温湿度控制系统的软件设计.doc

毕业设计（论文）题 目： 温湿度系统的软件设计 学 院： 信息工程学院专业名称： 电子信息工程班级学号： 08041232学生姓名： 周赟指导教师： 刘清平二O一二 年 六 月 温湿度系统的软件设计学生姓名：周赟 班级：08041232指导老师：刘清平摘要：随着微电子技术、计算机技术、测试技术的发展，单片机通信和信息监测技术在日常生活中的运用日益广泛。虽然红外，蓝牙等无线通信技术得到了很大的发展，但是有线通信仍然是占据着当今通信领域的半壁江山，其在各种信息监测和通信方面也占有着重要的作用。本文采用STC89C52单片机为主控微处理器，设计了一个能够同时监测温度和湿度的单片机系统。本设计是以单片机STC89C52为核心，配合DS1820温度传感器和CHR-01湿度传感器，以及相关的外围电路组成的检测系统，可以接收所测环境的温度和湿度信号，检测人员可以通过数码管显示的数据，实时监控环境的温度和湿度情况。本系统包括系统硬件和软件设计,可靠性高，结构简单，实现了对温湿度的自动调节。该系统的测温范围：-25+55，采集精度为0.5，湿度范围：20%80%，采集精度为5%。用DS18B20温度传感器作为温度采集模块，采用CHR-01作为湿度传感器，LM324作为运算放大器，TLC0831作为模数转换器等组成了湿度采集模块；利用HD7279A 作为键盘和显示模块；使用单片机的串口组成数据发射、接收模块。 经过精心的设计和制作，整个系统完成了对温度和湿度的采集、传输、接收和显示等功能，该系统具有系统结构简单、电路成本低、数据传输距离长，传输精度高、抗干扰强等特点。关键词：温度传感器 湿度传感器 STC89C52单片机 指导老师签名：The software design of Temperature and humidity systemStudent name : Zhou Yun Class: 08041232Supervisor: Liu Qingping Abstract: With microelectronic technology, computer technology, testing technology, computer communication and information monitoring technology in daily life increasingly widespread use. Although the infrared, Bluetooth and other wireless communication technology has got great development, but is still occupying the wired communication communication field in the half of the country, all kinds of information monitoring and communication also plays an important role in.In this paper, using STC89C52 microcontroller to control the microprocessor, the design of a can simultaneously monitor the temperature and humidity of the single chip microcomputer system. The design is based on STC89C52 single chip computer as the core, with the temperature sensor DS1820 and CHR-01 humidity sensor, and related peripheral circuits of the detection system, which receives the measurement of environmental temperature and humidity signals, the testing personnel can through the digital tube display data, real time monitor of environment temperature and humidity conditions. The system includes the design of hardware and software, high reliability, simple structure, realizes the