基于單片機的環(huán)境檢測系統(tǒng)設(shè)計
基于單片機的環(huán)境檢測系統(tǒng)設(shè)計,基于,單片機,環(huán)境,檢測,系統(tǒng),設(shè)計
畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）任 務(wù) 書
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設(shè)計（論文）題目：
基于單片機的環(huán)境檢測系統(tǒng)設(shè)計
?
學(xué)生姓名：
專????業(yè)：
所在學(xué)院：
指導(dǎo)教師：
職????稱：
發(fā)任務(wù)書日期：年月日
任務(wù)書填寫要求
1．畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書由指導(dǎo)教師根據(jù)各課題的具體情況填寫，經(jīng)學(xué)生所在專業(yè)的負(fù)責(zé)人審查、系（院）領(lǐng)導(dǎo)簽字后生效。此任務(wù)書應(yīng)在畢業(yè)設(shè)計（論文）開始前一周內(nèi)填好并發(fā)給學(xué)生。
2．任務(wù)書內(nèi)容必須用黑墨水筆工整書寫，不得涂改或潦草書寫；或者按教務(wù)處統(tǒng)一設(shè)計的電子文檔標(biāo)準(zhǔn)格式（可從教務(wù)處網(wǎng)頁上下載）打印，要求正文小4號宋體，1.5倍行距，禁止打印在其它紙上剪貼。
3．任務(wù)書內(nèi)填寫的內(nèi)容，必須和學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文）完成的情況相一致，若有變更，應(yīng)當(dāng)經(jīng)過所在專業(yè)及系（院）主管領(lǐng)導(dǎo)審批后方可重新填寫。
4．任務(wù)書內(nèi)有關(guān)“學(xué)院”、“專業(yè)”等名稱的填寫，應(yīng)寫中文全稱，不能寫數(shù)字代碼。學(xué)生的“學(xué)號”要寫全號，不能只寫最后2位或1位數(shù)字。
5．任務(wù)書內(nèi)“主要參考文獻(xiàn)”的填寫，應(yīng)按照《金陵科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）撰寫規(guī)范》的要求書寫。
?6．有關(guān)年月日等日期的填寫，應(yīng)當(dāng)按照國標(biāo)GB/T 7408—94《數(shù)據(jù)元和交換格式、信息交換、日期和時間表示法》規(guī)定的要求，一律用阿拉伯?dāng)?shù)字書寫。如“2002年4月2日”或“2002-04-02”。
畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）任 務(wù) 書
1．本畢業(yè)設(shè)計（論文）課題應(yīng)達(dá)到的目的：
?
本畢業(yè)設(shè)計課題的主要目的是提高學(xué)生對所學(xué)的基礎(chǔ)理論與綜合應(yīng)用能力，用專業(yè)基本技能分析來解決實際問題，訓(xùn)練初步工藝設(shè)計的能力。根據(jù)機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)的特點，著重地培養(yǎng)以下幾方面能力：
1．調(diào)查研究、中外文獻(xiàn)檢索、閱讀與翻譯的能力；
2．綜合運用基礎(chǔ)理論、專業(yè)理論和知識分析解決實際問題的能力；
3．查閱和使用專業(yè)設(shè)計手冊的能力；
4．設(shè)計、計算與繪圖的能力，包括使用計算機進(jìn)行繪圖的能力；
5．撰寫設(shè)計說明書（論文）的能力。
重點是利用單片機采集環(huán)境的溫度，濕度，光度等采集與控制。
2．本畢業(yè)設(shè)計（論文）課題任務(wù)的內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作要求等）：
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??? 要求：本設(shè)計涉及內(nèi)容較廣，需要學(xué)生較好地電子線路、信號處理、單片機等學(xué)科的內(nèi)容。通過系統(tǒng)研究，掌握產(chǎn)品設(shè)計的基本流程與設(shè)計規(guī)范，通過訓(xùn)練充分激發(fā)作者分析問題、解決問題和綜合應(yīng)用所學(xué)知識的潛能
??? 基于單片機的溫、濕、光度檢測系統(tǒng)將多傳感器系統(tǒng)結(jié)合在一起。利用來自多傳感器的信息，獲得對被測對象的可靠了解，以利于系統(tǒng)做出正確的響應(yīng)、決策和控制，是智能檢測控制系統(tǒng)中需要解決的首要問題。在溫、濕、光度要求嚴(yán)格的場合，利用多傳感技術(shù)可以提高系統(tǒng)的可靠性和精度，亦可以提高系統(tǒng)的時間空間的覆蓋范圍。
畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）任 務(wù) 書
3．對本畢業(yè)設(shè)計（論文）課題成果的要求〔包括圖表、實物等硬件要求〕：
1、電路設(shè)計原理圖；
2、程序源碼；
3、畢業(yè)論文；
4．主要參考文獻(xiàn)：
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1. 李朝青．單片機原理及接口技術(shù)．北京航空航天大學(xué)出版社．2009
2. 李建民．單片機在溫度控制系統(tǒng)中的應(yīng)用.江漢大學(xué)學(xué)報．1996
3. 沈德金，陳粵初．MCS-51系列單片機接口電路與應(yīng)用程序?qū)嵗本┖娇蘸教齑髮W(xué)出版社．1990
4. 童詩白．模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)．高等教育出版社．2001.
