1、 2014 届本科生毕业设计 分类号：TP311.52题 目: 基于单片机的生产车间环境测试仪的设计作 者 姓 名： 陈遥 学 号： 2010103124 学 院： 机械与电子工程学院 专 业： 自动化 指导教师姓名： 张翠侠 陈秀萍 指导教师职称： 讲师 工程师 2014 年 5 月 9 日摘 要本设计是利用单片机实现温度、湿度等生产环境的测量与控制。系统采用集温湿度传感器与 A/D 转换器为一体的 SHT11 芯片，通过单片机处理进行显示，其它模块包括了实时时钟/日期产生电路和超限报警处理电路，对所测量的值进行实时显示和报警处理。本文介绍了基于 ATMEL 公司的 AT89C51 系列单片
2、机的温湿度实时测量与控制系统和显示系统的设计，包括介绍了硬件结构原理，并分析了相应的软件的设计及其要点，包括测试精度高等众多的优点。关键词： AT89C51； SHT11； LCD； DS1302； 温湿度控制ABSTRACTThis design is that using single chip microcomputer to realize the temperature and humidity measurement and control of the production environment.The system adopts SHT11 chip which set te
3、mperature and humidity sensor and A/D converter as a whole,and display through the single-chip processing.Other modules include real-time clock /date generation circuit and alarm circuit,and they are real time display and alarm processing the measured value.This paper introduces the design of temper
4、ature and humidity measurement and control system and display system that based on the AT89C51 Series MCU of ATMEL company.The paper introduces the hardware structure principle and analysis of the design and key points of corresponding software,including many advantages such as high accuracy in test
5、.Key words: AT89C51; SHT11; LCD; DS1302; Temperature and humidity control目 录绪 论 .11 整体方案设计 .22 硬件设计部分 .32.1 芯片介绍 .32.1.1 温湿度传感器 .32.1.2 单片机 .32.1.3 DS1302.42.1.4 LCD1604 .52.2 模块功能介绍 .52.2.1 复位电路部分 .52.2.2 传感器电路部分 .62.2.3 时钟电路部分 .72.2.4 显示电路部分 .72.2.5 超限处理电路部分 .82.3 整体电路图 .93 软件设计 .104 仿真软件和仿真测试 .11
6、4.1 Proteus 简介 .114.2 KEIL C51 编译器简介 .114.3 仿真测试 .12结 论 .14参考文献 .15附 录 .16致 谢 .32宿州学院本科生毕业设计 基于单片机的生产车间环境测试仪的设计0绪 论近年来我国工业生产一直都在飞速发展，随着工业生产水平的提高，对生产环境的要求越来越苛刻，主要体现在生产环境的温度和湿度的控制上，例如：面粉加工场、电子产品装配车间、特殊材料加工工场等场所，都必须严格控制环境的温度及相对湿度，使其保持在一定的范围内。从安全生产的角度来说，对生产环境进行监测也是必要的，在危险发生前可以提前预警，及时发现并且排除危险，确保工作人员的人生安全
7、，也避免了工业财产的损失。现代温湿度传感器测量技术主要以数据采集为依据，主要类型包括：虚拟仪器、智能仪器、数字式仪器等等。伴随电子科学技术的进一步发展，数据采集系统也发生了日新月异的变化，其整体的性能、实用性方面都有所改进。因此，依托于数据采集结构而发展的温湿度传感器测量系统在实际应用中也发挥这越来越重要的作用。目前，许多外国大型企业都很重视传感器的研发工作，例如，日本的 Figaro 公司、芬兰的 Vaisala 公司等，都致力于传感器的发展和完善，以保障其在整个销售市场的竞争力。在九十年代，先后出现了集成温度湿度测量套件和应用于湿度传感器的测试系统，这个新技术的产生都大大刺激了传感器的进一
8、步发展。与此同时，国内许多机构也在传感器测试装置的研发上不断探索、研发。例如通过采用传统电子仪器进行设计研发而成的多种动态测试系统、动进样装置的气体传感器智能测试系统等等，这些成绩都体现了我国在传感器领域取得的成就。最近几年，国内外温湿度传感器测量系统正向着集成化、智能化发展，随着科研人员的不断努力，该类型系统取得的巨大的成就。满足各类工业生产对于环境温湿度的不同需求，可以随时进行调节，对于不利情况能够及时的作出显示，并能够采取相应的措施提醒用户进行调整，以达到最适宜的温湿度。在此的基础上，本次研究主要是为了设计一款结构简单、测量精度高、工作稳定可靠的基于单片机的生产环境温湿度测试仪。可以由用
