毕业设计（论文）-大型粮库无线环境监测系统的设计.pdf

题目大型粮库无线环境监测系统的设计学生姓名张艳学号1213024043所在学院物理与电信工程学院专业班级通信1202班指导教师薛转花完成地点物理与电信工程学院实验室2016年6月5日毕业设计任务书院(系)物理与电信工程学院专业班级通信1202学生姓名张艳一、毕业设计题目大型粮库无线环境监测系统的设计二、毕业设计工作自2015年12月10日起至2016年6月20日止三、毕业设计进行地点:博远楼物理与电信工程学院通信工程系实验室四、毕业设计内容要求：设计目的与意义：随着我国经济的快速发展，作为一个人口大国，对粮食的储存管理显得尤为重要，如何实现对大型粮库的智能化管理也是人们比较关心的问题，所以对大型粮库的无线环境监测系统的研究是非常有必要的。本次设计主要是让学生根据所学专业知识完成大型粮库的无线环境监测系统的设计，提高学生分析问题、解决问题的能力，提高学生的实践应用能力。其具体要求如下：1.要求查阅相关资料，至少确定两种设计方案；2要求自选一种方案完成大型粮库无线环境监测系统的设计；3要求采用软、硬件结合的方式完成系统电路的设计；4.完成系统硬件电路的搭建和系统整体测试，实现大型粮库的无线监测功能，实现智能控制。毕业论文要求：1毕业设计论文撰写要求格式规范，设计思路清晰，条理清楚；2英文文献翻译要求语句通顺流畅，词义准确，用词恰当；3.毕业设计论文内容完整，准确无误，用A4纸张打印。进程安排如下：2016年1月10日-3月15日：查资料，调研，确定方案，并按时在系统中提交开题报告。2016年3月16日-4月25日：对系统硬件电路进行模块化设计，采用编程语言进行软件编程完成硬件电路的仿真；在系统中提交外文翻译；完成中期检查报告。2016年4月26日5月20日：进行系统硬件电路的搭建、调试和测试，完成毕业设计验收。2016年5月21日-5月31日：完成毕业设计论文初稿、定稿和终稿，并在系统中提交。2016年6月1日-6月15日：进行毕业设计答辩，提交毕业设计资料。指导教师系(教研室)通信工程系系(教研室)主任签名批准日期2015年12月20日接受设计任务开始执行日期2016年1月_10日学生签名大型粮库无线环境监测系统的设计作者：张艳（陕西理工学院物理与电信工程学院通信1202班，陕西汉中723001）指导老师：薛转花摘要粮食，是国家和人民的生存之本，粮食的贮藏就显得尤为重要。本课题设计一种大型粮库无线环境监测系统。系统电路以STC89C52作为主控芯片，利用温湿度传感器DHT11采集温湿度数据，烟雾传感器MQ-2采集烟雾浓度，经单片机处理后通过LCD1602显示，若数据超过设定范围就驱动报警电路，启动相对应的设备进行控制调节，并通过GSM模块发送报警短信。经测试，该系统可以实现对粮库的温湿度及烟雾浓度的无线监测，且结构简单、功能稳定、成本低、易于控制。关键词单片机；温湿度传感器；烟雾传感器；LCD1602显示；报警GSMDesignoflarge-scalegranaryenvironmentmonitoringsystemAuthor:ZhangYan(Grade12Class2MajorofCommunicationEngineeringSchoolofPhysicsandtelecommunicationEngineeringofShaanxiUniversityofTechnologyHanzhong723001China)Tutor:XueZhuanhuaAbstractGRAINisthesurvivalofthecountryandthepeoplesothestorageofthefooodisparticularlyimportant.Thissubjectdesignsalarge-scalegranaryenvironmentmonitoringsystem.InthisdesigntheSTC89C52single-chipmicrocomputerwaschosenasmastercontrolchipandthesystemcollectthedatafromthetemperatureandhumiditysensorofDHT11andcollectsmokeconcentrationfromthesmokesensorofMQ-2.AfterprocessingbySTC89C52thesystemcandisplaythedatainLCD1602andthesystemcanalsogiveanalarmwhenthereal-timetemperatureandhumidityexceedssystemsettingrangeandinthemeantimedrivingthecoolingorheatingequipmenttoadjustcurrenttemperatureandhumiditytothesettingrangeitcansendthealarmmessagesthroughtheGSMmodule.Aftertestingthesystemcanrealizethewirelessmonitoringofthetemperaturehumidityandsmokeconcentrationofgranaryandthissystemissimpleinstructurestableinfunctionlowincostandeasytocontrol.KeywordsSTC89C52SensoroftemperatureandhumiditySensorofsmokeLCD1602displayalarmGSM目录1绪论.11.1研究意义.11.2研究现状及发展趋势.11.3设计思路及系统功能.22方案论证与选择.32.1方案设计.32.1.1方案一.32.1.2方案二.32.2方案选择.43硬件电路设计.53.1单片机最小系统设计.53.2温湿度采集模块电路设计.63.3MQ-2烟雾传感器模块电路设计.73.4LCD1602显示模块电路设计.83.5蜂鸣器报警模块电路设计.103.6GSM模块电路设计.113.6.1GSM模块的选择.113.6.2SIM900A模块简介.113.6.3SIM900A模块短信的发送与读取.123.7系统硬件总电路.124系统软件设计.144.1主程序设计.144.2子程序设计.144.2.1数据采集模块子程序设计.144.2.2LCD1602液晶显示模块子程序设计.174.2.3系统中断子程序设计.204.2.4蜂鸣器报警模块子程序设计.214.2.5系统复位子程序设计.214.3STC-ISP的编译和下载.224.3.1STC-ISP的编译.224.3.2STC-ISP下载.225系统硬件的制作与调试.235.1电路仿真.235.2硬件电路制作与调试.255.2.1硬件电路制作.255.2.2硬件电路调试.255.3运行结果及分析.266总结与展望.286.1总结.286.2展望.28致谢.29参考文献.30附录A外文文献原文.31附录B外文文献译文.36附录C系统源程序.40附录D元器件清单.59陕西理工学院毕业设计第1页共60页1绪论粮食，对于国家对于人民的重要性是显而易见的，因此粮食的贮藏就显得尤为重要了。在贮藏过程中，粮食的温度和湿度变化是影响粮食质量的主要因素，为了保证存放在粮库中的粮食不会腐烂变质，就必须使粮库内的温湿度保持在合适的范围内。为了达到以上的要求，必不可少的就是既稳定又精准的粮情监测系统。粮情监测系统是通过计算机检测粮库中粮食的基本温湿度情况，并结合其它粮情信息（如入仓时间、品种、仓型、天气状况等）进行综合分析。利用微机技术对粮库进行监测，用户可方便地构造自己需要的数据采集系统。1.11.1研究意义研究意义在贮藏过程中，粮食的温度和湿度变化是影响质量安全的主要因素。当粮仓内的温湿度超过一定的设定值，粮食易霉变、变质，大量粮食造成浪费和巨大的经济损失。然而，粮堆的热传递是一个缓慢的过程，让人感知力差，需要管理者经常进入令人窒息的谷仓的进行温湿度观察，不断的进行通风，繁重的体力劳动，不仅对人体有很大的伤害，而且不科学，不及时。由于粮食随时可能发生霉变、虫蛀等，所以监测温度和湿度的变化，在谷仓里发现粮食发热点，对减少损失有重要意义。由于经济条件，部分地区对国家粮食储备库还采用粮情监测，传统的人工方式，不及时，不准确。本系统采用DHT11型多功能温湿度传感器，通过温度和湿度信号的微控制芯片ATMEL804采集，判断和处理信号，根据控制制冷器、热水器、除湿机、加湿器的要求启动，从而实现粮仓温湿度自动控制和调节。