本科毕业设计课件

1、本科毕业设计名称：污水厂的温湿度监测仪 院（系）:机械与电子工程学院 专 业：电气工程及其自动化 学生姓名 : 刘婷婷 学 号：11027073 指导教师:方愿捷 职称:助教 目录1.概述 1.1 企业需求现状 2.总体设计框图 3.系统硬件电路设计3.1 单片机的最小系统3.2 按键电路3.3 采集模块3.3.1 DHT11传感器模块电路 设计 3.4 数码管动态显示工作原理 3.5 报警模块 4.系统软件设计 4.1 概述 4.2 主程序设计 4.3 温湿度采集程序设计 5.系统的软硬件调试 6.结束语total speakingL1.1 企业需求现状 在科技高度发达的当今社会，各大工厂和

2、企业对室内温度和湿度的要也趋近理想化，温室控制技术也随着人们更高的要求被推上了一个更高的层面。各大工厂和企业不仅实现了作业的控制自动化，而且更致力于人工智能的广泛应用研究，开发用于决策、咨询、温室管理等方面的系统软件，利用网络技术、遥测技术进行工厂内温度和湿度的远程控制、实时环境监控，为工厂和企业提供各类所需的信息服务，真正做到完全自动化、无人值班、远程监控。而且温湿度监控系统还广泛用于如文物馆、图书室、电信银行、洁净厂房、无菌室、生物制药、档案室等。本设计的控制核心单片机STC89C52对采集模块温湿度传感器DHT11采集到的温、湿度数据进行分析处理，然后输出到数码管以显示实时的温度值、湿度

3、值和相关字符,最后通过温湿度数值的变化来判断是否达到限定值并发生相关的报警。本设计最大的好处是我们可以根据工厂或者企业的需求手动地设置温湿度的报警范围，只要温度值和湿度值其中一个或者两个都超过或低于设定范围时，系统就会驱动蜂鸣器报警。新型温湿度监测系统，属轻工电子领域，由声光报警器和温湿度感应器等共同组成,正向着智能化、高精度、小体积方向发展。本次设计的温湿度传感器，会给工业的发展带来很大的便利，不再浪费更多的人力，从传统的人工操作变成智能操作，节省了更多的时间，提高了工作的效率。12.总体设计框图根据用户根据用户实际需要的具体要求，实际需要的具体要求，并且并且确保成确保成功实现相关功能与要求

4、，功实现相关功能与要求，在经费方面也在经费方面也尽可能降尽可能降低设计成本。其基本功能为低设计成本。其基本功能为一旦一旦室内温室内温度和度和湿度湿度发生发生变化时变化时, ,数码管显示的数码管显示的温度值或湿度值会发温度值或湿度值会发生变化生变化,DHT11,DHT11传感器将传感器将采集采集到的到的温湿度数字信号温湿度数字信号及时及时送到单片机送到单片机STC89C52STC89C52进行分析处理进行分析处理, ,当温湿当温湿度越过手动度越过手动设定设定的温湿度的温湿度范围时范围时, ,蜂鸣器就会蜂鸣器就会报报警警提醒提醒。总体设计方案围绕上述。总体设计方案围绕上述所介绍的内容所介绍的内容，

5、所以所以确定本设计的组成模块如图确定本设计的组成模块如图所示。所示。：概述概述系统硬件电路设计本毕业设计主要由本毕业设计主要由4 4大模块构成，分别是大模块构成，分别是数码数码管显示管显示模块、模块、报警报警模块、模块、主控主控模块及模块及采集采集模块，模块，其中主控模块是此次毕业设计的核心模块，主要其中主控模块是此次毕业设计的核心模块，主要是指是指STC89C52STC89C52单单片片机机，它控制整个系统的运行，它控制整个系统的运行，利用其各引脚分别控制其他模块，使其他模块能利用其各引脚分别控制其他模块，使其他模块能够成为一个整体，实现够成为一个整体，实现所需的所需的功能；报警模块主功能；

6、报警模块主要指将蜂鸣器接入单片机电路要指将蜂鸣器接入单片机电路, ,通过对通过对环境环境实时实时温湿度的检测，并温湿度的检测，并手动手动设定合理的温湿度范围，设定合理的温湿度范围，实现越限报警；采集模块实现越限报警；采集模块主要主要用于用于采集采集工厂里的工厂里的实时温湿度实时温湿度, ,由于由于DHT11DHT11的数字一体性，集成了模的数字一体性，集成了模数转换等数转换等, ,直接单引脚接单片机即可。显示模块直接单引脚接单片机即可。显示模块数码管直接连接单片机，显示实时更新的温湿度数码管直接连接单片机，显示实时更新的温湿度数据和相关字符。数据和相关字符。33.1单片机的最小系统图例单片机最

