仓库温湿度控制系统样本

仓库温湿度控制系统姓名学号专业班级提交日期

目录摘要....................................................................21仓库温湿度控制系统设计任务和性能指标..................................31.1设计任务..........................................................31.2性能指标..........................................................32系统总体设计..........................................................33硬件设计..............................................................43.1单片机最小系统....................................................43.2LCD1602显示模块...................................................53.3温湿度传感器模块..................................................63.3.1SHT10温湿度传感器简介.......................................63.3.2SHT10与单片机接口电路......................................73.4报警模块..........................................................73.4按键模块..........................................................83.4控制模块..........................................................84软件设计.............................................................94.1主程序流程图....................................................94.2SHT10子程序流程图...............................................104.3LCD1602子程序流程图.............................................104.4输出控制子程序流程图.............................................114.5键盘扫描子程序流程图.............................................115仿真与调试...........................................................125.1调试环境.......................................................125.2局限性与优化.......................................................136总结..................................................................137参照文献..............................................................13附件1系统仿真图.........................................................14摘要防潮、防霉、防腐、防爆是仓库寻常工作重要内容，是衡量仓库管理质量重要指标。它直接影响到储备物资使用寿命和工作可靠性。为保证寻常工作顺利进行，首要问题是加强仓库内温度与湿度监测工作。老式办法是用湿度表、毛发湿度表、双金属式测量计和湿度试纸等测试器材，通过人工进行检测，对不符合温度和湿度规定库房进行通风、去湿和降温等工作。为解决这种老式温湿度检测重要以人为基本、依托人工轮流值班,人工巡回查看等方式来测量和记录环境状况信息模式,避免许多由人为因素导致重大事故,解决效率低下不利于人才充分运用问题,让测量更具备科学性,本设计提供了一套更以便和精准度更高测控系统。