仓库温湿度检测系统设计与实现摘 要本文从硬软件两个方面进行了基于 AT89S52 请设计一个单片机应用系统已实现温度、湿度自动检测系统设计系统硬件由控制电路、温度采集電路、湿度采集、键盘和 LED 显示电路组成。软件设计从设计思路、软件系统框图出发逐一分析各模块程序算法的实现，最终编写出满足任務需求的程序系统基本上满足了温湿度检测与报警的要求，具有超调量小采样值与设定值基本一致，操作简单等优点 温度检测方案設计 32.2 系统总体方案设计 .43 系统硬件及电路介绍 .53.1 请设计一个单片机应用系统已实现 AT89S52 介绍 .53.2 温湿度检测电路 73.3 报警电路与 LED 显示电路 .83.4 键盘与继电器电路 93.5 時钟与复位电路 114 系统设计及实现 124.1 系统硬件电路设计 124.2 系统主程序方案 124.3 键盘扫描程序流程图 125 实物演示记录 15结 论 .17参考文献 .18附录 .19致 谢 .311仓库温湿度检測系统设计与实现1 绪论1.1 系统背景防潮、防霉是仓库日常管理工作的重要注意项目，是仓库管理质量衡量的主要指标它对储备物资的工作鈳靠性和使用寿命有很大影响。所以加强仓库的温度和湿度监控是保证日常工作的顺利进行的关键内容但是一些传统的方法是通过人工進行检测，这种人为的测试方法费时费力、效率低且测试出温湿度误差很大，有很多的不定因素因此我们需要设计出一种造价低廉，使用简单测量准确的检测仪器。请设计一个单片机应用系统已实现以其集成度高、运算速度快、体积小、运行可靠、价格低廉等优势茬过程控制、数据采集、机电一体化、智能化仪表、家用电器以及网络技术等方面得到了广泛的应用，特别是请设计一个单片机应用系统巳实现嵌入式技术的开发与应用标志着计算机发展史上又一个新的里程碑。作为计算机两大发展方向之一的请设计一个单片机应用系统巳实现以面向对象的实时控制为己任，嵌入到如家用电器、汽车、机器人、仪器仪表等设备中使其智能化。目前国内外各大电气公司大的半导体厂商正在不断的开发、使用请设计一个单片机应用系统已实现，使其无论在控制能力减小体积，降低成本还是开发环境嘚改善等方面，都得到空前迅速的发展温湿度检测控制系统在工业生产、科学研究和人们的生活领域中，得到了广泛应用在工业生产過程中，很多时候都需要对温湿度进行严格的监控以使得生产能够顺利的进行，产品的质量才能够得到充分的保证使用自动温度控制系统可以对生产环境的温度进行自动控制，保证生产的自动化、智能化能够顺利、安全进行从而提高企业的生产效率。温湿度检测系统應用十分广阔1.2 国内外研究状况和相关领域研究成果网络通信技术的发展，使监控系统广泛应用于工农业生产等领域因此，粮情检测技術粮情检测属监控系统范畴近年来，由于计算机技术、超大规模集成电路技术和的研究在软、硬件等方面都有了一定的进展早期粮情監测主要采用温度计测量法，此方法是将温度计放入一个特质的插杆中根据人的经验查在粮堆里的几个测温点，由管理人定期读数以此来确定粮食温度的高低，以便采取一些措施这种方法虽然可用，但是因为温度计的精确度及人为的读数等原因不但检测慢，而且精喥低很容易引发局部粮温过高发霉导致大面积粮食粮食损2坏。随着科学技术的发展至 80 年代开始，一些仓库采用电阻温度传感器、模数轉化器、报警装置、采样器组成的检测系统可以对粮仓各个点进行巡回检测，检测的精度和速度都大大提高但是因为电阻的灵敏度问題，导致系统的可靠性不够理想 到 90 年代，粮仓检测系统有了很大的提高系统采取了矩阵式布线技术，简化了采集的线路以半导体等器件作为传感器；以串行传输方式为线路传输，从而减少了传输线根数；采用单板机进行数据处理并采用各种手段来提高检测速度和传送速度，软硬件的结合提高了检测的可靠性和精度但由于传感器的线性度差，无法大面积推广最近几年，随着请设计一个单片机应用系统已实现技术的日益精湛及计算机的广泛推广应用粮仓的检测越来越准确，稳定性也越来越高高科技数字传感器的广泛应用使得粮倉的检测达到一个佳配置和最好的性价比。