基于单片机的螺丝计数器的设计

毕业设计题目基于单片机的螺丝计数器的设计院系信息工程系专业测控技术与仪器班级学号11学生姓名指导教师成绩年月日目录1方案设计111设计方案要求112硬件方案设计1121MCU模块的选择1122湿度传感器的选择1123显示模块方案2124电源模块方案2125电源模块方案系统总体设计思路313编程语言与调试环境选择32螺丝计数器的硬件设计521最小系统设计5211系统复位电路5212系统时钟电路5213单片机最小系统电路图622金属探测电路6221霍尔传感器NJK简介6222金属检测电路设计7223计数器的显示823湿度检测电路8231DHT11湿度传感器简介8232传感器的接口说明9233传感器的外围硬件电路1024LCD1602显示模块10241LCD1602引脚功能介绍10242LCD1602驱动电路设计1125声光报警电路1126电源电路123螺丝计数器系统的软件设计1331软件系统总体工作流程1332DHT11数据读取方式及程序流程1433数字滤波程序设计1534液晶显示程序流程16附录A硬件原理图18附录B程序代码19附录C实物图片31毕业设计11方案设计11设计方案要求（1）写成利用螺丝靠近到霍尔传感器可以检测到的距离进行金属检测，并且通过单片机进行计数；（2）利用湿度传感器检测螺丝所处环境的湿度值；（3）在达到单片机内部设计的湿度上限时，进行声光报警；（4）利用PROTEL99SE绘制系统电路的原理图；（5）利用MICROSOFTOFFICEVISIO软件绘制系统框图和程序流程图。12硬件方案设计121MCU模块的选择方案一采用AVR内核的ATMEGA16单片机，ATMEGA16单片机为8位单片机，其功能更加强大，内部集成A/D、PWM，串行通信等，但ATMEGA16单片机价格较高，编程较复杂。方案二采用AT89S52单片机为控制核心和数据处理中心，AT89S52单片机成本较低，编程较容易，更容易控制好。综上比较，本设计不需要进行A/D转换等，AT89S52单片机完全可以实现，并且从AT89S52单片机成本较低、编程的较容易，所以本设计应该选择AT89S52单片机作为系统的控制核心。122湿度传感器的选择方案一测量湿度选用HS1101是电容式湿度传感器，输出是模拟量，需要配以复杂的外围电路将模拟量转化为数字量，利用单片机计数脉冲总数再根据相应的公式转换成真实的湿度值，这种测量方法误差较大精度较低，在要求不严格的环境下可以使用。毕业设计2方案二选用DHT11作为设计的温湿度检测模块。DHT11是一款集成型的数字温湿度一体传感器。它应用温湿度传感的基本原理和专用的数字模块采集技术，确保产品对湿度采集具有高的稳定性与可靠性。DHT11是由一个NTC测温元件和一个电阻式感湿元件组成的，输出数字信号，可直接于单片机相连接，进行读取湿度数据。因此该产品具有性能稳定、响应迅速、并具有较强的抗干扰能力和性价比极高等优点。传感器的测量范围是相对湿度在2090的范围内，温度在050之间。测温精度为2，测湿精度为5相对湿度。综上所述，从检测的精度考虑，方案二可以利用单片机直接读取湿度值不需要经过转换，精度较方案一高，故本设计选择方案二。123显示模块方案方案一采用带有中文字库的LCD12864液晶模块来显示接收到的数据。LCD12864是一款比较实用的液晶显示屏，能够显示较多常用的简体汉字或繁体汉字及ASCII码，而且能够通过取模软件，进行编程绘制图片，描点画线等，但成本太高，使用时该模块的读写时序不好控制。方案二采用带有字符液晶LCD1602模块来显示接收到的数据信息，LCD1602也是一种经常被人们使用的字符液晶模块，可以显示各种符号或者数字等信息，并且价格较为适中，在编写显示程序时，它的读写时序也不太容易控制。方案三采用LED8段共阳数码显示管显示数据，其价格较便宜，外围驱动电路较简单，并且容易编写显示程序，但它的缺点是不能显示符号或者汉字等，只能显示数字。综合经济和显示的效果两方面考虑，本设计选择方案二，即利用LCD1602来显示环境的湿度值和螺丝的数量。124电源模块方案方案一采用12V电源适配器提供12V电压，并通过稳压芯片LM7805，给系统的各个模块电路供电。该电源适配器必须接220V交流电，才能正常工作，在使用时，受到场地的限制，不方便。方案二采用9V电池，然后经稳压芯片LM7805进行稳压，滤波后给系统的各个模块供电，其价格较便宜，使用简单方便，缺点是输出电流较小，并且电量有限。