基于单片机的粮仓温湿度控制系统设计.doc

1、题 目 基于单片机的粮仓温湿度控制系统设计 学生姓名 张大陆 学号 1213014089 所在学院 物 理 与 电 信 工 程 学 院 专业班级 电子信息工程专业 12 级 3 班 指导教师 帅春江 完成地点 陕西理工学院 2016 年 6 月 5 日陕西理工学院毕业设计 基于单片机的粮仓温湿度控制系统设计作者:张大陆(陕西理工学院 物理与电信工程学院 电子信息工程专业 12 级 3 班，陕西 汉中 723001)指导老师：帅春江摘要 影响粮食安全储存的主要参数是粮仓的温度和湿度,粮仓温湿度测量方法以及相应的智能控制一直是粮食储存的一个重要问题。本设计采用 STC89C52 单片机最小系统对检

2、测、报警、显示、调控等模块进行多点控制，传统的温湿度控制利用温度计、湿度表、湿度试纸等测试器材，通过人工进行检测，对不符合温湿度要求的库房进行通风、降温、去湿等操作。这种方法费时费力，效率低，随机性大，误差大，不能及时的解决问题。本设计则通过自动检测、即时报警、自动调控等功能很好的解决了。并且，本设计不仅针对粮仓，对于大多譬如蔬菜大棚、花圃、实验室、医院等需要温湿度检测控制的各个领域都是适用的。关键词 粮仓；温湿度；多点检测控制；单片机 陕西理工学院毕业设计 Design of temperature and humidity control system for granany based

3、on single chip microcomputerAuthor：Dalu Zhang(Grade 12, Class 3, Major electronic1s and information engineering, School of Physics and Electronic Information Engineering, Shaanxi University of Technology, Hanzhong 723001, Shaanxi)Tutor: Chunjiang ShuaiAbstract: Grain is a necessity for human , the g

4、rain storage is very essential to the maintenance of social stability and keep the economy sustainable developmented. And the main parameters to the grain safe storage is the temperature and humidity . This design uses the STC89C52 system of single chip microcomputer to cotrol the modules about the

5、detection , alarm , control and the key . And it could automatic measurement and control without people , and improve effciency and quality of work very well . DHT11 temperature and humidity sensors and OLED display shows real time data and pass to the staff with instant and accurate . While the tra

6、ditional temperature and humidity control is use of Thermometer , humidity table , humidity dipstick test equipment . Through the artificial testing . Not in conformity with the requirements of the temperature and humidity supply cooling , ventilation , to wet operation . This artificial testing tim

7、e-consuming , the efficiency is low . This design is by automatic detection , instant alarm , automatic regulation of functions such as a good solution to these problems . At last , this design not only against the granary , but also for most such as vegetable greenhouses , flowers garden , laborato

8、ries , hospitals could also be applicabled .Keywords: Granary; automatic detection and control ;temperature and humidity ;Singlechip陕西理工学院毕业设计 目录1 引言 .11.1 背景及意义 .11.2 现状及发展趋势 .11.3 研究内容 .12 系统总体方案设计 .22.1 设计要求 .22.2 系统基本方案 .22.2.1 传感器方案 .22.2.2 显示器方案 .22.2.3 单片机主芯片方案 .22.3 总体设计框图 .33 系统硬件设计 .43.1 主

9、控模块 .43.1.1 STC89C52 芯片 43.1.2 STC89C52 芯片的管脚、引线与功能 43.1.3 主控模块电路原理图 53.2 温湿度检测模块 .63.2.1 DHT11 传感器简介 .63.2.2 DHT11 传感器模块电路 .73.3 显示模块 .83.3.1 OLED 显示屏简介 83.4 报警模块 .93.4.1 蜂鸣器介绍 .93.4.2 蜂鸣器工作原理 .93.5 温湿度调控模块 .93.5.1 继电器 .93.5.2 温湿度调控模块 .104 系统软件设计 .114.1 主程序设计 114.2 传感器模块设计 124.3 软件调试 .125 系统的安装与调试

