基于單片機(jī)溫室大棚溫度監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、基于單片機(jī)溫室大棚溫度監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)摘要：本系統(tǒng)以AT89C51單片機(jī)為控制核心，利用溫度傳感器AD590對(duì)蔬菜大棚內(nèi)的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)采集與控制，實(shí)現(xiàn)溫室溫度的自動(dòng)控 制。本系統(tǒng)以單片機(jī)小系統(tǒng)模塊，溫度采集模塊，加熱模塊，降溫模 塊，按鍵以及顯示模塊六個(gè)部分組成。可以通過(guò)按鍵設(shè)定溫室的溫度值，采集的溫度和設(shè)定的溫度通過(guò) LED數(shù)碼管顯示。當(dāng)所設(shè)定的溫度 值比采集的溫度值打時(shí)，通過(guò)加熱器加熱，以達(dá)到設(shè)定值；反之，開(kāi) 啟降溫風(fēng)扇，以快速達(dá)到降溫效果。通過(guò)該系統(tǒng)對(duì)蔬菜大棚內(nèi)的溫度 進(jìn)行有效可靠地檢測(cè)與控制。從而保證大棚內(nèi)的作物在最佳溫度條下 生長(zhǎng)，提高質(zhì)量和產(chǎn)量。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)溫室大棚溫度控制Abst

2、ract: the system to AT89C51 SCM as control core, real-timedata acquisitionand control using the temperature sensor AD590 temperature of the greenhouse, realize the automatic control of the greenhouse temperature. The system is composed of single chip microprocessor system module, the temperature acq

3、uisition module, a heating module, temperature module,keyboard and display module sixparts.You can setthe keygreenhousetemperature value, the collection of temperature and set temperature by LED digital tube display. When the set temperature value than the acquisition of temperature is high, through

4、 heating, in order to reach the set value; otherwise,open the cooling fan, to achieve cooling effect. Through the system, effective,reliable detection and control of the greenhouse temperature. In order to ensurethe greenhouse crop at the optimum temperature of growth, improve quality andyield.Keywo

5、rds: single chip microcomputer, greenhouse, temperature control目錄ABSTRACT第一章 緒論1.1 課題的背景和意義 11.2 單片機(jī)的前景與未來(lái) .11.3 溫度測(cè)控技術(shù)的應(yīng)用3第二章溫度傳感器的介紹2.1 傳感器原理及前景簡(jiǎn)介 .82.2 溫度一體化傳感器的發(fā)展和應(yīng)用 .92.3溫度傳感器 AD590102.3 .1 AD590 簡(jiǎn)介112.4 .2 AD590 的應(yīng)用12第三章 硬件設(shè)計(jì)3.1 設(shè)計(jì)目的133.2 設(shè)計(jì)思路133.3 基于AT89C51的單片機(jī)小系統(tǒng) 143.4 溫度采集模塊 153.5 顯示模塊163.6

6、 鍵盤掃描173.7 WP型溫室加熱器 183.8 降溫模塊18第四章軟件部分設(shè)計(jì)4.1 軟件設(shè)計(jì)4.1.1 主程序4.1.2 定時(shí)器TO中斷4.1.3 現(xiàn)實(shí)模塊4.1.4按鍵掃描4.1.5 源程序致謝.35參考文獻(xiàn) 36第一章 緒論1.1 選題背景和意義現(xiàn)在的精密測(cè)量和精密加工中，環(huán)境因素是影響精度的主要因素 之一，其中的溫度是環(huán)境的主要指標(biāo)。當(dāng)前，已經(jīng)開(kāi)發(fā)了很多的溫度測(cè)量系統(tǒng)，一些高精度溫度傳感器 的精度可達(dá)到X.01C,然而價(jià)格非常昂貴一般只作為高分辨力的精 度測(cè)量和用作測(cè)溫儀器的標(biāo)準(zhǔn)。而對(duì)于生產(chǎn)應(yīng)用中的較低精度溫度測(cè) 量系統(tǒng)，現(xiàn)有的系統(tǒng)多采用了與計(jì)算機(jī)直接結(jié)合的工作模式，增加了系統(tǒng)的成

7、本。鑒于目前的情況，我們提出以價(jià)格低廉的單片機(jī)作為控 制核心，以多個(gè)溫度傳感器作為測(cè)量元件， 構(gòu)成了低成本的智能溫度 測(cè)量系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，根據(jù)測(cè)量空間或設(shè)備的實(shí)際需要，由多路溫度傳感 器對(duì)關(guān)鍵溫度點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，由安裝于儀器內(nèi)的單片機(jī)對(duì)各路數(shù)據(jù)進(jìn)行 循環(huán)檢測(cè)、存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)溫度的智能測(cè)量。該系統(tǒng)具有與計(jì)算機(jī)的通訊 功能，在長(zhǎng)時(shí)間數(shù)據(jù)采集完成后，可以將數(shù)據(jù)在傳送到計(jì)算機(jī)進(jìn)行相 關(guān)的研究分析。因此，該系統(tǒng)即具有現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)控制的智能測(cè)量功 能，又節(jié)省硬件成本。另外，我們所設(shè)計(jì)的智能溫度測(cè)量系統(tǒng)外形尺 寸小，即可用于實(shí)驗(yàn)室環(huán)境溫度的測(cè)量，又可用于儀器、大型設(shè)備等 的內(nèi)部環(huán)境測(cè)量。1.2 單片機(jī)的前景與未來(lái)