automatic regulation of temperature and humidity. The system of temperature measurement range: -25 - +55 , acquisition accuracy is 0.5 , humidity range:20% - 80%, acquisition accuracy is 5%. With the temperature sensor DS18B20as the temperature acquisition module, using CHR-01as a humidity sensor, LM324 as operational amplifier, TLC0831 as analog-to-digital converter composed of humidity acquisition module; the use of HD7279A as a keyboard and display module; the use of single-chip serial port data transmitting, receiving module.Carefully design and production, the whole system for temperature and humidity of the collection, transmission, reception and display functions, the system has the advantages of simple structure, low cost, data transmission circuit for long distance, high transmission precision, strong anti-interference.Keyword：Temperature sensor Humidity sensor STC89C52 single chip microcomputer Signature of Supervisor:目 录1 绪 论51.1 课题研究背景及意义51.2 国内外研究概括及发展趋势51.3 课题设计的主要内容62 系统总体设计方案72.1 课题设计的主要内容82.2 系统组成框图83 系统硬件电路设计93.1 单片机最小系统93.2 温度采集电路的设计123.3 湿度采集电路的设计143.4 A/D转换电路的设计183.5 键盘显示电路的设计203.6 报警电路的设计214 系统的软件设计224.1 系统主程序设计224.2 中断模块244.3 键盘显示模块264.4 采样转换模块284.5 温度采样模块294.6 湿度采样模块294.7 报警模块305 系统调试315.1 单片机最小系统的调试315.2 键盘显示电路的调试325.3 温度采集电路的调试325.4 湿度采集电路的调试325.5 系统软件调试336 总结与展望35参考文献37致 谢38附 录 A 系统原理图38附 录 B 源程序清单391 绪 论1.1 课题研究背景及意义湿度和温度是测量领域内十分重要的被测对象。不管是人类赖以生存的居住环境，还是工农业生产，亦或者是军事、气象观测等领域都需要对温度和湿度进行测量和控制。随着电子技术、计算机技术、通信技术、传感器及传感器材技术的迅速发展，测量领域内对温度和湿度的检测也取得了跨越式的发展！可以说对温湿度的测量与控制水平直接影响到人类的所有活动。现代人类对生活环境的要求越来越高，尤其是温湿度的影响，温度高了或者低了都直接影响着这个社会，而湿度低了或高了也同样影响着我们的生活以及其他物种的生存条件。湿度和温度是众多领域中需要检测的重要环境参数。不仅在工业、现代农业，还是在气象卫星、仓库保管等领域，对温度和湿度的测量都是随处可见的。对温度和湿度的测量与监控也是十分有意义的。对湿度和温度进行合理有效的调控不仅可以节约能源还更有利各行业安全健康的发展。在工业领域，各种现代化的机器设备都需要考虑其所在工作环境的温湿度。电器设备是工业领域最常使用也是使用最多的基础设备。温湿度的高低对电器设备的研发者来说是必须要考虑的重要课题。工程师在设计电器产品的时候必须要考虑设计出的产品将来工作环境中温湿度的大小，使用过程中散热通风的问题。选择合适的材料并且对电气设备外表面进行合理有效的封装可以提高电气设备的使用寿命。大型的电器设备长期处于高电压、大电流和满负荷运行，其结果是造成热量集结加剧，由电流热效应造成的危害直接影响电器设备的绝缘设施，危害机器的正常运转和操作人员的人身安全，所以就要求对电气设备的温湿度状况进行测量控制。