课程设计（论文）-传感器孵化室温湿度监控系统设计.doc

孵化室温湿度监控系统设计沈 阳 工 程 学 院课 程 设 计设计题目： 孵化室温湿度监控系统设计 系 别 自控系 班级 测控本091 学生姓名 学号 26 指导教师 职称 讲师 起止日期：2012年 3 月 5 日起至 2012 年 3 月16 日止沈阳工程学院课程设计任务书课程设计题目： 孵化室温湿度监控系统设计 系 别 自动控制工程系 班级 测控本091 学生姓名 庄国庆 学 号 26 指导教师 祝尚臻 职称 讲师 课程设计进行地点： F430 任 务 下 达 时 间： 2011 年 3月5日 起止日期：2012 年 3 月5日起至 2012年 3 月16日止教研室主任 年 月 日批准孵化室控温控制电路设计1 设计主要内容及要求1.1 设计目的：（1）了解温湿度检测和控制技术的基本知识以及电工电子学、单片机、传感器等相关技术。 （2）初步掌握常用测温、测湿方法的特点和应用场合，并选择恰当方法应用于本设计。 （3）通过学习，具体掌握所选择测温、测湿方法和相关传感器的使用特点和方法。1.2 基本要求（1）孵化室对温度有一定要求，温度是否合适直接影响孵化效果，为此需要对温度进行严格控制，主要指标如下：孵化室温控制在3642，温度低时启动电热器加热，温度高时，启动风扇冷却。报警指示，当温度大于42或低于36时，用声光报警。孵化室湿度要求保持在相对湿度55 60范围内，超出该范围要求声光报警。 （2）要求设计相关的硬件电路，选择合适的传感器、控制系统和显示系统。 （3）要有相应的控制算法（软件流程图）。1.3 发挥部分 自由发挥2 设计过程及论文的基本要求：2.1 设计过程的基本要求（1）基本部分必须完成，发挥部分可任选；（2）符合设计要求的报告一份，其中包括总体设计框图、电路原理图各一份；（3）报告的电子档需全班统一存盘上交。2.2 课程设计论文的基本要求（1）参照毕业设计论文规范打印，包括附录中的图纸。项目齐全、不许涂改，不少于4000字。图纸为A4，所有插图不允许复印。（2）装订顺序：封面、任务书、成绩评审意见表、中文摘要、关键词、目录、正文（设计题目、设计任务、设计思路、设计框图、各部分电路及相应的详细的功能分析和重要的参数计算、工作过程分析、元器件清单、主要器件介绍）、小结、参考文献、附录（总体设计框图与电路原理图）。3 时间进度安排顺序阶段日期计 划 完 成 内 容备注12012.3.5讲解主要设计内容，安排学生查阅资料打分22012.3.6检查任务框图的设计情况打分32012.3.7检查整个设计理论方面的准备情况打分42012.3.8指导学生进行传感器的选择打分52012.3.9进程传感器及测量电路的硬件电路设计打分62012.3.12讲解原理图的绘制要求打分72012.3.13检查原理图完成情况，讲解及纠正错误打分82012.3.14检查流程图的绘制及报告的书写要求打分92012.3.15布置答辩打分102012.3.16答辩、写报告打分2012-3-5沈 阳 工 程 学 院 孵化室温湿度控制 课程设计成绩评定表系（部）： 自控系 班级：测控本091 学生姓名： 庄国庆 指 导 教 师 评 审 意 见评价内容具 体 要 求权重评 分加权分调研论证能独立查阅文献,收集资料；能制定课程设计方案和日程安排。0.15432工作能力态度工作态度认真，遵守纪律，出勤情况是否良好，能够独立完成设计工作， 0.25432工作量按期圆满完成规定的设计任务，工作量饱满，难度适宜。0.25432说明书的质量说明书立论正确，论述充分，结论严谨合理，文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，图表完备，书写工整规范。0.55432指导教师评审成绩（加权分合计乘以12） 分加权分合计指 导 教 师 签 名： 年 月 日评 阅 教 师 评 审 意 见评价内容具 体 要 求权重评 分加权分查阅文献查阅文献有一定广泛性；有综合归纳资料的能力0.25432工作量工作量饱满，难度适中。0.55432说明书的质量说明书立论正确，论述充分，结论严谨合理，文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，图表完备，书写工整规范。0.35432评阅教师评审成绩（加权分合计乘以8）分加权分合计评 阅 教 师 签 名： 年 月 日课 程 设 计 总 评 成 绩分摘 要本次课程设计是孵化室温湿度监控系统的设计，孵化室内的温度和湿度直接影响出雏率和幼雏的健康，严格控制孵化室内的温湿度极为重要。