創(chuàng)新實(shí)踐周論文-氣壓溫度液晶顯示電路的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

1、<p><b>　　成 績 評 定 表</b></p><p><b>　　課程設(shè)計任務(wù)書</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本課程設(shè)計制作了一個氣壓/溫度液晶顯示電路。利用Arduino開發(fā)板，外接BMP180芯片和1602LCD液晶顯示屏，設(shè)計Ard

2、uino代碼，將代碼燒到Arduino開發(fā)板中，連接硬件引腳，由BMP180芯片測量出的氣壓和溫度值便可以通過LCD液晶顯示屏顯示出來。另外，在程序中設(shè)定對當(dāng)前測量的溫度值的監(jiān)測，當(dāng)溫度超過一定數(shù)值時，蜂鳴器開始演奏音樂，紅色LED發(fā)光二極管被點(diǎn)亮，提醒現(xiàn)在的溫度超過了設(shè)定的值。</p><p>　　關(guān)鍵詞：氣壓；溫度；液晶顯示屏；Arduino開發(fā)板 </p><p><b>

3、　　目 錄</b></p><p>　　1 課程設(shè)計背景與意義1</p><p>　　2 總體方案的設(shè)計1</p><p>　　2.1 設(shè)計原理1</p><p>　　2.2 設(shè)計方案2</p><p>　　3 方案詳細(xì)實(shí)現(xiàn)過程2</p><p>　　3.1 硬

4、件器件的選擇2</p><p>　　3.1.1 Arduino開發(fā)板2</p><p>　　3.1.2 LCD液晶顯示屏3</p><p>　　3.1.3 氣壓/溫度傳感器3</p><p>　　3.1.4 蜂鳴器與LED發(fā)光二極管4</p><p>　　3.2 引腳選擇4</p>

5、<p>　　3.3 Arduino代碼設(shè)計5</p><p>　　3.4 理論布線10</p><p>　　3.5 實(shí)際布線11</p><p>　　4 運(yùn)行結(jié)果分析11</p><p><b>　　5 結(jié)論12</b></p><p>　　6 參考文獻(xiàn)13<

6、;/p><p>　　1 課程設(shè)計背景與意義</p><p>　　1. 地球上面的空氣層密度不是相等的，大氣壓強(qiáng)不但隨高度變化，在同一地點(diǎn)也不是固定不變的。氣壓傳感器用于測量氣體的絕對壓強(qiáng)。主要適用于與氣體壓強(qiáng)相關(guān)的物理實(shí)驗，也可以在生物和化學(xué)實(shí)驗中測量干燥、無腐蝕性的氣體壓強(qiáng)。</p><p>　　2. BMP180氣壓傳感器，可同時測量出當(dāng)前環(huán)境下的氣壓和溫度值。&l

7、t;/p><p>　　3. 測量結(jié)果通過LCD液晶顯示屏顯示出來，并且，當(dāng)測量的溫度超過一定數(shù)值時，會使蜂鳴器和LED指示燈報警。</p><p><b>　　2 總體方案的設(shè)計</b></p><p><b>　　2.1 設(shè)計原理</b></p><p>　?。?）設(shè)計原理方框圖如圖3.1所示：<

8、;/p><p>　　圖3.1 方案設(shè)計原理方框圖</p><p><b>　?。?）具體分析</b></p><p>　　氣壓/溫度液晶顯示電路的功能是先通過氣壓傳感器測量出當(dāng)前環(huán)境下的氣壓和溫度值，然后通過LCD液晶顯示屏顯示出來。同時，判斷當(dāng)前的溫度是否超過一定溫度值，當(dāng)當(dāng)前溫度超過一定數(shù)值是，蜂鳴器開始演奏音樂，紅色LED指示燈亮起。<

9、/p><p>　　本氣壓/溫度液晶顯示電路每10秒鐘更新一次測量結(jié)果。</p><p><b>　　2.2 設(shè)計方案</b></p><p>　　首先，選擇一款A(yù)rduino開發(fā)板，根據(jù)需求還需要的器件有：氣壓傳感器、LCD液晶顯示屏、蜂鳴器、紅色LED發(fā)光二極管。然后，根據(jù)功能需求選擇各硬件的引腳，根據(jù)方案設(shè)計原理方框圖進(jìn)行Arduino代碼設(shè)計