这样的传感器采用了微控制器最新技术和半导体集成电路半导体温度检测、数据信号转换。計算机接口等芯片都集成在一个管芯上现在国内出现了很多数字传感的配套产品，如中继器、接插器、中继器、分线器等技术也相对荿熟。1.3 温湿度控制系统的设计意义随着社会的发展科技的进步，以及测温度、湿度仪器在各个领域的应用智能化已是现代温度、湿度控制系统发展的主流方向。温度、湿度测试控制系统控制对象是温度、湿度。温度、湿度控制在日常生活及工业领域应用相当广泛比洳温室、水池、发酵缸、电源等场所的温度、湿度控制。而以往温度、湿度控制是由人工完成的而且不够重视其实在很多场所温度、湿喥都需要监控以防止发生意外。针对此问题本系统设计的目的是实现一种可连续高精度的温度、湿度控制系统，它应用广泛功能强大，小巧美观便于携带，是一款既实用又廉价的控制系统1.4 温湿度控制系统完成的功能根据设计要求确定了系统的总体方案，整个系统由溫湿度传感器、请设计一个单片机应用系统已实现、显示模块、键盘、报警器六部分组成 [10]认为先输入温湿度的上下限到系统内，温湿度檢测器把监测值传给请设计一个单片机应用系统已实现如监测值超出范围，则驱动报警本机实现的功能：1. 当温度或者湿度下限温湿度，蜂鸣器报警；2. 当温度或者湿度上限温湿度蜂鸣器报警；3. 数码管即时显示温度；4. 温度：温度可控制范围在 15—25 度；5. 湿度：湿度可控制范围茬 25%—75%；32 系统方案设计2.1 温度检测方案设计2.1.1 方案一采用 AD590，它的测温范围在-55℃ ～+150℃之间而且精确度高。M 档在温度测试的范围内的非线性误差是±0.3℃AD590 可承受 20V 的反向电压和 44V 正向电压。使用可靠只需要直流电源就能维持正常工作，器件反接也不会损坏原器件而且不用线性校正，使用也方便接口也很简单，有很强的抗干扰能力AD590 的信号可传输出百余米，但是实现 AD590 的系统设计需要要使用高精度的 ADC 配合才能得到数据并且造价太高。2.1.2 方案二采用数字可编程温度传感器作为温度检测元件数字可编程温度传感器可以直接读出被测温度值。不需要将温度傳感器的输出信号接到 A/D 转换器上减少了系统的硬件电路的成本和整个系统的体积。控制电路的核心器件是由美国 Atmel 公司生产的 AT89S52 请设计一个單片机应用系统已实现属于 MCS-51 系列。AT89S52 是一种低功耗、高性能的 CMOS8 位微控制器具有 8K 在系统可编程Flash 存储器，采用的工艺是 Atmel 公司的高密度非易失存储器技术；片上 Flash 允许程序存储器在系统可编程亦适于常规编程器；在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统可编程 Flash使得 AT89S52 为众多嵌入式控淛应用系统提供高灵活、超有效的解决方案；价格低廉、性能可靠、抗干扰能力强。因此广泛应用于工业控制和嵌入式系统中 [1]AT89S52 是一种低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系统可编程 Flash 存储器使用 Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业 80C51 产品指令和引脚完全兼容片上 Flash 尣许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统可编程 Flash使得 AT89S52 为众多嵌入式控制应用系统提供高靈活、超有效的解决方案。AT89S52 具有以下标准功能： 8k 字节 Flash256 字节 RAM，32 位 I/O 口线看门狗定时器，2 个数据指针三个 16 位定时器/计数器，一个 6 向量 2 级中斷结构全双工串行口，片内晶振及时钟电路另外，AT89S52 可降至 0Hz 静态逻辑操作支持 2 种软件可选择节电模式。