药品库湿度监控器设计值得参考

21.24 辽辽 宁宁 工工 业业 大大 学学 单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术 课程设计（论文）课程设计（论文） 题目：题目： 药品库湿度监控器设计药品库湿度监控器设计 院（系）：院（系）： 电气工程学院电气工程学院 专业班级：专业班级： 学学 号：号： 学生姓名：学生姓名： 指导教师：指导教师： （签字） 起止时间：起止时间： 21.24 课程设计（论文）任务及评语课程设计（论文）任务及评语 院（系）：电气工程学院 教研室： 注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算 学 号080303116学生姓名黄长清专业班级电气084 课程设计 （论文） 题目 药品库湿度监控器设计药品库湿度监控器设计 课程设计（论文）任务 该控制器实时监控药品库的湿度，湿度检测点 8 点，并配有 4 个晶闸管输 出控制点，可控制加湿设备，湿度检测范围 0%RH95%RH，精度 3%RH。 主要设计内容：主要设计内容： 硬件电路设计： 1. CPU 最小系统设计（包括 CPU 选择，晶振电路，复位电路） 2. 传感器选择及接口电路设计 3. 开关量输出接口及声光报警电路设计 软件设计：1.编程程序流程图 2.程序清单编写 进度计划 第 1 天 查阅收集资料 第 2 天 总体设计方案的确定 第 4 天 CPU 最小系统设计 第 5 天传感器选择及其接口电路设计 第 6 天开关量输出接口及声光报警电路设计 第 7 天 程序流程图设计 第 8 天 软件编写与调试 第 9 天 设计说明书完成 第 10 天 答辩 指导教师评语及成绩 平时： 论文质量： 答辩： 总成绩： 指导教师签字： 年 月 日 21.24 摘 要 本文主要介绍以AT89C52单片机为主控器件，以温度，湿度传感器，LCD显示 屏外部器件的针对药品库房的温湿度检测与控制系统。该系统利用相关传感器采 集数据，用单片机AT89C52处理数据把信息通过LCD显示屏显示出来，还可以通过 单片机的通用串行接口把数据信息传递给PC机保留分析。本设计为药品库房提供 了精确的温湿度控制，更有利于药品的长期存储。 关键词：AT89C52单片机;传感器;自动检测;显示电路 21.24 目 录 第 1 章 绪论 1 1.1 药品库湿度监控器设计概况 .1 1.2 本文研究内容 .1 第 2 章 CPU 最小系统设计.2 2.1 药品库湿度监控器总体设计方案 .2 2.2 CPU 的选择 3 2.3 数据存储器扩展 .3 2.4 复位电路设计4 2.5 时钟电路设计5 2.6 CPU 最小系统图 6 第 3 章 药品库湿度监控器输入输出接口电路设计 7 3.1 药品库湿度监控器传感器的选择 .7 3.2 湿度监控器检测接口电路设计 .7 3.2.1 A/D 转换器选择7 3.2.2 模拟量检测接口电路图.8 3.3 人机对话接口电路设计 .8 3.3.1 键盘控制.8 3.3.2 LED 显示.9 第 4 章 药品库湿度监控器软件设计 .11 4.1 软件实现功能综述 11 4.2 流程图设计 12 4.2.1 主程序流程图设计.12 4.2.2 模拟量检测流程图设计.12 第 5 章 系统设计与分析 .14 5.1 系统原理图 14 21.24 5.2 系统原理综述 14 第 6 章 课程设计总结 .15 参考文献 16 21.24 第 1 章 绪论 1.1 药品库湿度监控器设计概况 我国在“开办药品批发企业验收实施标准(试行)”里的规定-企业有适宜药 品分类保管和符合药品储存要求的常温库、阴凉库、冷库。其中常温库温度为 030，阴凉库温度 020，冷库温度为 210；各库房相对湿度应保持在 4575%之间。这就需要企业要有相关的在线监测控制系统来保证达到药品储存 规定的温湿度要求。为了更好的。为了更好地测量、控制温度、湿度等影响药品 储存的因素,本文设计了以 AT89C52 单片机为控制器的智能测控系统,通过该系统 可以对环境温度、湿度等观测值进行自动控制和适时监测,并利用声音和灯光进 行越限报警及相应的处理。 1.2 本文研究内容 我国在“开办药品批发企业验收实施标准(试行)”里的规定-企业有适宜药 品分类保管和符合药品储存要求的常温库、阴凉库、冷库。