基于单片机的室内智能通风控制系统的研究

编号：毕业设计说明书题目：基于单片机的室内智能通风控制系统的研究摘要单片机系统的应用给现代测控领域带来了一次新的技术革命，自动化、智能化均离不开单片机的开发和使用。本文介绍的是基于单片机的室内智能通风控制系统的设计。设计的主要内容是温度、湿度、光强度以及风速的检测与控制系统中输出电路的实现。系统的组成包括：单片机最小系统；参数检测模块（温度检测、湿度检测、光强度检测、风速检测）；键盘输入模块；报警电路；LCD显示电路；输出电路。本文重点对测控硬件、软件的组成进行了分项、模块化逐步设计分析，同时对各个模块主要元器件的选择进行了方案论证，最终完成了该系统的硬件电路的设计。本文所介绍是以ATmega32L单片机为主控芯片的室内智能通风控制系统。系统可以实现的功能是由单片机中的控制程序来控制参数采集模块，实时将采集回的数据进行相应的处理（数字信号可直接传送给单片机，模拟电压信号则需通过单片机内部的AD转换器转换成数字信号再传送给单片机），通过LCD液晶显示屏精确地记录、显示出来。同时，将处理后的信号与设定的限制值相比对，如果它不在设定的阈值内，系统将发出警报，与此同时发出指令控制室内相关通风设备的开关，从而实现对影响室内空气质量的参数的控制，改善人们的家居环境。本系统线路简单，成本低，不仅测量精确，还可实现多点测量。由于含有键盘输入电路，操作者可以通过键盘向系统发送各种指令或者置入必要的数据信息，系统操作简单，具有较高的实用价值。系统的软件部分应用C语言编程设计完成，硬件经过运行与调试，可达到预期的效果。关键词：智能通风；控制系统；温湿度测量；ATmega32LAbstractApplicationofsingle-chipmicrocomputersystemhasbroughtanewrevolutiontothemodernmeasurementandcontrolfield.Neitherautomationnorintelligencecanbeseparatedfromthedevelopmentandusageofsingle-chipmicrocomputer.Whatthispaperdescribesisthedesignofanindoorintelligentventilationcontrolsystembasedonsingle-chipmicrocomputer.Mainfeaturesofthedesignarethedetectionoftemperature,humidity,lightintensityandthespeedofwindandimplementationoftheoutputcircuitincontrolsystem.Thesystemconsistsof:minimumsingle-chipsystem;parameterdetectionmodule(temperaturemonitoring,humiditytesting,detectionoflightintensity,windspeedmeasurement),keyboardinputmodule;alarmcircuit;LCDdisplaycircuit;outputcircuit.Whatthisarticlefocusesonismodularandstepbystepdesignanalysisforthecomponentsofcontrollinghardwareandsoftware,andmeanwhileverifiestheselectionofeachofthemaincomponentsofthemoduleandfinallyfinishesthehardwarecircuitdesignofthesystem.WhatisdescribedinthisarticleisanindoorintelligentventilationcontrolsystemwhichismainlycontrolledbytheATmega32Lsingle-chipmicrocomputer.Thefunctionthatthesystemcanachieveistocontroltheparametercollectionmodulebythecontrolprogramofmicrocontrollerchipandcorrespondinglyprocessthecollecteddatainrealtime(digitalsignalcandirectlytransferstosingle-chipmicrocomputer,whilesimulationvoltagesignalshouldbeconvertedintodigitalsignalbytheADconversiondeviceinsingle-chipmicrocomputerandthenbetransmittedtothesingle-chipmicrocomputer),andthenrecordedanddisplayedcorrectlybyLCDdisplay.Atthesametime,theprocessedsignalismatchedwiththelimitvalues,ifitisnotbeyondthesetthreshold,thesystemwillraisethealarm,meanwhileissuesasignalwhichcontrolstheindoorventilationswitches,thusachievingthecontrolofparametersthataffectindoorairqualityandimprovingpeople'sresidentialenvironment.Thelineofthesystemissimple,andthecostislow,whichcannotonlymeasureprecisely,butalsocanachievemulti-pointmeasurement.Askeyboardinputcircuitisincorporatedintothesystem,theoperatorcansendinstructionstothesystembyusingthekeyboardorbyplacingsomenecessarydata.Thesystemoperationissimpleandisofrelativelyhighpracticalvalue.SoftwaresectionoftheapplicationsystemisprogrammedbyusingClanguage.Afterrunninganddebuggingthehardware,thesystemcanachieveadesiredeffect.Keywords:intelligentventilation;controlsystem;temperatureandhumiditymeasurement;ATmega32L桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸-页共51页绪论1.1课题研究背景、目的及其意义近年来，随着生活水平的提高，人们对家居环境的要求也越来越高。房屋通风度、温湿度、光照度都是评价家居舒适度的重要因素，它们则主要是依靠通风设备的开关来实现。目前，一些发达国家早已实现室内通风设备的自动化和智能化，但在我国相对比较落后。我国绝大多数的住宅内除了厨房和卫生间有机械通风排气装置外，居室的通风主要采取人工开窗和电动开窗的方式。虽然我国的开窗系统实现电动开窗，但是起主导作用的仍然是人的行为。再者，从节省能源的角度看，这些方式来是非常浪费的，与可持续发展的基本国策相悖。因此，采用有组织的通风控制设备来维持良好的室内空气品质，越来越显得必要。鉴于此，本文设计了一种基于ATmega32L单片机的室内智能通风控制系统，该系统能够实现了自动化和智能化，不仅有效节能，更能使室内通风系统更安全可靠、经济地运行，力求为人们提供更舒适方便的家居环境。1.2课题研究主要内容本问所设计的室内智能通风控制系统充分利用自然环境条件，通过对房屋室内的温度、湿度、风速、光照度的测量、比较、优化，进而控制通风设备状态，再配合空调系统，同时操作系统、设定与修改系统的运行参数及空调的启动条件，达到智能调节房屋室内环境的目的。该系统适用于多种场合，如使用中央空调的智能建筑(宾馆、大型写字楼等)、使用家用空调的办公室和住宅、无空调的办公室等多种需要调节室内环境的场所。