基于单片机的动物居室温湿度监控系统论文

1、 PAGE56 / NUMPAGES56摘 要居室温湿度控制系统是以居室的温湿度为输入量，以居室的调温和排湿装置(风机、步进电机、排气扇等)为控制对象，在单片机控制系统上用模糊控制的方法使居室中温湿度的变化满足居住需求，达到提高动物居室生活要求目的。针对温湿度变化的非线性和相互耦合现象，本文设计了基于单片机和模糊控制技术的动物居室温湿度自动控制系统。本论文的工作重点主要有以下几个方面：第一，设计和实现了以Atmega16为核心的单片机系统，配有键盘、显示和干湿温度采集处理的控制系统，设计了基于GAL的步进电机驱动控制电路、基于1-wier总线的干湿温度多点采集电路、I2C总线器件AT24C02

2、工艺参数存储等外围电路，可实现信号采集、数据显示、键盘控制、数据计算、排湿装置控制、调温装置控制等功能。详细介绍了硬件电路设计和软件程序设计，并针对单片机系统的硬件和软件介绍了一些工程上实用的抗干扰技术；第二，针对干湿温度变化的非线性和相互耦合现象，具体研究了居室温湿度变化的规律，设计了基于模糊控制技术的模糊控制器并制定了模糊控制查询表。关键词：温湿控制 模糊控制 Atmega16 GAL SHT11AbstractAccording to the temperature and humidity of warm room and temperature-control and humidit

3、y-control device (such as fan stepping motor , exhaust fan and so on ) , the temperature and humidity control system for warm room , which uses fuzzy control based on MCU control system , can satisfy the process requirement of temperature and humidity chance in warm room , improve quality of living

4、room. According to the temperature and humidity nonlinearvariation and coupling phenomena, I designed the control system based on MCU and fuzzy control.The main focus of this paper are the following aspects: Firstly，the MCU control system，with keyboard input LED display and temperature-humidity coll

5、ecting , with the core of atmega16 is designed. What is more，pulse distributor of stepping motor with GAL, multi-temperature-humidity collecting circuit based on 1-wire bus and the processing parameter memory circuit with I2C bus interface device AT24C02 and so on designed for this system which has

6、the function of signal collecting data displaying, keyboard controlling , data computing , temperature-control device controlling , humidity-control device controlling and so on . The hardware design and software design are described in detail. And some practical hardware and software reliability me

7、asures of MCU system are introduced. Secondly, according to the temperature and humidity nonlinear variation and coupling phenomena in warm room, I study the temperature and humidity characteristic of warm room, and design the fuzzy controller and fuzzy control polling list.Keywords: temperature-hum

8、idity control fuzzy control Atmega16 GAL SHT11目录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc265231640摘 要 PAGEREF _Toc265231640 h 1HYPERLINK l _Toc265231641Abstract PAGEREF _Toc265231641 h 2HYPERLINK l _Toc265231642目录 PAGEREF _Toc265231642 h 3HYPERLINK l _Toc265231643第一章 绪论 PAGEREF _Toc265231643 h 5HYPERLINK l

9、_Toc2652316441.1课题背景介绍 PAGEREF _Toc265231644 h 5HYPERLINK l _Toc2652316451.2 论文研究的目的与意义 PAGEREF _Toc265231645 h 5HYPERLINK l _Toc2652316461.3 系统设计简介 PAGEREF _Toc265231646 h 5HYPERLINK l _Toc2652316471.3.1 设计要求 PAGEREF _Toc265231647 h 5HYPERLINK l _Toc2652316481.3.2 功能简介 PAGEREF _Toc265231648 h 6HYPE

10、RLINK l _Toc265231649第二章 系统分析 PAGEREF _Toc265231649 h 7HYPERLINK l _Toc2652316502.1 系统设计原则 PAGEREF _Toc265231650 h 7HYPERLINK l _Toc2652316512.2 可行性分析 PAGEREF _Toc265231651 h 7HYPERLINK l _Toc2652316522.3 系统硬件总体设计以与说明 PAGEREF _Toc265231652 h 8HYPERLINK l _Toc265231653第三章 模糊控制理论 PAGEREF _Toc265231653

