环境监测系统实验报告.doc

信息与通信工程学院 单片机系统课程设计报告 完成日期：2012年 11 月 16 日 目 录 目 录 1 一、设计任务和要求 1 1.1 设计任务 1 1.2 性能指标 1 二、设计方案 2 2.1.方案设计 2 2.1.1 单片机控制模块的选择论证 2 2.1.2 温度湿度检测模块的选择与论证 2 2.1.3 显示模块的选择与论证 2 2.2 本设计采用方案及原理 3 三、系统硬件设计 4 3.1 单片机最小系统设计 4 3.2 温湿度采集电路 5 3.3 电源电路 6 3.4 光敏电阻接入电路 6 3.5 键盘电路 8 3.6 LCD显示电路 8 3.7 报警电路 9 3.8 串行接口电路 9 四.系统软件设计 10 4.1 主程序设计 10 4.2 LCD12864模块程序 11 4.3 DHT11模块程序 12 4.4 光敏电阻模块程序 14 五.调试及性能分析 15 5.1调试过程中出现的问题 15 5.2 性能分析 15 六.心得体会 16 参考文献 17 附录1 程序清单 18 附录2 电路原理图 24 附录3 PCB图 25 附录4 硬件电路板图 26 一、设计任务和要求 1.1 设计任务 基本要求： （1） 利用单片机控制传感器采集环境温湿度，光照强度等参数，并在液晶屏上显示环境参数值。 （2）系统设有键盘，可实现系统参数的设置。 提高部分： 将上述环境数据记录在SD或TF卡上； （2）采集并显示三轴加速度值； （3）无线传输所测环境参数。 1.2 性能指标 （1）温度湿度光照强度显示：用LCD12864进行显示。 （2）环境温度：单位/℃。 （3）环境湿度：单位/%RH。 （4）环境光强：单位/lux （5）二、设计方案 2.1.方案设计 2.1.1 单片机控制模块的选择论证 方案一：单片机选用STC12C5A60S2，这款单片机有第二串口，有A/D转换，有PWM/PCA功能，有内部EEPROM可内部实现A/D转换。 方案二：采用XC9000系列的FPGA。该类器件具有并行处理能力，能快速的响应外部的各种数字信号。 综上所述，单片机数学运算功能较强。在程序相互调用方面，处理方便灵活，性能稳定，适合实际应用。且单片机技术发展较为成熟，价格便宜，而FPGA芯片价格较昂贵。则选择方案一。 2.1.2 温度湿度检测模块的选择与论证 方案一：温度湿度的采集模块采用DHT11。DHT11是一款数字输出的复合传感器，包含一个电阻式感湿元件和NTC式温度检测元件，可测20~90%RH湿度，误差5%RH，0~50摄氏度，误差2摄氏度。 方案二：选用DS18B20温度传感器和HS1101湿度传感器。DS18B20是一线式数字温度传感器，具有独特的单线式接口方式，测量范围在55℃～125℃，误差为±0.5℃。最高精度可达0.0625℃。HS1101是电容式湿度传感器，可测相对湿度范围在0%~100%RH，误差为±2%RH 综上所述，虽然方案二的测试范围和精度都比较好，但DHT11综合性比较强，则选择方案一。 2.1.3 显示模块的选择与论证 方案一：采用12864液晶模块显示测得的数据，可显示较多组的数据，字体较大，可清晰读数，12864为四行八列中文显示器，可以很清晰的显示温度湿度光照强度等的指标。 方案二：采用1602液晶模块显示所测数据，1602液晶接线简单方便，但所显示的不清楚，没有条理性。 综上所述选择方案一。 2.2 本设计采用方案及原理 按照系统设计的功能的要求，初步确定设计系统由单片机主控模块、电源模块、显示模块、DHT11环境温湿度检测模块、光敏电阻模块、报警、按键等模块组成。 原理框图： 三、系统硬件设计 3.1 单片机最小系统设计 图3-1-1 图3-1-2 图3-1-3 采用STC12C5A60S2单片机，P0口接上拉电阻，10K*8排阻，晶振电路采用11.0592M，33pF电容，单片机晶振的作用是为系统提供基本的时钟信号。通常一个系统共用一个晶振，便于各部分保持同步。有些通讯系统的基频和射频使用不同的晶振，而通过电子调整频率的方法保持同步。 3.2 温湿度采集电路 图3-2-1 单总线数字温湿度传感器DHT11。这款传感器由广州奥松电子科技有限公司研发，与单片机的通信十分简洁方便，无需外接时钟信号，通信如图发 除此之外，它还有很多突出的优点: （1）温湿度传感器的一体化结构能同时对相对湿度和温度进行测量，并以数字信号输出，从而减少用户对信号的预处理负担 （2）独特的单总线数据传输线协议使得读取传感器更加便捷，而且还有全部校准数据字节，编码方式为8位二进制数。 （3）40位二进制数据输出，高位先出，格式为：湿度整数部分8位，小数部分8位；温度整数部分8位，小数部