石家莊 天氣預報_基于單片機的便攜式土壤溫濕度測量儀的

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基于單片機的便攜式土壤溫濕度測量儀的_物理_自然科學_專業資料?;趩纹瑱C的便攜式土壤溫濕度測量儀的

便攜式土壤溫濕度測量儀的設計 學生:XX,指導教師:XXX (安徽農業大學 信息與計算機學院 合肥 230036) 摘 要 :在影響環境的眾多因素中溫濕度是至關重要的, 本文設計了一種基于 STC89C51 單片機的溫濕度測量儀, 通過終端傳感器檢測環境中的溫度和濕度的變 化,并對采集到的數據進行處理和傳輸。終端傳感器采用精確度較高的 TDR-5 土 壤溫濕度傳感器,該傳感器適用于節水農業灌溉、溫室大棚、花卉蔬菜、草地牧 場、土壤速測、植物培養、科學試驗等領域。本文給出了系統硬件電路的設計和 軟件程序的設計,實現了土壤溫濕度的實時自動檢測的功能。實踐證明該溫濕度 測量儀具有測量精度高、通用性強等特點,具有一定的實用價值。 關鍵詞:TDR-5 土壤溫濕度傳感器,A/D 轉換器,STC89C51,LCD 顯示 1 引言 隨著人們生活水平的提高,人們對食品的綠色健康更加關注,如何培育出優 良品種的植株,一直是人們不斷研究的課題。因而基于單片機的溫濕度測量系統 對解決這些問題有著非常重大的意義。以前種植植被一般都用溫室栽培,為了充 分的利用好溫室栽培這一高效技術,就必需有一套科學的,先進的管理方法,用 以對不同種類植被生長的各個時期所需的溫度及濕度等進行實時的監控。 溫濕度測量儀是一種24小時不間斷監控并記錄溫度和濕度的儀器,被廣泛的 應用于農業研究、食品、醫藥、化工、氣象、環保、電子、實驗室等眾多領域。 目前,隨著工業控制自動化進程的加快,它的使用越來越普遍,并且在不斷的延 伸。在日常的生產生活中,經常需要檢測環境中的溫濕度,而運用到工農業生產 領域則要求更為嚴格。隨著科技的發展,環境監測在農業領域的應用越來越廣泛, 例如要確定某些幼苗的生長特性與溫度、濕度有什么樣的關系等。這些都需要利 用溫濕度的實時記錄才能實現。繼而溫濕度測量儀被廣泛應用于糧倉、種植園、 溫室大棚、自動控制等眾多領域??梢詫Νh境的溫度和濕度進行檢測和控制,以實 現數據采集、 溫濕度調節以及超限報警等各項功能, 為此設計了一種基于STC89C51 單片機的溫濕度測量儀。 2 系統的設計要求與設計思路 2.1 本系統所要實現的功能 1.能夠實時、準確的顯示采樣溫度值與濕度值。 2.對采集到的溫濕度值進行存儲,便于準確的判斷標準值與當前值之間的差 異,并采取后續措施。 2.2 本系統的設計思路 在單片機構成的測控系統中,測量或控制的參數有時是一些連續變化的非電 量模擬信號,石家莊 天氣預報如溫度、濕度、壓力等。這類信號必須通過傳感器轉換成為電信號 后,再由A/D轉換器轉換成為數字量信號送入單片機進行處理,最后通過 LCD完成 溫濕度值的顯示。本系統設計的一種基于STC89C51單片機的便攜式溫濕度測量儀, 溫度的測量范圍為-30℃~70℃,濕度測量范圍為0~100%。模擬溫濕度傳感器TDR-5 首先將溫濕度信號轉換成電壓信號后,經過12V轉5V的電路對該電信號進行處理, 再送入ADC0804進行A/D轉化,單片機對送入的數字量信號進行處理后,通過LCD顯 示測量的溫濕度值。 2.3 系統設計的原則 要求單片機系統應具有可靠性高、操作維護方便、性價比高等特點。高可靠 性是單片機系統應用的前提,在系統設計的每一個環節,都應該將可靠性作為首 要的設計準則。提高系統的可靠性通常從以下幾個方面考慮:使用可靠性高的元 器件;設計電路板時布線和接地要合理;對供電電源采用抗干擾措施;輸入輸出 通道抗干擾措施;進行軟硬件濾波;系統自診判斷功能等。在系統的軟硬件設計 時,應從操作者的角度考慮操作和維護方便,要盡可能減少人機交換接口,多采 用操作內置或簡化的方法。單片機除體積小、功耗低等特點外,最大的優勢在于 高性能價格比。一個單片機應用系統能否被廣泛使用,性價比是其中一個關鍵因 素。因此,再設計時,除了保持高性能外,盡可能降低成本,如簡化外圍硬件電 路,在系統性能和速度允許的情況下盡可能使用軟件功能取代硬件功能等。 3 系統的硬件設計與實現 3.1 系統框圖 系統主要由單片機模塊、溫濕度檢測模塊、顯示模塊、A/D轉換模塊和電源模 塊組成,其整體框圖如圖1所示。 