畢業(yè)設(shè)計-溫室大棚溫度濕度自動控制系統(tǒng)設(shè)計

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上 煙 臺 南 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 論 文 題目：溫室大棚溫度濕度自動控制系統(tǒng)設(shè)計姓 名： 所在學(xué)院：計算機與電氣自動化學(xué)院 所學(xué)專業(yè)： 自動化 班 級 ： 08級自動化01班 學(xué) 號： 6 指導(dǎo)教師： 完成時間： 2012年3月12日 專心-專注-專業(yè) 煙臺南山學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計）任務(wù)書論文題目溫室大棚溫度濕度自動控制系統(tǒng)設(shè)計院部計算機與電氣自動化專業(yè)自動化班級08自動化本科1班畢業(yè)論文（設(shè)計）的要求 在此系統(tǒng)中，溫濕度傳感器獲得所測環(huán)境中的檢測溫濕度信號，信號處理和放大后，由A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號進入單片機內(nèi)部，顯示于LED顯示器上。單片機將給定的溫濕度安全范圍

2、與測量的溫濕度相比較，若測量溫濕度在給定的溫濕度安全范圍則表明所測環(huán)境溫濕度正常，各工作器件可在此環(huán)境中繼續(xù)工作；若測量溫濕度不在給定的溫濕度安全范圍內(nèi)，則相應(yīng)報警系統(tǒng)工作，發(fā)出報警，說明所測環(huán)境溫濕度需要調(diào)整。同時此系統(tǒng)設(shè)有看門狗電路模塊，可以起到程序正常運行的作用。畢業(yè)論文（設(shè)計）的內(nèi)容與技術(shù)參數(shù)蔬菜大棚溫濕度濕度自動控制系統(tǒng)由主控制器AT89C51單片機、并行口擴展芯片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、掉電保護和LED顯示器和報警電路等構(gòu)成，實現(xiàn)對蔬菜大棚溫濕度的檢測與控制，從而有效提高蔬菜的產(chǎn)量。內(nèi)容：（1

3、）安全溫濕度范圍為-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）用十進制數(shù)碼管顯示所測環(huán)境溫濕度。（4）由于單片機無操作系統(tǒng)，若程序出現(xiàn)異常無法正常工作，故本系統(tǒng)采用了一個硬件看門狗來監(jiān)視程序運行。畢業(yè)論文（設(shè)計）工作計劃 2011.11 看關(guān)于單片機原理的書籍；2011.12 看關(guān)于溫濕度傳感器和信號處理器的有關(guān)書籍；2012.01 看有關(guān)顯示電路，看門狗電路和報警電路的書籍；2012.02 看有關(guān)匯編及C語言編程的書籍；2012.02 制定開題報告；2012.03 開始編寫論文：a 編寫所用到的各種元器件的原理和簡單介紹 b 完成主題設(shè)計思路 完成電路圖設(shè)計

4、；2012.04編寫主程序； 2012.04完成設(shè)計總結(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(主任) (簽名) 年 月 日摘 要溫室大棚溫度濕度自動控制系統(tǒng)由主控制器AT89C51單片機、并行口擴展芯片8255、74LS373、A/D轉(zhuǎn)換器0809、濕度傳感器、溫濕度傳感器DS1820、RAM6264存儲器、掉電保護、LED顯示器和報警電路等構(gòu)成，實現(xiàn)對溫室大棚溫濕度的檢測與控制，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

5、統(tǒng)設(shè)計, 討論了溫室大棚溫濕度巡回檢測與控制的基本原理，進行了可行性論證。給出了電路圖和程序流程圖并附有源程序。由于利用了單片機及數(shù)字控制系統(tǒng)的優(yōu)點，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、物資倉庫、食品加工、熱處理、冶金以及其他行業(yè)的溫濕度檢測及顯示、報警等。該系統(tǒng)由于使用集成溫濕度傳感器DS1820和性價比較高的單片機AT89C51,具有系統(tǒng)性能穩(wěn)定可靠、功耗低、成本低、測量準(zhǔn)確、傳輸距離遠(yuǎn)、維護簡單等優(yōu)點， 在其他實際工作中， 有一定的實用和參考價值。關(guān)鍵詞：AT89C51單片機；溫濕度傳感器；A/D轉(zhuǎn)換器；LED顯示器；報警電路 Abstract Vegetables

