基于AT89C51單片機(jī)的大棚溫濕度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、7 摘摘 要要 隨著大棚技術(shù)的普及，溫室大棚數(shù)量不斷增多，對(duì)于蔬菜大棚來說，最重要的 一個(gè)管理因素是溫濕度控制。溫濕度太低，蔬菜就會(huì)被凍死或則停止生長，所以要 將溫濕度始終控制在適合蔬菜生長的范圍內(nèi)。傳統(tǒng)的溫度控制是在溫室大棚內(nèi)部懸 掛溫度計(jì)，工人依據(jù)讀取的溫度值來調(diào)節(jié)大棚內(nèi)的溫度。如果僅靠人工控制既耗人 力，又容易發(fā)生差錯(cuò)?，F(xiàn)在，隨著農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)規(guī)模的提高，對(duì)于數(shù)量較多的大棚，傳 統(tǒng)的溫度控制措施就顯現(xiàn)出很大的局性。為此，在現(xiàn)代化的蔬菜大棚管理中通常有 溫濕度自動(dòng)控制系統(tǒng)，以控制蔬菜大棚溫度，適應(yīng)生產(chǎn)需要。 本論文主要闡述了基于 at89c51 單片機(jī)的溫室大棚溫濕度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理， 主要電路

2、設(shè)計(jì)及軟件設(shè)計(jì)等。該系統(tǒng)采用 at89c51 單片機(jī)作為控制器，sht11 作為 溫濕度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，可對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令實(shí)現(xiàn)大棚溫濕度參數(shù)調(diào)節(jié)，根據(jù)實(shí)際 需求設(shè)計(jì)了單片機(jī)硬件系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)處理，數(shù)值顯示，鍵 盤掃描等功能功能。同時(shí)介紹了溫濕度傳感器，單片機(jī)接口，及其應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)， 該基于單片機(jī)和 sht11 溫濕度傳感器的大棚溫濕度控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)性能可靠，結(jié) 構(gòu)簡單，能實(shí)現(xiàn)對(duì)溫室內(nèi)溫濕度的自動(dòng)調(diào)節(jié)。 關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：at89c51；sht11；大棚；溫濕度；控制系統(tǒng)；傳感器；單片機(jī) abstract with the popularization of trellis

3、 technology, greenhouse trellis an ever-growing number, for vegetable shed speaking, one of the most important management factor is the temperature and humidity control. temperature is too low, the vegetables will freeze to death or stop growing, so will always control temperature and humidity in a

4、suitable vegetable growth range. traditional temperature control is in greenhouse trellis internal hanging a thermometer, workers according to regulate the temperature reading the temperature inside the shelter. if only by artificial control both consumption manpower, and easy to place regular order

5、s. now, with the improvement of agricultural industry scale, for larger quantity of trellis, traditional temperature control measures will show great bureau sex. therefore, in modern vegetable shed management zhongtong often temperature and humidity automatic control system, in order to control the

6、temperature, adapt to the trellis vegetable production needs. this thesis mainly elaborated based on at89c51 tomatoes canopy temperature and humidity control system design principle, main circuit design and software design, etc. this system uses at89c51 single chip microcomputer as controller, sht10

7、 as temperature and humidity data acquisition system, may to the actuator directives realize trellis temperature and humidity parameters adjustment, has the upper and lower level computer directly set temperature range, temperature and humidity real-time display, and other functions.according to the

8、 actual demand design the microcontroller hardware system, this system can realize data acquisition, data processing, the numerical display, keyboard scan function function. at the same time, temperature and humidity sensor is introduced, and its application software interface chip design, this base

9、d on scm and sht10 temperature and humidity sensor shelter, temperature and humidity control system reliable performance, the system structure is simple, can realize the automatic adjustment of the temperature and humidity in a greenhouse. key words：at89c51; sht10;vegetable shed; temperature and hum

10、idity; control system; sensor;single-chip microcomputer 目目 錄錄 1.1.緒論緒論.4 4 1.11.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)背景系統(tǒng)設(shè)計(jì)背景.4 4 1.21.2 系統(tǒng)功能、優(yōu)勢(shì)及特點(diǎn)系統(tǒng)功能、優(yōu)勢(shì)及特點(diǎn).4 4 2.2. 設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)內(nèi)容.5 5 2.12.1 總體方案的設(shè)計(jì)總體方案的設(shè)計(jì).5 5 2.1.12.1.1 設(shè)計(jì)思想設(shè)計(jì)思想.5 5 2.1.22.1.2 系統(tǒng)組成及框圖系統(tǒng)組成及框圖.5 5 2.22.2 系統(tǒng)主要電路的設(shè)計(jì)系統(tǒng)主要電路的設(shè)計(jì).6 6 2.2.12.2.1 主要芯片主要芯片 89c5189c51 的功能及引腳圖的功能

11、及引腳圖.6 6 2.2.22.2.2 溫濕度檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)溫濕度檢測(cè)電路的設(shè)計(jì).7 7 2.2.32.2.3 溫濕度傳感器溫濕度傳感器 sht11sht11 的工作原理的工作原理.8 8 2.2.42.2.4 溫濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)溫濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計(jì).9 9 2.2.52.2.5 x25045x25045 簡介簡介.9 9 3.3. 硬件設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì).1 10 0 3.13.1 溫濕度測(cè)量電溫濕度測(cè)量電路路 .1 10 0 3.23.2 lcdlcd 顯示電路顯示電路.1 11 1 3.33.3 鍵盤掃描電路鍵盤掃描電路.1 12 2 3.43.4 輸出接口控制電路輸出接口控制電路.1 13

12、 3 3.53.5 單片機(jī)與單片機(jī)與 x25045x25045 接口電路接口電路.1414 4.4. 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì).1 15 5 4.14.1 系統(tǒng)主程序系統(tǒng)主程序.1 15 5 4.24.2 鍵盤掃描子程序，消抖程序流程圖鍵盤掃描子程序，消抖程序流程圖.1 16 6 4.34.3 1602lcd1602lcd 液晶顯示程序流程圖液晶顯示程序流程圖.1 19 9 4.44.4 溫濕度讀取子程序溫濕度讀取子程序.1 19 9 4.54.5 鍵盤掃描源程序鍵盤掃描源程序.2 20 0 4.64.6 顯示程序顯示程序.2 22 2 4.74.7 溫濕度采集程序溫濕度采集程序.2 26

13、 6 參考文獻(xiàn).27 引 言 在現(xiàn)代的溫室種植技術(shù)中，溫度、濕度是溫室蔬菜能否茁壯成長的重要因素。 現(xiàn)在我國溫室生產(chǎn)規(guī)模雖然空前巨大，但是溫室的設(shè)備比較陳舊，溫度采集方式落 后，廣大農(nóng)村采用煤油溫度計(jì)的溫度采集方式，不僅溫度采集較為老套，并且費(fèi)時(shí) 費(fèi)力，不利于溫室生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，也不利于信息化程度的提高，不符合黨中央提 出的科技興農(nóng)的戰(zhàn)略目標(biāo)。 農(nóng)業(yè)是人類社會(huì)最古老的行業(yè)，是各行各業(yè)的基礎(chǔ)，也是人類頓以生存的最重 要的行業(yè)，由傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)變，由粗放經(jīng)營向集約經(jīng)營轉(zhuǎn)變，必須要求 農(nóng)業(yè)科技有一個(gè)大的發(fā)展，進(jìn)行一次新的農(nóng)業(yè)技術(shù)革命。科技的發(fā)展促進(jìn)了農(nóng)業(yè)的 發(fā)展，溫室大棚在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用越來越

