基于單片機(jī)的二氧化碳紅外檢測(cè)儀設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

1、基于單片機(jī)的二氧化碳紅外檢測(cè)儀設(shè)計(jì)摘要隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們生活水平普遍提高，瓜果、蔬菜及花卉的社會(huì)需求數(shù)量和品質(zhì)要求也不斷提高，特別是大中城市需要周年供應(yīng)新鮮蔬菜，因此農(nóng)業(yè)溫室得到迅速發(fā)展。二氧化碳?xì)怏w對(duì)農(nóng)作物的生長(zhǎng)起著非常重要的作用。近些年來(lái)，我國(guó)北方農(nóng)村形成了以日光溫室為主導(dǎo)的農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化，因此，為二氧化碳的增施創(chuàng)造了有利的條件。由于不同作物所需的二氧化碳濃度不同，在二氧化碳的增施中又難于控制對(duì)其量的排放，所以研制二氧化碳濃度檢測(cè)器并用于日光溫室的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，對(duì)提高農(nóng)業(yè)科技含量，促進(jìn)農(nóng)業(yè)增收，農(nóng)民增收具有深遠(yuǎn)的意義。本論文主要針對(duì)溫室內(nèi)二氧化碳濃度、溫度以及濕度，設(shè)計(jì)了日光溫室檢測(cè)系統(tǒng)。綜

2、合考慮系統(tǒng)的精度、穩(wěn)定性以及經(jīng)濟(jì)性要求這三個(gè)方面之后，確定以at89s52單片機(jī)為控制核心，選用性價(jià)比比較高的傳感器，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)二氧化碳濃度、溫濕度的準(zhǔn)確檢測(cè)。針對(duì)不同的參數(shù)，可以通過(guò)鍵盤人為設(shè)定作物所期望的上、下限值。當(dāng)單片機(jī)檢測(cè)到二氧化碳濃度、溫濕度有任何一個(gè)參數(shù)越限時(shí)，則啟動(dòng)聲光報(bào)警，這時(shí)檢測(cè)人員通過(guò)主機(jī)打開相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行補(bǔ)償。檢測(cè)器可以通過(guò)rs-232實(shí)現(xiàn)和溫室主機(jī)的串行通訊。本系統(tǒng)具有易于操作、運(yùn)行可靠、便于擴(kuò)充等特點(diǎn)。該系統(tǒng)考慮到溫室環(huán)境的復(fù)雜性增加傳感器實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)多目標(biāo)因子的檢測(cè)。系統(tǒng)體積小，操作非常簡(jiǎn)單，靈活性強(qiáng)，針對(duì)不同環(huán)境、不同作物的不同要求，可以隨時(shí)隨地修改極限報(bào)警值，人

3、機(jī)界面友好。該系統(tǒng)具有功能強(qiáng)成本低的特點(diǎn)，適合在各種溫室或塑料大棚進(jìn)行環(huán)境因子檢測(cè)。關(guān)鍵詞：日光溫室，二氧化碳濃度，溫濕度，單片機(jī)，測(cè)控design of carbon dioxide infrared detector based on mcuabstractas our country realizes the comparatively well-off level basically, peoples living standards generally improve, especially the large and medium cities need to supply the

4、 fresh vegetables in anniversary, this needs to develop production of the greenhouse carbon dioxide on crop growth and plays a very important role. in recent years, the rural north china have formed a greenhouse-led industrialization of agriculture, therefore, applied for the increase of carbon diox

5、ide created favorable conditions. because different crops need different carbon dioxide concentrations, the growth in carbon dioxide it difficult to control its facilities in the amount of emissions, so carbon dioxide detector developed and used in greenhouse agriculture production, raise agricultur

6、al science and technology to promote agricultural income and farmers increase of far-reaching significance.this thesis presents the measuring and controlling system about temperature, humidity and carbon dioxides density in the greenhouse, composed of host pc and secondary mcu. considering the accur

7、acy and economical, this thesis design at89s52 as the core control apparatus, and choose the sensors with high ration between performance and cost. it achieved accurate measurement and accuracy control. when the parameter has exceeded the limit, including temperature, humidity and carbon dioxides de

8、nsity, the single-chip microcomputers activate the audible and visual alarm. at the same time, the single-chip microcomputers control the solid state relay to actuate mechanism for compensation .for different parameters, we can use keyboard to set the anticipant range of the crop. the secondary comp

9、uter communicate with the host computer through rs232.this system is easy to operate, reliable, easy to expand and so on. the system taking into account the increased complexity of the greenhouse environment to achieve multi-point multi-sensor target of cytokines. system is small, the operation is v

10、ery simple and flexible for different environments, different requirements of different crops can be modified at any time limit alarm value, friendly interface. the system has powerful function and low cost, suitable for greenhouse or plastic tunnel testing of environmental factors.key wards: greenh

11、ouse; temperature; humidity; carbon dioxide; single-chip microcomputer目錄1緒論11.1研究目的和意義11.2國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r11.2.1國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀11.2.2國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀21.3課題的主要內(nèi)容及研究意義32系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì)42.1總體方案設(shè)計(jì)42.2詳細(xì)設(shè)計(jì)53硬件設(shè)計(jì)63.1微控制器概述和選用63.1.1 at89s52單片機(jī)的特點(diǎn)63.1.2 at89s52單片機(jī)的主要特性73.2二氧化碳數(shù)據(jù)的采集與處理73.2.1二氧化碳傳感器的選擇73.2.2紅外二氧化碳傳感器的工作原理83.3a/d轉(zhuǎn)換器及其接口電路93.5.

12、1 adc0832的主要特點(diǎn)及管腳103.5.2 adc0832 與單片機(jī)的接口電路：123.6串行通信接口設(shè)計(jì)153.6.1 rs232簡(jiǎn)介153.6.2芯片接口電路163.7 電路設(shè)計(jì)173.7.1 總線技術(shù)簡(jiǎn)介173.7.2 24lc256芯片與單片機(jī)的接口電路193.8報(bào)警電路203.8.1蜂鳴器簡(jiǎn)介203.8.2報(bào)警電路214系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)和程序框圖224.1主程序模塊224.2系統(tǒng)各程序模塊244.2.1數(shù)據(jù)采集子程序模塊244.2.2顯示子程序模塊254.2.4 總線的軟件設(shè)計(jì)264.2.5數(shù)據(jù)處理子程序模塊275電路設(shè)計(jì)285.1設(shè)計(jì)各元件封裝圖285.2設(shè)計(jì)原理圖295.2設(shè)

