溫室大棚溫度濕度自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)(共37頁(yè))

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上煙 臺(tái) 南 山 學(xué) 院畢 業(yè) 論 文 題目：溫室大棚溫度濕度自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)姓 名： 所在學(xué)院：計(jì)算機(jī)與電氣自動(dòng)化學(xué)院 所學(xué)專(zhuān)業(yè)： 自動(dòng)化 班 級(jí) ： 08級(jí)自動(dòng)化01班 學(xué) 號(hào)： 6 指導(dǎo)教師： 完成時(shí)間： 2012年3月12日 專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè) 煙臺(tái)南山學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)書(shū)論文題目溫室大棚溫度濕度自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)院部計(jì)算機(jī)與電氣自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)自動(dòng)化班級(jí)08自動(dòng)化本科1班畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）的要求 在此系統(tǒng)中，溫濕度傳感器獲得所測(cè)環(huán)境中的檢測(cè)溫濕度信號(hào)，信號(hào)處理和放大后，由A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)進(jìn)入單片機(jī)內(nèi)部，顯示于LED顯示器上。單片機(jī)將給定的溫濕度安全范圍與測(cè)

2、量的溫濕度相比較，若測(cè)量溫濕度在給定的溫濕度安全范圍則表明所測(cè)環(huán)境溫濕度正常，各工作器件可在此環(huán)境中繼續(xù)工作；若測(cè)量溫濕度不在給定的溫濕度安全范圍內(nèi)，則相應(yīng)報(bào)警系統(tǒng)工作，發(fā)出報(bào)警，說(shuō)明所測(cè)環(huán)境溫濕度需要調(diào)整。同時(shí)此系統(tǒng)設(shè)有看門(mén)狗電路模塊，可以起到程序正常運(yùn)行的作用。畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）的內(nèi)容與技術(shù)參數(shù)蔬菜大棚溫濕度濕度自動(dòng)控制系統(tǒng)由主控制器AT89C51單片機(jī)、并行口擴(kuò)展芯片8255、74LS373、A/D轉(zhuǎn)換器0809、濕度傳感器、溫濕度傳感器DS1820、固態(tài)繼電器、RAM6264、掉電保護(hù)和LED顯示器和報(bào)警電路等構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)對(duì)蔬菜大棚溫濕度的檢測(cè)與控制，從而有效提高蔬菜的產(chǎn)量。內(nèi)容：（1）安

3、全溫濕度范圍為-3050，最小區(qū)分度為1，標(biāo)準(zhǔn)溫濕度1。（2）溫濕度控制的靜態(tài)誤差1。（3）用十進(jìn)制數(shù)碼管顯示所測(cè)環(huán)境溫濕度。（4）由于單片機(jī)無(wú)操作系統(tǒng)，若程序出現(xiàn)異常無(wú)法正常工作，故本系統(tǒng)采用了一個(gè)硬件看門(mén)狗來(lái)監(jiān)視程序運(yùn)行。畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）工作計(jì)劃 2011.11 看關(guān)于單片機(jī)原理的書(shū)籍；2011.12 看關(guān)于溫濕度傳感器和信號(hào)處理器的有關(guān)書(shū)籍；2012.01 看有關(guān)顯示電路，看門(mén)狗電路和報(bào)警電路的書(shū)籍；2012.02 看有關(guān)匯編及C語(yǔ)言編程的書(shū)籍；2012.02 制定開(kāi)題報(bào)告；2012.03 開(kāi)始編寫(xiě)論文：a 編寫(xiě)所用到的各種元器件的原理和簡(jiǎn)單介紹 b 完成主題設(shè)計(jì)思路 完成電路圖設(shè)計(jì)；2

4、012.04編寫(xiě)主程序； 2012.04完成設(shè)計(jì)總結(jié)接受任務(wù)日期 2011 年 11 月 25 日 要求完成日期 2012 年 4 月 15 日學(xué) 生 (簽名) 2011 年 11 月 25 日指 導(dǎo) 教 師 (簽名) 年 月 日院長(zhǎng)(主任) (簽名) 年 月 日摘 要溫室大棚溫度濕度自動(dòng)控制系統(tǒng)由主控制器AT89C51單片機(jī)、并行口擴(kuò)展芯片8255、74LS373、A/D轉(zhuǎn)換器0809、濕度傳感器、溫濕度傳感器DS1820、RAM6264存儲(chǔ)器、掉電保護(hù)、LED顯示器和報(bào)警電路等構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫室大棚溫濕度的檢測(cè)與控制，從而有效提高溫室的產(chǎn)量。本文基于AT89C51的溫室大棚溫度濕度控制系統(tǒng)設(shè)

5、計(jì), 討論了溫室大棚溫濕度巡回檢測(cè)與控制的基本原理，進(jìn)行了可行性論證。給出了電路圖和程序流程圖并附有源程序。由于利用了單片機(jī)及數(shù)字控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，系統(tǒng)的各方面性能得到了顯著的提高?？蓮V泛應(yīng)用溫室塑料大棚、物資倉(cāng)庫(kù)、食品加工、熱處理、冶金以及其他行業(yè)的溫濕度檢測(cè)及顯示、報(bào)警等。該系統(tǒng)由于使用集成溫濕度傳感器DS1820和性?xún)r(jià)比較高的單片機(jī)AT89C51,具有系統(tǒng)性能穩(wěn)定可靠、功耗低、成本低、測(cè)量準(zhǔn)確、傳輸距離遠(yuǎn)、維護(hù)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)， 在其他實(shí)際工作中， 有一定的實(shí)用和參考價(jià)值。關(guān)鍵詞：AT89C51單片機(jī)；溫濕度傳感器；A/D轉(zhuǎn)換器；LED顯示器；報(bào)警電路 Abstract Vegetables c

6、anopy temperature and humidity automatic control system consists of the main controller AT89C51 single-chip, parallel port expansion chip 8255,74 LS373 and A/D converter 0809, humidity sensor, the temperature sensor, solid-state relay, the DS1820 RAM6264, power fail safeguard and leds display and al

7、arm circuit, etc .To achieve the vegetable greenhouse temperature and humidity testing and control, to improve the vegetable's production.In this paper, the specific design, discussed the detection of vegetable greenhouse's temperature and humidity and circuit control principle, carried out

8、a feasibility demonstration.Schematic diagram is given together with source code and procedures.The use of the MCU and the advantages of digital control system, all aspects of the system performance is significantly improved.Keywords: temperature and humidity sensors; Humidity sensors; Rapid detecti

