仓库温湿度检测系统的设计说明.doc
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1、.毕业设计(论文)毕业设计(论文)题题 目目 仓库温湿度检测系统的设计仓库温湿度检测系统的设计系系别别 电气工程系电气工程系专专业业 电气自动化技术电气自动化技术班班级级 电电 自自 10-310-3姓姓名名进进 喜喜学学号号 1 1指导教师(职称)指导教师(职称)维玲(副教授)维玲(副教授)日日期期 20132013 年年 0303 月月 0202 号号./48摘 要实时检测粮仓环境温度和湿度,对于与时了解粮食的储存状况,防止粮食变质、腐烂非常重要。因此,有效地检测粮仓的温湿度变化是一个重要的研究课题。本文设计了一种基于单片机的简易粮仓温湿度实时检测系统。系统主要包括温湿度信号采集电路、温湿
2、度实时显示电路与温湿度的超限报警电路等。系统采用集成数字式温度传感器DS18B20 采集粮仓环境的温度,利用电容式湿度传感器 HS1101 与 555 定时器构成多谐振荡电路,将湿度信号转换为脉冲信号输出,通过测量脉冲信号频率实现粮仓湿度的测量。系统采用液晶显示器 LCD1602 显示温湿度测量值,利用蜂鸣器和发光二极管进行声光报警,通过键盘调整温湿度超限报警的设定值。本文设计的仓库温湿度实时检测系统具有测量准确度高、工作可靠、使用方便等优点,对于实现仓库环境温度和湿度的实时检测有一定的实际意义。关键词:关键词:温度测量;温度测量;LCD 显示;单片机;传感器.I/48AbstractThe
3、temperature and humidity are two important parameters of indoorenvironment,in order to control the indoor temperature and humidity environmentreal-time,this paper introduces implementation principle of temperature andhumidity real-time monitoringsystem based onMicrocontroller.In this system,use digi
4、tal temperature sensor DS18B20 for indoor temperature signal acquisitionand use humidity sensor HS1101 for signalacquisition on the indoorhumidity,using HS1101 humidity sensor and 555 timers to constitute a circuit to outputpulse signal.The humidity and the temperature signal are sent to the maincon
5、trollerAT89C51microcontrollerforcomputing.Finally,displaythetemperature and humidity values by the LCD1602.In addition,the system can alsosetupper and lower limits of temperature and humidity via the keyboard,and toalarm when temperature gauge and humidity gauge respectively,system useslight-emittin
6、g diode for light emitting warning.The system has function ofdisplaying an intuitive accurate easy to use reliable and so on,can be easilyrealize real-time Monitoring indoortemperature and humidity.KeywordsKeywords:Temperaturemeasurement;Humiditymeasurement;LCDpane;Microcontroller.II/48目录摘摘 要要Abstra
