基于-单片机仓库自动控制系统设计

1、-. z摘 要 本论文针对仓管由于温度湿度控制不当引起的现象的问题，提出设计智能温湿度控制器。设计集单片机技术，模拟、数字电子技术，电路辅助设计技术于一体。并已被电力系统所采纳，作为了必备的设备之一。本论文设计并实现了一个基于单片机技术的温湿度控制器。该系统设计分为以下几子模块实现其控制功能：系统电源模块、信号处理模块、温湿度采集模块、通风模块、串口通信模块、人机交互模块、报警电路模块以及输出控制模块。其中，温湿度采集模块由主要器件温湿度传感器SHT10连接到单片机，负责采集仓库的温度和湿度信号，并将采集到的模拟信号转换为相应的数字信号传送入单片机，与按键控制局部输入的温度、湿度信息进展比对，

2、如果超过设定值，由单片机输出控制信号启动相应的加温和除湿装置，另外如果超过仓库温湿度限定值，则由报警电路实现超温、超湿报警。系统的自动通风及报警系统，可以实时监测仓库的温度，并根据所测的数据控制排风扇、空调器等设备的运行。确保仓库通风良好，并有适宜的温度环境。实践说明，本控制器系统软硬件搭配比拟合理，设计、开发、维护方便，具有抗干扰能力强、人机界面简单易操作和通用性强等特点，不仅适用于仓库温湿度环境的测量与控制，并且对于其它领域的温湿度测控系统的设计也有着较高的参考价值，具有较强的通用性和适应性。关键词：传感器 单片机 抗干扰 设计 实现Warehouse based on single ch

3、ip microputer automatic control system designAbstract This paper aimed at warehouse due to improper temperature humidity control problem of phenomenon, presents to design intelligent humidity controllers,set chip technology, analog, digital electronics, circuit-aided design technology. DC ground res

4、istance testing in groups, and the power system has been adopted as one of the necessary equipment.This paper designs a humidity controllers based on single chip technology. The system design is divided into some sub-modules implements: power supply module of system, the signal processing module, th

5、e temperature and humidity acquisition module, the serial interface munication module, the human-puter interface module, the alarm circuit module and the output control module. Among them, the temperature and humidity acquisition module consists of the sensor SHT10 connected to the microcontroller,

6、responsible for gathering the temperature and humidity of signal, then transmit into the microcontroller.These signals will pare with informations input by buttons control section. if overrun, the alarm circuit will work, and the microcontroller output control signals to start corresponding heating

7、and dehumidification devices.The practice shows that the collocation the controller is more reasonable, more convenient to maintain, and easy to operate. Not only applicable to control of temperature and humidity environment, but it is also for other areas of temperature and humidity measurement. Th

8、e control system design also has a higher reference value, strong monality and adaptability.Keywords: electrical power system substation transformer short circuit calculation main wiring-. z目 录TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc22181 摘 要 PAGEREF _Toc22181 I HYPERLINK l _Toc21781 Abstract PAGEREF _Toc2178

9、1 II HYPERLINK l _Toc32701 第1章 绪 论 PAGEREF _Toc32701 1 HYPERLINK l _Toc19465 1.1课题的研究背景与意义 PAGEREF _Toc19465 1 HYPERLINK l _Toc1998 1.2 研究现状 PAGEREF _Toc1998 1 HYPERLINK l _Toc8759 1.3 论文各局部研究的主要容 PAGEREF _Toc8759 3 HYPERLINK l _Toc6852 第2章 控制系统的总体方案原理 PAGEREF _Toc6852 5 HYPERLINK l _Toc1776 2.1 自动控

10、制系统设计原则 PAGEREF _Toc1776 5 HYPERLINK l _Toc31075 2.2 温湿度控制器系统设计方案论证 PAGEREF _Toc31075 6 HYPERLINK l _Toc5079 2.3 信号处理模块的选型及理由 PAGEREF _Toc5079 8 HYPERLINK l _Toc27391 2.4红外的根底理论及工作原理 PAGEREF _Toc27391 10 HYPERLINK l _Toc15911 2.5串口通信电路 PAGEREF _Toc15911 11 HYPERLINK l _Toc5695 2.6显示论证 PAGEREF _Toc56

11、95 12 HYPERLINK l _Toc18168 2.7 键盘的选择论证 PAGEREF _Toc18168 13 HYPERLINK l _Toc16570 2.8 输出局部的设计 PAGEREF _Toc16570 14 HYPERLINK l _Toc19166 第3章 硬件电路模块的实现 PAGEREF _Toc19166 15 HYPERLINK l _Toc13480 3.1系统电源设计 PAGEREF _Toc13480 15 HYPERLINK l _Toc21338 3.2信号处理模块的电路设计 PAGEREF _Toc21338 15 HYPERLINK l _Toc

12、17669 3.3 温度、湿度采集模块的电路设计 PAGEREF _Toc17669 19 HYPERLINK l _Toc8434 3.4通风电机执行电路设计 PAGEREF _Toc8434 23 HYPERLINK l _Toc27601 3.5人体检测电路设计 PAGEREF _Toc27601 23 HYPERLINK l _Toc23278 3.6串口通信电路设计 PAGEREF _Toc23278 25 HYPERLINK l _Toc70013.7显示电路设计 PAGEREF _Toc7001 27 HYPERLINK l _Toc31238 3.8按键设计 PAGEREF _