根据粮食的储存条件，气候条件和目前的仓库管理水平，粮仓温度一般不超过20，湿度不超过30%的相对湿度。该系统可以调节温度和湿度自动1。当温湿度超过规定范围，系统将发出警报，提醒工作人员及时查看温度和湿度条件下，在系统中不能及时和温、湿度自动控制，进行人工干预和调控，可以减少粮食储存不当所造成的经济损失。影响粮食存储安全的最主要因素是粮仓内的温湿度，这就需要有一种有效的、低成本的仪器来实现粮仓实时监测和控制的功能，使得管理人员方便有效地进行监控和操作。这时我们采用单片机对现场进行数据采集，通过采集的数据进行分析（温湿度设定、实时温湿度显示、报警电路）然后通过单片机串行口控制电机启停进行温湿度控制，此时不需要管理人员进入就可以按照要求进行温湿度控制，提高了生产效率，增强了粮仓存储安全，也获得了粮仓的实时管理和自动化。1.21.2研究现状及发展趋势研究现状及发展趋势温度的测量和控制技术在中国的研究始于二十世纪八十年代。我们的工程技术人员在温度测量和控制的技术吸收发达国家技术的基础上，掌握室内温度微机控制技术，该技术仅对温度的单一环境因素的控制。温度的测量和控制在一般的计算机应用设施从消化吸收，到实际的简单应用阶段，综合应用阶段过渡和发展。在技术上，单参数单回路系统由单片机控制的是多数，没有真正意义上的参数综合控制系统，它与发达国家相比有很大的差距的。中国的温度测量和控制的地位还远远没有达到，实际生产中仍有许多问题困扰着我们，有配套的设备能力差，产业化程度低，环境控制水平落后，无法共享硬件，软件资源不足和可靠性差等缺点2。在研究的最初阶段，用湿敏、热敏电阻传感器作为温湿度传感器，来反映粮食温湿度的实时信息，为粮食贮藏提供了参考数据。通过人工测量和记录，根据实际情况对粮食进行干燥、通风，从而防止粮仓内温度和湿度发生异常，这种方法不仅费时费力，而且监控效果不好。近年来，研究人员不断的努力研究以及粮仓监控技术的成熟发展，逐步建立了日益完善的粮仓监控系统。目前，在国内成功的粮仓监控系统的研究有许多不同的类型，组成的系统也各不相同，在粮食内部和外部的温湿度检测和粮仓的监控方面，相比以前有了很大的进步，但仍有很大的发展空间。随着传感器技术和微型计算机的快速发展，在自动检测领域有了巨大的改变，粮仓温湿度自动监测和控制的研究有了显著的进步。近些年来，我国引进了多达16个国家和地区的粮库环境监控系统，吸收了国外先进经验，对推动粮库温湿度自动检测产生了积极的作用，但由于能耗过大、造价过高、陕西理工学院毕业设计第2页共60页品种未能配套，没有达到很好的效果。目前，我国大部分粮仓对于环境温湿度的监测还停留在人工巡回测试水平上，其工作量大、可靠性差。粮食行业“十二五”发展规划纲要指出，“十二五”时期是加快现代粮食流通产业发展的重要战略机遇期，同时保障国家粮食安全也面临着严峻挑战。此发展规划纲要提出了完善粮食仓储设施，如配置必要的粮情检测等设备。而粮库温度监测则是粮食安全的重要保障，所以设计并研制性价比较高的粮库温度监测系统势在必行。1.31.3设计思路及系统功能设计思路及系统功能本课题设计了基于单片机的无线环境监测系统。本系统采用了STC89C52单片机作为主控芯片，用DHT11进行温湿度的采集，无线传输模块GSM实现无线通信，结合外围键控、显示LCD1602、报警等模块组成；系统软件采用C语言编程和KEIL软件编译下载。一个系统只有软硬件兼备，才能够构成一个完整的系统。硬件平台主要是为了更好的接收或者产生一些对系统有用的信号，而软件则是对这些信号进行采集、分析及处理，从而实现系统功能。本设计可以实现下几个功能：（1）利用温湿度传感器、烟雾传感器对粮仓监测点的数据进行采集和存储；（2）系统可通过按键设置温湿度、烟雾浓度的上下限值，并通过显示电路将测得的温湿度、烟雾浓度进行实时显示；（3）系统可将传感器采集的数据和系统预设的温湿度、烟雾浓度的上下限值进行比较，当采集到的数据超出设定范围时，系统可自动报警，并启动相应的调节设备如空调、风机、加湿机等设备，对粮仓环境进行调节；（4）系统可通过GSM模块实现无线通信，使用户能够实时监控粮仓的温湿度及烟雾浓度。陕西理工学院毕业设计第3页共60页2方案论证与选择2.12.1方案设计方案设计温湿度监测系统要满足如下条件：温湿度监测系统能完成数据采集和处理、显示、串行通信、输出控制信号等多种功能。