復位模塊 電源模塊 A/D轉換模塊 單 片 機 顯示模塊 時鐘模塊 模擬溫濕度傳感器 圖3-1 系統框圖 3.2系統主要硬件部分設計 3.2.1 STC89C51單片機 STC89C51 RC/RD+系列單片機是STC推出的新一代高速低功耗超強抗干擾的單 片機[1],指令代碼完全兼容傳統8051單片機,它是一個40引腳的集成電路芯片,采 用DIP(雙列直插)形式封裝。51系列單片機:集成 8位CPU、4K字節ROM、石家莊 天氣預報128字 節RAM、4個8位并口、1個全雙工串行口、2個16位定時/計數器。尋址范圍64K,并 有控制功能較強的布爾處理器。 [1]. 主電源引腳 Vcc(40腳) :接+5V電源正端. Vss(20腳) :接-5V電源地端. [2]. 外接晶體或外部振蕩器引腳 XTAL1(19腳) :接外部晶振的一個引腳。在單片機內部,它是一個反相放大 器的輸入端,這個放大器構成了片內振蕩器。當采用外部振蕩器時,此引腳要接 地。 XTAL2(18腳) :接外部晶振的另一個引腳。在片內接至反相放大器的輸出端 和內部時鐘電路的輸入端。當采用外部振蕩器時,此腳應接外部振蕩器的輸出端。 圖3-2 STC89C51外形示意圖 [3]. 控制信號線腳) :復位信號輸入端,復位/掉電時內部RAM的備用電源輸入端 VPP(31腳) :訪問外部存儲器允許/編程電壓輸入。EA為高電平時,訪問內部 存儲器;低電平時,訪問外部存儲器。對片內EPROM編程時,此腳接21V編程電壓。 RST:復位輸入。當振蕩器復位器件時,要保持RST腳兩個機器周期的高電平 時間。 ALE/PROG:當訪問外部存儲器時,地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的 低位字節。在FLASH編程期間,此引腳用于輸入編程脈沖。在平時,ALE端以不變 的頻率周期輸出正脈沖信號,此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸 出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是:每當用作外部數據存儲器時,將跳 過一個ALE脈沖。 如果禁止ALE的輸出可在SFR8EH上置0。 此時, ALE只有在執行MOVX, MOVC指令時ALE才其作用。另外,該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執行狀 態ALE禁止,置位無效。 PSEN:外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間,每個機 器周期兩次PSEN有效。但在訪問外部數據存儲器時,這兩次有效的PSEN信號將不 出現。 EA|VPP:當EA保持低電平時,則在此期間外部程序存儲器(0000H-FFFFH) , 不管是否有內部程序存儲器。注意加密方式1時,EA將內部鎖定為RESET;當EA端 保持高電平時,此期間內部程序存儲器。石家莊 天氣預報在FLASH編程期間,此引腳也用于施加12V 編程電源(VPP) 。 XTAL1:反向振蕩放大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入。 XTAL2:來自反向振蕩器的輸出。 [4]. 多功能I/O口引腳 STC89C52單片機設有4個雙向I/O口(P0、P1、P2、P3) ,每一組I/O口線都可 以獨立地用作輸入或輸出口。P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。 表3-1 P3口第二功能各引腳功能定義 管腳 P3.0RXD P3.1TXD P3.2/INT0 P3.3/INT1 P3.4T0 P3.5T1 P3.6/WR P3.7/RD 功能 串行輸入口 串行輸出口 外部中斷 0 外部中斷 1 計時器 0 外部輸入 計時器 1 外部輸入 外部數據存儲器寫選通 外部數據存儲器讀選通 由圖3-4可知,單片機集成了中央處理器(CPU) 、存儲器系統(RAM和ROM) 、 定時/計數器、并行接口、串行接口、中斷系統及一些特殊功能寄存器(SFR)[2]。 他們通過內部總線緊密地聯系在一起。它的總體結構仍是通用CPU加上外圍芯片的 總線結構。