库房相对湿度应保持 在4575%之间。这就需要企业要有相关的在线监测控制系统来保证达到药品储 存规定的温湿度要求。为了更好的。为了更好地测量、控制温度、湿度等影响药 品储存的因素,本文设计了以AT89C52单片机为控制器的智能测控系统,通过该系 统可以对环境温度、湿度等观测值进行自动控制和适时监测,并利用声音和灯光 进行越限报警及相应的处理。 21.24 单 片 机 最 小 系 统 键盘电路 湿度显示 电源电路 药品库湿度 湿 度 传 感 器 A/D 转 换 器 第 2 章 CPU 最小系统设计 2.1 药品库湿度监控器总体设计方案 温湿度监控系统满足以下要求: 1）按照国家药品储存相关规定，库房分为常温库、阴凉库、冷库。其中库 房相对湿度应保持在4575%之间。 2）用户还可以视所存储的药物，自己输入系统湿度上限下限报警值。 3）采用了三端稳压集成电路7805 作为稳压电源的稳压模块，使用起来可靠 方便，而且价 格便宜。外接4 节5 号干电池或者5 12V 直流变压器均可获得稳定的5V 直流电压，以满足湿度监测预警器的工作要求。 4）系统还提供湿度控制信号，并且可以自动控制和手动控制。 根据系统的总体要求本设计选择如下的方案：整个系统由单片机、湿度传感 器、显示模块、报警器、湿度调节系统以及键盘等6 部分组成。系统功能原理图 如图1 所示。用户预先输入湿度报警值到程序中,该值作为系统阈值。湿度传感 器监测值传输给单片机，当单片机监测到的数值超出所设定阈值时,驱动蜂鸣器 报警,并为湿度调节系统提供控制信号,实现自动控制。湿度调节系统包括加湿模 块、除湿模块、加温模块和制冷模块。 图2.1 湿度监控系统功能原理图 21.24 2.2 CPU 的选择 从多方面因素考虑论证。硬件的核心选用 Atmel 公司产生的 AT89C52 单片 机。它是一种低功耗、低电压、高性能的 8 位微控处理器，具有 8K 在系统可编 程 FLASH 存储器，采用的工艺是 Atmel 允许程序存储器在系统可编程，亦适于常 规编程器；在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统可编程 FLASH，使用 AT89C52 为众多嵌入式控制应用于系统提供高灵活、超有效的解决方案；价格低 廉、性能可靠、抗干扰能力强。因此广泛应用于工业控制和嵌入式系统中。晶体 振荡器采用 11.0952MHz 晶振。根据设计和功能要求，AT89C52 的引脚分配，如图 2.2 所示 图 2.2 89C52 单片机图 2.3 数据存储器扩展 根据上面所选元件，形成完整的 CPU 最小系统图如图 2.3 所示。 P0.3/AD7 36 P0.3/AD6 37 P0.3/AD5 38 P0.3/AD4 39 P0.3/AD3 40 P0.3/AD2 41 P0.3/AD1 42 P0.3/AD0 43 P2.0/A8 24 P2.1/A9 25 P2.2/A10 26 P2.3/A11 27 P2.4/A12 28 P2.5/A13 29 P2.6/A14 30 P2.7/A15 31 P1.0/T 2 2 P1.1/T 2-EX 3 P1.2 4 P1.3 5 P1.4 6 P1.5 7 P1.6 8 P1.7 9 EA/V PP 35 RST 10 X T AL2 20 X T AL1 21 PSEN 39 PSEN 32 ALE/PROG 33 P3.30/RX D 11 P3.1/T XD 13 P3.2/T NT0 14 P3.3/INT 1 15 P3.4/T 0 16 P3.5/T 1 17 P3.6/WR 18 P3.7/RD 19 GND 22 VCC 44 89C52 . 