基于单片机的温室大棚光照监控系统的设计

摘要随着农业应用技术的开展，温室大棚已成为高效农业的一个重要组成局部。因此对农业生产环境的一些重要参数进行检测与控制就显得十分必要，而这些重要参数包括光照强度、温度、湿度、二氧化碳浓度等。这些参数是改变植物生长环境、为植物生长创造最正确条件、防止外界四季变化和恶劣气候对植物生长的影响。本次毕业设计内容是基于单片机的温室大棚光照强度监控系统的设计，主要从硬件设计和软件设计两个方面着手。硬件方面以单片机为主处理器，由光敏二极管采集光照强度送给A/D转换单元ADC0809，经过A/D转换后将信号传递给单片机进行处理，单片时机根据处理结果发出执行显示和是否启动控制电路的指令。另外还有单片机的复位电路、X5045存储电路、为ADC0809提供时钟信号的分频电路以及由三极管和继电器组成的控制电路。硬件电路的绘制采用计算机辅助设计来实现。硬件电路的调试采用静态调试与动态调试相结合的方法实现。软件方面主要包括主程序、中断采集程序、显示程序，按键处理程序、调节程序以及存储程序等。通过主程序对各子程序进行调用来完成整体的功能,实现对温室大棚光照强度的监测和控制。通过对温室大棚光照强度的实时监控，既防止了传统方法的弊端又能提高农作物的产量，从而带来更多的经济效益。关键词：监控系统；单片机；A/D转换器；显示器；光照传感器AbstractWiththedevelopmentofapplicationtechnologyofagriculture,greenhouseefficientagriculturehasbecomeanimportantpart.Therefore,theagriculturalproductionenvironmentsomeimportantparameterstodetectandcontrolitisverynecessary,andtheseimportantparameters,includinglight,lightintensity,humidity,carbondioxideconcentration.Theseparametersarechangingtheplantgrowthenvironment,tocreatethebestconditionsforplantgrowth,avoidingtheoutsideworldchangingseasonsandharshclimateonplantgrowth.Thegraduationdesignisamicrocontroller-basedgreenhouselightintensitymonitoringsystemdesign,mainlyfromthehardwaredesignandsoftwaredesigntwoaspects.Hardware-basedsingle-chipprocessor,thelightintensitycollectedbythephotodiodegiveA/DconversionunitADC0809,afterA/Dconversionwillbeprocessedsignaltothemicrocontroller,themicrocontrollerwillbeperformedaccordingtotheresultsissuedbythecontroldisplayandwhethertostartcircuitinstruction.Anothermicrocontrollerresetcircuit,X5045memorycircuitforprovidingaclocksignalADC0809dividercircuitandcomposedbythetransistorandrelaycontrolcircuit.Hardwarecircuitdrawnusingcomputer-aideddesigntoachieve.Debughardwarecircuitdebuggingusingstaticanddynamicdebuggingofcombiningmethods.Softwareincludesthemainprogram,interruptcollectionprocedures,displayprogram,keyprocesses,regulateproceduresandstorageprocedures.Throughthemainprogramforeachsubroutinecalltocompletetheoverallfunctionoflightintensitytoachievethegreenhousemonitoringandcontrol.Greenhouselightintensitythroughreal-timemonitoring,bothtoavoidthedrawbacksoftraditionalmethodscanincreasecropyieldandthusbringmoreeconomicbenefits.