10、，將代碼燒到Arduino開發(fā)板后，根據(jù)選擇好的引腳進(jìn)行布線連接。</p><p>　　3 方案詳細(xì)實(shí)現(xiàn)過程</p><p>　　3.1 硬件器件的選擇</p><p>　　3.1.1 Arduino開發(fā)板</p><p>　　Arduino是一款便捷靈活、方便上手的開源電子原型平臺，包含硬件（各種型號的Arduino板）和軟件（Arduin

11、o IDE)。硬件部分是可以用來做電路連接和Arduino電路板； Arduino IDE是計算機(jī)中的程序開發(fā)環(huán)境。</p><p>　　本課程設(shè)計使用的是DCcduino uno開發(fā)板，如圖3.2所示。</p><p>　　圖3.2 DCcduino uno開發(fā)板</p><p>　　3.1.2 LCD液晶顯示屏</p><p>　　本課

12、程設(shè)計使用的液晶屏是5V LCD1602藍(lán)屏液晶屏幕。1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的點(diǎn)陣型液晶模塊。它由若干個5X7或者5X11等點(diǎn)陣字符位組成，每個點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個字符，每位之間有一個點(diǎn)距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用。1602LCD是指顯示的內(nèi)容為16X2,即可以顯示兩行，每行16個字符液晶模塊（顯示字符和數(shù)字）。LCD1602藍(lán)屏液晶屏幕如圖3.3所示。

13、</p><p>　　圖3.3 LCD1602藍(lán)屏液晶屏幕</p><p>　　3.1.3 氣壓/溫度傳感器</p><p>　　氣壓/溫度傳感器選擇的是BMP180芯片。BMP180是一款高精度、小體積、超低能耗的壓力傳感器，可以應(yīng)用在移動設(shè)備中。它的性能卓越，絕對精度最低可以達(dá)到0.03hPa，并且耗電極低，只有3μA。BMP180采用強(qiáng)大的8-pin陶瓷無引

14、線芯片承載（LCC）超薄封裝，可以通過I2C總線直接與各種微處理器相連。BMP180芯片如圖3.4所示。</p><p>　　圖3.4 BMP180芯片 圖3.5 無源蜂鳴器和紅色LED發(fā)光二極管</p><p>　　3.1.4 蜂鳴器與LED發(fā)光二極管</p><p>　　氣壓/溫度液晶顯示電路還需要一個蜂鳴器和一個LED發(fā)光二極管。蜂

15、鳴器選擇5V無源蜂鳴器，發(fā)光二極管用LED紅色發(fā)光二極管。如圖3.5所示。</p><p><b>　　3.2 引腳選擇</b></p><p>　?。?）DCcduino uno開發(fā)板</p><p>　　開發(fā)板的引腳D2、D3、D4、D5用來與LCD液晶顯示屏進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，D11做LCD液晶顯示屏的使能信號輸入，D12做LCD液晶顯示屏的輸

16、入指令/數(shù)據(jù)端口。</p><p>　?。?）LCD1602藍(lán)屏液晶屏幕</p><p>　　表3.1 LCD1602液晶顯示屏的引腳定義</p><p>　?。?）BMP180芯片</p><p>　　BMP180的SDA、SCL端分別與DCcduino uno開發(fā)板的A4、A5端連接，同時，BMP180還要連接DCcduino uno開

17、發(fā)板的+5V電源和接地線。</p><p>　?。?）無源蜂鳴器與LED紅色發(fā)光二極管</p><p>　　無源蜂鳴器與DCcduino uno開發(fā)板D9端連接，LED紅色發(fā)光二極管連接的是DCcduino uno開發(fā)板的D7端。</p><p>　　3.3 Arduino代碼設(shè)計</p><p>　　Arduino代碼如下：</p&g

18、t;<p>　　#define NOTE_D0 -1</p><p>　　#define NOTE_D1 294</p><p>　　#define NOTE_D2 330</p><p>　　#define NOTE_D3 350</p><p>　　#define NOTE_D4 393</p><p&g

19、t;　　#define NOTE_D5 441</p><p>　　#define NOTE_D6 495</p><p>　　#define NOTE_D7 556</p><p>　　#define NOTE_DL1 147</p><p>　　#define NOTE_DL2 165</p><p>　　#def

20、ine NOTE_DL3 175</p><p>　　#define NOTE_DL4 196</p><p>　　#define NOTE_DL5 221</p><p>　　#define NOTE_DL6 248</p><p>　　#define NOTE_DL7 278</p><p>　　#define N

