基于单片机的环境温湿度监测系统设计.doc
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1、海 南 大 学毕 业 论 文(设计)题 目:基于单片机的环境温湿度监测系统设计 学 号: 20150581310175 姓 名: 林书玮 年 级: 2015级 学 院: 机电工程学院 系 别: 机械系 专 业: 机械设计制造及其自动化 指导教师: 王娟 完成日期: 2019 年 5 月 15 日 摘要 随着科学技术的不断提高,人类社会不断向前发展,人们的生活水平也不断提高。但是,科技的发在也带来了一些环境问题,例如水污染,大气污染。因此,对环境的温湿度监测显得越来越重要,在工业生产、实验研究、农业生产等各个领域,温湿度是监测被控对象的实际状态的基本物理量。所以解决环境问题,温度和湿度是环境的两
2、个最基本最重要的因素。进入二十一世纪以来,单片机在工业生产、家用电器、智能仪表、外用控制等多个领域都得到了广泛的应用。本系统采用ATMEL公司生产的AT89C52单片机为控制芯片,SHT11温湿度传感器,DS1302时钟芯片以及其余元件构成的温湿度监测系统。能够实现对温度是实时采集,并且可以直观得从LCD液晶显示器上观测到温湿度的具体数值。当温度或湿度超过自身所设定上限时,由发光二极管和蜂鸣器组成的报警电路发出警报。论文中对SHT11与单片机连接部分进行了Proteus进行了仿真。本系统具有响应快、抗干扰能力强、成本低等优点,电路设计简单,且能够直接显示并观测到温湿度的变化。 本系统仅仅完成了
3、对环境温湿度的测量部分,并没有实现可以对环境温湿度的控制。但是单片机中仍然留有许多接口,可以拓展功能,所以本系统具有良好的发展前景。关键词:温湿度;AT89C52;SHT11;单片机Abstract With the continuous improvement of science and technology, human society continues to move forward, and peoples living standards continue to improve. However, the development of science and technology
4、 has also brought some environmental problems, such as water pollution, air pollution. Therefore, temperature and humidity monitoring of the environment is becoming more and more important. In industrial production, experimental research, agricultural production and other fields, temperature and hum
5、idity is the basic physical quantity to monitor the actual state of the controlled object. Therefore, to solve environmental problems, temperature and humidity are the two most basic and important factors of the environment. Since the 21st century, single-chip computer has been widely used in indust
6、rial production, household appliances, intelligent instruments, external control and other fields.This system uses AT89C52 single chip computer as control chip, SHT11 temperature and humidity sensor, DS1302 clock chip and other components to constitute the temperature and humidity monitoring system.
7、 It can realize real-time temperature acquisition and intuitively observe the specific values of temperature and humidity from LCD. When the temperature or humidity exceeds the upper limit set by itself, the alarm circuit composed of light emitting diode and buzzer gives an alarm. In this paper, the
8、 connection between SHT11 and MCU is simulated by Proteus. The system has the advantages of fast response, strong anti-interference ability, low cost, simple circuit design, and can directly display and observe the changes of temperature and humidity.This system only completes the measurement of env
9、ironmental temperature and humidity, and does not realize the control of environmental temperature and humidity. But there are still many interfaces in the single-chip computer, which can expand the function, so the system has a good development prospect.Key words: temperature and humidity; AT89C52;
10、 SHT11; MCU目录一、 课题研究的意义51.1温度监测系统现状51.2湿度监测研究现状61.3、国内外温湿度监测技术研究现状6二、 系统硬件设计7图1-172.1、 AT89C52 单片机的特点82.1.1、AT89C52的管脚说明92.2、温湿度采集模块112.2.2、STH11的内部结构和工作原理132.3、显示电路132.3.1、主要技术参数为:132.3.2、LCD1604引脚的功能有:142.4.1、DS1302的基本组成和工作原理162.4.2、DS1302内部寄存器16三、模块功能介绍163.1、时钟电路163.2、复位电路173.3、键盘输入电路183.4、传感器电路1