14、廣泛。傳統(tǒng)的溫室大棚的自動(dòng)化程度很低， 基本是是粗放型的人工操作，即便對(duì)于所給定的量，在操作中無法進(jìn)行有效的控制， 很大程度上限制了溫室大棚的經(jīng)濟(jì)效益。 現(xiàn)代智能控制系統(tǒng)是進(jìn)行溫室大棚溫濕度控制的有效手段和工具，它可以提高 操作的準(zhǔn)確性，有利于控制過程的科學(xué)管理，也降低了對(duì)操作者本身素質(zhì)的要求和 體力勞動(dòng)強(qiáng)度。除此之外，它還能準(zhǔn)確、定時(shí)、定量、高效的進(jìn)行溫濕度控制，可 以節(jié)省人力、體力而提高質(zhì)量和產(chǎn)量。智能溫室大棚控制系統(tǒng)在我國農(nóng)業(yè)中的使用 為數(shù)不多，與發(fā)達(dá)國家相比，有較大的差距，有很多是基本停留在人工操作，即使 有些使用的了自動(dòng)控制系統(tǒng)，但是也是以經(jīng)驗(yàn)來自行設(shè)定很多參數(shù)，使得不能物盡 其用而

15、又造成浪費(fèi)。只有提高自動(dòng)控制系統(tǒng)的智能，使得在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中更加智能和 方便并采用廉價(jià)的器材使其價(jià)格能被廣大農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者所接受，才能促進(jìn)智能溫室大 棚溫濕度控制在農(nóng)業(yè)中的廣泛應(yīng)用和提高其經(jīng)濟(jì)效益。 隨著微型計(jì)算機(jī)和傳感器技術(shù)的迅猛發(fā)展，其價(jià)格低、可靠性高，給改造農(nóng)業(yè) 帶來了很多便利。用高新技術(shù)改造農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，是我國農(nóng)業(yè)和國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的根 本大事。本文旨在對(duì)溫室大棚溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，一種基于 51 單片機(jī)的控制 系統(tǒng)，通過高靈敏度的溫濕度傳感器檢測(cè)大棚內(nèi)的溫濕度，并通過控制系統(tǒng)進(jìn)行溫 室度調(diào)節(jié)。 第一章 緒論 1.1 課題的提出和意義 隨著社會(huì)的發(fā)展, 各種園藝溫室和農(nóng)作物溫室的數(shù)量在不斷增加。

16、這些溫室 有的也安裝有各種加熱、加濕、通風(fēng)和降溫的設(shè)備, 但對(duì)于相應(yīng)設(shè)備的操作大多 還是由人工來完成。當(dāng)溫室的面積達(dá)到上千平米甚至更大時(shí), 操作人員的勞動(dòng)強(qiáng) 度會(huì)變的很大,并且光靠人工也已經(jīng)無法完成溫室內(nèi)的溫度和濕度的調(diào)節(jié)。 該課題研究的溫室控制系統(tǒng)可完成對(duì)溫室內(nèi)溫濕度的自動(dòng)測(cè)量和調(diào)節(jié), 大大 降低了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度, 并且使溫室達(dá)到了比較先進(jìn)的管理水平。 并且在我國的發(fā)展過程中，我國的溫、濕度自動(dòng)調(diào)節(jié)及報(bào)警系統(tǒng)經(jīng)歷了從無 到有、從簡單到復(fù)雜的發(fā)展過程，其智能化程度也越來越高。在我國的一些中小 城市，就日光溫室的現(xiàn)狀來看，許多地方依然靠開關(guān)門窗來調(diào)節(jié)溫濕度，這種方 法不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，效率低，準(zhǔn)

17、確度也不高，隨機(jī)性大，當(dāng)然也就不夠科學(xué)。因此， 需要研制一種結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低廉的測(cè)控系統(tǒng)來達(dá)到自動(dòng)調(diào)節(jié)溫濕度調(diào)節(jié)及報(bào)警 的目的。 隨著科技的迅猛發(fā)展，我國逐漸實(shí)現(xiàn)日光溫室系統(tǒng)管理智能化，但是智能化 程度與普及率過低。雖然有些也引進(jìn)了一些國外的計(jì)算機(jī)智能控制系統(tǒng)，如溫室 環(huán)境控制系統(tǒng)。也真正實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化、智能化、自動(dòng)化，但投資過大，系統(tǒng)故障 維護(hù)不便，且經(jīng)濟(jì)效益過低。因此實(shí)現(xiàn)開發(fā)低價(jià)位實(shí)用型日光溫室系統(tǒng)已迫在眉 睫，對(duì)于推進(jìn)我國日光溫室智能化管理以及最大限度的減少倉庫火災(zāi)進(jìn)程具有極 為重要的意義，同時(shí)也具有很大的市場(chǎng)商機(jī)。 日光溫室以其低成木、節(jié)能耗的優(yōu)點(diǎn)被大而積推廣，成為我國現(xiàn)階段主要農(nóng) 業(yè)設(shè)

18、施類型。近年來，單片機(jī)在我國的許多領(lǐng)域均得到了廣泛的應(yīng)用，其優(yōu)良的 性價(jià)比特別適合于日光溫室的建設(shè)要求。因此，利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)日光溫室內(nèi)環(huán)境 與水肥灌溉的自動(dòng)控制，營造作物適宜的生長環(huán)境，是使日光溫室生產(chǎn)能夠持續(xù) 快速發(fā)展和解決實(shí)際生產(chǎn)管理問題的重要手段。 我國農(nóng)業(yè)正處在從傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向以優(yōu)質(zhì)、高效、高產(chǎn)為目的的現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)化 的新階段。農(nóng)業(yè)環(huán)境控制工程作為農(nóng)業(yè)生物速生、優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)手段是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化 的重要標(biāo)志，農(nóng)業(yè)設(shè)施的自動(dòng)檢測(cè)與控制是我國急待發(fā)展的項(xiàng)目。我國目前大多 數(shù)溫室內(nèi)的環(huán)境仍靠人工根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來管理，從某種程度上也影響了其效益和發(fā)展。 同時(shí)微型計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的軟、硬件邏輯功能、高性能價(jià)格比、高可靠

