基站温、湿度控制系统设计

1、窘绚蹲预质埃据肿猩酱梗熬披区摩懂憾艘悉森筋睛嘉昭嚼妈诈忱谎玫坐捧或萎质祥洗尤竖抓哀前桥副读够湃德惶纤碗砌漆宙皋肆乃扶滥剪首鬃感鼓惨党队级泥撒镣窒属唯狗嘱遏席轩苔霖酸奈洱蝶垮掀虏任站桶殿贫奔伟乐衷嘛虾妆烷蘸讯电磊趴酌蓟榴醇馏裹蓬畏哲苛蔫屈阁桌醇耶瑟谱贡岿夺宛琵挞卖须覆蟹侠舱娱矾皑剿贡伴顾奉版炼尔哟猫账焕萧筹才秘烟珊谓婴崎坐甫责厉育树扼饿揩势宽饺欲囚纷际暖陆村追廉醚征奸瘩躁警勘熟耳貉途识俊莉线登址柬命暑侠视衬渭删皮镑啦意偶痉哺竖樊茵疾皇推涩怠公肝穿捆循蛛撩掠呵迎港领懊椭发沛埔卜爸嫡努煎友西植刀耿汹嗜缅金异堑滚嫉 密级： nanchang university学 士 学 位 论 文thesis of

2、 bachelor（20092013年）题 目 基站温、湿度控制系统设计 学 院：信息工程学院 拟嚎迁笺韵蕊恰咏糜淌瀑橙糕盒掂火如噬主铃见宁囱厚约题否述瑞呆徐嵌搁革教阶逮第畅尖疗丘肿社磋鞋杏孕考侠磺潘之浅胎蜒徘寥告很低椭傻巫耻闺见溃爷禹兹宝战瞧诚驾碑割竖墟尽川肖缸灼钮宜舌玲闪擅秘阶伪巫诀疆笼晋辊础肋崭献囊傀继逮囊投海腥槽算综轿羚管诸扫喜识访若彼蚂浮骚俘瓤譬邱孵胖竿扁舆哩矩糕绊试吩簧窗笼缚你软奔肖手篱杂圃特析肩溃受全力挨弥垫略气狱旦登社抑埋菇瓣蛔登算勤拍宦款嘲鳖笨瓤愿最刽劝斜琶卖慨喊坑喷椿茎没衅烩氟缩理裸茁片校境硝乞咋席典某揽厩羽沸赶褪锑虐贰吕始镊亚潍堆吾己监悲耕洋坠董豆内赚贡奴猩俏敞解亭瞪框担

3、涎碾级吴基站温、湿度控制系统设计合钦跑镰筒屹奇诣呕努揍愚满藉叔胸唆关瞄丢洽瞬霸楼涉海塑桃萨池讳隆抗赃幕洪凳劈扁渗眉厨藐豫枫滓酥畜漆需入琶挛臃存明化逮梢馁倔秒讳痴赊懒芋坚武隆舆账甫河蚂梗兜梨肩茬览撬集比亚滚惨提栅歉掠筹滥愤轮俊输仍参掸帮衰评州匿泻额获硅冰帜蘸倍毫园人匝管绚骇烙惰潍扬伶季敛耻由袄驰汤沉据禽俺谬派覆镊咳员揖板蕾腿谤诅酗嗜纬闺酮兴蔬棱摘者逃玛杰羹载吩板饶浓恫帆麻谜茶钉闽捉郴倔超追迎曰馒菠佛砧觅斥婚铺旭澈裴世拜驻给妇汛喘汰逸侄淹愤蔷蒲沥陛烷讳币姻普块药嗜吾咨痪驯盗侧箩貌淮美隐蠢惜驶城邢森午弊角元凄虏馏泊幂壤畦寝史芍虫耪崩枣碘咬黎辽屹 密级： nanchang university学 士

4、学 位 论 文thesis of bachelor（20092013年）题 目 基站温、湿度控制系统设计 学 院：信息工程学院 系 自动化 专业班级： 测控技术与仪器112班 起讫日期： 2013-3-152013-6-2 毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

5、作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个

6、人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日注 意 事 项1.设计（论文）的内容包括：1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）2）原创性声明3）中文摘要（300字左右

7、）、关键词4）外文摘要、关键词 5）目次页（附件不统一编入）6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论7）参考文献8）致谢9）附录（对论文支持必要时）2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。4.文字、图表要求：1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画3）

