1、 豬舍環(huán)境溫濕度采集與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要溫度濕度傳感器系統(tǒng)在當(dāng)今的應(yīng)用非常廣泛，眾多領(lǐng)域都會(huì)依賴于溫度、濕度的測(cè)量。如工業(yè)、農(nóng)業(yè)、畜牧養(yǎng)殖、食品，甚至在軍事方面都會(huì)使用溫濕度傳感與測(cè)量，對(duì)于待測(cè)環(huán)境（對(duì)象）的溫濕度進(jìn)行精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)，為精確控制溫濕度提供有效的保障和調(diào)節(jié)控制依據(jù)。全文分析并初步設(shè)計(jì)了應(yīng)用于豬舍的智能溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)室內(nèi)溫度與濕度的采集與調(diào)節(jié)功能。可以自動(dòng)判斷是否需要啟動(dòng)溫度濕度調(diào)節(jié)模塊，具有自動(dòng)監(jiān)測(cè)、控制環(huán)境溫濕度的基本功能，該系統(tǒng)具有諸多優(yōu)點(diǎn)：響應(yīng)迅速、良好的抗擾性能、極高的性價(jià)比等等，本次設(shè)計(jì)選擇了集成度相對(duì)較高的器件，整體電路的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔明了。關(guān)鍵詞溫濕度；傳感器；檢

2、測(cè)校驗(yàn)；單片機(jī)緒論本章在闡述分析了國(guó)內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域現(xiàn)狀的基礎(chǔ)之上，論述了此次研究主題的歷時(shí)與意義，這為后續(xù)章節(jié)的論述進(jìn)行了鋪墊。研究背景與意義檢測(cè)溫濕度的應(yīng)用十分廣泛，涉及民用、農(nóng)業(yè)、工業(yè)、航空航天等領(lǐng)域都會(huì)依賴溫濕度檢測(cè)進(jìn)行精準(zhǔn)的測(cè)量反饋，作為監(jiān)測(cè)、控制的重要依據(jù)。溫度指的是一個(gè)物理量，東西的冷熱程度，在微觀方面講，溫度就是分子的不斷運(yùn)動(dòng)的所生成的內(nèi)能。在相同的溫度的狀態(tài)，要是說空氣中含有的水分越少，那么空氣會(huì)更干燥，要是水分的含量很多，那就空氣相對(duì)而言濕度更高?？諝饫锩嫠暮恐傅木褪菨穸?。濕度一般指的就是空氣里所含的水分量，表達(dá)方式通常能分成兩種，絕對(duì)的濕度以及相對(duì)的濕度。伴隨科技的發(fā)展

3、，實(shí)際工業(yè)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的迫切需要和對(duì)周圍環(huán)境的要求的日益提升，溫濕度的測(cè)量顯得尤其關(guān)鍵。農(nóng)業(yè)方面，更加不能離開溫度和濕度的監(jiān)測(cè)。設(shè)計(jì)智能化的溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)備，具備成本低、測(cè)量準(zhǔn)確，能夠完成溫濕度的有效檢測(cè)和控制的系統(tǒng)，具有現(xiàn)實(shí)的理論價(jià)值和廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景2。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀隨著溫濕度檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展?jié)u趨于系統(tǒng)、集成、智能化的方向，溫濕度測(cè)量技術(shù)也在不斷日益進(jìn)步，通過對(duì)環(huán)境濕度和溫度的監(jiān)控測(cè)量技術(shù)在多個(gè)行業(yè)領(lǐng)域發(fā)揮著至關(guān)重要的作用3。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展創(chuàng)新，現(xiàn)如今成熟的溫濕度的測(cè)量技術(shù)產(chǎn)品也層出不窮4。在溫度測(cè)量領(lǐng)域，國(guó)外在此領(lǐng)域中所采用的測(cè)溫技術(shù)主要以熱電偶、熱電阻為核心，由于這類技術(shù)較

4、為成熟、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用便捷等特點(diǎn)。傳統(tǒng)測(cè)溫領(lǐng)域會(huì)受到新材料、新技術(shù)及其新材料的影響從而在未來有著更加廣闊的前景?，F(xiàn)如今在測(cè)溫領(lǐng)域中未來的探究方向?yàn)楣饫w、非接觸等類型的測(cè)溫技術(shù)。溫度傳感器與被測(cè)介質(zhì)的接觸方式可分為兩大類:一類是接觸式溫度傳感器，一類是非接觸式溫度傳感器5。所采用的是針對(duì)輻射進(jìn)行熱交換的原理。此種測(cè)溫方法的主要特點(diǎn)是可測(cè)運(yùn)動(dòng)的小目標(biāo)及熱容量小或變化迅速的對(duì)象，也可測(cè)量溫度場(chǎng)的溫度布置，但受環(huán)境的影響比較大6。自二十一世紀(jì)初，全行業(yè)都在進(jìn)行新一輪的改革和升級(jí)浪潮，尤其是我國(guó)的傳統(tǒng)行業(yè)都需要推進(jìn)現(xiàn)代化的變革、技術(shù)產(chǎn)業(yè)升級(jí)。現(xiàn)代智能傳感與控制系統(tǒng)作為環(huán)境管理科學(xué)系統(tǒng)，其最大的優(yōu)點(diǎn)在于智

