本科毕业论文---老年公寓管理系统传感节点研究.doc

南京信息职业技术学院 毕业设计论文作者 学号 系部 电子信息学院 专业 电子信息工程技术 题目 老年公寓管理系统-传感节点研究 指导教师 评阅教师 完成时间： 2015年 4 月 30 日毕业设计(论文)中文摘要(题目)：老年公寓管理系统传感节点研究摘要：老年公寓管理系统是每一位在老年公寓的老年人生活、娱乐、相互交流的主要场所，是透视一个社会文明程度和一个集体精神风貌的窗口，如何提供一个良好的老年公寓的管理体系，对老年人和社会而言至关重要，因此老年公寓公寓的建设与发展，直接影响着老年公寓社会化改革的发展进程，也直接关系到在老年公寓的老年人切身利益、正常的生活和老年公寓的稳定。以往的老年公寓公寓管理基本上还处于人工操作的阶段，随着计算机技术和网络技术的日益广泛应用，采用计算机以及网络来管理老年公寓，有着很好的前景。我则用单片机构建一个老年公寓的管理系统,能接收传感器发来的信号并进行处理。重点放在以传感器接收信号，实现可以在显示屏上显示内容，使用AT89C51为控制核心，使用Protel99SE绘制电路图。关键词：传感器；节点研究; AT89C51;信号采集;毕业设计(论文)外文摘要Title: Study onSystem Architecture-older apartmentmanagement system Abstract:Elderly apartment management system is every in elderly apartment of the elderly living, entertainment, the main room, communicate with each other is the perspective of a social civilization degree and the window of a collective spirit, how to provide a good old age apartment management system, is vital to the old people and society, so the old apartment construction and development of the apartment, a direct impact on the development of the reform of socialization of the elderly apartment process, also directly related to the vital interests in the elderly apartment of the elderly, normal life, and the stability of the old apartment. Past an old apartment management basically is still in the stage of manual operation, along with the computer technology and network technology is becoming more and more widely used, by using the computer and network to manage the old apartment, has a good prospect. I will build a MCU of elderly apartment management system, can receive signals from the sensors and processing. Focus on to sensor signals and realize can be displayed on the screen, use AT89C51 as the control core, use Protel99SE draw circuit diagram.keywords: AT89C52 MCU;alarm devices;12864LCD display34目录1. 引言51.1. 系统开发背景51.2. 系统现状51.3. 设计目的61.4. 设计意义62. 系统架构72.1. 设计要求72.2. 系统框架72.3. 系统运行概述83. 主要元器件介绍83.1. 温度传感器83.2. 12864LCD显示屏93.3. 