基于AVR单片机的温湿度采集系统

1编号：哈尔滨工业大学大一年度项目中期检查报告项目名称：基于AVR单片机的温湿度监测和数据采集系统设计项目负责人：孙灜学号：1110100407联系电话：[phone]电子邮箱：[e-mail]院系及专业电气学院测控技术与仪器专业指导教师：刘大同职称：讲师联系电话：[phone]电子邮箱[e-mail]院系及专业：电气学院测控技术与仪器专业哈尔滨工业大学基础学部制表填表日期：2012年3月23日2一、项目团队成员（包括项目负责人、按顺序）姓名性别所在院学号身份证号本人签字孙灜男电气学院1110100407230103199309161610孙灜徐杰伊男电气学院1110100420360281199302098018徐杰伊杨文宗男电气学院1110100429640323199410210811杨文宗马豪凡男电气学院1110100421410184199110223855马豪凡孙佳睿男电气学院1110100409230108199308130216孙佳睿二、指导教师意见三、项目专家组意见1．是否达到中期目标（在□内打√）：□达到中期目标□基本达到中期目标□未达到中期目标2．成绩评定（在□内打√）：□合格□改进后可继续执行□不合格，项目实施意见：□提出警告、观察后再定继续执行或中止□中止实施3．其它意见和建议：组长签名：（盖章）年月日签名：年月日3四、项目研究中期报告（一）立项背景（二）项目研究内容及实施方案（三）项目实施的进展情况及初步取得的成果（四）结题预期目标（五）经费使用情况(一）立项背景温度、湿度作为最为常见的物理量，而且是系统常需要测量、控制和保持的量。其测量、测试方法和技术是测试领域和仪器学科的重要问题，开展基于AVR单片机结合温湿度传感器设计技术的温湿度测量系统课题研究，能够有效锻炼我们的软、硬件设计和调试等基本能力，具有重要的实用价值和意义。单片机是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。所以单片机在检测和控制系统中得到广泛的应用。AVR单片机与51单片机、PIC单片机相比具有一系列的优点：1：在相同的系统时钟下AVR运行速度最快；2:芯片内部的Flash、EEPROM、SRAM容量较大；3：所有型号的Flash、EEPROM都可以反复烧写、全部支持在线编程烧写(ISP)；4：多种频率的内部RC振荡器、上电自动复位、看门狗、启动延时等功能，零外围电路也可以工作；5：每个IO口都可以以推换驱动的方式输出高、低电平，驱动能力强；6：内部资源丰富，一般都集成AD、DA模数器；PWM；SPI、USART、TWI、I2C通信口；丰富的中断源等。目前支持AVR单片机编译器的语言主要有汇编语言、C语言、BASIC语言等。其中C编译器主要有CodeVisionAVR、AVRGCC、IAR、ICCAVR等，C语言编译器由于它具有功能强大、运用灵活、代码小、运行速度快等先天性的优点，使得它在专业程序设计上具有不可代替的地位。数据采集定义通常有两种解释：一种是指盘点机、掌上电脑等终端电脑设备；另外一种是指网络数据采集用的软件。数据采集系统包括了：可视化的报表定义、审核关系的定义、报表的审批和发布、数据填报、数据预处理、数据评审、综合查询统计等功能模块。通过信息采集网络化和数字化，扩大数据采集的覆盖范围，提高审核工作的全面性、及时性和准确性；最终实现相关业务工作管理现代化、程序规范化、决策科学化，服务网络化。（二）项目研究内容及实施方案项目研究内容：1了解单片机温湿度传感器及数据采集的概念2了解基于AVR单片机的温湿度传感器的应用范围及市场前景3选择AVR单片机型号及温湿度传感器4单片机控制程序开发45运用传感器进行数据的采集与处理，整理数据结果，处理相关信息，完成实验报告。实施方案：1主要通过上网搜索，查阅书籍以及咨询老师等方法，并以小组为单位展开讨论和集体学习。2小组通过社会调查的形式了解社会各行业对基于AVR单片机的传感器的需求和将来的市场前景。3选择AVR单片机型号及温湿度传感器：以AVR单片机为核心搭建此单元，负责控制数据存储及数据处理等功能。AVR单片机是一种RISC精简指令集的高速8位单片机，相对于出现较早也较为成熟的51系列单片机，AVR系列单片机片内资源更为丰富，接口也更为强大，同时由于其价格低等优势，在很多场合可以替代51系列单片机。AVR单片机的特点比较明显，可以总结为高速、低功耗、I/O功能强、具有强大的定式/计数器及通讯接口。在设计中我们采用了ATmega16L单片机4单片机控制程序开发：软件设计开发工具:AVRSTUDIO开发软件，用于编写AVR程序，自带下载功能；5软硬件调试6进行试验，运用传感器进行数据的采集与处理7整理数据结果，处理相关信息，完成实验报告（三）项目实施的进展情况及初步取得的成果：1对基础知识略有了解，进行书籍阅读与网上查阅。单片机是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。综上AVR的优点我们以Atmel公司的Atmega16L单片机为控制中心，温度测量使用DS18B20单总线数字温度传感器，及DHT11湿度传感器并采用1602字符型液晶显示器作为温湿度值的显示输出。编程使用AVRSTUDIO编译器，该编译软件自带了使用器件库函数文件，省去了编写器件驱动程序的步骤，为程序的编写带来了极大的方便。2进行了市场调查，如对温室大棚及粮仓中温湿度传感器进行了调查，对其工作原理进行了简单了解。（档案管理：纸制品对于温湿度极为敏感，不当的保存会严重降低档案保存年限利用如LTM8901系列+LTM8662+LTM8520即可组成环境监控系统，配上排风机，除湿器，加热器，即可保持稳定的温度，避免虫害，潮湿等问题。