6、 canopy 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

7、alarm 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 ou

8、t 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 detec

9、tion; A/D converter; The LEDdisplay; Alarm circuit; Solid state relays.目 錄1 緒 論1.1 課題背景單片機自1976年由Intel公司推出MCS-48開始，迄今已有二十多年了。由于單片機集成度高、功能強、可靠性高、體積小、功耗低、使用方便、價格低廉等一系列優(yōu)點，目前已經(jīng)滲入到人們工作和生活的方方面面，單片機的應(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)展到家用消費產(chǎn)品、辦公自動化、汽車電子、PC機外圍以及網(wǎng)絡(luò)通訊等廣大領(lǐng)域。單片機有兩種結(jié)構(gòu)：一種是在通用微型計算機中廣泛采用的，程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器共用一個存儲

10、器空間的結(jié)構(gòu)，稱為“馮·諾依曼”結(jié)構(gòu)。另一種是將程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器截然分開，分別尋址的結(jié)構(gòu)，稱為“哈佛”結(jié)構(gòu)，目前的單片機采用此種結(jié)構(gòu)較多。本文介紹的分布式單總線溫室大棚溫濕度濕度自動控制系統(tǒng)，采用全數(shù)字化設(shè)計，直接監(jiān)測每個棚內(nèi)不同部分的溫濕度，通過對溫濕度的良好控制，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環(huán)境中的檢測溫度信號，信號處理和放大后，由A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號進入單片機內(nèi)部，顯示于LED顯示器上。單片機將給定的溫度安全范圍與測量的溫度相比較，若測量溫度在給定的溫度安全范圍則表明所測環(huán)境溫度正常，各工作器件可在此環(huán)境中繼續(xù)工作；若測量溫度

11、不在給定的溫度安全范圍內(nèi)，則相應(yīng)報警系統(tǒng)工作，發(fā)出報警，說明所測環(huán)境溫度需要調(diào)整。同時此系統(tǒng)設(shè)有看門狗電路模塊，可以防止程序在運行過程中“跑飛”，保證系統(tǒng)運行的穩(wěn)定、可靠。1.3 具體要求本方案中整個系統(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，單片機處理電路，聲光報警電路，看門狗電路，顯示電路等組成，軟件選用匯編語言編程。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）用十進制數(shù)碼管動態(tài)顯示所測環(huán)境溫度。（4）由于單片機無操作系統(tǒng)，若程序出現(xiàn)異常無法正常工作，故本系統(tǒng)采用了一個硬件看門狗來防止程序“跑飛”，保證系統(tǒng)運行的穩(wěn)

12、定、可靠。1.4 設(shè)計思路本設(shè)計采用單片機作為數(shù)據(jù)處理與控制單元，為了進行數(shù)據(jù)處理，單片機控制溫度傳感器經(jīng)過處理的信號，把信號通過單總線傳遞到單片機上。單片機數(shù)據(jù)處理之后，發(fā)出控制信息改變報警和控制執(zhí)行模塊的狀態(tài)，同時將當(dāng)前溫度信息發(fā)送到LED進行顯示。本系統(tǒng)可以實現(xiàn)多路溫度信號采集與顯示，通過進行溫度數(shù)據(jù)的運算處理，發(fā)出控制信號達到控制對象正常的目的。1.5 溫室大棚計算機控制的概況現(xiàn)代化溫室，通過傳感器技術(shù)、微型計算機及單片機技術(shù)和人工智能技術(shù)，能自動測控溫室的環(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發(fā)育的反季節(jié)中，獲得比室外生長更優(yōu)的環(huán)境條件，達到早熟、優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)的目

13、的。在農(nóng)業(yè)種植問題中，溫室環(huán)境與生物的生長、發(fā)育、能量交換密切相關(guān)，進行環(huán)境測控是實現(xiàn)溫室生產(chǎn)管理自動化、科學(xué)化的基本保證，通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析，結(jié)合作物生長發(fā)育規(guī)律，控制環(huán)境條件，達到作物優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、高效盼栽培目的。隨著微機技術(shù)的發(fā)展，逐步采用配置靈活、開放式結(jié)構(gòu)、運算能力較強、高可靠性、完善的開發(fā)手段及具有數(shù)據(jù)處理、統(tǒng)計分析、打印報表等功能的測控系統(tǒng)所代替，取得了較好的經(jīng)濟效益。隨著國民經(jīng)濟的迅速增長，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)得到長足發(fā)展，受控農(nóng)業(yè)的研究和應(yīng)用技術(shù)越來越受到重視，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)與專家決策支持系統(tǒng)、溫