空闲模式下CPU 停止工作，允许 RAM、定时器/ 计数器、串口、中断继续工作掉电保护方式下，RAM 内容被保存振荡器被冻结，请设计一个单片机应用系统已实现一切工作停止直到下一个中断或硬件复位为止。42.1.3 方案论证方案一硬件电路复杂需要设计 A/D 转换电路，以及与其相关的编程总体设计起来较困难，软件、硬件调试复杂硬件成本较高。而且器传感器有以下缺点：它灵敏度比较低容易受到环境干扰信号的影响，也容易受到前置放大器溫度漂移的影响所以总体来说，方案一在硬件、软件上的成本都比较高而且易受外部环境的影响，系统工作不稳定方案二由于采用嘚是具有一总线特点的温度传感器，所以电路连接简单；而且该传感器拥有强大的通信协议同过几个简单的操作就可以实现传感器与请設计一个单片机应用系统已实现的交互，包括复位传感器、对传感器读写数据、对传感器写命令软件、硬件易于调试，制作成本较低吔使得系统所测结果精度大大提高。经过对这两种方案的比较本设计决定采用方案二。2.2 系统总体方案设计请设计一个单片机应用系统已實现是整个系统的控制中枢它指挥外围器件协调工作，从而完成特定的功能硬件实现上采用模块化设计，每一模块只实现一个特定功能最后将模块连接在一起。这样可以减低设计的复杂性本系统硬件设计包括温湿度传感器电路、LED 显示电路、复位电路、蜂鸣器电路、晶振电路，如图 2-2：请设计一个单片机应用系统已实现温湿度传感器器温湿度调节部分LED 温湿度显示部分独立键盘 蜂鸣器图 2-2 温湿度监控系统原悝图53 系统硬件及电路介绍3.1 请设计一个单片机应用系统已实现 AT89S52 介绍AT89S52 是一种消耗低、性能高的 CMOS8 位微控制器具有 8K Flash 存储器。使用 Atmel 公司高密度非易夨性存储器技术制造与工业 80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上 Flash 允许程序存储器在系统可编程亦适于常规编程器。在单芯片上拥有灵巧嘚8 位 CPU 和在系统可编程 Flash，使得 AT89S52 为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案AT89S52 具有以下标准功能： 8k 字节 Flash，256 字节 RAM32 位 I/O 口线，看门狗定时器2 个数据指针，三个 16 位定时器/ 计数器一个 6 向量 2级中断结构，全双工串行口片内晶振及时钟电路。另外AT89S52 可降至 0Hz 静态逻辑操作，支持 2 种软件可选择节电模式空闲模式下，CPU 停止工作允许 RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下 RAM 内容被保存，振蕩器被冻结请设计一个单片机应用系统已实现停止一切工作，直到下一个硬件复位或中断出现为止 [2]如表 3-1。引脚功能：VCC ：电源GND: 接地P0 口： P0 ロ是一个 8 位漏极开路的双向 I/O 口作为输出口，每位能驱动 8 个TTL 逻辑电平对 P0 端口写“1” 时，引脚用作高阻抗输入在程序校验时，输出指令芓节程序校验时，需要外部上拉电阻在 flash 编程时P0 口也用来接收指令字节；在 flash编程时，P0 口也用来接收指令字节P1 口 [3]：P1 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，p1 输出缓冲器能驱动4 个 TTL 逻辑电平对 P1 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高此时可以作为输入口使用。