由数据采集、单片机、数据显示、电路报警等部分组成，该测控系统具有实时采集（检测粮库内的温湿度）、实时显示（对监测到的数据进行显示）、实时警报（根据监测的结果，超出预设定的值的进行蜂鸣警告）的功能。传感器的主要部分是实现测量和监控系统，假如传感器内有对测量信号进行准确的追寻和转化，就无法完成对一切数值的测量及调控。在工业生产的过程中，一般都是依赖传感器来测量和调控各种参数，让生产器械和系统在最好的状态下运转，从而实现生产自动化3。.1方案一方案一方案一是利用一台上位机（PC机），下位机（单片机）对多个监测点的温湿度、烟雾浓度进行采集，从而构成两级多点分布式的数据巡回监测系统。此系统运用了RS-232串口通信准则，利用上位机（PC）调控下位机（单片机）对现场数据进行采集，采集的数据不但可以送给PC机处理，由LCD显示，也可以由单片机独自工作，对当前各点的温湿度、烟雾浓度进行实时显示和控制。下位机采用的是单片机基于数字温湿度复合传感器DHT11的系统。此种数字型温湿度传感器可以直接输出数字信号，无需AD转换，直接送入单片机中，然后通过LCD1602显示器显示出温湿度值。单片机将预设的参考值与测量值进行比较，以判定粮仓温湿度是否超出限定值。若超出限定值，系统会通过指示灯和蜂鸣器报警，提醒工作人员。如有必要，管理人员还可以通过按键系统改变单片机内预设的温湿度值，以使系统适应不同地区和不同粮食的温湿度要求。方案一的系统框图如图2.1所示。图2.1方案一系统电路框图.2方案二方案二该方案是由单片机、温湿度传感器DHT11、GSM无线收发模块、LCD显示模块、报警模块等组成。利用单片机控制温湿度传感器，采集温湿度信息后由GSM模块进行数据的无线传输，由单片机去控制液晶实时显示温湿度。方案二的系统框图如图2.2所示。陕西理工学院毕业设计第4页共60页图2.2方案二系统电路框图此方案还设计了报警模块，用户根据储存要求预先输入温湿度报警值到程序中，该值作为系统阈值，DHT11温湿度传感器将监测值传输给单片机，当监测到的数值超出所设定阈值时，驱动蜂鸣器报警并启动相应的调节装置，实现自动控制。2.2.22方案选择方案选择对于方案一的分析，优点：控制简单；缺点：电路复杂，信号抗干扰能力差，容易出现误差且传输距离会受到限制。对于方案二，电路简单，由于使用了GSM模块作为数据传输的方式，数据传输稳定，抗干扰能力强，功能易于实现且传输距离不受环境限制；缺点:电路实现功能较为单一，但是可以通过增加其他模块来实现更多功能来增加其实用性。通过比较和分析上述两种方案的优缺点，选择第二种方案作为本次毕业设计的最终执行方案。陕西理工学院毕业设计第5页共60页3硬件电路设计系统硬件电路主要包括单片机最小系统、温湿度采集、烟雾浓度采集、显示电路、报警电路和GSM等模块的设计。3.3.11单片机最小系统单片机最小系统设计设计本设计使用的是STC89C52单片机。（1）STC89C52简介STC89C52是一种性能高、功耗低的8位微处理器，在系统中具有8K可编程FLASH存储器，和89C51具有相同的产品指令及引脚。片上Flash可实现在系统内编程。在单个的芯片上，含有灵活的8位CPU和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。STC89C52具有以下标准功能：8k字节Flash，256字节RAM，32位IO口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，STC89C52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止4。（2）STC89C52引脚VCC：电源电压输入端。GND：电源地。P0口：P0口是一个8位漏级开路双向IO口，每个引脚可以吸收8路TTL门电流。当P1口的管脚第一次写“1”时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据地址的低八位。在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向IO口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。