基于单片机监控系统

基于单片机监控系统（共12篇）

基于单片机监控系统 篇1

1 当前基于单片机监控系统的缺陷

近些年，基于单片机监控系统大多采用监控电路来提高系统的可靠性，常用的方法是用电压比较器对电源进行监控，用看门狗对软件进行监控。但软件系统常受到干扰而产生下面三种故障：

1) CPU没有按既定程序运行，系统指针跳转到其它指令代码地址处。如果系统发生了这种情况，运用看门狗技术难以察觉，将带来难以预料的事故。

2) CPU没有按既定程序运行，系统指针跳转到非指令代码地址处。此时系统最容易产生死机，出现程序完全失去控制的局面。虽然用看门狗最终可以发现此问题，但是很可能因时间延误或程序执行无法预知操作而产生故障。

3)在多任务监控系统中，其中某一个任务发生死锁，而其它任务仍在不时发出“喂狗”信号，进而导致用看门狗不能感知系统存在的故障。

2 监控中采用在线自跟踪技术的优点

监控系统在线运行过程中，若能够随时将当前程序流程自动记录下来，就有办法将预期的运行路线与之比较，从而及时发现故障，避免程序出现不可预测的死锁。这就像有一辆在公路上行驶的汽车，只要知道该汽车在各个岔路口的走向，就可以描绘出这辆汽车整个的行驶路线，但是难以保证汽车可能会在某条路线上行驶时抛锚。若在重要路段上设置“哨卡”，就能更细致地了解到汽车的行驶情况，一旦出现问题，立即就能知道事故出现的具体路线，及时发现故障和故障发生的位置。实际上，这些“哨卡”就是可以插入流程中的简短程序段，每一个“哨卡”有一个特定的“标志码”以使我们知道程序到底运行到何处。将这些标记按顺序传入监控CPU中，运算后就能知道程序“行驶”的具体路线。

3 应用在线自跟踪技术实现系统监控

这里以并行总线结构的MCS-51系列单片机GMS97C51为例说明，接口电路参见图1。在程序运行的各个路口和重要的操作前后插入“哨卡”，并将“哨卡”在系统程序中均匀分布，用专门的监控CPU实时跟踪，与已预存在监控系统中的正确路线比较，这样监控系统就可以对原系统精确跟踪，及时排除系统软件产生的故障，还可以使系统从产生误操作前的“哨卡”处恢复正常运行。将安插在原来程序的“哨卡”所发出的信号称作“路标码”，监控CPU可以直接从与主系统的接口处得到这些“路标码”。对于并行总线结构的CPU，用锁存器(如74HC273)可以方便地将“路标码”传送给监控CPU。对于片内总线结构的CPU，可以用串口或移位寄存器，甚至单一的I/O口线来传送信号。下面图1为基于单片机在线自跟踪监控系统电路。

在程序正常运行的情况下，只有一种情况能够打破数据结构，即主程序运行过程中出现了中断服务程序。可以在每一个中断服务程序起始后加入一“哨卡”提供其特征码，使监控程序在当前数据区找不到对应的路标码时，能为中断服务程序的跟踪提供一个入口。但监控程序一定要将中断入口前的“路标码”数据库地址压入堆栈。以使中断服务程序结束时能接上前面的“连环套”。

监控CPU每接收到一次被刷新的“路标码”，就将软定时器复位一次，若定时器溢出则表示“路标码”已经有过长时间未被刷新。可认为原系统出现了故障。对于多任务系统，可以设置一个公共时基，在每一次时基定时中断中给每一任务的定时时钟加1，并判断每一任务的时基数是否大于设定的数值，若大于即表示该任务已超过看门狗定时周期，该任务出现了故障需要处理。依此可弥补硬件定时器数量上的不足，也简化了程序。在每一次刷新“路标码”时会将相应任务的时钟寄存器清零，即将软件看门狗复位。

4 在线自跟踪监控系统的完善

主系统在运行过程中发生数据突变或者出现程序在相邻“哨卡”之间的非法跳变，用以上简单的跟踪方式难以察觉，需对监控系统进一步完善。数据突变和非法跳变最终影响的是寄存器的数据值，表现为寄存器数据的改变。监控系统可以通过与主系统的信息交换探知这些寄存器数据的变化。

由于监控系统并不是独立脱离的控制模块，而是与主系统配合设计的，监控系统可预知各个“哨卡”所接收到数据的值，通过比较分析后，根据寄存器内容是否正确，判断主程序是否发生故障及故障发生在那个“哨卡”处，并采取相应的灵活处理，监控系统数据结构也应作相应的改变，在每一“哨卡”数据项中增加了一个字节，作为该“哨卡”传送数据的RAM存放区地址代码。

5 结语

针对当前基于单片机监控系统在抗干扰方面存在缺陷，笔者认为在监控中采用在线自跟踪技术，可以及时发现系统非正常运行状态并采取相应的措施，大大提高了系统运行的可靠性。为此，本文应用在线自跟踪技术进行了监控系统的设计，包括：数据结构设计、程序实现以及系统的进一步完善。

摘要：当前基于单片机监控系统在抗干扰方面存在缺陷, 而在监控中采用在线自跟踪技术, 可以及时发现系统非正常运行状态并采取相应的措施, 大大提高了系统运行的可靠性。

关键词：单片机,监控系统,在线自跟踪

参考文献

[1]高文中, 郭忠义.MCS51单片机监控系统的抗干扰设计[J].石家庄铁道学院学报, 1996.

[2]赵敏.单片机软件抗干扰技术分析[J].福建质量信息, 2008.

[3]王树勋.MCS-51单片机开发系统与监控分析.机械工业出版社, 2008.

[4]惠高潮, 王辉.基于单片机 (7, 4) 循环码编码与译码的研究[J].微计算机信息, 2009.

[5]周吉光, 龚元芳.用于守时系统中的单片机输出监控器的研制[J].天文研究与技术——国家天文台台刊, 2008.

基于单片机监控系统 篇2

摘要：一种基于单片机的传真信息实时监测系统设计方案。介绍三类传真通信的基本原理和规程、调制解调器的选择和运用以及具体的监测流程等。单片机对传真机的收发信息进行实时监测，并将监测到的信息存储在外部FIFO芯片中，及时被计算机等设备读取存档。

关键词：传真 调制解调器 T.30协议

传真通信是利用扫描和光电变换技术，将文字、图片、照片等静止图像由发端经有线或无线信道送往收端，并在收端重现静止图像的通信方式。20世纪70年代以来，由于在公用电话交换网上开放文件传真业务，传真通信得到了大力发展，成为人们传输信息的主要手段之一。随着传真业务的扩大，对传真信息管理的要求随之提高。本系统就是为了便于管理各类传真收发信息而开发的，可实时监测传真机的收发情况，正确记录进出传真机的文档及传真机的工作日志，实现在地域上分离的传真机的集中管理。

本系统主要是针对文件传真三类机的，也可以兼容二类传真机。

1 文件传真三类机的通信协议

文件传真三类机在整个通信过程中遵循ITU-T建议的T.30协议。T.30协议将整个传真通信过程分成五个阶段，描述了如何开始、完成以及结束传真传输的规程。传真通信过程和电话通信过程类似，按照时间段分成的五个阶段如图1所示。

(本网网收集整理)

（1）阶段A――呼叫建立

呼叫建立是通过主叫拨号和被叫应答，在公共电话交换网上建立连接的过程。其过程与电话呼叫基本一致。一次传真呼叫或应答可以人工实现，也可以自动实现。根据主叫站和被叫站所采用人工和自动操作方式的不同组成，T.30协议中规定了相应的四种操作方法。

（2）阶段B――报文前过程

这是传真机在传送报文前作准备工作的过程。该过程包括性能标识、命令发送及可以接收的证实等。为此，文件三类机在该过程中运用了以下两种信号：

命令信号――标识本端传真机工作状态、性能，控制对方传真机的工作状态等。

响应信号――用于对命令信号进行回答，将接收到命令后的传真机工作状态通知对方。

所有的命令信号与响应信号都由二进制信号构成，二进制信号的HDLC帧格式如图2所示，帧结构的传真控制字段FCF中传送的就是命令信号与响应信号。

（3）阶段C――报文中过程和报文传输

报文传输是传输报文的阶段。这了确保传输质量，在该阶段还同时安排了报文中过程，由它控制该阶段的全部信号，例如报文中的`同步信号、差错检测和纠正、线路监测等。

（4）阶段D――报文后过程

报文后过程是报文后的处理阶段。发端发完报文后告诉收端报文传输结束，收端则向发端报告收信结果，并等待发端命令，决定下一步如何处理。为此，在该阶段使用了报文结束信号、证实信号、多页信号、传真结束信号等。

（5）阶段E――呼叫释放

呼叫释放由人工或自动实现，并将电话线路由传真机收发方式切换到电话机通信方式。

2 系统硬件设计

系统设计的关键在于Modem芯片的选择。本系统采用的Modem芯片是Rockwell公司生产的R144EFX芯片。R144EFX芯片除具有一般调制解调器具备的短训练序列选项、HDLC编解帧功能、话音方式发送/接受等优点外，还具有其他特点。它不仅可以满足ITU-T建议V.33、V.17、V.27ter、V.21的信道2、T.3、T.4所规定的技术要求及T.30所规定的二进制信号方式外，还可以工作在更多速率下，如14400、1、9600、4800、2400、300bps。R144EFX属于智能芯片，它自带一个数字调频（FSK）信号检测器，可以在高速报文状态下自动检测FSK信号；三个可编程的单音信号检测器；一个双音多频信号检测器，可以检测到主叫方的电话号码。R144EFX的硬件接口如图3所示。

R144EFX的软件接口通过DSP内部接口存储器实现，DSP由双端口接口存储器与主处理器相连。DSP中的接口存储器由32个8位寄存器（分别标为寄存器00～1F）组成，主处理器和DSP能对每个寄存器进行读/写操作。主处理器通过设置DSP接口存储器的控制位以及通过DSP接口存储器将参数写入DSP RAM来控制Modem的操作。另一方面，主处理器靠读取DSP接口存

储器中的状态位以及通过接口存储器读取DSP RAM中的参数值来监测Modem的工作。当CS有效时，5根寄存器选择信号线RS0～RS4用来寻址被选通DSP接口存储器中的接口寄存器。

3 系统软件设计

本系统因为是监测传真信息，所以无需按照完全的T.30协议工作，可以相应地简化传真各阶段的流程。

（1）阶段A的监测

一种方法通过监测传真机对应电话线上的电压来判断传真机是否处于摘机状态，可以用硬件实现。另一种方法是直接进入阶段B查询，查询不到报文前的二进制信号则等待。本系统采取第二种方法，以便降低硬件的复杂度。