11、 h 9HYPERLINK l _Toc2652316543.1 空气温湿度解耦理论依据 PAGEREF _Toc265231654 h 9HYPERLINK l _Toc2652316553.2模糊控制特点 PAGEREF _Toc265231655 h 10HYPERLINK l _Toc2652316563.3模糊控制的基本原理 PAGEREF _Toc265231656 h 10HYPERLINK l _Toc2652316573.4模糊控制系统的组成 PAGEREF _Toc265231657 h 11HYPERLINK l _Toc2652316583.5本温室温湿度模糊解耦控制算

12、法的实现 PAGEREF _Toc265231658 h 12HYPERLINK l _Toc2652316593.5.1温湿度模糊解耦器设计 PAGEREF _Toc265231659 h 12HYPERLINK l _Toc2652316603.5.2清晰化处理 PAGEREF _Toc265231660 h 17HYPERLINK l _Toc2652316613.5.3温湿度模糊控制 PAGEREF _Toc265231661 h 20HYPERLINK l _Toc265231662第四章 系统的设计与实现 PAGEREF _Toc265231662 h 23HYPERLINK l

13、_Toc2652316634.1系统硬件方案 PAGEREF _Toc265231663 h 23HYPERLINK l _Toc2652316644.2单片机芯片的选用 PAGEREF _Toc265231664 h 24HYPERLINK l _Toc2652316654.3电源转换电路的设计 PAGEREF _Toc265231665 h 25HYPERLINK l _Toc2652316664.4键盘控制电路设计 PAGEREF _Toc265231666 h 25HYPERLINK l _Toc2652316674.5显示电路设计 PAGEREF _Toc265231667 h 26

14、HYPERLINK l _Toc2652316684.6步进电机驱动控制电路设计 PAGEREF _Toc265231668 h 27HYPERLINK l _Toc2652316694.6.1步进电机控制原理 PAGEREF _Toc265231669 h 28HYPERLINK l _Toc2652316704.6.2 GAL脉冲分配器 PAGEREF _Toc265231670 h 30HYPERLINK l _Toc2652316714.6.4 步进电机驱动控制电路 PAGEREF _Toc265231671 h 31HYPERLINK l _Toc2652316724.7传感器模块的

15、设计与实现 PAGEREF _Toc265231672 h 32HYPERLINK l _Toc2652316734.7.1 温湿度传感器的选择 PAGEREF _Toc265231673 h 32HYPERLINK l _Toc2652316744.7.2 SHT11(温湿度传感器)传感器描述 PAGEREF _Toc265231674 h 33HYPERLINK l _Toc2652316754.7.3 SHT11工作时序 PAGEREF _Toc265231675 h 34HYPERLINK l _Toc2652316764.7.4 SHT11与单片机的连接 PAGEREF _Toc26

16、5231676 h 35HYPERLINK l _Toc2652316774.7.5湿度线性补偿和温度补偿 PAGEREF _Toc265231677 h 36HYPERLINK l _Toc2652316784.7.6 温度值输出 PAGEREF _Toc265231678 h 37HYPERLINK l _Toc2652316794.7.7露点计算 PAGEREF _Toc265231679 h 37HYPERLINK l _Toc2652316804.8 参数存储电路设计 PAGEREF _Toc265231680 h 38HYPERLINK l _Toc2652316814.8.1 总

17、线 PAGEREF _Toc265231681 h 38HYPERLINK l _Toc2652316824.8.2参数存储芯片AT24C02 PAGEREF _Toc265231682 h 40HYPERLINK l _Toc2652316834.9通信接口与声光报警电路 PAGEREF _Toc265231683 h 41HYPERLINK l _Toc265231684第五章 系统的软件设计与实现 PAGEREF _Toc265231684 h 43HYPERLINK l _Toc2652316855.1初始化程序 PAGEREF _Toc265231685 h 43HYPERLINK

18、l _Toc2652316865.2 按键处理模块 PAGEREF _Toc265231686 h 44HYPERLINK l _Toc2652316875.3 显示模块 PAGEREF _Toc265231687 h 45HYPERLINK l _Toc2652316885.4 模糊控制模块 PAGEREF _Toc265231688 h 46HYPERLINK l _Toc2652316895.5 温湿度测量模块 PAGEREF _Toc265231689 h 47HYPERLINK l _Toc265231690第六章 系统抗干扰技术 PAGEREF _Toc265231690 h 49

