仓库温湿度检测系统的设计 毕业设计精品Word文件下载.docx

仓库温湿度检测系统的设计 毕业设计精品Word文件下载.docx

《仓库温湿度检测系统的设计 毕业设计精品Word文件下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《仓库温湿度检测系统的设计 毕业设计精品Word文件下载.docx（44页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

Microcontroller

1绪论

1.1课题研究背景及意义

我国是一个人口众多的大国,科学储粮是保障人民粮食供应,促进社会安定的大事,粮仓温度的检测在科学储粮中占有重要地位，在大多数粮食存储企业,目前仍主要靠人工检测粮仓温度。

由于粮库占地面积大，粮仓分散，仓内温度测试点多，因而人工检测工作量大，效率低，检测周期长，容易漏检，而且测量器件损坏率高，测试精度难以保证。

控温储粮是使粮食在储藏期间保持一定的温度水平，达到安全储藏的目的。

控温储粮能保持粮食较好的品质，是目前比较先进的一种安全、经济、绿色的储粮技术，已成为当今科学储粮技术发展的新方向。

粮食储藏是国家为防备战争、灾荒及其它突发性事件而采取的有效措施，因此，粮食的安全储藏具有重要意义。

目前，中国地方及垦区的各种大型粮库都还存在着程度不同的粮食储存变质问题。

根据国家粮食保护法规定，必须定期抽样检查粮库各点的粮食温度和湿度，以便及时采取相应的措施。

但大部分粮库目前还是采取人工测量温度和湿度的方法，这不仅使粮库工作人员工作量增大，且工作效率低，尤其是大型粮库的温度和湿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，中国每年因粮食变质而损失的粮食达数亿斤，直接造成的经济损失是惊人的。

影响粮食安全储藏的主要参数是粮食的温度和湿度，这两者之间又是互相关联的。

粮食在正常储藏过程中，含水量一般在12%以下（为安全状态），不会产生温度突变，一旦粮库进水、结露等使粮食的含水量达到20%以上时，由于粮粒受潮，胚芽萌发，新陈代谢加快而产生呼吸热，使局部粮食温度突然升高，必然引起粮食“发烧”和霉变，并可能形成连锁反应，从而造成不可挽回的损失。

因此设计出一种经济实用的粮库粮情温湿度智能检测系统是非常有必要。

1.2本文主要研究内容

1．完成系统总体方案设计；

2．进行方案的比较及论证；

3．进行主机及温湿度传感器的选择；

4．设计温湿度的采集电路。

5．设计温湿度的液晶显示电路。

6．设计系统硬件电路。

7．设计温湿度的超限报警电路。

8．完成系统软件流程的设计及编程。

2系统方案的设计

2.1系统功能及设计要求

1.基本功能

（1）具有粮仓环境的温度、湿度实时测量功能；

（2）具有将测量到的温湿度值用液晶LCD显示的功能；

（3）具有键盘设置温度、湿度的上下限报警值；

（4）具有温度、湿度超限声光报警功能。

2.设计要求

（1）监测对象：

仓库内储存物。

（2）检测得到的温、湿度数据可以实时显示。

温度范围：

-30℃～50℃。

温度测量的精度±

0.5oC,调节温度的超调量小于30%。

湿度检测范围：

10%～100%RH;

湿度测量的精度±

1%RH。

（3）用户可以自行设定监测粮仓中的温、湿度上、下限值。

超限报警。

（4）报警方式：

LED指示灯和蜂鸣器的声光报警。

（5）显示方式:

LCD显示实现温湿度的测量值。

2.2方案整体设计

本设计分为两个部分，一部分是由温湿度传感器组成的检测部分，另一部分是由单片机和LCD1602组成的主控与显示部分。

温度传感器和湿度传感器检测电路将检测到的数据送到单片机，单片机对接收到的数据进行处理并送到LCD1602，5V稳压电源给各个部分供电。

系统组成框图如图2.1所示。

显示模块

温度检测电路

湿度检测电路

单片机

电源

图2.1系统组成框图

2.3方案论证

本系统通过单片机的控制从而实现温湿度值的采集、数据的实时显示、上下限的控制以及超限报警的功能。

此时，单片机作为微处理器在此起到核心的作用，作为测量型系统要有数据采集模块，即温湿度的采集。

经过输入通道，由微处理器拾取必要的数据信息。

微处理器对输入数据进行实时处理、显示，出现超限及时报警。

方案1系统组成及工作原理

方案1原理框图如图2.2所示。

图2.2方案1原理框图

在本方案中采用的是集成温度传感器AD590。

集成温度传感器AD590是美国模拟器件公司生产的集成两端感温电流源。

属于电流型温度传感器，通过对电流的测量可得到所需要的温度值。

根据特性分档，AD590的后缀以I、J、K、L、M表示。

例如AD590L，AD590M一般用于精密温度测量电路。

另外，AD590还有以下电子特性：

（1）流过器件的电流（μA）等于器件所处环境的热力学温度（开尔文）度数，即：

IT/T=1μA/K

式中：

IT为流过器件（AD590）的电流，单位μA；

T为热力学温度，单位K。

（2）AD590的测温范围-55℃～+150℃。

（3）AD590的电源电压范围为4V～30V。

电源电压可在4V～6V范围变化，电流IT

变化1μA，相当于温度变化1K。

AD590可以承受44V正向电压和20V反向电压，

因而器件反接也不会损坏。

（4）输出电阻为710MΩ。

（5）精度高AD590共有I、J、K、L、M五档，其中M档精度最高，在-55℃～+150℃。

测量温度与AD590电流及经过10K电阻输出电压。

在此模块中使用集成模拟温度传感器则必须使用A/D转换器，把传感器感应到的模拟信号转换成数字信号，再把数字信号直接传输到微处理器当中进行数据处理。

A/D转换器通常选用ADC0809，ADC0809是带有8位A/D转换器、8路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的CMOS组件。

它是逐次逼近式A/D转换器，可以和单片机直接接口。

ADC0809对输入模拟量要求：

信号单极性，电压范围是0－5V，若信号太小，必须进行放大；

输入的模拟量在转换过程中应该保持不变，如若模拟量变化太快，则需在输入前增加采样保持电路。

ADC0809具有IN0－IN7，8条模拟量输入通道。

A，B，C三条地址线的地址信号用于控制选择8条模拟量输入通道。

因ADC0809的内部没有时钟电路，所需时钟信号必须由外界提供，通常使用频率为500KHZ。

测量空气湿度的方法很多，其原理是根据某种物质从其周围的空气吸收水分后引起的物理或化学性质的变化，间接地获得该物质的吸水量及周围空气的湿度，其中最常用的为电容式和电阻式两种。

本方案中采用CHR-01湿敏电阻。

CHR-01湿敏电阻适用于阻抗型高分子湿度传感器，它的工作电压为交流1V，频率为50Hz～2kHz，测量湿度范围为20%～90%RH，测量精度±

5%RH，工作温度范围为0～+85℃，最高使用温度120℃。

本方案中采用AT89C52,AT89C52是51系列单片机的一个型号，它是ATMEL公司生产的。

AT89C52是一个低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含8kbytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256bytes的随机存取数据存储器（RAM），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位中央处理器和Flash存储单元。

AT89C52可以按照常规方法进行编程,但不可以在线编程。

其将通用的微处理器和flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。

AT89C52除了与AT89C51所有的定时/计数器0和定时/计数器1外，还增加了一个定时/计数器2。

定时/计数器2的控制和状态位位于T2CON和T2MOD，寄存器对（RCAO2H、RCAP2L）是定时器2在16位捕获方式或16位自动重装载方式下的捕获/自动重装载寄存器，适用范围更广阔。

电子设计中常用的输出显示设备有：

LED数码管和LCD这两种。

在本方案中采用LED数码管，数码管是现在电子设计中使用非常普遍的一种显示设备，每个数码管由7个发光二极管按照一定的排列结构组成，根据七个发光二极管的正负极连接不同，又分为共阴极数码管和共阳极数码管两种。

利用数码管显示的数据内容比较直观，通常显示从0到F中的任意一个数字，一个数码管只能显示一位，而多个数码管就可以显示多位，在此选用四位数码管采用扫描方式进行显示。

要显示多位数的时候，数码管操作起来会十分烦琐，同样显示的速度也受到了一定的限制。

超限报警最常见的两种方式是光报警和声音报警，在本方案中采用光报警，使用发光二极管发光，为区分是温度超限还是湿度超限，使用发光二极管发光，这样用户就可以一目了然。

在本方案中采用行列式键盘，行列式（也称矩阵式）键盘用于按键数目较多的场合，它由行线和列线组成，按键位于行列的交叉点上。

行、列线分别连接到+5V上。

无按键按下时行线处于高电平状态，而当有按键按下时行线电平状态将由与此相连的列线电平决定。

这一点是识别行列式键盘是否按下的关键所在。

方案2系统组成及工作原理

原理框图如图2.3所示。

图2.3方案2原理框图

本方案中温度采集可以直接采用数字式传感器DS18B20，数字化温度传感器DS18B20是世界上第一片支持“一线总线”接口的温度传感器，体积更小、适用电压更宽、更经济。