14、室環(huán)境智能測控技術(shù)研究與系統(tǒng)開發(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)和研究熱點問題。研究溫室環(huán)境信息進行模擬、分析、預(yù)測，研究開發(fā)基于作物成長栽培環(huán)境的溫室環(huán)境多因子智能化綜合測控系統(tǒng)，研究高效生產(chǎn)的溫室環(huán)境綜合測控模式與配套設(shè)施等將是今后主要研究內(nèi)容。目前，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)代化的標(biāo)志，農(nóng)業(yè)設(shè)施的自動檢測與控制是我國急待發(fā)展的項目。應(yīng)用自動控制和電子計算機實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和管理的自動化，是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志之一。近年來電子技術(shù)和信息技術(shù)的飛速發(fā)展，帶來了溫室

15、控制與管理技術(shù)方面的一場革命，隨著“設(shè)施農(nóng)業(yè)”、“虛擬農(nóng)業(yè)”等新名稱的出現(xiàn)，“設(shè)施園藝”、“虛擬溫室”的概念也應(yīng)運而生。溫室計算機控制與管理系統(tǒng)正在不斷吸收自動控制和信息管理領(lǐng)域新的理論和方法，結(jié)合溫室作物種植的特點，不斷創(chuàng)新，逐步完善，從而使溫室種植業(yè)實現(xiàn)真正意義上的現(xiàn)代化、產(chǎn)業(yè)化。國內(nèi)外溫室計算機控制技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r計算機的發(fā)展最早可以追溯到上個世紀(jì)的40年代，但將計算機用于環(huán)境控制則開始于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算機，此后溫室計算機控制及管理技術(shù)便率先在發(fā)達國家得到廣泛應(yīng)用，后來各發(fā)展中國家也都紛紛引進、開發(fā)出適合自己的系統(tǒng)。這在給各國帶來巨大的經(jīng)濟效益的

16、同時，也極大地推動了各國農(nóng)業(yè)的現(xiàn)代化進程。本文溫濕度自動控制系統(tǒng)是針對溫室大棚溫濕度控制而設(shè)計，也可用于糧食倉儲、冷庫及煙葉發(fā)酵等場合的溫濕度控制。塑料大棚是開發(fā)日光資源、充分利用太陽光能的主要形式之一，能避光、增產(chǎn)、保濕，為溫室生長創(chuàng)造一個良好環(huán)境。溫室大棚作為一個相對封閉的環(huán)境，其內(nèi)部形成了一個小氣候環(huán)境，良好的空氣環(huán)境是溫室正常生長的重要條件。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，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，光合作用幾乎停

17、止。溫室生長的適宜溫濕度為 20-30。大棚內(nèi)白天增溫快，當(dāng)棚外平均氣溫為 15時，棚內(nèi)可達 40-50。因此，要適時調(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%，濕度過大極易導(dǎo)致病蟲害的發(fā)生?，F(xiàn)在對大棚內(nèi)氣體、溫濕度和濕度的有效調(diào)節(jié)，主要是通過適時的通風(fēng)來實現(xiàn)。二氧化碳含量過大和濕度過大都會導(dǎo)致溫濕度升高。通過調(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溫室大棚溫濕度自動控制系統(tǒng)，采用全數(shù)字化設(shè)計，直接監(jiān)測每個棚內(nèi)不同部分的溫濕度，通過對溫濕度的良好控制，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)

18、構(gòu)框圖本系統(tǒng)為一個全自動的溫室大棚溫濕度巡回檢測與控制系統(tǒng)，由以下幾部分組成：AT89C51單片機，溫濕度傳感器，8255并行口電路A/D轉(zhuǎn)換器變送器，驅(qū)動電路報警和顯示電路組成，其接口部分包括單片機外擴展的數(shù)據(jù)存儲器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各單元電路進行電路設(shè)計，然后進行硬件電路集成。單片機是控制系統(tǒng)的核心部分。八通道溫濕度傳感器由八選一模擬選擇開關(guān)循環(huán)選通，被選中的溫濕度傳感器信號由信號處理及放大電路進行處理之后送入A/D轉(zhuǎn)換器，再由單片機控制A/D轉(zhuǎn)換器進行溫濕度數(shù)據(jù)的采集，而后對溫濕度原始數(shù)

