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1、 毕业设计（论文） 题 目 基于单片机的粮仓环境监测系统设计 学 院 电子信息学院 专 业 电子信息工程 学生姓名 张证涵 学号 159120607 指导教师 曾建梅 职称 讲师 2019 年 4 月 20 日 学生毕业设计（论文）原创性声明 本人以信誉声明：所呈交的毕业设计（论文）是在导师的指导下进行的设计（研究）工作及取得的成果，设计（论文）中引用他（她）人的文献、数据、图件、资料均已明确标注出，论文中的结论和结果为本人独立完成，不包含他人成果及为获得重庆工程学院或其它教育机构的学位或证书而使用其材料。与我一同工作的同志对本设计（研究）所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。
2、 毕业设计（论文）作者（签字）： 年 月 日重庆工程学院本科生毕业设计 摘 要摘 要随着科学技术的迅速发展，我国粮仓环境监测系统逐渐走向现代化和智能化，但我国大部分仓库仍然在用传统人力监测的方式对粮仓进行管理。针对这个问题，本文设计了一种基于单片机的粮仓环境监测系统，该系统由主控芯片、温湿度传感器、烟雾传感器、LCD1602液晶显示器和蜂鸣器等模块组成。温湿度传感器和烟雾传感器采集粮仓仓内当前温湿度和烟雾浓度，将数据传输到单片机，并在LCD显示屏上进行实时显示。该系统还能设置温湿度的上下限和烟雾浓度的阈值，当温湿度或烟雾浓度超过设定范围时，蜂鸣器报警装置启动，发出报警信号。本设计实现了粮仓仓内
3、温湿度信号和烟雾浓度信号的检测和报警功能，具有实时有效传输的特性，应用于对粮仓的环境进行实时监测，具有一定研究意义。关键词：粮仓 温湿度 烟雾浓度 单片机 重庆工程学院本科生毕业设计 ABSTRACT ABSTRACTWith the rapid development of science and technology, Chinas granary environmental monitoring system is gradually moving towards modernization and intelligence, but most warehouses in China a
4、re still managing granaries by traditional human monitoring methods. To solve this problem, this paper designs a granary environment monitoring system based on single chip microcomputer. The system consists of LCD1602 liquid crystal display, buzzer, temperature and humidity sensor and smoke sensor.
5、The temperature and humidity sensor and smoke sensor detect the temperature and humidity and smoke concentration in the current granary, transmit the data to the singlechip, display the current temperature and humidity and smoke concentration in real time on the LCD display screen, and can set the u
