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1、精选优质文档-倾情为你奉上梧 州 学 院 课 程 论 文(2014 -2015学年第1学期)题目提交日期： 年 月 日 学生签名：（手写）学 号班级课程编号XZ专业电子信息工程课程名称单片机课程设计任课教师郭慧 硬件设计成绩 分（30分）软件设计成绩 分（20分）设计报告 分（40分）答辩环节 分（10分）成绩评定： 分 任课教师签名： 年 月 日 说 明1、课程论文要有题目、摘要、关键词、正文及参考文献。正文不少于6000字；摘要200字左右；关键词35个；参考文献不少于5篇。2、论文要求自己动手撰写，如发现论文是从网上下载的，或者是抄袭剽窃别人文章的，按作弊处理，本门课程考核成绩计0分。3
2、、课程论文用A4纸双面打印。字体全部用宋体简体，题目要求用小二号字加粗，标题行要求用宋体三号，正文内容要求用小四号字；行距为1,25倍行距；页边距左为3cm、右为2.5cm、上为2.5cm、下为2.5cm。4、论文题目、篇幅、内容等由任课教师提出具体要求。目录摘要（不少于200字，简单介绍作品的工作原理，用途）一、设计任务和要求二、设计的方案的选择与论证 2.1总体电路分析 （含总体电路原理框图和原理介绍）2.2方案论证 （包括选用何种单片机、温度传感器、显示模块等，或者选用什么设计方案，一般列举2-3种，最后选用哪一种，为什么） 三、 单元电路设计 3.1单片机最小系统设计（含单元电路图和原
3、理介绍） 3.2温度采集模块设计 （含单元电路图和原理介绍）3.3显示模块设计（含单元电路图和原理介绍）3.4按键控制模块设计 （含单元电路图和原理介绍）四、软件设计（含设计流程图及说明） 五、系统调试与误差分析（要有数据列表对比，分析原因）六、总结及心得（不少于500字）七、附录 1.主要程序2.元器件明细表3.附图（含整体电路图，PCB板图，作品照片） 八、参考文献（不少于5个）摘要本设计以STC89C52单片机为主控芯片，运用温湿度传感器、光照传感器、无线通信模块，设计了基于温度、湿度和光照强度信息采集的大棚监控系统。系统运用无线通信模块实现数据远距离传输，并将采集到的参数实时显示到远程
4、终端的电脑屏幕上，与此同时能及时根据反馈回来的信息判断是否需要自动灌溉农作物，达到了温室大棚环境参数的实时监测和智能控制灌溉系统的目的。论文首先介绍系统的实现方案和硬件设计，然后介绍各个功能模块的选择和软件设计。本系统采用上位机通信，上位机软件采用VB编程，实现与主机通信、数据处理与显示等功能。经过软件仿真和硬件实验，实现了对大棚温湿度及光照的监测和控制，且监测距离大于200米。关键词：数据采集； 无线通信； 大棚监控系统一.设计任务和要求一级标题，宋体，三号实现24小时的时钟显示、校准、整点报时、闹铃等功能。具体要求：1显示功能：具有“时”、“分”、“秒”的数字显示（“时”从023，分059
5、，秒059）。2.校时功能：当刚接通电源或数字时钟有偏差时，可以通过手动的方式去校时。3.整点报时：当时钟计时到整点时，能进行整点报时。4.闹铃功能：在24小时之内，可以设定定时时间，当数字时钟到定时时间时能进行报时提醒。二 设计的方案的选择与论证2.1 系统的组成二级标题用宋体四号本设计主要包括三个部分，分别是上位机、主机和从机。其中上位机是利用VB编的一个界面，用来实现电脑终端的实时数据显示和远程控制大棚里的设备调节。主机和从机都是以单片机作为主控芯片而展开的外围功能，主机部分是由单片机系统、NRF905无线收发模块、MAX232串口转换电路、1602液晶显示模块电路以及报警模块电路组成。
6、 从机负责采集大棚里的对农作物影响很大的几个因素的数据，实时地反馈到远处的主机，并且能够根据采集到的数据自动地控制大棚里的各种调节开关。因此从机包含有单片机系统、NRF905无线收发电路、12864液晶显示电路、温湿度采集电路、光照采集电路、以及按键电路。系统的功能框图如图2-1所示。单片机按键电路温湿度采集模块光照采集模块NRF905无线模块12864液晶显示模块MAX232串口转换电路单片机报警模块电路1602液晶显示模块NRF90无线收发模块风扇电热灌溉上位机照明每个作品必须要有总体电路原理框图 图2-1 系统组成框图2.2 系统的功能介绍及操作说明本系统中温湿度传感器DHT11采集大棚