5. 劉篤仁，韓保君．傳感器原理及應(yīng)用技術(shù)．機械工業(yè)出版社．2003
6． 胡漢才．單片機原理及接口技術(shù)．清華大學(xué)出版社．1996.
7．趙修良 于LabVIEW 的多路溫、濕、光度測量系統(tǒng)湖南科技學(xué)院學(xué)報 2009
8.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)簡明教程，清華大學(xué)電子學(xué)教研組，楊素行著，北京：高等教育出版社，2005年；
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畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）任 務(wù) 書
5．本畢業(yè)設(shè)計（論文）課題工作進(jìn)度計劃：
2016.2.25-2.16.3.9? 完成開題報告、中英文翻譯、論文大綱
2016.3.19-2016.4.25 提交論文草稿，4月中旬中期檢查
2016.4.26-2016.5.6 提交論文定稿
2016.5.6-2016.5.13 準(zhǔn)備答辯
2016.5.13-2016.5.26 答辯，成績評定，修改完成最終稿
所在專業(yè)審查意見：
?通過?
負(fù)責(zé)人： ??????????? ?2016? 年??? 1 ?月???18 ?日
畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）開 題 報 告
設(shè)計（論文）題目：
基于單片機的環(huán)境檢測系統(tǒng)設(shè)計
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學(xué)生姓名：
專????業(yè)：
所在學(xué)院：
指導(dǎo)教師：
職????稱：
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?年? ?月??日 ?
開題報告填寫要求
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1．開題報告（含“文獻(xiàn)綜述”）作為畢業(yè)設(shè)計（論文）答辯委員會對學(xué)生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。此報告應(yīng)在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下，由學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計（論文）工作前期內(nèi)完成，經(jīng)指導(dǎo)教師簽署意見及所在專業(yè)審查后生效；
2．開題報告內(nèi)容必須用黑墨水筆工整書寫或按教務(wù)處統(tǒng)一設(shè)計的電子文檔標(biāo)準(zhǔn)格式打印，禁止打印在其它紙上后剪貼，完成后應(yīng)及時交給指導(dǎo)教師簽署意見；
3．“文獻(xiàn)綜述”應(yīng)按論文的框架成文，并直接書寫（或打?。┰诒鹃_題報告第一欄目內(nèi)，學(xué)生寫文獻(xiàn)綜述的參考文獻(xiàn)應(yīng)不少于15篇（不包括辭典、手冊）；
4．有關(guān)年月日等日期的填寫，應(yīng)當(dāng)按照國標(biāo)GB/T 7408—94《數(shù)據(jù)元和交換格式、信息交換、日期和時間表示法》規(guī)定的要求，一律用阿拉伯?dāng)?shù)字書寫。如“2004年4月26日”或“2004-04-26”。
5、開題報告（文獻(xiàn)綜述）字體請按宋體、小四號書寫，行間距1.5倍。
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畢 業(yè) 設(shè) 計（論文） 開 題 報 告
1．結(jié)合畢業(yè)設(shè)計（論文）課題情況，根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，每人撰寫不少于1000字左右的文獻(xiàn)綜述：
1.1研究的目的及意義
“國以民為本，民以食為天”，“兵馬未動，糧草先行”，這些都充分說明糧食對國家的重要性。從理論上講國家掌握的糧食越多越好，但從現(xiàn)代經(jīng)濟學(xué)的角度看，國家只要能控制住一定數(shù)量的可以靈活支配、質(zhì)量良好的糧食，既可達(dá)到“備戰(zhàn)備荒”、宏觀調(diào)控的目的，又可節(jié)省資金用于發(fā)展經(jīng)濟。同樣，每個國家的文化和歷史的沉淀，才能顯示出每個國家的風(fēng)范。那些易碰損的檔案，必須放在一個環(huán)境良好的檔案室。在綜合研究國內(nèi)外糧庫和檔案庫管理現(xiàn)狀和發(fā)展的前提下，吸收了國內(nèi)外多種糧庫糧情和檔案室溫濕光度監(jiān)測系統(tǒng)的成功經(jīng)驗后，我們設(shè)計了自己的倉庫溫濕光度監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有可靠性和高性價比，而且操作維修簡便，具有檢測、數(shù)顯等諸多功能。
1.2國內(nèi)外同類研究現(xiàn)狀和趨勢
1.2.1研究現(xiàn)狀
糧庫管理中最重要的問題是監(jiān)測糧堆中的溫濕度變化和環(huán)境光照度的變化。現(xiàn)在，我國在糧倉建設(shè)上己實現(xiàn)規(guī)范化，但是監(jiān)測手段一直未能實現(xiàn)同步現(xiàn)代化。我國許多儲備糧庫和檔案庫每年都因測控設(shè)備的不完善而導(dǎo)致部分糧食和檔案霉變，許多大型儲備糧庫盒檔案庫的測控設(shè)備仍需高價進(jìn)口，因此國家準(zhǔn)備在未來的幾年內(nèi)對全國所有的糧庫和檔案庫進(jìn)行翻新和改造工作，要求規(guī)范糧庫和檔案庫管理，實現(xiàn)糧庫和檔案庫管理現(xiàn)代化。