13、計(jì)pcb圖307程序清單328結(jié)論44參考文獻(xiàn)45致謝491 緒論1.1 研究目的和意義目前，隨著日光溫室的迅速增多，人們對(duì)其性能要求也越來(lái)越高，特別是為了提高生產(chǎn)效率，對(duì)溫室的自動(dòng)化程度要求也越來(lái)越高。中國(guó)農(nóng)業(yè)的發(fā)展必須走現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)這條道路，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅速增長(zhǎng)，農(nóng)業(yè)的研究和應(yīng)用技術(shù)越來(lái)越受到重視，特別是日光溫室已經(jīng)成為高效農(nóng)業(yè)的一個(gè)重要組成部分?，F(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的重要一環(huán)就是對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的一些重要參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)和控制。例如：二氧化碳濃度、空氣的溫度、濕度等。在農(nóng)業(yè)種植問(wèn)題中，溫室環(huán)境與生物的生長(zhǎng)、發(fā)育、能量交換密切相關(guān)，進(jìn)行環(huán)境測(cè)控是實(shí)現(xiàn)溫室生產(chǎn)管理自動(dòng)化、科學(xué)化的基本保證，通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)

14、據(jù)的分析，結(jié)合作物生長(zhǎng)發(fā)育規(guī)律，控制環(huán)境條件，使作物達(dá)到優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、高效的栽培目的。以日光溫室為代表的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)設(shè)施在現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著巨大的作用。溫室內(nèi)的二氧化碳濃度參數(shù)，直接關(guān)系到蔬菜和水果的生長(zhǎng)。國(guó)外的溫室設(shè)施已經(jīng)發(fā)展到比較完備的程度，并形成了一定的標(biāo)準(zhǔn)，但是價(jià)格非常昂貴，缺乏與我國(guó)氣候特點(diǎn)相適應(yīng)的測(cè)控軟件。而當(dāng)今大多數(shù)對(duì)溫室二氧化碳濃度的檢測(cè)與控制都采用人工管理，這樣不可避免的有測(cè)控精度低、勞動(dòng)強(qiáng)度大及由于測(cè)控不及時(shí)等弊端，容易造成不可彌補(bǔ)的損失，結(jié)果不但大大增加了成本，浪費(fèi)了人力資源，而且很難達(dá)到預(yù)期的效果。因此，為了實(shí)現(xiàn)高效農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的科學(xué)化并提高農(nóng)業(yè)研究的準(zhǔn)確性，推動(dòng)我國(guó)農(nóng)業(yè)的發(fā)

15、展，必須大力發(fā)展農(nóng)業(yè)設(shè)施與相應(yīng)的農(nóng)業(yè)工程，科學(xué)合理地調(diào)節(jié)溫室內(nèi)二氧化碳的濃度，使大棚內(nèi)形成有利于蔬菜，水果生長(zhǎng)的環(huán)境，是大棚蔬菜和水果早熟、優(yōu)質(zhì)、高效益的重要環(huán)節(jié)。由于單片機(jī)及各種電子器件性價(jià)比的迅速提高，使得這種要求變?yōu)榭赡?。本論文提出一種以at89s52單片機(jī)為核心的檢測(cè)器，主要是為了對(duì)日光溫室內(nèi)二氧化碳濃度進(jìn)行有效、可靠地檢測(cè)而設(shè)計(jì)的。1.2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r1.2.1 國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀西方發(fā)達(dá)國(guó)家在現(xiàn)代溫室測(cè)控技術(shù)上起步比較早。20世紀(jì)60年代，生產(chǎn)型的高級(jí)溫室開始應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，奧地利首先建成了番茄生產(chǎn)工廠，70年代后荷蘭、日本、美國(guó)、英國(guó)、以色列等國(guó)家的溫室園藝迅猛發(fā)展，溫室設(shè)施廣泛應(yīng)用

16、于園藝作物生產(chǎn)、畜牧業(yè)和水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步和智能控制理論的發(fā)展，近百年來(lái)，溫室大棚作為設(shè)施農(nóng)業(yè)的重要組成部分，其自動(dòng)控制和管理技術(shù)不斷得以提高，在世界各地都得到了長(zhǎng)足的發(fā)展【1】【2】。特別是二十世紀(jì)70年代電子技術(shù)的迅猛發(fā)展和微型計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，更使溫室大棚環(huán)境控制技術(shù)產(chǎn)生了革命性的變化【3】【4】。80年代，隨著微型計(jì)算機(jī)日新月異的進(jìn)步和價(jià)格大幅度下降，以及對(duì)溫室控制要求的提高，以微機(jī)為核心的溫室綜合環(huán)境控制系統(tǒng)，在歐美得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，并邁入了網(wǎng)絡(luò)化，智能化階段【5】。目前，國(guó)外現(xiàn)代化溫室的內(nèi)部設(shè)施己經(jīng)發(fā)展到比較完備的程度，并形成了一定的標(biāo)準(zhǔn)【6】。溫室內(nèi)的各環(huán)境因子大多由計(jì)

17、算機(jī)集中控制，檢測(cè)傳感器也較為齊全，如溫室內(nèi)外的溫度、濕度、光照度、二氧化碳濃度、營(yíng)養(yǎng)液濃度等，由傳感器的檢測(cè)基本上可以實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的自動(dòng)控制，如無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)的天窗通風(fēng)系統(tǒng)，濕簾與風(fēng)扇配套的降溫系統(tǒng)，由熱水鍋爐或熱風(fēng)機(jī)組成的加溫系統(tǒng)，可定時(shí)噴灌或滴灌的灌溉系統(tǒng)，二氧化碳施肥系統(tǒng)，以及適用于溫室作業(yè)的農(nóng)業(yè)機(jī)械等。計(jì)算機(jī)對(duì)這些系統(tǒng)的控制己經(jīng)不是簡(jiǎn)單的、獨(dú)立的、靜態(tài)的直接數(shù)字控制，而是基于環(huán)境模型上的監(jiān)督控制，以及基于專家系統(tǒng)上的人工智能控制【7】【8】，一些國(guó)家在實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的基礎(chǔ)上正在向著完全自動(dòng)化、無(wú)人化的方向發(fā)展。1.2.2 國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀我國(guó)現(xiàn)代溫室技術(shù)起步較晚，70年代以來(lái)，政府大力發(fā)展以

