粮仓的温湿度检测系统论文

1、粮仓的温湿度监测系统设计作者：专业名称：测控技术与仪器指导教师：摘要随着单片机技术和工业生产自动化程度的不断提高，单片机测控技术已得到了广泛的推广和应用。这种单片机的测试技术为工业控制、家用电器和仪器仪表智能化的应用提供了一种全新的、有效的测试方法，并具有很大的实用意义和前景。本文根据粮仓环境测试的特点，应用现代检测理论，对温室的温度、湿度等环境因子进行自动检测，完成了整个监测检测系统的软、硬件设计。第一章对粮仓自动监测系统的发展背景及现状作一简单介绍，并确定了本论文的设计方向 ; 第二章介绍了系统的硬件设计 ; 第三章介绍了系统软件的模块化设计 ; 最后对整个系统的改进提出几点建议。关键词

2、:粮仓；现代检测技术；单片机；微处理器AbstractWiththecontinuous developmentof themicroprocessortechnologyand industryautomationlevel,thetechnologyofmicroprocessortesthas been widely spread and applied.Thistechnologywas based on modern testtheoryandprovidedakind of fire-new and effective control method in applicationof

3、 industrycontrol,householdappliancesandinstrumentintelligence, it has prodigious practical use and prospect.Inthispaper,accordingtothecharacterofenvironmenttest in graindepot, we applied modern theory to realize auto-testtotemperatureandhumidity.We accomplishedthesoftware and hardware design of the

4、whole test system finally.Inthefirstchapter,thepaperintroducedsimplythebackgroundand development condition of auto-test system ingrand put in graindepot forward the research subject. In thesecondchapter,thispaper introducedhardwaredesignofsystem. In the third chapter, the paper introduced softwarede

5、sign of system. Finally, several pieces of suggestions wereput to improve the whole system.keywords:Graindepot;Moderntesttechnology;Microprocessor目录.Abstract .IV1.11.1. .11.2. .. ..6.8.9108031.142.4A/D.15A/D.16.17.18ADC0809.198031.202.5/.21.21 .22815523

6、.LED. 8031815563.1.263.2.273.3.283.4A/D.293.5.30 .33.34.351 绪论1.1 研究的背景和意义粮食储藏是国家为防备战争、灾荒及其它突发性事件而采取的有效措施，因此，粮食的安全储藏具有重要意义。目前，我国地方及垦区的各种大型粮库都还存在着程度不同的粮食储存变质问题。根据国家粮食保护法规定，必须定期抽样检查粮库各点的粮食温度和湿度，以便及时采取相应的措施。但大部分粮库目前还是采取人工测量温度和湿度的方法，这不仅使粮库工作人员工作量增大，且工作效率低，尤其是大型粮库的温度和湿度检测任务如不

7、能及时彻底完成，则有可能会造成粮食大面积变质。据有关资料统计，我国每年因粮食变质而损失的粮食达数亿斤，直接造成的经济损失是惊人的。影响粮食安全储藏的主要参数是粮食的温度和湿度，这两者之间又是互相关联的。粮食在正常储藏过程中，含水量一般在 12%以下 ( 为安全状态 ) ，不会产生温度突变，一旦粮库进水、结露等使粮食的含水量达到 20%以上时，由于粮粒受潮，胚芽萌发，新代加快而产生呼吸热，使局部粮食温度突然升高，必然引起粮食“发烧”和霉变，并可能形成连锁反应，从而造成不可挽回的损失。因此设计出一种经济实用的粮库粮情温湿度智能检测系统是非常有必要的。1.2 粮情检测技术的国外研究动态粮情检测属监控

