大棚蔬菜濕度控制系統(tǒng)(單片機(jī)論文)

1、九江學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文jiu jiang university 畢 業(yè) 論 文（設(shè) 計(jì)）題 目 大棚蔬菜濕度控制 英文題目 humidity control greenhouse vegetable 院 系 電 子 工 程 學(xué) 院 專 業(yè) 自 動(dòng) 化 姓 名 解 建 華 班 級(jí) 2006級(jí)（a063121） 指導(dǎo)教師 許 勤 二零零九年十二月摘 要濕度檢測(cè)在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防等行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用。利用單片機(jī)技術(shù)的濕度檢測(cè)系統(tǒng)以其體積小，可靠性高而被廣泛采用。本文對(duì)濕度檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行了分析設(shè)計(jì)。首先，對(duì)濕度檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域和發(fā)展?fàn)顩r做了簡(jiǎn)單的介紹，同時(shí)，列舉了目前濕度檢測(cè)所常用方法以及各自所具有的特

2、點(diǎn)。本文重點(diǎn)在于對(duì)該系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)。在硬件設(shè)計(jì)過程中，詳細(xì)介紹了各部分電路的功能和特點(diǎn)。接下來，對(duì)系統(tǒng)中所用的濕度傳感器hs1101和a/d轉(zhuǎn)換芯片tlc1549作了簡(jiǎn)單的介紹。在軟件設(shè)計(jì)過程中，繪制了各個(gè)程序模塊的流程圖，詳細(xì)介紹了各個(gè)模塊的作用。經(jīng)過對(duì)程序反復(fù)的修改，完善了軟件系統(tǒng)。最后，完成了對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)具有靈敏度高、反映時(shí)間短等特點(diǎn)，并且具有智能化、可編程、小型便攜等優(yōu)點(diǎn)，相信本系統(tǒng)具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)，濕度檢測(cè)，硬件系統(tǒng)，軟件系統(tǒng)abstractthe humidity examination which is widely used in indus

3、try, agriculture, national defense and so on .the humidity examination which is widely used because that the system which uses microcontroller technology is volume small and reliability. this article has carried on the analysis design to the humidity examination system. first, the application and de

4、velopment condition of the humidity examination technology is made a simple introduction. and then, the humidity examination of commonly used method which has enumerated the characteristic as well as each one .the point of the article is the design of the hardware and software. in the process of har

5、dware designing, the function and the characteristic of each part of electric circuits which has made a simple introduction in detail. meanwhile, the humidity sensorhs1101 and the chip of the a/d transformation to the system in tlc1549 have been made the simple introduction. in the process of softwa

6、re designing, i have drawn up each program module flow chart, and introduced each module function in detail. then to the procedure repeatedly revision, it has been consummated the software system. finally, i has completed the over all system designing. this system have the characteristic of sensitiv

7、ity high and the reflection time is short, and so on .it has the intellectualization, and programmable and small, then takes along short, and so on. it believed that this system has the widespread application .keywords：mcu,humidity examination，softwaresystem,hardwaresystem摘 要2abstract3第1章 緒論51.1濕度的基

8、本概念51.2 濕度檢測(cè)的應(yīng)用領(lǐng)域51.3 常見的濕度檢測(cè)方法及特點(diǎn)61.4 濕度測(cè)量技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)61.5 本課題研究的主要內(nèi)容和目標(biāo)7第2章 濕度檢測(cè)系統(tǒng)的功能與硬件設(shè)計(jì)82.1濕度檢測(cè)方案的選擇82.2 設(shè)計(jì)方案的確定82.2.1 處理器92.2.2 顯示電路92.2.3 鍵盤電路92.3 濕度檢測(cè)儀的主電路設(shè)計(jì)92.3.1 系統(tǒng)時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)102.3.2系統(tǒng)復(fù)位電路的設(shè)計(jì)102.3.3 按鍵與按鈕電路的設(shè)計(jì)112.3.4 系統(tǒng)的顯示電路設(shè)計(jì)122.3.5 電源設(shè)計(jì)132.3.6 濕度檢測(cè)傳輸及a/d轉(zhuǎn)換電路142.3.7 硬件電路原理圖152.4 器件的選擇及說明162.4.1 at8

9、9c51單片機(jī)簡(jiǎn)介162.4.2 濕度傳感器hs1101192.4.3 a/d轉(zhuǎn)換芯片tlc154919第3章 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)213.1 主程序213.2 系統(tǒng)各程序模塊223.2.1 濕度測(cè)量采集子程序流程圖223.2.2 鍵盤處理子程序流程圖233.2.3 超濕報(bào)警子程序流程圖24結(jié)論26參考文獻(xiàn)27致謝28第1章 緒論本章首先介紹了濕度這個(gè)物理量的基本知識(shí)，接下來介紹了濕度檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域，常見的濕度測(cè)量方法以及特點(diǎn)。同時(shí)，對(duì)濕度傳感器的目前的發(fā)展?fàn)顩r以及濕度檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的分析。最后，簡(jiǎn)單概括了本文所要做的工作內(nèi)容。1.1濕度的基本概念濕度是表示空氣中水蒸氣的含量的物理量

