(4)用ALTIUM DESIGNER软件进行PCB设计,并做出实物。
1.2 研究内容与方法
(1)系统整体设计:采用模块化设计的方法,将系统分为几个相对独立的模块,提高系统的实用性和可操作性。
(2)系统硬件设计:包括单片机最小系统,单片机和上位机的通信,显示电路、温湿度测量电路、报警等。
(3)系统软件设计:整个系统的程序编写,单片机与上位机的通讯等。
利用所学的数电模电和单片机的相关知识,搭建整个系统的原理图,力求在实现功能的情况下原理简单明了。器件在选择上面从实际情况出发,追求可靠性高,温湿度传感器精度符合实验要求,工作稳定,同时应尽量的降低是成本。
2. 系统整体设计
本章从系统整体的角度,结合具体需求,在分析了个型号单片机、显示器、传感器之后给出了本次设计的选型方案,并提出了系统的整体组成和工作流程。
2.1 重要部分原件的选择
2.1.1 单片机的选型
一般而言结露试验一次要进行20小时左右,因此要求本系统有较高的稳定性和较强的抗干扰能力。相比较而言,Intel公司的8051单片机,包括8031系列和8051系列是最原始的单片机,性能较低;Microchip公司的PIC单片机运用也十分广泛,它是一种指令精简的单片机,中等的PIC系列只有35条指令,但它的编程比51单片机相对麻烦,不适合新接触单片机的人使用;STC公司在8051内核的基础上推出的单片机指令代码完全兼容,编程简便,具有运行速度快、抗干扰能力强的特点。综合考虑自己的所学知识和能力,选用STC公司的单片机作为微控制器。
2.1.2 显示模块的选择
根据设计需求,显示屏要能有显示数字、字母、字符的功能,常用的显示模块有:LED数码管、点阵式数码管、LCD液晶屏等。LED数码管价格便宜,适合显示数字,但不能显示字母,同时若采用动态扫描的方式与单片机连接,那将会占用较长的时间,影响系统整体运行性能;单色点阵式数码管由8×8发光二极管构成,一般为红色,可用于实现字母、图形、数字、字符的显示,清楚明了,缺点是价格很贵;LCD液晶显示屏可以显示字母、数字、图形,可以用程序编写字符库,这样LCD液晶屏就能显示字符,价格处于点阵式数码管和LED数码管之间。
2.1.3 温湿度传感器的选择
在温湿度传感器的选择上面主要考虑了传感器的精度:相对湿度误差 ,温度误差 ;其次要考虑尺寸要求:传感器与气管的连接,气管直径 ,要同时容纳温湿度传感器。一、分别选用温度和湿度传感器进行测量采集数据的话,精度上面能达到要求但是尺寸很难满足,并且对于电路设计和程序编写都会增加不少麻烦。二、盛世瑞恩的SHT75传感器湿度精度 ,温度精度 ,达到要求。在体积上测量头部 ,符合要求。
综 上所述,本次设计的方案选定为:采用STC公司的89C52RC单片机作为控制器,显示屏选用LCD1602A,温湿度传感器选用盛世瑞恩公司的SHT75传感器。
2.2 系统的组成和工作流程
依据系统的功能实现,对其划分如下功能模块:CPU、显示模块、测量模块、按键控制、报警、通讯,整个系统的构成如下pic所示。
2-1 系统整体
STC89C52RC单片机是整个系统的心脏,接受并处理各种数据,控制和调节各个子模块,是系统完美运行的保障。系统的运行过程为由按键控制预先调整报警的峰值,然后SHT75测量温湿度并将其信号传送至单片机处理,并在显示屏上显示出来。若超过预先设定的峰值,将会报警。单片机与上位机通过RS232进行通讯。
3. 系统的硬件设计
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