温湿度对植物、动物的生长都有一定的影响，当温度达到了植物和动物生长所能承受的最高值和最低值时，这些植物和动物就会慢慢的消失，或者演变成其他的一些物种，同样湿度也对动植物的生长有着不可小视的影响，所以对一定的温湿度我们必须测量。同时我们也必须要记录大气的温湿度的变化，这样我们才更能对我们的生活的环境的变化有个直观的了解！1.2 国内外研究概括及发展趋势国内外温度控制系统发展迅速，并在智能化、自适应、参数自整定等方面取得成果。目前社会上温度控制大多采用智能调节器，国产调节器分辨率和精度较低，温度控制效果不是很理想，但价格便宜，国外调节器分辨率和精度较高，价格较贵。日本、美国、德国、瑞典等技术领先，都生产出了一批商品化的、性能优异的温度控制器及仪器仪表并在各行业广泛应用。它们主要具有如下的特点：一是适应于大惯性、大滞后等复杂温度控制系统的控制；-是能够适应于受控系统数学模型难以建立的温度控制系统的控制；三是能够适应于受控系统过程复杂、参数时变的温度控制系统的控制；四是温度控制系统普遍采用自适应控制、自校正控制、模糊控制、人工智能等理论及计算机技术，运用先进的算法，适应的范围广泛；五是温控器普遍具有参数自整定功能。借助计算机软件技术，温控器具有对控制对象控制参数及特性进行自动整定的功能。有的还具有自学习功能，能够根据历史经验及控制对象的变化情况，自动调整相关控制参数，以保证控制效果的最优化；六是具有控制精度高、抗干扰力强、鲁棒性好的特点。目前，国内外温度控制系统及仪表正朝着高精度、智能化、小型化等方面快速发展。近年来，国内外在湿度和温度传感器研发领域取得了长足进步。温湿度传感器正从结构复杂、功能简单向集成化、智能化、多参数检测的方向迅速发展，为开发新一代温湿度测控系统创造了有利条件，也将温度、湿度测量技术提高到新的水平。国内数字温湿度仪测量温湿度采用的主要方法有:“温阻”法和“湿阻”法,即采用电阻型的温湿度传感器,利用其阻值随温湿度的变化测定空气的温度和相对湿度。受传感器灵敏度的限制,这类温湿度仪的精度不可能很高,一般条件下还可以满足需要,但是在环境实验设备等对精度要求颇高的场合就难以满足要求了。目前，国外对温湿度传感器技术的研究也有了较大的进展，特别是用电阻式温湿传感器发展更快，人们不仅在电阻式陶瓷温湿度传感器特性方面做了大量工作，而且在高分子电阻式湿度传感器上做出可喜的研究成果。1.3 课题设计的主要内容单片机是系统的控制核心，所以单片机的性能关系到整个系统的好坏。因此单片机的选择，对所设计系统的实现以及功能的扩展有着很大的影响。单片机种类很多，在众多51系列单片机中，STC89C52含有在系统可编程的Flash存储器，片内有8K闪存，RAM的容量也较AT89C51大，为256字节。显然这种单片机优点更多，开发时间也大为缩短。因此，在本次设计中选用了STC89C52单片机。本设计中，最终选用的集成温度传感器DS18B20是美国模拟器件公司生产的集成两端感温电流源，通过对电流的测量可得到所需要的温度值。湿度传感器是采用了CHR-01阻抗型高分子湿度传感器,它是一种热固聚脂电容式传感器。采集到的湿度信号再配以进行适当的放大，经过A/D转换送至单片机，实现湿度的显示与控制。系统主要由以上元器件组成，通过硬件电路和软件程序的设计，实现系统的基本功能。本课题研究设计的是基于单片机STC89C52的温湿度检测和控制系统，主要以广泛应用的DS1820和CHR-01阻抗型高分子作为温度和湿度的检测，该仪器具有测量精度高、硬件电路简单、并能很好的进行显示，可测试不同环境温湿度的特点。2 系统总体设计方案2.1 课题设计的主要内容本设计是基于STC89C52单片机的温湿度数据采集监测系统，主要完成以下功能：1） 选择STC89C52单片机，了解其基本特性和功能，使用STC89C52实现对温湿度的采集监测。2） 使用DS18B20温度传感器测量现场环境温度，进行数据的采集及传到单片机处理，温度误差0.1。3） 使用CRH-01阻抗型湿度传感器对现场时读数据采集，由单片机进行数据处理，湿度误差5。4） 使用STC89C52单片机接收数据并处理, 具有定点监测方式，有数据和状态显示功能。5） 环境温湿度超过一定范围就报警。在完成以上功能时，要确保系统的可靠性和稳定性，是系统能够长期稳定的工作。2.2 系统组成框图本设计是基于单片机对数字信号的高敏感和可控性、温湿度传感器可以产生模拟信号，和A/D模拟数字转换芯片的性能，此设计以STC89C52基本系统为核心的一套检测系统，其中包括A/D转换、单片机、复位电路、温度检测、湿度检测、键盘及显示、报警电路、系统软件等部分的设计。系统总体方框图如图2.1所示。DS18B20温度测量CHR-01湿度测量 信号调理电路键盘显示报警电路输出控制A/D转换 单片机时钟电路复位电路数码管显示图2.1 系统总体框图通过系统组成框图可以看出系统的各个模块及其模块间的关系。