库房温湿度检测系统的设计毕业设计.docx
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库房温湿度检测系统的设计毕业设计
山东职业学院
毕业设计
题目：
库房温湿度监测系统设计
系别：
电气工程系
专业：
电气自动化专业
班级：
电气自动化技术1031班
完成日期：
2013—4—15
摘要
随着电子科技的迅速发展，对仓库温湿度监测系统的要求不断增高，从而也促进自动检测系统的迅速发展，本文设计和构建了仓库温度湿度检测系统，主要用于实时在线巡回监测仓库中的温度和湿度，并能有效地对仓库的温度和湿度进行自动监测。
本文首先从理论上论述了温度和湿度的监测对仓库的重要意义，讨论了仓库温度和湿度变化的主要原因以及仓库中温度和湿度的允许变化范围。
探讨了在线测量，计算和检测仓库温度和湿度的原理和方法。
由此确定了合理的温度和湿度监测方案。
本系统的设计首先会确保整个系统的安全运行，另外要求整个设计简约合理，降低设计成本但能够实现系统要求的功能还要有人性化的人机界面，便于值班人员的操作。
运用一片8位的单片机作为整个系统大脑，通过对外围设备信息的读取和判断，再向外围设备输出信号，用于显示和控制。
通过合理的安装和调试本系统，能完成对检测仓库温湿度的实时监测，为工人提供相应的监测数据，具有一定的市场应用价值。
本文首先描述本设计的整体思路，然后介绍各个部分设计中的细节问题，最后提出一些完善本设计的改进意见。
关键词：
单片机；仓库；计算机控制系统；温度；相度湿度；监测
1引言
温湿度的检测是纺织、食品、医药、仓储的重要参量，对温湿度监测具有广泛的应用领域。
随着仓库安全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体现的越来越先进。
为解决仓库管理上的难题，杜绝仓库的违规行为，有效预防安全事故和经济损失。
我们根据仓库经营模式的特点和有关政策法规的要求，本着积极、严谨的态度，设计出一套完整的仓库温湿度检测管理系统。
该系统功能强大、界面友好、操作简易、并且能够有效的管理仓库。
工作人员们工作的情况记录下来，最终进行统计工作。
促进了企业管理建设与高新科技的结合，把企业仓库监测等监控管理行业发展成为功能丰富多彩的数字家园。
系统由传感器、数模转换器、单片机、LCD显示、报警电路，温湿度极限设定电路组成。
本文介绍了利用89S52单片机进行温度和湿度的检测的智能化方法。
本设计是基于单片机的仓库温湿度监测系统的设计,主要以51系列单片机为核心单元对仓库进行监测。
实现温度范围-30℃-+50℃误差±1℃、湿度范围0%-100%RH误差±1%RH。
计算机以8031单片机作为该监测系统的核心,能自动完成对温度进行采集、处理、缓冲、转换、并进行报警。
工作稳定、性能可靠。
设计中介绍了硬件部分包括：
温湿度传感器、LCD显示、报警电路和一些接口电路（A/D转换外部接口）。
软件方面：
TO中断服务程序、温湿度采样程序、键扫描程序以及报警子程序等。
1.1选题背景
防潮、防霉、防腐、防爆是仓库日常工作的重要内容，是衡量仓库管理质量的重要指标。
它直接影响到储备物资的使用寿命和工作可靠性。
为保证日常工作的顺利进行，首要问题是加强仓库内温度与湿度的监测工作。
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，通过人工进行检测，对不符合温度和湿度要求的库房进行通风、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。
1.2设计过程及工艺要求
（1）基本功能；
① 检测温度、湿度；
② 显示温度、湿度；
③ 过限报警。
（2）主要技术参数
① 温度检测范围 ：
-30℃-+50℃；
② 测量精度 ：
1.0℃；
③ 湿度检测范围 ：
0%-100%RH；
④ 检测精度 ：
5%RH；
⑤ 显示方式 ：
LCD1602显示；
⑥ 报警方式 ：
三极管驱动的蜂鸣音及红色LED常亮报警。
⑦ 用户扩展 ：
预留6点模拟量输入端，包括3路温度采集通道，3路湿度采集通道。
1.3论文的结构组成
本论文分为四部分:
绪论：
主要阐库房温湿度监测系统设计对库房储存货物的重要性，应用的广泛性及库房温湿度监测系统所需要的基本功能，说明主要完成的任务及设计思想，介绍本论文的组成。
第二章：
主要介绍库房温湿度监测系统硬件原理框图及软件实现方案，并通过比较硬件电路组成部分和软件部分各种实现方案，最终确立最佳方案。
第三章：
介绍以单片机AT89S52为信息处理核心的库房温湿度监测系统的硬件设计电路，详细分析各单元的硬件电路，并给出相关电路原理图。
第四章：
根据仪器的硬件构成和功能要求，给出相应的软件设计及主要程序流程图。
2库房温湿度监测系统设计总体方案设计
2.1系统硬件电路方案
本设计中，温湿度监测的实现是通过温湿度传感器采集库房温湿度信息输出电压信号，经AD信号转换电路把电压信号转换为数字信号并传入单片机。