目前常见孵化室的温湿度控制主要还是依靠人工，温度测量不很准确，温度调整也不及时。所以，根据该课设要求，我设计了一个基于人工智能的原理对孵化室的温湿度进行控制的方案，较好的实现了孵化室的温湿度控制。该方案通过SHT11温湿度传感器对孵化室内的温度和湿度进行采集，并将采集的信号传给AT89C2051单片机，通过单片机实现智能控制，将孵化室的温度控制在3642，温度低时通过加热电路对室内加热，温度高时，启动风扇冷却。并且，当温度大于42或低于36时，用声光报警。同时，保持孵化室内的相对湿度在55 60范围内，当湿度低于设定值时，通过加湿器加湿，并且，超出该范围启动声光报警。本系统操作简单、工作稳定可靠、实用性强、成本低、节能效果显著。适应了现代化农业的需要，适用范围广，其经济效益很好，具有较好的推广价值。关键词 温湿度传感器 孵化室 单片机 V孵化室温湿度监控系统设计目 录摘 要V1设计任务描述- 1 -1.1设计题目- 1 -1.2设计主要内容及要求- 1 -1.2.1设计目的：- 1 -1.2.2基本要求- 1 -1.2.3发挥部分：- 1 -2设计思路- 2 -3流程图- 3 -总体设计流程图- 3 -4环节设计及参数计算- 4 -4.1.稳压源部分电路的设计- 4 -4.2温湿度传感器的温湿度采集及单片机配置电路设计- 5 -4.3显示电路设计- 6 -4.4温湿度控制电路- 7 -4.5温湿度执行电路电路设计- 8 -4.7光电隔离电路设计- 9 -5 工作过程分析- 10 -6元件清单- 11 -7主要元器件介绍- 12 -7.1SHT11温湿度传感器- 12 -7.2光电耦合器- 17 -7.3 AT89C2051单片机- 18 -总 结- 24 -参考文献- 26 -附录- 27 - 孵化室温湿度监控系统设计- 31 - - 孵化室温湿度监控系统设计1设计任务描述1.1设计题目孵化室温湿度监控系统设计。1.2设计主要内容及要求1.2.1设计目的：（1）了解温湿度检测和控制技术的基本知识以及电工电子学、单片机、传感器等相关技术。 （2）初步掌握常用测温、测湿方法的特点和应用场合，并选择恰当方法应用于本设计。 （3）通过学习，具体掌握所选择测温、测湿方法和相关传感器的使用特点和方法。1.2.2基本要求（1）孵化室对温度有一定要求，温度是否合适直接影响孵化效果，为此需要对温度进行严格控制，主要指标如下：孵化室温控制在3642，温度低时启动电热器加热，温度高时，启动风扇冷却。报警指示，当温度大于42或低于36时，用声光报警。孵化室湿度要求保持在相对湿度55 60范围内，超出该范围要求声光报警。（2）要求设计相关的硬件电路，选择合适的传感器、控制系统和显示系统。（3）要有相应的控制算法（软件流程图）。1.2.3发挥部分：自由发挥2设计思路孵化室温湿度监控系统设计的方案中，我采用的是SHT11传感器，它是一款基于CMOSensTM技术的由多个传感器模块组成的单片全校准数字输出相对湿度和温度传感器。具有极高的可靠性和卓越的长期稳定性。芯片内包括经较准的相对湿度和温度传感器。整体电路主要通过温湿度传感器、单片机、加热器、风扇、加湿器和干燥器，来实现对孵化室的温度和湿度的调节，并伴有声光报警和液晶显示功能，以达到对孵化室更好的监控。 首先，由温湿度传感器对室内环境采集，将采集到的信号通过A/D转换模块传送给单片机，其次，由单片机编程控制显示温湿度，将室内温度和湿度显示在液晶显示器上。并输出温湿度到温湿度控制电路，当温度低于36时，启动加热器对室内环境加热，并同时响铃发光报警；当温度高于42时，启动风扇降温，并同时响铃发光报警。同样，当湿度低于50%时，启动加湿器对孵化室进行加湿，启动报警；当湿度超过60%时，启动干燥器进行干燥，启动报警装置。并在湿度不够时对室内环境加湿。最后温湿度传感器，稳压电路，由于AT89C2051单片机工作范围为2.76V的直流电压，而我们生活中通常只有220V的交流电压，所以我们必须进行稳压处理。将220V的交流电转化成+5V的直流电压。声光报警电路，主要是利用单片机控制LED的发光灯管、和蜂鸣器进行闪烁和蜂鸣报警。需要搭建外围电路，以保证蜂鸣器和LED灯管正常工作。显示电路，采用动态显示方式驱动8个数码管工作，其中4个数码管用来显示温度值，4个用来显示检测到的湿度值。用74LSl38的输入端来选择位码如检测到的温度与湿度发生变化时，数码管即会发生相应的变化，起到实时显示功能。