19、HYPERLINK l _Toc2652316916.1 硬件抗干扰技术 PAGEREF _Toc265231691 h 49HYPERLINK l _Toc2652316926.2 软件抗干扰技术 PAGEREF _Toc265231692 h 50HYPERLINK l _Toc265231693第七章 系统仿真 PAGEREF _Toc265231693 h 51HYPERLINK l _Toc265231694总结 PAGEREF _Toc265231694 h 54HYPERLINK l _Toc265231695参考文献 PAGEREF _Toc265231695 h 55HYPE

20、RLINK l _Toc265231696致 PAGEREF _Toc265231696 h 58第一章 绪论1.1课题背景介绍温湿度的测控在工农业生产、日常生活与科学研究中有着广泛的应用，诸如农业生产中蔬菜大棚温湿度测控，粮仓中的温湿度测控以与发电厂，电力部门等都需要温湿度测控。由于常用的温湿度传感器的非线性输出，使温湿度的测量方法和手段相对比较复杂，也给电路的调试增加了难度；为此，采用一体化集成温湿度传感器有利于提高测控系统的抗干扰能力和可靠性。1.2 论文研究的目的与意义目的：对基于Atmega16单片机的温湿度监控系统进行研究和设计，能够对周围环境的温度和湿度进行实时测量；实现基于At

21、mega16单片机的温湿度监控系统的软、硬件设计。其意义：1、基于Atmega16单片机的温湿度监控系统可以为一些对温度、湿度比较敏感的场合提供准确的温度、湿度信息，还可以用于粮库、机房等场所。能够创造一定的社会经济效益。2、通过对温湿度监控系统的设计来学习并掌握有关单片机的知识和传感器通信技术以与数码管的显示原理，达到进一步巩固平时所学的专业知识。3、将所学的理论知识和实践相结合，为以后在此基础上结合相关领域设计产品和改进某些产品性能具有很好的实践意义。1.3 系统设计简介1.3.1 设计要求 1、能对输入的温湿度传感器信号进行检测。 2、能判断检测的信号是否越界，在设计程序过程中，考虑到检

22、测的信号在低于或高于设定温湿度的围时应做些什么。 3、通过监控主机或 PC来实时查看当前温度和湿度值 ，并可在监控主或 PC 上设置报警参数以便实时监控环境温度和湿度值。 4、温度测量围：-40123.8， 精度： +0.4； 湿度测量围：0%RH100%RH， 精度： +3%RH； 响应时间：t 95 %RH) 环境中，加热传感器可预防传感器结露，同时缩短响应时间，提高精度。加热后SHT11温度升高、相对湿度降低，较加热前，测量值会略有差异。图4-10 SHT11部结构框图微处理器是通过二线串行数字接口与 SHT11 进行通信的。通信协议与通用的总线协议是不兼容的，因此需要用通用微处理器I/

23、O口模拟该通信序。微处理器对SHT11的控制是通过5个 5位命令代码来实现的，命令代码的含义如下表所列。表4-2 SHT11命令代码命令代码含义00011测量温度00101测量湿度00111读部状态寄存器00110写部状态寄存器11110复位命令，使部寄存器恢复默认值，下次命令前至少等待11ms其他保留SHT11温湿度传感器采用SMD(LCC)表面贴片封装形式， 接口非常简单，引脚名称与排列顺序如下图所示。各引脚的功能如下：脚1 和4 ：信号地和电源，其工作电压围是2.45.5 V；脚2和脚3：二线串行数字接口，其中DATA为数据线， SCK为时钟线； 脚5脚8：未连接。 图4-11 SHT1

24、1 HYPERLINK l _Toc170315657 4.7.3 SHT11工作时序首先对数据传输进行初始化来启动SHT11测量时序，即在第一个SCK时钟高电平时，DATA翻转为低电平，并在第二个SCK时钟高电平时，DATA翻转为高电平。SHT11测量命令包含3个地址位和5个命令位 (其中温度测量代码为00011，湿度测量代码为00101)。单片机发布一组 8 bit测量命令 (如00000101，即湿度测量 )后，DATA在第 8个 SCK时钟的下降沿被置为低电平。再发送第9个 SCK时钟作为命令确认，DA2T A在其下降沿之后，恢复为高电平。同时，单片机可以暂时停止发送时钟序列以进入空闲

