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智能环境监测器的STM8S设计.rar

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    编号:20180914220237177    类型:共享资源    大小:1.69MB    格式:RAR    上传时间:2018-09-15
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    智能 环境 监测器 STM8S 设计
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    毕业设计报告纸二 ○ 一五 届 毕 业 设 计智能环境监测器的 STM8S 设计学 院:电子与控制工程学院专 业:自动化姓 名:陈巧丽学 号:201132010329指导教师:李刚完成时间:2015 年 6 月 12 号二〇一五年六月毕业设计报告纸摘 要由于全球温室效应越来越严峻,天气的变化也变得越来越让人难以捉摸。常用的天气预报,如手机 APP,电视广播播报预测的天气都是大范围大时间段的,并不能满足人们的小范围实时要求。同时随着人类生活水平的不断提高,人们对生活品质的要求也越来越高。时刻掌握环境的变化,可以方便人们的生活,如穿衣、出行等活动。所以,一个家居的能够实时告诉人们当前的环境温湿度并给与相应提示的智能环境监控器,更是显得尤为重要。本智能环境检测器基于 STM8S 单片机完成,实现了实时显示温度、湿度和时间。采用了温度传感器 DS18B20、湿度传感器 DHT11、时钟芯片 PCF8563 和 LCD 显示屏 FG1267。温度传感器 DS18B20 和湿度传感器 DHT11 采用单总线传输方式,对各传感器电路进行信号采集,对采集到的信号通过软件温湿度算法处理,得出实际环境的温湿度值,当温湿度超出正常环境条件时还可以发出语音报警,同时显示屏上给予湿度情况的提醒;时钟芯片 PCF8563 和 LCD 显示屏 FG1267 采用 I2C 通信方式,可以再显示屏上显示时间;于此同时本监测器自身集成供电系统,供电使用 DC-DC 转换电路,输出可控制的电压、电流,以保证对各部分电路的稳定供电。系统编程以 C 语言为基础,来实现数据采集、处理算法、LCD 屏幕显示、语音报警、控制预留等功能。设计测试完好,测试表明,本系统功能稳定性良好。关键词:I2C 传输协议,单总线传输协议,温度传感器 ,湿度传感器,时钟芯片 ,LCD显示屏 毕业设计报告纸AbstractAs the global warming is getting more and more serious,the weather has become increasingly elusive.The weather forecast, such as the mobile APP and the weather forecast for the TV is the large time period of the large scale,and it can not meet the real-time requirements of people's small range.At the same time along with the continuous improvement of human living standards, people's life quality requirements are becoming higher and higher.Always master the changes in the environment, can facilitate people's life, such as clothes, travel and other activities.So, a home can real-time tell people the current environment temperature and humidity and give the corresponding intelligent environmental monitor, it is particularly important.The intelligent environment detector is based on STM8S MCU,and it can real time display of temperature, humidity and time.The intelligent environment detector contains the temperature sensor DS18B20, humidity sensor DHT11, clock chip PCF8563 and LCD display FG1267.The temperature sensor DS18B20and humidity sensor DHT11 is used the Single bus transmission.The signal of each sensor circuit is collected and the signal of the signal is processed by the software temperature and humidity algorithm, and the temperature and humidity of the actual environment is obtained.When temperature and humidity exceed normal condition, the voice alarm can be issued.At the same time, the screen to give the humidity to remind.Clock chip PCF8563 and LCD display FG1267 I2C communication, you can display time on the display.In this at the same time, the monitor itself integrated power supply system, power supply using the DC-DC conversion circuit , output control voltage and current, in order to ensure stable supply of each part of the circuit.System programming based on C language to achieve data acquisition, processing algorithms, LCD screen display, voice alarm, control reserved and other functions. The design tests are good and the tests show that