18、塑料大棚、節(jié)能日光溫室為主的設(shè)施農(nóng)業(yè)，促進(jìn)了農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和緩和了蔬菜季節(jié)性短缺矛盾。與此同時(shí)，從1979年至1994年，從歐美、日本等國(guó)家引進(jìn)了一系列現(xiàn)代化溫室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。引進(jìn)的溫室與我國(guó)傳統(tǒng)溫室比較，其空間大，便于進(jìn)行機(jī)械作業(yè)，生產(chǎn)率與資源利用率比較高，為我國(guó)溫室的發(fā)展提供了借鑒作用。但這些溫室也存在著許多不足之處，主要表現(xiàn)在：1.價(jià)格昂貴，國(guó)內(nèi)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)目前難以接受。2.缺乏與我國(guó)氣候特點(diǎn)相適應(yīng)的溫室測(cè)控軟件。目前我國(guó)引進(jìn)溫室的測(cè)控系統(tǒng)大多投資大、運(yùn)行費(fèi)用過(guò)高，并且測(cè)控系統(tǒng)中所側(cè)重考慮的環(huán)境參數(shù)與我國(guó)的氣候特點(diǎn)存在矛盾。3.控制方式比較簡(jiǎn)單，軟件實(shí)現(xiàn)模式固定，不能進(jìn)行功能擴(kuò)展【9】。隨后

19、在我國(guó)出現(xiàn)了一些國(guó)外的仿造產(chǎn)品，但均沒(méi)有面向我國(guó)廣大農(nóng)村現(xiàn)有的1000萬(wàn)畝傳統(tǒng)溫室的改造工程。所以，傳統(tǒng)的方法，人們主要還是采用溫度計(jì)、濕度計(jì)來(lái)采集溫度值和濕度值，通過(guò)人工操作加熱、加濕、通風(fēng)和降溫來(lái)控制溫濕度。因此，以上產(chǎn)品的推廣使用價(jià)值仍然不大【10】。 總體上說(shuō)，我國(guó)自行開發(fā)的溫室測(cè)控系統(tǒng)其技術(shù)水平和調(diào)控能力與發(fā)達(dá)國(guó)家還有一定的差距。而我國(guó)綜合環(huán)境測(cè)控技術(shù)的研究剛剛起步，目前仍然停留在研究單個(gè)或少量環(huán)境因子調(diào)控技術(shù)的階段，而實(shí)際上，溫室內(nèi)的光照度、溫度、濕度、二氧化碳濃度等環(huán)境因素，都是在相互影響、相互制約的狀態(tài)中對(duì)作物的生長(zhǎng)產(chǎn)生影響的，環(huán)境要素的空間變化、時(shí)間變化都很復(fù)雜。因此，我們應(yīng)

20、該根據(jù)我國(guó)的國(guó)情研制出適合我國(guó)農(nóng)業(yè)的發(fā)展的儀器儀表，并在農(nóng)業(yè)設(shè)施中廣泛推廣。1.3 課題的主要內(nèi)容及研究意義為適應(yīng)農(nóng)業(yè)發(fā)展的需要,根據(jù)以上分析存在的問(wèn)題，本論文設(shè)計(jì)了基于單片機(jī)的二氧化碳濃度檢測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過(guò)程中充分考慮到性價(jià)比，選用價(jià)格低、性能穩(wěn)定的元器件，可實(shí)現(xiàn)對(duì)大棚內(nèi)二氧化碳濃度的在線實(shí)時(shí)檢測(cè)。還設(shè)計(jì)了通信系統(tǒng)，單片機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)大棚內(nèi)的二氧化碳濃度，當(dāng)二氧化碳濃度超過(guò)設(shè)定的上、下限時(shí)，單片機(jī)通過(guò)與溫室主機(jī)進(jìn)行通信來(lái)打開相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)二氧化碳濃度的調(diào)控，從而使得大棚內(nèi)的參數(shù)在適合作物生長(zhǎng)的范圍內(nèi)。本論文主要研究?jī)?nèi)容包含以下幾個(gè)方面：1.二氧化碳濃度的選型及相應(yīng)信號(hào)處理電路的設(shè)計(jì)

21、；2.實(shí)現(xiàn)溫室內(nèi)二氧化碳濃度環(huán)境因子的自動(dòng)檢測(cè)；3.通過(guò)人機(jī)對(duì)話接口實(shí)現(xiàn)參數(shù)顯示和在線參數(shù)修改；4.當(dāng)環(huán)境因子超過(guò)上下限值時(shí)啟動(dòng)報(bào)警功能；5.檢測(cè)器外形設(shè)計(jì)。2 系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì)2.1 總體方案設(shè)計(jì)為了便于管理本設(shè)計(jì)以上、下位機(jī)模型為陽(yáng)光溫室測(cè)控系統(tǒng)。其中，上位機(jī)是溫室主機(jī)(pc機(jī))，下位機(jī)是檢測(cè)器。檢測(cè)器應(yīng)能完成以下工作：脫離主機(jī)獨(dú)立地進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和處理，通過(guò)人機(jī)接口（鍵盤和顯示器）實(shí)現(xiàn)參數(shù)設(shè)定、顯示和報(bào)警等功能；連接主機(jī)時(shí)能實(shí)現(xiàn)通信功能。檢測(cè)器是以單片機(jī)為核心的，整個(gè)檢測(cè)器系統(tǒng)包括主模塊、數(shù)據(jù)采集與處理模塊、輸出控制模塊、鍵盤顯示模塊和數(shù)據(jù)通信模塊等。數(shù)據(jù)采集與處理模塊能夠完成溫室內(nèi)二氧

22、化碳濃度的模擬量的采集和處理，結(jié)果送數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或傳輸給監(jiān)控服務(wù)器，由監(jiān)控服務(wù)器存儲(chǔ)和管理，輸出控制模塊主要負(fù)責(zé)與主機(jī)相連接時(shí)溫室執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制；通信模塊則是基于rs-232總線，由雙絞線進(jìn)行遠(yuǎn)程的數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)器和主機(jī)的通信。整個(gè)溫室測(cè)控系統(tǒng)主要由溫室內(nèi)外環(huán)境自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，(間接)自動(dòng)控制系統(tǒng)，人機(jī)對(duì)話接口和通訊接口四個(gè)部分組成。1溫室內(nèi)外環(huán)境自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)本設(shè)計(jì)研究的檢測(cè)器主要測(cè)試溫室內(nèi)二氧化碳濃度環(huán)境參數(shù)。2溫室內(nèi)環(huán)境自動(dòng)控制系統(tǒng)根據(jù)環(huán)境自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)得到的結(jié)果,控制相應(yīng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的執(zhí)行，為作物提供良好的生長(zhǎng)環(huán)境。3人機(jī)對(duì)話接口led顯示系統(tǒng)：顯示溫室內(nèi)的二氧化碳濃度環(huán)境參數(shù)值。鍵盤：用以人

