基于单片机的仓库通风控制系统的设计

1、湖南理工学院毕业设计(论文) I 题目: 基于单片机的仓库通风控制系统的设计 摘 要 近年来随着社会的不断发展，仓库自动通风控制系统被广泛应用于物品的安全储 存。仓库通风系统能够对当前仓库的温度进行检测。并且根据实际温度启动风机进行 通风降温，当温度降低时关闭风机，停止报警。就目前发展来看，仓库自动通风控制 系统必然会成为企业公司货物管理当中不可缺少的一部份。 本文基于 ATmega128 单片机设计了仓库通风控制系统，通过将温度传感器采集的 仓库内温度同设定的温度阈值进行比较实现对温度的自动控制，键盘模块可完成阈值 温度的调节，仓库内的温度通过数码管显示模块予以显示。经过测试，本设计符合预

2、期要求，可将仓库温度控制在设定的范围之内，对于仓库货物的保存具有良好的辅助 作用。本文所设计的系统包含主控模块、传感器模块、显示模块以及报警模块等六大 组成部分。通过对仓库内部温度的采集和分析，实现通风降温的目的。本设计力争做 到准确、实用、操作方便。 关键词：通风；传感器；DS18B20；单片机 湖南理工学院毕业设计(论文) II Abstract In recent years, with the continuous development of society, the warehouse automatic ventilation control system has been wi

3、dely used for the safe storage of articles. The warehouse ventilation system is capable of detecting the temperature of the current warehouse. And start the fan to reduce the temperature according to the actual temperature, turn off the fan when the temperature is lowered, and stop the alarm. As far

4、 as the current development is concerned, the warehouse automatic ventilation control system will inevitably become an indispensable part of the companys cargo management. This paper designs a vegetable greenhouse thermostatic control system based on ATmega128 single-chip microcomputer. By comparing

5、 the temperature in the warehouse collected by the temperature sensor with the set temperature threshold, the temperature is automatically controlled. The keyboard module can adjust the threshold temperature and the temperature in the warehouse can pass. The digital tube display module is displayed.

6、 After testing, the design meets the expected requirements, and the warehouse temperature can be controlled within the set range, which has a good auxiliary effect on the storage of warehouse goods. The system designed in this paper consists of six major components: main control module, sensor modul

7、e, display module and alarm module. Through the collection and analysis of the internal temperature of the warehouse, the purpose of ventilation cooling is achieved. This design strives to be accurate, practical and easy to operate. Keywords：ventilation; sensor; DS18B20; single-chip microcomputer 湖南

8、理工学院毕业设计(论文) III 目 录 摘 要 .I Abstract.II 目 录.III 第 1 章 绪论.1 1.1 课题研究背景.1 1.2 国内外研究现状.1 1.3 本文组织结构.2 第 2 章 系统方案设计.3 2.1 系统设计方案选择.3 2.2 系统设计架构.3 2.3 系统工作原理.4 第 3 章 系统硬件设计.5 3.1 系统整体结构.5 3.2 单片机控制电路.5 3.3 温度测量电路.9 3.3.1 DS18B20 简介.9 3.3.2 温度测量电路.12 3.4 显示电路.12 3.4.1 LED 简介.12 3.4.2 显示电路.14 3.5 按键输入电路.14

9、 3.5.1 按键说明.14 3.5.2 按键消抖.14 3.5.3 按键电路.15 3.6 通风控制电路.15 3.6.1 光电耦合器简介.15 湖南理工学院毕业设计(论文) IV 3.6.2 通风控制电路.16 3.7 报警电路.16 3.8 系统整体电路.17 第 4 章 系统软件设计.18 4.1 主程序.18 4.2 温度测量子程序.18 4.3 按键识别子程序.19 4.4 显示子程序.20 第 5 章 系统仿真与总结.22 5.1 仿真软件简介.22 5.2 系统仿真.22 5.3 总结.24 参考文献.26 致 谢.27 湖南理工学院毕业设计(论文) 1 第 1 章 绪论 1.