13、Toc31238 29 HYPERLINK l _Toc25251 3.9 报警电路 PAGEREF _Toc25251 29 HYPERLINK l _Toc11660 3.10 输出局部 PAGEREF _Toc11660 30 HYPERLINK l _Toc18046 第4章 软件局部设计 PAGEREF _Toc18046 33 HYPERLINK l _Toc14037 4.1编写语言的选择 PAGEREF _Toc14037 33 HYPERLINK l _Toc31677 4.2主程序 PAGEREF _Toc31677 33 HYPERLINK l _Toc21736 4.3

14、 温湿度采集子程序 PAGEREF _Toc21736 34 HYPERLINK l _Toc21675 4.4 人机交互子程序 PAGEREF _Toc21675 35 HYPERLINK l _Toc27334 4.5 串口通信子程序 PAGEREF _Toc27334 36 HYPERLINK l _Toc698 第5章 结论 PAGEREF _Toc698 39 HYPERLINK l _Toc7363 5.1 结论 PAGEREF _Toc7363 39 HYPERLINK l _Toc5872 5.2本论文的创新点 PAGEREF _Toc5872 39 HYPERLINK l _

15、Toc17858 5.3 展望 PAGEREF _Toc17858 39 HYPERLINK l _Toc16050 致 PAGEREF _Toc16050 41 HYPERLINK l _Toc27486 参考文献 PAGEREF _Toc27486 42-. zHYPERLINK l _Toc233606787第1章 绪 论1.1课题的研究背景与意义 防潮、防霉、防腐、防爆是仓库日常工作的重要容，是衡量仓库管理质量的重要指标。它直接影响到储藏物资的使用寿命和工作可靠性。为保证日常工作的顺利进展，首要问题是加强仓库温度、湿度及通风的监测工作。温湿度的检测是纺织、食品、医药、仓储的重要参量，对

16、温湿度监测具有广泛的应用领域。随着仓库平安工作的要求越来越严格，仓库监测大量涌现， 仓库监测的认知度和自动化表达的越来越先进。为解决仓库管理上的难题，杜绝仓库的违规行为，有效预防平安事故和经济损失。但传统的方法是用与湿度表、毛发湿度表、双金属式测量计和湿度试纸等测试器材，通过人工进展检测，对不符合温度和湿度要求的库房进展通风、去湿和降温等工作。这种人工测试方法费时费力、效率低，且测试的温度及湿度误差大，随机性大。因此我们需要一种造价低廉、使用方便且测量准确的温湿度测量仪。本文论述的智能温湿度控制器，就是基于仓库的温湿度的有效控制进展合理设计的，在当前人们自动控制意识日趋提高的今天，一个设计合理

17、、工作性能稳定高、抗干扰性强又同时具有良好性价比的温湿度控制系统必将得到高度的重视和迅速的推广，成为今后信息采集控制技术建立的重要容和必然趋势。HYPERLINK l _Toc2621137861.2 研究现状温度是生产过程喝科学实验过程的一个重要物理量。它反映了物体的冷热程度，与自然界中的各种物理和化学过程相联系。在工农业生产和日常生活中，各个环节都与温度严密相联，温度的准确检测及控制占据着及其重要的地位。比方发电产锅炉的温度必须控制在一定的围；许多化学反响的工艺过程必须在适合的温度下才能顺利进展等。没有适宜的温度环境，许多电子设备就不能正常工作，粮仓的储粮就会变质霉烂，酒类的品质就没法保障

18、等；可见，温度的测量和控制是非常重要的。随着社会科技的进步，检测仪器已经应用在各个领域，智能化温度控制系统已应用到人们生活的各个方面，针对这种实际情况，设计一个温度控制系统，具有广泛的应用前景与实际意义。 温湿度控制器的开展现状： 现代信息技术的三大根底是信息采集传感器技术、信息传输通信技术和信息处理计算机技术。传感器逐渐成为信息技术领域中非常重要的产品，温度传感器已经被应用于很多领域中，如农业生产领域、科学研究领域以及生活领域等，被应用的数量已经处在各种传感器榜首的位置。近百年以来，温控器的开展大致经历了模拟、集成温度控制器阶段和智能数码温控器阶段。并且随着网络技术的开展，国际上新型温控器的

19、开展正在从模拟走向数字、由集成化走向智能化和网络化方向。温湿度控制器近几年根本技术趋于成熟、稳定，只有温湿度控制器的开展突飞猛进：从最初的温度、湿度单独控制的分散仪表到双回路的可编程序控制器，再到 PLC和触摸屏及专用触摸屏温湿度控制器。在温湿度控制技术的研究中，国外开展的比拟早，在 20世纪70年代就已经开场研究了。一开场，模拟式的组合的仪表被大家广泛使用，通过采集现场信息，然后进展指示、记录和控制。当人们开场采用分布式控制系统技术时已经是在80年代末了。随着科技的开展，计算机数据采集控制系统也越来越多，目前，其多因子综合控制系统正处于开发和研制阶段。由于温度测控技术在世界围都开展很快，一些