本控制系统由控制器、通风设备、自动化窗和温度、湿度、风速、光照度等传感器及软件性构成，为二级网络结构，如图1.SEQ图1_.\*ARABIC1所示。第一级为控制器，采集、处理各类I/O信号，完成系统的控制功能；第二级为传感器和各类风机等设备。两级之间根据设备的不同由I/O接口等实现信号的传递与处理。图1.1系统结构框图本文介绍的控制系统的重点内容是系统的硬件设计和软件设计。系统由ATmega32L单片机和若干个温度传感器和湿度传感器、光强传感器、风速检测仪、报警和电源电路等组成，可以对多个测量点进行测量，完成数据的采集与显示。1.3本文的组织结构本文是围绕室内智能通风调节系统的研究与实现过程展开的。首先对相关的数据采集及相关硬件设计进行探讨，然后对软件系统的设计与实现进行了详细的阐述。整篇论文组织结构如下：第一章：对系统进行整体的叙述，介绍了课题的背景、研究的意义及目的。第二章：指出国内大部分的建筑室内空气质量状况堪忧。第三章：对系统的主要模块元器件的选择进行方案论证。第四章：介绍了系统硬件主要模块的设计方案。第五章：概述了系统主程序，同时对主要元器件的软件设计进行了具体阐述。第六章：介绍在调试过程中遇到的问题及解决的方法，同时进行了系统抗干扰分析。第七章：总结了本文的设计成果，指出了本文设计的系统中仍然存在的问题以及今后的研究方向。室内空气品质研究2.1国内外在室内通风换气方面的研究2.1.1国外建筑通风经验我们所知道的“密闭建筑综合症”的根本原因就是通风不够，因此国外大型建筑非常强调通风效果。但国外的建筑通风也有一个从单纯的温度调节到空气环境品质综合改善的一个过程。起初，国外建筑的通风量都很大，但随着能源危机的影响，为了节约能源，在公共建筑的空调通风系统中增加回风量，降低新风量装置，很快又出现严重的建筑室内空气质量问题，问题暴露以后，人们又重新修订新风量的标准，这样，欧美国家才改善了建筑通风效果。除了单体单户低层住宅建筑以外，国外的多层和高层集中住宅都依赖机械通风。这与我国的情况恰成鲜明对比，国内的高层公寓基本上还是靠自然通风。各家各户自行安装的空调产品，也大多没有通风功能，只能调节室内空气温度和湿度。而在国外，一些低层单户的单体建筑也在使用带有热回收性能的机械通风设施。特别是随着建筑材料的进步，建筑节能技术水平和建筑规范的提高，建筑围护结构的密闭性越来越好，这也让室内空气环境品质越来越需要机械通风。北欧、北美的建筑大多采用机械通风。2.1.2通风换气技术在我国住宅建筑中的应用目前在国内，大多数的民用建筑是依靠自然通风实现室内的通风换气，高层公寓基本上也还是靠自然通风。各户安装的空调只能调节室内空气温度和湿度，多数都没有通风功能。目前国内住宅常见的室内换气设备主要有换气扇、吸油烟机、通风器等，通过机械强制排气的方式，排除室内污染的空气(烟气、燃烧废气、臭气、水蒸气、二氧化碳等)，对室内进行全面或局部换气。在冬季采暖和夏季制冷期间，由于外窗密闭，宜推广窗用自然通风器。国家的住宅工程中心与北京斯特灵换气设备共建“住宅室内换气系统研发试验基地"，开发了旋转式热回收换气系统。其特点是双向换气，不仅能够排出室内浊气，还能送入净化后的室外新鲜空气，节能效果显著，室内温度稳定，维护简便，清洗容易。2.2我国自然通风研究应用的发展方向2.2.1自然通风的生态概念自然通风是重要的生态建筑观念。从生态学的观念来说，利用自然条件和人工构筑，积极地顺应和组织自然风的流动，以实现建筑的自然通风。如果要需要使用能源，则尽量从太阳能、风能等资源中获取。在当今生态建筑中，自然通风是普遍采用的更健康、更廉价的技术措施。它可以为人类提供新鲜清洁的空气，不仅有利于人的生理健康，满足人与自然接近的心理需求，同时节约了能源，保护了生态环境。2.2.2自然通风在国内研究应用的发展方向自然通风在我国民居应用中有着悠久的历史，民居门窗的位置，建筑朝向及建筑格局等方面无一不体现着利用自然通风改善居室热湿环境的思想，另外我国能源短缺且空调系统能耗较大，发展自然通风是我国可持续发展的战略之一。2021年在我国“非典”的出现，更要求在建筑中使用自然通风保证室内空气的品质。2.3机械通风是解决住宅室内通风的适宜方法室内需要的新风量，自然通风能够解决室内通风量的问题。但是，自然通风会受到地域气候、住宅结构等多重因素的影响，通风气流组织无法有效控制，即使开窗也无法使住宅各房间获得稳定、均匀的有效通风量，各住宅的通风换气水平很不平均。机械通风是使室外新鲜空气首先进入起居室、卧室等人员主要活动、休息场所，然后从厨房、卫生间排出到室外。这种通风方式保持了全天24小时有组织地、定量地连续通风，既保证厨房、卫生间使用时的通风量，又要满足人们日常生活需要的新风量。综上所述，真正能够改善室内空气品质还需要采用机械通风的有组织通风方式。住宅机械通风有很多种，但经研究发现，采用“自然进风机械排风”的独立机械通风方式更符合我国国情，而且便于推广使用。该通风方式可以有组织地对住宅进行送风、排风，使得各房间获得稳定、有效的通风换气量。系统方案设计3.1系统总体方案设计所研究的系统适用于多种场合，如使用中央空调的智能建筑(宾馆、大型写字楼等)、使用家用空调的办公室和住宅、无空调的办公室等多种需要调节室内环境的场所。本文介绍的控制系统的重点内容是系统的硬件设计和软件设计。本次设计以ATmega32L芯片为控制核心，温度，湿度等传感器为环境信息采集源，来制作一个室内智能通风控制系统。在原有的机械式按键开关的基础上，实时控制通风设备（如空调，加湿器，风机等）。此外在本次设计中，采用多种传感器结合，智能将各个传感器采集回的数据进处理、比较，依据实际测量的环境控制通风设备，如自动开关风机，智能调节空调开停等，并提供报警显示。图3.SEQ图3_.\*ARABIC1系统总体方案设计3.2系统主要单元模块方案选择及论证3.2.1控制模块主控元件的选择论证方案一：采用XC9000系列的FPGA。该类器件具有并行处理能力，能快速的响应外部的各种数字信号，但在数据处理方面过于复杂，而且芯片价格较昂贵。方案二：采用单片机作为控制核心，单片机数学运算功能较强。在程序相互调用方面，处理方便灵活，性能稳定，适合实际应用。且单片机技术发展较为成熟，价格便宜。基于以上分析，采用单片机控制可更为简便灵活地实现系统功能，故拟采用方案二。3.2.2温度湿度检测模块的选择与论证方案一：选用DHT11作为温湿度检测模块。DHT11是一款数字输出的复合传感器，包含一个电阻式感湿元件和NTC式温度检测元件，可测20%~90%RH湿度，误差±5%RH，0~50℃，误差±2℃。方案二：选用DS18B20温度传感器和DHT11湿度传感器。DS18B20是一线式数字温度传感器，具有独特的单线式接口方式，其测量范围在－55℃～125℃，在－10℃～+85℃时精度为±0.5℃，而最高精度则可达0.0625℃。由方案一中数据可知，DHT11是数字式湿度传感器，可测相对湿度范围在20%~90%RH湿度，误差±5%RH。从设计要求的精度来看，本方案更优。综上所述，虽然方案一具有综合作用，但是方案二的测试范围和精度都优于方案一，故本模块采用方案二。3.2.3风速检测模块的选择与论证方案一：采用风速仪，通过记录风速仪上的叶片因风速作用转动而引起的脉冲数，再通过程序转换成叶片的转圈数，进而将其换算成风速，将信号接入计算机，实现风速的数据回放或曲线显示。这样的风速采集系统虽然原理简单，成本不高，但其最大的缺陷是采集系统过于体积庞大、机动性差，对于需要测量多点风速的场合并不适用。因此，传统的风速采集系统由于不具备便携性而无法应用于多点风速采集测量的场合。方案二：采用脉冲式风速测量传感器。其工作原理是风速带动感应元件（叶片）转动，叶片转动引发光电编码器输出脉冲信号，通过对单位时间内脉冲信号的计数，进而实现风速的测量。脉冲式风速传感器最大的优点是不仅原理简单、体积小、质量小，而且能够将风速模拟量直接转换成电子脉冲数。将其与单片机相连，只需在程序中建立“数”脉冲的程序，就能够方便地实现风速的测量，省去了一般风速传感器还需要配置的A/D转换模块的程序，大大提高了检测装置的便携性。基于上述分析，采用脉冲式风速测量传感器可以进行多点测量，更灵活地实现系统功能，故本模块采用方案二。3.2.4光强检测模块的选择与论证方案一：采用光敏三极管。光敏三极管是利用硅PN结的光电效应制成的。在使用时，其基极通常开路，基极－集电极产生的光感生电流直接馈入基极，并被光敏三极管自己所放大，因此它的灵敏度比光敏二极管大得多，通常要大100多倍。由于光敏三极管对光强太过敏感，很容易进入非线性区，使测量的值严重失真。方案二：采用光敏二极管。