7、ctAbstract.I I1 1 绪绪论论 0 01.1 课题研究背景与意义 01.2 本文主要研究容 12 2 系统方案的设计系统方案的设计 2 22.1 系统功能与设计要求 22.2 方案整体设计 22.3 方案论证 32.4 本章小结 83 3 硬件电路的设计硬件电路的设计 9 93.1AT89C51 的主要性能与引脚介绍 93.2 单片机最小系统的设计 123.3 温度检测电路的设计 143.3.1 温度传感器(DS18B20)的主要性能 143.3.2 温度传感器(DS18B20)与单片机接口的设计 163.4 湿度检测电路的设计 183.4.1 湿度传感器(HS1101)的主要性
8、能 183.4.2 基于湿度测量电路的设计 193.5 系统显示电路的设计 203.5.1 液晶显示器(LCD)的主要性能 203.5.2 液晶显示器(LCD)与单片机的接口电路设计 213.6 键盘电路 233.7 报警电路 243.8 本章小结 254 4 软件设计软件设计 26264.1 系统的主程序设计 264.2温度采集子程序的设计 274.3湿度采集子程序的设计 304.4 显示子程序的设计 315 5结结论论 3636致致3737参考文献参考文献 3838附附 录录 IIII4141.0/481 绪论1.1 课题研究背景与意义我国是一个人口众多的大国,科学储粮是保障人民粮食供应,
9、促进社会安定的大事,粮仓温度的检测在科学储粮中占有重要地位,在大多数粮食存储企业,目前仍主要靠人工检测粮仓温度。由于粮库占地面积大,粮仓分散,仓温度测试点多,因而人工检测工作量大,效率低,检测周期长,容易漏检,而且测量器件损坏率高,测试精度难以保证。控温储粮是使粮食在储藏期间保持一定的温度水平,达到安全储藏的目的。控温储粮能保持粮食较好的品质,是目前比较先进的一种安全、经济、绿色的储粮技术,已成为当今科学储粮技术发展的新方向。粮食储藏是国家为防备战争、灾荒与其它突发性事件而采取的有效措施,因此,粮食的安全储藏具有重要意义。目前,中国地方与垦区的各种大型粮库都还存在着程度不同的粮食储存变质问题。
10、根据国家粮食保护法规定,必须定期抽样检查粮库各点的粮食温度和湿度,以便与时采取相应的措施。但大部分粮库目前还是采取人工测量温度和湿度的方法,这不仅使粮库工作人员工作量增大,且工作效率低,尤其是大型粮库的温度和湿度检测任务如不能与时彻底完成,则有可能会造成粮食大面积变质。据有关资料统计,中国每年因粮食变质而损失的粮食达数亿斤,直接造成的经济损失是惊人的。影响粮食安全储藏的主要参数是粮食的温度和湿度,这两者之间又是互相关联的。粮食在正常储藏过程中,含水量一般在 12%以下(为安全状态),不会产生温度突变,一旦粮库进水、结露等使粮食的含水量达到 20%以上时,由于粮粒受潮,胚芽萌发,新代加快而产生呼
11、吸热,使局部粮食温度突然升高,必然引起粮食“发烧”和霉变,并可能形成连锁反应,从而造成不可挽回的损失。因此设计出一种经济实用的粮库粮情温湿度智能检测系统是非常有必要。.1/481.2 本文主要研究容1完成系统总体方案设计;2进行方案的比较与论证;3进行主机与温湿度传感器的选择;4设计温湿度的采集电路。5设计温湿度的液晶显示电路。6设计系统硬件电路。7设计温湿度的超限报警电路。8完成系统软件流程的设计与编程。.2/482 系统方案的设计2.1 系统功能与设计要求1.基本功能(1)具有粮仓环境的温度、湿度实时测量功能;(2)具有将测量到的温湿度值用液晶 LCD 显示的功能;(3)具有键盘设置温度、
12、湿度的上下限报警值;(4)具有温度、湿度超限声光报警功能。2.设计要求(1)监测对象:仓库储存物。(2)检测得到的温、湿度数据可以实时显示。温度围:-30 50。温度测量的精度0.5oC,调节温度的超调量小于 30%。湿度检测围:10%100%RH;湿度测量的精度1%RH。(3)用户可以自行设定监测粮仓中的温、湿度上、下限值。超限报警。(4)报警方式:LED 指示灯和蜂鸣器的声光报警。(5)显示方式:LCD 显示实现温湿度的测量值。2.2 方案整体设计本设计分为两个部分,一部分是由温湿度传感器组成的检测部分,另一部分是由单片机和 LCD1602 组成的主控与显示部分。温度传感器和湿度传感器检测
13、电路将检测到的数据送到单片机,单片机对接收到的数据进行处理并送到 LCD1602,5V 稳压电源给各个部分供电。系统组成框图如图 2.1 所示。.3/48图 2.1 系统组成框图2.3 方案论证本系统通过单片机的控制从而实现温湿度值的采集、数据的实时显示、上下限的控制以与超限报警的功能。此时,单片机作为微处理器在此起到核心的作用,作为测量型系统要有数据采集模块,即温湿度的采集。经过输入通道,由微处理器拾取必要的数据信息。微处理器对输入数据进行实时处理、显示,出现超限与时报警。方案 1 系统组成与工作原理方案 1 原理框图如图 2.2 所示。单片机控制处理模块温度传感器湿度传感器上下限设定模块显
