摘 要

介绍了一种密闭性实验控制系统的软件设计实现方法。温度和气压是密闭性实验中要求控制的主要参数，所以在本设计中，主要对实验中的气压和温度进行监测和控制。本文设计了核心为AT89C51的温度和气压监测控制系统,并且讲述该设计的工作原理及设计方法。该设计通过气压/温度传感器得到与气压/温度对应的模拟电压，并通过V/F变换将所得数值传输到单片机中进行处理，从而实时的显示当时的气压值/温度值。首先，通过仔细了解各个器件的硬件构造和如何对其进行开发，接着画出这个满足这个系统基本电路图，有一部分电路的功能是采集温度和气压，还有一部分电路是对传感器采集的温度和气压数值进行显现，还有一部分电路可以设置这个系统监测的峰值，有一部分电路可以通过直流电机对容器内的气压进行调节。然后，照着以上电路可以实现的功能来编写对应的程序。在设计的最后阶段，通过Keil的仿真调试功能，对自己根据设计需求编写的程序进行修改，最终实现了所需功能。

关键词：A/D转换，89C51单片机，温度和气压采集，BMP180气压传感器

Abstract

This paper introduces a software design and implementation method of a closed experimental control system. Temperature and pressure are the main parameters required to be controlled in the closed test. Therefore, in this design, the air pressure and temperature in the experiment are mainly monitored and controlled. This paper designs the temperature and pressure monitoring and control system for AT89C51, and explains the working principle and design method of the design. The design of the air pressure / temperature sensor with the pressure / temperature corresponding to the analog voltage, and through the V / F conversion of the resulting value transmitted to the microcontroller for processing, which real-time display of the current pressure / temperature value. First, through the comparison and selection of components, the design of the system control circuit, including the temperature measurement circuit, measuring pressure circuit, key circuit, LCD liquid crystal display circuit, microcontroller minimum system; and then design the relevant procedures, including the main program, read The temperature program, read out the pressure program, LCD display program, key procedures and so on; Finally, through the simulation, the entire system debugging and analysis, and ultimately achieve the desired function.

Keywords: A / D conversion, 89C51 microcontroller, temperature and pressure acquisition, BMP180 pressure sensor

目录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1研究的背景和意义 1

1.2国内外的研究现状 1

1.3课题研究内容 2

第2章 系统的硬件方案 3

2.1 系统总体方案 3

2.2 系统主要硬件介绍 5

2.2.1 89C51单片机的硬件结构概述 5

2.2.2 STC89C51单片机的最小系统 5

2.2.3 LCD1602液晶显示器 7

2.2.4 BMP180气压传感器的设计 7

2.2.5 AT24C02的介绍 8

2.2.6 蜂鸣器电路的设计 9

2.2.7 独立按键电路的设计 10

第3章 监测控制系统软件设计 11

3.1软件开发环境的介绍 11

3.2软件开发c语言介绍 11

3.3系统重要函数的介绍及主要程序设计 12

3.3.1主函数的设计 12

3.3.2 LCD1602显示程序的设计 13

3.3.3 AT24C02读/写程序的设计 16

3.3.4 按键程序的设计 18

3.3.5 直流电机驱动程序的设计 22

3.3.6 BMP180采集温度气压程序的设计 22

第4章 监测控制系统软件调试 24

第5章 总结 25

参考文献 26

致谢 27

第1章 绪论

1.1研究的背景和意义

单片机自从1970年被创造出以来,已经被普遍应用于一些方面，这些方面有工业智能化控制,工业自动检测,智能仪器仪表,家用电器,汽车电子。单片机具有功能全面,不容易被干扰,应用可靠性高,使用简单方便等优点^[1]。除此之外,单片机还有很多优点，这些优点是体积不大、可以被灵活应用、功能强大价格便宜,因此在嵌入式微控制系统中具有重要的地位^[2]。从工业的生产,智能电子设备,家居生活等方面直到国家的一些特别重要的领域,单片机都有着不可替代的作用。

温度、压力都是实验中非常重要的参数,它们是实验过程中监测实验进展的关键因素。在实验过程中对于压力和温度的控制就显得非常重要。比如在化学实验过程中,压力能影响实验最终产物的数量,不合适的温度会使化学反应过快或者过慢,是标志着实验过程是否在正常运行的重要参数。从安全实验的方面来看,压力和温度的鉴测也是很重要的。如:保证密闭性实验系统内的压力值在安全的指标之内,确保温度不能超过易燃易爆的介质限值等等。

总之,压力和温度的监测是实验过程中不可缺少的环节,只有严格按照实验要求来保持温度和压力的稳定,才能保证实验的正常和安全运行。因此在实验过程中温度和压力的精准监测和控制是极其重要的。

1.2国内外的研究现状

国际国内对于实验监测控制系统的研发都非常重视,并在智能控制、参数自动调整、自适应等方面取得不同的成果。其中的温度控制器很多都是应用智能调节器,我国研发生产的的控制温度的设备分辨率不如国外的类似产品，精度也不行,对温度的调节也不是很令人满意，最大的优点就是花费比较少；国外研发生产的调节温度的设备精度和分辨率都比较高,对温度的调节效果好，但是购买设备的花费则要大的多^[3]。而在测量气压方面,以前常见的气压计有水银气压计，无液气压计,这两款都是老式的气压计,有占地面积大,测量结果不准确,不容易带在身上等缺点。随着科技的不断进步和发展,目前不仅是国外，中国也有不少公司都推出了其数字气压传感器。众多数字传感器的出现使得越来越多的数字化测量气压装备被研发出来,被运用到生活生产中,测量的结果也比以前有了很大的提高。

1.3课题研究内容

本文拟设计一个对密闭性实验过程进行监测控制的系统，是一种基于微处理器的气压、温度实时采集控制系统。温度/气压控制器除了需有温度采集功能外，还需能实时显示温度/气压数据，可以手动设置温度/气压的范围，当测量值超过设置的范围时，可以对实验人员进行报警；通过控制直流电机进行正反转来调节容器中的压力。通过对微处理器的选择，温度传感器的选择，气压传感器的选择以及显示电路的选择完成系统电路的基本设计，从而完成系统的软件设计。

第2章 系统的硬件方案

2.1 系统总体方案

考虑到设计的实验监测系统只需要将实验中变化的气压和温度表现出来，实现的功能并不复杂，所以觉得应用89C51单片机性价比比较高。BMP180采集实验中变化的气压值和温度值并且进行数据的保存,然后通过LCD1602来表明此时的气压和温度。在这个监测系统有五个按钮，一个按钮可以选择要设置的参数，一个按钮对设置数值进行加1的操作，一个按钮对设置数值进行减1的操作，一个按钮对电机进行开关和关闭的操作，一个按钮对电机进行选择正反转的操作。当密闭性实验容器里的气压或者温度超过设置的值的时候,蜂鸣器发出声音对实验人员进行提醒并且对应警示灯亮,并且通过AT24C02存储芯片存储设置好的峰值，这样的话如果系统没有工作也能很好地保存好数据。实验人员可以通过控制直流电机的正反转，来控制容器中的压力。密闭性实验监测系统的系统方案如图2.1所示。