畢業(yè)設計報告（論文）報告（論文）題目：機房環(huán)境參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)軟件設計作者所在系部：電子工程系作者所在專業(yè)：電子信息工程作者所在班級：B09212作者姓名：作者學號：20094021204指導教師姓名：完成時間：2013年6月20日北華航天工業(yè)學院教務處制北華航天工業(yè)學院畢業(yè)設計（論文）任務書（理工類）學生姓名：專業(yè)：電子信息工程班級：B09212學號：指導教師：職稱：副教授完成時間：2013.6畢業(yè)設計（論文）題目：機房環(huán)境參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)軟件設計題目來源教師科研課題縱向課題（）題目類型理論研究（）注：請直接在所屬項目括號內打“√”橫向課題（）應用研究（）教師自擬課題（√）應用設計（√）學生自擬課題（）其他（）總體設計要求及技術要點：機房是數(shù)據(jù)中心重要的基礎設施，可以比喻為數(shù)據(jù)中心的搖籃。它是指在一個物理空間內實現(xiàn)信息的集中處理、存儲、傳輸、交換、管理。計算機設備、服務器設備、網(wǎng)絡設備、存儲設備等是數(shù)據(jù)中心機房的核心設備。一旦機房環(huán)境設備出現(xiàn)故障，就會影響整個計算機系統(tǒng)運行，對數(shù)據(jù)傳輸、存儲及系統(tǒng)運行的可靠性構成威脅，如事故嚴重又不能及時處理，就可能損壞硬件設備，造成嚴重后果。機房環(huán)境參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)主要是針對機房的環(huán)境進行監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)參數(shù)異常，即時采取電話、短消息等多種報警方式進行報警，并記錄歷史數(shù)據(jù)和報警事件，還可以通過以太網(wǎng)進行遠程查看?？傮w設計要求：本課題主要研究機房環(huán)境參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設計，需配合硬件實現(xiàn)監(jiān)控功能，用LCD顯示現(xiàn)場環(huán)境參數(shù)（主要是溫度和濕度）的數(shù)值，可以進行數(shù)據(jù)的存儲和查看，可以設定報警的上下限，超限后可以打電話或發(fā)短信報警，具有連接遠程網(wǎng)絡的功能，并考慮軟件的健壯性。技術要點：單片機編程技術，通信模塊編程，上位機編程基本要求：實現(xiàn)單片機控制的溫度、濕度采集，用LCD顯示數(shù)值，可以進行數(shù)據(jù)的存儲和查看，可以設定報警的上下限，超限后可以打電話或發(fā)短信報警。較高要求：實現(xiàn)TCP/IP協(xié)議發(fā)送數(shù)據(jù)，實現(xiàn)連接遠程網(wǎng)絡的功能，在遠程計算機上以Web形式瀏覽機房各環(huán)境參數(shù)值。工作環(huán)境及技術條件：工作環(huán)境：實驗室環(huán)境技術條件：單片機開發(fā)環(huán)境、模擬量信號采集技術、TCP/IP協(xié)議、Web主頁設計工作內容及最終成果：本題目要求應用單片機設計一套機房環(huán)境參數(shù)的監(jiān)控系統(tǒng)（主要側重于軟件設計），具體要求如下：（1）測量精度：溫度誤差不大于±0.5℃，濕度誤差不大于±0.5%RH；（2）測量點數(shù)：不小于20個；（3）系統(tǒng)工作環(huán)境溫度:-20℃～70℃；（4）實時監(jiān)測機房溫度、濕度（可擴展增加水浸、煙霧、電源通斷、門磁、窗磁監(jiān)測）；（5）可現(xiàn)場設置各報警參數(shù)的上下限，具有數(shù)碼顯示，報警顯示等功能；（6）具有撥打手機電話及發(fā)送手機短信的功能；（7）提供基于Web的管理界面，具有遠程設置、查看功能。