第1頁共第1頁共1頁基于單片機的倉庫溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計目錄TOC\o"1-2"\h\u1緒論 [19]。顯示圖像電路圖如圖3.3所示。圖3.3顯示模塊電路圖3.4繼電器模塊本次產(chǎn)品設(shè)計中所使用的繼電器，是一種基于電磁效應(yīng)的繼電器,通過利用此效應(yīng)來帶動兩個銜接磁鐵的常規(guī)斷開觸點進行吸合。沒有額定電流繼續(xù)通過時,電磁效應(yīng)也會隨時間逐漸減小，直到電流消失,隨后啟動銜電磁鐵自動復(fù)位,使常規(guī)關(guān)閉觸點重新打開。在電路設(shè)計過程中，繼電器在設(shè)定好溫度和濕度閾值的電路工作。當(dāng)溫度濕度數(shù)值超過設(shè)定閾值時,單片機將從高電平狀態(tài)中跳出來變成低電平狀態(tài)。繼電器在此工作過程中起到高壓開關(guān)的保護作用REF_Ref21213\r\h[20]。電路圖如圖3.4所示。圖3.4繼電器電路圖3.5聲音報警模塊蜂鳴報警器運行控制電路主要由一個三極管、一個蜂鳴器、一個電源限流器和一個電阻組成REF_Ref21259\r\h[21]。將直流電直接設(shè)置在蜂鳴器的發(fā)聲電路兩端，就可以使聲音報警電路為整個系統(tǒng)直接提供報警聲音,這樣我們可以直接用來實現(xiàn)整個發(fā)聲電路的自動發(fā)聲,參數(shù)的選擇主要是根據(jù)整個系統(tǒng)所選擇的電路板的尺寸來選擇，主要參數(shù)是系統(tǒng)電路板的尺寸大小、額定電壓、工作源和輸入輸出電流、驅(qū)動器和工作輸出方式等。參數(shù)隨電路電壓做不同的選擇。本設(shè)計采用電路設(shè)計較簡單的小型有源噪聲蜂鳴器。聲音報警電路如圖3.5所示。

圖3.5聲音報警電路圖三極管可以直接控制蜂鳴器發(fā)聲或停止發(fā)聲，三極管在此過程中起到類似開關(guān)的作用，通過發(fā)射極Q1來發(fā)出聲音，通過基極來關(guān)閉聲音。3.6閥值設(shè)定及存儲模塊通過K2、K3、K4、K5四個按鍵分別進行調(diào)節(jié)并實時保存，其中包括K2、K3對應(yīng)系統(tǒng)溫度閾值，K4、K5對應(yīng)濕度閾值。閾值由EEPROM芯片存儲。閾值設(shè)定電路圖如圖3.6所示。圖3.6閾值存儲電路圖SCL為高電平時，SDA由高電平向低電平跳變，開始傳送數(shù)據(jù)；SCL為高電平時，SDA由低電平向高電平跳變，結(jié)束傳送數(shù)據(jù)REF_Ref21308\r\h[22]。CPU向受控單元發(fā)出信號后等待應(yīng)答信號，CPU接收到應(yīng)答信號后，如果沒收到應(yīng)答信號，則判斷為受控單元發(fā)生故障REF_Ref21367\r\h[23]。如圖3.7所示。SDASDASCL開始結(jié)束圖3.7開始、結(jié)束信號圖3.7PCB排版與焊接將以上各個硬件的電路圖匯總，以正確的方式進行連接，畫出整體電路圖。整體電路圖如圖3.8所示。圖3.8整體電路圖按照電路圖進行PCB排版。布線過程中，在確保線路清晰且不重合的前提下，完成PCB的排版工作。PCB排版圖如圖3.9所示。圖3.9PCB排版圖

4系統(tǒng)軟件程序的設(shè)計硬件部分全部設(shè)計完成后，根據(jù)各個硬件對應(yīng)的功能設(shè)計相應(yīng)程序。主程序?qū)崿F(xiàn)的功能為：系統(tǒng)軟件自動進行整個溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)的初始化，隨后發(fā)送從溫濕度傳感器接收到的溫濕度指令到系統(tǒng)REF_Ref21501\r\h[24]。在數(shù)據(jù)初始化之前，需要先/定義三個LED燈，分別對去濕燈，降溫?zé)艉头澍Q器進行定義，然后再根據(jù)程序框圖來進行后續(xù)的編程。