21、OTE_DH1 589</p><p>　　#define NOTE_DH2 661</p><p>　　#define NOTE_DH3 700</p><p>　　#define NOTE_DH4 786</p><p>　　#define NOTE_DH5 882</p><p>　　#define NOTE_D

22、H6 990</p><p>　　#define NOTE_DH7 1112</p><p>　　//以上部分是定義是把每個音符和頻率值對應(yīng)起來，后面可以隨意編寫D調(diào)的各種歌，這里用NOTE_D+數(shù)字表示音符，NOTE_DH+數(shù)字表示上面有點(diǎn)的那種音符，NOTE_DL+數(shù)字表示下面有點(diǎn)的那種音符。</p><p>　　#define WHOLE 1</p>

23、;<p>　　#define HALF 0.5</p><p>　　#define QUARTER 0.25</p><p>　　#define EIGHTH 0.25</p><p>　　#define SIXTEENTH 0.625</p><p>　　//這部分是用英文對應(yīng)了拍子</p><p>　

24、　int tune[] = </p><p><b>　　{</b></p><p>　　NOTE_DH1,NOTE_D6,NOTE_D5,NOTE_D6,NOTE_D0,</p><p>　　NOTE_DH1,NOTE_D6,NOTE_D5,NOTE_DH1,NOTE_D6,NOTE_D0,NOTE_D6,</p><p&

25、gt;　　NOTE_D6,NOTE_D6,NOTE_D5,NOTE_D6,NOTE_D0,NOTE_D6,</p><p>　　NOTE_DH1,NOTE_D6,NOTE_D5,NOTE_DH1,NOTE_D6,NOTE_D0,</p><p>　　NOTE_D1,NOTE_D1,NOTE_D3,</p><p>　　NOTE_D1,NOTE_D1,NOTE_D3,

26、NOTE_D0,</p><p>　　NOTE_D6,NOTE_D6,NOTE_D6,NOTE_D5,NOTE_D6,</p><p>　　NOTE_D5,NOTE_D1,NOTE_D3,NOTE_D0,</p><p>　　NOTE_DH1,NOTE_D6,NOTE_D6,NOTE_D5,NOTE_D6,</p><p>　　NOTE_D5

27、,NOTE_D1,NOTE_D2,NOTE_D0,</p><p>　　NOTE_D7,NOTE_D7,NOTE_D5,NOTE_D3,</p><p><b>　　NOTE_D5,</b></p><p>　　NOTE_DH1,NOTE_D0,NOTE_D6,NOTE_D6,NOTE_D5,NOTE_D5,NOTE_D6,NOTE_D6,NO

28、TE_D0,NOTE_D5,NOTE_D1,NOTE_D3,NOTE_D0,</p><p>　　NOTE_DH1,NOTE_D0,NOTE_D6,NOTE_D6,NOTE_D5,NOTE_D5,NOTE_D6,NOTE_D6,NOTE_D0,NOTE_D5,NOTE_D1,NOTE_D2,NOTE_D0,</p><p>　　NOTE_D3,NOTE_D3,NOTE_D1,NOTE_DL

29、6,</p><p><b>　　NOTE_D1,</b></p><p>　　NOTE_D3,NOTE_D5,NOTE_D6,NOTE_D6,</p><p>　　NOTE_D3,NOTE_D5,NOTE_D6,NOTE_D6,</p><p>　　NOTE_DH1,NOTE_D0,NOTE_D7,NOTE_D5,&l

30、t;/p><p><b>　　NOTE_D6,</b></p><p><b>　　};</b></p><p>　　//這部分就是整首曲子的音符部分，用了一個序列定義為tune ，整數(shù)</p><p>　　float duration[]=</p><p><b>　

31、　{</b></p><p>　　1,1,0.5,0.5,1,</p><p>　　0.5,0.5,0.5,0.5,1,0.5,0.5,</p><p>　　0.5,1,0.5,1,0.5,0.5,</p><p>　　0.5,0.5,0.5,0.5,1,1,</p><p><b>　　1,1,

32、1+1,</b></p><p>　　0.5,1,1+0.5,1,</p><p>　　1,1,0.5,0.5,1,</p><p>　　0.5,1,1+0.5,1,</p><p>　　0.5,0.5,0.5,0.5,1+1,</p><p>　　0.5,1,1+0.5,1,</p><