最終成果：結合硬件（電路板級成果或成形產(chǎn)品）實現(xiàn)機房環(huán)境參數(shù)的監(jiān)控，提供使用說明書。時間進度安排：1、第七學期第6周～第15周，查閱資料，完成開題報告、文獻綜述、外文文獻翻譯2、第七學期第16周～第17周，開題報告審閱、答辯3、第八學期第1周～第3周，分析機房環(huán)境，確定參數(shù)的路數(shù)，確定實現(xiàn)方案4、第八學期第4周～第6周，設計軟件流程圖，完成溫度、濕度信號的采集和調理5、第八學期第7周～第11周，設計單片機控制的主程序，設計鍵盤輸入、數(shù)據(jù)存儲與LCD顯示、超限報警等模塊的子程序，設計GSM通信模塊的子程序6、第八學期第12周～第14周，進行軟件聯(lián)調，完成主程序對子程序的調用，進行軟硬件聯(lián)調，完成基本的溫濕度監(jiān)控功能7、第八學期第14周～第15周，優(yōu)化功能，完成畢業(yè)設計論文指導教師簽字：年月日教研室主任意見：教研室主任簽字：年月日北華航天工業(yè)學院本科生畢業(yè)設計（論文）原創(chuàng)性及知識產(chǎn)權聲明本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設計（論文）機房環(huán)境參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)軟件設計是本人在指導教師的指導下，獨立進行研究工作取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內容外，本設計（論文）不含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品或成果。對本設計（論文）的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。因本畢業(yè)設計（論文）引起的法律結果完全由本人承擔。本畢業(yè)設計（論文）成果歸北華航天工業(yè)學院所有。本人遵循北華航天工業(yè)學院有關畢業(yè)設計（論文）的相關規(guī)定，提交畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版本。本人同意北華航天工業(yè)學院有權保存畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務；可以采用影印、縮印、數(shù)字化或其它復制手段保存論文；在不以營利為目的的前提下，可以公布非涉密畢業(yè)設計（論文）的部分或全部內容。特此聲明畢業(yè)設計（論文）作者：指導教師：年月日年月日摘要隨著通信技術的不斷發(fā)展以及人們對生活要求的不斷提高，實現(xiàn)機房智能遠程控制已經(jīng)成為必然趨勢。機房要實現(xiàn)六項智能化要求，其中包括實行安全防范自動化監(jiān)控管理：對機房的火災、有害氣體的泄漏實行自動報警；機房設置緊急呼叫系統(tǒng)；防盜報警系統(tǒng)應安裝紅外或微波等各種類型報警探測器；系統(tǒng)應能與計算機安全綜合管理系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)；計算機系統(tǒng)能對報警系統(tǒng)進行集中管理和控制。針對機房應用環(huán)境,對無線報警系統(tǒng)進行了研究,提出一種低成本、面向機房應用的遠程報警器。硬件主要由STC89C51單片機、NRF24L01無線通信模塊及DS18B20等傳感器組成。系統(tǒng)采用無線通信方式,可以完成溫度監(jiān)測、自動報警等功能。實驗證明,系統(tǒng)具有成本低、無需布線、安裝簡單、擴展性強等特點,可以廣泛應用于機房自動化控制。