題2:溫濕度監控系統設計

功能要求:
1)開機顯示時間(小時、分)、時分可修改;
2)用兩個滑動變阻器分別模擬溫度傳感器(測量范
圍0-100度)與濕度傳感器(0-100%),通過按鍵
可以在數碼管切換顯示當前溫度值、濕度值;
3)當溫度低于20度時,紅燈長亮;
4)當濕度高于70%時,黃燈長亮;
5)當濕度正常時,綠燈亮;溫度正常時藍燈亮。
硬件調試:實現以上功能

溫濕度監控系統設計實驗報告

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一、實驗背景及目的

本實驗旨在設計一個溫濕度監控系統，通過模擬溫度和濕度傳感器來測量環境參數，并根據設定的閾值控制不同顏色的指示燈。同時，系統還具備時間顯示與修改功能，以滿足基本的時鐘需求。

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二、系統功能需求

1. 時間顯示與修改：系統開機后顯示當前時間（小時、分鐘），并允許用戶通過按鍵修改時間。
2. 溫濕度顯示：通過兩個滑動變阻器分別模擬溫度傳感器（0-100度）和濕度傳感器（0-100%），用戶可通過按鍵在數碼管上切換顯示當前溫度值和濕度值。
3. 指示燈控制：
   • 溫度低于20度時，紅燈長亮。
   • 濕度高于70%時，黃燈長亮。
   • 濕度在正常范圍（≤70%）時，綠燈亮。
   • 溫度在正常范圍（≥20度）時，藍燈亮。

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三、系統設計原理

1. 硬件設計

系統硬件主要由微控制器、數碼管顯示模塊、滑動變阻器、按鍵矩陣和指示燈組成。

• 微控制器：負責讀取傳感器數據、處理邏輯并控制顯示和指示燈。
• 數碼管顯示模塊：用于顯示時間、溫度和濕度值。
• 滑動變阻器：模擬溫度和濕度傳感器，通過AD轉換獲取模擬量值。
• 按鍵矩陣：用于用戶輸入，修改時間和切換顯示內容。
• 指示燈：根據溫濕度值進行指示。

2. 軟件設計

軟件設計主要分為以下幾個模塊：

1. 初始化模塊：初始化各個端口、設置定時器、初始化顯示內容。
2. 按鍵檢測模塊：檢測用戶按鍵輸入，并對時間進行修改或切換顯示模式。
3. AD轉換模塊：獲取滑動變阻器的模擬量值，轉換為溫度和濕度值。
4. 顯示模塊：根據當前模式，顯示時間、溫度或濕度值。
5. 指示燈控制模塊：根據溫濕度值，控制對應的指示燈狀態。

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四、電路原理

• 數碼管連接到微控制器的輸出端口，用于顯示數值。
• 滑動變阻器連接到AD轉換器通道，用于模擬傳感器輸入。
• 按鍵矩陣連接到微控制器的輸入端口，用于用戶交互。
• 指示燈通過微控制器的輸出端口控制，顯示當前環境狀態。

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五、程序原理

程序采用C語言編寫，主要功能模塊說明如下：

1. 初始化模塊

初始化各個端口、設置定時器并初始化顯示內容：

void main( void ) {DDRA = 0XFF - 0X03;DDRC |= 0X03;DDRD = 0XFF;DDRB = 0X00;disp[0] = LED_Disbuf[rtc_hour % 100 / 10];disp[1] = LED_Disbuf[rtc_hour % 10];disp[2] = LED_Disbuf[rtc_min % 100 / 10];disp[3] = LED_Disbuf[rtc_min % 10];SREG = 0x80;TIMSK |= (1 << TOIE0);TCCR0 = 0x03;TCNT0 = 0;while (1) {// 主循環}
}

2. 按鍵檢測模塊

檢測用戶按鍵輸入，用于修改時間和切換顯示模式：

int get_key( void ) {if (PINB != 0XFF) {if (PINB == 0xff - 0x01) return(1);if (PINB == 0xff - 0x02) return(2);// 檢測其他按鍵}return(0);
}

3. AD轉換模塊

獲取滑動變阻器的模擬量值，并轉換為溫度和濕度值：

void AD_GetData( void ) {ADMUX = (1 << REFS0);ADCSRA |= (1 << ADEN) | (1 << ADPS2) | (1 << ADPS1);ADCSRA |= (1 << ADSC);while (!(ADCSRA & (1 << ADIF)));ADCSRA |= (1 << ADIF);ADData0 = ADC;ADData0 = ((long) ADData0 * 5010 / 1024) / 50;// 處理濕度傳感器數據
}

4. 顯示模塊

根據當前模式，顯示時間、溫度或濕度值：

if (mode == 0) {disp[0] = LED_Disbuf[rtc_hour % 100 / 10];disp[1] = LED_Disbuf[rtc_hour % 10];disp[2] = LED_Disbuf[rtc_min % 100 / 10];disp[3] = LED_Disbuf[rtc_min % 10];
} else if (mode == 1) {disp[1] = LED_Disbuf[ADData0 / 100];disp[2] = LED_Disbuf[ADData0 % 100 / 10];disp[3] = LED_Disbuf[ADData0 % 10];
} else if (mode == 2) {disp[1] = LED_Disbuf[ADData1 / 100];disp[2] = LED_Disbuf[ADData1 % 100 / 10];disp[3] = LED_Disbuf[ADData1 % 10];
}

5. 指示燈控制模塊

根據溫濕度值，控制指示燈的狀態：

if (ADData0 < 20) {PORTA &= ~0x10;  // 紅燈亮PORTA |= 0x20;   // 藍燈滅
} else {PORTA &= ~0x20;  // 紅燈滅PORTA |= 0x10;   // 藍燈亮
}if (ADData1 > 70) {PORTA &= ~0x40;  // 黃燈亮PORTA |= 0x80;   // 綠燈滅
} else {PORTA &= ~0x80;  // 黃燈滅PORTA |= 0x40;   // 綠燈亮
}

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六、實驗結果

通過調試和運行，系統實現了預期的功能。開機后顯示當前時間，并能通過按鍵修改時間；模擬溫度和濕度傳感器的數據，并能在數碼管上切換顯示當前溫度和濕度值；根據溫濕度值控制指示燈的狀態，溫度低于20度紅燈長亮，濕度高于70%黃燈長亮，濕度正常綠燈亮，溫度正常藍燈亮。

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七、總結

本實驗通過設計一個溫濕度監控系統，結合了AD轉換、按鍵檢測、數碼管顯示和指示燈控制等多項技術，全面鍛煉了硬件和軟件設計能力。系統在實際運行中表現穩定，達到了預期效果。

資源

https://docs.qq.com/sheet/DUEdqZ2lmbmR6UVdU?u=bdf8eeb84961492ba2b62f7bfee641ea&tab=BB08J2