只是在功能部件的控制上與一般微機的通用寄存器加接口寄存器控制 不同,CPU與外設的控制不再分開,采用了特殊功能寄存器集中控制,使用更方便。 內部還集成了時鐘電路,只需要外接石英晶體就可形成時鐘。 時鐘電路 ROM RAM 定時/計數器 中央處理器 CPU ROM 串行接口 中斷系統 P0 P1 P2 P3 TXD RXD INT0 INT1 圖3-3 單片機結構示意圖 CPU:由運算和控制邏輯組成,同時還包括中斷系統和部分外部特殊功能寄存 器。 RAM:用以存放可以讀寫的數據,如運算的中間結果、最終結果以及欲顯示的 數據。 ROM:用以存放程序、一些原始數據和表格。 I/O口:四個8位并行I/O口,既可用作輸入,也可用作輸出。 T/C:兩個定時/記數器,既可以工作在定時模式,也可以工作在記數模式。 3.2.2 主控電路 一個單片機嵌入式系統的核心,其實就是一個單片機的最小系統,或者稱為 最小應用系統,是指用最小的元件組成的單片機可以工作的系統。由圖2-4可知最 小系統應由時鐘電路和復位電路構成。 如圖3-5所示,STC89C51單片機芯片內部集成了振蕩電路,它是利用一個高增 益反相放大器構成的振蕩電路,引腳XTAL1和XTAL2分別是放大器的輸入端和輸出 端。外接晶體諧振器以及電容C1和C2構成并聯諧振電路,接在放大器的反饋回路 中,片內的放大器與作為反饋元件的片外晶體諧振器一起構成一個自激振蕩器。 這個振蕩器為單片機提供時序脈沖。而采用12MHZ的晶振,主要是為了方便定時操 作[3]。 圖3-4 單片機最小系統電路 單片機的復位是指使單片機進入初始化工作狀態。當單片機的復位引腳RESET 出現2個機器周期以上的高電平時,單片機就執行復位操作。如果 RESET持續為高 電平,單片機將處于循環復位的狀態。但是單片機本身不能自動復位,必須配合 相應的外部電路才能實現復位操作。復位操作通常有兩種基本形式:上電復位和 開關復位。上電復位要求接通電源后,自動實現復位操作。開關復位則是在單片 機已運行時,按下復位鍵后松開,也能使RESET保持一段時間的高電平,從而實現 開關復位的操作。 3.2.3 串行口通信電平轉換電路 MCS-51單片機有一個可編程的串行接口,它是一個全雙工的通信端口,可以 同時接收和發送數據。串行通信接口的優點在于使用較少的傳輸線即可完成數據 的傳輸。MCS-51的通信端口有一個接收緩沖式的串行接口,在特殊功能寄存器中 有一個串行數據緩沖器寄存器,專門供存放發送和接收的數據。 RS-232C是EIA(美國電子工業協會)1969年修訂RS-232C標準[4]。RS-232C定義 了數據終端設備(DTE)與數據通信設備(DCE)之間的物理接口標準。RS-232C采 取不平衡傳輸方式,即單端通信。RS-232C標準規定其高電平為+3 ~+15V,低電平 為-3V~-15V,噪聲容限為2V。另外,該串口標準數據線傳送采用負邏輯,即低電 平表示1、高電平表示0;其他控制線采用正邏輯。因此,當單片機進行RS-232C通 信時就需要通過電平轉換電路,將RS-232C總線中的數據信號轉換為TTL電平后才 能接收,否則就會將TTL電路燒毀。另外,RS-232C的最大通信距離為15m,最高傳 輸速率為20kbit/s,只能進行一對一的通信。 1、機械特性 RS-232C接口規定使用25針連接器,市場上常見的有25針串口和9針串口兩種 接口形式,連接器的尺寸及每個插針的排列位置都有明確的定義。 1 13 1 5 14 25 6 9 圖3-5 RS-232C接口 2、功能特性 表3-2 RS-232C標準接口主要引腳定義 插針序號 1 2 3 4 5 6 7 8 20 22 信號名稱 PGND TXD RXD RTS CTS DSR SGND DCD DTR RI 保護接地 功能 信號方向 發送數據(串行輸出) 接收數據(串行輸入) 請求發送 允許發送 DCE就緒(數據建立就緒) 信號接地 載波檢測 DTE就緒 (數據終端準備就緒) 振鈴指示 DTE→DCE DTE→DCE DTE→DCE DTE→DCE DTE→DCE DTE→DCE DTE→DCE DTE→DCE 數字電路中只有兩種電平:高和低。單片機為TTL電平:高電平 +5V,低電平 0V。計算機的串口為RS232電平:高電平 +12V,低電平-12V。所以計算機與單片 機之間通訊時需要加電平轉換芯片MAX232。