關鍵詞單片機溫度傳感器通信單元機房AbstractAscommunicationstechnologycontinuestoevolveandpeople'sincreasingrequirementsforlife,forhomeintelligentremotecontrolhasbecomeaninevitabletrend.MinistryofConstructionHousingIndustrializationPromotionCenterproposedtoachievethesixintelligentresidentialdistrictrequirements,includingtheimplementationofautomatedsecuritymonitoringandmanagement:forresidentialfires,hazardousgasleakimplementautomaticalarm;residentialsettingemergencycallsystem;burglaralarmsystemshouldbeinstalledinfraredormicrowaveandothertypesofalarmdetectors;systemshouldbeintegratedwiththemanagementsystemfornetworkedcomputersecurity;computersystemcanalarmsystemforcentralizedmanagementandcontrol.Forindoorapplicationsenvironmentforwirelessalarmsystemstudied,presentsalow-cost,family-orientedapplications,remotealarm.HardwareconsistsofSCMSTC89C51,NRF24L01wirelesscommunicationmoduleandDS18B20othersensors.Systemuseswirelesscommunication,youcancompletetemperaturemonitoring,automaticalarmfunctions.Experimentalresultsshowthatthesystemhasalowcost,nowiring,easyinstallation,scalability,andothercharacteristics,canbewidelyusedinhomeautomation.KeywordsMicrocontrollertemperaturesensoracommunicationunitEngineroom目錄第1章緒論 ②設定讀寫模式，進行讀寫操作。只有理解了液晶顯示器各個指令的功能，再結合單片機的指令系統(tǒng)，就能編寫C語言程序來達到混合顯示漢字與數(shù)字的目的。通過程序將字的代碼寫入相應的DDRAM地址，就可以再相應的位置顯示相應的字。3.6按鍵電路設計由于該款溫濕度計應用于對空氣中的溫濕度進行測量，當濕度達到某一數(shù)值時需要啟動加濕功能，因此需要設定一個濕度值。為此，本設計增加了4個按鍵，其中K1鍵為設定鍵，K2鍵為光標右移鍵，K3為循環(huán)加1鍵，K4為確定鍵，分別與單片機的P1.0、P1.1、P1.2、P1.3口相連。按鍵未被按下時，4個I/O口均為高電平；一旦按鍵按下，對應的I/O口被拉為低電平。以此來實現(xiàn)軟件程序設計中的按鍵掃描。按鍵電路如圖3-7所示：圖3-7按鍵電路3.7燃氣報警部分此部分采用燃氣報警器，當燃氣或者煙霧達到某一數(shù)值時電路啟動報警功能，即燃氣報警器實現(xiàn)報警功能從而對空氣進行強制抽取。加濕電路工作原理為：當溫濕度傳感器SHT11檢測到室內的濕度超過設定值時，單片機通過P1.5、P1.6引腳采集到此數(shù)據(jù)，此時單片機的P2.4口送出一個高電平，通過三極管驅動超聲波霧化器，使超聲波霧化器工作，超聲波霧化器噴出水霧從而對室內空氣進行加濕，這就實現(xiàn)了加濕功能。3.8本章小結本章主要介紹了溫濕度傳感器的硬件電路設計，具體分為了控制模塊、溫濕度采集模塊、液晶顯示模塊、加濕模塊，并對這幾個模塊的硬件設計進行了具體的描述，詳細說明了每個模塊將要完成什么樣的功能，對所涉及的芯片進行了具體的介紹，例如單片機、溫濕度傳感器、LCD12864等。