温湿度监测实验报告

科信学院单片机系统设计项目(三级项目)设计说明书（2018/2019学年第一学期）题目：_____温湿度监测_____专业班级：通信工程16级1班2组学生姓名：张XX刘XX武X张XX王XX学号：XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX指导教师：王付永、贾少锐、付佳设计周数：2周2019年1月10日温湿度监测实验报告第1页，共28页1.设计目的（1）熟悉了解温湿度传感器的工作原理。（2）熟悉温湿度传感器的通信原理。（3）通过软硬件设计实现利用STM32单片机对周围环境温度信号的采集及显示。2.设计要求（1）查阅相关资料，熟悉所选的STM32单片机及温湿度传感器。（2）能监测环境温度和湿度，温度测量范围为0～50℃的输入温度，湿度测量范围20-90%RH。并能用LED或LCD进行实时显示。（3）当温度超过或低于设定值时并能进行报警，并能对其进行模拟控制。3.设计方案3.1系统总体方案根据设计要求，本系统须由温湿度传感器、报警器、STM32F103RB单片机、温度范围按键调控模块和LED显示模块组成。系统大致框图如下：图3.1温控系统原理框图报警STM32F103LCD或数码管显示温湿度传感器按键调整温度温湿度监测实验报告第2页，共28页3.2模块、器件选型（及其相关工作原理）STM32单片机：单片机是整个电路的核心模块，它控制整个系统的运行，利用其各个口分别控制其他模块，使其他模块能够成为一个整体，要实现这些基本功能，STM32较其他的单片机更有优势。其高性能，低成本，低功耗，处理速度更快。图3.2.1STM32单片机温度传感器：DS18B20其测量范围为-55℃~+125℃;在-10~+85°C范围内，精度为±0.5°C。DS18B20内部结构：主要由4部分组成：64位ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该DS18B20的地址序列码，每个DS18B20的温湿度监测实验报告第3页，共28页64位序列号均不相同。64位ROM的排的循环冗余校验码(CRC=X^8+X^5+X^4+1)。ROM的作用是使每一个DS18B20都各不相同，这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的。DS18B20管脚排列：1.GND为电源地;2.DQ为数字信号输入/输出端;3.VDD为外接供电电源输入端(在寄生电源接线方式时接地)图3.2.2温度传感器报警器：可以用来做报警器器件很多，比如扬声器、蜂鸣器、和其他音响设备。为了便于取材，此设计采用蜂鸣器作为报警器。温度阈值调节器：可利用STM32实验板上的按键通过编程实现温度阈值的调节。LCD显示屏：显示屏采用nokia5110。图3.2.3LCD显示屏温湿度监测实验报告第4页，共28页4.设计过程4.1硬件设计根据原理框图，用AltiumDesigner软件设计并绘制电路板。AltiumDesigner主要有以下功能：电路原理图设计、印刷电路板设计、电路模拟仿真、FPGA及逻辑器件设计、高级信号完整性分析。此外，在最新版本Winter09中，还增加了一些新功能：原来已有的三维PCB设计功能被提升到了一个更高速的新境界。新功能可以让工程师管理从产品设计到制造的过程转换，尝试新的设计技术并得以深度挖掘可编程器件的潜力。新增加的应用控制面板帮助工程师解决了FPGA测试上的难题，并可以远程监控FPGA内的设计。新的即插即用型软件平台搭建器让系统的整合更容易，同时提供在可编程器件的“软”硬件环境里的一系列标准服务以供使用。所以，采用AltiumDesigner来设计硬件部分电路，如下图：图4.1.1系统电路图温湿度监测实验报告第5页，共28页图4.1.2硬件实物连接4.2软件设计主函数主要对各个模块进行初始化和对各个模块的调用，最后通过LCD5110屏幕实时显示温度变化，并100ms更新一次。首先设置两个参考值“H”最高温度，“L”最低温度,然后通过DS18B20温度传感器检测温度变量与参考值相比较，判断是否报警，也可利用按键进行调整两个参考值的大小进而进行报警。温湿度监测实验报告第6页，共28页图4.2.1main.c程序框图温湿度监测实验报告第7页，共28页温湿度监测实验报告第8页，共28页图4.2.2DS18B20温度传感器初始化温湿度监测实验报告第9页，共28页图4.2.3蜂鸣器图4.2.4按键消抖温湿度监测实验报告第10页，共28页图4.2.5延时程序温湿度监测实验报告第11页，共28页图4.2.6LED初始化温湿度监测实验报告第12页，共28页图4.2.7LCD初始化5.