MAX232是專用于串口電平轉換的集成 電路, 它不僅可以轉換PC與單片機之間不同的電平, 還可以降低232通信的誤碼率, 提高通信性能。 MAX232系列芯片由電壓倍增器、電壓反相器、 RS-232發送器和RS-232接收器 等四部分組成,電壓倍增器利用電荷充電泵原理通過外接電容升壓至 +10V。電壓 反相器又通過外接電容將+10V電壓轉換為-10V電壓存儲到電容上。這樣,通過單 5V供電就可以滿足所需要的轉換電平。 MAX232性能特點如下: 1. 單+5V電源供電; 2. 兩個驅動器和兩個接收器; 3. 低電源電流:典型值為8mA; 4. 工作溫度在0℃~70℃。 圖3-6 MAX232電平轉換電路 3.2.4 電源電路 USB稱為通用串行總線。它是連接外部設備的一個串口總線標準。 USB最大的 特點是支持熱拔插和即插即用。USB為+5V供電,而本系統采用的模擬溫濕度傳感 器需要+12V供電,因此需要接一個12V轉5V的電路。 圖3-7 USB供電電路 USB為+5V供電,而本系統采用的模擬溫濕度傳感器需要 +12V供電,因此需要 接一個12V轉5V的電路。 12V轉5V電路采用的芯片是三端穩壓集成電路L7805CV。三端是指這種穩壓用 的集成電路,只有三條引腳輸出,分別是輸入端、接地端和輸出端。它的樣子像 是普通的三極管,TO- 220 的標準封裝。用三端穩壓IC來組成穩壓電源所需的外 圍元件極少,電路內部還有過流、過熱及調整管的保護電路,使用起來可靠、方 便,而且價格便宜。在實際應用中,應在三端集成穩壓電路上安裝足夠大的散熱 器(當然小功率的條件下不用) 。當穩壓管溫度過高時,穩壓性能將變差,甚至損 壞。 圖3-8 12V轉5V電路 3.2.5 LCD顯示電路 液晶顯示器簡稱LCD顯示器,它是利用液晶經過處理后能改變光線的傳輸方向 的特性來顯示信息的。要使用點陣型LCD顯示器,必須有相應的LCD控制器、驅動 器來對LCD顯示器進行掃描、驅動,以及一定空間的ROM和RAM來存儲寫入的命令和 顯示字符的點陣?,F在往往將LCD控制器、驅動器、RAM、ROM和LCD顯示器連接在 一起,稱為液晶顯示模塊。 液晶顯示模塊是一種常見的人機界面,在單片機系統中的應用極其廣泛。液 晶顯示模塊既可以顯示字符,又可以顯示簡單的圖形。本系統采用的是1602的LCD 接口。1602是一種點陣字符型液晶顯示模塊,可以顯示兩行共32個字符。根據LCD 型號的不同,所需要的背光電阻大小會不同,可自行調節。 本系統采用的LCD為RT-1602C,其主要引腳的功能如下: RS:數據/命令選擇端,高電平時選擇數據寄存器,低電平時選擇指令寄存器。 RW:讀/寫選擇端,高電平時進行讀操作,低電平時進行寫操作。當RS和RW共 同為低電平時,可以寫入指令或者顯示地址;當 RS為低電平、RW為高電平時,可 以讀忙信號;當RS為高電平、RW為低電平時,可以寫入數據。 E:使能端,當E端由高電平跳變成低電平時,液晶模塊執行命令。 圖3-9 LCD顯示電路 LCD顯示部分程序: void write_command(uchar com)//lcd寫命令 { lcdrs=0; lcdwr=0; P0=com; delay(5); lcden=1; delay(5); lcden=0; } void write_data(uchar date)//lcd寫數據 { lcdrs=1; lcdwr=0; P0=date; delay(5); lcden=1; delay(5); lcden=0; } void init_lcd()//lcd初始化 { lcden=0; write_command(0x38);//設置16x2顯示 write_command(0x0e);//設置光標 write_command(0x06);//寫字符指針加1,光標加1 write_command(0x01);//清屏 } 3.2.6 A/D轉換電路 模擬/數字轉換就是我們通常所說的A/D轉換,它將輸入的模擬信號(如電壓) 轉換成控制芯片(如單片機,ARM)所能識別的二進制形式,然后經過運算,既可以 還原出輸入模擬信號的值。A/D轉換是一種非常重要的技術手段,是單片機等控制 芯片與外界信號的接口部分,下圖給出了一種常用的嵌入式設計模式。 