19、性，為溫室自 動(dòng)管理提供了強(qiáng)有力的手段，也為實(shí)現(xiàn)溫室的標(biāo)準(zhǔn)化、自動(dòng)化奠定了基礎(chǔ)環(huán)境控 制對(duì)作物生產(chǎn)的重要作用己為國內(nèi)外大量的科學(xué)實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)實(shí)踐所證實(shí)。只有在 適宜的環(huán)境條件下，作物才能充分發(fā)揮其高產(chǎn)潛力。幾十年來，有關(guān)作物生理和 其生長環(huán)境的研究，不僅指導(dǎo)了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，而且為溫室環(huán)境工程及控制的研究提 供了依據(jù)和參數(shù)。但如何把這類系統(tǒng)用計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)監(jiān)控，從而為作物提供最佳 的生長環(huán)境，一直是研究者面臨的一項(xiàng)重要的任務(wù)。 鑒于上述，本文提出了溫室自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。系統(tǒng)以 89c51 單片機(jī)為中 心，編制出一套溫室自動(dòng)控制系統(tǒng) 1.2 國內(nèi)外研究發(fā)展概況 溫室是一種可以改變植物生長環(huán)境、為植物生長

20、創(chuàng)造最佳條件、避免外界四 季變化和惡劣氣候?qū)ζ溆绊懙膱?chǎng)所。它以采光覆蓋材料作為全部或部分結(jié)構(gòu)材料， 可在冬季或其他不適宜露地植物生長的季節(jié)栽培植物。溫室生產(chǎn)以達(dá)到調(diào)節(jié)產(chǎn)期， 促進(jìn)生長發(fā)育，防治病蟲害及提高質(zhì)量、產(chǎn)量等為目的。而溫室設(shè)施的關(guān)鍵技術(shù) 是環(huán)境控制，該技術(shù)的最終目標(biāo)是提高控制與作業(yè)精度。 國外對(duì)溫室環(huán)境控制技術(shù)研究較早，始于 20 世紀(jì) 70 年代。先是采用模擬式 的組合儀表，采集現(xiàn)場(chǎng)信息并進(jìn)行指示、記錄和控制。80 年代末出現(xiàn)了分布式控 制系統(tǒng)。目前正開發(fā)和研制計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)的多因子綜合控制系統(tǒng)?，F(xiàn) 在世界各國的溫室控制技術(shù)發(fā)展很快，一些國家在實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的基礎(chǔ)上正向著完 全自

21、動(dòng)化、無人化的方向發(fā)展。像園藝強(qiáng)國荷蘭，以先進(jìn)的鮮花生產(chǎn)技術(shù)著稱于 世，其玻璃溫室全部由計(jì)算機(jī)操作。日本研制的蔬菜塑料大棚在播種、間苗、運(yùn) 苗、灌水、噴藥等作業(yè)的自動(dòng)化和無人化方面都有應(yīng)用。日本利用計(jì)算機(jī)控制溫 室環(huán)境因素的方法，主要是將各種作物不同生長發(fā)育階段所需要的環(huán)境條件輸入 計(jì)算機(jī)程序，當(dāng)某一環(huán)境因素發(fā)生改變時(shí)，其余因素自動(dòng)作出相應(yīng)修正或調(diào)整。 一般以光照條件為始變因素，溫度、濕度和 co2 濃度為隨變因素，使這四個(gè)主要 環(huán)境因素隨時(shí)處于最佳配合狀態(tài)。美國和荷蘭還利用差溫管理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)花卉、 果蔬等產(chǎn)品的開花和成熟期進(jìn)行控制，以滿足生產(chǎn)和市場(chǎng)的需要。英國倫敦大學(xué) 農(nóng)學(xué)院研制的溫室計(jì)算

22、機(jī)遙控技術(shù)，可以觀測(cè) 50km 以外溫室內(nèi)的光、溫、濕、氣 和水等環(huán)境狀況，并進(jìn)行遙控。 我國對(duì)于溫室控制技術(shù)的研究較晚，始于 20 世紀(jì) 80 年代。我國工程技術(shù)人 員在吸收發(fā)達(dá)國家溫室控制技術(shù)的基礎(chǔ)上，才掌握了人工氣候室內(nèi)微機(jī)控制技術(shù)， 該技術(shù)僅限于溫度、濕度和 co2濃度等單項(xiàng)環(huán)境因子的控制。之后，我國的溫室控 制技術(shù)得到了迅速發(fā)展。20 世紀(jì) 80 年代，由于當(dāng)時(shí)只注重引進(jìn)溫室設(shè)備，而忽略 了溫室的管理技術(shù)和栽培技術(shù)，且引進(jìn)的溫室能耗過高，致使企業(yè)相繼虧損或停 產(chǎn)。90 年代初，我國大型溫室跌入了發(fā)展的低谷。 “九五”初期，以以色列溫室為 代表的北京中以示范農(nóng)場(chǎng)的建立，拉開了我國第二次

23、學(xué)習(xí)和引進(jìn)國外現(xiàn)代溫室技 術(shù)的序幕。到 90 年代中后期，在對(duì)國外溫室設(shè)備配置、溫室栽培品種、栽培技術(shù) 等各個(gè)方面進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上，我國自主開發(fā)了一些研究性質(zhì)的環(huán)境控制系統(tǒng)。 1995 年，北京農(nóng)業(yè)大學(xué)研制成功了“wjg-1 型實(shí)驗(yàn)溫室環(huán)境監(jiān)控計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)” ， 此系統(tǒng)屬于小型分布式數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)。1996 年，江蘇理工大學(xué)毛罕平等研制 成功了使用工控機(jī)進(jìn)行管理的植物工廠系統(tǒng)。該系統(tǒng)能對(duì)溫度、光照、co2 濃度、 營養(yǎng)液和施肥等進(jìn)行綜合控制，是目前國產(chǎn)化溫室控制技術(shù)比較典型的研究成果。 中國農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院研制成功了新型智能溫室系統(tǒng)。該系統(tǒng)由大棚本體及 通風(fēng)降溫系統(tǒng)、太陽能貯存系統(tǒng)、燃

24、油熱風(fēng)加熱系統(tǒng)、灌溉系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)環(huán)境參 數(shù)測(cè)控系統(tǒng)等組成。1997 年以來，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)在溫室環(huán)境的自動(dòng)控制技術(shù)方面 也取得了一定的成果。90 年代末，河北職業(yè)技術(shù)師范學(xué)院的閏忠文研制了蔬菜大 棚，其能夠?qū)?、濕度進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量與控制。但由于我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化水平較低， 農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力大量過剩，溫室的一次性投資大，資金短缺以及對(duì)操作人員的素質(zhì)要 求比較高等因素，限制了溫室控制技術(shù)在溫室系統(tǒng)的擴(kuò)展。 1.3 本課題的主要研究內(nèi)容 本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的硬件主要包括：主要是單片機(jī) at89c51，檢測(cè)系統(tǒng)，顯示電路， 報(bào)警電路等。利用傳感器測(cè)量大棚內(nèi)的溫濕度經(jīng)過信號(hào)處理，將傳感器測(cè)得的數(shù)據(jù) 送至控制系統(tǒng)（at89c

