單片機(jī)倉(cāng)庫(kù)恒溫恒濕監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)概述

精品文檔精心整理精品文檔可編輯的精品文檔精品文檔精心整理精品文檔可編輯的精品文檔摘要社會(huì)向前走的越來(lái)越快，人們?cè)谏a(chǎn)活動(dòng)中對(duì)物資的存儲(chǔ)質(zhì)量越來(lái)越看重，所以對(duì)物資存儲(chǔ)的環(huán)境也相對(duì)的更加看重了。而防潮、霉、腐、爆是我們倉(cāng)庫(kù)日常管理的重心，也是評(píng)判倉(cāng)庫(kù)好壞的決定性參數(shù)。因?yàn)樗苯記Q定了倉(cāng)庫(kù)儲(chǔ)物的安全與否。為了維持良好的儲(chǔ)物環(huán)境，所以對(duì)倉(cāng)庫(kù)的溫度和濕度的監(jiān)測(cè)與控制也就成了重中之重。過(guò)去倉(cāng)庫(kù)里面測(cè)量溫度和濕度的方法是：濕度表，溫度計(jì)，濕度紙等，人工進(jìn)行監(jiān)測(cè)，溫度高了就降溫，濕度高了就通風(fēng)，這些方法不僅工人成本高，而且還不能實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)倉(cāng)庫(kù)的溫度和濕度。當(dāng)倉(cāng)庫(kù)溫濕度不符合要求的時(shí)候也不能及時(shí)的進(jìn)行更改，因而倉(cāng)庫(kù)儲(chǔ)物的質(zhì)量得不到足夠的保證。因此大家需要一款成本低、使用簡(jiǎn)單，能夠精確測(cè)出溫濕度，并且對(duì)溫濕度不符合標(biāo)準(zhǔn)的倉(cāng)庫(kù)及時(shí)做出反應(yīng)的溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)。現(xiàn)在單片機(jī)在我們生產(chǎn)生活的過(guò)程當(dāng)中所占的比重越來(lái)越大，其作用也越來(lái)越被大家所認(rèn)可，基于單片機(jī)的倉(cāng)庫(kù)溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)由此而生。本設(shè)計(jì)的主要研究?jī)?nèi)容為：基于89C51單片機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)，溫度采集；濕度采集；語(yǔ)音報(bào)警；溫濕度顯示。相比于過(guò)去的溫濕度采集方式而言，有測(cè)量精確，測(cè)量范圍寬，讀數(shù)方便等特點(diǎn)。關(guān)鍵詞：89C51單片機(jī)；溫度傳感器；濕度傳感器；溫濕度顯示；語(yǔ)音報(bào)警AbstractSocietyforwardfasterandfaster,peopleintheproductionofmaterialsstoragequalityaremoreandmoreimportant,sothematerialstorageenvironmentisrelativelymoreimportant.Andmoisture,mildewandrot,blastingisthefocusofourwarehousedailymanagement,alsoisgoodorbadthedecisiveparameterevaluationwarehouse.Becauseitdirectlydeterminesthesafetyofthewarehousestorageornot.Inordertomaintainagoodstorageenvironment,sothetemperatureandhumiditymonitoringandcontrolofthewarehousehavebecometoppriority.Insidethewarehousetomeasurethetemperatureandhumidityofthemethodis:hygrometer,thermometer,moistureofpaper,suchasartificialmonitoring,hightemperaturecooling,andventilationtohumidityishigh,costishigh,themethodnotonlyworkersbutalsocannotbereal-timemonitoringofthetemperatureandhumidityofwarehouse.Whenthewarehousetemperatureandhumidityisnotinconformitywiththerequirementscan'ttimelymakechanges,andthusthequalityofthewarehousestorageisnotenough.Soweneedalowcost,simpletouse,canaccuratelymeasuretemperatureandhumidity,andtemperatureandhumiditydonotconformtothestandardofwarehousetorespondinatimelymannerofthetemperatureandhumiditymonitoringsystem.Microcontrollerintheprocessofourproductionandlivingnowaccountsformoreandbigger,theeffectisbecomingmoreandmorerecognizedbyeveryone,thewarehousetemperatureandhumiditymonitoringsystembasedonsinglechipmicrocomputercomes.Themainresearchcontentofthisdesignis:monitoringsystembasedon89c51,temperatureacquisition;Humidityacquisition;Voicealarm;Temperatureandhumiditydisplay.Wayofcollectingthedataoftemperatureandhumiditythaninthepast,themeasurementprecision,widemeasuringrange,easyreading,etc.Keywords:89C51;thetemperaturesensor;Humiditysensor;Temperatureandhumiditydisplay;Voicealarm目錄摘要…………………...…ⅠAbstract…………….......Ⅱ第一章緒論……….……...11.1選題背景…………………….………11.2設(shè)計(jì)過(guò)程及工藝要求…………….....2第二章方案的比較……………………....22.1溫度傳感器的方案選擇………….…22.2濕度傳感器的方案選擇……….……32.3信號(hào)采集通道的選擇…………….…4第三章系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)……………….…...63.1信號(hào)采集………….....73.1.1溫度傳感器…………………….…73.1.2濕度傳感器………………..……133.1.3多路開關(guān)……………………..…153.2信號(hào)分析與處理…………………..173.2.1A/D轉(zhuǎn)換……………………..….173.2.2AT89C51簡(jiǎn)介………………...…213.2.3工作方式……………………..…273.2.4數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的掉電保護(hù)…………………..……283.2.5系統(tǒng)時(shí)鐘的設(shè)計(jì)……………..…283.3顯示與報(bào)警……...…293.3.1顯示電路…………..…..…...……293.3.2報(bào)警電路………………….………………..……29第四章軟件設(shè)計(jì)…………………..……31結(jié)論與展望…………..…35參考文獻(xiàn)……………......36附錄A……………...........38附錄B……………...........39第一章緒論1.1選題背景電子學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)等技術(shù)的快速發(fā)展革新了傳統(tǒng)的儀器和測(cè)量方法，給我們的時(shí)代插上了騰飛的翅膀。