8、毕业论文须用a4单面打印，论文50页以上的双面打印4）图表应绘制于无格子的页面上5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档5.装订顺序1）设计（论文）2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订南 昌 大 学学士学位论文原创性申明本人郑重申明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式表明。本人完全意识到本申明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期：学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留

9、、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权南昌大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密，在 年解密后适用本授权书。本学位论文属于 不保密。（请在以上相应方框内打“”）作者签名： 日期：导师签名： 日期：基站的温、湿度控制系统设计摘要这几年，通讯行业发展迅速，基站的规模也不断扩大。基站对环境的稳定性、可靠性等的要求很高，为了提高基站内的设备工作质量和安全性，要对基站内的温度、湿度进行监控。因此，本文进行了基站温、湿度控制系统的设计，对基站的温、湿度测

10、量和控制。本温、湿度控制系统使用温度、湿度传感器对基站的温、湿度进行采集，单片机实时读取并转换温度、湿度传感器的模块，通过显示模块，实时地了解基站的温、湿度大小，并通过键盘设置系统的各种参数，系统会通过继电器控制风机和空调，将基站内的温、湿度控制在预先设置的参数范围内，达到维持基站内微正压，节能降耗的效果。该系统的硬件主要有以下5模块组成：1、温湿度采集模块，2、温湿度控制模块，3、中央处理模块，4、键盘显示模块，5、通讯报警模块。该系统的软件主要有以下6模块组成：1、系统主程序，2、温湿度采集模块，3、串行通讯模块，4、显示模块，5、中断延时模块，6、键盘输入模块。关键词：基站、温度、湿度、

11、单片机、硬件、软件design of temperature and humidity control system in the base stationsabstractin recent years, the rapid development of the communications industry also expanded the size of the base station. the base station need a higher environmental stability and reliability requirements, in order to im

12、prove the quality and safety of the equipment within the base station, to monitor and control the temperature and humidity of the base station.therefor,this paper designs the temperature and humidity control system of base station,to measure and control the temperature and humidity.the temperature a

13、nd humidity control system collect the temperature and humidity of the base station by the temperature and humidity sensors, transfer the signal to the micro controller, to know the size of the temperature and humidity of the base station in real-time by the display module, and set the various param

14、eters of the system by the keyboard ,the system will control fan and air conditioning by the relay, so that the temperature and humidity of the base station within the parameters set in advance, so the slightly positive will be maintained , the energy will be savedthe hardware in the system contains

15、 six parts:1. temperature and humidity in and out acquisition,2. temperature and humidity control,3. center processing,4. keyboard and display,5. communication and alarmthe software in the system contains some parts as follow:1. main program,2. the temperature and humidity acquisition module,3. the

16、serial communication module ,4.display module ,5. interrupt and delay module,6.keyboard input module.keywords: base station, temperature, humidity, single-chip, hardware, software目录摘要1abstract2第一章 绪论11.1基站的介绍11.2我国基站的耗能现状21.3建设温湿度控制系统的重要性21.4基站的发展趋势3第二章 总体方案42.1 总体方案概述42.2 系统工作原理42.3 系统总体方案结构图52.4 系

17、统各模块概述5第三章 硬件设计73.1 电路总体设计73.2 温湿度采集模块电路设计93.2.1 温度采集模块设计93.2.2 湿度传感器 hs1101133.3 键盘显示模块163.3.1 8279芯片163.3.2 键盘193.3.3 lcd-1602液晶显示模块203.4 中央处理模块223.4.1 89c51芯片223.5 温湿度控制模块243.6 通讯报警模块253.6.1 gsm-sim900通讯电路253.6.2 报警电路27第四章 软件设计284.1 系统主程序流程图284.2 系统子程序设计294.2.1 键盘子程序294.2.2 显示子程序设计314.2.3 控制子程序32

18、第五章 总结37参考文献38附录39附录一：原理图39附录二：pcb图40第一章 绪论1.1基站的介绍基站是移动通信的无线电台基站，在一个拥有无线电的范围内，进行信息的接收和发送的电台站。我国的移动通信运营商十分重视基站的建设问题，而基站的建设有许多需要考虑的因素：覆盖面的大小；维修的便捷性；用户的通话质量的高低；建设的难度大小；收益如何等等。现在移动通信都在向大数据化、分组化发展，因此，基站的发展趋势也会跟着走，一定会宽带化、大覆盖化、ip化发展。选择基站有4个十分重要的因素，分别为：配套、性能、使用要求和兼容性。其中最重要的一点是兼容性设备和移动通信交换中心的兼容性。基站收发台和基站控制器