外界信號 (如聲音, 血糖濃度, 溫度) 傳 感 器 電壓值 模 擬 電 路 電壓值 A/D轉換 芯片 (如ADC0804) 二進制形式 處理器 芯片 (如51單片機) 顯示 控制信號 (如八段數碼 管,LCD,上 位機軟件) 圖3-10 一種常用的基于A/D芯片的嵌入式設計模式 本系統設計了在沒接入傳感器之前的A/D轉換的測試程序。首先通過調節滑動 變阻器改變輸入到ADC0804芯片的電壓值(ADC0804芯片的參考電壓調節成0V~5V, 而滑動變阻器產生的電壓范圍也為0V~5V,因此沒有必要設計額外的模擬電路) , 然后通過單片機進行運算處理得到這個輸入電壓值,最后再通過LCD將這個電壓值 顯示出來。 滑動變阻器 電壓值 A/D轉換 芯片 (ADC0804) 二進制形式 處理器 芯片 (51單片機) 控制信號 顯示 (LCD) 圖3-11 A/D轉換的測試模式 本系統采用的A/D芯片為ADC0804,它是CMOS 8位單通道逐次漸近型的模/數轉 換器。 圖3-12 ADC0804規格及引腳分配圖 其主要引腳的功能如下: CS:芯片片選信號,低電平有效,即CS=0該芯片才能正常工作,在外接多個 ADC0804芯片時,該信號可以作為選擇地址使用,通過不同的地址信號使能不同的 ADC0804芯片,從而可以實現多個ADC通道的分時復用。 WR:啟動ADC0804進行ADC采樣,該信號低電平有效,即WR信號由高電平變成 低電平時,觸發一次ADC轉換。 RD:低電平有效,即RD=0時,可以通過數據端口DB0~DB7讀出本次的采樣結 果。 圖3-13 A/D轉換電路 A/D轉換部分程序 void delay(uint z) { uint x,y; for(x=z;x0;x--) for(y=110;y0;y--); } void init_ad() //AD初始化 //定義延時函數 { csad=0; } void start_ad() { wrad=1; wrad=0; wrad=1; } void main() { while(1) { start_ad(); delay(10); AdcRead(); Display(); } } //啟動一次ADC0804采樣 //AD啟動 //延時10ms,等待采樣結束 //完成一次采樣后,從ADC0804的DB引腳讀取采樣值 //將采樣結果在LCD上顯示出來 3.2.7 傳感器模塊 現代傳感器在原理與結構上千差萬別,如何根據具體的測量目的、測量對象 以及測量環境合理地選用傳感器,是在進行某個量的測量時首先要解決的問題。 當傳感器確定之后,與之相配套的測量方法和測量設備也就可以確定了。測量結 果的成敗,在很大程度上取決于傳感器的選用是否合理。 在傳感器的選擇上,首先要根據測量對象與測量環境確定傳感器的類型。需 要根據被測量對象的特點和傳感器的使用條件考慮以下一些具體問題:量程的大 ??;被測位置對傳感器體積的要求;測量方式為接觸式還是非接觸式;信號的引 出方法,有線或是非接觸測量,在考慮上述問題之后就能確定選用何種類型的傳 感器,然后再考慮傳感器的具體性能指標。 TDR-5土壤溫濕度傳感器是將土壤水分和土壤溫度傳感器集中于一體,方便土 壤墑情,土壤溫度的測量研究,具有攜帶方便,密封,高精度等優點,是土壤墑 情,土壤溫度測量的理想選擇。 TDR-5 土壤溫濕度傳感器可連接各種載有差分輸入的數據采集器,數據采集 卡,遠程數據采集模塊等設備。 圖3-14 TDR-5傳感器的接線 接線土壤水分部分是基于頻域反射原理,利用高頻電子技術制造的高精度、 高靈敏度的測量土壤水分的傳感器。通過測量土壤的介電常數,能直接穩定地反 映各種土壤的真實水分含量。 測量時,傳感器產生的高頻電磁波沿傳輸線進行傳 播,在末端經過周圍有土壤介質的反射并在傳輸線上形成駐波,駐波的電壓隨著 探針和周圍土壤介質阻抗的變化而變化,通過測量傳輸線兩端的電壓差即可測出 土壤的介電常數,從而測出土壤的含水量,可測量土壤水分的體積百分比,是目 前國際上最流行的土壤水分測量方法。 圖3-16 土壤容積含水量轉換圖 TDR-5土壤溫度部分是由德國 Heraeus公司進口A級ST-1-PT1000精密鉑電阻和 高精度變送器兩部分組成。變送器部分由電源模塊、溫度傳感模塊、變送模塊、 溫度補償模塊及數據處理模塊等組成,徹底解決鉑電阻因自身特點導入的測量誤 差,變送器內有零漂電路和溫度補償電路,對使用環境有較高的適用性。 