9、on; A/D converter; The LEDdisplay; Alarm circuit; Solid state relays.目 錄1 緒 論1.1 課題背景單片機(jī)自1976年由Intel公司推出MCS-48開(kāi)始，迄今已有二十多年了。由于單片機(jī)集成度高、功能強(qiáng)、可靠性高、體積小、功耗低、使用方便、價(jià)格低廉等一系列優(yōu)點(diǎn)，目前已經(jīng)滲入到人們工作和生活的方方面面，單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域已從面向工業(yè)控制、通訊、交通、智能儀表等迅速發(fā)展到家用消費(fèi)產(chǎn)品、辦公自動(dòng)化、汽車(chē)電子、PC機(jī)外圍以及網(wǎng)絡(luò)通訊等廣大領(lǐng)域。單片機(jī)有兩種結(jié)構(gòu)：一種是在通用微型計(jì)算機(jī)中廣泛采用的，程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器共用一個(gè)存儲(chǔ)器空

10、間的結(jié)構(gòu)，稱(chēng)為“馮·諾依曼”結(jié)構(gòu)。另一種是將程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器截然分開(kāi)，分別尋址的結(jié)構(gòu)，稱(chēng)為“哈佛”結(jié)構(gòu)，目前的單片機(jī)采用此種結(jié)構(gòu)較多。本文介紹的分布式單總線(xiàn)溫室大棚溫濕度濕度自動(dòng)控制系統(tǒng)，采用全數(shù)字化設(shè)計(jì)，直接監(jiān)測(cè)每個(gè)棚內(nèi)不同部分的溫濕度，通過(guò)對(duì)溫濕度的良好控制，有效地提高溫室的產(chǎn)量。1.2 總體要求在此系統(tǒng)中，溫度傳感器獲得所測(cè)環(huán)境中的檢測(cè)溫度信號(hào)，信號(hào)處理和放大后，由A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)進(jìn)入單片機(jī)內(nèi)部，顯示于LED顯示器上。單片機(jī)將給定的溫度安全范圍與測(cè)量的溫度相比較，若測(cè)量溫度在給定的溫度安全范圍則表明所測(cè)環(huán)境溫度正常，各工作器件可在此環(huán)境中繼續(xù)工作；若測(cè)量溫度不在

11、給定的溫度安全范圍內(nèi)，則相應(yīng)報(bào)警系統(tǒng)工作，發(fā)出報(bào)警，說(shuō)明所測(cè)環(huán)境溫度需要調(diào)整。同時(shí)此系統(tǒng)設(shè)有看門(mén)狗電路模塊，可以防止程序在運(yùn)行過(guò)程中“跑飛”，保證系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定、可靠。1.3 具體要求本方案中整個(gè)系統(tǒng)由溫度采集電路，溫度選擇電路，溫度處理電路，A/D轉(zhuǎn)換電路，單片機(jī)處理電路，聲光報(bào)警電路，看門(mén)狗電路，顯示電路等組成，軟件選用匯編語(yǔ)言編程。內(nèi)容：（1）安全溫度范圍為-3050，最小區(qū)分度為1，標(biāo)準(zhǔn)溫度1。（2）溫度控制的靜態(tài)誤差1。（3）用十進(jìn)制數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示所測(cè)環(huán)境溫度。（4）由于單片機(jī)無(wú)操作系統(tǒng)，若程序出現(xiàn)異常無(wú)法正常工作，故本系統(tǒng)采用了一個(gè)硬件看門(mén)狗來(lái)防止程序“跑飛”，保證系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定、

12、可靠。1.4 設(shè)計(jì)思路本設(shè)計(jì)采用單片機(jī)作為數(shù)據(jù)處理與控制單元，為了進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，單片機(jī)控制溫度傳感器經(jīng)過(guò)處理的信號(hào)，把信號(hào)通過(guò)單總線(xiàn)傳遞到單片機(jī)上。單片機(jī)數(shù)據(jù)處理之后，發(fā)出控制信息改變報(bào)警和控制執(zhí)行模塊的狀態(tài)，同時(shí)將當(dāng)前溫度信息發(fā)送到LED進(jìn)行顯示。本系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)多路溫度信號(hào)采集與顯示，通過(guò)進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的運(yùn)算處理，發(fā)出控制信號(hào)達(dá)到控制對(duì)象正常的目的。1.5 溫室大棚計(jì)算機(jī)控制的概況現(xiàn)代化溫室，通過(guò)傳感器技術(shù)、微型計(jì)算機(jī)及單片機(jī)技術(shù)和人工智能技術(shù)，能自動(dòng)測(cè)控溫室的環(huán)境，其中包括溫濕度、濕度、光照、濃度等，使作物在不適宜生長(zhǎng)發(fā)育的反季節(jié)中，獲得比室外生長(zhǎng)更優(yōu)的環(huán)境條件，達(dá)到早熟、優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)的目的。

13、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)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，達(dá)到作物優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、高效盼栽培目的。隨著微機(jī)技術(shù)的發(fā)展，逐步采用配置靈活、開(kāi)放式結(jié)構(gòu)、運(yùn)算能力較強(qiáng)、高可靠性、完善的開(kāi)發(fā)手段及具有數(shù)據(jù)處理、統(tǒng)計(jì)分析、打印報(bào)表等功能的測(cè)控系統(tǒng)所代替，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅速增長(zhǎng)，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)得到長(zhǎng)足發(fā)展，受控農(nóng)業(yè)的研究和應(yīng)用技術(shù)越來(lái)越受到重視，特別是溫室工程已成為工廠化高效農(nóng)業(yè)的一個(gè)重要組成部分。支持溫室工程的相關(guān)技術(shù)，如溫室環(huán)境復(fù)雜系統(tǒng)的建模技術(shù)與專(zhuān)家決策支持系統(tǒng)、溫室環(huán)

14、境智能測(cè)控技術(shù)研究與系統(tǒng)開(kāi)發(fā)、溫室環(huán)境調(diào)配工程技術(shù)與設(shè)施研究等已成為當(dāng)前該領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)和研究熱點(diǎn)問(wèn)題。研究溫室環(huán)境信息進(jìn)行模擬、分析、預(yù)測(cè)，研究開(kāi)發(fā)基于作物成長(zhǎng)栽培環(huán)境的溫室環(huán)境多因子智能化綜合測(cè)控系統(tǒng)，研究高效生產(chǎn)的溫室環(huán)境綜合測(cè)控模式與配套設(shè)施等將是今后主要研究?jī)?nèi)容。目前，我國(guó)農(nóng)業(yè)正處在從傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向以?xún)?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)代化的標(biāo)志，農(nóng)業(yè)設(shè)施的自動(dòng)檢測(cè)與控制是我國(guó)急待發(fā)展的項(xiàng)目。應(yīng)用自動(dòng)控制和電子計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和管理的自動(dòng)化，是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志之一。近年來(lái)電子技術(shù)和信息技術(shù)的飛速發(fā)展，帶來(lái)了溫室控制