25、模式，准备读取测量数据。SHT11在转换结束后，将DATA置为低电平，单片机继续发出时钟序列，来读取 2个 8 Byte的测量数据和 1个 8 Byte的 CRC奇偶校验。所有的数据从 MS B 开始，右值有效(例如：对于 12 bit数据 ，从第 5个 SCK时钟起算作 MS B；对于 8 bit数据 ，首字节无意义 )。其中，在每个字节传输结束之后，都要发出一个时钟高电平 ACK，并将 DATA置为低电平，以确认读取成功。当然，如果不使用 CRC2 8校验，控制器可以在读取测量值LS B后，通过保持确认位ACK高电平，来中止数据传输。在测量和传输结束后，SHT11自动转入休眠模式。SHT1

26、1的工作时序如下图所示。图4-12 SHT11的工作时序 HYPERLINK l _Toc170315658 4.7.4 SHT11与单片机的连接SHT11通过两线串行接口电路与单片机连接 ，具体电路如图4-12所示。其中，串行时钟输入线SCK用于单片机控制器与 SHT11之间的通信同步。串行数据线 DAT A用于部数据的输出和外部数据的输入。DAT A在 SCK时钟下降沿之后改变状态 ，并仅在 SCK时钟上升沿后有效。因此单片机可以在 SCK高电平时读取数据 ，而当其向SHT11发送数据时 ，在 SCK时钟下降沿之后改变状态 ，同时保证 DAT A线上的电平状态在 SCK高电平段稳定。其程序

27、流程图见第五章。图4-13 SHT11与单片机的连接 HYPERLINK l _Toc170315660 4.7.5湿度线性补偿和温度补偿SHT11 可通过 DATA 数据总线直接输出数字量湿度值。该湿度值称为 “相对湿度”，需要进行线性补偿和温度补偿后才能得到较为准确的湿度值。由于相对湿度数字输出特性呈一定的非线性，因此为了补偿湿度传感器的非线性，可按下式修正湿度值： （4-1）式中：为经过线性补偿后的湿度值，为相对湿度测量值，、 、 为线性补偿系数，取值如表4-5 所列。由于温度对湿度的影响十分明显，而实际温度和测试参考温度25 有所不同，所以对线性补偿后的湿度值进行温度补偿很有必要。补偿

28、公式如下： （4-2）式中：RHture为经过线性补偿和温度补偿后的湿度值，T为测试湿度值时的温度( ) ， 和 为温度补偿系数，取值如表4-6所列。表4-3湿度线性补偿系数SOrhC1C2C312位-40.04052. 8 10 - 68位-40.648- 7. 2 10 - 4表4-4温度线性补偿系数SOrht1t212位0.010.000088位0.010.001284.7.6 温度值输出由于SHT11是采用 PTAT 能隙材料制成的温度敏感元件，因而具有很好的线性输出。实际温度值可由下式算得： （4-3） 式中： 和 为特定系数， 的取值与 SHT11 工作电压有关， 的取值则与 SH

29、T11 部 A/ D 转换器采用的分辨率有关，其对应关系分别如表3-6 和表3-7所列。表4-5 d1对应关系表4-6 d2对应关系V DD/ Vd1 / d1 / F5- 40. 00- 40. 004- 39. 75- 39. 503.5- 39. 66- 39. 353- 39. 60- 39. 282.5- 39. 55- 39. 23SOTd2 / d2 /F14位0.010.01812位0.040.072 HYPERLINK l _Toc170315661 4.7.7露点计算露点是一个特殊的温度值，是空气保持某一定湿度必须达到的最低温度。当空气的温度低于露点时，空气容纳不了过多的水