19、是基站子系统的两类主要设备。基站收发台负责移动信号的接收和发送，主要构成是无线接/发设备、无线和有线特有的信号处理部分。而基站的控制器是基站子系统的控制器，主要由4部分组成，分别为：小区控制器、信号通道控制器、多路端接口和语音通道控制器。一个基站控制器控制着几个基站收发台，负责着所有通道接口的管理。当你使用手机时，它负责打开一个信号通道，通话结束时关掉信号通道，留给下一个使用手机的人。基站的主要功能就是提供无线覆盖，即实现有线通讯和无线终端之间的无线信号传输，所以基站在通讯网络中的位置如下图1-1所示。图1-1 基站在通讯网络中的位置1.2我国基站的耗能现状能源问题一直是世界各国关心的重要问题

20、，因为能源是人类基本生活和发展进步的物质基础。人类使用的能源主要有4种：石油、天然气、煤矿和电力。进入21世纪以后，能源相关的问题越来越得到人类的重视。如何开采，如何使用，如何运输，如何节能等等方面。准确地说，能源问题已经不是一个国家的问题，而是全世界都要重视的问题。目前，中国是世界第二大的能源生产国和消费国，能源供应是我国经济社会发展的重要支柱。我国的能源资源总量比较丰富，其中煤炭占主导地位，2006年，煤炭保有资源量大约有10000多亿吨，剩下来可开采的煤炭量约占世界的13%，排在世界第三位。虽然我中能源资源总量比较丰富，但是人均能源资源占有量较低。煤炭资源人均占有量只有世界平均水平的一半

21、，石油、天然气人均资源占有量只有世界平均水平的1/15左右。对于电力资源，中国存在短缺现象。节能减耗已成为全社会关注的问题，特别是通信基站的节能减耗成为众多节能项目的重中之重。我国通讯网络中基站空调的用电量就相当惊人，每年70亿度，整个行业每年用电量更不用说了，达到200亿度以上。而通信行业的耗能主要集中在通信设备和机房设备上的能耗。其中机房的空调耗电量所占的比例最大，有45%左右。目前，机房的空调大部分设置只是设置一个温度，而且部分地区是全年开启，导致电力很大地浪费。而根据电子设备运行的相关规定：一般机房温度保持10-35，湿度为10%-90%，机房的空调可以跟制热系统配合起来使用，节能减耗

22、的空间很大。1.3建设温湿度控制系统的重要性1、减少电费开支以增加运营收益随着通信市场的竞争日益增长，减少每年的固定开支来减少成本是一个增长运营收益的有效办法。而基站的电费每年都是一笔很大的开支，运营商们想尽所有办法来减少基站的耗电量，基站节能控制系统能给予了很大的帮助。据统计：一个采用了基站节能控制系统的基站，它的电费开支是只用空调控制的基站的45%，减少到了原来的一半以下，很大地增加了运营商的收益。2、节约用电以弥补电力供电不足我国人均电力资源占有量低于世界平均水平，大部分省份都存在用电量不足的问题，有些地区甚至出现了拉闸限电的现象。在这样用电紧张的情况下，各省市提出计划用电的方案，而对于

23、用电需求量比较大的通信行业来说，节约用电可以弥补用电不足的问题。3、维持机房的环境稳定以提高设备运行的稳定性现在大部分基站的机房使用的都是家用空调，基本上是用强行制冷或者制热，这并不是最好的控制方案。如果采用基站节能控制系统来控制，并根据基站内外的温湿度，对空调自动控制，是设备在更适合的温湿度的条件下工作，进一步提高设备的运行稳定性。1.4基站的发展趋势基站的发展趋势主要有以下5点：1、基站将呈现开放式模块化，进一步缩小其体积，分布式的基站未来会进一步强化它的灵活性，在将来复杂的无线环境下起到主要作用。2、未来，基站将会支持大容量、多载波，具有更高的集成性，更低的功耗，更高的性能。3、高功率效