单片机简介94. 硬件电路的设计114.1. AT89C51单片机的最小系统114.2. 单元电路设计114.2.1. 复位电路114.2.2. 时钟部分124.2.3. 按键部分124.2.4. 蜂鸣器电路124.2.5. 12864显示部分134.2.6. 电源电路134.2.7. 传感器电路145. 系统程序框图146. 系统的硬件调试及软件调试166.1. 硬件调试部分166.2. 软件调试部分166.3. 系统运行实物展示16结论17致谢18参考文献181. 附录191.1. 系统的程序191.2. 12864显示程序251.3. DS18B20程序301. 引言老年公寓管理系统传感节点的研究，主要研究的是传感器这一块，我的设计大致分为几个部分，因为接收的老年公寓的信息，信息主要是以文字图片等方式体现出来，而传感器这块不好选择，所以我用温度传感器代替信号传感器产生的信号，以AT89C51单片机为控制核心，用温度传感器采集温度信息在LCD上显示，另外用定时器做一个时钟显示时间信息，因为关机后时钟复位无法正常显示，所以用定时器电路加一个按键电路，用来控制时钟的调节。温度传感器采集的一定温度，在程序中会给一个范围，在这个范围内，显示温度信息，毕业信息，时间信息。超过程序中设置的温度设置范围，LCD上显示危险，并蜂鸣器报警。1.1. 系统开发背景21世纪开始，因为中国计划生育的实施，中国已经开始进入老龄化社会，老龄化社会带来的问题是老年人的增加，养老问题慢慢进入我们的视线，而这个现在因为大部分是独生子女，而且还有相当一部分有经济实力的老人无儿无女，那么给我们带来的是社会的管理问题，和巨大的养老市场，因为中国人口基数大，那么产生的后果就是老年人口的增多，而且增加的特别快，所以老年养老既是机遇，也是挑战。而老年公寓的管理系统开发，就是适应目前这一个现状开发的一个管理工具，为的是方便解决老年人的生活基本问题，为社会减少负担。可以说，老年公寓管理系统是适应现代社会的需要，也是目前为止，必须解决的一个地方。1.2. 系统现状 目前，计算机管理信息系统逐渐普及，许多公寓管理管理系统得到广泛应用，像学生宿舍管理系统，公司财务管理系统等，老年公寓管理系统是管理系统的一种，是老年公寓结合网络技术的应用例子。然而，针对老年公寓管理而设计的管理系统十分少见，大多数老年公寓管理处于人工管理阶段，或者是部分网络技术管理和人工管理结合在一起，从管理角度来讲，有一定的缺陷和漏洞，对老年人的具体情况，分布等等，不能及时查询，然而，而且手工操作，使得老年公寓管理部门的工作人员的劳动量大，存在管理不及时、有一定误差的情况。而且管理人员也需要休息，不能想系统一样时时监管，随着老年公寓信息化发展，人工管理方式必将被淘汰，老年公寓工作需要一种新的管理方式。针对老年公寓的实际情况，设计一套针对老年公寓的管理信息系统是十分必要的。老年公寓管理系统可以充分提高老年公寓管理部门的工作效率；节约大部分时间，减少不必要的人力以及物力的浪费；并且老年公寓管理系统也方便老年公寓管理部门的工作人员全面地掌握老人管理情况等目的；为老年公寓管理部门，开发设计专用系统-老年公寓管理系统，来进行管理老年公寓信息，使老年公寓信息实现标准化的管理和规范化的制度是十分必要的。这样可以为老年人提供方便同时也可以极大的方便管理者。也为老年公寓面向社会化打下基础。1.3. 设计目的老年公寓管理信息量大，工作量大，产生的信息时常在更新，采用人工管理方式容易出错，效率低，管理困难，已经不再满足办公自动化和信息化管理的需求。因此，结合老年公寓实际需求，设计并实现老年公寓管理系统，一方面是为了摆脱现阶段的人工管理方式，实现计算机处理和信息化管理，提高老年公寓管理的效率，确保数据正确性，方便数据管理和维护；另一方面是考虑到现在老年公寓的实际需要，在一方面可以实现数据的快速交换，可以在最短的时间内管理等，而且可以对今后改革和管理提供意见参考。运用信息技术对老年公寓工作进行管理，是提高工作效率的一种途径。1.4. 设计意义 老年公寓满足老年人心里的需要。人一到老年，身体和心里都会发生相应的变化，留在家的时间相对的比较长，对家庭环境，对人与人中间的关系，爱情婚姻以及家庭关系都会发生相应的依赖。而老年公寓因为老年人比较多，这些问题都可以解决。有利于老年人的身心健康的发展；而是可以减少家庭的开支，为儿女减少负担；而且因为老年人多会比较热闹；还利益提高老年人的生活质量；而且老年人有自己住的地方，这也是一种归属感。 老年公寓的产刺激了老年公寓市场的发展，为社会提过了就业机会，而且妥善解决了老年人的生活等问题，让老年人身心都健康的生活，同时减少了儿女的生活负担，减少了儿女与父母的矛盾。 