然后，经单片机进行处理比较用户通过按键输入的温湿度极限值进行比较。
最后由单片机决定是否输出报警信号。
稳压电源电路
报警电路
显示电路
单片机处理电路
A/D转换芯片
温湿度传感器
·
显示电路
按键指令及信息输入
图2—1温湿度监测系统硬件原理图
由图2-1可知，硬件电路的基本组成主要包括：
温湿度传感器，A/D转换电路，单片机信息处理电路，报警电路及显示电路，按键指令及信息输入电路。
其各部分电路具体功能如下：
·1温湿度传感器：
温湿度传感器主要是将物理信号转化为电压信号，电压信号，方便A/D芯片的转换，温湿度传感器的精度，灵敏度、抗干扰能力及安装方式决定了温湿度传感器的精度，因此其选型对整个设计具有决定性的作用。
·2A/D转换芯片电路：
按照控制要求，总共需要4*3*2+1=25个模拟量输入点，为符合要留余量的控制要求，所以要求有25个以上的模拟量输入点，完成把物理信号转化为数字信号，同时在温湿度传感器精度完成要求的同时只有模数转换芯片的转换精度达到要求才能完成控制任务，因此对A/D转换芯片的选型也非常重要。
·3按键指令及信息输入电路：
此电路主要完成报警复位、总操作复位/确定（开关液晶背光）、温度极限上调、湿度极限上调、温度极限下调、湿度极限下调等等功能，属于人机交流部分，使整个系统更加合理，人性化。
对于整个系统的完善，有至关重要的作用。
但由于按键占用I/O口太多所以要采取模拟量转换数字量的方式进行信息输入。
·4单片机信息处理电路：
不言而喻，这部分电路对于整个系统而言相当人的大脑，其主要包括了整个单片机（51系列）的最小系统，各个模块电路连接等。
当然最主要的是他的软件要正常运行。
·5稳压电源电路：
此电路主要为此系统使用DC5V电源供电的单元模块提供高质量的DC5V电源。
·6报警电路：
此电路主要完成当库房温湿度值超过设定值时，发出报警信号，其中包括声响信号和光信号。
·7信息显示电路：
显示电路是人机交互平台的重要组成部分，主要可以完成显示实时的温湿度值、设定值、报警提示及报警种类的显示的功能。
但根据以往经验，也是整个系统耗电最高的一个部分，由于其显示信息数量较为简单，所以可以选择较小的显示屏。
考虑到每个模块都可以有多种实现方案，下面通过比较各种方案，来选择最优化的实现方案。
2.1.1温湿度传感器的选择
传感器又称为换能器、变换器等。
温湿度传感器是温湿度测系统中重要的组成部分，其基本功能是将库房的温度和湿度这样一些物理量（非电量）转换成为便于测量的电量。
温湿度传感器的精度、灵敏度、抗干扰能力及安装方式决定了温湿度传感器测量精度，因此其选型对整个设计具有决定性的作用。
目前，温湿度信号的测量方式较多，但在测温方面主要有：
1金属热电阻：
温度/热改变电阻阻值
2热电偶：
温度/热量使导体产生温差电动势
3半导体热敏电阻：
温度/热量改变电阻阻值
4红外释热测温：
温度改变红外热辐射
5色温法：
温度改变金属颜色变化（炼钢）
6石英：
温度改变石英震荡频率
7形变：
温度使双金属片弯曲
在测湿度方面主要有：
1动态法（双压法、双温法、分流法），双压法、双温法是基于热力学P、V、T平衡原理，平衡时间较长，分流法是基于绝对湿气和绝对干空气的精确混合。
由于采用了现代测控手段，这些设备可以做得相当精密，却因设备复杂，昂贵，运作费时费工，主要作为标准计量之用，其测量精度可达±2%RH-±1.5%RH。
2静态法（饱和盐法、硫酸法），静态法中的饱和盐法，是湿度测量中最常见的方法，简单易行。
但饱和盐法对液、气两相的平衡要求很严，对环境温度的稳定要求较高。
用起来要求等很长时间去平衡，低湿点要求更长。
特别在室内湿度和瓶内湿度差值较大时，每次开启都需要平衡6~8小时。
3露点法，干湿球法和形形色色的电子式传感器法。
露点法是测量湿空气达到饱和时的温度，是热力学的直接结果，准确度高，测量范围宽。
计量用的精密露点仪准确度可达±0.2℃甚至更高。
但用现代光—电原理的冷镜式露点仪价格昂贵，常和标准湿度发生器配套使用。
4干湿球法，这是18世纪就发明的测湿方法。
历史悠久，使用最普遍。
干湿球法是一种间接方法，它用干湿球方程换算出湿度值，而此方程是有条件的：
即在湿球附近的风速必需达到2.5m/s以上。
普通用的干湿球温度计将此条件简化了，所以其准确度只有5~7%RH,明显低于电子湿度传感器。
显然干湿球也不属于静态法，不要简单地认为只要提高两支温度计的测量精度就等于提高了湿度计的测量精度。
综合以上信息，为符合系统设计需要和综合系统造价，以后产品的推广与安装，特选用北京港北中天科技有限公司生产的GB系列温湿度传感器。
2.1.2温湿度传感器的参数等相关信息
GB-6000B（CR）温湿度变送器性能可靠，价格优惠。
采用进口瑞士原装温湿测量单元，电路采用数字化处理信号隔离放大，截频干扰设计（抗干扰能力强，防雷击）过压保护，限流保护，等设计其具体参数如下：
①温度测量范围：
-40-120℃（中间量程任选）