傳統(tǒng)的測(cè)量?jī)x器精度不高、麻煩、智能化低、人工成本也大，現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)和智能儀器的發(fā)展給我們的生活帶來(lái)了翻天覆地的變化，極大的提高了生產(chǎn)力，同時(shí)降低了邊際成本。傳感技術(shù)是現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)和智能儀器的基礎(chǔ)。傳感技術(shù)越來(lái)越先進(jìn)，現(xiàn)在的傳感技術(shù)不僅能夠在很多種復(fù)雜惡劣的環(huán)境下使用，穩(wěn)定性良好，而且精度相當(dāng)高?，F(xiàn)在的傳感器和里面的結(jié)構(gòu)都微型化了，做工也越來(lái)越精密，工藝也越來(lái)越精湛。使得傳感器逐漸從傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)向以微機(jī)械加工的微結(jié)構(gòu)技術(shù)方向發(fā)展。隨著傳感器的發(fā)展，傳感器的功能逐漸變多，并且越來(lái)越可靠、耐用，能夠適應(yīng)各種環(huán)境，在各種環(huán)境下使用。并且，現(xiàn)在的傳感器越來(lái)越趨于集成化，所謂集成化就是由一種功能向多種功能發(fā)展，也就是說(shuō)現(xiàn)在的傳感器器相對(duì)于傳統(tǒng)的傳感器而言具備了同時(shí)檢測(cè)幾種參數(shù)的能力。近年來(lái)，智能手機(jī)發(fā)展迅猛，現(xiàn)在除了老人用非智能手機(jī)以外，年輕的一代基本都用上了智能手機(jī)，所以現(xiàn)在非智能手機(jī)被稱為老人機(jī)，因?yàn)橹挥欣先耸褂?。?dāng)然我這并不是嘲諷老人，我只是想說(shuō)智能手機(jī)的普及，和傳感器的智能化有著千絲萬(wàn)縷的關(guān)系。不僅僅是手機(jī)，現(xiàn)在家用電器都走上智能化道路了，這些技術(shù)以后一定會(huì)發(fā)展的越來(lái)越成熟。還有一個(gè)新興名詞，就是傳感器的網(wǎng)絡(luò)化。所謂傳感器的網(wǎng)絡(luò)化就是把傳感器和通信技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)，并且可以遠(yuǎn)程傳輸。這得益于我們通信技術(shù)的快速發(fā)展。隨著我們時(shí)代的快速發(fā)展，社會(huì)的競(jìng)爭(zhēng)加劇。商家對(duì)成本的管控也越來(lái)越看重，倉(cāng)庫(kù)里面的環(huán)境如果做的好，是有利于產(chǎn)品的長(zhǎng)期存放的，同時(shí)會(huì)減小不必要的損失。反之，如果倉(cāng)庫(kù)的環(huán)境不利于產(chǎn)品存放，或者由于某些原因，對(duì)倉(cāng)庫(kù)的管理不夠到位，導(dǎo)致倉(cāng)庫(kù)的溫度或者濕度等指標(biāo)達(dá)不到要求，則會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量受損，造成不必要的損失。并且過(guò)去很多倉(cāng)庫(kù)里面的溫濕度基本上都是有人工去測(cè)量的，這樣的有幾個(gè)有缺陷的地方，比如費(fèi)時(shí)費(fèi)力、不能時(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、成本高等等。因此，市場(chǎng)上需要一種造價(jià)比較低、操作簡(jiǎn)單而且能夠做到精準(zhǔn)測(cè)量的測(cè)量?jī)x器。1.2設(shè)計(jì)過(guò)程及工藝要求一，功能?監(jiān)測(cè)溫濕度?顯示溫濕度?過(guò)限報(bào)警二、技術(shù)參數(shù)?溫度檢測(cè)范圍：-30℃～+50℃?測(cè)量精度：0.5℃?濕度檢測(cè)范圍：10%-100%RH?測(cè)量精度：1%RH?顯示方式：溫濕度四位顯示?報(bào)警方式：三極管驅(qū)動(dòng)的蜂鳴音報(bào)警第二章方案的比較單片機(jī)作為測(cè)控系統(tǒng)的核心，任何系統(tǒng)都要有信號(hào)的輸入通道，單片機(jī)收到信號(hào)以后對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析與處理。所以站在系統(tǒng)的角度來(lái)說(shuō)，準(zhǔn)確的獲取外界信息是最重要的，如果信息獲取的不夠準(zhǔn)確，那后面的信息的分析與處理也就沒(méi)有任何意義了，系統(tǒng)也就不能夠準(zhǔn)確的對(duì)信息做出反應(yīng)了。因此準(zhǔn)確的獲取被測(cè)量信息是至關(guān)重要的一環(huán)。對(duì)于獲取信息，非傳感器莫屬，我們一切的電子信息，基本上都是來(lái)自于傳感器，都是靠傳感器去監(jiān)測(cè)各種數(shù)據(jù)，完了以后傳達(dá)給系統(tǒng)的分析層，分析完了以后接著對(duì)信息進(jìn)行處理。所以選用的傳感器一定要符合要求，符合我們所需要的各種各樣的條件，并且要準(zhǔn)確。2.1溫度傳感器的方案選擇方案一：熱電阻溫度傳感器。原理是利用電導(dǎo)體的電阻隨溫度變化的屬性制作而成的溫度測(cè)量器件。這種測(cè)溫器件精度較高，測(cè)量的范圍也比較大，并且可以遠(yuǎn)距離測(cè)量?？墒沁@種測(cè)溫器件里面的電阻一般是金屬，有些還是稀有金屬，這樣的話就有一些缺點(diǎn)了。比如抗氧化性不能滿足條件啊，價(jià)格高啊，性價(jià)比不高，電阻率不能滿足要求等等。鉑電阻可以滿足精度和溫度系數(shù)的要求，但是價(jià)格貴，不利于廣泛的普及。銅電阻溫度系數(shù)滿足要求，價(jià)格不不貴，可是它的電阻率低。并且銅電阻的抗氧化能力不強(qiáng)。方案二：AD590。AD590是美國(guó)ANALOGDEVICES公司的單片集成兩端感溫電流源，其輸出電流與絕對(duì)溫度成比例。在4V至30V電源電壓范圍內(nèi)，該器件可充當(dāng)一個(gè)高阻抗、恒流調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)系數(shù)為1μA/K。片內(nèi)薄膜電阻經(jīng)過(guò)激光調(diào)整，可用于校準(zhǔn)器件，使該器件在298.2K(25°C)時(shí)輸出298.2μA電流。AD590適用于150°C以下、目前采用傳統(tǒng)電氣溫度傳感器的任何溫度檢測(cè)應(yīng)用。低成本的單芯片集成電路及無(wú)需支持電路的特點(diǎn)，使它成為許多溫度測(cè)量應(yīng)用的一種很有吸引力的備選方案。應(yīng)用AD590時(shí)，無(wú)需線性化電路、精密電壓放大器、電阻測(cè)量電路和冷結(jié)補(bǔ)償。除溫度測(cè)量外，還可用于分立器件的溫度補(bǔ)償或校正、與絕對(duì)溫度成比例的偏置、流速測(cè)量、液位檢測(cè)以及風(fēng)速測(cè)定等。AD590可以裸片形式提供，適合受保護(hù)環(huán)境下的混合電路和快速溫度測(cè)量。AD590特別適合遠(yuǎn)程檢測(cè)應(yīng)用。它提供高阻抗電流輸出，對(duì)長(zhǎng)線路上的壓降不敏感。任何絕緣良好的雙絞線都適用，與接收電路的距離可達(dá)到數(shù)百英尺。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AD590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。2.2濕度傳感器的方案選擇濕敏元件是最簡(jiǎn)單的濕度傳感器。濕敏元件主要有電阻式、電容式兩大類。濕敏電阻的特點(diǎn)是在基片上覆蓋一層用感濕材料制成的膜，當(dāng)空氣中的水蒸氣吸附在感濕膜上時(shí)，元件的電阻率和電阻值都發(fā)生變化，利用這一特性即可測(cè)量濕度。濕敏電容一般是用高分子薄膜電容制成的，常用的高分子材料有聚苯乙烯、聚酰亞胺、酪酸醋酸纖維等。當(dāng)環(huán)境濕度發(fā)生改變時(shí)，濕敏電容的介電常數(shù)發(fā)生變化，使其電容量也發(fā)生變化，其電容變化量與相對(duì)濕度成正比。電子式濕敏傳感器的準(zhǔn)確度可達(dá)2-3%RH，這比干濕球測(cè)濕精度高。