电子课程设计论文

1、电子课程设计（论文）专业：电子信息工程班级：0903设计题目：自动加湿器的设计学生：黄也学号：起止日期：11月2612月29日（共4周）设计地点：科技楼408指导教师：r2011年12月29日摘要随着社会经济的发展和人们生活水平的提高， 自动加湿器开始 进入人们的视野。工厂、车间、仓库、病房和卧室，随处可见加湿器 在发挥着极其重要的作用。但是，常规加湿器只是简单地持续加湿， 并不能根据我们身处的环境需要自动的改变室的湿度，而在现代化的工业生产及科学实验中以至人们的日常生活中， 对空气湿度的重视程 度日益提高，要求也越来越高，如果湿度不能满足要求，将会造成不 同程度的不良后果。严重影响我们的正常

2、生活。而在居家生活中，空 气太干太湿也都不适宜。由于我国的城市分布在不同的地势上， 各地 的温湿度大有差别，存在明显的南北差异。北方太干，细菌病毒容易 滋生传播；南方太湿，容易滋生霉菌。太干太湿的空气质量都对我们 的健康不利。因此，我们选择了自动加湿器的设计来有效地控制湿度， 当环境湿度偏低则加湿，达到设定湿度时就停止加湿，总会把环境湿 度控制在适宜的状态下，做到智能、有效和健康地加湿。为人们的生 活带来适宜的湿度环境。为健康带来保障。我还访问考察了目前市面 上的加湿器销售种类与人们反馈的意见。 发现，人们反映现在市面上 的加湿器，很死板，不能自动的调控湿度。目前市面上还没有具有此 类可以自动

3、的调控湿度功能的自动加湿器， 因此必将有广阔的市场前 景和极大的开发价值。相信这一设计可行性高的话，必将引来各大厂 商的青睐。关键词：单片机、智能、加湿器、相对湿度、传感器1 任务来源意义及目的 4目录2 设计方案 42.1 总体设计 42.2 实现方式 62.3 理论基础 72.3.1 单片机 72.3.2 DS18B20 传感器 82.3.3 1602LCD 液晶显示屏 103 硬件设计 123.1 设计方案 123.2 电路图 133.3 信号分析 143.4 功能描述 153.5 复位电路 163.6 液位定位及光电开关 163.7 1602显示屏 174 软件设计 184.1 整体设

4、计及说明 184.2 DS18B20 流程设计 204.3 1602字符型LCD流程设计 265 系统调试 266 总结 26致 27附录一：1602LCEK介 28附录二 LCD 控制及显示子程序 281任务来源意义及目的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

5、、智能开启和关闭以及室温湿度 的显示功能基本实现加湿器的智能化。2设计方案2.1总体设计自动加湿器需满足以下要求：1）相对湿度低于40%时自动加湿；2）用户可以设置系统温湿度报警值；3）由5V稳压直流电源供电，提供温湿度调节控制信号，实现自 动控制；4）检测得到的数据可以通过显示模块显示。硬件设计不仅要满足系统需求，还要满足功能和外形尺寸要求。根据设计要求确定了系统的总体方案， 系统由两个DS18B20a度 传感器一个水位传感器、单片机、1602LCD夜晶显示屏、声光报警器、 以及一个光电耦合开关等部分组成。系统功能原理图如图1-1所示，两个温度传感器分别采集室空气的干湿球温度， 并将采集的温

6、度传送 至单片机。单片机对这两个数据加以处理并结合室湿度要求参数控制 加湿器的开启和闭合。另外，水位传感器还能监测水位，单片机根据 水位高低控制声光报警装置。自动加湿器包括加湿模块、报警模块、自动断电模块图1-1自动加湿器功能原理图2.2 实现方式要达到自动加湿器功能要做好硬件和软件设计和调试三个方面的工作。 首先硬件方面， 通过合理的设计单片机管脚及其他外围电路的，使之既有I/O 口的功能，又有控制型号的功能。由于时间仓促，没有找到合适的水位传感器， 在开发过程中利用三个按钮开关代替水位传感器分别代表高、中、 低水位，而加湿器开关则由一发光二级管代替， 在方正过程中更容易观察系统开发效果。

7、这方面的容详见硬件设计部分容。 其次软件方面， 通过合理设计软件的结构和安排子程序，使程序以最简洁有效的方式实现目的。最后，调试方面，程序编辑用VW繇列方针器环境，编辑过程可使用软件仿真观察，并对其进行调试。 在程序编辑完成之后使用硬件仿真， 最终用烧录器将程序写入单片机进行实测。本系统分信号的主要有温度传感器的输入信号和单片机输出的控制信号构成。 首先由单片机向温度传感器发出读信号， 随后温度传感器做出响应，单片机待DS18B2浣成收集到得温度信息进行AD处理并存储为数字信号后， 开始读取温度值， 并对其信号做位处理使之达到用户需求的精度以及计算得到相对湿度，最后通过1602LCDM示温湿度