8、單片機(jī)現(xiàn)在可以說(shuō)是百花齊放，百家爭(zhēng)鳴的時(shí)期，世界上各大芯 片制造公司都推出了自己的單片機(jī)，從 8位、16位到32位，數(shù)不勝數(shù)，應(yīng)有盡有，有與主流 C51系列兼容的，也有不兼容的，但它們 各具特色，互成互補(bǔ)，為單片機(jī)的應(yīng)用提供廣闊的天地?？v觀單片機(jī)的發(fā)展過(guò)程，可以預(yù)示單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)，大致有：（1）低功耗CMOS化隨著對(duì)單片機(jī)功耗要求越來(lái)越低，現(xiàn)在的各個(gè)單片機(jī)制造商基本 都采用了 CMOS（互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體工藝）°CMOS雖然功耗較低， 但由于其物理特征決定其工作速度不夠高， 而CHMOS則具備了高速 和低功耗的特點(diǎn)。（2）微型單片化現(xiàn)在常規(guī)的單片機(jī)普遍都是將 CPU、RAM、RO

9、M、并行和串行 通信接口，中斷系統(tǒng)、定時(shí)電路、時(shí)鐘電路集成在一塊單一的芯片上， 增強(qiáng)型的單片機(jī)集成了如A/D轉(zhuǎn)換器、PMW（脈寬調(diào)制電路/WDT（看 門狗）、有些單片機(jī)將LCD（液晶）驅(qū)動(dòng)電路都集成在單一的芯片上， 這樣單片機(jī)包含的單元電路就更多，功能就越強(qiáng)大。（3）主流與多品種共存現(xiàn)在單片機(jī)的品種繁多，各具特色，但仍以 80C51為核心的單 片機(jī)占主流，兼容其結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)的有 PHILIPS公司的產(chǎn)品， ATMEL公司的產(chǎn)品和中國(guó)臺(tái)灣的系列單片機(jī)。而 Microchip公司的 PIC精簡(jiǎn)指令集（RISC）也有著強(qiáng)勁的發(fā)展勢(shì)頭，中國(guó)臺(tái)灣的HOLTEK 公司近年的單片機(jī)產(chǎn)量與日俱增。此外還有

10、MOTOROLA公司的產(chǎn) 品，日本幾大公司的專用單片機(jī)。在一定的時(shí)期內(nèi)，這種情形得以延 續(xù)，將不存在某個(gè)單片機(jī)一統(tǒng)天下的壟斷局面，走的是依存互補(bǔ)，相 輔相成、共同發(fā)展的道路。以前沒(méi)有單片機(jī)時(shí)，只能使用復(fù)雜的模擬電路，然而這樣做出來(lái) 的產(chǎn)品不僅體積大，而且成本高，并且由于長(zhǎng)期使用，元器件不斷老化，控制的精度自然也會(huì)達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)。在單片機(jī)產(chǎn)生后，我們就將 控制這些東西變?yōu)橹悄芑?，我們只需要在單片機(jī)外圍接一點(diǎn)簡(jiǎn)單 的接口電路，核心部分只是由人為的寫(xiě)入程序來(lái)完成。 這樣產(chǎn)品的體 積變小了，成 本也降低了，長(zhǎng)期使用也不會(huì)擔(dān)心精度達(dá)不到了。所以，學(xué)習(xí)單片機(jī)在我國(guó)是有著廣闊前景的。1.3溫度測(cè)控技術(shù)的應(yīng)用溫

11、度自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)借助于溫度傳感器，測(cè)量大樓內(nèi)的溫度數(shù)據(jù)， 并對(duì)大樓實(shí)現(xiàn)溫度控制。系統(tǒng)采用以可編程序控制器為核心， 配置以 各類溫度傳感器，外圍接口電路，由可編程序控制器檢測(cè)個(gè)傳感器的 信號(hào)，完成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，開(kāi)關(guān)量處理，超限報(bào)警信號(hào)檢測(cè)與輸出等， 并根據(jù)采集的信號(hào)來(lái)控制前端設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)?？删幊绦蚩刂破魇且环N工 業(yè)環(huán)境下應(yīng)用的智能控制器件?？捎糜趫?zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制，定 時(shí)，計(jì)數(shù)和算術(shù)操作等指令，并通過(guò)數(shù)字或模擬的輸入輸出方式控制 各種類型的儀器設(shè)備?？删幊绦蚩刂破鬟€具有通信，聯(lián)網(wǎng)等功能，它 的應(yīng)用范圍大致介于繼電器控制裝置與過(guò)程控制的計(jì)算機(jī)之間，它也可在一個(gè)大型的集散控制系統(tǒng)中，作為前端控制裝置

12、，在上位機(jī)的統(tǒng) 一調(diào)度下工作。測(cè)量溫度時(shí)，溫度傳感器把溫度信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏浚?為與可編程序控制器連接，測(cè)量的電信號(hào)應(yīng)轉(zhuǎn)化為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào) 0-5V或4-20mA。當(dāng)有 多個(gè)傳感器時(shí)，傳感器信號(hào)之間最好不要共地，否則可編程序控制器 的模擬量模塊可能會(huì)工作不正常。輸出信號(hào)通過(guò)中間繼電器控制強(qiáng)電 信號(hào)，驅(qū)動(dòng)空調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)，系統(tǒng)自動(dòng)根據(jù)測(cè)量的溫度值，確定是否開(kāi)啟或 關(guān)閉空調(diào)。例如，當(dāng)溫度度大于設(shè)定值 30度時(shí)，開(kāi)啟空調(diào)，直至溫度接近設(shè)定值20度時(shí)，切斷電源。為保證系統(tǒng)具有良好的測(cè)量精度, 并能準(zhǔn)確地對(duì)空調(diào)進(jìn)行控制，必須在前端測(cè)量信號(hào)轉(zhuǎn)換時(shí)具有較好的線性。第二章溫度傳感器的介紹2.1 傳感器原理及前景簡(jiǎn)介傳感器是

