1、i本科毕业论文（20 届）基于单片机的气压检测系统的设计所在学院专业班级 电子信息工程学生姓名指导教师完成日期ii目 录摘 要 .1Abstract .2前 言 .3第一章 绪 论 .41.1 课题背景与发展 .41.2 本文所做的工作 .5第二章 系统总体方案设计 .62.1 系统基本要求 .62.2 系统的硬件和软件设计 .6第三章 系统硬件设计 .73.1 电路的总体设计 .73.2 单片机部分 .83.3 气压采集电路 .113.4 无线传输模块 .143.5 显示和报警模块 .183.6 按键电路模块 .20第四章 系统软件设计 .214.1 程序的总体设计 .214.2 BMP08
2、5 的设计 .224.3 LCD1602 显示设计 .234.4 按键程序 .244.5 报警程序 .24第五章 系统调试与分析 .255.1 系统调试 .255.2 测试结果及其分析 .26第六章 总结 .28参考文献致 谢附 录1摘 要针对气压监测并实现无线传输这一问题，本文设计了一个以单片机为基础的气压检测系统，详细介绍气压监测系统的原理和系统的结构组成，其中包括信号输入模块、无线信号传输和接收模块、显示报警模块这三方面。传感器模块集成了半导体压力传感器、AD 转换、作为温度补偿的 EPROM、IC 总线接口。利用压力传感器来测量大气压的数值，再将测得的数值经由无线收发模块将压力值发送到
3、中央接收器模块上，然后把接收到的气压数据在显示屏上显示。当气压高于预设的上限或低于预设的下限时，系统会通过蜂鸣器自动报警。其中本文用的无线数据传输系统是由 52 单片机的最小系统和nRF24L01 无线射频收发器件构成，该系统可以实现数据的短距离无线传送，这一传输方式具有安全高效，价格便宜，设计简单，便于携带等优点。本次设计能够实时高效地传输气压值，并进行数据的显示与报警。关键词：52 单片机，无线传输，LCD 液晶显示屏，蜂鸣器2AbstractAiming at the problem of atmospheric monitoring and wireless transmission
4、function, this paper introduces the design of a microcontroller-based atmospheric monitoring system. Detailed introduced the composition principle and the system pressure monitoring system, including sensor signal input module, wireless signal transmission and receive module, display alarm system de
5、sign. Its working principle is: to direct measurements of atmospheric pressure by using a semiconductor pressure sensor , and then transmits the pressure information through a wireless transmitter to a central receiver module ,Then the received pressure data displayed on the display screen.When the
6、pressure is higher than the preset upper limit or lower than the preset lower limit, the system will automatically alarm through the buzzer .Wireless data transmission system which is used in this paper is composed of the 52 single-chip microcopmputer minimum system and nRF24L01 wireless RF transcei