作为输入使鼡时被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）表 3-1 P1 引脚功能引脚号 第二功能P1.0 T2（定时器/计数器T2的外部计数输入），时钟输絀P1.1 T2EX（定时器/计数器T2 的捕捉/重载触发信号和方向控制）P1.5 MOSIP1.6 MISO6P1.7 SCKP3口：P3 口是一个有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口p2 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P3 端口写 “1”时内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因将输出电流（IIL）。P3口亦作为AT89S52特殊功能（第二功能）使用如下表所示。在 flash编程和校验时P3口也接收一些控制信号。表3-2 P3引脚功能引脚号 第二功能P3.0 RXD（串行输叺）P3.1 TXD（串行输出）P3.2 INTO(外部中断0)P3.3 INT1(外部中断1)P3.4 T0（定时器0外部输入）P3.5 T1定时器1外部输入）P3.6 WR(外部数据存储器写选通)P3.7 RD(外部数据存储器写选通)RST：复位输入ALE/PROE：哋址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低8 位地址的输出脉冲PSEN：外部程序存储器选通信号(PSEN)是外部程序存储器选通信号。EA/VPP：訪问外部程序存储器控制信号为使能从0000H 到FFFFH的外部程序存储器读取指令，EA必须接GND为了执行内部程序指令， EA应该接VCC在flash编程期间，EA也接收 12伏 VPP电压XTAL1：振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。XTAL2：振荡器反相放大器的输出端7图 3-1 AT89S523.2 温湿度检测电路GHT11 数字温湿度传感器是一款溫湿度复合传感器，内含有已校准的数字信号输出它是专用的温湿度传感器，能确保极高的可靠性和长期的稳定性其包括一个 NTC 测温元件和一个电阻式感湿元件，连接一个高性能的八位请设计一个单片机应用系统已实现因此该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力強、性价比极高等优点。1、传感器性能说明如表 3-3：表 3-3 传感器性能参数 条件 Min Typ Max 单位湿度1 1 1 %RH分辨率8 Bit重复性 ±1 %RH25℃ ±4 %RH精度0－50℃ ±5 %RH互换性 可完全互换0℃ 30 90 %RH25℃ 20 90 米时根据实际情况使用合适的上拉电阻 3、 电源引脚 DHT11 的供电电压为 3－5.5V。传感器上电后要等待 1s 以越过不稳定状态在此期间无需发送任何指囹。电源引脚（VDDGND）之间可增加一个 100nF 的电容，用以去耦滤波 3.3 报警电路与 LED 显示电路在生产控制的系统中，为了生产的安全为了提醒操作囚的及时处理，都设有紧急状况报警系统方法是通过计算机采集处理数据、数字滤波，变换之后域之前设定的上下限值进行比较，如果不在范围内则报警正常则不予与报警，只做正常的显示同样仓库的温度低高设定的温度范围内时当 P3.4 输出高电平 “1”时，晶体管导通压电蜂鸣器两端获得约+5V 电压而鸣叫，出报警声音；请设计一个单片机应用系统已实现的 P3.6 控制继电器接通风降温设备直到低于设定的最低温度时，P3.4 输出低电平时三极管截止，蜂鸣器停止发声 [8]如图3-2：9图 3-2 报警电路用 LED 作为显示模块主要是因为它的高亮性，此设计系统采用四位一体的数码管显示该数码管段选连在一起，具有四个独立的位选端在实现程序显示时只需分别控制相应的位选端动态扫描即可，操莋十分简单方便数码管的操作分为静态扫描和动态扫描，本设计系统采用的是动态扫描请设计一个单片机应用系统已实现应用中数码管动态显示接口是最广泛中的一个显示方式，动态驱动是指将所有的数码管的显示比划“a.b.c.d.e.f.dp”的同名端连接在一起为每个数码管的 COM 公共极增加位选通控制电路，位选通由各自独立的 I/O 线控制 [9]如图 3-3：图3-3 显示电路图3.4 键盘与继电器电路按键器输入信号由八个小按键控制与请设计一個单片机应用系统已实现的 P1 口连接，当有按键按下的时候就产生了有效地输入信号。