1、編號：哈爾濱工業大學大一年度項目中期檢查報告項目名稱：基于AVR單片機的溫濕度監測和數據采集系統設計 項目負責人： 孫灜 學號： 1110100407 聯系電話：電子郵箱： sunying_0916院系及專業 電氣學院 測控技術與儀器專業 指導教師： 劉大同 職稱： 講師 聯系電話：電子郵箱 liudatong 院系及專業： 電氣學院 測控技術與儀器專業 哈爾濱工業大學基礎學部制表填表日期： 2012 年 3 月 23 日 一、項目團隊成員（包括項目負責人、按順序）姓名性別所在院學號身份證號本人簽字孫灜男電氣學院111010040723010

2、3199309161610孫灜徐杰伊男電氣學院1110100420360281199302098018徐杰伊楊文宗男電氣學院1110100429640323199410210811楊文宗馬豪凡男電氣學院1110100421410184199110223855馬豪凡孫佳睿男電氣學院1110100409230108199308130216孫佳睿 簽 名： 年 月 日 二、指導教師意見三、項目專家組意見1是否達到中期目標（在內打）：達到中期目標 基本達到中期目標 未達到中期目標2成績評定（在內打）： 合格 改進后可繼續執行不合格，項目實施意見： 提出警告、觀察后再定繼續執行或中止 中止實施3其它意見

3、和建議： 組長簽名： （ 蓋 章 ） 年 月 日20四、項目研究中期報告（一）立項背景（二）項目研究內容及實施方案（三）項目實施的進展情況及初步取得的成果 （四）結題預期目標（五）經費使用情況(一）立項背景溫度、濕度作為最為常見的物理量，而且是系統常需要測量、控制和保持的量。其測量、測試方法和技術是測試領域和儀器學科的重要問題，開展基于AVR單片機結合溫濕度傳感器設計技術的溫濕度測量系統課題研究，能夠有效鍛煉我們的軟、硬件設計和調試等基本能力，具有重要的實用價值和意義。單片機是一種集成在電路芯片，是采用超大規模集成電路技術把具有數據處理能力的中央處理器CPU隨機存儲器RAM、只讀存儲器ROM、

4、多種I/O口和中斷系統、定時器/計時器等功能（可能還包括顯示驅動電路、脈寬調制電路、模擬多路轉換器、A/D轉換器等電路）集成到一塊硅片上構成的一個小而完善的計算機系統。所以單片機在檢測和控制系統中得到廣泛的應用。AVR單片機與51單片機、PIC單片機相比具有一系列的優點：1：在相同的系統時鐘下AVR運行速度最快；2: 芯片內部的Flash、EEPROM、SRAM容量較大；3：所有型號的Flash、EEPROM都可以反復燒寫、全部支持在線編程燒寫(ISP)；4：多種頻率的內部RC振蕩器、上電自動復位、看門狗、啟動延時等功能，零外圍電路也可以工作；5：每個IO口都可以以推換驅動的方式輸出高、低電平

5、，驅動能力強；6：內部資源豐富，一般都集成AD、DA模數器；PWM；SPI、USART、TWI、I2C通信口；豐富的中斷源等。目前支持AVR單片機編譯器的語言主要有匯編語言、C語言、BASIC語言等。其中C編譯器主要有CodeVisionAVR、AVRGCC、IAR、ICCAVR等，C語言編譯器由于它具有功能強大、 運用靈活、代碼小、運行速度快等先天性的優點，使得它在專業程序設計上具有不可代替的地位。數據采集定義通常有兩種解釋：一種是指盤點機、掌上電腦等終端電腦設備；另外一種是指網絡數據采集用的軟件。數據采集系統包括了：可視化的報表定義、審核關系的定義、報表的審批和發布、數據填報、數據預處理、

6、數據評審、綜合查詢統計等功能模塊。通過信息采集網絡化和數字化，擴大數據采集的覆蓋范圍，提高審核工作的全面性、及時性和準確性；最終實現相關業務工作管理現代化、程序規范化、決策科學化，服務網絡化。（二）項目研究內容及實施方案項目研究內容：1 了解單片機溫濕度傳感器及數據采集的概念2 了解基于AVR單片機的溫濕度傳感器的應用范圍及市場前景3 選擇AVR單片機型號及溫濕度傳感器4 單片機控制程序開發5運用傳感器進行數據的采集與處理，整理數據結果，處理相關信息，完成實驗報告。實施方案：1主要通過上網搜索，查閱書籍以及咨詢老師等方法，并以小組為單位展開討論和集體學習。2小組通過社會調查的形式了解社會各行業