10、1 课题研究背景 温度作为生产生活中的重要参数对于指导生产而言具有举足轻重的作用。温度变 化体现在物质的物理和化学反应变化过程之中，随着人们对于生产工业要求的不断提 升，对温度控制的必要性也随之升高生，因此怎样实现温度的精确控制成为学术界专 家学者研究的重点之一。对于不同场景下所采用的加热和控制方式均有所差异。近年 来，随着单片机的快速发展，利用单片机作为主控模块构建温度控制系统成为研究者 研究热点之一，单片机作为主控单元具有功耗低、性能高、体积小等诸多优势，可满 足实际生产需求。对于仓库而言，温度和湿度的控制对于延长仓库内物品的储存时间 而言显得尤为重要，所以开发实用而且可靠的仓库自动通风控

11、制系统 是一件很有必要 的事。 伴随着社会经济的发展，货物的流通量越来越大，在货物的中转仓库中往往是成 千上万件货物存放在一起，如果仓库内部的温度和湿度不能控制在一定的条件之中， 就会影响货物的长期储存，给企业和社会带来巨大损失。在粮仓中储存粮食时，粮仓 的温度和湿度是影响粮食安全的重要影响因素，在进行储存时，若温湿度发生异常， 则会造成粮食腐败或者出现病虫害等影响粮食质量的现象。除此之外，粮食的储存也 受到粮仓内气体，微生物等的影响。在目前，粮食保质保量的存储仍然是一个不容易 达到的目标，为保证粮食仓库中的温度和湿度保持在一个正常的水平，对仓库环境的 温湿度的监控是必不可缺少的。 温度的监控

12、在工业界的应用也十分广泛，当仓库内部温度超过正常水平的时候， 储存物品就会发霉变质或者包装变形，所以随时监控仓库内部温度的变化，具有非常 重要的实际意义，仓库温度监控系统就是为仓库内的温度变化而设计的。 1.2 国内外研究现状 温度检测控制技术是仓库通风降温的关键技术之一，目前，国内已有多家公司和 企业生产仓库自动温度检控产品。虽然这些产品品种繁多，但他们的基本功能是一致 的。多是通过对仓库内外的温度进行检测和分析，然后通过机械通风的方式来对温度 进行控制。在这些产品的设计过程中会考虑环境，成本等因素的不同会采用不同的温 度传感器和主控电路 随着微型计算机和传感器技术的逐渐成熟，在工业上自动化

13、程度也越来越高。自 动监测和控制技术也被广泛应用工业生产的各个环节当中，大大提高生产的效率和安 全性。同时仓库的温度自动控制方面也有了明显的进展。国外的仓库监控设备进二十 几年的发展十分迅速，他们结合本国的工业的条件设计出具有特色的工业成就。他们 湖南理工学院毕业设计(论文) 2 设计的仓库监控产品具有较高的技术水准，但是他们生产的产品价格往往比较昂贵。 近年来我国引进国外多家公司生产的仓库环境控制系统，吸收了国外大量先进成熟的 技术，有效的推动了我国的环境温湿度自动监控技术的发展。但存在的如，造价高， 功耗大，不能与我国工业产品配套等问题，并未有使我国环境调控技术有根本的变革。 当前，我国的

14、工业水平并不发达。中国的仓库环境调控技术的发展应符合自己工 业化道路，先引进国外的先进技术加以消化，再改进创新发展出既能符合我国经济发 展水平，又能适应各种环境，具有国际先进水平的仓库环境检控系统，同时还因研制 具有中国自主知识产权的产品和技术。集成智能传感器是一个新兴的发展领域，具有 很好的发展前途和广大的市场。这需要先进集成电路和微机械加工技术，我国技术水 平还很落后 。所以我们要在集成电路工艺和微机械加工方面独辟蹊径，让智能传感器 的研制和生产具有一定的能力，为传感器的智能化和集成化奠定基础。 电子自动化产业的快速发展为传感器的发展提供了广阔的市场并对传感器的发展 提出了更高的要求。这促

15、进了传感器智能化，集成化技术的日益成熟。随着半导体技 术的发展，国内外的一些大公司和高等院校也开始投入大量人力物力对温湿度传感器 进行研究，大规模集成电路的出现和发展在很大程度上为集成式传感器的应用奠定了 基础，使传感器朝着集成化，智能化的方向不断发展，成为新的发展潮流 1.3 本文组织结构 仓库自动控制通风系统主要用于保证仓库内部温度处于安全值以内。本文基于此 主要研究了仓库自动通风降温的设计与实现。论文的主要研究内容安排介绍如下： 第 1 章，对本系统的研究背景以及当前国内外对仓库通风控制系统的现状进行了 说明。 第 2 章，在本章节实现了基于单片机的仓库通风控制系统总体方案的选择和确定。