当P1口管脚被写入“1”时，被定义为高电平，可用作输入，当P1口管脚被写入“0”时，被定义为低电平，将输出电流，这是因为内部上拉的原因。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向IO口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写入“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口的管脚是8个带内部上拉电阻的双向IO口，可接收4个TTL门电流。当P3口管脚被写入“1”时，被定义为高电平，可用作输入端口5。当P1口管脚被写入“0”时，被定义为低电平，P3口可作输出端口，这是因为内部被上拉的原因。当IO口被作为输入端口时，它的工作方式有两种，分别为读引脚和端口。读端口其实并不是从外部获取数据，而是将端口存储器上的数据读入到内部总线上，通过一系列的运算或者是转换之后再重新写到端口的锁存器里。因此，要想将外部的数据读到内部总线上，只有通过读端口才能实现。89C52的P0、P1、P2、P3口被用作输入口时，是准双向口。排除P1口，P0、P2、P3口还有一些其他的特性。XTAL1：片内振荡器反相放大器和时钟发生器的输入端。XTAL2：片内振荡器反相放大器的输出端。PSEN：为外部程序存储器选通信号，低电平有效。在由外部程序存储器读取指令期间，每个机器周期两次PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的PSEN信号将不会出现。RST：是复位输入端，高电平有效。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。陕西理工学院毕业设计第6页共60页EAVPP：为外部程序存储器访问允许。当EA保持在低电平时，则在这个过程中外部程序存储器，无论有没有是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，EA将内部锁定为RESET；当EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚需用于施加12V编程电源（VPP）。ALEPROG：地址锁存允许编程脉冲信号端。如果需要访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的低位字节。在FLASH进行编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。（3）单片机的最小系统单片机主控制电路即包括了单片机的时钟电路和复位电路。本设计采用的是内部时钟电路。RST引脚是单片机复位端，高电频有效。在引脚端输入至少连续两个单片机周期的高电频，单片机复位。使用时，在引脚与VSS引脚之间接一个10K的下拉电阻，与VCC引脚之间接一个约10F的电解电容，便可确保上电复位。晶振在单片机电路中起着非常重要的作用，根据单片机的内部电路，产生所需要的时钟信号。晶振是通过一种特别的晶体，当电能和机械能互相转换时，产生共振，从而为系统提供平稳的单频震荡和时钟信号。XTAL1和XTAL2是外接时钟电路的接入端，C1、C2为负载电容，Y1为12MHz（11.059MHz）的晶振。本系统中采用11.0592MHz的晶振，因为对系统的精度有所要求。如图3.1所示。图3.1单片机的最小系统3.3.22温温湿度采集模块电路设计湿度采集模块电路设计传感器是实现测量的主要环节，也是监测系统的关键部件。如果没有传感器对测得的信号准确的捕获和转换可靠，一切都将无法实现准确的测量和控制。生产过程的自动化测量和控制，主要依靠各种传感器来检测和控制生产过程中的各种参数，使设备和系统的正常运行在最佳状态，从而保证高效率和高质量。本次毕业设计中采用的是DHT11传感器。DHT11是一款温湿度一体化的数字传感器，它直接采集的是数字信号。传感器的内部含有一个测温元件和一个测湿元件，并与单片机相连，所以此产品具有抗干扰能力强，响应速度快，性能稳定等特点。DHT11采用了单线制的串行接口，使得系统的陕西理工学院毕业设计第7页共60页集成变得非常简单。由于传感器体积小，功耗低的缘故，信号的传输距离超过20米，甚至可以应用于环境苛刻的场合。