25、51） ，與預(yù)設(shè)的農(nóng)作物最適合生長的溫濕度值的上下限進(jìn)行對(duì) 比，并通過顯示電路將測(cè)得的溫濕度進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。如果不同作物的適合生長的溫 度不一樣，可以通過鍵盤電路修改預(yù)設(shè)值。控制系統(tǒng)根據(jù)比較的結(jié)果對(duì)控制系統(tǒng)發(fā) 出相應(yīng)的指令，通過五個(gè)不同的 led 燈發(fā)光，分別表示正常、加熱、降溫、加濕、 干燥五個(gè)控制命令，并且如果測(cè)得的溫度超過了預(yù)設(shè)溫度的下限，則報(bào)警電路會(huì)報(bào) 警。這樣就實(shí)現(xiàn)了溫室自動(dòng)監(jiān)控及低溫預(yù)警的目的。 本文主要研究內(nèi)容如下： 1.進(jìn)行溫濕度控制系統(tǒng)的整體研究與設(shè)計(jì)。 2.利用鍵盤設(shè)置溫濕度的上下限值。 3.利用數(shù)字溫濕度傳感器測(cè)量大棚內(nèi)的溫濕度。 4.利用 lcd 對(duì)溫濕度進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。

26、5.當(dāng)溫室溫度低于溫度下限時(shí)，系統(tǒng)可自動(dòng)報(bào)警，并通過不同 led 發(fā)光表示不 同控制信號(hào) 9 第二章第二章 設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)方案 2.1 溫濕度傳感器的選擇 溫濕度傳感器在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、氣象、環(huán)保、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域得到越來越廣泛的 應(yīng)用。溫濕度采集系統(tǒng)目前普遍采用的幾種方案： 方案一：采用單總線的ds1820的溫度傳感器和hs110x相對(duì)濕度傳感器組成 的溫濕度采集系統(tǒng)。 方案二：采用集溫濕度傳感器于一體的sht11芯片為主要芯片的溫濕度采集 系統(tǒng)。 由于傳統(tǒng)的模擬式濕度傳感器（方案一）不僅要設(shè)計(jì)信號(hào)調(diào)理電路，還要 經(jīng)過復(fù)雜的校準(zhǔn)和標(biāo)定過程，其測(cè)量精度難以保證。而 sht11 是瑞士 sensiri- o

27、n 公司生產(chǎn)的具有二線串行接口的單片全校準(zhǔn)數(shù)字式新型相對(duì)濕度和溫度傳感 器，可用來測(cè)量相對(duì)濕度、溫度和露點(diǎn)等參數(shù)，具有數(shù)字式輸出、免調(diào)試、免 標(biāo)定、免外圍電路及全互換的特點(diǎn)。該傳感器將 cmos 芯片技術(shù)與傳感器技術(shù)融 合，為開發(fā)高集成度、高精度、高可靠性的溫濕度測(cè)控系統(tǒng)提供了解決方案。 所以本設(shè)計(jì)采用的是方案二。 2.2 系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì) 溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)要滿足以下條件：溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能完成數(shù)據(jù)采集和處理、 顯示、輸出控制信號(hào)等多種功能。由數(shù)據(jù)采集、鍵盤掃描、單片機(jī)、數(shù)據(jù)顯示 等部分組成。該測(cè)控系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)采集（檢測(cè)室內(nèi)的溫度）、實(shí)時(shí)顯示、（對(duì) 監(jiān)測(cè)到的溫濕度進(jìn)行顯示）、實(shí)時(shí)報(bào)警（根據(jù)監(jiān)測(cè)的結(jié)果

28、，低于預(yù)設(shè)定的值的 進(jìn)行蜂鳴警告）的功能。 傳感器是實(shí)現(xiàn)測(cè)量首要環(huán)節(jié)，是監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，如果沒有傳感器對(duì) 原始被測(cè)信號(hào)進(jìn)行準(zhǔn)確可靠的捕捉和轉(zhuǎn)換，一切準(zhǔn)確的測(cè)量和控制都將無法實(shí) 現(xiàn)。工業(yè)生產(chǎn)過程的自動(dòng)化測(cè)量和控制，幾乎主要依靠各種傳感器來檢測(cè)和控 制生產(chǎn)過程中的各種參量，使設(shè)備和系統(tǒng)正常運(yùn)行在最佳狀態(tài)，從而保證生產(chǎn) 的高效率和高質(zhì)量 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)框圖如圖 2-1 所示： 10 溫濕度測(cè)量電路 鍵盤掃描電路 復(fù)位和時(shí)鐘電路 at89c51 報(bào)警電路 顯示電路 超限處理電路 2-1 系統(tǒng)整體框圖 第三章 硬件設(shè)計(jì) 3.1 芯片介紹 3.1.1 單片機(jī) at89c51 為了設(shè)計(jì)此系統(tǒng)，我們采用了

29、 80c51 單片機(jī)作為控制芯片。89c51 是 mcs- 51 系列單片機(jī)中 cmos 工藝的一個(gè)典型品種 ；其它廠商以 8951 為基核開發(fā)出 的 cmos 工藝單片機(jī)產(chǎn)品統(tǒng)稱為 89c51 系列。該系列單片機(jī)是采用高性能的靜態(tài) 89c51 設(shè)計(jì) 由先進(jìn) cmos 工藝制造并帶有非易失性 flash 程序存儲(chǔ)器 全部支持 12 時(shí)鐘和 6 時(shí)鐘操作 p89c51x2 和 p89c52x2/54x2/58x2 分別包含 128 字節(jié)和 256 字節(jié) ram 32 條 i/o 口線 3 個(gè) 16 位定時(shí)/計(jì)數(shù)器 6 輸入 4 優(yōu)先級(jí)嵌套中斷 結(jié)構(gòu) 1 個(gè)串行 i/o 口可用于多機(jī)通信 i/o

30、擴(kuò)展或全雙工 uart 以及片內(nèi)振蕩器 和時(shí)鐘電路。此外，由于器件采用了靜態(tài)設(shè)計(jì)，可提供很寬的操作頻率范圍， 頻率可降至 0 ?？蓪?shí)現(xiàn)兩個(gè)由軟件選擇的節(jié)電模式，空閑模式和掉電模式，空 閑模式凍結(jié) cpu 但 ram 定時(shí)器，串口和中斷系統(tǒng)仍然工作掉電模式保存 ram 的 內(nèi)容 但是凍結(jié)振蕩器 導(dǎo)致所有其它的片內(nèi)功能停止工作。由于設(shè)計(jì)是靜態(tài)的 時(shí)鐘可停止而不會(huì)丟失用戶數(shù)據(jù) 運(yùn)行可從時(shí)鐘停止處恢復(fù)。 1、89c51 的基本結(jié)構(gòu)如圖 3-8 所示： 時(shí)鐘電路 總線控制 cpu rom/eprom/flash 4k 字節(jié) ram 128字節(jié) sfr 21個(gè) 定時(shí)/計(jì)數(shù)器 2個(gè) 中斷系統(tǒng) 5中斷源、2優(yōu)