10、.146 结论与展望 .17致谢 18参考文献 19附录 A 英文文献 20附录 B 中文译文 25附录 C 系统原理图 28附录 D 实物图 29附录 E 元器件清单 30附录 F C 语言程序 31陕西理工学院毕业设计 第 0 页 共 39 页1 引言1.1 背景及意义粮食储存是国家针对战争、饥荒和一些突发事件所做的预防准备，所以粮食的储存安全至关重要。目前，我国部分地区的各种大型粮仓都还存在不同程度的粮食变质问题。依据国家粮食保护法，必须定期检查粮仓各点的温湿度，以便及时采取相应的措施。但许多粮仓目前还是采取人工检测的方法，不仅使粮仓工作人员工作量增大，而且工作效率低，尤其是大型粮仓的温

11、度检测任务如不能及时彻底完成，则有可能会造成粮食大面积变质。据有关资料统计，我国每年因粮食变质而损失的粮食达数亿斤，直接造成了巨大的经济损失。影响粮食安全储藏的主要参数是粮仓的温度和湿度。粮食在正常储藏过程中，如果粮食受潮，就会导致发芽，新陈代谢加快并产生呼吸热，使粮食温度突然升高，引起粮食霉变，造成许多不可挽回的损失。为此，研究与设计以单片机为控制核心，基于数字温度和湿度传感器的自动检测系统,对粮库每个粮仓中各点位的温度及湿度的变化情况进行实时自动测试，一旦出现异常现象便于及时处理,对有效地提高事故的预见性和工作效率有着重要的实际推广价值和理论研究意义。1.2 现状及发展趋势早期粮情监测主要

12、采用温湿度计测量法，根据经验放在粮仓的多个测温点，管理人员定期读数，确定粮仓温湿度的高、低，决定是否进行调控。这种方法对储粮有一定的作用，但由于温湿度计精度、人工读数时人为误差等因素影响，检测时不仅效率低，而且精度差，局部温湿度过高不易被及时发现，导致因局部粮食发霉变质引起大面积坏粮的情况时有发生。近年来，随着单片机的日益成熟和计算机的广泛应用，粮食测控系统的准确性要求越来越高，寻找测控系统最好配置和最佳性价比成为当前的热门研究内容。外国在粮仓情况监测技术上已经达到了非常成熟的地步，在监测系统中广泛应用了高科技数字式传感器。这一种由半导体集成电路与微控制器等最新的技术为核心的传感器，在一个管心

13、上集成了半导体温度监测芯和信号转换芯、接口芯片、储存芯片等，不仅完成检测外，还完成预设范围内的温度、报警功能。由于数字温度传感器直接传出数字信号，从而解决长距离传输的问题，在传输过程中的干扰和衰减而导致的精度降低等问题也会随之解决。影响粮仓温湿度检测技术的重要因素是传感器的技术的发展。1.3 研究内容本设计使用 STC89C52 型单片机作为系统硬件核心，具有在线编程功能，且功耗低等特点。检测部分采用四组 DHT11 温湿度传感器，可以即时的反应粮仓内四个监控点的温度以及湿度的变化，并反馈给单片机，经过单片机处理后控制相应继电器工作完成诸如升温到特定的温度、降温到特定的温度，在湿度控制方面也是

14、如此。陕西理工学院毕业设计 第 1 页 共 39 页2 系统总体方案设计2.1 设计要求(1)本设计给出粮仓温湿度控制系统的总体方案设想，智能项目，和设计结构规划。(2)硬件设计：实现对粮仓温湿度采集、控制，以单片机为主的控制器，扩展必要的外部电路，设计制作一个控制系统。(3)软件设计：各项功能的设计流程。(4)发挥部分：多点分布式。 2.2 系统基本方案2.2.1 传感器方案方案一：选用 DS18B20 温度传感器作为温度检测模块。DS18B20 是一线式数字温度传感器。具有独特的单线式接口方式。测量范围在1085，误差范围在-+0.5。最高精度可达0.0625。选用 HS1101 湿度传感

