第7章多路溫濕度巡檢儀

1、第第7章章 多路溫濕度巡檢儀多路溫濕度巡檢儀 通過本項目的學(xué)習通過本項目的學(xué)習,學(xué)習者能掌握學(xué)習者能掌握STC單片機的操作指令和編程下載方法單片機的操作指令和編程下載方法,掌握掌握AHT11 溫濕度測量模塊溫濕度測量模塊(廣州奧松公廣州奧松公司司)的檢測使用方法；掌握的檢測使用方法；掌握A/D轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換芯片TLC1543的編程方法以及數(shù)碼管顯示以的編程方法以及數(shù)碼管顯示以及驅(qū)動等硬件知識。及驅(qū)動等硬件知識。 7.1 任務(wù)描述任務(wù)描述 7.2 電路設(shè)計電路設(shè)計 7.3 程序設(shè)計程序設(shè)計7.1 任務(wù)描述任務(wù)描述 該項目的設(shè)計目標是用單片機STC、溫濕傳感器AHT11、A/D轉(zhuǎn)換器TLC1543和

2、數(shù)碼管構(gòu)成一個能同時顯示多個被測溫度及濕度的測量儀器。任務(wù)要求是用單片機設(shè)計一個多點溫度測控系統(tǒng)，如圖7.1所示。該系統(tǒng)中溫度測量元件可采用各種具有溫度-電壓轉(zhuǎn)換的元件；而電壓模擬量轉(zhuǎn)換至數(shù)字量的芯片可采用多路轉(zhuǎn)換芯片 ADC TLC1543 。 圖7.1 系統(tǒng)原理框圖 轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)送給單片機，然后由單片機對數(shù)據(jù)處理后傳送到LED數(shù)碼管進行顯示。圖7.2為仿真圖，其中聲音報警采用燈光報警來替代，讀者可參考下面的電氣原理圖自己來設(shè)計聲音報警。GNDGNDABCDEFGDPABCDEFDPEOCADDRIN1KEY1S7S6S4S3S2S1LED3GLED1VOICELED4LED2CLKCSKE

3、Y2KEY3KEY4KEY1SDOINT0TXDRXDVOICEb7b6b5b4b3b2b1SDOADDRCSCLKEOCIN2KEY2KEY3KEY4INT0KEY2KEY3KEY4KEY1S5s7b7b0b6b5b4b3b2b1s6S5S4S3S2S1IN2IN1XTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P1.0/T21P1.1/T2EX2P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/

4、RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427U1AT89C5232184U2:ALM35856784U2:BLM358C410uFC50.1uFC70.22uFAIN12AIN23AIN34AIN45AIN56AIN67AIN78AIN89AIN911AIN1012REF+14REF-13AIN01SDO16ADDR17CS15EOC19C

5、LK18U3TLC1543R15.1KR210KR34.99KR42KR54.99KR64.99KC80.22uFC90.1uFR74.7KR85.1KR95.1KR1010KR114.99KR124.99KX111.0592MHZC1122nFC1222nFR1310K234567891RP14.7KD02D13D24D35D46D57D68D79Q019Q118Q217Q316Q415Q514Q613Q712LE11OE1U474HC573L1B82412A1332K000D1LED-BLUE12456U5:A74HC2091012138U5:B74HC20R1(1)R1(1)V=1.53

6、A02B018A13B117A24B216A35B315A46B414A57B513A68B612A79B711CE19AB/BA1U674LS245U2:B(V+)C110uC20.1uC34.7uIN2V=3.12563IN1V=2.18788RV150k圖7.2 多路溫濕度巡檢儀仿真圖 （1）微處理模塊）微處理模塊 在本設(shè)計中采用STC微控器STC89C51。STC89C51是深圳宏晶公司生產(chǎn)的基于51單片機內(nèi)核的第六代加密單片機。它兼容Atmel89c51單片機的管腳，在此基礎(chǔ)上具有性能穩(wěn)定、驅(qū)動能力更強、功耗更低、價格更低、燒錄程序更方便的特點；使用keilC編程軟件編寫代碼，使用方

7、便，并且支持匯編；使用stc-isp-v4.80軟件燒錄程序，可實現(xiàn)在線下載，不需要額外的編程器。 STC單片機最小系統(tǒng)的構(gòu)成如圖7.3所示。在該模塊中，所有I/O口均接上拉電阻，目的是為了增強系統(tǒng)的穩(wěn)定性和驅(qū)動能力，同時要注意電源模塊以及去耦電容的使用。 7.2 電路設(shè)計電路設(shè)計 圖 7.3 STC單片機最小系統(tǒng)圖 （2）傳感器模塊）傳感器模塊 在本設(shè)計中采用ATH11傳感器模塊。ATH11的引腳共有4根線，分別為紅線、黃線、黑線和白線，如圖7.4所示。其中紅線和黑線為電源線，分別接電源的正負極，黃線輸出的是濕度的電壓，而白線輸出的是溫度的電壓信號。其連接方式可以參見表7.1。圖 7.4 A

8、TH11傳感器模塊的引腳表 7.1 ATH11傳感器引腳電氣連接表 由于其溫度采集原理是使用熱敏電阻，溫度越高其電阻越小，故為了轉(zhuǎn)換成電壓信號，建議按照下面如圖7.5所示接線，根據(jù)電工知識其輸出電壓與電阻的關(guān)系為：V=10/（R+2）。 圖 7.5 ATH11傳感器接線實例 （3）信號放大模塊）信號放大模塊圖 7.6 信號放大模塊電路 （4）A/D轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換模塊 在A/D轉(zhuǎn)換模塊中使用ADC TLC1543，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖7.7所示。TLC1543由通道選擇器、地址輸入寄存器、采樣及保持、10位模數(shù)轉(zhuǎn)換器、并串轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù)輸出寄存器、控制邏輯和IO計數(shù)等部分組成。通道選擇器根據(jù)地址輸入寄存器