濕敏元件的線性度及抗污染性差，在檢測(cè)環(huán)境濕度時(shí)，濕敏元件要長(zhǎng)期暴露在待測(cè)環(huán)境中，很容易被污染而影響其測(cè)量精度及長(zhǎng)期穩(wěn)定性。方案一：HOS-201濕敏傳感器。它是高濕度的開關(guān)型的傳感器：工作電壓：1V的交流電以下頻率是：50HZ-1000HZ測(cè)量的濕度范圍是：0-100%RH工作時(shí)的溫度范圍：0-50℃阻抗：在濕度為75%RH、標(biāo)準(zhǔn)溫度為25℃時(shí)阻抗為1MΩHOS-201濕敏傳感器本來(lái)是一種開關(guān)用圖的傳感器，它可以用來(lái)在低頻帶內(nèi)進(jìn)行測(cè)量，所以它一般是去判定在某一特定值之上或下的目標(biāo)電平。此外，HOS-201濕敏傳感器僅僅是在一定條件下滿足函數(shù)屬性，很多的生產(chǎn)實(shí)踐中都有用到這種屬性。方案二：HS1100/HS1101濕度傳感器。這種溫度傳感器是全互換性，既在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下不需校正；它可以長(zhǎng)時(shí)間飽和下快速脫濕；還可以自動(dòng)化焊接，包括波峰焊或水浸；HS1100/HS1101濕度傳感器擁有良好的穩(wěn)定特征；濕度范圍：RH0-100%RH曲線精度：(10%-90%)+/-2%RH漏電流：Ix1nA溫度效應(yīng)：Tcc0.04pF/℃平均靈敏度：(33%~75%RH)△C/%RH0.34pF/%RH響應(yīng)時(shí)間：小于5S電容量：16pF-200pF誤差：小于±2%RH（精度很高）HS1100和HS1101分別是頂部接觸和側(cè)部接觸，能夠比較方便的在生產(chǎn)活動(dòng)中使用。現(xiàn)在的很多工廠的生產(chǎn)都已經(jīng)走向智能化的道路，傳感器功不可沒(méi)。經(jīng)過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)：方案一盡管準(zhǔn)確度上符合要求，它也能夠測(cè)得足夠?qū)?，可是它僅在某個(gè)區(qū)域內(nèi)滿足函數(shù)關(guān)系，我們能夠多去使用這種特征。只是它的溫度范圍在這里不適合。所以，此次試驗(yàn)使用方案二。2.3信號(hào)采集通道的選擇本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，輸入的是信號(hào)，信號(hào)是溫度信號(hào)。本次設(shè)計(jì)的信號(hào)是雙通道的。并且屬于模擬信號(hào)。所以要求是多路的構(gòu)造。信號(hào)采集通道的選擇方面，主要有兩種選擇，一種是并行式的(如圖2-1)，還有另外一種就是分時(shí)式的（如圖2-2）。兩種通道各有各的特點(diǎn)。并行通道目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域，比如：智能終端，大數(shù)據(jù)處理，物聯(lián)網(wǎng)，云服務(wù)，流量計(jì)算等等。所謂并行性就是指一個(gè)器件能夠同時(shí)做兩件或兩件以上的事情。所以并行性幾乎存在于各個(gè)系統(tǒng)，因?yàn)樯a(chǎn)活動(dòng)中一般都會(huì)有大量的數(shù)據(jù)都需要實(shí)時(shí)的進(jìn)行傳輸。多路并行模擬輸入通道可以大大地降低我們的成本，另外這種模擬輸入通道比較簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)起來(lái)并不難。A/D轉(zhuǎn)換器采樣/保持器信號(hào)調(diào)理電路信號(hào)調(diào)理電路A/D轉(zhuǎn)換器A/D轉(zhuǎn)換器采樣/保持器信號(hào)調(diào)理電路信號(hào)調(diào)理電路多路分時(shí)模擬輸入通道。所謂分時(shí)，就是指某一資源可以供給多方使用。就好比一臺(tái)電腦可以連接耳機(jī)、鼠標(biāo)、U盤等多個(gè)終端，這就是分時(shí)的一種方式。多路分時(shí)模擬通道的設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，運(yùn)行的速度也不夠快，對(duì)采樣保持電路和模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的要求也比較高。可是經(jīng)過(guò)對(duì)比，結(jié)合本畢業(yè)設(shè)計(jì)，發(fā)現(xiàn)第二種通道更加符合要求。我們可以通過(guò)下面的框圖來(lái)做個(gè)比較。A/D轉(zhuǎn)換器采樣/保持器信號(hào)調(diào)理電路信號(hào)調(diào)理電路A/D轉(zhuǎn)換器A/D轉(zhuǎn)換器采樣/保持器信號(hào)調(diào)理電路接口接口CPUCPU采樣/保持器采樣/保持器接口..........接口接口圖2-1多路并行模擬量輸入通道CPU接口A/D轉(zhuǎn)換器采樣/保持器信號(hào)調(diào)理電路信號(hào)調(diào)理電路信號(hào)調(diào)理電路多路切換器CPU接口A/D轉(zhuǎn)換器采樣/保持器信號(hào)調(diào)理電路信號(hào)調(diào)理電路信號(hào)調(diào)理電路多路切換器圖2-2多路分時(shí)的模擬量輸入通道第三章系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)此次畢業(yè)設(shè)計(jì)是基于單片機(jī)的倉(cāng)庫(kù)恒溫恒濕監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。溫度傳感器會(huì)隨著倉(cāng)庫(kù)溫度的變化而產(chǎn)生不同的電信號(hào)，電信號(hào)會(huì)傳輸給處理系統(tǒng)，處理系統(tǒng)會(huì)對(duì)接受到的電信號(hào)做出反應(yīng)（升溫，降溫或者保持）。濕度傳感器會(huì)隨著倉(cāng)庫(kù)濕度的變化而產(chǎn)生不同的信號(hào)，信號(hào)同樣會(huì)傳輸給處理系統(tǒng)，處理系統(tǒng)也會(huì)根據(jù)接受到的電信號(hào)而做出反應(yīng)（加濕，降濕或者保持）。如此一來(lái)，就能夠隨時(shí)保持我們倉(cāng)庫(kù)里面的溫度和濕度都處在最適宜存儲(chǔ)的狀態(tài)。本畢業(yè)設(shè)計(jì)是一套基于89C51單片機(jī)為核心的監(jiān)控系統(tǒng)。詳細(xì)請(qǐng)參圖3-1系統(tǒng)框圖AT89C51CD4051多路開關(guān)AT89C51CD4051多路開關(guān)MC14433A/D轉(zhuǎn)換AD590溫度檢測(cè)串行口LED顯示報(bào)警電路CD4051多路開關(guān)HS1100濕度檢測(cè)報(bào)警電路CD4051多路開關(guān)HS1100濕度檢測(cè)命令鍵輸入命令鍵輸入圖3-1系統(tǒng)總體框圖由上框圖可以看出，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)思路清晰：由信號(hào)的收集—分析—最后的處理。環(huán)環(huán)相扣，每一步都很重要。精確的信號(hào)收集，把收集到的信號(hào)傳遞給單片機(jī)，單片機(jī)收到信號(hào)以后，再進(jìn)行分析，最后把結(jié)果發(fā)送給顯示器或者報(bào)警器。3.1信號(hào)采集3.1.1溫度傳感器本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的溫感是AD590。由美國(guó)一家公司制造的。它的電流和溫度滿足函數(shù)線性關(guān)系，也就是說(shuō)一個(gè)溫度對(duì)應(yīng)一個(gè)電流。這種溫感的阻抗相當(dāng)高。同時(shí)又能夠起到恒流的作用。這種器件是單片集成型的。兩頭都可以感受溫度。AD590在適合在常溫下使用。當(dāng)其所在環(huán)境超過(guò)150°C，過(guò)高的時(shí)候，它就不能正常工作了。只要是在這個(gè)溫度點(diǎn)下，它可以用來(lái)做任何監(jiān)測(cè)。另外，它的成本相當(dāng)?shù)汀２⑶沂菃纹尚汀Ｋ植灰笥兄?，所以現(xiàn)在在狠多的領(lǐng)域里面都有用到，是用途很廣泛的一款。AD590要進(jìn)入工作狀態(tài)的時(shí)候，它對(duì)電路的門檻要求很低，這就更有利于它的推廣與普及。