以前老年人受养儿防老的传统思想的影响，但是随着时代的进步，不少老年人现在更注重的是生活质量的提高。而且不愿意和自己的孩子住在一起，一个人住的老人增加。由此可以看出，伴随着老年人观念的转变，这也让老年公寓的开发建设有了很好的前景。 现在年轻人对自己父母独居生活的看法变化。调查显示，20岁至30岁的这个阶段，仅8.5%的人考虑和自己的孩子住在一起；31岁至50岁的年龄段中，仅32.8%的人想和自己的孩子住在一起。当他们老了的时候，因为我们社会养老机制的进一步完善大部分都都觉得社会养老好，所以老年公寓的发展前景广大。 老年古语的发展可以带动周围社会基础建设的发展。老老年公寓的建设免不了需要周围一系列的基础设施建设。而这些社会基础建设又会带来更多的就业机会解决更多的社会问题。2. 系统架构2.1. 设计要求设计一个老年公寓管理软件，主要重点放在传感节点的研究上，因为传感器无法选择的考虑，而且老年公寓主要是接收信息的采集和在上位机上显示，中和考虑，我用温度传感器代替别的接收文字图片等的多路传感器，因为考虑到老年公寓管理系统接收的信息不止一个，所以我有在另外加了一个计数器用来显示时间，因为断电后会复位，所以加了按键电路来调整时间，LCD上一直显示谢昌浩毕业论文，温度分为3个区，020度，显示温度时间和文字：温度低，2030度显示时间温度正常，超过30度，显示时间温度，危险，并蜂鸣器报警。2.2. 系统框架本设计是基于AT89C51单片机的老年公寓管理系统传感节点研究，因为只要设计重点放在信号的采集，接收，处理，故用温度传感器接收温度信息代替普遍在老年公寓产生的信息，然后在LCD上显示，考虑到老年公寓产生的信息不止一种，所以我在温度传感器采集温度信息的同时，加了一个计数器电路，提供时钟信号，计数器显示时钟信息，因为开机复位，所以时间可能不准确，所以又加了一个按键电路，用来控制时间的调节，温度传感器采集的温度有规定了一定范围，超过了这个范围时，蜂鸣器报警，起提示作用，具体框图如图1：单 片 机晶振电路复位电路蜂鸣器电路传感器电路按键电路LCD显示电路图1：系统框架2.3. 系统运行概述系统上电首先对定时器初始化定时时间为1毫秒，为计时做好准备，然后对12864液晶初始化，最后对温度传感器DS18B20初始化。打开定时器开始计时，在定时器中断程序里面每1秒钟采取一次温度数据，和判断温度的状态（偏低，正常，危险）送到12864显示，同时显示时间。在mian函数的while循环里面检测4个时间调节按键（4个按键低电平有效），检测实时温度超过30度蜂鸣报警（P1.7输出高电平时报警），当温度低于30度时停止报警 。运行结束。3. 主要元器件介绍3.1. 温度传感器本设计中温度传感器采用的是DS18B20温度传感器，因为起体积比较小，而且抗干扰能力强，测量的温度比较准确，所以是目前最常见的温度传感器之一。由于它具有独特的接线方式，DS18B20在与单片机连接时只要有一根数据线就可以实现单片机和DS18B20温度传感器的数据交换。而且它的测量温度的范围比较广，在 55+125，工作电压也在本设计使用的电压中，只要单单一个单片机就可以完成温度的测量，比较方便。实物图以及电路图如图2：图2： 实物图 电路图3.2. 12864LCD显示屏因为汉字是8*8的，故选用12864液晶显示屏，12864是点阵数液晶模块128*64的简称，下面是元器件图和实物图如图3：图3： 实物图 电路图 本设计中，12864液晶显示屏采取3线串口通信方式与单片机连接。3.3. 单片机简介单片机，全称单片微型计算机（英语：Single-Chip Microcomputer），又称微控制器。单片机是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器（CPU）、存储器、振荡器、I/O接口、定时器/计时器等集成到一块芯片上构成的一个小而完善的微型计算机系统。其优点是：（1）体积小、质量轻；（2）单片机可靠性高；（3）处理功能强，速度快；（4）低电压，低功耗，便于生产便携式产品；（5）控制功能强、环境适应能力强等；本设计是基于单片机的设计，所选用的是AT98C51单片机，下面对AT98SC51单片机进行介绍。主要特性：与MCS-51 兼容4K字节可编程FLASH存储器寿命：1000写/擦循环数据保留时间：10年全静态工作：0Hz-24MHz三级程序存储器锁定1288位内部RAM32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 引脚图如下图4：图4：单片机引脚图4. 