15、與管理技術(shù)方面的一場(chǎng)革命，隨著“設(shè)施農(nóng)業(yè)”、“虛擬農(nóng)業(yè)”等新名稱(chēng)的出現(xiàn)，“設(shè)施園藝”、“虛擬溫室”的概念也應(yīng)運(yùn)而生。溫室計(jì)算機(jī)控制與管理系統(tǒng)正在不斷吸收自動(dòng)控制和信息管理領(lǐng)域新的理論和方法，結(jié)合溫室作物種植的特點(diǎn)，不斷創(chuàng)新，逐步完善，從而使溫室種植業(yè)實(shí)現(xiàn)真正意義上的現(xiàn)代化、產(chǎn)業(yè)化。國(guó)內(nèi)外溫室計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r計(jì)算機(jī)的發(fā)展最早可以追溯到上個(gè)世紀(jì)的40年代，但將計(jì)算機(jī)用于環(huán)境控制則開(kāi)始于20世紀(jì)60年代。20世紀(jì)80年代初誕生了第一批溫室控制計(jì)算機(jī)，此后溫室計(jì)算機(jī)控制及管理技術(shù)便率先在發(fā)達(dá)國(guó)家得到廣泛應(yīng)用，后來(lái)各發(fā)展中國(guó)家也都紛紛引進(jìn)、開(kāi)發(fā)出適合自己的系統(tǒng)。這在給各國(guó)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)

16、，也極大地推動(dòng)了各國(guó)農(nóng)業(yè)的現(xiàn)代化進(jìn)程。本文溫濕度自動(dòng)控制系統(tǒng)是針對(duì)溫室大棚溫濕度控制而設(shè)計(jì)，也可用于糧食倉(cāng)儲(chǔ)、冷庫(kù)及煙葉發(fā)酵等場(chǎng)合的溫濕度控制。塑料大棚是開(kāi)發(fā)日光資源、充分利用太陽(yáng)光能的主要形式之一，能避光、增產(chǎn)、保濕，為溫室生長(zhǎng)創(chuàng)造一個(gè)良好環(huán)境。溫室大棚作為一個(gè)相對(duì)封閉的環(huán)境，其內(nèi)部形成了一個(gè)小氣候環(huán)境，良好的空氣環(huán)境是溫室正常生長(zhǎng)的重要條件。為了增產(chǎn)、增收，要注意大棚內(nèi)部的氣體、溫濕度和濕度3個(gè)重要因素。氣體主要是指棚內(nèi)的二氧化碳的含量。當(dāng)空氣中的二氧化碳濃度提高到0.1%時(shí)，可使溫室的光合作用速率增加 1 倍以上，增產(chǎn)20%-80%；若使二氧化碳濃度降至0.005%時(shí)，光合作用幾乎停止。

17、溫室生長(zhǎng)的適宜溫濕度為 20-30。大棚內(nèi)白天增溫快，當(dāng)棚外平均氣溫為 15時(shí)，棚內(nèi)可達(dá) 40-50。因此，要適時(shí)調(diào)節(jié)棚內(nèi)溫濕度，避免高溫危害。塑料大棚經(jīng)常處于密閉狀態(tài)，蒸發(fā)量大大減小，內(nèi)部濕度一般在80%-90%，濕度過(guò)大極易導(dǎo)致病蟲(chóng)害的發(fā)生。現(xiàn)在對(duì)大棚內(nèi)氣體、溫濕度和濕度的有效調(diào)節(jié)，主要是通過(guò)適時(shí)的通風(fēng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。二氧化碳含量過(guò)大和濕度過(guò)大都會(huì)導(dǎo)致溫濕度升高。通過(guò)調(diào)節(jié)溫濕度可以有效地控制二者的濃度。本文介紹的分布式單總線(xiàn)溫室大棚溫濕度自動(dòng)控制系統(tǒng)，采用全數(shù)字化設(shè)計(jì)，直接監(jiān)測(cè)每個(gè)棚內(nèi)不同部分的溫濕度，通過(guò)對(duì)溫濕度的良好控制，有效地提高溫室的產(chǎn)量。2 系統(tǒng)組成與工作原理2.1 系統(tǒng)的硬件總體結(jié)構(gòu)框

18、圖本系統(tǒng)為一個(gè)全自動(dòng)的溫室大棚溫濕度巡回檢測(cè)與控制系統(tǒng)，由以下幾部分組成：AT89C51單片機(jī)，溫濕度傳感器，8255并行口電路A/D轉(zhuǎn)換器變送器，驅(qū)動(dòng)電路報(bào)警和顯示電路組成，其接口部分包括單片機(jī)外擴(kuò)展的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器6264一片和地址鎖存器74LS373，系統(tǒng)的組成如圖2.1.1所示：圖2.1.1 系統(tǒng)硬件總體結(jié)構(gòu)框圖文中按模塊分別對(duì)各單元電路進(jìn)行電路設(shè)計(jì)，然后進(jìn)行硬件電路集成。單片機(jī)是控制系統(tǒng)的核心部分。八通道溫濕度傳感器由八選一模擬選擇開(kāi)關(guān)循環(huán)選通，被選中的溫濕度傳感器信號(hào)由信號(hào)處理及放大電路進(jìn)行處理之后送入A/D轉(zhuǎn)換器，再由單片機(jī)控制A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行溫濕度數(shù)據(jù)的采集，而后對(duì)溫濕度原始數(shù)據(jù)進(jìn)

19、行處理，根據(jù)處理結(jié)果驅(qū)動(dòng)聲光報(bào)警電路和執(zhí)行數(shù)碼管。看門(mén)狗采用硬件看門(mén)狗電路，防止程序在運(yùn)行過(guò)程中“跑飛”， 保證系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定、可靠。2.2 系統(tǒng)的工作原理在應(yīng)用程序的作用下，首先對(duì)8255進(jìn)行初始化，設(shè)定工作方式0。PA口、PB口、PC口均為輸出口，PA口、PB口為顯示輸出，PC口為報(bào)警和相關(guān)設(shè)備驅(qū)動(dòng)口。由于工藝決定，進(jìn)入大棚之前已經(jīng)將濕度控制在安全限以?xún)?nèi)，測(cè)量過(guò)程是“先測(cè)溫濕度后測(cè)濕度”，首先對(duì)溫濕度進(jìn)行采樣，每一個(gè)溫濕度點(diǎn)采樣5次，計(jì)算平均值作為采樣值送入顯示和存儲(chǔ)的相應(yīng)單元進(jìn)行存儲(chǔ)和傳感器的編號(hào)和溫濕度的顯示，然后判斷溫濕度是否超過(guò)設(shè)定溫濕度，如果溫濕度超標(biāo)則報(bào)警，并根據(jù)傳感器的位置判

