毕业设计（论文）-红外报警监控系统--温湿度监测.doc

华南农业大学珠江学院 毕业论文 题目 红外报警监控系统 温湿度监测 作者： 指导老师： 系：2008 年级专业：电子信息工程 提交日期: 答辩日期： 答辩委员会主席(签名）： 评阅人（签名）: 年 月 日 （一） 摘 要随着社会的发展，科学技术的进步和安全防范意识的增强，人们越来越注重自身所处的环境是否安全。当家中无人或者仅有老人孩子在家时，必须考虑家庭成员生命和财产的绝对安全。目前，许多住宅小区的安防主要依靠安装防盗窗、防盗门以及人工防范。这样不仅有碍美观，不符合防火的要求，而且不能有效地防止坏人的侵入。本课题研究红外报警监控系统，它集红外报警、温湿度测量显示、实时时钟为一体，简单实用，抗干扰能力强、灵敏度高、安全可靠，具有较高的应用价值。本系统采用单片机stc89c51，温湿度测量采用全数字型温湿度传感器dht11，温度测量范围0-50，湿度测量范围20%rh90%rh，可以满足一般需要。若要求更宽测量范围，只需更换温湿度传感器型号，硬件电路及软件程序全兼容。采用ds1302做实时时钟电路，ds1302是dallas公司推出的涓流充电时钟芯片，内含有一个实时时钟/日历和31字节静态ram，通过简单的串行接口与单片机进行通信。实时时钟/日历电路提供秒、分、时、日、日期、月、年的信息。每月的天数和闰年的天数可自动调整。时钟操作可通过am/pm指示决定采用24或12小时格式。显示部分采用smc 1602液晶屏进行数据显示，显示容量16x2个字节，工作电压5.0v。重点对硬件、软件的组成进行了分项、模块化设计。对各部分的电路一 一进行了介绍，最终实现了该系统的硬件设计，绘制了电路原理图。在软件方面完成了各功能模块的流程图，并根据设计要求对需要实现的功能经过反复的模拟运行、调试、修改、简化、最后得出一套完整的 软件系统。关键字：温湿度传感器 ds1302时钟芯片 smc 1602液晶屏 stc89c51 （二）目 录（三）元件清单 红外报警监控系统(3005)元器件清单元件名封装标称值说明数量c1直插10uf/16v电解电容1c2c3直插20pf2c4直插0.1uf1c5直插22uf/16v电解电容1d1直插1n41481r1,r3-r4,r9-r13直插1k8r2,r5-r6,r8,r14-r17直插10k8r7直插5k1b1直插蜂鸣器1v1直插8550三极管1l1直插绿色发光管1l3直插红色发光管1l4直插红色发光管1l5直插红色发光管1y1直插11.0572m晶振1y2直插32.768k晶振1k1直插自锁按钮电源按钮1k2直插微动开关按键1k3直插微动开关按键1k4直插微动开关按键1k5直插微动开关按键1u1直插stc89c52单片机1u2dip8dyp-me003红外传感器1u3dip824c01eeprom1u4直插dht11传感器1u5dip8ds1302时钟芯片1液晶屏lcd1602绿屏1纽扣电池cr23023v1纽扣电池座1usb插座4脚插针1单片机插座dip401lcd排针sip161lcd转接插座16脚插针1usb下载线1连接导线1电路板1 （四）正文1、前言1.1、设计的背景在日常生活和生产中，我们经常要测量环境的温湿度，传统的测量方式采用水银温度计和干湿球湿度计查算法，存在着误差大，操作使用不便等问题，采用工业级测量仪表价格昂贵。1.2、设计的意义采用stc89c51和dht11等构成的lcd数字式温湿度测量精度好可以且价格便宜。2、 设计的基础依据 1.熟悉电路的工作原理； 2.掌握该电路中的元器件的识别方法； 3.掌握电路的调试方法； 4.熟练电路简单的故障分析方法； 5.论文符合其格式、字数的基本要求，内容要求充实、作图严谨规范等。3、 文献综述 1.新型单总线数字温湿度传感器dht11具有体积小巧、接口简单、响应速度快、性价比高等特点。文章简要介绍了单总线概念,阐述了dht11的基本原理和控制使用方法,以及其在仓库温湿度测控系统中的应用。dht11的诸多优点,使其在自动控制和家电消费品领域中拥有较高的应用价值。 2.基于温室和养殖孵化等场所需要及时监测环境温湿度的需求,设计了一种低成本、低功耗的无线温湿度传感器网络节点。主要介绍了节点的软硬件设计,详细阐述了dht11温湿度传感器的时序。传感器节点的设计以超低功耗msp430f122单片机为核心,配以dht11和无线rf收发芯片nrf401实现了节点有效的数据采集和可靠的数据传输。节点具有功耗低、成本低、体积小、集成度高、工作稳定等优点。 3.以单片机为控制核心,采用dht11温湿度传感器,12864lcd显示模块,实现了实验室多点温湿度参数的实时采集、显示和超限报警功能。系统的优点为单总线串口通信,使系统结构简化,节约了单片机资源,易于系统的功能扩展。 4.