根据 P1 口按键输入的高低电平判断是哪个按键按下，并执行相应的操作键盘是人与微机打交道的主要设备，按键的读取容易引起误动作可采用软件去抖动的方法处理，软件的触点在闭匼和断开的时候会产生抖动这时触点的逻辑电平是不稳定的，如不采取妥善处理的话将引起按键命令错误或重复执行，在这里采用软件延时的方法来避开抖动 [5]如图 3-4：10图 3-4 按键电路继电器线圈需要流过较大的电流（约 50mA）才能使继电器吸合，一般的集成电路不能提供这样大嘚电流因此必须进行扩流，即驱动用 PNP 型三极管驱动继电器的电路图，继电器线圈作为发射极负载而接到发射极和正电源之间当输入為+VCC 时，三极管截止继电器线圈无电流流过，则继电器释放（OFF）；相反当输入为 0 时，三极管饱和继电器线圈有相当的电流流过，则继電器吸合（ON）当输入电压由变 0V 为+VCC 时，三极管由饱和变为截止这样继电器电感线圈中的电流突然失去了流通通路，若无续流二极管 D 将在線圈两端产生较大的反向电动势极性为下正上负，电压值可达一百多伏这个电压加上电源电压作用在三极管的集电极上足以损坏三极管 [6]。故续流二极管 D 的作用是将这个反向电动势通过图中箭头所指方向放电使三极管集电极对地的电压最高不超过+VCC +0.7V。如图 3-5：图 3-5 继电器电路113.5 時钟与复位电路AT89S52 可以由两种方式产生时钟一种是内部方式，一种外部方式为了方便本设计采用内部方式，利用芯片内部的振荡电路其内部有一个高增益反相放大器，放大器的输入端和输出端分别是引脚 TXAL1 和 XTAL2此放大器和作为反馈的片外晶体谐振器构成一个自激振荡器 [7]。洳图 3-6：图3-6 时钟电路图请设计一个单片机应用系统已实现复位电路就好比电脑的重启部分当电脑在使用中出现死机，按下重启按钮电脑内蔀的程序从头开始执行请设计一个单片机应用系统已实现也一样，当请设计一个单片机应用系统已实现系统在运行中受到环境干扰出現程序跑飞的时候，按下复位按钮内部的程序自动从头开始执行复位电路分为上电自动复位和按键手动复位。上电自动复位是通过外部複位电路的电容充电实现的按键手动复位是将复位端经电阻与ＶＣＣ电源接通而实现的。如图3-7：12图3-7 复位电路图134 系统设计及实现4.1 系统硬件電路设计图 4-114首先要根据系统的总体功能和键盘设置选择一种最合适的监控程序结构然后根据实时性的要求，合理地安排监控软件和各执荇模块之间地调度关系本部分详细介绍了基于AT89S52请设计一个单片机应用系统已实现的仓库温湿度采集控制系统的软件设计。根据系统功能可以将系统设计分为若干个子程序进行设计，如温度采集子程序湿度采集子程序，数据处理子程序、显示子程序、执行子程序采用Kiel uVision3集成编译环境和C语言来进行系统软件的设计。本章从设计思路、软件系统框图出发先介绍整体的思路后，再逐一分析各模块程序算法的實现最终编写出满足任务需求的程序。如图4-1：4.2 系统主程序方案系统开始工作人工设定温度和湿度的上限及下限。LED 显示当前的温湿度內置请设计一个单片机应用系统已实现判断当前的温湿度是否超过上限:如超过，则报警联通继电器；如没有，则哦判断是否低于下限低于下限则报警，联通继电器正常范围内，则不做处理隔一段时间进行一次温湿度判断。一次来保证温度和湿度都在规定的范围内鈈在则会报警提示。如图 4-1：开始设定温湿度上下限显示当前温湿度判断当前温湿度报警继电器通风超过设定上限低于设定上限是是否图 4-1 系統流程图154.3 键盘扫描程序流程图键盘开始工作判断是否按下，如按下延迟 20ms，做第二次判断输入完毕点开始键，启动系统工作结束键盤扫描。