基于单片机的仓储环境监测系统设计电气自动化专业.docx

目录 基于单片机的仓储环境检测系统设计 2 第一章 绪论 3 1.1 课题背景 3 1.2 课题研究的目的和意义 3 1.3 国内外测温湿技术对比 3 1.4 单片机介绍 4 第二章 系统总体方案设计 4 2.1 系统整体方案设计思路 4 2.2 系统的实现原理 4 2.3 系统的实现方案分析 5 第三章 硬件设计 5 3.1 系统的总体结构 5 3.2 系统硬件设计 13 3.4.1 湿度测量电路 13 3.4.2 下位机接口电路设计 13 3.4.3 上位机接口电路设计 14 3.4.4 无线模块 16 3.4.5 温度检测电路模块 16 第四章 软件设计 17  4.1数据发送部分 17 4.2数据接收部分 19 第五章 软硬件调试 24 第六章 总结与致谢 30 参考文献 31 24 基于单片机的仓储环境检测系统设计 摘要：系统以单片机 STC89C52ＲC 作为控制处理核心，采用芯片 nＲF905 为无线传输模块， HS1100 /HS1101 传感器采集湿度信号，同时运用基于单片机AT89C52的温湿度计，设计了一种无线仓储湿度检测仪。经实验测试表明: 系统湿度检测范围为 10% ＲH ～ 100% ＲH; 精度达 ± 1% ＲH，数据无线传输距离 200 米。设计的系 统符合预期要求，可在仓储日常管理、气象、酒厂等不易布线，且需要实时监测湿度参数的场 合推广应用。 关键词： STC89C52ＲC 单片机; HS1100 /HS1101 传感器; 单片机AT89C52 ; MAX232 通信模块 Design of Ware house Environment Monitoring System Based on SCM Abstract: The system uses the single chip STC89C52RC as the control processing core, adopts the chip nRF905 as the wireless transmission module, HS1100 /HS1101 sensor collects the humidity signal, and uses the thermometer based on the single chip AT89C52 to design a wireless storage humidity detector. The experimental test shows that: the system humidity detection range is 10% RH ~ 100% RH; the accuracy is ± 1% RH, and the data wireless transmission distance is 200 meters. The designed system meets the expected requirements and can be promoted and applied in the daily management of warehouses, weather, wineries, etc., which are difficult to be wired and need to monitor humidity parameters in real time. Keywords: STC89C52RC MCU; HS1100 /HS1101 sensor; MCU AT89C52; MAX232 communication module 第一章 绪论 1.1 课题背景 温湿度是衡量仓库质量的重要指标，为了方便准 确地检测温湿度参数显得至关重要。仓库中传统有线 监控系统存在线路易老化、布线复杂、线路缠绕，在 设备调整时需要重新布线等缺点。尤其是在有 毒有害气体、高温湿、高压等环境，数据采集传输极为 困难。在这种情况下，无线数据采集的优越性就体现出来，凡是不允许布线或布线繁杂的场合都需通 过无线方案来解决。无线数据采集已被广泛的 应用到环境监测、国防军事、工农业控制等许多重要 领域。本文采用短距离无线元件作为数据传输 模块，以 STC89C52ＲC 单片机作为主控模块，构建分布式的无线传感器监测网络，来实现对仓库湿度的 实时监控。 1.2 课题研究的目的和意义 有一个大家都知晓的事那就是有一种我们能直接读取出温湿度的民用温湿度计。但是随着工业迅速的发展，民用温湿度计已经达不到现在工业的要求。而数字温湿度计的出现，使温湿度更加准确，更使温湿度可读，极大的方便了温湿度的读取和测量记录。再配合无线模块，使我们可以更好的控制测量和控制仓储环境 单片机在各个领域的应用广泛，并且单片机的用途也越来越广泛。目前，随着现代工业对测量技术越来越苛刻，进而对单片机的发展越来越收到当代社会的重视。 1.3 国内外测温湿技术对比 实话实说，中国与发达国家相比，我们的温湿度测量技术起步较晚。放眼现在的中国，我国测量技术与其他国外技术之间的差距主要体现在以下几个方面。 1）相关的企业规模小、分散，导致技术力量集中不足，导致技术开发能力薄弱，技术发展受限。 2）当前的中国，国内高精密、高精度的温湿控制系统很多都来自于国外的技术支持。 3） 一些资深的仪器控制，相关算法和控制软件研究的关键技术还依然落后于国外。 但是，改革开放以来，我国的经济发展全国有目共睹。现在的我国的测温湿技术发展的很快，换句话说我们与国外的差距正越来越小。 1.4 单片机介绍 所谓的单片机其实是一种集成电路芯片，也就是后来的发展的单片微型计算机的简称。自4位单片机被美国Intel公司研发出来以来，单片机发展曲中求进的发展过程由第一阶段萌芽（1971-1976）、第二阶段探索（1976-1980）、第三阶段发展（1980-1983）、第四阶段成熟（1983-1986）、第五阶段进步（1986-至今）拼接而成。 