8、系统畴，近年来，由于传感器技术、计算机技术、超大规模集成电路技术和网络通信技术的发展，使监控系统广泛应用于工农业生产等领域，因此，粮情检测技术的研究在软、硬件等方面都有了一定的进展。早期粮情监测主要采用温度计测量法，它是将温度计放入特制的插杆中，根据经验插在粮堆的多个测温点，管理人员定期拔出读数，确定粮温的高、低，决定是否倒粮。这种方法对储粮有一定的作用，但由于温度计精度、人工读数的人为因素等原因，温度检测不仅速度慢，而且精度低，抽样不彻底，局部粮温过高不易被及时发现，导致因局部粮食发霉变质引起大面积坏粮的情况时有发生。随着科技的发展，从1978 年开始，采用电阻式温度传感器、采样器、模数转换

9、器、报普器等组成的储粮监测系统出现，它可对各粮库的各个测温点进行巡回检测，检测速度、精度大大提高，降低了劳动强度，但由于电阻传感器的灵敏度低，致使检测精度、系统可靠性还不够理想。至1990 年，粮情检测系统有了很大的改善和提高，系统在布线上采用矩阵式布线技术，简化了数据采集部分的线路，在传感器方面应用了半导体、热电偶等器件; 在线路传输上采用了串行传输方式，从而减少了传输线根数; 采用单片机进行数据处理，并采用各种手段提高数据传输及检测速度，通过软硬件技术的结合，检测精度和可靠性较以前有很大提高。但温度传感器的线性度差，系统的检测精度仍不理想，无法大面积推广。近年来，随着单片机功能的日益强大和

10、计算机的广泛应用，粮情检测的准确性、稳定性要求越来越高。寻找最佳配置和最好的性价比成为粮情监测研究的热点。国外在粮情监控技术上己达到了很成熟的地步，高科技数字式传感器广泛应用于粮情检测系统。这种传感器采用了半导体集成电路与微控制器最新技术，在一个管芯上集成了半导体温度检测芯片、数据信号转换芯片、计算机接口芯片，存储芯片等，除完成温度检测功能外，还可完成预置围温度、报警、多路 AD转换、温度补偿等功能。由于数字温度传感器直接传出数字量，从而解决了温度信号长距离传输问题及传输过程中因干扰和衰减而导致的精度降低等问题。目前，国出现了丰富的数字传感器配套产品，如远程控制模块、中继器、接插器、分线器等，

11、技术也比较成熟。1.3 温度传感器技术的国外研究动态一、热敏电阻以温度变化导致阻值的变化为工作原理的热敏电阻，因其具有成本低、体积小、简单、可靠、响应速度快、容易使用等特点，在多项温度测量应用中受到广泛欢迎，也是国粮情测控系统中采用最多的温度传感器 . 热敏电阻的电阻温度系数较高，因此其自身发热较小，信号调节较为简单。热敏电阻的缺点是互换性差，温度与输出阻值之间呈非线性关系 IZ1 。热敏电阻分为正温度系数热敏电阻和负温度系数热敏电阻两种，但在温度测量应用中，正温度系数热敏电阻较少得到采用，更多采用的是负温度系数热敏电阻。二、数字式温度传感器数字式温度传感器的种类也不少，但用于粮情测控系统的温

12、度传感器主要是 Dallas 的 DS 18x20系列温度传感器，其温度检测围为-55+125 C，检测精度为士0.5。 DS 18x20 采用 1-WireTM 接口，封装形式有 PR-35和SSOP-16两种，粮情测控系统中采用的是PR-35 封装 .DS 18x20采用9 个位表示测温点的温度值，每个DS18x20 部都设置有一个单一的序列号，因此可以使多个DS 18x20 共存于同一根数据传输线上 .DS 18x20部分为 4 个部分 :1,64位序列号 ;2 、保存临时数据的 8 字节片 RAM;3、保存永久数据的 2 字节 EEPROM: 、4温度传感器三、光纤传感器光纤温度传感器

