仓库温湿度检测系统的设计_毕业设计(编辑修改稿)

仓库温湿度检测系统的设计_毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶显示模块，在电极图形设计上是由若干个 5 8 或 5 11点阵组成，每一个点阵显示一个字符。 LCD1602 是一种 5 7 点阵图形来显示字符的液晶显示器，可以显示 2 行 16 个字，足够显示温度值和湿度值。 现代的报警有很多种方式，但多数都采用声音报警系统和发光报警这两种，在此方案中采用扬声器报警系统，当温度、湿度分别超标或都超标时，使扬声器发出声音和二极管发光引起用户的注意。 在该模块中采用独立式键盘，独立式键盘就是各键相互独立，每个按键各接一 根输入线，通过检测输入线的电平状态很容易地判断哪个键被按下。 但在数目较多时，独立式键盘电路需要较多的输入口线且电路结构复杂。 本章小结 本章主要确定了系统的设计方案，提到主机的选择，液晶显示的选择，温湿度传感器的选择方案，并具体介绍各个方案的具体设计，各个方案都具有很强的可行性，都能够很好的完成系统的设计。 经过各个方面的比对，最终选择方案 2作为设计的最后方案，下一章节将通过该方案对系统硬件电路进行设计。 兰州工业学院毕业论文 10 3 硬件电路的设计 AT89C51 的主要性能及引脚介绍 本系统选择 AT89C51 作为微处理器， AT89C51 是一个低电压，高性能 CMOS8 位单片机，片内含 8k bytes 的可反复擦写的 flash 只读程序存储器和 256 bytes 的随机存取数据存储器（ REM），器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准 MCS51 指令系统，片内置通用 8 位中央处理器和 Flash 存储单元， AT89C51 单片机在电子行业中有着广泛的应用。 设计是以 89C51 单片机为控制中心 ，这种控制 芯片具有 4KB 的快擦写可编程 /擦除只读存储器 EEPROM、 256KB 片内 RAM、 3 个 16 位定时计数器、 5 个中断源，无需进行系统扩展既可满足任务要求，能较大幅度提高系统的性价比 其主要功能： 兼容 MCS51 指令系统 8k 可反复擦写 (大于 1000 次） Flash ROM； 32 个双向可编程 I/O 口线； 256x8bit 内部 RAM； 3 个 16 位可编程定时 /计数器中断； 时钟频率 024MHz； 2 个串行中断，可编程 UART 串行通道； 2 个外部中断源，共 8 个中断源； 2 个读写中断口线， 3 级加密位； 低功耗空闲和掉电模式，软件设置睡眠和唤 醒功能 ； 1 有 PDIP、 PQFP、 TQFP 及 PLCC 等几种封装形式，以适应不同产品的需求。 AT89C51为 8 位通用微处理器，采用工业标准的 C51 内核，在内部功能及管脚排布上与通用的 89C52 相同。 AT89C51 的引脚分布如图 所示 兰州工业学院毕业论文 11 图 AT89C51 的引脚图 AT89C51 引脚介绍： VCC：电源接口，接 +5V GND：接地 EA/VPP：外部访问允许。 欲使 CPU 仅访问外部程序存储器（地址为 0000H— FFFFH），EA 端必须保持低电平（接地）。 如 EA端为高电平（接 Vcc 端）， CPU 则执行内部程序存储器中的指令。 RST：复位输入。 当振荡器工作时， RST 引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。 P0 口：一组 8 位漏极开路型双向 I/O 口， 也即地址 /数据总线复用口。 作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动 8 个 TTL 逻辑门电路，对端口 P0 写 “1” 时，可作为高阻抗输入端用。 在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低 8 位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。 兰州工业学院毕业论文 12 在 Flash 编程时， P0 口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时 ，要求外接上拉电阻。 P1 口：一个带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， P1 的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流） 4 个 TTL 逻辑 门电路。 对端口写 “1” ，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。 