9、户根据环境要求设定系统的温湿度阈值；系统实时地测量显示环境的温湿度值，实现温湿度自动控制，使其在较宽的温度范围内具有较高的测试精度；同时还可以根据用户设定报警阈值报警，一旦发现环境温湿度超限，立即报警。宿州学院本科生毕业设计 基于单片机的生产车间环境测试仪的设计11 整体方案设计本次设计的核心部件单片机使用的是最常用的 AT89C51，信号采集及处理部分由 SHT11 构成，进入单片机后经处理后通过 LCD1604 显示温湿度，信号显示采用的液晶屏为 5X7 点阵，一行可显示 16 字，四行。其他组成部分为实时时钟发生电路，产生同现在相同的时间和具体日期，通过 LCD1604 液晶模块显示。在
10、软件设计部分有对测量的温湿度进行上下值的设定，当测量超过限定值，通过超限报警处理电路对其进行处理分别显示不同的二极管灯亮，蜂鸣器产生长鸣。 硬件中包括一个开关，为复位开关。开机后，所有器件初始化，DS1302 产生实时时间和日期，温湿度传感器 SHT11 开始进行温湿度测量和计算，最后通过LCD 液晶显示器显示结果。在测量结果中有超过设定的温湿度上下限的，通过超限模块作出反应。 其他是一些附件，比如复位、晶振电路，整体电路框图如图 1。图 1 整体电路框图 AT89C51超限模块SHT11晶振电路复位电路 LCD1604信号显示电源DS1302宿州学院本科生毕业设计 基于单片机的生产车间环境测
11、试仪的设计22 硬件设计部分 2.1 芯片介绍 2.1.1 温湿度传感器(1)SHT11 简介 SHT11 是瑞士 Scnsirion 公司推出的一款数字温湿度传感器芯片。温湿度传感器 SHT11 集温度传感器和湿度传感器于一体，因此采用 SHT11 进行温湿度实时监测的系统具有精度高、成本低、体积小、接口简单等优点。(2)SHT11 的引脚功能 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，引脚名称及排列顺序如图 2 所示。图 2 SHT11 引脚图各引脚的功能如下： 脚 1 和 4-信号地和电源，其工作电压范围是 2.45.5 V； 脚 2 和脚 3-二线串
12、行数字接口，其中 DA-TA 为数据线，SCK 为时钟线； 脚 58-未连接。2.1.2 单片机89C51 是一种带 4k 字节可编 程可 擦除 只读 存储 器的低电压，高性能CMOS8 位微处理器，俗称单片机。89C2051 是一种带 2K 字节可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除 100 次。该器件采用ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的 MCS-51 指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能 8 位 CPU 和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的 89C51 是一种高效微控制器，89C2051 是它的一种精简版本。89C51 单片机为很
13、多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。它的引脚如图 3 所示。宿州学院本科生毕业设计 基于单片机的生产车间环境测试仪的设计3图 3 AT89C51 引脚图2.1.3 DS1302DS1302 是 DALLAS 公司推出的涓流充电时钟芯片，内含有一个实时时钟/日历和 31 字节静态 RAM，通过简单的串行接口与单片机进行通信。实时时钟/日历电路提供秒分时日、日期月年的信息。每月的天数和闰年的天数可自动调整，时钟操作可通过 AM/PM 指示决定采用 24 或 12 小时格式。DS1302 与单片机之间能简单地采用同步串行的方式进行通信仅需用到三个口线:RES 复位、I/O 数据线、 SC
14、LK 串行时钟。时钟/RAM 的读/写数据以一个字节或多达 31 个字节的字符组方式通信，DS1302 工作时功耗很低，保持数据和时钟信息时功率小于 1mW，引脚如图 4 所示。宿州学院本科生毕业设计 基于单片机的生产车间环境测试仪的设计4图 4 DS1302 引脚图2.1.4 LCD1604(1)字符型液晶显示模块是一种专门用于显示字母、数字、符号等点阵式LCD，目前常用 16*1，16*2，16*4 和 20*2 行等的模块。(2)引脚功能说明 如表 1 所示。表 1 引脚接口说明表1604LCD 采用标准 16 脚接口，各引脚接口说明如表 编号符号 引脚说明1 VSS 地2 VDD 正极
15、3 V0 液晶显示偏压4 RS 数据/命令选择5 R/W 读/写选择6 E 读写信号7 D0 数据8 D1 数据9 D2 数据10 D3 数据11 D4 数据12 D5 数据13 D6 数据14 D7 数据15、16 空脚1604 液晶模块的读写操作，屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。2.2 模块功能介绍 2.2.1 复位电路部分 这种复位电路的工作原理是：单片机的复位电路在刚接通电时，刚开始电容是没有电的，电容内的电阻很低，通电后，5V 的电通过电阻给电容进行充电，电容两端的电会由 0V 慢慢的升到 4V 左右（此时间很短一般小于 0.3 秒） ，RC 构成的微宿州学院本科生毕业设计 基于单片机的生产车间环境测试仪的设计5分电路在上电瞬间产生一个微分脉冲，其宽度大于两个机器周期，89C51 将复位。正因为这样，复位脚的电由低电位升到高电位，引起了内部电路的复位工作，RST端电压慢慢下降，降到一定电压值以后，即为低电平，单片机开始正常工作（这是单片机的上电复位，也叫初始化复位） ；当按下复位键时，电容两端放电，电容又回到 0V 了，于是又进行了一次复位工作（这是手动复位原理） 。图 5 手动复位及晶振电路2.2.2 传感器电路部分 此模块是整个电路设计的信号采集及初步处理的模块，由温湿度传感器芯片SHT11 构成，主要的功能结构在前面的芯片介绍中已有，这里不重新介绍。