19、據(jù)進行處理，根據(jù)處理結(jié)果驅(qū)動聲光報警電路和執(zhí)行數(shù)碼管。看門狗采用硬件看門狗電路，防止程序在運行過程中“跑飛”， 保證系統(tǒng)運行的穩(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8255進行初始化，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口為報警和相關(guān)設(shè)備驅(qū)動口。由于工藝決定，進入大棚之前已經(jīng)將濕度控制在安全限以內(nèi)，測量過程是“先測溫濕度后測濕度”，首先對溫濕度進行采樣，每一個溫濕度點采樣5次，計算平均值作為采樣值送入顯示和存儲的相應(yīng)單元進行存儲和傳感器的編號和溫濕度的顯示，然后判斷溫濕度是否超過設(shè)定溫濕度，如果溫濕度超標(biāo)則報警，并根據(jù)傳感器的位

20、置判斷啟動通風(fēng)設(shè)備還是加熱設(shè)備，如果不超標(biāo)就繼續(xù)檢測下一個點的溫濕度，直到整個大棚的多個點溫濕度全部測試完成，然后計算和顯示大棚的平均溫濕度，最后對8個點的濕度進行測量并且顯示。濕度也是按照每個點測量5次然后取平均值的方法計算，來減少干擾因素帶來的誤差，8個點的濕度測量完成后計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)就報警，并啟動風(fēng)扇進行通風(fēng)處理。然后系統(tǒng)返回再進行溫濕度和濕度的巡回測量和顯示。3 系統(tǒng)主要硬件電路模塊設(shè)計3.1 AT89C51單片機結(jié)構(gòu)組成根據(jù)系統(tǒng)的功能需求，選擇目前市場上性價比較高的AT89C51單片機（見圖2-4）作為該系統(tǒng)的控制核心。1、CPU的結(jié)構(gòu) CP

21、U是單片機內(nèi)部的核心部分，是單片機的指揮和執(zhí)行機構(gòu)，它決定了單片機的主要功能特性。從功能上看，CPU包括兩個基本部分：運算器和控制器。下面說明控制器和運算器。 1）運算器運算器包括算術(shù)邏輯運算部件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碼運算調(diào)整電路等。2）控制器控制器包括程序計數(shù)器PC、指令寄存器IR、指令譯碼器ID等。 2、時鐘電路AT89C51芯片內(nèi)部有一個高增益反向放大器，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電容構(gòu)成的自激振蕩器，如圖3.1所示。電容器C1

22、和C2通常都取30pF左右，選用不同的電容量對振蕩頻率有微調(diào)作用。但石英晶體本身的標(biāo)定頻率才是單片機振蕩頻率的決定因素。其振蕩頻率范圍是112MHz。圖3.1 時鐘電路本設(shè)計考慮系統(tǒng)的獨立完整性，選用內(nèi)部時鐘方式，石英震蕩頻率選用12MHZ，ALE信號頻率為2MHZ。3、I/O口結(jié)構(gòu)：AT89C51單片機有4個8位并行I/O接口，記作P0、P1、P2和P3，每個端口都是8位準(zhǔn)雙向口，共占32根引腳。每一條I/O線都能獨立地用作輸入或輸出。每個端口都包括一個鎖存器（即特殊功能寄存器P0P3），一個輸出驅(qū)動器和輸入緩沖器，作輸出時數(shù)據(jù)可以鎖存，作輸入時數(shù)據(jù)可以緩沖，但是這四個通道的功能完全不同。4

23、 、程序存儲器及數(shù)據(jù)存儲器1）程序存儲器對AT89C51芯片來說，片內(nèi)有4K字節(jié)ROM/EPROM，片外可擴展60K字節(jié)EPROM，片內(nèi)和片外程序存儲器統(tǒng)一編址。 在程序存儲器中，有6個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 說明 0000H復(fù)位后，PC=0000H 0003H外部中斷 入口 000BH定時器T0溢出中斷入口 0013H外部中斷 入口 001BH 定時器T1溢出中斷口 0023H串行口中斷入口2）數(shù)據(jù)存儲器AT89C51數(shù)據(jù)存儲器空間也分為內(nèi)片和外片兩大部分，即片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器RAM和片外數(shù)據(jù)存儲器RAM。如何區(qū)