13、能感受(或響應(yīng))規(guī)定的被測(cè)量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成 可用信號(hào)輸出的器件或裝置。通常由直接響應(yīng)于被測(cè)量的敏感元件和 產(chǎn)生可用信號(hào)輸出的轉(zhuǎn)換元件以及相應(yīng)的電子線路所組成。傳感器有很多種類，包括電阻應(yīng)變式傳感器，壓阻式傳感器，熱 電阻傳感器，溫度傳感器，光敏傳感器等。傳感器的前景可以從以下幾方面來(lái)看：采用新原理，開(kāi)發(fā)新型傳 感器；大力開(kāi)發(fā)物性型傳感器；傳感器的集成化；傳感器的多功 能化；傳感器的智能化 (Smart Sensor)。2.2 溫度一體化傳感器的發(fā)展和應(yīng)用溫度一體化的傳感器，適應(yīng)于多種環(huán)境的溫度測(cè)量。采用專 用溫度補(bǔ)償電路和線性化處理電路。這種傳感器性能可靠，使用 壽命長(zhǎng)，響應(yīng)速度快，測(cè)量

14、范圍寬，目前已廣泛應(yīng)用。適用于通 訊機(jī)房，辦公室，廠礦，車間，倉(cāng)庫(kù)，醫(yī)院，檔案館，博物館， 暖通空調(diào)，樓宇自控等環(huán)境的溫度測(cè)量。溫度一體的傳感器節(jié)省 資源，便于溫度的測(cè)量和對(duì)濕度補(bǔ)償，同時(shí)為保證結(jié)果真實(shí)可靠。2.3 溫度傳感器 AD5902.3.1 AD590 簡(jiǎn)介AD590是美國(guó)模擬器件公司牛產(chǎn)的單片集成兩端感溫電流 源。具有線性優(yōu)良、性能穩(wěn)定、靈敏度高、無(wú)需補(bǔ)償、熱容量小、抗 干擾能力強(qiáng)、可遠(yuǎn)距離測(cè)溫且使用方便等優(yōu)點(diǎn)。 可廣泛應(yīng)用于各種冰 箱、空調(diào)器、糧倉(cāng)、冰庫(kù)、工業(yè)儀器配套和各種溫度的測(cè)量和控制等 領(lǐng)域。特點(diǎn)：1、流過(guò)器件的電流（mA）等于器件所處環(huán)境的熱力學(xué) 溫度（開(kāi)爾文）度數(shù)，即：m

15、A/K式中：一流過(guò)器件（AD590）的電 流，單位為mA; T熱力學(xué)溫度，單位為K。2、AD590的測(cè)溫范圍為-55C150C。3、AD590的電源電壓范圍為 4V30V。電源電壓可在 4V6V范圍變化，電流變化1mA,相當(dāng)于溫度變化1K。AD590可 以承受44V正向電壓和20V反向電壓，因而器件反接也不會(huì)被損壞。4、輸出電阻為710MW。5、精度高。AD590共有I、J、K、L、M五檔，其中M檔 精度最高，在-55C150 c范圍內(nèi)，非線性誤差為土 0.3 C。AD590 測(cè)量熱力學(xué)溫度、攝氏溫度、兩點(diǎn)溫度差、多點(diǎn)最低溫度、多點(diǎn)平均 溫度的具體電路，廣泛應(yīng)用于不同的溫度控制場(chǎng)合。由于 AD

16、590精 度高、價(jià)格低、不需輔助電源、線性好，常用于測(cè)溫和熱電偶的冷端 補(bǔ)償。2.3.2 AD590 的應(yīng)用I .AD590的工作原理 在被測(cè)溫度一定時(shí)，AD590相當(dāng)于一個(gè) 恒流源，把它和530V的直流電源相連，并在輸出端串接一個(gè)1kQ 的恒值電阻，那么，此電阻上流過(guò)的電流將和被測(cè)溫度成正比，止匕時(shí)電阻兩端將會(huì)有1mV/K的電壓信號(hào)。其基本電路如圖3所示由3 安期開(kāi)處的松心電路圖3是利用AUBE特性的集成PN結(jié)傳感器的感溫部分核心電路。 其中T1、T2起恒流作用，可用于使左右兩支路的集電極電流 I1和I2 相等；T3、T4是感溫用的晶體管，兩個(gè)管的材質(zhì)和工藝完全相同， 但T3實(shí)質(zhì)上是由n個(gè)晶

17、體管并聯(lián)而成，因而其結(jié)面積是 T4的n倍。 T3和T4的發(fā)射結(jié)電壓UBEK口 UBE4經(jīng)反極性串聯(lián)后加在電阻 R上， 所以R上端電壓為AUBE。因此，電流I1為：II = AUBE/R= (KT/q) (lnn) /R對(duì)于AD590, n = 8,這樣，電路的總電流將與熱力學(xué)溫度 T成 正比，將此電流引至負(fù)載電阻RL上便可得到與T成正比的輸出電壓。 由于利用了恒流特性，所以輸出信號(hào)不受電源電壓和導(dǎo)線電阻的影 響。圖3中的電阻R是在硅板上形成的薄膜電阻，該電阻已用激光修 正了其電阻值，因而在基準(zhǔn)溫度下可得到 1 wA/K的I值。圖4 MfMOg內(nèi)，力也防圖4所示是AD590的內(nèi)部電路，圖中的 T