15、器作为湿度检测模块，HS1101 是电容式湿度传感器。可测量相对湿度范围在 0%100%RH。误差为-+2%RH。方案二： 选用 DHT11 作为设计的温湿度检测模块。DHT11 是一款集成型的数字温湿度一体传感器。它应用专用的温湿度传感技术以及数字模块采集技术，具有很高的可靠性能与长期的稳定性。电阻式感湿元件和 NTC 测温元件是传感器的基本组成部分。因此该产品品质优良、响应速度快、抗干扰能力强、性价比极高。测量范围 20%90%RH，050。测温精度为-+2，测湿精度为-+5%RH。完全符合本次毕业设计的要求。经上述分析，方案一虽然精度更精确。却稍显复杂。方案二即便不能实现方案一的高精度测

16、量。却也能满足设计要求。且简便易行。可靠稳定。具有超高的性价比。故选择方案二。2.2.2 显示器方案方案一：采用 12864 OLED 屏。显示模块是 12864 点阵的汉字图形型 OLED 显示模块，可显示汉字及图形，内置 8192 个中文汉字（16X16 点阵） 、128 个字符（8X16 点阵）及 64X256 点阵显示RAM（GDRAM） ，可与 CPU 直接接口。方案二：采用 HJ1602 液晶显示屏。HJ1602A 是一种工业字符型液晶，能够同时显示 16x02 即32 个字符。 （16 列 2 行） 。1602 只能显示字母、数字和符号能显示 16*2 个字符，但寄存器不止 32

17、个，有一些显示效果，如字符一个个显示、字符从左到右或从右到左显示等等，显示效果简单。总结：在编程使用方面，两者难度差异较小，OLED 屏幕略复杂。但相比于 1602 液晶屏，OLED 12864 所占用单片机管脚少，屏幕亮度高、显示更加清晰、并且显示的内容更多，能更形象具体的实现显示功能。2.2.3 单片机主芯片方案方案一：AT89C51 是美国 ATMEL 公司生产的低电压，高性能 CMOS 型 8 位单片机，器件采用ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准 MCS-51 指令系统，片内置通用 8 位中央处理器(CPU)和 Flash 存储单元，功能强大。其片内的 4K 程序

18、存储器是 FLASH 工艺的，这种单片机对开发设备的要求很低，开发时间也大大缩短。写入单片机内的程序还可以进行加密，这又很好地保护我们的劳动成果。再者，AT89C51 目前的售价比 8031 还低，市场供应也很充足。AT89C51 可构成真正的单片机最小应用系统，缩小系统体积，增加系统的可靠性，降低系统的成本。只要程序长度小于 4K，四个 I/O 口全部提供给用户。可用 5V 电压编程，而且擦写时间仅需 lOms1。方案二：STC89C52 是 STC 公司生产的功耗低、性能高 CMOS8 位微控制器，具有 8K 可编程Flash 存储器。STC89C52 使用的 MCS-51 内核，做了很大

19、的提高使芯片具有传统的 51 单片机所不具备的功能。在芯片上，拥有 8 位 CPU 和可编程 Flash，使得 STC89C52 为嵌入式控制系统提供灵活和有效的解决方案。具有以下的标准功能：8k 字节 Flash，512 字节 RAM，看门狗定时器，32位 I/O 口线， 内置 4KB EEPROM，MAX810 复位电路，3 个 16 位定时器/计数器，2 个外部中断，全双工串行口。另外 STC89C52 可降至 0Hz 静态逻辑操作 ，支持 2 种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许 RAM、定时器/ 计数器、串口、中断继续工作。断电保护模式下，陕西理工学院毕业设计 第

20、 2 页 共 39 页RAM 内容保存，并冻结振荡器，单片机工作停止，直到下一个中断或硬件复位。其最高的运作频率为 35MHz， 6T/12T 可选 2。下载程序方面直接串口就可以下载。STC89C51 系列单片机的指令系统和 AT89C51 系列的完全兼容，但实际操作却比 AT89C51 系列有许多优点：（1）AT89C51 不带 ISP 下载，要用下载器才行，STC89C52 可以用 USB 转串口下载，下载软件免费并且下载源充足。（2）STC 单片机执行指令的速度很快，大约是 AT 的 3-30 倍，只需在调试 STC 时注意加长延时，大约是 AT 的 1030 倍。（3）STC 单片机