16、 第 3 章，实现了基于单片机的仓库通风控制系统系统的硬件设计。 第 4 章，实现了基于单片机的仓库通风控制系统系统的软件设计。 第 5 章，对基于单片机的仓库通风控制系统功能进行测试，并评价系统时会否达 到预期功能。 湖南理工学院毕业设计(论文) 3 第 2 章 系统方案设计 2.1 系统设计方案选择 本文基于 ATmega128 单片机设计了仓库通风控制系统，通过将温度传感器采集的 仓库内温度同设定的温度阈值进行比较实现对温度的自动控制，键盘模块可完成阈值 温度的调节，仓库内的温度通过数码管显示模块予以显示。经过测试，本设计符合预 期要求，可将仓库温度控制在设定的范围之内，对于仓库货物的保

17、存具有良好的辅助 作用。本文所设计的系统包含主控模块、传感器模块、显示模块以及报警模块等六大 组成部分。通过对仓库内部温度的采集和分析，实现通风降温的目的。在主控模块采 用 ATmega128 单片机，该单片机系统体积小，系统的可靠性高，系统的成本低的优势 它可称为世界上最小的应用系统。温度采集模块采用 DS18B20 温度传感器，DS18B20 数字温度计测量范围广，传输信息是利用单线接口来进行的，因此和 CPU 之间只存在 一个接地连接。温度测量范围为-40+120C，误差为百分之五 不需要外部电源供电。 温度的显示部分采用 LED 显示模块完成，当温度超过设定的阈值时单片机会驱动 蜂鸣器

18、进行报警，在内部温度超过预设值的时候发出警报声。用户输入模块就采用简 单的机械按键来对系统的预设值进行加减。电机通风电路就采用光电耦合电路对通风 电动机进行驱动，在超过预设温度开始工作。 2.2 系统设计架构 根据设计要求，将系统电路划分为六大部分，分别是：ATmega128 核心模块、用 户输入模块、显示电路、温度采集模块、电动机驱动模块和声音报警模块。 系统的硬件架构如图 2-1 所示。 报警电路 电机电路 显示电路 主 控 系 统 温度采集 电路 按键电路 图 2-1 系统硬件架构 各模块具体说明如下： （1）ATmega128 核心模块 包括一个“最小”ATmega128 的应用系统，

19、最小系统是核心控制模块。 湖南理工学院毕业设计(论文) 4 （2）显示模块 主要用于显示当前系统所检测的温度信息和预置的温度。 （3）用户输入模块 主要用于用户的输入，对警报温度进行调节。 （4）温度采集模块 主要用于采集当前的温度数据。 （5）电动机驱动模块 对风扇电动机进行驱动。 （6）声音报警模块 提供报警声音。 2.3 系统工作原理 本文是基于 ATmega128 单片机的仓库通风控制系统的设计，系统通过新型的温度 传感器 DS18B20 对仓库内部进行多点测温。将数据传递给核心控制器，并在 LED 上 显示当前温度值。如果温度超过预设值，就开启蜂鸣器报警并启动电动机进行通风降 温。

20、系统初始化 用户修改 修改预设温度 读取当前温度 对比预设温度 报警开启风机 停止报警，关闭 风机 超过 低于 图 2-2 系统工作流程图 湖南理工学院毕业设计(论文) 5 第 3 章 系统硬件设计 3.1 系统整体结构 对所要研究的仓库通风控制系统进行仔细的研究和分析，对整个系统的硬件总体 设计如下图所示。 Atmega128 DS18B20电动机通风 LED显示 蜂鸣器 按键输入 图 3-1 系统整体结构框图 3.2 单片机控制电路 在单片机模块的选择中，对比了几个可行的方案，发现该型号的单片机除了稳定 性强、低功耗、低价格成本以外，还因为该单片机的封装工艺，使得通过自身的两列 管脚直接插

21、入到设备的底座上。该型号的单片机的输入输出端口多，具有 P0、P1、P2、P3 四个端口，后三个是双向端口，而第一个端口则需要外接上拉电阻才 能当常规 I/O 口使用。该型号的单片机的制度存储器能够根据使用需要进行扩展，支 持的最大扩展内存为 64KB，而系统的随机存储器大小为 256 字节。经过以上的对比和 总结，系统的主控模块选择 ATmega128 单片机。该单片机多级中断,可以 64KB 范围内 寻址，都具有片内程序存储器，数据存储器的容量也有了加大，有的还自带片内模数 转换器。这类单片机的性价比很高现在也被较多的使用。高集成单片机阶段，陆续有 16 位和 32 位单片机推出。集成电路