AD590不僅僅在測(cè)溫上有很高的造詣。它還能夠檢測(cè)很多物理量，比如風(fēng)速。它還有一個(gè)很強(qiáng)大的功能，就是在一定的條件下，可以高速的測(cè)溫，并且很有效率。由于它可以具有很高額的電阻，它所占的電壓比例大，流過(guò)它的電流小，所以它可以用來(lái)進(jìn)行一些遠(yuǎn)程方面的操作。電流小，一般絕緣的材料基本上可以使用。它監(jiān)測(cè)的范圍很廣，可以長(zhǎng)達(dá)幾百米。還有一個(gè)很重要的特點(diǎn)，它可以幾條通道復(fù)流。對(duì)于AD590來(lái)說(shuō)，常溫下的溫度，它基本上都能勝任，并且精度很高。由于它的Ir/T=1，因此它具有很好線性關(guān)系，方便計(jì)算，減少了大量的中間程序。AD590能夠感受的范圍很廣：-55oC——150oC。常溫下的溫度基本上都能夠測(cè)量，不僅僅能夠在普通的地區(qū)使用，而且在極地也能夠使用。這是相當(dāng)強(qiáng)大的。AD590作為一個(gè)弱電器件，其能夠承受的電壓也是很大的。耐壓區(qū)域：-20V——+40V。這樣的好處就是耐用，難以損壞，因?yàn)樵谌蹼娖骷锩?，這個(gè)耐壓區(qū)域太廣了。那么AD590究竟有多耐用了，舉個(gè)例子，如果你不小心把它反接了，它也不會(huì)壞。它的輸出電阻也很小，不到1Ω。AD590還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，就是很精確。只要是在它的測(cè)量區(qū)域內(nèi)，誤差縮小到±0.3oC?？傊瓵D590集多優(yōu)點(diǎn)與一身。體積小，用起來(lái)容易，適應(yīng)能力很強(qiáng)，同時(shí)溫度與電流又滿足函數(shù)關(guān)系。AD590的原理很簡(jiǎn)單，就是將外部溫度的變化轉(zhuǎn)化成電流的變化。這一點(diǎn)還有別與熱電阻，可是比熱電阻更加先進(jìn)，更加科學(xué)。流過(guò)熱電阻的電流和環(huán)境的溫度是相關(guān)的，環(huán)境的溫度變了，熱電阻里面的電阻的阻值也相應(yīng)的變化。所以熱電阻里面一般由有這種特性的金屬組成，比如鉑。由此可以看出熱電阻的造價(jià)要貴很多。相應(yīng)的，它的可測(cè)范圍也大很多：-200V——+500V。另外這種傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)也不簡(jiǎn)單。維護(hù)起來(lái)也不容易。加之這種傳感器體積比較大。所以這種傳感器一般都是用于一些特殊場(chǎng)合，而不是常溫。下面我們給出了AD590的原理框圖。見圖3-2。電壓變化電流變化溫度變化電壓變化電流變化溫度變化顯示器AD590測(cè)量電路顯示器AD590測(cè)量電路 圖3-2AD590的原理框圖AD590工作原理當(dāng)外界溫度不變時(shí)，它的電流不變。此時(shí)將它串接一個(gè)5-30V的電壓。同時(shí)在后面連上1KΩ阻抗。這時(shí)候輸出將和輸入成正比。詳細(xì)請(qǐng)參見圖3-3.圖3-3AD590基本電路圖3-3是PN結(jié)溫度傳感器感受溫度部分的核心電路。T1、T2主要是用來(lái)穩(wěn)定電流。它們的作用是確保上圖中I1和I2一樣。T3、T4為晶休管。它們的材料是一樣的。作用都是用來(lái)感受溫度。相比于T4，T3要特殊一點(diǎn)。因?yàn)樗锩娴墓茏右萒4多的多，多N倍。下面是I1的表達(dá)式。

I1＝ΔUBE／R＝（KT／q）（lnn）／R

因?yàn)樗軌蚝懔?，?nèi)部系統(tǒng)也更加安全。同時(shí)別的因素也影響不了輸出電流。比如電壓、電阻。圖3-3中，R經(jīng)過(guò)激光的處理。對(duì)它的阻值進(jìn)行了校優(yōu)。所以標(biāo)準(zhǔn)溫度時(shí)，能夠測(cè)量I。圖3-4AD590內(nèi)部電路上圖是AD590的內(nèi)部電路。T1—T4的主要是穩(wěn)定電流。T9和T11為晶休管。T7主要是增加阻抗。T8、T10也是增加阻抗。R5、R6是薄膜工藝制成的低溫度系數(shù)電阻。它們會(huì)幫助出廠前的校正。T6主要是起到一個(gè)保護(hù)的作用，并且保持兩條支路的協(xié)調(diào)。R1、R2充當(dāng)一個(gè)反饋的作用。同時(shí)增加電路中的阻抗。T1、T4主要增加熱量。C1和R4用來(lái)防止寄生振蕩。由圖3-4可知，T9、T10和T11發(fā)射極I一樣。I=1/3I總。S發(fā)射結(jié)：T9/T10=8。S發(fā)射結(jié)T10=S發(fā)射結(jié)T11。

T9、T10和R5、R6之間有如下關(guān)系。ΔUBE＝（R6－2R5）I／3需要注意的是，IR6來(lái)自于T9。IR5一部分屬于T10，一部分屬于T11。從前面的關(guān)系式可知，ΔUBE可以根據(jù)R6和R5來(lái)改變自己。也就是說(shuō)，只要更改R6和R5，ΔUBE能夠變成對(duì)我們有利的值。在上式結(jié)合圖3-4可以看出R5主要是負(fù)責(zé)第一步的調(diào)整。R6主要是進(jìn)行第二步的調(diào)整。圖3-5AD590實(shí)物圖和符號(hào)AD590外部是金屬。一共有三個(gè)引腳。其中一個(gè)接電壓。一個(gè)接電流。還有一個(gè)不用的。AD590內(nèi)部比較關(guān)鍵的地方主要是PN結(jié)。大家都知道半導(dǎo)體是介于導(dǎo)體和絕緣體之間的材料。半導(dǎo)體在通電的時(shí)候，里面很多的參數(shù)溫度對(duì)它們的影響都比較大。這在很多情況下都是不好的，因?yàn)槿绻@樣的話，電流就不穩(wěn)地。同時(shí)也會(huì)對(duì)這里面的器件造成損害。所以每當(dāng)電路里面有PN結(jié)的時(shí)候，大家一般盡量的去規(guī)避這種損害?？墒且坏┳兂蓚鞲衅骶筒灰粯恿?，這就相當(dāng)于是將劣勢(shì)轉(zhuǎn)變成了它的優(yōu)勢(shì)。并且使用這種傳感器還具有很多傳感器所沒(méi)有的一些好處。比如它良好的線性關(guān)系。比如良好的精確性。AD590溫度傳感器的精確性很高，這得益于它里面的結(jié)構(gòu)和組成材料。PN結(jié)的伏安特性與溫度又剛好具有很好的相關(guān)性。所以PN結(jié)在常溫下的溫度傳感器這一領(lǐng)域才會(huì)大行其道。因?yàn)樗奶匦詫?shí)在是太好了?；贏D590良好的線性關(guān)系，它里面的PN結(jié)壽命更長(zhǎng)，這也說(shuō)明它的結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。二、應(yīng)用電路下面是AD590的常規(guī)應(yīng)用。主要是由于其與熱力溫度線性相關(guān)性。當(dāng)R1+R2=1kΩ，有V0根據(jù)電流改變1mV/K。但是，因?yàn)槠湓黾恿亢蛯?shí)際的有出入，電阻的改變也不同。所以需要首先需要校正電路。校正方案：將其置于0℃環(huán)境，慢慢調(diào)節(jié)R2。直到V0=273.2+25=298.2mV。這樣才算校正成功。同時(shí)其也具有了可觀的精度。圖3-6AD590應(yīng)用電路三、攝氏溫度測(cè)量電路在上圖中，R2主要是修正零點(diǎn)。R4主要是修正LF355。下面是修正方案。將其置于0℃的環(huán)境中。改變R2的值，當(dāng)V0=0就可以了。然后再將其置于100℃的環(huán)境中。改變R4的值，當(dāng)V0=100mV就可以了。這樣反復(fù)進(jìn)行若干次。當(dāng)每一次實(shí)驗(yàn)都是如此結(jié)果，就說(shuō)明校正成功。然后我們做室溫條件的調(diào)節(jié)。同理，將其置于25℃的環(huán)境中。反復(fù)調(diào)制，直到V0=25mV。說(shuō)明本次校正成功。由于本次校正會(huì)有誤差，為了將誤差減小到最小，所以需要多重復(fù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。四、多路檢測(cè)信號(hào)為了保證系統(tǒng)的精度。我們要采用多路電路。使得信息的采集更為準(zhǔn)確，僅僅是一路是不夠的。這是我們就可以用到CD4051了。下圖是硬件方面的。詳細(xì)請(qǐng)看下圖。圖3-7兩路分時(shí)的模擬量信號(hào)采集電路硬件接口3.1.2濕度傳感器隨著科技的發(fā)展，濕度這個(gè)詞已經(jīng)不再陌生。