23、工預(yù)置各適宜環(huán)境參數(shù)值。報(bào)警信號(hào)：當(dāng)某環(huán)境參數(shù)值超過(guò)限定界限時(shí)，發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，提醒農(nóng)藝人員采取相應(yīng)措施。4通訊接口用來(lái)實(shí)現(xiàn)與主機(jī)的通訊，將存儲(chǔ)的測(cè)試數(shù)據(jù)傳送給主機(jī)，可以方便的實(shí)現(xiàn)集中式管理。2.2 詳細(xì)設(shè)計(jì)本文通過(guò)以上對(duì)陽(yáng)光溫室蔬菜中的參量及其相互關(guān)系的分析研究，對(duì)檢測(cè)系統(tǒng)總體方案進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)，采用atmel公司生產(chǎn)的at89s52單片機(jī)、美國(guó)生產(chǎn)的紅外二氧化碳傳感器6004。單片機(jī)通過(guò)a/d0832轉(zhuǎn)換器把從傳感器輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。顯示部分由比較廉價(jià)的led數(shù)碼管對(duì)二氧化碳濃度進(jìn)行分時(shí)顯示。當(dāng)二氧化碳濃度量低于或者高于期望的范圍時(shí)，系統(tǒng)會(huì)控制自動(dòng)報(bào)警。本設(shè)計(jì)采用的是聲光報(bào)警

24、，聲光報(bào)警主要是控制蜂鳴器的發(fā)聲頻率和控制指示燈，使其一亮一滅，從而達(dá)到報(bào)警的目的。具體的系統(tǒng)框圖如圖2.2所示：rxttxtt0intoat89s52rstxtal2xtal1 p2p1.41.7二氧化碳傳感器1n采樣保持器a/d轉(zhuǎn)換電路rs 232上位計(jì)算機(jī)復(fù)位電路鍵盤顯示聲光報(bào)警 圖2.2 二氧化碳檢測(cè)器的原理圖3 硬件設(shè)計(jì)3.1 微控制器概述和選用計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生加快了人類改造世界的步伐，但是它畢竟體積龐大。微控制器（單片機(jī)）就是在這種情況下誕生的。它是把中央處理器（cpu）、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（ram）、只讀存儲(chǔ)器（rom）、輸入/輸出端口（i/o）等主要計(jì)算機(jī)功能部件都集成在一塊集成電路芯

25、片上的微型計(jì)算機(jī)。它的結(jié)構(gòu)與指令功能都是按照工業(yè)控制的要求設(shè)計(jì)的，在智能控制系統(tǒng)中，微控制器得到了廣泛的應(yīng)用【14】。市場(chǎng)上比較流行的單片機(jī)種類主要有intel公司、atmel公司和philip公司的8051系列單片機(jī)，motorola公司的m6800系列單片機(jī)，intel公司的mcs96系列單片機(jī)以及microchip公司的pic系列單片機(jī)等。各個(gè)系列的單片機(jī)各有所長(zhǎng)，在處理速度、穩(wěn)定性、i/o能力、功耗、功能、價(jià)格等方面各有優(yōu)劣。本文選用atmel公司生產(chǎn)的at89s52作為cpu。at89s52是一種低功耗、低價(jià)格，高性能8位微處理器。3.1.1 at89s52單片機(jī)的特點(diǎn)at89s52

26、的pdip封裝管腳如圖3.1所示。 圖3.1 at89s52管腳圖3.1.2 at89s52單片機(jī)的主要特性at89s52是一個(gè)低功耗，高性能cmos 8位單片機(jī)，片內(nèi)含8kbisp的可反復(fù)擦寫1000次的flash只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用atmel公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)mcs-51指令系統(tǒng)及80c51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和isp flash存儲(chǔ)單元。at89s52具有如下特點(diǎn)：40個(gè)引腳，8kb flash片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，256位的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，32個(gè)外部雙向輸入/輸出口，5個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)，2層中斷嵌套中斷，3個(gè)可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器，2個(gè)全雙工串行通

27、信口，看門狗電路，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。此外，at89s52設(shè)計(jì)和配置了振蕩頻率可為0hz并可通過(guò)軟件設(shè)置省電模式?？臻e模式下，cpu暫停工作，而ram定時(shí)計(jì)數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存ram的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。3.2 二氧化碳數(shù)據(jù)的采集與處理二氧化碳是植物進(jìn)行光合作用的重要原料之一，可以提高植物光合作用的強(qiáng)度，并有利于作物的早熟豐產(chǎn)，增加含糖量，改善品質(zhì)。而空氣中的二氧化碳濃度一般約占空氣體積的0.03%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足作物優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的需要?，F(xiàn)代農(nóng)業(yè)中，大都采用溫室大棚進(jìn)行作物的栽培和培育。在作物的整個(gè)生長(zhǎng)期，都需要提供不同濃度的二氧化碳。

28、適宜的二氧化碳濃度可以促使幼苗根系發(fā)達(dá)，活力增強(qiáng)、產(chǎn)量增加。而現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中的溫室大棚，形成了一個(gè)相對(duì)封閉的環(huán)境，使得對(duì)二氧化碳濃度的控制成為可能。但是，空氣中二氧化碳濃度的測(cè)量，是一個(gè)比較困難的問(wèn)題，因?yàn)樗婕暗綔y(cè)量方法、信號(hào)的獲取和測(cè)量設(shè)備的成本。專業(yè)的二氧化碳濃度測(cè)量?jī)x表的價(jià)格一般都在上萬(wàn)元/臺(tái)，在一般用戶中難以普及，因此，本論文針對(duì)此問(wèn)題設(shè)計(jì)一種能夠應(yīng)用在農(nóng)業(yè)上的二氧化碳檢測(cè)器。3.2.1 二氧化碳傳感器的選擇氣體傳感器主要可以分為金屬氧化物半導(dǎo)體式傳感器、固體電解質(zhì)傳感器、紅外式傳感器等，一般的半導(dǎo)體傳感器測(cè)量時(shí)受環(huán)境影響較大，輸出線性不穩(wěn)定；電解式氣體傳感器氣體的重復(fù)性比較差；紅外線吸

29、收散射式氣體傳感器靈敏度高，可重復(fù)性好，響應(yīng)時(shí)間快，考慮到系統(tǒng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性選擇采用紅外二氧化碳傳感器6004。3.2.2 紅外二氧化碳傳感器的工作原理本課題所選用的二氧化碳傳感器是美國(guó)telaire公司生產(chǎn)的紅外二氧化碳傳感器6004，此傳感器基于氣體對(duì)紅外光吸收的郎伯-比爾吸收定律，采用國(guó)際上最新的電調(diào)制紅外光源、高靈敏度濾光傳感一體化紅外傳感器、高精度前置放大電路、可拆卸式鍍膜氣室等，實(shí)現(xiàn)不同濃度、氣體的高精度連續(xù)檢測(cè)。其測(cè)量精度：二氧化碳濃度相對(duì)誤差2%；檢測(cè)重復(fù)性1%；測(cè)量范圍：二氧化碳濃度05%。1.紅外氣體測(cè)量的基本原理：當(dāng)紅外光通過(guò)待測(cè)氣體時(shí)，這些氣體分子對(duì)特定波長(zhǎng)的紅外