30、分，这些水分会变成雾、 露水或霜。露点可以根据当前相对湿度值和温度值计算得出， 具体的计算公式如下： （4-4） （4-5）式中： 为当前温度值，为相对湿度值，为露点值。4.8 参数存储电路设计4.8.1总线总线是一种用于IC器件之间连接的二线制总线，它通过SDA(串行数据线)与SCL(串行时钟线)两根线在连到总线上的器件之间传送信息，并根据地址识别每个器件：不管是单片机、存储器、LCD驱动器还是键盘接口。1、总线的基本结构采用总线标准的单片机或IC器件，其部不仅有接口电路，而且将部各单元电路按功能划分为若干相对独立的模块，通过软件寻址实现片选，减少了器件片选线的连接。CPU不仅能通过指令将某

31、个功能单元电路挂靠或摘离总线，还可对该单元的工作状况进行检测，从而实现对硬件系统的既简单又灵活的扩展与控制。总线接口电路结构如图4-14所示。图4-14 总线接口电路结构2、双向传输的接口特性传统的单片机串行接口的发送和接收一般都各用一条线，如AVR系列的TXD和RXD，而总线则根据器件的功能通过软件程序使其可工作于发送或接收方式。当某个器件向总线上发送信息时，它就是发送器(也叫主器件)，而当其从总线上接收信息时，又成为接收器(也叫从器件)。主器件用于启动总线上传送数据并产生时钟以开放传送的器件，此时任何被寻址的器件均被认为是从器件。总线的控制完全由挂接在总线上的主器件送出的地址和数据决定。在

32、总线上，既没有中心机，也没有优先机。总线上主和从(即发送和接收)的关系不是一成不变的，而是取决于此时数据传送的方向。SDA和SCL均为双向I/O线，通过上拉电阻接正电源。当总线空闲时，两根线都是高电平。连接总线的器件的输出级必须是集电极或漏极开路。总线的数据传送速率在标准工作方式下为100kbit/s此，在快速方式下，最高传送速率可达400kbit/s。3、总线上的时钟信号在总线上传送信息时的时钟同步信号是由挂接在SCL时钟线上的所有器件的逻辑“与”完成的。SCL线上由高电平到低电平的跳变将影响到这些器件，一旦某个器件的时钟信号下跳为低电平，将使SCL线一直保持低电平，使SCL线上的所有器件开

33、始低电平周期。此时，低电平周期短的器件的时钟由低至高的跳变并不能影响SCL线的状态，于是这些器件将进入高电平等待的状态。4、数据的传送在数据传送过程中，必须确认数据传送的开始和结束。在总线技术规中，开始和结束信号(也称启动和停止信号)的定义如图4-15所示。当时钟线SCL为高电平时，数据线SDA由高电平跳变为低电平定义为“开始”信号;当SCL线为高电平时，SDA线发生低电平到高电平的跳变为“结束”信号。开始和结束信号都是由主器件产生。在开始信号以后，总线即被认为处于忙状态;在结束信号以后的一段时间，总线被认为是空闲的。图4-15 总线开始和结束信号总线的数据传送格式是：在总线开始信号后，送出的

34、第一个字节数据是用来选择从器件地址的，其中前7位为地址码，第8位为方向位(R/W)。方向位为“0”表示发送，即主器件把信息写到所选择的从器件；方向位为“1”表示主器件将从从器件读信息。开始信号后，系统中的各个器件将自己的地址和主器件送到总线上的地址进行比较，如果与主器件发送到总线上的地址一致，则该器件即为被主器件寻址的器件，其接收信息还是发送信息则由第8位(R/W)确定。在总线上每次传送的数据字节数不限，但每一个字节必须为8位，而且每个传送的字节后面必须跟一个认可位(第9位)，也叫应答位(ACK)。每次都是先传最高位，通常从器件在接收到每个字节后都会作出响应，即释放SCL线返回高电平，准备接收

35、下一个数据字节，主器件可继续传送。如果从器件正在处理一个实时事件而不能接收数据时，(例如正在处理一个部中断，在这个中断处理完之前就不能接收总线上的数据字节)可以使时钟SCL线保持低电平，从器件必须使SDA保持高电平，此时主器件产生1个结束信号，使传送异常结束，迫使主器件处于等待状态。当从器件处理完毕时将释放SCL线，主器件继续传送。当主器件发送完一个字节的数据后，接着发出对应于SCL线上的一个时钟(ACK)认可位，在此时钟主器件释放SDA线，一个字节传送结束，而从器件的响应信号将SDA线拉成低电平，使SDA在该时钟的高电平期间为稳定的低电平。从器件的响应信号结束后，SDA线返回高电平，进入下一

