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首页基于单片机人工气候室的毕业设计
目 录 第1章 绪论 3 1.1人工气候室的背景和发展现状 3 1.2 研究人工气候室的意义 3 第二章 人工气候室系统的总体设计 4 2.1检测系统的总体设计 4 2.2设计系统的基本目标 4 2.3测试系统的基本组成与原理 5 第三章 人工气候室的硬件设计 5 3.1 单片机选择与特性 5 3.2 STC12C5A60S2 系列的单片机介绍 6 3.2.1 STC12C5A60S2 单片机的基本特性与功能: 6 3.2.2 STC12C5A60S2单片机引脚功能介绍: 6 3.2.3 A/D转换器的结构 7 3.3 系统使用的模块 8 3.3.1 液晶显示模块 8 3.3.2温湿度传感器模块 9 3.3.3 烟雾检测模块 10 3.4 最小系统 11 3.4.1复位电路部分 11 3.4.2晶振电路 12 3.4.3超限控制电路 12 3.4.4 按键扫描 12 3.4.5 报警电路 13 3.4.5 电源电路 14 四 程序设计 14 4.1 编译环境的介绍 14 4.2 系统流程图 14 4.3 DHT11读取程序 15 4.3.1 单总线的介绍 15 4.3.2 单总线程序 16 4.4 1602液晶显示程序 19 4.4.1 液晶初始化程序 19 4.4.2 写入字符到液晶 20 4.4.3 液晶界面显示 20 4.5 MQ-2检测程序 22 4.5 按键扫描与报警检测程序 23 4.6 程序主函数 25 总结 26 参考文献: 26 附录一 硬件电路 27 附录二 设计源程序代码及解释 29
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1
人工气候室的设计
摘要
本设计是以 单片机位核心设计的一个温湿度测量控制和可燃气检测的
一种人工气候室控制系统,通过 液晶显示器显示当前温度、湿度、烟雾等级信
息。本系统采用 温湿度传感器, 烟雾传感器,单片机读取各个模块的数据,
并显示。本系统可以通过按键设置各种量的报警控制预设值,当检测到的数据超过预设值
时,系统启动相应设备工作。本文介绍了以宏晶公司的 系列单片机、
语言程序、硬件电路相结合的方式来实现目的。系统结构简单、实用,提高了测量精度和
效率。
关键词:单片机,,;,温湿度控制;
Abstract
This design is based on STC12C5A60S2 Single chip microcomputer,it is a temperature and
humidity measurement control and combustible gas detection control system is a kind of artificial
climate chamber.Using the LCD1602 display The current information such as temperature,
humidity, smoke ect. This system adopts the DHT11 Temperature and humidity sensor,MQ - 2
smoke sensor.Microcontroller reads the modules of data, and display.This system can be set by
buttons various alarm control the amount of default values,When the detected data of more than
the default valu System boot device work accordinglye.This paper introduces the+combining by
the STC12C5A60S2 Single chip microcomputer of the jinghong company,C language
program,The hardware circuit To implement the orders.This System structure is simple and
practical, and improves the measuring precision and efficiency.
