仓库温湿度监测系统单片机课设大学论文.docx

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仓库温湿度监测系统单片机课设大学论文

单片机课程设计报告

项目名称：

仓库温湿度监测系统

项目组成员：

（1）姓名：

苏品毓学号：

102188

（2）姓名：

苏萌学号：

102187

（3）姓名：

李文超学号：

102181

专业班级：

通信103班

日期：

2012—10—20

目录

第一章绪论3

1.1课题简介3

1.2设计目的4

1.3设计任务4

1.4设计方法4

第二章方案论证与比较5

2.1单片机型选择-----------------------------------------------------------------------------5

2.2显示模块-----------------------------------------------------------------------------------5

2.3温湿度监测模块--------------------------------------------------------------------------6

第三章设计内容与所用器件8

第四章硬件系统设计14

4.1温湿度采集电路14

4.2单片机时钟电路15

4.3单片机复位电路15

4.4报警电路16

4.5显示电路17

第五章软件设计18

5.1汇编语言和C语言的特点及选择18

5.2主程序设计18

5.3温湿度采集子程序19

5.4显示子程序21

5.4报警子程序-------------------------------------------------------------------------------21

第六章系统调试与存在的问题22

6.1硬件调试22

6.2软件调试22

总结23

参考文献24

附录------------------------------------------------------------------------------------25

第一章绪论

1.1课题简介

现代社会气候渐趋异常，随着社会的发展人们对生产生活中所需储备物资的质量保证要求越来越高，因而对储备物资的仓库管理质量也更加重视，而防潮、防霉、防腐、防爆是仓库日常工作的重要内容，是衡量仓库管理质量的重要指标。

它直接影响到储备物资的使用寿命和工作可靠性。

为保证日常工作的顺利进行，首要问题是加强仓库内温度与湿度的监测工作。

但传统的方法是用与湿度表、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要求的库房进行通风、去湿和降温等工作。

这种人工测试方法费时费力、效率低，且测试的温度及湿度误差大，随机性大。

因此我们需要一种造价低廉、使用方便且测量准确的温湿度测量仪。

由此而来的基于单片机的温湿度测量仪开始出现在了人们的生产生活中，随着其不断的发展也将被大部分人所接受。

伴随时代的进步和发展，单片机技术已经普及到我们生活、工作、科研、各个领域，已经成为一种比较成熟的技术,由于单片机集成度高、功能强、可靠性高、体积小、功耗低、使用方便、价格低廉等一系列优点，目前已经渗入到人们工作和生活得方方面面，几乎“无处不在，无所不为”。

单片机的应用领域已从面向工业控制、交通、智能仪器等迅速发展的家用消费产品、仪器仪表、医疗设备、信息和通信产品、航空航天、专用设备的智能化管理、办公自动化、汽车电子、PC机外围以及网络通讯等广大领域。

本课题研究的主要内容有：

以单片机为核心的主控制模块的设计；温湿度采集模块的设计；温湿度显示模块的设计；语音警报模块的设计。

与传统的温湿度测量仪器相比，该设计的温湿度监测系统具有读数方便，测温范围广，测温精确，数字显示，适用范围宽等特点。

。

本设计中利用单片机STC89C52对温度湿度测量并通过数码管显示。

由于现有的温湿度传感器DHT11能够同时测量温度与湿度，采用单总线结构，体积较小，精度一般但可用，产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性，尤其是其价格较低，适合大批量使用。

单片机采集到传感器给出的数据进行处理与计算，得出当前的温度与湿度并送给数码管显示。

程序中设置报警温度与湿度，到达超限条件时蜂鸣器报警。

本系统具有可读性高，稳定性高，反应速度快，测量值准确的特点。

1.2设计目的

通过本次课题设计，应用《单片机原理及应用》等所学相关知识及查阅资料，完成仓库温湿度监测系统的设计，以达到理论与实践更好的结合、进一步提高综合运用所学知识和设计的能力的目的。

通过本次设计的训练，可以使我在基本思路和基本方法上对基于MCS-51单片机的嵌入式系统设计有一个比较感性的认识，并具备一定程度的设计能力。

1.3设计任务

在本次课程设计中，主要完成如下方面的设计任务：

1、简要阐述单片机技术发展的国内外现状；

2、掌握MCS-51系列某种产品（例如8051）的最小电路及外围扩展电路的设计方法；

3、了解单片机数据转换功能及工作过程；

4、完成主要功能模块的硬件电路设计及必要的参数确定:

5、用protel软件完成原理电路图的绘制；

本次课程设计，主要设计（常温库）参数如下：

•温度检测范围20－30℃

•测量精度1℃

•湿度检测范围20%-75%RH

•检测精度5%RH

•显示方式温度两位显示湿度两位显示

•报警方式三极管驱动的蜂鸣器报警

1.4设计方法

本设计中实际采用的宏晶公司生产的STC89C52单片机，利用温温湿度传感器DHT11进行温湿度测量，利用动态显示原理显示在八段数码管上，并利用蜂鸣器进行报警。

实现了以下功能：

（1）仓库的温度、湿度实时测量功能；

（2）将测量到的温湿度分别显示在两个两位数码管上；（3）利用程序设置温度、湿度的报警值；（4）实现温度、湿度超限报警功能[4]。

第二章方案论证与比较

2.1单片机机型选择

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。

MCS－51的硬件结构决定了其指令系统不会发生变化，设计人员可以很容易的对不同公司的单片机产品进行选型，他们只需将重点放在芯片内部资源的比较上。

方案一：

采用AT89C51芯片作为硬件核心，AT89C51采用FlashROM，内部具有4KBROM存储空间，可以在3V的超低压下工作,而且与MCS-51系列单片机完全兼容,但是运用于电路设计中时由于不具备ISP在线编程技术,当在对电路进行调试时，由于程序的错误修改或对程序的新增功能需要烧入程序时，对芯片的多次拔插会对芯片造成一定的损坏[2]。

方案二：

采用AT89S52，片内ROM全都采用FlashROM，能以3V的超低压工作；同时也与MCS-51系列单片机完全兼容，该芯片内部存储器为8KBROM存储空间，同样具有89C51的功能，且具有在线编程可擦除技术，当在对电路进行调试时，由于程序的错误修改或对程序的新增功能需要烧入程序时，不需要对芯片多次拔插，所以不会对芯片造成损坏。

方案三：

STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8KB在线系统可编程Flash存储器。

使用高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。

片上Flash允许程序存储器在线系统可编程，亦适于常规编程器。

在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在线系统可编程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。

方案一是多年前的的产品，因自身设计缺陷，已经很少被人使用。

方案二和方案三使用差别不大，但方案二需要专有下载线，方案三使用串口下载即可。

因此选择方案三。

2.2显示模块

在单片机的人机交流界面中，一般的输出方式有以下几种：

发光管、LED数码管、液晶显示器。

考虑到实用程度及仓库实际环境，使用LED数码管显示，即使在黑暗环境中也能够看到其发亮。

在单片机系统中应用LED数码管作为输出器件有以下几个优点：

数字显示清楚稳定、使用条件要求低、安全性高、价格相对便宜、使用广泛。

2.3温湿度监测模块

2.3.1温度传感器的选择

方案一：

采用模拟集成温度传感器AD590，它的测温范围在-55℃~+150℃之间，而且精度高。

M档在测温范围内非线性误差为℃。

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。

使用可靠。

它只需直流电源就能工作，而且，无需线性校正，所以使用也非常方便，接口也简单。

作为电流输出型传感器和电压输出型相比，它有很强的抗外接干扰能力。

AD590的测量信号可远传百余米。

方案二：

采用数字化温度传感器。

DS18B20是Dallas半导体公司研制的一款数字化温度传感器，支持“一线总线”接口，即可通过一根信号线完成数据、地址和控制信心的传输。

该器件只有三个引脚（即电源VDD、地线GND、数据线DQ），且不需要外部元件，内部刻有64位光刻ROM，64位器件序列号出厂前就被光刻于ROM中，可作为器件地址序列码，便于实现多点测量。

全部传感元件及转换电路集成在一只三极管的集成电路内；现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性，适合于恶劣环境的现场温度测量，如：

环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。

该电路的检测温度范围为-55～+125℃，精度为℃（在-10℃～+85℃范围）;可以分别在93.75ms和750ms内完成9位和12位的数字温度值读入。

2.3.2湿度监测模块

2.3.2.1湿度及其表示方法

在自然界中，凡是有水和生物的地方，在其周围的大气里总是含有或多或少的水汽。

大气中含有水汽的多少，表示大气中的干湿程度，用湿度来表示，也就是说，湿度表示大气干湿程度的物理量。

大气湿度有两种表示方法：

绝对湿度与相对湿度。

绝对湿度表示单位体积空气里所含水汽的质量。

相对湿度是气体的绝对湿度与同一温度下，水蒸汽已达到饱和的气体的绝对湿度之比，常用%RH来表示。

2.3.2.2湿度传感器的选择

测量空气湿度的方式很多，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。

电容式、电阻式和湿涨式湿敏元件分别是根据其高分子材料吸湿后的介电常数、电阻率和体积随之发生变化而进行湿度测量的。

方案一：

采用HS11000/HS1101湿度传感器。

HS1100/HS1101电容传感器，在电路构成中等效于一个电容器件，其电容量随着所测空气湿度的增大而增大。

不需校准的完全互换性，高可靠性和长期稳定性，快速响应时间，专利设计的固态聚合物结构，由顶端接触（HS1100）和侧面接触（HS1101）两种封装产品。

适用于线性电压输出和频率输出两种电路，适宜于制造流水线上的自动插件和自动装配过程等。

相对湿度在1%～100%RH范围内；电容量由16pF变到200pF，其误差不大于RH；响应时间小于5S；温度系数为0.04pF/℃。

可见精度是比较高的。

方案二：

采用数字湿度传感器（如SHT11）。

数字式湿度传感器将传感器、信号放大调理、A/D转换、总线接口全部集成于一个芯片中。

应用该方案不需外接A/D转换芯片，可以大大简化硬件电路，并能提高电路的可靠性。

2.3.3温湿度传感器

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和卓越的长期稳定性。

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。