光敏二极管利用自身产生的电流随光照增强的线性特性输出模拟采样电压，电压通过模数转换器将模拟信号转换为数字信号，最后数字信号通过输送给单片机。由于光敏二极管具有线性好、响应速度快的特点，从而提高了电路的响应速度以及灵敏度高。但是单独使用时输出电流（或电压）很小，需要加放大电路将采样电压进一步放大，而加入运放环节会由于运放的零漂和易受温度影响使得电路稳定性降低，误差增大。方案三：采用光敏电阻。利用光敏电阻受光照后，其阻值变小的原理，感知光强。采用光敏电阻作为光照传感器，进行模拟电压采样，通过ADC数模转换器将模拟信号转换为数字信号传送到单片机中，简单可行，成本造价低。总的来说，光敏电阻具有反应速度快、体积小、灵敏度高、可靠性好、光谱特性等特点。但是光敏电阻工作时的容易受温度影响，且由于光敏电阻的光照特性不是线性的，在测量光学参量时需要先对所用光源测出其光照特性曲线图，然后根据此图查出光强的变化情况，才可对光学参量进行计算，处理数据稍微复杂。基于以上分析，综合考虑本模块选用方案三。3.2.5显示模块的选择与论证方案一：采用12864液晶模块显示测得的数据，可显示较多组的数据，字体较大，可清晰读数。方案二：采用1602液晶模块显示所测数据，1602液晶接线简单方便，但不能满足多组数据的显示需要。综上所述，显示模块选择方案一。3.2.6输入模块的选择与论证方案一：采用独立式按键接口设计。它的优点是电路配置灵活，软件实现简单，缺点是每个按键需要占用一根口线，若按键数量较多，资源浪费将比较严重，电路结构也变得复杂。因此本方法主要用于按键较少或对操作速度要求较高的场合。方案二：采用专用键盘处理芯片。它的一般功能比较完善，芯片本身能够完成对按键的编码、扫描、消抖和重键等问题的处理，有些甚至还集成了显示接口功能。具有可靠性高，接口简单，使用方便等优点，适合处理按键较多的情况。但考虑成本因素，该方法并不是最佳选择。方案三：采用矩阵式按键设计。该法适应于按键数量较多，但又不想使用专用键盘芯片的场合。其优点就是相对于独立接口方式可以节省很多I/O资源，相对于专用芯片式可以节省成本，且更为灵活。缺点就是需要用软件处理消抖、重键等问题。综上所述，输入模块选择方案一。系统硬件设计本次的题目涉及到多个参数的测量，要运用到不少的元器件，因此，将其划分成一个个电路模块，分别有由ATmega32L单片机构成的最小系统、显示模块（12864液晶显示器）、报警模块（蜂鸣器）、温度测量模块、湿度测量模块、风速检测模块以及光强检测模块。4.1主控电路本节主要介绍CPU的选择及其相关参数和最小系统中各个引脚接线的设置。4.1.1CPU的选择单片机实际上就是把CPU、RAM、ROM、定时器/计数器、I/O接口电路等微型机的主要部件集成在一块芯片上，因此称之为单片机。由于它具有体积小、性价比高、耗电少、可靠性高、易于掌握和使用等特点，所以现在单片机不仅占领了原来实用小型机的各个领域，而且广泛应用于过程控制等场合。此外，还可应用于过去计算机无法深入的方面，如测量仪器、教学装置、医疗设备、家用电器等。我们平时学习中接触最多的要属51系列的普通型单片机，而大多数人更是以郭天祥老师的《新概念51单片机C语言教程——入门、提高、开发、拓展全攻略》作为启蒙教材，若需要继续专研，则是接着深入学习以ATmega16为基础的AVR系列的单片机。因此，在这里主要对这两种类型的单片机进行介绍、对比与选择。（1）51系列的普通型单片机51单片机从内部的硬件到软件有一套完整的位处理器。且它的I/O脚的设置和使用也相对简单，当该脚作输入脚使用时，只须将该脚设置为高电平（复位时，各I/O口均置高电平）。但是，51单片机也存在进行乘法和除法运算时精度不高、I/O口输出时无驱动能力、当晶振频率为12MHz时运行速度慢、体积大、ROM少等缺点。（2）AVR系列的单片机总的来说，AVR单片机具有以下特点：①速度快，每秒钟可以执行百万条指令。51单片机的内部时钟需要经过12分频，而AVR单片机不需要经过分频，所以从长久意义上来说，AVR单片机要比51单片机的执行指令的速度快12倍。②片上资源丰富。③驱动能力强。其I/O口输入输出电流达到20mA，这么大的电流足可以驱动发光二级管、数码管、继电器等等。④功耗低。在完成相同功能的情况下，要比其他单片机消耗的能量少一些。⑤可选择型号种类多。AVR单片机有ATtiny系列、AT90S系列以及ATmega系列，每种系列都有很多型号供我们选择。⑥性价比高。在同等价位的情况下，AVR单片机要比51单片机性能强大很多。⑦保密性好。目前AT90系列产品已很少用，多数使用ATmega系列。ATmega系列属于高档单片机，适合各种具有较高要求的系统。鉴于此，本文采用ATmega32L单片机来完成室内智能通风控制系统的设计。4.1.2ATmega32L芯片简介（1）主要性能（部分）：高性能、低功耗的8位AVR微处理器先进的RISC结构–131条指令，大多数指令执行时间为单个时钟周期–32个8位通用工作寄存器非易失性程序和数据存储器–32K字节的系统内可编程Flash（擦写寿命：10,000次）–1024字节的EEPROM（擦写寿命:100,000次）–2K字节片内SRAM外设特点–两个具有独立预分频器和比较器功能的8位定时器/计数器–一个具有预分频器、比较功能和捕捉功能的16位定时器/计数器–四通道PWM–8路10位ADC(8个单端通道)–具有独立片内振荡器的可编程看门狗定时器特殊的处理器特点–上电复位以及可编程的掉电检测–片内经过标定的RC振荡器–片内/片外中断源–6种睡眠模式：空闲模式、ADC噪声抑制模式、省电模式、掉电模式、Standby模式以及扩展的Standby模式I/O和封装–32个可编程的I/O口–40引脚PDIP封装工作电压–ATmega32L：2.7～5.5V速度等级–ATmega32L：0～8MHzATmega32L在1MHz，3V，25℃时的功耗–正常模式：1.1mA–空闲模式：0.35mA–掉电模式：<1μA（2）引脚配置：图4.SEQ图4_.\*ARABIC1ATmega32L的引脚（PDIP封装）表4.SEQ表4_.\*ARABIC1ATmega32L引脚功能说明引脚功能VCC数字电路的电源GND地端口A(PA7..PA0)端口B(PB7..PB0)端口C(PC7..PC0)端口D(PD7..PD0)同：四个端口均为8位双向I/O口，具有可编程的内部上拉电阻。其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流。作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，端口被外部电路拉低时将输出电流。在复位过程中，即使系统时钟还未起振，端口处于高阻状态。异：端口A也为A/D转换器的模拟输入端；端口B、C、D也可以用做其他不同的特殊功能。RESET复位输入引脚，持续时间超过最小门限时间的低电平将引起系统复位。持续时间小于门限间的脉冲不能保证可靠复位。XTAL1反向振荡放大器与片内时钟操作电路的输入端。XTAL2反向振荡放大器的输出端。AVCCAVCC是端口A与A/D转换器的电源。不使用ADC时，该引脚应直接与VCC连接。使用ADC时应通过一个低通滤波器与VCC连接。AREFA/D的模拟基准输入引脚。表4.SEQ表4_.\*ARABIC2本设计中所运用的具特殊功能的引脚补充说明引脚功能PA5～PA7A/D转换器的模拟输入端ADC的输入通道5、6、7口PD2外部中断0的输入口（3）端口寄存器AVR单片机共有32个I/O口，当它们作为通用数字I/O口使用时，每个引脚都具有3个寄存器位：DDRxn、PORTxn、PINxn。其中，DDRxn用来设置端口是输入还是输出；PORTxn用来定义I/O口是否带上拉电阻；PINxn寄存器不能写只能读，用来读取I/O口的高低电平变化。4.1.3ATmega32L最小系统介绍（1）晶振电路ATmega32L已经内置RC振荡线路，可以产生1M、2M、4M、8M的振荡频率。不过，内置的毕竟是RC振荡，频率精度不高，若在一些要求较高的场合，比如要与RS232通信需要比较精确的波特率时，最好使用外部的晶振线路。早期AT90系列的单片机，晶振两端均需要接22pF左右的电容。但ATmega系列单片机实际使用时，这两只小电容不接也能正常工作。不过为了线路的规范化，在设计中仍然接上晶振电路，且为了更好地让晶振起振，加上了两个22pF的电容。（2）复位电路与传统的51单片机相比，AVR单片机本身内置复位电路，并且在熔丝位里，可以控制复位时间，所以，AVR单片机可以不设外部上电复位电路，依然可以正常复位，稳定工作。在上电时，AVR单片机是低电平复位。