20、斷啟動(dòng)通風(fēng)設(shè)備還是加熱設(shè)備，如果不超標(biāo)就繼續(xù)檢測(cè)下一個(gè)點(diǎn)的溫濕度，直到整個(gè)大棚的多個(gè)點(diǎn)溫濕度全部測(cè)試完成，然后計(jì)算和顯示大棚的平均溫濕度，最后對(duì)8個(gè)點(diǎn)的濕度進(jìn)行測(cè)量并且顯示。濕度也是按照每個(gè)點(diǎn)測(cè)量5次然后取平均值的方法計(jì)算，來(lái)減少干擾因素帶來(lái)的誤差，8個(gè)點(diǎn)的濕度測(cè)量完成后計(jì)算并顯示大棚的平均濕度。同樣與設(shè)定的濕度值比較如果超標(biāo)就報(bào)警，并啟動(dòng)風(fēng)扇進(jìn)行通風(fēng)處理。然后系統(tǒng)返回再進(jìn)行溫濕度和濕度的巡回測(cè)量和顯示。3 系統(tǒng)主要硬件電路模塊設(shè)計(jì)3.1 AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)組成根據(jù)系統(tǒng)的功能需求，選擇目前市場(chǎng)上性?xún)r(jià)比較高的AT89C51單片機(jī)（見(jiàn)圖2-4）作為該系統(tǒng)的控制核心。1、CPU的結(jié)構(gòu) CPU是

21、單片機(jī)內(nèi)部的核心部分，是單片機(jī)的指揮和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它決定了單片機(jī)的主要功能特性。從功能上看，CPU包括兩個(gè)基本部分：運(yùn)算器和控制器。下面說(shuō)明控制器和運(yùn)算器。 1）運(yùn)算器運(yùn)算器包括算術(shù)邏輯運(yùn)算部件ALU、累加器ACCC、B寄存器、暫存寄存器TMP1和TMP2、程序狀態(tài)寄存器PSW、BCD碼運(yùn)算調(diào)整電路等。2）控制器控制器包括程序計(jì)數(shù)器PC、指令寄存器IR、指令譯碼器ID等。 2、時(shí)鐘電路AT89C51芯片內(nèi)部有一個(gè)高增益反向放大器，用于構(gòu)成振蕩器。反向放大器的輸入端為XTAL1，輸出端為XTAL2。在TXAL1和XTAL2兩端跨接由石英晶體及兩個(gè)電容構(gòu)成的自激振蕩器，如圖3.1所示。電容器C1和C

22、2通常都取30pF左右，選用不同的電容量對(duì)振蕩頻率有微調(diào)作用。但石英晶體本身的標(biāo)定頻率才是單片機(jī)振蕩頻率的決定因素。其振蕩頻率范圍是112MHz。圖3.1 時(shí)鐘電路本設(shè)計(jì)考慮系統(tǒng)的獨(dú)立完整性，選用內(nèi)部時(shí)鐘方式，石英震蕩頻率選用12MHZ，ALE信號(hào)頻率為2MHZ。3、I/O口結(jié)構(gòu)：AT89C51單片機(jī)有4個(gè)8位并行I/O接口，記作P0、P1、P2和P3，每個(gè)端口都是8位準(zhǔn)雙向口，共占32根引腳。每一條I/O線(xiàn)都能獨(dú)立地用作輸入或輸出。每個(gè)端口都包括一個(gè)鎖存器（即特殊功能寄存器P0P3），一個(gè)輸出驅(qū)動(dòng)器和輸入緩沖器，作輸出時(shí)數(shù)據(jù)可以鎖存，作輸入時(shí)數(shù)據(jù)可以緩沖，但是這四個(gè)通道的功能完全不同。4 、

23、程序存儲(chǔ)器及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器1）程序存儲(chǔ)器對(duì)AT89C51芯片來(lái)說(shuō)，片內(nèi)有4K字節(jié)ROM/EPROM，片外可擴(kuò)展60K字節(jié)EPROM，片內(nèi)和片外程序存儲(chǔ)器統(tǒng)一編址。 在程序存儲(chǔ)器中，有6個(gè)地址單元被保留用于某些特定的地址，如下表3.1所示。表3.1 AT89C51的復(fù)位、中斷入口地址 入口地址 說(shuō)明 0000H復(fù)位后，PC=0000H 0003H外部中斷 入口 000BH定時(shí)器T0溢出中斷入口 0013H外部中斷 入口 001BH 定時(shí)器T1溢出中斷口 0023H串行口中斷入口2）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器AT89C51數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間也分為內(nèi)片和外片兩大部分，即片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM和片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM。如何區(qū)別片

24、內(nèi)、片外RAM空間呢？片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器最大可以尋址256個(gè)單元，片外最大可擴(kuò)展64K字節(jié)RAM，并且片內(nèi)使用的是MOV指令，片外64K ROM空間專(zhuān)門(mén)為MOVX指令所用。5 、定時(shí)器AT89C51單片機(jī)的內(nèi)部有兩個(gè)16位可變成定時(shí)器0（T0）和定時(shí)器1（T1），它們都有定時(shí)或是事件計(jì)數(shù)的功能，可用于定時(shí)控制、延時(shí)、對(duì)外部事件計(jì)數(shù)和檢測(cè)等場(chǎng)合。它們具有計(jì)數(shù)和定時(shí)兩種工作方式以及四種工作模式。定時(shí)器T0具有方式0、方式1、方式2和方式3四種工作方式。T1具有方式0、方式1和方式2三種工作方式。6、中斷系統(tǒng)AT89C51單片機(jī)有五個(gè)中斷請(qǐng)求源。其中，兩個(gè)外部中斷源；兩個(gè)片內(nèi)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器（T0、T1）

25、的溢出中斷源TE0和TF1；一個(gè)片內(nèi)串行口接受或發(fā)送中斷源RI或TI。這些中斷請(qǐng)求分別由單片機(jī)的特殊功能寄存器TCON和SCON的相應(yīng)位鎖存。當(dāng)幾個(gè)中斷源同時(shí)向CPU請(qǐng)求中斷，要求CPU提供服務(wù)的時(shí)候，就存在CPU優(yōu)先響應(yīng)哪一個(gè)中斷請(qǐng)求，于是一些微處理器和單片機(jī)規(guī)定了每個(gè)中斷源的優(yōu)先級(jí)別。3.2 AT89C51的復(fù)位電路AT89C51單片機(jī)通常采用上電自動(dòng)復(fù)位和開(kāi)關(guān)手動(dòng)復(fù)位兩種方式。本設(shè)計(jì)采用上電復(fù)位電路，電路圖如圖3.2所示。所謂上電復(fù)位，是指單片機(jī)只要一上電，便自動(dòng)地進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)。在通電瞬間，電容C通過(guò)電阻R充電，RST端出現(xiàn)正脈沖，用以復(fù)位。圖3.2 復(fù)位電路3.3 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展AT

26、89C51片內(nèi)還有28字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM，主要用工作寄存器、堆棧、軟件標(biāo)志和數(shù)據(jù)緩沖器。對(duì)于簡(jiǎn)單的測(cè)控系統(tǒng)，用它存放運(yùn)算的中間結(jié)果，容量是夠用的。但是對(duì)于大量數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)，則需要在片外擴(kuò)展RAM。由于本設(shè)計(jì)采用大量溫濕度傳感器，所以一片AT89C51芯片是不夠用的，所以要對(duì)AT89C51的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行擴(kuò)展，因此，選用RAM6264數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器一片。6264可以直接和存儲(chǔ)器的地址線(xiàn)并聯(lián)，數(shù)據(jù)地址線(xiàn)也同樣可以并聯(lián)連接。6264的寫(xiě)選通信號(hào)連接到AT89C51的上，讀選通信號(hào)連接到AT89C51的上，這樣單片機(jī)就能把程序采集來(lái)的數(shù)據(jù)。經(jīng)過(guò)變換最終轉(zhuǎn)換成數(shù)字溫濕度量存放到6264中，也可以從6