作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。 P2 口：一个带有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， P2 的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流） 4 个 TTL 逻辑 门电路。 对端口 P2 写 “1” ，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为 内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。 P3 口：一组带有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O口。 P3 口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流） 4 个 TTL 逻辑门电路。 对 P3 口写入 “1” 时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。 此时，被外部拉低的 P3 口将用上拉电阻输出电流。 P3 口除了作为一般的 I/O 口线外，更重要的用途是它的第二功能，如表 所示。 表 P3 口第二功能 端口引脚 第二功能 RXD（串行输入口） TXD（串行输出口） INT0（外中断 0） INT1（外中断 l） T0（定时／计数器 0 ） Tl （定时／计数器 l ） WR（外部数据存储器写选通） RD（外部数据存储器读选通） ALE/PROG：当访问外部程序存储器或数据存储器时， ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低 8 位字节。 一般情况下， ALE 仍以时钟振荡频率的 1/6 输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。 PSEN： 程序储存允许（ PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当 AT89C51由外部程序存储器取指令（或数 据）时，每个机器周期两次 PSEN 有效，即输出两个兰州工业学院毕业论文 13 脉冲。 在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次 PSEN 信号。 XTAL1： 振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。 XTAL2： 振荡器反相放大器的输出端。 UART串口： AT89C51 的 UART 串口用于进行串行通信。 串行接口的电路结构还包括了串行口控制寄存器 SCON，电源及波特率选择寄存器 PCON 和串行缓冲寄存器 SBUF，他们都属于 SFR， PCON 和 SCON 用于设置串行口工作方式和确定数据发送和接收， SBUF用于存放欲发送的数据起到缓冲的作用。 单片机最小系统的设计 单片机最小系统包括单片机及其所需的必要电源、时钟、复位等部件，它能使单片机处于正常的运行状态。 电源、时钟等电路是使单片机能运行的必要条件，可以将最小系统作为应用系统的核心部分，对其进行存储扩展、 A/D扩展等。 单片机最小系统的功能主要如下。 （ 1）能够运行用户程序； （ 2）用户可以复位单片机； （ 3）具有相当强大的外部扩展功能。 图 最小系统结构图 时钟振荡电路： AT89C51 中有一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大器，引脚 XTAL1 和 XTAL2 分别是该放大器的输入端和输出端。 外接石英晶体及电容C C2 接在放大器的反馈回路中构成并联振荡电路。 对外接电容 C C2 虽然没 单片机 时钟电路 复位电路 兰州工业学院毕业论文 14 有十分严格的要求，但电容容量的大小会轻微影响振荡频率的高低、振荡器工作的稳定性、起振的难易程序及温度稳定性，在使用石英晶体时，通常电容使用30pF177。 10pF ，而如使用陶瓷谐振器通常选择 40pF177。 10pF。 也可以采用外部时钟。 这种情况下，外部时钟脉冲接到 XTAL1 端，即内部时钟发生器的输入端， XTAL2 则悬空。 由于外部时钟信号是通过一个 2 分频触发器后作为内部时钟信号的，所以对外部时钟信号的占空比没有特殊要求，但 最小高电平持续时间和最大的低电平持续时间应符合产品技术条件的要求。 本设计选择内部时钟，选用 12MHz 石英晶体和 30pF 电容，如图 所示。 图 时钟振荡电路 复位电路： 在设计单片机应用系统时，必须了解单片机的复位状态和复位电路的设计，因为单片机工作时，会经常进入复位工作状态，所以，系统的复位电路必须能够准确可靠的工作。 