10、1，常用絕對(duì)濕度、相對(duì)濕度、露點(diǎn)等表示。所謂絕對(duì)濕度就是單位體積空氣內(nèi)所含水蒸氣的質(zhì)量，也就是指空氣中水蒸氣的密度。絕對(duì)濕度一般用一立方米空氣中所含水蒸氣的克數(shù)表示，即為hamv/v，式中，ha表示絕對(duì)濕度值，mv 為待測(cè)空氣中水蒸氣質(zhì)量，v 為待測(cè)空氣的總體積。單位為g/。相對(duì)濕度是表示空氣中實(shí)際所含水蒸氣的分壓()和同溫度下飽和水蒸氣的分壓()的百分比，即ht(/)t100rh。通常，用rh表示相對(duì)濕度。當(dāng)溫度和壓力變化時(shí)，因飽和水蒸氣變化，所以氣體中的水蒸氣壓即使相同，其相對(duì)濕度也發(fā)生變化。日常生活中所說的空氣濕度，實(shí)際上就是指相對(duì)濕度而言。溫度高的氣體，含水蒸氣越多。若將其氣體冷卻，即

11、使其中所含水蒸氣量不變，相對(duì)濕度將逐漸增加，增到某一個(gè)溫度時(shí)，相對(duì)濕度達(dá)100，呈飽和狀態(tài)，再冷卻時(shí)，蒸氣的一部分凝聚生成露，把這個(gè)溫度稱為露點(diǎn)溫度。1.2 濕度檢測(cè)的應(yīng)用領(lǐng)域人工氣候室是在環(huán)境試驗(yàn)、科學(xué)研究（諸如種養(yǎng)殖、植保、組培、生物工程）等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛的實(shí)驗(yàn)設(shè)備1。它能模擬自然界的各種氣象條件，按照實(shí)驗(yàn)要求精確控制室內(nèi)的溫度、濕度、光照以及co2等指標(biāo)，復(fù)現(xiàn)各種氣候環(huán)境。為研究不同物種的生長(zhǎng)、發(fā)育、生理、生化過程創(chuàng)造了環(huán)境條件。因此，人工氣候室廣泛應(yīng)用在科研、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、冶金、化工、林業(yè)、環(huán)境科學(xué)及生物遺傳工程等領(lǐng)域。在人們的日常生活中，人們的居住空間也是一個(gè)人工環(huán)境?？諝馕廴?，直接

12、威脅人們的身體健康；噪音污染，影響人的情緒、工作、休息、飲食，可以導(dǎo)致神經(jīng)衰弱；溫度過熱、過冷，導(dǎo)致人的不適，耗費(fèi)電能；空氣過濕，將使人們感到沉悶和窒息；空氣過燥，又會(huì)使人的口腔感到不適，甚至可能發(fā)生咽喉炎等疾病。如果自動(dòng)控制這個(gè)最常見的空間，人的生活將更舒適。所以說，這是一個(gè)很有發(fā)展前途的課題，國內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)進(jìn)行了相關(guān)的研究2。本文也就其中最難測(cè)量的物理量濕度進(jìn)行研究。1.3 常見的濕度檢測(cè)方法及特點(diǎn)濕度測(cè)量從原理上劃分有二、三十種之多。但濕度測(cè)量始終是世界計(jì)量領(lǐng)域中著名的難題之一。一個(gè)看似簡(jiǎn)單的量值，深究起來，涉及相當(dāng)復(fù)雜的物理化學(xué)理論分析和計(jì)算3。常見的濕度測(cè)量方法有：動(dòng)態(tài)法（雙壓法、雙

13、溫法、分流法），靜態(tài)法（飽和鹽法、硫酸法），露點(diǎn)法，干濕球法和電子式傳感器法。（1） 雙壓法、雙溫法是基于熱力學(xué)p、v、t平衡原理，平衡時(shí)間較長(zhǎng)，分流法是基于絕對(duì)濕氣和絕對(duì)干空氣的精確混合。由于采用了現(xiàn)代測(cè)控手段，這些設(shè)備可以做得相當(dāng)精密，主要作為標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量之用，其測(cè)量精度可達(dá)到2%rh以上，但是設(shè)備復(fù)雜，昂貴，運(yùn)作費(fèi)時(shí)費(fèi)工。（2） 靜態(tài)法中的飽和鹽法，是濕度測(cè)量中最常見的方法，簡(jiǎn)單易行。但飽和鹽法對(duì)液、氣兩相的平衡要求很嚴(yán)，對(duì)環(huán)境溫度的穩(wěn)定要求較高。用起來要求等很長(zhǎng)時(shí)間去平衡，低濕點(diǎn)要求更長(zhǎng)。特別在室內(nèi)濕度和瓶?jī)?nèi)濕度差值較大時(shí)，每次開啟都需要平衡68小時(shí)。（3）露點(diǎn)法是測(cè)量濕空氣達(dá)到飽和時(shí)的溫

14、度，是熱力學(xué)的直接結(jié)果，準(zhǔn)確度高，測(cè)量范圍寬。計(jì)量用的精密露點(diǎn)儀準(zhǔn)確度可達(dá)0.2甚至更高。但用現(xiàn)代光電原理的冷鏡式露點(diǎn)儀價(jià)格昂貴，常和標(biāo)準(zhǔn)濕度發(fā)生器配套使用。（4）干濕球法，這是18世紀(jì)就發(fā)明的測(cè)濕方法。歷史悠久，使用最普遍。干濕球法是一種間接方法，它用干濕球方程換算出濕度值，而此方程是有條件的：即在濕球附近的風(fēng)速必需達(dá)到2.5m/s以上。普通用的干濕球溫度計(jì)將此條件簡(jiǎn)化了，所以其準(zhǔn)確度只有57%rh,干濕球也不屬于靜態(tài)法，不要簡(jiǎn)單地認(rèn)為只要提高兩支溫度計(jì)的測(cè)量精度就等于提高了濕度計(jì)的測(cè)量精度。（5）電子式濕度傳感器法。電子式濕度傳感器產(chǎn)品及濕度測(cè)量屬于90年代興起的行業(yè), 近年來，國內(nèi)外在濕

