26单片机原理及接口技术课程设计.docx

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26单片机原理及接口技术课程设计

辽宁工业大学

单片机原理及接口技术课程设计（论文）

题目：

药品库湿度监控器设计

院（系）：

电气工程学院

专业班级：

学号：

学生姓名：

指导教师：

（签字）

起止时间：

课程设计（论文）任务及评语

院（系）：

电气工程学院教研室：

学号

080303116

学生姓名

黄长清

专业班级

电气084

课程设计（论文）题目

药品库湿度监控器设计

课程设计（论文）任务

该控制器实时监控药品库的湿度，湿度检测点8点，并配有4个晶闸管输出控制点，可控制加湿设备，湿度检测范围0%RH~95%RH，精度3%RH。

主要设计内容：

硬件电路设计：

1.CPU最小系统设计（包括CPU选择，晶振电路，复位电路）

2.传感器选择及接口电路设计

3.开关量输出接口及声光报警电路设计

软件设计：

1.编程程序流程图2.程序清单编写

进度计划

第1天查阅收集资料

第2天总体设计方案的确定

第4天CPU最小系统设计

第5天传感器选择及其接口电路设计

第6天开关量输出接口及声光报警电路设计

第7天程序流程图设计

第8天软件编写与调试

第9天设计说明书完成

第10天答辩

指导教师评语及成绩

平时：

论文质量：

答辩：

总成绩：

指导教师签字：

年月日

注：

成绩：

平时20%论文质量60%答辩20%以百分制计算

摘要

本文主要介绍以AT89C52单片机为主控器件，以温度，湿度传感器，LCD显示屏外部器件的针对药品库房的温湿度检测与控制系统。

该系统利用相关传感器采集数据，用单片机AT89C52处理数据把信息通过LCD显示屏显示出来，还可以通过单片机的通用串行接口把数据信息传递给PC机保留分析。

本设计为药品库房提供了精确的温湿度控制，更有利于药品的长期存储。

关键词：

AT89C52单片机;传感器;自动检测;显示电路

目录

第1章绪论1

1.1药品库湿度监控器设计概况1

1.2本文研究内容1

第2章CPU最小系统设计2

2.1药品库湿度监控器总体设计方案2

2.2CPU的选择3

2.3数据存储器扩展3

2.4复位电路设计4

2.5时钟电路设计5

2.6CPU最小系统图6

第3章药品库湿度监控器输入输出接口电路设计7

3.1药品库湿度监控器传感器的选择7

3.2湿度监控器检测接口电路设计7

3.2.1A/D转换器选择7

3.2.2模拟量检测接口电路图8

3.3人机对话接口电路设计8

3.3.1键盘控制8

3.3.2LED显示9

第4章药品库湿度监控器软件设计11

4.1软件实现功能综述11

4.2流程图设计12

4.2.1主程序流程图设计12

4.2.2模拟量检测流程图设计12

第5章系统设计与分析14

5.1系统原理图14

5.2系统原理综述14

第6章课程设计总结15

参考文献16

第1章绪论

药品库湿度监控器设计概况

我国在“开办药品批发企业验收实施标准（试行）”里的规定--企业有适宜药品分类保管和符合药品储存要求的常温库、阴凉库、冷库。

其中常温库温度为0～30℃，阴凉库温度0～20℃，冷库温度为2～10℃；各库房相对湿度应保持在45～75%之间。

这就需要企业要有相关的在线监测控制系统来保证达到药品储存规定的温湿度要求。

为了更好的。

为了更好地测量、控制温度、湿度等影响药品储存的因素,本文设计了以AT89C52单片机为控制器的智能测控系统,通过该系统可以对环境温度、湿度等观测值进行自动控制和适时监测,并利用声音和灯光进行越限报警及相应的处理。

本文研究内容

我国在“开办药品批发企业验收实施标准（试行）”里的规定--企业有适宜药品分类保管和符合药品储存要求的常温库、阴凉库、冷库。

库房相对湿度应保持在45～75%之间。

这就需要企业要有相关的在线监测控制系统来保证达到药品储存规定的温湿度要求。

为了更好的。

为了更好地测量、控制温度、湿度等影响药品储存的因素,本文设计了以AT89C52单片机为控制器的智能测控系统,通过该系统可以对环境温度、湿度等观测值进行自动控制和适时监测,并利用声音和灯光进行越限报警及相应的处理。

