1、湖州职业技术学院应用电子技术专业毕业论文 I 毕 业 论 文 题 目 : 基于单片机的暖风机设计 湖职院应用电子技术专业毕业 论文 湖州职业技术学院应用电子技术专业毕业论文 II 基于单片机暖风机的设计 摘要 本文设计了一种以 AT89S52 单片机为核心的低成本、高精度、微型化 LED 显示温湿度监测系统，并使用一些常用芯片如： DS18B20、 GHS-20E 等。系统由单片机、温度检测电路、电机驱动电路、报警电路以及显示电路构成。由芯片 AT89S52控制温湿度传感器检测到的温湿度值进行存储转换，从而在显示电路中数码管中显示出来 。本系统具有易安装检测、 软件功能完善， 工作可靠、准确度
2、高等优点。 本文论述了单片机技术研制成功的 暖风机的监测系统 的基本原理， 温湿度传感器信号采集通过单片机来 实现方案。采用软件校正，提高了测量精度和整机的可靠性。实际使用表明，极大的提高了安全性 、可靠性和准确度。 关键词： 暖风机，温湿度传感器，单片机 AT89S52 湖州职业技术学院应用电子技术专业毕业论文 III 目 录 摘要 . II 目 录 . III 第 1 章 概述 . 20 1.1 选题背景 . 20 1.2 设计过程及工 艺要求 . 20 1.3 设计的重点与难点 . 20 第 2 章 方案论证与比较 . 21 2.1 温度传感器的选择 . 21 2.2 湿度传感器的选择
3、. 21 第 3 章 系统总体设计 . 23 3.1 系统设计 . 23 3.2 芯片 AT89S52 介绍 . 23 3.3 传感器的介绍 . 26 3.3.1 传感器的定义及作用 . 26 3.3.2 传感 器的特性 . 26 3.3.3 温度传感器 DS18B20 . 26 3.3.4 湿度传感器 GHS-20E . 31 3.3.5 A/D 转换 TLC549 . 错误 !未定义书签。 3.4 温湿度采集电路设计 . 错误 !未定义书签。 3.5 显示电路的设计 . 33 3.6 报警电路的设计 . 34 3.7 按键电路的设计 . 35 第 4 章 系统调试 . 36 4.1 软硬件
4、的调试 . 36 4.2 系统软件设计 . 36 总 结 . 39 致 谢 . 40 参 考 文 献 . 41 附 录 . 42 湖州职业技术学院应用电子技术专业毕业论文 20 第 1 章 概述 1.1 选题背景 带液晶显示屏的暖风机，越来越受到用户的欢迎，配合液晶屏显示，可 显示环境温度及设定状态 ，大大方便了产品的使用。目前，各大厂商为了在市场上占有一席之地，纷纷在 遥控型暖风机 的 性能参数标准，重量，体积，厚度，色彩，价格 大大下功夫。如： 海宝驰 的 奔驰暖风取暖器 NSB-200遥控型暖风机 ， SANYO的三洋暖风机 R-P201MR等，样式新 颖，都占有很高的性价比。消费者 可
5、以量身挑选适合自己 的。 1.2 设计过程及工艺要求 一、基本功能 吹出恒定的暖风 检测温度 显示温度 过限报警 二、 主要技术参数 温度检测范围 ： 0 -+50 测 量 精 度 ： 0.5 检 测 精 度 ： 1%RH 显 示 方 式 ： 温度：二位显示 湿度：四位显示 报 警 方 式 ： 三极管驱动的蜂鸣音 报警 1.3 设计的重点与难点 本设计的任务是设计一个 暖风机 系统，可以应用于温湿度有一定要求的区域。测量时能够清晰稳定地显示出监测结果。 系统组成的设计：各部分硬件的选取很有讲究，要十分合理。 设计的难点是： 1、温度湿度模块设计 2、电机驱动模块 3、 显示 电路设计 4、流程
6、图及程序的设计 湖州职业技术学院应用电子技术专业毕业论文 21 第 2 章 方案论证与比较 当将单片机用作测控系统时，系统总要有被测信号懂得输入通道，由计算机拾取必要的输入信息。对于测量系统而言，如何准确获得被测信号是其核心任务；而对测控系统来讲，对被控对象状态的测试和对控制条件的监察也 是不可缺少的环节。 传感器是实现测量与控制的首要环节，是测控系统的关键部件，如果没有传感器对原始被测信号进行准确可靠的捕捉和转换，一切准确的测量和控制都将无法实现。工业生产过程的自动化测量和控制，几乎主要依靠各种传感器来检测和控制生产过程中的各种参量，使设备和系统正常运行在最佳状态，从而保证生产的高效率和高质
7、量。 2.1 温度传感器的选择 方案一：采用热电阻温度传感器。热电阻是利用导体的电阻随温度变化的特性制成的测温元件。现应用较多的有铂、铜、镍等热电阻。其主要的特点为精度高、测量范围大、便于远距离测量。 铂 的物理、化学性能极稳定，耐氧化能力强，易提纯，复制性好，工业性好，电阻率较高，因此，铂电阻用于工业检测中高精密测温和温度标准。缺点是价格贵，温度系数小，受到磁场影响大，在还原介质中易被玷污变脆。按 IEC 标准测温范围 -200 650，百度电阻比 W（ 100） =1.3850 时， R0 为 100和 10，其允许的测量误差 A 级为（ 0.15 +0.002 |t|）， B 级为（ 0
8、.3 +0.005 |t|）。铜电阻的温度系数比铂电阻大，价格低，也易于提纯和加工；但其电阻率小，在腐蚀性介质中使用稳定性差。在工业中用于 -50 180测温。 方案二：采用 DS18S20，独特的单线接口，多点能力使分布式温度检测应用简单，不需要外部元件和备份电源，可用数据线供电，测量范围从 -55 +125，增量值为 0.5，并且以 9 位数值方式读出温度且可在 1 秒内把温度变成数字。综合比较方案一与方案二，方案二更为适合于本设计系统对于温度传感器的选择。 2.2 电机选择 与论证 方案一：采用步进电机， 步进电机的一个显著特点就是具有快速启停能力 ，如果负荷不超过步进电机所能提供的动态