环境温湿度对蚕的生长有着极大的影响,而目前市场上的温湿度控制产品价格过高,不适应于中小型农村蚕农的需求,大部分农村蚕农还在使用原始的温湿度调节方法。介绍了一种基于dht11数字温湿度传感器和at89c51单片机的低成本蚕室温湿度自动控制系统,以为蚕农养蚕提供便利。4、 总体方案的确定1. 利用单片机芯片89c52及dht11温湿度传感器完成温湿度的测量，不间断测量当前温度和湿度数据，并在液晶屏上实时显示。2.具备不间断时钟电路，当前时间在液晶屏显示。时钟电路具有后备电池，系统掉电后始终依然运行，再次上电显示当前时间，无须重新调时。 3.四键键盘可以调校时钟初始值，具体方法是连续按设置键直至“年”、“月”、“日”、“时”、“分”、“秒”相应的位置闪烁，再通过up键和down键调整数值，调整完毕继续按设置键进入正常状态。5、 硬件设计 本研究设计的温湿度控制器框图如图1所示。图1红外报警监控系统方框图图中stc89c52单片机随时监控dyp-me003红外人体传感器送来的报警信号。当报警功能打开并且传感器检测到有人侵入时，单片机通过声（蜂鸣器）光（led发光管）报警，同时将入侵时间记录在外部存储芯片at24c04中。系统还可以即时显示当前环境温湿度值。单片机每2秒钟从dht11温湿度传感器中读入温度和湿度，在液晶屏上即时显示。系统通过ds1302时钟电路获得并显示当前时间。该时间初始值可以通过设置键、上调键和下调键设定，由于具有后备电池，主控系统断电后时钟仍然继续运行。系统通过四键键盘切换开、关报警状态，设定时钟初始值，查询报警时间等。系统各单元电路介绍如下。5.1、单片机电路本设计选用宏晶公司高性能单片机stc89c52采用主控芯片，其管脚如图2所示。图2 stc89c52单片机管脚图该芯片为52内核8位单片机，兼容intel等52内核单片机，支持isp下载，适用于常用检测控制电路。由stc89c52组成的单片机系统原理图如图2所示。图3 单片机系统电路图中alert引脚输入dyp-me003红外人体传感器信号，该信号为高电平时有人入侵，为低电平时表示没有检测到人。data引脚为温湿度传感器单总线引脚。2402_scl和2402_sda为外存芯片at24c04通信引脚，该芯片为iic接口芯片，通过时钟线和数据线二线接口通信。k1、k2、k3、k4为四只按键，分别为设置键、上调键、下调键和查询键。l2为报警led发光管。p0.0p0.7为lcd数据线，p2.5p2.7为lcd控制线。系统采用11.0572mhz外部晶振电路。5.2、红外热释电报警传感器电路图4 dyp-me003红外人体传感器电路传感器使用dyp-me003红外人体传感器，图中alert引脚输出信号，该信号为高电平时有人入侵，为低电平时表示无人入侵。r17电阻为下拉电阻，防止管脚误报。5.3、温湿度传感器器及检测电路图5 dht11温湿度传感器外型及管脚dht11温湿度传感器外型及管脚如图5所示。其中电源引脚的供电电压为 3.5-5.5v。传感器上电后，要等待 1s 以越过不稳定状态在此期间不要发送任何指令。电源引脚（vdd，gnd）之间可增加一个100nf 的电容，用以去耦滤波。 dht11典型应用电路如图5所示，其连接电路简单，只需要占用控制器一个i/o口即可完成上下位的连接。建议连接线长度短于20时用5k上拉电阻,大于20米时根据实际情况使用合适的上拉电阻。图6 dht11典型应用电路dht11数字湿温度传感器采用单总线数据格式，即单个数据引脚端口完成输入输出双向传输。其数据包由5byte（40bit）组成。一次通讯时间最大3ms,数据分小数部分和整数部分。 一次完整的数据传输为40bit，高位先出。 数据格式如表2：表1 dht11数据格式5.4、ds1302实时时钟电路ds1302是dallas公司推出的涓流充电时钟芯片，内含有一个实时时钟/日历和31字节静态ram，通过简单的串行接口与单片机进行通信。实时时钟/日历电路提供秒、分、时、日、日期、月、年的信息。每月的天数和闰年的天数可自动调整。时钟操作可通过am/pm指示决定采用24或12小时格式。其芯片管脚如图7所示。 图7 ds1302管脚图ds1302 与单片机之间能简单地采用同步串行的方式进行通信，仅需用到三个口：线1-res复位，2-i/o数据线和3-sclk串行时钟。时钟/ram 的读/写数据以一个字节或多达31个字节的字符组方式通信，ds1302工作时功耗很低，保持数据和时钟信息时功率小于1mw。ds1302是由ds1202改进而来，增加了以下的特性，双电源管脚用于主电源和备份电源，供应vcc1为可编程涓流充电电源，附加七个字节存储器。它广泛应用于电话、传真、便携式仪器以及电池供电的仪器仪表等。