15、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。1.4 濕度測(cè)量技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)（1） 廣泛采用新技術(shù)、新工藝隨著科技的進(jìn)步，許多新技術(shù)和新工藝被應(yīng)用到濕度測(cè)量領(lǐng)域中4。例如，瑞士sensiron公司采用cmosens（ce-mo-sens）專利技術(shù)為高精度濕度傳感器系統(tǒng)設(shè)置精度。其特征是將半導(dǎo)體芯片（cmos）與傳感器技術(shù)融合，為開發(fā)高集成度、智能化、高精度、高可靠性的濕度檢測(cè)系統(tǒng)提供了解決方案。該項(xiàng)技術(shù)亦稱“sensmitter”，它代表傳感器（sensor）與變送

16、器（transmitter）的有機(jī)結(jié)合。盡管sht11/15屬于傳感器范疇，但具有創(chuàng)新性的cmosens技術(shù)使之兼有變送器的功能，便于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成。honeywell公司生產(chǎn)的hih3610型濕度傳感器，能在高溫，有化學(xué)液體或氣體的環(huán)境下正常工作，例如可以測(cè)量含有氨、苯、甲醛等有害氣體的雞棚或豬舍中的相對(duì)濕度。即使在飽和狀態(tài)下，傳感器也很容易從短期凝結(jié)中恢復(fù)過來。hih3610芯片上有一層起保護(hù)作用的亞硝酸鹽鈍化層，在安裝過程中不易損壞。（2） 提高測(cè)量精度和分辨力目前，國內(nèi)外已相繼推出多種高精度、高分辨力的智能濕度傳感器，sht11/15型智能化濕度傳感器系統(tǒng)測(cè)量相對(duì)濕度的范圍是0100，分

17、辨力達(dá)0.03rh，最高精度為2rh。測(cè)量露點(diǎn)的精度1。在測(cè)量濕度時(shí)a/d轉(zhuǎn)換器的位數(shù)分別可達(dá)12位、14位。利用降低分辨力的方法可以提高測(cè)量速率，減小芯片的功耗。sht11/15的產(chǎn)品互換性好，響應(yīng)速度快，抗干擾能力強(qiáng)，不需要外部元件，適配各種單片機(jī)，可廣泛用于醫(yī)療設(shè)備及溫度濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)中。（3） 增加測(cè)試功能新型智能濕度傳感器的測(cè)試功能也在不斷增強(qiáng)5。例如，ds1629型單線智能濕度傳感器增加了實(shí)時(shí)日歷時(shí)鐘（rtc），使其功能更加完善。ds1624還增加了存儲(chǔ)功能，利用芯片內(nèi)部256字節(jié)的存儲(chǔ)器，可存儲(chǔ)用戶的短信息。另外，智能濕度傳感器正從單通道向多通道的方向發(fā)展，這就為研制和開發(fā)多路濕度

18、測(cè)控系統(tǒng)創(chuàng)造了良好條件。1.5 本課題研究的主要內(nèi)容和目標(biāo) 研究本系統(tǒng)包括兩方面任務(wù)：其一是對(duì)硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，保證系統(tǒng)的檢測(cè)精度不小于2rh，響應(yīng)時(shí)間小于5s，檢測(cè)濕度范圍為0100rh等。使其具有很強(qiáng)的實(shí)用性。其二是軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，使其實(shí)現(xiàn)報(bào)警顯示等功能，保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。28第2章 濕度檢測(cè)系統(tǒng)的功能與硬件設(shè)計(jì) 本章主要介紹了本濕度檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)方法的選擇以及硬件設(shè)計(jì)兩方面內(nèi)容。首先從整體上初步分析了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。接下來，繪制了濕度檢測(cè)系統(tǒng)的硬件框架圖，根據(jù)該圖進(jìn)行各個(gè)模塊的設(shè)計(jì)。詳細(xì)分析了各個(gè)模塊的功能和作用，根據(jù)系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)框架對(duì)各個(gè)部分進(jìn)行設(shè)計(jì)，畫出了系統(tǒng)硬件原理圖。最后介紹所

19、用的芯片資料，簡(jiǎn)述了芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理。2.1濕度檢測(cè)方案的選擇現(xiàn)代濕度測(cè)量方法最主要的有兩種：一是干濕球測(cè)濕法，二是電子式濕度傳感器測(cè)濕法6。下面簡(jiǎn)單介紹一下干濕球濕度計(jì)的特點(diǎn)。早在18世紀(jì)人類就發(fā)明了干濕球濕度計(jì)，干濕球濕度計(jì)的準(zhǔn)確度取決于干球、濕球兩支溫度計(jì)本身的精度；濕度計(jì)必須處于通風(fēng)狀態(tài)：只有紗布水套、水質(zhì)、風(fēng)速都滿足一定要求時(shí)，才能達(dá)到規(guī)定的準(zhǔn)確度。干濕球濕度計(jì)的準(zhǔn)確度只有57rh。而且，干濕球測(cè)濕法采用間接測(cè)量方法，通過測(cè)量干球、濕球的溫度經(jīng)過計(jì)算得到濕度值，因此對(duì)使用溫度沒有嚴(yán)格限制，在高溫環(huán)境下測(cè)濕不會(huì)對(duì)傳感器造成損壞。干濕球測(cè)濕法的維護(hù)相當(dāng)簡(jiǎn)單，在實(shí)際使用中，只需定期