6、pper and lower limits of temperature and humidity and the upper limit of smoke concentration. When the temperature, humidity or smoke concentration exceeds the set range, the buzzer alarm device starts to send out an alarm signal. The design realizes the detection and alarm functions of temperature
7、and humidity signals and smoke concentration signals, has the characteristics of real-time and effective transmission, is applied to real-time monitoring of granary environment, and has certain research significance.Keywords: granary;temperature and humidity;Smoke concentration;single chip microcomp
8、uterII重庆工程学院本科毕业设计 目 录目 录 摘 要IABSTRACTII1 绪 论.11.1 课题研究的背景11.2 国内外发展现状11.3 系统设计开发的意义21.4 本文章节安排22 系统总体设计42.1 功能要求42.2 方案选择42.2.1 单片机的选择42.2.2 显示选择方案52.2.3 传感器选择方案53 系统硬件设计73.1 设计简介73.2 电路工作原理73.2.1 工作原理73.2.2 工作过程83.3 电路控制系统83.3.1 主控电路83.3.2 复位电路93.3.3 晶振电路93.4 显示器模块93.4.1 LCD1602液晶显示器93.4.2 液晶显示模块电
9、路原理113.5 传感器123.5.1 温湿度传感器123.5.2 烟雾传感器133.6 报警模块134 系统软件设计144.1 主程序设计144.2 液晶显示模块设计144.3 传感器模块设计145 系统调试与实践165.1 硬件调试165.1.1 检查电路165.1.2 通电观察165.1.3 静态调试165.1.4 动态调试165.2 软件调试165.2.1 开发环境175.2.2 程序下载175.3 实物演示176 总结与期望196.1 全文总结196.2 期望19参考文献21致 谢22附 录23重庆工程学院本科生毕业设计 1 绪 论 1 绪 论1.1 课题研究背景进入二十一世纪，信息
10、技术、计算机技术、自动化技术在工业领域得到了快速发展和大量应用。人们对粮仓环境的实时检测和研究已经在国内和国外日益成熟和专业。从过去的复杂和繁琐的模拟检测研究的发展演变至目前的智能和简单的数字检测研究。在发展和演变的整个过程中,单片机用作核心控制器以监视和控制在实时环境温度和湿度的系统,其体积比较小,操作简单,方便,广泛的,稳定的和性能可靠,精确的测量值。许多优点是,它在温度和湿度的实时监控显著的优势。在许多工厂中,产品的质量在一定程度上受环境温度和湿度的影响较大，因此,为了保证产品的质量过硬，必须要保持对生产环境温湿度的监测。但是,温度控制和湿度控制,过于粗糙的传统方法不够准确。通过人工测试
11、, 这些手动测试耗时久、劳动强度大、生产效率低、生产成本高。而且依赖人工检测的温度与湿度的参数数据含有较大的误差，无法保证其准确性。目前,STC89C52单片机已应用于当今社会生活的各个方面。可以在工业智能检测和控制,电子仪器,工厂机电设备等中找到它.STC89C52已经得到充分应用,相关产品取得了显着成效。还有许多温度和湿度检测和控制系统的例子。虽然在温度和湿度检测中,为了提高所检测数据的精确程度，很多专家学者采用单总线数字传感器进行信息采集。但近年来人们对产品质量的要求越来越高，人们对它的期望不断提高,从微控制器技术开始。并不断学习和研究,可以为现代工作,研究,学习,生活提供更方便,快捷,