8、值。另外，系统在运行过程中还有专门的控制声光报警系统、光电耦合开关的控制信号，2.3理论基础2.3.1 单片机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ATMELW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CPlf口闪烁存储器组合在 单个芯片中，ATMEL勺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2-1 AT89S51 芯片

9、引脚图AT89S51共有40个弓|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！2.3.2 DS18B20 传感器传感器是一种按一定的精度把被测量转换为与之有确定关系的、便于应用的某种物理的测量器件或装置， 用于满足系统信息传输、 存储、显示、记录及控制等要求。在本系统的开发过程中主要用到了DS18B2O字温度传感器，这种传感器提供9-12位摄氏温度测量i fub 有一个由高低电平触发的可编程的不因电源消失fu 改变的报警功能。DS18B20S过一个单线接口发送或接受信息，因此在中央处理器和D

10、S18B20之间仅需一条连接线（加上地线）。它的测温围为一55- + 125 0C,并目在一 10-+850C精度为± 5 0Go除此之外，DS18B20直接从单线通讯线上汲取能量，除去了对外部电源的需求。每个DS18B20都有一个独特的64位序列号，从fu允许多只DS18B20同时连在一根单线总线上 ; 因此，很简单就可以用一个微控制器去控制很多覆盖在一大片区域的 DS 18B2&这一特性在HVA诉境控制、探测建筑物、仪器或机器的温度以及过程监测和控制等方面非常有用。在测温操作方面，DS18B20勺核心功能是它的直接读数字的温度传感器。温度传感器的精度为用户可编程的 9,

11、10, 11或12位，分 别以 0. 5 0C , 0.2 5 0C , 0. 12 5 0C 和 0. 06250C 增量递增。 在上电状态下默认的精度为12位。DS18B20启动后保持低功耗等待 状态；当需要执行温度测量和 AD转换时，总线控制器必须发出44h 命令。在那之后，产生的温度数据以两个字节的形式被存储到高速暂 存器的温度寄存器中，DS18B20昧续保持等彳f状态。当DS18B2附外 部电源供电时，总线控制器在温度转换指令之后发起“读时序”，DS18B20E在温度转换中返回0,转换结束返回1。如果DS18B20由 寄生电源供电，除非在进入温度转换时总线被一个强上拉拉高，否则将不会

12、由返回值。寄生电源的总线要求在口 618820供电节详细解释。2.3.3 1602LCD 液晶显示屏在单片机系统中应用液晶显示器作为输出器件有以下几个优点：一、 显示质量高， 由于液晶显示器每一个点在收到信号后就一直保持那种色彩和亮度，恒定发光，而不像阴极射线管显示器（ CRT那样需要不断刷新新亮点。因此，液晶显示器画质高且不会闪烁。二、数字式接口， 液晶显示器都是数字式的， 和单片机系统的接口更加简单可靠，操作更加方便。三、体积小、重量轻，液晶显示器通过显示屏上的电极控制液晶分子状态来达到显示的目的， 在重量上比相同显示面积的传统显示器要轻得多。四、功耗低，相对而言，液晶显示器的功耗主要消耗

13、在其部的电极和驱动 IC 上，因而耗电量比其它显示器要少得多。本系统选用的字符型LC渥一种专门用于显示字母、数字、符号等点阵式LCD目前常用16*1, 16*2, 20*2和40*2行等的模块。本次设计选用的是太阳人电子的1602字符型液晶显示器。一般1602字符型液晶显示器实物如图3-1:图2-3 1602字符型液晶显示器实物图1602LCDi要技术参数：显示容量：16 X2个字符芯片工作电压:4.5 5.5V工作电流20mA(5.0V)模块最佳工作电压:5.0V字符尺寸:2.95 x 4.35(WX H)mm2.2.4水流计 3硬件设计3.1 设计方案图3-1自动加湿器功能原理图3.2 电