温室大棚：植物的生长对于温湿度要求极为严格，不当的温湿度下，植物会停止生长、甚至死亡利用LTM8901C+LTM85202，配合气体传感器，光照传感器等可组成一个数字化大棚温湿度监控系统，控制农业大棚内的相关参数，从而使大棚的效率达到极致。动物养殖：各种动物在不同的温度下会表现出不同的生长状态，高质高产的目标要依靠适宜的环境来保障。药品储存：根据国家相关要求，药品保存必须按照相应的温湿度进行控制。根据最新的GMP认证，对于一般的药品的温度存储范围为0-30℃。烟草行业：烟草原料在发酵过程中需要控制好温湿度，在现场环境方便的情况下可利用LTM8590等无线温湿度传感器监控温湿度，在环境复杂的现场内，可利用RS-485等数字量传输的LTM8901C进行检测控制烟包的温湿度，避免发生虫害，如果操作不当，则会造成原料的大量损失。）3选择AVR单片机型号及温湿度传感器：5（1）选择ATmega16L单片机PQ1A开发板。（2）DS18B20数字温度传感器：传统温度测量系统中，一般选用模拟式温度传感器。常用的模拟式温度传感器，其中一个共同特点是输出为模拟量，因此在测量电路中必须经过A/D转换才能成为计算机所能处理的数字量。数字式温度传感器将非电模拟量转换到数字信号这一处理过程的多个环节集成在单芯片上，实现了在测量点将温度值数字化，有效解决了传统温度传感器外围电路复杂，抗干扰能力差的弊病,降低了对系统的要求。而且DS18B20是PQ-1A开发板上自带的温度传感器方便简洁。DS18B20的测量温度范围是-55～+125℃。该温度传感器的输出温度数据可与摄氏度校准,使用查找表或转换规则就可计算温度值。为了检测测量系统的准确性,进行了温度测量实验。由于铂电阻温度传感器的精度高,稳定性好,应用温度范围广,因此,作为一种常用的温度检测器,不仅广泛用于工业测温,而且被制成各种标准温度计。这里,采用PT1000作为标准温度计。将DS18B20和PT1000捆绑在一起放入高低温箱中进行测试,通过改变高低温箱的温度,待箱中温度稳定后,记录在液晶显示器上显示温度值;同时用高精度万用表测PT1000铂电阻的具体阻值,然后根据PT1000的分度表算出温度值,将两者数值对比即可算出系统的误差。(3)DH11湿度传感器：DHTxx系列数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电阻式测湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能8位单片机相连接。因此，该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。每个DHTxx传感器都在极为精确的湿度校验室中进行校准。校准系数以程序的形式储存在OTP内存中，传感器内部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数。单线制串行输出接口，使系统集成变得简易快捷。超小的体积、极低的功耗，使其成为各类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选则。4硬件电路设计图及实物连接图：65选择DS18B20同时选择ICCAVR及AVRSTUDIO进行编程及下载关于程序设计：#includeiom16v.h//包含型号头文件#includemacros.h//包含位操作头文件#includestdio.h//标准输入输出头文件#includeAVR_PQ1A.h//包含自定义常量头文件#includeSMG.C//包含数码管显示函数/*******************************************函数名称:B20_init功能:复位DS18B20参数:无返回值:无/********************************************/voidB20_init(void){DDRA|=BIT(DS18B20);//配置为输出PORTA&=~BIT(DS18B20);//拉低Delayus(600);//等待600微秒PORTA|=BIT(DS18B20);//释放总线Delayus(60);//等待60微秒DDRA&=~BIT(DS18B20);//配置为输入while((PINA&(BIT(DS18B20))));//等待DS18B20拉低while(!(PINA&(BIT(DS18B20))));//等待DS18B20释放总线}/*******************************************函数名称:B20_readB功能:读取一个字节的数据参数:无返回值:retd--返回的一个字节数据/********************************************/ucharB20_readB(void){uchari,retd=0;for(i=0;i8;i++)//位计数值{retd=1;//右移，准备接受新的数据位DDRA|=BIT(DS18B20);//配置为输出PORTA&=~BIT(DS18B20);//拉低，启动读数据位AVR单片机系统开发板PQ-1A速度：1MIPS/s16KFLASH512字节EEPROM1KSRAMJTAG接口、UART接口、SPI接口I/O直接驱动数码管、LED、继电器等功耗低、具有加密功能7PORTA|=BIT(DS18B20);//释放总线Delayus(5);//等待5微秒DDRA&=~BIT(DS18B20);//配置为输入，开始读取数据位if(PINA&BIT(DS18B20))//该位是否为高{retd|=0x80;//是就将此位置高}Delayus(50);//等待50微秒}returnret