②湿度测量范围：
0-100%Rh
③温度测量误差：
±0.5℃
④湿度测量误差：
±3%Rh
⑤温度测量漂移：
年飘移量±0.01℃
⑥湿度测量漂移：
常温及低湿状态下，三年飘移量1-2%Rh，高温高湿状态下（40℃，80Rh）每年飘移1%RH。
⑦供电范围：
12～36VDC
⑧输出信号：
4～20mA 或 0～5VDC 或0～10VDC或
⑨防护等级：
IP65
⑩采样频率：
≤2ms
接线图：
图2—2GB-6000B（CR）温湿度变送器硬件接线图
外形尺寸：
图2—3GB-6000B（CR）温湿度变送器外观及尺寸
2.1.3单片机型号选择
市场上单片机种类繁多且功能各异，价格也相差很大，现在简单介绍一下我们常用单片机：
1PIC单片机：
是MICROCHIP公司的产品，其突出的特点是体积小，功耗低，精简指令集，抗干扰性好，可靠性高，代码保密性好。
2EMC单片机：
是台湾义隆公司的产品，有很大一部分与PIC8位单片机兼容，且相兼容产品的资源相对比PIC的多，价格便宜，有很多系列可选，但抗干扰较差。
3ATMEL单片机（51单片机）：
ATMEl公司的8位单片机有AT89、AT90两个系列，AT89系列8051系列单片机相兼容，静态时钟模式，AT90系列单片机是增强RISC结构、全静态工作方式，也叫AVR单片机。
4PHLIPIS51PLC系列单片机（51单片机）：
PHILIPS公司的单片机是基于80C51内核的单片机，嵌入了多种功能功能,这使51LPC在高集成度、低成本、低功耗的应用设计中可以满足多方面的性能要求。
5HOLTEK单片机：
台湾盛扬半导体的单片机，价格便宜，种类较多，但抗干扰较差，适用于消费类产品。
6TI公司单片机（51单片机）：
德州仪器提供了TMS370和MSP430两大系列通用单片机.TMS370系列单片机是8位CMOS单片机，具有多种存储模式、多种外围接口模式；MSP430系列单片机是一种超低功耗、功能集成度较高的16位低功耗单片机。
综合以上信息，为满足系统设计需要和综合系统造价，以后产品的推广与安装，特选用ATMEL公司生产的AT89S52系列的单片机。
2.1.4AT89S52单片机参数等相关信息
①AT89S52主要性能
与MCS-51单片机产品兼容；32个可编程I/O口线；三个16位定时器/计数器；八个中断源；全双工UART串行通道；低功耗空闲和掉电模式；看门狗定时器；双数据指针。
②AT89S52功能特性描述
AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。
在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。
AT89S52具有以下标准功能：
8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。
③AT89S52的引脚结构
图2—4AT89S52的引脚结构
④AT89S52引脚功能介绍
VCC:
电源
GND:
地
P0口：
P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。
作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。
对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。
当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。
在这种模式下，P0具有内部上拉电阻。
在flash编程时，P0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。
程序校验时，需要外部上拉电阻。
P1口：
P1口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，p1输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。
对P1端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。
作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。
此外，P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX），具体如下表所示。
在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。
引脚第二功能：
P1.0T2（定时器/计数器T2的外部计数输入），时钟输出
P1.1T2EX（定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制）
P1.5MOSI（在系统编程用）
P1.6MISO（在系统编程用）