毕业设计3方案三采用221的变压器将220V降压到10V，然后经整流桥整流，电容滤波，稳压芯片稳压，给系统的各个模块供电。其价格较为便宜，但是外围电路比较复杂。综合所述，从便携和经济两个方面考虑，电池具有明显优势，故本设计选择方案二。125电源模块方案系统总体设计思路系统电路主要由AT89S52单片机最小系统电路，金属检测电路，PC817光电隔离电路，湿度检测电路，LCD显示电路，声光报警电路以及电源电路组成。具体框图如图11所示。图11系统的总体设计框图系统以AT89S52单片机作为系统的主控核心，通过单片机计数器读取和记录金属传感器的电路输出的信号。并利用单片机对湿度传感器返回的数据进行读取，来检测螺丝周围环境的湿度，并与设定的湿度进行比较，如果湿度不在设定的湿度值范围之内，单片机控制蜂鸣器和发光二极管进行声光报警。最后通过单片机控制LCD液晶显示屏显示出湿度值和螺丝的数量。13编程语言与调试环境选择本设计编程语言选择C语言。C语言是一种计算机程序设计语言，它既具有高级AT89S52单片机最小系统金属检测电路PC817光电隔离电路湿度检测电路电源电路声光报警电路LCD显示电路毕业设计4语言的特点，又具有汇编语言的特点。它具有良好的可读性、易维护性、可移植性和硬件操作能力，并且简单易懂，容易学习及理解。本设计调试环境选择KEIL软件。KEILC51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，它生产代码的效率极高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。毕业设计52螺丝计数器的硬件设计21最小系统设计211系统复位电路当MCS5L系列单片机的RST复位引脚，持续2个或者2个以上的机器周期高电平时，MCS5L单片机完成稳定的系统复位。根据系统应用时的不同要求，复位电路又分为上电复位和手动复位两种形式，图21即为本系统的复位电路。S10UFC6VKRET图21复位电路图图21中，既能实现上电复位又可以实现手动复位，当系统上电一瞬间，电容相当于短路，即REST复位端口，直接加到5V的高电平上，所有可以实现上电复位。当系统正常运行后，在需要复位的时候，按下开关，即将电容短路，同样可以实现手动复位。212系统时钟电路MCS51单片机应用时，我们常用石英晶体接电容组成系统时钟电路，如果系统需要使用串口通讯，为了满足波特率没有误差，我们经常使用110592MHZ的石英晶体。如果系统需要使用定时器，为了满足定时器定时没有误差，我们通常会选择12MHZ的石英晶体。不管石英晶体选择是110592MHZ，还是12MHZ，通常使用的匹配电容都是30PF的。本次设计选用的是12M的石英晶体，具体时钟电路如图22所示。毕业设计630PFC512M4XTAL图22时钟电路图213单片机最小系统电路图单片机最小系统电路图如图23所示，由时钟电路，复位电路和AT89S52控制芯片组成。P/E78RS9XDINWVUUK图23最小系统电路图22金属探测电路221霍尔传感器NJK简介NJK系列霍尔传感器是由电压调整器，霍尔电压发生器，差分放大器，施密特触发器和集电极开路的输出极组成的磁敏传感器，实物图如图24所示。其输入为磁感应强度、输出是一个数字电压讯号。它有以下几个特点毕业设计7（1）电源电压范围宽（DC6VDC36V）；（2）频率高；（3）寿命长，体积小，安装方便；（4）能直接和晶体管及TTL，CMOS等逻辑电路连接。图24金属传感器实物图该传感器分为两类，分别是NPN类和PNP类。NPN是指当有信号触发时,信号输出线OUT和GND连接,相当于OUT输出低电平。PNP是指当有信号触发时,信号输出线OUT和VCC连接,相当于OUT输出高电平的电源线。本次设计选择的是PNP类型。222金属检测电路设计金属检测电路如图25所示，主要由金属传感器LJ18A和光电耦合器PC817组成。由于金属传感器供电电压范围的限制，设计选择直接将9V的电池电压加到传感器的VCC上。这样传感器的输出电压也就是9V，如果直接将此电压接到单片机的I/O上，而单片机I/O能承受的最大电压为5V，这样就很容易烧坏单片机。所以在电路设计中，选择光电耦合器PC817来实现电平的转换。具体原理如下当有金属靠近传感器的测量端时，传感器的输出引脚就会输出9V的高电平，该引脚与光耦的二极管阳极间加了一个1K的限流电阻，其目的是保护发光二极管以免被烧坏。