9、转矩值，就能够立即使步进电机启动或反转。另一个显著特点是转换精度高，正 转反转控制灵活。 但是步进电机价格昂贵。 湖州职业技术学院应用电子技术专业毕业论文 22 方案二： 采用直流伺服电机，直流伺服电机具有优良的速度控制性能，它输出较大的转矩，直接拖动负载运行，同时它又受控制信号的直接控制进行转速调节，在很多方面具有优越性，但是直流伺服电机价格昂贵，且不易购买。 方案三 : 采用普通的直流电机， 直流电动机具有优良的调速特性，调速平滑、方便，调整范围广；过载能力强，能承受频繁的冲击负载，可实现频繁的无级快速启动、制动和反转；能满足各种不同的特殊运行要求 ，且价格实惠，容易购买。 由于普通的直流
10、电机价廉物美，且能完成所需的功能， 故我们采用方案三作为小车的动力源。 2.2 测速模块 ： 方案 1： 采用采用霍尔开关元器件 A44E 检测轮子上的小磁铁从而给单片机中断脉冲，达到测量速度的作用。霍尔元件具有体积小，频率响应宽度大，动态特性好，对外围电路要求简单，使用寿命长，价格低廉等特点，电源要求不高，安装也较为方便。霍尔开关只对一定强度的磁场起作用，抗干扰能力强，因此可以在车轮上安装小磁铁，而将霍尔器件安装在固定轴上，通过对脉冲的计数进行车速测量。 2.3.2 方案 2： 采用红外传感器进行测速。但无论是 反射式红外传感器还是对射式红外传感器，他们 对都对外围环境要求较高，易受外部环境
11、的影响，稳定性不高，且价格较为昂贵。 通过对方案 1、方案 2 的比较其优缺点，综合多方面因素决定选用方案 1，其原理图接线如（图 5）所示： （图 5） 湖州职业技术学院应用电子技术专业毕业论文 23 第 3 章 系统总体设计 3.1 系统设计 本设计是基于单片机对数字信号的高敏感和可控性、温湿度传感器可以产生模拟信号，和 A/D 模拟数字转换芯片的性能，我设计了以 AT89S52 基本系统为核心的一套检测系统，其中包括 A/D 转换、单片机、复位电路、温度检测、按键及显示、报警电路、系统软件等部分的设计。见图 3.1 所示： 图 3.1 系统总体框图 本设计由信号采集、信号分析和信号处理三
12、个部分组成的。 （一） 信号采集 由红外传感器、 DS18B20 及 TLC549 组成； （二） 信号分析 由 A/D 转换器 TLC549、单片机 89S52 基本系统组成； （三） 信号处理 由串行口 LED 显示器和报警系统等组成。 3.2 芯片 AT89S52 介绍 AT89S52 是一种低功耗、高性能 CMOS 8 位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash 存储器。使用 ATMEL 公司高密度非易失性存储器技术制造， 与工业 80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上 Flash 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
13、程 Flash，使得 AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 由于此单片机应用在仓库温湿度检测上，所以本设计选用了 低功耗、 高性能、低价格、小管脚 (40 脚 )的 AT89S52 单片机 。如图 3.2 所示： 红外传感器 TLC549 单片机AT89S52 串行口LED 显示 DS18B20 温度传感器 报警电路 湖州职业技术学院应用电子技术专业毕业论文 24 ： 图 3.2 AT89S52 芯片引脚图 AT89S52 具有以下标准功能： 8k 字节 Flash， 256 字节 RAM， 32 位 I/O 口线，看门狗定时器 ， 2 个数据指针，三个 16
14、位定时器 /计数器，一个 6 向量 2 级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外， AT89S52 可降至 0Hz 静态逻辑操作，支持 2 种软件可选择节电模式。空闲模式下， CPU 停止工作，允许 RAM、定时器 /计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下， RAM 内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。 引脚功能介绍 1.Vcc：电源电压。 2.GND：地。 3. P0 口： P0 口是一个 8 位漏极开路的双向 I/O 口。作为输出口，每位能驱动8 个 TTL 逻辑电平。对 P0 端口写 “1”时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据
15、存储器时， P0 口也被作为低 8 位地址 /数据复用。在这种模式下 ,P0 具有内部上拉电阻。 在 flash 编程时， P0 口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校验时，需要外部上拉电阻 。 4. P1 口： P1 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， p1 输出缓冲器能驱动 4 个 TTL 逻辑电平。对 P1 端口写 “1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输 出电流（ IIL）。 此外， P1.0 和 P1.2 分别作定时器 /计数器 2 的外部计数输入（ P1.0/T2）和时器
