环境探测与控制系统设计实验报告

环境信息探测与控制系统

——黑龙江大学2012年电子设计大赛

700实验室

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2012年6月14日

目录

◆1摘要 3 ◆2关键词 3 ◆3绪论 3 ◆4传感器模块功能介绍及程序设计 3

? 4.1DS1302时钟芯片4

● 4.1.1 DS1302 简介 4

● 4.1.2 DS1302各引脚的功能 4

● 4.1.3 DS1302驱动程序 5

? 4.2DHT11温湿度模块8

● 4.2.1 DHT11温湿度模块简介8

● 4.2.2 DHT11温湿度模块各引脚的功能 9

● 4.2.3 DHT11温湿度模块驱动程序 9

? 4.3BH1750光感模块 19

● 4.3.1 BH1750光感模块简介 19

●4.3.2BH1750特点 19

? 4.4 LCD12864液晶屏20

● 4.4.1 LCD12864简介21

● 4.4.2 LCD12864基本特性 21

● 4.4.3 LCD12864引脚说明22 ◆5 设计总结23◆附录一系统流程图24

◆附录二系统电路图25◆附录三原理方框图与实物图26

1 摘要

本系统是以ATmega 16L单片机为主控制器，通过bh1750光感模块，dht11温湿度模块，ds1302时钟芯片，按键将光强，温度，湿度，时间这些模拟量转化为数字量，然后传入单片机中，再通过单片机将传感器出入的数据进行处理，然后再lcd12864液晶屏上显示出来，通过，SYN6288语音模块进行语音播报。本系统可以对周围环境进行检查和控制，可实现人机互动。

2关键词：单片机，传感器，温度，湿度，光感强度。

3绪论：

环境信息探测与控制系统是集时间，周围温度、湿度、光感强度于一体的控制系统，节省了大量资源，将过去需要多个系统测量的数据集合为一体。

本文重点介绍了该系统的设计思路，模块原理及功能，以及模块的使用方法及程序设计。本系统控制灵活、可靠性高、系统维护方便是一款智能化程度更高，性能更完美的环境信息探测控制系统。

4. 传感器模块功能介绍及程序设计

4.1 DS1302时钟芯片

4.1.1 DS1302 简介：

DS1302是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗的实时时钟芯片，附加31字节静态RAM，采用SPI三线接口与CPU进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号和RAM数据。实时时钟可提供秒、分、时、日、星期、月和年，一个月小与31天时可以自动调整，且具有闰年补偿功能。工作电压宽达2.5～5.5V。采用双电源供电（主电源和备用电源），可设置备用电源充电方式，提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力。DS1302的外部引脚分配如图1所示及内部结构如图2所示。DS1302用于数据记录，特别是对某些具有特殊意义的数据点的记录上，能实现数据与出现该数据的时间同时记录，因此广泛应用于测量系统中。

DS1302的外部引脚分配

4.1.2 DS1302各引脚的功能：

Vcc1：主电源；Vcc2：备份电源。当Vcc2>Vcc1+0.2V时，由Vcc2向DS1302供电，当Vcc2< Vcc1时，由Vcc1向DS1302供电。SCLK：串行时钟，输入，控制数据的输入与输出；

I/O：三线接口时的双向数据线；

CE：输入信号，在读、写数据期间，必须为高。该引脚有两个功能：第一，CE开始控制字访问移位寄存器的控制逻辑；

其次，CE提供结束单字节或多字节数据传输的方法。

DS1302的内部结构

4.1.3 DS1302驱动程序：

4.2 DHT11温湿度模块

4.2.1 DHT11温湿度模块简介

DHT11 数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC 测温元件，并与一个高性能8 位单片机相连接。因此该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。每个DHT11 传感器都在极为精确的湿度校验室中进行校准。校准系数以程序的形式储存在OTP 内存中，传感器内部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数。单线制串行接口，使系统集成变得简易快捷。超小的体积、极低的功耗，信号传输距离可达20 米以上，使其成为各类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选则。