21.24 EA/VP 31 X1 19 X2 18 RESET 9 RD 17 WR 16 INT0 12 INT1 13 T0 14 T1 15 P10 1 P11 2 P12 3 P13 4 P14 5 P15 6 P16 7 P17 8 P00 39 P01 38 P02 37 P03 36 P04 35 P05 34 P06 33 P07 32 P20 21 P21 22 P22 23 P23 24 P24 25 P25 26 P26 27 P27 28 PSEN 29 ALE/P 30 TXD 11 RXD 10 VCC 40 U1 AT89C51 D0 3 Q0 2 D1 4 Q1 5 D2 7 Q2 6 D3 8 Q3 9 D4 13 Q4 12 D5 14 Q5 15 D6 17 Q6 16 D7 18 Q7 19 OE 1 LE 11 U2 74LS373 IN-0 26 msb2-1 21 2-2 20 IN-1 27 2-3 19 2-4 18 IN-2 28 2-5 8 2-6 15 IN-3 1 2-7 14 lsb2-8 17 IN-4 2 EOC 7 IN-5 3 ADD-A 25 IN-6 4 ADD-B 24 ADD-C 23 IN-7 5 ALE 22 ref(-) 16 ENABLE 9 START 6 ref(+) 12 CLOCK 10 U3 ADC0809 U? NOR U? NOR Y1 CRYSTAL C1 CAP C2 CAP R3 RES2 C? CAP VCC S1 SW-SPST 图 2.3 CPU 最小系统图 2.4 复位电路设计 AT91RM9200 有 2 个独立的复位信号，既系统复位信号 NRST 与系统内部调试 复位信号 NTRST，都是低电平有效。系统上电后，AT91RM9200 必须执行一个上电 复位（称为“冷”复位） ，在过渡状态下，它强制复位信号 NRST 和 NTRST 还可以 进行手动按键复位功能，以方便用户调试程序。本设计中选用看 AD 公司生产的 ADM708 型复位电路，它有一个手动复位引脚，当工作电压低于 3.08V 或手动复位 输入引脚被拉低时复位 IC 产生产生一个低电平信号，持续时间为 200ms。此外， 该复位电路还有一个额外的输入电压检测引脚，可实现对输入电压的检测。复位 电路如图 2.4 所示。 21.24 MR 1 PFI 4 VCC 2 RESET 8 RESET 7 GND 3 PFO 5 ADM708T AR 74HC14 4.7K 10K 1K C1 10uf V CC V CC V CC NT RST NRST IRQ0 图 2.4 复位电路 2.5 时钟电路设计 系统时钟由实时日历时钟芯片 PCF8563 提供，该芯片是一款工业级内含 I2C 总线接口功能的具有极低功耗的多功能时钟/日历芯片。PCF8563 的多种报警功能、 定时器功能、时钟输出功能以及中断输出功能能完成各种复杂的定时服务。内部 时钟电路内部振荡电路内部低电压检测电路（1.0V） 以及两线制 I2C 总线通讯 方式，不但使外围电路及其简洁，而且也增加了芯片的可靠性。 为了使单片机在将湿度值提供给显示器显示的同时能将转换后的数据存入外 部数据区供批处理打印和主系统共享或以备传输和处理之用，在电路中还扩展了 一片 16K 的 ATMEL 公司的 E2PROM 存储卡AT24C16。单片机将数据采集处理后， 读取 PCF8563 时间数据与采集到的数据一同存储到 AT24C16 中。 晶体振荡电路用于向 AT91RM9200 和其他需要时钟的外设电路提供工作时钟。本 系统使用无源晶体振荡器 X1 和 X2 作为系统的主振荡和慢时钟振荡器，振荡器产 生的系统主时钟和慢时钟基准经过微处理器内部 2 个 PPL 后，产生系统所需要的 各种 CPU 时钟、外设时钟及 UBS 器件工作时钟。晶体振荡器电路见图 2.5。 21.24 C? CAP C? CAP 18.432MHz X OUT X IN . P3.0/RX D 10 P3.1/T XD 11 P3.2/NT O 12 P3.3/NT 1 13 P3.4/T 0 14 P3.5/T 1 15 P3.6/WR 16 P3.O/RX D 17 P3.O/RX D 21 P3.O/RX D 22 P3.O/RX D 23 P3.O/RX D 24 P3.O/RX D 25 P3.O/RX D 26 P3.O/RX D 27 P3.O/RX D 28 P3.O/RX D 32 P3.O/RX D 33 P3.O/RX D 34 P3.O/RX D 35 P3.O/RX D 36 P3.O/RX D 37 P3.O/RX D 38 P3.O/RX D 39 P1.O/T 2 1 P1.1/T 2EX 2 P1.2 3 P1.3 4 P1.4 5 P1.5 6 P1.6 7 P1.7 8 X T AL1 19 X T AL2 18 RST 9 PSEN 29 ALE 30 EA 31 AT 89C52 Y1 CRYST AL C2 22pf C3 22pf R1 1K V CC V CC . . . 