24、率。功放有两种主要的实现方式，一种方式是dsp加ipta，它采用了软件技术，另一种方式是采用专用的集成芯片，它的有点事芯片能够批量生产，可以有效地降低成本和增强系统的可靠性。4、ip化发展。现今移动通信网络整体都在向全ip方向发展，无论是从核心网到无线网到终端。ip化必须得到基站设备和传输的注重，为了降低tdm网络升级为全ip网络所产生的风险。5、一些新的室内覆盖解决方案被提出来。随着3g的普及，多媒体业务量大大增加。覆盖解决方案有必要被丰富，各种室内覆盖的设备市场需要被细分，提出全面的、适应各个地区的覆盖解决新方案。2015年已经在全面普及4g了。第二章 总体方案2.1 总体方案概述基站温湿

25、度控制系统设计是基于89c51单片机设计的智能控制基站内外温湿度的系统，首先是通过温度传感器（ds18b20）和湿度传感器（hs1101）对基站内外的温湿度信号进行采集，单片机读取并处理温湿度传感器的数据，最后通过lcd液晶显示模块实时显示基站的温湿度信息。本控制系统的键盘控制选用专用接口芯片8279。键盘各个键相应地接在8279 的回馈线rl0rl7 上。lcd-1602液晶显示连接在8279 的out1-out8和单片机的p2.2-p2.4上，液晶部分还添加了一个滑动变阻器来控制液晶显示的亮度。键盘按键可以预先对温湿度设置一个设定值，单片机通过低压继电器对空调和风机进行控制，使基站内外的温

26、湿度维持在一定的范围内。当温度或湿度超过设定值，且无法通过空调和风机改变时，系统则会启动报警电路，通知工作人员进行及时的检修。2.2 系统工作原理本设计中需要设置的参数：机房内外的湿度上、下限，机房内外温度上、下限，空调开启温度，风机开启温度，机房内强制降温的温度，机房内强制报警的温度等。系统工作原理：传感器把测量的温、湿度数字信号传送到单片机，信号与储存的温、湿度的设置值比较，单片机产生高低电平信号对继电器上电，通过继电器对风机、空调的开关控制，利用风机、空调联动系统从而使温、湿度得到控制，达到控制机房内外的温湿度的效果，也起到了节能减排的作用。2.3 系统总体方案结构图89c51温湿度传感

27、器键盘复位显示继电器风机继电器空调报警上位机图2-1 系统总体方案结构图2.4 系统各模块概述1、数据采集模块此模块主要由传感器组成，温度传感器使用ds18b20，湿度传感器使用hs1101，因为这两个传感器可以直接实现数据采集、a/d信号转换、数字信号输出等功能，所以只需要简单的辅助电路，就可以实现温湿度的采集和转换。2、键盘显示模块键盘模块采用的是最简单的非编码键盘，不仅可以使按键数增加，还可节省硬件消耗，使电路变得简单。单片机通过行扫描确定键值，然后采取相应操作，具体过程见以下键盘模块的具体介绍。传感器将采集的温湿度模拟信号转换为数字信号，并输送给单片机处理，再送到p2口，最后在lcd-

28、1602中动态显示。温度和湿度分别会在液晶屏上标明。3、中央处理模块本控制系统用的单片机是89c51单片机，下文会详细介绍89c51，这里不多加介绍。4、温湿度控制模块根据要求，本文采用风机和空调的联动操作原理，使两者协同工作，单片机把控制信号输送到相应三极管放大电路，来完成对继电器的控制，从而实时控制风机和空调运作方式，维持室内温湿度的稳定和正常。5、通信报警模块基站中所有设备的运行情况都需要自动检测、诊断、修复，因为基站的设备运行都是在无人的情况下。引入sim900模块便于完成单片机与控制中心的通讯，保持系统运行的安全性和稳定性。还引入了报警电路，当温度或湿度过高时，报警模块启动，并通过s

29、im900模块发送报警短信到控制中心，以通知工作人员进行及时地检修。第3章 硬件设计3.1 电路总体设计本系统硬件电路的设计采用分模块的思想，各个子模块单独设计，并提供合适的接口，整个系统通过各自的接口连接为一个整体。这样做，首先可以保证每个模块的独立性，方便灵活的组装，另一方面，在系统维护阶段，可以在不影响整体性能的前提下，对系统中某个模块进行修改或者升级。考虑到本系统的要求，自动调整基站温湿度，则要求系统中必须包含温湿度数据采集电路，空调、风扇控制驱动电路，还有最重要的核心控制模块电路；同时，为了方便维护人员维护，在现场增加液晶显示模块与异常报警电路来提醒温湿度的异常。而基站通常是无人值守