5、能化。系統(tǒng)擁有高端的傳感儀器，從而保證控制操作的準(zhǔn)確度。自上世紀(jì)80年代以來，在引進(jìn)、吸收國(guó)外高技術(shù)的溫濕度監(jiān)測(cè)技術(shù)的基礎(chǔ)上，對(duì)單一環(huán)境因素的控制技術(shù)，如溫度、濕度、溫室內(nèi)二氧化碳濃度等我國(guó)研究與應(yīng)用也取得了良好的成就。二十世紀(jì)末期，北京農(nóng)業(yè)大學(xué)設(shè)計(jì)的WJG-1型實(shí)驗(yàn)溫室環(huán)境計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)，由于只是開展單因子控制因此操作性以及穩(wěn)定性等部分存在一定的問題11?，F(xiàn)在，對(duì)于溫濕度智能控制系統(tǒng)的研發(fā)尚處于起步階段。同時(shí)，該系統(tǒng)的質(zhì)量保證不僅取決于傳感技術(shù)水平，還依賴于反饋與遙控水平。實(shí)際上，環(huán)境是由多種因素所共同影響和制約，這些因素包括溫濕度等，因而迫切需要研發(fā)出一款性價(jià)比高、適應(yīng)實(shí)際使用需求和功能特

6、點(diǎn)的溫濕度控制系統(tǒng)12。本文研究的主要內(nèi)容本文所研究的內(nèi)容是豬舍的溫濕度控制，在設(shè)計(jì)上所采用的模塊有：?jiǎn)纹瑱C(jī)主控模塊，它是整個(gè)模塊的核心，能夠分析和處理相關(guān)的數(shù)據(jù)；溫度濕度采集模塊，精確的采集與溫度和濕度相關(guān)的數(shù)據(jù)；對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)接收與發(fā)送的模塊中，核心的通信技術(shù)為無線的方式；LCD顯示模塊，將溫度與濕度的具體數(shù)值顯示在屏幕上以便查看；鍵盤電路模塊，溫度與濕度的具體數(shù)值可以通過外部進(jìn)行設(shè)置；溫度濕度調(diào)節(jié)模塊，針對(duì)溫度與濕度所出現(xiàn)的異常值進(jìn)行合理的調(diào)節(jié)。綜合上述各模塊的功能與特點(diǎn)要求，初步設(shè)計(jì)出硬件以及軟件系統(tǒng)，完成基本的溫濕度檢測(cè)與基本控制指令。本文的主要研究目標(biāo)本文主要研究?jī)?nèi)容和目標(biāo)主要有三方面

7、：（1）當(dāng)前溫度與濕度的數(shù)值能夠被實(shí)時(shí)的顯示當(dāng)系統(tǒng)在得電狀態(tài)下并實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)運(yùn)行有，溫度與濕度具體數(shù)值會(huì)在LCD屏幕上進(jìn)行直觀的顯示。（2）可以自由的設(shè)定溫度與濕度的具體數(shù)值使用者可以根據(jù)實(shí)際的需要來通過鍵盤電路來設(shè)定所需要的溫度與濕度，易于上手。（3）溫濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)當(dāng)溫度與濕度由外設(shè)鍵盤設(shè)定完畢后，在系統(tǒng)啟動(dòng)后當(dāng)外界溫度與濕度與所設(shè)定值不符時(shí)，溫濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)在單片機(jī)的控制下進(jìn)行工作，最終將溫度與濕度調(diào)整到設(shè)定的數(shù)值。2系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)本章需要明確溫濕度控制系統(tǒng)的總體方案構(gòu)成，主要介紹工作原理的基礎(chǔ)上論述系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本方案的構(gòu)建，分析實(shí)現(xiàn)溫度、濕度的檢測(cè)，即將溫濕度信號(hào)通過傳感器，單片機(jī)針對(duì)采集之

8、后轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的這部分信號(hào)，進(jìn)行分析與處理的操作。2.1系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)溫度與濕度傳感器由負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻測(cè)溫以及電容式感濕兩種元件組成，由單片機(jī)與它進(jìn)行連接并且此單片機(jī)的位數(shù)為8位，具備高性能的特點(diǎn)。由于該傳感器在通訊中使用了單線制的串行接口，所以此傳感器具備較低的能耗、更小的體積等優(yōu)勢(shì)，而且使得系統(tǒng)在集成時(shí)擁有更加簡(jiǎn)單快捷的特點(diǎn)。下圖2-1為系統(tǒng)硬件的總框架圖。圖2-1系統(tǒng)硬件總體框圖2.2主板電路在本次設(shè)計(jì)的硬件電路中，所具備的功能有：報(bào)警、調(diào)整、收集數(shù)據(jù)、顯示溫度與濕度等。圖2-2單片機(jī)主板局部電路圖外設(shè)的串行EEPROM用來存儲(chǔ)主程序，芯片的狀態(tài)為上電時(shí)，主程序被廠家所設(shè)定的引導(dǎo)程序