3流程图总体设计流程图 制冷 加湿 加热 干燥 DATE 加热器 （60%)干燥器 风扇 (42C) (0时，在一定的IF作用下，所对应的IC基本上与VCE无关。IC与IF之间的变化成线性关系，用半导体管特性图示仪测出的光电耦合器的输出特性与普通晶体三极管输出特性相似。其测试连线如图2，图中D、C、E三根线分别对应B、C、E极，接在仪器插座上。 光电耦合器可作为线性耦合器使用：在发光二极管上提供一个偏置电流，再把信号电压通过电阻耦合到发光二极管上，这样光电晶体管接收到的是在偏置电流上增、减变化的光信号，其输出电流将随输入的信号电压作线性变化。光电耦合器也可工作于开关状态，传输脉冲信号。在传输脉冲信号时，输入信号和输出信号之间存在一定的延迟时间，不同结构的光电耦合器输入、输出延迟时间相差很大。7.3 AT89C2051单片机 89C2051是由ATMEL公司推出的一种小型单片机。95年出现在中国市场。其主要特点为采用Flash存贮器技术，降低了制造成本，其软件、硬件与MCS-51完全兼容，可以很快被中国广大用户接受，其程序的电可擦写特性，使得开发与试验比较容易。 图7-4部分引脚简要说明：1、 REST：一般接2个元件：一个接10K电阻到地，另一个接10u电容到电源。2、 EA/VPP：一般情况下接高电平（这时使用MCU内部RAM/ROM)。3、 ALE/PROG：一般情况下空着（这时使用MCU内部RAM/ROM)。4、 PSEN：一般情况下空着（这时使用MCU内部RAM/ROM)。5、 P0内部没有上拉电阻，所以必要时需要在每个引脚外接5.1K左右的上拉电阻到电源。6、 XTAL1是片内振荡器的反相放大器输入端，XTAL2则是输出端，使用外部振荡器时，外部震荡信号应直接加到XTAL1，而XTAL2悬空（声明：有些文章把XTAL1、XTAL2的功能正好说反，而我们在这里的说法是绝对正确的）。内部方式时，时钟发生器对震荡脉冲二分频，如晶振为12MHZ，式中频率就为6MHZ。晶振的频率可以在1MHZ2MHZ内选择。电容取20PF左右。7、 VDD：电源+5V。VSS：GND接地。1 引脚89C2051共有20条引脚，详见图1.从图中可见，2051继承了8031最重要引脚：P1口共8脚，准双向端口。P3.0P3.6共7脚，准双向端口，并且保留了全部的P3的第二功能，如P3.0、P3.1的串行通讯功能，P3.2、P3.3的中断输入功能，P3.4、P3.5的定时器输入功能。在引脚的驱动能力上面，89C2051具有很强的下拉能力，P1,P3口的下拉能力均可达到20mA.相比之下，89C51/87C51的端口下拉能力每脚最大为15mA。但是限定9脚电流之和小于71mA.这样，引脚的平均电流只9mA。89C2051驱动能力的增强，使得它可以直接驱动LED数码管。为了增加对模拟量的输入功能，2051在内部构造了一个模拟信号比较器，其输入端连到P1.0和P1.1口，比较结果存入P3.6对应寄存器，（P3.6在2051外部无引脚），原理见图2。对于一些不大复杂的控制电路我们就可以增加少量元件来实现，例如，对温度的控制，过压的控制等。图3为测量示意图。其中，R用于测量门限的调节，IN端接输入模拟信号。2 电源89C2051有很宽的工作电源电压，可为2.76V,当工作在3V时，电流相当于6V工作时的1/4。89C2051工作于12Hz时，动态电流为5.5mA，空闲态为1mA,掉电态仅为20nA。这样小的功耗很适合于电池供电的小型控制系统。 图7-5 图7-6 测量示意图3 存储器89C2051片内含有2k字节的Flash程序存储器，128字节的片内RAM,与80C31内部完全类似。由于2051内部设计全静态工作，所以允许工作的时钟为020MHz,也就是说，允许在低速工作时，不破坏RAM内容。相比之下，一般8031对最低工作时钟限制为3.5MHz，因为其内部的RAM是动态刷新的。89C2051不允许构造外部总线来扩充程序/数据存储器，所以它也不需要ALEPSEN、RD、WR一类的引脚。4 内部I/O控制89C2051在内部I/O控制上继承了MCS51的特性：5路2级优待中断，串等口，2路定时器/计数器，内部组成参见图7-7。 图7-75 程序保密89C2051设计有2个程序保密位，保密位1被编程之后，程序存储器不能再被编程除非做一次擦除，保密位2被编程之后，程序不能被读出。7.4 74LS138译码器： 74LS138芯片是常用的3-8线译码器，ls是ttl的 ，他的coms版本叫74HC138。