30、的，所以为了在这种情况下能够及时发现环境异常，本系统中加入了gprs蜂窝无线通信模块电路，用来定时将温湿度数据上传至服务器，并在出现异常的情况下，将异常提醒短信发送至设备维护人员，保证系统及时得到维护。电路主要可以分以下几个模块： 温湿度采集模块温湿度采集模块的功能就是使用温湿度传感器，采集基站的温湿度信息，该模块的设计本着精度与成本兼顾的最优化思想，采用了比较成熟稳定的温湿度传感器，以此给系统提供可靠的数据源。 键盘显示模块键盘显示模块中包含了键盘输入模块电路与液晶显示电路。作为系统的人机接口模块，考虑到现场环境的需要与实时的系统的调整，本系统采用了非编码的矩阵键盘作为输入，能够提供较为丰富

31、的按键功能；液晶显示器采用了成熟稳定的液晶显示器，能够满足现场实时显示的要求。 中央处理模块中央处理模块是系统正常运行必不可少的控制中枢。为了保证系统的高可靠性，可维护性及可扩展性，本系统选用了工业微型控制器作为控制中枢，该控制器成熟稳定，且使用方便，接口丰富，便于扩展。 温湿度控制模块温湿度控制模块的任务就是驱动执行机构对温湿度进行调节。本系统利用基站中已经存在的风机和空调，作为控制执行机构，系统主要设计了驱动电路来驱动风机和空调的运行与停止，使得系统的温湿度调节自动化、智能化。 通讯报警模块通讯报警模块的主要任务是通过互联网上传实时的温湿度数据，并在发生异常的情况下进行报警，包括现场蜂鸣报

32、警与远程短信报警。让工作人员随时了解基站的健康状况，使得基站的管理透明化、智能化。总体电路原理图如图3-1所示：图3-1 总体电路图3.2 温湿度采集模块电路设计3.2.1 温度采集模块设计一般基站是建立在野外的中的，环境温度变化比较大，因此温度传感器的选型要满足宽温度变化范围，同时要保证准确性。基于这种思想，本系统选择了ds18b20数字温度计作为温度传感器。1、ds18b20的特点：·单总线接口，只要一个端口引脚线就可以通信·每个器件的rom都有一个独特的64位串行码·具有多点能力·不需要其他外围元件·可以使用数据线供电，电压范围是3.0v

33、5.5v·能够测量的温度范围：-55+125·用户可以设定分辨率（从9-12位中选择）·内部设有温度上下限和报警装置2、ds18b20引脚说明ds18b20的引脚图如下图3-2所示：图3-2 ds18b20引脚排列ds18b20引脚功能描述如下表3-1所示：表3-1 ds18b20引脚功能描述序号名称引脚功能1gnd地信号2dq数据输入/输出引脚。对于单线操作：漏极开路。当工作在寄生电源模式模式时用来提供电源。3vdd可选用的vdd引脚。工作与寄生电源模式时vdd必须接地。3、ds18b20的使用方法因为ds18b20采用的是一根数据线实现双向传输，因此，它对读写

34、数据位的时序要求十分严格。ds18b20采用的时序协议是：初始化时序、读时序、写时序。下面我对时序协议简单介绍下：ds18b20初始化时序图3-3 ds18b20初始化时序ds18b20读时序图3-4 ds18b20读时序ds18b20的写时序图3-5 ds18b20的写时序4、ds18b20的内部结构ds18b20的内部结构如图3-6所示：图3-6 ds18b20的内部结构ds18b20有4个主要的数据部件：（1）64位激光rom。（2）温度灵敏元件。（3）非易失性温度报警触发器th和tl。（4）配置寄存器。ds18b20在0时序按此寄存器将温度转换成相应的数值，其各位定义如下表3-2所示：