第4章整機工作原理整機電路原理圖:通過整機電路圖可知整機電路工作原理為：接通電源，按下電源開關后電路上電后，通過軟件進入LCD測試程序，通過P2.3點亮LCD顯示器，此時說明電路已經(jīng)可以開始工作；通過按復位開關使程序復位，這樣可以保證對LCD顯示器初始化以及對溫濕度傳感器(SHT11)時時檢測，使電路正常運行。通過按鍵對溫濕度的數(shù)值范圍進行預先的設定，作為是否啟動超聲波霧化器的條件，通過4個按鍵完成這部分功能。溫濕度傳感器(SHT11)，采用串行通信，傳輸線就比較簡單只需要單片機的P1.5，P1.6兩個引腳就可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。單片機只需要時時檢測P1.5，P1.6兩個引腳就可以完成數(shù)據(jù)的采集，再通過調用LCD顯示的子程序就可以實現(xiàn)時時顯示溫濕度的情況，同時還要判斷是否已超出已設定好的溫濕度的范圍，如果超出，就通過單片機的IO口送出一個高電平，作為蜂鳴器的報警啟動。同時本系統(tǒng)還檢測空氣的燃氣濃度等，一旦超過允許值，也會觸發(fā)報警。第5章軟件程序設計5.1主程序首先，單片機通過I2C總線讀寫程序將溫濕度數(shù)據(jù)從SHT11中讀出來，然后，根據(jù)溫濕度補償（主要指非線性補償）公式計算出當前溫濕度值并送到1602顯示；接著，單片機將溫濕度值讀取出來，若濕度達到設定的值時，單片機令P2.3為高電平，超聲波霧化器開始加濕。程序流程圖：圖5-1基于單片機的溫濕度計的主程序流程圖5.2溫濕度采集子程序（1）設計思路單片機首先向溫濕度傳感器SHT11發(fā)出啟動傳輸命令，然后通過寫總線子程序將溫度測量指令（地址位000+命令位00011）或者濕度測量指令（000+命令位00101）寫入SHT11。傳感器正確接收到溫度測量指令后，就會進行數(shù)據(jù)采集，單片機要等到測量完成，隨后SHT11向單片機傳送兩字節(jié)測量數(shù)據(jù)（MSB和LSB）與1字節(jié)CRC校驗碼，單片機則通過讀總線子程序將溫濕度數(shù)據(jù)讀取出來。讀子程序流程圖：圖5-2獲取溫濕度子程序（2）SHT11時序問題從SHT11中讀取數(shù)據(jù)以及往SHT11中寫指令都涉及到了時序問題，下面簡要介紹一下SHT11相關時序：啟動傳輸時序：當SCK為高時DATA翻轉為低電平，緊接著SCK變?yōu)榈碗娖?，然后在SCK位高電平時DATA翻轉為高電平。測量時序：當單片機發(fā)出了啟動傳輸命令，且SHT11正確接收到溫（濕）度測量命令后，單片機就要等到測量完成。為表明測量完成，SHT11會使數(shù)據(jù)線為低，此時單片機必須重新啟動SCK。然后SHT11向單片機傳送兩字節(jié)測量數(shù)據(jù)（MSB、LSB）與1字節(jié)CRC校驗碼。在傳輸過程中控制器必須通過使DATA為低來確認每一字節(jié)，所有的測量值從右算MSB列于第一位。通訊在確認CRC數(shù)據(jù)位后停止。如果沒有用CRC-8校驗碼，則單片機需要在測量數(shù)據(jù)LSB后，保持ACK為高來停止通訊。5.3溫濕度顯示子程序（1）設計思路由于溫濕度傳感器的非線性因素的影響，單片機直接從SHT11讀取的溫濕度數(shù)據(jù)并不準確，必須經(jīng)過相對濕度和溫度的非線性補償公式、相對濕度對于溫度的依賴性補償公式進行修正。然后，單片機通過往12864寫數(shù)據(jù)子程序將修正后的數(shù)據(jù)寫入12864顯示出來。送顯之前，單片機會通過12864寫指令子程序往12864中寫入顯示字符地址，來設定顯示位置。特別值得注意的是，液晶顯示模塊是一個慢顯示器件，所以在執(zhí)行每條指令之前一定要確認模塊的忙標志為低電平，表示不忙，否則指令失效。因此，單片機往12864寫指令或數(shù)據(jù)之前，都要確認液晶模塊空閑。