7、ver devices, which can realize the safe and efficient wireless data transmission in short distance ,comparing with other transmission modes,such as: FM radio, compared, GPRS, Bluetooth, infrared, etc., this system has the advantages of cheap, simple design, easy to carry.Keywords: 52 microcontroller
8、，Wireless transmission, LCD liquid crystal display, buzzer3前 言随着社会的进步，人类文明的逐步发展，人们越来越关注个人健康和环境给人类健康带来的影响。而天气的变化就会给人类的健康带来一定的影响，甚至和一些疾病也有着密不可分的关系，如关节炎、心脏病等疾病。因此，更多人开始关注温度、湿度、风向等因素。但人们通常会忽略气压这一关键因素，天气预报对气压不进行报道，人们也难以察觉。但大气压的变化会使人感到不适，就像在阴雨天气，会引起血压的变化，心脏不好的人经常会感到胸闷气喘就是这个原因。而基于单片机的气压监测系统就能够实时、精准、可靠的监测大气
9、压，并实现报警功能，给予人们提醒，让人做出相应的预防对策。如今，单片微型计算机的发展十分迅速，基于单片机技术开发的传感器模块和设备在我们的日常生活中已经随处可见了。单片机是集成了中央处理器 CPU、存储器、中断系统、计数器和多种功能输入输出端口等一台计算机所需要的基本功能部件。因为单片机体积小，可以放在仪器内部，结构简单，成本低，功耗低，电压低，所以单片机受到了人们的青睐。基于单片机的压力监测系统由传感器信号输入模块、无线信号发射模块、气压显示模块、报警模块组成。使用半导体压力传感器来直接地测当地的大气压和温度，经由传感器模块上的 AD 转换器转换成数字量，通过 EPROM 的控制单元对压力值
10、进行温度补偿，经 IC 总线传到单片机上，再将补偿后的数剧经由无线发射器将压力信息发送到中央接收器模块上，然后把接收到的气压数据在显示屏上进行显示。当气压高于预设的上限或者低于预设的下限时，系统会通过蜂鸣器自动报警。目前有许多设计都可以实现无线传输，其中本文用的无线数据传输系统是由 52 单片机的最小系统和 nRF24L01 无线射频收发器件构成，该系统可以实现短距离无线数据的安全高效传输，这一传输方式与其他传输方式如:超短波电台、GPRS、蓝牙、红外线等相比，具有价格便宜，设计简单，稳定，低功耗，便于携带等优点。全文共分为 5 章。第一章绪论，第二章系统总体方案设计，第三章系统硬件设计，第四
11、章系统软件设计，第五章系统调试与分析。4第一章 绪 论1.1 课题背景与发展1.1.1 课题背景人在高压环境中呆一段时间后，人体会出现氮饱和的现象。当我们重新回到标准大气压的环境中时，人体内多余的氮就会从血液由肺泡的呼吸排出，这是一个极其缓慢的过程，但如果是很快的回到标准大气压时，脂肪中的氮就会停留在人体内，不能及时被排出，从而形成小的气泡引起气栓等疾病，给人体的健康带来影响。低气压主要影响人体氧气的供应。气压下降时，空气中氧的含量降低人体血氧不足，脑供血就会不足，引起呼吸加快、心率加快。严重的还会出现头晕、恶心、呕吐的症状。内地不少人都想目睹西藏拉萨美丽的高原风光，平原与高原的气压变化很大，
12、过低的气压不得不让人有所顾忌。在我们的日常生活中活塞式抽水机、离心式水泵、高压锅、吸盘、吸管喝饮料、医用输液瓶等都是大气压的运用。大气压的值与维度、气候、季节的变化有关，一般来说，气压随高度的降低而增大，晴天气压比阴天高，冬天的气压也比夏天的气压高一些。气压监测系统可以让人们实时了解大气压的情况，在气压过低或过高时报警，有一个预警的功能，让人们时刻注意气压变化而引起的身体上的不适，以便应对。而基于单片机的气压监测系统就能够实时、精准、可靠的监测气压，并实现报警功能。1.1.2 研究现状与发展近年来，传感器技术的发展十分迅速，并且广泛的应用到我们的日常生活中来。因为传感器的普遍应用，越来越多智能
13、测量仪器逐渐问世。普通测气压方法有水银测气压法、沸点测气压法。利用液体沸点与大气压的关系来完成测量的就是我们常说的沸点测气压法，但是这种方法现在已经很少采用了。液体重量与大气压力平衡这一方法是以前采用最广泛的测量方法，如：使用长期稳定和准确度高的水银来测量大气压。但现在，人们正慢慢地偏向电子气压表，电子气压表的准确度不比水银气压表的准确度差且容易读数，如：空盒气压表。原理是：在一个固定的弹性膜片的一面加大压力时，膜片会变形。测出膜片两边因压力差而产生的形变。现在的不少压力传感器都有温度补偿这一功能作为校准工作的一个部分，这大大降低了温度对气压的影响，同时提高了传感器测量的准确度。1.2 本文所