（2）阶段B的监测

本系统监测阶段B中的命令和响应信号有：

数字命令信号DCS，该信号由主叫方向被叫方发送，表明主叫方将进入发送机工作状态，将向被叫方发送文件，并命令被叫方进入接收机工作状态。

可以接收的证实信号CFR，该信号由接收机发向发送机，证实全部报文前过程已完成，通知发送机可以开始发送报文，进入阶段C流程。

监测到DCS二进制信号后，需要记录DCS信号的FIF信息字段。此字段表明了设备的兼容性、数据信号速率、扫描线密度、记录纸尺寸、最小扫描时间等，用来决定阶段C过程中的Modem芯片接收模式。

（3）阶段C的监测

将Modem设置为阶段B过程中监测到的信息传输模式，开始接收传真数据并写入片外的FIFO芯片，接收到一个传真数据后需判断T.3协议流程是否进入阶段D。

（4）阶段D的监测

阶段D中的信号与阶段B中的信号模式相同，本系统中监测的命令和响应信号有：

多页信号MPS，该信号表示一页文件已经送完，在收到收方的证实信号后回到阶段C的起点，开始传送下一页文件。

报文结束信号EOM，该信号表示一页文件已经送完，并转回到阶段B的起点。

（5）阶段E的监测

进入阶段E后，系统无需再对本次传真过程监测，可以直接进入下次传真监测的起点等待传真信息的到来。

具体实现时，程序流程见图4。

基于单片机的远程控制系统 篇3

[关键词]P89LPC922；UART；RS-485；远程控制；ICP

引言

随着数控技术的飞速发展，基于单片机的控制系统也日益复杂。但在一些要求响应快，实时性强、控制量多的应用场合，由单个单片机构成的系统往往难以胜任，这时利用多个单片机之间或者结合PC组成分布式系统成为一个可行的解决方案。本文完全采用Philips公司的P89LPC900系列单片机组建控制系统，利用RS-485总线网络，来达到一个单片机控制多个单片机的一对多通讯目的，并配置了丰富的外设接口，可广泛应用在银行、武警、小区等领域[1，2]。

1、控制系统方案

控制系统主要有两部分组成，即上位机（主控机）和下位机（从机）。上位机和下位机都选用相同的51单片机，这样方便单片机的统一开发和维护。主控机通过485驱动芯片接入RS-485总线，它使用查询方式与8个从机通信；8个从机也通过485驱动芯片接入RS-485总线，响应主机的查询命令，将数据回传给主机，从机之间的不能直接数据交换只能通过主机进行转发。

2、硬件电路设计

由于各个从机模块的硬件电路完全相同，所以我们可以用一对一通讯模式来说明一对多控制通讯模式。

2.1 共同接口设计

如图，由于主控机和从机都是采用的同种同型号单片机，所以一些接口可以采用相同的设计，这样更利于整个系统的硬件设计和软件编程。比如：485接口、编程升级接口、存储器接口和蜂鸣器接口等等，都可以采用完全相同的设计。

（1）485接口设计

如图，单片机的串口引脚RXD和TXD分别连接MAX485的RO和DI引脚，以进行串行数据交换；单片机的控制引脚通过三极管连接MAX485的DE和RE引脚，以控制驱动器和接收器使能。这4个引脚均应接上拉电阻。MAX485的A和B引脚为RS-485总线网络的差分信号输入/输出端，两者之间串联120欧电阻。

（2）程序下载设计

P89LPC922支持ICP（在电路编程）及ISP（在系统编程）等下载模式对芯片进行编程、及升级。可通过外部的编程器或者PC的串口将程序下载到芯片中。ICP用到的5个脚分别是VCC、VSS、RST、PCL（P0.5）、PDA（P0.4）。

（3）外扩存储器设计

存储器采用ATMEL公司的AT24C02电可擦除存储芯片，采用I2C协议和单片机通讯[4]。

（4）蜂鸣器设计

蜂鸣器的驱动采用PNP三极管8550来驱动，低电平有效。

2.2 主机设计

主控机除了上述的共同接口设计外，还要有I/O扩展接口。由于单片机自身的I/O口数量有限，可以用三八译码器74LS138扩展成8个I/O来驱动LED，8个LED分别对应着8个从机，哪个从机响应主机对应的LED灯就会闪烁。

2.3 从机设计

从机除了上述的共同接口设计外，还要有设备地址接口和电机驱动接口。

（1）地址获取

利用四位拨动开关分别接到单片机的4个I/O，可以获取16个不同的地址。

（2）电机驱动

国产的电机驱动L9110S是为控制和驱动电机设计的两通道推挽式功率放大专用集成电路器件。该芯片有两个TTL/CMOS兼容电平的输入，具有良好的抗干扰性；两个输出端能直接驱动电机的正反向运动，它具有较大的电流驱动能力。

3、软件设计

3.1 RS-485通讯协议设计[5]

RS-485总线网络能够实现多机通讯的关键是通讯协议设计，而其中最重要的是帧结构的设计。本系统根据控制系统的通用性定义了帧结构，如表1。

本系统的数据帧有四种类型，它们分别是：主机询问从机是否在位的“Active”指令，从机应答在位的“Ready”指令，主机发送读设备请求的“Command”命令，从机发送设备状态“Succeed”指令。

3.2 软件流程

本系统平台可以根据软件不同实现多种一对多控制功能，具有控制系统通用性。主控机有8个按钮，分别控制着1-8号从机；并分别对应着8个LED指示灯。主控机按下1号按钮，询问1号从机是否在位，如果1号从机成功接收到数据，就会反馈给主控机在位信息，这时主控机的1号LED灯亮；紧接着主控机发送开门指令，如果1号从机能成功执行命令，会再次反馈给主控机信息，这时1号LED灯会闪烁两下。同样的2-8号从机操作过程相同。

4、应用前景

（1）完全基于单片机，脱离PC机，便于开发成便携式设备。可以广泛用于银行、酒店等领域的报警系统或者门禁系统。

（2）也可以把上位機换成PC机，加上一些软件比如：用户界面、数据处理、后台数据库等，就可以开发成用于工业数据采集控制系统。

5、结束语

本文完全利用单片机搭建了一个基于RS485通信协议的多单片机控制系统平台。也可以根据实际的应用场合，选择合适的上位机，稍作修改即可继承运用本系统。本系统具有一定的通用性。

参考文献

[1]Philips semiconductors Inc.P89LPC920/921/922，8-bit microcontrollers with two-clock 80C51 core[R].2003.

[2]邰鸣，李双田.基于RS485通信方式的多单片机控制系统[J].微计算机应用，2008.

[3]广州周立功单片机发展有限公司.P89LPC920/921/922[R].2004.

[4]Atmel Corporation.AT24C01A/02/04/08A/16A，Two-wire Serial EEPROM [R].2007.

基于单片机的自动血压监控系统 篇4

目前医院使用的自动血压监控系统大多为进口设备,价格昂贵,就医成本高。本文所讨论的系统价格低廉,测量准确,有其独特之处,具有很高的实用价值。

1系统功能和构成

该系统由一台PC机实现数据接收和数据管理,再配合每个病房单独使用的自动血压监测仪(在自动血压计内部加装单片机测控板改装而成),构成完整的自动血压监控系统。如图1所示。

管理用PC机设置在护士站,在PC机上可设定各病房使用的血压监测仪启动和测量的时间,并按设定的时间控制血压监测仪工作,然后接收血压监测仪传回的测量数据;最终将各病房24小时传回的数据绘制成图形或表格,供医生参考。

市场上能完成自动测量的血压计种类繁多,但只能完成单机的测量和少量数据存储,无法完成无人操作时的定时启动和自动测量以及测量数据的通信传送功能。自动血压监测仪的设计方案,是在自动血压计内部加装单片机测控板,可实现接收PC机发出的指令、按指令自动启动、测量,并从自动血压计的液晶显示屏上采样测量信号,经分析、译码,最后得到测量数据并传送给PC机进行存储、统计、分析 。

2自动血压计的液晶显示屏工作原理

日本精工自动血压计的液晶屏由7个数码管及1个符号位组成,其中6个八段数码管分别显示高压、低压和脉搏数,1位小数码管用来显示测量次数;1个符号位可显示4种符号,分别反映4种不同的工作状态。经试验观测和逻辑分析发现,液晶屏的每个八段数码管由2个信号引脚控制,符号位有1个信号引脚,还有1个同步信号引脚,作为信号同步的基准。见图2。

液晶屏信号引脚时序关系如图3所示。

液晶显示屏引脚上的脉冲信号每4个同步信号为1个信号周期。在1个信号周期内可以控制该数码管的4个字段,这4个字段的控制在时序上采用时分方式实现;符号位只显示4种不同的符号,所以只需1个信号引脚。在每个引脚的周期信号内,有4个脉冲与同步信号的脉冲相对应,每一个脉冲对应控制1个字段,当该位置有正脉冲时,则对应的字段就被点亮。这样,4个不同位置的脉冲波形就对应该数码管4个不同字段(如a,b,c,d)。因此一个八段的数码管只需要2个信号引脚,如图3中引脚1、2所示波形为数字3(见图2)的脉冲信号波形。

3单片机的硬件设计

单片机测控板的工作需要按照自动血压计的工作流程来实现。硬件电路须满足以下功能:

a) 由单片机的两个I/O端口送出控制信号,完成血压计的启动和测量。

b) 整形与电平转换。单片机从血压计液晶屏的信号引脚上采样获得的信号电平与单片机 I/O接口的电平不一致,且取出的引脚信号在上升沿和下降沿有毛刺干扰,需要通过模拟电压比较器实现整形与电平转换功能。

c) 信号采样。为取得液晶屏显示的数字,需对16个引脚信号进行采样,即要占用单片机的16个端口,为了使电路板能放置到血压计内部,尽量缩小电路板,减少占用单片机的输入 通道,先将16个引脚信号经过2个八选一模拟数据选择器,变成2路输出信号,这样只需占用单片机2个I/O端口,再用3个I/O端口作为八选一模拟数据选择器的译码控制信号,用软件扫描方法完成对引脚信号的采样,这样就大大减少对I/O端口的占用。

d) 与PC机的通信。为构造一个RS-232串行通信端口,采用了单片机的3个I/O端口和1片MAX232集成电路。

e) 单片机选型。综上分析, 选用具有10个I/O端口的单片机即可满足系统需求。为将信号波形整形为适合单片机需要的电平,需多个模拟电压比较器。由于PIC16C622单片机有13个I/O端口,内部还设有比较器模块,充分利用单片机的这一特点,不仅可以省去多片比较器集成芯片,且其I/O端口也可满足系统的要求。硬件电路组成示意图如图4所示。

4单片机的软件设计

单片机要完成的任务,一是要接收管理计算机指令,按设定时间开启电源、启动血压计开始测量;二是要监测整个测量过程。这不仅需要相应的硬件电路,还需要有软件的配合,滤除干扰信号,并按正确的时序,将每个数码管的引脚信号和符号位信号从相应引脚上取出,对照同步信号与不同的引脚信号的对应关系,用软件扫描的方法,分别将同一数码管的2个引脚上的信号组合在一起,经过分析、译码得到最终测量结果。最后要完成单片机与PC机的通信,将测量结果送到管理机上。主程序框图如图5所示。

5程序调试

程序调试的难点是如何按照液晶屏引脚信号的正确时序准确地取出显示数据,这不仅需要配合硬件电路,观察液晶屏引脚的信号时序,而且需要通过反复试验和测量,调整软件参数,找出准确的时序数据,完整地取出显示数字的波形数据,然后通过对波形数据的总结译码,得到正确的测量数据。最后,单片机与PC机通信,也需要准确的配合来完成数据的传送。

6结束语

由于目前医院使用的自动血压监控系统大多为进口设备,价格昂贵,就医成本高,所以较之于自动心电监护仪,自动血压监护还远没有得到普及。本文所讨论的自动血压监控系统由一台PC机实现数据接收和数据管理,设计思路独特,系统构成简单,操作和使用方便,与同类设备相比,性价比高,测量准确,有很高的实用价值。

参考文献

[1]蔡纯洁,邢武.PIC16/17单片机原理和应用[M].合肥:中国科学技术大学出版社,1997.