l 实时时钟具有能计算2100 年之前的秒分时日日期星期月年的能力还有闰年调整的能力;l 31*8位暂存数据存储ram；l 串行i/o 口方式使得管脚数量最少；l 宽范围工作电压2.0-5.5v；l 工作电流：2.0v 时,小于300na；l 读/写时钟或ram 数据时有两种传送方式：单字节传送和多字节传送字符组方式；l 8 脚dip封装或可选的8脚soic封装，根据表面装配；l 简单3线接口；l 与ttl兼容，vcc=5v；l 可选工业级温度范围-40-+85；l 与ds1202 兼容；l 双电源管用于主电源和备份电源供应，备份电源管脚可由电池或大容量电容输入；l 附加的7字节暂存存储器。ds1302与单片机系统连接电路如图8所示。图8 ds1302电路连接图如图8所示，ds1302的sclk、i/o和rst三个引脚通过上拉电阻连接单片机的p1.4、p1.5和p1.6。5.5、lcd显示电路显示部分采用smc 1602液晶屏进行数据显示，其主要技术参数为：表2 液晶屏技术指标接口信号说明如表3所示。表3 液晶屏接口信号说明与单片机接口电路如图9所示。其中p0.0p0.7接lcd数据线，p2.5p2.7接lcd控制线。图9 lcd与单片机接口电路5.6、eeprom存储器电路红外报警监控系统的报警时间存储在eeprom芯片at24c04中，并可以通过查询按键查看。at24c04是iic芯片，其管脚连接如图10所示，与单片机连接电路。如图11所示 图10 at24c04管脚图 图11 与单片机连接图5.7、键盘电路本设计采用四键键盘，电路如图12所示。图12 四键键盘电路 按键直接接单片机p3.2p3.5，程序采用查询方式获取按键状态。5.8、供电及程序下载电路本设计采用usb接口供电，电源电压5v。同时，usb接口通过内含pl2303芯片的转换电路对单片机进行程序编写。其电路原理如图13所示。图13 供电及程序下载电路 6、 软件设计 6.1、软件流程图本设计软件主程序流程图如图14所示。图14 软件流程图6.2、主程序下面介绍main.c主程序编写，其他程序略。(1) 头文件和一些宏定义#include #include #include 1602.h#include dht.h#include 2402.h#include ds1302.h(2) 管脚定义sbit led_alert=p36;/报警灯sbit in_alert=p21; /报警信号输入sbit beep=p20; /蜂鸣器sbit key_up = p32;sbit key_down = p35;sbit key_set = p33;sbit key_review = p34;(3) 常量、变量定义和函数声明/定义标识volatile bit flagstartrh = 0; /开始温湿度转换标志volatile bit flagkeypress = 0; /有键按下标志volatile bit flagalert = 0; /报警状态标志volatile bit flagreview = 0; /查询标志/定义温湿度传感器用外部变量extern u8 u8flag,k;extern u8 u8count,u8temp;extern u8 u8t_data_h,u8t_data_l,u8rh_data_h,u8rh_data_l,u8checkdata;extern u8 u8t_data_h_temp,u8t_data_l_temp,u8rh_data_h_temp,u8rh_data_l_temp,u8checkdata_temp;extern u8 u8comdata;extern u8 count, count_r;/温湿度传感器用变量u16 temp;s16 temperature, humidity;u16 rhcounter;/按键响应用变量u8 keyvalue, keyup, keydown, keyset, keyreview;u8 flagset; /ds1302时钟用变量systemtime currenttime;uchar year, month, day, hour, minute, second;/报警及存储用变量/char * psave;/字符串显示用变量uchar str16 = 000000;uchar alertdate9=00-00-00, alerttime9=00:00:00;uchar hide;/函数声明void int2str(int x, char* str);void delay1ms(unsigned int count);void data_init();void timer0_init();void timer0_isr () ;void savealert();void loadalert();void keyprocess(uint num);(4) 各子程序/整型转字符串的函数，转换范围0-65536void int2str(int x, char* str) int i=1; int tmp=10; while(x/tmp!