但在本设计中，处于方便考虑，仍然设置了按键复位电路。由于ATmega32L已经内置了上电复位设计，故在设计AVR外部的复位电路可以设计得简单一些：直接拉一只10K的电阻到VCC，为了可靠，再加上一只0.1uF的电容以消除干扰、杂波。当AVR在工作时，按下开关时，复位脚变成低电平，触发AVR芯片复位。（3）AREF脚、VCC脚、AVCC脚的接法ATmega32L内带2.56V标准参考电压。也可以从外面输入参考电压，比如在外面使用TL431基准电压源。不过一般的应用使用内部自带的参考电压已经足够。但习惯上在AREF脚接一只0.1uF的电容到地。为减小AD转换的电源干扰，ATmega32L芯片有独立的AD电源供电。官方文档推荐在VCC串上一只10uH的电感，然后接一只0.1uF的电容到地。AVCC是端口A与A/D转换器的电源。不使用ADC时，该引脚应直接与VCC连接；使用ADC时应通过一个低通滤波器与VCC连接。在本设计中，需要用到3个ADC端口，因此，AVCC采用后者连接方法，低通滤波器采用LC滤波器。图4.SEQ图4_.\*ARABIC2单片机最小系统图4.2测量模块

本节主要介绍了各个测量模块主要元器件的基本性能参数以及在应用中的接线方式。4.2.1DS18B20温度传感器基本性能介绍（1）DS18B20芯片基本功能介绍DS18B20数字温度传感器接线方便，可应用于多种场合，如机房测温，农业大棚测温，洁净室测温，弹药库测温等各种非极限温度场合。耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。其封装如图8，其中GND接地，I/O为数字信号输入/输出端，VDD为外接供电电源输入端（在寄生电源方式时接地）。图4.SEQ图4_.\*ARABIC3DS18B20封装其技术性能描述如下：独特的单线接口方式，在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与传感器的双向通讯。测温范围：－55℃～+125℃，在-10～+85℃时精度为±0.5℃。支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，最多只能并联8个，实现多点测温，如果数量过多，会使供电电源电压过低，从而造成信号传输的不稳定。工作电源:3～5V/DC，在寄生电源方式下可由数据线供电。在使用中不需要任何外围元件。测量结果以9～12位数字量方式串行传送。在9位分辨率时最多在93.75ms内把温度转换为数字，12位分辨率时最多在750ms内把温度值转换为数字，速度更快。测量结果直接输出数字温度信号，以“一线总线”串行传送给CPU，同时可传送CRC校验码，具有极强的抗干扰纠错能力。负压特性：电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁，但不能正常工作。（2）应用接线图图4.SEQ图4_.\*ARABIC4DS18B20外部电源供电接线图4.2.2DHT11湿度传感器基本性能介绍（1）DHT11芯片基本功能介绍DHT11是广州奥松生产的一款湿温度一体化的数字传感器。该传感器包括一个电阻式测湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能8位单片机相连接。通过单片机等微处理器简单的电路连接就能够实时的采集本地湿度和温度。DHT11与单片机之间能采用简单的单总线进行通信，仅仅需要一个I/O

