畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）糧庫溫濕度智能監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究

1、摘要糧食儲(chǔ)藏是國(guó)家為防備戰(zhàn)爭(zhēng)、荒災(zāi)以及其他突發(fā)性事件而采取的有效措施。糧食是人類生存的必需品，溫度與濕度是保存好糧食的先決條件，隨著中國(guó)加入wto和糧食市場(chǎng)的逐漸開放，儲(chǔ)存大量的糧食對(duì)穩(wěn)定國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起到至關(guān)重要的作用。影響糧食安全儲(chǔ)藏主要參數(shù)是糧食的濕度和溫度，這兩者之間是互相關(guān)聯(lián)的。人們通常使用溫度計(jì)、濕度計(jì)來測(cè)量糧庫的溫度和濕度，通過人工加熱、加濕、通風(fēng)和降溫等方法來控制糧庫的溫度、濕度，這種方法不但控制精度低、實(shí)時(shí)性差，而且操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度大。同時(shí)溫度與相對(duì)濕度的大幅度變化可能導(dǎo)致種子大范圍腐爛或者影響種子的發(fā)芽率，從而帶來極大地經(jīng)濟(jì)及財(cái)產(chǎn)損失。因此，保證適宜的糧庫溫度、濕度對(duì)保證

2、農(nóng)產(chǎn)品種子存儲(chǔ)質(zhì)量十分重要。本設(shè)計(jì)分為上下兩層結(jié)構(gòu)，下位機(jī)系統(tǒng)以atmel公司生產(chǎn)的at89c51單片機(jī)作為溫、濕度監(jiān)控核心部件，采用ds18b20溫度傳感器，它是數(shù)字溫度傳感器，能夠直接讀取被測(cè)物的溫度值；選取hs1101作為濕度傳感器，通過將該濕敏電容置于555定時(shí)器與電阻組成的電路中，將電容值的變化轉(zhuǎn)為與之呈反比的電壓頻率信號(hào)，并采用rs485與上位機(jī)進(jìn)行通信；一旦溫度或濕度值超過設(shè)定閾值，即可實(shí)現(xiàn)報(bào)警。上位機(jī)系統(tǒng)仍以單片機(jī)為核心，擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，在鍵盤模塊里可以更改閾值，lcd顯示模塊顯示從下位單片機(jī)傳來的溫度、濕度值。從而實(shí)現(xiàn)一種小型糧庫的溫濕度智能監(jiān)控。實(shí)驗(yàn)表明該系統(tǒng)具有轉(zhuǎn)換速度快

3、、精度高、控制能力強(qiáng)等特點(diǎn)。目前實(shí)現(xiàn)糧庫溫濕度的智能控制需要一種穩(wěn)定性高、成本低的溫濕度智能控制系統(tǒng)，其采用上、下位機(jī)控制結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)全方位智能化的糧庫監(jiān)控。單片機(jī)在這種系統(tǒng)中往往作為一個(gè)終端機(jī)，安裝在系統(tǒng)的某些節(jié)點(diǎn)上，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)溫濕度進(jìn)行實(shí)時(shí)的測(cè)量和控制。單片機(jī)的高可靠性和強(qiáng)抗干擾能力，使它可以置于惡劣環(huán)境的前端工作。關(guān)鍵詞 單片機(jī)；小型糧庫；溫度；濕度abstractthe food storage is the national guard against war, for huang zai and other unexpected events and take effective mea

4、sures. food is the human survival necessities, temperature and humidity is to keep the good food prerequisites, with chinas accession to the wto and the opening up of the food market, store large amounts of food to stabilizing the development of national economy play a crucial role. affect food secu

5、rity is the main parameters of grain storage humidity and temperature, between the two are interrelated. people often use thermometer, island-from mosquitoes to measure the temperature and humidity of warehouse, through the artificial heating, add wet, ventilation and cooling method to control the w

6、arehouse temperature, humidity, this method not only control precision low, real-time, and operation of the personnel labor intensity. at the same time temperature and relative humidity can lead to big large variation seed range decay or influence of seed germination rate, thus brings great economic

7、 and property losses. therefore, ensure the warehouse of the appropriate temperature and humidity on agricultural seed storage quality guarantee is very important.this design is divided into the upper and lower levels structure, lower place machine system to atmel company produces the at89c51 as hum

8、idity and temperature monitoring core components, the temperature sensor ds18b20, it uses single bus interface, can be measured directly read things value; select hs1101 as humidity sensor, through the wet sensitive capacitance in 555 timer and resistors circuit, will the change of capacitance value

9、s to the inverse of a voltage and frequency signal, and uses the rs485 communication and the upper machine;once the temperature or humidity value more than setting threshold, can realize the alarm. pc system based on single-chip microcomputer is still, extended data storage in the keyboard module ca

10、n change the threshold, lcd display module from a single chip that under the temperature, humidity value from. so as to achieve a small the temperature and humidity of the warehouse intelligent monitoring. experiments show that the system has a conversion speed and precision, strong ability to contr

11、ol etc. characteristics.now realize intelligent control of the temperature and humidity warehouse need a high stability, low cost of temperature, humidity intelligent control system, and its use,under a machine control structure, achieving all-round intelligent warehouse management control system.sc

12、m in such systems often as a terminal, installed in the system of some nodes, the temperature and humidity of real-time measurement and control. the single chip microcomputer high reliability and strong anti-interference ability, make it can be placed in the front of the bad environment.key words :s

13、ingle-chip microcomputer; small grain depot; temperature; humidity目錄摘要iabstractii1 緒論11.1研究背景11.2糧庫溫濕度系統(tǒng)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢(shì)11.3本設(shè)計(jì)主要工作內(nèi)容22 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)42.1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)42.2下位機(jī)系統(tǒng)52.3上位機(jī)系統(tǒng)53 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)63.1下位機(jī)系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)63.1.1溫度檢測(cè)模塊63.1.2濕度檢測(cè)模塊93.1.3 rs-485s串口通信模塊93.1.4報(bào)警電路模塊 143.2上位機(jī)系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)143.2.1顯示模塊143.2.2 rs-485s串口通信模塊163.

