51单片机温控系统.docx
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51单片机温控系统
课程设计任务书
(指导教师填写)
课程设计名称单片机系统设计学生姓名***专业班级自动化
设计题目基于GPRS的远程终端监控系统设计
一、课程设计目的
1.培养学生单片机开发应用能力。
2.培养学生综合分析问题、发现问题和解决问题的能力。
3.培养学生综合运用知识的能力和工程设计的能力。
4.培养学生理论联系实际的能力。
5.提高学生课程设计报告撰写水平。
二、设计内容、技术条件和要求
1设计内容
以单片机为主机,设计一套基于GPRS的远程终端监控系统,能实现当前环境的温度和湿度值的采集并显示,同时能将该信息,通过GSM模块,利用GPRS进行远程传送,并显示在能智手机客户端上。
(1)设计矩阵键盘模块、定时器模块;
(2)设计温湿度检测模块,并实现中断、LCD显示功能;
(3)设计GPRS远程传输系统。
2设计要求
•设计单片机最小系统(包括复位按钮、晶振电路等);
•绘制实现本设计内容的必要硬件电路(原理图),系统的组成框图等。
•相应的控制状态表;
•编写本课程设计内容的软件设计(包含程序流程图和对程序注释)。
3总体设计思想(供参考)
•利用矩阵键盘实现输入;
•设计GSM模块,并实现GPRS数据传输功能;
•采用DHT11传感器进行温湿度检测;
4知识点准备:
•+5V电源原理及设计;
•GPRS无线通讯知识及GSM相关芯片知识;
•单片机复位电路工作原理及设计(元件选择的依据);
•单片机晶振电路工作原理及设计(元件选择的依据);
•LCD显示特性、驱动设计及应用;
•单片机引脚资源、引脚分配等;
•单片机汇编语言及程序设计(中断、延时子程序的设计)。
三时间进度安排
按教学计划规定,单片机原理课程设计总学时为1周,其进度安排和时间大致分配如下:
1.十五周周一至周二查阅资料、进行软、硬件初步设计;
2.十五周周三至周四上机调试,发现问题,解决问题,完善课程设计;
3.十五周周五 总结设计过程,编写课程设计报告书。
四主要参考文献
1、何立民.单片机高级教程.第1版.北京:
北京航空航天大学出版社,2001
2、徐爱钧KEILCxV7.0单片机高级语言编程与uVision2应用实践,北京,电子工业出版社,2004
3、李全利、仲伟峰、徐军,单片机原理及应用,北京:
清华大学出版社,2006
五、设计分组及选题安排
自动化14级全体学生。
指导教师签字:
2017年05月20日
单片机系统设计报告
一、设计项目简介
1、课程设计功能描述
本设计是以STC89C52单片机为主机,建立起基于GPRS的远程终端监控系统,能实现当前环境的温度和湿度值的采集,并显示在液晶屏幕上,同时能将该信息,通过GSM模块,利用GPRS进行远程传送,并实时显示在能智手机客户端上。
本文设计的温度控制系统具有如下功能:
(1)通过温湿度传感器DHT11采集温度,并以数字信号的方式传送给单片机。
(2)LCD12864液晶显示屏动态实时显示房间温度。
(3)通过GSM模块将温湿度实时传送到服务器,手机可远程登陆服务器查看温湿度变化曲线。
2、类似温湿度检测产品的情况简介
在人类的生活环境中,温湿度扮演着极其重要的角色。
温度和湿度是工业生产中常见的工艺参数之一,任何物理变化和化学反应过程都与温湿度密相关,并且温湿度也是影响人类身体健康的重要因素,因此温湿度检测是生产和生活中必须掌握的指标。
随着社会的发展,科技的进步,以及测温仪器在各个领域的应用,智能化是现代温湿度控制系统发展的主流方向。
目前国内外远程监控主要有以下几种方式:
短距离长线监测;通过市话网;通过Internet网络;通过自组网络(CDPD网);通过数传电台方式;通过市话网和Internet方式以现有的网络为依托,实时监控温湿度变化。
3、本产品特色功能
本设计把GPRS网络引入到远程温湿度采集系统中,提出了基于GPRS的远程温湿度采集系统,综合上述无线通信方式和Internet网络的优点,克服它们的一些缺点,从而得到一种令人满意的远程监控系统。
GPRS网络是目前基于时分多址技术的移动通信体制中最成熟完善、覆盖面最广、功能最强、用户最多的移动通信网络。
运用GPRS的TCP通信实现远程监控可靠性高、信号传播距离远、覆盖面积广,并且可以节省建网初期的巨额投资,运营期间无需维护网络,运行费用低廉。
本产品整体功耗较低,运行成本较小,用户可在任何地点登陆服务器查看所监测场所的温湿度变化情况,操作快捷,简单方便。
二、总体设计
1、需求分析
(1)设计硬件电路、定时器模块、串口通信;