1.2.2研究趨勢
國內(nèi)外有很多倉庫和檔案庫溫濕光度監(jiān)測系統(tǒng)的方法，主要有以下幾種。
1、基于CAN總線的監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)
基于CAN總線的監(jiān)控系統(tǒng)主要由監(jiān)控計算機和各倉房智能測控節(jié)點構(gòu)成，具體分為通用計算機、USBCAN網(wǎng)絡(luò)適配器、CAN總線網(wǎng)絡(luò)和若干個倉房智能測控節(jié)點。
該系統(tǒng)將完成以AT89C52控制器為中心的數(shù)據(jù)采集與通風(fēng)控制的倉房節(jié)點的設(shè)計，其中最重要的工作是完成倉房溫度測量網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計。由于倉房數(shù)據(jù)采集一般以溫度采集為主，其測量點數(shù)目之多，使溫度測量的難度加大，因此倉房溫度的測量一直是監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵。在設(shè)計中將采用單總線數(shù)字式溫度傳感器DS18B20組成單總線數(shù)字式測溫網(wǎng)絡(luò)，并最大限度的縮短和簡化電纜布局。系統(tǒng)的濕度傳感器選用電容式傳感器，電容式傳感器輸出為0~20mA的電流信號，經(jīng)過250歐電阻轉(zhuǎn)為電壓信號，此信號再經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器TLC1549轉(zhuǎn)化為AT89C52所能采集的串行數(shù)字信號，同時，為減小TLC1549內(nèi)部輸入阻抗的影響，在其輸入端放置了LM158組成的壓隨電路。
2、遠(yuǎn)程溫濕光度測控系統(tǒng)研究
遠(yuǎn)程溫濕光度測控系統(tǒng)主要由溫濕度采集器，溫濕光度測控平臺，控制器，執(zhí)行機構(gòu)，遠(yuǎn)程通訊模塊和控制中心軟件等部分組成，系統(tǒng)采用了總線結(jié)構(gòu)，模塊化設(shè)計，各部分既可獨立工作，又可聯(lián)網(wǎng)工作，組建方便，并具有良好的擴充性。智能型溫濕光度采集器采用國際上先進(jìn)的溫敏，濕敏和光敏元件，傳遞溫濕光度參數(shù)。
1）溫濕光度采集器（信號采集）
2）控制器:接受溫濕光度測控平臺指令，控制執(zhí)行機構(gòu)起停
3）執(zhí)行機構(gòu)
4）測控平臺
5）通訊（鏈路）模塊
6）計算機管理控制中心
3、無線溫、濕、光度倉貯自動測控系統(tǒng)的研究
系統(tǒng)由溫、濕、光度數(shù)據(jù)采集、無線收發(fā)、單片機數(shù)據(jù)接收處理及微機數(shù)據(jù)顯示幾部分組成。數(shù)據(jù)采集發(fā)送部分主要以89C51單片機作為核心主機。系統(tǒng)通訊接口主要包括一個主控芯片AT89C51單片機、一個RS232接口電路芯片MAX232、一個DTMF編解碼電路芯片MT888O、無線調(diào)頻發(fā)射電路和接收電路等DTMF編、解碼采用硬件電路MT8880芯片，它是一種帶呼叫進(jìn)展濾波器的單片雙音多頻收發(fā)器。MT8880有一個標(biāo)準(zhǔn)的微處理器總線接口，可直接與單片機I/O端口連接，CPU通過它控制發(fā)送器和接收器工作，與該接口有關(guān)的是片內(nèi)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移寄存器、控制寄存器和狀態(tài)寄存器。無線收發(fā)電路設(shè)計主要是挪威Nordic公司最新推出的一款數(shù)傳頻段為433MHz的單片無線收發(fā)一體化的nRF401芯片，它將高頻發(fā)射、高頻接收、PLL合成、FSK調(diào)制、FSK解調(diào)和多頻道切換等功能進(jìn)行高度集成，具有性能優(yōu)異、價格低廉和使用方便等特點，nRF401芯片能和串口直接相連，且簡單的單片機I/O輸出可直接控制無線收發(fā)芯片的收發(fā)工作，無線通信系統(tǒng)設(shè)計簡便。
1.3研究內(nèi)容
1、溫濕光度傳感器正從分立組件向集成化、智能化、系統(tǒng)化的方向迅速發(fā)展，為開發(fā)新一代溫濕度測控系統(tǒng)創(chuàng)造了有利條件；
2、在溫濕光度測量系統(tǒng)中普遍采用線性化處理、自動溫度補償和自動校準(zhǔn)濕度等新技術(shù)。
1.4特色與創(chuàng)新
此研究項目采用具有高精度，防干擾等優(yōu)點的傳感器，結(jié)合單片機嵌入式系統(tǒng)技術(shù)，設(shè)計完成的系統(tǒng)具有易攜帶、低功耗等特點，從而克服了傳統(tǒng)溫濕度檢測系統(tǒng)需要復(fù)雜的校準(zhǔn)過程和精度較低的缺點。
1.5研究前景
利用單片機技術(shù)對糧倉和檔案庫進(jìn)行監(jiān)測，用戶可以方便地夠造自己所需要的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，在任何時候把糧倉和檔案庫現(xiàn)場的信息實時地傳到控制室，管理人員不進(jìn)入現(xiàn)場就可以按照所需的溫濕光度要求對糧倉和檔案庫內(nèi)的溫度情況進(jìn)行控制，提高了生產(chǎn)效率，增強了糧倉內(nèi)存儲安全，獲得了糧倉和檔案庫的實時管理，實現(xiàn)自動化。