20、給濕球加水及更換濕球紗布即可。接下來，簡(jiǎn)單介紹一下電子式濕度傳感器的特點(diǎn)。電子式濕度傳感器的準(zhǔn)確度可以達(dá)到23rh。電子式濕度傳感器的精度水平要結(jié)合其長(zhǎng)期穩(wěn)定性去判斷。濕度傳感器是采用半導(dǎo)體技術(shù)，因此對(duì)使用的環(huán)境溫度有要求，超過其規(guī)定的使用溫度將對(duì)傳感器造成損壞。所以電子式濕度傳感器測(cè)濕方法更適合于在潔凈及常溫的場(chǎng)合使用。而電子式濕度傳感器是近幾十年，特別是近20年才迅速發(fā)展起來的。濕度傳感器生產(chǎn)廠在產(chǎn)品出廠前都要采用標(biāo)準(zhǔn)濕度發(fā)生器來逐支標(biāo)定，電子式濕度傳感器的準(zhǔn)確度可以達(dá)到23rh。通過上述兩種濕度檢測(cè)方法的分析，不難發(fā)現(xiàn)：電子式傳感器測(cè)濕法和干濕球測(cè)濕法相比具有精度高、操作簡(jiǎn)單、易于控制等

21、特點(diǎn)。另外，前者可外加單片機(jī)等控制器來構(gòu)成一個(gè)智能檢測(cè)系統(tǒng)，而后者不能直觀準(zhǔn)確的顯示出濕度值，造成使用上的不方便。因而本文采用電子式傳感器測(cè)濕法進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)。2.2 設(shè)計(jì)方案的確定可以從以下幾個(gè)方面來確定濕度檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)方案。2.2.1 處理器 采用atmel的at89c51微處理器，是基于以下幾個(gè)因素：（1）89c51為51內(nèi)核，仿真調(diào)試軟硬件資源豐富；（2）性價(jià)比高，貨源充足；（3）dip封裝，體積小，便于產(chǎn)品小型化；（4）為程序存儲(chǔ)介質(zhì)，1000次以上擦/寫周期，便于程序調(diào)試；（5）具有兩種節(jié)能模式：閑置模式和掉電模式，便于進(jìn)行低功耗設(shè)計(jì)；（6）工作電壓范圍寬：2.76v，便于交直流供電

22、。2.2.2 顯示電路就顯示而言，通常可采用液晶顯示或數(shù)碼管顯示。對(duì)于一般的段式液晶屏，需要專門的驅(qū)動(dòng)電路，而且液晶顯示作為一種被動(dòng)顯示，可視性相對(duì)比較差；對(duì)于具有驅(qū)動(dòng)電路和微處理器接口的液晶顯示模塊（字符或點(diǎn)陣），一般多采用并行接口，對(duì)微處理器的接口要求較高，占用資源多。另外ar89c51本身無專門的液晶驅(qū)動(dòng)接口，因此，本系統(tǒng)采用數(shù)碼管顯示方式。數(shù)碼管作為一種主動(dòng)顯示器件，具有亮度高、價(jià)格便宜等特點(diǎn)，而且市場(chǎng)上也有專門的顯示組合數(shù)碼管。2.2.3 鍵盤電路鍵盤是一組開關(guān)的集合，是最常用的輸入設(shè)備之一，智能儀器在面板上均使用鍵盤輸入取代各種傳統(tǒng)的開關(guān)旋鈕，因?yàn)殒I盤控制有簡(jiǎn)單可靠、經(jīng)濟(jì)、易于修改

23、便于遠(yuǎn)程監(jiān)控等特點(diǎn)。在設(shè)計(jì)中為了精簡(jiǎn)系統(tǒng)，本系統(tǒng)只用了一個(gè)鍵，其作用主要就是用來清屏和刷新數(shù)據(jù)。2.3 濕度檢測(cè)儀的主電路設(shè)計(jì)濕度檢測(cè)儀的主電路包括：（1）系統(tǒng)時(shí)鐘電路；（2）系統(tǒng)復(fù)位電路；（3）按鍵電路；（4）顯示電路；（5）電源控制電路；（6）濕度檢測(cè)傳輸及a/d轉(zhuǎn)換電路六部分組成。其硬件系統(tǒng)框圖如圖2.1所示。 圖2.1 系統(tǒng)硬件框圖2.3.1 系統(tǒng)時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)如圖2.2所示。對(duì)于時(shí)間精度要求不是很高的系統(tǒng)，只要按圖2.2進(jìn)行設(shè)計(jì)就能使系統(tǒng)可靠起振并穩(wěn)定運(yùn)行，但是由于圖中的c11、c12電容起著系統(tǒng)時(shí)鐘頻率調(diào)和穩(wěn)定的作用，因此，在本系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用一定要注意選擇參數(shù)為30

24、pf，并保證電路具有良好的對(duì)稱性。同時(shí)，要保證其溫度系數(shù)要盡可能的低。實(shí)驗(yàn)證明，這兩個(gè)電容元件對(duì)系統(tǒng)的檢測(cè)誤差有較大的關(guān)系。 圖2.2 系統(tǒng)時(shí)鐘電路2.3.2系統(tǒng)復(fù)位電路的設(shè)計(jì)智能系統(tǒng)一般應(yīng)有手動(dòng)和上電復(fù)位電路。復(fù)位電路的實(shí)現(xiàn)通常有兩種實(shí)現(xiàn)方式：即用rc電路和p監(jiān)控電路。前者電路實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，成本低，但復(fù)位可靠性相對(duì)較低；后者成本比較高，但復(fù)位可靠性高。對(duì)于復(fù)位要求高,并對(duì)電源電壓進(jìn)行監(jiān)視的場(chǎng)合，大多采用這種方式。（1）p監(jiān)控電路專用p監(jiān)控電路又稱電源監(jiān)視電路，具有上電時(shí)可產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)和電源電壓跌落到“門檻值”時(shí)可產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)等功能。按有效電平分，有高電平輸出、低電平輸出兩種；按功能分，有簡(jiǎn)單的電