DHT11传感器实物如图3.2所示。图3.2DHT11传感器实物图DHT11外围是4排单针引脚封装，而且可以根据用户的需求，可采取特殊的封装方式。该产品可以用于暖通空调、测试及检测设备、汽车、数据记录器、消费品、自动控制、湿度调节器及医疗等应用领域。建议连接线长度小于20米时采用5K上拉电阻大于20米时根据实际情况采用合适的上拉电阻。DHT11的供电电压为35.5V。传感器上电后，需要等待1s以越过不稳定状态，在此期间不需要发送任何指令。电源引脚（VDD，GND）之间可增加一个100nF的电容，用作去耦滤波7。DHT11芯片引脚图，如图3.3所示。图3.3DHT11芯片引脚图温度影响气体的相对湿度，因此在测量湿温时，应尽可能保证湿度传感器在同一温度下工作。如果与释放热量的电子元件共用一个印刷线路板，在安装时应尽可能将DHT11远离电子元件，并安装在热源下方，同时保持外壳的良好通风。为降低热传导，DHT11与印刷电路板其它部分的铜镀层应尽可能最小，并在两者之间留出一道缝隙。光线长时间暴露在太阳光下或强烈的紫外线辐射中，会使性能降低。而且DATA信号线质量会影响通讯距离和通讯质量所以推荐使用高质量屏蔽线8。3.33.3MQ-2MQ-2烟雾传感器模块电路设计烟雾传感器模块电路设计MQ-2传感器所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡(SnO2)。MQ-2气体传感器对液化气、丙烷、氢气的灵敏度高，对天然气和其它可燃蒸汽的检测也很理想。当传感器周围的环境中存在可以燃烧的气体时，若空气中的可燃气体浓度增加，传感器的电导率也会随之增加。在系统电路中，可以将传感器电导率的变化转换成与烟雾浓度相对应的输出信号。烟雾传感器MQ-2实物陕西理工学院毕业设计第8页共60页图如图3.4所示。图3.4烟雾传感器MQ-2实物图MQ-2烟雾传感器采集的烟雾浓度是模拟量，而单片机只能处理数字信息，因此烟雾传感器需要连接一个模拟转换器ADC0832将模拟信号转换为数字信号后传给单片机处理。烟雾传感器与单片机的接口电路如图3.5所示。图3.5烟雾传感器MQ-2与单片机的接口电路图3.3.44LCD1602LCD1602显示模块显示模块电路设计电路设计LCD1602是一种字符型液晶显示模块共可以显示2行16个字符，每个字符是由58点阵组成的字符块集。字符型液晶显示模块由字符型液晶显示屏（LCD），控制驱动主芯片SPLC780C及其扩展驱动芯片SPLC1OO，配以少量外围点阻电容元件等装配在PCB板上而成。LCD1602采用COB工艺制作，结构稳定，使用寿命长。LCD1602应用于智能仪器仪表通讯办公自动化以及军工领域11。LCD1602主要技术参数：显示容量为162个字符；芯片工作电压为4.55.5V；工作电流为2.0mA（5.0V）；模块最佳工作电压为5.0V；字符尺寸为2.954.35（WH）mm。主要特性:8位并行数据接口，适配M6800系列时序可选4位并行数据方式，具有字符发生器ROM，含10880位192种58点字体字符64种510点字体字符，具有字符发生器RAM，含512位8种58点字体字符。LCD1602接口说明如下表3.1所示。表3.1模块接口说明管脚序名称电平功能描述1VSS0V电源地2VCC5.0V电源输入陕西理工学院毕业设计第9页共60页4RSHLRS=H表示DB0-DB7为显示数据RS=L，表示DB0-DB7为指令5RWHLRW=H数据被读到DB9-DB7RW=L数据被写到DB9-DB76EHHL使能信号7DB0HL数据线8DB1HL数据线9DB2HL数据线10DB3HL数据线11DB4HL数据线12DB5HL数据线13DB6HL数据线14DB7HL数据线15BLA5.0V背光正极(LEDKBLK)16BLK0V背光负极(LEDABLA)LCD1602采用标准的14脚接口，其中第1脚：VSS为地电源。第2脚：VDD接5V正电源。第3脚：VEE为液晶显示器对比度调整端。第4脚：RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。第5脚：RW为读写信号线，当高电平时，执行读操作，当为低电平时，执行写操作。当RS和RW都为“0”时，执行写入指令或者显示地址，当RS为“0”RW为“1”时读取忙信号，当RS为高电平RW为“0”时写入数据。