9、引入到SPI接口，之后再被送入緩存RAM中，然后執(zhí)行跳轉(zhuǎn)命令，主程序?qū)崿F(xiàn)運(yùn)行。（注意：緩存RAM空存儲(chǔ)間為4K,當(dāng)主程序沒有占據(jù)其儲(chǔ)存空間時(shí)，可以將其視為片內(nèi)RAM進(jìn)行使用。）在圖2-3中微處理器在邏輯電平實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換的情況下，就可以與上位機(jī)應(yīng)用程序進(jìn)行通訊，上位機(jī)應(yīng)用程序在接收到溫度與濕度的數(shù)據(jù)之后進(jìn)行處理并且進(jìn)行顯示。溫濕度傳感器通過熱敏電阻感測(cè)到環(huán)境的溫度和濕度后，變換成電信號(hào)發(fā)送給無線收發(fā)裝置，然后通過無線通信傳輸給存儲(chǔ)單元，經(jīng)過信號(hào)處理放大后，發(fā)送給控制終端，處理器結(jié)合具體的參數(shù)和設(shè)定進(jìn)行比對(duì)，如果有調(diào)整控制需求，就發(fā)出指令進(jìn)行調(diào)節(jié)。從而達(dá)到數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、傳輸反饋、調(diào)節(jié)的“閉環(huán)”控制循環(huán)。圖

10、2-3系統(tǒng)原理框架圖2.3顯示電路在顯示電路中，采用的模塊為L(zhǎng)CD1602接口為PO口，顯示溫度的電路管角接線圖如圖所示：圖2-4溫度顯示電路FO.O.ACLlFO.VAD-1P0.2fAD2PO.SrADGPO.-VAMpo.srAcsPOrifACtiP0.7rAD72.4溫度采集電路在圖2-5中，收集與溫度相關(guān)的數(shù)據(jù)是由DS18B20來實(shí)現(xiàn)的。圖2-5溫度采集電路P1.0JT2P1.1/T2EXP1.2P1.3第3章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)硬件電路中，以控制溫度與濕度的框架為切入點(diǎn)，針對(duì)整體模塊的組成進(jìn)行了介紹，詳細(xì)闡明并分析了溫濕度采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)分析與處理、顯示以及按鍵等不同功能的電路

11、。溫濕度控制系統(tǒng)框架在整個(gè)設(shè)計(jì)系統(tǒng)中,包含了以下的硬件模塊：數(shù)據(jù)的收集模塊,主要針對(duì)溫度與濕度進(jìn)行；數(shù)據(jù)在被收集之后的傳送模塊；分析與處理收集數(shù)據(jù)的模塊；顯示實(shí)際數(shù)據(jù)的模塊；單片機(jī)模塊；按鍵電路模塊；本節(jié)的最后給出硬件設(shè)計(jì)的原理設(shè)計(jì)分析。MCLi尢線收發(fā)器圖3-1溫濕度控制系統(tǒng)總體框圖船顯度闊節(jié)器無鶴收荒毒jMCU上位機(jī)PCLCD溫濕度采集電路設(shè)計(jì)在所有類型的溫濕度傳感器中應(yīng)用最為廣泛的就是DHT11,它使用了數(shù)字形式的采集模塊，而且會(huì)把信號(hào)校準(zhǔn)后在進(jìn)行接收，這樣就具有很高的準(zhǔn)確性以及可靠性,而且能夠長(zhǎng)期以及更加穩(wěn)定的來測(cè)量數(shù)據(jù)。傳感器內(nèi)部是電阻式的感應(yīng)濕度的原件和測(cè)量溫度的器件,而且可以和不

12、同的單片機(jī)的引腳互相連接,應(yīng)用范圍極廣,體積小巧、功耗很低、信號(hào)傳輸距離遠(yuǎn)并且有著極高的精準(zhǔn)度和靈敏度,因此在苛刻的條件下及各種應(yīng)用中都被作為首選。該產(chǎn)品的插針數(shù)量為4個(gè),連接容易,封裝形式也與大多數(shù)客戶的需求相適應(yīng)。如圖3-2所示,子模塊共有引腳的數(shù)量為4個(gè),電源端是4號(hào)引腳,接入單片機(jī)的上電端；1號(hào)引腳接入的是接地端,3號(hào)引腳和單片機(jī)的輸出口P16實(shí)現(xiàn)連接。圖3-2濕度傳感模塊接口電路溫度與濕度傳感器可以同時(shí)測(cè)量溫度與濕度，同時(shí)針對(duì)相應(yīng)的參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)與校準(zhǔn)，其所測(cè)數(shù)據(jù)精準(zhǔn)度很高，在傳輸方式上以數(shù)字信號(hào)為主，在設(shè)計(jì)與應(yīng)用電路時(shí)會(huì)相對(duì)的簡(jiǎn)單。在傳感器中由測(cè)溫與感濕兩元件共同組成，前者在測(cè)量溫度

13、時(shí)選擇了負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻，后者在測(cè)量濕度時(shí)選擇了電阻式。在傳感器中有一個(gè)集成了良好性能單片機(jī)的探頭，它在分析與處理器件時(shí)具有實(shí)時(shí)的特性，保證了數(shù)據(jù)的精確性。在與單片機(jī)連接上采用了單線制，在通信方式上選擇了SPI串行接口，這就使得系統(tǒng)擁有更高的集成度、在傳輸方面使得信號(hào)更為穩(wěn)定、短距離信號(hào)不失真等優(yōu)點(diǎn)（圖3-3）。圖3-3典型的電路連接圖由于單片機(jī)與傳感器的連接距離不長(zhǎng)，因此需要將一個(gè)5K的上拉電阻接入其中。這樣就保證了可以使不確定的信號(hào)保持在高電平上，另外電阻還可以防止電流超過限定值進(jìn)而燒壞相應(yīng)的器件。傳感器可以在35.5V的電壓范圍內(nèi)進(jìn)行工作，超出這個(gè)范圍傳感器的壽命都會(huì)大大降低。發(fā)送指

