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文档简介
伴随着人们生活水平的不断提高,人们对生活环境的要求也越来越高,而温度和湿度是影响人们生活环境的重要因素,因此对于室内温度和湿度的检测在日常生活中就显得尤为重要。室内温湿度检测系统的出现给人们的生产生活带来了极大的方便,本文主要阐述了温湿度检测系统的硬件设计和软件设计。该系统采用温湿度传感器和单片机技术。可以以数字形式直接显示温度值和湿度值,该系统使用方便、读数直观。文章主要讨论了一种基于YX-HT-300U温湿度模块的系统设计。文章从硬件和软件两方面展开了论述,硬件部分首先谈到了系统整体设计,然后从单片机芯片AT89C52的硬件接口电路做出分析和论述,同时增设键盘接口模块,LED显示模块,蜂鸣器报警模块,YX-HT-300U能同时测量相对湿度及温度,文中又论述了YX-HT-300U的性能、结构、工作原理、命令格式及功能,保证了系统设计的高性能;软件系统的设计主要给出了针对各个应用模块的设计思路和设计框架,并对各部分程序进行解释说明。最后,文章对本次设计做出了总结,并对于设计过程中出现的问题做出了详细的讲解。关键词:单片机;YX-HT-300U温湿度传感器;显示;报警AbstractAsthepeopleslivingstandardisenhancing,thepeopleslivingconditionsrequestaregettinghigherandhigherThetemperatureandhumidityistheimportantfactorwhichaffectspeopleslivingenvironment.Therefore,theindoortemperatureandhumiditytestinghasbecomeparticularlyimportantinthedailylife.Theindoortemperatureandhumiditydetectionsystemgivestheappearanceoftheproductionandlivingconveniencebroughtabouttremendous.Thesystemhasusedthehumituresensorandthemonolithicintegratedcircuittechnology.Itmaydemonstratethetemperatureandthehumidityvaluedirectlybythedigital.Thesystemoperatesveryeasy,andthereadingisdirect-viewing.ThearticlemainlydiscussedthesystemwhichbasedontheYX-HT-300Uhumituremodule.Thearticlemainlyelaboratesoverallthesystemsdesignfromthehardwarepartandthesoftwarepart.Thehardwareparttalksaboutthesystemoveralldesignfirstly.ThenithasmadetheanalysisandtheelaborationfromthemonolithicintegratedcircuitchipAT89C52hardwareinterfaceelectriccircuit,Simultaneouslyadditionallybuildsthekeyboardinterfacemodule,theLEDdisplaymoduleandthebuzzerwarningmodule.YX-HT-300Ucansimultaneouslysurveytherelativehumidityandthetemperature.ThearticlealsoelaboratedtheYX-HT-300Uperformance,thestructure,theprincipleofwork,theformsoffieldordersandthefunction.Ithasguaranteedthesystemdesignhigherformance.Thesoftwaresystemsdesignhasmainlygiveninviewofeachapplicationmoduledesignmentalityandthedesignframe,butcarriesonthe explanationexplanationstovarioussubproFinally,thearticlemadeoutthesummaryofthisdesign.Andtharticlehasexplainedtheproblemsofthedesignprocessindetail.Key words: Monolithic integrated circuit; YX-HT-300U humituresensor;demonstration;warning第1章 绪论1.1 室内温湿度检测系统的作用与意义随着经济社会的发展,人们对生活环境的要求越来越高,本设计具有一定的使用价值,该温湿度测量系统的最大优点是利用YX-HT-300U温湿度传感器采集现场的温度和湿度,然后驱动ADC0809来完成温度传感器输出的模拟信号到数字信号的转换。