12、舒适的设施也使我们的生活更加数字化和智能化。1.2 国内外发展现状在国外，早在20世纪60年代就有使用粮仓监控系统来保证储粮安全相关方面的研究。霍尼韦尔国际的工程师Hughes等使用氯化锂Dunmore型元素法快速测定小麦面粉的水分，将温湿度传感器插入测量样品中，再由之前建立的等温关系曲线得到样品含水率1。经研究人员测试，在10%15%的含水率范围内，测量精度可达0.2%。1976年美国，William T. Eng发明了适用于粮仓的电子温度监控器，其选用多个硅二极管作为测量元件，按一定的排列方式布置在粮仓内，通过电缆连接到外部监控单元，显示单元可以显示出各点的温度值。该装置还具有自动报警功能
13、，当任何单个传感器达到或超过预先设定的温度值会启动报警功能。在80年代末期，出现了分布式控制系统，开发了计算机数据采集与控制系统的多因素综合控制系统。同时加拿大为了提高本国粮食的经济收益，就借助了CAD计算机来帮助设计管控温度等环境变量，通过智能化分析对各种环境变量参数数据和集中有效的控制处理，使得生产成本降低了。当然，加拿大国家在这方面首当其冲的采用粮仓智能控制的国家，取得了可观的的经济收益，引起了较大的社会影响。成功的尝试和开拓创新在农业科学技术方面使他们在农业中抢先占领了市场鳌头。现阶段，发达国家可以根据粮仓储物的特点，自动控制粮仓内的光照，温度，湿度，气体。之前很长一段时间内，国内相关
14、企业对粮食环境的监测主要依赖于人工实地检验，由操作者使用专用监测装置对现场环境数据进行采集，而且所使用的设备也较为落后，检测精度不高，检测到数据后再采用数学统计方法进行计算，效率低、工作量大2，浪费人力物力，且经常导致错误的报警。后来随着科学技术的发展，大中型粮食储备设备已经慢慢发展成采用单片机通过传感器测量温度和湿度,基于电子设备的自动化检测系统逐渐收到人们的青睐，一方面微机设备可以用科学的方式对粮食工厂的环境状态进行快速高效的数据监测，大大增强了数据获取的速度和计算的精准度；另一方面该种监测方式淘汰了传统人工监测方式，解放了人力劳动，减少了人力成本，使得企业管理和运营更加现代化、智能化，并
15、提高了检测的精确度。1.3 系统设计开发的意义温度和湿度的测量是当今社会生产和生活中十分重要的一部分。可以使用在家庭储物室,货物存放室,生产工厂,大棚和其他地方。而且这些地方都要有相应的温度和湿度,但温度和湿度不易保护,难以控制。为了解决这种情况,有必要制造温度和湿度测量监测系统,该系统必须准确,可靠和实用。日常生活和工作的情况。本文以STC89C52单片机为基础，用以对整个系统进行控制和运算，同时采用DHT11对环境的温度和湿度信息进行采集，采集得到的信号输入至单片机进行处理,从而得到当前时间和温度和湿度数据。显示在LCD 1602 LCD上,准确反映当前环境的温度和湿度随时间的变化是非常有
16、效的。同时,通过设置环境温度的上限和下限以及报警,可以完成升温到设定温度并冷却到设定温度的动作。将该系统应用于控制环境温度无疑是非常好的。在温室栽培,花芽和花卉栽培中,必须保持环境的温度和湿度。因此,必须进行必要的监测,及时了解相关的数控,以便有效地控制这一点。该系统可以及时,有效,快速,准确地反应当前环境温湿度的变化,从而有效监测温度和湿度,满足相关要求。1.4 论文章节安排第1章是绪论,主要介绍了背景和主题的意义，以及本系统的设计原理。 第2章是系统的总体设计,主要介绍了系统的功能要求和各个模块的选择方案。第3章是硬件设计,主要通过4个模块来介绍该系统,分别是基于STC89C52单片机的主
17、控制模块、基于DHT11的信息采集模块、基于LCD1602的显示模块以及危险报警模块。第4章是软件设计,它主要介绍了软件的整个过程的设计。第5章是整个检测系统的实验过程调试和分析,主要包括系统的硬件和软件调试。第6章时结论和展望,主要是对本设计的一个经验和教训总结,还有对本设计的一些不足做出的展望。20重庆工程学院本科生毕业设计 2 系统总体设计 2 系统总体设计2.1 功能要求1.烟雾和温湿度数据分别由烟雾传感器和温度和湿度传感器DHT11,收集并传送到实时单片机。2.单片计算机分析和处理所接收的数据信号,然后发送该电流数据和收集到的温度和湿度到LCD1602显示实时时间的数据。3.显示通过