27、264中讀取數(shù)據(jù)，具體的連接如下圖3.3所示：8255A中的控制寄存器很少，所以初始化程序設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單。對(duì)于方式0，如果不要設(shè)定C口的聯(lián)絡(luò)信號(hào)，則只需要設(shè)置方式控制字；如果要設(shè)定C口的某些位為聯(lián)絡(luò)信號(hào)，則只需設(shè)置C口的位置/復(fù)位控制字。對(duì)于方式1和方式2，因?yàn)槎家玫娇刂菩盘?hào)，所以必須設(shè)置兩個(gè)控制字，即設(shè)置方式選擇控制字和C口復(fù)位控制字。8255有40個(gè)引腳，下面根據(jù)功能分類(lèi)說(shuō)明。圖3.3 AT89C51與地址6264的連接1） 數(shù)據(jù)線(xiàn)數(shù)據(jù)線(xiàn)有D7D0，PA7PA0，PB7PB0，PC7PC0，均為雙向三態(tài)，其中D7D0與CPU數(shù)據(jù)總線(xiàn)相連，用于傳遞CPU與8255之間的命令和數(shù)據(jù)；PA7PA0，

28、PB7PB0，PC7PC0，分別與A、B、C三個(gè)端口相對(duì)應(yīng)，用于8255A與外設(shè)之間的傳送數(shù)據(jù)。2） 尋址線(xiàn)尋址線(xiàn)、和，用于選擇8255的三個(gè)端口和控制寄存器。：片選信號(hào)，輸入，低電平有效。有效時(shí)表示選中本片。和：輸入，通常與系統(tǒng)地址總縣的和對(duì)應(yīng)相連。當(dāng)有效時(shí)，和的四種組合00、01、10、11分別選擇A、B、C、口和控制寄存器，所以一片8255A共有4個(gè)I/O地址。3） 控制線(xiàn)：讀信號(hào)，輸入低電平有效。當(dāng)為低電平時(shí)，表示CPU對(duì)8255A進(jìn)行讀操作。：寫(xiě)信號(hào)，輸入低電平有效。當(dāng)為低電平時(shí)，表示CPU對(duì)8255A進(jìn)行寫(xiě)操作。RESET：復(fù)位信號(hào)，輸入，高電平有效。當(dāng)RESET為高電平時(shí)，825

29、5A內(nèi)部所有寄存器清零。各端口都自動(dòng)設(shè)置為輸入方式，24條I/O引腳均為高租態(tài)8。4） 電源和地線(xiàn)采用單一+5V電源。8255A的控制信號(hào)和傳輸動(dòng)作之間的關(guān)系如表3.2所示表3.2 8255的控制信號(hào)和傳輸動(dòng)作對(duì)應(yīng)關(guān)系 傳輸說(shuō)明0 0 00 0 10 1 00 0 00 0 10 1 00 1 11 × ×0 1 10 × × 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 × ×0 11 1A口數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)總線(xiàn)B口數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)總線(xiàn)C口數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)總線(xiàn)數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)總線(xiàn)A口數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)總線(xiàn)B口數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)總線(xiàn)C口數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)總線(xiàn)控制寄存器進(jìn)入高阻態(tài)

30、非法進(jìn)入高阻態(tài)8255A的引腳信號(hào)如圖3.4所示：圖3.4 8255A引腳圖AT89C51和8255A的接口：8255A可以直接與MCS-51總線(xiàn)接口，其接口電路如圖3.5所示圖3.4中，8255A的片選信號(hào)及口地址選擇線(xiàn)A0、A1分別由AT89C51的P2.7和P0.1、P0.0經(jīng)地址鎖存后提供，所以，8255A的A口、B口、C口及控制口的地址分別為6000H、6001H、6002H、6003H。8255A的、分別與AT89C51的、相連，8255A的RESET與AT89C51的RST相連。都接到AT89C51的復(fù)位電路上。對(duì)8255初始化的程序如下：MOV A ，#80H ；置方式控制字

31、方式0MOV DPTR，#6003H ；指向8255口地址MOVX DPTR A本設(shè)計(jì)采用8255的A口B口連接LED顯示器，用C口進(jìn)行報(bào)警和相應(yīng)設(shè)備的啟動(dòng)，所以PA口PB口PC口的地址分別為6000H，6001H和6002H。圖3.5 8255A和AT89C51的連接3.4 八路溫濕度采集電路本系統(tǒng)中采用八路溫濕度采集，即在所測(cè)環(huán)境中放八個(gè)溫濕度傳感器，其電路圖如圖3.6所示。圖3.6 八路溫濕度采集電路圖中M1A至M1H分別為8個(gè)傳感器，他們分別放到所測(cè)環(huán)境的8個(gè)不同位置，由AD590的性質(zhì)不難得出0至7端口輸出電壓=10，然后0至7端口再接到溫濕度選擇電路中即可。3.5 八路溫濕度選擇電

32、路本系統(tǒng)中八路溫濕度需要巡回檢測(cè)，故采用一個(gè)八路模擬選擇開(kāi)關(guān)CD4051，其電路圖如下圖3.7所示。圖3.7 八路溫濕度選擇電路圖中引腳框中0-7為8個(gè)傳感器信號(hào)輸入端，通過(guò)A、B、C三個(gè)端口的模擬組合決定某一刻某一個(gè)端口被選通，其中AA、BB、CC分別接AT89C51的P1.4、P1.5、P1.6端口，其中3口OUT為信號(hào)輸出口，OUT端口接信號(hào)的處理及放大電路。3.6 單路溫濕度處理電路本系統(tǒng)單路溫濕度處理電路如圖3.8所示。圖3.8 單路溫濕度處理電路如圖，AD590串連一個(gè)10電阻再接地，即可產(chǎn)生10 (273.2 + t)毫伏電壓， 這個(gè)電壓先經(jīng)一個(gè)運(yùn)放AR1(0P07) 所組成的緩

33、沖器，以避免負(fù)載效應(yīng)。=10 (273.2 + t)；中間的運(yùn)放AR2(OP07)組成一個(gè)減法器。為了將采集的電壓A/D轉(zhuǎn)換成溫濕度更接近人的思維角度，通過(guò)這個(gè)減法器將電壓減掉2.732 。=1.366 V； =-(-2)=-(-2.732) V；再加上最后一個(gè)運(yùn)放AR3(OP07)組成一個(gè)反相器，使最后輸出電壓每增加0.01，即表示溫濕度增加1 。= =0.3V，=-=0.6 + 0.01t；例如，實(shí)際空氣溫濕度為20 ，即t = 20；= 2.732 V；=0.8。單片機(jī)將此電壓進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換和單片機(jī)處理，轉(zhuǎn)換后就為20，無(wú)需再將結(jié)果標(biāo)定成溫濕度，其中A/D轉(zhuǎn)換的算法在后續(xù)介紹。3.7 A

