号应控制在05V之间,根据此原则可设计合适的放大倍数。信号调整电路主要由运算放大器0P07等组成。为了使温度检测电路的输出电压能够适合于A/D转换器的参考电压,利用超低温漂移高精度运算放大器0P07将温度电压信号进行放大到05V的范围之内,便于A/D进行转换,以提高温度采集电路的可靠性。本设计中,信号调理电路部分由
12、集成运放OP07分别构成一个电压跟随器,电压比较器和一个同相输入放大器用于对AD590输出的小电压信号进行放大处理。信号调整电路如图2-7所示在该放大电路中,电压跟随器起阻抗匹配的作用。反馈电阻为零时,放大倍数为1,电压跟随器的输入电压等于输出电压。电压比较器用于对输出电压小信号电压进行调零,在上述电路图中的电压比较器部分由于R2=R4 R3=R5 可得电压比较器的输出电压 根据电压跟随器的输出电压调节电位计R9就改变电压比较器的输入电压。使得当温度为温度测量下限时电压比较器的输出电压为零。起放大作用的是同相输入放大器OP07。其放大倍数:因此放大器的输出电压ADC0809是一种8位逐次逼近式
13、A/D转换器,其内部有一个8位“三态输出锁存器”可以锁存A/D转换后的数字量,故它本身既可看作一种输入设备,也可以认为是并行I/O接口芯片。故ADC0809可以和微机直接接口,本设计就是用8051和ADC0809直接相连的。AT89C51与ADC0809的连接方法如图2-8所示,AT89C51通过地址线P2.7和写控制信号线用一个或非门联合控制启动转换信号端(START)和地址锁存信号端(ALE)。地址线P2.7和读控制信号线用一个或非门联合控制输出允许控制端(EOC)。低三位地址线加到ADC0809的ADDA、ADDB、ADDC端,所以选中ADC0809的IN0通道的地址为7FF8H。转换结
14、束信号EOC通过一个反相器接到INT1。图2-8 AT89C51与ADC0809连接图AT89C51和ADC0809连接通常可以采用查询和中断两种方式。本系统采用中断方式传送数据,EOC线作为CPU的中断请求输入线。CPU线响应中断后,应在中断服务程序中使OE线变为高电平,以提取A/D转换后的数字量。对ADC0809地址的确定:根据系统硬件连接图可知所选定模拟电压路数为IN0,其对应的地址为ABC=000,即P0.0、P0.1、P0.2=0 0 0;又P2.7=0时才能启动ADC0809工作和使AT89C51从ADC0809接收A/D转换电压的数字量。故确定ADC0809其中一个地址为: 01
15、11 1111 1111 1000B=7FF8H ,其中“_ ”表示固定量。ADC0809的IN0和变送器输出端线连,故IN0上输入的0V5V范围的模拟电压经A/D转换后可由AT89C51通过程序从P0口输入到它的内部RAM单元。ADC0809所需时钟信号可以由AT89C51的ALE信号提供。AT89C51的ALE信号通常是每个机器周期出现两次,故它的频率是单片机时钟频率的1/6。本系统AT89C51主频是12MHZ,ALE信号频率为2MHZ,使AT89C51的ALE上信号经过4分频后接到ADC0809的CLOCK输入端,就可获得500KHZ的A/D转换脉冲,当然,ALE上脉冲会在MOVX指令
16、的每个机器周期少出现一次,但通常情况下影响不大。为了给OE线分配一个地址,把AT89C51RD和P2.7经或门和OE相连。平时,使OE处于低电平封锁状态,在响应中断后,AT89C51执行中断服务程序中如下两条指令就可以使OE变为高电平,从而打开三态输出锁存器,让CPU提取A/D转换后的数字量。AT89C51执行如下程序可以启动ADC0809工作。MOV DPTR , # 7FF8H MOVX A , DPTR; OE变为高电平,数字量送A2.3 LED显示本设计显示采用LED串行静态显示。MCS-51系列单片机的串行口RXD,TXD为一个全双工串行通信口,当工作在方式0下可作同步移位寄存器用,
17、其数据由RXD(P3.0)端串行输入或输出;而同步移位时钟由TXD(P3.1)串行输出,在同步时钟的作用下,实现由串行到并行的数据通信。在不需要使用串行通信的场合,利用串行口加外围芯片74LS164就可以构成一个或多个并行输入/输出口,用于显示器LED驱动。波特率(每秒传输的位数)固定在fosc/12,即当晶振为12MHZ时,波特率为1MBPS。在CPU将数据写入SBUF寄存器后,立即启动发送。待8位数据输完后,硬件将状态寄存器的TI位置1,TI必须由软件清零。单片机与4片串入并出移位寄存器74LS164相连。其中,RXD作为164的数据输入,TXD作为4片164的同步时钟。程序运行时,单片机
18、将4个数码管的段码(4个字节)连续发送出来,通过串行口送给164。4位字型码送完后,TXD保持高电平。此时每片164的并行输出口将送出保存在内部移位寄存器中的8位的段码给数码管,令数码管稳定地显示所需的字符。74LS164是8位串入并出移位寄存器。A、B为串行输入端,QAQH为串行输出端,CLK为串行时钟输入端,为串行输出清零端,VCC为+5V电源输入端,GND为接地端。具体输入输出关系如表2-1所示。X代表任意状态;QA0、QB0QH0代表在稳态输入条件建立之前QA、QBQH的输出状态;QAn、QBnQHn代表在最近的时钟上升沿转换之前QA、QBQH的输出状态;H/L、QAnQBn代表在最近
19、的时钟上升沿转换之后QA、QBQH的输出状态。表2-1 74LS164输入输出关系如所示输入输出清除 时钟 A BQA QB QHL X X XH L X XH H HH L XH X LL L LQA0 QB0 QH0H QAn QGnL QAn QGnL QAn QGn图2-9 74LS164引脚如图串行显示电路属于静态显示,比动态显示亮度更大一些。由于74LS164在低电平输出时,允许通过的电流达8mA,故不必添加驱动电路,亮度也比较理想。与动态扫描相比较,无需CPU不停的扫描,频繁地为显示服务,节省了CPU时间,软件设计也比较简单。由于本设计采用的是共阳极数码管,所以相应的亮段必须送0
20、,相应的暗段必须送1。原理图如图2-10所示:图2-10 LED串行静态显示2.4 键盘接口键盘的工作方式选取的原则是:既要保证能及时响应按键的操作,又不过多的占用CPU的工作时间。键盘的工作方式有:查询方式(编程扫描,定时扫描方式)、中断扫描方式。独立式按键接口就是各按键相互独立,每个按键单独占用一根I/O口线,每根I/O口线的按键工作状态不会影响其他I/O口线上的工作状态。因此,通过检测输入线的电平状态可以很容易判断哪个按键被按下了。优点就是电路配置灵活,软件结构简单;缺点就是每个按键需占用一根I/O口线,在按键数量较多时,I/O口浪费大,电路结构显得复杂。因此,此键盘是用于按键较少或操作
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