18、LCD1602液晶显示的温度和湿度值和时间电源后不重置电源断开后再次关闭。4.设定温湿度和湿度的阈值，并完成通过蜂鸣器实现超限报警的功能。5.当粮食工厂发生火灾事故前，监测系统会检测到烟雾浓度超出所设定的阈值，从而触发报警装置发出警报。2.2 方案选择2.2.1 单片机的选择方案1：选择AT89C52芯片，AT89C52来自于America的ATMEL公司，它的技术标准比较先进，指令系统与下面将要谈到的STC89C52芯片一样，为MCS-51指令系统，这种系统广泛被单片机所采用。内置Flash闪存以及8位CPU。AT89C52的主要特点是开发时间短、加密性好，编程简单等，同时，性价比也是该芯片
19、获得市场认可的一个重要原因。AT89C52可以形成最小的单芯片应用系统中,减少系统的尺寸,提高系统的安全性,减少系统价格。如果程序内容低于8KB,则将所有输入输出端口全部提供给开发者。此外，这种单片机的加密性能也比较好，可以对外提供三个加密等级，用户可以基于自身情况进行加密级别设置，从而保证自身数据或者产品的私密性。方案2:STC89C52单片机，该芯片与上述产品一样采用了MCS-51指令系统，且两者可以兼容，但STC89C52有着如下几个特点：STC89C52芯片可直接利用USB借口进行程序加载，软件获取方便，可直接在生产公司官网进行下载。而AT89C52必须采用专用下载器方可进行程序加载。
20、STC单片机执行指令的速度很快,STC芯片的运行速度大约为AT的三倍左右,这对于时间要求较高的电子产品来说已经是很重要的一个特点或者优势。STC89C52单片机使用成本环境没有AT89C52苛刻,在3伏到4伏的电压环境下仍然可以工作。虽然这肯定不是最佳环境,但是这可以使得系统具有较强的适应性。这两个方案的比较,因为在学校的数字电路和单片机原理的研究过程中,C语言编程,结合单片机资源的每一部分,学生可以获得的资源,通过对设计要求的比较,我选择了完成STC89C52系列单芯片微型计算机。该系统采用微控制器STC89C52单片机作为本系统的核心单元。2.2.2 显示选择方案方案1:使用12864液晶
21、显示屏。顾名思义，12864代表它的显示分辨率为128*64，同时这种液晶产品的接口方式也比较丰富，分别可以选择四位、八位并行以及两线、三线串行。12864液晶屏幕的字符库也比较完善，除了中文字符外可以显示ASCII字符，数量分别为所有的国标I级、II级中文字符以及16*8ASCII字符。综上所述，12864液晶屏幕让用户使用起来十分方便，用户体验良好，是一款较为亲民的液晶产品。方案2:选择LCD1602液晶显示屏。这种液晶产品工作环境较为宽松，其在405V至5.5V之间都可以正常工作，当然其标准工作电压为5V，也是最佳工作状态。但其可以在一定程度上接受非标准电压，这对于液晶产品来说意味着具有
22、良好的环境适应性，一定程度上提高了液晶屏的使用寿命。LCD1602A液晶屏的种类也比较丰富，可供用户根据自身需要进行选择，比如显示屏,显示从左至右或从右至左,则显示效果是非常简单的，其他如背光方式、外观等都可以选择。总结:在编写程序方面,两者都比较困难,其原理是相似的,写指令,写管脚,写数据,等等。但是12864液晶产品的耐用性或者说使用范围更加好，其不仅接受较为宽松的电压环境，且显示的内容也更为丰富。但是, 1602的液晶屏也可以满足实物要求。购买的价格便宜,大约十几元。但是12864的液晶屏就算最便宜的几十元。从成本的角度来看,当然,低价的优先级高。那么LCD1602A是最合适的选择。2.