20、国家已经不仅仅满足控制的自动化，更是向着完全自动化、无人化的方向开场开展。近年来在关于智能控制方法的问题上，国外专家也有不少研究，在温室环境控制系统中，更是成功的应用了例如专家系统、模糊控制、神经网络等技术。我国由于起步较晚，所以温湿度的测控技术处于落后的水平，在20世纪80年代才开场研究。兴旺国家由于已经拥有很先进的温湿度控制技术，所以我国的技术人员正努力去学习一些他们的技术。在这学习过程中，温度室微机控制技术也被我们所掌握，但是这项技术只能在温湿度单项环境因子的控制中使用。对于温湿度测控系统的应用中，我们也正在从简单应用阶段迈向综合应用阶段。在技术方面上，单片机可以越来越多地控制单参数以及

21、单回路系统，对于多参数的综合的控制系统，就与兴旺国家有很大的差距。在我国，温湿度检测和控制还不普遍，在实际生产中也有很多的问题，例如比拟差的装备配套能力，比拟低的产业化程度，以及落后的环境控制水平，不能共享的软硬件资源，差的可靠性等。 1. 模拟、集成温控器： 目前，市场上出现的模拟温控器主要包括温控开关和可编程温控器，典型产品例如 LM56、AD22105和 MA*6509。*些增强型集成温控器(例如 TC652/653)中还包含了 A/D 转换器以及固化好的程序,这虽然相似与智能控制器，但集成温控器本身自成系统,工作时不受微处理器控制。 2.智能控制器 智能控制器，也称为数字温控器，问世于

22、20世纪90年代中期。它集微电子技术、计算机技术和自动测试技术ATE于一身。目前，市场上已设计研发出多种智能温控器产品，其部都包含温度传感器、A/D 转换器、信号处理器和接口电路。智能温控器的特点是能输出温度数据及其温度控制量，适配各种微控制器MCU，并且是在硬件根底上通过软件编程来实现其测控功能的，其智能化程度也取决于软件的开发水平。纵观当今市场，各种温度控制器种类繁多，相关的产品更是琳琅满目。但是真正适用于电力场所这种对于温湿度控制精度要求高、强干扰场合的产品却是少之又少，总体来看，国的温湿度控制系统存在以下缺乏1：1.温湿度控制精度相对国外技术来说还不是很高； 2. 一般温湿度控制系统部

23、器件功耗较高，工作稳定性较低； 3. 抗干扰性能不高，缺乏以适应强干扰场所； 4. 硬件电路构造比拟复杂，本钱较高； 为了解决以上缺点，本文提出了设计智能温湿度控制系统。实践说明，该系统工作稳定，抗干扰能力强，具有良好的性价比和实用价值，能实现自动、手动控制和报警功能，并且对于其它领域的温湿度测控系统的设计也有着较高的参考价值。HYPERLINK l _Toc2621137871.3 论文各局部研究的主要容通过对温控器的开展和现状的分析，我们得出，目前市场上温控器存在控制精度低、稳定性不高、构造复杂和抗干扰性低等缺点，在充分研究该系统各模块根底上，以 STC12C5628AD 单片机为核心，采

24、用 SHT10 为温湿度传感器，实现对温度、湿度的采集功能，按键控制、信息显示及超温、超湿报警功能，并利用固态继电器作为控制开关，分别控制加热装置和除湿装置系统。通过红外传感器的红外感应原理到达监控和报警的功能；并且通过对温湿度的检测及时的对仓库进展通风。研究容具体如下： 1. 温度、湿度采集模块的设计 利用温湿度传感器采集温湿度信号并由其置 A/D 转换模块，将采集的模拟信号直接转换为数字信号传送入单片机。 2.温湿度信号处理模块的设计 本文的信号处理模块的设计采用宏晶科技生产的 STC12C5628AD 单片机，具有高速、高可靠、抗干扰性强等特点。此模块与控制系统的其他模块相连接，处理由温

25、湿度采集模块传送的温湿度信号，并且处理按键控制信号、实现超温、超湿的控制功能。 3.通风处理模块的设计 本文利用两个5V和12V的直流电机作为通风风扇，以到达不同等级的通风效果。 4.报警模块的设计 利用红外传感器BISS0001对红外线的感应原理，做到当有人或者老鼠通过仓库，使蜂鸣器发声。 5. 人机交互模块的设计 在本系统中采用的LCD1602液晶显示，单片机直接对独立式键盘进展按键扫描。 6. 输出模块的设计 采用两个无触点隔离的固态继电器作为控制开关，分别控制加热装置和除湿装置，其特点在于光电隔离, 抗干扰性能好、负载效应稳定。本设计的目的是实现仓库的温湿度智能控制，本仪器主要优势在于

26、将传统的模拟电子技术，模数转换，单片机有机结合于一体实现智能化的产品。 本仪器的主要特点有： 1. 操作简单，液晶显示屏直接给出测量结果。此仪器不需人工调节平衡，面板触摸键使操作一目了然。系统加电运行后，直接在屏幕上选择按键操作即可，人机操作界面简单。 2. 体积小、重量轻。此仪器体积只有 75mm*75mm*25mm,重0.6kg。体积小，重量轻，携带和安装方便，不会给工作人员造成负担。 3. 测量精度高，重复率低。此仪器能够测量温度的围为：-40+123.8，测量精度为：0.3；湿度测量围为：0100%RH，测量精度为：3.0%RH，并且通过单片机控制，结果稳定，精度高，进而确保了仓库的平