[1]Keywords:MonitoringSystem;AT89S52；ADC0809；Monitor;Lightsensor目录第一章绪论11.1研究背景11.2本次设计的目的与意义11.3国内外研究现状21.4主要研究内容3第二章系统方案设计42.1设计要求42.2传感器方案的选定42.2.1光电式传感器简介42.2.2传感器的性能比拟42.2.3传感器的选定52.3总体设计方案52.4方案执行考前须知6第三章系统硬件电路的设计73.1硬件设计过程73.2总体设计构成83.3根本电路设计93.3.1单片机简介93.3.2根本电路93.4储存单元113.4.1X5045功能应用113.4.2储存单元电路113.5键盘电路和显示电路局部123.6检测电路局部123.7A/D电路局部143.8调节电路局部15第四章软件设计174.1主程序设计174.2按键处理程序174.3光照强度中断采集程序184.4光照强度显示程序194.5光照强度调节程序20第五章整机调试215.1硬件调试215.1.1静态调试225.1.2动态调试225.1.3使用光敏二极管的考前须知225.1.4硬件调试出现的问题235.2软件调试23第六章计算机辅助设计256.1原理图设计256.2PCB图设计266.3keil软件简介26致谢29附件一元件列表30附件二原理图31第一章绪论1.1研究背景信息技术已成为当今全球性的战略技术，作为各种信息的感知、采集、转换、传输和处理的功能器件——传感器，已经成为各个应用领域，特别是自动检测，自动控制系统中不可缺少的核心部件。传感器一般有敏感元件、转换元件、根本转换电路三局部组成[2]。同时单片机的诞生标志着计算机正式形成了通用计算机系统和嵌入式计算机系统两个分支。以单片机为核心的智能化产品，计算机技术、信息处理技术和电子测量与控制技术结合在一起，将会对传感产品结构和应用方式产生根本性变革。单片机是将微处理器、存储器、I/O接口电路等元器件集成在一个芯片上的大规模集成电路，本身即是一个小型化的微机系统。由于应用目的不同，单片机系统和通用PC有较大差异单片机系统是以计算机技术为根底，针对具体应用，通过软硬件的裁减，组成对功耗、本钱、体积、可靠性有严格要求的计算机应用系统。随着国民经济的迅速开展，农业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局部。信息技术在农业生产中的运用也越来越广泛，对农业生产环境的一些重要参数进行检测与控制是现在农业生产中最重要的一环[3]。此次毕业设计就是运用信息技术对温室大棚内光照强度进行监控的系统进行设计。1.2本次设计的目的与意义本次设计的目的是通过技术手段来实现对温室大棚内光照强度的监测和控制。利用的传感器是光敏二极管，通过光敏二极管测得的光信号经过ADC0809转换后得到数字信号，数字信号被发送到AT89S52单片机。单片机AT89S52将处理过的信号发送给HD7279，HD7279再通过LED直观的显示出来。单片时机把测得的实时数据与存储器中的控制上下值进行实时比拟，如果测量值超出控制上下值，单片机就会发出指令开启控制电路进行调节，使其回到控制范围内[4]。而这次实验设计的控制系统不仅能够完成一个独立完整的监测光照强度、控制光照强度系统，也可以使之成为一个大的监控系统的一局部，所以本设计具有良好的设计前景和研究意义。1.3国内外研究现状国外的温室设备已经开展到比拟完备的程度，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相适应的测控软件，不利于在我国广泛推广，而当今我国大多数地方对大棚光照强度的检测和推广都是采用人工管理，存在着测控精度低、劳动强度大以及控制不及时等弊端，容易造成不可弥补的损失，结果大大增加了本钱，浪费了人力资源，而且很难到达预定的效果。