基于凌阳单片机的环境测试仪毕业设计.docx

1、基于凌阳单片机的环境测试仪毕业设计编号本科生毕业设计（论文） 题目： 基于单片机的环境测试仪 毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：

2、按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 摘 要随着生活水平的提高，人们对居住环境也越来越关注在电子产品突飞猛进地发展，电子测量仪表逐渐丰富起来的同时，原来的模拟产品逐步向数字化、综合化转化，并且不断走向人性化该环境测量系统能够充分发挥人性化的特质，实现室内光线强弱、温度、湿度的检测利用单片机自带的语音功能，配合传感器，实现带语音播报功能的环境测试仪的设计本方案是采用凌阳科技公司的

3、传感器数据采集模组进行室内温湿度及光线的测量，并通过LED键盘模组实现采集数据的显示整个系统使用凌阳公司的16位单片机SPCE061A作为控制板，实现室内环境的测量、显示和播报功能，从而完成一个环境测试仪器的设计关键词：室内环境测量；SPCE061A单片机；语音播报ABSTRACTAs the improvement of living standard, people start to pay more and more attention for their living environment. The original analog products turn to Digital,

4、Tantalization and Humanization step by step,while electronic products are developing by leaps and bounds and electronic measurem entinstruments are gradually enrich.This environmental measuring system can fully exert humanized idiosyncratic, realize the detection of indoor light intensity, temperatu

5、re,and humidity.By using the speech function of SCM,which coordinates with transducer,we can realize the design of Environment Tester having speech function.This scheme adopts the sensor data acquisition module of Sunplus to test the indoor temperature,humidity and light, and through LED keyboard mo

6、dule to realize the display of acquisition data. The whole system use the 16-bit single chip SPCE061A of Sunplus company as panel, realizing the indoor environment measurement, display and reporting function, so as to complete an design of environmental test instrument.Keywords: Indoor environment m

7、easurement; SPCE061A microcontroller; voice report 第1章 绪论1.1选题的目的和意义近年来，生活水平的不断提高促使人们开始关注自身的居住环境，而不断成熟的传感器技术也使各种环境电子测量仪丰富起来然而，市面上很少有能够同时测量温湿度及光线的室内环境测试仪，有鉴于此，本课题欲设计出一个传感器数据采集模组进行室内温湿度及光线的测量，通过LED键盘模组实现采集数据的显示整个系统使用凌阳公司的16位单片机SPCE061A作为控制板，实现室内环境的测量、显示和播报功能，从而完成一个环境测试仪器的设计该环境测量系统能够充分发挥人性化的特质，实现室内光线强弱

8、、温度、湿度的检测，利用单片机自带的语音功能，配合传感器，实现带语音播报功能的环境测试仪1.2传感器技术的发展和国内外研究概况传感器技术是一项当今世界令人瞩目的迅猛发展起来的高新技术之一, 也是当代科学技术发展的一个重要标志可以说传感器是新技术革命和信息社会的重要技术基础, 是现代科技的开路先锋, 它与通信技术、计算机技术构成了信息产业的三大支柱传感器技术开发大体上可分为三代第一代是结构型传感器，它利用结构参数的变化来感受和转换信号例如, 电阻应变式传感器,它利用了弹性敏感元件变形引起的应变计电阻变化第二代传感器是70年代发展起来的固体传感器这类传感器由半导体、电介质、磁性体等固体元件构成,

9、它利用了材料的某种特性随被测量的变化来感受和转换信号的原理，其结构参数在信号转换过程中基本不变例如热电偶、光敏电阻和压电晶体传感器, 分别利用了材料的热敏效应光敏效应和压敏效应70年代后期, 由于集成电路技术迅速发展,可以把传感器和外围电路做在同一块芯片上，所以出现了集成传感器使用这类传感器可以大大缩短电路设计时间, 减少构成系统的部件数, 提高了可靠性, 从而实现了系统的小型化、轻量化和低价格化现在能够实现集成化的传感器主要是热敏、力敏、光敏和磁敏等物理传感器由于集成传感器容易同计算机接口, 所以发展非常迅速, 目前已占传感器市场的2/3, 现在集成传感器正向着低价格、多功能和系列化方向发展

10、但是, 在高温、高湿、高压、强磁、强振动、强冲击和强腐蚀等条件下, 仍需使用结构型传感器今后, 结构型传感器将与微电子技术和计算机技术紧密结合向高精度发展第三代传感器是80 年代刚刚发展起来的智能传感器随着大规模集成电路和微处理机技术的发展，可以把传感器、信号调节电路、微计算机、存储器及其接口集成在一块芯片上,使传感器具有一定的人工智能由于这类传感器本身具有数据处理能力,所以可借助软件对非线性滞后、温度等参数进行修正, 可取代那种通过繁琐模拟补偿来改善特性的方法1目前世界上从事传感器研制生产单位已增到5000余家美国、欧洲、俄罗斯各有从事传感器研究和生产厂家1000余家, 日本有800余家,

