【《电力机房温湿度智能监控系统系统的硬件电路设计案例》3200字】

电力机房温湿度智能监控系统系统的硬件电路设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u31353电力机房温湿度智能监控系统系统的硬件电路设计案例 1269471电力机房温湿度智能监控系统系统的硬件电路设计 1303621.1单片机最小系统模块 1138611.2DHT11温湿度采集模块 289001.3LCD1602液晶显示模块 3300371.4继电器驱动模块 496711.5蜂鸣器报警模块 519631.6温湿度阈值设置模块 613441.7AT24C02存储模块 6276321.8硬件电路原理图 7322622电力机房温湿度智能监控系统的流程图设计 920522.1主程序流程图 9125982.2子程序流程图 1021252.2.1LCD1602液晶显示模块流程图 10211092.2.2按键模块流程图 10285152.2.3DHT11传感器采集温湿度流程图 12105882.2.4继电器控制模块流程图 121电力机房温湿度智能监控系统系统的硬件电路设计本设计使用的单片机是STC89C52，工作电压为5.5V-1.3V，可操作的频率范围为0-40MHz，还具有8KB容量的可编程闪存，随机存取存储器RAM空间为512字节[7]，与传统的51单片机相比，性能方面得到了很大的改善，完全满足本设计电力机房温湿度智能监控系统的需求。1.1单片机最小系统模块如图2所示，单片机最小系统是指能够让单片机正常工作的最基本的外围电路，主要由复位电路、晶振电路、排阻电路组成。复位电路采用上电复位，只要在RST复位输入引脚上接一电容到Vcc端，然后下接一个电阻到地即可[8]，相当于单片机重新启动；晶振电路采用内部时钟方式，由晶振Y1提供振荡信号给单片机运行程序，相当于单片机的心脏，晶振的外部电路使用12.0000MHz的晶体振荡器作为振荡源，其中电容C2和C3的作用是稳定频率和快速起振；排阻是液晶显示屏的上拉电阻，若没有排阻，显示屏接受数据端得不到高电平，就会导致显示异常。图2单片机最小系统模块1.2DHT11温湿度采集模块如图3所示，DHT11是数字型温湿度传感器，传感器的测量单位为1，正常工作电压为1.3V-5V，采样周期为1s；DHT11能够测量的最小湿度单位为1%RH，能够测量的最小温度单位为1℃，能够测量0℃-50℃的温度范围和20%-90%的湿度范围。DHT11传感器采用单总线通讯，只需将单片机的一个I/O（P1.7）端口与DHT11的DATA串行数据端口相连，就可以完成数据的采集和传送[9]。本设计主要是为了监控机房内温湿度，DHT11的温湿度测量范围完全可以满足本设计需求。图3DHT11温湿度采集模块图3为DHT11模块图，其中R1为上拉电阻，DHT11的VDD引脚采用5V供电，单片机上电后延时1s，等待传感器进入工作状态后，就可以进行数据的发送，然后通过DATA引脚通将数据发送给单片机。DHT11使用单总线方式，传感器与单片机之间的数据传输由DHT11传感器的DATA引脚完成，传输的数据由小数部分和整数部分组成，DHT11传感器最小的数据单位为1，所以无法读出小数部分，小数部分显示为零。传输的数据格式为：8bit湿度整数数据+8bit湿度小数数据+8bit温度整数数据+8bit温度小数数据+8bit校验和[10]。1.3LCD1602液晶显示模块如图4所示，LCD1602液晶显示器主要是用来显示温湿度值和环境状态。VCC接+5V电源；引脚V0连接电阻起到调整对比度的作用；RS为选择寄存器的管脚，指令寄存器接低电平，数据寄存器接高电平。R/W为区分读信号和写信号的管脚，写指令接低电平，读指令接高电平。E端为使能管脚，如果电平从由高变到低，液晶显示器执行指令；引脚7-14是数据引脚。图4LCD1602液晶显示模块1.4继电器驱动模块如图5所示，DHT11传感器实时采集温湿度值后通过DATA引脚将数据传给STC89C52单片机，并进行模数转换处理，最终将温湿度结果在LCD1602液晶显示屏上显示。与此同时系统会把检测到的温湿度值与设定好的温湿度阈值进行比较，如果温湿度值超出阈值时将开启相应的继电器进行控制，对应指示灯亮，蜂鸣器报警提醒。