33、;p>　　1+1,0.5,0.5,1,</p><p><b>　　1+1+1+1,</b></p><p>　　0.5,0.5,0.5+0.25,0.25,0.5+0.25,0.25,0.5+0.25,0.25,</p><p>　　0.5,1,0.5,1,1,</p><p>　　0.5,0.5,0.5+0.2

34、5,0.25,0.5+0.25,0.25,0.5+0.25,0.25,</p><p>　　0.5,1,0.5,1,1,</p><p>　　1+1,0.5,0.5,1,</p><p><b>　　1+1+1+1,</b></p><p>　　0.5,1,0.5,1+1,</p><p>　　0

35、.5,1,0.5,1+1,</p><p>　　1+1,0.5,0.5,1,</p><p><b>　　1+1+1+1</b></p><p><b>　　};</b></p><p>　　//這部分是整首曲子的接拍部分，也定義個序列duration，浮點(diǎn)（數(shù)組的個數(shù)和前面音符的個數(shù)是一樣的，一一

36、對應(yīng)）</p><p>　　int length; //這里定義一個變量，后面用來表示共有多少個音符</p><p>　　int tonePin=9; //蜂鳴器的pin</p><p>　　int ledPin = 7; </p><p>　　/*======通用I2C驅(qū)動庫調(diào)用======*/</p><p&g

37、t;　　#include <Wire.h></p><p>　　/*========BMP085氣壓計庫調(diào)用=====*/</p><p>　　#include <Adafruit_BMP085.h></p><p>　　Adafruit_BMP085 bmp;</p><p>　　/*==========LCD庫調(diào)用

38、 =======*/</p><p>　　#include <LiquidCrystal.h></p><p>　　LiquidCrystal lcd(12, 11, 5, 4, 3, 2); //定義傳輸IO口， </p><p>　　void setup() </p><p><b>　　{</b>&

39、lt;/p><p>　　lcd.begin(16, 2); // 定義顯示屏類型，目前定義為1602 每行16個字符共2行</p><p>　　bmp.begin(); //初始化氣壓計</p><p>　　pinMode(ledPin, OUTPUT); //使ledPin為輸出模式</p><p>　　pinMode(tonePin

40、,OUTPUT); //設(shè)置蜂鳴器的pin為輸出模式</p><p>　　length = sizeof(tune)/sizeof(tune[0]);</p><p>　　//這里用了一個sizeof函數(shù)，可以查出tone序列里有多少個音符</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void loop

41、() </p><p><b>　　{</b></p><p>　　lcd.clear(); //LCD清空屏幕</p><p>　　/*=====數(shù)據(jù)采集=====*/</p><p>　　float temp = bmp.readTemperature(); //讀取溫度數(shù)據(jù) (BMP085)</p&

42、gt;<p>　　long pa = bmp.readPressure(); //讀取氣壓數(shù)據(jù) (BMP085)</p><p>　　float hpa = pa /100.0 ; //將Pa換算成hPa</p><p>　　/*=====顯示內(nèi)容=====*/ </p><p>　　lcd.p

43、rint("Atm:"); </p><p>　　lcd.print(hpa);</p><p>　　lcd.print("hPa"); //顯示第一行內(nèi)容，當(dāng)前氣壓值</p><p>　　lcd.setCursor(0, 1); //換行到第二行開始位置</p><p>　

44、　lcd.print("TEMP:"); //顯示第二行內(nèi)容，當(dāng)前溫度值</p><p>　　lcd.print(temp,1); //保留溫度的1位有效小數(shù)</p><p>　　lcd.print("C");</p><p>　　if(temp>10) //判斷當(dāng)前溫度是否滿足一定條件<

45、;/p><p><b>　　{</b></p><p>　　for(int x=0;x<length;x++)//循環(huán)音符的次數(shù)</p><p><b>　　{ </b></p><p>　　digitalWrite(ledPin, HIGH); //點(diǎn)亮LED燈</p><

46、p>　　tone(tonePin,tune[x]);//此函數(shù)依次播放tune序列里的數(shù)組，即每個音符</p><p>　　delay(400*duration[x]);//每個音符持續(xù)的時間，即節(jié)拍duration，400是調(diào)整時間的越//大，曲子速度越慢，越小曲子速度越快 </p><p>　　digitalWrite(ledPin, LOW); //熄滅LED燈</p