程序框圖如圖4.1所示：開始初始化延時溫濕度測量1602顯示數(shù)據(jù)判斷溫濕度溫濕度值高于設(shè)定溫度高于設(shè)定濕度繼電器1吸合開始初始化延時溫濕度測量1602顯示數(shù)據(jù)判斷溫濕度溫濕度值高于設(shè)定溫度高于設(shè)定濕度繼電器1吸合紅燈亮繼電器2吸合黃燈亮結(jié)束圖4.1主程序框圖 4.124C02芯片程序?qū)?4C02芯片進行程序編寫，需要我們根據(jù)IIC協(xié)議來進行時序編寫。所以在編寫此程序時，按照：起始信號、終止信號、應(yīng)答狀態(tài)、非應(yīng)答狀態(tài)、字節(jié)寫程序和字節(jié)讀程序的順序，來完成對程序的編寫。IIC狀態(tài)圖如圖4.2所示。圖4.2IIC狀態(tài)圖應(yīng)答狀態(tài)：SDA處于低電平，SCL處于高電平。原理圖如圖4.3所示。圖4.3應(yīng)答狀態(tài)原理圖非應(yīng)答狀態(tài)：即SCL和SDA都處于高電平狀態(tài)。IIC非應(yīng)答原理圖如圖4.4所示。圖4.4非應(yīng)答狀態(tài)原理圖最后，據(jù)協(xié)議IIC的讀寫響應(yīng)原理圖，來完成對整個協(xié)議的程序編寫。芯片內(nèi)對于寫狀態(tài)，有明確的保護措施，如果發(fā)現(xiàn)程序被意外改寫或者出現(xiàn)變動，會立即停止輸入過程，變?yōu)橹蛔x狀態(tài)。寫狀態(tài)原理圖如圖4.5所示。圖4.5寫狀態(tài)原理圖根據(jù)硬件部分對此協(xié)議的描述，在響應(yīng)過程中，在接收到8bit數(shù)據(jù)會發(fā)送響應(yīng)指令，所以定義的變量應(yīng)該為i（字符變量）<8。讀狀態(tài)原理圖如圖4.6所示：圖4.6讀狀態(tài)原理圖4.2液晶顯示模塊設(shè)計液晶顯示模塊是將經(jīng)過系統(tǒng)處理的數(shù)據(jù)作為特殊字符以直觀的文字形式輸出然后顯示出來，程序開始后，要先將LCD初始化，然后判斷高低電平，經(jīng)過延時程序后，將數(shù)據(jù)輸出。液晶顯示模塊的程序框圖如圖4.7所示。開始開始LCD初始化延時設(shè)第一行顯示位置顯示第一行內(nèi)容設(shè)第二行顯示位置顯示第二行內(nèi)容圖4.7液晶顯示模塊程序框圖在程序設(shè)計過程中，需要定義改變液晶中某位的值，才可以讓液晶起到我們想要達到的顯示效果。程序過程中的進制數(shù)使用16進制。4.3傳感器模塊設(shè)計因為倉庫內(nèi)的數(shù)據(jù)采集需要時刻進行，不可間斷。所以這就需要利用溫濕度傳感器，對周圍環(huán)境的溫度和濕度實時測量，并向整個系統(tǒng)程序集中輸出環(huán)境的溫度和周圍濕度的數(shù)據(jù)，以便提供其他程序進行分析并顯示。所以在代碼程序設(shè)計時，就需要以循環(huán)形式來設(shè)計傳感器模塊的代碼。按照程序流程圖中的編程邏輯和先后順序?qū)Υ四K編程。傳感器流程圖如下圖4.8所示：給DHT11上電給DHT11上電延時1S保持高電平檢測記錄信號輸出低電平延時輸出低電平數(shù)據(jù)輸出結(jié)束信號圖4.8傳感器模塊的軟件設(shè)計流程圖

5系統(tǒng)分析與調(diào)試本設(shè)計應(yīng)用Keil系列軟件對程序進行開發(fā)，Keil軟件有很多版本，在開發(fā)之前需要我們下載合適的軟件版本REF_Ref21984\r\h[25]。因為本次設(shè)計主要使用C語言，所以選擇了KeilC版本。在完成整個軟件的安裝工作之后，我們需要熟悉此軟件所常用的基本功能，在此基礎(chǔ)上，我們就可以對需要進行編程的軟件模塊，進行編程工作。將所有程序在此軟件上編寫完成并仔細檢查后，通過STC_ISP_V480軟件，實現(xiàn)系統(tǒng)軟件模塊對實物的對接工作，需要我們對程序進行燒錄。