22、技术也得到了空前的发展，许多新型高集成的单片 机进入市场，单片机的性能更加优越产品也更加丰富多彩。 在几十年里单片机就经历了 4 位、8 位、16 位、32 位几个阶段，并广泛的应用于 我们生活的各个方面，大到飞机火箭，小到手机玩具，单片机与我们的生活密切相关， 单片机的应用也在逐渐进入新的阶段。 Tmega128 是 AVR 系列中功能最强大的单片机,具有如下主要技术特点: (1)它是 8051 单片机的升级优化版本，所以拥有更加强劲的 CPU; (2)P3.0/P3.1 端口负责芯片的程序编任务; (3)单片机的的工作电压分为 3 和 5V 两种; (4)存储器通过片上集成最高达到 128

23、0 字节; 湖南理工学院毕业设计(论文) 6 (5)设备的输入输出端口众多; (6)设备的时钟输出有 3 路; (7)互在系统中可以直接编辑联网供应商; 该型号的单片机本身已经提供了大量的输入输出接口，但是当需要的输入的数据 路数很多时，还可以通过串行口方式根据需要进行扩展。并且在系统运行时不会出现 占用的情况，是比较经济实用的扩展方式。 图 3-2 ATmega128 的引脚 表 3-1 TAmega128 的引脚功能 引脚引脚功能 VCC，GND数字电路电源和接地端 A 口 （PA7PA0） B 口 （PB7PB0） C 口 引口是一个 8 位的双向 I/O 口，端口也和其他的引脚一样可以

24、作为一个 8 位 双向 I/O 口，引脚的内部有可以选择的上拉电阻，输出缓冲也同样有对称的 驱动特性 ，包括输入电流与输出电流。当引脚作为输入端使用的时候，如 果拉低了它的外部，会因为上拉电阻的存在，引脚将输出电流。在复位过程 中，接口为三态，这个时候时钟还未起振。（A，B，C，D，E 具有的相同 功能） 湖南理工学院毕业设计(论文) 7 （PC7PC0） D 口 （PD7PD0） E 口 （PE7PE0） F 口 （PF7PF0） F 口是 A/D 转换的模拟入口。但不使用转换器等时候，F 口也和其他的引脚 一样可以作为一个 8 位双向 I/O 口，引脚的内部有可以选择的上拉电阻，输 出缓冲

25、也同样有对称的驱动特性 ，包括输入电流与输出电流。当 F 口作为 输入端使用的时候，如果拉低了它的外部，会因为上拉电阻的存在，引脚将 输出电流。在复位过程中，F 口为三态，即使此时时钟还未起振。如果 JTAG 接口使能，即使复位发生，PF7（TD1），PF5（TMS）和 PF4（TCK）上的上拉电阻将被激活，F 口也具有 JTAG 接口的功能 G 口 （PG4PG0） 5 位的双向 I/O 口，内部有可以编程的上拉电阻。其输出缓冲器可以输出 和吸收大电流 它也是具有对称性。作为输入使用时，如果片内的上拉电阻 使能，那么在外部拉低的情况下，端口就会输出电流。复位发生时端口 G 为三态。 RESE

26、T 复位输入引脚。系统复位的条件是超过的低电平的输入。低于最小门限时间 脉冲并不能保证可靠复位。 XTAL1主要作为反向振荡器及片内时钟操作电路的输入 XTAL2反向振荡器放大器的输出 AVCC 作为端口 F 和转化起的电源端，需要与 VCC 相连接，即使没有使用 ADC 也应该如此。在使用 ADC 转换器的时候与 ACC 连接要通过一个低通的滤 波器。 AREFADC 转换器 的模拟基准输入引脚。 PEN SPI 串行下载的使能引脚。在上电复位过程中保持 PEN 为低电平将使器件 进入 SPI 串行，在正常工作状态下该 引脚没有其他功能 ATmega128 单片机同其他机型的单片机类似，端口

27、具有第二功能，根据设置的不 同功能就不同。 表 3-2 B 口的第二功能 引脚第二功能 湖南理工学院毕业设计(论文) 8 PB7 OC2/OC1C（T/C2 的输出比较和 PWM 输出，或是 T/C1 的输出 比较和 PWM） PB6OC1B（T/C1 的输出比较和 PWM 输出 B） PB5OC1A（T/C1 的输出比较和 PWM 输出 A） PB4OC0（T/C0 的输出比较和 PWM 输出） PB3MISO（SPI 总线的主机输入/从机输出信号） PB2MOSI（SPI 总线的主机输入/从机输出信号） PB1SCK（SPI 总线的串行时钟） PB0SS（SPI 从机选择引脚） 表 3-3