14、2.3鍵盤模塊163.3 at89c51硬件電路設(shè)計(jì)173.3.1 at89c51性能參數(shù)173.3.2內(nèi)部時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)193.3.3復(fù)位電路設(shè)計(jì)203.3.4 at89c51內(nèi)部結(jié)構(gòu)214 軟件設(shè)計(jì)234.1下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)234.1.1溫度子程序設(shè)計(jì)234.1.2濕度子程序設(shè)計(jì)244.1.3報(bào)警子程序設(shè)計(jì)244.1.4下位機(jī)中斷程序設(shè)計(jì)254.1.5 串口通信程序設(shè)計(jì)264.2 上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)274.2.1鍵盤子程序設(shè)計(jì)284.2.2串口通信模塊子程序設(shè)計(jì)295 總結(jié)與展望305.1總結(jié)305.2展望30參考文獻(xiàn)31結(jié)束語32致謝詞33附錄1：下位機(jī)系統(tǒng)電路圖34附錄2：上位機(jī)系統(tǒng)電路圖35

15、附錄3：下位機(jī)系統(tǒng)程序36附錄4：上位機(jī)系統(tǒng)程序391 緒論1.1研究背景糧食是人類生存的必需品，溫度與濕度是保存好糧食的先決條件，隨著中國(guó)加入wto和糧食市場(chǎng)的逐漸開放，儲(chǔ)存大量的糧食對(duì)穩(wěn)定國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起到至關(guān)重要的作用。防潮、防霉、防腐、防爆是糧庫日常工作的重要內(nèi)容，是衡量糧庫管理質(zhì)量的重要指標(biāo)。它直接影響到儲(chǔ)備物資的使用壽命和工作可靠性。為保證日常工作的順利進(jìn)行，首要問題是加強(qiáng)糧庫內(nèi)溫度與濕度的監(jiān)測(cè)工作。但傳統(tǒng)的方法是使用溫度計(jì)、濕度計(jì)來測(cè)量糧庫的溫度和濕度，通過人工加熱、加濕、通風(fēng)和降溫等方法來控制糧庫的溫、濕度，這種方法不但控制精度低、實(shí)時(shí)性差，費(fèi)時(shí)費(fèi)力、效率低，而且操作人員的勞動(dòng)

16、強(qiáng)度大，測(cè)試的溫度及濕度誤差大。因此我們需要使用造價(jià)低廉、使用方便且測(cè)量準(zhǔn)確的溫濕度測(cè)量?jī)x，并且實(shí)現(xiàn)智能控制。溫、濕度控制廣泛應(yīng)用于人們的生產(chǎn)和生活中，尤其是農(nóng)產(chǎn)品種子，對(duì)環(huán)境溫度與濕度有著比較嚴(yán)格的要求。同時(shí)溫度與相對(duì)濕度的大幅度變化可能導(dǎo)致種子大范圍腐爛或者影響種子的發(fā)芽率，從而帶來極大的經(jīng)濟(jì)及財(cái)產(chǎn)損失。因此，保持適宜的糧庫溫度、濕度對(duì)保證農(nóng)產(chǎn)品種子存儲(chǔ)質(zhì)量十分重要。1.2糧庫溫濕度系統(tǒng)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢(shì)糧情檢測(cè)屬監(jiān)控系統(tǒng)范疇，近年來，由于傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、超大規(guī)模集成電路技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展，使監(jiān)控系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，因此，糧情檢測(cè)技術(shù)的研究在軟、硬件等方面都有了

17、一定的進(jìn)展。隨著科技的發(fā)展，從1978年開始，采用電阻式溫度傳感器、采樣器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器等組成的儲(chǔ)糧監(jiān)測(cè)系統(tǒng)出現(xiàn)，它可對(duì)各糧庫的各個(gè)測(cè)溫點(diǎn)進(jìn)行巡回檢測(cè)，檢測(cè)速度、精度大大提高，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，但由于電阻傳感器的靈敏度低，致使檢測(cè)精度、系統(tǒng)可靠性還不夠理想。至1990年，糧情檢測(cè)系統(tǒng)有了很大的改善和提高，系統(tǒng)在布線上采用矩陣式布線技術(shù)，簡(jiǎn)化了數(shù)據(jù)采集部分的線路，在傳感器方面應(yīng)用了半導(dǎo)體、熱電偶等器件；在線路傳輸上采用了串行傳輸方式，從而減少了傳輸線根數(shù)；采用單板機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并采用各種手段提高數(shù)據(jù)傳輸及檢測(cè)速度，通過軟硬件技術(shù)的結(jié)合，檢測(cè)精度和可靠性較以前有很大提高。但溫度傳感器的線性度差，系統(tǒng)

18、的檢測(cè)精度仍不理想，無法大面積推廣。近年來，隨著單片機(jī)功能的日益強(qiáng)大和計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，糧情檢測(cè)的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性要求越來越高。尋找最佳配置和最好的性價(jià)比成為糧情監(jiān)測(cè)研究的熱點(diǎn)。國(guó)外在糧情監(jiān)控技術(shù)上已經(jīng)達(dá)到了很成熟的地步，高科技數(shù)字式傳感器廣泛應(yīng)用于糧情檢測(cè)系統(tǒng)。這種傳感器采用了半導(dǎo)體集成電路與微控制器最新技術(shù)，在一個(gè)管芯上集成了半導(dǎo)體溫度檢測(cè)芯片、數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換芯片、計(jì)算機(jī)接口芯片，存儲(chǔ)芯片等，除完成溫度檢測(cè)功能外，還可完成預(yù)置范圍溫度、報(bào)警、多路a/d轉(zhuǎn)換、溫度補(bǔ)償?shù)裙δ堋Ｓ捎跀?shù)字溫度傳感器直接傳出數(shù)字量，從而解決了溫度信號(hào)長(zhǎng)距離傳輸問題及傳輸過程中因干擾和衰減而導(dǎo)致的精度降低等問題1。我國(guó)對(duì)

19、于溫度測(cè)控技術(shù)的研究較晚，始于20世紀(jì)80年代。我國(guó)工程技術(shù)人員在吸收發(fā)達(dá)國(guó)家溫度測(cè)控技術(shù)的基礎(chǔ)上，掌握了溫度室內(nèi)微機(jī)控制技術(shù)，該技術(shù)僅限于對(duì)溫度的單項(xiàng)環(huán)境因子的控制。目前，國(guó)內(nèi)出現(xiàn)了豐富的數(shù)字傳感器配套產(chǎn)品，如遠(yuǎn)程控制模塊、中繼器等技術(shù)也比較成熟。隨著單片機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，單片機(jī)在各個(gè)領(lǐng)域中都得到了廣泛的應(yīng)用。其中，由單片機(jī)組成控制系統(tǒng)，已成為單片機(jī)應(yīng)用的發(fā)展趨勢(shì)。我國(guó)溫度測(cè)控設(shè)施計(jì)算機(jī)應(yīng)用，在總體上正從消化吸收、簡(jiǎn)單應(yīng)用階段向?qū)嵱没⒕C合性應(yīng)用階段過渡和發(fā)展。在技術(shù)上，以單片機(jī)控制的單參數(shù)單回路系統(tǒng)居多，尚無真正意義上的多參數(shù)綜合控制系統(tǒng)，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，存在較大差距。我國(guó)溫度測(cè)量控制現(xiàn)狀