23、2.3 传感器选择方案方案1:使用DS18B20作为粮仓环境监测系统的温度信息采集模块。DS18B20占用空间较小、检测的精度高（12位时精度可以达到0.625摄氏度），在很多行业得到了广泛应用，十分常见，且该产品封装形式不固定，较为多样化，可以根据客户要求进行设计。HS1101湿度传感器也是一种较为常用的信息采集传感器，它的测量范围和测量误差能够满足很多工业条件，在很多行业也得到了广泛使用。这两个传感器分别被作为温度和湿度测量设备来检测工况现场的温度和湿度。且两者之间独立工作，互不影响。传感器通过对周围环境的温度和湿度采集并转换成数字信号信息,然后通过单片机进行处理与分析，将程序编写好,录在
24、单片机里,再处理得到的数据最后使用LCD1602液晶显示器显示出现在环境的温湿度值。方案2:DHT11是一种数字温湿度复合传感器。它也是一个重要的组件,包含校准的数字信号输出,并收集温度和湿度。 DHT11温湿度传感器包括两个组成部件，即电阻湿度传感器和NTC温度传感器，集成这两种元件后所体现出来的有点是功能集成化、整体的功耗比单独采用两种传感器更低、同时与单片机的数据通信速度也较快。DHT11数字温湿度复合传感器的标准化校验也很方便，直接可以在实验室环境下进行快速校验，所确定的校验数据可以通过程序的方式进行存储。基于现代化电子技术的DHT11传感器被广泛应用于暖通、汽车、医疗等行业。通过它,
25、首先收集和处理温度和湿度,而后由单片机STC89C52分析并且处理数据。最后,由单片机将采集数据传输至显示设备进行显示。通过上述两种方案的比较研究和分析,作者发现,尽管方案1是在精确度比方案2高的,则该过程是略微复杂,不适合于大规模生产操作的应用程序。方案1相比,方案2是简单,易于实现,而且更稳定,性价比高。因此,选择第二个选项。重庆工程学院本科生毕业设计 3 系统硬件设计 3 系统硬件设计3.1 系统硬件框图本系统主要包含4个功能模块,分别为信息处理模块,数据采集模块,信息显示模块和紧急报警模块。处理器模块相当于整个系统的大脑,它控制整个系统的运行,让其余模块成为一个整体。本设计中的传感器模
26、块用于更快速准确地检测温度和湿度。 DHT11传感器的数字性已经集成,并且集成了大量的模块,比如模数转换。所以,在实验过程中,传感器模块与处理器模块直接进行数据交互，传感器所采集到的数据参量可以直接通过数据线传送至STC89C52单片机。信息显示模块可以将单片机发出的实时数据进行显示,单片机将采集信息进行相应处理后传输至数据显示模块进行页面展示。紧急报警模块基于设定的阈值对采集信息进行判断，若超出所设定的阈值范围则驱动蜂鸣器进行声音报警。通过检测温湿度和烟雾浓度并设定蜂鸣器报警状态下的参数阈值范围,即设置上限和下限,实现超限报警功能。本系统设计框图如图3.1所示。图3.1 硬件框图3.2 电路
27、工作原理本系统基于功能需求采用模块化设计，首先将传感器采集到的环境数据传输至STC89C52单片机进行信息处理，单片机分析并且处理所获得的数据信号,然后将处理后的数据发送至LCD液晶显示模块。最后判断数据是否超出阈值范围，并决定是否驱动蜂鸣器做出报警动作。3.2.1 工作原理这种设计的硬件和软件的结合。在此设计中,DHT11传感器被用于检测温度和湿度。该传感器是一种新型智能温湿度的传感器,这种产品能够将所检测到的温湿度信号进行转换，即变换成电信号发送给单片机模块,STC89C52 单片机接受来自传感器的数据后进行程序化运算和处理,接着讲数据传输至显示模块通过LCD1602液晶显示器进行展示，最
28、后协调报警模块对采集数据进行判断，若超出正常范围则控制蜂鸣器报警，提醒工作人员做出相应的处理。3.2.2 工作过程监测系统在接通电源的瞬间开始工作，首先进行初始化，即设定相关电路参数。接着温湿度和烟雾浓度传感器对现场工况数据进行采集。单片机与DHT11进行数据通信，接受来自不同传感器所发送的数据参量，同时将采集信号进行必要的处理和判断,并控制显示模块和报警模块做出相应的动作。3.3 电路控制系统在本文所搭建的粮仓环境监测系统中,STC89C52单片机核心模块，承担着CPU的功能，负责对采集信息进行运算，同时控制信息的传输方向。该单片机内置了包含晶体振荡器和电容器的时钟电路，以及集成电容器和电阻