27、安使用。HYPERLINK l _Toc233606792第2章 控制系统的总体方案原理为完本钱设计的论文设计，温湿度控制器的设计原则和总体方案设计如下原理框图，这台仪器的主要电路模块有信号处理模块、温湿度采集模块、通风装置、人体检测、人机交互模块、输出模块组成，硬件构造框图如图 3.1 所示。图 3.1 构造框图HYPERLINK l _Toc2336067932.1 自动控制系统设计原则 基于控制器要求操作与维护方便易行，操作可靠性较高，并且对于市场供求来说应当具有一定的竞争力的特点，在设计本系统秉持以下原则： 1. 操作与维护方便易行 在系统的硬件与软件设计同时，应首先考虑到今后操作和维

28、护该控制器的人员的知识构造，应方便工作人员的日常工作，尽量减少对工作人员专业知识素养的要求，从而更有利于该系统的推广，加大其实用价值，因此，在设计时尽量减少人机交互接口，在使用时多采用简化的方法和置操作。 2. 操作可靠性高 基于本控制器应用的围是仓库的温湿度的监测，对于系统设计的每一个环节都应以高可靠性为原则，而单片机系统的高可靠性无庸置疑，在提高系统的高可靠性方面主要从一下几方面入手：使用高性能、可靠性高的元器件，加强对供电电源的抗干扰措施，设计电路板时布线和接地要合理等。 3. 较高性价比 单片机之所以为现今各个产业广泛应用，其体积小，功耗低的特点固然重要，但其超高的性价比更加不能无视。

29、同时为了增强市场竞争力，在设计同时在保持较高性能外，尽可能降低制作本钱，如尽量简化外围电路，在性能允许的前提下使用软件功能替代硬件功能。HYPERLINK l _Toc2336067942.2 温湿度控制器系统设计方案论证温湿度传感器是设计本控制器设计的重要前提，温湿度传感器的选择5，关系到整个装置的性能优劣、设计的复杂程度、以及最终的设计本钱。因此，温度传感器选择的正确与否对于整个系统的影响巨大。选择温度传感器比选择其它类型传感器所需要考虑容更多。大多数情况下，对温度传感器选用，需考虑以下几方面问题： 1. 被测对象温度是否需要记录、报警及自动控制，是否需要远距离传送和测量。 2. 测量温度

30、和湿度围大小以及测量精度要求。 3. 测温元件大小是否适当。 4. 被测对象温度随时间变化场合，测温元件滞后能否适应测温要求。 5. 被测对象环境条件是否对测温元件损害。 6. 价格合理的前提下，是否使用方便本设计利用温湿度传感器检测出仓库温度和湿度，然后送入单片机，由单片机每次将此信号与设定温度和湿度进展比对，温湿度信息通过数码管显示,并且对于温度、湿度超过设定值时启动相应的加热和除湿装置及实现超限报警功能。实现这种控制目的的方案有3个2。 方案一热电偶温度自动控制系统。采用 A/D 转换器 方案二模拟集成温度控制器 AD590 温度自动控制系统。采用 V/F 转换电路 方案三数字温湿度传感

31、器 SHT10 温度自动控制系统。这三个方案都是采用单片机控制，数码管显示。这三个方案的比拟局部为温度传感器局部和模/数转换局部。方案一的系统框图如图 2.1 所示：图2.1 热电偶温度控制系统原理图 该局部温度检测局部采用热电偶及其补偿电路与其配套，由于热电偶的输出电压非常小,只有几毫伏，在进展 A/D 转换前必须经过信号放大处理，在设计中如果采用 8 位 A/D 转换器，输入端需采用放大器，把几毫伏的电压信号放大到 5 V左右。由于热电偶本身的非线性特性，所以必须经过分度表的查表才能获得相应的温度值，加大了数据处理和软件设计的难度。此方案的优点在于测量温度围大(从-100C 到上千摄氏度)

32、，且精度高 ,但系统构成复杂，抗干扰能性较低。 方案二的框图如图 2.2 所示： 图 2.2 模拟集成温度控制器温度自动控制系统原理图 如果不使用 A/D 转换器的话，可以选择 V/F 转换电路代替 A/D 转换器，因为 V/F 变换与单片机的接口有输入只有一根线、接口电路简单、抗干扰性好、易采用光电隔离等优点，故采用 V/F 转换电路来实现 A/D 变换是行之有效的。这一电路对温度变化小的信号有较好的精度，而且对输入温度信号有快速响应能力。缺点是该电路比拟复杂，需要用放大电路来将温度传感器采集到的信号进展放大，性能不够稳定。 方案三的框图如图 2.3 所示,图中虚框局部是扩展局部。图 2.3

33、 数字温湿度传感器 SHT10 自动控制系统该方案采用瑞士进口数字式温湿度传感器 SHT103采集仓库温湿度信号，SHT10 自身集温度和湿度传感器于一体，因此采用本系统进展温湿度实时监测的优点在于测量精度高、接口简单、体积小、构成系统本钱低廉等优点；另外 SHT10 芯片置 A/D 转换器，无须再次添加 A/D 转换电路,因此构成系统简单,抗干扰能性也较同类芯片高。经过综合比拟，方案三是比拟理想的，并且经济合理。系统的软件设计采用 C 语言，对单片机进展编程以实现各项功能。本软件为了实现温度、湿度显示，报警，A/D 转换和对温湿度的控制等功能，采用主程序调用各个子程序来实现相应的功能的方法。