(2)设计温湿度检测模块,并实现中断、LCD显示功能;
(3)设计GPRS远程传输系统。
2、方案设计
采用STC89C52单片机作为控制核心来设计本课题,温湿度信号采集使用温度传感器DHT11,温湿度监测的基本思想为:
将温湿度传感器采集到的温度与湿度数值通过P3.2引脚输入到单片机中,经过处理后在LCD12864液晶屏幕上显示当前的温度和湿度数值;单片机通过串口通信将温湿度数值发送给GSM模块,GSM模块通过网络将数据上传至服务器,用户在手机客户端通过连接服务器可实时查看温湿度数据变化图表。
图1方案设计框图
本方案采用单片机作为控制核心,使用温湿度传感器进行温湿度采集,通过将采集到的温湿度分别显示在液晶屏上和发送至服务器,从而使得温湿度可实时监测,掌握变化曲线。
本方案设计成本低,具有具有较高的可靠性,对于要求不是很高的场合非常合适。
三、硬件设计
1、单片机89C52原理图
STC89C52RC是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器,具有8K字节系统可编程Flash存储器。
STC89C52使用经典的MCS-51内核,但做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。
在单芯片上,拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash,使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。
89C52的原理图如图2所示
图289C52原理图
2、LCD12864液晶显示屏原理图
12864液晶显示模块是128×64,点阵的汉字图形型液晶显示模块,可显示汉字及图形,内置8192个中文汉字、128个字符及64*256点阵显示RAM。
它是一种具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式的显示模块,利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令,可构成全中文人机交互图形界面。
可以显示8×4行16×16点阵的汉字.也可完成图形显示.由该模块构成的液晶显示方案与同类型的图形点阵液晶显示模块相比,不论硬件电路结构或显示程序都要简洁得多,且该模块的价格也略低于相同点阵的图形液晶模块。
其原理图如图3所示:
图312864原理图
操作时序图如图4所示
图412864的操作时序图
3、DHT11温湿度传感器原理图
DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合
传感器。
它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术,确保产品具有极
高的可靠性与卓越的长期稳定性。
传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC
测温元件,并与一个高性能8位单片机相连接。
因此该产品具有品质卓越、超
快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。
每个DHT11传感器都在极为精确
的湿度校验室中进行校准。
校准系数以程序的形式储存在OTP内存中,传感器
内部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数。
单线制串行接口,使系统
集成变得简易快捷。
超小的体积、极低的功耗,信号传输距离可达20米以上,
使其成为各类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选则。
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。
其原理应用如图所示
四、软件设计
1、软件模块的程序流程图
2、算法思想
软件是系统的核心,采用Keil51uVision软件来调试程序,用STC_ISP_V4将程序下载进单片机进行实际调试,可有效提高效率,有利于加深对单片机开发的理解,对产品开发具有重要的意义。
本项目程序实现的功能有:
中断部分程序,LCD液晶显示,温湿度采集,GSM模块通信,延时程序五个部分
(1)中断部分设计
本项目选择定时器中断方式,初始化程序应完成如下工作:
对TMOD赋值,以确定T0和T1的工作方式。
计算初值,并将其写入TH0、TL0或TH1、TL1。
中断方式时,则对IE赋值,开放中断。
使TR0或TR1置位,启动定时/计数器定时或计数。
(2)液晶显示设计