口。封装图如下，图4.SEQ图4_.\*ARABIC5DHT11

外型及管脚图其性能指标和特性如下：工作参数：电压3.5V～5.5V；平均电流0.5mA湿度测量范围：20％～90％RH

湿度分辨率：1％RH，8

位采样周期：1S单总线结构与

TTL兼容（5V）（2）应用接线图图4.SEQ图4_.\*ARABIC6DHT11接线图4.2.3脉冲式风速测量传感器的工作原理以及检测方法（1）传感器工作原理脉冲式风速检测传感器的基本工作原理：风速带动感应元件—叶片转动，叶片转动后引发光电编码器输出脉冲信号，将脉冲信号信号直接输入单片机系统，通过软件编程对单位时间内产生的脉冲信号计数，实现风速的测量。脉冲式风速传感器的最大优点是原理简单、体积小、质量小，同时能够将风速模拟量直接转换成电子脉冲数。（2）检测方法在实际应用中，需先将光电编码器的输出与单片机的输入管脚连接在一起。由于脉冲式风速检测传感器采用工程塑料叶片作为感应元件，当有风吹过时，风速带动叶片跟着转动，通过叶片轴部的光电编码器对转动的圈数进行标记和计数，与此同时光码盘每转动一圈，就输出一个阶跃脉冲信号，我们可以通过设计单片机内部的计数器对阶跃脉冲信号的计数，从而实现风速的测量。利用脉冲式风速检测传感器作为风速传感测量装置，不仅提高检测装置的便携性，也省略了A/D转换模块，简化了风速检测系统的外围电路。（3）硬件说明由于脉冲式风速检测传感器过于昂贵，因此在本系统的硬件设计中并不采用，而是选用一路ADC端口接入滑动变阻器，通过采集滑动变阻器上的模拟电压，来模拟实现对室内风速的采集。（4）接线图图4.SEQ图4_.\*ARABIC7模拟风速检测硬件图4.2.4GL5516光敏电阻工作原理及接线图（1）光敏电阻工作原理在光敏电阻两端的金属电极之间加上电压，其中便有电流通过，受到适当波长的光线照射时，电流就会随光强的增加而变大，从而实现光电转换。光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时既可加直流电压，也可以加交流电压。（2）GL5516光敏电阻参数介绍以及应用场合该电阻具有环氧树脂封装、反应速度快、体积小、灵敏度高、可靠性好、光谱特性等特点。适用于照相机自动测光、光电控制、室内光线控制、报警器、工业控制等场合。其基本参数如下：最大电压：150VDC最大功耗：90mw环境温度：-30℃～+70℃光谱峰值：540nm电阻值：亮5-10KΩ；暗0.5MKΩ回应时间（上升/下降）：30msGL5516照度特性（a）(b)图4.SEQ图4_.\*ARABIC8GL5516照度特性曲线图将图4.8(a)中的数据整理后得到图(b)。可知，拟合的曲线与实际曲线的匹配度为0.6725。由于室内对光照度的要求不高，因此，可以将上图中的公式作为GL5516光敏电阻的照度特性的函数表达式。（5）接线图图4.SEQ图4_.\*ARABIC9GL5516光敏电阻接线图4.312864液晶显示屏的基本性能介绍图4.SEQ图4_.\*ARABIC1012864液晶实物图在日常生活中，我们对液晶显示器并不陌生。液晶显示模块已作为很多电子产品的通过器件，如在计算器、万用表、电子表及很多家用电子产品中都可以看到，显示的主要是数字、专用符号和图形。在单片机的人机交流界面中，一般的输出方式有以下几种：发光管、LED数码管、液晶显示器。在单片机系统中应用晶液显示器作为输出器件有以下几个优点：显示质量高、数字式接口、体积小、重量轻、功耗低。12864主要技术参数和显示特性:低电源电压（VDD：+3.0～+5.5V）显示分辨率：128×64点内置汉字字库，提供8192个16×16点阵汉字(简繁体可选)内置128个16×8点阵字符2MHZ时钟频率显示方式：STN、半透、正显驱动方式：1/32DUTY，1/5BIAS视角方向：6点背光方式：侧部高亮白色LED，功耗仅为普通LED的1/5～1/10通讯方式：串行、并口可选内置DC-DC转换电路，无需外加负压无需片选信号，简化软件设计工作温度：0℃～+55℃，存储温度：－20℃～+60℃4.3.112864液晶显示屏的接口信号说明表4.SEQ表4_.\*ARABIC312864接口信号说明管脚号管脚名称方向管脚功能描述1VSS—模块的电源地2VDD—模块电源正端3V0—LCD的驱动电压输入端4RS(CS）H/L并行的指令/数据选择信号；串行的片选信号5R/WH/L并行的读写选择信号；串行的数据口6E(CLK)H/L并行的使能信号；串行的同步时钟7～14DB0～DB7H/L数据端口0～数据端口715PSBH/L并/串行接口选择：H—并行；L—串行16NC空脚17H/L复位端，低电平有效18NC空脚19LED_A—背光源正端（+5V）20LED_K—背光源负端（0V）特别说明，12864液晶显示屏中的PSB控制引脚，该引脚的接线方式可选显示屏的工作模式：串行和并行。使用并行模式，其读写速度快，编程相对简单，但需要单片机口线多。而使用串行模式，其读写速度虽然相对慢些，但节省I/O口资源，适用于速度要求不高的控制系统。本文阐述的是室内智能通风控制系统的设计，众所周知，室内环境的温度、湿度以及其它参数的变化在一定时间范围内是基本不变的，换而言之，对屏幕的刷新速度要求不高，因此，在本系统硬件设计中，12864液晶显示屏采用串行的工作模式，此时PSB接地。4.3.212864液晶显示屏的指令集表4.SEQ表4_.\*ARABIC4基本指令集（RE=0）指令指令码功能RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D0清除显示0000000001将DDRAM位址计数器调整为00H地址归位000000001X将DDRAM位址计数器调整为00H游标回原点显示状态开/关0000001DCBD=1:整体显示ONC=1:游标ONB=1:游标位置反白允许进入点设定00000001I/DS指定在数据的读取/写入时,设定游标的移动方向及指定显示的移位游标或显示移位控制000001S/CR/LXX设定游标的移动与显示；这个指令不改变DDRAM的内容功能设定00001DLXREXXDL=0/1：4/8位数据（须设为1）RE=0:指令基本操作RE=1:指令扩充操作设定CGRAM地址0001AC5AC4AC3AC2AC1AC0设定CGRAM地址设定DDRAM地址0010AC5AC4AC3AC2AC1AC0设定DDRAM地址（显示位址）第一行：80H－87H第二行：90H－97H读取忙标志和地址01BFAC6AC5AC4AC3AC2AC1AC0读取忙标志(BF)可以检验内部动作是否完成写数据到RAM10数据数据D7～D0至内部RAM里写入读RAM的值11数据数据D7～D0从内部RAM里读出（3）接线图图4.SEQ图4_.\*ARABIC1112864接线图4.4电源模块的设计图4.SEQ图4_.\*ARABIC12电源模块接线图电源电路在很大程度上决定了一个系统的稳定性，因此电源电路的设计在本系统中也占据了重要的地位。系统采用直接供电，选用了市售的5V2A的开关电源，它具有体积小、稳定性高的特点。为了使系统供电更加稳定，在设计电源电路时，输出部分加入470µF电解电容和104瓷片电容进行低频和高频滤波，使电源的纹波更小，从而使系统工作得更稳定，电源电路如上图所示。