14、做的工作本次设计的系统主要由传感器信号输入模块、无线信号发射模块、气压显示报警模块组成。用半导体压力传感器来测量大气压和当地温度，模数转换和温度补偿后，由5IC 总线发往单片机，再由无线发射器将数据发送到另一个单片机模块上，然后显示接收到的数据值。当气压高于预设的上限或者低于预设的下限时，系统会自动报警，进行预警。所做的工作主要有：对 STC89C52 单片机知识理解，运用 STC89C52 单片机对数据进行发射与接收，气压传感器的选择与应用，高速无线传输模块 nRF24L01 的设计与应用，LCD 显示屏的选择与设计，为了更好地进行系统设计，必须对设计中所应用的芯片、器件的性能、引脚排列、工
15、作方式有更深层次的了解。6第二章 系统总体方案设计2.1 系统基本要求本设计的任务是完成基于单片机的气压检测与预警的设计系统，主要是设计以单片机为核心、采用半导体传感器采集压力信号、用无线信号发射和接收模块将信号传输到另一块单片机上，实现环境大气压的实时测量和 LCD 数字显示，并报警提示。该系统的设计方案由硬件系统设计和软件系统设计两部分组成。2.2 系统的硬件和软件设计2.2.1 硬件系统设计方案气压监测系统的硬件电路由传感器信号输入、无线信号发射、无线信号接收、LCD显示及报警模块等组成，压力监测系统原理框图如图 2-1 所示。图 2-1 硬件电路原理框图其工作原理是：外界环境大气压和实
16、时温度通过半导体压力传感器在经模数转换、温度补偿后、通过 IC 总线输入到单片机中，用单片机和 nRF24L01 无线传输模块的共同作用，将采集到的数值传输到另一块单片机上，通过 LCD 显示，在测得值超过预设的范围是，蜂鸣器工作报警，从而实现环境大气压的实时监测。2.2.2 软件系统设计方案本系统采用 STC89C52 作为核心处理器件，把经过 BMP085 现场实时采集到的气压数据经 AD 转换和温度校准后，由 IC 总线传入 STC89C52 内部数据存储器，通过NRF24L01 无线传输模块传输到另一块 STC89C52 芯片上，再用 LCD1602 液晶显示，并与预先设定的数值进行比
17、较，然后由单片机的输出信号去控制报警电路。气压监测系统软件主要包括：函数声明、BMP085 初始化函数、读 BMP085 数据、无线数据传输、无线数据接收、数据转化成液晶字符显示并比较报警等程序。BMP085压力传感器模块STC89C52单片机nRF24L01无线发射模块 nRF24L01无线接收模块STC89C52单片机LCD显示蜂鸣器报警7第三章 系统硬件设计3.1 电路的总体设计本次课题分为硬件设计和软件设计两个部分，其中硬件部分包括气压采集电路、无线传输模块、LCD 显示及报警模块和按键电路的设计。其工作原理是：使用半导体压力传感器来直接地测的大气压的数值，再将测得的数值经由无线发射器
18、将压力信息发送到中央接收器模块上，然后把接收到的气压数据在显示屏上进行显示。当气压高于预设的上限或者低于预设的下限时，系统会通过蜂鸣器自动报警。发射模块原理图：1 2 3 4 5 6 7 8ABCD87654321DCBATitleNumber RevisionSizeA3Date: 21-Jan-2015 Sheet of File: D:Protel 99 SEProtel99SP6Examples上上上25.DDBDrawn By:RST9 P3010P3111 P3212P3313 P3414P3515 P3616P3717 X118X219 GND20 P20 21P21 22P22
19、23P23 24P24 25P2526P26 27P27 28PSEN29ALE 30EA 31P0732P06 33P05 34P0435P03 36P02 37P0138P00 39VCC 40P101 P112P123 P134P145 P156P167 P178U6上上上12Y212MC1322PC1422PC1210UFR710KGND1 IN2OUT3U57530VCCVCCVCCGND1VCC2CE3CSN4SCK5MOSI6MISO7IRQ8U7NRF24L01C8104VCCC10104SW2C910UFC1110UFVCC 1SDA 2SCL 3XCLR 4EOC 5GND