7、對基于AVR單片機的傳感器的需求和將來的市場前景。3選擇AVR單片機型號及溫濕度傳感器：以AVR單片機為核心搭建此單元，負責控制數據存儲及數據處理等功能。AVR單片機是一種RISC精簡指令集的高速8位單片機，相對于出現較早也較為成熟的51系列單片機，AVR系列單片機片內資源更為豐富，接口也更為強大，同時由于其價格低等優勢，在很多場合可以替代51系列單片機。AVR單片機的特點比較明顯，可以總結為高速、低功耗、I/O功能強、具有強大的定式/計數器及通訊接口。在設計中我們采用了ATmega16L單片機4 單片機控制程序開發：軟件設計開發工具:AVR STUDIO開發軟件，用于編寫AVR程序，自帶下載

8、功能；5 軟硬件調試6 進行試驗，運用傳感器進行數據的采集與處理7 整理數據結果，處理相關信息，完成實驗報告（三）項目實施的進展情況及初步取得的成果：1 對基礎知識略有了解，進行書籍閱讀與網上查閱。單片機是一種集成在電路芯片，是采用超大規模集成電路技術把具有數據處理能力的中央處理器CPU隨機存儲器RAM、只讀存儲器ROM、多種I/O口和中斷系統、定時器/計時器等功能（可能還包括顯示驅動電路、脈寬調制電路、模擬多路轉換器、A/D轉換器等電路）集成到一塊硅片上構成的一個小而完善的計算機系統。綜上AVR的優點我們以Atmel 公司的Atmega16L 單片機為控制中心，溫度測量使用DS18B20 單

9、總線數字溫度傳感器，及DHT11濕度傳感器并采用1602字符型液晶顯示器作為溫濕度值的顯示輸出。編程使用AVR STUDIO編譯器，該編譯軟件自帶了使用器件庫函數文件，省去了編寫器件驅動程序的步驟，為程序的編寫帶來了極大的方便。2進行了市場調查，如對溫室大棚及糧倉中溫濕度傳感器進行了調查，對其工作原理進行了簡單了解。（ 檔案管理：紙制品對于溫濕度極為敏感，不當的保存會嚴重降低檔案保存年限利用如LTM8901系列+LTM8662+LTM8520即可組成環境監控系統，配上排風機，除濕器，加熱器，即可保持穩定的溫度，避免蟲害，潮濕等問題。 溫室大棚：植物的生長對于溫濕度要求極為嚴格，不當的溫濕度下，

10、植物會停止生長、甚至死亡利用LTM8901C+LTM85202，配合氣體傳感器，光照傳感器等可組成一個數字化大棚溫濕度監控系統，控制農業大棚內的相關參數，從而使大棚的效率達到極致。 動物養殖：各種動物在不同的溫度下會表現出不同的生長狀態，高質高產的目標要依靠適宜的環境來保障。 藥品儲存：根據國家相關要求，藥品保存必須按照相應的溫濕度進行控制。根據最新的GMP認證，對于一般的藥品的溫度存儲范圍為0-30。 煙草行業：煙草原料在發酵過程中需要控制好溫濕度，在現場環境方便的情況下可利用LTM8590等無線溫濕度傳感器監控溫濕度，在環境復雜的現場內，可利用RS-485等數字量傳輸的LTM8901C進行

11、檢測控制煙包的溫濕度，避免發生蟲害，如果操作不當，則會造成原料的大量損失。）3 選擇AVR單片機型號及溫濕度傳感器：（1）選擇ATmega16L單片機PQ1A開發板。（2）DS18B20 數字溫度傳感器：傳統溫度測量系統中，一般選用模擬式溫度傳感器。常用的模擬式溫度傳感器，其中一個共同特點是輸出為模擬量，因此在測量電路中必須經過A/D 轉換才能成為計算機所能處理的數字量。數字式溫度傳感器將非電模擬量轉換到數字信號這一處理過程的多個環節集成在單芯片上，實現了在測量點將溫度值數字化，有效解決了傳統溫度傳感器外圍電路復雜，抗干擾能力差的弊病, 降低了對系統的要求。而且DS18B20是PQ-1A開發板

12、上自帶的溫度傳感器方便簡潔。DS18B20 的測量溫度范圍是- 55+125。該溫度傳感器的輸出溫度數據可與攝氏度校準, 使用查找表或轉換規則就可計算溫度值。為了檢測測量系統的準確性, 進行了溫度測量實驗。由于鉑電阻溫度傳感器的精度高, 穩定性好, 應用溫度范圍廣,因此, 作為一種常用的溫度檢測器, 不僅廣泛用于工業測溫,而且被制成各種標準溫度計。這里, 采用PT1000 作為標準溫度計。將DS18B20 和PT1000 捆綁在一起放入高低溫箱中進行測試, 通過改變高低溫箱的溫度, 待箱中溫度穩定后, 記錄在液晶顯示器上顯示溫度值; 同時用高精度萬用表測PT1000 鉑電阻的具體阻值, 然后根