4.5报警模块的设计一般单片机的I/O口是无法直接驱动蜂鸣器的（蜂鸣器的工作电流比较大），但在本设计中，采用的是ATmega32L单片机，它的I/O口驱动能力高低电平均不小于20mA，因此可以直接驱动蜂鸣器。4.6键盘输入模块的设计在单片机应用系统中，人机交互对话最通用的方法就是通过键盘进行的。操作者可以通过键盘向系统发送各种指令或者置入必要的数据信息。因此键盘模块设计的好坏,直接关系到系统的可靠性和稳定性。在本设计中采用的是独立式按键接口设计，软件实现时则是采用中断方式。键盘工作在编程扫描方式时，单片机要不间断地对键盘进行扫描，其间单片机不能进行其它任何工作；定时扫描方式则是定时的监视键盘输入情况，其它时间单片机可以做其它事情；中断扫描方式，只有在有键按下时才理睬键盘，否则不理，进一步提高了单片机利用率。因此在本设计中选用的是中断扫描方式。图4.SEQ图4_.\*ARABIC13键盘输入电路设计图图中电阻R2、R9~R11是限流保护电阻，R20~R23是上拉电阻，二极管可当做“与门”，提高响应速率。如上图示，所有的外中断源接到同一个外中断输入端上，用输入口线做各中断的逻辑识别线（中断用与门或或门连接到中断口），任何一个中断源（按键按下）都能产生中断请求，但哪个中断源产生的就要靠相应的输入口判断了。虽然这样可以处理较多的中断，但是中断源较多时会占用I/O资源。而ATmega32L本身具有32个双向I/O口，资源充足，因此本系统采用此设计方法。4.7系统输出模块的设计在硬件电路中使用发光二极管模拟开关量控制通风设备。发光二级管的工作参数：电压1.7V～1.8V，电流3mA。经过计算，在实际应用中发光二级管需经过1K的电阻再与VCC相连。硬件接线图：图4.SEQ图4_.\*ARABIC14输出模块电路设计图8个发光二级管点亮从上至下依次表示：开加热器、开空调、开加湿器、开除湿器、开窗帘、关窗帘、开送风机、开排风机。系统软件设计现代医疗气象研究表明，对人体比较适宜的相对湿度为：夏季室温24～28℃时，相对湿度控制在40%～50%比较舒适；冬季室温18～22℃时，相对湿度控制在60%～70%。据有住宅建筑照明的照度标准值表，市内住宅整体照度在100勒克斯。室内允许的风速：冬季不应大于0.2m/s，夏季不大于0.3m/s。5.1主程序软件流程图5.SEQ图5_.\*ARABIC1主程序流程图5.2主要模块软件设计说明5.2.1温度检测模块控制器对DS18B20操作流程如下：（1）复位：首先对DS18B20芯片进行复位，由单片机给DS18B20单总线至少480μs的低电平信号。当DS18B20接到此复位信号后则会在15～60μs后，回发给芯片一个存在脉冲。（2）存在脉冲：在复位电平结束之后，将数据单总线拉高，以便于在15～60μs后接收存在脉冲，存在脉冲为一个60～240μs的低电平信号。（3）控制器发送ROM指令：ROM指令共有5条，每一个工作周期只发一条。ROM指令为8位长度，功能是对片内的ROM进行操作。其主要目的是为了分辨一条总线上挂接的多个器件并作处理。单总线上可以同时挂接多个器件，通过每个器件上所独有的ID号来区别，一般只挂接单个DS18B20芯片时可以跳过ROM指令。（4）控制器发送存储器操作指令：在ROM指令发送给DS18B20之后，紧接着(不间断)就是发送存储器操作指令了。操作指令为8位共6条，分别是写RAM数据、读RAM数据、将RAM数据复制到EEPROM、温度转换、将EEPROM中的报警值复制到RAM、工作方式切换，见表5.SEQ表5_.\*ARABIC1。存储器操作指令的功能是命令DS18B20做什么样的工作，是芯片控制的关键。表5.1DS18B20的ROM指令集指令代码指令名称指令功能4EHBEH48H44HB8HB4H写闪存器读闪存器复制闪存器启动温度转换重新调用SRAM读供电方式向RAM中写TH和TL数据读CRC校验将RAM中的TH和TL复制到SRAM中启动DS18B20温度转换将SRAM中的TH和TL复制到RAM中读DS18B20的供电方式，外接电源时，DS18B20发送1，否则发送0（5）执行或数据读写：存储器操作指令结束后则将进行指令执行或数据的读写，这个操作要视存储器操作指令而定。5.2.2湿度检测模块DHT系列湿度传感器需要严格的读写协议来确保数据的完整性。整个读写分为，上位机发送起始信号、上位机接收下位机发来的握手响应信号、读‘0’、读‘1’四个步骤。所有的信号除主机启动复位信号外，全部都由DHT产生。控制器通过单总线访问DHT11顺序归纳如下：①主机发开始信号；②主机等待接收DHT响应信号；③主机连续接收40Bit的数据和校验和；④数据处理。（1）复位信号和DHT响应信号图5.2DHT11复位时序图控制器发送开始信号，开始信号为低电平。因此需把总线拉低，且拉低时间必须大于18毫秒，保证DHT能检测到起始信号。DHT在接收到控制器的开始信号后，需延时等待20～40us，等待主机开始信号结束，然后发送低电平响应信号。在主机发送开始信号后，可以将总线切换到输入模式。程序如下（以测量点一的DHT为例）：DDRB|=BIT(1);//设置PB1口为输出口PROTB|=BIT(1);//设置PB1口输出高电平PROTB&=～BIT(1);//将总线拉低delay_nus(18000);//延时18msPROTB|=BIT(1);//将总线拉高delay_nus(29);//延时29usDDRB&=～BIT(1);//设置PB1口为输入口（2）DHT开始发送数据图5.3读DHT11数据DHT发送响应信号后，再把总线拉高80us，准备发送数据，每一bit数据都以50us低电平时隙开始。高电平的长短定了数据位是0还是1。当最后一位数据传送完毕后，DHT11拉低总线50us，随后总线由上拉电阻拉高进入空闲状态。5.2.3显示模块在显示部分，采用的LCD12864（ST7920）工作在串行模式下。图5.412864（ST7920）串口数据线模式数据传输过程由图知，单片机与液晶模块间传送1字节的数据共需24个时钟脉冲。首先，单片机要给出数据传输起始位，这里是以5个连续的“1”作数据起始位，如模块接收到连续的5个“1”，则内部传输被重置且串行传输被同步。紧接着，“RW”位用于选择数据的传输方向（读或写），“RS”位用于选择内部数据寄存器或指令寄存器，最后的第8位固定为“0”。在接收到起始位及“RW”和“RS”的第1个字节后，下一个字节的数据或指令将被分为2个字节来传送或接收。数据或指令的高4位，被放在第2个字节串行数据的高4位，其低4位则置为“0”；数据或指令的低4位被放在第3个字节的高4位，其低4位也置为“0”，如此完成一个字节指令或数据的传送。需要注意的是，液晶模块内部没有发送（接收）缓冲区，因此，当有多个数据或指令要传送时，必须要等到一个指令完成执行完毕后再传送下一个指令或数据，否则会造成指令或数据的丢失。图5.5串口读写时序图总的来说，对12864进行操作需要完成以下几个子函数的编写工作：①串口定义；②ms延时；③发送字节；④写指令和数据；⑤清屏；⑥初始化；⑦写字符串；⑧参数显示函数。下面对部分函数进行说明：（1）串口定义#defineSID0PORTA&=~BIT(4)#defineSID1PORTA|=BIT(4)#defineSCLK0PORTA&=~BIT(3)#defineSCLK1PORTA|=BIT(3)（2）写指令和数据子函数voidwrite_lcd12864(ucharstart,ucharddata)