本系统以单片机AT89C52为核心,由7279键盘显示、YX-HT-300U温湿度采集、蜂鸣器报警、x5045上电复位功能、ADC0809的A/D转换器芯片等模块组成。本设计吸收了硬件软件化的思想,大部分功能通过软件来实现,使电路简单明了,系统稳定性大大提高。单片机接受转换好的数据后,存入指定内存单元,由INTO中断服务程序完成。每次驱动A/D转换后等待外部中断1,中断到来说明转换完成,通过中断服务程序读取转换到的数据。温湿度测量的精度已经达到了一定的标准,不仅成本低而且具备了市面上家用及生产生活的一系列功能。1.2单片机的发展趋势与应用1.2.1单片机的发展趋势随着微电子技术的不断发展,微处理器芯片的集成度越来越高,在一片集成电路芯片上集成微处理器、存储器、I/O接口电路等元器件,从而构成了“单芯片微型计算机”,简称单片机。单片机的诞生标志着计算机正式形成了通用的计算机系统和嵌入式计算机系统两个分支。单片机的发展PC系统中的CPU 一样历经几代的过程,由于单片机的巨大市场空间和广泛的应用范围,世界各大芯片厂商纷纷推出自己的单片机产品,但是单片机远没有PC中的CPU更新速度快,大体经历了4位机、8位机、16位机、32位机的发展过程,其中8位机在市场上一直是主流产品。1976年Intel公司率先推出8位机MCS-48系列,1980年又推出了内部功能单元集成度强的8位机MCS-51系列产品,其性能大大超过并取代了MCS-48系列产品。如计算速度为MCS-48系列的10倍,时钟12MHz时钟指令周期可为1us。由于8位机可以一次处理一个ASC码,因而一问世便显示出其强大的生命力,广泛应用于显示、终端键盘、打印、字处理、工业控制等。虽然再8位机发展应用过程中出现了16位机、32位机,乃至64位机,但是8位机仍以它的价格低廉、品种齐全、应用软件丰富、支持环境充分、开发方便等特点而占领着单片机市场的主导地位。所以各大芯片生产厂家商纷纷生产与MCS-51兼容或不兼容的单片机产品。1.2.2单片机的应用领域目前单片机渗透到我们生活的各个领域,几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域,大致可分如下几个范畴:(1) 在智能仪器仪表上的应用单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点,广泛应用于仪器仪表中,结合不同类型的传感器,可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化,且功能比起采用电子或数字电路更加强大。(2) 在工业控制中的应用用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。例如工厂流水线的智能化管理,电梯智能化控制、各种报警系统,与计算机联网构成二级控制系统等。(3) 在家用电器中的应用可以这样说,现在的家用电器基本上都采用了单片机控制,从电饭褒、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、其他音响视频器材、再到电子秤量设备,五花八门,无所不在。(4) 在计算机网络和通信领域中的应用现代的单片机普遍具备通信接口,可以很方便地与计算机进行数据通信,为在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件,现在的通信设备基本上都实现了单片机智能控制,从手机,电话机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信、再到日常工作中随处可见的移动电话,集群移动通信,无线电对讲机等。(5) 单片机在医用设备领域中的应用单片机在医用设备中的用途亦相当广泛,例如医用呼吸机,各种分析仪,监护仪,超声诊断设备及病床呼叫系统等等(6) 在各种大型电器中的模块化应用某些专用单片机设计用于实现特定功能,从而在各种电路中进行模块化应用,而不要求使用人员了解其内部结构。在大型电路中,这种模块化应用极大地缩小了体积,简化了电路,降低了损坏、错误率,也方便于更换。此外,单片机在工商,金融,科研、教育,国防航空航天等领域都有着十分广泛的用途。系统硬件设计3.1单片机系统设计经过上面的总体方案和实施措施的讨论后可以开始着手硬件系统的设计,硬件系统是应用系统的基础、软件系统设计的依据 根据总体功能和性价比及其运行速度等因素的考虑,选用MCS-51系列的89C51为主机,满足上面的要求而且设计方便,不需要再存储扩展。