24、別片內(nèi)、片外RAM空間呢？片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器最大可以尋址256個單元，片外最大可擴展64K字節(jié)RAM，并且片內(nèi)使用的是MOV指令，片外64K ROM空間專門為MOVX指令所用。5 、定時器AT89C51單片機的內(nèi)部有兩個16位可變成定時器0（T0）和定時器1（T1），它們都有定時或是事件計數(shù)的功能，可用于定時控制、延時、對外部事件計數(shù)和檢測等場合。它們具有計數(shù)和定時兩種工作方式以及四種工作模式。定時器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單片機有五個中斷請求源。其中，兩個外部中斷源；兩個片內(nèi)定時器/計數(shù)器（T0、T

25、1）的溢出中斷源TE0和TF1；一個片內(nèi)串行口接受或發(fā)送中斷源RI或TI。這些中斷請求分別由單片機的特殊功能寄存器TCON和SCON的相應(yīng)位鎖存。當(dāng)幾個中斷源同時向CPU請求中斷，要求CPU提供服務(wù)的時候，就存在CPU優(yōu)先響應(yīng)哪一個中斷請求，于是一些微處理器和單片機規(guī)定了每個中斷源的優(yōu)先級別。3.2 AT89C51的復(fù)位電路AT89C51單片機通常采用上電自動復(fù)位和開關(guān)手動復(fù)位兩種方式。本設(shè)計采用上電復(fù)位電路，電路圖如圖3.2所示。所謂上電復(fù)位，是指單片機只要一上電，便自動地進入復(fù)位狀態(tài)。在通電瞬間，電容C通過電阻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)存儲器的擴展

26、AT89C51片內(nèi)還有28字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲器RAM，主要用工作寄存器、堆棧、軟件標(biāo)志和數(shù)據(jù)緩沖器。對于簡單的測控系統(tǒng)，用它存放運算的中間結(jié)果，容量是夠用的。但是對于大量數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)，則需要在片外擴展RAM。由于本設(shè)計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AT89C51的數(shù)據(jù)存儲器進行擴展，因此，選用RAM6264數(shù)據(jù)存儲器一片。6264可以直接和存儲器的地址線并聯(lián)，數(shù)據(jù)地址線也同樣可以并聯(lián)連接。6264的寫選通信號連接到AT89C51的上，讀選通信號連接到AT89C51的上，這樣單片機就能把程序采集來的數(shù)據(jù)。經(jīng)過變換最終轉(zhuǎn)換成數(shù)字溫濕度量存放到6264中，也可以

27、從6264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)計簡單。對于方式0，如果不要設(shè)定C口的聯(lián)絡(luò)信號，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，則只需設(shè)置C口的位置/復(fù)位控制字。對于方式1和方式2，因為都要用到控制信號，所以必須設(shè)置兩個控制字，即設(shè)置方式選擇控制字和C口復(fù)位控制字。8255有40個引腳，下面根據(jù)功能分類說明。圖3.3 AT89C51與地址6264的連接1） 數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線有D7D0，PA7PA0，PB7PB0，PC7PC0，均為雙向三態(tài)，其中D7D0與CPU數(shù)據(jù)總線相連，用于傳遞CPU與8255之間的命令和數(shù)據(jù)；PA7PA

28、0，PB7PB0，PC7PC0，分別與A、B、C三個端口相對應(yīng)，用于8255A與外設(shè)之間的傳送數(shù)據(jù)。2） 尋址線尋址線、和，用于選擇8255的三個端口和控制寄存器。：片選信號，輸入，低電平有效。有效時表示選中本片。和：輸入，通常與系統(tǒng)地址總縣的和對應(yīng)相連。當(dāng)有效時，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I/O地址。3） 控制線：讀信號，輸入低電平有效。當(dāng)為低電平時，表示CPU對8255A進行讀操作。：寫信號，輸入低電平有效。當(dāng)為低電平時，表示CPU對8255A進行寫操作。RESET：復(fù)位信號，輸入，高電平有效。當(dāng)RESET為高電平時，8

29、255A內(nèi)部所有寄存器清零。各端口都自動設(shè)置為輸入方式，24條I/O引腳均為高租態(tài)8。4） 電源和地線采用單一+5V電源。8255A的控制信號和傳輸動作之間的關(guān)系如表3.2所示表3.2 8255的控制信號和傳輸動作對應(yīng)關(guān)系 傳輸說明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B口數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)總線C口數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)總線A口數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)總線B口數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)總線C口數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)總線控制寄存器進入高