一线总线独特而且经济的特点，使用户可轻松地组建温度传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。

其测量温度范围为-55°

C～+125°

C，在-10～+85°

C范围内，精度为±

0.5°

C。

DS18B20可以程序设定9～12位的分辨率，分辨率设定，以及用户设定的报警温度存储在EEPROM中，掉电后依然保存。

因为每一个DS18B20的包含一个独特的序号，多个DS18B20可以同时存在于一条总线，而相互不受影响。

本方案中采用HS1101湿度传感器，该传感器具有以下特点：

全互换性在标准环境下不需校正；

长时间饱和下快速脱湿；

高可靠性与长时间稳定性；

专利的固态聚合物结构；

可用于线性电压或频率输出回炉；

快速反应时间。

该传感器将测量到的湿度转变为电容信号，使用555多谐振荡器将电容信号转变为脉冲信号，把脉冲信号输入到微处理器当中进行处理。

相对湿度测量范围1%---100%RH，脉冲信号频率在5623～6852Hz之内，其误差不大于±

2%RH，能够达到误差要求。

湿度传感器HS1101是基于独特工艺设计的电容元件，这些相对湿度传感器可以大批量生产。

可以应用于办公室自动化，车厢内空气质量控制，家电，工业控制系统等。

它有以下几个显著的特点：

1、全互换性，在标准环境下不需校正

2、长时间饱和下快速脱湿

3、可以自动化焊接，包括波峰或水浸

4、高可靠性与长时间稳定性

5、专利的固态聚合物结构

6、可用于线性电压或频率输出回路

7、快速反应时间

相对湿度在0%～100%RH范围内；

电容量由162pF变到200pF,其误差不大于2%RH；

响应时间小于5s；

温度系统为0.04pF/℃。

可见其精度是较高的。

NE555是一个能产生精确定时脉冲的高稳度控制器，其输出驱动电流可达200mA。

在多谐振荡器工作方式时，其输出的脉冲占空比由两个外接电阻和一个外接电容确定；

在单稳态工作方式时，其延时时间由一个外接电阻和一个外接电容确定，它可以延时数微秒到数小时。

其工作电压范围为：

4.5V～16V。

555的框图如图2.4所示

图2.4555的基本框图

在多数电子设计当中，基于性价比的考虑，8位单片机仍是首选。

目前，8位单片机在国内外仍占有重要地位。

在8位单片机中又以MCS－51系列单片机及其兼容机所占的份额最大。

本方案采用AT89C51芯片作为硬件核心，该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，采用FlashROM，内部具有4KBROM存储空间,能于3V的超低压工作与工业标准的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AT89C51是一种高效微控制器。

在本方案中采用采用LCD液晶显示。

液晶显示屏具有体积小、功耗低、显示内容丰富等特点。

因此用户可以根据自己的需求，随意设计显示的内容甚至是图案。

液晶显示具有很多优点：

显示内容丰富，兼容性强，而且外围驱动电路设计比较简单，显示能力的扩展将不会涉及到硬件电路的修改，可扩展性很强。

不足之处在于其价格较高，驱动程序编写有些复杂。

LCD从显示的形式上通常可以分为笔段型、字符型和点阵图形型。

在本方案中选用LCD1602，它属于字符型，字符型液晶显示模块是专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶显示模块，在电极图形设计上是由若干个5×

8或5×

11点阵组成，每一个点阵显示一个字符。

LCD1602是一种5×

7点阵图形来显示字符的液晶显示器，可以显示2行16个字，足够显示温度值和湿度值。

现代的报警有很多种方式，但多数都采用声音报警系统和发光报警这两种，在此方案中采用扬声器报警系统，当温度、湿度分别超标或都超标时，使扬声器发出声音和二极管发光引起用户的注意。

在该模块中采用独立式键盘，独立式键盘就是各键相互独立，每个按键各接一根输入线，通过检测输入线的电平状态很容易地判断哪个键被按下。

但在数目较多时，独立式键盘电路需要较多的输入口线且电路结构复杂。

2.4本章小结

本章主要确定了系统的设计方案，提到主机的选择，液晶显示的选择，温湿度传感器的选择方案，并具体介绍各个方案的具体设计，各个方案都具有很强的可行性，都能够很好的完成系统的设计。