第6脚：E端为使能端，当E端从“1”变成“0”时，LCD1602显示模块执行命令12。第7-14脚：D0-D7为8位双向数剧端口。液晶显示屏引脚图如图3.6所示。图3.6LCD显示屏引脚图（1）最大工作范围：逻辑工作电压（VDD）4.5V-5.5，电源地（VSS）0V，LCD驱动电压（Vop）-0.2V+0.3V。（2）电气特性：输入高电平(Vih):2.2VDD，输入低电平(Vil):-0.3V0.6V，输出高电平(Voh):2.4VVDD，输出低电平(Vol):0.4VMax。1602液晶模块的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过对指令进行编程来实现的，模块内部的控制器有11条控制指令。11条控制指令的功能如表3.2所示。表3.2控制指令表陕西理工学院毕业设计第10页共60页序号指令RSRWD7D6D5D4D3D2D1D01清显示00000000012光标返回0000000013置输入模式00000001IDS4显示开关控制0000001DCB5光标或字符移动000001SCRL6置功能00001DLNF7置字符发生存贮器地址0001字符发生存贮器地址8置数据存贮器地址001显示数据存贮器地址9读忙标志或地址01BF计数器地址10写数到CGRAM或DDRAM10要写的数据内容11从CGRAM或DDRAM读数11读出的数据内容3.3.55蜂鸣器蜂鸣器报警报警模块电路设计模块电路设计在微机控制系统中，针对生产中的安全起见，对一些重要的参数或系统的一部分设置紧急报警系统，以提醒操作员或采取应急措施。其方法是将传感器采集到的数据进行处理、数字滤波，标度变换后，与给定的上限和下限值的参数进行比较，若高于上限或低于下限值报警，否则就作为采样的正常值，进行显示和控制。蜂鸣器的作用：蜂鸣器是电子声学结构的整合，采用直流电压供电，广泛应用于电脑、打印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、复印机、电话、定时器等电子产品作为发生元件。蜂鸣器的分类：蜂鸣器主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种。蜂鸣器的电路图形符号：蜂鸣器在电路中用字母“H”或“HA”表示。由于蜂鸣器的工作电流一般比较大，以致于单片机的IO口是无法直接驱动的，所以要利用放大电路来驱动，一般使用三极管来放大电流就可以了。蜂鸣器工作原理是为在温湿度测量中对温湿度的上下限超出是的提示报警，接口位于单片机STC89C52的P1.1口，P1.1接晶体管基极输入端。当P1.1输出高电平“1”时，晶体管导通，蜂鸣器两端获得约+5V电压而鸣叫；当P1.1输出低电平“0”时，三极管截止，蜂鸣器停止发声14。如图3.7所示。陕西理工学院毕业设计第11页共60页图3.7三极管驱动的峰鸣音报警电路本设计是对粮仓环境的检测，当粮仓温湿度或烟雾浓度过高时报警装置起作用，由单片机送信号给管理员，方便在事故发生时人们采取一些紧急的措施，因此当数据超过一定值时要求有报警提醒。本次设计选用蜂鸣器作为报警系统的主要元件，蜂鸣器控制端口通过三极管和电阻接到单片机P1.1端口上，是一个简单的使用三极管驱动的峰鸣音报警电路。3.3.66GSMGSM模块电路设计模块电路设计.1GSMGSM模块的选择模块的选择方案一：采用SIM340SIM340中GSMGPRS模块应用于WLL，M2M和手持设备的GSMGPRS模块。SIM340是小体积即插即用模块中完善的四频GSMGPRS解决方案使用工业标准界面，使得具备GSMGPRS85090018001900MHz功能的SIM340以小尺寸和低功耗实现语音、SMS、数据和传真信息的高速传输。SIM340的优良性能让它应用于许多方面，例如WLL、M2M、手持设备等。四频GSMGPRS模块，外形尺寸40mmx33mmx2.85mm。支持用户定制的MMI和LCD内嵌强大的TCPIP协议栈。方案二:采用SIM900A。SIM900A是一款尺寸紧凑型、高可靠性的无线模块，采用SMT封装的双频GSMGPRS模块解决方案，采用功能强大的处理器ARM9216EJ-S内核，能满足低成本、紧凑尺寸的开发要求。可以内置客户应用程序。