13、是近几年发展的新技术，也是工业中用的最多的光纤传感器之一。目前研究的光纤温度传感器主要有辐射式温度传感器、半导体吸收式温度传感器、光纤热色传感器等 . 光纤温度传感器的精度更高，但成本较贵。1.4 湿度传感器技术的国外研究动态近年来，国外在湿度传感器研发领域取得了长足进步 . 湿敏传感器正从简单的湿敏元件向集成化、智能化、多参数检测的方向迅速发展，为开发新一代湿度崛度测控系统创造了有利条件，也将湿度测量技术提高到新的水平。一、湿敏元件湿敏元件是最简单的湿度传感器。湿敏元件主要有电阻式、电容式两大类。湿敏电阻的特点是在基片上覆盖一层用感湿材料制成的膜，当空气中的水蒸气吸附在感湿膜上时，元件的电阻

14、率和电阻值都发生变化，利用这一特性即可测量湿度。湿敏电阻的种类很多，例如金属氧化物湿敏电阻、硅湿敏电阻、瓷湿敏电阻等。湿敏电阻的优点是灵敏度高，主要缺点是线性度和产品的互换性差。湿敏电容一般是用高分子薄膜电容制成的，常用的高分子材料有聚苯乙烯、聚酞亚胺、酪酸醋酸纤维等 . 当环境湿度发生改变时，湿敏电容的介电常数发生变化，使其电容量也发生变化，其电容变化量与相对湿度成正比 . 湿敏电容的主要优点是灵敏度高、产品互换性好、响应速度快、湿度的滞后量小、便于制造、容易实现小型化和集成化，其精度一般比湿敏电阻要低一些。国外生产湿敏电容的主要厂家有 Humirel 公司、 Philip 公司、 Siem

15、ens 公司等。以 Humirel 公司生产的 HS1100 型湿敏电容为例，其测量围是 (1 %-99% ) RH ，在 55% RH时的电容量为 180pF(典型值 ) 。当相对湿度从 0 变化到 100%时，电容量的变化围是 163pF-202pF。温度系数为 0.04 pF/ C ，湿度滞后量为士 1.5%，响应时间为 5s。除电阻式、电容式湿敏元件之外，还有电解质离子型湿敏元件、重量型湿敏元件 ( 利用感湿膜重量的变化来改变振荡频率 ) 、光强型湿敏元件、声表面波湿敏元件等。湿敏元件的线性度及抗污染性差，在检测环境湿度时，湿敏元件要长期暴露在待测环境中，很容易被污染而影响其测量精度及

16、长期稳定性。二、集成湿度传感器目前，国外生产集成湿度传感器的主要厂家及典型产品分别为Honeywe”公司 (H1H-3602, HIH-3605, HIH-3610型 ) ， Humirel公司(HM 1500,HM 1520,HF3223 ,HTF3223 型 ) ， Sensiron公 司(SHT11,SHT15型) 。这些产品可分成以下三种类型:1、线性电压输出式集成湿度传感器典型产品有 HIH3605/3610, HM1500/ 1520 。其主要特点是采用恒压供电，置放大电路，能输出与相对湿度成比例关系的伏特级电压信号，响应速度快，重复性好，抗污染能力强。2、线性频率输出式集成湿度传

17、感器典型产品为 HF3223型，它采用模块式结构，属于频率输出式集成湿度传感器，在 55% RH时的输出频率为 8750Hz(典型值 ) ，当相对湿度从 10%变化到 95%时，输出频率就从 9560Hz 减小到 8030Hze 这种传感器具有线性度好、抗干扰能力强、便于配数字电路或单片机、价格低等优点。3、频率 / 温度输出式集成湿度传感器典型产品为 HTF3223型。它除具有 HF3223的功能以外，还增加了温度信号输出端，利用负温度系数 (NTC)热敏电阻作为温度传感器。当环境温度变化时，其电阻值也相应改变并且从 NTC端引出，配上二次仪表即可测量出温度值 fl01.5 本课题的主要研究

