09-单片机原理及接口技术课程设计(超声波智能加湿器设计).doc

I 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 超声波智能加湿器设计超声波智能加湿器设计 院 系 院 系 电气工程学院电气工程学院 专业班级 专业班级 电气电气10101 1 学学 号 号 080303069080303069 学生姓名 学生姓名 李超李超 指导教师 指导教师 签字 起止时间 起止时间 2012013 3 06 24 201 06 24 2013 3 07 07 1212 本科生课程设计 论文 II 本科生课程设计 论文 III 课程设计 论文 报告的内容及其文本格式课程设计 论文 报告的内容及其文本格式 1 课程设计 论文 报告要求用 A4 纸排版 单面打印 并装订成册 2 页边距 上 2 5cm 下 2 5cm 左 3cm 右 2 5cm 页眉 1 5cm 页脚 1 75cm 左侧装 订 3 字体 一级标题 小二号字 黑体 居中 二级 黑体小三 居左 三级标题 黑体 四号 正文文字 小四号字 宋体 4 行距 20 磅行距 5 页码 底部居中 五号 黑体 6 对图题和图中文字要求 图题是 5 号黑体 在图的下方居中图中文字是 5 号宋体 参 照图 2 1 7 对表题和表中文字要求 表题是 5 号黑体 在表的上方居中表中文字是 5 号宋体 参 照表 2 1 本科生课程设计 论文 IV 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080303069学生姓名李超专业班级电气101班 课程设计 论文 题目 超声波智能加湿器设计 课程设计 论文 任务 当监测到室内湿度低于下限报警值时 开启超声波加湿器提高温室内的湿度 直至符 合要求时为止 阈值可自行设定 设计任务 设计任务 1 CPU 最小系统设计 包括 CPU 选择 晶振电路 复位电路 2 湿度传感器选择及接口电路设计 3 超声波湿度控制电路设计以及键盘电路设计 4 程序流程图设计及程序清单编写 技术参数 技术参数 1 室内湿度范围 40 60 2 工作电源 220V 设计要求设计要求 1 分析系统功能 尽可能降低成本 选择合适的单片机 AD 转换器 输出电路等 2 应用专业绘图软件绘制硬件电路图和软件流程图 3 按规定格式 撰写 打印设计说明书一份 其中程序开发要有详细的软件设计说明 详细阐述系统的工作过程 字数应在 4000 字以上 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 3 4 天 CPU 最小系统设计 第 5 天湿度传感器选择及接口电路设计 第 6 天超声波湿度控制电路设计 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 本科生课程设计 论文 V 摘 要 摘要也称内容提要 概括研究题目的主要内容 特点 文字要精练 中文摘 要一般不少于 200 字 外文摘要的内容应与中文摘要相对应 关键词 关键词 1 关键词 2 关键词 3 关键词 4 注意 关键词不少于 2 个 摘要 在日常生活中加湿器得到了广泛的应用 但是现有的加湿器都需要手工控制 开启和关闭并且不具备对室内空气温湿度的监测 人们在使用过程中存在过度加 湿和干烧的问题 不仅给室内空气舒适度造成负面影响并且还存在安全隐患 因 此开发设计一种价格低廉 功耗低 具有自动控制功能的加湿器显得尤为必要 本设计采用智能控制 以 AT80S51 单片机为核心 外接辅助电路 通过实现加湿 器的防干烧 声光报警 智能开启和关闭以及室内温湿度的显示功能基本实现加 湿器的智能化 关键词 单片机 智能 加湿器 相对湿度 传感器 黑体小二 居中 行间距 20 磅 小四宋体 小四黑体 本科生课程设计 论文 VI 目 录 第 1 章 绪论 1 1 1 XXX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 XXX 总体设计方案 2 2 2 CPU 的选择 2 2 3 数据存储器扩展 3 2 4 复位电路设计 3 2 5 时钟电路设计 3 2 6 CPU 最小系统图 3 第 3 章 XXX 输入输出接口电路设计 4 3 1 XXX传感器的选择 4 3 2 XXX 检测接口电路设计 4 3 2 1 A D 转换器选择 4 3 2 2 模拟量检测接口电路图 4 3 3 XXX 输出接口电路设计 4 3 4 人机对话接口电路设计 4 第 4 章 XXX 软件设计 5 4 1 软件实现功能综述 5 4 2 流程图设计 5 4 2 1 主程序流程图设计 5 4 2 2 模拟量检测流程图设计 5 4 2 3 xxx 流程图设计 5 4 3 程序清单 5 第 5 章 系统设计与分析 6 5 1 系统原理图 6 5 2 系统原理综述 6 本科生课程设计 论文 VII 5 3 硬件仿真图 