工厂环境的智能单片机监测系统设计毕业设计.docx

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工厂环境的智能单片机监测系统设计毕业设计

摘要

本设计是基于AT89C52单片机的工厂环境的智能监测系统，系统采用集温湿度传感器与A/D转换器为一体的SHT11芯片作为温湿度采集模块，通过单片机处理进而通过LCD构成的显示模块显示温湿度。

其它模块包括了串行通信模块和超限报警处理电路，分别实现了上下位机温湿度给定值的设定和超限报警处理。

本文主要介绍了系统的硬件设计和软件设计,包括介绍了硬件结构原理，并分析了相应的软件的设计及其要点，包括软件设计流程及其程序实现。

系统结构简单、实用，提高了测量精度和效率。

关键词：

AT89C52、SHT11、LCD、温湿度；

Abstract

ThedesignistheAT89C52microcontroler-basedfactoryofintelligenttemperature-humiditymonitorsystem,thesystemusesthesettemperatureandhumiditysensorwitha/dconverterforoneSHT11-temperatureandhumiditydataacquisitionmodule,bysingle-chipcomputerinturnbyLCDconstitutethedisplaymoduledisplaysthetemperatureandhumidity.Othermodulesincludeserialcommunicationmoduleandoverloadalarmcircuit,respectively,toachieveasetandoverloadalarmforagivenvalueoftemperatureandhumidity.Thisarticlemainlyintroducesthesystemofhardwaredesignandsoftwaredesign.includingthehardwarestructureandprinciple,andthecorrespondingsoftwaredesign,includingthedesignofthesoftwareanditskeyprocessandprocedure.Systemstructureissimple,practical,andimprovethemeasuringprecisionandefficiency.

Keywords:

AT89C52,SHT11,LCD,temperatureandhumidity

第一章.绪论

随着计算机技术和现代传感器技术的发展，工业温湿度监测控制变得越来越重要。

环境的监测与控制在工业、农业、国防等行业有着广泛的应用，其系统设计也较为复杂、涉及面广，包括自动化监测技术、过程控制技术、通信技术、计算机技术等。

环境监测系统主要涉及一些信息的采集、显示与传输；由于应用场合的不同，环境监测的采集对象也有所不同。

但是一般来说，对温度和湿度的采集是必不可少的；比如一个粮食仓库环境监测系统，湿度和温度值是两个重要的显示和分析指标，根据国家粮食保护法规定必须抽样检查粮库各点的粮食温室和湿度，以便及时采取相应的措施。

采用先进的技术监测这些环境因子，通过自动监测系统进行环境控制，降低生产成本，呈越来越流行的趋势。

温湿度控制仪的发展相当迅速，近几十年内，由于电子行业的迅速发展和集成电路和高集成电路的产生，控制仪走向微型化、多功能化。

温湿度传感器在工农业生产、气象、环保、医学等领域得到越来越广泛的应用。

温湿度控制仪目前普遍采用的几种方案：

方案一：

采用单总线的DS1820的温度传感器和HS110X相对湿度传感器组成的控制仪。

方案二：

采用集温湿度传感器于一体的SHT11芯片为主要芯片的控制仪。

由于传统的模拟式湿度传感器（方案一）一般不仅要设计信号调理电路，还要经过复杂的校准和标定过程，其测量精度难以保证。

而SHT11是瑞士Sensiri-on公司生产的具有二线串行接口的单片全校准数字式新型相对湿度和温度传感器，可用来测量相对湿度、温度和露点等参数，具有数字式输出、免调试、免标定、免外围电路及全互换的特点。

该传感器将CMOS芯片技术与传感器技术融合，为开发高集成度、高精度、高可靠性的温湿度测控系统提供了解决方案。

所以本设计采用的是方案二。

第二章.系统整体设计方案

本设计核心部件为AT89C52，信号采集及处理部分由SHT11构成，进入单片机后经处理后通过LCD1604显示温湿度，其他组成部分为实时时钟发生电路，产生同现在相同的时间和具体日期，通过LCD1604液晶模块显示。