在光电三极管的集电极上接了一个47K的上拉电阻接到5V电源上。这时光耦的光电三极管接收到光信号后导通，单片机的P35口就会检测到低电平。反之当没有金属靠近时，金属传感器输出低电平，发光二极管截止，光电三极管也截止，P35口检测到高电平。最后单片机通过计数器来读取下跳延的数量，也就是检测到金属的总数量。毕业设计8GNDU4PC173OT2VLJA9KR5图25金属检测电路图223计数器的显示本设计设计了一个功能按键，当功能按键按下一次的时候液晶显示屏上只显示螺丝计数器计数的螺丝个数和螺丝所处环境湿度值。当再次按下功能键的时候显示的是螺丝打包的次数，本设计用继电器动作一次和小灯闪烁一次来表示螺丝打包一次。本次设计是每十个螺丝打包一次继电器动作一次，小灯闪烁一次当打包400个螺丝的时候蜂鸣器响20秒，表示一箱已经装满。再按下一次多功能按键的时候显示的就是计数的螺丝个数和湿度。（当螺丝所处环境的湿度达到50相对湿度，就会报警）23湿度检测电路231DHT11湿度传感器简介DHT11是数字温湿度传感器系列中插针型的传感器。此类型传感器把传感元件和信号处理集成起来，输出全标定的数字信号。传感器包括一个电容性聚合体测湿敏感元件、一个用能隙材料制成的测温元件，并在同一芯片上与14位的模/数转换器以及串行接口电路实现无缝连接。传感器采用专利的CMOS技术，确保产品具有极高的长期稳定性与可靠性。因此，该产品具有品质卓越、响应超快、抗干扰能力强、性价比极高等优点。传感器采用的是原装进口数字温湿度传感器芯片，引脚插针为标准254插针，使用时无需重新校准。传感器直接与单片机相连，无需其他外部元件。总之，极低的功耗、极高的性价比、卓越的品质等优点使本次设计在选择温湿度传感器时的首选。DHT11的基本特性如下（1）测湿范围0100相对湿度；（2）测温范围401238；（3）响应时间温度DEFINENUMBER20/防止在与硬件通信时发生死循环的计数范围DEFINESIZE5DEFINEOK1/设定标志STATICUNSIGNEDCHARSTATUS的宏值DEFINEERROR0SBITDHT11P00/请根据自己的DHT11接的IO口来改动位定义DEFINEUCHARUNSIGNEDCHARDEFINEUINTUNSIGNEDINTSTATICUCHARSTATUSSBITLCDENP06SBITLCDRSP04SBITRWP05SBITFMQP37SBITLEDP17SBITFMQ1P30/SBITLED1P31SBITKEY1P31SBITJDQP32UCHARII0,X0,XX0,XXX0STATICUCHARVALUE_ARRAYSIZE/存放五字节数据的数组/可在其他的文件引用温湿度值,实际是温度的整数的10倍如DHT11读回的温度是26,则TEMP_VALUE260,湿度同理/毕业设计20INTTEMP_VALUE,HUMI_VALUEINTLS_SM0,COUNTSTATICUCHARREADVALUEVOIDVOIDXIANVOIDDELAY_1MSUINTMSUINTX,YFORXMSX0XFORY124Y0YSTATICVOIDDHT11_DELAY_10USVOIDUCHARIIIIIIISTATICUCHARDHT11_READVALUEVOID/读一个字节的数据/UCHARCOUNT,VALUE0,ISTATUSOK/设定标志为正常状态FORI8I0I/高位在先VALUENUMBERSTATUSERROR/设定错误标志RETURN0/函数执行过程发生错误就退出函数/2628US的高电平表示该位是0,为70US高电平表该位1DHT11_DELAY_10USDHT11_DELAY_10USDHT11_DELAY_10US/延时30US后检测数据线是否还是高电平毕业设计21IFDHT110VALUE/进入这里表示该位是1/等待剩余约40US的高电平结束WHILEDHT110/设定错误标志RETURN0RETURNVALUEEXTERNUCHARDHT11_READTEMPANDHUMIVOID/读温度和湿度函数，读一次的数据,共五字节，读出成功函数返回OK,错误返回ERRORUCHARI0,CHECK_VALUE0,COUNT0EA0DHT110/拉低数据线大于18MS发送开始信号DELAY_1MS20/需大于18毫秒DHT111/释放数据线,用于检测低电