从国内外温室控制技术的开展状况来看，温室环境控制技术大致分为三个阶段：=1\*GB2⑴手动控制这是温室技术开展初期所采取的控制手段，其实并没有真正意义的控制系统和执行机构。生产一线的种植者即是传感器，又是执行机构。他们是温室环境控制的核心，通过对温室内外的气候状况和对植物生长状况的观测，凭借长期积累的经验和直觉推测及判断，手动控制温室内的环境。=2\*GB2⑵自动控制这种控制系统需要种植者输入温室作物生长所需环境的目标参数，计算机根据传感器的实际测量值与事先设定的目标值进行比拟，以决定温室环境控制因子的控制过程，控制相应机构进行加热、通风以及增加光照等动作。=3\*GB2⑶智能化控制这是在温室自动控制技术和生产实践的根底上，通过总结、收集农业领域知识、技术和各种实验数据构建专家系统，以建立植物生长的数学模型为理论依据，研究开发出的一种适合不同作物生长的温室专家控制系统技术。温室控制技术沿着手动、自动、智能化控制的开展进程，向着越来越先进、功能越来越完备的方向开展。由此可见，温室环境控制朝着基于作物生长模型、温室综合环境因子分析模型和农业专家系统的温室信息自动采集及智能控制趋势开展。1.4主要研究内容本次设计主要研究内容如下：=1\*GB2⑴进行温室大棚光照控制系统的整体研究与设计。=2\*GB2⑵利用键盘设置光照强度的上下限值。=3\*GB2⑶利用光敏二极管来采集光照数据。=4\*GB2⑷利用LED对光照强度值进行实时显示。=5\*GB2⑸当大棚光照强度值超出设定范围值时，系统可自动输出驱动信号控制继电器，启动遮阳网或补光灯对大棚光照强度进行调节。系统框图见图1.1。图1.1系统框图第二章系统方案设计2.1设计要求本次设计要求测光照强度范围在0Lx—10000Lx，采用LED数码管显示器方式显示。我们采用单片机AT89S52作为主处理器，光照强度的采集使用的是光敏二极管，转换局部使用的是ADC0809。光照强度通过光敏二极管采集并通过ADC0809转换成数字信号并传给单片机，然后由LED数码管直观的显示出来，且可以通过按键来设定光照强度的上下限值，当光照强度高于上限值或者低于下限值都可以通过控制电路进行调节使其恢复到正常范围内。2.2传感器方案的选定2.2.1光电式传感器简介光电式传感器是将光通量转换为电量的一种传感器，光电式传感器的根底是光电转换元件的光电效应。由于光电测量方法灵活多样，可测参数众多，具有非接触、高精度、高可靠性和反响快等特点，使得光电式传感器在检测和控制领域获得了广泛应用。市场出售的有光敏电阻器、光电二极管、光电三极管、光电耦合器和光电池等[5]。2.2.2传感器的性能比拟方案一、光敏电阻光敏电阻又称光导管，是内光电效应器件。它几乎都是用半导体材料制成的光电器件。光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时既可以加直流电压，也可以加交流电压。无光照时，光敏电阻值很大，电路中电流很小。当光敏电阻受到一定波长范围的光照时，它的阻值〔亮电阻〕急剧减少，电路中电流迅速增大。一般希望暗电阻越大越好，亮电阻越小越好。此时光敏电阻的灵敏度高。实际光敏电阻的暗电阻值一般在兆欧级，亮电阻在几千欧以下。光敏电阻灵敏度高、工作电流大、光谱响应范围与所测光强范围宽、无极性、使用方便；但是光敏电阻响应时间长、频率特性差、强光线性差、受温度影响大。方案二、光敏二极管光敏二极管是一种将光能量变换为电能量的器件，它基于半导体的光生伏特效应的原理，光敏二极管装在透明玻璃外壳中，其中PN结装在装置的顶部，可以直接受到光照射。光敏二极管在电路中一般是处于反向工作状态。在没有光照射时，反向电阻很大，反向电流很小，这反向电流称为暗电流。当光照射在PN结上时，光子打在PN结附近，使PN结附近产生光生电子和光生空穴对。它们在PN结处的内电场作用下作定向运动，形成电流。光的强度越大，光电流越大。因此光敏二极管在不受光照射时，处于截止状态，受光照射时，处于导通状态。光敏二极管的优点是线性好，响应速度快，噪声低，小型轻量以及耐振动与冲击等；缺点是输出电流小。2.2.3传感器的选定此次毕业设计期望到达的效果是系统功能合理、电路板结构尽可能简单化、操作方便、节约本钱。所以根据设计的目标以及方案比照等因素考虑，传感器设计方案将围绕方案二展开。2.3总体设计方案本系统的设计的硬件主要包括：单片机AT89S52，检测电路，显示电路，键盘电路，存储电路，调节电路、复位电路等。利用传感器测量大棚内的光照强度经过ADC0809处理后，将数据送至AT89S52，与预设的农作物最适合生长的光照强度值的上下限进行比照，并通过显示电路将测得的光照强度值进行实时显示。