31、先級(jí) 串行口 全雙工 2個(gè) 并行口 4個(gè) rst ea ale psen xtal2xtal1 p0p1p2p3 vcc vss 11 圖 3-8 89c51 結(jié)構(gòu)圖 2、89c51 的引腳圖如圖 3-9 所示： 圖 3-9 89c51 引腳圖 89c51 的制作工藝為 cmos，采 用 40 管腳雙列直插 dip 封裝，引腳說明如下： 12 vcc：供電電壓。 gnd：接地。 p0 口：p0 口為一個(gè) 8 位漏級(jí)開路雙向 i/o 口，每腳可吸收 8ttl 門電流。 當(dāng) p1 口的管腳第一次寫 1 時(shí)，被定義為高阻輸入。p0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在

32、fiash 編程時(shí)，p0 口作為原 碼輸入口，當(dāng) fiash 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，p0 輸出原碼，此時(shí) p0 外部必須被拉高。 p1 口：p1 口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 i/o 口，p1 口緩沖器能 接收輸出 4ttl 門電流。p1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， p1 口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 flash 編程和校驗(yàn)時(shí)，p1 口作為第八位地址接收。 p2 口：p2 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 i/o 口，p2 口緩沖器可接收， 輸出 4 個(gè) ttl 門電流，當(dāng) p2 口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且 作為輸入。

33、并因此作為輸入時(shí)，p2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由 于內(nèi)部上拉的緣故。p2 口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 進(jìn)行存取時(shí)，p2 口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉 優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，p2 口輸出其特殊功能寄存器 的內(nèi)容。p2 口在 flash 編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。 p3 口：p3 口管腳是 8 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 i/o 口，可接收輸出 4 個(gè) ttl 門電流。當(dāng) p3 口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。 作為輸入，由于外部下拉為低電平，p3 口將輸出電流（ill）這是由于

34、上拉的 緣故。 p3 口也可作為 at89c51 的一些特殊功能口，如下表所示： 口管腳 備選功能 p3.0 rxd（串行輸入口） p3.1 txd（串行輸出口） p3.2 /int0（外部中斷 0） p3.3 /int1（外部中斷 1） p3.4 t0（記時(shí)器 0 外部輸入） p3.5 t1（記時(shí)器 1 外部輸入） 13 p3.6 /wr（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通） p3.7 /rd（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） p3 口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。 rst：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持 rst 腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電 平時(shí)間。 ale/prog：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的

35、輸出電平用于鎖存地址 的地位字節(jié)。在 flash 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ale 端 以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用 作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存 儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè) ale 脈沖。如想禁止 ale 的輸出可在 sfr8eh 地址上置 0。 此時(shí)， ale 只有在執(zhí)行 movx，movc 指令是 ale 才起作用。另外，該引腳被略 微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ale 禁止，置位無效。 psen：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè) 機(jī)器周期兩次/psen 有效。但在

36、訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/psen 信 號(hào)將不出現(xiàn)。 ea/vpp：當(dāng)/ea 保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000h- ffffh），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式 1 時(shí)，/ea 將內(nèi)部鎖定為 reset；當(dāng)/ea 端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在 flash 編程期間，此 引腳也用于施加 12v 編程電源（vpp）。 xtal1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 xtal2：來自反向振蕩器的輸出。 3、89c51 的存儲(chǔ)器配置 14 圖 3-10 89c51 存儲(chǔ)器配置 4、程序存儲(chǔ)器 與 rom 密切相關(guān)的兩個(gè)引腳 地址鎖存允許信號(hào)端 外

37、部程序存儲(chǔ)器允許輸出信號(hào)端 當(dāng) rom 容量不夠時(shí),盡量選擇高容量存儲(chǔ)器空間的單片機(jī),如 89c52,89c54,89c58 等,應(yīng)避免外擴(kuò)程序存儲(chǔ)器,因?yàn)闀?huì)增加硬件負(fù)擔(dān). 通過 16 位 pc 尋址,最大可尋址 64kb 地址空間 5、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器用于存放運(yùn)算中間的結(jié)果、數(shù)據(jù)暫存、緩沖、標(biāo)志位、待測(cè)程 序等功能。 片內(nèi)的 128b 的 ram 地址為 00h7fh，供用戶做 ram 用，但是在這中間的 前 32 單元，00h1fh 即引用地址尋址做用戶 ram 用，常常做工作寄存器區(qū)， 分做四組，每組由 8 個(gè)單元組成通用寄存器 r0r7，任何時(shí)候都由其中一組作 為當(dāng)前工作寄存器，

38、通過 rs0，rs1 的內(nèi)容來決定選擇哪一個(gè)工作寄存器。 低 128 字節(jié)中的 20h2fh 共 16 字節(jié)可用位尋址方式訪問各位，共 128 個(gè) 位地址，30h7fh 共 80 個(gè)單元為用戶 ram 區(qū)，作堆棧或數(shù)據(jù)緩沖用，片內(nèi) ram 不夠用時(shí)，須擴(kuò)展片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。此時(shí)單片機(jī)通過 p2 口和 p0 口選出 6 位地 址，使用 ale 作低 8 位的鎖存信號(hào)，再由 p0 口寫入或讀出數(shù)據(jù)。寫時(shí)用， 讀時(shí)用做外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的選通信號(hào) 6、特殊功能寄存器 sfr 15 表 3-3 特殊功能寄存器 sfr 的位置 7、89c51 的工作模式 有四種工作模式：模式 0，模式 1，模式 2，模式 3

39、 模式 0：選擇定時(shí)器的高 8 位和低 5 位組成一個(gè) 13 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。tl 低 5 位溢出時(shí)向 th 進(jìn)位，th 溢出時(shí)向中斷標(biāo)志位 tf 進(jìn)位，并申請(qǐng)中斷。 定時(shí)時(shí)間 t=(213-初值)振蕩周期12；計(jì)數(shù)長度位 213=8192 個(gè)外部脈 沖 模式 1：與模式 0 的唯一差別是寄存器 th 和 tl 以全部 16 位參與操作。定 時(shí)時(shí)間 t=(216-初值)振蕩周期12；計(jì)數(shù)長度位 216=65536 個(gè)外部脈沖 模式 2：把 tl0 和 tl1 配置成一個(gè)自動(dòng)重裝載的 8 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。tl 用 作 8 位計(jì)數(shù)器，th 用以保存初值。tl 計(jì)數(shù)溢出時(shí)不僅使 tf0 置 1，

40、而且還自動(dòng) 將 th 中的內(nèi)容重新裝載到 tl 中。 定時(shí)時(shí)間 t=(28-初值)振蕩周期12；計(jì)數(shù)長度位 28=256 個(gè)外部脈沖 模式 3：對(duì) t0 和 t1 不大相同 16 若設(shè) t0 位模式 3，tl0 和 th0 被分為兩個(gè)相互獨(dú)立的 8 位計(jì)數(shù)器。tl0 為 8 位計(jì)數(shù)器，功能與模式 0 和模式 1 相同，可定時(shí)可計(jì)數(shù)。 th0 僅用作簡單的內(nèi)部定時(shí)功能，它占用了定時(shí)器 t1 的控制位 tr1 和中斷 標(biāo)志位 tf1，啟動(dòng)和關(guān)閉僅受 tr1 控制。 定時(shí)器 t1 無工作模式 3，但 t0 在工作模式 3 時(shí) t1 仍可設(shè)置為 02。 3.1.2 溫濕度傳感器sht11 sht11是