18、目标及容设计目标实现温室温、湿度的自动监测。设计容1. 设计相应的信号采集电路、执行电路等硬件电路;2. 实现各环境要素的自动监测 ;3. 通过单片机汇编语言编制数据采集、分析处理、显示、修改、参数设置、控制等程序功能模块 ;4. 研究装置的软硬件抗干扰措施，提高系统工作的可靠性和稳定性。2 系统的硬件设计2.1 总体设计总的设计思想是通过温、湿度传感器将温度、湿度值转换为电量输出，由 A/D 转换器对模拟信号进行数字化，被数字化的信号经过单片机处理后，送显示器及执行机构，完成温、湿度声光报警的功能，总体设计框图如图 3-1 所示。本系统完成以下功能 : 可对温、湿度进行多点自动检测、显示、报

19、警。当温、湿度超过上、下限设定值时，可自动发出声光报警，报警的上下限值可通过键盘随时设定。为实现以上功能需安排以下五个部分组成整个控制系统如图 3-2 所示。系统的硬件组成 :(1) 信号采样电路 (2) 单片机基本系统 (8031)(3) A/D转换电路(4)键盘和显示电路(5)执行电路2.2 信号采样电路设计采样电路在整个控制装置中占据着十分重要的地位，采样值是 8031 主要处理的数据，是实施控制的依据，所以保证采样电路的准确是进行良好控制的基础。温度采样电路设计温度传感器的选择温度传感器的种类很多，根据温室使用条件，选择恰当的传感器类型才能保证测量的准确可靠，并同时达到增加使用寿命和降

20、低成本的目的。根据温室温度控制的特点，本系统中温度传感器选用AD590集成温度传感器。集成温度传感器实质上是一种半导体集成电路，它是利用晶体管的 b-e 结压降的不饱和值 VBE 与热力学温度 T 和通过发射极电流I的关系实现对温度的检测:式中， K 一波尔兹常数 ;q 一电子电荷绝对值。集成温度传感器具有线性好、精度适中、灵敏度高、体积小、使用方便等优点，得到广泛应用。集成温度传感器的输出形式分为电压输出和电流输出两种。电压输出型的灵敏度一般为10mV/K,温度 0时输出为0，温度 25时输出 2.982V。电流输出型的灵敏度一般为 1 A/K 。AD590 是美国模拟器件公司利用PN结正向

21、电流与温度的关系制成的电流输出型两端温度传感器。这种器件在被测温度一定时，相当于一个恒流源。该器件具有良好的线性和互换性，测量精度高，并具有消除电源波动的特性。它的主要特性参数如下 :1. 流过器件的电流 ( A) 等于器件所处环境的热力学温度( 开尔文 ) 度数，VBE = KITq lnI式中 :I r 流过器件 (AD590)的电流，单位为 A;T热力学温度，单位为K。2. AD590 的测温围为一 55+150。3AD590的电源电压围为4V30V。电源电压可在4V 一 6V 围变化，电流 I r 变化 1A, 相当于温度变化1K。 AD590 可以承受 44V 正向电压和20V 反向

22、电压，因而器件反接也不会被损坏。4. 输出电阻为 710M。5. 精度高 :AD590 共有 I, J, K, L, M五档，其中 M 档精度最高，在 -55+150 围，非线性误差为士 0.3 。6. 灵敏度 :1 A/K 。 温度检测电路的设计在设计测温电路时，首先应将电流转换成电压。因为流过AD590的电流与热力学温度成正比，当电阻R1 和电位器 RP1 的电阻之和为10k 时，输出电压 V0 随温度的变化为l0mV/K。但由于 AD590 的增益有偏差，电阻也有误差，因此应对电路进行调整。为了使此电阻精确(0.1%) ，可用一个 9.6k的电阻与一个 1 k电位器串联，然

23、后通过调节电位器来获得精确的l0k 的电阻。温度检测电路如图3-3 所示，其中运算放大器 A1 被接成电压跟随器形式，以增加信号的输入阻抗。而运放 A2 的作用是把绝对温标转换成摄氏温标，给A2 的同相输入端输入一个恒定的电压，然后将此电压放大到2.732V。这样， A1 与A2 输出端之间的电压即为转换成的摄氏温标。将 AD590放入 0 的冰水混合溶液中， A1 同相输入端的电压应为 2.732V 同样使 A2 的输出电压也为 2.732V，因此 A1 与 A2 两输出端之间的电压为 0V, 即对应于 0。 AD590 温度与电流的关系如表 3-1所示。湿度采样电路设计湿度传感器的选择在非

