温室大棚温度湿度自动控制系统设计毕业设计论文

1、( 此文档为 word 格式，下载后您可任意编辑修改！ )优秀论文 审核通过未经允许 切勿外传烟 台 南 山 学 院毕 业 论 文题目：温室大棚温度湿度自动控制系统设计姓 名：所在学院 ：计算机与电气自动化学院所学专业 ： 自动化班 级 ： 08 级自动化 01 班指导教师 ：完成时间 ： 2012 年 3 月 12 日1烟台南山学院毕业论文（设计）任务书论文题目 温室大棚温度湿度自动控制系统设计院部 计算机与电气自动化 专业 自动化 班级 08 自动化本科 1 班毕业论文（设计）的要求在此系统中， 温湿度传感器获得所测环境中的检测温湿度信号， 信号处理和放大后， 由 AD转换器转换成数字信号

2、进入单片机内部，显示于 LED 显示器上。单片机将给定的温湿度安全范围与测量的温湿度相比较，若测量温湿度在给定的温湿度安全范围则表明所测环境温湿度正常，各工作器件可在此环境中继续工作；若测量温湿度不在给定的温湿度安全范围内，则相应报警系统工作，发出报警，说明所测环境温湿度需要调整。同时此系统设有看门狗电路模块，可以起到程序正常运行的作用。毕业论文（设计）的内容与技术参数蔬菜大棚温湿度湿度自动控制系统由主控制器 AT89C51单片机、并行口扩展芯片 8255、74LS373、AD转换器 0809、湿度传感器、温湿度传感器 DS1820、固态继电器、 RAM6264、掉电保护和 LED显示器和报警

3、电路等构成，实现对蔬菜大棚温湿度的检测与控制，从而有效提高蔬菜的产量。内容：（1）安全温湿度范围为 -30 50，最小区分度为 1，标准温湿度 1。（2）温湿度控制的静态误差 1。（3）用十进制数码管显示所测环境温湿度。（4）由于单片机无操作系统， 若程序出现异常无法正常工作， 故本系统采用了一个硬件看门狗来监视程序运行。毕业论文（设计）工作计划2011.11 看关于单片机原理的书籍； 2011.12 看关于温湿度传感器和信号处理器的有关书籍；2012.1 看有关显示电路， 看门狗电路和报警电路的书籍； 2012.02 看有关汇编及 C语言编程的书籍；2012.2 制定开题报告； 2012.0

4、3 开始编写论文： a 编写所用到的各种元器件的原理和简单介绍 b 完成主题设计思路 完成电路图设计； 2012.04 编写主程序； 2012.04 完成设计总结接受任务日期 2011 年 11 月 25 日 要求完成日期 2012 年 4 月 15 日学 生 ( 签名 ) 2011 年 11 月 25 日指 导 教 师 ( 签名 ) 年 月 日院长 (主任 ) ( 签名) 年 月 日1摘 要温室大棚温度湿度自动控制系统由主控制器 AT89C51单片机、并行口扩展芯片 8255、74LS373、AD转换器 0809、湿度传感器、温湿度传感器 DS1820、RAM6264存储器、掉电保护、LED

5、显示器和报警电路等构成，实现对温室大棚温湿度的检测与控制，从而有效提高 温室的产量。本文基于 AT89C51的温室大棚温度湿度控制系统设计 , 讨论了温室大棚温湿度巡回检测与控制的基本原理，进行了可行性论证。给出了电路图和程序流程图并附有源程序。由于利用了单片机及数字控制系统的优点，系统的各方面性能得到了显著的提高。可广泛应用温室塑料大棚、 物资仓库、 食品加工、 热处理、 冶金以及其他行业的温湿度检测及显示、报警等。该系统由于使用集成温湿度传感器 DS1820和性价比较高的单片机 AT89C51,具有系统性能稳定可靠、功耗低、成本低、测量准确、传输距离远、维护简单等优点， 在其他实际工作中，

6、 有一定的实用和参考价值。关键词： AT89C51单片机；温湿度传感器； AD转换器；LED显示器；报警电路2AbstractVegetablescanopy temperature and controller AT89C51 single-chip, parallel port discussed the detection of vegetable greenhouse's temperature and .Schematic diagram isgiven together with source code and procedures.The use of the MCU a

7、nd the advantages of digital control system, all aspects of the system performance is significantly improved.Keywords: temperature and ; AD converter; TheLEDdisplay; Alarm circuit; Solid state relays.3目 录1 绪 论 . 11.1 课题背景 . 11.2 总体要求 . 11.3 具体要求 . 11.4 设计思路 . 11.5 温室大棚计算机控制的概况 . . 12 系统组成与工作原理 . 32.