当温度高于设置阈值将会启动降温继电器，可外接负载风扇运作降温；当温度低于设置阈值将会启动加温继电器，可外接负载加热器运作加温；当湿度高于设置阈值将会启动去湿继电器，可外接负载风扇运作除湿；当湿度低于设置阈值将会启动加湿继电器，可外接负载加湿器运作加湿。图4继电器驱动模块1.5蜂鸣器报警模块如图6所示，报警电路采用蜂鸣器和三极管来实现。本设计使用的是PNP型的三级管，三极管的基极与单片机连接，当三极管的基极接收到低电平时，PN端产生电压差，这时PN结正向导通，因此电路导通，蜂鸣器可以进行正常报警。当三极管的基极是高电平时，PN结里没有压降，从而处于截止状态，电路也不会导通，蜂鸣器不报警，而且蜂鸣器也可以通过按键S5进行关闭。图6蜂鸣器报警模块1.6温湿度阈值设置模块如图7所示，温湿度阈值设置模块中共有四个按键，S1、S2、S3和S4分别连接单片机的P2.0-P2.3四个引脚。按下S1后进入温湿度设置，可以看到显示屏闪烁位置，即可以选择调节温度或者湿度值，然后S2是对应数值的增加，S3是对应数值的减小，S4为确认退出返回显示界面。图7温湿度阈值设置模块1.7AT24C02存储模块如图8所示，图中采用的AT24C02是断电存储芯片，遇到断电故障等紧急情况可以实现掉电存储。其中Vcc接+5V电源，Vss为公共端接地；SCL为时钟管脚、SDA为数据管脚。当SCL接受到高电平信号，SDA由高电平转变为低电平，开始传送数据。当SCL接受到高电平信号，SDA由低电平转变为高电平，结束传送数据[11]。图8AT24C02存储模块1.8硬件电路原理图如图9所示，本设计将电力机房温湿度智能监控系统的功能模块划分为STC89C52单片机主控模块、DHT11温湿度采集模块、继电器控制模块、LCD1602显示模块、按键模块、报警模块、AT24C02存储模块等。由STC89C52单片机最小系统控制DHT11传感器模块采集实时温湿度值，并进行模数转换[4]，然后在LCD1602液晶显示器上显示数据，温湿度阈值也可以通过手动按键设置，并且可以通过AT24C02模块存储，实现断电保存[6]。系统检测数据并与设置好的温湿度阈值进行比较，如果温湿度超出阈值时能自动开启相应的继电器进行控制[12]，可外接负载运行调节，同时对应继电器的指示灯亮，蜂鸣器发出警报，蜂鸣器也可以通过按键关闭。当温度超过上限将会启动降温继电器，可外接负载风扇运作降温；当温度低于下限将会启动加温继电器，可外接负载加热器运作加温；当湿度超过上限将会启动去湿继电器，可外接负载风扇运作除湿；当湿度低于下限将会启动加湿继电器，可外接负载加湿器运作加湿。从而实现对温湿度的实时检测、显示、保存、控制以及自动报警的功能[1]，进而有效的调整室内的温湿度，实现简单控制，完全满足电力机房安全生产要求。图9硬件电路原理图2电力机房温湿度智能监控系统的流程图设计2.1主程序流程图如图10所示，系统上电后进行初始化处理，判断转换标志位是否为1，如果是则由LCD1602液晶屏读取并显示温湿度数据，然后判断设置状态，如果不是设置转态则启动超限控制对应继电器并报警；若处于设置状态则关闭所有继电器和报警，继续调用显示函数和按键扫描函数；如果判断转换标志位不为1则调用显示函数和按键扫描函数。图10主程序流程图2.2子程序流程图2.2.1LCD1602液晶显示模块流程图如图11所示，LCD1602液晶显示屏是与单片机直接相连的，通电后，进行数据初始化处理，程序进入延时，然后由单片机依次发送指令和数据，控制液晶显示字符，流程结束。图11LCD1602液晶显示模块流程图2.2.2按键模块流程图如图12所示，系统初始化，判断设置按键是否按下，如果是则LCD1602液晶屏显示闪烁位置，则表明该位置可以调节对应数值大小，如果不是则判断加键是否按下，若按下则表示对应闪烁位置的数据加，如果不是则判断减键是否按下，若按下则对应闪烁位置的数据减，若不是再继续判断确认键是否按下，若是则返回显示待机界面并保存设置好的温湿度阈值数据，若不是则重新返回开始。图12按键模块流程图2.2.3DHT11传感器采集温湿度流程图如图13所示，开始给DHT11传感器上电，然后程序进入延时，此时传感器保持高电平，继续检测记录信号，进行转换后输出低电平再延时，最后输出数据。图13DHT11传感器采集温湿度流程图2.2.4继电器控制模块流程图如图14所示，系统初始化，DHT11读取并显示温湿度值，然后进入判断，当检测到温湿度超出设定好的阈值时，系统