20、 6U8BMP805VCC图 3-1 发送模块原理图如上图 3-1 所示，系统的发射模块以单片机为核心，连接了复位电路、时钟电路、BMP085 压力传感器、nRF24L01 无线传输模块。压力信号由传感器测得，经 IC 总线从传感器模块的 2 脚 SDA 和 3 脚 SCL 传入到单片机的 P3.5 和 P3.6。单片机的P1.0P1.5 连接无线模块的 38 脚，来控制无线模块信号发送，可以将数据发送出去。由于 nRF24L01 的工作电压是 3.3V，单片机的工作电压是 5V，所以需要一个稳压电路将 5V 的电压降低到 3.3V。单片机的 9 脚接按键复位电路，在程序跑飞或需要复位时，按下
21、按键可以将系统初始化。单片机的 1820 脚接晶振电路，可以给系统提供一个机器周期为 1s 的时钟。单片机的 VCC 引脚接电源， 接高电平，单片机访问内部程序存EA8储器。接收模块原理图：1 2 3 4 5 6 7 8ABCD87654321DCBATitleNumber RevisionSizeA3Date: 21-Jan-2015 Sheet of File: D:Protel 99 SEProtel99SP6Examples上上上25.DDBDrawn By:RST9 P3010P3111 P3212P3313 P3414P3515 P3616P3717 X118X219 GND20
22、P20 21P21 22P2223P23 24P24 25P2526P26 27P27 28PSEN29ALE 30EA 31P0732P06 33P05 34P0435P03 36P02 37P0138P00 39VCC 40P101 P112P123 P134P145 P156P167 P178U6上上上12Y212MC1322PC1422PC1210UFR710KGND1 IN2OUT3U57530VCCVCCVCCGND1VCC2CE3CSN4SCK5MOSI6MISO7IRQ8U7NRF24L01C8104VCCC10104SW2C910UFC1110UFRST9 P3010P311
23、1 P3212P3313 P3414P3515 P3616P3717 X118X219 GND20 P20 21P21 22P2223P23 24P24 25P2526P26 27P27 28PSEN29ALE 30EA 31P0732P06 33P05 34P0435P03 36P02 37P0138P00 39VCC 40P101 P112P123 P134P145 P156P167 P178U2上上上12Y112MC522PC622P1 2 3 4 5 6 7 8 9R2 10K上上上上VCCVCCC710UFR410KVCCGND1 VCC2VL3 RS4RW5 EN6D07 D18D
24、29 D310D411 D512D613 D714BLA+15 BLK-16U41602上上VCCRSRSENENVCC132R110k上上上上SW1GND1 IN2OUT3U17530VCCC1104C3104C210UFC410UFGND1VCC2CE3CSN4SCK5MOSI6MISO7IRQ8U3NRF24L01SW3SW4SW5LS1BellQ2R81kVCC 1SDA 2SCL 3XCLR 4EOC 5GND 6U8BMP805VCCVCCR1POT2图 3-2 接收模块原理图如上图 3-2 所示，系统的接收模块以单片机为核心，连接了复位电路、时钟电路、nRF24L01 无线接收模
25、块、按键电路、显示和报警模块。nRF24L01 接收到从机发来的信号，由 38 脚经 SPI 总线将信号传入到单片机的 P1.0P1.5 口。由于 nRF24L01 的工作电压是 3.3V，单片机的工作电压是 5V，所以需要一个稳压电路将 5V 的电压降低到3.3V。按键接 P3.5P3.7，由程序控制按键的功能。单片机的 P0.0P0.7 外接上拉电阻后接液晶显示屏。P2.0 通过一个三极管和一个分压电阻接蜂鸣器。3.2 单片机部分3.2.1 STC89C52 的特点单片机是集 CPU、ROM、RAM、定时器/计数器和多种 I/O 端口于一体的微型计算机。8K 字节用户应用程序空间，片上集成 512 字节数据存储空间，32 位 I/O 端口，3 个 16 位定时器 /计数器， 4 个外部中断，一个 7 向量 4 级中断结构，看门狗定时器，可直接使用串口下载。全双工串行口。与 51 产品指令和引脚完全兼容。