常用在单片机和数字电路的译码电路中，74LS138真值表是大家最常查询的。 图7-8 74LS138引脚 图7-9 74ls138译码器内部电路 真值表： 上表中x表示为任意输入状态，在片选使用状态下输入中8线始终只有1线为0， 此74HC138芯片在单片机系统中极大限度的起到了扩展IO资源的作用，只要用单片机的2个io引脚资源就能控制8个输出，而且程序的编制也容易实现。图7-10拓展 第（1）片74LS138工作而第（2）片74LS138禁止，将的00000111这8个代码译成8个低电平信号。第（2）片74LS138工作，第（1）片74LS138禁止，将的10001111这8个代码译成8个低电平信号。这样就用两个3线8线译码器扩展成一个4线16线的译码器了。同理，也可一用两个带控制端的4线16线译码器接成一个5线-32线译码器。例2 74LS138 38译码器的各输入端的连接情况及第六脚（）输入信号A的波形如下图所示。试画出八个输出引脚的波形解：由74LS138的功能表知，当（A为低电平段）译码器不工作，8个输出引脚全为高电平，当（A为高电平段）译码器处于工作状态。因所以其余7个引脚输出全为高电平，因此可知，在输入信号A的作用下，8个输出引脚的波形如下：即与A反相；其余各引脚的输出恒等于1（高电平）与A的波形无关。总 结为期一周的虚拟仪器课设转眼结束了，在课设中学会了发现问题、解决问题的能力，虽然课程设计距离完美还有一大块距离，但我相信只要课设中有所学、有所悟，在今后的其他课设中，今天所学的知识将无形的给予我们帮助。在一周的时间里，我完成了孵化室温湿度控制的课程设计，在设计中学会独立思考、亲自实践、在失败中汲取教训，在成功中汲取快乐。经过不断纠错、不断完善，课设一步步趋向成熟。我设计的基于AT89C2051单片机和DHT11温湿度传感器的孵化室温湿度控制系统，主要由六部分组成：稳压电路、温湿度集成传感器、单片机、数码管显示、温湿度控制电路、声光报警电路。主要通过单片机编程显示、外部电路进行湿温度控制，看着自己的作品一点点一步步的趋于成熟，心里充满了喜悦，也许这就是人们常说的自己种的瓜才是最甜的。此次传感器课程设计只进行了两周的时间，但是我仍感慨颇多，每天我们都抓紧一切时间去设计自己的程序框图，虽然这个设计并不是很难，但我们都希望它能完美地运行起来。每个人都很努力，即便后来成绩不一，但我们既然努力过，就不会后悔。 这次课程设计我的收获依然很多，我们相当于把前面所学过的知识又重新温故了一遍，又一次巩固了我们的专业知识，为我们以后的工作学习，都起到了至关重要的作用。希望这种课程设计能够多搞一搞，这样我们就能更好的去运用所学的知识，置之于我们能够应付将来的各种困难。 致 谢经过两周的忙碌，本次设计已经接近尾声，由于经验的缺乏，在课程设计过程中难免有许多考虑不周全的地方，如果没有吕老师的督促指导，想要完成这个设计是难以想象的。 这次设计虽然凝聚着自己的汗水，但如果没有老师的指引和赠予，没有同学们的相互帮助与支持，只凭我自己一个人是没有办法完成的。当我打完论文的最后一个字符，涌上心头的不仅是完成设计的欣喜，还有涌自心底的诚挚谢意。 首先我要感谢祝老师对我的悉心指导。本次设计花了两周时间，在祝老师的提示下，我有目的地寻找资料，并且在其细心指导下完成了设计题目,然后到论文完成部分。祝老师每次都能指出电路的关键性地方，让我们在设计中加以重视和注意，对我的设计工作给予了很多的指导和帮助，另外，他对待问题的严谨作风也给我留下了深刻的印象。也感谢沈阳工程学院图书馆的支持，科技书刊借阅室和多媒体电子阅览室提供本设计要求所需资料！最后，还要感谢所有的老师，为我奠定了专业知识的基础；同时还要感谢所有的同学们，正是因为有了你们的支持和鼓励，此次设计才能顺利完成。再次对关心、帮助我的老师和同学表示感谢。参考文献1 陈圣林、侯成晶 图解传感器技术及应用电路.中国电力出版社，20092 孙余凯 传感技术基础与技能实训教程 电子工业大学 20063 松井邦彦【日】 传感器应用技巧141例 CQ出版株式会社 20044 贾伯年 传感器技术东南大学出版社 2011.5 万方数据库6 中国高校自动化网7 中国电气网8 百度文库、百度知道附录 传感器课设孵化室温湿度控制系统软件控制部分：（温湿度显示）系统主程序*ORG 0100HI/OBITP3.4START：LCALLAT89C2051；调初始化子程序MOV A，#OCCH ；写CCH到AT89C2051，以便跳过ROM匹配LCALLWIA