34、系统上电复位后，将调用初始化程序对单片机的端口初始化，将需要使用的存单元进展清零，由于本系统中采用的温湿度传感器 SHT10 本身自带有A/D 转换模块，能将检测的温度、湿度值直接传送入单片机，然后经由单片机控制将温湿度值由数码管显示出来，然后每次将读入的数据与上、下限进展判断，以决定是否调用报警和调温、调湿装置。2.3 信号处理模块的选型及理由 根据电路的设计，单片机是温控器的核心器件，单片机系统需要完成如下根本功能： 1.数据采集结果的运算 2.控制启动加热和除湿装置 3.人机交互模块的控制 4.通风装置的启动 5.人体检测的控制 传统的80C51单片机的部资源少，需要外接数据锁存器、存储

35、器等辅助器件，这样就增加了线路板布线的难度和仪表电路板的大小，并且控制起来也较繁琐，运算速度变慢，为此，我们选择了一款只有指甲大小、功能更齐全，运算速度更快的单片机 STC12C5628AD4。宏晶科技是新一代增强型8051单片机标准的制定者和领导厂商，致力于提供满足中国市场需求的世界级高性能单片机技术，在业处于领先地位，销售网络覆盖全国。在高品质的根底上，以极低的价格和完善的效劳赢得了客户的长期信赖。在 STC89C51 系列单片机的根底上，推出了1个时钟/机器周期的单片机，全面提升了8051单片机的性能。信号处理模块是整个系统的控制核心单元，决定了系统设计的稳定性和可靠性，单片机从数据采集

36、模块接收温湿度信号，并将其进展处理运算，以电流或电压的形式输出给被控制的单元电路完成各项任务。单片机外接显示电路、温湿度采集电路、通风电路、人体检测电路、按键控制电路、报警电路和串口通信电路。 现将主要特点总结如下： 1.增强型8051 CPU，1T，单时钟/机器周期，指令代码完全兼容传统 8051； 2.高速：1个时钟/机器周期，增强型8051 核，指令代码完全兼容8051，速度比普通8051快 812 倍； 3.宽电压：5.53.3V，2.23.6V； 4.用户程序空间8/16/20/32/40/48/52/56/60/62K字节，擦写次数10万次以上； 5.1280字节片RAM数据存储器

37、； 6.通用 I/O口27/23/15 个，复位后为：准双向口/弱上拉普通8051传统I/O 口可设置成四种模式：准双向口/弱上拉，推挽/强上拉，仅为输入/高阻，开漏，每个 I/O 口驱动能力均可到达20Ma，但整个芯片最大不得超过 55mA； 7.ISP在系统可编程/ IAP/在应用可编程，无需专用编程器/仿真器； 8.芯片EEPROM功能,擦写次数10万次以上； 9.看门狗； 10.部集成MA*810专用复位电路外部晶体 20M 以下时，可省外部； 11.时钟：外部高精度晶体/时钟或部R/C振荡器用户可选，在ISP下载编程时进展设置； 12.共6个16 位定时器/计数器，两个专用16位定时

38、器TO和T1，PCA模块可再实现4个16 位定时器； 13.低功耗设计：空闲模式，可由任意一个中断唤醒,掉电模式可由外部中断唤醒，可支持下降沿/上升沿和远程唤醒； 14.增加第二复位功能脚高可靠复位，可调整复位门槛电压，频率12MHz 时，无需此功能增加外部掉电检测电路,可在掉电时,及时将数据保存进 EEPROM,正常工作时无需操作 EEP； 15.PWM4路/PCA可编程计数器阵列，4路，也可用来当4路D/A 使用；也可用来再实现4个定时器；也可用来再实现4个外部中断上升沿中断/下降沿中断均可分别或同时支持； 16.A/D转换，10位精度ADC，共8路； 17.通用全双工异步串行口UART，

39、由于STC12系列是高速的8051，也可再用定时器软件实现串口； 18.SPI 同步通信口，主模式/从模式； 19.工作温度围：0 75/-40 +85； 20.2通道捕获/比拟单元PWM/PCA/CCP，也可用来再实现2个定时器或2个外部中断支持上升沿/下降沿中断。 选择 STC12C5628AD系列单片机的理由： 1. 1个时钟/ 机器周期，可用低频晶振，大幅降低EMI； 2. 超强抗干扰: 高抗静电ESD 保护；宽电压，防止电源抖动；轻松过4KV快速脉冲干扰(EFT测试； 3. 加密性强，无法解密； 4.在系统可编程，无需编程器，无需仿真器，可远程升级； 5. 超低功耗：掉电模式典型功耗

40、 0.1 A；空闲模式典型功耗 1.8 mA；正常工作模式典型功耗 2.7mA - 7mA； 6.宽温度围，零下40度-85度； 7.部集成MA*810专用复位电路，原复位电路可以保存，也可不用，不用时RESET脚加1K电阻接地。2.4红外的根底理论及工作原理红外线是电磁波谱的一个局部，这一波段位于可见光和微波之间，根据普朗克辐射定理，但凡绝对温度大于0的物体都能辐射电磁波，物体的辐射强度与温度外表辐射能力有关，辐射的光谱分布也于物体温度密切相关。在电磁波谱中，我们把人眼可直接感知的0.4-0.75m波段称为可见光波段，而把波长从0.75-1000m的电磁波称为红外波段，红外波段的短波段与可见