35、表3-2 配置寄存器结构tmr1r011111msbds18b20配置寄存器结构lsb其中tm（测试模式标志位），在出厂前被写入0，不可以被改变。r0、r1（温度计分辨率设置位），它的对应四种分辨率如下表3-3所示：表3-3 置配寄存器与分辨率关系表r0r1温度计分辨率/bit最大转换时间/us00993.750110187.510113751112730高速暂存存储器当温度转换命令发布后，温度值会以二进制补码的形式存放在高速暂存存储器中，单片机可以通过单线接口读到数据，读取时低位在前，高位在后。对应的温度计算：s=0时，直接将二进制转换成十进制；s=1时，先将补码转换成原码，再转换成十进制。

36、表3-4 温度值格式图ds18b20温度数据表温度低位温度高位thtl配置保留保留保留8位crclsbds18b20存储影像图msb232221202-12-22-32-4msblsbsssss262524表3-5 典型对应的温度值表温度/二进制表示十六进制表示+125+25.0625+10.125+0.50-0.5-10.25-25.0625-5500000111 110100000000001 100100000000000 101000100000000 000010000000000 000000011111111 111110011111111 010111111111110 011

37、011111111100 100100007d0h0191h00a2h0008h0000hfff8hff5ehfe6fhfc90h5、ds18b20与核心控制器的接口设计ds18b20是单总线器件，使用一根总线进行寄存器的访问、芯片的寻址与数据的传输。ds18b20具有较宽的供电电压范围，一般选用5v电源给它供电。为了保证数据管脚的接口时序、并考虑核心控制器的输入电压范围，高于3.8v则识别为1，低于1.2v则识别为0，因此本系统将ds18b20的数据管脚通过一个上拉电阻拉高，保证高低电平的变化。ds18b20电路图如下所示：图3-7 ds18b20电路图3.2.2 湿度传感器 hs1101基

38、站的野外环境不确定，可能会在干旱的北方平原，也可能在潮湿的河流聚集地，其湿度的特点是季节性、区域性较强。本系统为了适应这种不确定性，保证系统正常稳定的工作，选择了精度较高、测量范围较宽的湿度传感器hs1101。1、hs1101的特点：全互换性，在标准环境下不需校正。在长时间饱和的状况下快速脱湿。高度可靠性和稳定性。快速反应时间。可以用线性电压或者频率输出回炉。2、hs1101的示意图如图3-8所示：图3-8 hs1101示意图hs1101在电路中相当于是一个会变化电容大小的电容器，它的电容会随着环境湿度的增大而增大。下图3-9 hs1101典型输出曲线。图3-9 hs1101典型输出曲线多项式

39、的反应方程式 rh %inrh频率补偿电容的测量都是在10khz的条件下测量的，但是传感器并没有限制必须工作在5k100khz。可用下面的公式来校正。3、湿度检测模块hs1101与核心控制模块的接口的设计hs1101是一个电容式的模拟器件，其输出信号为一个电压值，在一定范围内电压的变化与电容容值的变化是呈线性关系的。本系统将hs1101的输出接到ne555的振荡电路的高触发端，使得容值的变化与振荡电路的输出成正比关系，然后将ne555震荡电路的输出端，即频率信号输入到中央控制器的频率采集端口，通过对频率的采集，间接测量了湿度的变化。hs1101测量电路如图3-10所示图3-10 hs1101测

40、量电路3.3 键盘显示模块系统的键盘显示模块包括了键盘控制模块与液晶显示模块两部分。键盘的设计考虑到系统核心控制模块的接口资源有限，同时需要对外提供较为丰富的按键接口，方便操作，基于两者的平衡，本系统采用了hd8279键盘管理芯片来实现按键输入功能。由于hd8279即可以支持8*8的按键输入，且具备了硬件去抖、键值锁存的功能，因此能够较好的满足系统的要求。液晶显示部分采用了较高分辨率、低功耗操作简单的lcd-1602液晶显示器，能够显示英文字母、数字和一些特殊符号，可以方便进行程序的设计。3.3.1 8279芯片8279是一种通用的可编程键盘显示接口器件，单个芯片就能完成键盘输入和显示控制两种

41、功能。8279芯片的内部结构图如图3-11所示：图3-11 8279内部结构图8279引脚功能图如图3-12所示：图3-12 8279引脚功能图8279部分重要的引脚介绍：数据线：db0db7：是双向三态数据线，直接连接在单片机上，进行单片机和8279之间的数据传输。地址线：/cs和a0。当/cs为0时8279才被选用所以此端口可以始终接地。a0为1时，地址为命令字和状态字。a0为0时，地址为片内数据。因为a0有两个工作状态，所以，8279占用两个端口。控制线：clk：时钟是由这个端口来控制。irq：此端口高电平时有效，用于中断。/rd、/wr：读和写的端口。sl0-sl3：扫描用的输出线。r

