室内监控微机监控装置设计.doc

编号： 毕业设计(论文)说明书题 目：室内监控微机监控装置设计摘 要在我们人类的日常生活中，温度和湿度是以及二氧化碳的浓度与我们的生活息息相关，影响着日常生活工作的方方面面，在天气预报，农业生产，工业生产等多个领域有着重要的应用。中国农业的发展必须走现代化农业这条道路，随着国民经济的迅速增长，农业的研究和应用技术越来越受到重视，特别是温室大棚已经成为高效农业的一个重要组成部分。本设计以单片机为核心，对温室的温度湿度和二氧化碳浓度经行采集。主要器件分别应用MG811二氧化碳传感器和AM2302温湿传感器对温度湿度经行采集。单片机通过对传感器采集到的模拟量，再经过AD转换后显示在液晶模块12864上，并可以对温度湿度的范围经行设定，高出或者低于这个范围会有相应的指示灯显示，用以模拟加热除热等步骤。软件部分的主要工作是使温湿度传感器得到的温湿度数值与单片机之间正确的进行信号的周期性采集与传送，之后进行与设定值的比较，做出判断来控制硬件电路的指示灯的显示。关键词：单片机 液晶显示 传感器 温度控制AbstractIn our human daily life, temperature and humidity, and the concentration of carbon dioxide affects all aspects of daily life and work, in the weather forecast, agriculture, industry, and other fields have important applications. The development of Chinese agricultural modernization of agriculture must go this way, along with the rapid growth of the national economy, agricultural research and application technology is more and more attention, especially greenhouse canopy has become efficient agriculture is an important part of.This design with the Single-chip microcomputer as the core, greenhouse on the temperature inside the humidity and carbon dioxide concentration .The main components were applied MG811 carbon dioxide sensor and AM2302 grain to temperature humidity sensor the line acquisition. SCM through to the simulation of sensors to collect to quantity, and then after that AD transform in LCD module on 12864, and to the range of temperature humidity the line setting, or less than the range will be higher than the corresponding indicator shows in order to simulate heating except hot steps. Software of the main job is to get the temperature and humidity of the temperature and humidity sensor numerical and between the microcontroller right of periodic signal collection and transmission, after the comparison of the value and, make a judgment to control the hardware circuit of the indicator light show Key words: SMC; liquid crystal display; sensor; temperature control桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 - II -目 录引言11 概述21.1 研究背景21.2 发展状况21.3 设计要求31.4 设计思路32 系统分析42.1 温室大棚的温度湿度二氧化碳的特点42.2 系统总体设计原则42.3传感器的种类52.3.1二氧化碳传感器：52.3.2温度传感器52.3.3湿度传感器62.4 传感器的选型及其介绍72.4.1 CO2检测模块72.4.2温度湿度传感器102.4.3单片机的选择132.4.4 12864液晶显示屏的指令集172.5 系统最终方案193 硬件的制作203.1 功能模块介绍203.1.1按键模块：203.1.2 LED灯指示模块：203.1.3显示模块213.1.4单片机最小系统213.2 温湿度调节模拟：223.3 电路板制作过程223.3.1硬制电路板图形223.3.2腐蚀电路板233.3.3钻孔与焊接233.4 硬件制作小结244 软件程序设计254.1 语单片机语言254.2 设计主流程图254.3 温湿度及二氧化碳采集函数264.4 显示程序284.5 数据处理子函数284.6 按键扫描程序294.7 调试和校准295 总结与展望305.1 总结305.2 展望30谢 词31参考文献32附 录33 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 54 页 共 55 页引言在我们人类的整个发展进程中，我们从未停止过对自己生活环境的了解。环境监测是指人们对影响人类和其他生物生存和发展的环境质量状况进行监视性测定的活动。它是通过对环境质量某些代表值进行长时间监视、测定，以掌握环境质量的好坏。温度、湿度、二氧化碳等物理量的检测对于植物的生长有着重要意义，本设计就是基于这个物理量的检测，结合温室种植所需的条件，进行监控和调节。该设计通过单片机为核心配合温湿度及二氧化碳浓度传感器使用，在温室环境下对温度湿度二氧化碳进行检测和控制。将传感器采集来的数字量模拟量经过单片机处理，显示在液晶显示屏上。并由软件控制设定各物理量的值的范围，再超出或低于范围的值后进行模拟控制，由LED灯模拟相应的控制动作，以实现对整个温室的监控。1 概述1.1 研究背景在我们人类的日常生活中，温度和湿度是以及二氧化碳的浓度与我们的生活息息相关，影响着日常生活工作的方方面面，在天气预报，农业生产，工业生产等多个领域有着重要的应用。随着国民经济的迅速增长，农业的研究和应用技术越来越受到重视，特别是温室大棚已经成为高效农业的一个重要组成部分。现代化农业生产中的重要一环就是对农业生产环境的一些重要参数进行检测和控制。例如：空气的温度、湿度、二氧化碳含量等。在农业种植问题中，温室环境与作物的生长、发育、能量交换密切相关，进行环境测控是实现温室生产管理自动化、科学化的基本保证，通过对监测数据的分析，结合作物生长发育规律，控制环境条件，使作物达到优质、高产、高效的栽培目的。以蔬菜大棚为代表的现代农业设施在现代化农业生产中发挥着巨大的作用。大棚内的温度、湿度与二氧化碳含量等参数，直接关系到蔬菜和水果的生长。国外的温室设施已经发展到比较完备的程度，并形成了一定的标准，但是价格非常昂贵，缺乏与我国气候特点适应的测控软件。而当今大多数对大棚温度、湿度、二氧化碳含量的检测与控制都采用人工管理，这样不可避免的有测控精度低、劳动强度大及由于测控脱节，不够及时等弊端，容易造成不可弥补的损失，结果不但大大增加了成本，浪费了人力资源，而且很难达到良好的效果。因此，为了实现高效农业生产的科学化并提高农业研究的准确性，推动我国农业的发展，必须大力发展农业设施与相应的农业工程，科学合理地监测大棚内温度、湿度及二氧化碳浓度的变化，并实时调节大棚内温度、湿度以及二氧化碳的含量，使大棚内形成有利于蔬菜，水果生长的环境，是大棚蔬菜和水果早熟、优质、高效益的重要环节。1.2 发展状况当下的科研方向为多元检测，高集成，高人性化。物联网的诞生更使得当下的一些传统物理量检测更为集成化，从感知层到网络层到应用层的互动性加强，使得检测到具体的措施实施更为连贯统一。从传感器获得的海量信息中分析、加工和处理出有意义的数据，以适应不同用户的不同需求，发现新的应用领域和应用模式。目前这一领域全球的发展迅速，相对而言美国的物联网智能技术是比较成熟的，他们已经将物联网技术作为一种大力推广的商业形式，并且现在正在不断完善这个商业模式。在我们中国，物联网技术则主要集中在比较发达的沿海城市，以及些许内陆城市。但是现在我国的物联网技术以及不在单单是一种新型的技术，它已经上升到了一种国家战略的层次上。所以物联网技术要一种更见广泛、更加智能化的模式全国各个角落。物联网在农业中的主要应用体现在设施农业中。