25、源監(jiān)視復(fù)位電路、帶“看門狗”定時(shí)器（watch dog timer,wat）的監(jiān)控電路等多種類型。比較常見的生產(chǎn)廠家有 maxim,plilips,imp及dalls等，51系列微處理器中常用的型號(hào)有max831l、max809、x25043/5等。（2） rc復(fù)位電路本系統(tǒng)采用的是rc復(fù)位方式。rc復(fù)位電路的實(shí)質(zhì)是一階充放電電路。該電路提供有效的復(fù)位信號(hào)rst（高電平）直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后撤消復(fù)位信號(hào)（低電平）。從理論上說，51系列單片機(jī)復(fù)位引腳只要外加兩個(gè)機(jī)器周期的有效信號(hào)即可復(fù)位，設(shè)t為保持高電平的時(shí)間，只要保證t=rc2 m(m為機(jī)器周期)便可。但是在實(shí)際設(shè)計(jì)中，通常c1取值為10f以上

26、，r1通常取值10k左右。實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，r1如果取值太小，例如1k，則會(huì)導(dǎo)致 rst信號(hào)驅(qū)動(dòng)能力變差而無法使系統(tǒng)可靠復(fù)位。另外，實(shí)驗(yàn)證明，圖2.3中的虛線所接的續(xù)流二極管d1對(duì)于改善復(fù)位性能，起了重要的作用。它的作用是在電源電壓瞬間下降時(shí)，電容迅速放電，因此一定寬度的電源毛刺也可使系統(tǒng)可靠復(fù)位。 圖2.3 rc復(fù)位電路2.3.3 按鍵與按鈕電路的設(shè)計(jì)按鍵與按鈕電路的設(shè)計(jì)見系統(tǒng)原理圖中s1。按鍵與按鈕電路設(shè)計(jì)中關(guān)鍵要考慮的就是按鍵去抖動(dòng)問題（簡(jiǎn)稱“去抖”）。一般有硬件去抖和軟件去抖兩種方式。過去硬件去抖電路通常采用分立元件或觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)，目前時(shí)常上已有硬件去抖專用接口芯片，例如：maxim公司mas6

27、8151818，均為單電源供電，電壓為2.75.5v，分別為單輸入、雙輸入等形式，輸出端具有欠壓鎖定功能。這里考慮到系統(tǒng)的硬件簡(jiǎn)化和成本，沒有采用硬件去抖，而采用軟件去抖。2.3.4 系統(tǒng)的顯示電路設(shè)計(jì)發(fā)光二極管led（light emitting doide）是智能化測(cè)量?jī)x器中簡(jiǎn)單而常用的輸出設(shè)備，通常用來指示機(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)電壓電流的要求低及容易實(shí)現(xiàn)多路顯示等，因此在智能測(cè)量?jī)x中獲得了廣泛的應(yīng)用7。led是近似于恒壓的元件，導(dǎo)電時(shí)（發(fā)光）的正向壓降一般約為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

28、當(dāng)?shù)南蘖麟娮琛０l(fā)光強(qiáng)度基本上與正向電流成正比。發(fā)光頻率和顏色取決于制造的材料，一般常用紅色，偶爾也用綠色或黃色。多個(gè)led可接成共陽極或共陰極形式，通過驅(qū)動(dòng)器接到系統(tǒng)的并行輸出口上，由cpu輸出適當(dāng)?shù)拇a來點(diǎn)亮或熄滅相應(yīng)的led。發(fā)光二極管顯示器驅(qū)動(dòng)（點(diǎn)亮）方法有兩種。一種是靜態(tài)驅(qū)動(dòng)法，即給欲點(diǎn)亮的led通以恒定的電流。這種驅(qū)動(dòng)方法需要有寄存器、譯碼器、驅(qū)動(dòng)電路等邏輯部件。當(dāng)需要顯示的位數(shù)增加時(shí)，所需的邏輯部件以及連接線也相應(yīng)增加，成本也增加。另一種是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)法，這種方法是給欲點(diǎn)亮的led通以脈沖電流，此時(shí)led的亮度是通斷的平均亮度。為保證亮度，通過led的脈沖電流應(yīng)數(shù)倍于其額定電流值。利用

29、動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)法可以減少系統(tǒng)需要的邏輯部件和連線，智能化測(cè)量控制儀通常采用動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)法。本文正是采用動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)法來實(shí)現(xiàn)顯示電路的設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)顯示采用共陽極數(shù)碼管，其目的是為了簡(jiǎn)化顯示電路的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)亮度可調(diào)的要求。四位數(shù)碼管顯示電路如圖2.4所示。從圖中可知，該顯示電路采用了與一般的電阻限流方式不同的實(shí)現(xiàn)方式，由此減少了48=32個(gè)限流電阻，簡(jiǎn)化了硬件系統(tǒng)。每筆畫段二極管正常發(fā)光時(shí)的電流一般為10ma左右（當(dāng)然，電流大小取決于選用數(shù)碼管是普亮、高亮還是超高亮類型的不同），其兩端壓降約為2.0v，也就是說只要數(shù)碼管的公共端加上+2.0v以上的電壓，即可滿足每筆畫段發(fā)光二極管的發(fā)光要求，而且適當(dāng)調(diào)節(jié)此電壓值