18、1T4相當(dāng)于圖3中的 T1、T2,而T9, T11相當(dāng)于圖3中的T3、T4。R5、R6是薄膜工藝 制成的低溫度系數(shù)電阻，供出廠前調(diào)整之用。 T7、T8, T10為對(duì)稱的 Wilson電路，用來(lái)提高阻抗。T5、T12和T10為啟動(dòng)電路，其中T5 為恒定偏置二極管。T6可用來(lái)防止電源反接時(shí)損壞電路，同時(shí)也可使左右兩支路對(duì)稱。R1, R2為發(fā)射極反饋電阻，可用于進(jìn)一步提高阻抗。T1T4是為熱效應(yīng)而設(shè)計(jì)的連接方式。而 C1和R4則可用來(lái)防止寄生振蕩。該 電路的設(shè)計(jì)使得T9, T10, T11三者的發(fā)射極電流相等，并同為整個(gè) 電路總電流I的1/3。T9和T11的發(fā)射結(jié)面積比為8: 1, T10和T11

19、的發(fā)射結(jié)面積相等。T9和T11的發(fā)射結(jié)電壓互相反極性串聯(lián)后加在電阻 R5和R6上， 因此可以寫(xiě)出： UBE= (R6 2 R5) I/3R6上只有T9的發(fā)射極電流，而R5上除了來(lái)自T10的發(fā)射極電流 外，還有來(lái)自T11的發(fā)射極電流，所以R5上的壓降是R5的2/3。根據(jù)上式不難看出，要想改變 AUBE,可以在調(diào)整R5后再調(diào)整R6,而增大R5的效果和減小R6是一樣的，具結(jié)果都會(huì)使 AUBE減 小，不過(guò)，改變R5對(duì)AUBE的影響更為顯著，因?yàn)樗懊娴南禂?shù)較 大。實(shí)際上就是利用激光修正 R5以進(jìn)行粗調(diào)，修正R6以實(shí)現(xiàn)細(xì)調(diào)， 最終使其在250 c之下使總電流I達(dá)到1 w A/ K。2.測(cè)溫電路的設(shè)計(jì)在設(shè)

20、計(jì)測(cè)溫電路時(shí)，首先應(yīng)將電流轉(zhuǎn)換成電壓。由于 AD590為 電流輸出元件，它的溫度每升高1K,電流就增加1pA。當(dāng)AD590的 電流通過(guò)一個(gè)10kQ的電阻時(shí)，這個(gè)電阻上的壓降為10mV,即轉(zhuǎn)換 成10mV/K,為了使此電阻精確（0. 1%）,可用一個(gè)9. 6kQ的電 阻與一個(gè)1k Q電位器串聯(lián)，然后通過(guò)調(diào)節(jié)電位器來(lái)獲得精確的 10kQo圖5所示是一個(gè)電流/電壓和絕對(duì)/攝氏溫標(biāo)的轉(zhuǎn)換電路，其中運(yùn)算放大器A1被接成電壓跟隨器形式，以增加信號(hào)的輸入阻抗。 而運(yùn)放A2的作用是把絕對(duì)溫標(biāo)轉(zhuǎn)換成攝氏溫標(biāo)， 給A2的同相輸入端 輸入一個(gè)恒定的電壓（如1. 235V）,然后將此電壓放大到2. 73V。 這樣，A

21、1與A2輸出端之間的電壓即為轉(zhuǎn)換成的攝氏溫標(biāo)。18 5電尚.HW /絕播氏熱標(biāo)轉(zhuǎn)換電路將AD590放入0c的冰水混合溶液中，A1同相輸入端的電壓應(yīng)為2. 73V,同樣使A2的輸出電壓也為2. 73V,因此A1與A2兩輸出端之間的電壓:2. 73 2. 73=0V 即對(duì)應(yīng)于 0C。3. 2 A/D轉(zhuǎn)換和顯示電路的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)A/D轉(zhuǎn)換和顯示電路具有兩種方案。分述如下：(1)用A/D轉(zhuǎn)換器MC14433實(shí)現(xiàn)首先將AD590的輸出電流轉(zhuǎn)換成電壓，由于此信號(hào)為模擬信號(hào)， 因此，要進(jìn)行數(shù)碼顯示，還需將此信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。采用 MC14433的轉(zhuǎn)換電路如圖6所示。此電路的作用是通過(guò) A/D轉(zhuǎn)換器 MC144

22、33將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，以控制顯示電路。其中 MC14511為譯碼/鎖存/驅(qū)動(dòng)電路，它的輸入為 BCD碼，輸出為七 段譯碼。LED數(shù)碼顯示由MC14433的位選信號(hào)DS1DS4通過(guò)達(dá)林頓 陣列MC1413來(lái)驅(qū)動(dòng)，并由MC14433的DS1、Q2端來(lái)控制“ + ”、 “一”溫度的顯示。當(dāng) DS1=1, Q2=1時(shí)，顯示為正；Q2 = 0時(shí)， 顯不為負(fù)。* y r ' F iI I卜E圖6 A/D轉(zhuǎn)換和數(shù)碼顯示電路框圖(2)用ICL7106來(lái)實(shí)現(xiàn)采用ICL7106的A/D轉(zhuǎn)換及LCD顯示電路框圖如圖7所示。其 中，ICL7106是3位半顯示的A/D轉(zhuǎn)換電路，它內(nèi)含液晶顯示驅(qū)動(dòng)電 路，