20、還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到工廠化的程度，生產(chǎn)實(shí)際中仍然有許多問題困擾著我們，存在著裝備配套能力差，產(chǎn)業(yè)化程度低，環(huán)境控制水平落后，軟硬件資源不能共享和可靠性差等缺點(diǎn)。本系統(tǒng)以at89c51單片機(jī)為核心，研制了一種穩(wěn)定性高、成本低的溫、濕度智能控制系統(tǒng)。采用上、下位機(jī)控制結(jié)構(gòu)，上位機(jī)系統(tǒng)和下位機(jī)系統(tǒng)中采用模塊化結(jié)構(gòu)，完成軟件和硬件的設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)小型糧庫全方位、智能化的監(jiān)控。1.3本設(shè)計(jì)主要工作內(nèi)容本課題設(shè)計(jì)的是糧庫溫濕度智能監(jiān)控系統(tǒng)，是對(duì)一個(gè)小型糧庫的溫度、濕度進(jìn)行控制，以保證糧庫儲(chǔ)糧的安全。糧庫溫濕度控制系統(tǒng)是以低功耗的高性能的8位單片機(jī)at89c51單片機(jī)為核心構(gòu)成控制系統(tǒng)。本系統(tǒng)可以通過鍵盤設(shè)定模

21、塊進(jìn)行系統(tǒng)給定值的設(shè)置來調(diào)整糧庫溫、濕度控制范圍。溫度、濕度檢測(cè)模塊將糧庫內(nèi)的溫、濕度信息傳到單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)實(shí)際情況發(fā)出控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)控制模塊進(jìn)行相應(yīng)操作，同時(shí)將當(dāng)前信息存儲(chǔ)到單片機(jī)相應(yīng)內(nèi)存單元中并上傳數(shù)據(jù)到上位機(jī)顯示及保存。當(dāng)溫度或者濕度超過設(shè)定的范圍上下限時(shí)，通過下位機(jī)與上位機(jī)之間數(shù)據(jù)的傳輸，下位機(jī)系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警并將采集信息在上位機(jī)系統(tǒng)lcd上顯示。上位單片機(jī)與下位單片機(jī)之間通過rs485進(jìn)行串行通信。另外還可以設(shè)計(jì)一些通用接口，為以后設(shè)備功能擴(kuò)展提供方便。單片機(jī)是本系統(tǒng)的核心，它控制本系統(tǒng)的各種功能，因此選擇性能可靠的單片機(jī)就顯得尤為重要，考慮到滿足功能要求、性價(jià)比、貨源保證、開發(fā)手段等

22、因素，采用軟件技術(shù)成熟、仿真器普通、性價(jià)比高的一種低功耗高性能的8位單片機(jī)at89c51。溫濕度傳感器是本系統(tǒng)的測(cè)量單元，傳感器性能的好壞直接影響到本系統(tǒng)性能的好壞。為了盡量減小測(cè)量誤差，首先我選用了測(cè)量精度較高的數(shù)字式溫度傳感器ds18b20，可直接將所測(cè)溫度轉(zhuǎn)化為數(shù)字量輸出，送入單片機(jī)。選用電容式濕度傳感器hs1101測(cè)量濕度。實(shí)現(xiàn)溫濕度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)顯示，超過閾值可以自動(dòng)報(bào)警，人工處理控制糧庫的溫濕度，達(dá)到自動(dòng)控制的目的。其中，控制策略采用設(shè)定報(bào)警閥值，當(dāng)溫濕度超過一定的范圍的時(shí)候，蜂鳴器響。由于ds18b20采用單總線方式，cpu只需一根端口線就能與諸多ds18b20 通信，占用微處理器的端

23、口較少，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。在進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)量的時(shí)候?qū)⒎浅Ｒ子跀U(kuò)展，不需要添加任何器件，將所有傳感器直接與單片機(jī)i/o口連接即可。使用電容式濕度傳感器hs1101檢測(cè)濕度，空氣的相對(duì)濕度通過555測(cè)量振蕩電路就轉(zhuǎn)變?yōu)榕c之成線性關(guān)系的頻率信號(hào)，即測(cè)得頻率值即可轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的濕度值。在本系統(tǒng)中，采用lm016l作為顯示單元。lcd液晶顯示器具有功耗低、壽命長(zhǎng)、無輻射、不易引起視覺疲勞等優(yōu)點(diǎn)，正在被廣泛應(yīng)用于儀表、家用電器、計(jì)算機(jī)、醫(yī)療儀器及交通和通信領(lǐng)域。在一個(gè)糧庫中，被測(cè)量的8個(gè)點(diǎn)可以在上位機(jī)的顯示單元上滾動(dòng)顯示溫濕度值。當(dāng)溫度或濕度超過閾值時(shí)，下位機(jī)的警報(bào)聲響，并在上位機(jī)系統(tǒng)的lcd顯示屏上

24、顯示相應(yīng)的溫度、濕度值，引起工作人員注意，從而采取通風(fēng)等措施。上位機(jī)的鍵盤模塊采用44鍵盤，可以更改設(shè)定的溫濕度閾值。2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)本系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)上由下到上分兩級(jí)，第一級(jí)是下位機(jī)，即前端采集系統(tǒng)；第二級(jí)是上位機(jī)。下位機(jī)由單片機(jī)、溫濕度傳感器和報(bào)警模塊組成，其任務(wù)是完成糧庫中各個(gè)測(cè)量點(diǎn)的溫濕度的測(cè)量，并且通過串行通信的方式向上位機(jī)傳送測(cè)量數(shù)據(jù)，溫濕度超過閾值可實(shí)現(xiàn)報(bào)警。上位機(jī)主要實(shí)現(xiàn)對(duì)下位機(jī)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)一個(gè)糧庫的不同方位溫濕度值的循環(huán)采集，并對(duì)其進(jìn)行處理、顯示、存儲(chǔ)。用戶可通過上位機(jī)上的鍵盤輸入溫濕度的閾值，從而顯示從下位機(jī)接收來的數(shù)值。下位機(jī)與上位機(jī)之間通過rs485串行