47、><p>　　noTone(tonePin);//停止當(dāng)前音符，進(jìn)入下一音符</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　delay(10000); //控制屏幕刷新速度，每10秒更新一次</p><p><

48、b>　　}</b></p><p>　　程序分別對BMP180、1602LCD液晶顯示屏、無源蜂鳴器和LED發(fā)光二極管的引腳進(jìn)行了定義。程序執(zhí)行時首先通過BMP180讀取當(dāng)前氣壓和溫度值，然后判斷當(dāng)前溫度是否大于10度，若為真，則開始讓蜂鳴器演奏一首音樂，并且，紅色LED發(fā)光二極管被點(diǎn)亮；同時，1602LCD液晶顯示屏顯示當(dāng)前的氣壓和溫度值。最后，液晶屏幕每10秒更新一次。</p>

49、<p><b>　　3.4 理論布線</b></p><p>　　根據(jù)前面對各硬件引腳的選擇，氣壓/溫度液晶顯示電路的理論布線圖如圖3.6所示：</p><p>　　圖3.6 理論布線圖</p><p><b>　　3.5 實(shí)際布線</b></p><p>　　根據(jù)理論布線圖，實(shí)際連線后

50、，結(jié)果如圖3.7所示：</p><p>　　圖3.7 實(shí)際布線圖</p><p><b>　　4 運(yùn)行結(jié)果分析</b></p><p>　　在室內(nèi)運(yùn)行后，LCD液晶顯示屏的顯示結(jié)果如圖3.8所示：</p><p>　　圖3.8 LCD液晶顯示屏的顯示結(jié)果</p><p>　　LCD液晶顯示屏第一

51、行顯示當(dāng)前氣壓值，第二行顯示當(dāng)前溫度值。由于當(dāng)前溫度為28.7度，大于程序中的設(shè)定值10度，于是，蜂鳴器演奏音樂，同時，紅色LED發(fā)光二極管點(diǎn)亮。</p><p>　　當(dāng)把氣壓/溫度液晶顯示器拿到室外后，由于室外氣溫較低，LCD液晶顯示屏第一行的氣壓值并無大的變化，但第二行的溫度值低于了程序中的設(shè)定值10度，此時，蜂鳴器不響，紅色LED發(fā)光二極管也不被點(diǎn)亮。</p><p><b&g

52、t;　　5 結(jié)論</b></p><p>　　本課程設(shè)計完成了氣壓/溫度液晶顯示電路的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)。通過運(yùn)行調(diào)試，此氣壓/溫度液晶顯示器能顯示出當(dāng)前的氣壓和溫度值，并且，當(dāng)溫度超過一定值后，蜂鳴器演奏音樂，紅色LED發(fā)光二極管被點(diǎn)亮。</p><p>　　通過本次課程設(shè)計，我對Arduino硬件開發(fā)板有了更多的理解，只要在IDE中編寫程序代碼，將程序上傳到Arduino電路板后，

53、連接相應(yīng)外部硬件，便可以實(shí)現(xiàn)各種各樣的功能。</p><p>　　在利用BMP180獲取氣壓和溫度參數(shù)時，由于BMP180的驅(qū)動庫并不是arduino IDE內(nèi)置的，需要先下載驅(qū)動，在下載驅(qū)動庫的過程中遇到了一些困難，后來發(fā)現(xiàn)BMP180可以與BMP085公用一個驅(qū)動庫，將下載庫文件解壓縮釋放到< Arduino主目錄>/libraries/下，重新啟動Arduino IDE即可正常調(diào)用此庫，最終成功

54、讀取了數(shù)據(jù)。</p><p>　　另外，LCD液晶顯示屏還可以顯示更多的內(nèi)容。例如，電子時鐘，或者通過其他外部傳感器獲得更多的參數(shù)，在程序中經(jīng)過運(yùn)算后顯示出來，實(shí)現(xiàn)更加豐富的功能。我還有很多的知識需要學(xué)習(xí)。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] Massimo Banzi. 愛上Arduino.第二版.北京:

55、人民郵電出版社,2012:254-301</p><p>　　[2] 陳呂洲. Arduino程序設(shè)計基礎(chǔ).第一版.北京: 北京航空航天大學(xué)出版,2014:50-95</p><p>　　[3] Gordon McComb. Arduino機(jī)器人制作指南.第一版.北京:科學(xué)出版社,2014:48-79</p><p>　　[4] 普德姆. Arduino C語言編程