29、器的复位电路。3.3.1 主控电路STC89C52单片机和AT89C52单片机在一定程度上可以兼容，两者的硬件连接差不多。不过，STC89C52单片机相比较而言功能更加强大，通过查阅资料并进行总结分析。STC89C52主要功能如下表3.1所示。表3.1 STC89C52主要功能主要功能特性兼容MCS51指令系统4K可反复擦写Flash ROM32个双向I/O口256x8bit内部RAM3个16位可编程定时/计数器中断时钟频率0-24MHz2个串行中断可编程UART串行通道2个外部中断源共6个中断源2个读写中断口线3级加密位低功耗空闲模式软件设置睡眠和唤醒功能掉电保护方式下，RAM内容被保存，振
30、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STC89C52引脚功能如下表3.2所示。表3.2 STC89C52引脚功能表引脚编号功能描述VCC(Pin40) 电源输入，接5V电源GND(Pin20) 接地线P0口（Pin39Pin32）8位双向I/O口线，名称为P0.0P0.7P1口（Pin1Pin8）8位准双向I/O口线，名称为P1.0P1.7P2口（Pin21Pin28）8位准双向I/O口线，名称为P2.0P2.7 P3口（Pin10Pin17）8位准双向I/O口线，名称为P3.0P3.7XTAL1(Pin19) 片内振荡电路的输入
31、端XTAL2(Pin20) 片内振荡电路的输出端RST/VPP(Pin9) 地址锁存允许信号ALE/PROG(Pin30)外部存储器读选通信号PSEN(Pin29) 外部存储器读选通信号EA/VPP(Pin31) 程序存储器的内外部选通，接低电平从外部程序存储器读指令，如果接高电平则从内部程序存储器读指令最小系统包括单片机及其所需的必要的电源、时钟、复位等部件，能使单片机始终处于正常的运行状态3。电源、时钟等电路是使单片机能运行的必备条件，可以将最小系统作为应用系统的核心部分，通过对其进行存储器扩展、A/D扩展等，使单片机完成较复杂的功能。STC89C52是片内有ROM/EPROM的单片机，因
32、此，这种芯片构成的最小系统简单可靠4。用STC89C52单片机构成最小应用系统时，只要将单片机接上时钟电路和复位电路即可5。3.3.2 复位电路复位电路是单片机中一个非常重要的电路部分,这种电路并不是为用户所指定,而是更重要的是,发生故障或电源关闭后经过系统有它的意义。RST引脚是这种设备的复位端子,并以高频率有效。该微控制器将通过输入至少两个连续的MCU周期的高频输入引脚实现自动复位功能。在应用过程中,约10K一个下拉电阻器可连接在销和VSS端子间。除了上电复位方式之外，本电路系统还提供了更加便捷的手动复位方式，本文所设计的粮仓环境监测系统就采用手动复位方式。3.3.3 晶振电路在几乎所有的
33、单片机电路系统中,晶体振荡器是十分重要且必不可少的一个部件，其承担着作用十分重要。在晶体振荡器的情况下可以完成了单片机的全部指令的执行,因此可以看出晶体振荡器的作用。晶体振荡器的工作原理是在电能和机械能相互转换的过程中使用特殊晶体,产生谐振,可以提供准确稳定的单频率振荡,然后实现提供基本时钟信号的功能。 3.4 显示器模块3.4.1 LCD1602液晶显示器在现实生活中,液晶显示器的应用非常广泛。液晶显示器已经被用作许多电子产品中的组件。在绝大部分电子设备中，显示内容最主要就是文字、数字、符号以及部分专用图形。在基于STC89C52单片机的粮仓环境监测系统中采用LCD1602液晶显示屏的优点如