30、阻態(tài)非法進入高阻態(tài)8255A的引腳信號如圖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總線接口，其接口電路如圖3.5所示圖3.4中，8255A的片選信號及口地址選擇線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8255初始化的程序如下：MOV A ，#80H ；置方式控制

31、字 方式0MOV DPTR，#6003H ；指向8255口地址MOVX DPTR A本設(shè)計采用8255的A口B口連接LED顯示器，用C口進行報警和相應(yīng)設(shè)備的啟動，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，即在所測環(huán)境中放八個溫濕度傳感器，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個傳感器，他們分別放到所測環(huán)境的8個不同位置，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

32、擇電路本系統(tǒng)中八路溫濕度需要巡回檢測，故采用一個八路模擬選擇開關(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個傳感器信號輸入端，通過A、B、C三個端口的模擬組合決定某一刻某一個端口被選通，其中AA、BB、CC分別接AT89C51的P1.4、P1.5、P1.6端口，其中3口OUT為信號輸出口，OUT端口接信號的處理及放大電路。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10電阻再接地，即可產(chǎn)生10 (273.2 + t)毫伏電壓， 這個電壓先經(jīng)一個運放AR1(0P07) 所組成

33、的緩沖器，以避免負(fù)載效應(yīng)。=10 (273.2 + t)；中間的運放AR2(OP07)組成一個減法器。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，通過這個減法器將電壓減掉2.732 。=1.366 V； =-(-2)=-(-2.732) V；再加上最后一個運放AR3(OP07)組成一個反相器，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，實際空氣溫濕度為20 ，即t = 20；= 2.732 V；=0.8。單片機將此電壓進行A/D轉(zhuǎn)換和單片機處理，轉(zhuǎn)換后就為20，無需再將結(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

34、 A/D轉(zhuǎn)換電路A/D轉(zhuǎn)換器的種類繁多、特性各異。在設(shè)計數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、測控系統(tǒng)和智能儀器儀表時，應(yīng)選擇性能合適、性能價格比高的A/D轉(zhuǎn)換器芯片。本設(shè)計選擇的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，在過程控制和機床控制等應(yīng)用中，能對多路模擬信號進行分時采集和A/D轉(zhuǎn)換，輸出數(shù)字信號通過三態(tài)緩沖器，可直接與微處理器的數(shù)據(jù)總線相連接。ADC0809與單片機AT89C51的硬件接口方式有：查詢方式、中斷方式和等待延時方式。采用中斷方式不浪費CPU的等待時間，但是如果A/D轉(zhuǎn)換時間較短，也可以用程序查詢方式和等待查詢延時方式。下面介紹兩種最常用的方式：

35、查詢方式和中斷方式。1） 查詢方式ADC0809與單片機AT89C51的硬件接口如圖3.9所示：圖3.9 ADC0809與單片機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)總線相連。地址選通端ADDA、ADDB、ADDC分別與AT89C51地址總線的低三位、相連，用于選通中的某一個通道。由于ALE和START連在一起，ALE=START=，ADC0809在鎖存通道地址的同時啟動A/D轉(zhuǎn)換。在讀取A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果時。OE=產(chǎn)生的正脈沖信號用于打開三態(tài)輸出鎖存器。ADC0809的EOC信號與AT89C51的P1.0相連，作為A/D轉(zhuǎn)換是否結(jié)束的狀態(tài)

36、信號供T89C51查詢。采用查詢方式分別對8路模擬信號順序采樣，并依次把A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果轉(zhuǎn)存到數(shù)據(jù)存儲區(qū)，其采樣轉(zhuǎn)換程序如下：MOV TEMPL0 ，#08H ；設(shè)置通道個數(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A/D轉(zhuǎn)換 MOV R3 ，#32 ；設(shè)置延時時間LOOP100： DJNZ R3 ，LOOP100 ；延時完成？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

37、R1 ，#2FH，START；判斷數(shù)據(jù)區(qū)滿？2） 中斷方式ADC0809作為AT89C51單片機的一個外部擴展并行口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是將轉(zhuǎn)換完成信號接在單片機的中斷口上，轉(zhuǎn)換完成A/D轉(zhuǎn)換器發(fā)出信號單片機把它當(dāng)作一個中斷來處理。所以本設(shè)計中A/D轉(zhuǎn)換器連接成查詢方式。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)相對成熟，成本較低。變壓器輸入端為220V/50HZ交流電，經(jīng)過變壓器變壓獲得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)過直流穩(wěn)壓電路CW7805處理，最終得到+5V的直流電，即