11、83.5、报警超限电路183.6、显示电路193.7、时钟电路部分203.8、整体电路图21四、 程序框图224.1、总程序图224.2 、温湿度采集及处理框图234.3、 LCD显示框图24五, 仿真调试24六、总结与展望29致 谢30参考文献31附录32一、 课题研究的意义随着科技得不断发展,计算机已经成为推动人类文明发展的重要工具,在人们生活中也越来越依赖计算机,而单片机是计算机发展的一个重要分支领域,它具有体积小、低电压、低功耗、高集成度、高可靠性、便于生产便携式产品的特点。如今生活中各个 领域基本上都有单片机的应用。如导航系统、常用电器。手机、智能仪表、实时工控、远程的通讯控制等。本
12、系统时一个实现实时监控温度变化的系统。AT89C52单片机作为该系统的核心控制硬件将整个系统正常运行,该系统具有低价格、可靠。使用等特点。在我们日常生活中,离不开环境的各种因素,而温度和湿度又是环境质量最主要的两个因素,随着社会的发展,人们的对生活质量的要求不仅仅只在物质上了,精神上的满足感也极为重要。目前环境的温湿度监测以及普及在人们的生活工作之中。在工业生产、农业生产、粮食存储、实验研究和医疗场所等各个领域,都需要用到环境的温湿度监测系统。1.1温度监测系统现状进入二十一世纪以来,科学技术飞速发展,其中计算机技术更是突飞猛进,而这一变化同时带动了以计算机技术为核心的周边技术发展,所以传感器
13、技术同样取得了很大的进步。由传感器发展的监测系统被广泛用于工业生产、农业生产、日常生活、科学研究等各个领域。环境中温度和湿度的监测属于监控系统的一部分,所以出于这方面的传感器芯片以及测量技术都取得了一定的进步。在以前,传统的温度测量法需要人工将温度计放置于测量的位置,同时需要人工度数,这样会导致许多不稳定的因素发生,并且精度低、速度慢和实时性差。这样的监测方法不仅浪费了大量人力,同时也会因为人工度数导致误差发生。随着科技的发展,出现了电阻式温湿度传感器、采样器。并且传感器可将采集到的温湿度转换为电信号,发送给所连接的计算机处理。这种测量方法具有速度快、精度高同时可以降低劳动力等多个有点。并且可
14、以对多个点进行巡回监测。但是这一监测系统仍然有存在着不足。电阻式传感器灵敏度不高且容易受到温度和湿度的影响,使用寿命短。进入二十一世纪,温湿度监测系统的硬件和软件都得到了显著的改善和提高,其中具体表现为热电偶传感器和半导体传感器的出现; 单片机的应用使数据传输及检测速度得到了提高; 采用串行传输的方式; 采用矩阵式布线技术; 运用软硬件的急速组合的方法1.2湿度监测研究现状湿度传感器逐步由分立元件到集成化、智能化、系统化的方向迅速发展,对开发创造更高端湿度监控系统创造了前提条件; 湿度测量系统中运用了自动温度补偿、自动校准湿度、线性化处理等多项先进技术。 湿度传感器最简单的构造就是湿敏元件。其
15、中又可以分为两大类:电阻式和电容式。其中电阻式虽然灵敏度高,但是线性度差,产品互换性差。而电容式则具有灵敏度高、响应速度快、小型化和集成化容易实现等优点10。在最近几年的科技发展飞速,湿度传感器在各方面都有了很大的进步,其中主要体现在以下两个方面:1.3、国内外温湿度监测技术研究现状 上世纪八十年代,国外就已经开始了对温湿度监测的技术研究,其中主要采用的是模拟式的组合仪表,将采集到的温湿度信息进行指示和记录。我国对于温湿度的监控技术起步相对较晚,但是发展飞速,正朝着完全自动化、无人化的方向发展。目前,由于各种新兴技术的出现,国内的环境监测系统与国际标准仍然有很大的差距。在市场竞争逐渐激烈的现在
16、,对环境监测的技术要求也越来越高。虽然国内的温度监测技术有了很大的发展,但是湿度监测技术仍然不是很成熟。环境监测技术是一门融汇多门技术的科学技术,融汇了电子科学、应用科学和信息科学。正朝着科技化、网络化、信息化趋势发展。二、 系统硬件设计如图1-1所示为整体系统框图,本系统以AT89C52单片机为核心,将SHT11采集到的数据收集并处理,之后输出到LCD液晶显示器显示实时的温湿度数据,由报警电路发出警报。通过操作按钮式开关,可以调整温湿度上下限设定。同时通过DS1302时钟产生的实时时间数据。硬件中包括一个开关,为复位开关。开机后,所有器件初始化,SHT11温湿度传感器启动同时开始温湿度的测量
17、和计算,同时DS1302产生实时的日期和时间,之后将结果输入单片机AT89C52之中,再经过单片机处理过的数据输出到显示电路和报警电路。其他一些附件,比如复位、晶振电路。整体电路框图如下:温湿度传感器SHT11单片机AT89C52报警发声电路时钟芯片DS1302液晶显示器图1-12.1、 AT89C52 单片机的特点AT89C52是一种具有广泛应用的单片机,属于MCS-51系列,由于通用单片机的原理和内部结构都是互通的,通过此次设计,能够更加了解通用单片机的结构和控制流程。 AT89C52属于中低端的单片机,所以本身不具有有D/A转换功能。AT89C52是一个低电压、高性能CMOS8位单片机,
18、具有以下特点:2个串行中断,可编程UART串行通道2个读写中断先,3级加密位可兼容MSC51的指令系统256X8bit的内部RAM16位可编程定时/计数器中断时钟频率0-24MHz32个双向I/O口随着科技的不断发展,单片机的种类也不断增多,单片机所具有的功能也越来越强大,单片机按照用法得不同,在应用领域可以分为:工控类、通信类、家电类等,本设计主要是利用一个小型单片机设计一个系统的小型控制中心,所以8位的单片机就能够满足我们的大部分需求,除此之外,考虑到成本以及耗损问题,所以,本系统使用价格低廉,同时应用广泛的AT89C52单片机低功耗空闲和掉电模式,软件设置睡眠和唤醒功能2个外部中断源,共
19、6个中断源具有8KB的可反复写擦的Flash ROM有PDIP、PQFP、TQFP及PLCC等几种封装形式,以适应不同产品的需求2.1.1、AT89C52的管脚说明如图所示是AT89C52单片机的管脚排列方式 图2-1这些管脚的具体功能如下表所示VCC供电电压GND接地P0口P0口是一组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。在Flash编程时,P0口接收指令字节,
20、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P1是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(IIL)。与AT89C51不同之处是,P1.0 和P1.1还可分别作为定时/计数器2 的外部计数输入(P1.0/T2)和输入(P1.1/T2EX)P2口P2是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
21、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(IIL)。在访问外部程序存储器或16 位地数据存储器(例如执行MOVX DPTR 指令)时,P2口送出高8位地址数据。在访问8位地址的外部数据存储器(如执行MOVXRI 指令)时,P2口输出P2锁存器的内容。Flash编程或校验时,P2亦接收高位地址和一些控制信号。P3口P3口是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
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