按照本课题的设计要求分析组成框图。本设计的课题是基于单片机串口通信的信息监测系统的研制。课题的主要内容是以STC89C52为控制中心设计的系统。单片机STC89C52是整个系统的核心，它完成温度和湿度的采集、数据计算处理、结果显示，串口通信等工作。3 系统硬件电路设计3.1 单片机最小系统本设计采用的是STC89C52单片机，STC89C52是一种带8K字节闪烁可编程可檫除只读存储器（FPEROM-Flash Programable and Erasable Read Only Memory ）的低电压，高性能COMOS8的微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL搞密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。其原理图如下图所示：图3.1 最小系统电路图STC89C52单片机是双列直插式40引脚封装。这40引脚大致分为：电源（VCC、VSS、VDD、VPD），时钟（XTAL1、XTAL2），I/O（P0-P3），地址总线（P0、P2），数据总线（BUS）和控制总线（ALE、RST、PROG、PSEN、EA）6大部分。STC89C52的引脚图如下图所示：图3.2 STC89C52引脚图电源线 VCC：芯片的主电源，接+5V电压。 VSS：电源地线。控制总线 ALE/PROG：地址锁存允许信号，在它的下降沿用于外部存储器的低8位地址锁存，使BUS（P0）分时用作地址总线低8位和数据总线。此信号每机器周期出现2次，只在访问外部数据存储器期间才不输出ALE。所以在任何不使用外部数据存储器的系统中，ALE以1/6振荡频率的固定速率输出，因而它能用作外部时钟和定时器。 /PSEN：外部程序存储器选择信号，并在外部程序存储器读取指令时产生，指令内容读到数据总线上。PSEN在每个机器周期产生2次有效，在执行内部程序存储器取指时，PSEN无效。 RST/VPD：复位输入信号。在振荡器工作时，该引脚2个机器周期的高电平可实现复位操作。在掉电情况下（VCC降到操作允许限度以下），VPD将为芯片内的RAM提供备用电源。 /EA/VDD：访问外部程序存储器控制信号输入端。当为低电平时，单片机都到外部程序存储器取指。当EA为高电平且PC值小于0FFFH时，CPU执行内部程序存储器程序。I/O线 P0（BUS）：单片机的双向数据总线和低8位地址总线。在分时操作时先用作地址总线，在ALE信号的下降沿，地址被锁存，然后作为数据总线；也可以作为双向并行I/O口。在程序校验期间，它用于数据输出。 P1：准双向I/O口。 P2：准双向I/O口。在访问外部存储器时，用作高8位地址总线。 P3：准双向I/O口。P3的每一根线还有特殊的第二功能，如表3.1所示。表3.1 P3口的第二功能引脚第二功能标记第二功能P3.0RXD串行输入口P3.1TXD串行输出口P3.2 INT0外部中断0输入P3.3 INT1外部中断1输入P3.4T0 定时/计数器0外部输入P3.5T1定时/计数器1外部输入P3.6WR外部数据存储器写选通P3.7RD外部数据存储器读选通3.2 温度采集电路的设计3.2.1 DS18B20的测温原理数字化温度传感器DS18B20，是美国DALLAS半导体公司生产的可组网数字温度传感器芯片，在其内部使用了在板（ON-BOARD）专利技术。全部传感元件及转换电路集成在形如一支三极管的集成电路内，支持“一线总线”的数字方式传输，具有较强的抗干扰性，适合于恶劣环境的现场温度测量。DS18B20测温原理如图3.3所示。图中低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1。高温度系数晶振随温度变化其振荡频率明显改变，所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。计数器1和温度寄存器被预置在55所对应的一个基数值。计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1，计数器1的预置将重新被装入，计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。图3.3中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正计数器1的预置值。图3.3 DS18B20的测温原理图3.2.2 DS18B20与单片机的接口电路设计 图3.4 DS18B20与单片机接口电路图如图3.4采用外接电源供电方式，在外接电源供电方式下，DS18B20从单线信号线上吸取能量,在信号线DQ处于高电平期间把能量储存在内部电容里，在信号线处于低电平期间消耗电容上的电能来继续工作，直到高电平到来再给寄生电源（电容）充电。