Keywords: Single chip microcomputer,DHT11,MQ-2,LCD1602,Temperature and humidity
2
目 录
第 1 章 绪论........................................................................................................................................3
1.1 人工气候室的背景和发展现状...........................................................................................3
1.2 研究人工气候室的意义.......................................................................................................3
第二章 人工气候室系统的总体设计...............................................................................................4
2.1 检测系统的总体设计...........................................................................................................4
2.2 设计系统的基本目标...........................................................................................................4
2.3 测试系统的基本组成与原理...............................................................................................5
第三章 人工气候室的硬件设计........................................................................................................5
3.1 单片机选择与特性...............................................................................................................5
3.2 STC12C5A60S2 系列的单片机介绍..................................................................................6
3.2.1 STC12C5A60S2 单片机的基本特性与功能:......................................................6
3.2.2 STC12C5A60S2 单片机引脚功能介绍:..............................................................6
3.2.3 A/D 转换器的结构 .................................................................................................7
3.3 系统使用的模块...................................................................................................................8
3.3.1 液晶显示模块...........................................................................................................8
3.3.2 温湿度传感器模块...................................................................................................9
3.3.3 烟雾检测模块.........................................................................................................10
3.4 最小系统.............................................................................................................................10
3.4.1 复位电路部分.........................................................................................................10
3.4.2 晶振电路.................................................................................................................11
3.4.3 超限控制电路.........................................................................................................12
3.4.4 按键扫描.................................................................................................................12
3.4.5 报警电路..................................................................................................................12
3.4.5 电源电路.................................................................................................................13
四 程序设计......................................................................................................................................13
4.1 编译环境的介绍.................................................................................................................13
4.2 系统流程图.................................................................................................................13
4.3 DHT11 读取程序................................................................................................................14
4.3.1 单总线的介绍.........................................................................................................14
4.3.2 单总线程序.............................................................................................................15
4.4 1602 液晶显示程序............................................................................................................18