11、其中不少是世界上著名厂商, 例如美国福克斯波罗（Foxboro）公司, 霍尼韦尔（Honeywell）公司、德国的西门子、荷兰的飞利浦、俄罗斯的科学院半导体所、热工仪表所等传感器技术是测量技术、半导体技术、计算机技术、信息处理技术、微电子学、光学、声学、精密机械、仿生学、材料科学等众多学科相互交叉的综合性高新技术密集型前沿技术之一因此，今后一段时间内，对传感技术的应用将更为广泛，如航天、航空、国防科研、信息产业、机械、电力、能源、交通、农林、食品、烟酒制造、机器人、家电等诸多领域, 可以说几乎渗透到人类活动的各个领域1.3 设计任务和要求1.3.1 设计任务􀀂 利用凌阳公司的

12、16位单片机SPCE061A作为控制板，外接温湿度及光电传感器进行数字化采集，通过内部语音算法将结果播报出来，同时利用LED数码模块将所测数据显示出来1.3.2 设计要求1 通过按键监测环境光线状况，根据光线强弱系统会进行温馨提示：如果光线太弱，系统播报“光线太弱，请注意保护眼睛”；如果光线太强，系统播报“光线太强，请注意保护眼睛”；2 播放当前温度值：播放温度值的格式为“温度，XX摄氏度”； 3 可以通过按键启动湿度测量，根据湿度情况系统会进行温馨提示：如果湿度大于正常值，系统播报“潮湿，请打开除湿机”；如果湿度小于正常值，系统播报“太干，请打开加湿器”第2章 系统组成介绍2.1凌阳单片机S

13、PCE061A芯片简介 凌阳的16位单片机的CPU内核采用凌阳最新推出的nSP（Microcontroller and Signal Processor）16位微处理器芯片由于芯片内部加入了硬件乘法器，这样凌阳单片机即可以做控制，也可以完成数据的信息的处理，尤其是在图像识别和语音识别上，有自己的特色而且凌阳单片机还采用了SOC理念，一颗芯片就是一个系统，把传统单片机学要扩展的AD、DA、存储器等器件都做到了芯片内容，方便了单片机的学习和项目的开发 nSP家族有以下特点: 体积小、集成度高、可靠性好且易于扩展；具有较强的中断处理能力高性能价格比；指令系统功能强、效率高；功耗低、电压低SPCE06

14、1A精简开发板61板结合集成开发环境不需外界任何仿真、调试器即可以完成在线编程、仿真、调试功能SPCE061A精简开发板61板配有在线调试器、麦克风等用户不需外接任何器件即可以完成语音录放等功能用户可以将自己喜爱的歌曲录制到芯片中，即可听到自己录制的歌曲因开发板小巧精致，甚至可以放到衣袋里，倾听自己的作品2图2-1 板功能分区图SPCE061A是一款基于nSP内核的16位单片机，其芯片特性如下： (1)工作电压：内核工作电压VDD为3.03.6V(CPU)，I/O口工作电压VDDH为VDD5.5V； (2)CPU时钟：0.32MHz49.152MHz； (3)内置2K字SRAM和32K字闪存R

15、OM； (4)系统处于备用状态下(时钟处于停止状态)，耗电小于2A3.6V； (5)具备触键唤醒的功能； (6)32位通用可编程输入/输出端口； (7)2个16位可编程定时器/计数器(可自动预置初始计数值)； (8)7通道10位电压模-数转换器(ADC)和单通道声音模-数转换器； (9)2个10位DAC(数-模转换)输出通道； (10)14个中断源可来自定时器A / B，时基，2个外部时钟源输入，键唤醒； (11)具备串行设备接口； (12)低电压复位(LVR)功和低电压监测(LVD)功能； (13)内置在线仿真(ICE，In- Circuit Emulator)接口3图2-2 SPCE061

16、A内部结构图SPCE061A引脚说明：表2-1 芯片引脚说明引脚说明IOA0IOA15(4148,53,5460脚)I/O口A，共16个IOB0IOB15(51,8176,6864脚)I/O口B，共16个OSCI（13脚）振荡器输入在石英晶振模式下，是石英元件的一个输入脚OSCO（12脚）振荡器输出在石英晶振模式下，是石英元件的一个输出脚RES_B (6脚)复位输入若这个脚输入低电平，会使得控制器被重置复位ICE_EN（16脚）IC使能端,接在线调试器PROBE的使能脚ICE_ENICE_SCK （17脚）ICE时钟脚，接在线调试器PROBE的时钟脚ICE_SCKICE_SDA（18脚）ICE