{

ucharstart_data,Hdata,Ldata;

if(start==0)/*11111,(0),(0),0*/

start_data=0xf8; /*写指令*/

else/*11111,(0),(1),0*/

start_data=0xfa;/*写数据*/

Hdata=ddata&0xf0; /*取高四位*/

Ldata=(ddata<<4);/*取低四位11110000*/

sendbyte(start_data); /*发送起始信号*/

lcd_delay(1);

sendbyte(Hdata); /*发送高四位*/

lcd_delay(1);

sendbyte(Ldata); /*发送低四位*/

lcd_delay(1);

}（3）清屏子函数voidclear_screen(void)

{

write_lcd12864(0,0x01);

}5.2.4ADC转换模块ATmega32L有一个10位的逐次逼近型ADC。ADC与一个8通道的模拟多路复用器连接，能对来自端口A的8路单端输入电压进行采样。单端电压输入以0V(GND)为基准。ADC单次转换的结果如下：在使用单片机内置的AD时，需要掌握其寄存器的配置：①多工选择寄存器ADMUX表5.2多工选择寄存器ADMUX配置说明图REFS1REFS0ADLARMUX4MUX3MUX2MUX1MUX0选择参考电压选择对齐方式选择通道与增益②控制和状态寄存器ADCSRA表5.3控制和状态寄存器ADCSRA配置说明图ADENADSCADATEADIFADIEADPS2ADPS1ADPS0ADC使能开始转换自动触发中断标志中断使能预分频器③ADC数据寄存器ADCH及ADCL表5.4ADC数据寄存器配置说明图ADLAR=0，右对齐——————ADC9ADC8ADCHADC7ADC6ADC5ADC4ADC3ADC2ADC1ADC0ADCLADLAR=1，左对齐ADC9ADC8ADC7ADC6ADC5ADC4ADC3ADC2ADCHADC1ADC0——————ADCL④特殊功能IO寄存器SFIOR表5.5特殊功能IO寄存器SFIOR配置说明图ADTS2ADTS1ADTS0—ACMEPUDPSR2PSR10选择触发源RR/WR/WR/WR/W软硬件调试及系统抗干扰分析6.1硬件调试根据设计的步骤要求我对自己的硬件电路板进行了调试工作，这里将调试的过程及在调试的过程中所遇到的问题以及解决方案提出来进行讨论，以便能够进一步的掌握设计工作的要领。6.1.1线路、元件的检查检测所有元器件的好坏，是否正常工作，导线是否导通等。给电路接通电源，首先，检测复位电路，看是否可以正常进行工作。其次，检测单片机的各个引脚是否是处于工作状态，特别是电源与地是否正确接好。若发现有元器件发热时，应立即断开电源，检测是否有短路，要排除所有故障之后，方可重新接通电源。在实验室调试硬件电路时，也要注意电源的正、负是否短路。因为这个细节经常被我们忽略，很容易烧毁芯片。一旦不注意，有时候很难检测故障位置。6.1.2调试中存在的问题及其解决方案在逐个检测各个元器件线路时，发现误将光敏电阻的导线连接至单片机普通的I/O口，后改换线路，分别用导线将两组光敏电阻与单片机的ADC口相连接。调试键盘输入程序时，发现未加上拉电阻的键盘有误动作现象，因此，后分别加上了四个电阻，以增强系统的稳定性，提高系统抗干扰能力。6.2软件调试本设计系统的控制程序是采用C语言编程，在语句中出现的语法错误，编程软件会提示出来，以便于更正。因此，软件调试主要的工作是检查头文件是否正确，是否与单片机的端口地址相匹配。其次，就是检查初始化程序的正确性，根据设计的要求定义正确的初始化程序，为后面程序的执行做好铺垫作用。然后就是根据软件实现步骤逐个检查程序的可行性，以及程序的嵌套性是否都能达到设计的要求。在调试的过程中，出现了很多问题。首先，在编写液晶显示的程序时，需要液晶显示具有菜单选择项的显示功能，查资料也没有具体思路，思考了1天时间，仍然没有找到突破口，最后还是请教了同学，添加标志符号，修改了嵌套语句，最后实现了这个模块的功能。第二，在编写光强度数据采集程序时，一开始并没有找到光敏电阻详细参数的计算值，如果预估的话会引起较大的误差，也是找了2天，才意外发现深圳某家专营光敏电阻的公司网站中有设计中选用的光敏电阻的详细资料，才解决了采光模块的精度问题。第三，编写湿度采集模块时，发现显示的湿度将近比实际的湿度值多了1倍（同组也有做温湿度采集，数值比对后发现不一样），这让我看了半天的程序也没发现有什么问题（编译器也并未发出错误提示），后来问了实验室的同学，发现是时序的问题，并且还需分别编写各个湿度传感器的数据采集程序，最后湿度值终于回到正常范围。通过这一系列的调试，我不仅在软件编写方面有了很大的提高，同时增强了自身的动手能力，这为今后的学习工作奠定了良好的基础。6.3系统抗干扰分析单片机现今已成为电子技术工作者手中的一种可编程的“智能”元件。单片机被广泛应用于工业自动化、生产过程控制，智能化仪表等领域。然而单片机系统的现场环境复杂，存在各式各样的干扰，往往我们在实验室设计并通过检测调试的单片机系统置入现场后，或多或少出现系统稳定性差，甚至不能运行的现象。因此，单片机系统中抗干扰问题一直是系统设计中一个十分重要的课题。干扰有两种：一种是来自系统内部元器件在工作时产生的干扰，通过地址、电源线、信号线，分布电容以及电感等传输，影响系统的工作状态。二是来自系统外部其它电气设备产生的干扰，通过传导以及辐射等途径影响单片机系统的正常工作。干扰对单片机应用系统的作用有3个部位：①输入系统。它将使模拟信号失真，数字信号出错，单片机根据这种输入信息作出的反应必然是错误的。②输出系统。将使各输出信号混乱，不能正常反映单片机应用系统的真实输出量，从而导致一系列严重后果。③CPU系统。CPU得到错误的数据信息，使运算操作数失真，导致结果出错，并将这个错误一直传递下去，形成一系列错误。下面从软件、硬件两方面讨论本系统所采取的抗干扰措施，以提高系统的可靠性。6.3.1硬件方面的抗干扰措施（1）电源模块设计电源电路时，除了直接选取市售的5V2A开关电源供电，在输出部分还加入电解电容和瓷片电容进行低频和高频滤波，使电源的纹波更小，从而使系统工作得更稳定。（2）键盘输入模块外部加上拉电阻，主要是用来提高系统抗干扰能力，以防单片机引脚在悬空状态下外界的干扰可能会导致单片机的误动作。（3）PCB板工艺抗干扰本设计中，合理布置PCB（印制电路板）上的器件；布线时避免90°折线，以减少高频噪声发射；布线时也尽量减少回路环的面积，以降低感应噪声；电源线和地线也尽量用粗线。（4）输出模块本系统的硬件是基于默认室内的各个执行机构为二位式控制且执行机构运行状态为最佳工作状态的前提下进行设计。为进一步增强系统的稳定性，全部采用发光二极管作为输出的开关模拟控制。6.3.2软件方面的抗干扰措施软件抗干扰技术是当系统受干扰后使系统恢复正常运行或输入信号受干扰后去伪求真的一种辅助方法。因此软件抗干扰是被动措施，而硬件抗干扰是主动措施。但由于软件设计灵活，节省硬件资源，所以软件抗干扰技术已得到较为广泛的应用。研究的主要内容有：①软件滤波。采用软件的方法抑制叠加在输入信号上噪声的影响,可以通过软件滤波剔除虚假信号,求取真值。②开关量的输入/输出抗干扰设计。可采用对开关量输入信号重复检测，对开关量输出口数据刷新的方法。③程序在地址空间内“乱飞”，或者进入死循环。（1）软件滤波采用软件也可以实现滤波，完成模拟滤波器类似的功能，就是数字滤波。常用的滤波方法有算术平均滤波法、滑动平均滤波法、中位值滤波法以及去极值平均值滤波法。在本设计中，温度采集部分采用的是中位值滤波法。中位值滤波就是对某一被测参数接连采样n次（一般n取奇数），然后把n次采样值按大小排列，取中间值为本次采样值。中位值滤波能有效地克服因偶然因素引起的波动或采样器不稳定引起的误码等脉冲干扰。对温度、液位等变化缓慢的被测参数采用此法能收到良好的滤波效果。但对流量、速度等快速变化的参数一般不宜采用中位值滤波法。中位值滤波程序设计的实质是，首先把n个采样值从小到大或从大到小进行排序，然后再取中间值。n个数据按大小“冒泡法”（排序程序设计见第4章）进行比较，直到最大数沉底为止。然后再重新进行比较，把次大值放到n-1位，依此类推，则可将n个数从小到大顺序排列。实践中，为了加快测量速度，n取3。（2）输入模块加延时干扰信号多呈毛刺状，作用时间短。利用这一特点，采用采集某一状态信号时，可多次重复采集，直到连续两次或多次采集结果完全一致时才可视为有效。