X年吉林省电子设计大赛报告

12014年吉林省大学生电子设计竞赛生产环境监测系统（D题）【本科组】2014年9月14日1摘要生产环境监控系统以IAP15F2K61S2单片机为核心，对温度、湿度、光照度、可燃气体浓度进行控制和巡检。各检测单元能独立完成各自功能，并根据主控机的指令对温湿度进行实时采集。主控机负责控制指令的发送，并控制各个检测单元进行数据采集，收集测量数据，同时对测量结果进行整理和显示。其中包括单片机，温度检测、湿度检测、光照度检测、可燃气体浓度检测，键盘及显示、报警电路、系统软件等部分的设计。关键字：温湿度检测光强度检测可燃气体浓度检测2目录1系统方案........................................................................................................................................31.1主控模块的论证与选择......................................................................................................31.2温湿度监测模块的论证与选择............................................................................................31.3可燃气体检测模块的论证与选择........................................................................................41.4环境照度监测模块................................................................................................................41.5无线收发模块的论证与选择................................................................................................41.6控制系统的论证与选择.......................................................................................................52.系统理论分析与计算.....................................................................................................................52.1系统总体理论分析................................................................................................................52.2系统各组成部分的理论分析................................................................................................52.2.1温湿度监测模块的理论分析..............................................................................52.2.2可燃气体监测模块的理论分析...............................................................................62.2.3环境照度检测模块的理论分析..............................................................................62.3工作环境浓度的计算...........................................................................................................63电路与程序设计........................................................................................................................63.1电路的设计...........................................................................................................................63.1.1系统总体框图..........................................................................................................63.1.2温湿度监测子系统框图与电路原理图..................................................................73.1.3可燃气体监测子系统框图与电路原理图..............................................................83.1.4环境照度监测子系统框图与电路原理图..............................................................83.1.5电源..........................................................................................................................93.2程序的设计...........................................................................................................................93.2.1程序功能描述与设计思路......................................................................................93.2.2程序流程图............................................................................................................104测试方案与测试结果..................................................................................................................134.1测试方案...........................................................................................................................134.2测试条件与仪器..............................................................................................................134.3测试结果及分析..............................................................................................................13附录1：电路原理图......................................................................................................................13附录2：源程序..............................................................................................................................143生产环境监测系统（D题）【本科】1系统方案本系统主要由主控模块模块、温湿度监测模块、可燃气体监测模块、环境照度监控模块、无线收发模块、加热装置控制模块、喷淋阀监控模块、排风机监控模块、隔离门监控模块、电源模块组成，下面分别论证这几个模块的选择。1.1主控模块的论证与选择方案一：IAP15F2K61S2IAP15F2K61S2。IAP，在系统可编程或在应用可编中无需编程器，无需仿真器，可当仿真器使用。属于增强型8051CPU，速度比普通8051快8-12倍；具有大容量片内EEPROM，擦写次数10万次数以上；共8通道10位高速ADC，速度可达30万次/秒，3路PWM，还可当3路D/A使用；共3通道捕获/比较单元（CCP/PWM/PCA）；内部高可靠复位，8级可选复位门槛电压，彻底省掉外部复位电路；内部高精度R/C时钟，内部时钟从5MHz～35MHz可选，相当于普通8051的60MHz～420MHz；两组高速异步串行通信端口（可同时使用），可在5组管脚之间进行切换，分时复用可当5组串口使用；一组高速异步串行通信端口SPI；各种接口扩展齐全；一根优质USB线实现系统供电、程序下载、通信功能。方案二：AT89C51AST89C51。AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS8位微处理器。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容，具有128*8位内部RAM、32可编程I/O线、两个16位定时器/计数器、5个中断源等。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，然而它的速度有限。综合以上方案，选择方案一。1.2温湿度监测模块的论证与选择方案一：DHT11。DHT11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，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感4器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，并于一个高性能8位单片机相连，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DHT11传感器都在极为精准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。单线制串行接口，使系统集成变得简易快捷。超小的体积、极低的功耗，信号传输距离可达20米以上，使其成为各类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选择。方案二：SHT11。SHT11是一款高度集成的温湿度传感器芯片，采用专利的CMOSens技术，提供全量程标定的数字输出，且由于采用了优化的集成电路形式使其具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。但是其成本较高。综合以上二种方案，选择方案一。1.3可燃气体检测模块的论证与选择方案一：MQ-2。MQ-2型传感器对天然气、液化石油气等烟雾有很高的灵敏度，尤其对烷类烟雾更为敏感,具有良好的重