独特的寄生电源方式有三个好处，分别是在进行远距离测温时，无需本地电源；可以在没有常规电源的条件下读取ROM；电路更加简洁，仅用一根I/O口实现测温。要想使DS18B20进行精确的温度转换，I/O线必须保证在温度转换期间获得足够的能量。该电路只适应于单一温度传感器测温情况下，不适宜于电池供电系统中工作，并且工作电源VCC必须保证在5V，当电源电压下降时，寄生电源能够汲取的能量也降低，会使温度误差变大。单片机的P1.4口接DQ,当DS18B20处于写存储器操作和温度A/D转换操作时，总线上必须有强的上拉，上拉开启时间最大为10us。由于单线制只有一根线，因此发送接收口必须是三态的。主机控制DS18B20完成温度转换必须经过3个步骤：初始化、ROM操作指令、存储器操作指令。本次单片机系统所用的晶振频率为11.0592MHz，根据DS18B20的初始化时序、写时序和读时序，分别编写3个子程序：初始化子程序、写（命令或数据）子程序、读数据子程序，所有的数据读写均由最低位开始。3.3 湿度采集电路的设计本设计中采用CHR-01阻抗型高分子湿度传感器，利用其阻抗的特性来分压，直接通过分压法采集，将湿度信号转换成电压信号，经放大和A/D转化成数字信号进入单片机处理，同时检测当前温度T，通过查阅湿度传感器Z/RH/T数据表，反推得到当前的相对湿度RH%。3.3.1 CRH-01湿度传感器的特性参数1）工作电压：1V AC（50Hz 2 K Hz）2）检测范围：20%90% RH3）检测精度：5%4）工作温度范围：085 5）最高使用温度：1206）特征阻抗范围：30(21 40.5)K，( 60%RH, 25)7）响应时间：12 s (0% 100%)8）湿度飘移（/年）：2% RH9）湿滞： 1.5%RH表3.2 060湿度阻抗特性数据表152535405530%518.8352.8256.7241.313735%347.6261.814313780.3340%277.2166.693.681.535045%172.892.860.352.733.3850%96.360.641.4334.322.0555%70.840.429.1224.2515.8860%56.229.520.817.7112.1765%43.321.115.6113.129.0270%31.315.4411.5110.096.5875%22.611.848.747.354.6480%15.89.136.525.463.3885%10.486.554.523.892.4890%74.63.152.651.807 单位: K图3.5 060湿度阻抗特性特性图3.3.2 模拟信号产生电路高分子湿度传感器CHR-01为新一代复合型电阻型湿度敏感部件，其复阻抗与空气相对湿度成指数关系，直流阻抗（普通数字万用表测量）几乎为无穷大，与传统意义上的电阻有空气中水分子参与膜感湿中的离子导电，由于水分子为极性分子，在直流电存在的情况下，会电离，分解，从而影响导电与元件的寿命，所以要求采用交流电路对传感器进行供电。 555定时器是一种多用途单片集成电路，利用它可以极方便地构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器。555定时器使用灵活、方便。因而得到广泛应用。本设计中湿敏电阻的工作电压只能是交流电压，采用555多谐振荡器正好可以满足这个要求。湿敏电阻的阻抗变化能反映环境湿度的变化，使其输出的电压也有对应的变化继而将数据传到单片机内处理。 图3.6 方波信号产生电路如图3.6 所示，为模拟电压信号产生电路，2、6脚短接作为输入，3脚输出，利用555定时器组成了一个多谐振荡器。考虑到湿敏电阻的工作频率为50Hz2 K Hz，所以参数的选择要使输出频率在适当的范围内。笔者设计让其输出一个固定频率为1KHZ，幅度为4V的矩形方波信号。输出矩形方波的频率如下所示。F=1.43/(RA+2RB)C1 式(1-1)在此555多谐振荡电路中，和5脚相连的电容C2固定为0.01，不必参与参数选择。同时C1不能太小，否则电路不起振，确定F=1KHZ，确定参数RB=510， C1=1F，可代入式1-1中进行计算，得到滑动变阻器RA等于410左右，硬件调试时只要让RA调到410即可。产生的矩形方波信号经过C3时，被滤除了直流分量进入湿度传感器CHR-01,湿度传感器输出电压为V0，电阻为Rchr，由式(1-2)V0=V*R4/(R4+Rchr) 式(1-2)通过电压采样后得到V0,再由式（1-3）计算得到Rchr。 