本设计是基于AT89C52单片机仓库温湿度自动控制系统，采用SHT10作为温湿度传感器，LCD1602液晶屏进行显示。SHT10使用类似于I2C总线时序与单片机进行通信，由于它高度集成，已经涉及A/D转换电路，因此使用以便，并且精确、耐用。LCD1602可以分两行显示数据，第一行显示温度，第二行显示湿度。这个控制系统可以测量仓库中温度和湿度，并将其显示在液晶屏LCD1602上，同步将其与设定值进行对比，如果超过上下限，将进行报警并通过串口向PC端发送信息以及启动温湿度调节设备。此外，还可以通过独立式键盘对设定温湿度上下限数值进行修改。通过整机调试，实现了仓库温湿度控制模仿。1仓库控制系统设计任务和性能指标1.1设计任务为了保护仓库储存物品质量，创造适当储存环境，当库内温湿度适当物品储存时，控制设备不用采用办法，温湿度传感器只是对库内进行检测。当库内温湿度不适当物品储存时，报警装置进行报警，控制设备采用相应办法对仓库温湿度进行调节，只至温湿度在限定范畴内。1.2性能指标本文要设计仓库温湿度自动控制系统，要可以及时、精确地对仓库温度、湿度进行采集，将其显示在LCD1602液晶显示屏上，然后与设定上下限值进行比较，如果超过限制则启动温度、湿度控制设备，并通过蜂鸣器报警，直到温湿度回到规定范畴。此外，还要可以通过按键修改设定温湿度上下限，来满足不同物品储存条件。为了满足仓库储存需要，本次设计要达到一下指标：（1）工作环境：仓库；（2）温度测量误差：±1℃；（3）测温范畴：-10~+55℃；（4）湿度测量误差：±5%RH；（5）测湿范畴：0～100%RH；（6）能否通过键盘电路修改上下限：能；（6）有无温湿度报警：有；2系统总体设计本设计核心部件为AT89C51，信号采集及解决某些由SHT10构成，进入单片机后经解决后通过LCD1602显示温湿度，信号显示采用液晶屏为5×7点阵，一行可显示16字，两行，第一行显示温度，第二行显示湿度。通过上位机某些对测量温湿度进行上下值设定，应用RS-485通信方式完毕测控电路与上位PC机数据互换。当测量超过限定值，通过超限报警解决电路对其进行解决分别显示不同二极管灯亮，蜂鸣器产生长鸣，串口向PC端发送详细报警信息，控制设备采用相应办法使温湿度到达设定范畴内。硬件中涉及五个按键，对温湿度上下限进行修改。开机后，所有器件初始化，温湿度传感器SHT11开始进行温湿度测量和计算，最后通过LCD液晶显示屏显示成果。在测量成果中有超过设定温湿度上下限，通过温湿度控制某些作出反映。整体电路框图如图1所示：报警模块报警模块键盘输入LCD1602显示SHT10温湿度传感器控制某些AT89C52单片机图1整体电路框图3硬件设计3.1单片机最小系统图2单片机最小系统单片机最小系统涉及单片机、电源电路、时钟电路和复位电路。时钟电路用于产生单片机工作时候所必要时钟信号，单片机在时钟信号节拍下逐条地执行指令。单片机有两种时钟信号产生方式，一种是内部时钟方式，另一种是外部时钟方式。外部时钟方式是把已有时钟信号从XTAL1或XTAL2送入单片，普通用于有各种单片机状况，因此本设计中时钟电路采用内部时钟方式，选用12M晶振和两个30pF电容与片内高增益反相放大器构成一种自激振荡器。电源电路背面模块中会单独提到，用5V直流电源。下面着重阐述一下复位电路。图3上电+手动复位电路单片机复位重要有上电复位和手动复位，之因此要进行复位，目就是为了让单片机进入初始状态，例如让PC指向0000H，这样单片机才干从头运营程序。因而上电时候就要让单片机复位一次；在运营过程中，如果程序出错，也需要进行手动复位。本设计中复位电路就是上电+手动复位电路，复位时要让STC89C52RCRST引脚得到2个机器周期以上高电平。先说说上电复位工作原理，当单片机上电时，电源+5VVcc通过10K电阻对10uF电容进行充电。刚上电时，有较大电流从Vcc经电容、电阻流向GND，由于电容两端电压不可突变，因而依然为0V，于是电阻两端分得5V电压，即RST引脚此时电势为5V。随着充电继续进行，电流会逐渐减小，电阻两端电压UR=IR也逐渐减小，即RST引脚电势逐渐减小。过了一定期间，RST引脚两端电压下降到不再是高电平，只要这个充电时间不不大于单片机两个机器周期，就能使单片机复位。程序运营过程中如果跑飞了、程序运营出错或操作错误使系统处在死锁状态时，就需要用到手动复位。手动复位就是在上电复位电路电容两边并联一种微动开关，需要手动复位时将其按下，使之接通，RST获得高电平，并且人按动按钮时间必定是超过两个机器周期，于是单片机复位。