41、光红光相邻，长波段与微波相连。可见光辐射主要来自高温辐射源，如太阳、高温燃烧物体、灼热金属等，而任何低温，室温或加热后的物体都有红外辐射。红外检测不需要与被测物体接触，并可远距离测量，他特别适合于告诉运动物体，旋转体，人体，动物体的平衡。红外监测不像热电偶，温度计那样，需要与被测体接触以到达热平衡，只要接触到目标的红外辐射即可测量，起相应时间在毫秒设置微妙数量级。热释电红外线传感器由探测元、滤光片和场效应管阻抗变换器等三大局部组成，如图2.4热释电红外线传感器所示：图2.4热释电红外线传感器对于不同的传感器来说，探测元的制造材料有所不同，如SD02的敏感单元由锆钛酸铅制成；P2288由LiTa

42、O3制成，将这些材料做成很薄的薄片，每一个薄片相对的两面各引出一根电极，在电极两端则形成一个等效的小电容。因为这两个小电容是做在同一个硅芯片上的，因此形成的等效小电容能自身产生极化，在电容两端产生极性相反的正负电荷。传感器中两个电容是极性相反串联的。光学滤镜的主要作用是只允许波长在10m左右的红外线人体发出的红外线波长通过，而将灯光，太及其他辐射滤掉，以抑制外界的干扰。红外线应源通常由两个串联的热释电原件组成，这两个热释电元件的电极相反，环境背景辐射对两个热释电元件几乎有想听的作用，使其产生的热释电效应相互抵消，输出信号接近为零。一旦有人活着小动物侵入探测区域，人体红外辐射通过局部镜面聚焦，并

43、被热释电元件接收，由于角度不同，两篇热释电元件接收到的热量不同，热释电能量也不同，不能完全抵消，经处理电路处理后输出控制信号。人体或者体积较大的动物都有恒定的体温，一般在37，所以会发出波长10m左右的红外线，当人体进入检测区，因人体温度与环境温度有差异，人体发射的10m左右的红外线通过菲涅耳透镜滤光片增强后聚集到红外感应源热释电元件上，红外感应元在接收到人体红外辐射时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，进而产生T并向外围电路输出，后续电路经检测处理后就能产生报警信号。假设人体进入检测区后不动，则温度没有变化，传感器也没有信号输出，所以这种传感器适合检测人体或者动物的活动情况。2.5串口通信电路串

44、行通信是指通信的发送方和接收方之间数据信息的传输是在单根数据线，以每次一个二进制位移动的，他的优点是只需一对传输线进展传送信息，因此其本钱低，适用于远距离通信，他的缺点是传送速度低，串行通信有异步通行和同步通信两种根本通信方式，同步通信适用于传送速度高的情况，其硬件复杂，而异步通信应用于传送速度在50-19200波特之间，是比拟常用的传送方式，在异步通信中，数据是一帧一帧传送的，每一串行帧的数据格式由1位起始位，5-8位的数据位，1位的奇偶校验位可省略和1位停顿位4局部组成，在串行通信前，发送方和接收方要约定具体的数据格式和波特率通信协议。MA*IM公司的MA*232/MA*232A接收/发送

45、器是MA*IM公司特别为满足EIA/TEA2232E的标准而设计的，他们在 EIA/TIA2232E标准串行通信接口中日益得到广泛的应用，他们具有功耗低、工作电源为单电源、外接电容仅为0.1F或1F，采用双列直插封装形式、接收器输出为三态TTL/CMOS等优越性，为双组RS 232接收发送器，工作电源为+5V，波特率高，仅需外接0.1F或1F的电容，其价格低，可在一般需要串行通信的系统中使用，MA*232外围需要4个电解电容，是部电源转换所需电容，其取值均为1F/25V宜选用钽电容并且应尽量靠近芯片。 上位机PC机与下位机单片机通过RS-232C串行接口总线进展串行通信10，RS-232C规定

46、的逻辑电平与一般单片机的逻辑电平是不一致。STC12C5628AD系列单片机带有一个全双工的串行接口，因此用RS-232C串行接口总线非常方便。PC机配置RS-232C标准接口，RS-232C信号电平为负逻辑(逻辑0：+12 V；逻辑1：-12 v)，STC12C5628AD单片机输入、输出电平为TTL电平(逻辑0：0.5V；逻辑1：2.4V)。因此，在实际应用时,必须把单片机的信号电平(TTL电平)和PC机的RS-232电平进展相互转换，否则将烧坏TTL电路。在本控制系统中采用了MA*232芯片。2.6显示论证 显示器种类很多，有LED，LCD，CRT等，其中LED价格廉价，但它显示字符有限

47、。CRT是最常用的，但使用时需要配备外围电路。而LCD是一种低功耗显示器，其应用特别广泛，而且它部自带驱动器，无须扩展外围电路，能显示多种字符，很好的满足了本设计的要求。 LCD液晶显示器具有功耗低、寿命长、无辐射、不易引起视疲劳等优点，正在被广泛应用于仪表、家用电器、计算机、医疗器械及交通和通信领域。在本系统中，用LCD液晶屏来构成显示局部，主要在检测到报警信号时的显示，环境温湿度及电机工作状态的显示。单色液晶显示器的原理： LCD技术是把液晶灌入两个列有细槽的平面之间。这两个平面上的槽互相垂直(相交成90度)。也就是说，假设一个平面上的分子南北向排列，则另一平面上的分子东西向排列，而位于两