在此之前，我們需要依次進行以下這些步驟，否則可能會對系統(tǒng)造成不可逆的影響：將MCUTPYE設(shè)置為STC89C52RC；將程序編譯；點擊正確端口；下載程序并接到供電提示后，按下萬用板上的復(fù)位按鍵，就可以進行燒錄了。KeilC程序運行狀態(tài)如圖5.1所示。程序下載圖如圖5.2所示。圖5.1KeilC運行圖圖5.2程序燒錄運行圖對程序進行檢錯和校準(zhǔn)之后，對這些程序進行燒錄，通過USB接口將系統(tǒng)與計算機連接，等待幾秒鐘，在確認正常供電后，觀察通過屏幕觀察顯示的字符是否可以正常顯示。在確認顯示字符正常之后，使用系統(tǒng)上的四個調(diào)節(jié)按鍵，觀察顯示屏上的數(shù)字是否能夠正確的，執(zhí)行按鍵應(yīng)該執(zhí)行的命令，經(jīng)不斷測試，系統(tǒng)對四個按鍵的反饋正確無誤。5.1系統(tǒng)的誤差測量在確認系統(tǒng)的顯示功能和按鍵功能正常運轉(zhuǎn)之后，就需要確定系統(tǒng)的主要功能：測試溫度和濕度值能否準(zhǔn)確測量。選用德力西溫度計進行對比，此溫度計屬于高精度電子溫度計。主要參數(shù)如表5-1所示。表5-1溫度計參數(shù)表產(chǎn)品名稱電子溫度計產(chǎn)品型號DM-1007溫度測量范圍-50℃-+70℃溫度測量誤差±1℃溫度分辨率0.1℃濕度測量范圍10%-99%RH濕度測量誤差±5%RH濕度分辨率1%RH在2021年5月23日中午13：00開始，同時使用電子溫度計和溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)對室內(nèi)溫度和濕度進行測量和記錄，每五分鐘測量并記錄一次，取電子溫度計所測量的溫度和濕度為標(biāo)準(zhǔn)溫度和濕度。統(tǒng)計圖如圖5.3所示5.3測量誤差對比圖測量結(jié)果顯示，該監(jiān)測系統(tǒng)的測量精度完全達到標(biāo)準(zhǔn)。在經(jīng)過上述步驟的測試后，溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)完全可以正常運轉(zhuǎn)并且可以流暢的實現(xiàn)系統(tǒng)對溫度和濕度測量和簡單控制的功能。結(jié)論本文設(shè)計的是應(yīng)用于倉庫環(huán)境，對溫度和濕度進行實時，以單片機為主控的系統(tǒng)。系統(tǒng)的設(shè)計主要分為以下四個步驟：第一步：選擇符合課題的單片機，單片機是核心，更是決定系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)的關(guān)鍵。第二步：通過對比來選擇合適的組成硬件模塊的器件，并畫出電路圖。第三步：對硬件部分進行編程工作。第四步：完成軟件于實物的對接工作，然后對已經(jīng)完成的系統(tǒng)進行檢驗和對比誤差值，來確定系統(tǒng)的精密性。經(jīng)過以上四個步驟之后，本設(shè)計簡單的實現(xiàn)了對倉庫溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計，并且可以直接在倉庫內(nèi)進行應(yīng)用。溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)在未來的發(fā)展過程中，主要還是以系統(tǒng)的精度、反應(yīng)速度和使用年限為提升方向。傳感器影響精度，溫度以現(xiàn)有的科技，已經(jīng)可以十分精準(zhǔn)的對溫度進行測量，而干擾濕度測量的因素有很多，比如大氣壓強、太陽輻射、電路的壽命等。所以在以后的研發(fā)過程里，必定朝著能對濕度精準(zhǔn)測量、數(shù)據(jù)收發(fā)更快、和無線化的方向發(fā)展。

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