23、可用來(lái)進(jìn)行A/ D轉(zhuǎn)換和LCD顯示驅(qū)動(dòng)。圖7 AD59QA/D騰桂“ LCD修示椎第四章硬件設(shè)計(jì)4.1 設(shè)計(jì)目標(biāo)本系統(tǒng)要控制的對(duì)象為這樣一個(gè)規(guī)模的溫室。溫室結(jié)構(gòu)的參數(shù)為：屋脊高5.2m,檐高33單品度6.5m,長(zhǎng)為20m地面面積為130平方米。要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)是，使薄膜溫室的溫度保持在20 30c之間，在這個(gè)區(qū)域內(nèi)溫度值是可設(shè)定的。4.2 設(shè)計(jì)思路系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。本系統(tǒng)由單片機(jī)小系統(tǒng)模塊、溫度采 集模塊、WP型溫室加熱器、降溫模塊、按鍵以及顯示模塊六個(gè)部分組成。通過(guò)按鍵設(shè)定溫度值，設(shè)定的溫度值和采集的溫度值都可以通過(guò)LED數(shù)碼管顯示。當(dāng)所設(shè)定的溫度值比采集的溫度大時(shí)， 通過(guò)加熱器加熱，以達(dá)

24、到設(shè)定值；反之，開(kāi)啟降溫風(fēng)扇，以快速達(dá)到降溫效果。該系統(tǒng)對(duì)溫度的控制范圍在 2030C,溫度控制的誤差小于等于0.5C。通過(guò)使用該系統(tǒng)，對(duì)蔬菜大棚內(nèi)的溫度進(jìn)行有效、可靠地 檢測(cè)與控制，保證大棚內(nèi)作物在最佳的溫度條件下生長(zhǎng)，提高質(zhì)量和圖1系統(tǒng)原理框圖該系統(tǒng)分為六個(gè)模塊，分別是單片機(jī)小系統(tǒng)模塊、溫度采集模塊、 顯示模塊、鍵盤掃描模塊、加熱模塊和降溫模塊。4.3 基于AT89C51的單片機(jī)小系統(tǒng)本系統(tǒng)采用Atmel公司所生產(chǎn)的AT89C51單片機(jī)。AT89C51單片機(jī)小系統(tǒng)如圖2所示:圖2單片機(jī)小系統(tǒng)這個(gè)小系統(tǒng)由時(shí)鐘脈沖和復(fù)位電路組成，AT89C51內(nèi)部已具備振蕩電路，只要在接地引腳上面的兩個(gè)引腳（

25、即 19、18腳）連接簡(jiǎn)單 的石英晶體即可。AT89C51的時(shí)鐘頻率為12MHz AT89C51的復(fù)位弓I 腳為第9腳，當(dāng)此引腳連接高電平超過(guò)2個(gè)機(jī)器周期（一個(gè)機(jī)器周期為6個(gè)時(shí)鐘脈沖），即可產(chǎn)生復(fù)位的動(dòng)作。以12MHz勺時(shí)鐘脈沖為例， 每個(gè)時(shí)鐘脈沖1 u s,兩個(gè)機(jī)器周期為12 w s,因此，在第9腳上連接一個(gè)12 pS以上的高電平脈沖，即可產(chǎn)生復(fù)位的動(dòng)作。對(duì)于上電復(fù)位，復(fù)位引腳上串接了一個(gè)電容，當(dāng)復(fù)位引腳接 +5V電壓時(shí)，電容相當(dāng) 于短路，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間（在這段時(shí)間內(nèi)完成復(fù)位）后，電容處于充電狀態(tài)，相當(dāng)于斷開(kāi)。還有一種是手動(dòng)復(fù)位，它的接法是在AT89C51復(fù) 位引腳所串連的電容上并聯(lián)接一個(gè)按鈕

26、開(kāi)關(guān)。 當(dāng)按鈕沒(méi)按下時(shí)，電容 處于充電狀態(tài)；當(dāng)按鈕按下時(shí)，電容對(duì)復(fù)位引腳放電，從而在這個(gè)引腳上產(chǎn)生高電平，達(dá)到復(fù)位的目的。4.4 溫度采集模塊本系統(tǒng)的溫度采集和轉(zhuǎn)換電路原理圖如圖 3所示，它的工作過(guò)程 為：系統(tǒng)通過(guò)AD59睬集外界的溫度參數(shù)，并通過(guò)三個(gè)放大器的作用 將溫度轉(zhuǎn)化為電流模擬量；此模擬量通過(guò) ADC0804的轉(zhuǎn)化變成數(shù)字 量，以便單片機(jī)辨認(rèn)接收。圖3 AD59淵度傳感器工作的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)電路圖根據(jù)電路圖，說(shuō)明各個(gè)器件的功能如下：OPA1以0c為標(biāo)準(zhǔn)，調(diào)節(jié)可變電阻 R10使其輸出電壓為2.73伏特。OPA2減2.73伏特，并反相。OPA3放大5倍并反相。例如：AD590輸出電壓為1.5伏特