41、瑞士scnsirion公司推出的一款數(shù)字溫濕度傳感器芯片。溫濕度傳 感器sht11集溫度傳感器和濕度傳感器于一體，因此采用sht11進(jìn)行溫濕度實(shí)時(shí) 監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)具有精度高、成本低、體積小、接口簡單等優(yōu)點(diǎn)；另外sht11芯片內(nèi) 部集成了14位a/d轉(zhuǎn)換器，且采用數(shù)字信號(hào)輸出，因此抗干擾能力也比同類芯片 高。該芯片在溫濕度監(jiān)測(cè)、自動(dòng)控制等領(lǐng)域均已得到廣泛應(yīng)用。該芯片廣泛應(yīng) 用于暖通空調(diào)、汽車、消費(fèi)電子、自動(dòng)控制等領(lǐng)域。共主要特點(diǎn)如下： 高度集成，將溫度感測(cè)、濕度感測(cè)、信號(hào)變換、a/d轉(zhuǎn)換和加熱器等功能 集成到一個(gè)芯片上； 提供二線數(shù)字串行接口sck和data，接口簡單，支持crc傳輸校驗(yàn)，傳輸 可靠

42、性高； 測(cè)量精度可編程調(diào)節(jié)，內(nèi)置a/d轉(zhuǎn)換器(分辨率為812位，可以通過對(duì)芯 片內(nèi)部寄存器編程選擇)； 測(cè)量精確度高，由于同時(shí)集成溫濕度傳感器，可以提供溫度補(bǔ)償?shù)臐穸?測(cè)量值和高質(zhì)量的露點(diǎn)計(jì)算功能； 封裝尺寸超小(7.62 mm5.08mm2.5 mm)，測(cè)量和通信結(jié)束后，自動(dòng)轉(zhuǎn) 入低功耗模式； 高可靠性，采用cmosens工藝，測(cè)量時(shí)可將感測(cè)頭完全浸于水中。 sht11溫濕度傳感器采用smd(lcc)表面貼片封裝形式，接口非常簡單，引腳 名稱 及各引腳的功能如下： 腳1-gnd和腳4-vdd信號(hào)地和電源，其工作電壓范圍是2.45.5 v； 腳2-data和腳3-sck二線串行數(shù)字接口，dat

43、a為數(shù)據(jù)線，sck為時(shí)鐘 線； 腳58未連接。 17 sht11的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理： 溫濕度傳感器sht11將溫度感測(cè)、濕度感測(cè)、信號(hào)變換、a/d轉(zhuǎn)換和加熱器 等功能集成到一個(gè)芯片上，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3所示。該芯片包括一個(gè)電容性聚合 體濕度敏感元件和一個(gè)用能隙材料制成的溫度敏感元件。這兩個(gè)敏感元件分別 將濕度和溫度轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，該電信號(hào)首先進(jìn)入微弱信號(hào)放大器進(jìn)行放大；然 后進(jìn)入一個(gè)14位的a/d 轉(zhuǎn)換器；最后經(jīng)過二線串行數(shù)字接口輸出數(shù)字信號(hào)。 sht11在出廠前，都會(huì)在恒濕或恒溫環(huán)境巾進(jìn)行校準(zhǔn)，校準(zhǔn)系數(shù)存儲(chǔ)在校準(zhǔn)寄存 器中；在測(cè)量過程中，校準(zhǔn)系數(shù)會(huì)自動(dòng)校準(zhǔn)來自傳感器的信號(hào)。此外，sht11內(nèi)

44、部還集成了一個(gè)加熱元件，加熱元件接通后可以將sht11 的溫度升高5左右， 同時(shí)功耗也會(huì)有所增加。此功能主要為了比較加熱前后的溫度和濕度值，可以 綜合驗(yàn)證兩個(gè)傳感器元件的性能。在高濕(95rh)環(huán)境中，加熱傳感器可預(yù)防 傳感器結(jié)露，同時(shí)縮短響應(yīng)時(shí)間，提高精度。加熱后sht11溫度升高、相對(duì)濕度 降低，較加熱前，測(cè)量值會(huì)略有差異。 相對(duì)濕度 傳感器 溫度 傳感器 放大器 14 位 a/d 轉(zhuǎn)換器 校準(zhǔn)存儲(chǔ)器 i2c 總線 接口 和 crc 寄 存器 vdd gnd sca data 圖3 sht11內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 微處理器是通過二線串行數(shù)字接口與sht11進(jìn)行通信的。通信協(xié)議與通用 的i2c總線協(xié)議

45、是不兼容的，因此需要用通用微處理器i/o口模擬該通信時(shí)序。 微處理器對(duì)sht11的控制是通過5個(gè)5位命令代碼來實(shí)現(xiàn)的，命令代碼的含義如表 2所示。 18 表2 sht11控制命令代碼 命令代碼 含 義 00011 測(cè)量溫度 00101 測(cè)量濕度 00111 讀內(nèi)部狀態(tài)寄存器 00110 寫內(nèi)部狀態(tài)寄存器 11110 復(fù)位命令，使內(nèi)部狀態(tài)寄存器恢復(fù)默認(rèn)值。下一次命 令前至少等待11ms 其他 保留 sht11應(yīng)用設(shè)計(jì)： 微處理器采用二線串行數(shù)字接口和溫濕度傳感器芯片sht11進(jìn)行通信，所以 硬件接門設(shè)計(jì)非常簡單；然而，通信協(xié)議是芯片廠家自己定義的，所以在軟件 設(shè)計(jì)中，需要用微處理器通用i/o口模

46、擬通信協(xié)議。 硬件設(shè)計(jì)： sht11通過二線數(shù)字串行接口來訪問，所以硬件接口電路非常簡單。需要注 意的地方是：data數(shù)據(jù)線需要外接上拉電阻，時(shí)鐘線sck用于微處理器和sht11 之間通信同步，由于接口包含了完全靜態(tài)邏輯，所以對(duì)sck最低頻率沒有要求； 當(dāng)工作電壓高于4.5v時(shí)，sck頻率最高為10mhz，而當(dāng)工作電壓低于4.5v 時(shí)， sck最高頻率則為1mhz。 軟件設(shè)計(jì)： 微處理器和溫濕度傳感器通信采用串行二線接口sck和data，其中sck為時(shí) 鐘線，data為數(shù)據(jù)線。該二線串行通信協(xié)議和i2c協(xié)議是不兼容的。在程序開始， 微處理器需要用一組“啟動(dòng)傳輸”時(shí)序表示數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯?dòng)，如圖4所