7、室内的温度和湿度数据，利用光照传感器BH1750FVT采集大棚室内的光照信息，经过转换后输出数字信号，并能由从机通过无线传输到远处的主机6，主机通过MAX232串口转USB跟终端的上位机通信，获得温室的实时信息，从机能够根据反馈回来的信息进行自动的或者手动的远程控制。要求：1能实时准确地采集并处理所需数据。2能通过无线传输与主机通信。3主机能与上位机通信，并能实时地反映远程传送过来的相关信息。4当温度低于设定值或光照强度低时能够自动打开补光灯；当湿度低于设定值或高于一定温度时能够自动控制灌溉系统进行灌溉。 5能够远程控制从机。6当温度超出设定值的时候能及时地反馈到主机并能发出警报。2.3 系统
8、方案论证2.3.1 主控芯片选择三级标题用宋体小四方案一：采用STC89C52单片机作为主控芯片。STC89C52是一种功耗低、性能好的51内核的CMOS 8位单片机，片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器，不再需要启动像STC89C51那样的VPP编程高压。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得STC89S52在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。方案二：采用ATmega16 AVR单片机，该芯片是一款性能高、功耗低的8位的AVR单片机；它拥有32个8位的通用工作寄存器；当它工作在16MHz的时候，其性能可以达到16MIPS；并且它只需要非易失性
9、程序和数据存储器；两个时钟周期的硬件乘法器；16KB字节的单片机内部可编程的存储空间ATmega16 AVR内核具有丰富的指令集和32 个通用工作寄存器，并且拥有两个可以预分频功能的8位和一个16位。这两种方案都能实现本设计所有的功能，但是方案一的性价比要更高，且考虑到笔者对STC89C52的熟悉程度更高一些，因此这里选择方案一。2.3.2 显示模块的选择目前用得较多的显示设备有数码管、LCD1602、点阵行液晶显示12864，以下给出几种选择方案。方案一：采用数码管。数码管是由8个发光二极管组装在一起而成显示器件，显示位数越多，电路越复杂，占用的I/O口也较多。并且数码管只能显示数字，不能显
10、示字符和汉字。方案二：采用LCD1602。它是一种可以显示2行16个字符的液晶模块，它的显示功能很丰富，可以通过不同的地址编码，既可以显示数字、英文字母的大小写，也可以显示出一般的符号等。1602液晶模块的电路设计非常简单，八个数据线口可以和单片机的I/O口直接相连。方案三：采用点阵液晶显示12864。带中文字库的12864是一种具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式的芯片，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块；其显示分辨率为12864，内置8192个16*16点汉字，和128个16*8点ASCII字符集。利用这个模块灵活的接口方式和方便、简单的操作指令，可以构成全
11、中文人机交互图形界面。综上所述，考虑到本系统只需要显示一般的字符就可以了，所以这里选择价格比较便宜的LCD1602。2.3.3 无线收发模块的选择方案一：利用红外线发射机和红外线接收机实现数据的收发，但红外线收发稳定性较差，易受其它连续光源干扰。方案二：用F05P作为发射模块，J04V作为接收模块，并配合解码芯片PT2262，PT2272完成无线收发模块电路的设计，实现无线数据传输，但电路及编程比较复杂，不易于控制。方案三：采用NRF905单片无线收发器。它由一个集成的频率调制器、一个带有解调器的接收器、一个功率放大器、一个晶体振荡器以及一个调节器组成。硬件集成载波侦听功能，具备地址匹配、收发
12、完成状态指示的功能，它的抗干扰性能强。接收发送功能合一，可实现半双工通信。在配外置鞭状天线通信距离在300米左右。它最明显的特点是性能很稳定，编程开发也比较简单，而且隔墙通信效果好。以上三种方案综合考虑，选择方案三。因为方案三抗干扰性较强，且易于使用，需要的外围元件较少，可以直接与单片机端口通讯，编程也比较容易实现。2.3.4 检测模块的选择由于本系统要进行温度和湿度的检测，所以有以下两个方案选择。方案一：采用单独的温度传感器和湿度传感器测量温度和湿度，这个方案需要两个传感器，电路较为复杂，且不易于控制。方案二：采用集温、湿度于一体的温湿度传感器测量温度和湿度。传感器DHT11是一款常用的温湿
13、度复合传感器，其内部具有已校准的数字信号输出，一般应用专用的温湿度传感技术。本器件使用单总线串行接口，使得系统集成变得非常简易和快捷。综上所述，本课题采用方案二。三、单元电路设计3.1 单片机最小系统设计 主机部分主要由单片机最小系统、MAX232串口转换电路、1602液晶、NRF905无线模块等电路构成，主机部分的电路图如图3-1所示3.2温度采集模块设计 （含单元电路图和原理介绍）3.3显示模块设计（含单元电路图和原理介绍）3.4按键控制模块设计 （含单元电路图和原理介绍）四、软件设计（含设计流程图及说明）主机和从机的程序用C语言编程，主机主要实现接收从机发送过来的数据信息以及发出控制信号