Rchr= R4*(V-V0)/V0 式（1-3）同时检测当前温度T，通过查阅湿度传感器Z/RH/T数据表，在不同温度下Rchr的值推算出当前的相对湿度RH%。R4采样电阻的阻值通常建议在30200K，侧重高湿测量，采样电阻阻值可降低到20K，低湿阻值可提高到200K。3.3.3 放大和整流滤波电路产生的电压信号由于比较小，由3脚进入运放进行放大，再通过滤波整行电路才能进入A/D转换。如图3.7所示为放大和整形滤波电路。 图3.7 放大和整形滤波电路运放采用的是LM324四运算放大器 ，放大倍数为Av=(1+RP2/R7)。硬件调试时只要调节RP2，就可以达到想要的放大部数。经放大的电压信号，从1脚进入整流滤波电路，利用两个二极管的单向导通性，达到整流的目的，C6，C7起到滤波的作用。3.4 A/D转换电路的设计3.4.1 A/D芯片的选择A/D 转换是决定测量精度和稳定性的重要一环。所以，A/D的选择也是一个要重点考虑的问题。本次设计中使用的是TLC0831。TLC0831是8位逐次逼近电压型A/D转换器，支持单信道输入串口输出，极性设置固定，不需寻址。其内部有一采样数据比较器将输入的摸拟信号微分比较后转换为数字信号。摸拟电压的差分输入方式有利于抑制共摸信号和减少或消除转换的偏移误差。而且，电压基准输入可调，使得小范围摸拟电压信号转化时的分辨率更高。其主要特点如下：(1) 8位分辨率；(2) 单信道差分输入；(3) 5V的电源提供0-5V可调基准电压；(4) 输入输出可与TTL和MOS兼容；(5) 总失调误差为1SB。此次设计的目的是初步实现对温度的采集和转化。综合比较两块芯片发出，虽然ADC0809芯片转换速度快，但其硬件电路相对较复杂一些，且占用I/O多，TLC0831为串口输出，芯片的精度、速度都不错，能满足这次设计的要求，而且占用很少I/O口。设计者从成本最小化和实用化的原则出发，选择了TLC0831。3.4.2 A/D转换电路的设计此次A/D电路设计的主要任务是反映电压信号的模拟量转换成数字量，其电路原理图如图3.8所示： 图3.8 A/D电路原理图其中：整流滤波后的模拟电压信号经2脚输入到TLC0831A/D，CS和CLK分别接单片机的P3.6和P3.7口， 6脚数据输出接P3.5口。这样，TLC0831采用了串行发送数据的方式传送给单片机进行处理，这样只要求占用单片机的三根I/O线，比并行发送数据的方式少很多。采集数据时，首先微处理器执行一条传送指令，在该指令执行过程中，微处理器在控制总线的同时产生CS,WR 低电平信号，启动A/D 转换器工作，TLC0831经延时后将输入模拟信号转换为数字信号存于输出锁存器，并在等待转换结束后，通知微处理器来取数据。微处理器立即执行输入指令，以产生CS，RD 低电平信号到TLC0831 相应引脚，将数据取出并存入存储器中。3.5 键盘显示电路的设计在一个系统中，键盘和显示模块也是不可缺少的一个重要部分。显示模块将单片机处理后的数据直观的显示给人看，而人又可以通过键盘按键操作单片机的运行等，从而达到很好的人机对话功能。本系统采用的是八段数码管显示，显示电路和键盘电路的设计思路，结合整体设计的需要以及管理显示器的芯片，决定使用HD7279A来进行管理，不仅大大地节约了STC89C52的端口，而且还避免了对键盘进行消抖的处理，此消抖处理工作可以由HD7279A自动完成，从软件与硬件的角度来看都是一种极大的节省。HD7279A是一片具有串行接口的、可同时驱动8位共阴式数码管的智能显示驱动芯片，该芯片同时还可以连接多达64键的键盘矩阵，单片即可完成LED显示，键盘接口的全部功能。HD7279A的主要功能：同时驱动8位共阴式七段LED数码管（或64只独立的LED），提供了两种译码方式和消隐、闪烁、移位等多种控制功能，能管理多达64键的键盘矩阵，采用串行接口，节约单片机的IO口线，特别适用于内嵌ROM的单片机不作总线扩展、仅使用片上的IO接口的情况。这样，既节省了布线空间，又简化了电路设计，使仪表的进一步微型化成为可能。HD7279A键盘、显示接口电路图如下图所示：图3.9 HD7279A键盘、显示接口电路图3.6 报警电路的设计本设计采用峰鸣音报警电路。峰鸣音报警接口电路的设计只需购买市售的压电式蜂鸣器，然后通过MCS-51的1根口线经驱动器驱动蜂鸣音发声。压电式蜂鸣器约需10mA的驱动电流，可以使用TTL系列集成电路7406或7407低电平驱动，也可以用一个晶体三极管驱动。在图中，P3.2接晶体管基极输入端。当P3.2输出高电平“1”时，晶体管导通，压电蜂鸣器两端获得约+5V电压而鸣叫；当P3.2输出低电平“0”时，三极管截止，蜂鸣器停止发声。NPN5.6K3.3K+5VP3.2AT89S52PB2130UP002A图3.10 三极管驱动的峰鸣音报警电路4 系统的软件设计软件系统由数据采集模块、键盘显示模块、报警模块组成。