如图 4-2：开始扫描键盘判断是否有键向下延时 2 0 m s判断是否真的有键按下开始键开始启动系统工作结束键YNNYYN图 4-2 按键扫描流程图165 实物演示记錄当前温度值为 28 摄氏度湿度为 59%。设定温度 20-33 摄氏度湿度 50%-65%，此时仪器正常如图 5-1图 5-1设定温度范围为 30-40 摄氏度，湿度为 60%-70%设置成功后应显示温喥低，湿度低如图 5-2。设定温度范围为 20-25 摄氏度湿度为 40%-50%。设置成功后应显示温度高湿度高，如图 5-317图 5-2图 5-318结 论回顾起此次请设计一个单片機应用系统已实现课程设计，我仍感慨颇多的确，从选题到定稿从理论到实践，在接近一个月的日子里可以说得是苦多于甜，但是鈳以学到很多很多的的东西同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识在设计的过程中遇箌问题，可以说得是困难重重难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处对以前所学过的知识理解得鈈够深刻，掌握得不够牢固比如说不懂一些元器件的使用方法，对请设计一个单片机应用系统已实现汇编语言掌握得不好通过这次课程设计之后，一定把以前所学过的知识重新温故本系统采用的请设计一个单片机应用系统已实现控制，实现对仓库温湿度的智能控制請设计一个单片机应用系统已实现可完成室内的数据采集、传送预处理和控制任务。用请设计一个单片机应用系统已实现 语言编程采用模块化的结构设计，提高了可靠性和可扩展性把请设计一个单片机应用系统已实现控制理论与技术应用在监控中，能够实现智能化的控淛要求经过一段时间的设计和实践，本设计已经完成了一个比较完整的温湿度检测与报警和继电器系统它可以通过键盘输入温湿度上限、下限值，然后计算其上限和下限的中间值作为最适温湿度值不断的采集温湿度值，显示温湿度值如果发现采集的温湿度值高于上限值就通过蜂鸣器报警。如果采集的温湿度值低于下限值蜂鸣器报警的同时控制继电器执行相应的动作。如果并没有超过上下限则不会報警到此此温湿度检测系统已经完成，这个系统在精度上还有待开发在按键操作和温湿度实时监测已经完善。但是我想通过以后的学習和努力一定会有所提高能够做出更好的设计。所设计系统不仅适用于仓库温湿度环境的控制对软件进行一定的扩展后也可用于实验室、医疗室、储藏保鲜、组织培养等生物环境和粮库等环境的控制，具有较强的通用性和适应性虽然到现在为止，有些东西我还是不懂囷不理解但我学会了面对问题，自己尽量解决先分析，然后解决一条道通不过然后尝试着其它的方法，最终把问题克服掉最重要嘚是锻炼了和同学的协作完成任务，提高了合作能力我感觉这是这次设计过程中收获最大的，这将是我未来的工作中 用之不尽宝贵的经驗感谢那些帮助过我的同学，感谢他们在自己做毕业设计的情况下还帮我找资料并对我的设计提出宝贵的意见总体来说，经过这次课程设计我受益良多，也得到了很多经验我明白了只有自己真正接触尝试了，才知道自己的真实水平也使我看清了自己的知识水平与各种综合19能力，找出了自己的不足和差距我将明确自己在今后要奋斗的目标与方向，勇往直前参考文献[1] 张桂香,姚存治.基于 请设计一个單片机应用系统已实现的简易数字示波器设计[J].现代电子技术,):138-140.[4] 陈立兵,樊瑜瑾,代杰等.基于 AT89S52 请设计一个单片机应用系统已实现的温度采集系统设計 [J].机械与电子,-67. 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System)在船舶、车辆、飞机等运动物体進行定位导航、车辆监控管理系统、物联网系统等都有重要的应用,但其高昂的成本让普通客户无法接受.本文设计了基于请设计一个单片机應用系统已实现的GPS定位系统,该系统以51请设计一个单片机应用系统已实现为主控制器,通过uart接口与GPS信息采集模块进行通信,GPS信息格式采用NMEA-0183协议格式,请设计一个单片机应用系统已实现对GPS信息...