21、对工作环境的要求比较低，电压低于 5 伏时仍然正常工作，甚至 3 伏到 4 伏之间都还可以工作，但这样的环境下 AT 则无法工作。（4）STC 单片机的 EAVPP 端口默认为悬空高电平，无需添加 VCC。比较这两种方案，基于 STC89C52 单片机的使用相对简便，并且市面上 STC 单片机使用量大，货源充足，故选择方案二作为主控模块核心 3。2.3 总体设计框图综上各方案所述：采用 STC89C52 作为主控制系统，12M 晶振提供时钟信号，IIC 通信 OLED 12864 显示屏作为显示部分，独立按键进行控制系统工作条件设定，蜂鸣器作为报警发声系统，如图 2.1 所示图 2.1 基于单

22、片机的粮仓温湿度控制系统框图STC89C52主控模块湿度控制模块温湿度检测模块（DHT11）时钟模块（12M 晶振）按键模块温度控制模块显示模块（OLED12864 ）报警模块（蜂鸣器）陕西理工学院毕业设计 第 3 页 共 39 页3 系统硬件设计3.1 主控模块3.1.1 STC89C52 芯片STC89C52 是 STC 公司生产的功耗低、性能高 CMOS8 位微控制器，具有 8K 可编程 Flash 存储器。STC89C52 使用的 MCS-51 内核，做了很大的提高使芯片具有传统的 51 单片机不具备的功能 4。STC89C52 具有下列主要性能： 增强型 8051 单片机，6 时钟机

23、械周期和 12 时钟机械周期可供选择，代码指令完兼容一般8051； 工作电压：5.5V3.3V（5V 单片机）/3.8V2.0V（3V 单片机） ； 频率的范围：040 MHz，相当于普通 8051 的 080 MHz，实际工作频率可达 48 MHz ； 应用程序写入空间为 8K 字节； 片上集成 512 字节 RAM； 通用 I/O 口（32 个） ，复位之后为：P0/P1/P2/P3 是准双向口/弱上拉， P0 口是开路输出，当其为总线扩展用时，无需加上上拉电阻，而作为 I/O 口用时，需 加 上 拉 电 阻； ISP/IAP，无 需 专 用 编 程 器，无 需 专 用 仿 真 器，可通过

24、串口（ RxD/P3.0,TxD/P3.1）直 接 下 载 用 户 程 序，数秒即可完成一片 ； 具有 EEPROM 功能 ； 具 有 看 门 狗 功 能 ； 共 3 个 16 位定时器。即定时器 T0、T1、T2； 外部中断 2 路，下 降 沿 中 断 或 低 电 平 触发，由低电平触发中断方式唤醒 Power Down 模式； 通 用 异 步 串 行 口（UART） ，还 可 用 定 时 器 软 件 实 现 多 个 UART； 工作温度范围：-40+85（工业级）/075（商业级） ； PDIP 封装。3.1.2 STC89C52 芯片的管脚、引线与功能（1）STC89C52 管脚如图 3

25、.1 所示。陕西理工学院毕业设计 第 4 页 共 39 页图 3.1 STC89C52 单片机的管脚图（2）管脚功能VCC：接+5V 电源正端。GND: 接+5V 电源地端。P0 口：P0.0-P0.7 统称为 P0 口，在不接片外存储器与不扩展 I/O 口时，可作为准双向 I/O 口。在接有片外存储器或扩展 I/O 口时，P0 口分时复用为低 8 位地址总线和双向数据总线 4。P1 口：P1 口是一个 8 位的双向 I/O 口，其内部提供上拉电阻。P1 口缓冲器能接受输出 4TTL门电流。P1 口管脚写入 1 时，被内部上拉为高，可用于输入，由于上拉电阻的缘故，P1 口下拉为低电平时，将输出

26、电流 5。P1.0 和 P1.1 还有第二功能：P1.0 可作为定时/计数器 2 的计数脉冲输入端 T2；P1.1 可作为定时/计数器 2 的外部控制端 T2EX.P2 口：P2.0-P2.7 统称为 P2 口，一般可作为准双向 I/O 口使用；在接有片外寄存器或扩展I/O 口且寻址范围超过 256B 时，P2 口用作高 8 位地址总线。P3 口：P3.0-P3.7 统称为 P3 口，是一个内部带上拉电阻的 8 位的双向 I/O 口。除作为准双向I/O 口使用外，P3 口还可具有第二功能，而且 P3 口的每一条引脚均可独立定义为第一功能的输入输出或第二功能 6。RST:复位输出引脚。若该引脚保

