.word可编辑.沈阳工学院毕业设计题 目： 基于单片机和LabVIEW的湿度 探测系统设计与实现 院 系： 信息与控制学院 专 业： 测控技术与仪器 班级学号： 10305219 学生姓名： 王宏 指导教师： 耿欣 成 绩： 年 月 日. 专业.专注 .word可编辑.目 录1 方案设计1 1.1 设计任务的要求1 1.2 系统方案设计1 1.3 编程语言与调试环境选择22 系统的硬件设计4 2.1 单片机最小系统电路设计4 2.2 湿度采集电路的设计5 2.2.1 湿度传感器的选择5 2.2.2 DHT11电路的设计6 2.3 串口通信部分电路设计7 2.3.1 串口芯片的选择7 2.3.2 MAX3232电路的设计8 2.4 电源部分电路的设计93 系统的软件设计10 3.1 软件系统总体工作流程10 3.2 湿度采集程序的设计10 3.3 串口通信部分程序12 3.4 LabVIEW程序设计13 3.4.1 实时湿度曲线模块13 3.4.2 参数设置模块14 3.4.3 LabVIEW程序框图设计14参考文献16附录A 硬件原理图17附录B 程序代码18附录C 实物图24. 专业.专注 .word可编辑.1 方案设计1.1 设计任务的要求本设计主要设计一个以湿度传感器，单片机和虚拟仪器为核心设计的一个小型湿度检测系统，该系统的功能如下：现场湿度实时检测并传输，上位机湿度显示，包括实时湿度曲线，具体设计包括，硬件和软件两个部分，硬件设计包括测量电路的设计，单片机与上位机虚拟仪器接口电路的设计；软件设计包括下位机C语言程序设计和上位机LabVIEW程序设计，下位机完成数据测试，上位机完成数据的显示和分析。1.2 系统方案设计本设计的上位机实现部分采用了LabVIEW，LabVIEW是一种开放性的通用程序开发系统，具有强大的数据采集、数据处理、数据分析和仪器控制功能。本设计要实现的功能是构建一个小型的湿度检测系统，既然是湿度检测那自然就有数据采集部分，而在LabVIEW中数据采集的硬件部分的核心是 ( Data Acquisition-DAQ)卡，它和LabVIEW有很好的接口程序，用LabVIEW实现数据采集，就是在LabVIEW中控制各种DAQ卡(或设备)完成特定的功能，不过本设计中采用的湿度传感器本身就是数字信号而且传输的数据也较为简单，所以本设计中下位机和上位机的数据传输是利用单片机对数字信号进行换算处理以后再通过串口传送至PC端的LabVIEW进行实时显示的。所以确定初步的设计思路：湿度传感器采集到特定的湿度数字信号，再利用单片机将这些数字信号按照一定的运算转换成Ascii码形式的湿度值然后通过串口传送至PC端，在PC端的LabVIEW监控界面可以完成对串口参数的设置、平均湿度，最高湿度，最低湿度参数和实时温度曲线的显示以及数据存储等功能。本设计的重点是串口通讯部分，是整个设计的核心部分，串口通信部分是上位机与下位机之间的联系纽带，将二者紧密联系起来，形成一个完整的设计。本次设计中串口通讯主要通过LabVIEW自带的一些串行通信模块就行构建很完成的。本设计实现的湿度检测系统简单实用，灵活性强，实用性高，并且操作简单，易于掌握。1.3 编程语言与调试环境选择本设计过程编译语言采用C语言，编译调试环境采用Keil uVision4。C语言一共有32个关键字和9种控制语句，程序书写非常形式自由，而且大小写要区分。把低级语言的实用性与高级语言的基本结构和语句结合起来。C 语言可以像汇编语言一样对位、字节和地址进行操作，而这三者恰恰就是计算机最基本的工作单元。同时C语言的运算符包含的范围也非常广泛，一共有34种运算符。C语言把赋值、括号、强制类型转换等都作为了运算符处理。这就使C语言的运算类型非常的丰富，表达式的类型也多样化了。如果能灵活得使用各种运算符，就可以实现在其它高级语言中难以实现的运算。C语言的数据类型有：实型、整型、字符型、指针类型、共用体类型、数组类型、结构体类型、共用体类型等。这些都能用来实现各种复杂的数据结构的运算。而且C语言引入了指针概念，这就使程序的效率更高了。C语言提供多种运算符和表达式值的方法，对问题的表达可通过多种途径获得，其程序设计更主动、灵活。它语法限制不太严格，程序设计自由度大，如对整型量与字符型数据及逻辑型数据可以通用等1。C语言描述问题比汇编语言迅速，工作量小、可读性好，易于调试、修改和移植，而代码质量与汇编语言相当。C语言一般只比汇编程序生成的目标代码效率低10%20%。C语言有丰富的数据结构和运算符。包含了各种数据结构，如整型、数组类型、指针类型和联合类型等，用来实现各种数据结构的运算。C语言能直接访问硬件的物理地址，能进行位（bit）操作。兼有高级语言和低级语言的许多优点。它既可用来编写系统软件，又可用来开发应用软件，已成为一种通用程序设计语言。2009年2月发布Keil uVision4，Keil uVision4引入了灵活的窗口管理系统，为使用者提供一个整洁，高效的环境来开发应用程序，开发人员使用Keil uVision4能够同时使用多台监视器，并且提供了视觉上的变化，新的用户界面可以让使用者更好地利用屏幕空间，从而更有效地组织多个窗口。