28、 D 口的第二功能 引脚第二功能 PD7T2（T/C2 的时钟输入） PD6T1（T/C1 的时钟输入） PD5XCK1（USART1 的外部时钟输入/输出） PD4ICP1（T/C1 输入捕捉的触发引脚） PD3INT3/TXD1（外部中断 3 的输入引脚，或是 UART1 发送引脚） PD2INT2/RXD1（外部中断 2 的输入引脚，或是 UART1 接收引脚） PD1INT1/SDA（外部中断 1 的输入引脚，或是 TW1 的串行数据） PD0INT0/SCL（外部中断 0 的输入引脚，或是 TW1 的串行数据） 表 3-4 E 口的第二功能 引脚第二功能 PE7 INT7/IC3（外

29、部中断 7 的引脚入口，或是 T/C3 输入捕捉触发引脚） PE6INT6/T3（外部中断 6 的输入引脚，或是 T/C3 的时钟输入） PE5 INT5/OC3C（外部中断 5 的输入引脚，或是 T/C3 的输入比较 和 PWM 输出 C 引脚） PE4 INT4/OC3B(外部中断 4 的输入引脚，或是 T/C3 的输入比较和 湖南理工学院毕业设计(论文) 9 PWM 输出 B 引脚) PE3 ALN1/OC3A（模拟比较器负输入端或是 T/C3 的输入比较和 PWM 输出 A 引脚)） PE2 ALNO/XCK0（模拟比较器正输入端，或是 USARTO 的外部输入/ 输出时钟） PE1P

30、DO/TXD0（编程数据输出，或是 USART0 的发送引脚） PE0PD1/RXD0（编程数据输出，或是 USART0 的接收引脚） 3.3 温度测量电路 本次设计需要及时得到仓库的温度信息，并把得到的数据信息传递到主控系统。 所以本次设计我们需要用到温度传感器，DS18B20 温度传感器是温度采集电路用来来 实现功能的，该传感器的第一引脚是用来接地，第二引脚是用来进行数据输入输出的 功能，接一个 4.7K 的上拉电阻，第三引脚用来接一个电源 VCC. 3.3.1 DS18B20 简介 1、DS18B20 的主要技术特点 DS18B20 相较于其他温度传感器而言具有更为明显的优势，这体现在

31、DS18B20 具 有更为广泛的测量范围和精度、可选更小的封装方式，符合构建经济且可靠性高的系 统，这也是产品设计者们做出选择的重要原因。 2、DS18B20 的引脚和封装 图 3-3 引脚图 图 3-4 封装图 表 3-5 DS18B20 的引脚说明 引脚序号说明 1GND接地 湖南理工学院毕业设计(论文) 10 2DQ数据输入/输出脚，一线输出，漏极开关 3VDD可选的 VDD 引脚 3、DSA18B20 的内部结构 DSA18B20 的内部结构如图 3-5 所示。 图 3-5 DS18B20 内部结构图 根据上图可知 DSA18B20 的内部结构包含四大部分，分别为配置寄存器、温度传 感

32、器、触发器以及 64 位 ROM。ROM 中序列号在出厂时已被刻好，可将其视为地址 序列码，不同 DS18B20 的序列码均不同。 ROM 的作用是保证每个 DS18B20 具有其自身的工作特性，因此可在相同的总线 上挂接多个温度传感器，实现多点温度的测量。 4、DS18B20 通信协议 DS18B20 采用一线通信接口，采用该通信结构首先需要完成 ROM 设定，使其具 备控制和记忆功能。 在程序执行之后 DS18B20 传感器可实现外部温度信息的实时测量，测量数据会储 存在 DS18B20 存储器当中。用一个控制命令来控制 DS18B20 完成温度测量工作，所 测得的数据信息储存于温度传感器

33、的内部存储单元中，除此之外还可完成记忆功能命 令执行，温度报警器的触发包含一字节 EEPROM 数据。EEPROM 是非易失性记忆体， 可以长期存放需要保存的数据，这些寄存器可以存储一般的数据信息，还可以通过一 个记忆功能命令来完成片上的字节配置。 5、DS18B20 测温原理 湖南理工学院毕业设计(论文) 11 图 3-6 DS18B20 温度传感器测量原理 控单元借助于 Scratchpad 存储模块对温度传感器采集的数据进行读取以及调用，还可 以使用功能指令完成数据格式的调整。图中低温系数晶振不会随温度的变化改变。高 温系数晶振主要作为计数器二的输入信号脉冲，它的振荡率随温度变化会出现较