48、个平面之间的分子被强迫进入一种90度扭转的状态。由于光线顺着分子的排列方向传播，所以光线经过液晶时也被扭转90度。但当液晶上加一个电压时，分子便会重新垂直排列，使光线能直射出去，而不发生任何扭转。LCD是依赖极化滤光器(片)和光线本身。自然光线是朝四面八方随机发散的。极化滤光器实际是一系列越来越细的平行线。这些线形成一网，阻断不与这些线平行的所有光线。极化滤光器的线正好与第一个垂直，所以能完全阻断那些已经极化的光线。只有两个滤光器的线完全平行，或者光线本身已扭转到与第二个极化滤光器相匹配，光线才得以穿透。LCD正是由这样两个相互垂直的极化滤光器构成，所以在正常情况下应该阻断所有试图穿透的光线。

49、但是，由于两个滤光器之间充满了扭曲液晶，所以在光线穿出第一个滤光器后，会被液晶分子扭转90度，最后从第二个滤光器中穿出。另一方面，假设为液晶加一个电压，分子又会重新排列并完全平行，使光线不再扭转，所以正好被第二个滤光器挡住。总之，加电将光线阻断，不加电则使光线射出。然而，可以改变LCD中的液晶排列，使光线在加电时射出，而不加电时被阻断。但由于计算机屏幕几乎总是亮着的，所以只有加电将光线阻断的方案才能到达最省电的目的。从液晶显示器的构造来看，无论是笔记本电脑还是桌面系统，采用的LCD显示屏都是由不同局部组成的分层构造。LCD由两块玻璃板构成，厚约1mm，其间由包含有液晶(LC)材料的5m均匀间隔

50、隔开。因为液晶材料本身并不发光，所以在显示屏两边都设有作为光源的灯管，而在液晶显示屏反面有一块背光板(或称匀光板)和反光膜，背光板是由荧光物质组成的可以发射光线，其作用主要是提供均匀的背景光源。背光板发出的光线在穿过第一层偏振过滤层之后进入包含成千上万水晶液滴的液晶层。液晶层中的水晶液滴都被包含在细小的单元格构造中，一个或多个单元格构成屏幕上的一个像素。在玻璃板与液晶材料之间是透明的电极，电极分为行和列，在行与列的穿插点上，通过改变电压而改变液晶的旋光状态，液晶材料的作用类似于一个个小的光阀。在液晶材料周边是控制电路局部和驱动电路局部。当LCD中的电极产生电场时，液晶分子就会产生扭曲，从而将穿

51、越其中的光线进展有规则的折射，然后经过第二层过滤层的过滤在屏幕上显示出来。 2.7 键盘的选择论证 方案一：独立式按键是各按键相互独立，每个按键各接入一根输入线，一根输入线上的按键工作状态不会影响其他输入线上的工作状态。因此，通过检测输入线的电平状态可以很容易判断哪个按键按下了。独立式按键电路配置灵活，软件简单。但每个按键需要占用一个输入口线，在按键数量较多时，需要较多的输入口线且电路构造复杂，故此种键盘适用于按键较少或操作速度较高的场合。 方案二：矩阵式键盘也称行列式键盘 适用于按键数目较多的场合，它由行线和列线组成，按键位于行列的交点上。一个33的行列构造可以构成一个有32按键的键盘。同理

52、，一个48的行列构造可以构成一个16键的键盘，很明显，在按键数量较多的场合，矩阵式键盘与独立式键盘相比，要节省很多的I/O口线。由于矩阵键盘中行列线为多键公用，各按键均影响该键所在行列的电平。因此各按键彼此将相互发生影响，所以必须将行列信号配合起来比做适当的处理，才能确定闭合键的位置。 本设计所采用的按键不多，所以只需采用独立式按键。2.8 输出局部的设计本电路选用两个无触点隔离的固态继电器作为控制开关，分别控制加热装置和除湿装置，其特点在于光电隔离, 抗干扰性能好、负载效应稳定。图 2.5 SSR 部构造图固态继电器 (MOSFET SSR ,Solid State Relay )13是一种

53、无触点通断型电子开关，是四端有源器件，其中两个为控制输入端，另外两个为输出受控端。为了实现输入与输出的隔离，器件采用高耐压的光耦合器。当输入信号有效时，主电路呈导通状态，无信号时呈阻断状态，可以实现类似电磁继电器的开关功能。SSR是将MOSFET、GTR、普通晶闸管等组合在一起与触发电路封装在一个模块中，并且驱动电路与输出电路实现电气隔离，如图2.5所示。固态继电器是可控硅过零触发器，无触点，不用调节，对电网不会产生波形畸变。因此，采用继电器控制，电路简单可靠。第3章 硬件电路模块的实现3.1系统电源设计一个完整的电子设计，其首要问题就是解决为整个系统提供电源的供电模块，稳定可靠的电源模块是系