34、下表3.3所示。表3.3 LCD1602的优点（这不需要列表）液晶显示器的驱动原理是保证颜色和亮度,稳定光线,然后通过阴极射线管显示器(CRT)不断更新新的高光。因此,液晶显示器具有更好的图像质量并且不闪烁当数字液晶显示器连接到单片机系统时,它们之间的接口十分简单容易理解,操作也十分方便液晶显示器通过电极控制液晶分子的状态,从而显示画面在显示器上,并且液晶显示器的重量比具有相同显示区域的传统显示器的重量轻与其他传统显示器对比,液晶显示器消耗相对较小的功率,因为液晶显示器产生的功耗大部分来自其里面的内部电极和其驱动器IC在本文所设计的粮仓环境数据监测系统中,液晶显示器主要呈现工况温度、湿度以及烟
35、雾浓度的数值，其显示容量为32个字符,工作电压大约为5V,工作的电流是2.0毫安。液晶显示器LCD1602可以分别与没有夜光14引脚接口或与有夜光16脚接口时使用。这两个接口都是标准接口。 引脚说明如下表3.4所示6。表3.4 LCD1602的引脚功能表引脚编号功能描述第1脚 VSS为地电源第2脚 VDD接5V正电源第3脚 VL是LCD的对比度调整端子。当电流为正,对比度为最弱,与地面的对比度最高。当对比度过高时,就会发生鬼影现象。使用时,对比度能够通过一个10K的电位器调整第4脚 RS寄存器选择,高电压通常选择数据寄存器,低功耗,选择指令寄存器第5脚R / W的读写信号线,大功率读取操作,低
36、功耗写操作。当RS和R / W一起工作的低功耗,指令或显示地址可以写,当RS低R / W可以读取繁忙信号是高功率。当RS是高,R / W可以写数据时,它是低功率第6脚E终端是启用终端。当E端由高电平变为低功率时,液晶显示模块按命令显示第714脚 D0 D7是一个8位双向数据线第15脚 背光源正极第16脚 背光源负极1602LCD和标准字体列表的内存地址映射液晶显示原理主要基于液晶材料的物理属性，通过电压对液晶屏幕的某个位置或者目标显示区域进行相应的控制，若输入为高电平情况下则液晶屏幕显示相关内容。LCD1602液晶模块内存储了160个不同的点阵字符图形,字符主要包括:英文字母、阿拉伯数字以及其
37、他常用标识符号等。显示模块里为每个符号都设定了一个唯一的代码，通过程序内部调用该标识代码就可以在液晶屏幕中显示出其所代表的图形或符号。LCD液晶显示模块中，“1”代表高电平，意味着显示某个字符；“0”代表低电平，意味着某个字符不进行显示。其中包含了一系列指令用来对液晶模块的动作进行命令。它的读写操作,屏幕和光标的操作编程指令如下表3.5所示(注:1为高,低0)。 表3.5 LCD1602的操作编程指令指令编号功能描述指令1清显示，指令码01H，光标复位到地址00H位置指令2光标复位，光标返回到地址00H指令3光标和显示模式设置 I/D：光标移动方向，高电平右移，低电平左移 。S：屏幕上所有文字
38、是否左移或者右移。高电平表示有效，低电平则无效指令4显示开关控制。D：控制整体显示的开与关，高电平表示开显示，低电平表示关显示。C：控制光标的开与关，高电平表示有光标，低电平表示无光标。B：控制光标是否闪烁，高电平闪烁，低电平不闪烁指令5光标或显示移位 S/C：高电平时移动显示的文字，低电平时移动光指令6功能设置命令 DL：高电平时为4位总线，低电平时为8位总线。 N：低电平时为单行显示，高电平时双行显示。F：低电平时显示5X7的点阵字符，高电平时显示5x10的点阵字符 指令7字符发生器RAM地址设置指令8DDRAM地址设置指令9读出忙信号和光标地址。 BF为忙标志位，高电平表示忙，此时模块不
39、能接收命令或者数据，如果为低电平表示不忙，模块就能接收相应的命令或者数据指令10写数据指令11读数据液晶显示模块为慢速显示设备,因此在执行每个指令之前,确保模块的忙音低,这表明它是不忙,否则命令无效。若要字符进行显示,首先应该输入所要显示字符所对应的地址,通过该地址告诉模块如何进行显示。 3.4.2 液晶显示模块电路原理液晶显示器原理为：首先用两片导电博联放在液晶材料中间，接着在导电材料中间加入驱动电场，这个驱动电场很关键，其所产生的电场效应可以很好地控制光源的透射状态。电源关开状态下不断切换时产生了明暗变化，而液晶屏幕根据明暗变化将要显示的图像进行显示。同时，在玻璃基板上放置配向膜，配向膜也