30、光有吸收作用，其吸收關(guān)系服從朗伯-比爾吸收定律。設(shè)入射光是平行光，其強(qiáng)度為，出射光的強(qiáng)度為，氣體介質(zhì)的厚度為當(dāng)由氣體介質(zhì)中的分子數(shù)的吸收所造成的光強(qiáng)減弱為時(shí)，根據(jù)朗伯-比爾吸收定律： （3.1）式中k為比例常數(shù)。經(jīng)積分得： （3.2）式中：為吸收氣體介質(zhì)的分子總數(shù)；為積分常數(shù)。顯然，有：式中為氣體濃度。則式（3.2）可寫成： （3.3）式（3.1）表明：光強(qiáng)在氣體介質(zhì)中隨濃度及厚度按指數(shù)規(guī)律衰減。吸收系數(shù)取決于氣體特性，各種氣體的吸收系數(shù)互不相同。對(duì)同一氣體，隨入射波長(zhǎng)而變。若吸收介質(zhì)中含種吸收氣體，則式（3.3）應(yīng)改為 （3.4）因此對(duì)于多種混合氣體，為了分析特定組分，應(yīng)該在傳感器或紅外光源

31、前安裝一個(gè)適合分析氣體吸收波長(zhǎng)的窄帶濾光片，使傳感器的信號(hào)變化只反映被測(cè)氣體濃度變化。 圖3.2 ndir紅外氣體分析示意圖圖3.2為ndir紅外氣體分析原理圖。分析二氧化碳?xì)怏w時(shí)，紅外光源發(fā)射出120的紅外光，通過(guò)一定長(zhǎng)度的氣室吸收后，經(jīng)過(guò)一個(gè)4.26波長(zhǎng)的窄帶濾光片后，由紅外傳感器監(jiān)測(cè)透過(guò)4.26波長(zhǎng)紅外光的強(qiáng)度，以此表示二氧化碳?xì)怏w的濃度。3.3 a/d轉(zhuǎn)換器及其接口電路接口是計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備交換信息的橋梁，它包括輸入接口和輸出接口。單片機(jī)接口技術(shù)【18】是研究單片機(jī)與外部芯片之間如何交換信息的技術(shù)，外部的各種信息通過(guò)輸入接口送入單片機(jī)，而單片機(jī)的各種信息通過(guò)輸出接口送到外部芯片中，因此

32、單片機(jī)需要通過(guò)信息轉(zhuǎn)換器件實(shí)現(xiàn)信息的交流與控制。人們把由模擬量到數(shù)字量轉(zhuǎn)換器件（analog to digital converter）稱為模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，簡(jiǎn)稱a/d轉(zhuǎn)換器或adc；把由數(shù)字量到模擬量轉(zhuǎn)換的器件（digital to analog converter）稱為數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器，簡(jiǎn)稱d/a轉(zhuǎn)換器或dac。常用的a/d轉(zhuǎn)換方式有逐次逼近式和雙斜積分式，前者轉(zhuǎn)換時(shí)間短，但抗干擾能力差；后者轉(zhuǎn)換時(shí)間長(zhǎng)，抗干擾能力較強(qiáng)。因此在信號(hào)變化緩慢，現(xiàn)場(chǎng)干擾嚴(yán)重的場(chǎng)合，易采用雙積分式a/d轉(zhuǎn)換器。在常用的a/d轉(zhuǎn)換芯片（如adc0809、adc0832、icl7109等）中，adc0832與其余幾種有所

33、不同，adc0832 是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的一種8 位分辨率、雙通道a/d轉(zhuǎn)換芯片。由于它體積小，兼容性，性價(jià)比高而深受單片機(jī)愛好者及企業(yè)歡迎，其目前已經(jīng)有很高的普及率。學(xué)習(xí)并使用adc0832 可是使我們了解a/d轉(zhuǎn)換器的原理，有助于我們單片機(jī)技術(shù)水平的提高。因此它廣泛應(yīng)用在速度要求不高，而精度要求較高的各種領(lǐng)域中。本文用單片機(jī)的串行方式采集adc0832的數(shù)據(jù)【19】。圖3.7 adc0832封裝以及各端子。圖3.7 adc0832封裝以及各端子3.5.1 adc0832的主要特點(diǎn)及管腳adc0832的主要特點(diǎn)有： 8位分辨率；. 逐次逼近式a/d轉(zhuǎn)換器 雙通道a/d轉(zhuǎn)換； 輸入輸出電

34、平與ttl/cmos相兼容； 5v電源供電時(shí)輸入電壓在05v之間； 工作頻率為250khz，轉(zhuǎn)換時(shí)間為32s； 一般功耗僅為15mw； 8p、14pdip（雙列直插）、picc 多種封裝； 商用級(jí)芯片溫寬為0c to +70c，工業(yè)級(jí)芯片溫寬為40c to +85c；芯片接口說(shuō)明： cs 片選使能，低電平芯片使能。 ch0 模擬輸入通道0，或作為in+/-使用。 ch1 模擬輸入通道1，或作為in+/-使用。 gnd 芯片參考0 電位（地）。 di 數(shù)據(jù)信號(hào)輸入，選擇通道控制。 do 數(shù)據(jù)信號(hào)輸出，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出。 clk 芯片時(shí)鐘輸入。 vcc/ref 電源輸入及參考電壓輸入（復(fù)用）。adc0

35、832 為8位分辨率a/d轉(zhuǎn)換芯片，其最高分辨可達(dá)256級(jí)，可以適應(yīng)一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。其內(nèi)部電源輸入與參考電壓的復(fù)用，使得芯片的模擬電壓輸入在05v之間。芯片轉(zhuǎn)換時(shí)間僅為32s，據(jù)有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗(yàn)，以減少數(shù)據(jù)誤差，轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性能強(qiáng)。獨(dú)立的芯片使能輸入，使多器件掛接和處理器控制變的更加方便。通過(guò)di 數(shù)據(jù)輸入端，可以輕易的實(shí)現(xiàn)通道功能的選擇。3.5.2 adc0832 與單片機(jī)的接口電路：圖3.8 adc0832 與單片機(jī)的接口電路adc0832 為8位分辨率a/d轉(zhuǎn)換芯片，其最高分辨可達(dá)256級(jí)，可以適應(yīng)一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。其內(nèi)部電源輸入與參考電壓的復(fù)用，使得芯片的模擬電