參考文獻(xiàn)
[1]李朝青．單片機原理及接口技術(shù)．北京航空航天大學(xué)出版社．2009
[2]童詩白，模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)．高等教育出版社．2001
[3]趙修良，于LabVIEW 的多路溫、濕、光度測量系統(tǒng) 湖南科技學(xué)院學(xué)報.2009
[4]沈德金，陳粵初．MCS-51系列單片機接口電路與應(yīng)用程序?qū)嵗本┖娇蘸教齑髮W(xué)出版社．1990
[5]李建民．單片機在溫度控制系統(tǒng)中的應(yīng)用.江漢大學(xué)學(xué)報．1996
[6]劉篤仁，韓保君．傳感器原理及應(yīng)用技術(shù)．機械工業(yè)出版社．2003
[7]李朝青，單片機原理及接口技術(shù)．北京航空航天大學(xué)出版社．2009
[8]胡漢才，單片機原理及接口技術(shù)．清華大學(xué)出版社．1996
[9]李華，孫曉民，李紅青．MCS- 51系列單片機實用接口技術(shù)[M]．北京：北京航空航天大學(xué)出版社.1993
[10]王忠民，微型計算機原理．西安電子科技大學(xué)出版社．2008
[11]李杏春，徐平，李華，趙嘉蔚編．8098單片機原理及實用接口技術(shù)[M]．北京航空航天大學(xué)出版社.1996
[12]模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)簡明教程，清華大學(xué)電子學(xué)教研組，楊素行著，北京：高等教育出版社.2005
[13]數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)，閻石著，北京：高等教育出版社.1997
[14]單片機原理及應(yīng)用，李建忠著，西安：西安電子科技大學(xué).2002
[15]孫建軍，吳太虎 基于電力線通信技術(shù)的遠(yuǎn)程溫、濕、光度數(shù)據(jù)采集.2004
[16]何利民，MCS-51系列單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計系統(tǒng)配置與接口技術(shù)[M]．北京：北京航空航天大學(xué)出版社.2001
畢 業(yè) 設(shè) 計（論文） 開 題 報 告
2．本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）：
2.1課題研究內(nèi)容
1、系統(tǒng)主要單元的選擇：單片機控制模塊的選擇、溫度濕度檢測模塊選擇、光度檢測模塊的選擇、顯示模塊的選擇。
2、主要器件選?。簻囟葌鞲衅鞯倪x取、濕度傳感器的選取、光度傳感器的選取。
3、系統(tǒng)總的程序設(shè)計：讀取溫度數(shù)據(jù)子程序的設(shè)計、數(shù)據(jù)比較程序的設(shè)計數(shù)據(jù)設(shè)置程序的設(shè)計、數(shù)據(jù)顯示電路設(shè)計、控制電路。
2.2課題研究手段
1、查詢相關(guān)的上料和提升機構(gòu)的設(shè)計文獻(xiàn)資料，認(rèn)真做好設(shè)計之前的調(diào)查工作，制定設(shè)計方案并確定最優(yōu)方案。
2、走訪相關(guān)的企業(yè)，近距離的觀察，從而對各部件的設(shè)計有直觀的了解。將理論與實際相結(jié)合，更好地完成設(shè)計。
3、遇到不懂難以解決的問題時，及時和指導(dǎo)老師聯(lián)系，聽取老師的建議，解決問題。
畢 業(yè) 設(shè) 計（論文） 開 題 報 告
指導(dǎo)教師意見：
1．對“文獻(xiàn)綜述”的評語：
從“文獻(xiàn)綜述”的撰寫來看，該同學(xué)對論文的相關(guān)資料進(jìn)行了較多的收集、查閱、整理和總結(jié)，對所要研究的對象及研究步驟有了明確的認(rèn)識。相信通過作者的努力能夠完成本次課題。
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2．對本課題的深度、廣度及工作量的意見和對設(shè)計（論文）結(jié)果的預(yù)測：
本課題是以環(huán)境監(jiān)測為研究對象進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計。有一定的理論深度與廣度，工作量適中，并具有一定的實際意義，通過本課題的研究，能夠使學(xué)生對控制設(shè)計與制造有進(jìn)一步的認(rèn)識提高。
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3.是否同意開題：√ 同意 □ 不同意
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???????????????????????????????????? ??指導(dǎo)教師：??????????????
???????????????????????????????????????? 2016 年?? 03 月?? 08 日
所在專業(yè)審查意見：
同意
???????????????????????????????????????? 負(fù)責(zé)人：??????????????
?????????????????????????????????????????? 2016 年??? 03 月?? 09 日
畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）外 文 參 考 資 料 及 譯 文
譯文題目： Temperature and Humidity Control System
of Smart Home Based on SCM