the system has good functional stability.Keywords: I2C transmission protocol, single bus transmission protocol, temperature sensor, humidity sensor, clock chip, LCD display毕业设计报告纸目录摘 要 .......................................................................2Abstract ....................................................................3第一章 绪论 ................................................................61.1 智能环境检测器设计的意义及发展现状 ...................................61.2 智能环境检测器的设计概述 .............................................61.3 智能环境检测器的设计要求 .............................................71.3.1 硬件要求 .......................................................71.3.2 软件要求 ......................................................71.4 本文的内容和结构 ....................................................71.5 本章小结 ............................................................8第二章 智能环境检测器的总体设计方案 ........................................92.1 智能环境检测器的 C51 设计 ............................................92.2 智能环境检测器的 STM8S 设计 ...........................................92.3 本章小结 ...........................................................10第三章 智能环境检测器系统硬件的设计 .......................................113.1 智能环境检测器的整体设计方案 .......................................113.2 智能环境检测器的电路接口设计 .......................................113.2.1 STM8 控制模块 .................................................113.2.2 传感器模块 ...................................................133.2.3 时钟模块 .....................................................143.2.4 显示模块 .....................................................143.2.5 USB 充电模块 ..................................................153.2.6 蜂鸣器模块 ...................................................163.3 智能环境检测器的硬件实物 ...........................................173.4 本章小结 ...........................................................17第四章 智能环境检测器的系统软件的设计 ......................................184.1 智能环境检测器的软件总体设计思路 ...................................184.2 智能环境检测器的系统程序 ...........................................194.2.1 智能环境检测器的系统主程序设计 ...............................194.2.2 传感器模块设计 ...............................................214.2.3 时钟模块软件开发 .............................................294.2.4 LCD 显示模块设计 ..............................................334.3 智能环境检测器软件调试 .............................................384.3.1 智能环境检测器各分模块的调试 ..................................394.3.2 智能环境检测器整体调试 ........................................404.4 本章小结 ............................................................40第五章 结论与展望 .........................................................425.1 工作总结 ...........................................................425.2 展望未来 ...........................................................42参考文献 ...................................................................43致谢 .......................................................................44附件 .......................................................................45毕业设计报告纸毕业设计报告纸第一章 绪论1.1 智能环境检测器设计的意义及发展现状天气变化是人们日常生活中最关心的问题。环境温湿度的变化对人们的穿衣出行的日常生活习惯息息相关。全球温室效应越来越严峻,天气的变化也变得越来越让人难以捉摸。然而常用的天气预报,如手机 APP,电视广播播报预测的天气都是大范围大时间段的,并不能满足人们的小范围实时要求。