7、小系统包括单片机最小系统包括复位电路复位电路、单片机单片机、晶晶振振电路。此设计采用的是电路。此设计采用的是STC89C52STC89C52单片单片机机,STC89C52,STC89C52由于它内部自身携带有一个由于它内部自身携带有一个8K8K的的FLASHFLASH存储器存储器，而且是一种而且是一种CMOS8CMOS8位单片微控制器位单片微控制器所以所以也被称为单片机。由于采用高科技制造技术，也被称为单片机。由于采用高科技制造技术，同时又与工业领域的标准相互匹配，将处理器和同时又与工业领域的标准相互匹配，将处理器和存储器集成到存储器集成到STC89C52STC89C52中，因此中，因此STC

8、89C52STC89C52作为微作为微处理器具有处理器具有准确准确、高效高效、快速快速等优势。等优势。STC89C52STC89C52单片机以其简单可靠，性价比等优势，已经为很单片机以其简单可靠，性价比等优势，已经为很多工业设备提供了多种性能优越、可靠性高但价多工业设备提供了多种性能优越、可靠性高但价格便宜的设计方案。当下主流产品是格便宜的设计方案。当下主流产品是AT89S51AT89S51或或STC89C52STC89C52。其引脚图如其引脚图如左左图：图：P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78RST9P3.0(RXD)10P3.1(TXD)11P3

9、.2(INT0)12P3.3(INT1)13P3.4(T0)14P3.5(T1)15P3.6(WR)16P3.7(RD)17XTAL218XTAL119GND20P2.0(A8)21P2.1(A9)22P2.2(A10)23P2.3(A11)24P2.4(A12)25P2.5(A13)26P2.6(A14)27P2.7(A15)28PSEN29ALE/PROG30EA/VPP31P0.7(AD7)32P0.6(AD6)33P0.5(AD5)34P0.4(AD4)35P0.3(AD3)36P0.2(AD2)37P0.1(AD1)38P0.0(AD0)39VCC403.2 按键电路通过按键设定温湿

10、度范围及复位操作，相应的按键按下就会给相应的单片机引脚一个低电平，单片机就可以对温湿度范围进行合理地设定，可以看着数码管进行设定范围,数据会及时地反馈到显示屏上。只要实时更新的温度值和湿度值有一个及以上超过或低于设定范围时，系统就会驱动蜂鸣器报警。这些常开开关组成了设定按键，硬件电路简单，在程序设计上也不复杂，只要在程序中消除按键过程中产生的“毛刺”现象就可以了。图中S2按键功能为减,S3按键功能为加,S4按键为功能键。S2P10C51104423S3P151423S4P321423晶振电路在单片机最小系统中是必不可少的,单片机只有在晶振的驱动下才能工作,在单片机的XTAL1和XTAL2引脚外

11、接晶振后再各接电容C1和C2就可以组成晶振电路,晶振频率决定单片机的工作速度。电路中两个电容的作用有两个:一是帮助振荡器起振;二是稳定频率。电容C5、C6的取值范围在530pF之间,C1,C2的典型值为30PF。如图所示。11.0592MHzY110ufC110ufC2XTAL1XTAL23.2.1晶振电路复位电路在单片机电路中也是必不复位电路在单片机电路中也是必不可少的可少的, ,单片机的单片机的9 9号引脚为复位引脚号引脚为复位引脚, ,复位电路由复位电路由10uf10uf电容、电容、10K10K欧姆电阻、欧姆电阻、按键组成。按键组成。有手动有手动复位和复位和上电上电复位两复位两种复位方式

12、。上电复位：当刚通电时，种复位方式。上电复位：当刚通电时，电容电压为零，电阻上的压降约为电电容电压为零，电阻上的压降约为电源电压，即单片机源电压，即单片机9 9号引脚为高电平，号引脚为高电平，只要时间维持只要时间维持2 2个机器周期以上，就可个机器周期以上，就可完成复位。手动复位：当单片机上电完成复位。手动复位：当单片机上电后，电容后，电容C1C1已经充电完成达到稳态，已经充电完成达到稳态，当执行手动按键后，当执行手动按键后，RSTRST端的电压端的电压U=5U=5* *(10/11)4.5V,(10/11)4.5V,为高电平为高电平, ,又由于又由于人体手动按键时间最少也要人体手动按键时间最