17、数据脚，接在线调试器PROBE的数据脚ICE_SDAPVIN（20脚）程序保密设定脚PFUSE（29脚）程序保密设定脚DAC1（21脚）音频输出通道1DAC2（22脚）音频输出通道2VREF2（23脚）2V参考电压输出脚AGC（25脚）语音输入自动增益控制引脚OPI（26脚）Microphone的第二运放输入脚MICOUT（27脚）Microphone的第一运放输出脚MICN（28脚）Microphone的负向输入脚MICP（33脚）Microphone正向输入脚VRT（35脚）A/D转换外部参考电压输入脚它决定A/D转换输入电压上限值例如该点输入一个2.5V的参考电压，则A/D转换电压输入范

18、围为02.5V（外部A/D最高参考电压TH或TTL，则将该器件内的告警标志置位，并对主机发出的告警搜索命令作出响应因此，可用多只DS18B20同时测量温度并进行告警搜索2.2.4 DS18B20温度传感器的存储器DS18B20温度传感器的内部存储器包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的可电擦除的E2RAM，后者存放高温度和低温度触发器TH、TL和结构寄存器数据先写入RAM，经校验后再传给E2RAM 暂存存储器包含了8个连续字节，前两个字节是测得的温度信息，第一个字节的内容是温度的低八位TL，第二个字节是温度的高八位TH第三个和第四个字节是TH、TL的易失性拷贝，第五个字节是结构寄存器的易失性拷

19、贝，这三个字节的内容在每一次上电复位时被刷新第六、七、八个字节用于内部计算第九个字节是冗余检验字节，可用来保证通信正确DS18B20的分布如下：图2-7 DS18B20 的暂存寄存器分布在64B ROM的最高有效字节中存储有循环冗余校验码（CRC）主机根据ROM的前56 位来计算CRC值，并和存入DS18B20中的CRC值做比较，以判断主机收到的ROM数据是否正确设置寄存器： 该位于高速闪存的第5个字节，这个寄存器中的内容被用来确定测试模式和温度的转换精度寄存器各位的内容如下： 图2-8 DS18B20 的设置寄存器各位内容 该寄存器的低五位一直都是1，TM是测试模式位，用于设置DS18B20

20、在工作模式还是在测试模式在DS18B20出厂时该位被设置为0，用户不要去改动R1和R0用来设置分辨率，如下表所示：（DS18B20 出厂时被设置为12位）图2-9 分辨率设置 由表可知，设定的分辨率越高，所需要的温度数据转换时间就越长因此，在实际应用中要在分辨率和转换时间权衡考虑2.3湿度传感器HS1101介绍2.3.1 HS1101概述HS1101湿度传感器采用专利设计的固态聚合物结构，具有响应时间快、高可靠性和长期稳定性特点，不需要校准的完全互换性湿度传感器HS1101是基于独特工艺设计的电容元件，这些相对湿度传感器可以大批量生产可以应用于办公室自动化，车厢内空气质量控制，家电，工业控制系

21、统等它有以下几个显著的特点6：（1）全互换性，在标准环境下不需校正（2）长时间饱和下快速脱湿（3）可以自动化焊接，包括波峰或水浸（4）高可靠性与长时间稳定性（5）专利的固态聚合物结构（6）可用于线性电压或频率输出回路（7）快速反应时间 图2-10 HS1101实物照2.3.2 HS1101性能参数HS1101湿度传感器在电路中等效于一个电容器Cx，其电容随所测空气的湿度增大而增大，在相对湿度为0%-100%RH的范围内，电容的容量由160pF变化到200pF，其误差不大于2%RH，响应时间小于5s，温度系数为0.04pF/，精度较高图2-11 HS1101湿度电容响应曲线HS1101的一些常用

22、参数如下表2-2：表2-2 HS1101常用参数参数符号参数值单位工作温度Ta-40100储存温度Tstg-40125供电电压Vs10Vac湿度范围RH0100%RH焊接时间=260t10S2.3.3 HS1101湿度测量方案简述对于湿度测量仪，除了具有一个控制器控制测量外，还需要测量器本系统中采用SPCE061A作为控制器，电容式湿度传感器HS1101作为测量器，利用一个按键来启动湿度测量和语音播放由于电容不能直接和SPCE061A的I/O口连接进行测量，所以需要一个电路模块，与SPCE061A的Feedback接口IOB2、IOB4，IOB3、IOB5连接，实现从电容到频率的转换，系统的结构框图如下图：图2-12 HS1101测温结构框图SPCE061A单片机作为主控芯片，根据读到的键值判断是否启动测量，测量时负责读取Feedback电路的工作频率，根据频率计算HS1101的电容和它所在环境的湿度，并把湿度通过喇叭播放出来同时如果湿度值太高或者太低，系统会播放温馨提示2.4 光敏电阻测量光线原理2.4.1 光敏电阻器简介光敏电阻器是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大