P1.7SCK（在系统编程用）
P2口：
P2口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。
对P2端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。
作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。
在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器（例如执行MOVX@DPTR）时，P2口送出高八位地址。
在这种应用中，P2口使用很强的内部上拉发送1。
在使用8位地址（如MOVX@RI）访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。
在flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。
P3口：
P3口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，p2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。
对P3端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。
作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。
P3口亦作为AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。
在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。
引脚第二功能
P3.0RXD（串行输入）
P3.1TXD（串行输出）
P3.2INT0（外部中断0）
P3.3INT0（外部中断0）
P3.4T0（定时器0外部输入）
P3.5T1（定时器1外部输入）
P3.6WR（外部数据存储器写选通）
P3.7RD（外部数据存储器写选通）
RST:
复位输入。
晶振工作时，RST脚持续2个机器周期高电平将使单片机复位。
看门狗计时完成后，RST脚输出96个晶振周期的高电平。
特殊寄存器AUXR（地址8EH）上的DISRTO位可以使此功能无效。
DISRTO默认状态下，复位高电平有效。
ALE/PROG：
地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低8位地址的输出脉冲。
在flash编程时，此引脚（PROG）也用作编程输入脉冲。
在一般情况下，ALE以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可用来作为外部定时器或时钟使用。
然而，特别强调，在每次访问外部数据存储器时，ALE脉冲将会跳过。
如果需要，通过将地址为8EH的SFR的第0位置“1”，ALE操作将无效。
这一位置“1”，ALE仅在执行MOVX或MOVC指令时有效。
否则，ALE将被微弱拉高。
这个ALE使能标志位（地址为8EH的SFR的第0位）的设置对微控制器处于外部执行模式下无效。
PSEN:
外部程序存储器选通信号（PSEN）是外部程序存储器选通信号。
当AT89S52从外部程序存储器执行外部代码时，PSEN在每个机器周期被激活两次，而在访问外部数据存储器时，PSEN将不被激活。
EA/VPP:
访问外部程序存储器控制信号。
为使能从0000H到FFFFH的外部程序存储器读取指令，EA必须接GND。
为了执行内部程序指令，EA应该接VCC。
在flash编程期间，EA也接收12伏VPP电压。
XTAL1:
振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。
XTAL2:
振荡器反相放大器的输出端。
⑤AT89S52的内部资源
AT89S52有6个中断源：
两个外部中断（INT0和INT1），三个定时中断（定时器0、1、2）和一个串行中断。
这些中断如图10所示每个中断源都可以通过置位或清除特殊寄存器IE中的相关中断允许控制位分别使得中断源有效或无效。
IE还包括一个中断允许总控制位EA，它能一次禁止所有中断。
如表5所示，IE.6位是不可用的。
对于AT89S52，IE.5位也是不能用的。
用户软件不应给这些位写1。
它们为AT89系列新产品预留。
定时器2可以被寄存器T2CON中的TF2和EXF2的或逻辑触发。
程序进入中断服务后，这些标志位都可以由硬件清0。
实际上，中断服务程序必须判定是否是TF2或EXF2激活中断，标志位也必须由软件清0。
定时器0和定时器1标志位TF0和TF1在计数溢出的那个周期的S5P2被置位。
它们的值一直到下一个周期被电路捕捉下来。
然而，定时器2的标志位TF2在计数溢出的那个周期的S2P2被置位，在同一个周期被电路捕捉下来。