濕度就是空氣中水分子的含量?，F(xiàn)代社會(huì)有各種各樣的途徑可以得知濕度。也有了很多種的儀器。那些儀器都有一個(gè)特性。那就是他們基本上都是通過(guò)某種物體里面所含水分子的變化然后引起導(dǎo)電性能的變化。濕度傳感器基本上就是按照這個(gè)思路制作而成的。下面我們來(lái)詳細(xì)介紹一下。先說(shuō)下濕敏器件。它可以劃分成兩類：阻抗類和電容類。阻抗類的濕敏器件比較簡(jiǎn)單。其表面有添加了感濕膜。水分子進(jìn)入到感濕膜后，濕敏器件阻抗會(huì)隨之改變。濕敏器件就是通過(guò)這個(gè)原理做成的。濕敏電容類器件，有一個(gè)前提，就是要先改變它的電容。這類器件表面有薄膜電容。并且它是高分子。我們先來(lái)介紹濕敏電容類器件工作的原理。一般空氣中都有水分子，空氣中水分子的含量都是不穩(wěn)定的，會(huì)變化。這時(shí)這種不同會(huì)引起該器件內(nèi)電容量的波動(dòng)。電容量波動(dòng)與水分子占空氣的百分比是一種函數(shù)線性關(guān)系。并且是正相關(guān)，也就是說(shuō)該種變量增大時(shí)，和它相關(guān)的變量也隨之增大。其電子式精度很高：2-3%RH。相對(duì)于干濕球，這個(gè)很精良了。這種器件的能夠快速的響應(yīng)。溫度系數(shù)也很優(yōu)秀。可測(cè)范圍很廣。另外，既然這個(gè)是濕敏電容器件，那么至關(guān)重要的一點(diǎn)也就是電容了。這種器件的電容不僅完全能夠滿足要求，而且精度極高。盡管濕敏器件優(yōu)點(diǎn)比較多，可是還是有很多不盡人意之處。比如線性度不佳。環(huán)境適應(yīng)性不強(qiáng)，容易損壞。因?yàn)槲覀兊哪康木褪侨y(cè)量空氣水分含量，如此一來(lái)其總歸要放置于空氣里面。此時(shí)器件的內(nèi)部就能夠受到污染。進(jìn)而影響使用價(jià)值。我們就是要讓價(jià)值回歸，讓測(cè)濕器件的價(jià)值回歸。不僅要價(jià)值回歸，測(cè)試器件的體驗(yàn)也要回歸。接下來(lái)我們?nèi)婵剂恳幌翲S1100/HS1101濕度傳感器。一、特點(diǎn)首先先介紹優(yōu)點(diǎn)。HS1100/HS1101濕度傳感器分為兩種：一種是HS1100，另外一種是HS1101。前者的接觸面是頂部。后者是測(cè)面。這兩款產(chǎn)品都很先進(jìn)，基本上都是有專利在里面的。優(yōu)點(diǎn)：第一個(gè)就是不用一直校正，剛開始做一次就可以了。其次就是不像前面講的那些濕敏器件。這種器件它很穩(wěn)定，有利于延長(zhǎng)使用壽命。第三點(diǎn)就是這種器件很安全，很可靠。這一點(diǎn)是有利于保護(hù)電路的，不容易出故障。減少日后維護(hù)的代價(jià)。綜合以上優(yōu)點(diǎn)，它在頻率輸出那一塊上比較占優(yōu)勢(shì)。在線性電路上面使用也很多。隨著現(xiàn)在科技水平的提高，自動(dòng)化程度也越來(lái)越高。這種器件的普及程度也越來(lái)越高。二、測(cè)量濕度電路在電路中，首要注意的問(wèn)題就是如何準(zhǔn)確的進(jìn)行多個(gè)量的轉(zhuǎn)變。這就需要我們能夠找到這其中的關(guān)聯(lián)性。HS1100/HS1101這種器件放到線路上去了，影響還是蠻大的。因?yàn)樗吘故莻€(gè)電容。并且它的電容是會(huì)波動(dòng)的。環(huán)境中水分子所占總量程度波動(dòng)了，它也會(huì)跟著發(fā)生相應(yīng)波動(dòng)。電容通常會(huì)對(duì)線路環(huán)境產(chǎn)生作用。并且一般決定性的，其加入會(huì)改變電流。我們思考的就是如何進(jìn)行關(guān)連量之間的傳換。由電容到電流?；蛘哂呻娙莸诫妷骸Ｏ旅嫖覀儊?lái)介紹下這種轉(zhuǎn)變。一般是這兩個(gè)方案。第一種是將濕敏放入濾波電路中。此時(shí)的電流不穩(wěn)定，為了得到穩(wěn)定的電流。我們需要用到整流。這個(gè)步驟做完，電流就轉(zhuǎn)換成直流了。但是這時(shí)候的電流很弱。于是要用到放大器。此時(shí)我們得到就是我們需要用的電信號(hào)了。再接著經(jīng)過(guò)A/D器件以后就可以了。第二種方法是使用反比電路。用這種電路進(jìn)行頻率上的交接。此種做法的好處就是信息可以被立即使用。因此由水分百分比改變而帶來(lái)的電容的改變，經(jīng)反比電路成為我們所需的信號(hào)。三、多路檢測(cè) 此次濕度獲取分成六路。因此我們需要CD4851。由它組建多個(gè)線路，再去對(duì)水分子含量進(jìn)行采集。詳細(xì)見圖3-8。圖3-8兩路分時(shí)的模擬量信號(hào)采集電路硬件接口3.1.3多路開關(guān)因?yàn)榇舜萎厴I(yè)設(shè)計(jì)里面，有兩個(gè)參數(shù)：溫度、濕度。這兩個(gè)參數(shù)要想得到有效的控制，就必須要用到這個(gè)器件。多路開關(guān)，俗稱“多路轉(zhuǎn)換器”。此類轉(zhuǎn)換器里面一般存在多通道可供輸入。還有一個(gè)共用端口。能夠?qū)?shí)際的通道與端口進(jìn)行模擬。當(dāng)有數(shù)據(jù)從多端口進(jìn)入，結(jié)果會(huì)從共用端輸出。因此它能夠做到多個(gè)端口到一個(gè)端口的連結(jié)。如果數(shù)據(jù)從共用端進(jìn)入，則會(huì)從多端口分離。所以由此可見，多路轉(zhuǎn)換器可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的正反向傳輸。在多路轉(zhuǎn)換器這一塊，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)使用的是CD4851。它可以模擬數(shù)據(jù)開關(guān)。并且是八通道的，可以控制多重端口，同時(shí)它的使用方面也很方便。因?yàn)槠湓陟o態(tài)的狀況下很省電，所以通常不要關(guān)電源。CD4851有多端口，多通道。其內(nèi)部構(gòu)造詳細(xì)請(qǐng)看圖3-9所示。圖3-9CD4851內(nèi)部構(gòu)造CD4051引腳功能說(shuō)明。引腳號(hào)：符號(hào)：功能：1、2、4、5、12、13、14、15IN/OUT輸入/輸出端。9、10、11A、B、C地址端。3OUT/IN公共輸出/輸入端。6INH禁止端。7VEE負(fù)電壓端。8Vss數(shù)字信號(hào)接地端。16VDD電源+。圖3-10CD4851引腳功能說(shuō)明真值表，輸入狀態(tài)，接通通道。INH。CBA輸出。0000"0"。0001"1"。0010"2"。0011"3"。0100"4"。0101"5"。0110"6"。0111"7"。1xxx均不接通。圖3-11真值表CD4851做數(shù)據(jù)的輸入端之后，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的“共用”。CD4851做數(shù)據(jù)的輸出端之后，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的“共享”。這符合當(dāng)前時(shí)代發(fā)展的潮流，數(shù)據(jù)共享，資源共享。國(guó)內(nèi)、國(guó)外目前有很多的平臺(tái)和公司都在做大數(shù)據(jù)了。CD4851有很多的引腳，大概十多個(gè)。它們的功能已經(jīng)在前面表格中列出來(lái)了。值得注意的是它的電源端。VDD可以承受的最大值是：-17V—+17V這個(gè)范圍。VGG的最大范圍就要小一點(diǎn)了：-5V—+5V。XCOM，控制數(shù)據(jù)的進(jìn)與出。當(dāng)數(shù)據(jù)從外部傳進(jìn)來(lái)，做輸入。當(dāng)數(shù)據(jù)從內(nèi)部傳出，做輸出。3.2信號(hào)分析與處理3.2.1A/D轉(zhuǎn)換一、特點(diǎn)因?yàn)楸井厴I(yè)設(shè)計(jì)有兩個(gè)變量，故選擇MC14433。MC14433是一種雙積分型的。它不僅僅精度高，誤差率也低。當(dāng)監(jiān)測(cè)出了兩個(gè)變量的信號(hào)以后，需要將其變?yōu)殡娖叫盘?hào)。而完成這一步的就是MC14433。因?yàn)樗仟?dú)端輸入，可是我們又有多個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，所以需要用CD4851。