27、，則其溫度為：1.5/5 (OPA3 +2.732(OPA2 =3.302 伏特；3.302/10K=303.2 微安培；303.2-273.2=30 微安培730 c溫度值OPA1OPA2OPA3ADC VINADC輸出值0 c2.732V0V0V0V00H10 c2.832V-0.1V0.5V0.5V19H20 c2.932V-0.2V1V1V32H30 c3.032V-0.3V1.5V1.5V4BH40 c3.132V-0.4V2V2V64H50 c3.232V-0.5V2.5V2.5V7DH60 c3.332V-0.6V3V3V96H70 c3.432V-0.7V3.5V3.5VAFH

28、80 c3.53-0.8V4V4VC8H2V90 c3.632V-0.9V4.5V4.5V1003.73-1V5V5VC2VE1HFAH表1各溫度與3個(gè)OPAR ADC0804勺輸入與輸出關(guān)系圖 4 ADC0804B B BB-B BD D D D D D如圖4, A/D轉(zhuǎn)換器就是模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器，是將輸入的模擬信號(hào) 轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。信號(hào)輸入端的信號(hào)可以是傳感器或是轉(zhuǎn)換器的輸 出，而ADCB出的數(shù)字信號(hào)可以提供給微處理器，以便更廣泛地應(yīng)用,ADC0804 電壓輸入與數(shù)字輸出關(guān)系如下表 2所示：十六進(jìn)制二是E制與滿刻度的比率相對(duì)電壓值VREF=2.56伏二高四位字節(jié)低四位字節(jié)高四位字節(jié)電壓低四位

29、字節(jié)電壓F111115/1615/2564.8000.300E111014/1614/2564.4800.280D110113/1613/2564.0600.260C110012/1612/2563.8400.240B101111/1611/2563.5200.220A101010/1610/2563.2000.200910019/169/2562.8800.180810008/168/2562.5600.160701117/167/2562.2400.140601106/166/2561.9200.120501015/165/2561.6000.100401004/164/2561.2800

30、.080300113/163/2560.9600.060200102/162/2560.6400.040100011/161/2560.3200.0200000000表2 ADC0804電壓輸入與數(shù)字輸出關(guān)系例如：VIN=3V 由上表可知 2.880+0.120=3V,為 10010110B=96HAD590產(chǎn)生的電流與絕對(duì)溫度成正比，它可接收的工作電壓為4V30V,檢測(cè)的溫度范圍為-55+150C,它有非常好的線性輸 出性能，溫度每增加1C,其電流增加1微安培。當(dāng)攝氏溫度為0c 時(shí),AD590的電流為273.2微安培，經(jīng)10千歐姆電阻后其電壓為2.732 伏特。余者依上述方法類推。利用AD5

31、90以及接口電路把溫度轉(zhuǎn)換成模擬電壓，經(jīng)由ADC0804轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后傳送給 AT89C5處理。溫度采集和AD590溫度傳感器工作的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)電路圖為圖 34.5 顯示模塊譯碼IC及溫度顯示的電路圖如圖5所示。顯示部分的工作原理是，它將溫度轉(zhuǎn)換的數(shù)字量，即溫度值，經(jīng)由AT89C51的P1 口由兩個(gè)譯碼IC輸出并分別送入兩個(gè)七段數(shù)碼管顯示，這兩個(gè)LED都是共陽(yáng)極的圖5譯碼IC及溫度顯示BC刑轉(zhuǎn)換成7段LED數(shù)碼管的t碼驅(qū)動(dòng)IC,如圖6所示，首推 7447系列，包括7446、7449、74LS40 其中的7446及7447輸出低 電平驅(qū)動(dòng)的顯示碼，用以推動(dòng)共陽(yáng)極 7段LED數(shù)碼管；而7448及 7

32、4LS49輸出高電平驅(qū)動(dòng)顯示碼，用以推動(dòng)共陰極7段LED數(shù)碼管，7446、7447與7448的引腳相同（雙并排16pins）。BI RBO a RBI b c d e f gB 72 71JOTi7447圖6譯碼IC 7447Dk C B、A: BC網(wǎng)輸入弓卿。a、b、c、，,g :7段數(shù)碼管輸出引腳。LT:本引腳為測(cè)試引腳，當(dāng)接高電平時(shí)，所連接的 7段LED數(shù)碼 管全亮。正常顯示下應(yīng)接低電平。RBI:本引腳為漣波淹沒(méi)輸入引腳，正常顯示下應(yīng)接低電平。BI和RBO本引腳為淹沒(méi)輸入或漣波淹沒(méi)輸出引腳，正常顯示下應(yīng)接低電平。7段LE喊碼管是利用7個(gè)LED®合而成的顯示設(shè)備，可以顯示 0到9

33、共10個(gè)數(shù)字。當(dāng)要顯示多個(gè)數(shù)碼管，可分別驅(qū)動(dòng)每個(gè)數(shù)碼管；當(dāng)要利用人類的視覺(jué)暫留現(xiàn)象，則可以采用快速掃描的方式，只要一組驅(qū)動(dòng)電路即可達(dá)到顯示多個(gè)數(shù)碼管的目的一般來(lái)說(shuō)，7段LED數(shù)碼管可分為共陽(yáng)極和共陰極兩種，共陽(yáng)極 就是把所有LED的陽(yáng)極連接到共同的接點(diǎn)comi而每個(gè)LED的陰極分 別為a、b、c、d、e、f、g及dp （小數(shù)點(diǎn)）；同樣的，共陰極就是把 所有LED的陰極連接到共同的接點(diǎn)com而每個(gè)LED的陽(yáng)極分別為a、 b、c、d、e、f、g 及 dp （小數(shù)點(diǎn)）。4.6 鍵盤掃描圖7鍵盤掃描電路圖7是鍵盤掃描的電路圖，其中74922是鍵盤掃描IC。鍵盤掃 描電路的原理是，將鍵盤接在一個(gè)鍵盤掃描