36、个传送周期。总线还具有广播呼叫地址用于寻址总线上所有器件的功能。若一个器件不需要广播呼叫寻址中所提供的任何数据，则可以忽略该地址不作响应。如果该器件需要广播呼叫寻址中提供的数据，则应对地址作出响应，其表现为一个接收器。5、总线接口器件目前在视频处理、移动通信等领域采用总线接口器件己经比较普遍。另外，通用的总线接口器件，如带总线的单片机、RAM、ROM、A/D、D/A、LCD驱动器等器件，也越来越多地应用于计算机与自动控制系统中。4.8.2参数存储芯片AT24C02AT24C02是美国ATMEL公司的低功耗CMOS串行EEPROM，它是含2568位存储空间，具有工作电压宽(2.55.5V)、擦写

37、次数多(大于10000次)、写入速度快(小于10ms)等特点。图4-16中AT24C02的1、2、3脚是三条地址线，用于确定芯片的硬件地址。在系统主板上它们都接地，第8脚和第4脚分别为正、负电源。第5脚SDA为串行数据输入/输出，数据通过这条双向总线串行传送，在系统主板上上和单片机的SDA连接。第6脚SCL为串行时钟输入线，在系统主板上和单片机的SCL连接。SDA和SCL都需要和正电源间各接一个10K的电阻上拉。第7脚需要接地。AT24C02中带有片地址寄存器。每写入或读出一个数据字节后，该地址寄存器自动加1，以实现对下一个存储单元的读写。所有字节均以单一操作方式读取。为降低总的写入时间，一次

38、操作可写入多达8个字节的数据。图4-16 AT24C02接口电路4.9通信接口与声光报警电路1、通信接口电路通信接口采用单片机的全双工异步串行接口，用于软件的升级和联机通讯。接口电路如图4-17所示。接口芯片采用MAXIM公司的MAX232C芯片。图4-17 RS-232接口电路2、声光报警电路系统提供了温湿度上下限报苦、时间超限报警、系统异常报警。报警电路如图4-18所示，蜂鸣器采用长声型，由PNP型三极管驱动。图4-18 声光报警电路图第五章 系统的软件设计与实现5.1初始化程序程序的初始化在任何硬件模块程序设计中，必不可少的一部分。程序初始化是对系统中所使用到的模块进行初始设置，其目的就

39、是为了让硬件模块符合在控制软件中的使用要求。对硬件所使用到的部资源和外部资源，必须一一进行初始化设置，同时还需要对单片机的一些外围电路进行初始化设置。这些初始化设置包括：全局变量初始化、I/O口配置、外部中断0初始化设置、定时器0和1初始化、键盘锁定、数据缓冲区初始化、MAX7219显示驱动芯片初始化、温度传感器DS18B20初始化、外部输出设置、工作模式等，其流程图如图5-1所示。图5-1初始化程序流程图5.2 按键处理模块系统提供了5个按键，采用中断0的扩展方式，每个按键被按下都会产生一个外部0中断，每个按键都有相应的处理函数。首先有键按下就会产生INT0中断，进入中断入口，然后判断是哪个

40、按键按下，再进入对应的按键处理程序进行相应的处理(比如按下KS，KS是参数设置键，程序就会进入KS的处理函数部分，将原来显示的实测值切换到设定值显示模式，并且在这种模式下可以改变参数)。程序流程图如图5-2所示。图5-2 按键处理模块流程图5.3 显示模块1、MAX7219的初始化对MAX7219的初始化，实际上就是对MAX7219的扫描限制寄存器(扫描数码管的个数)、亮度寄存器、译码模式寄存器与工作寄存器进行正确的设置。在进行程序前，必须清楚一点，就是MAX7219采用16位数据包的形式，也就是说对MAX7219写入时是以16位数作为一个整体来进行的，也即两个字节，高字节为寄存器地址或显示R