當(dāng)有了CD4851之后，MC14433就可以接收多路的數(shù)據(jù)了。選擇MC14433的原因還有個(gè)。那就是溫度和濕度都是緩慢變化的。因?yàn)檫@種器件是雙積分型的，所以它們的速度相對(duì)于別的處理器而言要慢一點(diǎn)。速度大概就是1-10次/S。它們處理數(shù)據(jù)的速度不快，所以只好用來(lái)處理生活、生產(chǎn)中變化較慢的信息。比如環(huán)境溫度，它們就剛好適用。MC14433擅長(zhǎng)溫度信息處理，它工作的時(shí)候一般不會(huì)發(fā)生故障。我們平常生活中的溫度、濕度等都是不能突變的。這些變量，它都能勝任。MC14433還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。那就是它的抗干擾的特性。這一點(diǎn)使它能夠被大量的生產(chǎn)，被普及，被應(yīng)用。下面請(qǐng)看MC14433的內(nèi)部邏輯框圖和引腳圖。圖3-12MC14433A/D轉(zhuǎn)換器的內(nèi)部邏輯框圖圖3-13MC14433引腳圖MC14433的框圖（圖3-12）和引腳（圖3-13）功能說(shuō)明各引腳說(shuō)明：電源部分VDD：電源+5V。VEE:電源接地端。VAG：模擬電源。VSS：數(shù)字電源。VR：基電壓。電阻和電容部分RI:積分電阻輸入端，VX=2V時(shí)，R1=460?。VX=200Mv時(shí)，R1=27K?。C1:積分電容輸入端。C1一般為0.1μF。C01、C02：外界補(bǔ)償電容端，電容取值約0.1μF。R1/C1：公共端。CLKI、CLKO:外界振蕩器時(shí)鐘調(diào)節(jié)電阻Rc，Rc一般取460K?左右。轉(zhuǎn)換啟動(dòng)/結(jié)束信號(hào)端EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)輸出端，正脈沖有效。DU：?jiǎn)?dòng)新的轉(zhuǎn)換，若DU與EOC相連，每當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束后，自動(dòng)啟動(dòng)新的轉(zhuǎn)換。過(guò)量程信號(hào)輸出端OR：當(dāng)|Vx|?VR，過(guò)量程OR輸出低電平。選通部分DS4-DS1：分別表示個(gè)、十、百、千位，正脈沖有效。DS1對(duì)應(yīng)千位，DS4對(duì)應(yīng)個(gè)位。每個(gè)選通脈沖寬度為18個(gè)時(shí)鐘周期。兩個(gè)相應(yīng)脈沖之間間隔為2個(gè)時(shí)鐘周期。圖3-13MC14433選通脈沖時(shí)序圖BCD碼輸出線Q0-Q3：BCD碼輸出線。上圖Q0是最低位，Q3是最高位。當(dāng)DS2、DS3和DS4選通期間，輸出三位完整的BCD碼數(shù)，但在DS1選通期間，輸出端Q0-Q3除了表示個(gè)位的0或1外，還表示了轉(zhuǎn)化值的正負(fù)極性和欠量程還是過(guò)量程。詳細(xì)請(qǐng)參見圖3-14。圖3-14DS1選通時(shí)Q3～Q0表示的結(jié)果根據(jù)上圖，我們可以知道：Q3代表1/2位，若Q3=“0”，對(duì)應(yīng)1。若Q3=“1”，對(duì)應(yīng)0。Q2：極性。若Q2=“1”，表示正極性。若Q2=“0”，表示負(fù)極性。Q0=“1”：超量程。若Q3=“0”，則為過(guò)量程。若Q3=“1”，則為欠量程。二、MC14433與AT89C51單片機(jī)的接口設(shè)計(jì)因?yàn)镸C14433的結(jié)果跟別的器件不一樣。它的是BCD嗎。并且是分時(shí)的。Q0—Q3HE，DS1—DS4都為分線。所以AT89C51需要用I/O來(lái)和它連接。并行I/O可以用。擴(kuò)展I/O也沒(méi)問(wèn)題。MC14433還能夠與P1接通。至于它們的硬件接口如何，是否相容。詳情請(qǐng)參見下圖。圖3-15MC14433與AT89C51單片機(jī)P1口直接相連的硬件接口3.2.2AT89C51簡(jiǎn)介本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的信息處理器件，選用AT89C51。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，可以看成三段。前段：信息獲取；中段：信息分析；末段：信息處理。具體一點(diǎn)的話，前段就是非電量的一個(gè)獲取。然后將獲取的信息進(jìn)行放大。再將放大的信號(hào)送入A/D轉(zhuǎn)換。這一步出來(lái)就變成電信號(hào)了，處理器就能夠利用了。一、介紹AT89C51是一種做工很成熟的單片機(jī)了。歷史也很久遠(yuǎn)了。它主要是用來(lái)進(jìn)行一些速度比較快的計(jì)算之類的。同時(shí)它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適應(yīng)力強(qiáng)，性能穩(wěn)定，造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)。因此被廣泛的使用于各個(gè)領(lǐng)域。像我們生活中很多地方都能夠找到它的身影。比如：DVD，機(jī)頂盒，游戲機(jī)等等。在火車、飛機(jī)制作里面將AT89C51作為控制速度之用。一些國(guó)外的公司用其來(lái)控制發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。戰(zhàn)斗機(jī)下面的掛載功能也有用到AT89C51。衛(wèi)星里面有大量的數(shù)據(jù)需要傳輸。各種變量之間要能夠進(jìn)行快速的轉(zhuǎn)換。這就需要有性能穩(wěn)定，安全，同時(shí)速度快的單片機(jī)。同時(shí)AT89C51的造價(jià)比不高。如今很多的公司都在進(jìn)行單片機(jī)的研發(fā)。AT89C51就是一個(gè)很好的標(biāo)桿。現(xiàn)在在單片機(jī)這個(gè)行業(yè)里面，未來(lái)的趨勢(shì)逐漸明朗。我們周圍的信息量也越來(lái)越大，這個(gè)時(shí)候，不僅僅需要抗干擾能力強(qiáng)的。還要低干擾型的。這種單片機(jī)有利于我們的環(huán)境，工作和生活場(chǎng)所和平發(fā)展。因?yàn)樗堑透蓴_型的，它對(duì)別的器件影響就沒(méi)有那么大?，F(xiàn)在很多的設(shè)備，比如軍隊(duì)，特種部隊(duì)里面對(duì)電器安全方面考量的就會(huì)更多一點(diǎn)。他們通常是要求單一程序。也就是說(shuō)單個(gè)器件方面不允許加入別的程序。比如說(shuō)手機(jī)。很多在機(jī)關(guān)部門工作的人，他們的手機(jī)都是特殊制造。這樣就不容易被監(jiān)視。隨著時(shí)代的發(fā)展，社會(huì)的競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈。人們的安全方面的意識(shí)也會(huì)逐漸覺(jué)醒。慢慢的單片機(jī)的經(jīng)濟(jì)和法律風(fēng)險(xiǎn)也就相應(yīng)的增大了。產(chǎn)品在市場(chǎng)上流通，就是需求決定生產(chǎn)。性能要求能夠滿足任務(wù)的完成。并且，容錯(cuò)率很低。容錯(cuò)率低的意思就是允許出錯(cuò)的概率很低?；蛘呖梢岳斫鉃槌鰡?wèn)題了，為之支付的成本很高。在某些領(lǐng)域里面，其成本可能高達(dá)數(shù)億元人民幣?；旧暇褪峭饨绲男枨笾笇?dǎo)著工廠的產(chǎn)品方向。外界對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量等級(jí)有多關(guān)注。這一點(diǎn)就決定了工廠流程的嚴(yán)苛。單片機(jī)投入規(guī)?；纳a(chǎn)，必須經(jīng)過(guò)系統(tǒng)性的測(cè)試，這個(gè)測(cè)試在IntelChandler上完成。二、AT89C51提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能AT89C51功能很強(qiáng)大。它是一款既能存儲(chǔ)，同時(shí)又兼具處理功能型元件。它充當(dāng)存儲(chǔ)功能。就是4K字節(jié)。它充當(dāng)處理功能。就是CMOS8位的處理器了。AT89C51具有32個(gè)I/O。