25、通信方式進(jìn)行數(shù)據(jù)和信息的傳輸。此系統(tǒng)下位機(jī)采用模塊化設(shè)計(jì)，由at89c51主控芯片，溫、濕度檢測(cè)模塊，上下位機(jī)通信模塊以及報(bào)警模塊等幾部分組成。溫、濕度檢測(cè)模塊使用數(shù)字傳感器。ds18b20測(cè)量糧庫的溫度，濕度傳感器hs1101測(cè)量濕度。其中外圍設(shè)備采用rs485串行通信接口方式和上位機(jī)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)交換，用以實(shí)現(xiàn)向用戶發(fā)送信息。該系統(tǒng)采用單片機(jī)機(jī)作為上位機(jī)監(jiān)控單元。用戶對(duì)設(shè)備進(jìn)行操作處理等功能本設(shè)計(jì)將整個(gè)系統(tǒng)分為兩級(jí)結(jié)構(gòu)：上位機(jī)和下位機(jī)。由于這是針對(duì)一個(gè)小型糧庫，所以一臺(tái)上位機(jī)控制8個(gè)點(diǎn)，即控制8個(gè)下位機(jī)。一個(gè)下位機(jī)測(cè)量一個(gè)溫濕度值。系統(tǒng)總體框圖如下： 圖2.1 系統(tǒng)總體框圖2.2下位機(jī)系統(tǒng)下

26、位機(jī)即為前端采集系統(tǒng)，由單片機(jī)和各種傳感器組成，其任務(wù)是完成糧庫現(xiàn)場(chǎng)溫度的采集與處理，并通過總線同上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞。通常糧庫面積比較大，故需多個(gè)下位機(jī)進(jìn)行糧庫中不同方位的溫濕度信息的采集。每個(gè)下位機(jī)有其唯一的地址（可由用戶自行設(shè)置）。假設(shè)該糧庫共有1個(gè)糧庫，在每個(gè)糧庫中要安裝多個(gè)溫濕度傳感器，分布在該糧庫的重要位置，每個(gè)溫濕度傳感器實(shí)際上是一個(gè)終端設(shè)備，也是該系統(tǒng)中的重要關(guān)鍵的設(shè)備。在每個(gè)設(shè)備中都有一個(gè)新型的溫度傳感器和濕度傳感器，用于測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)的溫度和濕度，并將測(cè)量的溫度濕度值，發(fā)送到上位單片機(jī)上，以便控制整個(gè)糧庫的各個(gè)測(cè)試點(diǎn)的溫度濕度加以全面監(jiān)視和控制管理。下位機(jī)結(jié)構(gòu)圖如下：圖2.2 下位

27、圖組成結(jié)構(gòu)圖2.3上位機(jī)系統(tǒng)上位機(jī)主要實(shí)現(xiàn)對(duì)下位機(jī)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)一個(gè)糧庫的不同方向濕度的循環(huán)采集，并對(duì)其進(jìn)行顯示、存儲(chǔ)。用戶可通過上位機(jī)上的鍵盤輸入各環(huán)境參量的閾值，從而把從下位機(jī)接收來的數(shù)值在lcd顯示屏上顯示出來。上位機(jī)仍由單片機(jī)擔(dān)任，主要承擔(dān)數(shù)據(jù)的讀取、存儲(chǔ)以及溫濕度值顯示，以實(shí)現(xiàn)對(duì)下位機(jī)的統(tǒng)一管理。上位機(jī)與下位機(jī)之間通過rs485總線方式連接。上位機(jī)定時(shí)向下位機(jī)發(fā)出讀取環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)命令。下位機(jī)接收到命令后，將存儲(chǔ)在ram中的的數(shù)據(jù)通過串行口上傳給上位的單片機(jī)，上位機(jī)機(jī)接收到并校驗(yàn)無誤后，更新eeprom中相應(yīng)位置的保存數(shù)據(jù)并顯示在與其相連的lcd上，并將報(bào)警信息存儲(chǔ)所有的命令和數(shù)據(jù)傳

28、輸都制定了嚴(yán)格的通信協(xié)議，采取了數(shù)據(jù)校驗(yàn)，大大提高了傳輸?shù)目煽啃浴? 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 3.1下位機(jī)系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)3.1.1溫度檢測(cè)模塊通常糧情檢測(cè)系統(tǒng)主要選用熱敏電阻、數(shù)字式溫度傳感器、光纖溫度傳感器作為溫度傳感器，也有的選用其它溫度傳感器2。常見的溫度傳感器有以下幾種：1. 熱敏電阻以溫度變化導(dǎo)致阻值的變化為工作原理的熱敏電阻，因其具有成本低、體積小、簡(jiǎn)單、可靠、響應(yīng)速度快、容易使用等特點(diǎn)，在多項(xiàng)溫度測(cè)量應(yīng)用中受到廣泛歡迎，也是國(guó)內(nèi)糧情測(cè)控系統(tǒng)中采用最多的溫度傳感器。熱敏電阻的電阻溫度系數(shù)較高，因此其自身發(fā)熱較小，信號(hào)調(diào)節(jié)較為簡(jiǎn)單。熱敏電阻的缺點(diǎn)是互換性差，溫度與輸出阻值之間呈非線性關(guān)系

29、3。熱敏電阻分為正溫度系數(shù)熱敏電阻和負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻兩種，但在溫度測(cè)量應(yīng)用中，正溫度系數(shù)熱敏電阻較少得到采用，更多采用的是負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻131。2. 數(shù)字式溫度傳感器數(shù)字式溫度傳感器的種類也不少，但用于糧情測(cè)控系統(tǒng)的溫度傳感器主要是dallas的ds18x20系列溫度傳感器，其溫度檢測(cè)范圍為-55 +l25，檢測(cè)精度為士0.5。dslsx20采用1一wiretm接口，封裝形式有pr-35和ssop-16兩種，糧情測(cè)控系統(tǒng)中采用的是rp一35封裝。ds18zxo采用9個(gè)位表示測(cè)溫點(diǎn)的溫度值，每個(gè)ds18x20內(nèi)部都設(shè)置有一個(gè)單一的序列號(hào)，因此可以使多個(gè)ds18x20共存于同一根數(shù)據(jù)傳輸線上

30、。dsl8x20內(nèi)部分為4個(gè)部分： 64位序列號(hào)，保存臨時(shí)數(shù)據(jù)的8字節(jié)片內(nèi)ram，保存永久數(shù)據(jù)的2字eeprom，溫度傳感器4。3. 光纖傳感器光纖溫度傳感器是近幾年發(fā)展的新技術(shù)，也是工業(yè)中用的最多的光纖傳感器之一。目前研究的光纖溫度傳感器主要有輻射式溫度傳感器、半導(dǎo)體吸收式溫度傳感器等。光纖溫度傳感器的精度更高，但成本較貴。ds18b20是新型單總線數(shù)字溫度傳感器，單總線顧名思義只有一根數(shù)據(jù)線，它可以將測(cè)量到的溫度結(jié)果以串行數(shù)字信號(hào)輸出，易與微控制器連接。ds18b20片內(nèi)有唯一的64位序列號(hào)，所以可以在一根總線上掛接任意多個(gè)ds18b20，這樣就可以很方便地構(gòu)成單線多點(diǎn)溫度測(cè)量系統(tǒng)。ds1

