室内环境监控系统设计..doc

电子系统设计课程考查报告 题 目 室内环境监控系统设计 授课教师 学生姓名 学 号 专 业 电子信息科学与技术 教学单位 物理系 完成时间 2011年7月1日 1.设计任务与要求 1.1基本要求 该系统能够对室内环境的温度、湿度、亮度、二氧化碳的浓度等进行检测并显示当前的温度、湿度、亮度、及二氧化碳的浓度等，在其超过所设定的值时可以自动进行控制。 1.2技术指标 1）测量精度：误差小于+5%； 2）能用十进制显示当前测量值； 1.3扩展部分 具有有线或无线通信能力；实现主从控制及多点检测； 2.设计方案及方案论证 2.1设计分析 本系统是由主控模块、检测模块、显示模块、控制模块及电源模块组成的室内环境检测控制系统，能够自动检测并控制室内温度、湿度以及CO2浓度，在其超过设定值时，通过控制装置将其浓度降低。系统框图入图2—1所示。 图1—1 系统框图 2.2设计方案论证 1）主控制器模块 方案一：采用51单片机控制系统。单片机算术运算功能强，软件编程灵活、自由度大，可用软件编程实现各种算法和逻辑控制，并且有功耗低、体积小、技术成熟和成本低等优点，能满足题目要求。 方案二：采用FPGA（现场可编程逻辑门阵列）作为系统的控制核心。由于FPGA具有强大的资源，使用方便灵活，易于进行功能扩展，并且可应用EDA软件仿真、调试，易于进行功能扩展。但其成本偏高，引脚较多，硬件电路布线复杂。 根据以上具体分析选择方案一。 2）电源模块 方案一：采用稳压管稳压，可以稳定5V电压，但是稳压效果不稳定。 方案二：采用变压器降压，7805作稳压管，稳压性能稳定。 综合考虑，采用方案二。 3）温度检测模块： 方案一：采用热敏电阻，此元件虽然价格便宜，但是其非线性特性会影响系统精度。 方案二：选用美国Dallas 半导体公司的数字化温度传感器DS18B20。DS18B20为数字式温度传感器，无需其他外加电路，直接输出数字量。可直接与单片机通信，读取测温数据，电路简单。此器件具有体积小、抗干扰强、价格便宜、性能稳定等优点其各方面特性都满足此系统的设计要求 根据以上分析选择方案二。 4）湿度检测： 方案一：采用HR202湿敏电阻作为湿度检测传感器，其电阻随着湿度变化范围较大，而且不是线性变化，检测输出量为模拟量，须经AD转换之后才能由单片机处 方案二：HS1101是基于独特工艺设计的固态聚合物结构，在电路中等效于一个电容器，其电容随所测空气的相对湿度增大而增大。具有极好的线性输出，在相对湿度为0～100％RH的范围内，电容的容量由163 pF变化到202 pF，其误差不大于±2％RH；湿度量程为1～99％RH，工作温度范围为-40～100；湿度输出受温度影响极小(温度系数仅为0.04 pF／)；常温下使用无需温度补偿，无需校准。光强传感器TSL2561，一种高速、低功耗、宽量程、可编程灵活配置的光强度数字转换芯片。该芯片可广泛应用于各类显示屏的监控，目的是在多变的光照条件下，使得显示屏提供最佳的显示亮度并尽可能降低电源功耗；还可以用于街道光照控制、安全照明等众多场合 图2—2 系统框图 3.系统硬件设计 3.1电路设计 1）主控电路：由80C51单片构成单片机最小系统是整个电路的核心，起到处理和控制的功能。如图3—1所示 图3—1 主控电路 2）电源电路：变压器和7805组成电源稳压电路。直流稳压电路的方框图 图3—2 直流稳压电路的方框图 如图3—3所示 图3—3 电源电路 3）温度检测电路： 温度采集选用了DS18B20温度传感器，其特点如下： （1）在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。 （2）测温范围 －55℃～＋125℃，固有测温分辨率0.5℃。 （3）支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，最多只能并联8个，如果数量过多，会使供电电源电压过低，从而造成信号传输的不稳定，实现多点测温。 （4）工作电源: 3～5V/DC。 （5）在使用中不需要任何外围元件。 （6）测量结果以9~12位数字量方式串行传送。 由DS18B20组成温度检测电路。如图3—4所示 图3—4 温度检测电路 4）湿度检测电