還具有2個(gè)16位定位/計(jì)數(shù)器，一個(gè)5向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)。內(nèi)部具有通信口。它是串行的。并且是全雙工的。AT89C51內(nèi)部還具有震蕩器。它因?yàn)榫哂袝r(shí)鐘電路，因此用途較多。AT89C51可以進(jìn)行0HZ操作。同時(shí)能夠進(jìn)行雙效率模塊。詳細(xì)了解請(qǐng)參見下圖。圖3-16AT89C51方框圖接下來(lái)介紹AT89C51的引腳，詳細(xì)請(qǐng)看下圖。圖3-17AT89C51引腳圖引腳說(shuō)明VCC，電源。GND，0線。PO口，是地址總線。同時(shí)又是數(shù)據(jù)總線。當(dāng)它做輸出用，它能夠進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。由于它是八位的，它們都可以占用電壓。因此它可以啟動(dòng)八位TTL，同時(shí)它具備校正功能。我們可以對(duì)它進(jìn)行編程，原因是它可以輸入BCD碼。當(dāng)我們對(duì)它進(jìn)行校正，它就充當(dāng)輸出作用。PO可以進(jìn)入存儲(chǔ)器讀取信息。它還能進(jìn)行地址的轉(zhuǎn)變。并且是分時(shí)類型的。PO還能進(jìn)行總線復(fù)用。我們對(duì)它進(jìn)行訪問(wèn)比較簡(jiǎn)單，只要里面的阻抗工作就可以做到。P1口，八位I/O。并且是雙向的。P1自帶阻抗，可做“輸出”。當(dāng)它是處于高電位狀態(tài)下，是“輸入”。若要做“輸入”，我們只需增加其阻抗即可。此時(shí)非內(nèi)電平走低，輸出IIL。同時(shí)可通過(guò)到達(dá)1狀態(tài)，進(jìn)入高電位。此外，P1能夠識(shí)別低八位。P2口，八位I/O。它也是雙向的。P2自帶阻抗，可做“輸出”。若要做“輸入”，我們只需增加其阻抗即可。當(dāng)它是處于高電位狀態(tài)下，是“輸入”。此時(shí)非內(nèi)電平走低，輸出IIL。同時(shí)可通過(guò)調(diào)整為1狀態(tài)，進(jìn)入高電位。此外，P2能夠識(shí)別高位數(shù)據(jù)。P3口，八位I/O。它也是雙向的。P3自帶阻抗，可做“輸出”。當(dāng)它是處于高電位狀態(tài)下，是“輸入”。若要做“輸入”，我們只需增加其阻抗即可。此時(shí)非內(nèi)電平走低，輸出IIL。同時(shí)可通過(guò)到達(dá)1狀態(tài)，進(jìn)入高電位。此外，P3口可以識(shí)別校正數(shù)據(jù)。RST，復(fù)位引腳。如果震蕩器狀態(tài)異常，發(fā)生高電位現(xiàn)象。若持續(xù)了二個(gè)周期，此時(shí)則會(huì)激活RST。ALE/PROG：當(dāng)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。即使不訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器，ALE仍以時(shí)鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的正脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。我們應(yīng)當(dāng)看到，進(jìn)入一次單片機(jī)處理器都會(huì)產(chǎn)生ALE漏洞。ALE還有一個(gè)特點(diǎn)，就是能夠鍵入編程語(yǔ)言。如果情況允許，我們能夠?qū)⑵潢P(guān)閉，來(lái)保證SFR的正常工作狀態(tài)。當(dāng)程序正常運(yùn)行的時(shí)候，MOVS或者M(jìn)OVC都能夠?qū)⑵溟_啟。最后一點(diǎn)，它可能發(fā)生走高現(xiàn)象，當(dāng)處理器工作時(shí)，該將其調(diào)為關(guān)閉狀態(tài)。PSEN，它是一種功能，主要是提供讀選。其位于存儲(chǔ)器邊緣。AT89C51工作時(shí)，識(shí)別信息，都會(huì)有PSEN的效果。工作完成以后，輸出雙電平。如果這段時(shí)間內(nèi)進(jìn)入處理器，都不會(huì)發(fā)生PSEN。EA/VPP，入內(nèi)訪問(wèn)。它是從外到內(nèi)的一扇門。當(dāng)中心處理器對(duì)AT89C51進(jìn)行數(shù)據(jù)輸送時(shí)，EA引腳電勢(shì)為0。原因是其處于接地狀態(tài)。若EA引腳電勢(shì)不為0，中心處理器則進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)內(nèi)的輸送。當(dāng)對(duì)其進(jìn)行編程時(shí)，EA需要外接Vpp。并且其大小為12V。XTAL1，振蕩器反相放大器及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。XTAL2，振蕩器反相放大器的輸出端。在AT89C51里面，內(nèi)置了放大器。它是反相的，同時(shí)附帶增益效果。其主要功能是為了使震蕩器生效。XTAL1表示其輸入。XTAL2表示其輸出。這個(gè)放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成自激振蕩器。外接石英晶體或陶瓷諧振器及電容C1、C2接在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路。本畢業(yè)設(shè)計(jì)在C1和C2上面沒(méi)有說(shuō)明參數(shù)，可是它們還是會(huì)對(duì)電路造成影響。它們影響著震蕩器使用特性。包括頻率和溫度等等。但是其程度并不大。掉電模式當(dāng)AT89C51處于該模式時(shí)，震蕩器不會(huì)運(yùn)行。程序倒數(shù)第一條決定是否運(yùn)行該模式。一般情況下，存儲(chǔ)器在進(jìn)入該模式之前會(huì)停止運(yùn)行。同時(shí)，我們也能夠從其中退出——通過(guò)復(fù)位。復(fù)位即重新啟動(dòng)了，這有點(diǎn)類似于計(jì)算機(jī)的重啟。復(fù)位后，所有器件都將從初始狀況下開始工作。程序也會(huì)重新運(yùn)行。復(fù)位后，電源需啟動(dòng)一段時(shí)間，不然，該過(guò)程不會(huì)起到作用。電源啟動(dòng)數(shù)分鐘以后，震蕩器才開始進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)。AT89C51是通過(guò)字節(jié)來(lái)編程的。并且每鍵入字節(jié)的時(shí)候，都在要后面處理器里面空出字節(jié)出來(lái)。三、編程方法在編程以前，我們得把一切前期的操作都做好。這就包括地址和信號(hào)等等。字節(jié)地址分別加在P1、P2上面。該操作的地址范圍：000H—FFFH。最后的字節(jié)是在PO輸入。然后就是處理好P2.6、P2.7它們的電位。PSED一般是低電位。RST一般是高電位。EA/Vpp是電源端口。到時(shí)候我們會(huì)根據(jù)需求調(diào)整其電源大小。ALE/PROG是脈沖端口。一般情況下，它接的是負(fù)脈沖。在AT89C51進(jìn)入狀態(tài)下，我們一般會(huì)使用時(shí)鐘震蕩器。接下來(lái)詳細(xì)介紹AT89C51如何編程。首要規(guī)則就是在什么線上，鍵入什么信號(hào)。我們第一步應(yīng)該是寫地址。那么此時(shí)我們的信號(hào)應(yīng)該是鍵入到地址線上面。然后是鍵入一些控制字節(jié)。對(duì)整個(gè)編程的過(guò)程進(jìn)行控制。若我們要AT89C51在高壓的狀態(tài)下工作，那么很簡(jiǎn)單。只需在電源通入+12V即可。當(dāng)我們?cè)贔lash中鍵入一個(gè)字符，我們都要在ALE/PROG鍵入脈沖。更換字符和鍵入的信息，直至我們所有的工作做完為止。其中信號(hào)可以自行調(diào)節(jié)。同時(shí)，字符的鍵入時(shí)間根據(jù)其功能狀態(tài)進(jìn)行計(jì)時(shí)。通常狀態(tài)下是1.5ms。此外，AT89C51一般根據(jù)字符的查詢來(lái)判定編程的狀態(tài)。當(dāng)其進(jìn)入編程狀態(tài)，我們能夠在所有時(shí)間點(diǎn)查找所需數(shù)據(jù)。1、Ready/Busy我們編程的狀態(tài)是通過(guò)Ready/Busy來(lái)確定的。