14、路图单片机是整个系统的控制中枢，它指挥外围器件协调工作，从而 完成特定的功能。硬件实现上采用模块化设计，每一模块只实现一个 特定功能，最后再将各个模块搭接在一起。这种设计方法可以降低系 统设计的复杂性。系统电路原理图如图2所示。本系统主要硬件设计 包括电源电路、蜂鸣器电路、晶振电路、复位电路、LCD显示电路以及温度传感器电路。控制电路的核心器件是由美国 Atmel公司生产的AT89S51单片 机，属于MCS-51系列。AT89S51是一种低功耗、高性能的 CMOS航微控制器，具有2K在系统可编程Flash存储器，采用的工艺是Atmel 公司的高密度非易失存储器技术；片上Flash允许程序存储器

15、在系统 可编程，亦适于常规编程器；在单芯片上，拥有灵巧的 8位CPLffi在系统可编程Flash ,使得AT89S51为众多嵌入式控制应用系统提供局 灵活、超有效的解决方案；价格低廉、性能可靠、抗干扰能力强。因 此广泛应用于工业控制和嵌入式系统中。 J 1 * * 3 4 5 5 - - I S TJ. PPPPPPPP心超i QB! ，;w.m :，口三诙j (JUXW (AD5)PW ，;AI咛谶6 .1.AI-'lF：'更但二 P3那叩P3JJ1：.月不;，或VPTMALIXI12阻PT：叵，事理口 西正：l ：A：iP2?AlliECi A：?：4 国掰工 W畔 AUf

16、-版 的K PJ ?而戈八二父：；图3-2电路原理图系统的声光报器电路（警蜂鸣和 LED发光二极管组成）、振落电路、复位电路如图？、图？、图？所示。显示模块选用 1602 字符型液晶模块， 是目前工控系统中使用最为广泛的液晶屏之一， 电路图如图？所示。 1602 字符型液晶模块是点阵型液晶，驱动方便，经编码后显示容多样化。由于时间仓促，没有找到合适的水位传感器，在开发过程中利用三个按钮开关代替水位传感器分别代表高、 中、 低水位，而加湿器开关则由一发光二级管代替， 在方正过程中更容易观察系统开发效果。3.3 信号分析本系统分信号的主要有温度传感器的输入信号和单片机输出的控制信号构成。 首先由单

17、片机向温度传感器发出读信号， 随后温度传感器做出响应，单片机待DS18B2浣成收集到得温度信息进行AD处理并存储为数字信号后， 开始读取温度值， 并对其信号做位处理使之达到用户需求的精度以及计算得到相对湿度，最后通过1602LCDM示温湿度值。另外，系统在运行过程中还有专门的控制声光报警系统、光电耦合开关的控制信号，这些控制信号比较简单，不再一一论述。3.4 功能描述参考舒适性空调的相对湿度采用40%65%的要求x ，在功能设计过程中以40%为最适相对湿度参考值。单片机一方面通过监测加湿器部的水位， 达到加湿器防干烧的功能，即只有在水位在水位下限以上时加湿器才能通电工作。 另一方面通过处理两个

18、温度传感器测得的干湿球温度得到室相对湿度， 并和人体最适相对湿度做比较。 在水位符合要求的前提下， 若室相对湿度高于人体最适值则控制加湿器不动 作， 反之则对加湿器通电开始加湿， 直到室空气达到最适湿度时断电。另外，单片机通过和声光报警器以及1602LCDS示屏相连，还具有了温湿度及水位的显示功能。 总之， 在现有的加湿器加入此单片机将实现加湿器的防干烧、 声光报警、 智能开启和关闭以及室温湿度的显示功能基本实现加湿器的智能化。3.5 复位电路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

19、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3.6 液位定位及光电开关由于开发过程时间紧迫，暂时未购买到合适的液位监测传感器，因此在实际开发过程中采用三个开关进行代替， 按下按钮表示水位到 达相应的水位。另外为了直观的看出控制输出信号的转台，开发过程中将光电开关改为一发光二级管与电阻串联接地。见图

20、3-4。P2.3P2DS2R5IKP2.5图3-4水位计光电开关替代元件3.7 1602显示屏利用滑动变阻器调节背光灯与显示字符的对比度，利用三极管的及P2.7控制背光的的暗与灭。接线原理见图3-5。图3-5 1602接线原理图3.8 DS18B20温度传感器由于此款温度传感器输出串行通信信号,电路图相对简单，见图3-6。P2P1PL3RQQ81saVCCVCC图3-6 DS18B20温度传感器接线图4软件设计4.1整体设计及说明系统单片机代码采用汇编语言编译，以伟福仿真器V8/L为开发环境。系统软件实现的功能:1）通过LCD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