14、令的時(shí)間是需要在上電之后的一段時(shí)間內(nèi)進(jìn)行，由于這段時(shí)間系統(tǒng)是不穩(wěn)定的，所以將對(duì)應(yīng)的電容加在電源端，這樣既可以將電源中產(chǎn)生的干擾進(jìn)行阻隔，又可以實(shí)現(xiàn)濾波的作用。數(shù)據(jù)傳輸模塊Nordic公司所制造的芯片成為了此次無線傳輸模塊的核心，這種芯片可以在無線的情況下實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的收發(fā)，而且在不同的頻段之間可以實(shí)現(xiàn)快速的轉(zhuǎn)換。它由晶體振蕩器、調(diào)制器、接收解調(diào)器、頻率合成器、功率放大器組成，針對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸與處理時(shí)，由這五個(gè)部分共同協(xié)調(diào)完成，所以無需連接任何類型的濾波器，具備良好的抗干擾能力，在傳送數(shù)據(jù)方面的速率很高，用戶在實(shí)際使用時(shí)也十分方便。此模塊的工作方式為ShockBurstTM，實(shí)際的工作電壓為1.9V

15、3.6V,在與單片機(jī)進(jìn)行連接通信時(shí)采用了SPI串行接口。表3-1無線收發(fā)芯片的主要技術(shù)指標(biāo)參數(shù)最低電壓1.9V最大發(fā)射功率10dBm數(shù)據(jù)傳輸率100Kbps發(fā)射時(shí)10dBm輸出電壓時(shí)電流11mA接受模式下電流12.5mA溫度范圍40+80C靈敏度-100dBm節(jié)電模式下的電流2.5卩A無線收發(fā)芯片在針對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行傳送時(shí)，無需浪費(fèi)高速的單片機(jī)就可以提供高水平的數(shù)據(jù)率。它可以在芯片內(nèi)部處理一切跟射頻數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)的具備高速率特點(diǎn)的數(shù)字信號(hào)，在通信上采用的連接方式為SPI串行接口，單片機(jī)與SPI接口共同決定其在針對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸時(shí)速率的高低，另外如果SPI的配置良好、單片機(jī)擁有的性能也比較高，那么就可以提升

16、傳輸數(shù)據(jù)的速率。盡管單片機(jī)在處理數(shù)據(jù)時(shí)的效率很低，但是無線收發(fā)芯片卻能夠針對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行高速的發(fā)送，這就會(huì)存在周期較長(zhǎng)的空間時(shí)間，此時(shí)會(huì)啟動(dòng)空閑模式，這樣就使得設(shè)備在運(yùn)行時(shí)的功耗降低，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能的目的。當(dāng)處于接收模式時(shí)，在接收到的地址與數(shù)據(jù)包是準(zhǔn)確的前提下，微控制器會(huì)接收到兩個(gè)引腳的指令：地址完成匹配，數(shù)據(jù)準(zhǔn)備完畢。當(dāng)處于發(fā)射模式時(shí)，字頭與CRC校驗(yàn)碼會(huì)在無線芯片內(nèi)自動(dòng)的生成，如果完成了發(fā)送的過程，引腳會(huì)將數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好的指令會(huì)被微處理器所接收。上述分析說明，在無線收發(fā)芯片所實(shí)現(xiàn)的收發(fā)模式中，無論是存儲(chǔ)空間還是與單片機(jī)相關(guān)資源的占用率都極低，這就使得單片機(jī)發(fā)揮最大的效率來處理其余問題。數(shù)據(jù)分析與處理電

17、路設(shè)計(jì)單片機(jī)控制模塊，采用了AVR單片機(jī)ATmega16oATmega16,它微控制器的位數(shù)為8位，性能優(yōu)良，采用的結(jié)構(gòu)為AVRRISC。由于內(nèi)核使用了ATmega16,因此在處理數(shù)據(jù)上兼顧了速度高、功耗低的優(yōu)點(diǎn)。存在于ATmegal6內(nèi)核中的指令集非常豐富，并且還有多達(dá)犯?jìng)€(gè)通用工作寄存器。運(yùn)算邏輯連接了全部的寄存器，這樣設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)在于兩個(gè)不一樣的寄存器可以同時(shí)被一條指令進(jìn)行訪問，而且在同一時(shí)鐘周期內(nèi)，這大大使得代碼的效率得打了強(qiáng)化，也提升了數(shù)據(jù)速率。它的特點(diǎn)體現(xiàn)在四方面：Flash內(nèi)部的存儲(chǔ)空間為16K字節(jié)，具備讀寫能力，可編程，寫入的上限為次數(shù)為1萬次。SRAM在片內(nèi)通用口I/O的實(shí)際存儲(chǔ)

18、量為1Kbyte，EEPROM實(shí)際的存儲(chǔ)空間為512byte，寫入與擦除的上限次數(shù)均為1萬次。接口的類型為JTAG能夠在片內(nèi)實(shí)現(xiàn)編程和調(diào)試的操作，可以靈活使用三個(gè)定時(shí)器、計(jì)數(shù)器，無論在片內(nèi)或者片外都可實(shí)現(xiàn)中斷操作，編程可以面向串行USART進(jìn)行，由特殊的串行接口來具體判斷單片機(jī)的啟動(dòng)情況。及其六中省電模式，用戶可以通過編寫軟件的方式來具體的做出選擇。另外單片機(jī)內(nèi)部還設(shè)置了復(fù)位電路，并且可以針對(duì)復(fù)位時(shí)間進(jìn)行控制，因此復(fù)位電路可以不必設(shè)置在外部，系統(tǒng)就可以進(jìn)行正常的復(fù)位，保正工作的穩(wěn)定性。單片機(jī)可以在4.55.5V范圍內(nèi)的電壓下進(jìn)行正常的工作。芯片能夠適應(yīng)ISP的串行接口，此接口還可以實(shí)現(xiàn)程序的下