24、电物理量的检测中，湿度的测量是比较困难的。湿度信号的传递必须靠水对湿敏元件直接接触来完成，因此湿敏元件只能直接暴露于待测环境中，而不能密封，这些都导致湿度传感器的寿命较短。目前已有几十种湿敏器件，按感湿材料来分，大致有四类 : 电解质、半导体瓷、高分子和其它。本系统需要检测温室空气的相对湿度，它是绝对湿度和饱和湿度之比。根据温室湿度控制的特点，本系统中湿度传感器选用 Al 2 O3 型湿度传感器。Al 2 O3 型湿度传感器属于电容型的高分子材料制成的湿敏元件，它的传感功能是通过高分子聚合物在吸湿后而引起介电常数的变化来完成的。它具有线形度好、滞后性小、响应快以及能在较寒冷的环境中使用等优点，

25、其主要的特性参数为 :工作环境温度 :-30+80 ;相对湿度测量围 :0100%RH ;测湿精度 : 士 4%RH.湿度检测电路湿度检测电路由湿度传感器Al 2 O3 型湿度传感器、振荡电路、整流电路、输出放大电路等组成。湿度检测电路如图 3-4 所示。振荡电路为 RC 桥式振荡电路，传感器特性的线形补偿由 R1, R2 完成， D1, D2, D3 用于输入保护， A1, A2 为运算放大器， A2 接成电压跟随器。当环境湿度发生变化时，传感器的电容量也随着变化，这种变化反应到由振荡电路提供的正弦波信号，通过电压跟随器输出电压值。2.3 单片机最小系统的设计单片机复位电路的设计复位电路是单

26、片机应用中重要的一环，它对单片机抗干扰有重要作用。在振荡运行的情况下，要实现复位操作，必须使 RST 引脚至少保持两个机器周期的高电平。复位期间不产生 ALE 及 PSEN信号。复位后，各部寄存器状态如表 3-2 所示。 8031 单片机的复位电路如图 3-5 所示。单片机时钟电路的设计单片机的时钟产生方法有两种 : 部时钟方式和外部时钟方式。本系统中 8031 单片机采用部时钟方式。最常用的部时钟方式是采用外接晶体和电容组成的并联谐振回路。振荡晶体可在 1.2MHz12MHz 之间。电容值无严格要求，但电容取值对振荡频率输出的稳定性、大小和振荡电路起振速度有少许影响，一般可在20pF-100

27、pF 之间取值。8031 单片机的时钟电路如图3-6 所示。单片机系统一个最小 8031 单片机系统有CPU（ 8031) , 8位 3 态 D 锁存器74LS373，ROM或 RAM,时钟电路和复位电路等基本电路组成。2.4 A/D 转换电路由信号处理电路输出的信号为模拟信号，而单片机只能处理数字量，所以必须首先将模拟量经过一定电路转换为数字信号，单片机才能处理，这种电路被称为A/D 转换电路，是模拟系统与计算机之间的接口部件。转换的常用方法A/D 转换的常用方法有 : 双积分式A/D 转换、逐次逼近型A/D 转换、计数型 A/D 转换等。双积分式 A/D 转换的工作原理是将对输入电压的测量