31、8b20的工作電壓為+5v，可以通過ds18b20的電源引腳進(jìn)行供電，也可以通過ds18b20的數(shù)據(jù)線進(jìn)行寄生供電。ds18b20進(jìn)行一次溫度采集至多需要大約1秒鐘的時(shí)間，在糧情監(jiān)控系統(tǒng)中能夠滿足需要。ds18b20內(nèi)部存儲(chǔ)器包括一個(gè)暫存ram和一個(gè)非易失性電可擦除eeram。其中暫存存儲(chǔ)器作用是在單總線通信時(shí)確保數(shù)據(jù)的完整性，它包括8個(gè)字節(jié)，頭兩個(gè)字節(jié)為轉(zhuǎn)換的溫度讀數(shù)。數(shù)字溫度傳感器ds18b20有三個(gè)引腳，分別是vcc，gnd，data。其中vcc和gnd是ds18b20的供電引腳，接入+5v電源和地。data是ds18b20的數(shù)據(jù)線，用來傳送指令和溫度數(shù)據(jù)。ds18b20引腳圖見圖3.2

32、。 ds18b20測(cè)溫原理如下圖所示。圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號(hào)送給計(jì)數(shù)器1；高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號(hào)作為計(jì)數(shù)器2的脈沖輸入。計(jì)數(shù)器1和溫度寄存器被預(yù)置在-55所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。計(jì)數(shù)器1對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值減到0時(shí)，溫度寄存器的值將加l，計(jì)數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝入，計(jì)數(shù)器l重新開始對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到計(jì)數(shù)器2計(jì)數(shù)到0時(shí)，停止溫度寄存器值的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值即為所測(cè)溫度。下圖中的斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測(cè)溫過程中的非線性，其輸出用于修正

33、計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值。 圖3.1 ds18b20測(cè)溫原理圖 圖3.2 ds18b20實(shí)物圖此系統(tǒng)的溫度檢測(cè)模塊根據(jù)糧庫面積的大小可增加多處檢測(cè)點(diǎn)，而數(shù)字溫度傳感器ds18b20就具有支持多點(diǎn)組網(wǎng)的功能，可將多個(gè)ds18b 20并連在惟一的三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)溫度檢測(cè)，其測(cè)溫范圍為-55+125，固有測(cè)溫分辨率為0.5，工作電源為dc 35 v，測(cè)量結(jié)果以912位數(shù)字量的方式串行傳送。系統(tǒng)采用美國(guó)dallas半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的ds18b20，它是世界上第一片支持“單總線”接口的數(shù)字式溫度傳感器，能夠直接讀取被測(cè)物的溫度值。ds18b20的溫度檢測(cè)與數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)輸出全集成于一個(gè)芯片之上，從而抗干擾力更強(qiáng)。其一個(gè)

34、工作周期可分為兩個(gè)部分，即溫度檢測(cè)和數(shù)據(jù)處理，在系統(tǒng)上電時(shí)首先要對(duì)ds18b20進(jìn)行復(fù)位，復(fù)位就是由控制器 (單片機(jī))給ds18b20單總線至少480us 的低電平信號(hào)。當(dāng)ds18b20接到此復(fù)位信號(hào)后則會(huì)在15us60us后回發(fā)一個(gè)芯片的存在脈沖。在復(fù)位電平結(jié)束之后，控制器應(yīng)該將數(shù)據(jù)單總線拉高，以便于在15us60us后接收存在脈沖，存在脈沖為一個(gè)60us240us的低電平信號(hào)。至此，通信雙方已經(jīng)達(dá)成了基本的協(xié)議，接下來將會(huì)是控制器與ds18b20間的數(shù)據(jù)通信。如果復(fù)位低電平的時(shí)間不足或是單總線的電路斷路都不會(huì)接到存在脈沖，在設(shè)計(jì)時(shí)要注意意外情況的處理。ds18b20與at89c51的接線如

35、圖3.3所示： 圖3.3 ds18b20測(cè)溫電路圖3.1.2濕度檢測(cè)模塊近年來，國(guó)內(nèi)外在濕度傳感器研發(fā)領(lǐng)域取得了長(zhǎng)足進(jìn)步。濕敏傳感器正從簡(jiǎn)單的濕敏元件向集成化、智能化、多參數(shù)檢測(cè)的方向迅速發(fā)展，為開發(fā)新一代濕度崛度測(cè)控系統(tǒng)創(chuàng)造了有利條件，也將濕度測(cè)量技術(shù)提高到新的水平5。常見的濕度傳感器有以下幾種：1. 濕敏元件濕敏元件是最簡(jiǎn)單的濕度傳感器。濕敏元件主要有電阻式、電容式兩大類。濕敏電阻的特點(diǎn)是在基片上覆蓋一層用感濕材料制成的膜，當(dāng)空氣中的水蒸氣吸附在感濕膜上時(shí)，元件的電阻率和電阻值都發(fā)生變化，利用這一特性即可測(cè)量濕度。濕敏電阻的種類很多，例如金屬氧化物濕敏電阻、硅濕敏電阻、陶瓷濕敏電阻等。濕敏

36、電阻的優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高，主要缺點(diǎn)是線性度和產(chǎn)品的互換性差。濕敏電容一般是用高分子薄膜電容制成的，常用的高分子材料有聚苯乙烯、聚酞亞胺、酪酸醋酸纖維等。當(dāng)環(huán)境濕度發(fā)生改變時(shí)，濕敏電容的介電常數(shù)發(fā)生變化，使其電容量也發(fā)生變化，其電容變化量與相對(duì)濕度成正比.濕敏電容的主要優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高、產(chǎn)品互換性好、響應(yīng)速度快、濕度的滯后量小、便于制造、容易實(shí)現(xiàn)小型化和集成化，其精度一般比濕敏電阻要低一些。國(guó)外生產(chǎn)濕敏電容的主要廠家有humire公司、phlip公司、siemens公司等。當(dāng)相對(duì)濕度從0變化到100%時(shí)，電容量的變化范圍是163pf一202pf。溫度系數(shù)為0.04pf，濕度滯后量為士1.5%，響應(yīng)時(shí)間