硬件电路的设计4.1. AT89C51单片机的最小系统单片机最小系统结构图,如图下图5所示。定义：单片机最小系统，,或者称为最小应用系统,是指用最少的元件组成的单片机可以工作的系统.最小系统一般应该包括:单片机、电源、晶振电路、复位电路。由40管脚接+5V电压作为电源电路，把晶振电路，复位电路，单片机统一接起来，够成最小系统。图5 单片机最小系统4.2. 单元电路设计4.2.1. 复位电路根据应用的要求，复位操作通常有两种基本形式：上电复位和上电或开关复位。本例使用上电复位。 AT89C51的上电复位电路，只要在RST复位输入引脚上接一电容至Vcc端，下接一个电阻到地即可，如图6：图6：复位电路4.2.2. 时钟部分 时钟电路是计算机的心脏，它控制着计算机的工作节奏，可以通过提高时钟频率来提高CPU的速度，本次设计采用的晶振为16MHz。如图7。图7：时钟电路4.2.3. 按键部分本次设计选用的是单片机的P3口来控制信号的输入，所以把按键开关和P3口连接起来，在本设计中，总共有4个开关，分别控制计数器中小时和分钟的调节，单片机的P3.0,P3.1,P3.2,P3.3分别连接开关一开关二开关三开关四，开关一控制计数器小时的增加，开关二控制计数器小时的减，开关三控制计数器分钟的加，开关四控制计数器分钟的减，开关全部低电平有效，当开关按下时，相当于也单片机一个低电平，输入另一个信号。具体按键如图8。图8：按键电路4.2.4. 蜂鸣器电路本次设计选用的是单片机的P1口的P1.7口与蜂鸣器相连，来控制蜂鸣器信号的输出，当温度检测超过30度时，单片机的P1.7口输出高电平时，蜂鸣器报警，当输出低电平时，蜂鸣器停止工作，如图9。图9“蜂鸣器电路4.2.5. 12864显示部分12864LCD是128*64的点阵液晶模块的简称，因为在本设计中，显示的文字比较多，而且老年公寓管理中显示信息的多样化，而汉字的格式又是8*8的，普通的LCD无法显示这么多的内容，故在本设计中选12864LCD液晶显示器，这个液晶显示屏成本比较低，方便和各个电路连接，在本设计中，采用三线串口通信方式与单片机连接。如图10：图10：12864显示部分4.2.6. 电源电路在本设计中，因为本设计所有系统都需要5V供电，故需要把外部输入的9V电源经7805稳压后得到5V稳定的电压，为整个系统提供电源。由此设计的稳压电路图如下图，他可以程序的提供本设计中需要的5V电压。如图11：图11：稳压电路4.2.7. 传感器电路本设计中温度传感器采用的是DS18B20温度传感器，因为起体积比较小，而且抗干扰能力强，测量的温度比较准确，所以是目前最常见的温度传感器之一。由于它具有独特的接线方式，DS18B20在与单片机连接时只要有一根数据线就可以实现单片机和DS18B20温度传感器的数据交换。而且它的测量温度的范围比较广，在 55+125，工作电压也在本设计使用的电压中，只要单单一个单片机就可以完成温度的测量，比较方便。本设计中，DS18B20温度传感器测量的温度当在020度时，LCD上显示温度，文字信息“温度低”，当S18B20温度传感器测量的温度当在2030度之间是，LCD上显示温度，文字信息，“正常”，S18B20温度传感器测量的温度当在30度以上时，显示温度，文字信息“危险”并蜂鸣器报警。具体电路图如图12：图12：温度传感器电路 5. 系统程序框图通过软件系统的分析，系统主程序流程图，如下图所示。开始系统初始化定时器打开开关一打开？开关二打开？开关三打开？开关四打开？ 是小时增加小时减少分钟增加分钟减少温度采集020度？2030度？30度？LCD显示时间温度蜂鸣器报警 是 否 否 是 是 否否 是 是否 是 否 是 否系统上电首先对定时器初始化定时时间为1毫秒，为计时做好准备，然后对12864液晶初始化，最后对温度传感器DS18B20初始化。打开定时器开始计时，在定时器中断程序里面每1秒钟采取一次温度数据，和判断温度的状态（偏低，正常，危险）送到12864显示，同时显示时间。在mian函数的while循环里面检测4个时间调节按键（4个按键低电平有效），检测实时温度超过30度蜂鸣报警（P1.7输出高电平时报警），当温度低于30度时停止报警 。6. 系统的硬件调试及软件调试6.1. 硬件调试部分单片机应用系统的硬件调试和软件调试是分不可的，许多硬件故障是在调试软件时才发现的。但通常是先排除系统中明显的硬件故障后才和软件结合起来调试的。