[2]李学海.PIC单片机实用教程[M].北京:北京航空航天大学出版社,2002.

[3]谢筑森,等.单片机开发与典型应用设计[M].合肥:中国科学技术大学出版社,1997.

基于单片机监控系统 篇5

关键词：倒计时 89C51芯片

MCU-based simulation system for traffic lights（Major of Applied Electronic Technology, Information and Engineering College Biao Zhang）Abstract：This system consists of single-chip microcomputer system, LED display, traffic light presentation system.System includes the basic functions of traffic lights, also has a countdown, the time setting, emergency handling, at times to adjust the light signal in accordance with the specific circumstances of time and manual control functions.Keywords：countdown 89C51 引言

随着我国国民经济的迅速发展，城市街道车辆大幅度增长，给城市交通带来巨大压力，交通拥堵已经成为影响城市可持续发展的一个全局性问题。而街道各十字路口，又是车辆通行的瓶颈所在。已有的许多建立在精确模型基础上的交通系统控制方案都存在着一定的局限性。研究车辆通行规律，找出提高十字路口车辆通行效率的有效方法，对缓解交通阻塞，提高畅通率具有十分现实的意义。地面道路是一个庞大的网络，交通状况十分复杂，使目前交通灯控制器的单一时段控制已不能满足现代交通流量的多变性，特别是在交通流量高峰时，往往会造成交通路口的通过率下降，甚至出现交通混乱现象，城市的交通拥挤问题正逐渐引起人们的注意。道路平面交叉口(简称交叉口)是交通网中通行能力的“隘口”和交通事故的“多发源”，国内外城市的交通事故约有一半发生在交叉口。因此，交叉口这个事故多发源不能不引起人们的高度关注。随着交通技术、电子技术的发展及微机技术的应用，人们设计出了适应各种需要的交通检测器、信号控制机和交通信号灯。1 方案的论证及确定

题目要求系统紧急情况处理，我们讨论了两种方案。

方案一：采用8255扩展I/O口及键盘，显示等。该方案的优点是：使用灵活可编程，并且有 RAM,及计数器。若用该方案，可提供较多I/O口,但操作起来稍显复杂。方案二：采用89C51来控制键盘及数码管显示。该芯片有较宽的工作电压（2.7V－6V），128*8B内置RAM，4KB可在线重复编程的闪烁存储器。完全可以满足系统需求，由于不需要外部EPROM芯片，可以简化电路设计。由于该系统对于交通灯及LED的控制，只用单片机本身的I/O口就可实现，且本身的计数器及RAM已经够用，故选择方案二。2 电路的设计及原理的分析 2.1 系统总框图及工作原理

设计思路：设一个字路口，1，3为南北方向，2，4为东西方向。一开始1，3路口红绿灯亮通车，2，4路口红灯亮，同时LED开始倒计时。一段时间后，1，3路口绿灯灭，黄灯开始闪烁，然后等LED倒计时完毕1，3路口红灯亮，同时2，4路口绿灯亮通车，LED重新倒计时开始。一段时间后2，4路口绿灯灭，黄灯开始闪烁，等LED倒计时完毕2，4路口红灯亮，同时1，3路口绿灯亮通车。接下去重复上述过程。LED倒计时的手动控制：设计根据车流量的大小，设置了6个倒计时时间。分别是15s，30s，45s，60s，75s，90s。系统正常工作时，按一下按键2，LED闪烁，这时便可以通过按键1调节倒计时时间。按照按的次数不同循环显示。选定时间后按按键2系统开始正常工作。警车情况：警车情况由按键1来模拟。当系统正常工作时，按下按键1，黄灯闪烁，然后四路灯全部红灯。再按下按键1系统开始重新工作；按键3为复位键。2.2 硬件电路的设计

由于整个系统由AT89C51芯片控制。简单模拟一个十字路口的交通灯的工作情况。四路共12盏交通灯(4红，4黄，4绿)采用发光二极管模拟。倒计时功能用两个共阳LED数码管来实现。按键1用来模拟警车通过时的情况。按键2用来确定是否根据不同的车流量调节LED数码管倒计时的时间。所以本系统主要的驱动电路有两部分，分别是数码管的驱动电路和红绿灯驱动电路。

2.2.1 数码管显示驱动电路

数码管显示驱动电路采用“三极管驱动的并行LED数码管动态扫描显示”（图2）。三极管用于位选起到开关的作用，P1口作为段选。当三极管基极高电平时，三极管截止，数码管不工作。基极低电平时，三极管导通，数码管公共端为高电平，数码管工作同时点亮。然后通过程序的设置使用按键1和按键2来改变数码管上显示的数字。2.2.2 红绿灯显示驱动电路 2.2.3 系统整体电路图

本设计主要是由LED数码管驱动电路，红绿灯驱动电路，AT89C51微控制器三部分组成。系统的整体电路如图4： 3 硬件主要器件的介绍 主芯片：AT89C51单片机由中央处理器(CPU)，内部数据存储器(内RAM)，内部程序存储器(内部ROM)，2个16位的定时器/计数器，4个8位的I/O口(PO、Pl、PZ、P3)，1个全双工的可编程串行口，时钟电路，中断系统，8部分组成。结构图如图5：

发光二极管：本设计使用的是普通单色发光二极管，它具有体积小、工作电压低、工作电流小、发光均匀稳定、响应速度快、寿命长等优点，可用各种直流、交流、脉冲等电源驱动点亮。由于它属于电流控制型半导体器件，使用时需串接合适的限流电阻。4 系统的实际应用

本系统只是对一个十字路口交通灯工作情况的简单模拟，如果要应用到实际中去，还要改进。首先是灯的改进，如果要应用到实际中去的话，灯就得用大功率高亮度的LED。其次是倒计时LED数码管也要改为大型的LED数码管。这样一来原本的驱动电路就要改进。此外在倒计时时间的调整和警车通过等特殊情况的功能上要改进为自动检测和控制功能。这样才能达到实际应用的目的。

4.1 实际应用的驱动电路

由于实际交通信号灯的功率都在10W~20W,因此要使用高功率驱动电路。下面是驱动芯片AMC7150的实际应用电路图（图6）：

AMC7150 最多可以驱动8个 LED 可以调节频率 AMC7150则内建PWM(脉冲宽度调变)与功率晶体管,只需五颗外部零件。该组件输入工作电压在4V~40V间,最高驱动电流达1.5安培，可以驱动24W的高功率LED。工作频率可由外部电容控制而达200KHz,只要调整外部电阻值即可达到变更输出电流的目的。4.2 动态车辆检测

实际应用中根据车流量大小来调整倒计时时间的长短是全自动的，这就需要一个能对过往车辆检测的电路系统，以随时确定车流量的大小，以便对倒计时时间的调整，使交通秩序达到最好状态。

为此，系统将加入一个动态车辆检测电路（图7）。其工作情况是埋设在各车道安全线前方路面下的环形线圈传感器与振荡器匹配，形成一定频率的周期信号。该信号经施密特整形电路转化为脉宽信号后可作为计数脉冲。当有车辆通过该环形线圈时，线圈磁场发生变化，从而导致计数脉冲数量的变化。将100ms时间内没有车通过时的频率计数作为基准计数Base，实际计数为Num。当NumBase>0时，就可判定有车辆通过。4.3 警车声的自动识别

由于警车声的频率是特定的，因此只要将收集的频率和警车频率比较，如果相同，则可以判定有警车开过路口，此时交通灯就可以作出相应的反映。如果不同则判定无警车通过。为了提高判定的精确度，可以取警车的三个不同频率来做判定。程序流程图 6 系统调试

本毕业论文调试分键盘模块、信号灯模块、倒计时模块。各个独立模块功能调试成功后，将这些模块程序通过主程序合并在一起，最后再对合并后的总程序进行调试。各软件模块首先要通过PC和仿真器进行软件调试，当仿真效果符合要求后，再烧写进单片机看能否在实际电路板上正常工作。编程语言的软件设计采用MCS-51汇编语言编写，所使用的调试软件包括伟福Keil uVision2和MedWin2.39，所使用的仿真器有INSIGHT公司的ME-52A仿真器。数码管问题：虽然本次设计的最终方案是采用共阳极的七段数码管实现显示功能，最初数码管显示不正常，出现闪烁现象。通过调试发现这是由于延时时间选择不当造成的和一些电源的电压可能不够的原因够成的。由于数码管是采用动态显示方式，为了使人眼产生视觉暂留效果，每一次显示时都必须加入适当的时间。通过上述的改变，以基本实现正常。

发光二极管的问题：在设计调试的时候由于一接电源，数个二极管始终不亮，最后用万用表测试了下，才知道原来因为电流过大，二极管被击穿了！于是我在二极管和芯片之间连上了限流电阻，结果表明上述问题基本解决，但还是有个别的二极管还是存在少许问题，我个人认为是二极管本身的材质引起的，而不是软件问题。结论与谢辞