AT89S52内部具有看门狗定时器及3个16位可编程定时器/计数器。
16位是指他们都是由16个触发器构成，故最大计数模值为
。
可编程是指它们的工作方式由指令来设置，或者当计数器用，或者当定时器用，并且记数（定时）的范围也可以由指令来设置。
这种控制功能是通过定时器方式控制器TMOD来完成的。
存储器结构：
MCS-51器件有单独的程序存储器和数据存储器。
外部程序存储器和数据存储器都可以64K寻址。
程序存储器：
如果EA引脚接地，程序读取只从外部存储器开始。
对于89S52，如果EA接VCC，程序读写先从内部存储器（地址为0000H～1FFFH）开始，接着从外部寻址，寻址地址为：
2000H~FFFFH。
数据存储器：
AT89S52有256字节片内数据存储器。
高128字节与特殊功能寄存器重叠。
也就是说高128字节与特殊功能寄存器有相同的地址，而物理上是分开的。
当一条指令访问高于7FH的地址时，寻址方式决定CPU访问高128字节RAM还是特殊功能寄存器空间。
直接寻址方式访问特殊功能寄存器（SFR）。
例如，下面的直接寻址指令访问0A0H（P2口）存储单元
MOV0A0H,#data
使用间接寻址方式访问高128字节RAM。
例如，下面的间接寻址方式中，R0内容为0A0H，访问的是地址0A0H的寄存器，而不是P2口（它的地址也是0A0H）。
MOV@R0,#data
堆栈操作也是简介寻址方式。
高128字节数据RAM也可用于堆栈空间。
2.1.5AD转换芯片的选择以及相关的参数
模数转换芯片主要完成模拟量转换为数字量的功能，方便单片机读取，根据系统要求，此处并不需要高速型的转换芯片，因为一般高速高精度AD转换芯片价格较为昂贵，而低速芯片不但价格便宜且能满足系统要求，像ADC0809就是一款价格便宜，应用广泛，性能稳定性都经过时间检验的好产品，其主要参数如下：
1主要特性
1）8路8位A／D转换器，即分辨率8位。
2）具有转换起停控制端。
3）转换时间为100μs
4）单个＋5V电源供电
5）模拟输入电压范围0～＋5V，不需零点和满刻度校准。
6）工作温度范围为-40～＋85摄氏度
7）低功耗，约15mW。
2内部结构
ADC0809是CMOS单片型逐次逼近式A／D转换器，它由8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型D／A转换器、逐次逼近。
3硬件引脚图
图2—5ADC0809的引脚结构
4外部特性
ADC0809芯片有28条引脚，采用双列直插式封装，如图13．23所示。
下面说明各引脚功能。
IN0～IN7：
8路模拟量输入端。
2-1～2-8：
8位数字量输出端。
ADDA、ADDB、ADDC：
3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路
ALE：
地址锁存允许信号，输入，高电平有效。
START：
A／D转换启动信号，输入，高电平有效。
EOC：
A／D转换结束信号，输出，当A／D转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）。
OE：
数据输出允许信号，输入，高电平有效。
当A／D转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。
CLK：
时钟脉冲输入端。
要求时钟频率不高于640KHZ。
REF（+）、REF（-）：
基准电压。
Vcc：
电源，单一＋5V。
GND：
地。
ADC0809的工作过程是：
首先输入3位地址，并使ALE=1，将地址存入地址锁存器中。
此地址经译码选通8路模拟输入之一到比较器。
START上升沿将逐次逼近寄存器复位。
下降沿启动A／D转换，之后EOC输出信号变低，指示转换正在进行。
直到A／D转换完成，EOC变为高电平，指示A／D转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可用作中断申请。
当OE输入高电平时，输出三态门打开，转换结果的数字量输出到数据总线上。
2.1.6LCD液晶屏的选择以及相关的参数
对于液晶显示屏的选择只要满足同时显示实时温度、湿度。
可以同时显示设定温度极限值、湿度极限值。
报警信息等等，显示信息量不大。
众所周知，液晶屏显示面的大小与其价格成正相关。
所以选择一款较小的显示屏就可以完成本系统相关功能。
LCD1602就是一款性价比较高的液晶显示屏，其相关参数如下：
1接口信号说明
编号
符号
引脚说明
编号
符号
引脚说明
1
VSS
电源地
9
D2
数据
2
VDD
电源正极
10
D3
数据
3
VL
液晶显示偏压
11
D4
数据
4
RS
数据/命令选择
12
D5
数据
5
R/W
读/写选择
13
D6
数据
6
E
使能信号
14
D7
数据
7
D0
数据
15
BLA
背光源正极
8
D1
数据
16
B
升级会员 