14、示模块超限报警模块A/D 转换555 振荡电路图 2.2 方案 1 原理框图单片机显示模块湿度检测电路温度检测电路电源.4/48在本方案中采用的是集成温度传感器AD590。集成温度传感器AD590 是美国模拟器件公司生产的集成两端感温电流源。属于电流型温度传感器,通过对电流的测量可得到所需要的温度值。根据特性分档,AD590的后缀以I、J、K、L、M表示。例如AD590L,AD590M一般用于精密温度测量电路。另外,AD590 还有以下电子特性:(1)流过器件的电流(A)等于器件所处环境的热力学温度(开尔文)度数,即:IT/T=1A/K式中:IT为流过器件(AD590)的电流,单位A;T为热力
15、学温度,单位K。(2)AD590的测温围-55+150。(3)AD590 的电源电压围为4V30V。电源电压可在4V6V 围变化,电流IT变化1A,相当于温度变化1K。AD590可以承受44V正向电压和20V反向电压,因而器件反接也不会损坏。(4)输出电阻为710M。(5)精度高 AD590 共有 I、J、K、L、M 五档,其中 M 档精度最高,在-55+150。测量温度与 AD590 电流与经过 10K 电阻输出电压。在此模块中使用集成模拟温度传感器则必须使用 A/D 转换器,把传感器感应到的模拟信号转换成数字信号,再把数字信号直接传输到微处理器当中进行数据处理。A/D 转换器通常选用 AD
16、C0809,ADC0809 是带有 8 位 A/D 转换器、8 路多路开关以与微处理机兼容的控制逻辑的 CMOS 组件。它是逐次逼近式 A/D 转换器,可以和单片机直接接口。ADC0809 对输入模拟量要求:信号单极性,电压围是 05V,若信号太小,必须进行放大;输入的模拟量在转换过程中应该保持不变,如若模拟量变化太快,则需在输入前增加采样保持电路。ADC0809 具有 IN0IN7,8 条模拟量输入通道。A,B,C 三条地址线的地址信号用于控制选择 8 条模拟量输入通道。因 ADC0809 的部没有时钟电路,所需时钟信号必须由外界提供,通常使用频率为 500KHZ。测量空气湿度的方法很多,其
17、原理是根据某种物质从其周围的空气吸收水分后引起的物理或化学性质的变化,间接地获得该物质的吸水量与周围空气的湿度,其中最常用的为电容式和电阻式两种。本方案中采用 CHR-01 湿敏电阻。CHR-01 湿敏电阻适用于阻抗型高分子湿度传感器,它的工作电压为交流 1V,频率为 50Hz2kHz,测量湿度围为20%90%RH,测量精度5%RH,工作温度围为 0+85,最高使用温度 120。.5/48本方案中采用 AT89C52,AT89C52 是 51 系列单片机的一个型号,它是 ATMEL 公司生产的。AT89C52 是一个低电压,高性能 CMOS 8 位单片机,片含 8k bytes 的可反复擦写的
18、 Flash 只读程序存储器和 256 bytes 的随机存取数据存储器(RAM),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 MCS-51 指令系统,片置通用 8 位中央处理器和 Flash 存储单元。AT89C52 可以按照常规方法进行编程,但不可以在线编程。其将通用的微处理器和 flash 存储器结合在一起,特别是可反复擦写的 Flash 存储器可有效地降低开发成本。AT89C52 除了与 AT89C51 所有的定时/计数器 0 和定时/计数器 1 外,还增加了一个定时/计数器 2。定时/计数器 2 的控制和状态位位于 T2CON 和 T2MOD,寄存器对(RCA
19、O2H、RCAP2L)是定时器 2 在 16 位捕获方式或 16 位自动重装载方式下的捕获/自动重装载寄存器,适用围更广阔。电子设计中常用的输出显示设备有:LED 数码管和 LCD 这两种。在本方案中采用 LED数码管,数码管是现在电子设计中使用非常普遍的一种显示设备,每个数码管由 7 个发光二极管按照一定的排列结构组成,根据七个发光二极管的正负极连接不同,又分为共阴极数码管和共阳极数码管两种。利用数码管显示的数据容比较直观,通常显示从 0 到F 中的任意一个数字,一个数码管只能显示一位,而多个数码管就可以显示多位,在此选用四位数码管采用扫描方式进行显示。要显示多位数的时候,数码管操作起来会十