如果不同作物的适合生长的光照强度不一样，可以通过键盘电路修改预设值。AT89S52根据比拟的结果对调节系统发出相应的指令，启动相应的调节设备如遮阳网、补光灯等，调节大棚内的光照状态。这样就实现了对大棚光照强度的自动控制。2.4方案执行考前须知由于本次设计传感器选用的是方案二，即选择光敏二极管传感器为主要元件，用于光照强度信号的采集，在使用光敏二极管传感器需要注意其工作电流。以及后面的控制电路要考虑电路的驱动能力。本次设计既要使电路板结构简洁，又要考虑如何到达预期效果，所以应尽量选择较少的元器件。第三章系统硬件电路的设计3.1硬件设计过程在一个单片机应用系统的硬件电路设计中选定单片机型号后，开始下面两局部内容：一是系统扩展，首先选择单片机内的功能单元，假设片内RAM、ROM、I/O、定时/计数器、中断系统等不能满足应用系统的要求时，必须在片外进行扩展，选择适当的芯片，设计相应的电路。二是系统的配置，即按照系统功能要求配置外围设备，如键盘、显示器、A/D转换器等，要设计适宜的接口电路[6]。系统的扩展和配置应遵循以下原那么：=1\*GB2⑴尽可能选择典型电路，并符合单片机常规用法。为硬件系统的标准化、模块化打下良好根底。=2\*GB2⑵系统扩展与外围设备的配置水平应充分满足应用系统的功能要求，并留有适当余地，以便进行二次开发。=3\*GB2⑶系统中的相关器件应尽可能的做到性能匹配。如选用CMOS芯片单片机构成低功耗系统时，系统中所有芯片都应尽可能选择低功耗产品。=4\*GB2⑷可靠性及抗干扰设计是硬件设计必不可少的一局部，它包括芯片、器件选择、去耦滤波、印制电路板布线、通道隔离等。=5\*GB2⑸单片机外围电路较多时，必须考虑其驱动能力。驱动能力缺乏时，系统工作不可靠，可通过增设线驱动器增强驱动能力或减少芯片功耗来降低总线负载。=6\*GB2⑹尽量朝“单片〞方向设计硬件系统。系统器件越多，器件之间相互干扰也越强，功耗也增大，也不可防止地降低了系统的稳定性。=7\*GB2⑺整个硬件系统保证电器信号的准确性，输出执行部件能按照输出电器信号正确运行。=8\*GB2⑻工艺设计，包括机架、机箱、面板、配线、接插件等，必须考虑安装、调试、维护的方便。参考以上原那么，选择适宜的芯片。然后绘制原理图，在原理图的根底之上，对电路板的布局进行合理规划，从而到达即操作方便又便于观察，并且能到达设计的功用。电路板整体布局如图3.1。图3.1电路板整体布局图3.2总体设计构成本次设计总共可为七个局部。分别为根本电路局部、存储电路局部、键盘电路局部、显示电路局部、检测电路局部、A/D电路局部和调节电路局部。=1\*GB2⑴根本电路局部：主要是由单片机、时钟振荡电路和复位电路组成。主电路局部主要是为单片机提供复位电平信号和时钟信号保证单片机正常运行的作用。=2\*GB2⑵存储电路局部：主要是由单片机和X5045组成。利用X5045的E2PROM来存储控制上下限值。=3\*GB2⑶键盘局部：由HD7279与四个按键组成。目的是为了实现对系统控制量的设定功能。=4\*GB2⑷显示局部：由HD7279和LED显示器组成，主要功能是显示系统测得的光照强度数值和显示设置光照强度的上下限以及量程范围。=5\*GB2⑸检测电路局部：主要由光敏二极管和LM393组成，主要功能是对光照强度信号进行采集，并将光照强度信号传送给ADC0809进行进一步处理。=6\*GB2⑹A/D电路局部：主要由ADC0809组成，主要功能是对检测电路传送的信号进行处理，然后送给单片机。=7\*GB2⑺调节电路局部：该局部主要由三极管和继电器组成，主要功能是对监测的控制量进行调节。3.3根本电路设计单片机简介AT89S52是一个低电压，高性能CMOS8位单片机[7]，片内含8kbytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256bytes的随机存取数据存储器〔RAM〕，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大的AT89S52单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合。AT89S52有40个引脚，32个外部双向输入/输出〔I/O〕端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2个读写口线，AT89S52可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发本钱。