54、统平稳运行的前提和根底。电源是整个控制系统最重要的能源供给局部，电源的好坏直接影响整个系统能否正常稳定运行。为了保证传感器的测量准确性，必须保证供电电源恒定。本系统采用的传感器要求电源为5V，因此，需将220VAC经过变压后产生12V交流输入，通过桥式整流电路把低压交流整流为含有脉动和谐波成份的直流电，再通过滤波电容把其中的交流成份滤出，就成为直流电，为柜外的加热、除湿装置供电，直流电压不够稳定，再经过三端稳压管 LM7805实现稳压，稳压后成为+5V的电源输出，+5V为SHT10及STC12C5628AD等单电源芯片供电。这种电源的设计提高了抗干扰能力，提高了电源的可靠性。图 3.1 系统电

55、源图3.2信号处理模块的电路设计本系统的主控模块采用的是宏晶科技生产的 STC12C5628AD 单片机，STC12C5628AD 芯片具有 1 个时钟/机器周期，是高速、高可靠、超强抗干扰的新一代8051 单片机，没有直接选用C51 系列的单片机是因为这种单片机不需要单独的实验箱进展下载，指令代码和引脚完全兼容80C51，方便我们进展软件设计调试，而且速度优于传统 51 单片机，部集成专用复位电路，抗干扰性强，且超强加密性，解密难度高。STC12C5628AD 系列单片机以其优越性能获得广泛的应用。STC12C5628AD的部构造图如图3.2所示：图3.2部构造图下列图由时钟电路和复位电路，

56、STC12C5628AD芯片组成，构成单片机的最小系统在系统中完成信号处理功能。图 3.3 单片机最小系统电路图 下面详细介绍其中的两个电路。 1 复位电路(1)复位的意义单片机的复位是为了把电路初始化到一个确定的状态。否则，不知哪是第一条程序和如何开场运行程序。端口线电平和输入输出状态不确定可能使外围设备误动作，导致严重事故的发生；部一些控制存放器专用存放器容不确定可能导致定时器溢出、程序尚未开场就要中断及串口乱传向外设发送数据，因此，任何单片机在开场工作前，都必须进展一次复位过程，使单片机处于一种确定的状态。 (2)复位电路原理复位电路一般为上电复位和按键复位两种，本系统中采用上电复位，在

57、RST复位引脚上接一个电容到VCC，再连接一个电阻到地，由此构成一个RC充放电回路，要求接通电源后，单片机自动实现复位操作。保证单片机上电时RST脚上有足够时间的高电平进展复位，上电瞬间RST引脚获得高电平，随着电容C6的充电，RST引脚的高电平将逐渐下降。随后归到低电平进入正常工作状态，电阻和电容值为10K和10uF。上电复位电路如图3.4所示。图 3.4 复位电路图 2 时钟电路 单片机各功能部件的运行都是以时钟控制信号为基准，有条不紊地工作。因此时钟频率直接影响单片机的速度，时钟电路的质量也直接影响单片机的稳定性。时钟产生方式有两种，一种是部时钟方式，一种是外部时钟方式。部时钟方式即在单

58、片机的外部接一个晶振电路与单片机里面的振荡器组合作用产生时钟脉冲信号，外部时钟方式是把外部已有的时钟信号引入到单片机，此方式常用于多片单片机同时工作，以便于各单片机的同步，一般要求外部信号高电平的持续时间大于20ns.且为频率低于12MHz的方波。对于CHMOS工艺的单片机，外部时钟要由*TAL1端引入，而*TAL2端应悬空。本系统中为了尽量降低功耗的原则，采用了部时钟方式。STC12C5628AD通过连接一个11.0592MHz的晶振作为振荡源，由于单片机部带有振荡电路，所以外部只要连接一个晶振和两个20uF的电容，构成了单片机的时钟电路。图 3.5 时钟电路图3.3 温度、湿度采集模块的电

59、路设计基于上述考虑，本系统采用瑞士Sensirion公司推出的SHT106单片数字温湿度集成传感器。SHT10温湿度传感器采用CMOS过程微加工专利技术CMOSens technology，确保其具有极高的可靠性和出色的长期稳定性。SHT10部组成为1个能隙式材料温度敏感元件、1个电容式聚合体湿度敏感元件，且置14位A/D转换器和1个2-wire数字接口。两线制的串行接口，使得外围系统集成快速简单，具有低功耗、反响快和抗干扰性强等优点。图 3.6 传感器原理框图1温湿度传感器SHT10的特点7：SHT10的主要特点如下： (1)相对湿度和温度的测量兼有露点输出；(2)全部校准，数字输出；(3)

60、两线制数字接口，简单的系统集成，价格低廉，响应速度快；(4)超低功耗，自动休眠；(5)出色的长期稳定性；(6)高可靠性(工业 CMOS 工艺)；(7)超小体积7.552.5 mm；(8)测湿精度4. 5 %RH ,测温精度0. 5 25；(9)湿度分辨率0. 03 %RH ,温度分辨率0. 01 ；(10)温度量程- 40 123. 8 , 湿度量程0 % RH 100 % RH 。 2. SHT10的测量时序通讯8 SHT10完整的测量时序为：启动传输时序、发布命令、等待测量完成和读回数据。(1)发送命令SHT10发送命令时用一组启动传输时序如图3.6所示来表示数据传输的初始化。发送命令包括