系统采用51系列单片机AT89C51为中心器件来设计交通灯控制器，实现了能根据实际车流量通过按键的P3口设置红、绿灯燃亮时间的功能；显示时间直接通过P1口输出；交通灯信号通过平常PC口输出；系统设计简便、实用性强、操作简单、程序设计简便。系统不足之处不能控制车的左、右转、以及自动根据车流改变红绿灯时间等。这是由于本身地理位置以及车流量情况所定，如果有需要可以设计扩充原系统来实现。由于个人的能力有限有些地方还有不足，但此毕业设计锻炼了个人的能力和处理事情的能力，对以前所学的一些软件个程序的编写也有了很大的认识。通过这次毕业设计，使我得到了一次用专业知识、专业技能分析和解决问题全面系统的锻炼。使我在单片机的基本原理、单片机应用系统开发过程，以及在常用编程设计思路技巧（特别是汇编语言）的掌握方面都能向前迈了一大步，为日后成为合格的应用型人才打下良好的基础。

在本文即将结束之际，我要由衷地感谢在我毕业设计阶段，乃至3年大学学习生活中帮助过我的师长与同学。在毕业设计完成的过程中得到了许多老师和单位领导的帮助，学院的老师们严谨治学的教学使我受益非浅。本论文的选题、研究内容、研究方法及论文的形成是在范灵芝老师支持、鼓励和悉心指导下完成的，她是我获得深思熟虑的意见和概念清晰的见解的来源，她不惜花费自己时间对本论文提出许多意见和建议，既激发了我的灵感，又给了我持久不断的鼓励。在论文完成的过程中倾注了导师大量的心血，在论文完成之际，特向我尊敬的老师表示衷心的感谢。***

组装及调试 划分出相互独立的电路模块，便于分别安装调试。每安装好一个模块，就上电测试一下。（1）硬件调试：

硬件调试是利用DVCC实验与开发系统、基本测试仪器（万用表、示波器等），检查用户系统硬件中存在的故障。其中硬件调试可分为静态调试与动态调试两步进行。静态调试是在用户系统未工作时的一种硬件检测。

第一步：目测。检查外部的各种元件或者是电路是否有断点。第二步用万用表测试。先用万用表复核目测中有疑问的连接点，再检测各种电源线与地线之间是否有短路现象。

第三步加电检测。给板加电，检测所有插座或是器件的电源端是否符合要求的值 第四步是联机检查。因为只有用单片机开发系统才能完成对用户系统的调试。

动态调试是在用户系统工作的情况下发现和排除用户系统硬件中存在的器件内部故障、器件连接逻辑错误等的一种硬件检查。动态调试的一般方法是由近及远、由分到合。由分到合是指首先按逻辑功能将用户系统硬件电路分为若干块，当调试电路时，与该元件无关的器件全部从用户系统中去掉，这样可以将故障范围限定在某个局部的电路上。当各块电路无故障后，将各电路逐块加入系统中，在对各块电路功能及各电路间可能存在的相互联系进行调试。由分到合的调试既告完成。由近及远是将信号流经的各器件按照距离单片机的逻辑距离进行由近及远的分层，然后分层调试。调试时，仍采用去掉无关元件的方法，逐层调试下去，就会定位故障元件了。（2）软件调试：

软件调试是通过对程序的汇编、连接、执行来发现程序中存在的语法错误与逻辑错误并加以排除纠正的过程。用软件WAVE6000进行调试。

设计总结

这次课程设计碰到了不少困难，也走了不少弯路。因此想给参考者讲述自己的一些经验：（1）在设计电路图时除了要择优电路之外，还应当考虑经济性。因为课程设计的目的是为了提高我们的动手能力，所以应把经济作为第一考虑要素。

（2）用protel 99SE制作原理图时一定要清楚管脚标号的顺序，这是为让封装做得更好而做的准备。当然最好的是自己建立一个元件库，这样做可使自己做的原理图可读性更好，可移植性也更好。另外要注意的是一定要有控制元件工作的电源（一般都是5v左右）。还有就是网络标号一定要保证正确。总之一定要按部就班，不可跳步骤，这会对接下来的工作繁琐度有很大的影响。（3）在做PCB板图时，针对这个电路最好先自动布局看清大概，然后手工布局。要手工布线。这是因为电路元件较少，人工布局排线更好。单层布线最好先手工布线后自动布线。为保证后期制作电路板的质量，要注意焊孔的类型及尺寸。针对现有技术及考虑到发热量等各方面，电线宽度最好要大于15mil。

（4）电路板的制作过程没什么感想，就按步骤来就可以了。在焊接过程中一定要保证焊接质量，这对以后的调试有重大影响。同时焊接质量好坏对仪器的精度有一定的影响。在焊接过程中一定要注意管脚标号。注意不要焊得太久，以免烧坏元器件。

通过这次对单片机交通信号灯的设计与制作，使我了解了设计一个嵌入式产品的大概流程，在这次设计中让我学到了不少东西。本系统是以单片机AT89S52芯片为核心部件，实现了能根据实际车流量通过AT89S52芯片设置红、绿灯燃亮时间的功能。此次在软件上是花费时间最多的，我们上网找资料，上图书馆，尽可能的了解有关于交通灯这方面的知识。通过这次计算机课程设计，使我得到了一次用理论知识、实践技能和解决问题全面系统的锻炼。使我在单片机的基本原理、单片机应用系统开发过程，以及在常用编程设计思路技巧（特别是汇编语言）的掌握方面都能向前迈了一大步。在实际接线中有着各种各样的条件制约着，因此结果并不重要，我们要重视过程，我们懂得了过程，学到了方法就是我们最大的收获。在设计时应考虑诸多因素与实际的差异，从诸多方法中选择最优的就可以了。单片机课程设计与总结报告 摘要

近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月益更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往是作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，加以完善。交通信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。本系统采用单片机AT89C51为中心器件来设计交通灯控制器，系统实用性强、操作简单、扩展性强。目录

一．设计任务„„„„„„„„„„

二．交通灯的设计程序框图„„„„„„

三．交通灯程序的主程序„„„„„„

四．系统硬件电路的设计„„„„„„„„

五．原理图„„„„„„

六．检测与调试„„„„„„„„„„„.七．总结与体会„„„„„„„„„„„„.八.致谢„„„„„„„„„„„„.一．设计任务

（一）、功能及技术指标要求 设计交通灯的基本要求：设计一个交通灯，要应用DVCC实验系统。

（二）、设计内容

按设计技术指标进行交通灯的硬件和软件设计。

（三）设计思路及关键技术

一个完整的交通灯相当于一个简单的单片机系统，该系统有交通灯设置电路、单片机、显示电路等构成。单片机是集成的IC芯片，只需根据实际设计要求选型。其他部分都需要根据应用要求和性能指标自行设计。

基于单片机的交通灯的设计时要充分的认识以下两个问题：

1.因为本实验是交通灯控制实验，所以要先了解实际交通灯的变化规律。假设一个十字路口为东西南北走向。初始状态0为东西红灯，南北红灯。然后转状态1南北绿灯通车，东西红灯。过一段时间转状态2，南北绿灯闪几次转亮黄灯，延时几秒，东西仍然红灯。再转状态3，东西绿灯通车，南北红灯。过一段时间转状态4，东西绿灯闪几次转亮黄灯，延时几秒，南北仍然红灯。最后循环至状态1。

2.双色LED是由一个红色LED管芯和一个绿色LED管芯封装在一起，公用负端。当红色正端加高电平，绿色正端加低电平时，红灯亮；红色正端加低电平，绿色正端加高电平时，绿灯亮；两端都加高电平时，黄灯亮。二.交通灯的设计程序框图 开始 ↓

四个路口红灯亮 ↓

东西绿灯亮，南北红灯亮，延时 ↓

东西黄灯闪烁，南北红灯亮，延时 ↓

东西红灯亮，南北绿灯亮，延时 ↓

东西红灯亮，南北黄灯闪烁，延时 ↓

三．交通灯程序的主程序 程序如下：

ORG 0000H

SJMP A3

;四盏红灯亮 A3:MOV SP,#60H

MOV A, #24H

MOV P1, A

CLR P3.4

CLR P3.3

SETB P3.5

SETB P3.2

;显示5秒

MOV R4,#05H LOOP1:MOV R2,#03H

LCALL xian

;调显示子程序

DJNZ R4,LOOP1

MOV R4,#00H

MOV R2,#03H

LCALL xian

;东西绿灯亮，南北红灯亮 A2:MOV A,#0CH

CLR P3.5

MOV P1,A

SETB P3.3 CLR P3.4

SETB P3.2

;显示20秒

MOV R4,#14H

LOOP2 :MOV R2,#03H

LCALL xian

;调显示子程序

DJNZ R4,LOOP2

MOV R4,#00H

MOV R2,#03H

LCALL xian

;调显示子程序

SETB P3.2

CLR P3.3

;显示5秒

MOV R4 ,#05H

;东西黄灯亮，南北红灯亮 LOOP9:MOV A,#14H

MOV P1 ,A

CLR P3.5

SETB P3.4

MOV R2,#02H

LCALL xian

;调显示子程序

MOV R2,#01H

;定时

LCALL DELAY

;调延时子程序

;南北红灯亮

MOV A ,#04H

MOV P1 ,A

CLR P3.4

CLR P3.5

MOV R2,#01H

;定时

LCALL DELAY

;调延时子程序

DJNZ R4,LOOP9

MOV R4,#00H

MOV R2,#03H

LCALL xian

;调显示子程序

;东西红灯亮，南北绿灯亮 A8: MOV A, #61H

MOV P1,A

CLR P3.4

CLR P3.3

CLR P3.2

SETB P3.5

;显示20秒

MOV R4,#14H

LOOP3: MOV R2,#03H

LCALL xian;调显示子程序

DJNZ R4,LOOP3

MOV R4,#00H

MOV R2,#03H

LCALL xian;调显示子程序

SETB P3.5

MOV R4 ,#05H LOOP10: MOV R2,#02H

LCALL xian;调显示子程序

;东西红灯亮，南北黄灯亮 A0:MOV A,#0A2H

MOV P1,A

CLR P3.4

CLR P3.3

CLR P3.2

MOV R2,#01H

;定时

LCALL DELAY;调延时子程序

;东西红灯亮

MOV A,#20H

MOV P1,A

CLR P3.4

CLR P3.3

CLR P3.2

MOV R2,#01H

;定时

LCALL DELAY

;调延时子程序

DJNZ R4,LOOP10

MOV R4,#00H

MOV R2,#03H

LCALL xian

;调显示子程序

LJMP A2

;延时子程序 DELAY:PUSH 2

PUSH 1

PUSH 0 DELAY1: MOV 1,#00H DELAY2:MOV 0,#0B2H

DJNZ 0,$

DJNZ 1,DELAY2

DJNZ 2,DELAY1

POP 0

POP 1

POP 2

DJNZ R2 ,DELAY

RET

;显示子程序

xian: MOV A,R4

MOV B,#10

DIV AB

MOV R6,A

MOV DPTR,#TAB

MOV A,B

MOVC A,@A+DPTR

MOV SBUF,A

MOV R7,#0FH H55S:DJNZ R7,H55S

MOV A,R6

MOVC A,@A+DPTR

MOV SBUF,A

MOV R7,#0FH H55S1:DJNZ R7,H55S1

LCALL DELAY

RET

TAB:DB 0fch,60h,0dah,0f2h,66h,0b6h,0beh,0e0h

DB 0feh,0f6h,0eeh,3eh,9ch,7ah,9eh,8eh

END 四．系统硬件电路的设计

（1）芯片由DVCC实验系统提供（AT89C51）1．主要特性： •与MCS-51 兼容

•4K字节可编程闪烁存储器 寿命：1000写/擦循环 数据保留时间：10年 •全静态工作：0Hz-24Hz •三级程序存储器锁定 •128*8位内部RAM •32可编程I/O线