3.1.1AT89C51单片机MCS-51系列单片机主要包括基本型产品8031/8051/8751(对应的低功耗型80C31/80C51/87C51和增强型产品8032/8052/8752。虽然他们是8位的单片机,但是具有品种全、兼容性强性能价格比高等特点且软硬件应用设计资料丰富齐全已为我国广大工程技术人员所熟悉和掌握。在20世纪80年代和90年代,MCS-51系列单片机是在我国应用最为广泛的单片机机型之一。中央微处理器AT89C51:AT89C51是一个低功耗,高性能CMOS8位单片机,片内含4kBytesISP(In-systemprogrammable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器,器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造,兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构,芯片内集成了通用8位中央处理器和ISPFlash存储单元,功能强大的微型计算机的AT89C51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。AT89C51具有如下特点:40个引脚,4kBytesFlash片内程序存储器,128bytes的随机存取数据存储器(RAM),32个外部双向输入/输出(I/O)口,5个中断优先级2层中断嵌套中断,2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口,看门狗(WDT)电路,片内时钟振荡器。此外,AT89C51设计和配置了振荡频率,并可通过软件设置省电模式。空闲模式下,CPU暂停工作,而RAM定时计数器,串行口,外中断系统可继续工作,掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据,停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式。AT89S51单片机综合了微型处理器的基本功能。按照实际需要,同时也考虑到设计成本与整个系统的精巧性,所以在本系统中就选用价格较低、工作稳定的AT89C51单片机作为整个系统的控制器。3.1.3时钟电路 AT89C51单片机各功能部件的运行都以时钟信号为准,有条不紊、一拍一拍地工作。因此时钟频率直接影响单片机的速度,时钟电路的质量也直接影响单片机系统的稳定性。AT89C51单片机内部有一个用于构成震荡的高增益反相放大器,它的输入端为芯片引脚XTAL1,输出端为XTAL2。这两个引脚跨接石英晶体和微调电容,构成一个稳定的自己振荡器。外部时钟方式时外部时钟电源直接接到XTAL1端,XTAL2端悬空。3.1.4复位电路复位是单片机的初始化操作,只需给AT89C51的复位引脚RST加上大雨2个机器周期(即24个时钟震荡周期)的高电平就可使AT89C51复位。复位电路通常采用上自动复位和按钮复位两种方式。上电复位是通过外部复位电路给电容C充电加至RST引脚一个短的高电平信号,次信号随着VCC对电容C的充电过程而逐渐回落,即RST引脚上的高电平持续时间取决于电容C的充电时间。因此为保证系统能可靠地复位,EST引脚上的高电平必须维持足够长的时间。按键手动复位有电平和脉冲两种形式。四、系统软件设计4.1主程序设计对于温湿度监控系统,软件部分主要包括温度采集子程序、湿度采集子程序、AD转换子程序、液晶显示子程序、AT24C02存储子程序以及主程序内按键模式选择程序。首先进行系统初始化,主要是给主要函数赋初值及液晶初始化等。然后在while循环中调用各个子程序,实现温湿度监控的各个功能。4.2湿度采集子程序设计由于AMT1001是采集的模拟量信号,所以必须经过单片机的AD转换,将采集到的模拟信号转换成电压信号,再通过湿度值与电压信号的比值,通过公式将电压信号转换成湿度值。在转换过程中需要注意的是AMT1001的0%RH100%RH的湿度值,对应的电压值是03V的电压,所以在计算过程中就不能直接将单片机板子上的5V电压带进公式计算。在本次的数据换算中,其AD转换器是十位的,所以在换算电压时采用的是高八位,低两位的换算。所以采集到的电压值V=d*5000/1024,本来是乘以5,放大1000倍就是乘以5000。而d=(ADC_RES&0x03)*256+ADC_RESL。此时电压值的公式为:d=d/100/3;10而这时的d才是最后得到的湿度值。4.3温度采集子程序设计 DS18B20是采集的数字量信号,可以在单片机内直接进行AD转换再换算成温度。DS18B
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