30、即可改變發(fā)光二極管的電流，從而達(dá)到可調(diào)節(jié)亮度的目的。此電壓采用三端可調(diào)穩(wěn)壓電路lm317來實(shí)現(xiàn)。為了節(jié)省cpu的端口數(shù)，顯示電路采用了串行通信口的串行顯示接口方式，利用串口0工作方式， 在發(fā)送txd端口（p3.1）的時(shí)鐘信號(hào)的作用下，通過接收rxd端口（p3.0）將顯示段碼串行數(shù)據(jù)送入8位并行輸出移位寄存器74ls164，控制響應(yīng)的數(shù)碼管。端口p3.2的作用是通過lm317控制數(shù)碼管顯示的開啟與關(guān)閉，當(dāng)p3.2為低電平時(shí)，q1關(guān)斷，lm317的輸出電壓低于1.5v，不足以發(fā)光，避免了在顯示數(shù)據(jù)刷新時(shí)顯示的抖動(dòng)現(xiàn)象。 圖2.4 4位共陽數(shù)碼管顯示電路2.3.5 電源設(shè)計(jì)電源電路是給電子設(shè)備提供必

31、要的電源能力的電路，就輸入和輸出而言，在集成電路中的主要采用的是交流220v，50hz的市電轉(zhuǎn)換為直流電。該部分電路由降壓、整流、濾波、穩(wěn)壓四部分組成。如圖 2.5所示。應(yīng)當(dāng)說明的是，盡管有很多型號(hào)的7805三端穩(wěn)壓集成芯片，其標(biāo)稱最大輸出電流均為1.5a，但是在實(shí)際應(yīng)用中，該最大輸出電流值往往取決于兩個(gè)方面：（1）足夠的散熱面積；（2）不同的生產(chǎn)廠家。按照許多開發(fā)者的經(jīng)驗(yàn)，st公司的7805三端穩(wěn)壓塊能接近標(biāo)準(zhǔn)稱值。在設(shè)計(jì)中，必須保證7805的輸入電壓和輸出電壓的壓差大于2.5v。否則會(huì)失去穩(wěn)壓能力。同時(shí)考慮到功耗，增加芯片的溫升，不利于安全。因此，選用9v。當(dāng)交流電源失電或撤消試銷時(shí)，電壓

32、為6v的直流電源通過二極管投入作用，硅二極管的導(dǎo)通電壓降約為0.2v，因此滿足系統(tǒng)電源要求。 圖2.5 電源控制電路2.3.6 濕度檢測(cè)傳輸及a/d轉(zhuǎn)換電路集成濕度傳感器hm1500的輸出電壓在14v之間隨濕度呈線性變化，設(shè)計(jì)的濕度信號(hào)采集電路如圖2.6所示，該電路測(cè)濕范圍為0%100%rh。由于該電路中沒有出現(xiàn)負(fù)壓，電路主體采用差分式減法電路，精密電阻2.4k，2k，用這四個(gè)電阻可調(diào)節(jié)增益。通過hm1500傳感器測(cè)量所得到的濕度電壓信號(hào)從in輸入。差分的第一端輸入vs。由此可得到輸出電壓的計(jì)算公式： （2.1）若輸入電壓在14v之間變化，測(cè)輸出電壓就相應(yīng)在02.5v之間，調(diào)節(jié)可以消除不同的濕

33、度傳感器零點(diǎn)誤差。圖2.6為系統(tǒng)的濕度傳送和a/d轉(zhuǎn)換電路圖。a/d轉(zhuǎn)換芯片tlc1549與單片機(jī)采用串行通信方式，它通過一個(gè)三態(tài)輸出端（dataout）和2個(gè)輸入端（包括i/oclock（i/o時(shí)鐘）和（片選）與at89c51的p1.0p1.2接口相連，這樣不僅簡(jiǎn)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，減少了電路板的占用面積，而且提高了可靠性，同時(shí)分辨率也較高。 圖2.6濕度傳送和a/d轉(zhuǎn)換電路2.3.7 硬件電路原理圖根據(jù)硬件框圖，對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行了設(shè)計(jì)和分析，最后完成了整個(gè)系統(tǒng)硬件電路原理圖。系統(tǒng)的硬件電路原理圖如2.7所示。 圖2.7濕度檢測(cè)系統(tǒng)硬件電路原理圖2.4 器件的選擇及說明2.4.1 at89c51單片

34、機(jī)簡(jiǎn)介單片機(jī)是singlechipmicrocomputer的直譯8，它反映了早期單片機(jī)的形態(tài)和本質(zhì)。按照面向?qū)ο笠蟛煌瑸橥怀銎淇刂乒δ?，在片?nèi)集成了許多外圍電路及外設(shè)接口，突破了傳統(tǒng)意義上的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)，發(fā)展成microcontroller的體系結(jié)構(gòu)，目前國外已普遍稱之為微控制器mcu（microcontrollerunit）。鑒于它完全作嵌入應(yīng)用，故又稱為嵌入式微控制器(embeddedmicrocontrolle)。大多數(shù)單片機(jī)采用哈佛（harvard）結(jié)構(gòu)體系，即數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間與程序存儲(chǔ)空間相互獨(dú)立的結(jié)構(gòu)體系。它不同于一般通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，即程序和數(shù)據(jù)共用一個(gè)空間的馮.諾伊曼(von