SIM900A的GSMGPRS使用工业标准界面，使得具备GSMGPRS9001800MHz功能的SIM900A以小尺寸和功耗低实现语音、SMS、数据信息的快速传输。SIM900A能满足M2M几乎所有应用要求，尤其是小巧、紧凑型的设计。其物理尺寸为：24mmx4mmx3mm。设计此系统的是基于短消息方式，简单、方便使用、价格低廉的实用性系统，因此我们选SIM900A。两者功能相似，SIM340在相同技术领域相对SIM900A更胜一筹，但对本系统而言SIM900A性价比更高。6.2SIM900ASIM900A模块简介模块简介GSM通信模块是数据传输的通信核心。SIM900A可以快速安全可靠地实现系统方案中的数据、语音传输、短消息服务(ShortMessageService)和传真。SIM900A是一个2频的GSMGPRS模块，工作的频率为：EGSM900MHz和DCS1800MHz。SIM900A支持GPRSmulti-slotclass10class8（可选）和GPRS编码格式CS-1CS-2CS-3andCS-4。SIM900A的物理接口是68个贴片焊盘，用作无线模块和电路板之间的硬件接口。核心串口和调试串口能协助用户进行一系列的开发应用。SIM900A内嵌TCPIP协议，扩展的TCPIPAT命令让用户能够很容易使用TCPIP协议，这些在用户做数据传输方面的应用时非常有用。模块的工作电压为3.44.5V。该模块有AT指令集接口，支持文本和PDU模式的短消息等。常用工作模式有正常工作、掉电陕西理工学院毕业设计第12页共60页模式、最小功能模式等模式。全功能UART接口，天线连接器和天线焊盘。SIM900A是紧凑型、高可靠性的无线模块，采用SMT封装的双频GSMGPRS模块解决方案，采用功能强大的处理器ARM9216EJ-S内核，能满足低成本、紧凑尺寸的开发要求。通过AT命令控制（GSM07.07，07.05和增强AT命令）GSM无线传输模块与单片机接口电路如图3.8所示。图3.8GSM无线传输模块与单片机接口电路6.3SIM900ASIM900A模块模块短信的发送与读取短信的发送与读取短信发送：我们用到AT+CMGS指令来进行短信的发送，当发送短信的时候，我们先进行设置：“GSM”字符集（AT+CSCS=“GSM”），（AT+CMGF=1）如果我们要给手机送一条信息，只需要发送：AT+CMGS=，然后返回：，此时我们编辑我们需要发送的内容：SIM900ATEST。在发送完内容以后，最后用HEX格式独自发送：1A（即0X1A），即可启动一次短信发送.注1：0X1A“CTRL+Z”的键值，即用于告诉SIM900A，要执行发送操作。另外还可以发送：0X1B，即“ESC”的键值，用于告诉SIM900A，取消本次操作，不执行发送。稍等片刻，在短信成功发送后，模块返回如：+CMGS:156，的确认信息，表示短信成功发送。短信读取：发送AT+CMGF=1，设置为文本模式，然后发送：AT+CSCS=“GSM”，设置GSM字符集，然后发送：AT+CNMI=21，设置新消息提示。接着，我们用别的手机发送一条英文短信“SIM900AModule”到我们的模块上（如果不知道模块号码，可以发送：AT+CNUM，查询模块号码）。模块接收到短信后，会提示如：+CMTI:“SM”2，表明收到了新的短信，存放在SIM卡位置2。然后，我们发送AT+CMGR=2，即可读取该短信。3.3.77系统硬件总电路系统硬件总电路系统硬件电路主要包括单片机最小系统、温湿度采集、烟雾浓度采集、显示电路、报警电路和GSM等模块，系统硬件原理图如图3.9所示。陕西理工学院毕业设计第13页共60页图3.9系统原理图陕西理工学院毕业设计第14页共60页4系统软件设计4.14.1主程序设计主程序设计根据基于单片机系统设计要求，软件设计的主程序流程图如图4.1所示。图4.1主程序设计流程图主程序先设置堆栈，堆栈完后清标志，清除暂时存储的数据，最后再清显示的数字，然后进行LCD初始化，扫描键盘之后进行温湿度、烟雾浓度采集，最后显示采集到的数据，并与之前预定的数值比较，若超过预定数值，蜂鸣器报警，并通过无线传输GSM模块发送报警短信。此系统可循环进行数据采样，使得可以隔一段时间进行数据的显示更新。4.24.2子程序设计子程序设计软件设计主要分为数据采集模块子程序、LC