34、大的 起伏。DS18B20 必须经过三次转化才能把芯片所测实时温度转化。如果要对存储和数 据进行操作，必须先对 DS18B20 进行初始化，然后再进行 RPM 操作命令。 6、DS18B20 注意事项 （1）在对温度传感器进行程序编写之前需要保证温度传感器模块时序正常，否则 该模块将不能达到预期的测温效果，在程序编写的过程中最好采用汇编语言完成，一 期增强系统的响应速度。 （2）通过微处理器总线驱动解决单总线连接点过多问题。 （3）在 DS18B20 测温程序时，要延时一段时间并等待传感器信号返回，否则将 可能进入死循环，由此可知在进行设计时应当予以重视 3.3.2 温度测量电路 测温系统具有

35、很多优点，它的系统设计简单，有较高的精度，无需外部DS18B20 电路，范围也符合一般的要求，可以用于多种的测温系统当中。 在本文中，的主要功能是采集仓库内部的温度数据，然后传递到单片机DS18B20 种进行分析。温度采集模块电路图如下所示： 湖南理工学院毕业设计(论文) 12 图 3-7 DS18B20 与单片机连接电路 3.4 显示电路 3.4.1 LED 简介 温度显示一般采用 LED（Light-Emitting Diode）和 LCD。 LED（Light-Emitting Diode）：LED 即发光二极管，是生产生活中常见的半导体 元件，发光二极管的主要工作原理是通过载流子复合效

36、应实现发光。发光二极管可发 出的颜色包含常见的红黄蓝白等多种。LED 照明产品即使用半导体发光二极管制造的 照明设备，用于生产生活的照明领域之中。 LED 由 GaAs 以及 GaAsP 等半导体制作而成，在半导体材料之中会通过掺杂工艺 使 LED 发光二极管产生 P、N 结。至此二极管便具有伏安特性，在特殊条件下还具有 发光特性。 图 3-8 共阳极和共阴极 LED 图 3-9 典型的七段 LED LED 数码管要加上对应的驱动电路后才能实现正常显示，根据驱动方式的不同可 将其分为两种类型，其一为静态形式，其二为动态显示。 1、静态显示 静态驱动方式也称之为直流驱动。静态驱动指的是数码管每个

37、段码均连接单片机 的输入输出接口并进行驱动，或使用 BCD 码进行驱动，静态驱动具有编程简单、显示 效果清晰等诸多优势，但是占用的端口较多，因此会增加硬件电路的复杂性。 2、动态显示 LED 数码管动态显示方式是当前 LED 中使用最多的形式之一，相较于静态显示方 式而言，具有占用接口少以及效率高等多种优势，在动态显示中数码管是依次点亮的， 因此只要系统刷新够快，由于视觉存在暂留，人眼看到的画面是十分稳定的。因此动 态显示与静态显示具有相同的效果，但是动态显示功耗更低。 3.4.2 显示电路 此次设计采用七段数码管予以显示，具体电路图如下： 湖南理工学院毕业设计(论文) 13 图 3-10 显

38、示电路 3.5 按键输入电路 3.5.1 按键说明 按键是外部命令的触发点，一个按键从按下到松开是一个外部命令输入的过程， 精确完成不同按键动作的实时判别对于系统正常运行而言具有重要作用。 当前大多数开关为机械弹性开关，一次电平变化即一次命令转换，但是在实际工 作过程中键盘可能会出现抖动，按键信号有误差，因此在进行按键电路设计时要将干 扰信号去除，在本文中通过在按键电路中加上电容来去除干扰信号，通常而言这样做 会增加成本，但是可使得电路更快进入稳定状态。按键按下到松开的波形如下图。 图 3-11 实际波形 图 3-12 理想波形 3.5.2 按键消抖 软件消抖：此次系统中选择的是独立按键去进行

39、各类参数设置；主要的工作机理 为：一但按键被按下，就开始实施实施首次抖动检测，方法为延时一段时间去判定是 不是为有效按键，等待之后依旧有按键按下就说明是，此时赋予其相应的键值。程序 中就能够采用键值去判定相应的执行操作。确认按键状态后进入后面的处理程序了。 硬件消抖：利用 RC 积分电路消除抖动对按键电路造成的影响。 3.5.3 按键电路 本次设计中的用户输入模块采用普通的机械按键对预设温度值进行加减，本次设 计的用户输入电路如图 3-13 所示。 湖南理工学院毕业设计(论文) 14 图 3-13 按键电路 3.6 通风控制电路 3.6.1 光电耦合器简介 光电耦合器件的主要功能是将发光元件和