40、是很关键的部件可以使得玻璃基板与配向膜沟槽偏离九十度。若玻璃基板未加入电场，则光线透过偏光板时就会随着液晶做90度扭转，LCD显示白色；若玻璃基板加入电场情况下，光线通过液晶分子空隙保持原来的方向不变，光线被吸收从而无法透出，LCD显示出黑色。因此LCD是否显示图像主要依据为其玻璃板之间有无电场加入。3.5 传感器温湿度传感器随着科学技术的发展,汽车,空调,除湿机,干衣机等电器已进入了人们的日常生活7。许多这些电气设备的无法从环境因素如温度和湿度的自由。因此,温度和湿度传感器的应用越来越广泛。新一代数字传感器不再需要外部A/D转换器模块,并且有一个标准的接口,这是易于使用,并已被越来越多的使用
41、。作为一种新的单总线数字温湿度传感器DHT11类型,它拥有更大的优势。它可以使系统设计更加简单,更容易控制,也更容易实现。3.5.1 温湿度传感器 引脚介绍如下表3.6所示。表3.6 DHT11的引脚功能表引脚编号功能描述Pin1:(VDD)电源引脚,供电电压为35.5VPin2:(DATA)串行数据,单总线Pin3:(NC)空脚,请悬浮Pin4(VDD)接地端,电源负极DHT11传感器的技术参数如下表3.7所示。表3.7 DHT11传感器的技术参数表供电电压:3.35.5V输出:单总线数字信号测量精度: 湿度5%RH, 温度2分辨率: 湿度1%RH, 温度1互换性: 可完全互换长期稳定性:
42、1%RH/年DHT11传感器模块电路设计DHT11通过STC89C52单片机的P2.0串口来进行数据交互。如果测量电路的测量范围小于二十米，那么必须将一个5K的电阻串联到传感器的Pin2口与电源之间。DHT11传感器与STC89C52系列单片机相连接时,操作相对比较简单易行。单片机的P2.0口用来发收串行数据,即数据口。连接传感器的Pin2(单总线,串行数据)8。 单线制的串行接口,使得系统的集成变得简单、快速。传感器是4针单排引脚封装9,连接方便。DHT11传感器的供电电压为3-5.5V。在传感器上电之后,大概要等 1秒左右,来越过不稳定状态,在这段时间内不需要发送任何指令。 DHT11集成
43、了数字采集技术和温度传感技术，是一款应用广泛的高稳定性和高可靠性数字式温湿度传感器。该传感器主要由NTC温度传感器和电阻式湿度传感器组成,同时可以与STC89C52单片机进行连接。在长期实际使用经验来看，该传感器性价比较高、响应速度较快、抗干扰能力较强，也因此广泛用于各行各业，也取得了不错的应用效果。 DHT11可以在实验室中进行标准化校验，然后将校验数据通过程序存储在OTP存储器中,并且当执行内部处理操作时,传感器自动调用校准系数。3.5.2 烟雾传感器MQ-2型气敏元件具有许多优点如下表3.8所示。表3.8 MQ-2型气敏元件的优点该气敏元件利采用敏感烧结体作为其敏感元件，具有稳定的R 阻
44、值，可以保证长期的工作稳定性该敏感元件采用单电源供电方式，功耗较低，仅为0.7W左右对所测试的气体有极高的灵敏度和信噪比该器件的主要参数如下表3.9所示。表3.9 MQ-2型气敏元件的主要参数表响应时间：Tr10s恢复时间：Tn60s加热电压：V=5+0.2V加热功率：:约0.7W 利用MQ-2型气敏元件可以对环境中的烟雾浓度进行检测，其检测气体可以是甲烷、火焰等。气敏元件通过与空气接触，将气体浓度信息转换成电信号传输给STC89C52单片机，单片机对采集信号进行处理，若浓度值超出设定的阈值范围则发出控制指令，蜂鸣器进行报警，提示工作人员做出反应。3.6 报警模块信息采集模块检测到的数据传输至STC89C52单片机中，单片机对这些数据进行相应的处理并作出判断，如果检测到温度、湿度或者是气体浓度的数值超出设定阈值，则触发蜂鸣器发出声音报警信号。当温度、湿度或者气体浓度都正常时,则蜂鸣器不会被触发。蜂鸣器是具有集成结构的电子发声，使用的是直流电压进行供电，该电压是来源于电源。在现实生活中,蜂鸣器是一种简单方便的声音电子元件，广泛应用于