系统调试及测试5.1系统调试硬件调试单片机的P2.0.P2.4分别与三极管的基极连接来控制外设调节温度。利用有包板搭了一一个PNP9012的偏置电路和继电器电路。基极输入为“0”时，这时极管导通推动控制电路工作，当基极输入为“1”时，三极管不导通，控制电只要控制单片机的P2.0、P2.4口的高低电平就可以控制模拟电路的路不工作。当所设温度的高于所测温度的时，置P1.6P1.7为高电平，P1.5为低电平(译码器输入电平为10,com7输出低电平)，蜂鸣器工作，置P1.5.P1.6和17均为高电平(译码器输入电平为1com8输出低电平)，LED指示灯点亮发出声光报警信号，同时置P2.0为低电平，启动风扇降温:当所设温度的温湿度监测实验报告第13页，共28页高于所测温度的时，置P2.4为低电平，启动加热器，同时开始计时，并显示热时间。图5.1系统调试5.2系统测试此设计以单片机为核心的温度监控系统，其功能是:平常状态下可以做温度计使用。当温度超过预设温度时二极管会闪烁报警，当温度降下时二极管则停止网烁。电路设计及功能如下所述:本设计大体可分为三个部分，即温度采集，数码显示，报警电路。温度采集部分进行温度采集，感知温度，后数码显示出温度，若温度超过了预设温度报警电路则启亮发光二极管，闪烁。按照事先画好的电路图，将元件以及模块在万能版上连接，完成后测试电路有无短路断路的情况，检查无误后，开始调试系统的运行情况给系统通电，将编写好的程序下载到单片机中，让显示模块显示初始化信息，看看显示内容是否淮确无误且清晰，然后调试按键模块，设置温度，检直数字显示是否增加减小。然后调试温度采集模块和报警模块，首先设置温度上限为25度，手指捏住DS1820温度传感器，温度显示增加，超过25度蜂鸣器报警，当前温度为22度。温湿度监测实验报告第14页，共28页图5.2系统测试结果6.设计总结与体会在本次设计中，我们小组要做的是温度检测记录系统，在严格按照试验要求的前提下我们还新增了温度报警模块，我们试验电路的总体功能主要分为温度传感器模块感测温度变化通过单片机程序显示到LCD，时钟模块通过晶振驱动产生实时时钟信号并通过单片机程序显示到LCD，存储电路模块通过存储器将当前时间和温度信息进行存储。在刚开始的设计时，首先要做的了解所要用到的芯片资料，在本次设计中，利用温度传感器和外部时钟芯片分别进行温度、时间的检测，再将检测到的数据传送单片机经过程序的处理给led显示，在程序的调试过程中，主要注意的就是时间延时函数的设置，是实物调试成功与否的关键之处。我们真正的意识到,在以后的学习中,要理论联系实践,把我们所学的理论知识用到实际当中,实践是检验真理的唯一标准。我们电子温湿度监测实验报告第15页，共28页专业的学习更是如此,不仅要有丰富的理论知识,还要有很强的动手能力,只有理论与实践并重,我们的专业水平才能提高,这就是我们在这次项目中的最大收获。7.参考文献权明富,齐佳音,舒华英.客户价值评价指标体系设计[J].南开管理评论,2004,7(3):17-18胡汉才，单片机原理与接口技术，清华大学出版社，1996。黄小波，基于AT89C51单片机与DS18B20的温度监控系统[J].单片机开发与应用，2008.24（10）：119-120。张盛，李国芳，杨新恩.温室温度自动监控系统[J].电器传动自动化，2009,31（3）：50-53。谭静芳，姚善学.温室温度智能测控系统的设计[J].农业装备技术，2009,35（4）：15-17。赵文博，刘文涛.单片机语言C51程序设计[M].北京：人民邮电出版社，2005。李华等，MCS-51系列单片机实用接口技术，北京航空航天大学出版社，2003。[8]宋岩，ARMCortex-M3权威指南[M].北京:北京航空航天大学出版社，2009.[9]华中科技大学电子技术课程组.电子技术基础(数字部分)[M].北京:高等教育出版社，2005.温湿度监测实验报告第16页，共28页[10]清华大学电子教研组.模拟电子技术基础(第四版)[M].北京:高等教育出版社，2006.[11]喻金钱.STM32F系列ARMCone-M3核微控制器开发与应用[M.北京:清华大学出版社，2011.8.附录源代码温湿度监测实验报告第17页，共28页温湿度监测实验报告第18页，共28页温湿度监测实验报告第19页，共28页温湿度监测实验报告第20页，共28页温湿度监测实验报告第21页，共28页温湿度监测实验报告第22页，共28页温湿度监测实验报告第23页，共28页温湿度监测实验报告第24页，共28页温湿度监测实验报告第25页，共28页温湿度监测实验报告第26页，共28页温湿度监测实验报告第27页，共28页评语成绩指导教师（签字）年月日