40、光敏元件进行组装，并实现光信号和电 信号的转换。 光电耦合器和根据其原理和结构形式的不同分为多种类型，下图为最常见的三极 管型光电耦合器示意图。 图 3-14 常用的三极管型光电耦合器原理图 光电耦合器由两大部分组成，其一为输入部分，其二为输出部分，当输入单有信 号输入时二极管正向导通，此时发光，光敏元件感应光照，光电耦合器开始工作。在 没有输入电流的时候，二极体因为没有电流的作用不会变亮，光敏三极管截止，则 CE 不导通。也就是说，如果输入的是低电平的时候，光敏三极管截止，引脚输出信号检 测为高电平，当输入为高电平，此时三极管导通，引脚输出端信号检测为低电平。这 种光耦器件有着很高的可靠性和

41、强大的性能受到设计者们的喜爱。 光电耦合器具有良好的精度和抗干扰能力其主要原因体现在下述几个方面： （1）输入阻抗比较小，但干扰源阻抗通常而言较大，当存在干扰电压时，即使干 扰电压的幅度很大。 （2）输入回路与输出回路之间不存在电气联系，因此也不存在共地；光电耦合器 的绝缘电阻较大，分布电容很小，因此回路产生的干扰信号不会传递到另一回路之中， 避免了干扰信号的产生。 （3）有很强的可靠性，因此安全性较好，当外部设备故障时仪表也不会损害，因 此光耦合器件输入输出回路之间所承受的电压值较高。 湖南理工学院毕业设计(论文) 15 （4）回应延迟时间较低，仅为 10s 左右 ，因此回路具有较快的响应速

42、度，适用 于对于回路要求较高的系统之中。 3.6.2 通风控制电路 通风控制电路采用光电耦合器作为驱动电路，如图 3-15 所示。 图 3-15 通风控制电路 3.7 报警电路 在本文所设计的基于单片机的仓库通风控股之系统汇总，采用蜂鸣器进行报警， 当传感器检测的温度信号经过数模转换和滤波后传入单片机，此时单片机将温度信号 同设定的阈值予以比较，若超过设定阈值则发出报警，否则为正常值，并将当前仓库 温度信息输出到显示模块中予以显示。 图 3-16 报警电路 图 3-17 蜂鸣器实物图 3.8 系统整体电路 系统整体电路如图 3-18 所示。 湖南理工学院毕业设计(论文) 16 图 3-18 系

43、统整体电路图 湖南理工学院毕业设计(论文) 17 第 4 章 系统软件设计 4.1 主程序 硬件电路是整个设计的基础。而软件部分则是整个设计的灵魂部分，通过软件的 驱动才可以是整个系统工作起来，达到设计的目的。软件部分是驱动硬件的重要部分， 用户通过软件来实现与系统的交互，在进行软件系统设计时需要将软硬件之间相互结 合，满足用户要求。 根据系统需求设计主程序流程如下图所示。 初始化ATmega128 初始化DS18B20 延 时 读取数据温度 显示数据温度 显示设置数据 驱动电机和蜂 鸣器 外部中断1外部中断2 增加设置温度减少设置温度 图 4-1 主程序流程图 4.2 温度测量子程序 DS1

44、8B20 必须经过三次转化才能把芯片所测实时温度转化。每次开始工作前都需 要对芯片进行复位操作，成功后分别发送一条 ROM 和 RAM 指令，这时候才可以对芯 片进行提前的设定。复位要求处理器将数据线拉低 500 微秒，释放，芯片收到信号后 随机等待一到六十微秒左右，然后发出六十微秒的低脉冲，单片机收到该信号证明复 位成功。 湖南理工学院毕业设计(论文) 18 DS18B20 功能命令在该步骤中完成环境温度的转化、写暂存寄存器、读暂存寄存 器、拷贝暂存寄存器、装载暂存器寄存器、读供电模式命令。如果要对存储和数据进 行操作，必须先对 DS18B20 进行初始化，然后再进行 RPM 操作命令。DS

45、18B20 有其严 格的工作时序和通信协议，每一步操作都要遵循该协议。主控单元借助于存储模块对 温度传感器采集的数据进行读取以及调用，还可以使用功能指令完成数据格式的调整。 表 4-1 DS18B20 温度存储 Bit7Bit6Bit5Bit4Bit3Bit2Bit1Bit0 LSB262524232221202-1 Bit15Bit14Bit13Bit12Bit11Bit10Bit9Bit8 MSBSSSSSSSS 温度测量子程序流程如图 4-2 所示。 初始化DS18B20 发送跳过ROM指令 发送温度转换指 令 延时等待温度转 化完毕 发送复位指令 发送匹配ROM指令 发送指令64位序