讀子程序流程圖：開始開始溫度補償溫度補償設置溫度顯示位置設置溫度顯示位置顯示溫度顯示溫度濕度補償濕度補償設置濕度顯示位置設置濕度顯示位置顯示濕度顯示濕度結束結束圖5-3顯示溫濕度子程序流程圖（2）溫濕度修正公式溫度非線性補償公式：t1=ntemp×0.01-40相對濕度非線性補償公式：Flt0=0.0405×nhum-0.0000028×nhum×nhum-4相對濕度對于溫度的依賴性補償公式：Flt1=(t1-25)×(0.01+0.00008×nhum)+flt0（3）12864內部顯示地址單片機往12864寫入顯示地址時，要求最高位D7必須為高電平，本設計采用的處理方法是：將顯示字符地址與0x80相或，然后由單片機直接將結果寫入12864。5.4I2C總線讀寫程序（1）應答時序本設計用到了兩個串行傳輸器件，故用單片機通用I/O口模擬了I2C總線，這就涉及到了總線讀寫。在設計總線讀寫程序時，涉及到了應答時序問題，下面簡要介紹一下：應答時序：如果單片機選擇寫操作，則從器件每接受一個8位數(shù)據(jù)之后響應一個應答信號（即從器件在第9個時鐘周期時將DATA線拉低）。如果單片機選擇讀操作，再從器件發(fā)送一個8位數(shù)據(jù)后釋放DATA線并監(jiān)視一個應答信號，一旦接受到應答信號，從器件繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)，如單片機沒有發(fā)送應答信號，從器件停止傳送數(shù)據(jù)且等待一個停止信號。（2）讀總線子程序循環(huán)變量i的初值為0x80（100000000），每循環(huán)一次，i=i/2(即0x80中的1右移一位)；當DATA為1時，通過i和read_data的或運算將相應位置1，否則該位為0。讀取8位數(shù)據(jù)之后，若單片機向從器件發(fā)送應答信號，從器件將在總線空閑時繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)；否則從器件結束發(fā)送數(shù)據(jù)。（3）寫總線子程序和讀程序一樣，循環(huán)變量i的初值為0x80（100000000），每循環(huán)一次，i=i/2（即0x80中的1右移1位）；待發(fā)送數(shù)據(jù)與i進行與運算，若結果為0則發(fā)送0，結果非0發(fā)送1，發(fā)送完8位數(shù)據(jù)后，單片機讀取應答信號賦值給ack_bit，并返回該值。5.5本章小結本章主要介紹溫濕度計的軟件程序設計，著重講訴了主程序、溫濕度采集與顯示子程序的設計思路及程序流程圖。第6章系統(tǒng)調試6.1硬件調試當硬件主板做完，要搭建硬件電路元件時候，必須對硬件主板進行檢查和調試。首先必須對電路板各個節(jié)點進行檢查，利用萬用表檢查各節(jié)點是否有斷路現(xiàn)象。在檢查過程中，總共檢測到了以下三個問題：1.檢測到了單片機的31管腳沒有接到電源正極上，31管腳是Vpp，屬于單片機的第二電源，如果它為高電平則讀片內存儲器，如果為低電平則讀片外存儲器，而我所編的程序用的全部是片內程序存儲器，所以Vpp沒接高電平它始終讀片外存儲器不讀片內存儲器所以單片機不工作，功能不實現(xiàn)，把31腳改接到電源正極，電路即可正常工作。3.再次通電調試，檢測溫濕度傳感器是否正常。通過鍵盤輸入溫濕度范圍，觀察LCD液晶顯示能否時時反映出此時數(shù)值，如果超出設定范圍，看超聲波霧化器是否能及時的調節(jié)溫濕度，達到所需的數(shù)值。此外硬件調試中，還應注意單片機管腳18和管腳19所外接的晶體振蕩器是否起振，它直接關系到時鐘振蕩電路是否起作用的；還有數(shù)碼管的選用應注意數(shù)碼管的共陽極還是共陰極。6.1.1硬件實物展示6.2軟件調試6.2.1測試工具單片機開發(fā)中除必要的硬件外，同樣離不開軟件，我們寫的匯編語言源程序要變?yōu)镃PU可以執(zhí)行的機器碼有兩種方法，一種是手工匯編，另一種是機器匯編，目前已極少使用手工匯編的方法了。機器匯編是通過匯編軟件將源程序變?yōu)闄C器碼。