19、載功能。當(dāng)外界環(huán)境溫度為25攝氏度時(shí)，實(shí)際的工作電壓為3V,工作的頻率為1MHz,在空閑及其功耗的情況下分別耗電為0.35毫安和1.1毫安，當(dāng)處于掉電的狀態(tài)時(shí)耗電小于1微安，其引腳如圖3-4所示。(XCK.TD)PBO匚(T1)PBI匚(INT2fAINOPS?匚(OCttAlhJQR03(55PB4匚MOSfPB5-(MISOPB6匚(SCKPB7-RESET匚VCCGNO匚XTAL2匚XTftLI匚RXDPDOfHW)PCI匚flNTOjPD20INT1JPD3匚(OCfBjPCM匚(QC1AJPD5匚FCF1)RDC匚PD7(OC2jRfi.0(ADCO)RM(ADC1)二IE(AIX2

20、)削MfAIXJ=lRM(ADC4)二I啓5(ADC5)二IPA6ADC6二IPA7ADC7AREFAVCCPCTCTCSC2；PCSJTOSC1PC&FDI)PC4TDOjPCS(IMSI圖3-4引腳圖顯示電路設(shè)計(jì)人與機(jī)器進(jìn)行交互是需要靠顯示模塊來實(shí)現(xiàn)的，使用者可以通過顯示屏來針對(duì)有關(guān)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行直觀的觀測(cè)，因此在針對(duì)這個(gè)模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)要充分針對(duì)使用者的實(shí)際情況來進(jìn)行具體的考慮。顯示模塊采用了LCD1602液晶模塊，如表3-2所示,它的字符數(shù)為1602，這種液晶模塊屬于點(diǎn)陣型，可以顯示符號(hào)、數(shù)字、字母等并且清晰度很很高，這個(gè)液晶模塊可以應(yīng)用到HD44780所寫的控制程序。表3-2LCD16

21、02主要技術(shù)參數(shù)顯示容量芯片工作電壓工作電流模塊最佳工作電壓字符尺寸備注16X2個(gè)字符4.55.5V2.0mA(5.0V)5.0V2.9X4.3mm1602LCD無背光功能和有背光功能兩組類型，前者的引腳數(shù)量為14個(gè)，后者的引腳數(shù)量為16個(gè)，有背光功能的1602LCD一般應(yīng)用于夜晚。本次設(shè)計(jì)所需要的顯示硬件要具備經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的特點(diǎn)。由于數(shù)碼管在顯示方面的效率不理想，且點(diǎn)陣的顯示在顯示數(shù)字的時(shí)候有一定的問題不是特別的直觀，而且價(jià)格較貴，不是很經(jīng)濟(jì)，LCD1602液晶屏在顯示方面可以顯示的字符達(dá)到三十二個(gè)，在我的畢業(yè)設(shè)計(jì)里面十分足夠，因此使用了這一個(gè)顯示模塊。這種液晶顯示屏的顯示的功能十分強(qiáng)大，文字、

22、圖形、圖像等全都能夠十分清晰的顯示在液晶顯示屏上很多人都會(huì)選擇這種液晶屏的顯示形式，是一種非常好用且實(shí)用的顯示模塊，符合本課題的需求。圖3-5為顯示電路（LCD1602）,它擁有非常搞得分辨率，內(nèi)部還涵蓋了部分極為核心的參數(shù)例如8192個(gè)16X16點(diǎn)的漢字以及128個(gè)16X8點(diǎn)的字符。這種顯示屏在操作中十分的簡(jiǎn)單，連線同樣也很簡(jiǎn)單，容易焊接，不僅能顯示字符，還可以實(shí)現(xiàn)顯示功能。VCCTJ2-1602顯示屏圖3-5顯示屏顯示電路按鍵電路設(shè)計(jì)在針對(duì)按鍵控制這個(gè)部分進(jìn)行實(shí)際制作是時(shí)，由于預(yù)想到了生成的按鍵的信號(hào)不是特別的穩(wěn)定，所以會(huì)出現(xiàn)一些抖動(dòng)的現(xiàn)象，這種抖動(dòng)是我們?nèi)说娜庋鬯荒芸匆姷?，因此我們?cè)谔?/p>

23、理這些東西的時(shí)候需要在硬件和軟件的兩種情況下協(xié)同的來處理這種現(xiàn)象。在本設(shè)計(jì)中，我們選擇的是軟件方面的處理方式。在按鍵按了以后，就能觸發(fā)信號(hào)，按鍵按下之后會(huì)有10ms的延時(shí)，再一次接收到按鍵的信號(hào)的時(shí)候，假如還是在按下的狀態(tài)的話，那么這次的按鍵的操作視為成功。要是不是特別理想的話那么需要再按一次，為了防止產(chǎn)生這一很不好的現(xiàn)象，而所做的方式就是用硬軟件來完成按鍵消抖。按鍵的抖動(dòng)時(shí)間經(jīng)過業(yè)界的論證的出一般在5ms10ms之間，這個(gè)參數(shù)十分的重要，在這里就以他來作為參照物，在很多的研究里面都會(huì)用到。想要保證按鍵的準(zhǔn)確性，防止出現(xiàn)一些誤讀的情況，就要采取一些方法來去除按鍵的抖動(dòng)，在按鍵閉合的情況下，需要