35、neumann)結(jié)構(gòu)。at89c51其引腳圖和內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖2.8、2.9所示。 圖2.8 at89c51引腳圖at89c51單片機(jī)濕度測(cè)控儀采用atmel公司的at89c51單片機(jī)，采用雙列直插封裝（dip），共有40個(gè)引腳。該單片機(jī)采用atmel公司的高密度非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，與美國intel公司生產(chǎn)的mcs51系列單片機(jī)的指令和引腳設(shè)置兼容。其主要特征如下： （1）8位cpu （2）內(nèi)置4k字節(jié)可重復(fù)編程flash，可重復(fù)擦寫1000次（3）完全定態(tài)操作：0hz24hz，可輸出時(shí)鐘信號(hào)（4）256b的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（5）32根可編程i/o線（6）2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器（7）中斷系統(tǒng)有6

36、個(gè)中斷源，可編為兩個(gè)優(yōu)先級(jí)（8）一個(gè)全雙工uart（通用異步接收發(fā)送器）i/o口（9）具有兩種節(jié)能模式：閑置模式和掉電模式 圖2.9 at89c51內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖值得注意的是，p0、p1、p2、p3口作為普通i/o口使用時(shí)都是準(zhǔn)雙向口結(jié)構(gòu)，其輸入操作和輸出操作本質(zhì)不同，輸入操作是讀引腳狀態(tài)，輸出是對(duì)鎖存器的寫入操作。當(dāng)內(nèi)部總線給口鎖存器置0或1時(shí)，鎖存器中的0、1狀態(tài)立即反映到引腳上。但在輸入操作時(shí)，如果鎖存器狀態(tài)為0引腳被鉗位0狀態(tài)，導(dǎo)致無法讀出引腳的高電平輸入。因此，準(zhǔn)雙向口作為輸入口時(shí)，應(yīng)先使鎖存器置1（稱之為置輸入方式）。然后，再讀引腳，例如：要將p1口的狀態(tài)讀入到累加器a中，應(yīng)執(zhí)行以下兩

37、條指令：movp1，#0ffh；p1口置入方式mova，p1；讀p1口引腳狀態(tài)到a另外，i/o口端口具有自動(dòng)識(shí)別功能，保證了無論是p1口（低8位地址）和p2口（高8位地址）的總線復(fù)用，還是p3口的功能復(fù)用，其內(nèi)部資源自動(dòng)選擇而不需要用指令進(jìn)行狀態(tài)選擇。近年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，單片機(jī)的功能越來越強(qiáng)大。由于單片機(jī)的壽命長(zhǎng)、速度快、低功耗、低噪聲、可靠性高的特點(diǎn)及16位、32位單片機(jī)的出現(xiàn)，在工業(yè)領(lǐng)域仍具有很大的發(fā)展?jié)摿Α?.4.2 濕度傳感器hs1101hs1101:是基于獨(dú)特工藝設(shè)計(jì)的電容元件，專利的固態(tài)聚合物結(jié)構(gòu);。高精度2%；極好的線性輸出；。1-99%rh濕度量程；-40到100攝氏

38、度的溫度工作范圍；。響應(yīng)時(shí)間5秒；濕度輸出受溫度影響極??；。5vdc供電，020%rh典型輸出11.6vdc。精度：2%rh（120%rh范圍）。相對(duì)于同類產(chǎn)品價(jià)格極低。適合用于低濕及露點(diǎn)測(cè)量需要的場(chǎng)合，如干燥箱、電纜充氣設(shè)備中干燥氣體濕。防腐蝕性氣體；常溫使用無需溫度補(bǔ)償；無需校準(zhǔn)；。電容與濕度變化0.34pf/%rh;典型值180pf55%rh;長(zhǎng)期穩(wěn)定性及可靠性，年漂移量0.5%rh/年hs1101lf為寬溫度工作范圍：-60-140度 且為環(huán)保型產(chǎn)品，符合歐美標(biāo)準(zhǔn)2.4.3 a/d轉(zhuǎn)換芯片tlc1549本系統(tǒng)采用了以10位開關(guān)電容逐次逼近a/d轉(zhuǎn)換器為基礎(chǔ)而構(gòu)造的cmos a/d轉(zhuǎn)換器

39、tlc1549,它具有片內(nèi)采樣-保持電路，還具有差分高阻抗基準(zhǔn)電壓輸入、抗干擾、可按比例量程校準(zhǔn)轉(zhuǎn)換范圍和總不可調(diào)整誤差達(dá)到1lsb max（4.8mv）等特點(diǎn)。它通過一個(gè)三態(tài)輸出端（dataout）和2個(gè)輸入端（包括i/oclock）和（片選）與at89c51的p1.0p1.2接口相連，這樣不僅簡(jiǎn)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，減少電路板的占用面積，而且提高了可靠性，分辨率也較高。接下來簡(jiǎn)單介紹一下tlc1549原理。如圖2.10所示為tlc1549引腳圖。 圖2.10 tlc1549引腳圖下面對(duì)各個(gè)管腳進(jìn)行簡(jiǎn)單說明。（1）ref+：正參考電壓端輸入端，參考電壓的正端（通常是vcc）被加到ref+。最大的模擬