对温室各项参数的监测是目前研发的热点，并取得了很好的成果。 “农用通”就是我国农用物联网技术的典范，已在全国六省市得到了广泛应用，是2010年中国特色农产品博览会上的金奖产品。它由传感器、无线采集器、智能网关、无线控制器、监控管理系统5个基本部件组成，可采集空气温度、空气湿度，土壤温度，土壤湿度，光照强度，二氧化碳浓度6种常用环境参数，结合3G通讯技术、图像监测技术，对温室环境进行有效地监测控制，节省成本，增产增收。也是我国大力扶植农业实现科学发展观，实现跨越式发展的又一新举措。1.3 设计要求（1）查阅文献选择一种需要控制环境参数的室内场合，确定环境参数的具体控制要求。（2）设计监控装置的系统和功能，方案比较并设计硬件电路，使其可以测量温度、湿度、CO2浓度三种参数，就地以数字形式显示，显示精度为0.1个单位。（3）设计温度、湿度调节系统的原理使其实现需要的控制功能。（4）学有余力的设计PC机与装置通信接口，在PC机上显示测量数据。1.4 设计思路采集部分键盘部分显示部分单片机控制部分根据设计要求所需测量的三个物理量，在温室大棚中的应用较为频繁和集中，所以选择了温室大棚作为测量环境。选用符合精度要求的传感器，由测量温度、湿度、二氧化碳浓度的各类传感器将需要测得的物理量送人单片机。由单片机将采集来的信号转换为数字量，显示在显示屏上，并与设定值进行比较。在超出了设定范围后给予相应LED灯显示来模拟进一步加热降温加湿剪湿等控制的措施。初步的设计结构方案如下：图1-1初步设计方案图2 系统分析2.1 温室大棚的温度湿度二氧化碳的特点温湿度：适宜的土壤温湿度是农作物生长的重要环境条件,它不仅直接影响农作物根系的生长发育以及土壤微生物的活动，而且土壤温湿度的变化还可以改变土壤中水分的运动，造成灌溉的困难。因此人们必须对土壤温湿度进行采集并加以控制 ,使之保持在一定范围之内，以适应农作物的生长。二氧化碳：主要农业生产中是一个直接影响植物光合作用的因素，所以若是在温室大棚中，二氧化碳的浓度直接影响植物的生长。一定范围内，二氧化碳的浓度越高，植物的光合作用也越强，因此二氧化碳是最好的气肥。美国科学家在新泽西州的一家农场里，利用二氧化碳对不同作物的不同生长期进行了大量的试验研究，他们发现二氧化碳在农作物的生长旺盛期和成熟期使用，效果最显著。在这两个时期中，如果每周喷射两次二氧化碳气体，喷上45次后，蔬菜可增产90%，水稻增产70%，大豆增产60%，高粱甚至可以增产200%。 下面我们以葡萄温室和黄瓜、番茄温室为例，介绍其生长参数： 葡萄温室： 1、在冬季休眠期约90多天需保持温室内温度为5。休眠期以后白天需控制温室内温度为25-30，夜间需控制在15-18。 2、湿度需保持在50-75%不能超过95%。 3、二氧化碳浓度在上午日出后到10点左右保持在1000PPM左右。 黄瓜、番茄温室： 1、在苗期需保持温室内温度在13-15，定植后白天上午应保持在25-28，下午应保持在20-25，夜间应保持在15-18。 2、湿度黄瓜在白天保持在70-75%，夜间保持在85-90%；番茄白天保持在65-75%，夜间保持在75-85%。3、二氧化碳浓度在上午日出后到10点左右保持在1000PPM左右。 2.2 系统总体设计原则系统在工作时，必须保证其能稳定的进行数据传输，保证其可靠性。所以在设计时应遵循一定的原则：可靠性 可靠性是一个成功系统的前提，系统要想保证其运行时的稳定性就需要在设计时要考虑到其系统的可靠性，为了保证其可靠性，需从下面几个方面着手：对元器件的精心选择，原理图的电气性设计，程序的优化，整体的布局，一些保护措施的设计。易于维护 维护是系统寿命的延续。系统的维护是系统运行到一定时间段后无可避免的工作，所以在设计系统的时候应该做到：软件和硬件成模块化，规范设计方法。协调性 协调是一个系统顺畅运行的保障，一个协调的系统在工作时，体现出来的是行云流水一般的现象。要使系统协调，应该着手与下面工作：软件和硬件在各自模块上协调，同时在整体上也要协调。平衡的处理软硬的行程。2.3传感器的种类2.3.1二氧化碳传感器：目前检测二氧化碳的方法主要有化学法、电化学法、气相色谱法、容量滴定法等，这些方法普遍存在着价格贵，普适性差等问题，且测量精度还较低。而传感器法具有安全可靠、快速直读、可连续监测等优点。目前各种检测用的二氧化碳传感器主要有固体电解质式、钛酸钡复合氧化物电容式、电导变化型厚膜式等，这些传感器存在对气体的选择性差、易出现误报、需要频繁校准、使用寿命较短等不足。目前比较流行的是红外式二氧化碳传感器而红外吸收型二氧化碳传感器具有测量范围宽、灵敏度高、响应时间快、选择性好、抗干扰能力强等特点。为此本设计采用红外吸收型二氧化碳传感器，整个电路设计力求简单易用，快速直读，价格低廉。