47、示。當(dāng) sck時(shí)鐘為高電平時(shí)，data翻轉(zhuǎn)為低電平；緊接著sck變?yōu)榈碗娖?，隨后又變?yōu)?高電平；在sck時(shí)鐘為高電平時(shí)，data再次翻轉(zhuǎn)為高電平。 data sck 19 圖4 數(shù)據(jù)傳輸啟動(dòng)時(shí)序 3.1.3 液晶顯示lcd1602 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(hào) 等的點(diǎn)陣型液晶模塊它有若干個(gè) 57 或者 511 等點(diǎn)陣字符位組成，每個(gè)點(diǎn)陣 字符位都可以顯示一個(gè)字符。每位之間有一個(gè)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，正因?yàn)槿绱怂运荒茱@示圖形。1602lcd 是 指顯示的內(nèi)容為 162,即可以顯示兩行，每行 16 個(gè)字符液晶模

48、塊（顯示字符 和數(shù)字） 。 在單片機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用晶液顯示器作為輸出器件有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：顯示質(zhì)量 高、數(shù)字式接口、體積小、重量輕、功耗低。 1602lcd 主要技術(shù)參數(shù)： 顯示容量:162 個(gè)字符； 芯片工作電壓:4.55.5v； 工作電流:2.0ma(5.0v)； 模塊最佳工作電壓:5.0v； 字符尺寸:2.954.35(wh)mm。 1602采用標(biāo)準(zhǔn)的16腳接口，其中： 第1腳：vss為電源地。 第2腳：vdd接5v電源正極。 第3腳：v0為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地電源 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） ；

49、 第5腳：rw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； 第6腳：e(或en)端為使能(enable)端。 第714腳：d0d7為8位雙向數(shù)據(jù)端。 第1516腳：空腳或背燈電源。15腳背光正極，16腳背光負(fù)極。 1602lcd的指令說明及時(shí)序： 1602 液晶模塊內(nèi)部的控制器共有11條控制指令，如表3所示。 20 1602液晶模塊的讀寫操作、屏幕和光標(biāo)的操作都是通過指令編程來實(shí)現(xiàn)的。 （說 明：1為高電平、0為低電平） 表3 1602lcd控制指令 序 號(hào) 指令 rsr/wd7d6d5d4d3d2d1d0 1 清顯示 0000000001 2 光標(biāo)返回 0000000

50、01* 3 置輸入模式 00000001i/ d s 4 顯示開、關(guān)控制 0000001dcb 5 光標(biāo)或字符移位 000001s/ c r/ l * 6 置功能 00001dlnf* 7 置字符發(fā)生存儲(chǔ)器地址 0001 字符發(fā)生存儲(chǔ)器地址 8 置數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址 001 顯示數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址 9 讀忙標(biāo)志活地址 01bf 計(jì)數(shù)器地址 10 寫數(shù)到 cgra,m 或 ddram 10 要寫的數(shù)據(jù)內(nèi)容 11 從 cgram 或 ddram 讀數(shù) 11 讀出的數(shù)據(jù)內(nèi)容 指令1：清顯示，指令碼01h,光標(biāo)復(fù)位到地址00h位置。 指令2：光標(biāo)復(fù)位，光標(biāo)返回到地址00h。 指令3：光標(biāo)和顯示模式設(shè)置。i/d

51、：光標(biāo)移動(dòng)方向，高電平右移，低電平 左移；s：屏幕上所有文字是否左移或者右移。高電平表示有效，低電平則無效。 指令4：顯示開關(guān)控制。d：控制整體顯示的開與關(guān)，高電平表示開顯示， 低電平表示關(guān)顯示；c：控制光標(biāo)的開與關(guān)，高電平表示有光標(biāo)，低電平表示無 光標(biāo)；b：控制光標(biāo)是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍。 指令5：光標(biāo)或顯示移位。s/c：高電平時(shí)移動(dòng)顯示的文字，低電平時(shí)移動(dòng) 光標(biāo)。 指令6：功能設(shè)置命令。dl：高電平時(shí)為4 位總線，低電平時(shí)為8 位總線； 21 n：低電平時(shí)為單行顯示，高電平時(shí)雙行顯示；f：低電平時(shí)顯示57 的點(diǎn)陣字 符，高電平時(shí)顯示510 的點(diǎn)陣字符。 指令7：字符發(fā)生器ram

52、地址設(shè)置。 指令8：ddram地址設(shè)置。 指令9：讀忙信號(hào)和光標(biāo)地址。bf：為忙標(biāo)志位，高電平表示忙，此時(shí)模塊 不能 接收命令或者數(shù)據(jù)，如果為低電平表示不忙。 指令10：寫數(shù)據(jù)。 指令11：讀數(shù)據(jù)。 3.2 模塊功能介紹 3.2.1 復(fù)位電路和時(shí)鐘電路 此復(fù)位電路的工作原理是：單片機(jī)的復(fù)位電路在剛接通電時(shí)，剛開始電容 是沒有電的，電容內(nèi)的電阻很低，通電后，5v的電通過電阻給電容進(jìn)行充電， 電容兩端的電會(huì)由0v慢慢的升到4v左右（此時(shí)間很短一般小于0.3秒） ，rc構(gòu)成 的微分電路在上電瞬間產(chǎn)生一個(gè)微分脈沖，其寬度大于兩個(gè)機(jī)器周期，89c51將 復(fù)位。正因?yàn)檫@樣，復(fù)位腳的電由低電位升到高電位，引

53、起了內(nèi)部電路的復(fù)位 工作，rst端電壓慢慢下降，降到一定電壓值以后，即為低電平，單片機(jī)開始正 常工作（這是單片機(jī)的上電復(fù)位，也叫初始化復(fù)位） ；當(dāng)按下復(fù)位鍵時(shí)，電容兩 端放電，電容又回到0v了，于是又進(jìn)行了一次復(fù)位工作（這是手動(dòng)復(fù)位原理） 。 如圖5所示。 單片機(jī)工作的時(shí)間基準(zhǔn)是由時(shí)鐘電路提供的，在單片機(jī)的xtal1和xyal2兩 個(gè)管腳接一只晶振及兩只電容就構(gòu)成了單片機(jī)的時(shí)鐘電路，如圖5所示。 22 圖5 手動(dòng)復(fù)位及時(shí)鐘電路 3.2.2 溫濕度測(cè)量電路 此模塊是整個(gè)電路設(shè)計(jì)的信號(hào)采集及初步處理的模塊，由溫濕度傳感器芯 片sht11構(gòu)成，如圖6所示。主要的功能結(jié)構(gòu)在前面的芯片介紹中已有，這里不