36、壓輸入在05v之間。芯片轉(zhuǎn)換時(shí)間僅為32s，據(jù)有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗(yàn)，以減少數(shù)據(jù)誤轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性能強(qiáng)。獨(dú)立的芯片使能輸入，使多器件掛接和處理器控制變的更加方便。通過(guò)di 數(shù)據(jù)輸入端，可以輕易的實(shí)現(xiàn)通道功能的選擇。3.5.3 單片機(jī)對(duì)adc0832 的控制原理：正常情況下adc0832 與單片機(jī)的接口應(yīng)為4條數(shù)據(jù)線，分別是cs、clk、do、di。但由于do端與di端在通信時(shí)并未同時(shí)有效并與單片機(jī)的接口是雙向的，所以電路設(shè)計(jì)時(shí)可以將do和di 并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用。（見圖3.8）當(dāng) adc0832未工作時(shí)其cs輸入端應(yīng)為高電平，此時(shí)芯片禁用，clk 和do/di 的電平可任意。當(dāng)要進(jìn)行

37、a/d轉(zhuǎn)換時(shí)，須先將cs使能端置于低電平并且保持低電平直到轉(zhuǎn)換完全結(jié)束。此時(shí)芯片開始轉(zhuǎn)換工作，同時(shí)由處理器向芯片時(shí)鐘輸入端clk 輸入時(shí)鐘脈沖，do/di端則使用di端輸入通道功能選擇的數(shù)據(jù)信號(hào)。在第1 個(gè)時(shí)鐘脈沖的下沉之前di端必須是高電平，表示啟始信號(hào)。在第2、3個(gè)脈沖下沉之前di端應(yīng)輸入2 位數(shù)據(jù)用于選擇通道功能，其功能項(xiàng)見表1。表1如表1所示，當(dāng)此2位數(shù)據(jù)為“1”、“0”時(shí)，只對(duì)ch0 進(jìn)行單通道轉(zhuǎn)換。當(dāng)2位數(shù)據(jù)為“1”、“1”時(shí)，只對(duì)ch1進(jìn)行單通道轉(zhuǎn)換。當(dāng)2 位數(shù)據(jù)為“0”、“0”時(shí)，將ch0作為正輸入端in+，ch1作為負(fù)輸入端in-進(jìn)行輸入。當(dāng)2 位數(shù)據(jù)為“0”、“1”時(shí)，將c

38、h0作為負(fù)輸入端in-，ch1 作為正輸入端in+進(jìn)行輸入。到第3 個(gè)脈沖的下沉之后di端的輸入電平就失去輸入作用，此后do/di端則開始利用數(shù)據(jù)輸出do進(jìn)行轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的讀取。從第4個(gè)脈沖下沉開始由do端輸出轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)最高位data7，隨后每一個(gè)脈沖下沉do端輸出下一位數(shù)據(jù)。直到第11個(gè)脈沖時(shí)發(fā)出最低位數(shù)據(jù)data0，一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)輸出完成。也正是從此位開始輸出下一個(gè)相反字節(jié)的數(shù)據(jù)，即從第11個(gè)字節(jié)的下沉輸出datd0。隨后輸出8位數(shù)據(jù)，到第19 個(gè)脈沖時(shí)數(shù)據(jù)輸出完成，也標(biāo)志著一次a/d轉(zhuǎn)換的結(jié)束。最后將cs置高電平禁用芯片，直接將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理就可以了。更詳細(xì)的時(shí)序說(shuō)明請(qǐng)見表2。表2作為單

39、通道模擬信號(hào)輸入時(shí)adc0832的輸入電壓是05v且8位分辨率時(shí)的電壓精度為19.53mv。如果作為由in+與in-輸入的輸入時(shí)，可是將電壓值設(shè)定在某一個(gè)較大范圍之內(nèi)，從而提高轉(zhuǎn)換的寬度。但值得注意的是，在進(jìn)行in+與in-的輸入時(shí)，如果in-的電壓大于in+的電壓則轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)結(jié)果始終為00h。3.5.4 adc0832 芯片接口程序的編寫：為了高速有效的實(shí)現(xiàn)通信，我們采用匯編語(yǔ)言編寫接口程序。由于adc0832 的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時(shí)間僅為32s，所以a/d轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)采樣頻率可以很快，從而也保證的某些場(chǎng)合對(duì)a/d轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性的要求。數(shù)據(jù)讀取程序以子程序調(diào)用的形式出現(xiàn)，方便了程序的移植。程序占用資源

40、有累加器a，工作寄存器r7,通用寄存器b 和特殊寄存器cy。通道功能寄存器和轉(zhuǎn)換值共用寄存器b。在使用轉(zhuǎn)換子程序之前必須確定通道功能寄存器b 的值，其賦值語(yǔ)句為“mov b,#data”（00h03h）。運(yùn)行轉(zhuǎn)換子程序后的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)值被放入b 中。子程序退出后即可以對(duì)b 中數(shù)據(jù)處理。圖3.9 adc0832 數(shù)據(jù)讀取程序流程：3.6 串行通信接口設(shè)計(jì)mcs-52單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)全雙工的串行通信口，即串行接收和發(fā)送緩沖器（sbuf），這兩個(gè)在物理上獨(dú)立的接收發(fā)送器，既可以接收數(shù)據(jù)也可以發(fā)送數(shù)據(jù)。但接收緩沖器只能讀出不能寫入，而發(fā)送緩沖器則只能寫入不能讀出，它們的地址為99h。這個(gè)通信口既可以用于網(wǎng)

41、絡(luò)通信，亦可實(shí)現(xiàn)串行異步通信，還可以構(gòu)成同步移位寄存器使用。如果在串行口的輸入輸出引腳上加上電平轉(zhuǎn)換器，就可方便地構(gòu)成標(biāo)準(zhǔn)的rs-232接口【19】【20】。3.6.1 rs232簡(jiǎn)介rs232c是美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)（eia）正式公布的，在異步串行通信中應(yīng)用最廣的標(biāo)準(zhǔn)總線。適用于終端設(shè)備（dte）和數(shù)據(jù)通信設(shè)備（dce）之間的接口。最高數(shù)據(jù)傳送速率可達(dá)19.2kbps，最長(zhǎng)傳送電纜可達(dá)到15米。rs232標(biāo)準(zhǔn)定義了25根引線，對(duì)于一般的雙向通信，只需使用串行輸入rxd，串行輸出txd和地線gnd，rs232標(biāo)準(zhǔn)的電平采用負(fù)邏輯，規(guī)定+3v+15v之間的任意電平為邏輯0電平,-3v-15v之間的任