41、AM地址，低字节为命令或数据。2、字写MAX7219程序字写MAX7219也就是将16位数据包写入MAX7219，其程序设计只要遵循MAX7219的时序要求即可，简要描述为：在时钟上升沿数据被锁入片16位移位寄存器；16位数据的输出顺序必须是从高位到低位。对于处理器来说，一般均自然满足MAX7219对串行时钟不能高于10MHz的要求。16位写入以后，必须通过12管脚(LOAD)的正跳变(即上升沿)将数据锁入，从而使更新数据(命令)有效。3、显示子程序显示子程序的作用是将非压缩的BCD码形式的显示代码写入对应的数码管显示RAM寄存器，常用的09和AF的显示代码对应为00H09H和0AH0FH。如

42、要在对应的位上显示小数点，只要将对应的显示代码的最高位置1即可。例如要显示“0”，其显示代码为80H。图5-3显示模块流程图5.4 模糊控制模块系统模糊控制模块软件流程图如图5-4所示，系统进入模糊控制模块，首先读取设定工艺曲线温湿度的值，根据采集到的温湿度计算出Et，Eh，ECt，ECh的值，然后查询模糊控制表得到对应的模糊控制输出量Ct和Ch，进一步进行解耦运算，得到最终的控制输出量Ut和Uh，输出控制信号，完成模糊处理。由于模糊控制表的建立是离线进行的，因此它丝毫没有影响模糊控制器实时运行的速度。一旦模糊控制表建立起来，模糊逻辑推理控制的算法就是简单的查表法，其运算速度是相当快的，完全能

43、够满足实时控制的要求。图5-4模糊控制模块软件流程图5.5 温湿度测量模块温湿度测量子程序。该设计中，温湿度测量程序放在定时器 T0的中断服务程序中，定时器 T0为工作方式1，每次定时周期为50ms，软件计数600次，温湿度采样周期为30s。中断服务程序包含启动转换子程序、读测量数据子程序、数值处理子程序等基本程序。软件温湿度测量流程图如图5-5所示。图5-5 温湿度测量流程图第六章 系统抗干扰技术6.1 硬件抗干扰技术系统通过温度传感器直接与测试现场相接触，检测环境的电磁干扰(来自加热和排湿设备)直接干扰传感器的输入和输出；电源电压的波动也会影响整个系统的输入输出信号；信号源和控制系统之间有

44、几米到几十米的距离，信号在传送过程中很容易受到周围强电设备的干扰；执行器(鼓风机、排气扇、步进电机、循环风机等)的驱动需要高电压、大功率电源，该电源会在后向通道直接干扰住控制系统；执行器距离现场较远，控制现场也会干扰主控系统。在硬件系统上主要采取以下措施：1、从传感器输出的信号经过RC阻容滤波后再进入主控系统。为了抑制开关量执行机构对主控系统的干扰，在通道上采用具有隔离作用的固态继电器来抑制干扰。对于步进电机控制量输出，采用TLP521来隔离两路不同电压。2、对于各类电源采用环形地线的布线方式，地线尽量加粗，接地电路布成团环路以提高抗噪声能力。3、对于传感器通信外接线，采用屏蔽双绞线，以减少环

45、境对信号的干扰。4、采用看门狗监控，在系统运行过程中可能出现死机和程序跑飞的情况下，强制处理器复位；另外采用阻容加手动复位电路，在上电和电源波动过程中实现可靠复位。5、每个芯片在工作中都会产生一些谐波震荡，或多或少，这些震荡会对后面电路中的芯片造成一定的干扰，尤其在一些本身就存在强烈干扰源的环境中更是如此。因此，将主控芯片和存储芯片的电源和地之间跨接多个退藕电容，以消除干扰。6.2 软件抗干扰技术利用软件措施来提高系统的抗干扰能力，不仅可以得到满意的效果，还可以降低系统的体积和成本。对于实时控制程序，为了防止程序指针PC的容出错，使程序“跑飞”，在进行跳转、多字节、中断、堆栈操作中加入空操作指