16、/计数器 2 的触发输入（ P1.1/T2EX），具体如表 3.1 所示 : 在 flash 编程和校验时， P1 口接收低 8 位地址字节。 湖州职业技术学院应用电子技术专业毕业论文 25 表 3.1 P1 口的第二功能 引脚号 第二功能 P1.0 T2（定时器 /计数器 T2 的外部计数输入），时钟输出 P1.1 T2EX（定时器 /计数器 T2 的捕捉 /重载触发信号和方向控制） P1.5 MOSI（在系统编程用） P1.6 MISO（在系统编程用） P1.7 SCK（在系统编程用） 5.P2 口： P2 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， P2 输出缓冲器能驱动 4
17、个 TTL 逻辑电平。对 P2 端口写 “1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（ IIL）。在访问外部程序存储器或用 16 位地址读取外部数据存储器（例如执行 MOVX DPTR）时， P2 口送出高八位地址。在这种应用中， P2 口使用很强的内部上拉发送 1。在使用 8 位地址（如 MOVX RI）访问外部数据存储器时， P2 口输出 P2 锁存器的内容。在 flash 编程和校验时， P2 口也接收高 8 位地址字节和一些控制信号 。 6. P3 口： P3 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口
18、， p3 输出缓冲器能驱动 4 个 TTL 逻辑电平。对 P3 端口写 “1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（ IIL）。 P3 口亦作为 AT89S52 特殊功能（第二功能）使用，如表 3.2 所示。 在 flash 编程和校验时， P3 口也接收一些控制信号。 表 3.2 P3 口的第二功能 端口引脚 第二功能 P3.0 RXD(串行输入口 ) P3.1 TXD(串行输出口 ) P3.2 INTO(外中断 0) P3.3 INT1(外中断 1) P3.4 TO(定时 /计数器 0) P3.5 T1(定时 /
19、计数器 1) P3.6 WR(外部数据存储器写选通 ) P3.7 RD(外部数据存储器读选通 ) 此外， P3口还接收一些用于 FLASH闪存编程和程序校验的控制信号。 RST复位输入。当振荡器工作时， RST 引脚出现两个机器周期以上高电平将是单片机复位。 ALE/PROG当访问外部程存储器或数据存储 器时， ALE（地址锁存允许）湖州职业技术学院应用电子技术专业毕业论文 26 输出脉冲用于锁存地址的低 8 位字节。一般情况下， ALE 仍以时钟振荡频率的 1/6输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个 ALE 脉冲。 对 FLA
20、SH 存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（ PROG）。如有必要，可通过对特殊功能寄存器（ SFR）区中的 8EH 单元的 D0 位置位，可禁止 ALE 操作。该位置位后，只有一条 MOVX 和 MOVC 指令才能将 ALE 激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置 ALE 禁止位无效。 PSEN程序储存允许（ PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89C52 由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次 PSEN 有效，即输出两个脉冲，在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次 PSEN 信号。 EA/VPP外部访问允许，欲使 CPU 仅访问外部
21、程序存储器（地址为0000H-FFFFH）， EA 端必须保持低电平（接地）。需注意的是：如果加密位 LB1被编程，复位时内部会锁存 EA 端状态。如 EA 端为高电平（接 Vcc 端）， CPU 则执行内部程序存储器的指令。 FLASH 存储器编程时，该引脚加 上 +12V 的编程允许电源 Vpp，当然这必须是该器件是使用 12V 编程电压 Vpp。 3.3 传感器的介绍 3.3.1 传感器的定义及作用 一、 广义地来说，传感器是一种能把物理量或化学量转变成便于利用的电信号的器件。国际电工委员会 (IEC:International Electrotechnical Committee)的定
22、义为：“传感器是测量系统中的一种前置部件，它将输入变量转换成可供测量的信号 ”。按照 Gopel 等的说法是： “传感器是包括承载体和电路连接的敏感元件 ”，而 “传感器系统则是组合有某种信息处理 (模拟或数字 )能力的传感器 ”。传感器是传感器系统的一个组成部分，它是被测信号输入的第一道关口。 二、传感器的作用 1.信息的收集； 2.信息数据的交换； 3.控制信息的采集。 3.3.2 传感器的特性 1、灵敏度高、可靠性强、稳定性好； 2、防尘耐湿、耐高低温、耐冲击、耐振动等严酷环境条件； 3、收发兼用，使用方便。 3.3.3 温度传感器 DS18B20 数字温度传感器 DS-18B20是 美国 DALLAS公司生产的 DS18B20可组网数字温度传感器芯片封装而成，具有耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样，