因为随着人类生活水平的不断提高,人们对生活品质的要求也越来越高。时刻掌握环境的变化,可以方便人们的生活,如穿衣、出行等活动。所以,一个家居的能够实时告诉人们当前的环境温湿度并给与相应提示的智能天气监控器,更是显得尤为重要。另一方面,现今的环境的污染越来越严重,室外到处尘土飞扬,室内环境也受到了威胁,因此,室内环境监控及改变是是十分必要的,而这个智能家居环境监控仪为改善环境所需的条件打好了基础,监测器可以监测环境的温度湿度变化并发出报警,这为后续的加湿和防潮奠定了基础。近年来智能控制器件—单片机的应用范围逐渐扩展到人们的日常生活,一个以微机应用为主的新技术革命浪潮正在蓬勃兴起 [1]。在日常生活的各种场合,人们经常需要使用温度计,而普通温度计在使用过程中存在诸多不便,如水银温度计的测数据读取方法复杂;指针温度计测量数据不准确,光线不强也难于读数;传统的测温元件热电偶和热电阻测出的一般都是电压,再转换成对应的温度需要较多的外部硬件支持,硬件电路复杂,制作成本较高。本设计的智能数字温度计具有低成本、电路简单、测量的温度一目了然等特点。与此同时,现今淘宝热卖的温度计外观设计主要是以圆形、方形为主,色彩比较明丽,而现代人的房间装修主要以简洁大方为主,而本监测器外观以灰色为主,时尚大方,摆在房间的任意位置都是合适的。1.2 智能环境检测器的设计概述本课题的研究内容是设计并制作一个智能环境监测器,该监测器是以 C 语言为基础,IAR 为平台,STM8S 单片机为核心的,同时采用数字温度传感器 DS18B20 读取温度,DHT11读取湿度,PCF8563 读取时间,SY6982 进行升压,结合软件代码,实现时间、温湿度的实时显示,恢复出厂设置,温度超过上下限报警,温度华氏度同时显示,充电等功能。该设计可以让人们时刻掌握环境的变化,方便人们的生活,如穿衣、出行等活动。这也为今后进一步对室内环境进行改善及控制做好了基础。毕业设计报告纸1.3 智能环境检测器的设计要求1.3.1 硬件要求设计研究出性能可靠,功能稳定,使用方便的硬件控制系统,并打包成产品。使其具有以下功能: 实时显示温度、湿度和时间 当测量温度超过设定温度时,启动报警模块报警 摄氏温度华氏温度切换 RESET 功能键恢复出厂设置 充电功能 按键调整时间 显示湿度程度提醒1.3.2 软件要求要求用户界面美观、交互性好,功能齐全,具有几种基本的控制算法功能,在硬件的基础上完成如下功能: 读取并在显示屏上实时显示温度,精确到小数点后一位 读取并在显示屏上实时显示湿度 读取并在显示屏上实时显示时间,格式为 24 小时制 当显示温度超过软件设定温度时,启动报警模块报警 摄氏温度转换成华氏温度并显示,精确到 0.2℉ 按键调整时间 显示湿度程度提醒1.4 本文的内容和结构 本文的结构可以分为五章:第 1 章绪论,概括了本课题的设计背景及现状;第 2 章设计方案的选取,对设计的初期提出的两种方案进行比较选择;第 3 章控制系统硬件实现,分析了系统的组成和基本工作原理并详细介绍了电路的组成和实现;第 4 章控制系统软件的实现,着重研究了控制算法的软件实现、软件实验平台的结构及相关的技术问题,也是本智能环境监测器的重点研究部分。研究的过程是分模块分别研究,最后在整体进行构造;第 5 章第五章结论,对所做的工作进行总结,并对今后系统的发展与展望提出建议。毕业设计报告纸1.5 本章小结本章主要是介绍了该智能环境监测器的设计背景及意义,同时给出了该智能环境监测器要完成的功能,并对本文的结构进行了说明,是本文的绪论环节。毕业设计报告纸第二章 智能环境检测器的总体设计方案2.1 智能环境检测器的 C51 设计核心控制器采用 AT89C51 单片机,温度和湿度传感器同时采用 DHT11,时钟芯片采用DS1302,显示屏采用 1602,通过单片机的控制可以在 1602 上显示温度及时间,即通过AT89C51 来控制 DHT11、DS1302、1602 完成温度、湿度和时间的实时显示,各元器件采用直插式,这些元器件都是我们平时用过并且已经上手了的,甚至软件方面有直接的代码可以参考 [2-4]。在通信方式的选择上也很单一,都尽可能的选择同一种通信,这样可以减少软件设计中很多不必要的麻烦。但是 1602 显示屏的外观难以满足设计的要求,DHT11 的温度精确度也达不到要求,同时 AT89C51 单片机和 DS1302 时钟芯片也不是公司常用的。而本次设计的大环境是在司,这样的选择在公司采购方面有一定的困难,同时也不利于个人今后在公司的成长。2.2 智能环境检测器的 STM8S 设计考虑以上各种问题,也可以做如下调整:温度传感器采用 DS18B20,湿度传感器采用DHT11,时钟芯片采用 PCF8563[12],核心控制器用 STM8S003K3 单片机 [11],显示屏采用FG16267,报警模块的蜂鸣器采用 D03YA,这样也可以完成设计要求。比较以上两种方案,很容易看出,采用方案二,电路比较简单,资源比较丰富,更符合设计要求,故实际设计中拟采用方案二。在本系统的电路设计方框图如图 2.1 所示,它由三部分组成:①控制部分主芯片采用单片机 STM8S3003K3;②显示部分采用 FG16267 显示屏;③采集部分采用 DS18B20 温度传感器,DHT11 湿度传感器,PCF8563 时钟芯片。在通信方式的选择上也尽量多样化,虽然这样对软件设计来说可能会很麻烦,但是可以通过该智能环境检测器的设计学习到很多的东西。FG16267 显示屏和 PCF8563 时钟芯片与单片机的通信采用 I2C 通信,为了通信的稳定性都采用了 IO 口模拟的 I2C;DS18B20温度传感器和 DHT11 湿度传感器与单片机的通信则采用了单总线通信;蜂鸣器的控制则是选用的普通的 IO 控制。毕业设计报告纸MCU STM80-3K0温 度 传 感 器DS18B20湿 度 传 感 器DHT1 蜂 鸣 器有 源 D03YA显 示 模 块FG1627时 钟 模 块PCF8563晶 振 DT-1432.768KHz图 2.1 电路设计方框图同时本系统也自带充电功能,转压芯片采用 SY8A13,将 USB 端 5V 电压转换成各个模块的工作电压,同时为系统的蓄电池充电,其充电模块框图如图 2.2 所示。系统的蓄电池选择的是 2200mAh,根据系统的功耗,可以连续供电达 200 小时之久。U S B 充 电 模 块I N : 5 V 1 A电 源 模 块1 8 6 5 0 两 节 并联 7 . 4 V转 压 电 路S Y 8 A 1 3O U T : 5 V转 压 电 路S Y 8 A 1 3O U T : 3 . 3 VM C U 5 V蜂 鸣 器 3 . 3 V显 示 屏 3 . 3 V时 钟 芯 片 3 . 3 V温 、 湿 度 5 V图 2.2 充电模块框图2.3 本章小结本章主要对完成系统功能的两种方案进行了选择比较,第一节主要说明方案一,即采用传统的 51 单片机作为主控芯片,第二节主要说明方案二,即采用比较先进的 STM8S作为主控芯片,并给出了最终选择的方案以及选择该方案的优点,这是一个设计开发过程中必须经过的一个过程,在设计开发的初始阶段,也许完成功能的方法有很多个,而我们只需要一个即可,这就需要我们对这几个方案进行比对筛选,并最终确定。
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