28、，转换成对基准源积分时间的测量，再测量时间 ( 脉冲宽度信号 ) 或频率 ( 脉冲频率 ) ，然后由定时器 / 计数器获得数字值。这种方法的主要优点是分辩率高、精度高、抗干扰性好 ; 主要缺点是转换速度慢。逐次逼近型A/D 由一个比较器和D/A 转换器通过逐次比较逻辑构成，川页序地增加部D/A 的输入值，并将其输出电压与A/D 测量输入电压比较，当二者相等时，部D/A 的输入值就是A/D 转换的结果。这种方法的主要优点是速度快、功耗低; 主要缺点是抗干扰性差。转换器的主要技术指标A/D 转换器的主要技术指标有: 分辨率、精度、量程、转换时间等。分辨率 (Resolution) 分辨率反映转换器

29、所能分辨的被测量的最小值。通常用输出二进制代码的位数来表示。 8 位 A/D 转换器的分辨率为 8位。精度（ Precision )精度指的是转换的结果相对于实际的偏差，精度有两种表示方法: 绝对精度和相对精度。绝对精度用最低位(LSB)的倍数来表示，如 :如 1LSB ; 相对精度用绝对精度除以满量程值的百分数来表示，如 : 士 0.05%。同样分辨率的转换器其精度可能不同。量程 ( 满刻度围一Full Scale Range)量程是指输入模拟电压的变化围。如 : 某转换器具有10V 的单极性围或一5 一+5V 的双极性围，它们的量程都为10V。实际的 A/D , D/A转换器的最大输入 /

30、 输出值总是比满刻度值小。转换时间 (Conversion Time ) A/D转换器的转换时间是指: 从启动转换开始，直至取得稳定的数字量或模拟量所需的时间称为转换时间。转换时间与转换器工作原理及其位数有关。同种工作原理的转换器，通常位数越多，转换时间越长。的主要特征和部结构本系统采用 ADC0809大规模集成电路芯片，它是逐次逼近式 A/D 转换器，输出的数字信号有二态缓冲器，可以和单片机直接接口。ADC0809的主要技术指标为 :分辨率 :8 位;单电源供电 :+5V;最大不可调误差小于 士 1LSB ;转换时间为 100s ( 时钟频率为 640KHz);模拟输入围 : 单极性。 05

31、V;不必进行零点和满刻度调整 ;功耗为 15Mw;ADC0809由一个 8 路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个8 位A/D 转换器和一个二态输出锁存器组成。其部结构框图如图3-7 所示。ADC0809管脚功能及定义ADC0809模数转换器的管脚定义如图3-8 所示。IN0IN7 : 8通道模拟量输入。ADDA, ADDB, ADDC: A, B, C为地址输入线，用于选通IN0IN7上的一路模拟量输入。通道选择表如表3-3 所示。ALE:地址锁存允许输入线，高电平有效。当 ALE 线为高电平时，地址锁 存与译码器将 A, B, C 二条地址线的地址信号进行锁存，经译码后被选道的模拟量进转换

32、器进行转换。D0 一 D7: 8 位输出数据线 ( 二态 ) ， A/D 转换结果由这8 根线传送给单片机。OE:允许输出信号。当OE = 1 时，输出转换得到的数据; 当 OE=0时，输出数据线呈高阻状态。START:转换启动信号。 START为正脉冲，其上跳沿所有部寄存器清零 ; 下跳沿时，开始进行 A/D 转换 ; 在转换期间， START应保持低电平。EOC:转换结束信号。当 EOC为高电平时，表明转换结束 ; 否则，表明正在进行 A/D 转换。CLK:时钟输入信号。因 ADC0809的部没有时钟电路，所需时钟信号必须由外界提供，频率围为 10KHz1.2MHz，典型值为 640KHz

33、.与 8031 的接口电路ADC0809有 8 个通道的模拟量输入，在程序控制下，可令任意通道进行 A/D 转换并可得到相应的8 位二进制数字量 . ADC0809 与 8031单片机的连接如附图2 所示。2.5 键盘 / 显示器接口电路设计键盘接口设计键盘是常用的单片机输入设备之一。一般键盘由若干个按键组成，操作人员通过键盘输入命令和数据，实现人机对话。用于计算机系统的键盘有两类 : 一类是编码键盘，即键盘上闭合键的识别由专用硬件实现。另一类是非编码键盘，即键盘上闭合键的识别由软件实现。在单片机应用系统中为了降低成本，简化硬件电路，大多数采用非编码键盘。本系统中 8031 通过并行接口 (8