34、IC 74922上，當(dāng)在鍵盤上按下鍵時(shí)，相關(guān)的鍵碼將通過(guò)74922的A、B、C、D 口線傳遞給AT89C51 單片機(jī)。鍵盤采用電話式鍵盤，結(jié)構(gòu)如圖8所示。鍵盤是接在鍵盤掃描IC 74922 （上圖6所示）上面的，鍵盤的輸入通過(guò) 74922的X1X3和Y1Y4輸入X1X2X3圖8電話式鍵盤Y1Y2Y3Y4鑒于鍵盤掃描IC為4*4形式，以下鍵盤編碼每行后面都有 0FFH 以配合硬件使用。按鍵123456對(duì)應(yīng)編010203040506H碼HHHHH按鍵789*0#對(duì)應(yīng)編0708090A00OB碼HHHHHH表3鍵盤編碼鍵盤才3描IC74922的工作過(guò)程：X1X3接鍵盤的行，Y1Y4接鍵盤的列，按鍵信

35、息由這幾個(gè)口輸入，由 A、B、C D四個(gè)口輸出 到P3 口的低四位，再通過(guò) P1 口經(jīng)過(guò)譯碼IC顯示在LED上。鍵盤掃描芯片不斷查詢是否有按鍵輸入，當(dāng)查詢到有按鍵時(shí)，DA置1,同時(shí)執(zhí)行相應(yīng)的程序，比較溫度是否超出上、下限，進(jìn)而決定是加熱還是 降溫。4.7 WP型溫室加熱器如圖7所示，在AT89C51的P2.1 口上接一個(gè)繼電器，將加熱器 接在此繼電器上。需要提高溫度時(shí)，單片機(jī)控制P2.1 口，使之置1,進(jìn)而控制加熱器加熱。4.8 降溫模塊如圖7所示，在AT89C51的P2.2 口上接一個(gè)繼電器，將降溫風(fēng)扇 接在此繼電器上。需要降溫時(shí)，單片機(jī)控制 P2.2 口，使之置1,進(jìn) 而控制降溫風(fēng)扇降溫。

36、第五章軟件設(shè)計(jì)5.1 軟件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的工作流程是，操作人員可以從鍵盤上輸入要設(shè)定的溫度 值。當(dāng)此溫度值與當(dāng)前溫度不同時(shí)，單片機(jī)控制系統(tǒng)采取調(diào)節(jié)的動(dòng)作。 當(dāng)設(shè)定溫度大于測(cè)定溫度時(shí)，則使加熱器工作；當(dāng)設(shè)定溫度小于測(cè)定 溫度時(shí)，則開(kāi)啟降溫風(fēng)扇。此程序流程包括4個(gè)部分。第一部分是主 程序，它描述的是程序的總體結(jié)構(gòu)；第二部分是定時(shí)器T0的描述，它的功能是將實(shí)際溫度和設(shè)定的溫度比較，再作出相應(yīng)的動(dòng)作；第三 部分是鍵盤掃描部分；第四部分是顯示部分，用于顯示溫度值5.1.1主程序按鍵程序圖9主程序本溫度度控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)思路見(jiàn)圖 9的主程序流程圖，系統(tǒng)采用溫度傳感器AD590采集溫度數(shù)據(jù)，再由ADC0804

37、莫數(shù)轉(zhuǎn)換器將溫度轉(zhuǎn)化為單片機(jī)可以處理的數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)將溫度總體控制在20c至U 30c之間，并且可以通過(guò)鍵盤輸入要設(shè)定的溫度值，并通過(guò)7段數(shù)碼管顯示出來(lái)。在整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行期間，有一個(gè)定時(shí)器T0中斷每隔20ms掃 描一次，用于當(dāng)前溫度與設(shè)定溫度的比較， 然后發(fā)出加溫或降溫的命 令。程序代碼如下：ORG 00HJMP STARTORG 0BHJMP TIM0START: MOV TMOD,#01HMOV TH0,#60MOV TL0,#76SETB TR0MOV IE,#82HMOV R4,#09HMOV R0,#30HCLEAR: MOV R0,#00HDJNZ R4,CLEARMOV A,#00

38、HMOV DPTR,#TABLE1MOVC A,A+DPTRMOV 34H,AMOV A,#01HMOV DPTR,#TABLE1MOVC A,A+DPTRMOV 35H,AMOV 36H,#0FFHSTART0: MOVX R0,AWAIT: JB P3.4,KEYINJB P2.0,ADCJMP WAITADC: MOVX A,R0MOV 37H,ACLR CSUBB A,36HJC TDOWNTUP: MOV A,37HCLR CSUBB A,34HJNC POFFJMP LOOPPON: CLR P2.1JMP START0POFF: SETB P2.1JMP LOOPTDOWN: M

39、OV A,37HCLR CSUBB A,35HJC PONJMP LOOPLOOP: MOV 36H,37HCLR AMOV R4,#0FFHDJNZ R4,$CALL L1MOV 21H,#10HNOV R1,#30HDISP1: CALL DISPDJNZ 21H,DISP1JMP START05.1.2 定時(shí)器T0中斷Y圖10定時(shí)器T0中斷子程序定時(shí)器T0中斷的工作流程如圖10所示。當(dāng)定時(shí)器T0發(fā)生中斷時(shí)，就將按鍵輸入的設(shè)定的溫度值與當(dāng)前的溫度值比較當(dāng)輸入的溫度值大于當(dāng)前測(cè)定的溫度值，單片機(jī)就控制加熱器加熱；當(dāng)設(shè)定的溫 度值小于當(dāng)前測(cè)定的溫度值，就開(kāi)啟降溫風(fēng)扇程序代碼如下：TIM0: P