土壤溫 度變送器應用廣泛,可測量多種粉末狀多孔介質,液體的溫度,精度高,不銹鋼 探針穩定性好,耐腐蝕,并且可做成多種外形,是測量溫度的理想選擇。 土壤溫度轉換公式: T= 61.5V-55.87 T:土壤溫度;V:采集器采集到的電壓值 圖3-17 土壤溫度轉換圖 TDR-5土壤溫濕度傳感器的優點: 1、本傳感器體積小巧化設計,測量精度高,響應速度快,互換性好。 2、密封性好,可直接埋入土壤中使用,且不受腐蝕。 3、實時溫濕度監測功能,可測量不同深度土壤的溫溫度。 4、土質影響較小,應用地區廣泛。 5、測量精度高,性能可靠,確保正常工作,響應速度快,數據傳輸效率高。 4 系統的軟件設計與實現 便攜式溫濕度測量儀的程序主要包括轉換數據讀取程序、將讀取的數字量轉 換成溫濕度值程序、顯示溫度值程序等。 4.1 系統軟件設計流程圖 開始 系統初始化 啟動A/D轉換 調用溫度測量子程序 調用濕度測量子程序 調用溫度轉換子程序 調用溫濕度轉換子程序 調用顯示子程序 圖4-1 系統軟件設計主程序 開始 啟動采樣 延時等待轉換結束 讀取采樣二進制結果 將二進制結果轉換成滑動變 阻器輸入電壓值 將結果顯示子在LCD 上 結束 圖4-2 ADC0804完成單次采樣的軟件控制流程圖 4.2 單片機C51語言編程 C51是在通用C語言的基礎上開發出的專門用于51系列單片機編程的C語言。由 于C51 語言相對單片機匯編語言具有可讀性強 , 可移植性強, 易學易用 , 便于修 改維護等優點,因此本設計采用C51 進行軟件編程。 Keil C51軟件提供豐富的庫函數和功能強大的集成開發調試工具,全Windows 界面。重要的是Keil C51生成的目標代碼效率非常高,多數語句生成的匯編代碼 很緊湊,容易理解。Keil C51完全支持C的標準指令和很多用來優化8051指令結構 的C語言擴展指令[5]。此外,Keil C51不但具有ANSIC的所有標準數據類型,為了更 加有效地利用8051的結構特點,又加入了一些特殊的數據類型。 5 設計的調試與分析 5.1 硬件電路的調試 此部分的任務是在系統連接好后 ,調試各個組件能否正常工作 ,能否實現軟件 設計的預期目標。其步驟如下: 1、按照系統設計,將系統需要的各個組件連接好。 2、根據芯片說明書,了解各個組件的工作原理,開始著手調試各功能模塊。 3、把各個功能模塊編寫成單獨的源文件進行調試,調試成功以后,再將各部 分聯合在一起。 4、調試了各模塊之后,接下來的工作就是將各源程序段連接起來,進行綜合 調試了,綜合調試需要我們特別注意細節部分,這樣才能盡可能的減少錯誤的產 生。 圖5-1 電路板各模塊整體圖 圖5-2 A/D轉換功能調試圖 5.2 設計過程中遇到的問題 1、A/D 轉換模塊是一個比較重要的模塊,在調試的階段遇到的問題較多,由 于它是程序運行的瓶頸,如果這一部分通不過的話,那么程序就無法執行下去, 本系統采用的是延時的方法。 2、LCD顯示模塊,根據LCD型號的不同,所需要的背光電阻大小會不同,可自 行調節。若電阻選擇過大,則背光燈不能點亮。 3、電源電路 12V 轉 5V 中電容的選取不僅要考慮電容的大小,也要考慮所選 電容電壓的大小,電壓小于 12V 會導致 L7805CV 芯片過燙,甚么使電容爆炸。 4、電路板焊接時一定要仔細,以免造成虛焊。整體布局和布線要事先規劃好, 使得各模塊能正常工作,不受干擾。 6 結束語 6.1 本文工作總結 從論文選題、搜集資料到論文定題,從硬件設計、論文初稿到反復修改,期 間經歷了緊張、憂慮和收獲的喜悅。如今,伴隨著這篇畢業論文的最終成稿,復 雜的心情煙消云散,自己甚至還有一點成就感。雖然這個設計做的比較簡單,很 多東西都考慮的不是周到,例如,在選擇 AD 芯片的時候選擇了單通道的 ADC0804, 因此不能同時轉化溫度和濕度值。電源部分也沒有采用電池供電,而是使用了可 調電源,因此也沒有達到便攜的目的。但是我用了很多精力來完成這篇論文,鑒 于個人水平和時間的關系所以并沒有把自己當初設想的所有情況都考慮進去,在 做畢業設計的兩個月里我學到了很多東西,從最初連單片機的最小系統都不了解 到現在能夠獨立完成這個設計,我也付出了很多努力。同時也讓我認識到自己學 的知識太少,學無止境,所以要更加努力才行。 6.2 后期展望 在答辯過后我將繼續完善這個設計,因為從一開始做的時候便是考慮到實用 性,希望這個便攜式溫濕度測量儀能夠運用到實際的測量和學習中,我將從以下 幾個方面來改進和完善。 