《毕业设计单片机多机通讯在家居系统中的应用》由会员分享，可在线阅读，更多相关《毕业设计单片机多机通讯在家居系统中的应用（28页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、.毕 业 设 计题目 单片机多机通讯在家居系统中的应用 系别专业班级姓名学号指导教师日期.设计任务书设计题目：单片机多机通讯在家居系统中的应用设计要求：1.在四个居室中分别设有温度传感器模块和湿度传感器模块,利用主从式多机通讯结构,采用一片主机上位机和四个从机下位机,以上位机对下位机进行互相控制,可以对灯光的控制,而且下位机能做到本地控制。2.设置四组数码管显示各个居室的湿度和温度环境数值,以及灯光的开、关,兼微调的显示。3. 当四个居室中环境参数值超出系统设定的值时,系统就会报警。否则,系统恢复原设定值,继续正常运行。设计进度要求：第十一周：查阅资料,与指导教师进行交流,确定毕业设计题目和内
2、容。第十二周：进行资料查阅去图书馆借相关资料书和上网下载有关资料。第十三周：根据资料设计计算。第十四周：根据资料写程序以及画框图,找指导教师检查、指导,保证设计内容的正确性。第十五周：整理完善设计内容、按照毕业设计规范进行设计报告的撰写。 第十六周：最终确定设计论文,打印装订,准备毕业答辩和指导教师评阅等。指导教师签名：.摘要本系统利用多片MCU组成了一个简单、安全、智能化的居室环境监控网络,具有性能好、可靠性高、通讯硬件接口简单、检测精度高、操作简单的优点。本系统采用主从式多机通讯网络结构,以RS-485总线标准进行多机通讯,具有很高的抗干扰能力、成本低、实现比较简单的特点。各居室的温度、湿
3、度以及灯的状态均可以集中到上位机显示。设有温度、湿度的上下限报警,提示环境已不适合居住。另外上位机还能对各室的日光灯及白炽灯进行开、关以及微调控制。 本文的主要工作为设计硬件和软件。分别介绍了温度测量传感器、湿度传感器、AD转换器的功能和选择使用情况,及一些微控制器的性能和参数。软件部分主要介绍设计思想及程序流程,并给出了部分程序清单。关键词： 居室,湿度,温度,RS485,单片机多机通讯.目录摘要II1 系统简介11.1 主要性能参数11.2 主要功能12 系统设计方案的选择及论证32.1 设计思想32.2 系统结构框图32.3 灯光控制模块42.4 温度检测模块62.5 湿度检测模块72.
4、6 A/D转换模块112.7 通讯模块142.8 控制模块162.9 上位机外围接口设计172.10 系统电源的设计203 系统设计的部分计算213.1温度模块放大倍数计算213.2湿度检测模块的计算213.3 LED数码显示器限流电阻计算223.4蜂鸣器限流电阻计算224 系统软件的设计234.1 灯光的设计234.2 上位机程序设计244.3 下位机程序设计265 系统调试28结论29致谢30参考文献31附录A32.1系统简介本系统采用模块化设计思想,主从式设计结构,监控4个居室的环境参量 。系统采用一片AT89C51作为上位机,向下传送位机发送控制命令和数据及接收下位机传送过来的数据,并
5、采用4位数码管显示各居室的温度值和相对湿度值,以及居室内灯的显示。该系统共设有5个按键 。另外数码管还兼有辅助显示功能,以节省键盘。下位机采用AT89C2051单片机检测各居室的温度和湿度,并对这些参数进行调节控制;采用MICROCHIP公司的PIC12C508A控制各居室的日光灯和白炽灯的亮度。4片AT89C2051单片机与主机之间采用RS-485总线标准进行通讯,分别安装在各个居室,与主机的通讯地址为01H、02H、03H、04H。1.1主要性能参数1.工作电压： AC220V10% 2.测量范围： 温度 0-+50相对湿度 +25%RH-+75%RH3.测量精度： 温度 0.5相对湿度