46、令NOP，它对CPU的工作状态无任何影响，但可以使得失去控制的程序调整PC的容，转到正确的指令处执行程序。为了防止程序进入死循环，设计了系统监视程序WATCHDOG，当进入死循环时，产生最高优先级中断，强制系统复位。第七章 系统仿真为了验证P I D参数自调整模糊控制器的效果，我们在MATLAB中利用SIMULINK工具箱对2个不同阶次的被控制对象进行仿真研究。设被控对象的数学模型为：在M A T L A B中创建图7-1所示的模糊控制系统仿真模型，该方框图中的P I D控制器和模糊控制器分别是封装好的子系统，其部模型如图7-2、图7-3所示，其中图7-3中的模糊逻辑控制器中隐含了输入输出关系

47、的FIS需要利用行命令或者G U I编辑函数事先建立。图7-1模糊PID控制系统仿真模型图7-2 封装好的PID子系统图7-3 封装好的参数自调整子系统仿真运行后得到图7-4、图7-5所示的结果（阶跃响应）。显然参数自组织模糊控制系统比参数固定的系统的控制效果好得多。图7-4 G1(s)仿真结果图图7-5G2(s)仿真结果图本系统采用离线处理和在线计算相结合的方法，在不增加系统开销的情况下，保证了处理过程中的稳定性和数据的准确性。通过仿真试验表明，本设计温度精度优于0.2，湿度精度可保证0.5 %RH，完全满足常见的设计要求。由于在温湿度控制方面运用了模糊PID控制技术，使得温湿度调节的动态性

48、能得到了很大的提高，响应速度加快，有效地抑制了温湿度控制系统大滞后带来的不利影响；同时，也兼备了常规PID控制技术高稳态精度的特点。总结本系统通用性强，抗干扰能力强，成本低，具有一定的智能化，适用于各种温湿度检测控制环境，具有以下特点：1、采用性价比较高的单片机ATmega16设计了该控制系统。该系统具有键盘控制和显示功能，同时扩展了LCD显示功能和RS-232通信功能，以便后续的功能扩展。2、利用模糊控制算法离线计算了输入量和输出量的量化值，形成了模糊控制表，基本实现了系统控制的实时性。3、设计了基于可编程逻辑器件GAL的步进电机脉冲分配器，节省了步进电机控制电路的成本，实验证明由GAL设计

49、的步进电机控制电路具有较好的稳定性和控制性能。4、设计了基于单总线资源，降低了电路成本。5、为了提高系统的安的数字式温度传感器检测电路，大大降低了电路的复杂度，节省了单片机的I/O全性和可靠性，经过对系统干扰因素的分析，系统采用硬件抗干扰措施(电源退祸、看门狗电路等)和软件抗干扰措施(指令冗余技术等)，减少了实际运行环境对系统的干扰，保证系统运行稳定、可靠。本系统在今后的工作中还有待于进一步改进与完善：1、按照北方和南方的气候差异选择不同的控制机构和制定不同的控制规则；2、按照冬季和夏季的不同制定不同的控制规则。参考文献1 晓妮.单片机温度控制系统的设计J .学院学报，2005，(02)：20

50、-21.2 连祥，许培培.温湿度传感器SHT11的感测系统设计 J .单片机与嵌入式系统应用，2007 (4)：492 51.3 淑荣，丁录军.基于单片机控制的温度智能控制系统J .微计算机信息，2003年第7期：119-120.4 樊建明，渊睿.基于SHT11的温室多点测量系统设计 J .国外电子测量技术，2006 (25)：425 戍，建辉.温室温湿度控制系统J .微计算机信息，2003年第1期：73-75.6 朋，洪.智能温度测量模块的设计J.电力自动化设备，2005年第12期：49-51.7 .高速嵌入式单片机原理与接口技术M .：国防工业2004.8 马潮，詹卫前，耿德根.Atmege16原理与应用手册M.：清华大学，2002.9 夏晓南.基于单片机的温箱温度和湿度的控制J.现代电子技术，2005年第24期：117-119.10 越，超，进良.基于AVR单片机的精密温控系统设计J.仪器仪表用户，2008.06.11 马潮.AVR单片机嵌入式系统原理与应用实践M.航空大学， 2007.10.12 朝青.单片机原理与接口技术（第3版）M.：航空航天大学，2006.6：38-47，60-102.13 显英，荣雨.基于