基于單片機的智能家居溫濕度控制系統(tǒng)
學(xué)生姓名：
?！ I(yè)：
所在學(xué)院：
指導(dǎo)教師：
職 稱：
年 3 月 8 日
Temperature and Humidity Control System of Smart Home Based on SCM
Lihua Deng Electrical Engineering and Renewable Energy School China Three Gorges University Yichang
Tinglong Tang College of computer and information technology China Three Gorges University Yichang
Abstract: Smart Home is one currently hot issues of automatic control research field. In the paper, temperature and humidity control system of smart home was designed based on STC89S52 SCM. SHT10 digital temperature and humidity sensor DB112 was used in the control system design. The temperature and humidity were measured by temperature and humidity sensor. You can set the temperature and humidity limit and lower limit value on the keyboard. If temperature and humidity in the indoor is upper than or lower the set limit, the SCM will drive the corresponding household work and these setting and measurement value can be displayed by LCD.
Keywords: Smart Home; Temperature; Humidity; Control System component; STC89S52 SCM; LCD
I. INTRODUCTION
With the improvement of living standards, higher and higher requirements were requested to living environment. Home environment automation has been becoming a trend of the global home design. The rapid development of science and technology may be provided conditions for the realization of Smart Home. So Smart Home control system has gradually matured. Electronic device performance optimization and lower prices make function of smart home more fully, lower cost and smart home life gradually to the masses. Smart Home control system is to combine a variety of smart home appliances together to form a core component of the perfect whole. Home temperature and humidity control system is essential for smart home control system as a subsystem .
II. SYSTEM FUNCTION DESIGN
The system include: SCM, LCD, keyboard input, temperature and humidity measurements and drivers of the implementation device. System structure is shown in figure 1. Upper and lower limits of temperature and humidity can be modified by keyboard input. LCD shows the measured temperature and humidity. SCM drives corresponding home appliances to act based on the comparison. If the temperature is less than the lower limit of the measured temperature, SCM will drive the air conditioning to work. If the humidity is exceeded the upper limit, SCM will drive the humidifier to work. Output drive signal of SCM parallel port will control switch of appliances through transistor amplification control relay.