•两个16位定时器/计数器 •5个中断源

•可编程串行通道

•低功耗的闲置和掉电模式 •片内振荡器和时钟电路 2．管脚说明：

VCC：供电电压。

GND：接地。

P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。

P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。

P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。

P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示： 口管脚备选功能

P3.0 RXD（串行输入口）

P3.1 TXD（串行输出口）P3.2 /INT0（外部中断0）

P3.3 /INT1（外部中断1）

P3.4 T0（记时器0外部输入）

P3.5 T1（记时器1外部输入）

P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）

P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。

RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。

/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。

/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。

XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。

XTAL2：来自反向振荡器的输出。

3．振荡器特性： XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。

4．芯片擦除：整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms 来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU停止工作。但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。

(2)完整的DVCC实验箱面板

（3）硬件电路连接说明

五．原理图

六．检测与调试

1、硬件调试：

硬件调试是利用DVCC实验与开发系统、基本测试仪器（万用表、示波器等），检查用户系统硬件中存在的故障。

硬件调试可分为静态调试与动态调试两步进行。静态调试是在用户系统未工作时的一种硬件检测。

第一步：目测。检查外部的各种元件或者是电路是否有断点。第二步用万用表测试。先用万用表复核目测中有疑问的连接点，再检测各种电源线与地线之间是否有短路现象。

第三步加电检测。给板加电，检测所有插座或是器件的电源端是否符合要求的值 第四步是联机检查。因为只有用单片机开发系统才能完成对用户系统的调试。

动态调试是在用户系统工作的情况下发现和排除用户系统硬件中存在的器件内部故障、器件连接逻辑错误等的一种硬件检查。动态调试的一般方法是由近及远、由分到合。由分到合是指首先按逻辑功能将用户系统硬件电路分为若干块，当调试电路时，与该元件无关的器件全部从用户系统中去掉，这样可以将故障范围限定在某个局部的电路上。当各块电路无故障后，将各电路逐块加入系统中，在对各块电路功能及各电路间可能存在的相互联系进行调试。由分到合的调试既告完成。由近及远是将信号流经的各器件按照距离单片机的逻辑距离进行由近及远的分层，然后分层调试。调试时，仍采用去掉无关元件的方法，逐层调试下去，就会定位故障元件了。

2、软件调试：

软件调试是通过对程序的汇编、连接、执行来发现程序中存在的语法错误与逻辑错误并加以排除纠正的过程。七．总结与体会

本系统是以单片机AT89C51芯片为核心部件，实现了能根据实际车流量通过AT89C51芯片设置红、绿灯燃亮时间的功能。此次在软件上是花费时间最多的，我们上网找资料，上图书馆，尽可能的了解有关于交通灯这方面的知识。通过这次毕业设计，使我得到了一次用专业知识、专业技能分析和解决问题全面系统的锻炼。使我在单片机的基本原理、单片机应用系统开发过程，以及在常用编程设计思路技巧（特别是汇编语言）的掌握方面都能向前迈了一大步。八．致谢

基于单片机的转速测量系统设计 篇6

关键词：单片机转速测量系统

1.引言

转速是在工程项目中应用非常广泛的一个测量参数，其相应的测量方法比较多，模拟量的采集与模拟处理作为转速测量的常用方法[1]。伴随着大规模与超大规模集成电路硬件技术的快速发展，数字系统的测量技术已经得到十分普遍的具体应用，尤其是单片机对脉冲数字信号具有的强大处理能力，促使全数字化的测量系统应用愈来愈普遍，同时转速测量系统能够进行全数字化处理，在相应的测量范围与测量精度方面都得到较大程度的提高。所以分析各种类型测量转速的基本方法，对于各种不同的工程应用环境，使用89C51型单片机可以实现全数字化测速系统，根据提高测量精度的角度考虑分析，探讨出现误差的各方面原因，为今后阶段的实践应用提供有效的借鉴。

2.转速测量原理方法

转速测量的原理通常可以分为三种类型，第一种是使用单位时间内所测量物体的旋转角度来计算相应的速度，比如在单位时间内，累计转速传感器发出的N个脉冲，即为这单位时间的速度。这种通过测量频率参数来实现测量转速目标的方法被称测频法，即为“M”法；第二种是在给出的角位移距离范围内，通过测量这个角位移的相应时间进行测速的方法，称为测周法，即为“T”法。第三种测量方法是“M”法，结合了“N”与“T”这两种方法的具体优点，一方面会像“M”法那样在对传感器所发出的脉冲进行计数，同时可以像“T”法那样计算脉冲的时间，通过具体计算过程可以达到转速值[2]。

转速测量的具体方法分为频率法与周期法两种类型，这两种测速方法都是对脉冲进行测量的，然而测速范围都会受到一定程度的限制影响：

（1）频率法。在规定的检测时间内可以测量出计数脉冲的个数。即使检测时间是一定的，然而检测的起止时间都具有随机性的特点，如果被测转速较高或者电动机转动一圈所发出的转速脉冲信号个数比较多的时候，才可以产生较高的测量精度，同时测量准确度随着转速的减小而降低，这种方法能够适用在高速测量中。

（2）周期法。这种方法可以测量出信号所发出脉冲个数所需要消耗的时间。在被测转速较低的情况下，才可以保证较高的测量精度，其测量准确度会随着转速的增大而降低，这种方法能够适用在低速测量中。

3.转速测量系统设计

一个单片机控制应用系统的硬件电路设计主要包含有两个重要部分：

一方面是系统的扩展方式，如果单片机系统内部的具体功能单元，比如ROM、RAM、I/O口、定时/计数器以及中断系统等实际容量无法满足实际应用系统的具体要求时，应当在片外进行相应的扩展，需要选择合适的扩展芯片，同时设计出相应的硬件电路[3]。

另一方面系统的配置方式，根据系统控制功能的要求标准配置相应的外围设备，比如键盘、显示器、打印机、D/A以及A/D转换器等，同时应当设计出相应的硬件接口电路。所以系统的扩展与配置需要遵循以下几项原则：

（1）尽量选取典型的硬件电路，同时应当符合单片机系统的常用方法。

（2）系统的扩展方式和外围设备配置需要符合系统控制功能的具体要求，同时应当留有充足的余量，以便于可以进行二次开发。

（3）系统硬件结构应当和应用软件系统的方案进行充分的统一考虑，软件系统可以实现的硬件功能应当尽量使用软件系统来实现，然而应当注意的是软件系统实现占用CPU的时间，同时响应时间比硬件系统要长。

（4）單片机系统的外接电路相对比较多，应当充分考虑其相应的驱动能力，降低芯片的实际功耗，减少总线的负载量。

（5）89C51型单片机的I/0口输出特性具有比较大的灌入电流能力，其中PO口的灌电流可以达到20mA，完全能够实现数码管的驱动功能，然而只有较小的“吐”电流，所以在本系统中采用共阳型的数码管，把PO口作为数码管的段驱动，P2口的5位分别接5个PNP型的三极管实现位驱动的功能。这样可以节省显示功能的驱动芯片，有利于提升系统的性价比[4]。

本系统因为只考虑了转速的测量和显示功能，在考虑系统的配置与扩展方式时，尽量地使用单片机系统本身的各种资源，有利于提升系统的性价比，采用89C51系列的单片机作为系统的控制芯片。89C51单片机系统内部含有一个4KB的程序存储器、128字节的寄存器空间、两个16位的定时/计数器、32根I/O口线以及五个中断源。然而本转速测量系统选择“M”法的测量方法，需要一个用于对外部脉冲计数的计数器，一个用于对内部高频脉冲计数的定时器，用于调整与预定设置的定时时间。根据实际分析可以得知89C51系统可以符合系统的控制要求，不需要另外进行计数器的扩展，外部中断分别用于定时/计数同步中断与响应，定时器使用其溢出中断来预定相应的测量时间，这对时间的要求比较准确，需要根据测量高、中、低转速来进行具体的调整[5]。

4.结束语

单片机系统用于进行转速测量的类型比较多，其方法各有区别，在硬件系统设计上根据使用场合、功能与要求，使用的硬件电路各有差异，单片机系统有80C51系列的80C31、8 0C51等，同时对其进行有效的扩展，接口使用8155、8255等实现显示功能。本系统使用89C51单片机系统，充分使用单片机系统内部自带的两个16位定时/计数器进行相关设计，可以比较完整地开发单片机系统的本身功能，接口使用89C51的P0口具有较大的电流驱动能力，不需要扩展相应的驱动芯片，直接通过单片机系统进行驱动，从而可以简化系统的硬件电路，体现出一定的应用价值与较好的性价比，可以很好地应用在工业制造生产、科学技术教育、居民家用电器等各个行业领域。

参考文献：

[1]何立民.MCS-51系列单片机应用系统设计系统配置与接口技术[M].北京：北京航空航天大学出版社，1990.

[2]孙涵芳，徐爱卿.单片机原理及应用[M].北京：北京航空航天大学出版社，1996.

[3]何立民.单片机应用文集[M].北京：北京航空航天大学出版社，1992.

[4]朱家建.单片机与可编程控制器[M].北京：高等教育出版社，1998.