KeilμVision是Keil公司（ARM子公司）開發(fā)的一款用于MCS-51單片機開發(fā)的應用十分廣泛的編譯和調試軟件。該軟件可以編輯、編譯匯編語言、C51語言，連接定位目標文件和庫文件，創(chuàng)建HEX文件，調試目標程序等。Keil軟件功能強大，包含很多部分，本文我們主要使用KeilμVision來開發(fā)C51項目、調試程序并生成HEX文件來用于單片機開發(fā)。KeilμVision是一款在Windows下使用的集成開發(fā)環(huán)境，目前最新版本為V4，本文中我們?yōu)榱撕啽氵x用V2.0。6.2.2測試過程首先是安裝軟件,待安裝完成后，我們就可以使用軟件了，打開軟件，我們可以看到其界面，如圖6-1所示：圖6-1keil集成開發(fā)環(huán)境下面我們就來使用Keil軟件開發(fā)我們的第一個項目。點擊“Project”（工程）菜單下面的“NewProject”（新建工程），我們來新建一個工程。軟件彈出“CreateNewProject”（創(chuàng)建新工程）窗口。如圖6-2所示：圖6-2建立新工程我們?yōu)楣こ梯斎胛募螅c擊“保存”按鈕，軟件將彈出“SelectDeviceforTarget”（選擇MCU）窗口，如圖6-3所示。我們只需根據(jù)自己工程的需要選擇相應的MCU，然后點擊“確定”按鈕就可以了。圖6-3選擇單片機型號選擇好相應的MCU，點擊窗口中的“確定”按鈕以后，軟件會彈出一個窗口詢問是否將89S51啟動代碼加入工程，如圖6-4，由于我們不需要這段代碼，所以我們點擊“否”跳過就可以了。圖6-4是否加入啟動碼至此，我們完成了整個工程的初步建立。下面我們需要做的就是創(chuàng)建源文件并將我們的源文件加入工程。首先點擊“File”下面的“New”菜單，或者直接點擊工具欄中的新建按鈕，軟件將彈出源文件編輯窗口，我們可以在窗口中編輯源文件，在編輯過程中要注意保存所編輯內容。編輯好的源文件如圖6-5所示。圖6-5編輯源文件6.2.3proteus仿真結果6.3本章小結本章介紹了硬件電路主要部件的檢測和功能強大的編譯仿真軟件KEIL的一些基本使用方法，用其可以生成下載文件HEX，也可以編譯仿真程序，如果沒有硬件進行驗證程序，還可以與Proteus這款軟件配合使用，可以仿真硬件實現(xiàn)的功能。第7章結論本次我的畢業(yè)設計的題目是基于單片機的溫濕度計，要求是能夠時時檢測當前溫度和濕度，當濕度到某一數(shù)值時啟動加濕功能。在老師的幫助和自己的不斷努力下，本次畢業(yè)設計成功實現(xiàn)了所要達到的技術指標。在本此設計中，由于采用的是高效單片機作為核心，集溫度傳感器和濕度傳感器于一體的SHT11作為主要的采集與測量系統(tǒng)，其中它自帶的A/D轉換器，使得此溫濕度計具有精度高、成本低、接口簡單等特點，還具有良好抗干擾能力。加上優(yōu)化程序，使得本系統(tǒng)具有很高的實用性。通過本次設計使我對溫濕度計有了比較全面的了解，熟悉了溫濕度計設計的理念，掌握了溫濕度計設計的一些技能，讓我了解了設計方法對我們學習的重要性，同時也發(fā)現(xiàn)了自己的很多不足之處。我深刻認識到僅僅了解書本上的知識是遠遠不夠的，只有結合自己的實際情況運用于實踐，這樣才能更深地了解和學習好知識，同時我們要在工作中不斷的積累經(jīng)驗，學會用自己的知識解決實際問題。由于時間和本人能力的限制，設計中存在一些需要改進和優(yōu)化的地方。測量精度有待進一步提高，軟件設計也存在不合理之處。但在設計的過程中，使我對四年以來所學的專業(yè)知識有了更深一步的理解，不僅提高了動手能力，而且使我對產(chǎn)品開發(fā)的過程有了更深刻的了解。通過本次設計我積攢了很多經(jīng)驗并收獲了很多知識，真是受益匪淺。參考文獻[1]何立民．MC5l系列單片機應用系統(tǒng)設計[M]．北京：航空航天大學出版社，2001．[2]喬和,陳彬.基于ARM的智能溫控系統(tǒng)設計[J].遼寧工程技術大學學報,2009[3]金凱鵬,胡即明.基于模糊PID算法遠程溫度控制系統(tǒng)的實現(xiàn)[J].