在編程的時(shí)候，當(dāng)ALE轉(zhuǎn)換“H”，P3.4轉(zhuǎn)換成低電位，則AT89C51正處于“Busy”。當(dāng)編程結(jié)束，P3.4Ready/Busy重新回到高電位了，則AT89C51處于Ready。程序校正：LB和LB2表示加密位。如果加密位LB和LB2沒(méi)有進(jìn)行編程，則代碼數(shù)據(jù)可通過(guò)地址和數(shù)據(jù)線讀回鍵入的數(shù)據(jù)。在下圖中，程序存儲(chǔ)器的地址由P1口和P2口的P2.0—P2.3輸入。數(shù)據(jù)的輸入則來(lái)自于PO。PSEN繼續(xù)處于低電位狀態(tài)。其余三個(gè)器件均為高電位。當(dāng)對(duì)其進(jìn)行校正，PO需串連10K阻抗。圖3-18編程電路圖3-19校驗(yàn)電路2、芯片擦除若我們需要對(duì)EPRON中的數(shù)據(jù)進(jìn)行擦除，則需要用到控制端。需要將其信號(hào)進(jìn)行排列，排列要正確。要求ALE/PRON處在低電位狀態(tài)下。同時(shí)，其寬度為10ms。代碼則需要把高電位鍵入到單元格中，此操作在未鍵入程序的時(shí)候完成。3、讀片內(nèi)簽名字節(jié)AT89C51中有三個(gè)簽名單元。其地址是：0030H、0031H和0032H。它們分別表示生產(chǎn)廠商、編號(hào)、編程的電源大小。讀取簽名單元時(shí)，調(diào)節(jié)P3.6和P3.7為低電位即可。校正0030H、0031H和0032H地址的方法同上。下面是0030H、0031H和0032H的意義。(0030H)=1EH聲明產(chǎn)品由ATMEL公司制造。(0031H)=51H聲明為AT89C51單片機(jī)。(0032H)=FFH聲明為12V編程電壓。4、編程接口Flash閃速存儲(chǔ)陣列中的每一代碼字節(jié)可進(jìn)行寫入和存儲(chǔ)器的整片擦除。“寫”的時(shí)間周期根據(jù)情況確認(rèn)。當(dāng)對(duì)其進(jìn)行格式化，則會(huì)定位，直至任務(wù)完成。微機(jī)能夠進(jìn)行雙數(shù)據(jù)的移位。當(dāng)處于外部環(huán)境中，數(shù)據(jù)以物理的方式存在。但是，進(jìn)入到計(jì)算機(jī)中，一切都數(shù)據(jù)化了。機(jī)器數(shù)據(jù)和環(huán)境的信息之間的轉(zhuǎn)變，是需要各個(gè)步驟之間相互銜接來(lái)做到的。比如ADC，它會(huì)把連續(xù)信號(hào)變成數(shù)據(jù)。如果外部的數(shù)據(jù)呈點(diǎn)狀突變，就無(wú)需用到ADC了。當(dāng)遇到該種類狀況，則需要啟用信號(hào)調(diào)理電路了。因?yàn)檫@需要進(jìn)行多類信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換。如果上述過(guò)程不能處理了，也可以和下一單元連接。當(dāng)然，這個(gè)是屬于微機(jī)部分的，其內(nèi)部有信息接口。其對(duì)外的接口都是類似的。不同點(diǎn)是，它們信息的流向。輸入是由外——內(nèi)；而輸出則是由內(nèi)——外。在該狀態(tài)下，程序會(huì)指導(dǎo)數(shù)據(jù)的連結(jié)和流向。同時(shí)，會(huì)為其標(biāo)記此次操作中用到的數(shù)據(jù)。并且子器件將數(shù)據(jù)傳給DAC，由其完成數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)變。然后，信號(hào)會(huì)移交給調(diào)理放大器。經(jīng)過(guò)放大以后轉(zhuǎn)交個(gè)處理器。在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，為了保證其完成，用到了大量的硬件設(shè)備。3.2.3工作方式它的工作方式可以分做復(fù)位，掉電和低功耗方式等。一、復(fù)位方式如果AT89C51的RST持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上為高電位時(shí)，AT89C51就執(zhí)行RST操作。當(dāng)RST一直保持高電位，AT89C51便會(huì)保持RST。復(fù)位分為兩種：上電復(fù)位和上電或開關(guān)復(fù)位。第一種在連接電壓之時(shí)，便會(huì)進(jìn)行RST。其電路圖，請(qǐng)參見下左圖。圖中C1、R1與電源共同組建了一個(gè)微分電路。在上電RST中，連接電壓后，AT89C51要能夠RST。該狀態(tài)下，為持續(xù)高電位。因?yàn)锳T89C51里面有等效阻抗，即使去掉R1，也可以完成上電RST。在開關(guān)RST中連接電壓后，AT89C51要能夠RST。連接電壓后，因?yàn)橛蠧3跟反向門存在。所以RST為持續(xù)高電位。在AT89C51工作的時(shí)候，開關(guān)也可以將其RST。如果AT89C51工作的時(shí)候，鍵入一下K。其依然可以進(jìn)入RST，并且持續(xù)高電位。圖3-20單片機(jī)的復(fù)位電路圖(3-20a)中：Cl＝10-30uF；R1＝1kΩ。

圖(3-20b)中：C：＝1Uf；Rl＝lkΩ；R2＝10kΩ。二、掉電和低功耗方式當(dāng)電路掉電時(shí)，AT89C51中的信息也不會(huì)丟失。因?yàn)樗牡綦姳Ｗo(hù)功能，才能夠保證信息的完好無(wú)損。3.2.4數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的掉電保護(hù)AT89C51自帶掉電保護(hù)，在掉電的瞬間會(huì)將所做工作保存。當(dāng)VCC連上后，會(huì)回到先前的工作。3.2.5系統(tǒng)時(shí)鐘的設(shè)計(jì)AT89C51運(yùn)行之后，需要有時(shí)鐘信號(hào)。一般有兩類時(shí)鐘，分為內(nèi)外部。出于電路考慮，此次是內(nèi)部時(shí)鐘。圖3-21系統(tǒng)時(shí)鐘在上述電路圖中，兩個(gè)電容是30PF。C如果容量過(guò)小，則會(huì)減慢系統(tǒng)反應(yīng)。同時(shí)它還會(huì)造成其不穩(wěn)定隱患，頻率也會(huì)被改變。同時(shí)，其頻率的范圍也較大。其值越大，AT89C51運(yùn)行也就相應(yīng)更加快。為了本系統(tǒng)的安全，本設(shè)計(jì)中使用NPO元件。系統(tǒng)越安全，也說(shuō)明了其電路的穩(wěn)定。同時(shí)也為該系統(tǒng)的推廣，奠定了好的根基。3.3顯示與報(bào)警3.3.1顯示電路此次主要是使用了AT89C51的串接口。鍵盤、顯示器也是通過(guò)它實(shí)現(xiàn)的。如果AT89C51的串接口有剩余，則可以用來(lái)連接外圍器件。同時(shí)其輸出是“0”因此也通過(guò)其外部元件74LSI64，使系統(tǒng)更加完整。它的接口電路請(qǐng)參見下圖。圖3-22鍵盤及顯示與主機(jī)的硬件連接四個(gè)74LSI64，74LSI64（0）—74LSI64（3）充當(dāng)八位斷碼輸出。QA—QH做輸入點(diǎn)。該電路顯示較清晰，同時(shí)又能避免閃爍。該器件功耗低。相比別的更加環(huán)保。此方案的好處在于可以占AT89C51更少的內(nèi)存。同時(shí)系統(tǒng)不用擔(dān)心顯示器。進(jìn)而使得電路得以簡(jiǎn)化，使得AT89C51的系統(tǒng)更加穩(wěn)定。3.3.2報(bào)警電路本畢業(yè)設(shè)計(jì)為倉(cāng)庫(kù)的恒溫恒濕監(jiān)控系統(tǒng)。為了儲(chǔ)物的安全，必須進(jìn)行報(bào)警電路的設(shè)計(jì)。超過(guò)理想值了及時(shí)報(bào)警，以保證倉(cāng)庫(kù)質(zhì)量。本設(shè)計(jì)采用蜂鳴音報(bào)警電路。蜂鳴器在淘寶上就有售。本次使用的是壓電式的。此器件很先進(jìn)。技術(shù)也較成熟。其電流大小為10mA。一般是連接TTL7406和7407進(jìn)行供電。或者，也能夠使用NPN來(lái)對(duì)其供電。該端口為數(shù)據(jù)的接收端。如果P3.2是高電位“1”，NPN打開。壓電蜂鳴器兩端獲得約+5V電壓而鳴叫。如果P3.2是低電位“0”，NPN關(guān)閉。此時(shí)蜂鳴器停止發(fā)聲。如果其值超過(guò)理想值，P3.2會(huì)調(diào)0。該