III. SYSTEM HARDWARE DESIGN
A. Power Circuit: The system uses STC89S52 microcontroller. Operating voltage range of STC89S52 SCM is from 3.4 to 5.5V and three terminal integrated circuit voltage regulators 1N7805 was used. The regulator can convert 7.5-12V DC input voltage to DC output voltage of 5V .
B. Minimum System of SCM: Minimum system circuit of SCM is shown in Figure 3. Clock circuits and power on reset circuits are to form minimum system of SCM. 12MHz and high stability passive crystal oscillator passive is applied. Capacitors C2, C3 can play a role in frequency tuning and the circuit is 27pF. Capacitor C5 and resistor R3 constitute a power-on reset circuit. When power is on, the capacitor C5 will be charged and then be discharged through resistor R3, the reset of CPU will generate a high pulse .As long as the maintenance time of high level is longer than two machine cycles, CPU can be a normal reset. Buttons S1 and resistor R2 form button reset circuit .
C. Keyboard Input Circuit: When the system inputs the upper and lower limit of temperature and humidity, 0 to 9 needs to be input. At first, we can enter the setup interface and press the setup button, then choose the settings to edit, in the end we press the enter key after we has been choose. Therefore, the system needs 16 keys. If each key access a control line, 16 control lines will be needed. The design will waste a lot I/O port resource of the SCM [4]. To save the SCM resources of I/O port, the system uses 4× 4 determinant keyboard. It only needs 8 I/O ports and port P1 of SCM is used as keyboard input. P1.0-P1.3 will connect the keyboard's four-line determinant line 1-4 line in order. P1.4-P1.7 will connect the keyboard's four columns determinant line 4-1 column in order.The first four column lines are scanned and P1 can be supposed to 0xf0. If any key is pressed, the high four bit of P1 port is not equal to 0 at least one bit, so P1 is not equal to 0xf0, otherwise P1 is equal to 0xf0. But sometimes due to the jitter of keys or interference, it may be judged that any keys are pressed several times. It needs to use technology of Elimination of Jitter and P1 port will be read each time interval of 50MS. If the continuous three values are different, we can think that a key has been pressed. When key is pressed, four rows line are detected and the corresponding row line is 0. So we can judge which button has been pressed. Corresponding relations of the button and the key code is shown in Table 1. Table1. Keys and key code corresponding to the table
D. Liquid Crystal Display Circuit: LCD modules use Chinese character graphics Dot Matrix LCD Module JM12864M of 128× 64 dot matrix character and ST7920 driver. The LCD module can display Chinese characters and graphics, and built-in 8192 Chinese characters (16X16 dots), 128 characters (8X16 lattice) and 64X256 dot matrix display RAM (GDRAM). Data ports D0-D7 is connect with P0 port of SCM. Port P0 of SCM is 8-bit open drain bi-directional I/O port. It is connected with data port of LCD, an external 10K pull up resistor of 8× 10K need. P3.4, P3.5 P3.6 port of SCM are used to control the LCD module and enables E, RS-port, R/W port and deflection device W1 can change the LCD contrast.
E. Actuator drives circuit and temperature and humidity sensor circuit: Since the implementation device is 220V city electric start household appliances, Darlington Arrays ULN2003 of high voltage and high current is used to drive the relay switch. SCM gives commands to household based on measured values exceed the set range. The command will come from the P2.1-P2.7 port output, amplified by the ULN2003 to control the relay switch. Drive circuit is shown in Figure 6. Air conditioners, humidifiers and other household appliances are connected with the right port of the relay. Temperature and humidity sensor use digital temperature and humidity sensor probe DB112 within the package SHT10. Temperature and humidity sensor measures temperature and humidity, if the indoor temperature and humidity than the set upper and lower limits, the SCM will drive the corresponding household work.
IV. SYSTEM SOFTWARE DESIGN
System software is modular design, including the main interface program module and set interface program modules. The control system total flow is shown in Figure 7; the main interface program flow chart is shown in Figure 8. Set the interface program flow chart is shown in Figure 9. Two program modules called a number of small program modules, including the keyboard scanning program module, the temperature and humidity measurement and calculation program modules, liquid crystal display program module and relay driver module.
V. CONCLUSIONS
Temperature and humidity control system of smart home not only can be used as an independent control system, but also can be integrated together with other control systems to form a part of smart home control system based on SCM. The system has been running several independent tests, easy to use and fast response. The automatic control operation mode eliminates the trouble of manual switching devices and achieves a good energy saving effect, so it is a good prospect.