13、少也要20ms20ms远大远大于于2 2个机器周期，此时满足单片机复位个机器周期，此时满足单片机复位的条件，故满足复位的要求。其电路的条件，故满足复位的要求。其电路图如图所示图如图所示P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78RST93.0/RXD103.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.5/T115P3.6/WR16P3.7/RD17XTAL118XTAL219Vss20P2.021P2.122P2.223P2.324P2.425P2.526P2.627P2.728PSEN29ALE30EA31P0.732

14、P0.633P0.534P0.435P0.336P0.237P0.138P0.039VCC40U1STC89C52R110kS1SW-PB+C410uf+5+53.3.1 DHT11传感器模块电路设计3.3采集模块DHT11传感器与单片机的连接电路相对比较简单。单片机的一个接口用来发送和接收串行数据，即P1.5为数据端口,连接DHT11温湿度传感器的2号引脚。由于测量范围电路小于20米，可以加一个10K的上拉电阻，因此在传感器的2号引脚与电源之间连接一个10K电阻。而传感器的电源端口1号引脚和4号引脚分别接单片机的VCC和GND端。传感器的第三脚悬浮放置也可接地。DHT11传感器模块的电路原理

15、图如图所示：动态显示驱动：我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。通过分时轮流控制各个数码管的的COM端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。数码管的动态原理图如右图3.4数码管动态显示工作原理 3.5报警模块 报警模块 当温湿度发生变化之后,DHT11传感器实时采集到的温度、湿度值中就会有一个及以上超出所设定的范围，则该系统就会驱动蜂鸣器发出响声，其报警电路图如下所示。当DHT11传感器采集到的温度、湿度值不符合所设定的范围时，单片机P1.4引脚及时置为低电平,使三极管正常工作驱使蜂鸣器报警。报警电路中要加入放大电路，是由于蜂鸣器工作时的

16、电流过大，需通过放大电路来驱动蜂鸣器。一般使用三极管来放大电流，此外三极管还起到开关的作用,当基极输入低电平，三极管饱和导通，蜂鸣器鸣响，但当输入高电平时，三极管截止，蜂鸣器停止发声。Beeper+54.软件系统设计4.1概述 在系统软件设计中，充分考虑了与硬件电路有机结合，将编写好的初始程序下载到硬件电路上进行调试修改,直到满足实际需求。系统软件采用模块化设计，将主程序分为几个功能模块进行独立编写，由主程序、温湿度采集程序、独立按键程序、液晶显示程序、报警程序等部分组成。其中，系统的主程序设计主要完成系统初始化、判断调用各模块程序，即主要实现各模块程序的链接。程序代码采用C语言编写。4.2主

17、程序设计程序设计思想：首先要对系统进行初始化，主要完成对单片机各功能部件初始状态的配置。然后通过按键处理模块对现场控制信号进行设定，设置温、湿度的合理范围，即报警范围。接下来通过温湿度传感器完成对工厂里温湿度的实时数据采集及相关处理。最后通过数码管显示污水厂里的温湿度数据，从而实现了对温湿度数据的实时显示。其中，通过单片机对污水其中，通过单片机对污水厂里检测到的温、湿度实厂里检测到的温、湿度实时参数与所设定的温、湿时参数与所设定的温、湿度控制参数进行比较，若度控制参数进行比较，若发现污水厂里的温湿度超发现污水厂里的温湿度超出所设定范围，则蜂鸣器出所设定范围，则蜂鸣器发出报警。其流程图如图发出报

18、警。其流程图如图所示。所示。本设计中温湿度采集模块采用温湿度传感器DHT11。DHT11的工作过程:将单片机的6号引脚P1.5置于低电平并保持18毫秒以上,此时发送开始信号能够保证DHT11检测到开始信号,之后DHT11从低速模式转换到高速模式,等待单片机的引脚P1.5变为高电平后,DHT11发送响应信号,单片机等待接收DHT11的响应信号,接收完毕后,单片机开始接收由DHT11送出40位的数据和校验位,并触发一次信号采集，最后单片机进行数据处理。DHT11温湿度传感器工作流程并不是很复杂，大概流程图如右所示。 5.系统的软硬件调试调试过程包括调试过程包括软软件调试和件调试和硬硬件调试，而且两