24、在它的穩(wěn)定的狀態(tài)下，再來讀取和判定按鍵的狀態(tài)。根據(jù)設(shè)備的具體要求，需要在硬件上面焊接數(shù)量較多的按鍵，在消除抖動(dòng)方面就需要依靠軟件的方式來進(jìn)行。具體的操作就是在實(shí)際編寫程序時(shí)，加上一個(gè)延遲，時(shí)間的范圍為510ms,這樣一來系統(tǒng)就會(huì)消除因?yàn)橐恍┓侨藶橐蛩厮鶎?dǎo)致的抖動(dòng)，直到真正的有操作者按下鍵盤。大多數(shù)情況下，在除抖方面我們選擇軟件的方式，也就是編寫一段程序就可以完成。（圖3-6）1圖3-6按鍵電路圖小結(jié)本設(shè)計(jì)基于單片機(jī)系統(tǒng)的最小控制系統(tǒng)，由溫濕度采集模塊、數(shù)據(jù)的傳輸模塊、數(shù)據(jù)分析與處理模塊、顯示電路模塊、按鍵電路模塊等系統(tǒng)組成。在使用lcd1602液晶屏的時(shí)候需要和單片機(jī)正確連接顯示屏才能正常顯示

25、。而且詳細(xì)的闡述了每個(gè)模塊的構(gòu)成，并且也詳細(xì)的闡述了其中相關(guān)器件的類型、結(jié)構(gòu)、功能及其引腳等等，針對(duì)特殊器件在實(shí)際使用時(shí)也做了具體的說明。第4章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)能否正常運(yùn)行取決于所涉及的軟件是否科學(xué)合理，在軟件的設(shè)計(jì)過程中一定要在設(shè)計(jì)程序時(shí)遵循簡(jiǎn)潔性、結(jié)構(gòu)上要明確，合理、運(yùn)行的的速度要快、所占空間要小。本章針對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的軟件包括三部分：無線傳輸模塊、遠(yuǎn)端模塊及其上位機(jī)通訊。系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)的主程序設(shè)計(jì)在主邏輯結(jié)構(gòu)和各功能模塊搭建基礎(chǔ)上進(jìn)行，編程的程序主要是針對(duì)定時(shí)器進(jìn)行了初始化，以便實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)功能；初始化了DHT11溫度與濕度傳感器，保證了其能夠正常的針對(duì)溫度與濕度進(jìn)行采集；針對(duì)液晶屏所進(jìn)行的

26、初始化，能夠在屏幕上將字符、數(shù)字等內(nèi)容進(jìn)行清楚的顯示（流程圖4-1）.圖4-1系統(tǒng)主流程圖以監(jiān)測(cè)溫度與濕度的程序流程為根據(jù)，對(duì)其的主程序編寫為voidmain(void)Init()；LED=0；Delayms(10)；LED=1；/熄滅LEDwhile(1)RH()；/調(diào)用溫濕度讀取子程序For(i=O；i+；i上機(jī)發(fā)小呻殆佶號(hào)數(shù)胎存話圖4-6溫濕度讀取程序流程圖參照?qǐng)D4-6所給出的流程圖可以看到，如果通信發(fā)生在NRF9E5與AM2301之間時(shí)，P07這個(gè)端口(NRF9E5)會(huì)持續(xù)一個(gè)5ms的時(shí)間之后然后在針對(duì)拉低電平進(jìn)行釋放，這也代表著開始。當(dāng)AM2301的響應(yīng)被接收到時(shí)，讀取數(shù)據(jù)的容量為

27、40位，用COM()來體現(xiàn)在程序中，之后40位的數(shù)據(jù)被存儲(chǔ)在特定的存儲(chǔ)單元。AM230可以在5ms的時(shí)間內(nèi)通訊數(shù)據(jù)的大小為40位，濕度采集程序源代碼如下：voidRH(void)PO_ALT&=0 x7F；/設(shè)置P0.7為通用10口PO_DIR&=Ox7F；/設(shè)置P0.7為輸出P07=0；/主機(jī)拉低5msDelayms(5)；P07=1；Delayl0us(4)；/AM2301DATA實(shí)現(xiàn)40us的延時(shí)，采用上拉電阻的方式PO_DIR1=0 x80；/設(shè)定P0.7為輸入口if(!P07)/如果從機(jī)的相應(yīng)信號(hào)為低電平的狀態(tài)，那么運(yùn)行；否則跳出UBFLAG=2；while（!P07）&UBFLAG

28、+）；/判斷從機(jī)所發(fā)出的低電平類型的響應(yīng)信號(hào)的時(shí)間是否為80us是否結(jié)束UBFLAG=2；while（P07）&UBFLAG+）；/判斷從機(jī)是否將高電平持續(xù)的時(shí)長(zhǎng)為80us，如果滿足則數(shù)據(jù)將會(huì)等待接收COMA；/數(shù)據(jù)接收狀態(tài)UBRH_data_H_temp=U8comdata；COM（）；UBRH_data_L_temp=U8comdata；COM（）；U8T_data_H_temp=U8comdata；COM（）；U8T_data_L_temp=U8comdata；COM（）；U8checkdata_temp=U8comdata；P07=1；U8temp=（U8T_data_H_temp+U