34、/D轉(zhuǎn)換電路A/D轉(zhuǎn)換器的種類(lèi)繁多、特性各異。在設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、測(cè)控系統(tǒng)和智能儀器儀表時(shí)，應(yīng)選擇性能合適、性能價(jià)格比高的A/D轉(zhuǎn)換器芯片。本設(shè)計(jì)選擇的A/D轉(zhuǎn)換器芯片為ADC0809。ADC0809是8路8位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換CMOS器件，在過(guò)程控制和機(jī)床控制等應(yīng)用中，能對(duì)多路模擬信號(hào)進(jìn)行分時(shí)采集和A/D轉(zhuǎn)換，輸出數(shù)字信號(hào)通過(guò)三態(tài)緩沖器，可直接與微處理器的數(shù)據(jù)總線(xiàn)相連接。ADC0809與單片機(jī)AT89C51的硬件接口方式有：查詢(xún)方式、中斷方式和等待延時(shí)方式。采用中斷方式不浪費(fèi)CPU的等待時(shí)間，但是如果A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間較短，也可以用程序查詢(xún)方式和等待查詢(xún)延時(shí)方式。下面介紹兩種最常用的方式：查詢(xún)

35、方式和中斷方式。1） 查詢(xún)方式ADC0809與單片機(jī)AT89C51的硬件接口如圖3.9所示：圖3.9 ADC0809與單片機(jī)AT89C51的硬件接口電路由于ADC0809具有三態(tài)輸出數(shù)據(jù)鎖存器，其8位數(shù)據(jù)輸出端可以與數(shù)據(jù)總線(xiàn)相連。地址選通端ADDA、ADDB、ADDC分別與AT89C51地址總線(xiàn)的低三位、相連，用于選通中的某一個(gè)通道。由于ALE和START連在一起，ALE=START=，ADC0809在鎖存通道地址的同時(shí)啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換。在讀取A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果時(shí)。OE=產(chǎn)生的正脈沖信號(hào)用于打開(kāi)三態(tài)輸出鎖存器。ADC0809的EOC信號(hào)與AT89C51的P1.0相連，作為A/D轉(zhuǎn)換是否結(jié)束的狀態(tài)信號(hào)

36、供T89C51查詢(xún)。采用查詢(xún)方式分別對(duì)8路模擬信號(hào)順序采樣，并依次把A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果轉(zhuǎn)存到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)，其采樣轉(zhuǎn)換程序如下：MOV TEMPL0 ，#08H ；設(shè)置通道個(gè)數(shù)MOV R1 ，2AH ；置數(shù)據(jù)區(qū)首地址MOV DPTR ，#5000H ；指向通道0START： MOVX DPTR ，A ；啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換 MOV R3 ，#32 ；設(shè)置延時(shí)時(shí)間LOOP100： DJNZ R3 ，LOOP100 ；延時(shí)完成？TEST： NB P3.3 ，TEST ；標(biāo)志位為1？不為等待 MOVX A ，DPTR ；取出A/D轉(zhuǎn)換值 MOV R1 ， A ；送入數(shù)據(jù)區(qū) INC R1 ；指針加1 CJNE R1

37、 ，#2FH，START；判斷數(shù)據(jù)區(qū)滿(mǎn)？2） 中斷方式ADC0809作為AT89C51單片機(jī)的一個(gè)外部擴(kuò)展并行口I/O口，口地址取決于所連接的中斷口，選通通道取決于地址地位，中斷方式的主要特點(diǎn)是將轉(zhuǎn)換完成信號(hào)接在單片機(jī)的中斷口上，轉(zhuǎn)換完成A/D轉(zhuǎn)換器發(fā)出信號(hào)單片機(jī)把它當(dāng)作一個(gè)中斷來(lái)處理。所以本設(shè)計(jì)中A/D轉(zhuǎn)換器連接成查詢(xún)方式。3.8 電源穩(wěn)壓電路電源穩(wěn)壓電路是常用的變壓整流電路，技術(shù)相對(duì)成熟，成本較低。變壓器輸入端為220V/50HZ交流電，經(jīng)過(guò)變壓器變壓獲得9V交流電，然后再由橋式整流電路和濾波電路處理，得到約等9V直流電，最后經(jīng)過(guò)直流穩(wěn)壓電路CW7805處理，最終得到+5V的直流電，即可作

38、為此系統(tǒng)的電源，具體電路如圖3.10所示：圖3.10 電源穩(wěn)壓電路根據(jù)要求，首先用集成穩(wěn)壓器設(shè)計(jì)一個(gè)固定輸出5V的直流穩(wěn)壓電源，通過(guò)查閱常用電子元器件實(shí)用手冊(cè)可知CW7805集成穩(wěn)壓器輸出， CW7805的輸入電壓為，又由于次級(jí)線(xiàn)圈的電壓一般比最終輸出的穩(wěn)壓至少高，故可均取輸入電壓為設(shè)計(jì)。即交流輸入電壓經(jīng)整流和濾波后變成。則有變壓后電壓于是選擇變壓器原繞組與副繞組的匝數(shù)比（變壓比）。功率，所以可以選用變壓器。電路中整流二極管所承受的最大反向電壓。所以應(yīng)選擇反向擊穿電壓的整流二極管（按最大反向工作電壓的二倍選?。９士梢赃x擇二極管（最大反向工作電壓，最大正向整流電流）搭建整流橋?？蛇x用抗擊穿能力

39、較強(qiáng)的發(fā)光二極管用于短路時(shí)保護(hù)三端集成穩(wěn)壓器，還可以起到指示作用。電容的容抗一般大于幾千歐，為了防止電容被擊穿，我們?nèi)?，根?jù)公式得到防止低頻干擾的電容 故可取=根據(jù)三端集成穩(wěn)壓器的規(guī)格可以確定=0.33， =0.33。根據(jù)，得故，可取反向擊穿電壓為的電解電容濾波電容。3.9 聲光報(bào)警電路當(dāng)某一通道的溫濕度測(cè)量值超出預(yù)先設(shè)定的上、下限報(bào)警值或系統(tǒng)運(yùn)行出現(xiàn)故障時(shí)， 系統(tǒng)發(fā)出聲光報(bào)警以提醒用戶(hù)注意。報(bào)警電路中光報(bào)警采用發(fā)光二極管，聲報(bào)警采用蜂鳴器來(lái)設(shè)計(jì)，其硬件電路如圖3.11所示。圖3.11 聲光報(bào)警電路蜂鳴器電路中，晶體管起開(kāi)關(guān)作用，P1.7輸出低電平時(shí)，管腳輸出電壓經(jīng)過(guò)lK限流電阻分壓后，到達(dá)晶