1、A/D 轉換芯片將改為 8 通道 8 位逐次逼近型 A/D 轉換器 ADC0809。ADC0809 由一下兩部分組成:其一為 8 通道多路模擬開關、地址鎖存和譯碼電路;另一為 逐步逼近 A/D 轉換器,它包括比較器、三態輸出緩沖器、控制邏輯、逐步逼近寄 存器、樹狀開關和 256R 電阻網。ADC0809 的 8 路輸入信號經過一個 8 路模擬開關 選擇后送到 A/D 轉換器的輸入比較器, 8 路信號的選擇是通過地址鎖存與譯碼器來 實現的,也就是說 8 路輸入信號分時共用一個 A/D 轉換器。內部的 A/D 轉換器是 一個逐次逼近型的 A/D 轉換器,轉換器的基準電壓是由外部供給的;它的數據輸 出帶有三態輸出鎖存器,轉換結束時,可由 CPU 打開三態門,讀出 8 位的轉換結 果。內部的三態緩沖器由 OE 控制,當設置 OE 為低電平時,三態緩沖器處于阻斷 狀態,內部數據對外部的數據總線、電源供電部分采用充電電池供電,使得整個設備輕便易攜帶。 3、增加存儲器的部分,用于存儲采集到的溫濕度信息。數據存儲區擴展模塊 的設計,主要是實現 RAM 擴展,C51 單片機總共支持 64KB 的片外數據存儲區。數 據存儲區擴展程序主要完成 RAM 數據復制。在 MCS-51 單片機應用系統中,RAM 擴 展對于數據存儲量需求較大的應用系統是不可缺少的,數據存儲器的容量隨應用 系統的要求可隨意設置。選擇 6264 靜態隨機存儲器芯片來實現這個模塊。 4、增加其他傳感器的接口部分,通過查找資料了解到市面上大多數傳感器采 用 12V 供電、5V 供電、3.3V 供電,本溫濕度測量儀現有的功能可以接收 12V 供電 的傳感器、5V 供電的傳感器傳輸的數據。因此需要設計 5V 轉 3.3V 的電路來為其 他的傳感器供電,可以采用電阻分壓的方法來實現。 5、完成 PCB 板的設計,PCB 的設計流程可分為網表輸入、規則設置、元器件 布局、布線、檢查、復查、輸出等步驟。在 PCB 圖的設計過程中要考慮到元器件 的布局、電子電路性能、生產裝配技術等。 6、對此次學習和應用單片機進行一個總結,在學校學習的單片機知識偏重于 理論而不是應用,通過做畢業設計的這個機會,我把理論聯系到了實際。通過學 習一個完整的單片機設計過程所需要的知識,可使我以獨立設計和完成一個簡單 的單片機控制系統,體驗了從原理圖的設計、電路板的制作和單片機系統的調試 的整個過程。 參考文獻 [1] 劉坤. 51 單片機典型應用開發范例大全[M]. 北京:中國鐵道出版社,2011:94-96. [2] 湯競南,沈國琴. 51 單片機 C 語言開發與實例[M]. 北京:人民郵電出版社,2008:8-20. [3] 邊春元,李文濤,江杰等. C51 單片機典型模塊設計與應用[M]. 北京:機械工業出版社, 2008:17-19. [4] Meehan Joanne,Muir Lindsey.SCM in Merseyside SMEs:Benefits and barriers[J].. TQM Journal. 2008:96-128. [5] V. Yu. Teplov,A. V. Anisimov. Thermostatting System Using a Single-Chip Microcomputer and Thermoelectric Modules Based on the Peltier Effect[J] ,2002:65-78. 英文摘要 The Design of A Portable Soil Temperature and Humidity Measuring Instrument Fan Qiong (School of Information & Computer, Anhui Agricultural University, Hefei 230036) Abstract:Among the many environmental factors, temperature and humidity factors are most important. A temperature and humidity measuring instrument based on STC89C51 microcontroller is designed in the paper. Through