29、8T_data_L_temp+U8RH_data_H_temp+U8RH_data_L_temP）/數(shù)據(jù)校驗(yàn)if（UBtemp=U8checkdata_temp）U8RH_data_H=U8RH_data_H_temp；U8RH_data_L=U8RH_data_L_temp；U8T_data_H=U8T_data_H_temp；U8T_data_L=U8T_data_L_temp；U8checkdata=U8checkdata_temp；按鍵程序及流程根據(jù)圖4-7流程圖來看，按鍵方面的話，由于按鍵的信號(hào)十分的不穩(wěn)定，所以一般來說有兩種方法來處理按鍵。也就是常說的硬件處理和軟件處理。在這里我們

30、所使用的是軟件處理的方法。在按鍵按下的時(shí)候，那么信號(hào)觸發(fā)，并且延時(shí)100ms,然后第二次檢測(cè)按鍵信號(hào)的，如果按鍵信號(hào)仍舊是按下的信號(hào)，那么就認(rèn)定這次按鍵按下是成功。反之就取出這個(gè)按下。圖4-7按鍵流程圖LCD顯示流程圖LCD1602是通過系統(tǒng)的程序控制進(jìn)而實(shí)現(xiàn)顯示功能的，所以在寫入數(shù)據(jù)之前一定要對(duì)其進(jìn)行初始化，下圖4-8為初始化流程。（結(jié)束）圖4-8LCD1602顯示流程圖本章小結(jié)本章主要從主程序、上位機(jī)通信、遠(yuǎn)端模塊的程序、鍵盤程序、測(cè)量子程序、按鍵程序、軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)七個(gè)層面闡述了為該系統(tǒng)所設(shè)計(jì)的軟件，其中還涵蓋了軟件的流程圖與結(jié)構(gòu)圖等。遠(yuǎn)端模塊的軟件包含了：報(bào)警電路、液晶電路、溫濕度測(cè)

31、量電路、鍵盤電路五鐘電路的設(shè)計(jì)軟件；在設(shè)計(jì)無線傳輸模塊的軟件時(shí)由發(fā)送和接收的流程圖構(gòu)成。第5章系統(tǒng)測(cè)試與分析5.1系統(tǒng)功能測(cè)試焊接好實(shí)物，確定實(shí)物的連接沒有問題之后，首先要確定的是電源供電的電壓，如果導(dǎo)通電源是否會(huì)出現(xiàn)短路的現(xiàn)象，在確保無誤的情況下上電。用溫度傳感器來接觸冰水混合物，當(dāng)他們的狀態(tài)實(shí)現(xiàn)了熱平衡之后，然后調(diào)節(jié)系統(tǒng)，最終讀數(shù)為0.00；測(cè)量當(dāng)?shù)販y(cè)量時(shí)間點(diǎn)的大氣壓強(qiáng)，然后再考慮當(dāng)?shù)刂亓铀俣葋韺?shí)際計(jì)算出當(dāng)時(shí)實(shí)際的壓強(qiáng)；由沸點(diǎn)與壓強(qiáng)的聯(lián)系得出沸點(diǎn)的溫度。使用溫度傳感器來測(cè)量沸水，當(dāng)讀數(shù)穩(wěn)定之后在進(jìn)行一次調(diào)節(jié)，當(dāng)當(dāng)?shù)胤悬c(diǎn)的實(shí)際溫度與顯示器中顯示的數(shù)值一致，那么校準(zhǔn)工作就可以停止。該溫度計(jì)可

32、以測(cè)量溫度的范圍為-55C125C，誤差為0.5C,般在0C100C的范圍內(nèi)進(jìn)行應(yīng)用。在針對(duì)所設(shè)計(jì)的溫度進(jìn)行檢驗(yàn)時(shí)，利用了0C50C和50C100C這兩種較為精密的水銀溫度計(jì)來進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果表明該精度完全符合要求。圖5-1低溫設(shè)定（報(bào)警）圖5-2低溫設(shè)定（未報(bào)警）這一環(huán)節(jié)，利用空調(diào)將室內(nèi)溫度將為預(yù)設(shè)溫度之下，低溫報(bào)警啟動(dòng)，信號(hào)燈亮起，隨之蜂鳴器響起。如圖5-1所示室溫低于設(shè)定溫度的最低溫度。而當(dāng)室內(nèi)溫度未達(dá)到預(yù)設(shè)溫度之下時(shí)，（用按鍵調(diào)整最低溫度為ioc，室溫在安全范圍內(nèi)），低溫報(bào)警沒有啟動(dòng)，信號(hào)燈長(zhǎng)滅。如圖5-2所示，這證明設(shè)計(jì)的溫濕度系統(tǒng)能夠較為有效的判斷預(yù)設(shè)溫度，可以準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)溫度，正確的