2.3.2温度传感器温湿度传感器，现在基本上分为两大类型：一.模拟信号输出的传感器；二.集成数字信号输出的传感器。这两个类型的传感器基本上是现今温湿度采集系统的选择。而这当中这两个类型的传感器又各有特点。温湿度传感器，有集温度和湿度为一体的传感器，而更多的是分别的温度传感器和湿度传感器。集温湿度为一体的传感器几乎都是数字型的。集成的数字信号输出的传感器有其重要的特点，在采集温湿度之后其输出就是单片机能够识别处理的数字信号，而不需要中间的信号放大，A/D转换等环节，而且有些集成的数字温湿度传感器已经对在常规环境下的输出已经做好校准，在一般的使用当中无需调试和重新设定。但是这种集成数字温湿度传感器的输出较之用模拟信号输出再进行模数转换的温湿度传感器其精度就有所降低。而这些区别就是模拟输出与数字输出传感器间的区别。模拟输出的传感器在使用过程当中，因数据传送线的关系，需要做好补偿措施。并且需要放大和转换电路的配合。模拟信号输出的温度传感器温度的检测方法有多种，采用的温度传感器常用的有电阻式、热电偶式、PN结型、辐射型及石英谐振型等。它们都是基于温度变化引起其物理参数 (如电阻值 ，热电势等 )的变化的原理，再通过一定的函数关系式将电信号的变化转化为温度的变化。下面介绍几种常见的温度传感器。电阻温度传感器：这种传感器以电阻作为温度敏感元件，根据敏感材料不同又可分成热电阻式和热敏电阻式。热电阻式一般用金属材料制成,如铂、铜、镍等。热敏电阻是以半导体材料制成的陶瓷器件,如锰、镍、钴等金属的氧化物与其它化合物按不同配比烧结而成。热敏电阻具有体积小、灵敏度高、反应速度快、分辩率高等优点,在各个领域广泛用作测温控温及温度补偿的敏感元件。热敏电阻温度传感器的缺点是线性度低、稳定性差。热电偶温度传感器：热电偶测温是基于“热电动势效应”的原理。所谓热电动势效应是指A,B两种不同的导体组成闭合回路,若两结点温度不同则在回路中产生电动势,形成热电流.若A、B两导体的结点(热端)温度为T,而另一端(冷端)温度为T0,则热电动势为：E(T,T0)=(T-T0)(lnNA/Nb)k/e其中 k为波尔兹曼常数,e为电子电荷,NA, Nb为与材料有关的常数。测量E(T,T0)的大小便能确定被测温度T。PN结型及集成电路式温度传感器：半导体PN结测温是近几年来发展起来的一种新型测温手段。集成电路温度传感器具有体积小、重量轻、精度高等特点,测温范围在-50150,也正好是最常见的温度范围。文献报导的一种电流输出型温度传感器在020内灵敏度可达1.06A/,线性误差不超过0.2,稳定性为0.02/4h。2.3.3湿度传感器基本上可分为电阻式和电容式两种：电容式湿敏元件的优点在于响应速度快、体积小、线性度好、较稳定,国外有些产品还具备高温工作性能。但是达到上述性能的产品多为国外名牌,价格都较昂贵。市场上出售的一些电容式湿敏元件低价产品 ,往往达不到上述水平,线性度、一致性和重复性都不甚理想,30%RH以下,80%RH以上感湿段变形严重。有些产品采用单片机补偿修正,使湿度出现“阶跃”性的跳跃 ,使精度降低,出现一致性差、线性差的缺点。无论高档次或低档次的电容式湿敏元件,长期稳定性都不理想,多数长期使用漂移严重,湿敏电容容值变化为pF级,1%RH的变化不足0.5pF,容值的漂移改变往往引起几十RH%的误差,大多数电容式湿敏元件不具备40以上温度下工作的性能,往往失效和损坏。电容式湿敏元件抗腐蚀能力也较欠缺,往往对环境的洁净度要求较高,有的产品还存在光照失效、静电失效等现象,金属氧化物为陶瓷湿敏电阻,具有湿敏电容相同的优点,但尘埃环境下,陶瓷细孔被封堵元件就会失效,往往采用通电除尘的方法来处理,但效果不够理想,且在易燃易爆环境下不能使用,氧化铝感湿材料无法克服其表面结构“天然老化”的弱点,阻抗不稳定,金属氧物陶瓷湿敏电阻也同样存在长期稳定性差的弱点。电阻型的湿敏温度传感器重要的一种是氯化锂湿敏电阻,具有最突出的优点是长期稳定性极强,因此通过严格的工艺制作,制成的仪表和传感器产品可以达到较高的精度,稳定性强是产品具备良好的线性度、精密度及一致性,是长期使用寿命的可靠保证。氯化锂湿敏元件的长期稳定性其它感湿材料尚无法取代。之上所介绍的温度传感器和湿度传感器都有一个共同的特点，那就是它们的数据信号的输出都是微弱的模拟信号电流或者电压，即是电流型的或者是电压型的。一般情况下温度和湿度的变化都是很微小的，因此需要进行发大和进行模数转换才能与单片机系统进行必要的数据交换。2.4 传感器的选型及其介绍基于设计原则和具体设计的要求作出如下选择。2.4.1 CO2检测模块（1）选择原因及概述二氧化碳的检测采用MG811传感器对其进行采样，因为这个最为经济。.