软件设计部分有对测量的温湿度进行上下值的设定，当测量超过限定值，通过超限报警处理电路对其进行处理分别显示不同的二极管灯亮，蜂鸣器产生长鸣。

硬件中包括一个开关，为复位开关。

开机后，所有器件初始化，DS1302产生实时时间和日期，温湿度传感器SHT11开始进行温湿度测量和计算，最后通过两个LCD液晶显示器显示结果。

在测量结果中有超过设定的温湿度上下限的，通过超限模块作出反应。

整体电路框图2.1如下：

图2.1整体电路框图

第三章.硬件设计部分

3.1芯片介绍

3.1.1微处理器-AT89C52

AT89C52是ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机．片内含8Kb的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和256B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，与标准MCS-51指令系统及8052产品引脚兼容，片内置通用8位中央处理器（CPU）和FLASH由存储单元，功能强大AT89C52单片适用于许多较为复杂控制应用场合。

1、主要性能参数：

与Mcs-51产品指令和引脚完全兼容。

8字节可重擦写FLASH闪速存储器

1000次擦写周期

全静态操作：

0HZ-24MHZ

三级加密程序存储器

256X8字节内部RAM

32个可编程I/0口线

3个16位定时／计数器

8个中断源

可编程串行UART通道

低功耗空闲和掉电模式

图3.1AT89C52引脚图

2、功能特性：

AT89C52提供以下标准功能：

8字节FLASH闪速存储器，256字节内部RAM,32个I/O口线，3个16位定时／计数器，一个6向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。

同时，AT89C52可降至OHz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电上作模式。

空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时／计数器．串行通信口及中断系统继续工作。

掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位.

3、主要管脚有：

XTAL1（19脚）和XTAL2（18脚）为振荡器输入输出端口，外接12MHz晶振。

RST（9脚）为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。

VCC（40脚）和VSS（20脚）为供电端口，分别接+5V电源的正负端。

P0~P3为可编程通用I/O脚，其功能用途由软件定义。

P0口：

P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口，即地址/数据总线复用口。

作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路，对端口P0写“1”时，可作为高阻抗输入端用。

在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。

在Flash编程时，P0口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。

P1口：

P1是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。

对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。

作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。

与AT89C51不同之处是，P1.0和P1.1还可分别作为定时/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和输入（P1.1/T2EX）

P2口：

P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑　门电路。

对端口P2写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。

在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器时，P2口送出高8位地址数据。

在访问8位地址的外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。

P3口：

P3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。

P3口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。

对P3口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。

此时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流（IIL）。

P3口除了作为一般的I/O口线外，更重要的用途是它的第二功能，还接收一些用于Flash闪速存储器编程和程序校验的控制信号。

RST：

复位输入当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。

ALE：

当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。

一般情况下，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。

要注意的是：

每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。

对Flash存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。

如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH单元的D0位置位，可禁止ALE操作。

该位置位后，只有一条MOVX和MOVC指令才能将ALE激活。

此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE禁止位无效。

PSEN：

程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89C52由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲。

在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN信号。

EA：

外部访问允许。

欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H—FFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。

需注意的是：

如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。

如EA端为高电平（接Vcc端），CPU则执行内部程序存储器中的指令。

Flash存储器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电源Vpp，当然这必须是该器件是使用12V编程电压Vpp。

XTAL1：

振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。

XTAL2：

振荡器反相放大器的输出端。

4、数据存储器

AT89C52有256个字节的内部RAM，80H-FFH高128个字节与特殊功能寄存器（SFR）地址是重叠的，也就是高128字节的RAM和特殊功能寄存器的地址是相同的，但物理上它们是分开的。

当一条指令访问7FH以上的内部地址单元时，指令中使用的寻址方式是不同的，也即寻址方式决定是访问高128字节RAM还是访问特殊功能寄存器。

如果指令是直接寻址方式则为访问特殊功能寄存器。

例如，下面的直接寻址指令访问特殊功能寄存器0A0H（即P2口）地址单元。

MOV0A0H，#data

间接寻址指令访问高128字节RAM，例如，下面的间接寻址指令中，R0的内容为0A0H，则访问数据字节地址为0A0H，而不是P2口（0A0H）。

MOV@R0，#data