通常我们采取软件与硬件联调，然后根据实物显示出的数据在走具体的更改，当然实物调试和软件调试是可以分开的，下面为硬件调试和软件调试做简单介绍:硬件调试分脱机调试和联机调试，脱机调试就说在系统不上电的情况下，通过其他检测设备，像万用表这些检测下电路连接的正确性，靠观察看这个电路连接是否连接正确，电路焊接有没有稀罕漏焊等情况。联机调试可以检测出靠肉眼无法看出的故障，系统通电后，检测运行是否正常。若不正常，及时发现问题并解决。可以更据示波器，观察示波器上的波形等，有故障寻找原因。6.2. 软件调试部分软件调试主要是对程序的检测和各个分电路的检测，软件程序主要通过 Keil uVision4软件来检测，保证错误率为零，对于子电路，分开来一个一个的检测，符合程序的环境。6.3. 系统运行实物展示温度在020度范围之内，LCD上显示：“谢昌浩毕业设计，当前温度=26.0度，正常，时间=08:40:47”实物展示效果如下图：图二为当温度超过正常温度时，LCD上显示“谢昌浩毕业设计，当前温度=31.7 ，因为超过了30度，所以显示危险，时间=08：41“10”并蜂鸣器报警。结论进过漫长的时间，我的毕业设计老年公寓管理系统传感节点的研究终于完成了，在本次设计中,在写毕业论文的过程中，因为好多东西在以前没有学习到的，而且以前在学校学习的不够认真，导致好多的知识不能够理解，于是我参阅了好多的资料，不断的学习，在经过老师和同学们的指导，最后花非常大的精力花了很长时间才完成。在这次做毕业设计的过程中，因为以前学习的不足，让我认识到在没有一定基础的情况下，想完成一件事情是非常困难的，让我认识到不管是在学习中还是在未来的生活中，我们都需要更多的去学习，更多的去互相帮助，在写本次毕业设计中，我参阅了许多的文献资料，在这些资料当中，我学到很多关于系统开发和维护的知识，因为在学校学习的不认真，甚至在这一段时间学习的新知识都比以前学的多，或者说记忆的更快，在学做过程中，我学到了遇到问题的解决办法和技巧，同时为我在所学领域增加了不少知识，在实物调试的过程中，让我把所学的知识和实践有机的结合在一起，培养了我的动脑动手能力，而且让我认识到认知学习是多么的重要，为后期学习其他知识打下坚实的基础，提高了分析问题和解决问题的能力。但是因为以前的不认真，让我在写论文中遇到了很多的困难无法解决，为我以后提了一个醒，在以后的生活中注意知识的积累。致谢感谢金明老师对我的指导，他不厌其烦的倾听我的问题，在我不懂时为我提供解决思路，让我豁然开朗，他的工作严谨的态度值得我们在以后学习和生活中不断学习。他不拘一格的态度细心的指导让我往往自己脑子里面乱了的思路有了新的缺口。感写于金明师花费了大量的精力，在各个环节中给了我许多宝贵的意见，让我可以顺利完成这篇毕业论文。在此，谨向金明老师的指导之恩表示最深的谢意! 同时在这里我也感谢我的辅导员和我的任课老师，在大学三年中，兢兢业业，勤勤恳恳的教我们学习，都说大学是小社会，老师在同学里面不仅教会了我知识，还教会了我做人的道理，在这里我也对他们特别感谢，还有就说感谢在我论文中给我提宝贵意见的同学，他们给我的素材很主要，让我可以明确自己的目标，从什么地方开始，在这里也衷心地感谢他们！ 在我的这边论文快完成的时候，我的心情久久不能平静，从刚刚开始写论文到现在，有非常多可敬的老师、同学、朋友给了我非常多的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意 ！ 金无足赤，人无完人。由于我的学术水平有限，所写论文难免有不足之处，恳请各位老师和同学批评和指正！参考文献1. 严天峰.单片机应用系统设计与仿真调试.北京航空航天大学出版社，20052. 王振宇，电子设计自动化，电子工业出版社，20073. 郁有文 常健 ，传感器原理及工程应用 西安电子科技大学出版社，20024. 严天峰，单片机开发，成都：科学出版社，2007 5. 钱显毅，电子电路设计，科技时报，20096. 吴金戌 沈庆阳 郭庭吉， 8051单片机实践与应用， 清华大学出版社出版,2001 7. 谭浩强，C程序设计，清华大学出版社，20058. 程安宇、孙士民、徐洋.，基于DS18B20的单片机温度测量控制系统，20079. 刘俊状.宗云， DS18B20与单片机接口及编程技术，河北工业科技 ，200710. 李兆军.季平.娄晓光， 高精度温度控制系统设计，电子测量技术，200711. 何立民电子设计自动化，电子技术, 200812. 钱显毅电子电路设计，科技时报.200913. 李建忠，单片机原理及运用，西安电子科技大学出版社，20051. 附录1.1. 