27、持两个周期的高电平，则可以使 C51 处于初始化（复位）工作状态。EA/VPP:片外存储器访问允许信号，低电平有效。在 EA 保持低电平期间，不管是否有内部程序存储器，外部程序存储器（0000H-FFFFH）工作，注意：加密位 LB1 被编程时，EA 将内部锁定为RESET。在 EA 端保持高电平期间，内部的程序存储器工作。其第二功能 VPP 为对 EPROM 的编程电源输入。ALE:地址锁存有效信号输出端。在访问片外程序存储器期间，ALE 以每机器周期两次进行信号输出，其下降沿用于控制锁存 P0 输出的低 8 位地址；在不访问片外程序寄存器期间，ALE 端仍以上诉频率出现，可作为对外输出的时

28、钟脉冲或用于定时目的。但要注意，在访问片外数据寄存器期间，ALE 脉冲会跳空一个，此时就不能作为时钟输出了。PSEN：当该引脚为低电平时，片外程序存储器被选通。在片外程序存储器取指期间，每个机器周期 PSEN 两次有效，但在访问片外数据存储器时，两次有效的 PSEN 信号将不会出现。XTAL1：反向震荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入（ 当外接振荡器时，此引脚接振荡器的信号） 。XTAL2：反向振荡器的输出（当外接振荡器时，此引脚悬浮） 7。P3 口的第二功能如表 3.1 所示。表 3.1 P3 端口的特殊功能端口引脚 兼用功能P3.0 RXD （串行口输入端）P3.1 TXD （串行口输

29、出端）P3.2 （外部中断 0 请求输入端，低电平有效）INT0P3.3 （外部中断 1 请求输入端，低电平有效）P3.4 T0 （定时/计数器 0 计数脉冲输入端）P3.5 T1 （定时/计数器 1 计数脉冲输入端）P3.6 （外部数据存储器写选通信号输出端，低电平有效）WRP3.7 （外部数据存储器读选通信号输出端，低电平有效）D3.1.3 主控模块电路原理图单片机主程序模块通过对 DHT11 传感器采集到信号的读取，将得到的数据信号进行分析和处理，陕西理工学院毕业设计 第 5 页 共 39 页再将处理后的信号发送给 1602 液晶显示模块。完成信息的接收与发送。并且连接蜂鸣器。控制报警系

30、统。如图 3.2 所示。图 3.2 STC89C52 模块电路原理图3.2 温湿度检测模块3.2.1 DHT11 传感器简介DHT11 传感器是一种由可校准并且输出数字信号的温湿度传感器。它采用了数字式的模块采集和温湿度传感技术，具有非常高的可靠性与长期的使用稳定性。传感器由一个电阻式感湿元件和一个 NTC 测温元件组成。因此该产品品质卓越、响应速度快、抗干扰能力强、性价比极高 8。每一个DHT11 传感器都在非常严格的校验室中进行校验。校验系数则通过程序的方式存储在 OTP 内存中，在传感器的内部在检测和处理信号时需要调用这些校验系数。而其采用的单线制串行接口，则使系统集成快捷简单。体积小、

31、功耗低，信号传输距离较长，使其成为各类应用场合的极佳选则。产品为 4 针单排引脚封装。连接方便，特殊封装形式可根据用户需求而提供。DHT11 传感器实物图如图 3.3 所示：陕西理工学院毕业设计 第 6 页 共 39 页图 3.3 DHT11 传感器实物图（1）引脚介绍：Pin1：(VDD)，电源引脚，供电电压为 35.5V。Pin2：（DATA） ，串行数据，单总线。Pin3:（NC） ，空脚，请悬浮。Pin4（VDD） ，接地端，电源负极。（2）接口说明 ：建议连接线长度短于 20 米时用 5K 上拉电阻,大于 20 米时根据实际情况使用合适的上拉电阻。DHT11 应用电路如图 3.4 所