37、為5s。除電阻式、電容式濕敏元件之外，還有電解質(zhì)離子型濕敏元件、重量型濕敏元件、光強(qiáng)型濕敏元件、聲表面波濕敏元件等。濕敏元件的線性度及抗污染性差，在檢測(cè)環(huán)境濕度時(shí)，濕敏元件要長(zhǎng)期暴露在待測(cè)環(huán)境中，很容易被污染而影響其測(cè)量精度及長(zhǎng)期穩(wěn)定性。2. 集成濕度傳感器目前，國(guó)外生產(chǎn)集成濕度傳感器有以下幾種： （1）線性電壓輸出式集成濕度傳感器典型產(chǎn)品有hm1500/1520。其主要特點(diǎn)是采用恒壓供電，內(nèi)置放大電路，能輸出與相對(duì)濕度成比例關(guān)系的伏特級(jí)電壓信號(hào)，響應(yīng)速度快，重復(fù)性好，抗污染能力強(qiáng)。 （2）線性頻率輸出式集成濕度傳感器典型產(chǎn)品為hf3223型，它采用模塊式結(jié)構(gòu)，屬于頻率輸出式集成濕度傳感器，在

38、55%rh時(shí)的輸出頻率為8750hz，當(dāng)相對(duì)濕度從10%變化到95%時(shí)，輸出頻率就從9560hz減小到8030hz。這種傳感器具有線性度好、抗干擾能力強(qiáng)、便于配數(shù)字電路或單片機(jī)、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)。 （3）頻率/溫度輸出式集成濕度傳感器典型產(chǎn)品為htf3223型。它除具有hf3223的功能以外，還增加了溫度信號(hào)輸出端，利用負(fù)溫度系數(shù)加tc熱敏電阻作為溫度傳感器。當(dāng)環(huán)境溫度變化時(shí)，其電阻值也相應(yīng)改變并且從ntc端引出，配上二次儀表即可測(cè)量出溫度值6。本系統(tǒng)選用hsl101濕度傳感器來測(cè)量糧庫中的相對(duì)濕度，下面我簡(jiǎn)要介紹一下hsl101。它具有如下特點(diǎn)：不需校準(zhǔn)的完全互換性，高可靠性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性，快速響

39、應(yīng)時(shí)間，專利設(shè)計(jì)的固態(tài)聚合物結(jié)構(gòu)，適用于線性電壓輸出和頻率輸出兩種電路，適宜于制造流水線上的自動(dòng)插件和自動(dòng)裝配過程等。如何將電容的變化量準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)變?yōu)橛?jì)算機(jī)易于接受的信號(hào)，常用兩種方法:一是將該濕敏電容置于運(yùn)放與阻容組成的橋式振蕩電路中，所產(chǎn)生的正弦波電壓信號(hào)經(jīng)整流、直流放大、再經(jīng)a/d轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；另一種是將該濕敏電容置于555定時(shí)器或施密特觸發(fā)器組成的振蕩電路中，將電容值的變化轉(zhuǎn)為與之呈反比的電壓頻率信號(hào)，可直接被計(jì)算機(jī)所采集。本設(shè)計(jì)將濕敏電容hs1101置于555定時(shí)器電路中，將電容值的變化轉(zhuǎn)換為與之成反比的電壓頻率信號(hào)，通過頻率值來測(cè)得空氣濕度值。 具體檢測(cè)濕度電路圖3.4如下： 圖3

40、.4 hs1101檢測(cè)濕度電路圖其中，集成定時(shí)器555芯片外接電阻r2、r3與濕敏電容c構(gòu)成了對(duì)c的充電回路。7端通過芯片內(nèi)部的晶體管對(duì)地短路又構(gòu)成了對(duì)c的放電回路，并將引腳2，6端相連引入到片內(nèi)比較器，便成為一個(gè)典型的多諧振蕩器，即方波發(fā)生器。另外，r1是防止輸出短路的保護(hù)電阻，r4用于平衡溫度系數(shù)。該振蕩電路兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)的交替過程如下：首先電源vs通過r2、r3向c充電，經(jīng)t1充電時(shí)間后，uc達(dá)至芯片內(nèi)比較器的高觸發(fā)電平，約0.67vs，此時(shí)輸出引腳3端由高電平突降為低電平，然后通過r1放電，經(jīng)t2放電時(shí)間后，uc下降到比較器的低觸發(fā)電平，約0.033vs，此時(shí)輸出引腳3端又由低電平躍升為高

41、電平。如此翻來覆去，形成方波輸出。其中充放電時(shí)間分別為： （式3.1） （式3.2） 因而，輸出的方波頻率為 （式3.3）可見，空氣的相對(duì)濕度通過555測(cè)量振蕩電路就轉(zhuǎn)變?yōu)榕c之成線性關(guān)系的頻率信號(hào)。將555測(cè)量振蕩電路輸出的方波信號(hào)送入單片機(jī)at89c51的tl引腳，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1工作在計(jì)數(shù)方式，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0工作在定時(shí)方式。用這種測(cè)量頻率法測(cè)出方波信號(hào)的頻率，從而也就測(cè)出了空氣中的相對(duì)濕度。典型的頻率與相對(duì)應(yīng)的濕度值如下表：表3.1 相對(duì)濕度與電壓頻率的典型值rh0102030405060708090100f7351722471006976685367286600646863306186

42、6033 由于濕度傳感器受溫度的影響其輸出值相對(duì)于25的測(cè)量值會(huì)產(chǎn)生一定的偏離，因此要消除溫度的影響需要對(duì)濕度傳感器進(jìn)行溫度補(bǔ)償。其關(guān)系式為： （式3.4）其中，rhr為真實(shí)濕度值；rhm為當(dāng)前溫度下的濕度測(cè)量值；t為當(dāng)前溫度；tx二為溫度系數(shù)。在1060溫度系數(shù)為定值0.1，此時(shí)濕度為 (式3.5）而當(dāng)溫度位于010之間時(shí)，溫度系數(shù)滿足關(guān)系式： (式3.6）當(dāng)溫度大于60小于80時(shí)，溫度系數(shù)滿足關(guān)系式： (式3.7） 將得到的溫度系數(shù)代入式3.4得，即求得溫度補(bǔ)償后的濕度值。3.1.3 rs-485串口通信模塊rs485是一個(gè)多引出線接口，這種接口可以有多個(gè)驅(qū)動(dòng)器和接收器，可以實(shí)現(xiàn)一臺(tái)上位機(jī)