8、1 系统的硬件总体结构框图 . . 32.2 系统的工作原理 . 33 系统主要硬件电路模块设计 . 43.1 AT89C51 单片机结构组成 . 43.2 AT89C51 的复位电路 . 53.3 数据存储器的扩展 . 63.4 八路温湿度采集电路 . . 83.5 八路温湿度选择电路 . . 93.6 单路温湿度处理电路 . . 93.7 AD 转换电路 . 103.8 电源稳压电路 . 113.9 声光报警电路 . 123.10 看门狗电路 . 123.11 显示电路 . 133.12 数字温湿度传感器 DS1820和湿度检测电路 . 143.12.1 DS1820 的主要特性 . 14

9、3.12.2 DS1820内部结构 . 153.12.3 DS1820 的工作原理 . 153.12.4 DS1820 使用中注意事项 . 163.12.5 湿度检测电路 . 174 系统的软件设计 . 184.1 主程序模块设计 . 184.2 数据采集模块设计 . 184.3 数据处理模块设计 . 194.4 报警模块设计 . 2044.5 显示模块设计 . 20结束语 . 21致 谢 . 22参考文献 . 23附 录 . 2451 绪 论1.1 课题背景单片机自 1976 年由 Intel 公司推出 MCS-48开始，迄今已有二十多年了。由于单片机集成度高、功能强、可靠性高、体积小、功耗

10、低、使用方便、价格低廉等一系列优点，目前已经渗入到人们工作和生活的方方面面，单片机的应用领域已从面向工业控制、通讯、交通、智能仪表等迅速发展到家用消费产品、办公自动化、汽车电子、 PC机外围以及网络通讯等广大领域。单片机有两种结构：一种是在通用微型计算机中广泛采用的，程序存储器和数据存储器共用一个存储器空间的结构，称为“冯·诺依曼”结构。另一种是将程序存储器和数据存储器截然分开， 分别寻址的结构， 称为“哈佛” 结构， 目前的单片机采用此种结构较多。本文介绍的分布式单总线温室大棚温湿度湿度自动控制系统，采用全数字化设计，直接监测每个棚内不同部分的温湿度，通过对温湿度的良好控制，有效地

11、提高温室的产量。1.2 总体要求 在此系统中， 温度传感器获得所测环境中的检测温度信号， 信号处理和放大后， 由 AD转换器转换成数字信号进入单片机内部，显示于 LED显示器上。单片机将给定的温度安全范围与测量的温度相比较，若测量温度在给定的温度安全范围则表明所测环境温度正常，各工作器件可在此环境中继续工作；若测量温度不在给定的温度安全范围内，则相应报警系统工作，发出报警，说明所测环境温度需要调整。同时此系统设有看门狗电路模块，可以防止程序在运行过程中“跑飞” ，保证系统运行的稳定、可靠。1.3 具体要求本方案中整个系统由温度采集电路，温度选择电路，温度处理电路， AD转换电路，单片机处理电路

12、，声光报警电路，看门狗电路，显示电路等组成，软件选用汇编语言编程。内容：（1）安全温度范围为 -3050，最小区分度为 1，标准温度 1。（2）温度控制的静态误差 1。（3）用十进制数码管动态显示所测环境温度。（4）由于单片机无操作系统，若程序出现异常无法正常工作，故本系统采用了一个硬件看门狗来防止程序“跑飞” ，保证系统运行的稳定、可靠。1.4 设计思路本设计采用单片机作为数据处理与控制单元，为了进行数据处理，单片机控制温度传感器经过处理的信号，把信号通过单总线传递到单片机上。单片机数据处理之后，发出控制信息改变报警和控制执行模块的状态，同时将当前温度信息发送到 LED进行显示。本系统可以实