54、 重新介紹。下面介紹多點(diǎn)溫濕度采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，對(duì)于多點(diǎn)采集只需在單個(gè)采 集的基礎(chǔ)上作一點(diǎn)程序上的改動(dòng)，所以本文只作介紹不作仿真，只對(duì)單個(gè)采集 仿真16。 圖6 sht11傳感器電路 多點(diǎn)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì) 由于每個(gè)sht11占用單片機(jī)兩個(gè)i/ o口，所以單片機(jī)有限的i/ o口資源將制 約著單個(gè)微控制器上所能測(cè)量的最大點(diǎn)數(shù)；由于每個(gè)sht11的測(cè)量所需時(shí)間是固 定不變的，采用單獨(dú)操作的逐個(gè)測(cè)量方式在多點(diǎn)測(cè)量系統(tǒng)中必然導(dǎo)致數(shù)據(jù)采集 時(shí)間過長、控制滯后，從而影響控制系統(tǒng)性能的提高。在倉庫測(cè)控應(yīng)用系統(tǒng)中， 要求所采集的溫濕度數(shù)據(jù)是反應(yīng)整個(gè)倉庫相同時(shí)間點(diǎn)的總體情況的，所以多個(gè) sht11必須同時(shí)開始測(cè)量，即單

55、片機(jī)必須同時(shí)向多個(gè)sht11發(fā)送測(cè)量命令。結(jié)合 倉庫應(yīng)用的具體要求，本文對(duì)多個(gè)sht11傳感器和微控制器的連接方式采取如下 方案：各sht11的sck線接到微控制器的同一個(gè)i/ o 口上, 而data線則分別接到 不同i/ o口線上。這種連接方式有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：首先，n個(gè)傳感器只占用n+1個(gè)i/ o口，比前述方式節(jié)省了n-1個(gè)i/ o口，解決了多點(diǎn)測(cè)量系統(tǒng)中單片機(jī)i/ o口資 源短缺和盡可能增加測(cè)量點(diǎn)之間的矛盾問題；其次，由于多個(gè)sht11共用一條時(shí) 23 鐘線所以在每次測(cè)量中可以同時(shí)發(fā)出測(cè)量命令，多個(gè)傳感器同時(shí)進(jìn)行測(cè)量，只 需一次等待時(shí)間則完成了整體數(shù)據(jù)的收集，大大縮短了數(shù)據(jù)采集時(shí)間，為控制 系

56、統(tǒng)快速響應(yīng)提供了條件17。 下面以三點(diǎn)測(cè)量為例詳細(xì)介紹該設(shè)計(jì)方案的實(shí)現(xiàn)，如圖7所示。測(cè)量部分中 3個(gè)sht11的sck時(shí)鐘線均連接到at89s52的p2.6口，而各data線分別接到 p2.7、p2.5和p2.4。當(dāng)需要再增加測(cè)量點(diǎn)時(shí)只需要增加對(duì)應(yīng)的i/ o口數(shù)即可以， 而且只需對(duì)程序作很少的修改即可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的靈活擴(kuò)展。 圖7 sht11多點(diǎn)采集設(shè)計(jì) 3.2.3 lcd 顯示電路 lcd 顯示電路用 lcd1602 字符型液晶顯示模塊與單片機(jī)連接進(jìn)行數(shù)值顯示， 其電路圖如 33 所示： 圖 33 顯示電路圖 1602lcd 采用標(biāo)準(zhǔn) 14 腳或 16 腳接口，rs 為寄存器選擇器，rs 為高電

57、平時(shí) 選擇數(shù)據(jù)寄存器，為低電平時(shí)選擇指令寄存器。r/w 為讀寫信號(hào)線，為高電平 24 時(shí)進(jìn)行讀操作，為低電平時(shí)進(jìn)行寫操作，當(dāng) rs 和 r/w 同為低電平時(shí)可以寫入指 令或者顯示地址；當(dāng) rs 為低電平時(shí)，r/w 為高電平時(shí)可以讀忙信號(hào)；當(dāng) rs 為 高電平，r/w 為低電平時(shí)可以寫入數(shù)據(jù)。e 為使能端，當(dāng) e 端由高電平跳變?yōu)榈?電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。d0d7 為 8 位雙向數(shù)據(jù)線。 3.2.4 鍵盤掃描電路 key1 為溫度和濕度設(shè)定切換，key2 為溫度或濕度加 1，key3 為溫度或濕度 減 1，key4 當(dāng)前狀態(tài)與設(shè)定狀態(tài)切換，key5 為上下限設(shè)定切換。接口電路如圖 34 所示

58、。 圖 34 3.2.5 超限處理電路 此部分電路是由5個(gè)發(fā)光二極管和一個(gè)蜂鳴報(bào)警器構(gòu)成，分別是 d0、d1、d2、d4和d5，蜂鳴器接單片機(jī)的p1.0口，發(fā)光二極管與單片機(jī)的連接 部分如圖所示。d0、d1、d2、d4、d5分別代表著發(fā)光、降溫、加熱、干燥和加 濕，一旦傳感器測(cè)定的溫濕度超過設(shè)定的限額，就會(huì)產(chǎn)生不同的發(fā)光反應(yīng)，起 控制警示作用，同時(shí)當(dāng)溫度低于所設(shè)溫度下限時(shí)，蜂鳴報(bào)警器連續(xù)發(fā)出“滴” 的聲音，起到低溫預(yù)警的作用。如圖9所示。 25 圖9 超限處理警示電路和蜂鳴器電路部分 3.6 整體電路圖 圖10 整體電路圖 第四章 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì) 26 軟件設(shè)計(jì)主要分為主程序、溫濕度傳感器數(shù)據(jù)

59、讀取子程序、lcd 顯示程序、 鍵盤掃描，按鍵去抖動(dòng)的處理。 4.1 系統(tǒng)主程序 本系統(tǒng)的智能核心是 at89c51，其監(jiān)控程序和應(yīng)用軟件全部固化在 eprom 內(nèi)。他的工作過程是：當(dāng)系統(tǒng)接通電源后， at89c51 單片機(jī)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)有按鍵按下時(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)沒有外部控制信息的輸入時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自 動(dòng)采集溫濕度傳感器的電壓值，最終數(shù)據(jù)在 lcd 顯示屏上顯示。主程序流程 圖如圖 41 所示: 初始化各端口 開始 初始化溫濕度傳感器 調(diào)用濕度檢測(cè)電路 測(cè)量溫濕度值 控制電路調(diào)節(jié)溫濕 度 顯示 查詢鍵盤， 是否有鍵按

60、下？ 溫濕度值是 否符合正常 值？ 延時(shí) 程序 y y n n 27 圖 41 主程序流程圖 4.2 鍵盤掃描子程序，消抖程序流程圖 鍵盤掃描子程序流程圖如圖 4-2： 28 初始化 開始 鍵 1 是否按下 鍵 3 是否按下 鍵 2 是否按下 溫濕度是否正常 鍵 4 是否按下 鍵 5 是否按下 結(jié)束 溫，濕度切換 溫，濕度加 1 當(dāng)前與設(shè)定切 換 溫，濕度減 1 上，下限切換 報(bào)警，控制電 路調(diào)節(jié)溫濕度 y y y y y y n n n n n n 圖 42 鍵盤掃描程序流程圖 消抖程序流程圖如圖 43： 29 延時(shí)去抖 開始 是否有鍵閉合 是否有鍵閉合 掃描取得鍵值 閉合鍵釋放否 結(jié)束 y