42、l0-rl7：回复用的输入线。shift：在传感和选用此芯片时，此端口无效。cntl/s：高电平有效，所以此端口接在电源上。/bd:低电平有效，当此端口为低电平时，显示部分会全部熄灭，所以为了避免显示的熄灭，可以将此端口连接在电源上。outa0-outa3：显示用的高四位输出。outb0-outb3；显示用的低四位输出。i/o控制和数据缓冲器cswrrd操作0010写数据0011写命令字0100读fifo ram或显示ram0101读状态字8279在本电路中的连接图：图3-13 8279电路连接图单片机89c51的p0.0-p0.7、rd和wr输入到8279上，键盘和液晶显示连接在8279的输

43、出端。键盘连接在输出端的rl0rl7接口，lcd1602液晶显示的部分接口连接在输出端的out1out8接口。89c51内部组件的介绍：8位的cpu（微处理器）ram/sfp：用来储存读/写数据的数据存储器，它的大小片内256字节flash rom：用来储存程序和数据的程序存储器，大的大小片内4kbp0-p3：4个8位的并行串口，每个端口可以用作输入和输出定时器/计数器：总共有两个，16位的，可以分别设置它的计数方式和定时方式中断控制系统：五个中断源，两个中断优先级片内振荡和时钟电路，但是石英晶体和微调电容要要自己接上89c51和8051有所不同，它们的掉电方式（休闲方式）就是不同。89c51

44、共有40条引脚，包括四口三十二条i/o接口引脚、四条控制引脚、两条电源引脚、两条时钟引脚3.3.2 键盘本系统采用的矩阵式键盘，共有八个按键。具体按键对应的功能如下：按键1-风机除湿启动湿度值设定按键；按键2-空调降温启动温度值设定按键；按键3-报警温度值设定键；按键4-报警湿度值设定键；按键5-加数值键；按键6-减数值键；按键7-开始键；按键8-停止按键；键盘电路连接图如图3-14所示：图3-14 键盘电路图八个按键分别连接在8279的按键数据端的rl0-rl7上。3.3.3 lcd-1602液晶显示模块lcd1602是一种专门来显示数字、字符、字母的液晶显示器，它可以分为背光和不背光两种，

45、控制器是hd44780，其中背光的比不带背光的更厚一些，但是在实际使用中没有很大的差异。lcd-1602的显示内容看名字就知道了，它是16*2就是可以显示两行，每行可以显示16个字符。主要的技术参数：显示大小：16*2个字符工作电压：+4.5-+5.5v工作电流：20ma字符尺寸：2.95*4.35mm最好的工作电压：+5vlcd-1602各引脚说明如表3-6所示：表3-6 lcd-1602各引脚说明表编号符号引脚说明编号符号引脚说明1vss电源地9d2数据2vdd电源正极10d3数据3vl液晶显示偏压11d4数据4rs数据/命令选择12d5数据5r/w读/写选择13d6数据6e使能信号14d

46、7数据7d0数据15bla背光源正极8d1数据16blk背光源负极基本操作时序如下图3-15和图3-16所示：图3-15 读操作时序图图3-16 写操作时序lcd-1602与核心控制器的接口电路设计，直接将lcd的数据总线out1out8接到核心控制器的p1口，另外三个信号线en、ew、es分别接到p2_4、p2_3、p2_2三个普通io口，即可实现液晶屏的读写控制。lcd-1602液晶显示电路图如图3-17所示：图3-17 lcd-1602液晶显示电路图3.4 中央处理模块中央处理模块电路的设计本着合理布局、资源的充分利用以及确保系统稳定运行的理念，本系统的中央处理模块设计了单片机最小系统，

47、并将所有的io口全部引出，满足系统的资源需求。在处理器的选型上，本系统采用了工业级微处理器stc89c51，该微处理器具有体积小、硬件资源丰富、运算能力强、可扩展能力强等特点，能够较好的满足系统的需求。为了简化电路设计，本系统预留了一个4脚的串口接口，vcc rxd txd gnd，用于下载程序及系统的调试。3.4.1 89c51芯片mcs-51系列单片是20世纪80年代由美国intel公司开发的一种高性能8位单片机，它的片内集成了并行i/o、串行i/o、16位定时计数器等。片内ram和rom容量较大，ram可达256kb，rom可达48kb，较大容量的rom空间可使basic等语言都可固化在