32、示。图 3.4 DHT11 典型应用电路（3）数据帧的描述：DATA 用于单片机与 DHT11 之间的同步和通信,采用单总线数据格式,每次通信时间为 4ms 左右,通信数据会分小数和整数部分。操作流程如下:每一次完整的数据传输为 40bit,先出高位。数据格式是 8bit 湿度整数数据和 8bit 湿度小数数据加上 8bi 温度整数数据和 8bit 温度小数数据，当数据传输正确时校验和的数据等于“8bit 湿度整数数据+8bit 湿度小数数据+8bi 温度整数数据+8bit 温度小数数据”得到结果的末 8 位。例如：接受 40bit 数据如下：0000 0010 1000 1100 0000

33、0001 0101 1111 1110 1110湿度数据 温度数据 校验和0000 0010 + 1000 1100 + 0000 0001 + 0101 1111 =1110 1110湿度=65.2%RH 温度=35.1当温度低于 0时温度数据的最高位置 1。例如：-10.1表示为 1000 0000 0110 0101（4）电气特性：VDD=5V，T = 25，除非特殊标注。如表 3.2 所示。表 3.2 DHT11 的电气特性参数 条件 Min Typ max 单位供电供电电流采样周期DC测量平均待机秒30.50.210015 5.52.51150VmAmAuA次注:采样周期间隔不得低于

34、 1 秒钟。3.2.2 DHT11 传感器模块电路陕西理工学院毕业设计 第 7 页 共 39 页DHT11 传感器连接 STC89C51 系列单片机相对比较简单。单片机的 P2.0 口用来发收串行数据，即数据口。连接传感器的 Pin2（单总线，串行数据） 。由于测量范围电路小于 20 米，建议加一个5K 的上拉电阻，因此在传感器的 Pin2 口与电源之间连接一个 5K 电阻。而传感器的电源端口 Pin1和 Pin4 分别接单片机的 VDD 和 GND 端。传感器的第三脚悬浮放置。DHT11 传感器原件的电路图如图 3.5 所示：图 3.5 DHT11 电路图3.3 显示模块3.3.1 OLED

35、 显示屏简介OLED 是一种机发光二极管，它可以自发光，不需背光源，屏幕对比度高、厚度较薄、可视角度广、有很快的响应速度、使用环境温度范围较大。该屏有以下特点： 0.96 寸 OLED 有黄蓝，白，蓝三种颜色可选；其中黄蓝是屏上 1/4 部分为黄光，下 3/4 为蓝；而且是固定区域显示固定颜色，颜色和显示区域均不能修改；白光则为纯白，也就是黑底白字；蓝色则为纯蓝，也就是黑底蓝字。 分辨率为 128*64 多种接口方式；OLED 裸屏总共种接口包括：6800、8080 两种并行接口方式、3 线或 4 线的串行 SPI 接口方式、 IIC 接口方式（只需要 2 根线就可以控制 OLED ） ，这五

36、种接口是通过屏上的 BS0BS2 来配置的。两种接口的 Demo 板，接口分别为七针的 SPI/IIC 兼容模块，四针的 IIC 模块。如图 3.6 所示为 IIC 四针 OLED 屏幕陕西理工学院毕业设计 第 8 页 共 39 页图 3.6 OLED 屏正面、反面IIC OLED 引脚说明如表 3.3表 3.3 IIC OLED 12864 显示屏管脚说明管脚名称 管脚说明GND 电源地VCC 电源正（35.5V）SCL OLED 的 D0 脚，在 IIC 通信中为时钟管脚SDA OLED 的 D1 脚，在 IIC 通信中为数据管脚3.4 报警模块3.4.1 蜂鸣器介绍蜂鸣器是一体化结构的电

37、子式讯响器。由直流电压供电，广泛应用于电话机、报警器、复印机、计算机、打印机、汽车电子设备、定时器等产品中作发声器 9。 其主要分为电磁式蜂鸣器和压电式蜂鸣器两种类型。3.4.2 蜂鸣器工作原理如图 3.8 所示为蜂鸣器工作原理图。图 3.8 蜂鸣器工作原理图因为单片机的 IO 口驱动能力不够让蜂鸣器发出声音，所以我们通过三极管放大驱动电流，从而让蜂鸣器发出声音，如果程序控制单片机输出高电平，三极管导通，集电极电流通过蜂鸣器让蜂鸣器发出声音；当输出低电平时，三极管截止，没有电流流过蜂鸣器，所以蜂鸣器不会发出声音 10。3.5 温湿度调控模块3.5.1 继电器电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、