38、可作為此系統(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)計一個固定輸出5V的直流穩(wěn)壓電源，通過查閱常用電子元器件實用手冊可知CW7805集成穩(wěn)壓器輸出， CW7805的輸入電壓為，又由于次級線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。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?。?。故可以選擇二極管（最大反向工作電壓，最大正向整流電流）搭建整流橋。可選用抗擊穿

39、能力較強的發(fā)光二極管用于短路時保護三端集成穩(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 聲光報警電路當(dāng)某一通道的溫濕度測量值超出預(yù)先設(shè)定的上、下限報警值或系統(tǒng)運行出現(xiàn)故障時， 系統(tǒng)發(fā)出聲光報警以提醒用戶注意。報警電路中光報警采用發(fā)光二極管，聲報警采用蜂鳴器來設(shè)計，其硬件電路如圖3.11所示。圖3.11 聲光報警電路蜂鳴器電路中，晶體管起開關(guān)作用，P1.7輸出低電平時，管腳輸出電壓經(jīng)過lK限流電阻分壓后，到

40、達晶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 看門狗電路由于單片機無操作系統(tǒng)，如果程序出現(xiàn)異常情況(如出現(xiàn)死循環(huán))就無法正常運行， 因此，本系統(tǒng)采用了一個硬件看門狗來監(jiān)視程序的運行。美信公司的MAX706P，具有“看門狗”、主電源檢測的功能。單片機通過I/0引腳給(看門狗輸入)腳正脈沖，如果兩次脈沖時間間隔不大于1.6S，則 (看門狗輸出)腳一直為高電平，說明微機程序運行正常。當(dāng)兩次發(fā)出正脈沖的時間間隔大于1.6S時，“看門狗” 便使引腳變?yōu)榈碗娖剑瑢⒛_與相連，可使RESET腳(與單片機的RST相連)產(chǎn)生高電平的復(fù)位脈沖，使程序能從頭重新開

41、始執(zhí)行，起到監(jiān)視程序運行的作用。看門狗電路如圖3.12所示。圖3.12 看門狗電路 注：圖中MAX706P的REST端接單片機的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，也可稱為數(shù)碼管。其外形結(jié)構(gòu)如圖3.13所示，由圖可見它由8個發(fā)光二極管（以下簡稱字段）構(gòu)成，通過不同的組合來顯示出0-9、A、B、C、D、E、F以及小數(shù)點“.”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、字符和對應(yīng)的段碼關(guān)系。共陽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，所以對表2-4中的共陰極顯示器的段碼求反，即可得到共陽

42、極顯示器的段碼。LED顯示器的顯示方法本設(shè)計顯示需要使用2855和7位共陽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)動器7407接顯示器的各個陽極。表3.3 數(shù)字對應(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

43、1 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對于6位顯示器，在AT89C51RAM存儲器中設(shè)置7個顯示緩沖單元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位公共陽極為高電平，其他位為低電平82

44、55的B口輸出相應(yīng)位然后對其他6位巡回顯示，如果小數(shù)點位固定可以通過對指定位進行置位或者清零來實現(xiàn)。本系統(tǒng)采用74LS245做驅(qū)動數(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，這里不再說明。這里著重說明一下數(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：第一個數(shù)碼管顯示的是傳感器的通道號，第二個數(shù)碼管顯示“-”號或者當(dāng)溫濕度高于100時顯示百位數(shù)字，第三個數(shù)碼管和第四個數(shù)碼管依次顯示所測溫濕度數(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個傳感器，“-”代表溫濕度為零

45、下，-15代表零下15，即其總體含義為第六個溫濕度傳感器的位置檢測的溫濕度為零下15；若是數(shù)碼管顯示為8030，則其含義為第八個傳感器的位置檢測位置的溫濕度為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 線就能完成通信 ; 2）多個分散的 DS1820 可以共用一線進行通信; 3）不需外部元器件 ; 4）可以通過數(shù)據(jù)線供電 ; 5）檢測溫度范圍為 - 55 + 125°C ,精度在0. 5度 ; 6）用 9bit 數(shù)字量來表示溫