43、與多臺(tái)單片機(jī)間的串行通信，而且其通信距離可達(dá)1000m以上，具有較強(qiáng)的抑制共模干擾能力，所以適合遠(yuǎn)距離傳輸。因此采用 rs485總線建立pc與多單片機(jī)的傳輸網(wǎng)絡(luò)是可行的。rs是“recommanded standard”的縮寫，。rs-232c只適用于短距離或帶調(diào)制解調(diào)器的串行通信場(chǎng)合，不能滿足小型糧庫的監(jiān)測(cè)要求，所以應(yīng)當(dāng)選用rs-485串口通信。一臺(tái)上位單片機(jī)最多可與36臺(tái)下位機(jī)進(jìn)行串口通信。系統(tǒng)中，下位機(jī)主機(jī)at89c51單片機(jī)對(duì)串口的控制通過scon控制寄存器實(shí)現(xiàn)， scon各位定義如下圖所示 。表3.2 scon各位定義sm0sm1sm2rentb8rb8tirism0，sm1為串口工

44、作方式選擇位，sm2為多機(jī)通信控制位，ren為允許串行通信選擇位，下位機(jī)系統(tǒng)由初試化程序?qū)⒋谠O(shè)置成工作方式2或3，sm2=l，ren=1，下位機(jī)處于接收狀態(tài)。tb8為方式2、3中發(fā)送數(shù)據(jù)第9位，rb 8為方式2、3中接收數(shù)據(jù)第 9位，ti 為發(fā)送中斷標(biāo)志位，r i為接收中斷標(biāo)志位。 所有下位機(jī)在收到上位機(jī)的地址幀后，自動(dòng)將第9數(shù)據(jù)位狀態(tài)“l(fā)”送到各自的 scon中的接收數(shù)據(jù)第9位，使 rb8=l，表示下位機(jī)此時(shí)收到的是地址信息，由于sm2 =l，激發(fā)中斷標(biāo)志位 ri=1，使下位機(jī)將上位機(jī)送來的地址和本機(jī)地址相比較。如果地址不符， 則保持sm2=l，對(duì)上位機(jī)以后發(fā)出的數(shù)據(jù)幀( rb8=0 )

45、不予響應(yīng)，不再激發(fā)中斷標(biāo)志 ri-=0下位機(jī)繼續(xù)等待呼叫。如果下位機(jī)的本機(jī)地址和接收的地址相符則置sm=0，同時(shí)上位機(jī)建立與該下位機(jī)的通信信道，相應(yīng)的下位機(jī)轉(zhuǎn)入與主機(jī)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信狀態(tài)，此時(shí)不論rb8為 0或?yàn)?，下位機(jī)都能激發(fā)ri=1，響應(yīng)上位機(jī)的指令。系統(tǒng)正是通過對(duì)各下位機(jī)sm2和 rb8的狀態(tài)的控制實(shí)現(xiàn)了上位機(jī)與下位機(jī)通信的有效管理。接收或發(fā)送的數(shù)據(jù)格式如下： 表3.3 數(shù)據(jù)格式起始位d0d1d2d3d4d5d6d7校驗(yàn)位停止位使用rs485實(shí)現(xiàn)上位機(jī)和下位機(jī)之間的通信電路如圖3.5所示。 圖3.5 通信電路圖3.1.4報(bào)警電路模塊為了能夠在最短時(shí)間內(nèi)提示工作人員，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了報(bào)警模塊。單片

46、機(jī)的p2.7引腳通過限流電阻r3與三極管基極相接，三極管的集電極接有蜂鳴器。當(dāng)單片機(jī)的p2.7引腳電平為低時(shí)，三極管導(dǎo)通，蜂鳴器有電流流過；當(dāng)p2.7引腳電平為高時(shí)，三極管截止，蜂鳴器沒有電流流過7。這樣，在蜂鳴器兩端就會(huì)出現(xiàn)波動(dòng)的電流，波動(dòng)的電流就會(huì)使蜂鳴器發(fā)聲。其具體電路圖3.6如下： 圖3.6 報(bào)警電路圖 3.2上位機(jī)系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)3.2.1顯示模塊顯示器是人與機(jī)器溝通的重要界面，早期以顯像管(crt/cathode ray tube)顯示器為主，但隨著科技不斷進(jìn)步，各種顯示技術(shù)如雨后春筍般誕生，近來由于液晶(lcd)顯示器具有輕薄短小、耗電量低、無輻射危險(xiǎn)，平面直角顯示以及影像穩(wěn)定不

47、閃爍等優(yōu)勢(shì)，在近年來價(jià)格不斷下跌的吸引下，逐漸取代crt之主流地位，顯示器明日之星架勢(shì)十足。液晶是一種既具有液體的流動(dòng)性又具有光學(xué)特性的有機(jī)化合物，它的透明程度和呈現(xiàn)的顏色受外加電場(chǎng)的影響，利用這特點(diǎn)便可做成字符顯示器。液晶顯示器(lcd)英文全稱為liquid crystal display，它一種是采用了液晶控制透光度技術(shù)來實(shí)現(xiàn)色彩的顯示器。和crt顯示器相比，lcd的優(yōu)點(diǎn)是很明顯的。由于通過控制是否透光來控制亮和暗，當(dāng)色彩不變時(shí)，液晶也保持不變，這樣就無須考慮刷新率的問題。顯示接口用來顯示系統(tǒng)的狀態(tài)，命令或采集的電壓數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)顯示部分用的是lcd液晶模塊，采用lm016l字符型液晶顯示

48、模塊。lm016l液晶模塊的引腳圖如圖3.7所示： 圖3.7 lcd結(jié)構(gòu)圖lm016l引腳介紹：vss（1腳）：一般接地。vdd（2腳）：接電源。vee（3腳）：液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地時(shí)對(duì)比度最高（對(duì)比度過高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過一個(gè)10k的電位器調(diào)整對(duì)比度）。rs（4腳）：rs為寄存器選擇，高電平1時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平0時(shí)選擇指令寄存器。r/w（5腳）：r/w為讀寫信號(hào)線，高電平(1)時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平(0)時(shí)進(jìn)行寫操作。e（6腳）：e(或en)端為使能(enable)端，下降沿使能。db0（7腳）：底4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 0位（最低位）。db1

49、（8腳）：底4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 1位。db2（9腳）：底4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 2位。db3（10腳）：底4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 3位。db4（11腳）：高4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 4位。db5（12腳）：高4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 5位。db6（13腳）：高4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 6位。db7（14腳）：高4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 7位（最高位）。系統(tǒng)顯示模塊如3.7所示： 圖3.7 顯示模塊電路圖3.2.2 rs-485s串口通信模塊同上3.1.3節(jié)內(nèi)容。3.2.3鍵盤模塊本設(shè)計(jì)采用44矩陣式鍵盤，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度、濕度閾值的更改。其鍵盤檢測(cè)按鍵的方法是：先拉低第一行的電平，檢測(cè)14