6 5 4 软件调试结果 6 第 6 章 课程设计总结 7 参考文献 8 本科生课程设计 论文 1 第 1 章 绪论 1 1 xxx 概况 结合设计题目概述所设计装置的用途功能以及现状等等 用途功能 超声波加湿器是采用超声波高频振荡的原理 将水雾化为一至五 微米的超微粒子 通过风动装置 将水雾扩散到空气中 从而达到均匀加湿空气 的目的 现状 现有生产五个系列的产品 其基本单元均为组合或者说集成式超声波雾化器 其整体还有电源系统 供水系统 水雾输送系统等 另根据不同的使用场所 不同形式 不 同要求设计的不锈钢机体 组装为不同的超声波工业加湿设备 现有生产五个系列的产品 所具有的差别主要是在应用领域不同 控制方式不同 雾化量不同等几个方面 首先 应用 领域五个系列多种领域 其次 每个领域有侧重不同的控制方式 第三 每个场所有不同的 加湿量 1 2 本文研究内容 根据任务书内容进行描述 要完成的功能以及设计的内容 系统软件实现的功能 1 通过 LED 显示温湿度值及水位 2 比较监测到的水位 发现低水位时自动掉电并声光报警 3 根据相对湿度值控制加湿器的开关 本课题研究主要涉及以下方面 1 通过对控制系统的功能及要求确定总体设计方案 2 系统硬件电路的设计与开发 3 系统软件程序的设计与调试 4 系统性能测试 本设计将采用智能控制 以 AT80S51 单片机为核心 外接辅助电路 通过实 本科生课程设计 论文 2 现加湿器的防干烧 声光报警 智能开启和关闭以及室内温湿度的显示功能基本 实现加湿器的智能化 本科生课程设计 论文 3 第 2 章 CPU 最小系统设计 2 1 XXX 总体设计方案 根据任务书中的设计要求以及设计内容 画出总体方案框图 并简要说明各模块 功能 对图题和图中文字要求 图题是 5 号黑体 在图的下方居中图中文字是 5 号宋体 参照图 2 1 对表题和表中文字要求 表题是 5 号黑体 在表的上方居中表中文字是 5 号宋体 参照表 2 1 电子式互感器电子式互感器 采集器采集器 合并单元 智能终端 过程层交换机 图 2 1 过程层原理框图 表 1 1 变电站情况 项目名称本期规模 变压器2 台 35kV 进线2 回 10kV 出线6 回 10kV 电容器组2 台 35kV 外桥接线电气主接线 10kV 单母分段接线 本科生课程设计 论文 4 图 1 1 自动加湿器功能原理图 温度检测 利用 DS18B20 数字温度传感器检测环境实时温度 湿度检测 两个温度传感器分别采集室内空气的干湿球温度 并将采集的 温度传送至单片机 单片机对这两个数据加以处理并结合室内湿度要求加湿器的 开启和闭合 液位检测 利用 BZ0504 液位开关检测水槽实时液位 判断有水时输出 0V 无水时 5V 单片机控制 我们标配的是 AT80S51 作为核心部件 实现对内部功能的控 制 液晶显示 利用 1602 液晶显示模块 显示实时的温湿度 声光报警 当检测的液位低于安全值时 蜂鸣器响且 LED 灯闪亮 提醒用 户给水槽加水 2 2 CPU 的选择 根据设计要求以及设计内容 说明 CPU 的型号 并简要介绍所选择 CPU 的内部资 源以及引脚结构图 单片机 温度传感器 1 温度传感器 2 1602LCD 显示屏 水位传感器 加湿器开关 声光报警器 本科生课程设计 论文 5 T89C2051 是一种带 2K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机 单片机 的可擦除只读存储器可以反复擦除 1000 次 该器件采用 ATMEL 高密度非易失存 储器制造技术制造 与工业标准的 MCS 51 指令集和输出管脚相兼容 由于将多功 能 8 位 CPU 和闪烁存储器组合在单个芯片中 ATMEL 的 AT89S51 是一种高效微 控制器 AT89C2051 是它的一种精简版本 AT89S51 单片机为很多嵌入式控制系 统提供了一种灵活性高且价廉的方案 外形及引脚排列如图 2 1 所示 图 2 1 AT89S51 芯片引脚图 AT89S51 共有 40 个引脚 大致可分为 4 类 电源引脚 时钟电路引脚 I O 引 脚 控制线引脚 根据开发的需要和单片机的结构 我们就可以实现单片机的自动 工作 即实现自动化 2 3 数据存储器扩展 结合设计题目说明扩展数据存储器必要性 阐明控制的数据存储器型号 并简要 概括其性能 再加上 CPU 与数据存储器的硬件原理图 扩展数据存储器电路常用 RAM 芯片 Intel 6116 2KB 6264 8KB 62256 32KB 等 RAM 是用来存放各种数据的 MCS 51 系列 8 位单片机内部有 128BRAM 存 本科生课程设计 论文 6 储器 CPU 对内部 RAM 具有丰富的操作指令 但是 当单片机用于实时数据采 集或处理大批量数据时 仅靠片内提供的 RAM 是远远不够的 此时 我们可以 利用单片机的扩展功能 扩展外部数据存储器 实训 6 的参考程序 1 就是一个扩 