33、執(zhí)行預(yù)期的指令，達(dá)到預(yù)定的功能要求。系統(tǒng)性能測(cè)試通過日氣溫的變化來測(cè)試設(shè)計(jì)產(chǎn)品的實(shí)用性和合理性，這里取日氣溫變化并分別做出記錄和對(duì)應(yīng)溫度的隨變曲線進(jìn)行驗(yàn)證。圖5-3為從0:00到17:30測(cè)得的溫度曲線：圖5-3日氣溫變化曲線曲線中9:00，11:00，13:00，15:00，17:00所測(cè)量到的數(shù)據(jù)為22.2c，25.7c27.7C,26.3C,25.6C,在使用了精確溫度計(jì)之后所測(cè)量得到的數(shù)據(jù)實(shí)際為21.9C,25.3C,28C,26.5C,25.5C,誤差為-0.3C、0.4C,0.3C,0.2C,-0.1C，表明誤差的范圍在合理的區(qū)間內(nèi)，測(cè)溫準(zhǔn)確。在下圖5-4中,濕度測(cè)量的時(shí)間區(qū)間在0

34、：00到17：30：H簾時(shí)涅度殛化料甥 *、SSfli235fiT：310llLP1914沾ISIT18悔20212?32電圖5-4日相對(duì)濕度曲線變化曲線中9:00，11:00，13:00，15:00，17:00測(cè)得的數(shù)據(jù)分別為39.9%，43.1%，37.7%，39.8%，47.2%，而用精確濕度計(jì)測(cè)得的數(shù)據(jù)為39.5%，43.3%，38.0%，39.7%，46.9%，其誤差為-0.4%，0.2%，0.3%，-0.1%，-0.3%。表明誤差的范圍在合理的區(qū)間內(nèi)，測(cè)溫準(zhǔn)確。參照上面兩個(gè)收集到的數(shù)據(jù)，以此為基礎(chǔ)制做了兩個(gè)直方圖，在直方圖內(nèi)可以針對(duì)溫度與濕度的變化有著更為直觀的體驗(yàn)。證明了系統(tǒng)的有

35、效性。 第6章總結(jié)與展望6.1總結(jié)本文闡明與分析了當(dāng)下溫度與濕度傳感器實(shí)際的發(fā)展情況，在這個(gè)基礎(chǔ)之上，考慮課題與系統(tǒng)的實(shí)際需求，設(shè)計(jì)了可以采集、調(diào)控濕度與溫度的一個(gè)比較簡(jiǎn)單的系統(tǒng)。本次設(shè)計(jì)由三大部分組成，選擇硬件器件的類型，硬件與軟件兩種軟件電路的設(shè)計(jì)，其中還將其分解成了若干個(gè)模塊。在選擇硬件器件時(shí)需要考慮的是它是否具備良好的穩(wěn)定性、低功耗、簡(jiǎn)易性，因此采集溫濕度的部分的傳感器時(shí)選擇了數(shù)字形式，微處理器選擇了具備優(yōu)良性能的單片機(jī)。微處理器給溫濕度傳感器一個(gè)將室內(nèi)的溫度與濕度進(jìn)行采集的指令，然后處理器以無線傳輸?shù)姆绞竭M(jìn)行接收，由其進(jìn)行處理之后，進(jìn)一步判斷調(diào)節(jié)模塊是否進(jìn)入啟動(dòng)狀態(tài)。微處理器與PC進(jìn)

36、行通信依靠的是串行接口及其電平轉(zhuǎn)換芯片來完成的，PC就可以針對(duì)采集、調(diào)節(jié)溫度與濕度的整個(gè)過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，因此該系統(tǒng)具備高性能、低功耗等優(yōu)勢(shì)。展望這一次設(shè)計(jì)涉及的范圍也非常大，提高了我在理論知識(shí)上學(xué)習(xí)的能力，自主動(dòng)手的能力，軟硬件的調(diào)試能力以及計(jì)算機(jī)的一些基本的操作之類的等。鑒于時(shí)間比較緊張以及個(gè)人匱乏的知識(shí)，此次系統(tǒng)還有許多地方有待完善優(yōu)化。例如所設(shè)計(jì)的電路可以更簡(jiǎn)潔、軟件可以進(jìn)行深入的細(xì)化，程序可以更加的簡(jiǎn)潔實(shí)用；另一方面，由于資金的限制，該系統(tǒng)就沒有實(shí)際的測(cè)量溫度與濕度的調(diào)節(jié)模塊，因此就沒有調(diào)節(jié)以后的與溫濕度相關(guān)的曲線。假若能夠有充裕的時(shí)間和精力，應(yīng)該以更高的標(biāo)準(zhǔn)來要求自己。期望在今后的

37、學(xué)習(xí)工作中，能夠把本次設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)一步積累提升。參考文獻(xiàn)譚浩強(qiáng).c程序設(shè)計(jì)北京M.清華大學(xué)出版社.2015.4:65-69.沙占友智能溫度傳感器的發(fā)展趨勢(shì)J.電子應(yīng)用技術(shù)，2016.6:32-35.金偉正，單線數(shù)字溫度傳感器的原理與應(yīng)用J,電子技術(shù)與應(yīng)用，2016.8:11-13.陳宗縣溫度檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)軟件導(dǎo)刊，2016.11:105-107.李道玲，李玲，朱艷編著傳感器電路分析與設(shè)計(jì)M武漢：武漢大學(xué)出版社，2016.8:34-35.李建忠.單片機(jī)原理及應(yīng)用M。西安電子科技大學(xué)出版社.2017.10:11-12.韓英梅.基于DHT11的無線溫濕度傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)期刊.井崗山大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)，2017.9.周穎.基于AT89C52單片機(jī)的電