系统的程序主程序：void main() fengming=0; /初始化定时器 TMOD=0x01; ET0=1; EA=1; time=hc; TL0=time; TH0=time8; tt=0; /初始化12864 delay_ms(100); lcdinit(); delay_ms(100); /初始化DS18B20 ds18b20_init(); hzdisp(谢昌浩毕业设计,0x81); hzdisp(时间=,0x98); dispsj(shi,fen,miao,0x9b); TR0=1; while(1) /*检测小时加按键*/ if(ksjia=0) delay_ms(10); if(ksjia=0) TR0=0; while(ksjia!=1); shi+; if(shi=13) shi=1; dispsj(shi,fen,miao,0x9b); TR0=1; /*检测小时减按键*/ if(ksjian=0) delay_ms(10); if(ksjian=0) TR0=0; while(ksjian!=1); if(shi0) shi-; if(shi=0) shi=12; dispsj(shi,fen,miao,0x9b); TR0=1; /*检测分钟加按键*/ if(kfjia=0) delay_ms(10); if(kfjia=0) TR0=0; while(kfjia!=1); fen+; if(fen=60) fen=1; dispsj(shi,fen,miao,0x9b); TR0=1; /*检测分钟减按键*/ if(kfjian=0) delay_ms(10); if(kfjian=0) TR0=0; while(kfjian!=1); if(fen0) fen-; if(fen=0) shi=60; dispsj(shi,fen,miao,0x9b); TR0=1; /*/ if(wd30)/温度大于30度报警 fengming=1; else fengming=0; void time0()interrupt 1 time=hc; TL0=time; TH0=time8; tt+; if(tt=1000) tt=0; miao+; if(miao=60) miao=0; fen+; if(fen=60) fen=0; shi+; if(shi=13) shi=1; wd=ds18b20_readTemperaData();/读DS18B20温度数据 wd=wd*(0.0625*10);/温度转换 hzdisp(温度=,0x88);/显示温度 dispwd(wd,0x8b); /判断温度并显示状态 if(wd0&wd20&wd300) hzdisp(危险,0x8e); dispsj(shi,fen,miao,0x9b);/显示时间 1.2. 12864显示程序#include 12864.h#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#include #includesbit SCLK=P26;/E /12864引脚定义sbit SID=P36; /RWsbit CS=P27; /RS/液晶程序/void lcdinit() songzhiling(0x30); songzhiling(0x02);songzhiling(0x06);songzhiling(0x0c); songzhiling(0x01);songzhiling(0x80);/* 名称 : sendbyte()* 功能 : 按照液晶的串口通信协议，发送数据* 输入 : zdata* 输出 : 无*/void sendbyte(uchar zdata)uint i;for(i=0; i8; i+)if(zdata i) & 0x80)SID = 1;else SID = 0;SCLK = 0;SCLK = 1;/* 名称 : write_com()* 功能 : 写串口指令* 输入 : cmdcode* 输出 : 无*/void songzhiling(uchar cmdcode)CS = 1;sendbyte(0xf8);sendbyte(cmdcode & 0xf0);sendbyte(cmdcode 4) & 0xf0);delay_ms(2);/* 名称 : write_data()* 功能 : 写串口数据*/void songshuju(uchar Dispdata)CS = 1;sendbyte(0xfa);sendbyte(Dispdata & 0xf0);sendbyte(Dispdata 4) & 0xf0);delay_ms(2);/*