9、存放的模擬輸入通道地址選擇一個輸入通道或者從內(nèi)部的3個自測試電壓中任意選擇一個，并將選中的信號送到采樣保持電路中。然后在10位模數(shù)轉(zhuǎn)換器中將采樣的模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，存放到數(shù)據(jù)輸出寄存器中，轉(zhuǎn)換結(jié)束時輸出端EOC變?yōu)楦唠娖揭灾甘巨D(zhuǎn)換完成。 數(shù)字量再經(jīng)過并串轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)，經(jīng)TLC1543的DOUT端輸出到微處理器中。在工作溫度范圍內(nèi)轉(zhuǎn)換時間為10s。最大線性誤差為11024。TLC1543的引腳如圖7.8所示，與MCS51單片機的接口如圖7.9所示。 圖7.7 ADC TLC1543的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 圖7.8 TLC1543的引線排列圖 圖7.9 TLC1543與MCS51單片機的連接 在本

10、設(shè)計中的A/D模塊設(shè)計如圖7.10所示。此模塊中，通道0-3為上級放大器輸出信號。芯片的14腿REF(基準電壓)經(jīng)過電感和電容濾波后得到穩(wěn)定5V。使得轉(zhuǎn)換信號誤差更小，信號更穩(wěn)定。圖 7.10 A/D轉(zhuǎn)換模塊電路圖 （5）顯示模塊）顯示模塊 如圖7.11所示。此模塊中，位選信號經(jīng)過三極管驅(qū)動。段選信號經(jīng)過74LS245驅(qū)動，采用動態(tài)顯示方式,顯示所采集到得溫度和濕度的數(shù)值。 圖7.11 顯示模塊 （6）通信模塊（下載燒錄口）模塊）通信模塊（下載燒錄口）模塊 圖7.12 下載模塊電路7.3 軟件設(shè)計軟件設(shè)計 在本項目中,主要的軟件編程是把溫濕度傳感器采集到的信號通過A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)值送到單片機中

11、,并能夠在數(shù)碼管上進行動態(tài)顯示,所以TLC1543的數(shù)據(jù)采集程序是重點程序,其次,采集到的電壓信號通過查表或者簡單的線性插值方法的計算也非常重要。 由以上分析可以設(shè)計出本項目的主程序流程圖（圖7.13）和采集數(shù)據(jù)函數(shù)流程圖（圖7.14）。 圖 7.13 主程序流程圖 圖 7.14 采集數(shù)據(jù)函數(shù)流程圖 （1）采樣函數(shù)程序設(shè)計）采樣函數(shù)程序設(shè)計 TLC1543采樣函數(shù) float read1543(uchar port) /從TLC1543讀取采樣值,形參port是采樣的通道號 float ad;/得到的電壓值uint ad1;/臨時存儲變量uchar i,al=0,ah=0;/賦初值 EOC=1

12、；/轉(zhuǎn)換結(jié)束cs=1;/片選clk=0;/接時鐘引腳,初值為低電平cs=0;/片選,低電平有效port=4;/獲得4位通道號for (i=0;i4;i+) /把通道號打入1543addr=(bit)(port&0 x80);/獲得通道號最高位clk=1;/時鐘置高電平delay(10);/小延時clk=0;/ 時鐘置低電平port=1;/準備通道號的下一位for (i=0;i6;i+) /填充6個CLOCKclk=1; /產(chǎn)生時序信號clk=0;/產(chǎn)生時序信號cs=1;/片選為1,等待AD轉(zhuǎn)換_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_no

13、p_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();while(!EOC);/等待轉(zhuǎn)換結(jié)束cs=0; /等待AD轉(zhuǎn)換_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();/轉(zhuǎn)換結(jié)束for (i=0;i2;i+) /取D9,D8dout=1;/單片機輸入口先置高電平,為輸入數(shù)據(jù)做準備clk=1;/時序拉高ah=1;/高8位變量向左移1位,為下面輸入數(shù)據(jù)做好準備

14、if (dout=1) ah|=0 x01;/把數(shù)據(jù)送給ahclk=0;/時序拉低 for (i=0;i8;i+) /取D7-D0dout=1; /單片機輸入口先置高電平,為輸入數(shù)據(jù)做準備clk=1; /時序拉高al=1; /低8位變量向左移1位,為下面輸入數(shù)據(jù)做好準備if (dout=1) al|=0 x01; /把數(shù)據(jù)送給alclk=0; /時序拉低 cs=1; /片選拉高,10位數(shù)據(jù)移送結(jié)束 ad1=ah;/把高2位數(shù)據(jù)送給變量ad1ad127.215&res26.023&res24.891&res23.814&res22.791&res21.817&res20.891&res20.00

15、9&res19.170&res18.371&res17.610&res16.885&res16.194&res15.535&res14.907&res14.308&res13.736&res13.190&res12.670&res12.172&res11.697&res11.244&res10.810&res10.369&res10.000&res9.621&res9.259&res8.912&res8.581&res8.263&res7.959&res7.668&res7.389&res7.122&res6.866&res6.621&res6.385&res6.160&res5.943&res5.736&res5.537&res5.345&res5.162&res4.986&res4.816&res4.654&res4.497&res4.347&res4.203&res4.064&res3.884&res=4.064)high=4.064;low=3.884;datum=50;return(datum+(high-res)/(high-low);/線性計算 void process(void)/AD值處理函數(shù) hum1=read1543(0)*3.33*100; /獲得通道