19、者件调试，而且两者缺一不可缺一不可的。设计好的硬件的。设计好的硬件电路和软件程序，只有经过联合调试，才能验证其正确性；是否达到设计任电路和软件程序，只有经过联合调试，才能验证其正确性；是否达到设计任务的要求，也只有经过调试，才能发现问题并解决务的要求，也只有经过调试，才能发现问题并解决，然后，然后完善，最终开发成完善，最终开发成实用产品。硬件调试比较简单实用产品。硬件调试比较简单, ,将焊接好的电路板通过将焊接好的电路板通过ISPISP下载线将软件代码下载线将软件代码下载至下载至 STC89C52STC89C52单片机中完成系统集成。如果下载成功的话说明整个硬件模单片机中完成系统集成。如果下载

20、成功的话说明整个硬件模块基本上没问题。块基本上没问题。若不成功，需要进一步检查问题所在。若不成功，需要进一步检查问题所在。软件调试较复杂一软件调试较复杂一般包括分块调试和联机调试两个阶段。程序的分块调试一般配合对应硬件电般包括分块调试和联机调试两个阶段。程序的分块调试一般配合对应硬件电路单独运行某程序功能块，然后检查是否正确，如果执行结果与预想的不一路单独运行某程序功能块，然后检查是否正确，如果执行结果与预想的不一致，可以通过单步运行的方法，查出原因并加以改正，直到运行结果正确为致，可以通过单步运行的方法，查出原因并加以改正，直到运行结果正确为止。这时该程序功能块已调试完毕，可去掉附加程序段。

21、其它程序功能块可止。这时该程序功能块已调试完毕，可去掉附加程序段。其它程序功能块可按此法进行调试。程序联机调试就是将已调试好的各程序功能块按总体结构按此法进行调试。程序联机调试就是将已调试好的各程序功能块按总体结构联成一个完整程序，在所研制的硬件电路上运行。联成一个完整程序，在所研制的硬件电路上运行。系统调试完成后，还要进行实际情况的试运行，用细导线连接系统调试完成后，还要进行实际情况的试运行，用细导线连接DHT11DHT11传感器传感器接在整个硬件上，使传感器与整个硬件模块分离接在整个硬件上，使传感器与整个硬件模块分离, ,将将DHT11DHT11传感器放在需要监传感器放在需要监测温湿度的厂

22、房测温湿度的厂房, ,其他硬件模块放在工人身边。这样做的目的是当温湿度超过其他硬件模块放在工人身边。这样做的目的是当温湿度超过限定值之后报警装置及时报警提醒工人及时处理。在此过程中可以检验系统限定值之后报警装置及时报警提醒工人及时处理。在此过程中可以检验系统是否能正常工作得到我们想要的结果是否能正常工作得到我们想要的结果，验证系统功能是否达到设计要求，是，验证系统功能是否达到设计要求，是否达到预期的效果。否达到预期的效果。实物图主要包括数码管、单片机、蜂鸣器、按键等，如图1根据设计方案，把各原件排版好，然后焊接，焊接的电路原理图如图2接通电源后，按下开关键，数码管会交替显示此时环境的温度和湿度

23、，如图3所示，此时温度是二十度。图1 图2图3当使用此装置时，应首先设置好温度的范围，首先按下设置键，此时会显示最 高温度，然后通过加减键改变最高温度的值。再次按下设置键，此时会显示最低温度，然后通过加减键改变最低温度的值，若此时环境温度的值不在所设定的温度范围内，则蜂鸣器报警，如图4当使用此装置时，应首先设置好湿度的范围，首先按下设置键，此时会显示最高湿度，然后通过加减键改变最高湿度的值。再次按下设置键，此时会显示最低湿度，然后通过加减键改变最低湿度的值，若此时环境温度的值不在所设定的湿度范围内，则蜂鸣器报警，如图5图4温度报警图5湿度报警结束语Conclusion随着电子信息技术的发展，我们的日常生活正朝着信息化方向发展。随着电子信息技术的发展，我们的日常生活正朝着信息化方向发展。我此次的毕业设计是从实际我此次的毕业设计是从实际需要需要出发设计了一个污水厂的温湿度报警器出发设计了一个污水厂的温湿度报警器监监控系统控系统，定给工厂的工人们带来了极大的便利，定给工厂的工人们带来了极大的便利，让工厂的工作效率提高了许让工厂的工作效率提高了许多多。此设计采用。此设计采用STC89C52STC89C52单片机作为整个系统的核心模块，温湿度传