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1、学院毕业设计(论文)(2000届)论文题目 环境测试仪系统的设计 所在学院 专业班级 电信 学生姓名 学号 指导教师 完成日期 年 月摘 要本文面向单片机控制系统的应用。在人们日常生活中,对环境的依赖很大,环境的因素在某方面有着关键性的作用,为了能够给我们日常生活带来方便,则该课题设计了综合性环境自动监测系统,用以对自身周围环境的实时监测。本系统是以STC89C51单片机为处理器的环境温、湿度和光照度进行实时监测,通过液晶屏友好显示，为我们日常生活提供方便。该系统包括硬件结构和软件流程。相关模块可完成自然界中的温、湿度及光照度的参数采集、转换、存储及显示。本模块集成度高、结构简单、成本低、功耗
2、低，适用于各种环境检测。关键词：AT89C51，DS18B20，3DU080光线采集，SH101湿度采集,驱动电路。Abstract In this paper, single-chip control-oriented system. In peoples daily life, a great dependence on the environment, environmental factors have a crucial role, in order to be able to bring convenience to our daily lives, the subject of
3、a comprehensive design environment for automatic monitoring system that can be used to their own real-time monitoring of the surrounding environment. The system is based on single-chip for the processor STC89C51 environmental temperature, humidity and illumination in real-time monitoring, through fr
4、iendly LCD display, in order to facilitate our daily lives. The system includes hardware structure and software flow. Related modules to be completed by the nature of temperature, humidity and illumination parameters of the collection, storage and display. The highly integrated module, simple struct
5、ure, low cost, low power consumption, applied to a variety of environmental detection. Key words: AT89C51, DS18B20, 3DU080 light collection, SH101 humidity collection, drive circuit.目 录一 绪论4二 单元电路的设计52.1传感器的选取及相应采集电路52.1.1温度传感器及采集电路52.1.2湿度传感器及采集电路72.1.3光照度传感器及采集电路92.2显示模块11操作控制11字符集12指令集122.3 万年历电路
6、122.4 供电部分13三 系统的设计143.1系统方框图143.2软件系统流程图15四 系统的测试154.1测试仪器154.2测试结果15五 总结与致谢16附件：电路总原理图17一、 绪 论温室环境控制是在充分利用自然资源的基础上,通过改变环境因子如温度、湿度、光照度等来获得作物生长的最佳条件,从而达到增加作物产量、改善品质、调节生长周期、提高经济效益的目的。近几年来,我国在温室结构和温室控制两方面开展了不少研究。国家在“九五”攻关项目中启动了有关温室设施及配套装备的研制课题;2001年,国家在“十五”攻关项目中启动了“温室环境智能控制关键技术研究与开发”课题;2001年,国家“863”计划
7、“可控环境农业生产技术”研究内容包含研制可控环境自动控制系统、信息自动采集系统等;2003年国家计委启动了“设施农业技术集成产业化示范”课题;国家自然科学基金生命科学部对设施园艺也设立了重点项目。这些都说明在设施环境中,控制技术是相当重要的。温室控制涉及到硬件结构和控制算法等问题。目前，我国环境监测仪器的生产企业有140余家，年产值48亿元，约占全环保产品产值的23。环境监测仪器的主要产品是各种水污染和大气污染检测、噪声与振动监测、放射性和电磁波监测仪器。我国生产的烟尘采样器、烟雾采样器、总悬浮微粒采样器、污水流量计等环境监测仪器已接近或达到国际先进水平，在国内市场上占有很大比例。国产大型实验
8、室用原子吸收、紫外可见分光度仪、气相色谱仪等监测仪器自动控制技术采用程度较低，关键零部件尚依进口。通过对控制算法的比较分析，率选出了适合温、湿度等测控的微机控制算法增量型位置输出积分分离PID算法，并在单片机测控系统中给以实现。该研究对类似变化缓慢对象的微机过程控制提供了科学参考所设计。本设计中，我们既加强了对环境检测的了解，又巩固了我们这大学期间的所学专业知识。有利于我们走上工作岗位后对项目设计的了解和熟练。二 单元电路的设计2.1传感器的选取及相应采集电路2.1.1温度传感器及采集电路图1 18b20封装选用美国Dallas公司的可编程单总线数字式温度传感器DS18820实现空气温度信号的