4.2.2 DHT11温湿度模块各引脚的功能：

1：接VDD，供电3-5.5VDC。

2：接IO口，串行数据，单总线。

3：NC，空脚，悬空。

4：接GND，接地或电源负极。

4.2.3 DHT11温湿度模块驱动程序

#include

#include

//

typedef unsigned char U8; /* defined for unsigned 8-bits integer variable 无符号8位整型变量 */ typedef signed char S8; /* defined for signed 8-bits integer variable 有符号8位整型变量 */ typedef unsigned int U16; /* defined for unsigned

16-bits integer variable 无符号16位整型变量 */

typedef signed int S16; /* defined for signed 16-bits integer variable 有符号16位整型变量 */ typedef unsigned long U32; /* defined for unsigned 32-bits integer variable 无符号32位整型变量 */ typedef signed long S32; /* defined for signed 32-bits integer variable 有符号32位整型变量 */ typedef float F32; /* single precision floating point variable (32bits) 单精度浮点数（32位长度）*/

typedef double F64; /* double precision floating point variable (64bits) 双精度浮点数（64位长度）*/

//

#define uchar unsigned char

#define uint unsigned int

#define Data_0_time 4

sbit P2_0 = P2^0 ;

U8 U8FLAG,k;

U8 U8count,U8temp;

U8

U8T_data_H,U8T_data_L,U8RH_data_H,U8RH_data_L,U8checkd ata;

U8

U8T_data_H_temp,U8T_data_L_temp,U8RH_data_H_temp,U8RH_ data_L_temp,U8checkdata_temp;

U8 U8comdata;

U8 outdata[5]; //定义发送的字节数

U8 indata[5];

U8 count, count_r=0;

U8 str[5]={"RS232"};

U16 U16temp1,U16temp2;

SendData(U8 *a)

{

outdata[0] = a[0];

outdata[1] = a[1];

outdata[2] = a[2];

outdata[3] = a[3];

outdata[4] = a[4];

count = 1;

SBUF=outdata[0];

}

void Delay(U16 j)

{ U8 i;

for(;j>0;j--)

{

for(i=0;i<27;i++);

}

}

void Delay_10us(void) {

U8 i;

i--;

i--;

i--;

i--;

i--;

i--;

}

void COM(void)

{

U8 i;

for(i=0;i<8;i++)

{

U8FLAG=2;

while((!P2_0)&&U8FLAG++);

Delay_10us();

Delay_10us();

Delay_10us();

U8temp=0;

if(P2_0)U8temp=1;

U8FLAG=2;

while((P2_0)&&U8FLAG++);

//超时则跳出for循环

if(U8FLAG==1)break;

//判断数据位是0还是1

// 如果高电平高过预定0高电平值则数据位为 1

U8comdata<<=1;

U8comdata|=U8temp; //0

}//rof

}

//--------------------------------

//-----湿度读取子程序 ------------

//--------------------------------

//----以下变量均为全局变量--------

//----温度高8位== U8T_data_H------

//----温度低8位== U8T_data_L------

//----湿度高8位== U8RH_data_H-----

//----湿度低8位== U8RH_data_L-----

//----校验 8位 == U8checkdata-----

//----调用相关子程序如下----------

//---- Delay();, Delay_10us();,COM();

//--------------------------------

void RH(void)

{

//主机拉低18ms

P2_0=0;

Delay(180);

P2_0=1;

//总线由上拉电阻拉高主机延时20us

Delay_10us();

Delay_10us();

Delay_10us();

Delay_10us();

//主机设为输入判断从机响应信号

P2_0=1;

//判断从机是否有低电平响应信号如不响应则跳出，响应则向下运行

if(!P2_0) //T !