40、USH ACCPUSH PSWMOV TH0,#60MOV TL0,#76MOV A,33HCJNE A,31H,TMOV A,32HCJNE A,30H,TJMP OFFT: JC OFFCLR P2.1RETURN: POP PSWPOP ACCRETIOFF: SETB P2.1JMP RETURNDELAY: MOV R7,#06D1: MOV R6,#248DJNZ R7,D1RET5.1.3 顯示模塊顯示子程序流程圖如圖11所示：（說(shuō)明：30H用于暫時(shí)存放要顯 示溫度的高四位，31H用于暫時(shí)存放要顯示溫度的低四位，38H用于 存放最終要顯示在7段數(shù)碼管上的溫度值；D1、D2分別表示

41、兩個(gè)7 段數(shù)碼管的存儲(chǔ)地址。）圖11顯示子程序系統(tǒng)提供溫度的顯示功能，將溫度用兩個(gè)7段數(shù)碼管顯示出來(lái)。程序如下：DISP: MOV A,R1ANL A,#0F0HSWAP AMOV 38H,AINC R1MOV A,R1ANL A,#0FHSWAP AORL A,38HMOV P1,ACALL DELAYRET5.1.4 按鍵掃描將鍵盤接在一個(gè)鍵盤掃描IC 74922上，所按鍵將被此芯片處理 后傳送給單片機(jī)處理。工作流程如圖9所示。如果要設(shè)定新的溫度值， 操作流程為：按“*” 一要設(shè)定的溫度值一按“ *； 這樣就完成了溫 度的設(shè)定。程序代碼如下：KEYIN: JB P3.4,$MOV A,P3

42、ANL A,#0FHMOV DPTR,#TABLEXRL A,#0AHJNZ START0JB P3.4,KEYIN1MOV R1,#32HCALL DISPMOV R5,4FHD4: MOV R7,#0FFHD3: MOV R6,#0FFHD2: JB P3.4,KEYIN1DJNZ R6,D2DJNZ R7,D3DJNZ R5,D4JMP START0KEYIN1: JB P3.4,$MOV A,P3ANL A,#0FHMOV DPTR,#TABLEMOVC A,A+DPTRMOV 20H,AXRL A,#0AHJZ X1MOV A,20HXRL A,#0BHJZ WAIT1MOV A,2

43、0HXCH A,32HXCH A,33H5.1.5 源程序程序要完成的功能是將總體溫度控制在20 30c之間，在這個(gè)范圍內(nèi)，可以設(shè)定任一溫度值，并使之達(dá)到恒溫效果；如果超出 這個(gè)范圍，則程序自動(dòng)控制繼電器工作使溫度穩(wěn)定在這個(gè)范圍之間。程序中各寄存器說(shuō)明如下：30H 31H:所測(cè)得的實(shí)際溫度32H 33H:鍵盤設(shè)定的溫度34H:系統(tǒng)的上FM溫度值（30 C）35H:系統(tǒng)的下FM溫度值（20C）36H:舊溫度值的存放地址源程序如下：ORG 00HJMP STARTORG 0BHJMP TIM0START: MOV TMOD,#01HMOV TL0,#76SETB TR0MOV IE,#82HMOV

44、 R4,#09HMOV R0,#30HCLEAR: MOV R0,#00HDJNZ R4,CLEARMOV A,#00HMOV DPTR,#TABLE1MOVC A,A+DPTRMOV 34H,AMOV A,#01HMOV DPTR,#TABLE1MOVC A,A+DPTRMOV 35H,AMOV 36H,#0FFHSTART0: MOVX R0,AWAIT: JB P3.4,KEYINJB P2.0,ADCJMP WAITADC: MOVX A,R0MOV 37H,ACLR CSUBB A,36HJC TDOWNTUP: MOV A,37HCLR CSUBB A,34HJNC POFFJMP

45、 LOOPPON: CLR P2.1JMP START0POFF: SETB P2.1JMP LOOPTDOWN: MOV A,37HCLR CSUBB A,35HJC PONJMP LOOPLOOP: MOV 36H,37HCLR AMOV R4,#0FFHDJNZ R4,$CALL L1MOV 21H,#10HNOV R1,#30HDISP1: CALL DISPDJNZ 21H,DISP1JMP START0L1: CLR CMOV 30H,#00HMOV 31H,#00HMOV R3,#08HNEXT: RLC AMOV R2,AMOV A,30HADDC A,30HDA AMOV 3

46、0H,AMOV A,31HADDC A,31HDA AMOV 31H,AMOV A,R2DJNZ R3,NEXTL2: MOV A,30HADD A,30HDA AMOV 30H,AMOV A,31HADDC A,31HDA AMOV 31H,ARETKEYIN: JB P3.4,$MOV A,P3ANL A,#0FHMOV DPTR,#TABLEMOVC A,A+DPTRXRL A,#0AHJNZ START0JB P3.4,KEYIN1MOV R1,#32HCALL DISPMOV R5,4FHD4: MOV R7,#0FFHD3: MOV R6,#0FFHD2: JB P3.4,KEYIN1DJNZ R6,D2DJNZ R7,D3DJNZ R5,D4JMP START0KEYIN1: JB P3.4,$MOV A,P3ANL A,#