由MG811二氧化碳传感器特点对CO2有良好灵敏度和选择性受温湿度的变化影响较小良好的稳定性、再现性（2）应用用于高精度的 二氧化碳浓度测试（3）结构及测试电路 元件结构及测试电路如下图。传感器由固体电解质层（1），金电极（2），铂引线（3），加热器（4），陶瓷管（5），100目双层不锈钢网（6），镀镍铜卡环（7）， 胶木基 图2-1MG811（4）规格 表2-1MG811的规格参数符号参数名称技术条件备注VH加热电压6.00.1 VAC or DCRH加热电阻30.05%室温IH加热电流约200mAPH加热功耗约1200mWTao使用温度-2050Tas储存温度-2070D E M F输出信号3050mV35010000ppmCO2（5）1-1mg811型传感器工作原理本传感器采用固体电解质电池原理，由下列固体电池构成：空气，Au|NASICON|碳酸盐|Au，空气，CO2当传感器置于CO2气氛中时，将发生以下电极反应：负极：2Li + + CO2 + 1/2O2 + 2e - = Li2CO3正极：2Na+ + 1/2O2 + 2e- = Na2O总电极反应：Li2CO3 + 2Na + = Na2O + 2Li + + CO2传感器敏感电极与参考电极间的电势差（EMF）符合能斯特方程：EMF = Ec - (R x T) / (2F) ln (P(CO2)上式中：P(CO2)CO2分压Ec常量R气体常量 T绝对温度（K）F法拉第常量在图2-2中，元件加热电压由外电路提供，当其表面温度足够高时，元件相当于一个电池，其两端会输出一电压信号，其值与能斯特方程符合得较好。元件测量时放大器的阻抗须在1001000G之间，其测试电流应控制在1pA以下。图2-2MG811二氧化碳传感器的结构图及电路图（6）灵敏度特性：图2-3MG811的灵敏度特性曲线由此图可知MG811的测量范围是在二氧化碳浓度位350-10000ppm这个区间内。温湿度特性：当二氧化碳浓度为350ppm,温度为28、相对湿度为65%时,取EMF=346mv,再由其灵敏度曲线得出二氧化碳浓度与输出电压之间的关系如下：表2-2二氧化碳浓度与输出电压之间的关系CO2浓度（ppm）EMF(mv)EMF(mv)35034604003242260031432800308381000304422000293533000287594000281656000274728000268781000026482其中EMF为传感器的输出电压值。则可以根据上表分段计算二氧化碳浓度值如，传感器输出电压值为EMF=35，电压落在区间32-38mv；相应的二氧化碳浓度值落在区间600-800ppm,则可求出其实际值为600+（800-600）*（35-32）/（38-32）；（7）工作温度：28、相对湿度：65%、氧气浓度：21% 2.4.2温度湿度传感器（1）选择原因：由于题目要求精确度为0.1所以选用了AM2302（2）AM2302的外形图，外形尺寸图，接线图。 图2-4AM2302 图2-5AM2302的外型尺寸图2-6AM2302 接线图（3）引脚的分配及功能表2-3 AM2302引脚分配引脚颜色名称描述1红色VDD电源（3.3-5.5v）2黄色SDA串口数据双向口3蓝色GND地4白色SCl穿行时钟，输入口电源引脚（VDD GND）AM2302的供电电压范围是3.3-5.5v，建议供电电压为5V。出行时钟输入（SCL）SCL信号线用于传感器通信方式的选择及I2 C通信时的时钟线。当上电时SCL保持电平500ms甚至一直保持低电平，表示用户选择单总线方式通信；选择通式方式后在通电期间传感器通信方保持不变；如果要改变通信方式用于微处理器与A梦302之间的通讯同步。串行数据（SDA）SDA引脚的三态架构，用于读、写传感器数据。（4）典型电路图图2-7AM2302的典型电路（5）相关参数分辨率:温度16Bit 湿度16Bit精确度：0.1数值的计算:单总线校验实例：假设接受到的40位数据位：0000 0010 1001 0010 0000 0001 00001101 1010 0010湿度高八位 湿度低八位 温度高八位 温度低八位 校验位 0000 0010+1001 0010 +0000 0001+0000 1101=1010 0010(校验位)从传感器读回的温湿度值对应到相应的16位，再把它转化成十进制的数再除以10便是对应的温湿度的值，对应的温度单位是摄氏度单位符号，对应的湿度单位是%RH，例如：湿度:0292H=2*256+9*16+2=658湿度=65810=65.8%RH温度:10DH=1*256+13=269 温度=26910=26.92.4.3单片机的选择由于二氧化碳的传感器是模拟量输出，为了在设计电路时避免AD转换的设计，就直接选用了自备AD转换的STC506AS2。