图 2.5 时钟电路 2.6 CPU 最小系统图 图 2.6 AT89C52 上的晶振电路和复位电路 1 1 4 4 2 2 3 3 32.768kHz 15pf 15pf X OUT32 X INT 33 21.24 第 3 章 药品库湿度监控器输入输出接口电路设计 3.1 药品库湿度监控器传感器的选择 湿度传感器选用瑞士SENSIRION 公司生产的SHT10 型贴片温湿一体数字传感 器。 SHT10 产品特点： SHT1x 系列为贴片型湿度传感器芯片 全量程标定，两线数字输出； 湿度测量范围：0100%RH； 湿度测量范围：-40+123.8； 湿度测量精度：4.5%RH 响应时间：4s； 低功耗 (typ. 30W) 可完全浸没。 应用领域：数据采集器、变送器、自动化过程控制、汽车行业、楼宇控制 2) 比较监测到的湿度值和报警设置值,发现超限则蜂鸣器报警提示; 3）系统定期把相关温湿度数据通过串行通信传给上位机PC机。 3) 根据相应的湿度值控制湿度调节系统运行。根据湿度监控系统功能,系统 软件流程图如图5所示。湿度传感器完成一次测量的工作顺序一般为:设置传感器 分辨率发送“启动传输”命令发送测量命令读输出的测量值将输出测量 值转换为物理量。数据采集程序流程图如图4.2.1所示: 4）显示子程序对每次由传感器所采集的数值经量化处理后所得到的标准值 进行显示。 5）报警子程序是当出现异常情况时输出报警信号,例如湿度低于某数值时, 音频报警装置发出报警信号,同时相应的指示灯亮,以提醒工作人员注意。 21.24 4.2 流程图设计 4.2.1 主程序流程图设计 图4.2.1 系统软件流程图 4.2.2 模拟量检测流程图设计 模拟量分为电气模拟量、非电气模拟量及温度量。对模拟量信号的处理包 括回路断线检测、数字滤波、误差补偿、数据有效性合理性判断、标度换算、 梯度计算、越复限判断及越限报警，最后经格式化处理后存入实时数据库。 数据采集系统一般由数据输入通道、数据存储与管理、数据处理、数据输 出及显示这五个部分组成。输入通道要实现对被测对象的检测、采样和信号转 换等工作。数据存储与管理要用存储器把采集到的数据存储起来，建立相应的 数据库，并进行管理和调用。数据处理就是从采集到的原始数据中，删除干扰 1602 和 SHT 初始化 延时 0.2s 读取湿度值 读取成功 1602 显示数据 是否超限 延时 0.8s 报警，发出控制信号 SHT10 通讯重启动 21.24 开始 地址指针赋值 置起始通道数 启动 A/D （=R/=0,CE=1CSC ） 读 STS 状态 转换 结果 允许输出 （=0,CE=R/=0CSC ） 通过 8051P0 口分别读出 12 位转换结果存入缓冲 返回 噪声、无关信息和不必要的信息，提取出反映被测对象特征的重要信息。另外， 就是对数据进行统计分析，以便于检索；或者把数据恢复成原来的物理量形式， 以可输出的形态在输出设备上输出，如打印、显示、绘图等。数据输出及显示 就是把数据以适当的形式进行输出和显示。 图4.2.2 模拟量检测流程图 21.24 AT89C52 并行接口 芯片 隔离电路 脉冲量 开关量 A/D 转换 多路开关 传感器信号调理 LED 显示器 矩阵键盘 第 5 章 系统设计与分析 5.1 系统原理图 图 5.1 系统硬件原理图 5.2 系统原理综述 数据采集系统一般由数据输入通道、数据存储与管理、数据处理、数据输 出及显示这五个部分组成。输入通道要实现对被测对象的检测、采样和信号转 换等工作。数据存储与管理要用存储器把采集到的数据存储起来，建立相应的 数据库，并进行管理和调用。数据处理就是从采集到的原始数据中，删除干扰 噪声、无关信息和不必要的信息，提取出反映被测对象特征的重要信息。另外， 就是对数据进行统计分析，以便于检索；或者把数据恢复成原来的物理量形式， 以可输出的形态在输出设备上输出，如打印、显示、绘图等。数据输出及显示 就是把数据以适当的形式进行输出和显示。 在此过程中主要用到 采集板，信息采集板包括 CPU、RS232 讯通接口、