46、度 ; 7）每次將溫度轉(zhuǎn)換成數(shù)字量需 200ms ; 8）可定義一個不變化的溫度設(shè)置為報警溫度; 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 DS1820 的唯一的序號 ,開始 8 位是產(chǎn)品類型的編號(DS1820 為 10H） ,接著是每個器件的唯一的序號 ,共有 48 位 ,最后 8 位是前 56 位的 CRC 校驗碼這也是多個 DS1820 可以采用一線進行通信的原

47、因。 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報警觸發(fā)器）組成,數(shù)據(jù)首先寫入高速存貯器 RAM 中 ,然后通過復(fù)制命令將數(shù)據(jù)寫入 EERAM 中。高速存貯器 RAM 由8 個字節(jié)組成 ,頭兩個字節(jié)存放檢測溫度的值,0號 (LSB） 為存放溫度的值,1 號 (MSB） 存放溫度值的符號 ,如果溫度為負(fù) ,則1號存貯器全為1 ,否則全為0，這也是可用 9bit 來表示溫度的原因。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中的二進制數(shù)求補再轉(zhuǎn)換成十進制數(shù)除以 2

48、 即得被測溫度的值。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;接下來兩個字節(jié)沒用 ,若讀它應(yīng)全為1 ;第六和第七字節(jié)為計數(shù)寄存器;最后一個字節(jié)為 CRC 校驗。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（即單線總線），它屬于漏極開路輸出，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，不用時需接地。GND為地，NC為空腳。圖3.16 DS1820的引腳圖DS1820測量溫濕度時使用特有的溫濕度測量技術(shù)，其測量溫濕度框圖如圖3.17所示。內(nèi)部計數(shù)器對一個受溫濕度影響的振蕩器的脈沖計數(shù)

49、，低溫時振蕩器的脈沖可以沖過門電路，而當(dāng)達到某一設(shè)置高溫時，振蕩器的脈沖無法通過門電路。圖3.17 DS1820測溫原理框圖3.12.4 DS1820使用中注意事項DS1820雖然具有測溫系統(tǒng)簡單、測溫精度高、連接方便、占用口線少等優(yōu)點，但在實際應(yīng)用中也應(yīng)注意以下幾方面的問題： 1）較小的硬件開銷需要相對復(fù)雜的軟件進行補償，由于DS1820與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，在對DS1820進行讀寫編程時，必須嚴(yán)格的保證讀寫時序，否則將無法讀取測溫結(jié)果。 2）當(dāng)單總線上所掛DS1820超過8個時，就需要解決微處理器的總線驅(qū)動問題，這一點在進行多點測溫系統(tǒng)設(shè)計時要加以注意。 3）在DS1820測

50、溫程序設(shè)計中，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，一旦某個DS1820接觸不好或斷線，當(dāng)程序讀該DS1820時，將沒有返回信號，程序進入死循環(huán)3.12.5 濕度檢測電路本例中采用8255來實現(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并從5腳送至8腳。調(diào)節(jié)R2可對該脈沖信號頻率進行調(diào)整，從而使?jié)穸葌鞲衅鞯木€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腳輸出與頻率成線性的電壓，然后經(jīng)C3等濾波后送

51、入A/D轉(zhuǎn)換器，再進行A/D轉(zhuǎn)換以將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。本設(shè)計的濕敏傳感器為MXS型電容式濕敏傳感器，濕度為76%RH時的電容值為500pF，電容相對變化率為1.7 pF/%。當(dāng)濕度為0%100%RH時，9腳輸出的相應(yīng)信號頻率為01000Hz，精度為2%，F(xiàn)/V電路輸出的電壓為05V。調(diào)整時，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)可編程閃爍存儲器；3）壽命：1000寫/擦循環(huán)；4）數(shù)據(jù)保留時間：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，其總體電路圖見附錄一。4 系統(tǒng)的軟件設(shè)計系統(tǒng)硬件電路設(shè)計完成以后，進行系統(tǒng)軟件設(shè)計。分析系統(tǒng)對軟件的要求，然后進行了軟件的總體設(shè)計，包括程序總體結(jié)構(gòu)設(shè)計和對程序進行模塊化設(shè)計。將系統(tǒng)整體功能劃分成多個不同的模塊，單獨設(shè)計、編程、調(diào)試，然后將各個模塊進行裝配聯(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）、報警及顯示等五大主要程序模塊。4.1主程序模塊設(shè)計主程序主要將各子模塊組織起來成為一個有機的整體，主程序流程圖如圖4.1所示，主程序見附錄