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1、本科论文目 录摘 要IAbstractII引 言11控制系统设计31.1系统方案设计31.2系统工作原理42硬件设计62.1单片机62.1.1单片机最小系统62.1.2 STC89C52单片机的性能72.2角度采集电路82.2.1 ADXL345传感器的工作原理92.2.2 ADXL345传感器倾角测量的原理92.2.3 ADXL345寄存器的介绍122.2.4 ADXL345传感器的通信设计122.3温湿度采集电路132.4 ATK-HC05蓝牙串口142.5 LCD液晶显示器142.6蜂鸣器报警电路152.7按键电路163软件设计173.1软件环境173.2程序设计19结 论20参考文献2
2、1附录1 主要源程序22附录2原理图30致 谢31本科论文摘 要为了让水平仪成为生产制造过程中的得力助手，实现倾角的高精度、便捷测量的功能。使其拥有多种功能应对检测情况，在生产过程中可以有效地减小生产误差，保证产品质量，落实安全生产等等。本设计提出了一个将软硬件相结合，电路设计简单、稳定的系统设计。利用STC89C52单片机作为微处理器，与ADXL345加速度传感器和DHT11温湿度传感器组合，通过单片机进行控制以及运算并分析处理数据。实现对角度和温湿度的数据采集与检测，通过按键电路用户可自由设定角度报警值，由LCD显示屏显示，也可通过手机显示测量数值。结果表明，基于单片机的水平角度仪系统设计
3、在技术上是可行的，并且整套系统的运行性能和安全性能表现良好。 关键词：STC89C52单片机；ADXL345加速度传感器；DHT11温湿度传感器；角度 AbstractIn order to make the level become a right-hand assistant in the production and manufacturing process, and realize the function of high precision and convenient measurement of the inclination angle. It has a variety o
4、f functions to deal with the testing situation. In the production process, it can effectively reduce production errors, ensure product quality, implement safety production and so on. This design puts forward a system design which combines hardware and software, and the circuit design is simple and s
5、table. STC89C52 is used as microprocessor, which is combined with adxl345 three-axis acceleration sensor and DHT11 temperature and humidity sensor. The data is controlled, calculated and analyzed by single-chip microcomputer. Realize the data acquisition and detection of angle and temperature and hu
6、midity. Through the key circuit, the user can freely set the angle alarm value, which can be displayed by LCD screen or by mobile phone. The results show that the design of the system is feasible in technology, and the performance of the whole system is good.Keywords: STC89C52 single chip microcompu
7、ter;ADX345 triaxial acceleration sensor; DHT11 temperature and humidity sensor;Angle引 言在科学技术高速发展的21世纪，现代生产控制设备也日新月异，许多的性能和结构都发生了翻天覆地的变化，为了保证所生产产品的精确度与实用性，测量技术也要不断的进步。由于我们已经进入了信息时代，测量技术更是十分重要。多个领域都需要应用它，例如建筑行业在设计高楼、桥梁时，可能需要连续几个月甚至一年以上的时间对建筑环境在水平面的倾斜度进行测量和处理，因此需要采样进度很高的数字水平仪系统。由此可见，传统的电子水平仪愈来愈不能满足高进度、
8、高精度测量情况的要求。这样看来，设计一种具有高精度和低功耗功能的新式电子水平仪是目前的发展方向。同时，在国家的倡导下，各种行业都在执行精密制造技术，新式电子水平仪这种量具会越来越急需，新式电子水平仪的市场前景会更加广阔。其实早在战国时期，我们伟大的祖先就用其博大精深的智慧发明了早期的水平仪，并应用于房屋建筑等日常生活中。对于水平这一定义的最早提出者就是墨子，也是我国著名的思想家、教育家。他说：“平，同高也”。可以理解为当物体在一样的高度时，这个状态就是水平状态。考古学家甚至认为，可能早在现存的文字记载之前，水平仪就已经实际应用于当时的城市建筑中了。最早的水平仪是运用水的流动性与地球间的吸引力这