40、體管基極的電壓為使得晶體管發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏，晶體管導(dǎo)通， 蜂鳴器上電而產(chǎn)生聲響。3.10 看門(mén)狗電路由于單片機(jī)無(wú)操作系統(tǒng)，如果程序出現(xiàn)異常情況(如出現(xiàn)死循環(huán))就無(wú)法正常運(yùn)行， 因此，本系統(tǒng)采用了一個(gè)硬件看門(mén)狗來(lái)監(jiān)視程序的運(yùn)行。美信公司的MAX706P，具有“看門(mén)狗”、主電源檢測(cè)的功能。單片機(jī)通過(guò)I/0引腳給(看門(mén)狗輸入)腳正脈沖，如果兩次脈沖時(shí)間間隔不大于1.6S，則 (看門(mén)狗輸出)腳一直為高電平，說(shuō)明微機(jī)程序運(yùn)行正常。當(dāng)兩次發(fā)出正脈沖的時(shí)間間隔大于1.6S時(shí)，“看門(mén)狗” 便使引腳變?yōu)榈碗娖剑瑢⒛_與相連，可使RESET腳(與單片機(jī)的RST相連)產(chǎn)生高電平的復(fù)位脈沖，使程序能從頭重新開(kāi)始執(zhí)

41、行，起到監(jiān)視程序運(yùn)行的作用。看門(mén)狗電路如圖3.12所示。圖3.12 看門(mén)狗電路 注：圖中MAX706P的REST端接單片機(jī)的RST端，端接P2.4端口。3.11 顯示電路LED顯示器是由發(fā)光二極管顯示字段的顯示器件，也可稱(chēng)為數(shù)碼管。其外形結(jié)構(gòu)如圖3.13所示，由圖可見(jiàn)它由8個(gè)發(fā)光二極管（以下簡(jiǎn)稱(chēng)字段）構(gòu)成，通過(guò)不同的組合來(lái)顯示出0-9、A、B、C、D、E、F以及小數(shù)點(diǎn)“.”等字符。 圖3.13 LED顯示器的結(jié)構(gòu)表3.3列出七段LED顯示器（共陰極）顯示的數(shù)字、字符和對(duì)應(yīng)的段碼關(guān)系。共陽(yáng)極顯示器的段碼與共陰極顯示器的段碼是邏輯非的關(guān)系，所以對(duì)表2-4中的共陰極顯示器的段碼求反，即可得到共陽(yáng)極顯

42、示器的段碼。LED顯示器的顯示方法本設(shè)計(jì)顯示需要使用2855和7位共陽(yáng)極顯示器的接口電路。8255的A作為位掃描口，經(jīng)反向驅(qū)動(dòng)器75452接顯示器公共陰極；B口作為段數(shù)據(jù)口，經(jīng)同相驅(qū)動(dòng)器7407接顯示器的各個(gè)陽(yáng)極。表3.3 數(shù)字對(duì)應(yīng)的段碼表示字符 DP g f e d c b a段碼（H）0123456789AbcdEFP.空格0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 00 1 0 1 1 0 1 10 1 0 0 1 1 1 10 1 1 0 0 1 1 00 1 1 0 1 1 0 10 1 1 1 1 1 0 10 0 0 0 0 1 1 10 1 1 1 1 1 1

43、10 1 1 0 1 1 1 10 1 1 1 0 1 1 10 1 1 1 1 1 0 00 0 1 1 1 0 0 10 1 0 1 1 1 1 00 1 1 1 1 0 0 10 1 1 1 0 0 0 10 1 1 1 0 0 1 11 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 3F065B 4F666D7D077F6F777C395E7971738000對(duì)于6位顯示器，在AT89C51RAM存儲(chǔ)器中設(shè)置7個(gè)顯示緩沖單元70H76H，分別存放7位顯示器的顯示數(shù)據(jù)。8255的 A 口掃描輸出總是只有1位高電平，即7位顯示器中僅有1位公共陽(yáng)極為高電平，其他位為低電平8255

44、的B口輸出相應(yīng)位然后對(duì)其他6位巡回顯示，如果小數(shù)點(diǎn)位固定可以通過(guò)對(duì)指定位進(jìn)行置位或者清零來(lái)實(shí)現(xiàn)。本系統(tǒng)采用74LS245做驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的電路，可以保證數(shù)碼管的供電，數(shù)碼管7SEG-MAX4動(dòng)態(tài)顯示4位數(shù)字，74LS245芯片及數(shù)碼管7SEG-MAX4前已做了詳細(xì)介紹，這里不再說(shuō)明。這里著重說(shuō)明一下數(shù)碼管顯示數(shù)字的含義，數(shù)碼管顯示數(shù)字為4位，其4位數(shù)從左向右數(shù)的含義為：第一個(gè)數(shù)碼管顯示的是傳感器的通道號(hào)，第二個(gè)數(shù)碼管顯示“-”號(hào)或者當(dāng)溫濕度高于100時(shí)顯示百位數(shù)字，第三個(gè)數(shù)碼管和第四個(gè)數(shù)碼管依次顯示所測(cè)溫濕度數(shù)字，例如若是數(shù)碼管顯示為6-15，則其含義為6代表第6個(gè)傳感器，“-”代表溫濕度為零下，

45、-15代表零下15，即其總體含義為第六個(gè)溫濕度傳感器的位置檢測(cè)的溫濕度為零下15；若是數(shù)碼管顯示為8030，則其含義為第八個(gè)傳感器的位置檢測(cè)位置的溫濕度為30。其硬件電路如圖3.14所示。圖3.14 顯示電路3.12 數(shù)字溫濕度傳感器DS1820和濕度檢測(cè)電路3.12.1 DS1820 的主要特性 DS1820 有下列主要特性 : 1）只需一根 I/ O 線(xiàn)就能完成通信 ; 2）多個(gè)分散的 DS1820 可以共用一線(xiàn)進(jìn)行通信; 3）不需外部元器件 ; 4）可以通過(guò)數(shù)據(jù)線(xiàn)供電 ; 5）檢測(cè)溫度范圍為 - 55 + 125°C ,精度在0. 5度 ; 6）用 9bit 數(shù)字量來(lái)表示溫度

46、; 7）每次將溫度轉(zhuǎn)換成數(shù)字量需 200ms ; 8）可定義一個(gè)不變化的溫度設(shè)置為報(bào)警溫度; 9）有 PR35 T 和 SSOP 兩種封裝型式。3.12.2DS1820 內(nèi)部結(jié)構(gòu) DS1820 內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖 3.15 所示。圖3.15 DS1820內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 由圖3.15可知 ,DS1820 由以下幾部分組成: 1）64 位激光只讀存貯器。在這里存放著每個(gè) DS1820 的唯一的序號(hào) ,開(kāi)始 8 位是產(chǎn)品類(lèi)型的編號(hào)(DS1820 為 10H） ,接著是每個(gè)器件的唯一的序號(hào) ,共有 48 位 ,最后 8 位是前 56 位的 CRC 校驗(yàn)碼這也是多個(gè) DS1820 可以采用一線(xiàn)進(jìn)行通信的原因。