单片机是由芯片中的CPU专用处理器开发的。这样的设计容易集成进复杂的并且大体积进入不了的控制设备当中。随着科技实力的发展，大多数的供应链管理功能现在更加强大。除此以外，单片机还有其他更加强大的功能等待着我们去开发，所以我们可以使用单片机来对各种各样的数据进行采集。 本论文所涉及到的单片机包括STC89C52ＲC 单片机; HS1100 /HS1101 传感器; 单片机AT89C52 ; MAX232 通信模块; DS18B20数字温度传感器 STC89C52ＲC 单片机简介： STC89C52RC单片机是新一代高速/低功耗/超强抗干扰的单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机，12时钟/机器周期和6时钟/机器。具有以下标准功能: 8k字节Flash，512字节RAM， 32 位I/O 口线，看门狗定时器，内置4KB EEPROM，MAX810复位电路，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(兼容传统51的5向量2级中断结构)，全双工串行口。另外 STC89C52 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。最高运作频率35MHz，6T/12T可选。 器件参数如下： 1. 增强型8051单片机，6 时钟/机器周期和12 时钟/机器周期可以任意 选择，指令代码完全兼容传统8051.[1] 2. 工作电压:5.5V~3.3V(5V单片机)/3.8V~2.0V(3V 单片机) 3.工作频率范围:0~40MHz，相当于普通8051 的0~80MHz，实际工作 频率可达48MHz 4. 用户应用程序空间为8K字节 5. 片上集成512 字节RAM 6. 通用I/O 口(32 个)，复位后为:P1/P2/P3 是准双向口/弱上拉， P0 口是漏极开路输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为 I/O 口用时，需加上拉电阻。 7. ISP(在系统可编程)/IAP(在应用可编程)，无需专用编程器，无 需专用仿真器，可通过串口(RxD/P3.0,TxD/P3.1)直接下载用户程 序，数秒即可完成一片 8. 具有EEPROM 功能 9. 共3 个16 位定时器/计数器。即定时器T0、T1、T2 10.外部中断4 路，下降沿中断或低电平触发电路，Power Down 模式可 由外部中断低电平触发中断方式唤醒 11. 通用异步串行口(UART)，还可用定时器软件实现多个UART 12. 工作温度范围:-40~+85℃(工业级)/0~75℃(商业级) 13. PDIP封装 HS1100 /HS1101 传感器简介： HS1100 /HS1101 传感器基于独特工艺设计的电容元件，这些相对湿度传感器可以大批量生产，可以应用于办公自动化、车厢内空气质量控制、家电工业控制系统等，在需要湿度补偿的场合他也可以得到很大的应用。它具有全互换性在标准环境下不需校正、全互换性在标准环境下不需校正、可以自动化焊接、搞可靠性和长时间稳定性、专利的固态聚合物结构、可用于线性电压或频率输出回炉，快速反应时间等特点，是我们的不二之选。 需要注意的是： 此电路为典型的555非稳态电路。HS1101/HS1100作为电容变量接在555的TRIG与THRES两引脚上，引脚7用作电阻R4的短路。 等量电容HS1101/HS1100通过R2与R4充电到门限电压(约0.67Vcc)，通过R2放电到触发电平(约0.33Vcc)，然后R4通过引脚7短路到地。传感器由不同的电阻R4与R2充放电，其工作循环可以描述如下: Thigh=C@%RH*(R2+R4)*ln2 Tlow=C@%RH*R2*ln2 F=1/(Thigh+Tlow)=1/(C@%RH*(R4+2*R2)*ln2) 输出循环周期=Thigh*F=R2/(R4+2*R2) 为了使循环时间降低50%，则与R2相比，R4应该非常小，但是不要低于最小值。 电阻R3是为了短路保护，555必须为CMOS。 注释 555电路的非平衡电阻R1是做内部温度补偿，目的是为了引入温度效应，使它与HS1101/HS1100的温度效应相匹配。R1必须象所有的R-C时钟电阻的要求一样，1%的精度，最大的温度效应应该小于100ppm。由于不同型号的555的内部温度补偿有所不同，R1的值必须与特定的芯片相匹配。。为了保证在55%RH的典型湿度值为6660Hz，R2也需要做稍许修正。如下表: 555 R1 R2 TLC555 909K 576 TS555 100nF电容 523 7555 1732K 549 LMC555 1238 562 频率输出典型参数(REFERENCE POINT AT 6660Hz FOR 55%RH/25℃) RH 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Fr 7351 7224 7100 6976 6853 6728 6600 6468 6330 6186 6033 555为典型的CMOS类型。TLC555(RH:百分比相对湿度，F:频率Hz) Polynomial response: 测量误差与寄生电容曲线:应该特别注意减小输出寄生电容。寄生电容会在电路上与传感器并联，造成 输出漂移。 合理安装: HS1101/HS1100经鉴定可以承受符合MIL STD 750规定的所有的焊接。如: 焊接温度与可焊性 高温高湿环境下的寿命@93%RH/60℃ : 1000Hours 波峰焊260℃ + 45℃去离子水洗 低湿储存寿命@RH