其中数据采集模块包括温度和湿度的采集、数据处理、中断处理几个模块。图4.1 系统模块图4.1 系统主程序设计主程序是设计的主体，是由功能不同的子程序和中断服务子程序组成。本系统主程序的运行如下操作：串口初始化，完成初始化操作后，循环扫描键盘，当有相应按键时对应不同的功能，开始采集温度或者湿度数据，判断温湿度是否超出设定范围，如若超出则报警，没有就经数码管显示读数，主程序流程图如下图所示。开始判断显示温度/湿度判断显示通道读温度/湿度值显示温度/湿度值判断是否超出设定范围报警NY初始化启动温/湿度测量图4.2 主程序流程图4.2 中断模块定时器中断入口保护现场定时次数寄存器加一重赋定时器初值调AD采样子程序调PID控制子程序调显示子程序是否到255次定时次数寄存器清零加热器加热中断次数是够大于占空比恢复现场加热器停止加热中断返回图4.3 中断服务程序框图 4.3 键盘显示模块微机所用的键盘可分为编码键盘和非编码键盘两种。编码键盘采用硬件线路来实现键盘编码，每按下一个键，键盘能自动生成按键代码，键数较多，而且还具有去抖功能。非编码键盘仅提供按键开关状态，其它工作由软件完成。HD7279A的键盘则属于编码键盘。按照键盘与CPU的连接方式可以分为独立键盘和矩阵式键盘。在独立式键盘中，每个按键是相互独立的，每个按键占用一根I/O口线，每根I/O口线上的按键工作状态不会影响其它I/O口线按键的工作状态。独立式键盘电路配置灵活，软件结构简单，但每个按键必须占用I/O口，有按键数量较多时，I/O口线浪费较大，且电路结构显得复杂。这种形式适用于按键数量较少的场合。在按键数量较多时，采用矩阵式键盘，可以减少占用I/O线。由于本系统中用的按键较多，但是也有手动/自动功能的切换，所以设计时既采用的独立式键盘，又采用了矩阵式键盘来完成上述功能。HD7279A管理的八段数码管有两种方式的译码显示，按方式0译码显示的指令码为80H87H,按方式1译码显示的指令码为C8HCFH。低四位的07或8F表示选择想要显示的LED数码管。R0单元的值放需显示的十位数，R1单元的值放需显示的个位数。本系统中使用HD7279A芯片完成有关键盘输入和温湿度显示工作。温度湿度是依次输入的并且依次以下限、上限输入，并且将温湿度的中间数值存入单片机中，在将8段LED数码管清零后显示（分别在0123位），并依次显示实时的温度湿度数值（显示在4567位）实际上，在系统初始化的过程中，除了初始化键盘和显示器之外，其中还包括着调用7279键盘显示模块，7279键盘显示模块部分的基本流程如下图所示。开始扫描键盘判断是否有键按下延时20ms判断是否真有键按下开始键？结束键启动系统工作NNYYNY图4.4 键盘扫描程序流程图图4.5 7279键盘显示模块部分流程图图4.6 显示键值的流程图4.4 采样转换模块转换模块是本系统中的核心模块之一，它负责完成温度和湿度的测量及模拟量转换为数字量的全过程，这也是它为什么重要的原因。系统每次转换前TLC0831的IN0IN7送个任意数，表示开始转换，结果是一个数字量，将其转化为#BCD码，。送显示程序显示，并将数值返回给主函数。湿度也可以通过此种方法观察变化，得出相应的结论。启动A/D转换延时等待A/D转换结果数据输出显示开始返回图4.7 采样转换流程图4.5 温度采样模块温度采样使用的是DS18B20传感器进行温度采集，所以首先应该初始化传感器。一片DS18B20应该匹配16位ROM地址，然后将传感器采集上来的数字量温度值存入暂存器中，接下来将读进来的温度值进行处理，主要的处理是将十六进制数转化为十进制数，最后将处理过的值送显示器显示。温度采样子程序流程图如下图所示。开始初始化DS18B20发送转换温度指令读取两字节温度数据处理、送显返回图4.8 温度采样子程序流程图4.6 湿度采样模块本设计采用的是CRH-01型阻抗型湿度传感器，湿度采集采用通过模拟电路转换后再通过A/D法进行采集，也是采用多次采集求平均的方法实现的。温度采样子程序流程图如下图所示。开始读取湿度数据处理、送显返回图4.9 湿度采样子程序流程图4.7 报警模块报警模块具备两项功能，即为报警灯和声音报警。声音报警是从听觉上提醒用户，而报警灯则是从视觉上提醒用户。报警模块流程图如下图所示：报警置位报警标志报警持续计数器初值启动报警返回图4.10 报警模块流程图5 系统调试在完成系统硬件设计和软件编程后，就进入了设计的重点部分系统调试阶段。此阶段的任务是排除硬件电路故障，纠正软件设计错误，从而达到软硬件之间的协调，使其很好的工作，完成系统功能。5.1 单片机最小系统的调试最小系统是系统的核心，必须保证它的正常工作。首先得保证线路连接正确和导通，其次看单片机的晶振有没有起振，还有确认单片机的EA端是否悬空未接。