STC506AS2单片机简介 STC506A6S2系列单片机是单时钟/机器周期(1T)的单片机，势具有高速、低功耗、超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051,但速度快8-12倍。内部集成MAX810专用复位电路,2路PWM,8路高速10位A/D转换，转换速度250k/s.对电机控制，适用于干扰场合。 具体参数及其功能特点：（1）增型8051CPU，1T，单时钟/机器周期，指令代码完全兼容传统8051 （2）工作电压： STC506AS2系列工作电压：5.5V - 3.5V （5V单片机） （3）工作频率范围：035MHz，相当于普通8051的0420MHz （4）用户应用程序空间 8K /16K / 20K / 32K / 40K / 48K / 52K / 60K / 62K 字节 。（5）片上集成1280字节RAM。 （6）通用I/O口（36/40/44个），复位后为：准双向口/弱上拉（普通8051传统可设置成四种模式：准双向口/弱上拉，强推挽/强上拉，仅为输入/高阻，开漏上拉，仅为输入/高阻，开漏上拉，仅为输入/高阻，开漏 每个I/O口驱动能力均可达到20mA，但整个芯片最大不要超过120mA。（7）ISP （在系统可编程）/ IAP （在应用可编程），无需专用编程器，无需专用仿真。可通过串口（P3.0/P3.1 ）直接下载用户程序，数即可完成一片 （8）有EEPROM功能(STC12C5A62S2/AD/PWM无内部EEPROM) （9）内含看门狗 （10）内部集成MAX810专用复位电路（外部晶体12M以下时，复位脚可直接1K电阻到地） （11）外部掉电检测电路:在P4.6口有一个低压门槛比较器 5V单片机为1.33V，误差为5%,3.3V单片机为1.31V，误差为3% （12）时钟源：外部高精度晶体/时钟，内部R/C振荡器(温漂为5%到10%以内) 用户在下载用户程序时，可选择是使用内部R/C振荡器还是外部晶体/时钟 （13）常温下内部R/C振荡器频率为：5.0V单片机为：11MHz 17MHz 3.3V单片机为：8MHz 12MHz 精度要求不高时，可选择使用内部时钟，但因为有制造误差和温漂，以实际测试为准。（14）共4个16位定时器 两个与传统8051兼容的定时器/计数器,16位定时器T0和T1，没有定时器2，但有独立波特率发生器做串行通讯的波特率发生器,再上2路PCA模块可再实现2个16位定时器 （15）3个时钟输出口，可由T0的溢出在P3.4/T0输出时钟，可由T1的溢出在P3.5/T1输出时钟,独立波特率发生器可以在P1.0口输出时钟。 （16）外部中断I/O 口7路,传统的下降沿中断或低电平触发中断,并新增支持上升沿中断的PCA模块，Power Down模式可由外部中断唤醒，INT0/P3.2,INT1/P3.3,T0/P3.4, T1/P3.5, RxD/P3.0, CCP0/P1.3 (也可通过寄存器设置到P4.2), CCP1/P1.4 (也可通过寄存器设置到P4.3) PWM (2路）/ PCA （可编程计数器阵列,2路）也可用来当2路D/A使用 也可用来再实现2个定时器 也可用来再实现2个外部中断(上升沿中断/下降沿中断均可分别或同时支持)。（17）A/D转换, 10位精度ADC ，共8路，转换速度可达250K/S (每钟25) （18）通用全双工异步串行口(UART)，由于STC12系列是高速的8051，可再用定时器或PCA软件，可再用定时器或PCA软件可再用定时器或PCA软件实现多串口。 （19）STC12C5A60S2系列有双串口，后缀有S2标志的才有双串口，RxD2/P1.2 (可通过寄存器设置到P4.2)，TxD2/P1.3 (可通过寄存器设置到P4.3)。 （20）工作温度范围：-40 +85(工业级)/0 75(商业级) （21）封装：LQFP-48, LQFP-44, PDIP-40, PLCC-44, QFN-40 I/O 口不够时，可用2到3根普通I/O 口线外接74HC164/165/595（均可级联）来扩展I/O 口, 还可用A/D做按键扫描来节省I/O 口，或用双CPU,三线通信，还多了串STC12C5A60S主要引脚定义：图2-8 STC12C5A60S2P0 : P0 口既可作为输入/输出口，也可作为地址/数据复用总线使用。当 P0口作为输入/输出口时， 是一个8位准双向口，内部有弱上拉电阻，无需外接上拉电阻。当 作为地址/数据用总线使用时，是低8位地址线A0A7，数据线的D0D7 。 