13、據PT1000 的分度表算出溫度值, 將兩者數值對比即可算出系統的誤差。 (3)DH11濕度傳感器：DHTxx 系列數字溫濕度傳感器是一款含有已校準數字信號輸出的溫濕度復合傳感器。它應用專用的數字模塊采集技術和溫濕度傳感技術，確保產品具有極高的可靠性與卓越的長期穩定性。傳感器包括一個電阻式測濕元件和一個NTC測溫元件，并與一個高性能8位單片機相連接。因此，該產品具有品質卓越、超快響應、抗干擾能力強、性價比極高等優點。每個DHTxx傳感器都在極為精確的濕度校驗室中進行校準。校準系數以程序的形式儲存在 OTP內存中，傳感器內部在檢測信號的處理過程中要調用這些校準系數。單線制串行輸出接口，使系統集成

14、變得簡易快捷。超小的體積、極低的功耗，使其成為各類應用甚至最為苛刻的應用場合的最佳選則。4 硬件電路設計圖及實物連接圖： AVR單片機系統開發板PQ-1A速度：1MIPS/s16K FLASH512字節EEPROM1K SRAMJTAG接口、UART接口、SPI接口I/O直接驅動數碼管、LED、繼電器等功耗低、具有加密功能5 選擇DS18B20同時選擇ICCAVR及AVR STUDIO進行編程及下載關于程序設計：#include <iom16v.h>/包含型號頭文件#include <macros.h>/包含"位"操作頭文件#include <

15、stdio.h>/標準輸入輸出頭文件#include <AVR_PQ1A.h>/包含自定義常量頭文件#include "SMG.C"/包含數碼管顯示函數/*函數名稱: B20_init功 能: 復位DS18B20參 數: 無返回值 : 無/*/void B20_init(void) DDRA|=BIT(DS18B20);/配置為輸出 PORTA&=BIT(DS18B20);/拉低 Delayus(600);/等待600微秒 PORTA|=BIT(DS18B20);/釋放總線 Delayus(60);/等待60微秒 DDRA&=BIT(DS1

16、8B20);/配置為輸入 while(PINA&(BIT(DS18B20);/等待DS18B20拉低 while(!(PINA&(BIT(DS18B20); /等待DS18B20釋放總線/*函數名稱: B20_readB功 能: 讀取一個字節的數據參 數: 無返回值 : retd-返回的一個字節數據/*/uchar B20_readB(void) uchar i,retd=0; for(i=0;i<8;i+) /位計數值 retd>>=1;/右移，準備接受新的數據位 DDRA|=BIT(DS18B20);/配置為輸出 PORTA&=BIT(DS18B2

17、0);/拉低，啟動讀數據位 PORTA|=BIT(DS18B20);/釋放總線 Delayus(5);/等待5微秒 DDRA&=BIT(DS18B20);/配置為輸入，開始讀取數據位 if(PINA&BIT(DS18B20)/該位是否為高 retd|=0x80;/是就將此位置高 Delayus(50);/等待50微秒 return retd;/將讀到的一個字節返回/*函數名稱: B20_writeB功 能: 寫入一個字節的數據參 數: wrd-要寫入的數據返回值 : 無/*/void B20_writeB(uchar wrd) uchar i; for(i=0;i<8;i

18、+) /位計數值 DDRA|=BIT(DS18B20);/配置為輸出 PORTA&=BIT(DS18B20);/拉低，啟動寫數據位 Delayus(1);/等待1微秒 if(wrd&0x01)/此位數據是否為高 PORTA|=BIT(DS18B20);/是高則將單總線拉高 else PORTA&=BIT(DS18B20);/是低則將單總線拉低 Delayus(50);/等待50微秒 PORTA|=BIT(DS18B20);/釋放總線 wrd>>=1;/右移，為寫入新的數據位做準備 Delayus(50);/等待50微秒/*函數名稱: Read_temp功 能

19、: 讀取溫度值參 數: 無返回值 : rettemp-返回的溫度值/*/uint Read_temp(void) uchar templ,temph; uint temp; B20_init(); /初始化，每次寫命令都從初始化開始 B20_writeB(0xcc); /跳過ROM B20_writeB(0x44); /啟動溫度轉換 B20_init(); /初始化，每次寫命令都從初始化開始 B20_writeB(0xcc); /跳過ROM B20_writeB(0xbe); /讀寄存器 templ=B20_readB(); /讀溫度低字節 temph=B20_readB(); /讀溫度高字節 temp=templ+temph*256;/將溫度整理成16位變量 return temp; /返回16位變量/*函數名稱: Num_BCD功 能: 將一個字節的整數轉換成三位BCD碼參 數: num-需要轉換的整數返回值 : chr-三位BCD碼數組指針/*/uchar* Num_BCD(uint num) uchar i,chr3; uchar *rept; rept=&(chr0); /返回指針指向BCD碼數組 for(i=0;i<3;i+) chr2-i=num%10; /對10取余數（其實是求模，但是對于正數，取