3.2LCD1602显示模块测量到温湿度值将显示到液晶屏LCD1602上，它可以显示2行，每行16个字符。LCD1602共有三个存储器，它们是CGROM、CGRAM和DDRAM。CGROM用来保存LCD1602内部固化某些字符字模，例如英文26个字母大小写；CGRAM用来保存顾客自己取字模，例如，如果要显示中文，就必要自己去中文字模，在这里咱们都用英语字母，故不用CGRAM；DDRAM用来存储要显示字符字模，它和屏幕上位置是相应，第一行为00H到0FH，第二行为40H到4FH。在这里需要注意是，在向LCD1602写入显示数据存储器地址时，依照控制指令格式，最高位D7为1，因此写入数据为，第一行80H到8FH，第二行C0H到CFH。它与单片机接口电路如下图所示：图4LCD1602与单片机接口电路3.3温湿度传感器模块3.3.1SHT10温湿度传感器简介SHT11是瑞士Scnsirion公司推出一款数字温湿度传感器芯片。该传感器内1个奄容式聚合体溺瀑元件和1个能隙式测温元件构成，并嗣1个14位A／D转换器以及1个2-wire数字接口在单芯片中无缝结合，使得该产品具备功耗低、反映快、抗干扰能力强等长处。SHT10重要特点◆相对湿度和温度测量兼有露点输出；◆所有校准，数字输出；◆接口简朴(2-wire)，响应速度快；◆越低功耗，自动休眠；◆出众长期稳定性；◆超小体积(表面贴装)；◆测湿精度土4．5％RH，测温精度土0．5℃(25℃)。◆测温范畴-40~123℃，测湿范畴0~100%RH（2）SHT10命令与时序①)SHTl0命令②；命令时序发送一组“传播启动”序列进行数据传播初始化，如图5所示。其时序为：当SCK为高电平时DATA翻转保持低电乎，紧接着SCK产生1个发脉冲，随后在SCK为高电平时DATA翻转保持高电平。紧接着命令涉及3个地址位(仅支持“000”)和5个命令位。SHTl0批示对的接受命令时序为：在第8个SCK时钟下降沿之后将DATA拉为低电平(ACK位)，在第9个SCK时钟下降沿之后释放DATA(此时为高电平)。图5命令时序③复位时序如果与SHTl0通信发生中断，可以通过随后信号序列来复位串口，如图6所示。保持DATA为高电平，触发SCK时钟9次或更多，接着在执行下次命令之前必要发送一组“传播启动”序列。这些序列仅仅复位串口，状态寄存器内容依然保存。图6复位时序④状态寄存器读写时序SHTl0通过状态寄存器实现初始状态设定。图7读时序图8写时序3.3.2SHT10与单片机接口电路图9SHT10与单片机接口电路SHT10采用类似于I2C两线制串行总线，一根是时钟线，一根是数据线。为避免信号冲突，微解决器应驱动DATA在低电平。需要一种外部上拉电阻（例如：10kΩ）将信号提拉至高电平。上拉电阻普通已包括在微解决器I/O电路中。3.4报警模块当仓库温湿度超过上下限时，除了需要启动温湿度调节器之外，还需要进行报警，这里用到是蜂鸣器、LED和串口。蜂鸣器为一种采用一体化构造电子器件，采用了直流电压来供电。蜂鸣器分为有源蜂鸣器和无源蜂鸣器。本设计中使用是有源蜂鸣器，在它两端加载5V直流电压就可以使之鸣叫。LED在这个模块中重要是显示温湿度不在限定范畴内，不同LED亮，显示相应物理量超限。串口重要是当温室度超限，单片机不断地向PC端发出详细超限物理量。报警电路图10所示图10报警电路图蜂鸣器工作电流普通为10mA，而单片机I/O口只能承受几毫安电流，因而需要加三极管进行驱动。如上图所示，单片机I/O口中P3.5接PNP型三极管基极，当P3.5为低电平时，三极管导通，5V电压加载到蜂鸣器两端，于是蜂鸣器鸣叫；当P3.5高电平时，三极管截至，蜂鸣器不鸣叫。串口2、3号脚分别接单片机P3.0和P3.1，便于与PC机进行通信。四个LED正极直接与VCC相连，当负极浮现低电平时，相应LED亮。3.5按键模块按键电路图如下图所示图11按键电路图键盘分为编码式和非编码式键盘。其中，非编码式键盘又涉及矩阵式键盘和独立式键盘。矩阵式键盘较为复杂，普通用于按键数目较多，而单片机可用I/O口又比较有限时。本控制系统中只需要用到5个按键，数目较少，并且可用I/O口充分，故采用独立式键盘，一种按键相应一种单片机I/O口管脚。本设计中总共用到5个按键式开关，它们用来变化设定温湿度上下限数值。从K1到K5，分别控制进入温度上下限设立、进入湿度上下限设立、数值加、数值减、确认并退出。本设计中键盘是低电平有效。未按键时，上拉电阻保证了单片机I/O口是拟定高电平；当某个键按下时，I/O口变为低电平。