第8组电子设计自拟题报告DOC.docx
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第8组电子设计自拟题报告DOC
多功能智能控制系统
第8组
B04040429金逸超
B04040520许扬扬
B04040702史文雯
摘要2
1.系统方案选择和论证2
1.1设计要求2
1.2系统基本方案2
1.2.1各模块方案选择和论证3
2.单元电路设计4
2.1温度传感器4
2.2湿度传感器模块5
2.3光照度传感器模块5
2.4数码显示6
2.5过限报警、智能控制模块7
3．系统的软件设计7
3.1数据处理7
3.2光照度测量程序如下：
8
3.3湿度读取程序9
3.4温度读取程序9
4．系统测试9
4．1测试仪器9
4.2指标测试10
4.3误差分析10
5.总结10
参考文献11
摘要
本系统采用温度传感器（DS18B20），湿度传感器（HS1101），光照度传感器（LX1970）分别对外界温度，湿度，光照度进行测量，由52单片机进行控制，把测得的数据进行显示，并且可以设置警限，超过限制就能发出警报。
实现了同时对多种外部参数进行采集、处理的功能。
1.系统方案选择和论证
1.1设计要求
采集外部环境的温度，湿度，光照度，并进行显示，可以设置警限，超过限度可以发出警报。
1.2系统基本方案
各子系统的功能描述如下：
子系统
描述
温度传感器
检测环境温度，并转化为电信号
湿度传感器
检测环境湿度，并转化为电信号
光照度传感器
检测环境光照度，并转化为电信号
硬件控制器
控制计算转化各传感器传来的电信号
数码显示
将三种参数在数码管上循环显示出来
过限报警
某一参数不在用户设定范围内时报警
设定限值
用户可以设定三种参数的正常范围
1.2.1各模块方案选择和论证
1.2.1.1温度传感器模块
方案一：
使用热敏电阻。
热敏电阻是一种典型的温度传感器，原理简单，使用方便，但稳定性不高，精度低。
方案二：
采用DS18B20进行温度测量。
DS18B20是一种改进型智能温度传感器。
外形与一般的三极管十分类似。
与传统的热敏电阻相比，能够直接读出被测温度并且可根据实际要求通过简单的编程实现9～12位的数字值读数方式。
单个DS18B20温度测量精度达到±0.5℃，测温范围在－25℃到125℃之间。
可以分别在93.75ms和750ms内完成9位和12位的数字量，并且从DS18B20读出的信息或写入DS18B20的信息仅需要一根口线（单线接口）读写,温度变换功率来源于数据总线，总线本身也可以向所挂接的DS18B20供电，而无需额外电源。
因而使用DS18B20可使系统结构更趋简单，可靠性更高。
1.2.1.2湿度传感器模块
方案一：
使用湿敏电阻。
湿敏电阻的特点是在基片上覆盖一层用感湿材料制成的膜，当空气中的水蒸气吸附在感湿膜上时，元件的电阻率和电阻值都发生变化，利用这一特性即可测量湿度。
湿敏电阻的优点是灵敏度高，主要缺点是线性度和产品的互换性差。
方案二：
使用专用湿敏电容。
当环境湿度发生改变时，湿敏电容的介电常数发生变化，使其电容量也发生变化，其电容变化量与相对湿度成正比。
湿敏电容的主要优点是灵敏度高、产品互换性好、响应速度快。
在本系统中，我们选用了法国HUMIREL电容式湿度传感器，它的稳定性好、精度高、外带防护罩，抗静电、防灰尘、并可抵抗氯气、氨水等外界影响，具有非常低的温度依赖性。
1.2.1.3光照度传感器模块
方案一：
光电传感器（常用的如光敏电阻等）。
简单易用，价格低廉，但稳定性和精度不高。
不适用于直接测量光照度数值以及对测量精度要求较高的场合。
方案二：
集成化可见光亮度传感器LX1970，它的光电二极管阵列的光谱特性及灵敏度都与人眼十分相似，同时它的非线性误差小，重复性好。
两个互补输出端的电流不对称度仅为±0.5%，可任选一端作为输出。
外围电路简单，价格低廉，使用方便。
无须使用滤光片即可有效衰减紫外光及红外光。
此外LX1970微功耗，采用低压供电。
基于以上理由，我们在选用光照度传感器上使用了LX1970。
1.2.1.4显示模块