13、现多路温度信号采集与显示，通过进行温度数据的运算处理，发出控制信号达到控制对象正常的目的。1.5 温室大棚计算机控制的概况现代化温室，通过传感器技术、微型计算机及单片机技术和人工智能技术，能自动测控温室的环境，其中包括温湿度、湿度、光照、浓度等，使作物在不适宜生长发育的反季节中，获得比室外生长更优的环境条件，达到早熟、优质、高产的目的。在农业种植问题中，温室环境与生物的生长、发育、能量交换密切相关，进行环境测控是实现温室生产管理自动化、科学化的基本保证，通过对监测数据的分析，结合作物生长发育规律，控制环境条件，达到作物优质、高产、高效盼栽培目的。随着微机技术的发展，逐步采用配置灵活、开放式结构

14、、 运算能力较强、 高可靠性、 完善的开发手段及具有数据处理、 统计分析、打印报表等功能的测控系统所代替，取得了较好的经济效益。随着国民经济的迅速增长，现代农业得到长足发展，受控农业的研究和应用技术越来越受到重视，特别是温室工程已成为工厂化高效农业的一个重要组成部分。支持温室工程的相关技术，如温室环境复杂系统的建模技术与专家决策支持系统、温室环境智能测控技术研究与系统开发、温室环境调配工程技术与设施研究等已成为当前该领域的关键技术和研究热点问题。 研究温室环境信息进行模拟、分析、预测，研究开发基于作物成长栽培环境的温室环境多因子智能化综合测控系统，研究高效生产的温室环境综合测控模式与配套设施等

15、将是今后主要研究内容。目前，我国农业正处在从传统农业向以优质、高效、高产为目的的现代化农业转化的新阶段。农业环境控制工程作为农业生物速生、优质、高产手段是农业现代化的标志，农业设施的自动检测与控制是我国急待发展的项目。 应用自动控制和电子计算机实现农业生产和管理的自动化，是农业现代化的重要标志之一。近年来电子技术和信息技术的飞速发展，带来了温室控制与管理技术方面的一场革命，随着“设施农业”、“虚拟农业”等新名称的出现，“设施园艺”、“虚拟温室”的概念也应运而生。温室计算机控制与管理系统正在不断吸收自动控制和信息管理领域新的理论和方法，结合温室作物种植的特点，不断创新，逐步完善，从而使温室种植业

16、实现真正意义上的现代化、产业化。国内外温室计算机控制技术的发展状况计算机的发展最早可以追溯到上个世纪的 40 年代，但将计算机用于环境控制则开始于 20 世纪 60 年代。20 世纪 80 年代初诞生了第一批温室控制计算机，此后温室计算机控制及管理技术便率先在发达国家得到广泛应用， 后来各发展中国家也都纷纷引进、开发出适合自己的系统。这在给各国带来巨大的经济效益的同时，也极大地推动了各国农业的现代化进程。本文温湿度自动控制系统是针对温室大棚温湿度控制而设计，也可用于粮食仓储、冷库及烟叶发酵等场合的温湿度控制。塑料大棚是开发日光资源、充分利用太阳光能的主要形式之一，能避光、增产、保湿，为温室生长

17、创造一个良好环境。温室大棚作为一个相对封闭的环境，其内部形成了一个小气候环境， 良好的空气环境是温室正常生长的重要条件。为了增产、增收，要注意大棚内部的气体、温湿度和湿度 3 个重要因素。气体主要是指棚内的二氧化碳的含量。 当空气中的二氧化碳浓度提高到 0.1%时，可使温室的光合作用速率增加 1 倍以上，增产 20%-80%；若使二氧化碳浓度降至 0.005%时，光合作用几乎停止。温室生长的适宜温湿度为 20 -30。大棚内白天增温快，当棚外平均气温为 15 时，棚内可达 40 -50 。因此，要适时调节棚内温湿度，避免高温危害。塑料大棚经常处于 密闭状态， 蒸发量大大减小， 内部湿度一般在