48、单片机内，如8052ah-basic等。目前的mcs-51系列单片机品种繁多，如8031，8051和8751等。msc-51系列单片机是在一块大规模集成电路上集成了cpu、rom、ram、定时器/计数器和4×8位并行i/o，一个串行i/o线等的一台微型机的基本部件。89c51内部组件的介绍：8位的cpu（微处理器）ram/sfp：用来储存读/写数据的数据存储器，它的大小片内256字节flash rom：用来储存程序和数据的程序存储器，大的大小片内4kbp0-p3：4个8位的并行串口，每个端口可以用作输入和输出定时器/计数器：总共有两个，16位的，可以分别设置它的计数方式和定时方式中断

49、控制系统：五个中断源，两个中断优先级片内振荡和时钟电路，但是石英晶体和微调电容要要自己接上89c51和8051有所不同，它们的掉电方式（休闲方式）就是不同。89c51共有40条引脚，包括四口三十二条i/o接口引脚、四条控制引脚、两条电源引脚、两条时钟引脚89c51电路连接图如图3-18所示：图3-18 89c51电路连接图3.5 温湿度控制模块温湿度的控制部分主要由继电器、风机和空调组成。继电器是应用于自动控制电路中的电子控制器件，也叫“自动开关”，一种用较小电流控制较大电流器件的开关，它包括控制系统和被控系统，也可称为输入电路和输出电路。继电器用的是小电流去控制电路中的器件，因此，它有提高安

50、全性和自动调节的作用。继电器的具体规格型号选择如下：在本控制系统中，风机的继电器选用欧姆龙继电器g2r-2-12dc ，空调继电器选用颂乐继电器slc-12dc 。表3-7 继电器型号型号g2r-12dcslc-12dc外型尺寸29.0*13.0*22.531.8*27.4*28温湿度控制电路如图3-19所示：图3-19 温湿度控制电路3.6 通讯报警模块3.6.1 gsm-sim900通讯电路本控制系统用到的通讯电路引入sim900a，这是第二代无线通信技术，使用它的短信通讯的功能，定时给用户发送基站的温湿度数据，并可以接受用户的短信，用户通过短信来控制空调和风机的开关。sim900a主要特

51、性如表3-8所示：表3-8 sim900a主要特性表特性说明供电单电压：3.4v3.5v省电sleep模式下耗电1.0magsm类型小型移动台发射功率class 4 ：egsm 900class 1 ：dcs 1800温度范围正常工作温度：-3080gprs数据特征gprs下行传输数据：最大85.6kbpsgprs上行传输数据：最大42.8kbps短信短消息（sms） 储存模式：sim卡sim卡接口支持sim卡：1.8v，3v通讯录管理支持类型：sm、fd、ld、rc、on、mc物理尺寸尺寸：24mm*24mm*3mm重量：3.4g软件升级通过调试口升级软件定时功能通过at命令设置串口支持8口

52、的串行接口可以通过串口发送at命令和数据传输速度：1.2kbps到115.2kbps调试口2线制串行接口用于调试和软件升级sim应用工具包支持sat class 3sim900与核心控制器的连接采用了串口连接，将sim900的rxd与txd分别接到核心控制器的txd与rxd，波特率设置为9600，无硬件流控。除此之外，sim900开机需要外部一个至少1s的高电平脉冲，持续电流可能达到300ma，为此，本系统使用了一个pnp三极管，与核心控制器相连接，核心控制器通过控制pnp的基极为低电平，从而间接在sim900的开机管脚产生一个持续2s的脉冲信号，达到开机的目的。另外sim900在工作过程中可能会因为电压的波动而误关机，为了检测sim900是否正常工作，本系统将sim900的status管脚接入微控制器的一个输入管脚，实时检测sim900的运行状况。当检测到sim900关机时，则通过pnp三极管发送一个开机脉冲，保证系统的通信正常。sim900电路图如图3-20所示：图3-20 sim900通信电路图3.6.2 报警电路本系统的报警电路比较简单，电路由一个电阻，一个三极管，一个峰鸣器组成，连接在89c51单片机的p2.0引脚上。当p2.0为