LCD12864,每个显示点对应一位二进制数,1表示亮,0表示灭。
存储这些点阵信息的RAM称为显示数据存储器。
要显示某个图形或汉字就是将相应的点阵信息写入到相应的存储单元中。
12864液晶屏实际上是由左右两块独立的64*64液晶屏拼接而成,每半屏有一个512*8 bits显示数据RAM。
左右半屏驱动电路及存储器分别由片选信号CS1和CS2选择。
在程序在定义页码pag、行数col、宽度weigh、高度high四个变量,通过控制CS1和CS2的高低点评来选择左右半屏,通过pag,col来选择所要显示的行列数,通过weigh和high来选择显示的宽度和高度。
LCD液晶显示流图DHT11程序流图
(3)DHT11温湿度传感器设计
用户MCU发送一次开始信号后,DHT11从低功耗模式转换到高速模式,等待主机开始信号结束后,DHT11发送响应信号,送出40bit的数据,并触发一次信号采集,用户可选择读取部分数据.从模式下,DHT11接收到开始信号触发一次温湿度采集,如果没有接收到主机发送开始信号,DHT11不会主动进行温湿度采集.采集数据后转换到低速模式。
总线空闲状态为高电平,主机把总线拉低等待DHT11响应,主机把总线拉低必须大于18毫秒,保证DHT11能检测到起始信号。
DHT11接收到主机的开始信号后,等待主机开始信号结束,然后发送80us低电平响应信号.主机发送开始信号结束后,延时等待20-40us后,读取DHT11的响应信号,主机发送开始信号后,可以切换到输入模式,或者输出高电平均可,总线由上拉电阻拉高。
核心实现代码如下所示:
RH=0;
Delay_ms(18);
RH=1;//释放总线
while(RH);//等待拉低
while(!
RH);//等待拉高
for(i=0;i<5;i++)
{
for(j=0;j<8;j++)
{
while(RH);//等待拉低
while(!
RH);//等待拉高
Delay_nus
(2);//延时28us
rxdata[i]<<=1;//左移一位
if(RH)
{rxdata[i]++;}
}
}
(4)延时程序设计
延时时间主要以毫秒和微秒延时为单位,利用机器周期_nop_来实现,89C52单片机的时钟频率为11.0592MHz,因此一个机器周期约为1us。
voidDelay1ms()//@11.0592MHz
{
unsignedchari,j;
_nop_();//一个机器周期
i=2;
j=199;
do
{
while(--j);
}while(--i);
}//延时1ms
五、收获及体会
通过这次设计我对自己在书本中所学的单片机和编程知识得到了全面的回顾,并充分发挥对所学知识的理解和思考及书面表达能力,使我掌握分析和解决一个理论问题或实际问题,把知识转化为能力的实际训练的能力。
在课程设计过程中我锻炼了自己的思考能力和动手能力。
通过题目选择和设计电路的过程中,加强了我思考问题的完整性和实际生活联系的可行性。
在方案设计选择和芯片的选择上,培养了我们综合应用的能力,对温湿度监测的各个模块也有了进一步的认识。
还锻炼我们个人的查阅技术资料的能力,动手能力,发现问题,解决问题的能力。
在完成单片机课程设计后,我们发现我们还有许多不足,所学到的知识还远远不够,以至于还有一些功能不能主动完成。
但通过学习这一次实践,增强了我们的动手能力,提高和巩固了单片机方面的知识,特别是软件方面。
从中增强了我们的团队合作精神,并让我们认识到把理论应用到实践中去是多么重要。
感谢老师们一周以来辛勤的指导和帮助,在遇到问题时,老师没有一味地告诉我们答案,而是在讲解中让我们自己发现问题,解决问题,并且能够举一反三,培养我们独立自主思考的习惯。
这次课程设计对我们帮助很大,为我们以后的工作和学习打下了很好的基础。
七、参考文献
1、何立民.单片机高级教程.第1版.北京:
北京航空航天大学出版社,2001
2、徐爱钧KEILCxV7.0单片机高级语言编程与uVision2应用实践,北京,电子工业出版社,2004
3、李全利、仲伟峰、徐军,单片机原理及应用,北京:
清华大学出版社,2006
4、李伯成.基于MCS-51单片机的嵌入式系统设计.电子工业出版社.2004
5、蔡杏山.Protel99SE电路设计.人民邮电出版社.2007
6、杨小川.ProtelDXP设计指导教程.清华大学出版社.2003
7、李晓荃.单片机原理与应用[M].电子工业出版社,2000年8月
8、于京,张景璐.51系列单片机C程序设计与应用案例.中国电力出版社.2006
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