根本电路单片机要正常工作，必须具备的硬件条件中最主要的三个根本条件是正常的电源、正常的时钟电路和复位电路。=1\*GB2⑴工作电源:电源是一切芯片正常工作的保障，对应的接线方法是：单片机的40引脚〔VCC〕为电源引脚，工作时接+5V电源，单片机的20引脚为接地引脚。=2\*GB2⑵时钟电路：时钟电路为单片机提供时序脉冲，在时序脉冲的驱动下单片机进行运算和控制活动，一旦单片机的时序电路停止工作〔晶振停振〕，那么单片机就会停止运行。MCS-51内部有一个用于构成振荡器的可控高增益反向放大器。两个引脚XTAL1〔19脚〕和XTAL2〔18脚〕分别是该放大器的输入端和输出端。在片外跨接一晶振和两个匹配电容C1、C2如下图。就构成一个自激振荡器。振荡频率根据实际要求的工作速度，从几百千赫至24MHz可适中选取某一频率。匹配电容C1、C2要根据石英晶体振荡器的要求选取。当晶振频率为12MHz时，C1、C2一般选30pF左右。=3\*GB2⑶复位电路：RST引脚是复位端，高电平有效。在该引脚输入至少连续两个周期以上的高电平，单片机复位。RST引脚内部有一个斯密特ST触发器以对输入信号整形，保证内部复位电路的可靠，所以外部输入信号不一定要求是数字波形。使用时，一般在此引脚以Vss引脚之间接一个约8.2QUOTE的下拉电阻，与Vcc引脚之间接一个约10QUOTE的电解电容，即可保证上电自动复位。如果在此根底上增加按键开关S和电阻R19又可实现按键复位功能。R2的作用是在S按下时，防止电容放电电流过大烧坏开关S的触点，应保证QUOTE10。一般取QUOTE。复位电路接线方法如图3.2。图3.2根本电路图3.4储存单元X5045是单片机系统电路的一个辅助芯片，它将复位、电压检测、看门狗定时器和快锁存保护的串行EEPROM功能集合一个芯片内；采用SPI总线串行外设接口方式，降低了系统本钱并减少了对电路板空间的要求，提高了系统的可靠性；适合于需要现场修改数据的场合，广泛应用于仪器仪表和工业自动控制等领域。3.4.1X5045功能应用在这次毕业设计中，主要利用X5045串行E2PROM存储量程上下限值和控制上下限值。3.4.2储存单元电路本次设计中X5045作为存储器使用，对X5045的操作是通过4根口线、SCK、CI、SO进行同步串行通信来完成的。X5045内有一个8位指令存放器，对芯片的所有操作都需要通过对该存放器的写命令来完成，该存放器可以通过SI来访问。AT89S52与X5045之间的接线如图3.3。图3.3储存单元电路接线图3.5键盘电路和显示电路局部在本次设计中利用7279实现键盘和显示器的人机交互。键盘和显示器由HD7279管理，实现4个按键的功能：设定键、增键、左移键、确认键。以及显示器的显示功能：由8个LED数码管组成。HD7279与LED、键盘的连接方式如图3.4。图3.4键盘、LED与HD7279的接法3.6检测电路局部光照强度的检测电路所用传感器是光敏二极管，还有芯片LM393，它们的具体连接电路如图3.5(a)所示，传感器实物图如图3.5〔b〕。LM393是高增益,宽频带器件，像大多数比拟器一样，如果输出端到输入端有寄生电容而产生耦合，那么很容易产生振荡。这种现象仅仅出现在当比拟器改变状态时，输出电压过渡的间隙，电源加旁路滤波并不能解决这个问题，标准PC板的设计对减小输入—输出寄生电容耦合是有助的。减小输入电阻至小于10K将减小反响信号，而且增加甚至很小的正反响量(滞回1.0~10mV)能导致快速转换,使得不可能产生由于寄生电容引起的振荡，除非利用滞后，否那么直接插入IC(集成电路板缩写：IC)并在引脚上加上电阻将引起输入—输出在很短的转换周期内振荡，如果输入信号是脉冲波形，并且上升和下降时间相当快，那么滞回将不需要[8]。图3.5(a)光照强度采集电路接线图图3.5(b)传感器实物图由于传感器的输入输出是反相的，所以需要外接硬件电路来使输入输出呈现正相。为了实现这一目的，我选用了LM324来搭接一个反相比例运算电路和一个同相求和电路来实现，电路图如图3.6所示。图3.6反相比例与同相求和接线图3.7A/D电路局部ADC0809是典型的8位8通道逐次逼近式A/D转换器，可以和微型计算机直接接口。ADC0809由一个8路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个A/D转换器和一个三态输出锁存器组成。