47、 2）溫度傳感器。它是將溫度轉(zhuǎn)化為數(shù)字量的關(guān)鍵部分。 3）DS1820 的存貯器。它由高速存貯器RAM和EERAM(高溫TH和低溫TL報(bào)警觸發(fā)器）組成,數(shù)據(jù)首先寫(xiě)入高速存貯器 RAM 中 ,然后通過(guò)復(fù)制命令將數(shù)據(jù)寫(xiě)入 EERAM 中。高速存貯器 RAM 由8 個(gè)字節(jié)組成 ,頭兩個(gè)字節(jié)存放檢測(cè)溫度的值,0號(hào) (LSB） 為存放溫度的值,1 號(hào) (MSB） 存放溫度值的符號(hào) ,如果溫度為負(fù) ,則1號(hào)存貯器全為1 ,否則全為0，這也是可用 9bit 來(lái)表示溫度的原因。最低位先讀出。若LSB最低位為1 ,則表示為0.5度 ,求值的方法根據(jù)MSB中的值將LSB中的二進(jìn)制數(shù)求補(bǔ)再轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)除以 2 即

48、得被測(cè)溫度的值。表 2是溫度和數(shù)字量的關(guān)系。第二和第三字節(jié)是從TH和TL中復(fù)制的值,當(dāng)上電被更新;接下來(lái)兩個(gè)字節(jié)沒(méi)用 ,若讀它應(yīng)全為1 ;第六和第七字節(jié)為計(jì)數(shù)寄存器;最后一個(gè)字節(jié)為 CRC 校驗(yàn)。3.12.3 DS1820的工作原理 DS1820的引腳排列如圖3.16所示。I/O位數(shù)據(jù)輸入/輸出端（即單線(xiàn)總線(xiàn)），它屬于漏極開(kāi)路輸出，外接上拉電阻后，常態(tài)下呈高電平。是可供選用的外部+5V電源端，不用時(shí)需接地。GND為地，NC為空腳。圖3.16 DS1820的引腳圖DS1820測(cè)量溫濕度時(shí)使用特有的溫濕度測(cè)量技術(shù)，其測(cè)量溫濕度框圖如圖3.17所示。內(nèi)部計(jì)數(shù)器對(duì)一個(gè)受溫濕度影響的振蕩器的脈沖計(jì)數(shù)，低

49、溫時(shí)振蕩器的脈沖可以沖過(guò)門(mén)電路，而當(dāng)達(dá)到某一設(shè)置高溫時(shí)，振蕩器的脈沖無(wú)法通過(guò)門(mén)電路。圖3.17 DS1820測(cè)溫原理框圖3.12.4 DS1820使用中注意事項(xiàng)DS1820雖然具有測(cè)溫系統(tǒng)簡(jiǎn)單、測(cè)溫精度高、連接方便、占用口線(xiàn)少等優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)際應(yīng)用中也應(yīng)注意以下幾方面的問(wèn)題： 1）較小的硬件開(kāi)銷(xiāo)需要相對(duì)復(fù)雜的軟件進(jìn)行補(bǔ)償，由于DS1820與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，在對(duì)DS1820進(jìn)行讀寫(xiě)編程時(shí)，必須嚴(yán)格的保證讀寫(xiě)時(shí)序，否則將無(wú)法讀取測(cè)溫結(jié)果。 2）當(dāng)單總線(xiàn)上所掛DS1820超過(guò)8個(gè)時(shí)，就需要解決微處理器的總線(xiàn)驅(qū)動(dòng)問(wèn)題，這一點(diǎn)在進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要加以注意。 3）在DS1820測(cè)溫程

50、序設(shè)計(jì)中，向DS1820發(fā)出溫濕度轉(zhuǎn)換命令后，程序總要等待DS1820的返回信號(hào)，一旦某個(gè)DS1820接觸不好或斷線(xiàn)，當(dāng)程序讀該DS1820時(shí)，將沒(méi)有返回信號(hào)，程序進(jìn)入死循環(huán)3.12.5 濕度檢測(cè)電路本例中采用8255來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換。EL7556由積分電路、基準(zhǔn)電路、頻率轉(zhuǎn)換電路及頻率電壓（F/V）轉(zhuǎn)換電路等組成，積分電路及R1、R2、C1用于產(chǎn)生一定頻率的脈沖信號(hào)并從5腳送至8腳。調(diào)節(jié)R2可對(duì)該脈沖信號(hào)頻率進(jìn)行調(diào)整，從而使?jié)穸葌鞲衅鞯木€(xiàn)性和靈敏度處于較好狀態(tài)；基準(zhǔn)電路和頻率轉(zhuǎn)換電路可將濕度傳感器的電容變化轉(zhuǎn)換成頻率變化，再經(jīng)頻率電壓轉(zhuǎn)換電路后從9腳輸出與頻率成線(xiàn)性的電壓，然后經(jīng)C3等濾波后送入A

51、/D轉(zhuǎn)換器，再進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換以將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。本設(shè)計(jì)的濕敏傳感器為MXS型電容式濕敏傳感器，濕度為76%RH時(shí)的電容值為500pF，電容相對(duì)變化率為1.7 pF/%。當(dāng)濕度為0%100%RH時(shí)，9腳輸出的相應(yīng)信號(hào)頻率為01000Hz，精度為2%，F(xiàn)/V電路輸出的電壓為05V。調(diào)整時(shí)，可先設(shè)定濕度為5%RH，然后調(diào)節(jié)R2，使9腳輸出100mV電壓即可。主要特性：1）與MCS-51 兼容 ；2）4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器；3）壽命：1000寫(xiě)/擦循環(huán)；4）數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年圖3.18 濕度傳感器外觀和內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖綜上所述為本系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)，其總體電路圖見(jiàn)附錄一。4 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)完成以后，進(jìn)行系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)。分析系統(tǒng)對(duì)軟件的要求，然后進(jìn)行了軟件的總體設(shè)計(jì)，包括程序總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和對(duì)程序進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)。將系統(tǒng)整體功能劃分成多個(gè)不同的模塊，單獨(dú)設(shè)計(jì)、編程、調(diào)試，然后將各個(gè)模塊進(jìn)行裝配聯(lián)調(diào)，組成完整的系統(tǒng)軟件。根據(jù)系統(tǒng)軟件的功能需求，系統(tǒng)應(yīng)用軟件分為主程序、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理（A/D轉(zhuǎn)換）、報(bào)警及顯示等五大主要程序模塊。4.1主程序模塊設(shè)計(jì)主程序主要將各子模塊組織起來(lái)成為一個(gè)有機(jī)的整體，主程序流程圖如圖4.1所示，主程序見(jiàn)附錄三所