显示模块用来显示被测直流信号的电压值
方案一：
采用LED（数码管）显示
LED（数码管）是light-emittingdiode的缩写，具有高亮度，低能耗，低压，低损耗，防晒，防潮，防火，高刷新率，对外界环境要求低，易于维护，操作简单等优点，能提供宽达160°的视角，可以在较远的距离上看清楚，编译简单，资源占用少。
但是它的显示存在信息量少，显示不直观，不易理解的缺点。
本系统要显示的数字比较简单，因此采用led数码管进行动态显示。
方案二：
采用LCD（液晶屏）显示
LCD（液晶屏）是LiquidCrystalDisplay的缩写，它具有汉字显示的功能，信息量丰富且直观易懂，轻薄短小，耗电量低，无辐射危险，画面效果好，分辨率高，抗干扰能力强，但编程工作量大，控制器资源占用较多，成本偏高，并且在使用时不能有静电干扰，容易烧坏显示芯片，不易维护。
2.单元电路设计
2.1温度传感器
DS18B20读取时序图
2.2湿度传感器模块
由于是电容式传感器，若要转化为电信号（频率），需要使用典型的RC振荡电路，利用555定时器产生频率信号。
频率产生电路如下：
图3、HS1101典型频率产生电路
2.3光照度传感器模块
由LX1970的Datasheet可知，获取其两个互补输出端任一端的电流输出，经过相应转换，即可获取当前外界光照度信号。
考虑到要测量电流值，应先将电流通过一定值的电阻转化为电压值，然后电压值通过一个AD转换模块，转换为8位的数字信号输入到处理器。
图4、LX1970测量电路及AD转换模块
2.4数码显示
采用单片机上的一个定时中断来刷新数码管的显示，每隔大约2ms的时间，根据所要显示的数据，在预先定好的字码表中找到相应的字码，连续刷新四个数码管一次，以达到较好的视觉效果。
数码显示模块程序流程图如下：
2.5过限报警、智能控制模块
此模块需要对各个传感器传来的数值与现有相应限值进行比较，若不在当前设定的限制范围之内，则告知处理器相关信息。
并由处理器发出信号，通过继电器的动作（由于是原型模型，因此我们实验中使用相应发光二极管来代替相应继电器动作）来实现各类智能化控制。
不同继电器上接入不同的功能模块，即可实现不同的自动控制。
3．系统的软件设计
3.1数据处理
对各个传感器传来的电信号、微机传来的数据以及数码显示进行处理，并对这些功能进行整合，进行合理分配。
在程序实现中，我们AT89C52的三个定时中断我们全都使用上了，定时器0一方面作为50ms定时器，用于精确测量外部输入频率值、另一方面提示处理器读取当前传感器新值：
voidtime0（）interrupt1//定时器0
{
TH0=0x4c;
TL0=0x00;//50ms定时器
if（timer==19）{
fre=TempFre;//读频率
flag=1;//读取传感器新值
TempFre=0;
timer=0;
}
else
timer++;
}
定时器1同时用作AD模块的clock发生器、串口查询接收程序和显示中断程序的入口，采用不同的计数值，从而经入不同的中断程序。
voidtime1（）interrupt3//定时器1
{
CLK=~CLK;//ADC0809Clock
if（RI）{
RI=0;
Receive=SBUF;
ReadFlag=1;//已读串口
}
timercount++;
if（timercount==100）{timercount=0;showflag=1;}//数码显示
}
定时器2用作波特率发生器。
voidinitCOM（）//利用定时器2做波特率发生器
{
T2CON|=0x31;
RCAP2H=0xff;
RCAP2L=0xb8;//Baud:
4800
SCON|=0x52;
TR2=1;//启动定时器2
EA=1;//中断使能
}
此外还使用了一个外部中断来对外部输入频率进行计数，以测量出当前湿度值。
voidexternInterrupt1（）interrupt0using0//外部中断1
{
TempFre++;
}
3.2光照度测量程序如下：
voidlightchange（）//获取当前光照度信息
{
if（EOC==1）
{