42、意電平為邏輯1電平，與ttl和cmos電平是不同的。在接口電路和計(jì)算機(jī)接口芯片中大都是ttl/cmos電平，所以在通信時(shí)，必須進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，以便與rs232標(biāo)準(zhǔn)的電平匹配。max232c芯片可以完成電平轉(zhuǎn)換這一工作。max232c芯片是maxim公司生產(chǎn)的低功耗，單電源雙rs232發(fā)送/接受器。max232c芯片內(nèi)部有一個(gè)電源電壓變換器，可以把輸入的+5v電源變換為rs232輸出電平所需要的10v電壓，所以采用此芯片接口的串行通信系統(tǒng)只要單一的+5v電源即可。max232c外圍需要4個(gè)電解電容c1，c2，c3，c4，它們是內(nèi)部電源轉(zhuǎn)換所需電容，其取值均為1f/16v，選用鉭電容并且應(yīng)盡量靠近芯

43、片；c5為0.1f的去藕電容。max232c的引腳t1in，t2in，r1out，r2out為接ttl/cmos電平的引腳，引腳t1out，t2out，r1in，r2in為接rs232c電平的引腳，因此ttl/cmos電平的t1in，t2in引腳應(yīng)接mcs51的串行發(fā)送引腳txd；r1out，r2out應(yīng)接mcs51的串行接收引腳rxd。與之對(duì)應(yīng)的rs232c電平的t1out，t2out應(yīng)接pc機(jī)的接收端rd；r1in，r2in應(yīng)接pc機(jī)的發(fā)送端td。3.6.2 芯片接口電路采用max232接口電路如圖3.10所： 圖3.10 rs232接口電路選用其中的一路發(fā)送/接收，r1out接mcs51

44、的rxd，t1in接mcs51的txd，db-9連接器直接接到pc機(jī)上。3.7 電路設(shè)計(jì)3.7.1 總線技術(shù)簡(jiǎn)介在本系統(tǒng)中，由于選用的eeprom芯片24lc256是通過(guò)總線的方式與at89s52進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)?，下面?jiǎn)要介紹一下總線技術(shù)。（inter integrated circuit）總線是philips公司為了簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)開發(fā)的一種用于內(nèi)部ic控制的簡(jiǎn)單的雙向兩線串行總線，是近年來(lái)在微電子通信控制領(lǐng)域廣泛采用的一種新型總線標(biāo)準(zhǔn)。它是同步通信的一種特殊形式，具有接口線少，控制方式簡(jiǎn)單，器件封裝形式小，通信速率較高等優(yōu)點(diǎn)。在主從通信中，可以有多個(gè)總線器件同時(shí)接到總線上，通過(guò)地址來(lái)識(shí)別通信對(duì)象

45、。1.總線硬件結(jié)構(gòu)【21】【22】總線通過(guò)兩根線(串行數(shù)據(jù)線sda和串行時(shí)鐘線scl)使掛接到總線上的器件相互進(jìn)行信息傳遞。典型的總線結(jié)構(gòu)如圖3.11所示?？偩€端口輸出為開漏結(jié)構(gòu)，故總線上必須有上拉電阻，上拉電阻與電源電壓vcc、sda/scl、總線串接電阻有關(guān)，通?？蛇x510k。 圖3.11 總線結(jié)構(gòu) 傳統(tǒng)的單片機(jī)串行接口的發(fā)送和接收一般都各用一條線，如mcs51系列的txd和rxd，而總線則根據(jù)器件的功能通過(guò)軟件程序使其可工作于發(fā)送或接收方式。當(dāng)某個(gè)器件向總線上發(fā)送信息時(shí)，它就是發(fā)送器(也叫主器件)，而當(dāng)其從總線上接收信息時(shí)，又稱為接收器(也叫從器件)。2.總線的數(shù)據(jù)傳輸主-從機(jī)之間一次數(shù)

46、據(jù)傳送稱為一幀。由啟動(dòng)信號(hào)、若干個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)和應(yīng)答位以及停止信號(hào)組成。掛接到總線上的所有外圍器件、外設(shè)接口都是總線上的節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有一個(gè)固定的節(jié)點(diǎn)地址。總線上的所有的外圍器件都有規(guī)范的器件地址。器件地址由7位組成，它和1位方向位構(gòu)成了總線器件的尋址字節(jié)。尋址格式如表3.2： 表3.2 子機(jī)地址 器件地址(da3,da2,da1,dao)：是總線外圍接口器件固有的地址編碼，器件出廠時(shí)就己給定。引腳地址(a2,a1,ao)：是總線外圍器件地址端口，a2,a1,a0在電路中接電源或接地的不同，形成的地址數(shù)據(jù)也不同。數(shù)據(jù)方向（r/w）：規(guī)定了總線上主節(jié)點(diǎn)對(duì)從節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳送方向。0表示主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，1

47、表示主機(jī)接收數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)傳送過(guò)程中，首先由主機(jī)發(fā)出啟動(dòng)信號(hào)(s)、然后由主機(jī)發(fā)送尋址字節(jié)、應(yīng)答、發(fā)送數(shù)據(jù)、應(yīng)答直到中止(p)?？偩€的設(shè)備都有一個(gè)七位地址，所有連接在總線上的設(shè)備都接收尋址字節(jié)，并將接收到的地址與自己的地址進(jìn)行比較，如果地址相符則為主機(jī)要尋訪的從機(jī)，發(fā)應(yīng)答信號(hào)。3.7.2 24lc256芯片與單片機(jī)的接口電路24lc256是內(nèi)含32k8位低功耗cmos的eeprom，具有工作電壓寬(2.55.5v)、擦寫次數(shù)多(大于10000次)、寫入速度快(小于10ms)等特點(diǎn)。圖3-16為24lc256的引腳圖。圖中a0,a1,a2是三條地址線，用于確定芯片的硬件地址。vcc為電源，vss為

48、接地端。sda為串行數(shù)據(jù)輸入/輸出端，scl串行時(shí)鐘輸入端，wp為寫保護(hù)。（a） 24lc256管腳圖 （b） 24lc256與單片機(jī)的接口電路 圖3.12 24lc256芯片與單片機(jī)的接口電路3.8 報(bào)警電路若二氧化碳濃度、溫濕度三個(gè)變量中有一個(gè)參數(shù)超標(biāo)時(shí)，則啟動(dòng)蜂鳴器報(bào)警，然后單片機(jī)控制紅色led發(fā)光二極管閃爍,工作人員也可以根據(jù)此情況來(lái)查看相應(yīng)的區(qū)域或者采取相應(yīng)的措施。3.8.1 蜂鳴器簡(jiǎn)介蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、報(bào)警器、電子玩具、汽車電子設(shè)備、電話機(jī)、定時(shí)器等電子產(chǎn)品中作發(fā)聲器件。蜂鳴器主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩

49、種類型。1. 壓電式蜂鳴器壓電式蜂鳴器主要由多諧振蕩器、壓電蜂鳴片、阻抗匹配器及共鳴箱、外殼等組成。有的壓電式蜂鳴器外殼上還裝有發(fā)光二極管。多諧振蕩器由晶體管或集成電路構(gòu)成。當(dāng)接通電源后（1.515v直流工作電壓）,多諧振蕩器起振,輸出1.52.5khz的音頻信號(hào)，阻抗匹配器推動(dòng)壓電蜂鳴片發(fā)聲。2. 電磁式蜂鳴器電磁式蜂鳴器由振蕩器、電磁線圈、磁鐵、振動(dòng)膜片及外殼等組成。接通電源后，振蕩器產(chǎn)生的音頻信號(hào)電流通過(guò)電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)。振動(dòng)膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下，周期性的振動(dòng)發(fā)聲。本文選用的是xy系列壓電式蜂鳴器，xy系列壓電式蜂鳴器具有耐高溫、低潮、防濕、防污染、聲音動(dòng)聽樂(lè)耳、

50、性能穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)。3.8.2 報(bào)警電路蜂鳴器報(bào)警電路及l(fā)ed發(fā)光二極管報(bào)警電路如圖3.14所示：（a） 蜂鳴器報(bào)警電路 （b） 發(fā)光二極管報(bào)警電路 圖3.14 聲光報(bào)警在單片機(jī)后接發(fā)光二極管led(light emitting diode)輸出顯示，發(fā)光二極管led是智能化測(cè)控儀表中簡(jiǎn)單而常用的輸出設(shè)備，通常用來(lái)指示機(jī)器的狀態(tài)或其他信息。它的優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格低，壽命長(zhǎng)，對(duì)電壓電流要求極容易實(shí)現(xiàn)多路等，因此在智能化測(cè)量控制儀表中獲得了廣泛的應(yīng)用。led是近似于恒壓的元件，導(dǎo)電時(shí)的正向壓降一般為1.6v或2.4v左右，反向擊穿電壓一般大于等于5v，工作電流通常在1020ma左右，故電路中需串聯(lián)適當(dāng)?shù)南?/p>

51、流電阻。發(fā)光強(qiáng)度基本上與正向電流成正比。發(fā)光效率和顏色取決與制造的材料，這里如果正常工作時(shí)，單片機(jī)驅(qū)動(dòng)綠色的led二極管發(fā)光，如果超過(guò)指定的上限值或者低于指定的下限值，則驅(qū)動(dòng)紅色led二極管發(fā)光,同時(shí)單片機(jī)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器報(bào)警。蜂鳴器的工作電流一般為30ma，所以也需要加限流電阻。本文采用的是帶報(bào)警記憶功能的報(bào)警設(shè)計(jì)，帶報(bào)警記憶功能指的是巡測(cè)至當(dāng)前通道時(shí)有報(bào)警則輸出報(bào)警，巡測(cè)至下通道如無(wú)報(bào)警但報(bào)警輸出繼續(xù)，直至所有通道均無(wú)報(bào)警方停止輸出報(bào)警。4 系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)和程序框圖 c語(yǔ)一言是一種編譯型程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，它兼顧了多種高級(jí)語(yǔ)言的特點(diǎn)，并具備匯編語(yǔ)言的功能。c語(yǔ)言是一種結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，它支持當(dāng)前程序

52、設(shè)計(jì)中廣泛采用的由頂向下結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)技術(shù)。此外，c語(yǔ)言程序具有完善的模塊程序結(jié)構(gòu)，從而為軟件開發(fā)中采用模塊化程序設(shè)計(jì)方法提供了有力的保障。因此，使用c語(yǔ)言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)已成為軟件開發(fā)的一個(gè)主流。 綜上所述，用c語(yǔ)言進(jìn)行單片機(jī)程序設(shè)計(jì)是單片機(jī)開發(fā)與應(yīng)用的必然趨勢(shì)。為便于連接和調(diào)試，系統(tǒng)軟件采用模塊化的程序設(shè)計(jì)方法，將特定功能編成子程序，以調(diào)用子程序方式組成程序流。既能做到修改和調(diào)試程序方便，又能實(shí)現(xiàn)軟件自診斷，提高了軟件的易理解性和易維護(hù)性，并為程序的通用性、功能擴(kuò)展的可行性、以及開發(fā)系列產(chǎn)品共享軟件資源提供了條件。本文的整個(gè)程序主要由主程序和若干子程序組成。子程序主要有鍵盤處理模塊、顯示模塊、

53、串行通訊模塊等組成。4.1 主程序模塊主程序是控制單片機(jī)系統(tǒng)按預(yù)定操作方式運(yùn)轉(zhuǎn)的程序，它負(fù)責(zé)組織調(diào)用各子程序模塊，完成系統(tǒng)初始化、顯示數(shù)據(jù)和處理按鍵等功能。溫濕度、二氧化碳測(cè)控儀智能化的核心是單片機(jī)，其監(jiān)控程序和應(yīng)用軟件全部固化在eprom中。它的工作過(guò)程是:系統(tǒng)上電后，單片機(jī)at89s52進(jìn)入監(jiān)控狀態(tài)，同時(shí)完成對(duì)各個(gè)端口的初始化工作。當(dāng)有鍵按下時(shí)，產(chǎn)生中斷申請(qǐng)，并進(jìn)入相應(yīng)的中斷程序，完成按鍵處理功能;在沒(méi)有外部控制信息輸入的情況下，系統(tǒng)通過(guò)模擬開關(guān)分時(shí)、自動(dòng)采集溫濕度、二氧化碳傳感器的電壓值，并通過(guò)a/d轉(zhuǎn)換器，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)，最后產(chǎn)生的數(shù)據(jù)通過(guò)led數(shù)碼管顯示。首先，顯示第一個(gè)小區(qū)的溫濕度、二氧化碳濃度值，如果越限，則啟動(dòng)聲光報(bào)警，同時(shí)，顯示下一個(gè)小區(qū)的溫濕度、二氧化碳濃度值，并檢查是否越限，依此類推，直到檢查完所有的小區(qū)。主程序流程圖如圖4.1所示。 圖4.1 主程序流程圖4.2 系統(tǒng)各程序模塊c語(yǔ)言程序具有完善的模塊程序結(jié)構(gòu)，從而為軟件開發(fā)中采用模塊化程序設(shè)計(jì)提供了有力的保障。本系統(tǒng)的子程序模塊主要有:數(shù)據(jù)采集子程序、鍵盤子