9、采集。该传感器体积小，外形如普通三极管，其内部集成有测温传感器及逻辑控制电路。DSl8820有很多优点,直接输出数字信号，省去了后继的信号放大及模数转换部分；外围电路简单，成本低；单总线接口，只有一根信号线作为单总线与CPU连接，且每一只都有自己唯一的64位系列号存储在其内部的ROM存储器中，故在一根信号线上可以挂接多个DSl8820，便于多点测量且易于扩展。图2 18b20内部结构(1)DS18B20技术性能描述如下：a. 独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。b.测温范围 55125，固有测温分辨率0.5。c.支持多点组
10、网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现多点测温d. 工作电源: 35V/DCe.在使用中不需要任何外围元件f.测量结果以912位数字量方式串行传送g.不锈钢保护管直径 6 h.适用于DN1525, DN40DN250各种介质工业管道和狭小空间设备测温i.标准安装螺纹 M10X1, M12X1.5, G1/2”任选j.PVC电缆直接出线或德式球型接线盒出线,便于与其它电器设备连接。(2) DS18B20接线说明它仅需要一条线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯，简化了分布式温度传感应用 无需外部元件 可用数据总线供电，电压范围为3.0 V至5.5 V 无需备用电源 测量温度
11、范围为-55至+125 。相当于是-67华氏度到257华氏度 -10 至+85 范围内精度为0.5 。该温度传感器可编程的分辨率为912位 温度转换为12位数字格式最大值为750毫秒 用户可定义的非易失性温度报警设置 应用范围包括恒温控制，工业系统，消费电子产品温度计，或任何热敏感系统描述该DS18B20的数字温度计提供9至12位（可编程设备温度读数。信息被发送到/从DS18B20 通过1线接口，所以中央微处理器与DS18B20只有一个一条口线连接。为读写以及温度转换可以从数据线本身获得能量，不需要外接电源。 因为每一个DS18B20的包含一个独特的序号，多个ds18b20s可以同时存在于一条
12、总线。这使得温度传感器放置在许多不同的地方。它的用途很多，包括空调环境控制，感测建筑物内温设备或机器，并进行过程监测和控制。(3)DS18B20的初始化a.先将数据线置高电平“1”。b.延时（该时间要求的不是很严格，但是尽可能的短一点）c.数据线拉到低电平“0”。d.延时750微秒（该时间的时间范围可以从480到960微秒）。e.数据线拉到高电平“1”。f.延时等待（如果初始化成功则在15到60毫秒时间之内产生一个由DS18B20所返回的低电平“0”。据该状态可以来确定它的存在，但是应注意不能无限的进行等待，不然会使程序进入死循环，所以要进行超时控制）。g.若CPU读到了数据线上的低电平“0”
13、后，还要做延时，其延时的时间从发出的高电平算起（第（5）步的时间算起）最少要480微秒。h.将数据线再次拉高到高电平“1”后结束。（4）DS18B20的写操作 a.数据线先置低电平“0”。 b.延时确定的时间为15微秒。 c.按从低位到高位的顺序发送字节（一次只发送一位）。 d.延时时间为45微秒。 e.将数据线拉到高电平。 f.重复上a到f的操作直到所有的字节全部发送完为止。g.最后将数据线拉高。(5)DS18B20的读操作a.将数据线拉高“1”。b.延时2微秒。c.将数据线拉低“0”。e.延时15微秒。f.将数据线拉高“1”。g.延时15微秒。h.读数据线的状态得到1个状态位，并进行数据处
14、理。i.延时30微秒。(5)与单片机相连电路如下： 图3 温度检测电路2.1.2湿度传感器及采集电路选用法国Humirel公司的HSll01电容式相对湿度传感器。此传感器与其他产品相比。有着显著的优点：不需要校准的完全互换性，高可靠性和长期稳定性，响应时间快，适用于线性电压输出和频率输出两种电路；模块中选用电压输出电路，经A/D转换器TLC2543后可以转换成湿度值。然后送单片机处理并显示。(1) HSll01基本参数默认测量温度为25，测量时HSll01工作频率为10Khz.基本参数下表所示：(2)特性曲线 如图4所示，测量温度T=25，测量时HSll01工作频率为10Khzo图4 HSll
15、01特性曲线图5 HSll01封装 从特性曲线曲线图上我们可以看出，HSll01具有极好的线性输出可以近似看成相对湿度值与电容值成比例因此在测量过程中，采集电容值即可（3）测量原理HSll01湿度传感器是一种基于电容原理的湿度传感器，相对湿度的变化和电容值呈线性规律在自动测试系统中，电容值随着空气湿度的变化而变化，因此将电容值的变化转换成电压或频率的变化，才能进行有效地数据采集用与非门电路组成振荡电路，HSl 100湿度传感器充当振荡电容，从而完成湿度到频率的转换（4）测量方法HSll01湿敏传感器是采用侧面开放式封装，只有两个引脚，有线性电压输出和线性频率输出两种电路在使用时，将2脚接地，这里选用频率输出电路该传感器采用电容构成材料，不允