单片机通常都采用上电复位和开关复位两种方式。 当由于程序运行出错或 操作错误使系统处于死锁状态时，为摆脱死锁状态，还需按复位键重新启动。 对于单片机电路来说，每 12 个时钟周期为 1 个机器周期，即 Tcy=12/fosc，本设计采用 12MHz晶体振荡器，所以 fosc=12MHz， Tcy=1μs ，即当复位按键按下时，只要保证 RST引脚端出现 2μs 以上稳定的高电平，单片机便可实现复位。 此外，由于本设计中对温湿度范围以及系统误差的要求并不是很高，所以设计电路电容 C1取 10μf ， R1 取 10K欧姆， R2 取1K欧姆时，复位所需时间远远大于 2μs 左右的机器周期，完全可以实现复位功能。 如图。 兰州工业学院毕业论文 15 C110 uFR98. 2 KS5S W P BV C CGND 图 复位电路 单片机晶振电路和复位电路设计完成，这样单片机外围最小系统电路就设计完成，单片机最小系统电路如图 所示。 图 单片机最小系统电路 兰州工业学院毕业论文 16 温度检测电路的设计 温度传感器（ DS18B20）的主要性能 DS18B20 是美国 DALLAS 半导体公司推出的第一片支持“一线总线”接口的温度传感器，它具有微型化、低功耗、高性能、抗干扰能力强、易配微处理器等优点，可直接将温度转化为串行数字信号供处理器处理。 DS18B20 温度传感器特性如下： （ 1） 适 应电压范围宽，电压范围在 ，在寄生电源方式下可由数据线供电。 （ 2） 特的单线接口方式，它与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20 的双向通信。 （ 3） 支持多点组网功能，多个 DS18B20 可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测量。 （ 4） 在使用中不需要任何外围元器件，全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。 （ 5） 测温范围 55℃ — +125℃ ，在 10℃ — +85℃ 时精度为 177。 ℃。 （ 6） 编程分辨率为 912 位，对应的可分辨温度分别为 ℃ 、 ℃ 、 ℃ 和℃ ，可实现高精度测温。 （ 7） 在 9 位分辨率时，最多在 内把温度转换为数字；在 12 位分辨率时，最多在 750ms 内把温度转换为数字。 （ 8） 测量结果直接输出数字温度信号，以“一线总线”串行传送给 CPU，同时可传送 CRC 校验码，具有极强的抗干扰纠错能力。 （ 9） 负压特性。 电源极性接反时，芯片不会因发热而烧坏，但不能正常工作。 DS18B20 温度传感器内部结构及工作原理： DS18B20 内部结构主要由四部分组成： 64 位光刻 ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器 TH和 TL、配 置寄存器。 DS18B20 依靠一个单线端口通讯。 在单线端口条件下，必须先建立 ROM 操作协议，才能进行存储器和控制操作。 兰州工业学院毕业论文 17 DS18B20 工作周期可分为两个部分，即温度检测和数据处理。 首先 我们先了解DS18B20 的内部存储器资源。 DS18B20 共有三种形态的存储器资源，它们分别是： ROM 只读存储器，用于存放 DS18B20ID 编码，其前 8 位是单线系列编码（ DS18B20 的编码是19H），后面 48 位是芯片唯一的序列号，最后 8 位是以上 56 的位的 CRC 码。 数据在出产时设置不由用户更改。 DS18B20 共 64位 ROM。 RAM 数据暂存器，用于内部计算和数据存取，数据在掉电后丢失， DS18B20 共 9 个字节 RAM，每个字节为 8 位。 第 2 个字节是温度转换后的数据值信息，第 4 个字节是用户 EEPROM（常用于温度报警值储存）的镜像。 在上电复位时其值将被刷新。 第 5 个字节则是用户第 3 个 EEPROM 的镜像。 第 8 个字节为计数寄存器，是为了让用户得到更高的温度分辨率而设计的，同样也是内部温度转换、计算的暂存单元。 第 9 个字节为前 8 个字节的 CRC 码。 EEPROM 非易失性记忆体，用于存放长期需要保 存的数据，上下限温度报警值和校验数据， DS18B20 共 3 位 EEPROM，并在 RAM 都存在镜像，以方便用户操作。 温度传感器（ DS18B20）与单片机接口的设计 DS18B20 有两种封装：三脚 TO92 直插式和八脚 SOIC 贴片式，如图 所示。 在此，我们选用三脚 TO92直插式封装的 DS18B20 芯片。 它有三个脚，分别为电源正极 VDD、信号输入输出 DA和电源负极 GND。 图 DS18B20的两种封装 兰州工业学院毕业论文 18 表 引脚介绍 引 脚 8 脚 SOI。