9、一特性发明的，当水在一定的地点、一定的时间位于一个相对水平的平面，即为水平。这种测量原理也一直沿用到今天，只不过不断的进行了优化和改进。随着发展人们已经不再利用水来粗略的测取水平，取而代之的是更为精确的气泡式水平仪。它由一个长圆形玻璃管和底座构成，管内充满着酒精或者醚，结构简单轻巧，便于携带。它的工作原理是在管内充满酒精或者醚，并且留一小气泡，因为气泡会永远保持在再高点，就可用其测量倾斜的角度1。当系统越灵敏时它的气泡移动范围就会越大。现在的电子式水平仪是经过多次更新后的，应用的范围也比以前广，在多个领域都出现了它们的身影。国内大部分的数显式电子水平仪的主要缺点有：灵敏度差、反应时间慢等，在生
10、产与创新能力方面也相对落后，与国外有很大的差距。结果显而易见，目前国内水平仪技术的研发与应用已经相差了一定的距离。目前主要存在着系统智能化程度不高，缺乏多数据处理能力，无法快速测量等缺点。但是国内也有一些厂家在水平仪的研制与开发方面同国外一样取得了不小的进展。在国内的生产厂家中，台湾是做的比较好的，内地的华虹和海尔也不错。随着角度仪产业愈来愈蒸蒸日上，在这一大环境下，国内拥有种类齐全的厂家，产品向着速度越来越快，功耗越来越低，分辨率越来越高，性能越来越强的方向发展也指日可待。本毕业设计的主要目标为：设计出一种拥有高精度、大角度范围、多功能测量、超预设值报警、手机端实时显示的便携式智能水平仪。该
11、水平仪可以判断角度的倾斜方向，感测当前环境的温度和湿度，即使在恶劣的现场工业环境中，仍能表现出优秀可靠的性能。通过查找相关的文献，在得到各种芯片和元件的资料后，确定设计方案。在硬件设计上，尽量选取可以减少设计时间，并且具有较好性能的元器件。在软件设计上，采用C语言在Keil软件中编程，通过IC和单总线的通讯方式对数据进行传输。并且编译计算公式，计算测量角度，进行校准技术，减小测量的误差。这些功能的实现都是需要提前学习的，大都通过视频和资料的方式去自主学习，遇到不明白的地方及时请教指导老师。系统设计好后，利用仿真软件进行仿真处理，当所有的功能都成功实现后，就无需更改了。然后按照预先设计的小巧精致
12、的外观做出实物模型，最后用多次实验来验证其合理性及实用性。本文将围绕设计一个完整的系统设计过程展开，具体内容如下：（1）第一章：系统方案设计。确定整体应用方案，并设计出结构框图。（2）第二章：硬件设计。将各模块分别介绍，分析不同器件的性能和选型原因，工作原理等。（3）第三章：软件设计。介绍程序软件的开发环境，程序的设计。1控制系统设计1.1系统方案设计在设计初期，对智能水平仪的设计拟定了两种可行性方案，根据具体情况选择最适合本设计的方案，两种方案如下：方案一：采用STM32单片机作为控制核心。采用MMA7455三轴加速度传感器与单片机共同作为倾角的测量系统，采用DS18B20与DHT11传感器
13、，组成一个拥有复合式传感器的温湿度测量系统，一个用于检测环境温度的变化，另一个用于检测环境湿度的变化。最后交由单片机进行信号的处理。利用五位共阳极数码管以动态扫描的显示方式显示倾斜角度值及温湿度值。方案二：采用ST89C52单片机作为控制核心，将ADXL345加速度传感器和DHT11温湿度传感器结合，共同作为一个测量系统。采集角度倾斜的数据。然后通过IC通信方式实现单片机和传感器之间的数据传输。对外界环境的温度和湿度的变化进行数据实时采集，以单总线的方式传输。用户还可通过按键电路，自定义设置角度的界限值，然后转换为电信号传递到单片机中，当超过预设报警值时单片机会给三极管发送一个低电平，驱动蜂鸣
14、器报警。通过单片机进行控制以及运算，由微控制器分析处理数据，将模拟信号转化为数字信号，最终将倾角值和温湿度值以数字的形式直接在LCD液晶显示屏上进行显示，并通过HC-05远程数据传输到手机端显示。实现了倾角与温湿度的高精度、多功能、便捷直观的测量与显示。通过将两种方案多方面、多角度的进行对比，发现方案二更能贴近实现倾角与温湿度的高精度、多功能、便捷直观的测量与显示的设计初衷，故本次系统的设计为方案二。相对于方案一，以ST89C52单片机作为控制器，数值不但可以显示，用户还可以自由设置角度的界限值，如果超过就会报警提醒。而且通过已经预先编译好的程序来判断温湿度值可以更加精确的掌握环境中的细微变化
15、。不但如此，ST89C52单片机在资料和性能上较全面，足以满足使用。还有成本低、操作简单的优点。并且ADXL345传感器内部自带的AD转换器，可以直接将模拟信号转换为数字信号，减少了电路的繁琐。在倾角的测量上也有很多优点，它既可以在静态时生成重力加速度还可以在运动或者振动时生成动态加速度，以此保证产品无论在动态还是静态状态时均可以检测任何轴上是否有动作产生，且判断加速度是否超过用户的设置值。相较于方案一中采用的MMA7455加速度传感器更加适合本设计。对于温湿度的采集设计，方案一中采用的复合式传感器，用数字式集成温度传感器DS18B20去单独感测环境温度，测温范围广为：-55+125 ，温度分辨力高，虽然可以极大地缩小温度误差，但对于正常外部作业环境的温度来说，往往温度只需要一个大概的范围值，此时的温度只是起到一个对作业环境参考的作用。单独采用一个DHT11传感器就足以满足情况，无需在将温度湿度分别检测，这样就简化了系统程序设计，减少不必要的麻烦和浪费。在显示电路的设计上，方案一中数码管显示时五个LED灯会逐个被点亮，缺点就是在显示时会有闪烁，不能达到良好的观察效果。而方案二中的LCD液晶显示屏就可以避免这一缺陷，LCD字符显示的外形非常优美，显示清晰，为了要考虑整体的效果，还是采用