P1.0 :标准IO口port0ADC0 ADC输入通道 CLKOUT2 可通过设置WAKE_CLKO2位/BRT-CLKO将该管脚配置为CLKOUT2 ECI PCA计数器的外部脉冲输入脚P1.3 标准I/O 口PORT13SS SPI同步串行接口的从机选择信号INT1 外部中断1,下降沿中断或低电平中断P3.4 标准I/O 口PORT34T0 定时器/计数器0的外部输入INT 定时器0下降沿中断CLKOUT0 可通过设置WAKE_CLKO0位T1 定时器/计数器1的外部输入WR 外部数据存储器写脉冲RD 外部数据存储器读脉冲MOSI SPI同步串行接口的主出从入(主器件的输出和从器件的输入)CCP0 外部信号捕获(频率测量或当外部中断使用)、高速脉冲输出及脉宽调制输出MISO SPI同步串行接口的主入从出(主器件的输入和从器件的输出)SCLK SPI同步串行接口的时钟信号 EX_LVD 外部低压检测中断/比较器 RST 复位脚 RST2 第二复位脚VCC 电源正极GND 电源负极，接地液晶显示模块；由于本设计要显示的量较多，故选用显示面积更大的DM12864M.且12864支持汉字显示是整个设计的展示效果更为直观。DM12864M汉字图形点阵液晶显示模块，可以显示汉字及图形，内置了8192个中文汉字（16*16点阵）、128个字符（8*16点阵）主要的的参数和显示特性：电源:VDD 3.3V 5V(内置升压电路，无需负压)显示内容：128列*64行现设颜色：黄绿显示角度:6:00钟直视背光：LED背光逻辑工作电压(VDD):4.55.5V电源地（GND）：0V工作温度：-2075图形显示坐标：水平方向X垂直方向Y 图2-8 12864的外观图2-9 12864的外观尺寸2.4.4 12864液晶显示屏的指令集（1）基本指令集表4.4 基本指令集（RE=0）指 令指 令 码功 能RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D0清除 显示0000000001将DDRAM位址计数器调整为00H地址 归位000000001X将DDRAM位址计数器调整为00H游标回原点显示状态开/关0000001DCBD=1: 整体显示 ONC=1: 游标ONB=1: 游标位置反白允许进入点 设定00000001I/DS指定在数据的读取/写入时,设定游标的移动方向及指定显示的移位游标或 显示移 位控制000001S/CR/LXX设定游标的移动与显示；这个指令不改变DDRAM 的内容功能 设定00001DLXREXXDL=0/1：4/8位数据（须设为1）RE=0:指令基本操作RE=1:指令扩充操作设定CGRAM 地址0001AC5AC4AC3AC2AC1AC0设定CGRAM 地址设定DDRAM 地址0010AC5AC4AC3AC2AC1AC0设定DDRAM 地址（显示位址）第一行：80H87H第二行：90H97H读取忙标志和地址01BFAC6AC5AC4AC3AC2AC1AC0读取忙标志(BF)可以检验内部动作是否完成写数据到RAM10数据数据D7D0至内部RAM里写入读RAM的值11数据数据D7D0从内部RAM里读出（2）扩展指令集表4.5 扩充指令集（RE=1）指 令指 令 码功 能RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D0待命 模式0000000001进入待命模式，执行其他命令都可以终止待命模式卷动地址 或IRAM地址选择000000001SRSR=1允许输入卷动位址SR=0允许输入IRAM位址反白 选择00000001R1R0选择4行中的任一行进行反白显示，并可决定反白与否睡眠 模式0000001SLXXSL=0：进入睡眠模式SL=1：脱离睡眠模式扩充功 能设定00001CLXREG0CL=0/1：4/8位数据RE=1: 扩充指令操作RE=0: 基本指令操作G=1/0：绘图开关设定绘图RAM地址001AC6AC5AC4AC3AC2AC1AC0设定GDRAM地址到地址计数器（AC）（3）接线图2.5 系统最终方案本次课题研究的对象就是对室内温湿度的采集以及控制，同时都是智能化的。为了实现这种智能化的采集和控制，在查阅该课题的相关资料以后做出以下方案：键盘Mg811传感器STC5A60S2单片机12864液晶显示AM2302传感器LED指示灯图2-10 最终方案图3 硬件的制作3.1 功能模块介绍3.1.1按键模块：设置了四个功能功能按键，第一个和第二个用于配合使用可以选择设置温湿度的值。第三，第四个按键用于对温湿度值加减。