=0) i+; tmp*=10; tmp=x; stri=0; while(i1) str-i=0+(tmp%10); tmp/=10; str0=tmp+0; void delay1ms(unsigned int count)unsigned int i,j;for(i=0;icount;i+)for(j=0;j= 450) flagstartrh = 1; rhcounter = 0; /设定闪烁标志 if (hide = 1) hide = 0; else hide = 1; /存入报警日期时间void savealert() wrteeprom(0, year); delay(1500); wrteeprom(1, month); delay(1500); wrteeprom(2, day); delay(1500); wrteeprom(3, hour); delay(1500); wrteeprom(4, minute); delay(1500); wrteeprom(5, second); delay(1500);/载入报警日期时间void loadalert() uchar value; value = rdeeprom(0); alertdate0=value/10+48; alertdate1=value%10+48; value = rdeeprom(1); alertdate3=value/10+48; alertdate4=value%10+48; value = rdeeprom(2); alertdate6=value/10+48; alertdate7=value%10+48; value = rdeeprom(3); alerttime0=value/10+48; alerttime1=value%10+48; value = rdeeprom(4); alerttime3=value/10+48; alerttime4=value%10+48; value = rdeeprom(5); alerttime6=value/10+48; alerttime7=value%10+48;void keyprocess(uint num) switch (num) case 1: /up键被按下 switch (flagset) case 0:case 1: break;case 2: /年 if (year99)year+; write1302(0x8e,0x00); /写入允许 ds1302_settime(ds1302_year,year); write1302(0x8e,0x80); /禁止写入 break;case 3: /月 if (month12) month+; write1302(0x8e,0x00); /写入允许 ds1302_settime(ds1302_month,month); write1302(0x8e,0x80); /禁止写入 break;case 4: /日 if (day31) day+; write1302(0x8e,0x00); /写入允许 ds1302_settime(ds1302_day,day); write1302(0x8e,0x80); /禁止写入 break;case 5: /时 if (hour23) hour+; write1302(0x8e,0x00); /写入允许 ds1302_settime(ds1302_hour,hour); write1302(0x8e,0x80); /禁止写入 break;case 6: /分 if (minute60) minute+; write1302(0x8e,0x00); /写入允许 ds1302_settime(ds1302_minute,minute); write1302(0x8e,0x80); /禁止写入 break;case 7: /秒 if (second0)year-; write1302(0x8e,0x00); /写入允许 ds1302_settime(ds1302_year,year); write1302(0x8e,0x80); /禁止写入 break;case 3: /月 if (month0) month-; write1302(0x8e,0x00); /写入允许 ds1302_settime(ds1302_month,month); write1302(0x8e,0x80); /禁止写入 break;case 4: /日 if (day0) day-; write1302(0x8e,0x00); /写入允许 ds1302_settime(ds1302_day,day); write1302(0x8e,0x80); /禁止写入 