getdata=P1;
illum=getdata*5;
ST=1;
delay
（2）;
ST=0;
}
}
3.3湿度读取程序
voidhumidity（）//获取当前湿度信息
{
if（fre>=7351）hum=0;
elseif（fre<7351&&fre>=7224）hum=（fre-7224）*100/127;
elseif（fre<7224&&fre>=6976）hum=100+（fre-7100）*100/124;
elseif（fre<6976&&fre>=6853）hum=300+（fre-6853）*100/123;
elseif（fre<6853&&fre>=6728）hum=400+（fre-6728）*100/125;
elseif（fre<6728&&fre>=6600）hum=500+（fre-6600）*100/128;
elseif（fre<6600&&fre>=6468）hum=600+（fre-6468）*100/132;
elseif（fre<6468&&fre>=6330）hum=700+（fre-6330）*100/138;
elseif（fre<6330&&fre>=6186）hum=800+（fre-6186）*100/144;
elseif（fre<6186&&fre>=6033）hum=900+（fre-6033）*100/153;
elsehum=999;
}
3.4温度读取程序
限于篇幅，这里只对程序的函数声明做一个简单介绍，具体函数实现不再逐一赘述。
voiddelay（unsignedinti）//延时函数
voidInit_DS18B20（）//初始化DS18B20函数
unsignedcharReadOneChar（void）//向DS18B20读一个字节
voidWriteOneChar（unsignedchardat）//向DS18B20写一个字节dat
unsignedintReadTemperature（）//读取温度，返回温度值
此外由DS18B20的DataSheet可知WriteOneChar（0xCC）为跳过读序号列号的操作，WriteOneChar（0x44）为启动温度转换的操作，WriteOneChar（0xBE）为读取温度寄存器的操作。
4．系统测试
4．1测试仪器
测试使用的仪器设备
序号
名称、型号、规格
数量
备注
1
VC9804A数字万用表
1
胜利仪器厂
2
DF1731SL2A直流稳压电源
1
宁波中策电子有限公司
3
RIGOL数字示波器
1
北京普源精电科技有限公司
4
水银温度计
1
5
湿度仪
1
6
照度计
1
4.2指标测试
次数
实际温度
数码管显示值
1
15.2
15.4
2
26.4
26.2
3
30.5
30.6
实际湿度
数码管显示值
1
30.6%RH
30.4RH
2
46.2%RH
46.3%RH
3
76.4%RH
76.6%RH
实际光照度
数码管显示值
1
1102..8
1102.6
2
463.4
463.2
3
745.3
745.2
4.3误差分析
温度：
组成该模块的器件少（只有一个器件），受器件性能影响大，而且该器件本身具有正负0.5V的误差。
湿度：
在由湿敏电容与555构成的RC振荡电路中的电阻与电容的取值并不是十分准确，所以输出的振动频率易送影响。
光照度：
ADC0809有正负1LSP的误差，但该相对误差较小。
5.总结
本系统以52单片机为核心部件，通过DS18B20温度传感器，HUMIREL电容式湿度传感器，LX1970光亮度传感器来获得外界环境的温度、湿度、光亮度，并在数码管上显示。
并且可以设置报警限制，一旦超过范围就可报警。
在系统设计过程中，力求硬件线路简单，充分发挥软件编程方便灵活的特点，来满足系统的设计要求。
参考文献
戴佳，戴卫恒51单片机C语言应用程序设计实例精讲电子工业出版社2006年
第五届全国大学生电子设计竞赛获奖作品选编（2001）北京理工大学出版社
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