{

U8FLAG=2;

//判断从机是否发出 80us 的低电平响应信号是否结束

while((!P2_0)&&U8FLAG++);

U8FLAG=2;

//判断从机是否发出 80us 的高电平，如发出则进入数据接收状态

while((P2_0)&&U8FLAG++);

//数据接收状态

COM();

U8RH_data_H_temp=U8comdata;

COM();

U8RH_data_L_temp=U8comdata;

COM();

U8T_data_H_temp=U8comdata;

COM();

U8T_data_L_temp=U8comdata;

COM();

U8checkdata_temp=U8comdata;

P2_0=1;

//数据校验

U8temp=(U8T_data_H_temp+U8T_data_L_temp+U8RH_data_H_te mp+U8RH_data_L_temp);

if(U8temp==U8checkdata_temp)

{

U8RH_data_H=U8RH_data_H_temp;

U8RH_data_L=U8RH_data_L_temp;

U8T_data_H=U8T_data_H_temp;

U8T_data_L=U8T_data_L_temp;

U8checkdata=U8checkdata_temp;

}//fi

}//fi

}

//----------------------------------------------

//main()功能描述: AT89C51 11.0592MHz 串口发

//送温湿度数据,波特率 9600

//----------------------------------------------

void main()

{

U8 i,j;

//uchar str[6]={"RS232"};

/* 系统初始化 */

TMOD = 0x20; //定时器T1使用工作方式2

TH1 = 253; // 设置初值

TL1 = 253;

TR1 = 1; // 开始计时

SCON = 0x50; //工作方式1，波特率9600bps，允许接收ES = 1;

EA = 1; // 打开所以中断

TI = 0;

RI = 0;

SendData(str) ; //发送到串口

Delay(1); //延时100US（12M晶振)

while(1)

{

//------------------------

//调用温湿度读取子程序

RH();

//串口显示程序

//--------------------------

str[0]=U8RH_data_H;

str[1]=U8RH_data_L;

str[2]=U8T_data_H;

str[3]=U8T_data_L;

str[4]=U8checkdata;

SendData(str) ; //发送到串口

//读取模块数据周期不易小于 2S Delay(20000);

}//elihw

}// main

void RSINTR() interrupt 4 using 2 {

U8 InPut3;

if(TI==1) //发送中断

{

TI=0;

if(count!=5) //发送完5位数据

{

SBUF= outdata[count];

count++;

}

}

if(RI==1) //接收中断

{

InPut3=SBUF;

indata[count_r]=InPut3;

count_r++;

RI=0;

if (count_r==5)//接收完4位数据

{

//数据接收完毕处理。

count_r=0;

str[0]=indata[0];

str[1]=indata[1];

str[2]=indata[2];

str[3]=indata[3];

str[4]=indata[4];

P0=0;

}

}

}

4.3 BH1750光感模块

4.3.1 BH1750光感模块简介

BH1750FVI 是一种用于两线式串行总线接口的数字型光强度传感器集成电路。这种集成电路可以根据收集的光线强度数据来调整液晶或者键盘背景灯的亮度。利用它的高分辨率可以探测较大范围的光强度变化。

4.3.2 BH1750特点

1. 支持I2C BUS 接口(f/s Mode Support)。

2. 接近视觉灵敏度的光谱灵敏度特性(峰值灵敏度波长典型

值:560nm)。

3. 输出对应亮度的数字值。

4. 对应广泛的输入光范围(相当于1-65535lx)。

5. 通过降低功率功能,实现低电流化。

6. 通过50Hz/60Hz 除光噪音功能实现稳定的测定

7. 支持1.8V 逻辑输入接口。

8. 无需其他外部件。

9. 光源依赖性弱（白炽灯，荧光灯，卤素灯，白光LED，日光灯）。

10. 有两种可选的I2C slave 地址。

11. 可调的测量结果影响较大的因素为光入口大小。

12. 使用这种功能能计算1.1 lx 到100000 lx 马克斯/分钟的范围。

13. 最小误差变动在±20%。

14. 受红外线影响很小。

VCC DVI

GND

4.4 LCD12864液晶屏