在设计中，在满足实时性要求的前提下，在各次采集状态信号之间增加一段延时，以对抗较宽时间范围的干扰。对于每次采集的最高次数限制和连续相同次数均可按实际情况适当调整。6.4本章小结通过这次调试，我学会了AVR单片机C语言编写的基本技巧，更学到了很多关于处理硬件制作过程中遇到的细小问题的方法。如果说系统设计考验着我的思维组织能力，那么硬件制作则是考验着我的逻辑思维能力。总而言之，硬件调试是一件颇具挑战性的课题。总结展望7.1总结本室内通风控制系统的制作基本上达到了题目要求，温度测量范围为－55℃～+125℃，在-10～+85℃时误差精度为±0.5℃；湿度为20％～90％RH，测量误差为1％；实现了室内温度、湿度、光强度改变而自动控制通风设备功能。在本次智能控制器的设计中，模块化和可扩展化是主线。模块化设计方面：按每个要求的功能，从单片机、显示器到传感器，都尽量选择市场上通用性最好的产品；硬件电路设计方面，预留了管脚空间，预留flash空间，为以后的功能扩展做好准备；软件设计融入模块化、通用化思想，最大限度地降低单片机功耗，提高寿命。从用户的性能要求和环境的要求来看，本系统设计可以满足这些现场所要求的控制精度。本课题涵盖了广泛的知识，因而该课题具有创新性和灵活性。为了更好地完成此次课题设计任务，我一直在恶补自己的相关理论知识。阅读了很多的有关单片机应用技术的文献，对C语言程序的认识也有了很大提高，而且认真学习相关软件（protel，ICCAVR等）。在学习的过程中，我深刻认识到基础理论知识的重要性以及勤动手的必要性。它注重理论联系实际，需要我们能从理论过渡到实际操作。在完成毕设的过程中，我不仅学到了更多的知识，但更重要的是获得一种体会，面对困难的局面，需要静下心来细细思考，只有这样才会有成功的可能，因为，往往很多时候，不是因为做不出来而慌乱，而是因为慌乱了才做不出来。7.2展望随着科学技术的进步和人们生活水平的提高，人们开始注重室内空气品质。大自然千万年营造出的新鲜空气人类根本无法复制。高品质的生活不仅需要污染达标的空气，更需要新鲜、洁净、宁静、舒适的空气，就像人们喜欢山涧海边的大自然空气一样。近几年，室内环境质量问题引发的业主和开发商之间的纠纷时常发生，成为社会各界关注的焦点。业内专家指出，改善室内空气质量的最有效的办法就是通风。直接通风将会造成巨大的能量损失，通风节能需要概念创新和技术创新，室内通风不畅已成为现代城市的普遍现象，建筑通风节能是缓解能源危机的必由之路。市场不仅呼吁多元化的室内空气品质解决方案，更呼吁建立通风的新概念和新风行业的迅速发展。本控制系统主要针对单体空调进行设计的系统。通过对整栋建筑物室内温度、湿度、风速、光照度等的测量运行、比较以及优化，进而控制执行设备，配合并联动空调，运用操作系统、设定与修改系统的运行参数及空调的启动条件，以达到智能调节建筑物室内环境的目的。谢辞在本次毕业设计中，首先感谢王红老师全程细心负责地指导我们完成了毕业设计的各项工作。在没有思路时，王老师细心讲解，让我们对各自的毕设题目有一个大概的思路；在缺乏材料时，王老师通过各种方式途径帮助我们获取有用资料，让我们顺利的完成进度；在困惑时，王老师旁征博引的指导我们去思考解决问题的方案，这不仅使我们能够更加细心认真的完成毕业设计得各项要求，更提高我们在平时生活中发现问题、分析问题、解决问题的能力。最可贵的是，从毕设开题报告的撰写到资料的搜集，再到方案设计，及后来原理图的绘制、硬件电路板的制作，到最后论文的撰写，王老师时刻要求我们“精益求精”，她希望我们在学习更多的知识的同时，尽量完善每项工作。拿毕业论文来说，不仅要学会如何利用好文档编辑器，更要多遍仔细检查文档内容，确认各个文字标点格式规范，直到没有问题后才能提交。在此，非常感谢王老师悉心教导和帮助，并致以最诚挚的谢意！在本次设计中，其次要非常感谢实验室里的同学们。在对毕设题目思路混乱时，是大家给了我许多有用的参考意见。在运用protel99se画图遇到问题时，也是他们从中指导，让我顺利完成了硬件的制作；在用ICCAVR软件编程遇到困难时，还是他们在旁提点。很感谢他们，他们的指点，不仅让我扎扎实实学到了更多的知识，更提高了我的动手能力。在这里，感谢我的同门，谢谢你们给予我的帮助。本次毕业设计之所以能够顺利完成，当然也离不开我们这个毕设小组的成员。大家相互扶持，互相学习，一起鼓励，一起研究，非常感谢你们的陪伴！最后衷心感谢答辩组的各位老师，谢谢您们这么耐心地考验我、辅导我，祝您们生活愉快！参考文献沈晋明.我国目前室内空气品质改善的对策与措施[J].暖通空调，2021.29（2）:pp34-37何立民.单片机应用技术选编1-7[M].北京：北京航天航空大学出版社，1992姚燕南.微机控制新技术[M].西安：西安交通大学出版社，2021许兴存，曾琪琳.微型计算机接口技术[M].北京：电子工业出版社，2021邹欢.住宅通风与节能[J].城市住宅，2021(10):47-49孙永耀.利用机械通风改善住宅室内的空气品质[J].制冷与空调，2021.3:pp69-71范存养.大空间建筑空调设计及工程实录[M].北京：中国建筑工业出版社，2021AlloccaCamille,ChenQingyan,GlicksmanLeonRDesignanalysisofsingle-sidednaturalventilation.EnergyandBuildings,2021,35:785-795单面自然通风设计分析，AlloccaCamille,ChenQingyan,GlicksmanLeonR.能源和建筑，2021谭浩强.C程序设计（第三版）[M].北京：清华大学出版社，2021郭天祥.新概念51单片机C语言教程[M].北京：电子工业出版社，2021AVR单片机C语言开发入门指导[M].北京：清华大学出版社，2021AVR系列单片机C语言编程与应用实例[M].北京：清华大学出版社，2021导向科技.ProtelDXP电子电路设计培训教程[M].北京：人民邮电大学出版社，2021孙传友，孙晓斌.测控系统原理与设计[M].北京：北京航空航天大学出版社，2021潘新民，王燕芳.单片机微型计算机实用系统设计[M].北京：人民邮电出版社，1992翟亚芳，张天鹏.基于AVR单片机的智能家居控制系统设计[J].《微型机与应用》2021:pp98-101陈龙，张志达.基于AVR多功能报警系统的温湿度模块的设计[J].《自动化技术与应用》2021:pp72-75李雪铭，刘敬华.我国主要城市人居环境适宜居住的气候因子综合评价[J].经济地理，2021:pp656-660库志强，张锡兵，杨扬.基于单片机的温湿度控制系统[J].机电信息，2021:pp24-26TangJuan,WangWendi,LvChangfei.MeasurementandControlSystemforGreenhousebasedontheNewTypeAVRSingle-ChipMicrocomputer.MicrocomputerInformation,2021.23:138-139RuilanWang.Thedesignoftemperatureandhumiditycontrolsysteminmultiincubatorsbasedonsingle-chipMicrocomputer.2021:pp4466-4469附录附录1：系统原理图附录2：硬件原理图附录3：硬件PCB图1附录3：硬件PCB图2附录4：程序清单各功能模块的程序如下：（1）主函数#include<iom32v.h>

#include<macros.h>

#include"warning.h"

#include"disp.h"

#include"temp.h"

#include"humi.h"

#include"light.h"

#include"key.h"

#defineucharunsignedchar

#defineuintunsignedint

ucharalter_flag=1;

ucharalter_num=1;

uintcount=0,Time_Out=0;

ucharchange_flag=0;

voidmain(void)

{

WDTCR|=0XE0;

init_lcd12864();//初始化LCD12864

init_key();//初始化按键

init_warning();//初始化LED和蜂鸣器

init_adc_port();//初始化ADC输入端

init_adc(5);//初始化ADC寄存器