46、列号 发送读取ROM指令 读取匹配的温 度值 全部DS18B20 结 束 图 4-2 温度测量子程序流程图 4.3 按键识别子程序 按键是系统重要的输入设备，通过按键我们可以调节温度的预设值来控制仓库。 当前大多数开关为机械弹性开关，一次电平变化即一次命令转换，但是在实际工作过 湖南理工学院毕业设计(论文) 19 程中键盘可能会出现抖动，按键信号有误差，因此在进行按键电路设计时要将干扰信 号去除，在本文中通过在按键电路中加上电容来去除干扰信号，通常而言这样做会增 加成本，但是可使得电路更快进入稳定状态。软件消抖：此次系统中选择的是独立按 键去进行各类参数设置；主要的工作机理为：一但按键被按下，

47、就开始实施实施首次 抖动检测，方法为延时一段时间去判定是不是为有效按键，等待之后依旧有按键按下 就说明是，此时赋予其相应的键值。程序中就能够采用键值去判定相应的执行操作。 确认按键状态后进入后面的处理程序了。硬件消抖：利用 RC 积分电路消除抖动对按 键电路造成的影响。 子程序流程如下。 键盘扫描 有键闭合 延时消抖 键盘扫描 找到闭合键 计算键值 闭合键断开 建立有效标志 返 回 建立无效标志 N N Y Y 图 4-3 按键输入子程序流程图 湖南理工学院毕业设计(论文) 20 4.4 显示子程序 将温度传感器模块所采集的温度信息在显示模块中予以显示，进而帮助用户判断 当前仓库温度是否处于合

48、理范围之内。 显示子程序流程图。 开始 初始化 读取预设 读取 DS18B20 有键按下 显示信息 结 束 N 图 4-4 显示子程序流程图 湖南理工学院毕业设计(论文) 21 第 5 章 系统仿真与总结 系统测试分为硬件部分和软件部分测试。硬件部分测试主要是检测硬件电路有无 设计错误、电路有无断路或短路、各个焊点有无虚焊等问题，保证在软件部分调试的 时候能够排除因硬件电路问题所带来的干扰。本次测试先采用 Proteus 仿真软件来模拟 测试系统，做出参考电路，再进行实际测试。 5.1 仿真软件简介 本文采用 Proteus 软件进行仿真，该软件可完美的仿真出来系统工作状况。 在仿真调试时，我

49、们不用再过于关心程序执行时，寄存器或存储器的内容，可以 直观的观察工程学角度的电路工作情况。好比以前人们使用汇编操作空间来实现功能， 现在人们使用 C+描述事件来达到同样的目的。 Proteus 可完成模拟电路、控制电路系统的联合仿真，除此之外还可实现 PCB 设计 等多种功能，该软件也是当前可对不同类型的微处理器完成动态仿真，实现在无目标 原型条件下的系统仿真和调试。Proteus 软件提供了 30 多个元器件文库、7000 余种元 器件。元器件设计电阻、电容、二极管、三极管、变压器、继电器、各种放大器、各 种激励源、各种微控制器、各种门电路和各种终端等。Proteus 还提供由交直流电压器

50、、 逻辑分析仪、示波器、定时/计数器和信号发生器等虚拟测试信号工具。Proteus 主要由 两个设计平台组成：ISIS 和 ARES Proteus 软件所提供的调试手段 ： Proteus 提供丰富的测试信号实现电路的调试，该信号包含模拟信号以及数字信号 等等，对于本文所设计的软件和硬件电路，Proteus 具有两种调试方法进行调试，其一 为总体执行、其二为分布执行。就前者而言，只要执行 Debug 菜单下的 Excute 即可. 5.2 系统仿真 以下为本次设计的仿真图。 图中的数码管用来显示预设的温度值和当前仓库的温度值，温度预设值通过外部 的 k1，k2 按键来增加和减小预设值。 按下

51、 k1 键预设值增加，如图 5-2。 按下 k2 键减小预设值，如图 5-3。 湖南理工学院毕业设计(论文) 22 图 5-1 达到设定温度 图 5-2 提高设定温度 湖南理工学院毕业设计(论文) 23 图 5-3 降低设定温度 5.3 总结 这几个月准备毕业设计的时间匆匆就过去了。刚开始选题的时候，我自以为选一 个自己感兴趣的领域做毕业设计能够顺利完成，于是刚开始定了一个相对没那么容易 的题目。虽然有所挑战，但我还是以为这个设计还是可以接受的，毕竟是基于单片机 的毕业设计，在以前的课程中我们大家都有学习过，也有专门的实验课做单片机的实 践内容，我自认为学的也还可以，所以比较有信心能够顺利完成本次毕业设计。在毕 业设计的