对于接在晶振旁边的电容，电容大有利于晶振的稳定，但不容易起振，电容小容易使晶振起振但稳定性差，有时系统板工作不正常往往是由于该处的电容选择不当。对于内部有8K字节程序存储器，若EA引脚接VCC（5V），则程序计数器PC的值在0至1FFFH之间时，CPU取指令时访问内部的程序存储器；PC值大于1FFFH时，则访问外部的程序存储器。如果EA接VSS（地），则内部的程序存储器被忽略，CPU总是从外部的程序存储器中取指令。若EA脚悬空，则CPU不访问内部的程序存储器，写入它的程序就不能正常运行。当把EA脚接VCC后，系统才能工作正常。另外STC89C52的I/O端口必须得正常工作，其调试方法是：将STC89C52的I/O端口与调试好的显示电路连接起来，再利用WAVE仿真器编写简单的程序，比如说让P1口的某一位输出方波，然后用示波器去检查波形是否正确；或者让P1口的某一位置高电平/低电平，然后用万用表去检查引脚上的电平。还可以测试外部中断口和内部定时器的工作情况，测试方法是：在P口正常工作的情况下，可以通过改变外部中断和定时中断到来前后P 口的电平来检测外部中断和定时中断的工作情况。5.2 键盘显示电路的调试在调试此部分之前先检查器件，四脚开关键按下后是否会自动弹起，不会弹起说明是坏的要及时更换。对数码管首先判断数码管的极性是共阴还是共阳。将万用表打到测试是否导通的端，同时将黑表笔接COM端，红表笔接其他任一端，相应的段位会亮则表示数码管是好的，且是共阴的；否则将表笔对换再测量有相应的段位有显示则是共阳的数码管。之后便是对整个键盘显示电路的导通性进行测量，以防止在焊接时出现虑焊的情况，经测量，电路的导通性良好，没有出现虑焊的情况。对电路检测好之后，笔者打开电源，数码管显示全0，说明电路及数码管没有问题。5.3 温度采集电路的调试由于DS18B20是集成的数字温度传感器，其硬件电路十分简单。在硬件调试时只需检查接线是否正确即可，一般DS18B20没有烧坏及连线正确的话，硬件就没有问题了。此部分的调试主要是利用软件来实现，所以其调试可在其它部分调试完毕后进行。如果其它部分调试都完成，可先不接DS18B20，直接在软件中给定一确定的温度值，看数据能否在数码管上正确显示，能的话说明系统的无线收发以及显示都已实现，再接上数字温度传感器DS18B20，输入编出的软件后看主机是否显示正确的温度值。经过反复的调试实现了DS18B20的正确采温。5.4 湿度采集电路的调试湿度采集模块是整个电路中重点调试的部分，在焊接好电路之后，首先针对电路图，对电路的焊接进行检查，避免出现错焊的情况，结果并未出现错焊；其次便是对电路的导通性进行检查，在测量的过程中，在测NE555的5脚与1脚之间的导通性时，听见万用表发出了响声，说明二者之间出现了短路。二者之间不应该是短路的，原因可能就是它们之间的电容被击穿了导倒短路，换了此电容后正常。在保证整个电路没有短路，断路现象后，再进行相应的调试。首先，用示波器放在555定时器的3脚，看是否有一个频率为1KHZ，4V的方波信号，调节变阻器RP1，当电阻器达到410时，波形最符合要求，正好跟理论计算值一致，说明此部分电路正确。 其次，是放大和整流滤波电路部分的调试。用示波器分便放在LM324运放的1脚观察波形，发现没有放大郊果，说明运放没有正常工作，但是检查4脚电压输入是正确的5V，在排除了是LM324完好的情况下，这个问题一直得不到解决，笔者最后考虑是还是电源的问题，于是，将LM324的电源没有使用电路板上的5V，而是单独接出使用的5V和地。这下，运放能够正常工作了。调节电阻器RP2，使的运放的放大倍数大概在1.2倍左右即可。整流滤波电路只要检查一下二极管是否完好，电容是否被击穿等就行。 最后是A/D转换电路，用示波器放在A/D的输入脚2端，用嘴吹湿度传感器，电压幅度会马上抬高，抬高后再慢慢下降，最后稳定在一个值，这说明，A/D的模拟信号输入是正确的。输出则要配合软件程序调试。5.5 系统软件调试可以通过WAVE6000软件编译图看软件编写是否正确（图5.1为WAVE6000界面）。如果编写正确表明软件编译通过，然后由串口工具（图5.2 串口下载工具STC-ISP图）下载到STC89C52单片机进行调试。 图5.1 WAVE6000编译软件界面 图5.2 串口下载工具STC-ISP图将程序烧写入控制芯片STC89C52，用数字万用表测量电源接入情况。打开电源，启动整个系统。发现温度可以显示，但是反应比较慢，这说明温度可以采集进来，硬件部分良好，可能是软件编程的问题，检查发现是延时程序延迟太久，改过后，结果正常。 6 总结与展望本次专业毕业设计：基于STC89S52单片机的温湿度检测系统的设计，已经基本完成。通过这次毕业设计，我掌握了一些实践性质的设计的基本步骤：首先，明确设计任务，并且要对市场上温湿度控制器要有初