多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用A/D转换器进行转换。三态输出锁器用于锁存A/D转换完的数字量[9]。ADC0809外接500kHz的时钟才能正常工作，只可以利用主机芯片中的ALE端口，此端口为主机时钟频率12MHz的6分频，即2MHz，再可利用D触发器4分频到达500kHz就可正常使用。采用74HC74做双D触发器，对ALE信号四分频给ADC0809提供时钟信号。接线图如图3.7所示。图3.7分频电路本次设计采用基准稳压源LM336进行参考电源的设计。LM336-2.5/5.0属于三端精密基准电压源，可广泛用于数字电压表、稳压电源和运算放大器的电路中；其基准电压的典型值为2.490V/5.0V，长期稳性是0.00002/QUOTEQUOTE；其基准电压值和电压温度系数均可由外部电路调整到最正确特性；动态阻抗典型值为0.2QUOTE；工作电流范围从300QUOTEQUOTEQUOTE到10QUOTE；由于它采用并联调整电路，因此可作为正电压基准或负电压基准；LM336与ADC0809的接线方式如图3.8所示。图3.8ADC0809与LM336的接线图3.8调节电路局部为了实现对温室大棚内光照强度进行控制，从而设计了调节电路。调节电路由三极管、继电器和小灯泡组成。控制电路与单片机的P2.0口相接[10]，调节电路图如图3.9所示。调节电路的工作原理是当测量值低于设定的控制量范围时，单片时机把P2.0口置成高电平使三极管导通[11]，然后继电器的常开触点闭合，从而使得小灯泡工作，使光照强度发生改变，回到设定的范围内，然后单片机把P2.0口置成低电平继电器断电，触点断开，这样就完成了调节过程。图3.9调节电路第四章软件设计4.1主程序设计=1\*GB2⑴内部变量及定时器初始化：将89S52用到的RAM区地址的内容全部清零，以及X5045、7279和89S52用到的变量进行伪指令定义并将89S52的定时器T0设置为50ms定时。=2\*GB2⑵X5045初始化：对X5045的输入输出端进行定义。=3\*GB2⑶7279初始化：对7279进行一次复位。当各初始化完成后系统进入空闲方式的休眠状态，等待系统定时器的中断唤醒。主程序流程图如图4.1所示。图4.1主程序流程图4.2按键处理程序按键处理程序的流程图如图4.2所示，由于每种作物适宜生长的光照环境不同，可以通过按键去设定控制上下限的值，这样使得该系统设计的应用范围更广。按键功能确实定是通过每个按键所定义的键码确定的。在每个时间片内调度一次，由于中断方式的时间间隔是1s，超过了键抖动持续时间〔小于20ms〕，无需编制按键防抖动设计。通过四个按键可以调节量程范围和控制量的上下限值。图4.2按键处理程序4.3光照强度中断采集程序本次设计光照采集采用T0定时器定时1秒钟的方式，因为T0定时器一次最多只能定时65536QUOTEs，所以程序中使用了一个软时钟，定时器T0每次定时50ms，定时二十次后刚好1s，此时清零软时钟，然后开始调用光照强度采集程序，待采集到光照强度后调用光照强度转化程序，将光照强度的每一位都存入给定的单元。然后再调用光照强度显示子程序，将光照强度显示到LED上。光照强度中断采集程序流程图如图4.3所示。图4.3光照强度中断采集程序流程图4.4光照强度显示程序图4.4光照强度显示流程图光照强度显示程序是单片机将转换后的结果存储到给定单元中，HD7279去存储的给定单元中读取光照强度的值。再通过每一位和0去比拟，如果该位为零，那么该位不显示。反之那么显示。然后再用同样的方法对下面的几位进行逐一判断。个位数和小数位不用判断直接显示。最终把结果在LED上显示。光照强度显示程序如图4.4所示。4.5光照强度调节程序光照强度值采集到单片机后，单片时机把测得的值与存储器中的设定值进行比拟，如果测得的值超出了量程范围或者在设定的范围内，程序会自动返回，等待下一个采集来的数据。如果小于设定下限值就会开启补光电路，如果大于设定上限值就会开启降低光照强度的电路。流程图如图4.5。图4.5光照强度调节流程路第五章整机调试整机的调试可分为硬件调试和软件调试，硬件的调试对象主要是焊板，用万用表测试相应端的电压，看是否有漏焊或虚焊，在硬件调试完成后进行软件的调试，软件调试是通过仿真调试发现程序中的问题和错误，并加以改正，从而实现设计要求的功能[12]。