2011年3月ARM公司发布最新集成开发环境RealView MDK开发工具中集成了最新版本的Keil uVision4，其编译器、调试工具实现与ARM器件的最完美匹配。目前使用Keil uVision4的产品有Keil MDK-ARM，Keil C51，Keil C166和Keil C251。最新的Keil uVision4 IDE，旨在提高开发人员的生产力，实现更快，更有效的程序开发。uVision4引入了窗口管理系统，使用方法更为灵活，能够拖放到视图内的任何地方，包括支持多显示器窗口。uVision4在Vision3 IDE的基础上，增加了更多大众化的功能2。1多显示器和灵活的窗口管理系统；2系统浏览器窗口的显示设备外设寄存器信息；3调试还原视图创建并保存多个调试窗口布局；4多项目工作区简化与众多的项目。Keil uVision4开发界面如图1.1所示。图1.1 Keil uVision4开发界面图2 系统的硬件设计系统的硬件部分包括测量电路的设计，单片机与上位机虚拟仪器接口电路的设计，本设计中湿度采集电路的主控芯片采用STC89C52、湿度传感器采用DHT11、单片机与上位机虚拟仪器接口电路部分采用串口通信芯片MAX3232，电源部分电路采用USB直接从PC处取电。下面将对各部分的电路分别介绍。2.1 单片机最小系统电路设计本设计控制系统因为较为简单，没有其他特殊的要求，只需要控制DHT11进行湿度的实时采集后通过串口将数据实时传送至上位机LabVIEW处理即可，本设计选择STC89C52单片机，STC89C52的各个参数大家都很熟悉了，再次就不一一赘述了，本小节讲一下STC89C52最小系统的连接。 VCC ：接+5V电源，供电即可。 GND ：接地即可。XTAL1：单片机上的时钟管脚，是独立的输入和输出反相放大器，它们可以被配置为使用石英晶振的片内振荡器，或者是器件直接由外部时钟驱动。XTAL2：单片机上的时钟管脚，是独立的输入和输出反相放大器，它们可以被配置为使用石英晶振的片内振荡器，或者是器件直接由外部时钟驱动。RST：STC89C52的复位信号输入引脚，当复位引脚RST（第9管脚）出现2个机器周期以上的高电平的时候，单片机就执行复位操作。如果RST持续为高电平，单片机就处于循环复位状态。复位操作使得内部特殊功能寄存器的内容均被设成已知状态。EA：应接高电平，访问内部ROM。STC89C52实物图如图2.1所示。图2.1 STC89C52实物图STC89C52最小系统的原理图如图2.2所示。图2.2 STC89C52最小系统原理图2.2 湿度采集电路的设计2.2.1 湿度传感器的选择本系统是为建立小型的湿度采集平台，所以湿度传感器的挑选至关重要，经过多方资料的查阅和咨询大致确立了以下几种方案：方案一：采用CHR-01湿敏电阻。CHR-01湿敏电阻适用于阻抗型高分子湿度传感器，它的工作电压为交流1V左右，其频率为50Hz2kHz，测量湿度范围为20%90%RH，测量精度5%，工作温度范围为0+85，最高使用温度120，阻抗在60%RH（25）时为30（2140.5）K。采用555时基或RC振荡电路，将湿度传感器等效为阻抗值，测量振荡频率输出，振荡频率在1k Hz左右。方案二：采用HF3223/HTF3223。HF3223/HTF3223采用模块式结构，属于频率输出式集成湿度传感器，相对湿度在0%99%RH范围内，精度为5%，测量的指标和测量的精度比较高，不需要校准就可以达到完全互换性，可靠性和稳定性都比较高，而且响应速度相当快，可以应用于线性电压的输出和线性频率的输出的电路中， HTF3223在HF3223的基础上多了一个温度传感器。HF3223湿度传感模块将湿度信息转化为频率信号，传输给单片机进行分析、处理和控制显示3。方案三：采用DHT11数字温湿度传感器，DHT11是一款采集数据精确且无需校准的数字信号输出的温湿度传感器，它应用了专业的数据量模块采集技术和温度和湿度的传感技术，可靠性相当高，而且数据采集稳定，且使用寿命长。可与一个高性能8位单片机相连接，实现对温湿度数据的实时检测，该产品相当的契合我们本设计中的设计需要。综合比较三种方案，因为本设计是将采集到的数据通过串口传输到上位机部分，所以采用集成式的数字型传感器DHT11，会提高整个系统的运行速度，而且电路设计也较为简单，所以在满足设计要求的情况下，我们选择方案三即DHT11来作为本设计的湿度传感器。2.2.2 DHT11电路的设计本设计中采用的DHT11湿度传感器有四个引脚，包括VCC，GND，DATA，NC，就是除了接+5V电源和地以外只有一个数据口，是单总线数据控制模式的器件，所以其连接的是时候DATA口需要加510K的上拉电阻，其它并无特别的地方。DHT11的主要技术参数：供电电压： 3.35.5V DC输 出： 单总线数字信号测量范围： 湿度20-90%RH， 温度050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： 1%RH/年关于对DHT11的时序控制等会在软件部分详细说明，DHT11的实物图如图2.3所示。 图2.3 DHT11的实物图DHT11的原理图如图2.4所示。图2.4 DHT11原理图 DHT11