50、列有無鍵按下，如有返回鍵值，如無則看下行；先拉低第一行的電平，檢測(cè)14列有無鍵按下，如有返回鍵值，如無則看下行；先拉低第一行的電平，檢測(cè)14列有無鍵按下，如有返回鍵值，如無則看下行；先拉低第一行的電平，檢測(cè)14列有無鍵按下，如有返回鍵值，如無則返回。其與單片機(jī)連接的電路圖如圖3.8所示： 圖3.8 鍵盤與單片機(jī)連接圖3.3 at89c51硬件電路設(shè)計(jì) at89c51單片機(jī)內(nèi)帶32kb flash存儲(chǔ)器，該存儲(chǔ)器既可以并行編程也可以串行在系統(tǒng)中編程，在實(shí)際的成型產(chǎn)品中可通過isp升級(jí)用戶程序。其有四個(gè)8位i/o口，三個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，多中斷源，四個(gè)優(yōu)先級(jí)可嵌套中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)增強(qiáng)型uart和片

51、內(nèi)振蕩器以及時(shí)序電路。89c51是一個(gè)功能強(qiáng)大、有40腳plcc封裝的單片機(jī)8。3.3.1 at89c51性能參數(shù)其引腳圖如圖3.9所示：圖3.9 引腳圖 其中，40條引腳的功能分別是：1.主電源引腳vcc和vssvcc（40腳）接+5v電壓；vss（20腳）接地。2.外接晶振引腳xtal1和xtal2xtal1（19腳）：接外部晶體的一個(gè)引腳。在主控電路中它是一個(gè)反相放大器的輸入端，這個(gè)放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。當(dāng)采用外部振蕩器時(shí)，此引腳應(yīng)接地。xtal2（18腳）：接外部晶體管的另一端。在主控電路中接至上述振蕩器的反相放大器的輸出端。采用外部振蕩器時(shí)，該引腳接外部振蕩器的信號(hào)，即把外部振蕩器

52、的信號(hào)直接到內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。3.控制與其它電源復(fù)用引腳rst/vpd、ale/、和/vpp。 （1）rst/vpd（9腳）：當(dāng)振蕩器運(yùn)行時(shí)，在此引腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平將使主電路復(fù)位。在設(shè)計(jì)主電路是此引腳與vss引腳之間連接一個(gè)約8.2k的下拉電阻，與vcc引腳之間連接約10f的電容，以保證可靠地復(fù)位。vcc掉電期間，此引腳可接備用電源，以保持內(nèi)部ram的數(shù)據(jù)不丟失。當(dāng)vcc主電源下掉到低于規(guī)定的電平，而vpd在其規(guī)定的電壓范圍（50.5v）內(nèi)，vpd就向內(nèi)部ram提供備用電源。 （2）ale/（30腳）：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，ale（允許地址鎖存）的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。即

53、使不訪問外部存儲(chǔ)器，ale端也以不變的頻率周期地出現(xiàn)正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此，它可以做對(duì)外輸出時(shí)鐘，或用于定時(shí)目的。然而要注意的是，每當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè)ale脈沖。ale端可以驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）8個(gè)ls型的ttl輸入電路。對(duì)于有eprom時(shí)，在eprom編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖（）。 （3）（29腳）：此腳的輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選信號(hào)。在從外部程序存儲(chǔ)器取指令（或常數(shù)）期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次有效。但在此期間，每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的信號(hào)將不出現(xiàn)。同樣可以驅(qū)動(dòng)（吸收和輸出）8個(gè)ls型的ttl輸入電路。 （4）/vpp（31引腳）：當(dāng)端

54、保持高電平時(shí)，訪問內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，但在at89c51內(nèi)值超過0fffh，將自動(dòng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器內(nèi)的程序。當(dāng)保持低電平時(shí)，則只訪問外部程序存儲(chǔ)器，不管是不是有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。當(dāng)擴(kuò)展eprom時(shí)，在對(duì)eprom編程期間，此引腳也用于施加5伏的編程電源。4. 輸入/輸出引腳p0口、p1口、p2口和p3口 （1）p0口（39腳32腳）：是雙向8位三態(tài)i/o口，在外部存儲(chǔ)器，與地址總線的低8位及數(shù)據(jù)總線復(fù)用，能以吸收電流的方式驅(qū)動(dòng)8個(gè)lsttl負(fù)載。外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器時(shí)，當(dāng)做數(shù)據(jù)總線；外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器時(shí)，當(dāng)作地址總線，不擴(kuò)展時(shí)，可做一般的i/o使用，但內(nèi)部無上拉電阻，作為輸入或輸出時(shí)應(yīng)在外部接上拉電阻。

55、 （2）p1口（1腳8腳）：是8位準(zhǔn)雙向i/o口。由于這種接口輸出沒有高阻狀態(tài)，輸入也不能鎖存，故不是真正的雙向i/o口。p1口能驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)lsttl負(fù)載。p1口只作i/o口使用，其內(nèi)部有上拉電阻。 （3）p2口（21腳28腳）：是8位準(zhǔn)雙向i/o口。在訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，它可以作為擴(kuò)展電路高8位地址總線送出高8位地址。擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器時(shí)，當(dāng)作地址總線使用，作一般i/o口使用，其內(nèi)部有上拉電阻。 （4）p3口（10腳17腳）：是8位準(zhǔn)雙向i/o口，這8個(gè)引腳還用于專門功能，是復(fù)用雙功能口。除了作為i/o使用外（其內(nèi)部有上拉電阻），還有一些特殊功能，由特殊寄存器來設(shè)置，具體功能如下表

56、所示。作為第一功能使用時(shí)，就作為普通i/o口用，功能和方法與p1口相同。值得注意的是，p3口的每一條引腳均可獨(dú)立定義第一功能的輸入輸出或第二功能。 表3.5 p3口第二功能接口引腳第二功能p3.010rxd（串行輸入口）p3.111txd（串行輸出口）p3.212（外部中斷0）p3.313（外部中斷1）p3.414t0（定時(shí)器0外部輸入）p3.515t1（定時(shí)器1外部輸入）p3.616（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫脈沖）p3.717（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀脈沖） 3.3.2內(nèi)部時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)下圖為內(nèi)部時(shí)鐘方式，它采用外接晶體和電容組成的并聯(lián)諧振電路，晶體可以在1.2hz12hz之間任選，電容可以在20pf60pf之間選擇。引腳xtal1和xtal2分別是此放大器的輸入端和輸出端。把放大器與作為反饋元件的晶體振蕩器或陶瓷諧振器連接，就構(gòu)成了內(nèi)部自激