5.1硬件调试硬件调试的任务是排查应用系统的硬件电路故障，包括设计性错误和工艺性故障，本次设计硬件调试对象主要是：AT89S52、ADC0809、X5045、HD7279、LED、SN74HC74N、HD74HC02P、按键、电容和电阻等。硬件调试又可以按照静态调试和动态调试两步进行[13]。硬件调试过程如图14。本次设计所进行的硬件调试局部的具体步骤如下：图5.1硬件调试图5.1.1静态调试静态调试是系统未联机前的硬件检查过程，因为在未联机之前，一般先排除硬件可能出现的比拟明显的故障，否那么，有可能烧坏在线仿真器，甚至导致应用系统的崩溃。第一步：不加电检查。电路板焊接好之后，必须对照原理图，检查板上的线路是否有连线错误，开路以及短路现象，特别是电源局部的短路故障。另外，对电路板上焊接的元器件应仔细核对型号，通过目测查出一些明显的安装及连接错误。第二步：加电检查.在确保电路板没有问题后，方可接上电源。开启电源后，要检查芯片插座上的电源电压是否正常。然后在断电状态下将各个芯片逐个插入相应的插座上，并仔细检查各局部电路在加电检查中是否有异常情况，假设无异常，那么可进行动态调试。5.1.2动态调试静态调试只是对一些明显的硬件故障进行排除，而各部件内部存在的故障和部件之间的逻辑性错误必须靠联机动态调试才能发现。第一步:将仿真器、电路板用仿真电缆连接起来，检查连接是否畅通、可靠。第二步：把硬件系统功能分成假设干块，把与该块无关的芯片全部拔下。第三步：编制相应模块的测试程序，并在开发系统上运行测试程序，观察被调试电路是否工作正常。第四步：依次排除各功能模块的故障。经过这一调试过程，大局部的硬件故障根本可以排除，剩下的硬件逻辑错误可在软件调试中排除。5.1.3使用光敏二极管的考前须知为了保证光敏二极管的使用平安，充分利用器件本身的性能，必须注意以下几点：=1\*GB2⑴光敏二极管和一般的半导体器件一样，任何时候都不允许通过自身的电参数超过自身允许的最大值，否那么会缩短使用寿命，甚至立即烧坏。=2\*GB2⑵所选的管子的光谱响应范围必须和入射光的光谱特性匹配。=3\*GB2⑶安装时，必须使入射光路和管子的受光面垂直，以获得最正确响应特性；此外，还应防止管子受外界杂光干扰。=4\*GB2⑷入射光强度必须适当，过弱的光可能会被噪声淹没；过强的光，那么可能会因为吸收了光源的辐射热，而使管子的温度上升，从而影响工作的稳定性。=5\*GB2⑸使用的环境温度不能过高。5.1.4硬件调试出现的问题问题一：上电可以复位，但是手动复位无法完成。电源接通后，单片机完成上电复位，LED瞬间显示0。但是复位键却无法实现复位功能，经过反复检测，发现单片机RST〔9脚〕与8.2QUOTEQUOTE之间的连线虚焊，导致无法复位，重新焊接完成后，复位键能正常复位。5.2软件调试软件调试的任务是通过系统应用程序的汇编、连接、执行来发现程序中的语法及逻辑错误，并加以纠正。由于大多数程序的运行依赖于硬件，因此，应用程序必须在联机状态下进行仿真调试。先独立分块，后组合联机。在软件设计中，一般都采用模块化结构设计，因此将各个软件模块独立仿真调试。当各个程序模块都调试成功后，再将所有模块连接起来进行样机连调，以解决在程序模块连接中可能出现的逻辑错误。这种自底向上调试的优点是各程序模块在独立调试的过程中排除了内部的语法错误和逻辑错误。在系统联机调试时错误将大大减少，调试的成功性大大提高，而系统的硬件错误在系统联调时也可以及时发现并排除。先单步/断点，后连续。在联机调试过程中，准确发现各程序模块和硬件错误的最有效方法是采用单步运行方式，单步运行可以一步一步地运行程序，以观察程序中每条指令执行的情况，从而确定是硬件错误、数据错误还是程序设计错误。当然，对于一个较长的程序，假设用单步运行查找错误太浪费时间了。设计者可将较长的程序分为多个程序段，在每段的结束处设置断点，这样，当程序运行到断点处就会停止，提供该程序段运行的结果，假设有错误，再对错误的程序段进行单步运行调试很容易确定错误所在。单步调试完成后，还要做连续运行调试，以防止某些错误在单步运行时被掩盖。软件调试图如图5.2所示。图5.2软件调试图第六章计算机辅助设计电路原理图使整个电路设计的核心和灵魂，本次毕业设计采用ProtelDXP进行原理图以及PCB图的绘制。ProtelDXP是一种板级设计软件，可以从头到尾地完成电路的设计、仿真、校验和应用，它既可以在PCB平台上运行，也可以在FPGA平台上大显身手。ProtelDXP作为一套完整的集成板级设计系统，它可以让你选择最适宜的设计途径，以你自己的方式来完成设计工作。