21、报警;3）根据相对湿度值控制加湿器的开关。根据监控系统功能要求，系统软件流程图设计如图所示。初始化载入程序读干球温度T读湿球温度TS求出相对湿度D显不'温湿度关加 湿器开启加湿器读水位H声光报警并 关闭加湿器图4-1主程序流程图初始化开始，然后载入程序，根据显示数据读出干球温度T,湿球温度TS,根据干湿球温度求出相对湿度 D,然后读出显示的水位H, 判断水位H是否大于最小水位Ho：若H<=Ho则声光报警并关闭加湿 器，然后显示温湿度，再读出一个干球温度 T,湿球温度TS,计算出 相对湿度D,读出水位H循环，直至H>Ho成立后，判断相对湿度 D 与最小湿度Do的大小比较，若D

22、<=DoM开启加湿器，显示温湿度， 循环直至相对湿度D<=Do关闭加湿器，然后显示温湿度过程循环。4.2 DS18B20流程设计每个DS18B20a度传感器的流程图设计如下:图4-2 DS18B20模块程序流程图传感器DS18B20M位，跳过ROME配后启动温度转换，DS18B20 复位然后跳过ROME配，再读取温度后进行温度处理，保留一位小数。 读取数据及传送的程序如下：READ_TEMP:读1820部温度子程序.CALL RESETJB 70h,EXT1CALL SKIP_ROMCALL DELAY_600MSCALL RESETCALL SKIP_ROMCALL TEMP_G

23、ET发取温度的命令CALL READ ;接收 .EXT1:RETSKIP_ROM:跳过RO遍测MOV A,#0CCH ;#0CCHl跳过 rom 命令CALL WRITERETRECALL_EPROM|调 EpromMOV A,#0B8HCALL WRITERETTEMP_CONV:MOV A,#44H ;AD 变换CALL WRITERETTEMP_GET:MOV A ,#0BEH 读 18b20 命令CALL WRITERET;* 18B20 基本时序子程序RESET: ; 初始化子程序SETB P1.2NOPCLR P1.2 ; 拉低MOV R3,#150 ; *4=600USCALL

24、DELAY_BY_R3SETB P1.2;拉高MOV R3,#15 ; 60USCALL DELAY_BY_R3MOV R3,#60 ;4 个周期 *60=240US检测A1: JNB P1.2,A2 ; 检测到低平信号DJNZ R3,A1 ; 如果没有应答的低电平信号, 返回 A1 重新检测 , 超时后下一行,SETB 70h ;DS1820不存在.JMP A3A2: CLR 70hMOV R3,120;240US等恢复时间 2*120=240usDJNZ R3, $A3:RETC0: MOV R2,#8; 一字节数据8位WRITE:MOV R2,#8;一个字节为8位CLR C ;C 位清

25、0 C 位用来放A 的一位数据, 用移位的方法放入 CB1: SETB P1.2NOPCLR P1.2MOV R3,#4 ;16USCALL DELAY_BY_R3RRC A把A中的数送入CMOV P1.2,C ;把C送入总线MOV R3,#12;48USL位数据的发送：60us<tx<120us)CALL DELAY_BY_R3SETB P1.2 ;拉高1us结束一位NOPDJNZ R2,B1RETREAD:MOVR1,#4 ; 接收 4个字节数据依次是1.低位 2. 高位 . 3. 高限 4.低限MOV R0,#28Ht氐位放 28H;高位放 29h (1. 28H,2. 29

26、H 3. 2AH 4.2BH )C1: CLR C ; 清除 CSETB P1.2NOPNOPCLR P1.2 ; 拉低 .NOP ;1us秒后拉高？SETB P1.2MOV R3,#4 ;16us 后采数据CALL DELAY_BY_R3MOV C,P1.2 ;读出18b20的数据RRC A ; 移入 AMOV R3,#12;48US 恢复时间CALL DELAY_BY_R3DJNZ R2,C1 ; 一个字节收完MOV R0,A ; 移入存储位INC R0 ; 下一位 ;29hDJNZ R1,C0 ; 全部取完吗？没有重复RET4.3 1602字符型LC斑程设计1602字符型LC琬程设计如下:图4-3 1602液晶驱动程序流程图显示器1602初始化后延时15ms显示模式设置，再延时5mg显示关闭，延时5ms显示清屏，再延时5ms显示光标移动设置延时5ms显示开及光标设置，然后显示位置设置，延时，显示温度各位数值。此部分主要程序过长，参见附录二。5 系统调试系统与 mulitisim8 系列的仿真环境下开发，编程过程中利用软件仿真调试系统， 当软仿通过则利用该仿真器仿真， 并按顺序检查错误进行修改，最终将程序的HE双件烧录进入单片机进行实测。6 总结通过本次单片机学习课程的设计， 使