break;case 5: /时 if (hour0) hour-; write1302(0x8e,0x00); /写入允许 ds1302_settime(ds1302_hour,hour); write1302(0x8e,0x80); /禁止写入 break;case 6: /分 if (minute0) minute-; write1302(0x8e,0x00); /写入允许 ds1302_settime(ds1302_minute,minute); write1302(0x8e,0x80); /禁止写入 break;case 7: /秒 if (second0) second-; write1302(0x8e,0x00); /写入允许 ds1302_settime(ds1302_second,second); write1302(0x8e,0x80); /禁止写入 break; break; case 3: /set键被按下。flagset 0-报警；1-关报警；2-设置年；3-月；4-日；5-时；6-分；7-秒 if (flagreview=0) /只有不查询时才能设定 flagset +;if (flagset=1) l1602_string(2,10,a);else l1602_string(2,10, ); if (flagset=8) flagset = 0; break; case 4: /review键被按下 if (flagreview = 0) flagreview = 1; loadalert();l1602_string(1,1, );l1602_string(2,1, ); l1602_string(1,1,alertdate);l1602_string(1,9, alert );l1602_string(2,1,alerttime);l1602_string(2,9, ); else flagreview = 0; break; default: break; /* 名称 : main()* 功能 : 主函数*/void main() u16 i, j, testnum; ea = 0;timer0_init(); /定时器0初始化 data_init();initial_ds1302();ea = 1;l1602_init();l1602_string(1,1, welcome to my );l1602_string(2,1,infrared monitor);/延时for (i=0;i1000;i+) for (j=0;j1000;j+) ; /清屏l1602_string(1,1, t c);l1602_string(2,1, h %); while(1) /查询报警信号 /flagset=0为报警状态， /flagset=1为关报警状态， /flagset=2,3,4,5,6,7依次为设置年，月，日，时，分，秒状态 if (flagset=1)&(in_alert=0) /首次触发报警则存入报警时间 savealert(); flagalert=1; beep=0;led_alert = 0; else /报警未打开或者无警可报 flagalert=0; beep=1;led_alert = 1; if (flagstartrh = 1) /温湿度转换标志检查 tr0 = 0; testnum = rh(); flagstartrh = 0; tr0 = 1; /读出温湿度，只取整数部分 humidity = u8rh_data_h; temperature = u8t_data_h; /读出日期时间值 ds1302_gettime(¤ttime); year = currenttime.year; month = currenttime.month; day = currenttime.day; hour = currenttime.hour; minute = currenttime.minute; second = currenttime.second; datetostr(¤ttime); timetostr(¤ttime); /如果不处于查询状态则显示当前日期时间温度湿度 if (flagreview=0) /清屏 l1602_string(1,1, t c);l1602_string(2,1, );l1602_string(2,12,h %);/显示温湿度 if (temperature0) l1602_string(2,7,-); temperature = abs(temperature); int2str(temperature,str1); l1602_string(1,14,str1); int2str(humidity,str1); l1602_string(2,14,str1); l1602_string(1,1,currenttime.datestring); l1602_string(2,1,currenttime.timestring); /产生时间设定时的闪烁效果，只在未查询且闪烁标志置位时运行 if (hide=1) switch (flagset) case 0: case 1: break; case 2: /年 l1602_string(1,1, ); break; case 3: /月 l1602_string(1,4, ); break; case 4: /日 l1602_string(1,7, ); break; case 5: /时 l1602_string(2,1, ); break; case 6: /分 l1602_string(2,4, ); break; case 7: /秒 l1602_string(2,7, ); break; default: break; /以下为键盘查询，当有按键从按下到弹起时，该按键被响应。if (key_up)&(keyup=0) flagkeypress = 1; keyvalue = 1; else if (key_down)&(keydown=0) flagkeypress = 1; keyvalue = 2; else if (key_set)&(keyset=0) flagkeypress = 1; keyvalue = 3; else if (key_review)&(keyreview=0) flagkeypress = 1; keyvalue = 4;if (flagkeypress = 1) keyprocess(keyvalue); flagkeypress = 0; if (!key_up) keyup = 0;else keyup = 1; if (!key_down) keydown = 0;else keydown = 1; if (!key_set) keyset = 0;else keyset = 1; if (!key_review) keyreview = 0;else keyreview = 1; 7、 实验及调试7.1、程序的编写和编译 1.程序在uvision4环境下编写和编译，新建工程时选择at89c52芯片。如图15所示。 图15 2.新建文件编写程序如图16所示。 图163. 保存程序并运行编译后，如图17所示。 图17 4.编译生成.hex文件后，就可以下载并进行调试了。如果是其他版本uvision，只需将所有.c和.h文件拷贝至新建项目，重新编译即可。如图18所示。 图18 7.2、程序下载7.2.1、usb转串口驱动安装打开usb驱动文件夹下的pl2303_prolific_driverinstaller_v130.exe安装文件，按提示安装usb转串口驱动程序。安装完成后，插入usb下载线后，在开始-控制面板-打印机和其他硬件-设备管理器，在“端口”分支下有（prolific usb-to-serial comm port(comx)。x表示串口号，如果没有说明usb转串口驱动没有安装，须重新安装。记住括号里的com口号。图19成功安装usb转串口驱动示意图 7.2.2、下载程序打开stc单片机下载软件文件夹，点击运行stc_isp_v481.exe程序，出现如下界面。下载软件如图20所示。图20正确选择mcu 类型，com口（与刚才安装的com号一致），最高波特率和最低波特率都选2400bps或者1200bps （下载线内pl2303芯片所限，没办法！），并打开正确的.hex数据文件。点击“download/下载”按纽，窗口出现提示：chinese:正在尝试与 mcu/单片机 握手连接 . connection is failure. you can try: 1.give your mcu power on reset. 2.stop operation, then re-select com port. 3.because plcc-dip/pqfp-dip socket trace too long. 4.update the stc isp.exe version. 5.if still error, your mcu firmware is error or null.chinese:连接失败，请尝试以下操作： 1.在单片机停电状态下，点下载按钮，再给单片机上电 2.停止下载，重新选择 rs-232 串口, 接好电缆 3.可能需要先将 p1.0/p1.1 短接到地 4.可能外部时钟未接 5.因 plcc、pqfp 转换座引线过长而引起时钟不振荡，请 调整参数 6.可能要升级电脑端的 stc isp.exe 软件 7.若仍然不成功，可能 mcu/单片机