基于單片機的智能家居溫濕度控制系統(tǒng)
鄧?yán)A，電氣工程與可再生能源學(xué)院，中國長江三峽大學(xué)，中國宜昌
唐廷朗，計算機與信息技術(shù)學(xué)院，中國長江三峽大學(xué)，中國宜昌
摘要： 智能家居是目前自動控制研究領(lǐng)域中的一個熱點問題。本論文所述及的溫濕度控制系統(tǒng)是在 STC89S52 單片機的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計的。 在該智能家居自動控制系統(tǒng)的設(shè)計中用到了 SHT10 數(shù)字溫度傳感器和 DB112 濕度傳感器。溫度和濕度分別由溫度和濕度傳感器測得。我們可以在鍵盤上設(shè)置溫度和濕度的檢測范圍以及溫濕度的上下限。如果室內(nèi)的溫度和濕度高于或者低于設(shè)定 值時， 單片機將會驅(qū)動相應(yīng)器件進(jìn)行工作， 這些設(shè)置量和檢測值則可以通過液晶顯示器顯示出來。
關(guān)鍵詞：智能家居；溫度；濕度；控制系統(tǒng)組件；STC89S52 單片機； 液晶顯示器
一．引言
隨著當(dāng)今消費者生活水平的不斷提高，人們對生活環(huán)境的要求也在變得越來越 高?，F(xiàn)如今，家庭環(huán)境的自動化已經(jīng)成為全球家居設(shè)計的一種趨勢?？茖W(xué)技術(shù)的飛速 發(fā)展也為智能家居更好的實現(xiàn)提供了非常有利的條件。因此，智能家居控制系統(tǒng)也正 在逐漸變得成熟。而且，不斷優(yōu)化的電氣性能和逐漸降低的價格也正在使智能家居的 功能變得更加全面，價格變得更加低廉。智能家居生活正在逐步地走向大眾群體。智 能家居控制系統(tǒng)作為一個核心部件與各種智能家電一起構(gòu)成了一個非常完美的整體。 家居溫度和濕度控制系統(tǒng)是智能家居控制系統(tǒng)中一個至關(guān)重要的必備子系統(tǒng)。
二．系統(tǒng)功能設(shè)計
該系統(tǒng)（智能家居自動控制系統(tǒng)）主要包括：單片機，液晶顯示，鍵盤輸入，溫 度和濕度的測量以及電氣設(shè)備驅(qū)動。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。溫度和濕度的上下限可以 通過鍵盤進(jìn)行輸入與修改，而溫濕度測量值則由液晶顯示器予以顯示，單片機則將溫濕度的檢測值與設(shè)定值進(jìn)行比對后驅(qū)動相應(yīng)電器進(jìn)行運作。 如果溫度低于所測溫度的下限值，那么單片機將驅(qū)動空調(diào)工作。如果濕度超過上限值，單片機將驅(qū)動加濕器工作。單片機并行端口輸出的驅(qū)動信號將通過三極管放大控制繼電器來控制電器開關(guān)。
三．系統(tǒng)硬件設(shè)計
A. 電源電路 該智能家居自動控制系統(tǒng)采用了 STC89S52 微控制器。STC89S52 單片機的工作電 壓范圍為 3.4 至 5.5V。此外，還用到了 1N7805 三端集成電路穩(wěn)壓器。該穩(wěn)壓器可將 7.5 -12V 的直流輸入電壓轉(zhuǎn)換為 5V 的直流輸出電壓。
B.單片機最小系統(tǒng)
單片機最小系統(tǒng)電路示于圖 3。時鐘電路和上電復(fù)位電路組成單片機最小系統(tǒng)。 單片機最小系統(tǒng)采用了 12MHz 的高穩(wěn)定性無源晶振振蕩器。容值 27pF 的電容器 C2， C3 起到頻率調(diào)諧作用。電容器 C5 和電阻 R3 構(gòu)成上電復(fù)位電路。電源接通時，電容 器 C5 充電，后經(jīng)電阻 R3 放電，CPU 復(fù)位將會產(chǎn)生一個高脈沖。只要高電平的維持時 間長于兩個機器周期， CPU 就可正常復(fù)位。 按鈕 S1 和電阻 R2 組成按鍵復(fù)位電路 。
C.鍵盤輸入電路