本设计可以直接设定温湿度参数上下限值，从而达到对温湿度控制报警功能。3.6控制模块控制模块电路图如下所示图12控制模块电路图控制模块重要由直流电机、继电器、加热丝等构成。由于单片机输出电流普通为30-40mA,输出低电平为0.1V左右，而直流电机驱动电流为200mA，驱动电压为5V，继电器驱动电流约为90Ma,因此要用三级管放大，通过继电器使电机开关吸合，避免电机不能正常工作。控制模块重要功能是当温湿度不在限定范畴时，控制设备开始工作，使温湿度达到自己限定范畴内。4软件设计4.1主程序流程图YesYes与否超限？将温湿度与设定值比较启动温湿度调节设备对温湿度数据进行修正No在液晶屏上显示温湿度测量温湿度与否有按键？初始化LCD1602Yes开始进入键盘扫描子程序串口设立NoSHT10复位SHT10复位图13主程序流程图4.2SHT10子程序流程图开始开始发送启动时序发送控制字接受数据测量结束？接受校验位结束NoYes图14SHT10子程序流程图4.3LCD1602子程序流程图开始开始LCD1602初始化设立首行数据指针写入首行字符设立第二行数据指针写入第二行字符结束图15LCD1602子程序流程图4.4输出控制子程序流程图开始开始返回主程序温度、湿度与否超过上下限？启动温湿度调节设备蜂鸣器报警温湿度与否回到限定值内？停止报警停止温湿度控制设备温湿度与否留有足够裕量？结束NoYesYesYesNoNo图16输出控制子程序4.5键盘扫描子程序流程图开始开始退出键盘子程序延时10ms退出键盘子程序上限或下限加一或减一P2.3或P2.4与否按下？NoP2.3或P2.4与否仍被按下？YesYesNoP2.5或P2.6与否按下？P2.5或P2.6与否按下？YesNo图17YesNo键盘扫描子程序YesNo为了防止抖动，按键电路中都要消抖办法，本设计中是采用软件消抖，在单片机检测到某个键按下后，延时10ms再监测，如果依然按下，才视为按下了该键。K1、K2、K3、K4、K5分别相应单片机P2.3-P2.7引脚。按下K1，也就是使P2.3为低电平时，进入温度上限设立，再按一次进入温度下限设立；按下K2，进入湿度上限设立，再按一下进入温度下限设立。在每个设立里面，按K3增长限值，按K4减小限值。设立好后来，按K5退出设立。5．仿真与调试5.1调试环境本设计用到了KeiluVision4和Proteus7.8两种软件进行联合调试。实验中使用C语言在KeiluVision4进行编写源代码，并通过编译检查源程序中代码与否对的。原理图是在Proteus7.8提供环境中绘画。在KeiluVision4编译无误后生成HEX文献，并将其导入到原理图中，在原理图没有错误后就可以进行仿真。通过仿真可以进行调试，使设计达到规定。5.2局限性与优化局限性：按键会浮现抖动，延时时间过短致使按键按下时单片机也许没来得及响应。SHT10测量温湿度最大误差可达到±4.5，对于某些温湿度规定较高物品还存在较大误差。优化方案：对于按键浮现抖动状况，咱们可以增大延时时间来，解决这个问题。对于某些对温湿度规定比较高物品，咱们可以使用其他精度比较高并且比较有经济效益传感器，同步可以采用多点测量办法来解决。6．总结这次课程设计是运用单片机AT89C52来设计仓库温湿度控制系统，设计中使用LCD1602进行对当前温度和湿度进行显示，使用温湿度传感器SHT10对温湿度测量，当温湿度超限时，蜂鸣器发出报警信号，同步，控制设备进行相应操作使温湿度回到限定范畴内。通过模仿，基本实现了对仓库温湿度控制。这次课程设计让我学习和理解了诸多东西。通过查找资料，我理解了SHT10温湿度传感器用法，并对里面某些函数和设计思路有了一定结识，同步，理解了LCD1602后，我懂得了1602该如何使用，并可以初步使用它。由于使用SHT10温湿度传感器时，单片机P3.6和P3.7分别于SHT10DATA和SCK直接相连，而单片机与SHT10接口电路中，数据端DATA接了一种上拉电阻，让我加深了单片机内部P1、P2、P3口有上拉电阻。此外在这次实验中我懂得蜂鸣器分为有源和无源两种，也懂得了它们接入电路区别。这次课程设计体会最深对软件和硬件调试，软件调试过程中遇到了诸多麻烦，如按键延时过短，导致单片机没来得及响应使液晶显示屏上还是按键按下前字符，通过改正延时时间长度，最后把这个问题解决了；在硬件调试中也遇到了某些问题，如蜂鸣器没有声音，最后通过查阅资料，是由于蜂鸣器电压和电流不够，通过三极管放大作用，最后蜂鸣器发出声音，另一方面还可以通过变化蜂鸣器频率变化声音音调。通过这次课程设计，我懂得咱们在遇