20、分烦琐,同样显示的速度也受到了一定的限制。超限报警最常见的两种方式是光报警和声音报警,在本方案中采用光报警,使用发光二极管发光,为区分是温度超限还是湿度超限,使用发光二极管发光,这样用户就可以一目了然。在本方案中采用行列式键盘,行列式(也称矩阵式)键盘用于按键数目较多的场合,它由行线和列线组成,按键位于行列的交叉点上。行、列线分别连接到+5V 上。无按键按下时行线处于高电平状态,而当有按键按下时行线电平状态将由与此相连的列线电平决定。这一点是识别行列式键盘是否按下的关键所在。方案 2 系统组成与工作原理原理框图如图 2.3 所示。.6/48单片机AT89C51显示模块超限报警模块温度传感器湿度
21、传感器555 振荡电路键盘模块图 2.3 方案 2 原理框图本方案中温度采集可以直接采用数字式传感器DS18B20,数字化温度传感器DS18B20是世界上第一片支持“一线总线”接口的温度传感器,体积更小、适用电压更宽、更经济。一线总线独特而且经济的特点,使用户可轻松地组建温度传感器网络,为测量系统的构建引入全新概念。其测量温度围为-55C+125C,在-10+85C 围,精度为0.5C。DS18B20 可以程序设定 912 位的分辨率,分辨率设定,以与用户设定的报警温度存储在 EEPROM 中,掉电后依然保存。因为每一个 DS18B20 的包含一个独特的序号,多个 DS18B20 可以同时存在
22、于一条总线,而相互不受影响。本方案中采用 HS1101 湿度传感器,该传感器具有以下特点:全互换性 在标准环境下不需校正;长时间饱和下快速脱湿;高可靠性与长时间稳定性;专利的固态聚合物结构;可用于线性电压或频率输出回炉;快速反应时间。该传感器将测量到的湿度转变为电容信号,使用 555 多谐振荡器将电容信号转变为脉冲信号,把脉冲信号输入到微处理器当中进行处理。相对湿度测量围 1%-100%RH,脉冲信号频率在 56236852Hz 之,其误差不大于2%RH,能够达到误差要求。.7/48湿度传感器 HS1101 是基于独特工艺设计的电容元件,这些相对湿度传感器可以大批量生产。可以应用于办公室自动化
23、,车厢空气质量控制,家电,工业控制系统等。它有以下几个显著的特点:1、全互换性,在标准环境下不需校正2、长时间饱和下快速脱湿3、可以自动化焊接,包括波峰或水浸4、高可靠性与长时间稳定性5、专利的固态聚合物结构6、可用于线性电压或频率输出回路7、快速反应时间相对湿度在 0%100%RH 围;电容量由 162pF 变到 200pF,其误差不大于 2%RH;响应时间小于 5s;温度系统为 0.04pF/。可见其精度是较高的。NE555 是一个能产生精确定时脉冲的高稳度控制器,其输出驱动电流可达 200mA。在多谐振荡器工作方式时,其输出的脉冲占空比由两个外接电阻和一个外接电容确定;在单稳态工作方式时
24、,其延时时间由一个外接电阻和一个外接电容确定,它可以延时数微秒到数小时。其工作电压围为:4.5V16V。555 的框图如图 2.4 所示图 2.4555 的基本框图在多数电子设计当中,基于性价比的考虑,8 位单片机仍是首选。目前,8 位单片机在国外仍占有重要地位。在 8 位单片机中又以 MCS51 系列单片机与其兼容机所占的.8/48份额最大。本方案采用 AT89C51 芯片作为硬件核心,该器件采用 ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制造,采用 Flash ROM,部具有 4KB ROM 存储空间,能于 3V 的超低压工作与工业标准的 MCS-51 指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能 8
25、 位 CPU 和闪烁存储器组合在单个芯片中,ATMEL 的 AT89C51 是一种高效微控制器。电子设计中常用的输出显示设备有:LED 数码管和 LCD 这两种。在本方案中采用采用LCD 液晶显示。液晶显示屏具有体积小、功耗低、显示容丰富等特点。因此用户可以根据自己的需求,随意设计显示的容甚至是图案。液晶显示具有很多优点:显示容丰富,兼容性强,而且外围驱动电路设计比较简单,显示能力的扩展将不会涉与到硬件电路的修改,可扩展性很强。不足之处在于其价格较高,驱动程序编写有些复杂。LCD 从显示的形式上通常可以分为笔段型、字符型和点阵图形型。在本方案中选用 LCD1602,它属于字符型,字符型液晶显示
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