34、155 芯片 ) 与键盘接口。键盘工作原理键盘是常用的单片机输入设备之一。一般键盘由若干个按键组成，操作人员通过键盘输入命令和数据，实现人机对话。用于计算机系统的键盘有两类 : 一类是编码键盘，即键盘上闭合键的识别由专用硬件实现。另一类是非编码键盘，即键盘上闭合键的识别由软件实现。在单片机应用系统中为了降低成本，简化硬件电路，大多数采用非编码键盘。本系统中 8031 通过并行接口 (8155 芯片 ) 与键盘接口。键盘工作原理3x3的键盘结构如图3-9所示，图中列线通过电阻接+5 V。当键盘上没有键闭合时，所有的行线和列线断开，列线y0y2 都呈高电平。当键盘上某一个键闭合时，则该键所对应的行

35、线和列线短路。例如 1 号键闭合时，行线x0 和列线 y1 短路，此时 y1 的电平由行线x0的电位所决定。如果把列线接到微机的输入口，行线接到微机的输出口，则在微机的控制下，使行线x0 为低电平，其余x1, x2都呈高电平，读列线状态。如果y0, y1, y2都为高电平，则x0 这一行上没有键闭合，如果读出的列线状态不全为高电平，则为低电平的列线与 x0 相交处的键处于闭合状态 ; 这种逐行逐列的检查键盘状态的过程称为对键盘的一次扫描。CPU对键盘扫描可以采用定时控制方式，每隔一定时间，CPU对键盘扫描一次，也可以采用中断控制方式。每当键盘上有键闭合时，向CPU请求中断， CPU响应键盘输入

36、中断，对键盘扫描，以识别哪一个键处于闭合状态，并对键输入信息做出相应处理。CPU对键盘上闭合键的键号确定，可以根据行线和列线的状态训一算求得。经 8155 与键盘接口方法键盘电路由 8155PA 口、 PC 口和 2x8 矩阵结构形式的 16 只键组成，其中 10 只数码键、 6 只功能键。在键盘扫描电路中， 8155 的 PA 口用做控制键扫描的列线，是输出口，也称键扫描口。 PC 口用做输入口，其中 PCO,PC1接键盘的行线，称键输入口。闭合键的键值确定 : 根据该键所在的行、列值决定。例如 : 闭合键 4，键 4 所在的行为第 0 行，其行首键号为 0, 第 4 列，闭合键值由下式计算

37、得到 : 键值 =行首键号+列号 =0+4=4。其逻辑电路如附图 3 所示。显示器接口设计显示器是最常用的输出设备，特别是发光二极管显示器(LED)和液晶显示器 (LCD)，由于结构简单、价格便肩、接口容易，得到广泛的应用，尤其在单片机系统量使用。本系统中8031 通过并行接口 (8155 芯片) 与 LED显示器接口。LED显示器结构与原理七段 LED显示器共有 8 个发光二极管。其中7 个发光二极管用于构成七笔字形，另一个发光二极管构成小数点。七段LED 显示器有共阴极和共阳极两种接法，如图 3-10 所示。共阴极接法，即将 8 个发光二极管的阴极连接在一起，高电平输入有效 (LED 发光

38、 ) 。共阳极接法，即将 8 个发光二极管的阳极连接在一起，低电平输入有效 (LED 发光) 。七段 LED显示器显示原理简单，只要控制其中各段 LED的亮与火即可显示出相应的数字、字母或符号。常用的显示方法有静态显示和动态显示两种。所谓静态显示，就是当显示器显示某一个字符时，相应的发光二极管恒定的导通或截止。这种显示方式，每一位都需要有一个 8 位输出口控制，所以占用硬件多，一般用于显示器位数较少的场合。所谓动态显示，就是单片机定时的对显示模块件扫描，显示模块件分时工作，每次只能有一个器件显示。但由于人视觉的暂留现象，所以仍感觉所有的器件都在显示。动态显示的最大优点是使用硬件少，接口电路简单