4.4.1 液晶初始化程序.....................................................................................................18
4.4.2 写入字符到液晶.....................................................................................................18
4.4.3 液晶界面显示..........................................................................................................18
4.5 MQ-2 检测程序..................................................................................................................20
4.5 按键扫描与报警检测程序.................................................................................................21
4.6 程序主函数.........................................................................................................................22
总结...................................................................................................................................................23
参考文献:..........................................................................................................................................23
附录一 硬件电路..............................................................................................................................24
附录二 设计源程序代码及解释.....................................................................................................25
3
第 章 绪论
人工气候室的背景和发展现状
随着社会的发展与科学进步,人们生活质量有了显著地提高,同时对自身
的生活质量要求也在逐渐提高,对居家环境的检测显得尤为重要。温度、湿度
和烟雾等级的检测与控制已经成为很多行业的重要工作之一,不论是生产车间、
货品仓库还是我们的生活环境,都需要有规定的温度和湿度,尤其是近年来随
着环境的恶化,这对我们的生活的环境造成了很大的影响,然而温度和湿度和
烟雾可燃气体却是最不易保障的一项指标,针对这一情况,研制可靠且实用的
智能温度、湿度检测和烟雾检测与控制系统就显得非常重要。
人工气候室顾名思义就是通过人工的办法来实现对小的封闭空间中的温度、
湿度控制以及对其空气的检测。为实现人工干预室内环境就必须准确的监测到
室内时时温度、湿度和烟雾等数据。
人工气候室的前生是用来培养植物的 年 月,美国著名的植物生理
学家、园艺学家温特()教授建造了世界上第一座植物人工气候室
。人工气候室的出现对当时的生物学领域的影响是巨大的,它加
快了生物学研究的进程。随后,各个国家都建立起来不同规模的人工气候室我
国于 年在上海建成大型植物人工气候室。现在人工气候室已应用于海洋
林业、生物、环境污染、农业和宇宙开发等领域。
!研究人工气候室的意义
人工气候室,它不受地理、季节等自然条件的限制并能缩短研究的周期,
是为科研、教学和生产的一种重要设备。在科学研究方面,在人工气候室里的
检测温度、气压、光强等对生命活动的影响,可以为海洋、极地和宇宙开发提
供精确的科学依据。也可以检测温度、湿度、风、雨、大气污染物等对动、植
物生长发育、产量和品质的影响,可为改善动、植物的产量、品质提供基础资
料。或者为动、植物的良种选育提供适宜的环境条件;也可为生物的病虫害防
治提供科学的数据。在人工气候室中,能加速生物的世代繁育缩短试验周期,
培养出均一整齐的生物材料。利用人工气候室进行蔬菜、鱼类的生产性试验,
能取得最优的结果。
随着科学技术的进步,人工气候室的控制条件越来越多样化,自动化程度
和精度也越来越高,应用于生命科学研究的,多向专用型和小型化方向发展。
应用于最优化生产的,多向大型化方向发展。
4
第二章 人工气候室系统的总体设计
检测系统的总体设计
)可以通过按键来调节控制上限,在液晶显示屏上时时的显示当前数据
)能够实时、准确的显示采样湿度值与烟雾等级。
")对比采集来的温湿度、烟雾数值与设置值之间的大小,当温度低于设
置值是,打开加热装置,高于设置值时,打开降温装置;湿度控制同理。
)能够准确测出烟雾等级,并在超出设定范围后立即自动报警。
系统主要参数的监测范围和监测精度如表 所示:
表 !参数要求信息
测量范围 测湿精度 测温精度 烟雾精度 分辨力
-%#!-$
烟雾等级%
&%#
&$ &
与
设计系统的基本目标
本设计的核心部件是 ,温湿度信号采集和处理部分由
构成,烟雾信号采集部分由 烟雾传感器构成数据进入单片机后
经处理单片机的处理再通过 显示温湿度和烟雾等级,实时更新数据
并主界面上显示当前数据。需要完成的主要任务要求有:
选择使用 单片机,首先要了解单片机的基本特性和使用
环境,其次要会熟悉 语言编程并通过程序的运行来实现对温湿度的智能控制
及设置。
使用 温湿度传感器测量环境的温湿度使用 烟雾模块测量当
前温度等级,通过采集到的数据传送到的单片机中进行数据处理,实现温湿度
检测和控制的范围分别在 ' 和 '(#烟雾等级检测和控制范围为
。
还有就是在能够完成特定功能的同时,还要保证系统性能的稳定性和可靠
性,能够完成保证系统稳定的前提下长时间的工作。
5
" 测试系统的基本组成与原理
硬件中包括一个开关和按键,开关为电源开关。开机后,所有器件初始化,
温湿度传感器 开始进行温湿度测量和计算,最后通过 液晶
显示器显示结果。按键的功能分为两种,一个是复位键,即初始化,回到程序
开始的默认值执行工作,还有一种是负责调整温湿度上下限的,即用来调节和
设置不同的上下限,以达到满足不同的需要,如果在测量结果中有超过设定的
温湿度上下限的,则通过超限处理模块作出相应的反应。
!!!!其他的一些附件,比如晶振电路,报警电路,复位电路等。
第三章 人工气候室的硬件设计
硬件元器件的使用与选择,必须要考虑到实现是功能、元件的合理性、价
格和通用性能的各个方面,选择要既不浪费钱也不浪费元器件的空间存储,即
以达到资源利用最高。在电子电路设计中,在能实现所能满足要求的前提下,
尽可能的优化电路,是电路简单高效。
"!单片机选择与特性
由于计算机的产生,加快了人类改造世界的步伐,但是,它毕竟体积大价
格高,不能满足我们日常生活的需求。就是在这种情况下单片机(微控制器)
得以诞生,微控制器,亦称为单片机或者单片微型计算机。它是指一个集成在
一块芯片上的完整计算机系统。尽管他的大部分功能集成在一块小芯片上,但
是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件:随机存取存储器(#)、中
央处理器()*)、只读存储器(#+)和外部总线系统,目前大部分还会具
有外部存储功能。同时还集成了诸如定时器、通讯接口、定时时钟等外围设备。
它的指令与结构功能都是按照工业控制的需要设计的,在智能控制系统领域中,
微控制器得到了十分广泛的应用。
单片机目前已经被应用到工业自动化、医疗、航空航天、智能家居等许多
领域。市场上流通和运用的比较好的单片机种类主要有 ,-!公司、宏晶公司、
.- 公司的 / 系列单片机,.- 公司的 系列单片机,00
公司的 ). 系列单片机等。各个系列的单片机都有各自存在的优势,在处理速
度、输入1输出能力、稳定性、功能、价格、功耗、使用环境等方面各有优劣,
由于今年来单片机的快速发展,单片机的种类也是非常的繁多,这给我们选择
单片机提供了很大的空间选择权。本文设计采用的是 单片机,
它是一种可以说是物美价廉的芯片,而且也能足够完成物美所需要的存储空间
与处理速度。是一种高性能 / 位微处理器。
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