基于单片机监控系统 篇7

随着我国科技的快速发展和农业自动化程度的提高, 粮仓管理技术得到进一步改进。温湿度是仓储过程中影响粮食品质的主要因素。目前, 我国许多粮食仓储单位仍采用测温仪器与人工抄录、管理相结合的传统方法, 效率低下。选用什么样的粮仓温湿度测量方法以及相应的智能控制一直是粮食保存中存在的一个重要问题, 而粮仓的智能化信息管理系统已成为粮储技术发展的趋势。

本文介绍采用CC1100射频模块、数字温湿度传感器SHT10组成一种粮库无线全数字温湿度监控系统, 彻底摆脱了传统的人工抄录方法, 能实时检测粮仓中的温湿度, 并根据所测的数据控制空调器、除湿机等外部设备的运行, 确保粮仓内合适的温湿度环境。该设计具有简单可靠和灵活方便的特点。

1 系统设计

该系统是一个典型的主从分布式测控系统, 由PC机、测控主机、多个测试分机和相应的电气控制设施组成。PC机和测控主机放在微机房, 构成中央监控系统, PC机程序采用VB编写, 主要负责控制命令的下达、温湿度数据的显示、温湿度数据报表的生成以及温湿度数据的打印等。P C机与测控主机之间采用RS 2 3 2方式通信, 测控主机与各个远程测试分机均采用无线通信方式进行数据的交换, 无线通信采用CC1100射频模块。每个粮仓设置一台到两台测试分机, 一般安装在粮仓的外面, 负责整个粮仓的温度和湿度测量, 并将温湿度数据向测控主机传送。温度和湿度的测量由集温湿度测量于一体且含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器STH10来实现, 它可以直接与单片机相连并进行温湿度的采集传输。每一个测试分机连接多个STH10对粮仓需要的测试点进行测试。测试分机和测控主机的控制器均采用STC89C51单片机。这种单片机通过MAX485接口, 可以很方便地和CC1100射频模块进行通信。整个监控系统结构如图一所示。

2 温湿度测量与无线通信模块

2.1 温湿度复合传感器SHT10

SHT10属于Sensirion温湿度传感器家族中的贴片封装系列。传感器将传感元件和信号处理电路集成在一块微型电路板上, 输出完全标定的数字信号。传感器采用专利的CMOSens技术, 确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电容性聚合体测湿敏感元件、一个用能隙材料制成的测温元件, 并在同一芯片上, 与14位的A/D转换器以及串行接口电路实现无缝连接。两线制的串行接口和内部的基准电压, 使外围系统集成变得快速而简单。超小的体积, 极低的功耗, 使其成为各类应用的最佳选择。SHT10温湿度传感器典型应用电路图如图二所示。

2.2 CC1100射频模块

CC1100是一种低成本真正单片的UHF收发器, 基于0.18微米CMOS晶体的Chipcon的Smart RF 04技术, 为低功耗无线应用而设计。工作频率波段可在300—348 MHz、400—464 MHz和800—928 MHz。RF收发器集成了一个高度可配置的调制解调器。CC1100为数据包处理、数据缓冲、突发数据传输、清晰信道评估、连接质量指示和电磁波激发提供广泛的硬件支持。CC1100的片上支持包括预放、同步字插入/检测、地址检查、灵活的包长度和自动CRC (Cyclic Redundancy Check, 循环冗余校验) 。这大大减少了外部MCU (Micro Control Unit, 微控制单元) 的负担, 具体电路如图三所示。

3 软件设计

软件设计主要包括两方面:一个方面是测试从机与测试主机的通信, 主要完成器件的配置和温湿度数据的采集;另一方面是PC机的软件设计。

3.1 测试从机与测试主机的通信

系统通过测试从机中的温湿度传感器SHT10采集接收温度和湿度, 并通过无线收发模块CC1100把数据传送到测试主单片机进行处理。同时, 由串口将数据传到微机房里的PC机。其程序流程如图四所示。

3.2 PC机的软件设计

测试主机采用RS 2 3 2方式将温湿度数据传到微机房内的PC机, 同时在PC上进行温湿度数据的显示, 温湿度数据报表的生成, 以及温湿度数据的打印等。前台界面的设计主要采用VB编写, 对于窗体的设计, 遵循了直观、简洁的指导方针和一致性、完整性的原则, 在实现软件功能的同时注重用户使用的便捷, 从而实现了友好的用户界面。其主窗体界面如图五所示。

4 结束语

通过试验表明, 采用CC1100射频模块和数字化的温湿度传感器组成的无线粮库多点温湿度监控系统, 布线简单, 数据收发可靠, 完全符合粮情测控系统的要求。

摘要：为了实现粮仓管理系统自动化, 确保粮食仓储安全, 本文介绍了由CC1100射频模块、SHTl0数字温湿度传感器构成的一种粮库温度、湿度无线监控系统的设计与实现。该系统能实时检测粮仓温湿度, 并通过无线方式传送数据。

关键词：无线通信,单片机,温度和湿度,粮仓

参考文献

[1]林其斌.实用多点测温系统及其在粮仓温度监测中的应用[J].安徽农业大学学报 (自然科学版) , 2000, 27 (03) :285-287.

[2]于忠党.利用单片机实现粮食温度高精度测量[J].辽宁工学院学报, 2000, 20 (03) :18-19, 22.

[3]高吉祥, 张兴华.基于PTR8000的无线数据采集系统[J].长春工程学院学报 (自然科学版) , 2007, (02) :73-76.

基于单片机监控系统 篇8

静脉输液是医疗场所最常用的治疗手段, 能根据患者病情需要将液体及药物输入体内, 完成治疗[1～4]。目前, 大多数医疗场所病人较多, 医护人员工作量大, 输液操作繁琐, 容易出现失误, 导致医患关系紧张。临床对可实时监控患者输液量、温度和速度的智能可控输液设备的需求越来越迫切。因此, 设计一种可实现输液信息的远程监控的静脉输液监控系统, 改进现有输液方式, 缓解医患关系, 提高安全性和输液质量[5], 可广泛应用于各类输液场所。

1. 系统硬件设计

智能输液监控系统实现对输液过程中药液滴速和温度进行检测。主要有控制模块、滴速检测模块、温度检测与加温模块、键盘输入模块、显示模块、声光报警模块以及通信模块。系统组成模块如图1所示:

(1) 控制模块采用STC12C5608AD单片机;

(2) 温度检测模型采用热敏电阻MF58作为温度传感器采集输液管温度;

(3) 滴速检测模块采用红外对管实现。检测滴速时, 红外对管对茂菲氏滴管处液滴进行检测, 当第一滴液体通过红外对管时, 红外接收电路发出负脉冲触发单片机的中断口启动定时器计数。当第二滴液体通过红外对管时, 红外接收电路再次触发单片机的中断口, 定时器停止计数。读出定时器的计时时间和滴数, 进行计算后可得出输液量;

(4) 键盘输入模块采用3个按键, 其功能分别是滴数加1, 滴数减1, 设置兼确定, 操作键盘时, LED数码管同时显示操作结果;

(5) 加温装置采用JQC-3F继电器和PTC加热片构成, 液体初始温度设置在30度, 当热敏电阻采集到的温度低于28˚C时启动加热器工作, 高于30˚C时停止加热。为安全起见和防止异常, 设置高于35˚C时报警并停止加热;

(6) 显示模块采用LED3位数码管显示。正常工作时, 显示输液量和液体温度;

(7) 声光报警模块采用LED灯珠和蜂鸣器, 对液位和温度异常进行报警提醒;

(8) 电机控制模块采用M420驱动器驱动57BYG型步进电机正转与反转, 提升或减低药瓶的高度到达控制滴速的目的;

(9) 通信模块才采用Zigbee协议与后台监控中心对接, 进行数据传送, 监控中心对数据进行处理后推送至移动终端, 显示输液状态信息和警示提醒。

2. 系统软件设计

本系统的软件设计包括八部分, 包括滴速检测和液量计算程序设计、液体温度检测与加温控制程序设计、键盘扫描程序设计、LED显示程序设计、声光报警程序设计, 电机正反转控制程序和通信程序以及数据推送程序。系统主模块工作流程图如图2所示。

3. 系统测试

测试环境:在病房温度26˚C环境下, 进行输液实验, 通过键盘设置输液量250ml, 60滴/min, 剩余输液量10ml时进行报警提示, 加热温度设定为28˚C至30˚C。按1ml输液液体15滴算, 理论上为62分钟滴完, 输液1小时报警。系统实际检测的输液速度和输液剩余量数据为:

从表1～表2、图2～图3中可以看出系统输液速度约每分钟60滴, 说明系统输液速度基本恒定;

在相应时间检测到的液体温度分别为:29.5˚C、29˚C、28.5˚C、29˚C、28.9˚C、29.2˚C。很明显在设定的28˚C-30˚C范围内, 说明系统控温准确, 能够实现自动恒温;

手机输液监控APP显示报警提示时 (输液1小时) 残余输液量实际为8ml<理论10ml, 即输液比理论滴快30滴, 平均每分钟滴快0.5滴, 误差在1分钟之内, 比较准确及时。

4. 结语

本文设计的基于单片机的智能静脉输液监控系统, 紧跟“互联网+”行动计划, 集智能化、网络化与人性化于一体, 通过后台监控中心和护士手中的移动终端输液监控APP软件来实时监控相关病人的输液状况。监控准确, 可以减少护士与病人的直接接触, 大大提高了医护人员的工作效率, 同时也缓解了医患关系, 提高了输液的安全性和输液质量。

参考文献

[1]谭超, 翁丰壕, 余强等.加热止液报警一体化静脉输液器的研制[J].Science Mosaic, 科技广场, 2013 (06) :241-244.

[2]郑卫.PVC输液器与药物相容性研究综述[J].中国食品药品监管, 2010 (08) :68-71.

[3]江昌旭, 王磊, 李桂香等.基于RFID的无线多目标温湿度监控系统[J].仪表技术与传感器, 2013 (05) :46-47.

[4]沈勤丰, 信息管理系统应用与静脉输液监护的研究与实现[J].软件工程师, 2014, V17 (05) :44-46.