用鍵盤上 0-9 的數(shù)字組合將溫濕度上下限輸入系統(tǒng)。首先我們進(jìn)入設(shè)置界面，然后 按下設(shè)置按鈕，接著選擇設(shè)置編輯，選完后按回車鍵退出。因此系統(tǒng)需要 16 個按鍵。 如果每個按鍵訪問一條控制線，就要用到 16 條控制線，會浪費大量的單片機 I / O 口資源。為節(jié)省 I / O 口資源，本系統(tǒng)將采用 4 × 4 行列式鍵盤，它只需 8 個 I / O 端口和單片機的 P1 口就能實現(xiàn)鍵盤輸入功能。 P1.0- P1.3 口順次連接鍵盤 1- 4 行 的行線。 P1.4 - P1.7 口則依次連接鍵盤 4-1 列的列線。初始狀態(tài)下系統(tǒng)自動掃描鍵盤的四列列線，此時 P1 口值應(yīng)為 0xf0。若有按鍵按 下， P1 口的高 4 位至少有一位不為 0， 所以 P1 口就不等于 0XF0， 否則 P1 口值為 0XF0。 但有時由于鍵盤抖動和干擾，系統(tǒng)無法判別到底是哪何鍵按下以及被按下幾次。因此 須采用消抖技術(shù)，且 P1 口每隔 50MS 讀取一次數(shù)據(jù)。若連續(xù)三個值均不同，我們就可 認(rèn)為有按鍵被按下。按鍵被按下時，系統(tǒng)對四行行線進(jìn)行檢測并讀取相應(yīng)行線的值為 0。這樣我們就可以判定按下的到底是哪個鍵了。
D.液晶顯示電路
液晶顯示模塊采用 128×64 的漢字字符圖形點陣液晶顯示模塊和和 ST7920 驅(qū)動。 液晶顯示模塊可顯示漢字和圖形，且內(nèi)置 8192 個中國漢字（16X16 點陣） ，128 個字 符（8X16 點陣）及 64X256 點陣顯示 RAM（GDRAM） 。數(shù)據(jù)端口 D0-D7 口用于連接單片 機的 P0 口。單片機的 P0 口是 8 位開漏雙向 I/O 口，它與液晶顯示器的數(shù)據(jù)端口相連 接時需外加 8×10K 的 10K 上拉電阻。單片機的 P3.4，P3.5 和 P3.6 端口用于控制液 晶顯示模塊、激活 ERS 端口與 R/W 端口，并且偏轉(zhuǎn)裝置 W1 還可以改變 LCD 的對比度。
E.執(zhí)行器驅(qū)動電路和溫濕度傳感器電路
由于實施設(shè)備是 220V 市電啟動家電，所以，驅(qū)動繼電器開關(guān)是由高電壓和高電 流控制的達(dá)林頓陣列 ULN2003 來驅(qū)動。當(dāng)測量值超出設(shè)定范圍時，單片機就向家電發(fā) 出指令，該指令由 P2.1 - P2.7 口輸出，經(jīng) ULN2003 放大后去控制繼電器開關(guān)。驅(qū)動 電路如圖 6 所示?？照{(diào)、加濕器等家用電器應(yīng)正確連接繼電器的相應(yīng)端口。溫濕度傳 感器采用 STH10 系列的數(shù)字式溫濕度傳感器探頭 DB112 。溫濕度傳感器用于測量溫 度和濕度， 如果室內(nèi)溫度和濕度高于設(shè)定的上下限， 則單片機就驅(qū)動相應(yīng)的家電工作。
四．系統(tǒng)軟件設(shè)計
系統(tǒng)軟件采用模塊化設(shè)計，其中包括主界面程序模塊和接口的設(shè)置程序模塊。該 控制系統(tǒng)的總流程圖如圖 7 所示，主要的接口程序流程圖如圖 8 所示。設(shè)定接口程序 流程圖如圖 9 所示。其中兩個程序模塊調(diào)用到了一些小的子程序模塊，包括鍵盤掃描程序模塊，溫濕度的測量和計算的程序模塊，液晶顯示程序模塊和繼電器驅(qū)動模塊。
五．結(jié)論
智能家居的溫濕度控制系統(tǒng)不僅可以作為一個獨立的控制系統(tǒng)， 而且也可以連同 其他控制系統(tǒng)一起集成基于單片機的智能家居控制系統(tǒng)。 該系統(tǒng)已經(jīng)運行了幾個獨立 的測試，應(yīng)用方便，響應(yīng)迅速。自動控制操作模式消除了手動開關(guān)器件的麻煩，很好 的達(dá)到了高效節(jié)能的目的，所以，智能家居的溫濕度控制系統(tǒng)具有很好的應(yīng)用前景。
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