ProtelDXP主要有原理图设计模块、原理图仿真模块、印刷电路板设计模块和可编程逻辑芯片设计模块四个局部组成。6.1原理图设计ProtelDXP原理图设计的一般步骤：=1\*GB2⑴启动ProtelDXP原理图编辑器：设计者应首先翻开原理图编辑器，创立一个新的、空白的原理图，才能进行下一步的绘制工作。=2\*GB2⑵设置原理图图纸信息：在这一部中，可以根据实际电路的复杂程度、个人的绘图习惯、设计的要求以及图纸可能的大小，设置原理图图纸的大小、方向、标题栏的外观参数。另外设计者还要填写相关信息。=3\*GB2⑶装载元器件库：ProtelDXP拥有当前众多芯片厂商提供的种类齐全的元器件库，但不是每一个元器件库在设计时都必须使用。装载设计过程中所需要的元器件库到当前系统中，以便在绘图时可以简单、快捷地查找和使用库中的元器件，提高工作效率。=4\*GB2⑷在原理图纸上放置元器件：根据实际电路的需要，从元器件库中选定所需的各种元器件，逐一放置到已经建立好的工作平面上，然后根据元器件之间的走线等联系，对元器件的序号、封装形式和显示状态等进行定义和设置，为下一步布线打好根底。=5\*GB2⑸元器件的位置调整：根据美观清晰的设计要求，应用ProtelDXP提供的各种绘图工具、指令调整元器件的位置。=6\*GB2⑹布线：将放置好元器件各管脚用具有电气意义的导线、网络标号等连接起来，使各元器件之间具有设计者设计的电气连接。=7\*GB2⑺检查、调整、修改：利用ProtelDXP系统提供的各种功能强大的校验工具，根据设计规那么对所绘制的原理图进行检查，并做进一步的调整和修改，以确保原理图设计无误。设计者还可以在原理图上添加一些相关的说明、标注和修饰，来提高原理图的可读性。=8\*GB2⑻保存设计绘制的原理图并打印：对原理图进行存盘、打印，以便以后进行调试、文件归档、查阅等使用[14]。原理图最中结果图见附图26.2PCB图设计利用ProtelDXP制作PCB图的步骤：=1\*GB2⑴开始。启动ProtelDXP设计工作窗口，创立一个新的PCB工程设计工程文件。=2\*GB2⑵绘制原理图。根据设计要求设计电路原理图，并完成原理图的绘制。=3\*GB2⑶PCB系统设计。这是印制电路板设计中非常重要的步骤。主要内容有规划电路板的结构，即确定电路板设计的框架；设计系统参数等。=4\*GB2⑷修改元器件封装和布局。由原理图获得PCB图后，系统将根据PCB的设计规那么对元器件自动布局并飞线，根据实际情况修改元器件封装或对元器件布局进行修改和调整。=5\*GB2⑸设置PCB规那么。这是自动布线的前提。布线规那么包括导线间的平安距离、导线形式等。=6\*GB2⑹自动布线。ProtelDXP自动布线功能比拟完善，它采用最先进的无网络、基于形状的对角线自动布线技术。=7\*GB2⑺手工调整布线。自动布线后，如果有不满意的地方，可以进行手工调整。=8\*GB2⑻存盘和打印，即完成了整个PCB的设计过程[15]。6.3keil软件简介使用汇编语言或C语言要使用编译器，以便把写好的程序编译为机器码，才能把HEX可执行文件写入单片机内。KeiluVision是众多单片机应用开发软件中最优秀的软件之一，它支持众多不同公司的MCS51架构的芯片，甚至ARM，它集编辑、编译、仿真等于一体，它的界面和常用的微软VC++的界面相似，界面友好，易学易用，在调试程序，软件仿真方面也有很强大的功能。因此很多开发51应用的工程师或普通的单片机爱好者，都对它十分喜欢。参考文献[1]韩建国，廖俊必．测控技术与仪器专业英语[M]．北京：化学工业出版社，2002：1-20．[2]唐文彦．传感器[M]．哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2023：1-3．[3]杜维，张宏建，乐嘉华．过程检测技术及仪表[M]．北京：化学工业出版社，1998：3-22．[4]周泽魁．控制仪表与计算机控制装置[M]．北京：化学工业出版社，2002：10-53．[5]周润景，郝晓霞．传感器与检测技术[M]．北京：电子工业出版社，2023：13-45．[6]魏立峰，王宝兴，刘晓梅，张晓莉．单片机原理与应用技术[M]．北京：北京大学出版社，2006：1-233．[7]阎石．数字电子技术根底[M]．北京：高等教育出版社，2006：73-104．[8]刘君华．智能传感器系统[M]．西安：西安电子科技大学出版社，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