电路图： 图3-1按键电路 图3-2复位键电路3.1.2 LED灯指示模块：两组6个led灯用于指示温湿度的变化，红灯亮表示实际值低于设置的值，黄等亮表示实际值高于设置的值，绿灯亮表示实际值在设置的范围内。通过设置相应的范围值，用相应的指示灯的亮代表相应的开关动作；当灯1亮：表示当前温度低于正常设定值，开启加热装置，同时关闭制冷装置；当灯2亮：表示当前温度为正常设定值范围内；当灯3亮：表示当前温度高于正常设定值，开启制冷装置，同时关闭加热装置；当灯4亮：表示当前湿度低于正常设定值，开启加湿装置，同时关闭除湿装置；当灯5亮：表示当前湿度为正常设定值范围内；当灯6亮：表示当前湿度高于正常设定值，开启除湿装置，同时关闭加湿装置；图3-3LED模块电路图3.1.4单片机最小系统单片机采用stc5a60s2;该单片机带有ad转换，可以免去ad芯片的使用，从而简化电路图；图3-4单片机最小系统3.2 温湿度调节模拟两组6个led灯用于指示温湿度的变化，红灯亮表示实际值低于设置的值，黄等亮表示实际值高于设置的值，绿灯亮表示实际值在设置的范围内。通过设置相应的范围值，用相应的指示灯的亮代表相应的开关动作；当灯1亮：表示当前温度低于正常设定值，开启加热装置，同时关闭制冷装置；当灯2亮：表示当前温度为正常设定值范围内；当灯3亮：表示当前温度高于正常设定值，开启制冷装置，同时关闭加热装置；当灯4亮：表示当前湿度低于正常设定值，开启加湿装置，同时关闭除湿装置；当灯5亮：表示当前湿度为正常设定值范围内；当灯6亮：表示当前湿度高于正常设定值，开启除湿装置，同时关闭加湿装置；3.3 电路板制作过程制作电路板这整个过程都是很关键的，硬制电路板质量的好坏将会在硬件调试中变得十分的明显与重要，所以在这个过程中要做好每一步。制作电路板的流程如下：打印图纸熨烫电路图腐蚀电路板钻孔焊接这五大步中的每一步都是重要的，只要其中有一个步骤没有做好的话很可能就要返工了。3.3.1硬制电路板图形将设计好的PCB电路图在打印机上打印出来，用手拿图纸的时候切记乱折。以免图纸上的石墨被刮掉。所以最好是夹在书本里，以保持完整的图形，便于熨烫。在熨烫电路图纸之前应先将硬制电路板上的那些氧化物用。一般的印制板都会裸露的空气中，长期的裸露会使得硬纸板的表面产生黑色的氧化物。如果没有出去这些氧化物，在熨烫电路图时就不能得到完整的电路图形。所以应该用砂纸抹去那些氧化物。当硬纸板被磨到发光发亮时，这就说明氧化物被去除了。最用水冲一下，等到硬制电路板风干以后再进行下一步。接下来就应该把图纸上有石墨的那一面贴到硬制电路板上，等电熨斗足够烫以后就以用电熨斗轻轻的压着图纸，从硬纸板的一个角熨到另一个对角。就这样来回的熨烫着电路板。在熨烫电路板的时候，手上用的力度应该是感觉到适中的。力度过大会使图纸磨破，力度过小就会使石墨不能完全的被熨到硬纸板上，同时也会浪费时间。在合适的力度下，等到可以看到硬纸板上形成了明显的黑色轮廓。这时候就可以停止熨烫了，让电路板自然的冷却。冷却到常温后就可以撕开图纸了，这时候就会在硬纸板上看到完整的电路图形。设计原理图及电路图见附录。3.3.2腐蚀电路板腐蚀的原理是腐蚀液体与硬制板上的铜发生反应，但是有石墨盖住的电路图下面的铜就无法与腐蚀液发生反应了。这样就形成了具有导电能力的铜线路了。一般在实验室用的腐蚀方法都是液体腐蚀的，虽然说液体腐蚀没有激光腐蚀那样的高精度，但是液体腐蚀这次的课题研究上还是符合要求的，毕竟不是军工的产品。腐蚀溶液一般是选择盐酸与双氧水配置而成的。由于该溶液是危险液体，所以在腐蚀电路板的时候要格外小心液体的飞溅，因为在腐蚀的时候溶液与电路板的铜发生了化学反应产生热量。这些热量会以爆破的方式释放出来，这样就会使液体飞溅。最好能带上安全工具再进行腐蚀。当看到硬制板上没有残留的铜时就说明已经腐蚀完成了，然后用自来水冲淡溶液再取出硬制电路板。应该注意，不能腐蚀完成了就只能用没有任何保护措施的手去拿出电路板，由于溶液的高腐蚀性很可能就会伤害到手。3.3.3钻孔与焊接将腐蚀好了的电路板冲洗干净后就可以拿到专门的钻孔机下进行钻孔了。这里有个小技巧，腐蚀好了的电路板先不要把上面的石墨磨去，因为没有磨去石墨的电路板在钻孔的时候更能清晰的辨别出孔与焊盘的界限。使用的钻孔机时，压在手摇杆上的力度不宜过大，力度过大会使孔的成型不光滑，甚至有可能折断钻针。钻孔的时候不要钻偏，如果有钻得不正的孔，那么在插上元器件的时候就难以将元器件插正，特别是引脚多的元件。还有就是不要漏钻，由于钻了孔和没有钻孔的在颜色上没有很大差别。如果忘记钻了某个引脚孔，当你到焊接的时候才发现，这个时候元器件已经有一部分焊接上去了，必须得把焊接了的元器件拆卸下来，再将电路板拿去钻孔。这无非就是增加工作量。这种错误是可以避免的。钻孔完成后把电路板上的板屑擦干净，然后涂上松香水，松香水的有无