展 RAM 的使用实例 常用的外部数据存储器有静态 RAM Static Random Access Memory SRAM 和动态 RAM Dynamic Random Access Memory DRAM 两种 前者读 写速度高 一般都是 8 位宽度 易于扩展 且大多数与相 同容量的 EPROM 引脚兼容 有利于印刷板电路设计 使用方便 缺点是集成度 低 成本高 功耗大 后者集成度高 成本低 功耗相对较低 缺点是需要增加 一个刷新电路 附加另外的成本 MCS 51 单片机扩展片外数据存储器的地址 线也是由 P0 口和 P2 口提供的 因此最大寻址范围为 64KB 0000H FFFFH 一般情况下 SRAM 用于仅需要小于 64KB 数据存储器的小系统 DRAM 经常用 于需要大于 64KB 的大系统 2 4 复位电路设计 阐述复位电路的重要性 画出复位电路原理图 说明复位条件以及复位过程 复位电路的基本功能是 系统上电时提供复位信号 直至系统电源稳定后 撤 销复位信号 为可靠起见 电源稳定后还要经一定的延时才撤销复位信号 以防电 源开关或电源插头分 合过程中引起的抖动而影响复位 图 3 3 所示的 RC 复位电 本科生课程设计 论文 7 路可以实现上述基本功能 图 3 为其输入 输出特性 但解决不了电源毛刺 A 点 和电源缓慢下降 电池电压不足 等问题 而且调整 RC 常数改变延时会令驱动能 力变差 左边的电路为高电平复位有效 右边为低电平 Sm 为手动复位开关 Ch 可避免高频谐波对电路的干扰 图 3 3 上电及手动复位电路图 2 5 时钟电路设计 阐述时钟电路的重要性 画出时钟电路原理图 说明复电容参数值以及晶振频率 时钟电路用于产生 MCS 51 单片机工作时所必须的时钟控制信号 MCS 51 单片机的内部电路在时钟信号的控制下 严格的执行指令进行工作 在执行指令 时 CPU 首先要到程序存储器中取出所需要的指令操作码 然后译码 并由时序 电路产生一系列控制信号去完成指令所规定的操作 CPU 发出的时序信号有两类 一类用于片内对各个功能部件的控制 另一类用于对片外存储器或 I O 端口的控 制 MCS 51 单片机各功能部件的运行都是以时钟信号为基准 有条不紊地一 拍一拍地工作 因此时钟频率直接影响单片的速度 时钟电路的质量也直接影响 单片机系统的稳定性 常用的时钟设计电路有两种方式 一种是内部时钟方式 一种是外部时钟方式 本科生课程设计 论文 8 2 6 CPU 最小系统图 根据上述 4 节图 形成完整的 CPU 最小系统图 本科生课程设计 论文 9 第 3 章 XXX 输入输出接口电路设计 3 1 xxx 传感器的选择 根据所要检测或要控制的任务 首先确定传感器 并介绍传感器的性能等特性 传感器是一种检测装置 能感受到被测量的信息 并能将检测感受到的信息 按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出 以满足信息的传输 处 理 存储 显示 记录和控制等要求 它是实现自动检测和自动控制的首要环节 3 2 XXX 检测接口电路设计 3 2 1 A D 转换器选择 根据设计参数以及要求 选择 A D 转换器芯片 并介绍其性能特性 转换精度 模数转换器即 A D 转换器 或简称 ADC 通常是指一个将模拟信号转变为数 字信号的电子元件 通常的模数转换器是将一个输入电压信号转换为一个输出的 数字信号 由于数字信号本身不具有实际意义 仅仅表示一个相对大小 故任何 本科生课程设计 论文 10 一个模数转换器都需要一个参考模拟量作为转换的标准 比较常见的参考标准为 最大的可转换信号大小 而输出的数字量则表示输入信号相对于参考信号的大小 模数转换器最重要的参数是转换的精度与转换速率 通常用输出的数字 信号的二进制位数的多少表示精度 用每秒转换的次数来表示速率 转换器能够 准确输出的数字信号的位数越多 表示转换器能够分辨输入信号的能力越强 转 换器的性能也就越好 高精度高速度的 A D 转换器在军事 太空 医疗等尖端领 域有著致关重要的地位 3 2 2 模拟量检测接口电路图 画出有传感器 CPU AD 转换器等电路连接图 即完整的模拟量检测硬件电路 本科生课程设计 论文 11 3 3 XXX 输出接口电路设计 论文中对图题和图中文字要求 图题是 5 号黑体 在图的下方居中图中文字是 5 号宋体 论文中对表题和表中文字要求 表题是 5 号黑体 在表的上方居中表中文字是 5 号宋体 3 4 人机对话接口电路设计 该部分主要是设计键盘和显示器 根据设计具体情况设计合理的键盘和显示 本科生课程设计 论文 12 键盘是由若干按键组合而成的 常采用矩阵式连接 称为矩阵式键盘 即每条水平线 和垂直线在交叉处通过一个按键加以连接 当需要的键数比较多时 采用矩阵连接可以减少 I O 口的占用 利用 LED 点阵式显示模块不仅可以显示数字 也可显示所有西文字母和符号 与由单 个发光二极管组合连成的显