38、触点等组成。本设计所用五角继电器为直流输入 28-30V，最大输入电流为 10A。如图为 3.9 为 5 角继电器实物图，图 3.10 为原理图。陕西理工学院毕业设计 第 9 页 共 39 页图 3.9 五角继电器实物图图 3.10 五角继电器原理图当 4、5 两端加上相应电压时，线圈就会有电流，产生电磁效应，衔铁将会在磁力吸引的作用下克服弹簧拉力吸向铁芯，而带动衔铁的动触点与 2 点吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力下返回 3 点，使 1 点与原来的 3 点吸合。这样吸合、释放从而达到开关的目的 11。3.5.2 温湿度调控模块如图 3.10 位温湿度调控模块

39、原理图图 3.10 温湿度调控模块原理图当单片机 IO 口输出高电平时，通过三极管放大，集电极电流通过 4、5 点的电磁圈从而产生磁场，会将 1 点的单刀双掷开关吸引到 3 点常开点上导通从而实现继电器的功能，外部用电器 P1开始正常工作。当单片机 IO 口输出低电平时，三极管截止，4、5 点的电磁圈没有电流经过不会产生磁场，1 点开关由于自身弹性形变而弹回 2 点常闭点。陕西理工学院毕业设计 第 10 页 共 39 页4 系统软件设计4.1 主程序设计在对本设计硬件部分做好认识后，需要建立程序框架的流程图，对整个设计划分软件模块，逐个模块实现其功能，最终把各个子模块合理的连接起来，构成总的程

40、序。主程序首先要对整个系统进行初始化，然后将采集到的温湿度指令传给系统的主流程图如图 4.1 所示：YNNYYNNY 初始化延时温湿度检测显示屏显示温度高于上限蜂鸣器报警对应继电器工作蜂鸣器报警对应继电器工作蜂鸣器报警对应继电器工作温度低于下限湿度低于下限湿度高于上限蜂鸣器报警对应继电器工作开始陕西理工学院毕业设计 第 11 页 共 39 页图 4.1 主程序流程图4.2 传感器模块设计DHT11 传感器模块的软件流程图如图 4.2 所示图 4.2 DHT11 传感器模块程序流程图4.3 软件调试本设计是在 Keil C 环境下开发的，Keil C 软件支持 C 语言的编程及调试，运用方便，是

41、做 C语言单片机设计的首选 12。设计的首要任务是安装和学习使用这个软件，在简单的学习和了解Keil C 后，便可在此环境下开始了对本设计所需软件程序进行设计工作。在编译完 Keil C 后，再运用 STC_ISP_V480 软件烧录到开发板上，实现实物与程序的连接 13。在烧录前要对 STC_ISP_V480 进行一些必要的设置。第一步：设置 MCU Type 为 STC89C52RC；第二步：打开编写好并编译的程序文件，它是以.hex 为后缀的文件；第三步：选择对应的 COM 端口，可在我的电脑的设备管理处查看 COM 选项；第四步：点击 Download/下载，等提示请给 MCU 上给

42、DHT11 上电延时 1S保持高电平检测记录信号输出低电平延时输出低电平数据输出陕西理工学院毕业设计 第 12 页 共 39 页电时，打开开发板上的开关，它就自行烧录了 14。Keil C 程序运行如图 4.3 和 4.4 所示图 4.3 keil C 运行图图 4.4 程序烧录运行图在完成对程序的调试及烧录之后，将烧洗好的单片机放入硬件电路板中进行软硬件组合调试。陕西理工学院毕业设计 第 13 页 共 39 页5 系统的安装与调试5.1 硬件安装硬件部分主要通过万用板电路焊接将各个部分拼接在一起，其组成有控制模块、报警模块、显示模块、按键模块、调控模块。在焊接过程中，由于所用器件较多前期所设