基于单片机监控系统 篇9

本设计采用射频无线发射、射频无线接收、数字无线发射、 数字无线接收4部分组成。主要完成的任务是将摄像头将所采集到的图像信号经过其内部的转换电路转换成视频信号, 送入射频调制发射电路,通过调制电路把摄像头输出的模拟电压信号和本振信号调制出射频信号,经放大后发送。

射频接收器将射频调制发射电路发射过来的射频信号还原成图像并进行显示,从而实现了监控的功能。

发射端的C8051F310单片机通过键盘对数字无线发射模块的开始与结束控制。C8051F310单片机把控制字和所要传送的数据信息分别写入n RF905发射模块进行调制发送。同时,AT89S52单片机通过键盘在液晶上显示对应的控制信息。 在数字无线接收端的C8051F310单片机把控制字写入n RF905数字无线接收模块,然后其将接收到的信号进行解调,把解调后的数据信息传给C8051F310单片机,单片机通过指令控制电机转向,从而达到了监控的功能。

2硬件电路设计

按照系统设计功能的要求,确定设计系统硬件电路由射频发射、射频接收、数字无线发射、数字无线接收和电源电路5大模块组成。各电路模块的设计如下。

2.1射频发射电路

射频发射电路通过电容3点式产生56MHz的频率,而图像信号经过摄像头采集,通过摄像头的内部电路转换为模拟电压信号,从JP1端送入,通过二极管调制电路,调制电路负责把摄像头输出的模拟电压信号和本振信号混出射频信号,射频信号经过u PC1651集成运算放大器和共发射级电路放大后发送。其中u PC1651是电视天线放大器专用集成电路, 是一块超高频、宽频带(频率带宽为1 200 MHz)、低噪声, 功率增益大(19d B,f=500 MHz)的高频线性放大电路。

2.2射频接收

射频接收部分主要是电视机的接收,通过电视台的VHL波段进行摄像头采集的56 MHz的AV信号在电视机显示器上显示。

2.3数字无线发射电路

C8051F310单片机是整个数字发射电路的核心,配合n RF905发射模块,通过SPI口先送入n RF905寄存器的控制字, 把n RF905的发射频率设定在433MHz,然后把要发送的数据送入n RF905寄存器内,把PWR_UP、TRX_CE和TX_EN引脚全置1,让其工作于发送模式。n RF905将数据打包( 加字头和CRC校验码),以433MHz的GFSK发送出去。C8051F310单片机与n RF905发射模块的连接。

2.4 AT89S52单片机控制HY-12864液晶电路

无线发射电路中AY89S52单片机通过软件使液晶在无按键按下时一直显示。用S2 ~ S4按键进行接收端的一系列控制,C8051F310单片机通过编程,使n RF905芯片工作在发射状态,接收端n RF905接收相对应的信息送给单片机,对电机向右转动进行控制。同样S3和S4分别类似控制电机“向左” 和“开始”工作。

2.5数字无线接收电路

无线接收电路同样有C8051F310单片机和n RF905收发模块组成,只是此时的n RF905芯片通过软件置为接收。在接收电路中,有两路箭头指示灯和一个直流电机,C8051F310单片机通过n RF905芯片接收到的信号进行软件编程控制,检测在P2.0和P2.1输出高低电平控制直流电机的转向。同时, 检测P3.0和P3.1输出高低电平使箭头指示灯亮与灭。

2.6电源电路

由于C8051F310单片机使用的电压范围是2.7 ~ 3.6V。为了提高电路的稳定性,降低功耗,提高控制功能将C8051F310单片机的电压定为3.3 V。运用三端稳压集成块AM1117和滤波电容将5 V电压转换为3.3 V电压。

3软件设计

通过软件编程来实现预想的控制和运行效果。单片机的编程语言可以是C语言和汇编语言,而汇编语言产生的目标代码短,占用的存储空间小,执行速度快,能充分发挥单片机的硬件功能。因此,本设计采用汇编语言来进行编程。

3.1发射电路程序

根据C8051F310单片机的内部性能以及SPI总线的功能, 运用此单片机的指令进行汇编语言编程,按照按键的具体情况,使单片机的P2.0、P2.1和P2.2口输出不同的高低电平。 当P2.2=1(S4按键按下)时,电路开始工作;当P2.0=1 (S2按键按下)时, n RF905发送寄存器地址和数据0AH; 当P2.1=1(S3按键按下)时,n RF905发送寄存器地址和数据04H。即C8051F310单片机通过SPI接口,按时序把地址和要发送的数据送传给n RF905,通过n RF905发送出去。

3.2液晶显示电路程序

通过AT89S52单片机对HY-12864液晶进行控制,当无按键按下时液晶上显示相应的内容,按不同的键,在液晶上显示不同的字符,通过具体的编程来实现。

3.3数字无线接收电路程序设计

数字接收电路相对发射电路要简单,编程思路同发射电路类似。主要是将n RF905所接收到的信息通过编程进行比较, 将C8051F310的P2.0、P3.0同时输出相同的电平,而P2.1和P3.1输出与P3.0和P2.0相反的电平。 即当P2.0=1、 P3.0=1、P2.1=0、P3.1=0,使对应的三极管Q4、Q5、Q11和Q8同时导通,Q3、Q6、Q10和Q7同时截止,电机向左转, 对应的白二极管闪烁5次发光(即在P2.0=1期间P3.0电平由高变低5次);当P2.0=0、P3.0=0、P2.1=1、P3.1=1,使对应的三极管Q4、Q5、Q11和Q8同时截止,Q3、Q6、Q10和Q7同时导通,电机向右转,对应的绿二极管闪烁5次发光(即在P2.1=1期间P3.1电平由高变低5次)。

4结论

此设计电路简单,容易实现,使用范围广,对于银行、 煤矿等安全地带可以很方便控制摄像头的电机进行检测。功耗低、软件编程较简单,n RF905芯片的体积小、整个系统成本低。用单片机来实现无线视频监控系统,充分利用了单片机的资源。

基于单片机监控系统 篇10

系统要求温度检测范围为-30～+50℃、测量精度为0.5℃, 湿度检测范围为10%～100%RH, 检测精度为1%RH, 显示方式为四位检测, 报警方式为三极管驱动的蜂鸣音报警。系统总体框图如图1所示。

1 信号采集系统设计

信号采集系统由集成温度传感器AD590、顶端接触型湿度传感器HS1100及多路开关CD4051组成。AD590应用电路如图2所示, 频率输出的555振荡电路如图3所示, 8路模拟量信号采集电路硬件接口电路如图4所示。

2 信号分析系统设计

信号分析系统由双积分A/D转换器MC14433、单片机8031基本系统组成。MC14433与8031单片机P1口直接相连的硬件接口电路如图5所示, 程序存储器的扩展如图6所示, 数据存储器的扩展如图7所示。

3 信号处理系统设计

信号处理系统由串行口LED显示器和报警系统组成。键盘及显示与主机的硬件接口电路如图8所示, 三极管驱动的峰鸣音报警电路如图9所示。

4 软件设计

温度控制主程序的设计应考虑以下问题: (1) 键盘扫描、键码识别和温度显示; (2) 温湿度采样, 数字滤波; (3) 越限报警和处理; (4) 温度转换。主要包括主程序、T0中断程序、温度采样子程序、键盘扫描程序、报警子程序五部分。报警子程序流程如图10所示。

摘要：本文是基于单片机的仓库温湿度监控系统, 该系统克服了传统装置的不足之处, 由信号采集、信号分析和信号处理三个部分组成的, 是一种造价低廉、使用方便简单, 且测量准确的温湿度测量装置。

关键词：单片机,温度传感器,湿度传感器

参考文献

[1]张琳娜, 刘武发.传感检测技术及应用.中国计量出版社, 1999.

[2]沈德金, 陈粤初.MCS-51系列单片机接口电路与应用程序实例.北京航空航天大学出版社, 1990.

[3]胡汉才.单片机原理及接口技术.清华大学出版社, 1996.

[4]李志全等.智能仪表设计原理及应用.国防工业出版社, 1998 (6) .

基于单片机的温度控制系统研究 篇11

摘要：随着我国工业生产水平的提高与电子技术的发展，以单片机技术发展为重要代表的大规模集成电路的发展也十分迅速，为人们的生活带来了翻天覆地的变化，也为现代工业带来了新技术的又一次革命。 目前，单片机的温度控制系统主要应用于金属冶炼、化工生产、食品加工和机械制造等工业活动中，此系统能够对冶炼金属所使用的加热炉，化工生产所需要的反应炉和热处理炉等生产器具进行温度控制，为产品生产提供合适的温度，从而提高产品的品质和产量。本文主要对单片机的温度控制系统的功能和工作原理进行介绍，并分析系统的软硬件电路设计时的相关要求，进而为系统的设计人员提供科学合理的方法来进行系统设计，从而提高设计效率。

关键词：单片机;温度控制系统;硬件电路;软件电路

一、单片机的温度控制系统的功能及工作原理

（一）单片机的温度控制系统的功能。

从单片机的温度控制系统的名称上来看，此系统的功能就是对产品生产过程进行温度控制，这就是单片机最主要的目的。将控制功能进一步细分，我们可以知道，单片机的温度控制系统可以对温度进行检测，然后将检测的数据以十进制的数码提供给监控人员，单片机温度控制系统的操作人员在进行系统设置的时候，可以将温度控制在一定的范围内以适应不同的温度控制系统的应用场所，一旦温度超过预设的温度范围，系统就会自动将温度调节到温度范围内，以此来保证产品生产所需的温度，实现产品生产的继续进行，促进企业的快速发展和国家经济的进步。

近几年来，随着科技和经济的快速进步，人们对产品提出了新的要求，为了满足人们对产品的需求，企业必须使用测控精度较高的温度控制系统，并且还要使用稳定性较好的系统来确保生产产品所需的最是温度，从而确保生产的持续进行。

（二）单片机的温度控制系统拥有控制温度功能的原因。

单片机的温度控制系统要想拥有控制温度的作用，就必须依靠系统的硬件电路和软件电路，只有两者协同合作，才能对温度进行检测，并为温度检测系统提供合适的温度范围，为产品生产提供适宜的温度，从而促进产品生产的数量和质量，改善人们的生活，为生产建设部门提供优质的产品，促进建筑行业和生产行业的发展。

二、单片机温度控制系统的硬件要求

（一）温度控制系统中单片机的选取。

设计人员在设计单片机温度控制系统的时候，必须按照系统使用者的需求选取科技含量较高，应用效果较好的单片机，从而对整个系统进行连续系统的控制，确保温度控制系统的持续运转，为产品生产提供适宜的温度，促进生产企业的快速发展。

（二）检测温度的电路对硬件的要求。

检测温度的电路中需要的硬件有热电偶、放大镜和信号转换器。热电偶在系统中能够将变化的温度信息转换成与信息变化相一致的电信号，此种电信号在输出的时候比较微弱，所以就要利用放大器来将微弱的电信号放大，由于放大后的数据属于模拟信号，无法顺利地输入到计算机内，就需要使用信号转换器来将模拟信号转换成数字信号，从而为监测人员提供监测数据。

（三）控制温度的电路对硬件的要求。

在控制温度的电路中只需要使用一个控制温度的电路元件，检测人员通过该元件可以对温度进行设定，一旦产品生产过程中的温度超过设定的最高温度，该元件就能利用半导体的制冷功能来降低产品生产的温度，当产品生产过程中的温度低于设定的最低温度，元件就能够通过半导体的加热功能来升高产品生产的温度。

（四）人机对话电路对硬件的要求。

人机对话电路使用的硬件主要有显示器、键盘。单片机的温度控制系统中的显示器是由一些发光二极管组成的，当显示器接收到的字符的时候，一些发光二极管就会发生不同变化，因而就会在屏幕上显示出不同的亮光，为检测人员提供相关的信息。键盘作为输入设备，能够实现人机对话，还能够对系统设置进行更改，从而为产品生产提供合适的温度。

三、单片机温度控制系统软件设计的步骤

（一）温度控制系统中监控程序的设计。

设计人员在设计监控程序的时候，要正确处理系统的调度问题，这就要求设计人员根据环境的相关变化来选取合适的调度方法，从而帮助单片机的温度控制系统快速地实现系统的任务。