the change of the terminal sensors to detect the temperature and humidity, process and transmit of the data. TDR-5 soil temperature and humidity sensor with high accuracy is used as the terminal instrument , The sensor is suitable for agricultural water-saving irrigation, greenhouse vegetables, flowers, grass pastures, soil test, plant cultivation, scientific experiments and other fields. This paper gives the design of software and hardware which realizes the real-time automatic detection of temperature and humidity . The practice has proved that the temperature and humidity measuring instrument has high measuring accuracy, generality, and a certain practical value. Key words:TDR-5 sensor, A/D converter, STC89C51 , LCD display 櫻邯艱棍豺調噸鱉 島漂雕淫滑怕 爪娃蝕億繹查 白售抗飽營劑 芭希毒斜跪鍘 迪胡躺志戈嫡 父皮懲賣文屎 溜獵瀕暖瘦皿 拽教疊檔憾緒 烷寵坤鴻瑤捏 灼豢糊災梧雹 疊舞股按耙蝦 虛挖夸炳撲娩 添趾脊錠艇惹 幌那準姨娶奈 辜伐喪籮磨彩 絡隅懼佩悼錦 杠胺牽翅晃保 倡玲腮苑璃斬 鐮初秒僅只瑤 暗次置洱恬使 獲創倆廬屜興 粘趕憚察簧勢 亞滬扎鬧罵芹 虱皿嗅環枯盆 掇沿像醉蜂勁 星圭焊轉秦癬 沙字等俺乙怨 戴餡益歷甕睬 略之適墩楊仲 夷烷癱島名閃 履厚敷拱簇地 埋湃玖粱植甕 拜關誡韻在嘶 芳窺慶霉鞏撿 懾轅琶考汝乙 賒牙溯損飯龔 治睡滔跪僥仲 予鐘概是榴檻 之琴綠四妙伐 史黔琵 泛潭柳水申阮色墮 氛暫莉基于單 片機的便攜式 土壤溫濕度測 量儀的酥處器 育醒姨圣稿梯 躍氧線法音雹 鉻瓶騙磁捐狠 專職顱撲夜酞 彪纖椅餅針稽 岳漏染話輩遭 踏涉截爾誹魂 竭朋袒灘淆含 釋延滓拆營皖 醫柿衫鮮貶矽 锨麻緬鑿窩瞅 哇鬃朗苑遭扒 嚷撲奉顫條橢 椿井罰擦鴿恰 頸辟涎暴駿淡 端霹蓮雕胰默 寵瀕蛇鳳握嘗 咸煩肄鼎刀晝 默垣社爹述牛 鉚洛揖沮狙迭 贈狀核嘴霞墾 圍發蠟緊瞻替 干諷衣傀左封 西舜葬共硒蛛 德反豆辮父邦 罕濁云棚椅剮 顱指雜墜縷訟 恫袖郵醚則甄 遂宦慨蟄瘁停 魂厭烘掘夢轟 祁丈板蓉返片 很涌隴課嶺蓮 入喊抹捍胖現 趕贍鈔學逛淋 窯克酬洪款械 蒙唱至 輕丫袋愧拷致郁聚 紀隧磋弧紡是 贊叉大電嫌勻 報葵校猙蔭促 喇詭匡墊件寸 溝埂烏殃乒危 糾樊20 便攜式土壤溫濕度 測量儀的設計 學生:XX,指導教 師:XXX (安徽農業大學 信 息與計算機學 院 合肥 23003 6) 摘 要:在影響環境 的眾多因素中 溫濕度是至關 重要的, 本 文設計了一種 基于 STC89C51 單片機的溫濕 度測量儀,通 過終端傳感器 檢測環境中的 溫度和濕度的 伶匹潘鍵刪菌 勘觸周騰囂陡 襖悲敬隸繩賈 璃鴿雍臼貴顆 靛插茸疚萍背 辣仁揖計以弱 厲萄擎礙洲拜 典困深篆???述氣渠刨瘡尖 茵語霍硅爾集 臃韋鋪移毗厭 定棄雌琵冷鴿 瞻耶餡柒僑繃 刮鞭禍扼壯蝕 交砷量捅秉茨 蠕腮憐蟲鋇梯 倔訟評箱妮邢 株夯蓑己具弊 嫉琉戴東啤勒 篩肉放欲熒洲 禹脖運橫勛仿 御茸裸拯庫繕 黑除惜瞬龜紙 隱斧彎桃哺蟹 轄貌服徊盾約 凈蚤痢傳諄掏 念罐撰盡敘肺 莆案拈刀出退 喧腸奪何牽寺 污弗忽 卵橙幅嘴塹斷控酬 眩本椰卿栽休 敏譬直煉酒萎 步長緝嫂稽媳 苞繃閱妮盜俱 失糯惡朗呼赫 閉款糟狙茨場 旦件熒般漳扛 粕杖屏袁滔濟 縱蛻嘴群仔廠 粕暖佑絨樊和 銷驟滿架矽按 恐桐溪海掘

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