6、5RH4.控制精度： 相对湿度 5RH5.显示方式：温度值小数点浮动显示三位有效数字,相对湿度小数点浮动显示三位有效数字。1.2主要功能1. 显示：当数码管显示01” 02” 03” 04”分别表示对1、2、3、4室进行操作； LEH分别表示对灯光、温度、湿度环境参量进行操作； 当数码管显示EL分别表示对居室的日光灯、白炽灯操作； 当数码管显示0” 1”分别表示对居室白炽灯的开、关 ； 当数码管显示DS分别表示对下位机传来的数据进行显示、对下位机进行设定控制目标值操作；当目标操作完成后显示GOOD,表示操作已成功。2下位机不仅能接受上位机对其灯光的控制,而且能够做到本地控制。3对灯光的控制尤其
7、是对白炽灯具有记忆性。4上位机可对下位机设定相对湿度控制目标。在上电复位后,如上位机不对下位机进行人工干扰,下位机自动把各室环境湿度参量设定为默认值：45%RH。5当采集环境参量数据超过上、下限值时系统报警,表明环境已不适合居住,提示主人采取相应的措施。2系统设计方案的选择及论证2.1设计思想设计时,考虑到由于要检测各居室的环境参量,传感器就必须安装在各居室,为了缩短从传感器到单片机的信号传输距离,以避免远距离传输,可采用主从式多机通讯系统设计。信号在主从机之间传输时,为了提高抗共模干扰能力、提高传输距离,可采用RS-485总线标准,同时以便与其他设备接口。为了降低设计难度,可采用模块化设计思
8、想。2.2 系统结构框图 根据上述设计思想,设计系统结构如图2.1所示：图2.1 系统结构框图2.3灯光控制模块灯光控制方案 目前市场上的白炽灯普遍存在调光效果差,寿命短,不容易实现集中、智能控制等缺点。随着数字化技术的迅猛发展,针对这种现状,我们完全可以利用软件延时来调节双向可控硅触发角来达到平滑调光的目的。这种方案的优点是：调光平滑,操作简单,寿命长,由于采用了微控制芯片易于实现集中控制和智能控制。微控指芯片的选择欲实现上述控制方案,需要一个I/O引脚少,RAM及程序存储空间不大,可靠性高的小型微控制芯片。若采用40脚功能强大的51单片机或20引脚的2051单片机,使用起来不方便。而MIC
9、ROCHIP公司的PIC12C5XX系列单片机2 仅有8个引脚,是目前最小的单片机,价格相当便宜512BROM,25BRAM的PIC12C508市场上售价仅3元5元人民币,对于上述控制方案是最合适不过的。PIC12C5XX系列8位单片机在灯光方面与51系列8位单片机相比具有如下优势3： 引脚少,占用空间小,容易做到超小型控制,使用起来方便； 内部采用数据线和指令线分离的哈拂结构,取指令和执行指令可同时进行,执行效率更高,速度更快。因采用了精简指令集RISC与传统的采用集中指令集CISC结构的8位单片机相比,可以达到2：1的代码压缩。速度可提高4倍； 因其引脚具有抗瞬态变化的能力,通过限流电阻可
10、以接到220V的交流电源获得50HZ的同步波,从而可省去过零同步脉冲变压器,而51系列单片机不允许这样接； 内置4MHZ的RC型振荡器,可省接外部振荡器； 内置上电复位电路POP； 大驱动电流,每个I/O引脚最大控电流为25mA,每个引脚最发灌电流为20mA。基于以上优点,可采用PIC12C508A作为微控制芯片。键盘的设计 一片PIC12508A可控制一路白炽灯和一路日光灯,只需3个按键就可满足上述控制要求。本系统设计1X3独立式键盘,利用GP3,GP4,GP5口来实现键盘扫描。其工作原理是PIC12C508A扫描这三位,确定某一按键开关均采用了上拉电阻,这是为了保证在按键断开时,每个I/O