14、，能够显示接收到的数据信息，并与上位机通信，把接收到的数据传给上位机，同时负责把从上位机发出的指令发送到从机。从机主要是采集数据、显示和发送数据，并能根据采集到的信息来自动控制大棚里的调节开关，必要时还可以利用上位机实现远程控制。4.1 主机的程序流程主机的程序流程如图4-1所示。数据是否超过界限值上位机是否发数据或命令蜂鸣器报警向从机发送数据或命令是否是否单片机、1602及NRF905初始化分别与上位机、从机通信，开始接收从机的数据并上传数据至上位机显示数据开始图4-1 主机程序流程图主机上电开始初始化，与从机及上位机通信。主机作为从机和上位机的中转站，一方面接收从机发送过来的数据，并判断是
15、否超限值，如果高于或低于预设定的界限值主机发出警报并显示接收到的数据；另一方面上传数据到上位机显示数据。当需要向远程的从机发送数据或命令时，上位机先发到主机再由主机利用无线模块发送到从机。五、系统调试与误差分析（要有数据列表对比，分析原因）5.1 输出电流测试给电流源上电后，通过按键设定输出电流值，对应通过电流表实际测量的电流值相关数据如表6-1所示。由表可知设定值的线性增大，相关数据也相应增大，但是由于采样电阻和复合达林顿管的放大倍数受温度的影响及测量仪表的精度不够而造成的误差（电流单位：mA）。表5-1 输出电流测试数据表输入电流112050100300700100012001500200
16、0实测电流11.2119.7450100.53107101000120014901980差值0.21-0.2600.5101000-10-20误差(%)1.9-1.300.53.31.400-0.67-1由于没有4位半的数字万用表，用实验室一般的数字万用表进行测量，因此测量的数据有一定的误差，还有就是大电流的时候由于元器件的发热，元器件的参数受到温度的影响也会造成一定的误差，但是这些误差都在允许的误差范围内。绝对误差都是在设定值的5%之内。5.2步进电流测试本系统是采用12位串行D/A作为控制输出电压部分。D/A通过单片机进行程序按键控制输出模拟量，模拟量对采样电阻进行电压控制再通过采样电阻转
17、换为电流，从而形成恒流源。虽然受到环境和系统温度及器件特性的影响，但是步进电流值仍然成线性增大。测量数据如表5-2所示（电流单位：mA）。表5-2 步进电流测试数据表输入电流11121314152021222324实测电流11.2111.8812.8513.8214.7819.6320.521.422.423.4差值0.21-0.12-0.15-0.18-0.22-0.37-0.5-0.6-0.6-0.6误差(%)1.9-1-1.15-1.29-1.47-1.85-2.38-2.72-2.61-2.5此组数据的误差是由于测量仪器的精确度和硬件设计不够完善所带来的，但是都在允许的误差范围之内，所
18、以总的来说还是能满足设计要求。5.3 负载阻值变化测试系统输出不随负载的变化而发生变化。当负载较小时，输出电流能达到2.0A左右。如果采样电阻功率足够并有良好的散热系统，系统输出有望能达到3.0A左右，数据测试表如表5-3所示（电流单位：mA）。表5-3 负载变化测试数据表空载输入电流值1120501003005001000120015002000实测电流值11.2419.6348.6100.53105101000119015001980差值0.24-0.38-1.40.510100-100-20误差(%)2.18-1.9-2.80.53.320-0.830-1负载为1欧输入电流值112050
19、1003005001000120015002000实测电流值11.2619.6248.698.73105101010117014601910差值0.26-0.38-1.4-1.3101010-30-40-90误差(%)2.36-1.9-2.8-1.33.321-2.5-2.67-4.5负载为3欧输入电流值1120501003005001000120015002000实测电流值11.2619.6248.698.4290480980116014501910差值0.26-0.38-1.4-1.6-10-20-20-4050-90误差(%)2.36-1.9-2.8-1.6-3.3-4-2-3.33-3.33-4.5六、总结及心得（不少于500字）七、附录 1.主要程序2.元器件明细表3.附图（含整体电路图，PCB板图，作品照片） 八、参考文献（不少于5个）专心-专注-专业