基于单片机的无尘室监测系统的设计

论文摘要

无尘室内部的环境指标对其本身的工作状态有很大的影响,因此准确完善的无尘室监测技术是保证无尘室正常工作的一个关键环节,约占整个无尘室应用的50%。本文通过对半导体生产工业中所用到的无尘室环境进行调研和分析,借助嵌入式技术来实现相关环境参量的监测,对监测数据使用PC来进行处理。该系统满足了环境监测系统在未来的需求主要朝着受控环境多元化、应用领域广泛化,监测指标多样化及精确化等方向发展的趋势。要设计一个完善的环境监测系统,各个部分全面地选择是关键。该监测系统的监测指标有四项：温度、湿度、微尘颗粒含量和噪声强度。分别由温湿度传感器、微尘粒子计数器和噪声传感器作为主要采集模块实时地采集监测相应的环境指标。根据无尘室环境监测的需求分析,该系统选用的核心控制器为单片机C8051F410,该单片机中有丰富的模拟和数字资源,并采用一些在单片机中前所未有的技术,使CPU内核的内部和外部有几项关键的性能改进,提高了整体的性能,更易于在系统设计中使用。其通用和专用管脚连接外围电路的多个模块,分别为存储模块、时钟模块、键盘模块、温湿度监测模块、微尘颗粒监测模块、噪声监测模块,LCD显示模块、串口模块、通讯模块和电源模块。主控部分的单片机用汇编语言来编程,各个监测模块定时采集环境参数,实时地在本地LCD界面显示并送到远程监控的上位机,同时系统支持键盘与上位机对历史环境参数数据的查询。用户利用实时环境参数和历史环境参数,监测与分析一段时间内环境的变化趋势,从而达到监控环境状态,保证产品质量的目的。系统的软件实现是基于C语言的系统控制程序,主要包括主控制程序、键盘扫描程序、液晶LCD驱动程序、温度与湿度采集程序、噪声和尘土颗粒采集程序、实时时钟采集程序、E2PROM驱动程序、串口驱动程序等。主控制程序是系统的核心调度程序,系统运行时主控制程序根据设定的流程完成数据采集、显示、存储和上传。此外,主控制程序实时响应键盘的命令,完成历史数据的查询与追溯。由于单片机的计算能力有限,难以进行复杂的数据处理。因此在本监测系统中,通常以PC机为上位机,单片机为下位机。由单片机完成数据的采集及对各模块的控制,而由PC完成对各种复杂的数据处理及对单片机的控制。本系统中,上位机作用主要有三方面,显示监测数据以及对不正常的参数进行提示与报警；按时间顺序存储历史数据,方便用户查询；生成一个专门用来存储历史监测值的数据库。从总体性能上来讲,该监测系统采集终端采用了先进的技术,系统实现方式上有了新的突破,上位机对于数据的处理和储存也体现了实时性、针对性和整体性,在无尘室环境中能够发挥良好的监控性能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 无尘室环境监测系统研究背景
• 1.1.1 无尘室及其应用情况
• 1.1.2 无尘室监测技术的研究背景
• 1.2 无尘室环境监测系统的研究现状和发展趋势
• 1.3 主要研究内容及论文结构
• 第二章 系统总体方案设计
• 2.1 无尘室环境相关质量控制标准
• 2.1.1 无尘室的控管内容
• 2.1.2 无尘室洁净度的标准
• 2.1.3 无尘室温湿度的标准
• 2.1.4 无尘室噪声的标准
• 2.2 系统设计方案
• 第三章 监测终端硬件电路设计
• 3.1 单片机C8051F简介
• 3.2 温湿度监测电路设计
• 3.3 微尘颗粒监测模块的设计
• 3.3.1 微尘颗粒传感器选择
• 3.3.2 微尘颗粒采集电路的设计
• 3.4 噪声监测模块的设计
• 3.4.1 噪声测量原理
• 3.4.2 噪声传感器选择
• 3.4.3 噪声监测电路的设计
• 3.5 数据存储模块设计
• 3.5.1 数据存储模块的选型
• 3.5.2 存储电路设计
• 3.6 LCD显示与设计
• 3.6.1 LCD显示模块的选型
• 3.6.2 LCD显示电路的设计
• 3.7 键盘电路的设计
• 3.8 时钟电路设计
• 3.9 串口电路设计
• 3.10 无线传输模块设计
• 3.10.1 GSM模块接收
• 3.10.2 GSM模块电路设计
• 3.11 电源模块设计
• 3.11.1 电源模块的选型
• 3.11.2 电源模块电路设计
• 第四章 监测终端控制程序设计
• 4.1 监测终端的软件功能
• 4.2 键盘扫描子模块程序
• 4.3 液晶模块驱动程序
• 4.4 温湿度监测程序设计
• 4.5 噪声与灰尘颗粒程序设计
• 4.6 存储模块程序设计
• 4.7 时钟程序设计
• 4.8 通信程序设计
• 第五章 上位机应用程序设计
• 5.1 上位机应用程序设计
• 5.1.1 上位机应用程序设计流程
• 5.1.2 上位机应用程序设计
• 5.2 通信命令设计
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 附图
• 参考文献
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情况表