（二）系统中断与子程序调用的设计。

要对程序进行初始化处理，然后将脉冲方式的中断信号输向外部中断源，将中断源进行中断，再进行相关地址的更改，促进信号转换硬件的顺利使用。经过一系列的信号转换，将最终的数字信号储存在缓冲区域内。

四、系统调试

（一）利用开发装置来进行系统检测。单机片的温度控制系统的设计人员在系统开发装置上完成系统设计之后，就可以在开发装置上来对系统进行检测，主要方法是在开发装置上连入仿真器，在应用系统的时候，就会出现一系列的程序代码，如果运行出错，就找到处错误的代码进行更改，提高系统的稳定性。

（二）对系统进行连调处理。在对系统进行连调处理的时候，可以采用自底向上或自顶向下的方法来实现系统的联调，根据联调得到的信息进行方案更改，最终达到优化系统的目的。

（三）将程序固化到芯片内部。设计人员要将完成设计和调试的程序固化到芯片内部，从而保护程序的安全性，保护设计人员的知识产权。

五、结束语

单片机的温度控制系统在经济的发展方面上发挥着越来越重要的作用，为了与经济的发展性适应，企业在产品生产过程中必须使用单片机的温度控制系统，才能够加快产品的生产速度，提高产品的品质，因此要求设计人员必须根据企业产品生产的需要设计单片机的温度控制系统，为企业的发展做贡献，促进国家经济的快速发展。

参考文献：

[1]刘泽群，江世明.基于单片机的温度控制系统的分析与设计[J].湖南科技学院学报，2013（14）：111-112.

[2]晁阳，张争刚，熊刚.基于单片机的温度控制系统的设计[J].杨凌职业技术学院学报，2011（28）：120-121.

基于单片机监控系统 篇12

在信息化迅猛发展的时代, 用户对家庭安防的需求也表现强烈。目前的安防产品主要是针对大型的工厂、楼宇等, 相关个人家庭室内产品很少, 并且大多具有功能单一、可靠性低、普及率不高等缺点。在平安城市、平安家庭的政策引导下, 家庭网络环境不断改善, 用户消费能力不断提升, 安防意识逐渐增加, 这就需要一种低成本、适合于家用的监控系统。

本文就是在这种背景下进行设计与研究的。基于单片机的家庭多功能监控系统以传感器模块为感知单元, 依托GSM网络远程通信, 能作到实时监控。该系统具有体积小、成本低、通信距离远, 实时性好等特点, 具有良好的市场发展前景。家用监控网络的专用化将会极大改变人们的生活, 具有较大的商业应用价值[1]。

1 系统方案设计

本系统主要由51单片机、GSM通信模块、红外传感器模块、CO泄漏传感器模块、串口摄像头和外部Flash存储器组成, 其系统硬件结构如图1所示。

在此系统中, 51单片机作为微控制器, 传感器检测部分包括红外检测和CO检测, 红外传感器模块主要用入防盗, 根据需要选用并安装在大门或者窗户等位置。CO传感器可安放于厨房燃气位置, 实时监控CO浓度。当有人在未解除警报的情况下非法入侵, 或者有CO泄露时, 触动传感器, 向单片机申请中断, 单片机判别是何种险情发生, 并选择相应警报信号通过GSM网络发送短消息至用户手机[2], 同时根据需要启动声光报警器发出相应的警报信号。如果是盗贼警报信号, 摄像头可启动拍照以达到防盗、报警的目的。

2 系统硬件设计

2.1 传感器检测模块

传感器检测模块由人体红外传感器和CO传感器组成。其中, 红外传感器模块为市面可购的TOP3224人体红外感应模块。此模块热释电元件采用RE200B, 配合红外检测专用BISS0001芯片, 加上相关外围元件, 传感灵敏度高, 可靠性强。具有全自动感应, 光敏控制 (可选择) 功能, 并可设置感应封锁时间 (默认设置:0.2s) 。将该模块的TTL输出接至单片机的P1.0口, 当检测到红外信号时P1.0口将检测到高电平。

由于煤气的主要成分是一氧化碳, 若CO泄露, 则很可能给人带来威胁 (煤气中毒) , 因此重点设计CO气体探测器, 在这里采用MQ-7一氧化碳传感器模块作为CO泄露监测模块, 该气敏传感器对CO响应的选择性好。并具有灵敏度高, 稳定性好, 支持TTL输出等特点[3]。MQ-7一氧化碳传感器模块基本工作电路图如图2所示。在加热丝两端加热电压, 在洁净空气中, 传感器的电阻较大, 在负载R上输出电压较小;当气体浓度增加时, 传感器的电阻变得较小, 则R上的输出电压较大, 1, 3两点电压输出增大, 经放大后与比较器的输入电压比较, 当达到报警浓度时, 比较器输出高电平。

2.2 GSM模块设计

TC35I模块是西门子公司推出的无线通信模块, 它与GSM2/2+兼容、双频 (GSM900/GSMl800) 、RS-232接口、符合ETSI标准GSM07.07和GSM07.05[4]。TC35I共有40个引脚, 通过ZIF连接器分别与电源、启动与关机电路、SIM卡接口电路、指示灯电路等连接。GSM模块TC35I是3.3V CMOS元器件, 要求对电源的启动电流超过2A, 启动电压达到4.2V。ED指示灯接到地。TC35I启动之后就可以通过单片机由串口发送数据和命令到TC35I, TC35I的波特率是自适应的, 其连接图如图3所示。

TC35I采用AT指令集, 所有的AT命令都以“AT”, 或“at”打头。单片机通过串口发送相应AT指令即可控制模块动作。几个常用AT指令如表1所示。

2.3 摄像头捕捉

ZSV-01P串口摄像头是一个内含有拍摄控制、视频捕捉、图像数据采集、图像JPEG压缩、串口通讯等功能齐全的工业用图像采集设备。其采用标准的JPEG图像压缩算法, 产品的图像输出格式与常用计算机完全兼容。同时, 带有可选择的红外照明功能, 能够实现自动照度补偿、在黑暗的光线下仍能有较好的图片质量。

ZSV-01P串口摄像头可直接与单片机的串口相连, 在这不多作介绍。

3 系统软件设计

3.1 系统软件总体流程

首先, 系统复位单片机进行串口等初始化操作, 待稳定处于警戒状态, 单片机循环查询传感器的IO口, 一旦前端传感器模块探测到异常情况, 随即在相应IO口输出高电平, 单片机判断警报情况, 进入处理程序, 发送设定的报警信息给用户手机。其流程如图4所示。

3.2 GSM模块发送短信

TC35I模块具有自动识别串行接口速率的能力, 但要求速率范围在1200bps~115200bps之间, 并且设置为8bit数据, 无校验, 1位停止位。TC35I模块上电后一秒左右的初始化延迟, 在此过程中TC35I无法响应AT命令, 可以根据实际需要对TC35I进行初始化设置[5]。

系统中单片机与GSM通信模块TC35I之间通信接口协议采用标准的AT指令[6]。采用11.05920MHz晶振, 波特率设置为9600bps依照GSM规范。单片机可以通过串口发送AT指令给GSM模块, 从而实现对GSM模块的控制。单片机控制GSM模块发送短信流程如图5所示。

3.3 摄像头拍摄

设计中主机与摄像头之间采用RS-232标准接口, 波特率为57600bps, 8位数据位, 无校验, l位停止位。相机输出的图像格式为JPEG。图像分辨率320×240。

串口摄像头采用可以支持232或485接口进行通讯, 其通讯协议保持一致。下行 (到摄像头) 报文的基本格式如表2所示。

每次传送数据时, 必须发送取图指令, 摄像头才会传送下一帧数据, 如果在传送数据期间发送了开始指令, 摄像头将会重新取图。不会保留上一次所取图形, 只有发送开始指令时能配置图片的大小, 在数据包传送期间, 如果十秒内不进行任何操作, 将会重传上一帧数据, 发送10次不成功将放弃这次图像的传送。图6所示为分包传输时一幅完整图片采集流程。

4 系统测试

结合以上硬件电路及软件设计, 在PROTEUS下进行仿真[8]。为了仿真的方便, 在这里将按键开头来代替传感器产生的脉冲并输出到单片机的相应IO口上。用按键K1和K2分别代替红外传感器和煤气传感器产生脉冲。在实际系统设计中, 红外传感器接P1.0口, 煤气传感器接P1.1口。启动系统后, 当按下K1 (人在传感器感应头前晃动) , 产生脉冲信号输出信号到STC12C5A60S2单片机的P1.0口, 单片机执行程序选择报警短信, 经串口送到短信模块, 短信模块立即发出报警短信给手机15907173010。测试结果短信模块收到内容如图7所示, 报警内容为“thief intrusion”。

当按下K2 (CO泄露并且浓度达到了报警标准) , 产生脉冲信号输出信号到STC12C5A60S2单片机的P1.1口, 单片机执行程序选择报警短信, 经串口送到短信模块, 短信模块立即发出报警短信给手机15907173010。测试结果短信模块收到内容如图8所示, 报警内容为“CO leakage, attention to fire”

测试的结果系统仿真可行, 单片机能够向GSM模块发送相应AT指令, 从而控制GSM模块进行短信报警。即该系统达到工作预期。

5 结束语

本设计以51单片机为核心, 以TC35I模块、传感器检测模块、摄像头等为重要支撑, 设计了一个简易的多功能家庭监控系统。系统利用了现在比较成熟的GSM网络, 构建了用户与家庭监控系统的文本通讯, 并且成本低廉, 信号质量好, 具有极高的性价比。系统中还可以加入计算机控制的因素, 它可以作为一种辅助手段在小区内实现局域网智能化控制, 这样系统在给用户报警的同时也可以给小区物业及时报警, 在某些情况下, 小区物业因为离住宅较近可能处理更有利, 比如可以及时解除险情或及时抓住入侵者。

参考文献

[1]聪慧安防网.无线监控日渐成熟三大领域将扩大应用[EB/OL]. (2012-05-09) .http://www.21ic.com/news/rf/201205/120728.htm.

[2]陈威, 张丕状.基于ATmega128与GSM的家庭报警系统的设计与实现[J].世界电子元器件, 2009 (6) :56-58.

[3]许礼捷.室内监测报警系统的设计开发[D].东南大学硕士学位论文, 2007.

[4]刘松, 赵忠, 孙学磊.基于GSM的远程家庭智能监控系统设计[J].电子测量技术, 2009 (32) :90.

[5]TC35I cellular Engine Hardware Interface Description Version 01[Z].03, 65-68.

[6]宋戈, 黄鹤松, 员玉良, 等.51单片机应用开发范例大全[M].北京:人民邮电出版社, 2010:446-455.