第2章CPU最小系统设计

药品库湿度监控器总体设计方案

温湿度监控系统满足以下要求:

1）按照国家药品储存相关规定，库房分为常温库、阴凉库、冷库。

其中库房相对湿度应保持在45～75%之间。

2）用户还可以视所存储的药物，自己输入系统湿度上限下限报警值。

3）采用了三端稳压集成电路7805作为稳压电源的稳压模块，使用起来可靠方便，而且价

格便宜。

外接4节5号干电池或者5～12V直流变压器均可获得稳定的5V直流电压，以满足湿度监测预警器的工作要求。

4）系统还提供湿度控制信号，并且可以自动控制和手动控制。

根据系统的总体要求本设计选择如下的方案：

整个系统由单片机、湿度传感器、显示模块、报警器、湿度调节系统以及键盘等6部分组成。

系统功能原理图如图1所示。

用户预先输入湿度报警值到程序中,该值作为系统阈值。

湿度传感器监测值传输给单片机，当单片机监测到的数值超出所设定阈值时,驱动蜂鸣器报警,并为湿度调节系统提供控制信号,实现自动控制。

湿度调节系统包括加湿模块、除湿模块、加温模块和制冷模块。

图2.1　湿度监控系统功能原理图

CPU的选择

从多方面因素考虑论证。

硬件的核心选用Atmel公司产生的AT89C52单片机。

它是一种低功耗、低电压、高性能的8位微控处理器，具有8K在系统可编程FLASH存储器，采用的工艺是Atmel允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器；在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程FLASH，使用AT89C52为众多嵌入式控制应用于系统提供高灵活、超有效的解决方案；价格低廉、性能可靠、抗干扰能力强。

因此广泛应用于工业控制和嵌入式系统中。

晶体振荡器采用11.0952MHz晶振。

根据设计和功能要求，AT89C52的引脚分配，如图2.2所示

图2.289C52单片机图

数据存储器扩展

根据上面所选元件，形成完整的CPU最小系统图如图2.3所示。

图2.3CPU最小系统图

2.4复位电路设计

AT91RM9200有2个独立的复位信号，既系统复位信号NRST与系统内部调试复位信号NTRST，都是低电平有效。

系统上电后，AT91RM9200必须执行一个上电复位（称为“冷”复位），在过渡状态下，它强制复位信号NRST和NTRST还可以进行手动按键复位功能，以方便用户调试程序。

本设计中选用看AD公司生产的ADM708型复位电路，它有一个手动复位引脚，当工作电压低于3.08V或手动复位输入引脚被拉低时复位IC产生产生一个低电平信号，持续时间为200ms。

此外，该复位电路还有一个额外的输入电压检测引脚，可实现对输入电压的检测。

复位电路如图2.4所示。

图2.4复位电路

2.5时钟电路设计

系统时钟由实时日历时钟芯片PCF8563提供，该芯片是一款工业级内含I2C总线接口功能的具有极低功耗的多功能时钟/日历芯片。

PCF8563的多种报警功能、定时器功能、时钟输出功能以及中断输出功能能完成各种复杂的定时服务。

内部时钟电路内部振荡电路内部低电压检测电路（1.0V）以及两线制I2C总线通讯方式，不但使外围电路及其简洁，而且也增加了芯片的可靠性。

为了使单片机在将湿度值提供给显示器显示的同时能将转换后的数据存入外部数据区供批处理打印和主系统共享或以备传输和处理之用，在电路中还扩展了一片16K的ATMEL公司的E2PROM存储卡——AT24C16。

单片机将数据采集处理后，读取PCF8563时间数据与采集到的数据一同存储到AT24C16中。

晶体振荡电路用于向AT91RM9200和其他需要时钟的外设电路提供工作时钟。

本系统使用无源晶体振荡器X1和X2作为系统的主振荡和慢时钟振荡器，振荡器产生的系统主时钟和慢时钟基准经过微处理器内部2个PPL后，产生系统所需要的各种CPU时钟、外设时钟及UBS器件工作时钟。