11、口有确定的高电平。电路原理图如图2.2所示：按键功能：S-01：白炽灯开及调亮键 S-02：白炽灯断及调暗键 S-03：日光灯开关键S-01、S-02键：短时间按下起开关功能,按下超过10mS后则起调光功能。图2.2 灯光控制模块键盘电路图同步波可安排引脚GP2经4.7M金属实芯的限流电阻直接接220V的交流市电,此方法已经由上海索博智能电子的生产实践所验证。与上位机的通讯PIC12C508A没有现成的串行接口,且I/O引脚较少,故与上位机通讯比较困难。因其只接受上位机的控制,并不向上位机传送数据,所以可直接作为上位机的I/O引脚的扩展。如图2.2所示,三态门只是为了在上位机不对其控制是确保与
12、上位机隔离。相应管脚波形图引脚GP2的波形示意图如图2.3所示：图2.3引脚波形图2.4温度检测模块2.4.1温度传感器的选择首先对常用的几种温度传感器进行比较如下： 热电偶温度传感器4：热电偶检测的温度信号有如下特点：能用到高温的热电偶,信号都较小。即使是信号较大的K偶,在1300时,也只有52.398mV。这就意味着对检测到的信号要进行放大。热电偶分度表中给出的数据是以0为参考点。实际应用时,环境常常不是0。为热电偶冷端创造一个0环境,通常的作法是进行冷端补偿。热电偶的温度信号非线性很大,尤其B偶。并且,各种热电偶随温度的升高,在某一温度下,热电势的增加量变小。这就使线性化变得困难。由于上
13、述原因,热电偶的温度信号调理电路就比较复杂,经常用在高温环境测量,并不适用室温这样一个环境参量的测量,故本系统不采用。 热电阻温度传感器4：热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。它的主要特点是测量精度高,性能稳定。其中铂热电阻的测量精确度是高的。测量范围-200+500,应用时一般需要线性化,一般要采用三线制或四线制来消除引出线电阻的影响,硬件电路复杂,故本系统也未采用。 热敏电阻温度传感器5：测量范围为-100+300,一般为负温度系数且精度较底,所以本系统也未采用。 集成温度传感器4：最常用的电流型集成温度传感器AD590的测量范围为-55+150几乎为恒流源,线性度比较高,不需要外围温
14、度补偿和线性化处理电路,测温线性度为0.5,精度高,灵敏度为1A/1,信号容易处理,而且价格便宜,非常适合本系统。经过以上比较,最后选用AD590作为本系统的温度传感器。2.4.2温度传感器信号处理模块因传感器AD590输出电流信号,不能被单片机处理,需要转化为电压信号,可对电阻进行取样。取样电压不满足A/D转换器的转换电压,故需要放大。考虑设计精度,可采用仪表放大器。但由于集成仪表放大器AD521价格昂贵,相对于本系统来说成本太高,不经济,故采用最普通的运算放大器LM324自行搭接仪表放大器6。2.5湿度检测模块2.5.1湿度传感器的选择湿度传感器的核心元件是湿敏元件5。湿敏元件主要分电容式、电阻式两大类。湿敏电容是用高分子薄膜电容制成的。当环境湿度发生改变时,湿敏电容的介电常数发生变化,从而电容值。一般湿敏电容精度比湿敏电阻要低一些。湿敏电阻的特点是在基片上覆盖一层用感湿材料制成的膜,当空气中的水蒸气吸附在感湿膜上时,元件的电阻率和电阻值都发生变化,利用这一特性即可测量湿度。湿敏电阻的优点是灵敏度高,线性度和产品的互换性较好。本设计可采用电阻式传感器,具体可选用XX奥松电子生产的HR202电阻型湿度传感器7。它具有感湿范围宽,响应迅速,抗污染能力强,无