经过各个方面的比对，最终选择方案2作为设计的最后方案，下一章节将通过该方案对系统硬件电路进行设计。

3硬件电路的设计

3.1AT89C51的主要性能及引脚介绍

本系统选择AT89C51作为微处理器，AT89C51是一个低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含8kbytes的可反复擦写的flash只读程序存储器和256bytes的随机存取数据存储器（REM），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位中央处理器和Flash存储单元，AT89C51单片机在电子行业中有着广泛的应用。

设计是以89C51单片机为控制中心，这种控制芯片具有4KB的快擦写可编程/擦除只读存储器EEPROM、256KB片内RAM、3个16位定时计数器、5个中断源，无需进行系统扩展既可满足任务要求，能较大幅度提高系统的性价比

其主要功能：

1、兼容MCS51指令系统

2、8k可反复擦写（大于1000次）FlashROM；

3、32个双向可编程I/O口线；

　　4、256x8bit内部RAM；

　　5、3个16位可编程定时/计数器中断；

　　6、时钟频率0-24MHz；

　　7、2个串行中断，可编程UART串行通道；

　　8、2个外部中断源，共8个中断源；

　　9、2个读写中断口线，3级加密位；

10、低功耗空闲和掉电模式，软件设置睡眠和唤醒功能；

11、有PDIP、PQFP、TQFP及PLCC等几种封装形式，以适应不同产品的需求。

AT89C51为8位通用微处理器，采用工业标准的C51内核，在内部功能及管脚排布上与通用的89C52相同。

AT89C51的引脚分布如图3.1所示

图3.1AT89C51的引脚图

AT89C51引脚介绍：

VCC：

电源接口，接+5V

GND：

接地

EA/VPP：

外部访问允许。

欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H—FFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。

如EA端为高电平（接Vcc端），CPU则执行内部程序存储器中的指令。

RST：

复位输入。

当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。

P0口：

一组8位漏极开路型双向I/O口，也即地址/数据总线复用口。

作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路，对端口P0写“1”时，可作为高阻抗输入端用。

在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。

在Flash编程时，P0口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。

P1口：

一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。

对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。

作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。

P2口：

一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。

对端口P2写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。

P3口：

一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。

P3口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。

对P3口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。

此时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流。

P3口除了作为一般的I/O口线外，更重要的用途是它的第二功能，如表3.2所示。

表3.2P3口第二功能

端口引脚

第二功能

P3.0

RXD（串行输入口）

P3.1

TXD（串行输出口）

P3.2

INT0（外中断0）

P3.3

INT1（外中断l）

P3.4

T0（定时／计数器0）

P3.5

Tl（定时／计数器l）

P3.6

WR（外部数据存储器写选通）

P3.7

RD（外部数据存储器读选通）

ALE/PROG：

当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。

一般情况下，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。

PSEN：

程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89C51由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲。

在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN信号。

XTAL1：

振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。

XTAL2：

振荡器反相放大器的输出端。

UART串口：

AT89C51的UART串口用于进行串行通信。

串行接口的电路结构还包括了串行口控制寄存器SCON，电源及波特率选择寄存器PCON和串行缓冲寄存器SBUF，他们都属于SFR，PCON和SCON用于设置串行口工作方式和确定数据发送和接收，SBUF用于存放欲发送的数据起到缓冲的作用。

3.2单片机最小系统的设计

单片机最小系统包括单片机及其所需的必要电源、时钟、复位等部件，它能使单片机处于正常的运行状态。

电源、时钟等电路是使单片机能运行的必要条件，可以将最小系统作为应用系统的核心部分，对其进行存储扩展、A/D扩展等。

单片机最小系统的功能主要如下。

（1）能够运行用户程序；

（2）用户可以复位单片机；

（3）具有相当强大的外部扩展功能。

复位电路

图3.3最小系统结构图

时钟振荡电路：

AT89C51中有一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是该放大器的输入端和输出端。

外接石英晶体及电容C1、C2接在放大器的反馈回路中构成并联振荡电路。

对外接电容C1、C2虽然没有十分严格的要求，但电容容量的大小会轻微影响振荡频率的高低、振荡器工作的稳定性、起振的难易程序及温度稳定性，在使用石英晶体时，通常电容使用30pF±

10pF，而如使用陶瓷谐振器通常选择40pF±

10pF。

也可以采用外部时钟。

这种情