43、计的一块万用板已不能满足元器件排布，故选择加入了第二块万用板进行焊接工作。在焊接过程中由于使用导线过细，容易断裂导致整体线路接触不良，经常出现短路、断路等问题，所以在复查中大量更换了之前焊接使用的细线，换用较粗的漆包线作为导线，不仅使线路的稳定性得到了大大提升，较粗的导线也提供了一定的固定作用，使整体线路更加稳固。但由于布局的设计缺陷，本次设计所用的 OLED 显示屏幕引脚过短，需加装一块排母才能与电路板连接，屏幕不能很好的固定，从而导致会出现接触不良的情况，但在加粗排母引脚后，该问题得到了较好的解决。由于本设计的功能需要多点检测，4 组检测模块不能直接焊接在电路板上，所以采用杜邦线连接检测模

44、块与电路板上的排针进行连接，从而解决了检测模块分开分布的问题。在焊接继电器电路时，元器件短缺，所需 2K 电阻缺失，在经过测试后决定使用双 4K 电阻并联接入电路达到了同样的效果，但缺点是占用了电路板空间。 如图 5.1 为硬件外观图图 5.1 硬件外观图如图 5.1 中，按下 A 键可以进入温湿度设定界面，按下 B 键进行温度和湿度切换，C、D 键分别为加和减。图中数字显示屏旁 1、2、3、4 为 4 个 DHT11 温湿度检测模块，图中与之标号相同的调控模块为其对应的监测点温湿度调控端。5.2 组合调试调试分为硬件调试和软件调试。硬件调试主要是检测硬件电路是否有短路、断路、虚焊等。显示电路

45、、键盘电路、继电器调控电路是本次设计的主要硬件电路。在搭接实物之前要检查各器件的陕西理工学院毕业设计 第 14 页 共 39 页性能是否符合要求。如导线是否导通，器件是否性能完好等。还有通过编制一些小的调试程序分别对相应各硬件单元电路的功能进行检查。其次，进行软件的调试。先验证子程序的正确性，再将这些子程序连接起来进行整体的调试。逐渐的发现错误并改正错误。最后进行软硬件结合调试。检查硬件电路与软件编程是否匹配。在进行软硬件结合调试后发现诸多问题：在硬件检查中单片机最小系统的复位按键存在连焊情况导致按键被短路无法使用。主电路板电源模块由于双面板漏锡，电源模块被短路；继电器调控模块中，继电器出口端

46、模拟用电器未加入电源电路，导致继电器工作后用电器不能正常工作。重新调整电路后，以上问题得以解决。在基础部件组合调试完成后，开始进行系统功能最终调试。在调试过程中发现，当检测数据超过预设上限数据，报警模块和调控模块开始工作，存在调控模块全部工作时主电路板会出现跳闸断电情况。在对硬件电路和程序过程进行多次检查与调整试验后发现，主电路板电源输入线由于过热导致输入 VCC 不稳定引起主电路板跳闸，在更换材质更好的电源连线后该问题得到解决。经过组合调试后，系统可以按照设计功能正常工作，本设计安装调试结束。如图 5.2 为系统正常工作时的屏幕显示状态图 5.2 正常工作的屏显状态当温度超过设定值时，报警模

47、块与调控模块开始工作，蜂鸣器报警，相应继电器工作，风扇工作模拟降温，并且红色二极管发光指示。如图 5.3 所示，1、2、3、4 号检测端温度超限，对应风扇全部工作。陕西理工学院毕业设计 第 15 页 共 39 页图 5.3 温度控制工作当湿度超过设定值时，报警模块与调控模块开始工作，蜂鸣器报警，相应继电器工作，加热片工作模拟除湿，并且黄色二极管发光指示。如图 5.4 所示，1、2、3、4 号检测端湿度超限，对应加热片全部工作。图 5.4 湿度控制工作当温湿度超过设定值时，报警模块与调控模块开始工作，蜂鸣器长鸣报警，相应继电器工作，风扇工作模拟降温，加热片工作模拟除湿，并且二极管发光指示。如图 5.5 所示。陕西理工学院毕业设计 第 16 页 共 39 页图 5.5 温湿度控制同时工作6 结论与展望在经过了多次验证与调试后，本设计完成。本系统以单片机为核心部件，利用软件编程，最终实现了设计要求。虽然系统还存在一些不足，比如温湿度测量不够精确，特别是湿度，波动误差较大。尝试了各种改进方法。仍然不太理想，不过能反映出设计的目的和要求，与预期的结果相差不多。经过近两