40、輸入電壓范圍由ref+和ref-之間的電壓差來決定。（2）ref-：負(fù)參考電壓端輸入端，參考電壓的低端（通常為gnd）被加到ref-。（3）：tlc1549的片選信號(hào)輸入端，引腳上由高到低的電平跳變將復(fù)位tlc1549內(nèi)部的計(jì)數(shù)器，并使能data out 和clock；引腳由低到高的跳變將在一段設(shè)定的時(shí)間內(nèi)禁止data out 和clock信號(hào)。（4）analog in：模擬信號(hào)輸入端。（5）data out：數(shù)字信號(hào)輸出端。其工作原理為：在無效的情況下，i/o clock 最初禁止且data out 處于高阻狀態(tài)，當(dāng)串行口把拉至有效時(shí)，轉(zhuǎn)換時(shí)序允許i/oclock 序列提供給i/o cloc

41、k 并從data out 接收前轉(zhuǎn)換結(jié)果。i/o clock 從主機(jī)串行口接受長(zhǎng)度在10和16個(gè)時(shí)鐘之間的輸入序列。開始10個(gè)i/o 時(shí)鐘提供采樣模擬輸入的控制時(shí)序。在的下降沿，前次轉(zhuǎn)換出現(xiàn)10個(gè)時(shí)鐘長(zhǎng)度，那么在10個(gè)時(shí)鐘的下降沿，內(nèi)部邏輯把 data out 拉至低電平，以確保其余位的值為0。在正常的轉(zhuǎn)換周期內(nèi)，規(guī)定時(shí)間內(nèi)端高電平至低電平的跳變可終止改周期，器件返回初始狀態(tài)位。（輸出數(shù)據(jù)寄存器的內(nèi)容保持為前次轉(zhuǎn)換結(jié)果）。由于可能破壞數(shù)據(jù)，所以在接近轉(zhuǎn)換完成時(shí)要防止被拉至低電平。如圖2.12所示。第3章 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)程序共分五個(gè)模塊，即主程序模塊、數(shù)據(jù)采集服務(wù)程序模塊、鍵盤管理服務(wù)程序模塊

42、、數(shù)據(jù)顯示程序模塊、數(shù)據(jù)處理程序模塊。每個(gè)模塊都有一定的功能，其中的模塊還含有一些子模塊，既相互獨(dú)立又相互聯(lián)系，低級(jí)模塊可以被高級(jí)模塊調(diào)用。最后介紹了系統(tǒng)抗干擾技術(shù)。3.1 主程序本系統(tǒng)的智能化核心是at89c51，其監(jiān)控程序和應(yīng)用軟件全部固化在eprom內(nèi)。它的工作過程是：當(dāng)系統(tǒng)上電后，單片機(jī)進(jìn)入監(jiān)控狀態(tài)，同時(shí)完成對(duì)各端口的初始化工作，當(dāng)有鍵按下時(shí)，產(chǎn)生申請(qǐng)中斷，進(jìn)入響應(yīng)的中斷程序，完成鍵盤處理工作。當(dāng)沒有外部控制信息輸入的情況下，系統(tǒng)自動(dòng)采集濕度傳感器的電壓值，最終數(shù)據(jù)在led顯示屏上顯示。其主程序流程圖如圖4.1所示。圖3.1中系統(tǒng)功能智能化的主程序包括初始化程序、自檢程序等。中斷服務(wù)程

43、序包括鍵盤掃描、查表、顯示等。系統(tǒng)軟件主要完成以下功能：（1）濕度傳感器測(cè)量數(shù)量數(shù)據(jù)的采集（2）bcd碼和二進(jìn)制碼的相互轉(zhuǎn)換（3）超濕報(bào)警（4）濕度值的led顯示 圖3.1 主程序流程圖3.2 系統(tǒng)各程序模塊本系統(tǒng)的程序模塊主要有：濕度測(cè)量采集子程序、鍵盤處理子程序和超濕報(bào)警子程序。3.2.1 濕度測(cè)量采集子程序流程圖濕度測(cè)量采集子程序流程如圖3.2所示。對(duì)所有的數(shù)據(jù)都采用先集中采集后分別處理的方法來完成。數(shù)據(jù)采集子程序的功能是把濕度傳感器輸入的模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，存儲(chǔ)在實(shí)測(cè)值存儲(chǔ)單元中去。為了減少誤差，確保測(cè)量的正確性，測(cè)量四次，去掉一個(gè)最高值和一個(gè)最低值，如果中間兩個(gè)數(shù)相差不大于10，則中間兩個(gè)數(shù)的平均值就是測(cè)量的最終數(shù)據(jù)。圖3.2 濕度測(cè)量程序流程圖3.2.2 鍵盤處理子程序流程圖由于按鍵所用開關(guān)為機(jī)械彈性開關(guān)，利用了機(jī)械觸點(diǎn)的合、斷作用。由于機(jī)械觸點(diǎn)的的彈性作用，一個(gè)按鍵開關(guān)在閉合和斷開的瞬間均有一連串的抖動(dòng)，抖動(dòng)時(shí)間的長(zhǎng)短由按鍵的機(jī)械特性決定，一般為510ms，這是一個(gè)很重要的參數(shù)。抖動(dòng)過程引起電平信號(hào)的波動(dòng)，有可能令cpu誤解為多次按鍵操作，從而引起誤處理。為了確保cpu對(duì)一次按鍵動(dòng)作只確認(rèn)一次按鍵，必須消除抖動(dòng)的影響。本系統(tǒng)中只用到了一個(gè)按鍵s1鍵，這個(gè)鍵和單片機(jī)p2.0口連接。按鍵掃描程序流程如圖 3.3所示。利用延遲去抖的方法，先取一次端口數(shù)據(jù)