39、，但它要求 CPU频繁的为显示服务。本系统中将采用动态扫描的方法。经 8155 与显示器接口方法显示电路由 8155 的 PA 口、 PB 口、 8 只 LED显示器等组成。 LED 选用共阴极的七段显示器，并采用动态显示原理，即有低位到高位，一位一位显示，对每一位显示器来说，每隔一段时间点亮一次。因此，控制显示器公共阴极电位的I/O 口只需一个，现选用PB口输出位选码，称为扫描口。位选码中为 0 的位是被选中的显示位。此外，控制各位显示器所显示的字形也需一个 I/O 口，现选用 PA 口， PA 口的输出与 LED 相连完成段选功能。 PA 口的段选码和 PB 口的位选码相配合就可显示相应位

40、的字码了。其逻辑电路如附图 3 所示。2.6 执行及报警电路设计该执行电路按要求直接控制风机和电炉等设备，并对超过温、湿度上下限给出声光报警信号。以 PI 口的 P1.01.4 控制加湿器、风扇等设备， P1.5P1.7 用于声光报警。在控制电路中，为避免中间继电器动作对整个装置产生干扰，采用光电耦合器隔离。执行电路的硬件设计如附图 4 所示。 ( 图中仅画出一路输出控制电路及声光报警电路)3 系统的软件设计本章在硬件电路设计的基础上，全面阐述各部分软件的设计思想和具体实现方法。整个软件采用模块化设计结构，并利用汇编语言编制。整个程序由主程序、显示、键盘扫描、 A/D 转换、模糊控制、采样滤波

41、等子程序模块组成。3.1 软件系统框图及地址分配本系统选用 8031 单片机为主机，由于其片无程序存储器，所以扩展 8KB EPROM 2764作为程序存储器，8KB RAM 6264 作为数据存储器， 74LS373 作为地址锁存器， 8 位输入 A/D 转换器 (ADC0809)和 I/O接口芯片 8155 可编程并行I/O 扩展接口。通过8155 支持下的8 位LED显示器、 2x8 键盘输入，以实现人机通信。系统结构框图如图4-1 所示。在单片机中，由于片、片外RAM, ROM以及 I/O存储空间的地址编制是统一的，根据软件系统总体框图，所有片选线由74LS138 统一译码，地址分配如

42、下 :2764接 YO，地址围为 OOOOH1FFFH;6264接 Y1，地址围为 2000H3FFFH;8155接 Y2, IO/M接 P2.0 ，命令状态口为4100H;A口:4101H;B口 :4102H;C口:4103H;ADC0809接 Y3, ADD-A, B, C分别接P0.0, P0.1、P0.2INO:7FF8H IN1:7FF9HIN2:7FFAHIN3:7FFBHIN4: 7FFCH INS:7FFDHIN6:7FFEHIN7:7FFFH3.2 主程序设计主程序框图如图4-2所示。程序初始化包括寄存器设置、堆栈设置和相关单元清零设置等。主程序存放于EPROM 2764中，

43、启动后循环执行，不停地进行采样计算，得出实际温、湿度值，并与设定值进行比较，实现声光报警信号。主程序 :ORG0000HAJMPMAINORG0100HADOEQU7FF8HPORTEQU4100HPORTAEQU4101HPORT BEQU4102HPORTCEQU4103HMAIN:MOVSP, #60H;设置堆栈MOVDPTR, #PORT； 8155 初始化MOVA,#03H；8155A口、 B 口为输出， C口为MOVDPTR,A；输入方式MOV50H,#19H；温度设定值存于50H 单元，设定值25MOV51H,#46H；湿度设定值存于51H单元，设定值70RH%ML0:ML1:MOVR0,#30H ；显示缓冲区 30H到 3