晶体振荡器电路见图2.5。

图2.5时钟电路

2.6CPU最小系统图

图2.6AT89C52上的晶振电路和复位电路

第3章药品库湿度监控器输入输出接口电路设计

药品库湿度监控器传感器的选择

湿度传感器选用瑞士SENSIRION公司生产的SHT10型贴片温湿一体数字传感器。

SHT10产品特点：

－SHT1x系列为贴片型湿度传感器芯片

－全量程标定，两线数字输出；

－湿度测量范围：

0～100%RH；

－湿度测量范围：

-40～+123.8℃；

－湿度测量精度：

±4.5%RH

－响应时间：

<4s；

－低功耗（typ.30µW）

－可完全浸没。

应用领域：

数据采集器、变送器、自动化过程控制、汽车行业、楼宇控制&暖通空调、电力、计量测试、医药业。

。

温湿度传感器电路如图2.7所示。

药品库图2.7温湿度传感器电路图

湿度监控器检测接口电路设计

A/D转换器选择

A/D转换器的功能是把模拟量变换成数字量。

AD1674是一种具有采样/保持功能的12位A/D转换器。

AD1674是美国AD公司推出的一种完整的12位并行模/数转换单片集成电路。

该芯片内部自带采样保持器（SHA）、10伏基准电压源、时钟源以及可和微处理器总线直接接口的暂存/三态输出缓冲器。

与原有同系列的AD574A/674A相比，AD1674的内部结构更加紧凑，集成度更高，工作性能也更好，而且可以使设计板面积大大减小，因而可降低成本并提高系统的可靠性。

它可实时地采集各传感器的模拟参量，以进行快速、精确的数据转换并传给CPU进行处理，从而有效地控制整个系统的精度。

模拟量检测接口电路图

图2.8湿度传送和A/D转换电路图

人机对话接口电路设计

键盘控制

键盘电路是单片机应用系统最常用的人机接口电路，用它可以完成湿度值的设定、移位、加1、减1、清零、前翻页、和后翻页等功能。

但它往往要占用较多的I/O端口。

在本湿度检测系统中，除了把一个独立的按键用作开始键外，利用了一种新型的键盘电路，它可以最大限度地减少键盘电路对I/O端口的占用。

这种电路可以使按键次数达到16个，其软件处理使用了端口访问和扫描检测两种方法，同时由于采用了组合逻辑来直接对端口进行读取，因此极大地简化了程序的处理过程，同时也节省了宝贵的存储器和CPU运算资源。

键盘控制电路如图2.9所示。

图2.9键盘控制电路

LED显示

在本系统中，由于该湿度计还要进行信息的实时显示，所以设计了LED显示电路。

该电路由三端可调集成稳压器（LM317）、晶体管（NPN）、串行输入/8位并行输出的移位寄存器（74LS164）、显示器（共阳极LED）和电阻构成，该显示控制电路中单片机串行口工作方式为0，即为8位移位寄存器，TXD为同步信号输出端，RXD为串行数据输出端，选用在串行口接串行输入/8位并行输出的移位寄存器74LS164来驱动LED显示器。

但是由于74LS164无并行输出控制端，在串行输入过程中，其输出端的状态会不断变化，故在某些使用场合，在74LS164与输出装置之间还应加上可控的缓冲级（如三态缓冲器74LS244），以使串行输入过程结束后再输出。

而这里是通过控制NPN晶体管的导通与截止和LM317，来控制显示器（LED）共阳极电位的高低，从而控制显

示器的亮暗，也就是在数据传输过程中显示器暗、在数据传输结束时显示器亮。

由于74LS164在低电平输出时，允许通过的电流可达8mA，故不需要再加驱动电路。

通过电位器RP2调整脚2的输出电压，可使LED的显示亮度均匀在线可调，而且可以节约大量限流电阻。

如图3.0所示

图3.0LED显示图

第4章药品库湿度监控器软件设计

软件实现功能综述

该系统软件主要由主程序、中断子程序、数据采集与A/D转换子程序、显示子程序、报警子程序等模块组成,因为C语言编写的软件易于实现模块化,生成的机器代码质量高、可读性强、移植好,所以本系统的软件采用C语言编写，以KeiluVision3为开发环境。

系统软件实现的功能:

1）通过LCD显示湿度值;

2）比较监测到的湿度值和报警设置值,发现超限则蜂鸣器报警提示;

3）系统定期把相关温湿度数据通过串行通信传给上位机PC机。

3）根据相应的湿度值控制湿度调节系统运行。

根据湿度监控系统功能,系统软件流程图如图5所示。

湿度传感器完成一次测量的工作顺序一般为:

设置传感器分辨率→发送“启动传输”命令→发送测量命令→读输出的测量值→将输出测量值转换为物理量。

数据采集程序流程图如图4.2.1所示:

4）显示子程序对每次由传感器所采集的数值经量化处理后所得到的标准值进行显示。

5）报警子程序是当出现异常情况时输出报警信号,例如湿度低于某数值时,音频报警装置发出报警信号,同时相应的指示灯亮,以提醒工作人员注意。

流程图设计

主程序流程图设计

图4.2.1　系统软件流程图

模拟量检测流程图设计

模拟量分为电气模拟量、非电气模拟量及温度量。

对模拟量信号的处理包括回路断线检测、数字滤波、误差补偿、数据有效性合理性判断、标度换算、梯度计算、越复限判断及越限报警，最后经格式化处理后存入实时数据库。

数据采集系统一般由数据输入通道、数据存储与管理、数据处理、数据输出及显示这五个部分组成。

输入通道要实现对被测对象的检测、采样和信号转换等工作。

数据存储与管理要用存储器把采集到的数据存储起来，建立相应的数据库，并进行管理和调用。

数据处理就是从采集到的原始数据中，删除干扰噪声、无关信息和不必要的信息，提取出反映被测对象特征的重要信息。

另外，就是对数据进行统计分析，以便于检索；或者把数据恢复成原来的物理量形式，以可输出的形态在输出设备上输出，如打印、显示、绘图等。

数据输出及显示就是把数据以适当的形式进行输出和显示。

图4.2.2模拟量检测流程图

第5章系统设计与分析

系统原理图

图5.1系统硬件原理图

系统原理综述

数据采集系统一般由数据输入通道、数据存储与管理、数据处理、数据输出及显示这五个部分组成。

输入通道要实现对被测对象的检测、采样和信号转换等工作。

数据存储与管理要用存储器把采集到的数据存储起来，建立相应的数据库，并进行管理和调用。

数据处理就是从采集到的原始数据中，删除干扰噪声、无关信息和不必要的信息，提取出反映被测对象特征的重要信息。

另外，就是对数据进行统计分析，以便于检索；或者把数据恢复成原来的物理量形式，以可输出的形态在输出设备上输出，如打印、显示、绘图等。

数据输出及显示就是把数据以适当的形式进行输出和显示。

在此过程中主要用到采集板，信息采集板包括CPU、RS232讯通接口、RS485通讯网络接口等，信号采集获得开关量和经过标准化处理的传感器信号，进行信号采集，并经过数学处理，然后进行图文显示、储存和网络通讯。

第6章课程设计总结

本系统采用了高精度的电容式相对湿度传感器，它是一种全新的基于智能传感器设计理念的新型传感器，其实现了温湿度值的数字式输出，具有抗干扰性强、可靠性高和便于计算机接口等特点，应用越来越广泛。

控制器采用ATMEL公司生产的AT89C52高性能单片机，对传感器所测温湿度信号进行数据处理并对外输出控制信号，以实现对库房的温湿度控制。

在系统运行稳定时，湿度测量范围为0～100%RH。

系统还充分利用了AT89C52单片机自身的软硬件资源，具有智能化、可编程、小型便携等优点，因此只要选用不同的湿度传感器，并修改相应的软件控制程序，本检测系统就可应用在环境保护、工业控制、农业生产以及军事等方面，可见其具有非常广泛的应用前景。

如此设计的控制系统实时性强，精度高，能达到很好的控制效果，具有较高的推广价值。

参考文献

[1]梅丽凤等编著单片机原理及接口技术清华大学出版社2009.7

[2]赵晶主编Prote199高级应用人民邮电出版社2000

[3]于海生编著微型计算机控制技术清华大学出版社2003.4

[4]苏铁力传感器及其接口技术北京:

中国石化出版社1998.

[5]中国电子学会传感器与执行器大全电子工业出版社1998.

[6]张延林等单片机原理及应用哈尔滨东北林业大学出版社2006.

[7]梁辛征等现代温室的单片机控制系统湖南工业大学学报2007

[8]郑争兵基于单片机与AD590的温度测量报警系统2009

[9]杨圣洁等数字温度传感器自适应动态补偿方法仪器仪表学报2009

[10]张玉虹等基于单片机的温湿度监控系统设计中国科技核心期刊.2009