18、80%-90%，湿度过大极易导致病虫害的发生。现在对大棚内气体、温湿度和湿度的有效调节，主要是通过适时的通风来实现。二氧化碳含量过大和湿度过大都会导致温湿度升高。通过调节温湿度可以有效地控制二者的浓度。本文介绍的分布式单总线温室大棚温湿度自动控制系统，采用全数字化设计，直接监测每个棚内不同部分的温湿度，通过对温湿度的良好控制，有效地提高温室的产量。2 系统组成与工作原理2.1 系统的硬件总体结构框图本系统为一个全自动的温室大棚温湿度巡回检测与控制系统，由以下几部分组成：AT89C51单片机，温湿度传感器， 8255 并行口电路 AD转换器变送器，驱动电路报警和显示电路组成，其接口部分包括单片机

19、外扩展的数据存储器 6264 一片和地址锁存器74LS373，系统的组成如图 所示：显示报警A湿 湿驱动设备 接口电路 AT89C51/D转换器度变送器度传感器数据存储器 温度传感器图 系统硬件总体结构框图文中按模块分别对各单元电路进行电路设计，然后进行硬件电路集成。单片机是控制系统的核心部分。八通道温湿度传感器由八选一模拟选择开关循环选通，被选中的温湿度传感器信号由信号处理及放大电路进行处理之后送入 A D转换器， 再由单片机控制 AD转换器进行温湿度数据的采集，而后对温湿度原始数据进行处理，根据处理结果驱动声光报警电路和执行数码管。看门狗采用硬件看门狗电路，防止程序在运行过程中“跑飞” ，

20、 保证系统运行的稳定、可靠。2.2 系统的工作原理在应用程序的作用下，首先对 8255 进行初始化，设定工作方式 0。PA口、PB口、PC口均为输出口， PA口、PB口为显示输出， PC口为报警和相关设备驱动口。由于工艺决定，进入大棚之前已经将湿度控制在安全限以内，测量过程是“先测温湿度后测湿度” ，首先对温湿度进行采样，每一个温湿度点采样 5 次，计算平均值作为采样值送入显示和存储的相应单元进行存储和传感器的编号和温湿度的显示，然后判断温湿度是否超过设定温湿度，如果温湿度超标则报警，并根据传感器的位置判断启动通风设备还是加热设备，如果不超标就继续检测下一个点的温湿度，直到整个大棚的多个点温湿

21、度全部测试完成，然后计算和显示大棚的平均温湿度，最后对 8 个点的湿度进行测量并且显示。湿度也是按照每个点测量 5 次然后取平均值的方法计算，来减少干扰因素带来的误差， 8 个点的湿度测量完成后计算并显示大棚的平均湿度。同样与设定的湿度值比较如果超标就报警，并启动风扇进行通风处理。然后系统返回再进行温湿度和湿度的巡回测量和显示。3 系统主要硬件电路模块设计3.1 AT89C51 单片机结构组成根据系统的功能需求，选择目前市场上性价比较高的 AT89C51单片机（见图 2-4 ）作为该系统的控制核心。1、CPU的结构CPU 是单片机内部的核心部分，是单片机的指挥和执行机构，它决定了单片机的主要功

22、能特性。从功能上看， CPU包括两个基本部分：运算器和控制器。下面说明控制器和运算器。1 ）运算器运算器包括算术逻辑运算部件 ALU、累加器 ACCC、B寄存器、暂存寄存器 TMP1和 TMP2、程序状态寄存器 PSW、BCD码运算调整电路等。2）控制器控制器包括程序计数器 P C、指令寄存器 IR、指令译码器 ID 等。2 、时钟电路AT89C51芯片内部有一个高增益反向放大器，用于构成振荡器。反向放大器的输入端为 XTAL1，输出端为 XTAL2。在 TXAL1和 XTAL2两端跨接由石英晶体及两个电容构成的自激振荡器，如图 3.1 所示。电容器 C1和 C2通常都取 30pF 左右，选用

23、不同的电容量对振荡频率有微调作用。但石英晶体本身的标定频率才是单片机振荡频率的决定因素。其振荡频率范围是 112MHz。 X TA L1C 1石英晶体MC S-5 1 X TA L2C 2图3.1 时钟电路本设计考虑系统的独立完整性，选用内部时钟方式，石英震荡频率选用 12MHZ，ALE信号频率为 2MHZ。3、IO口结构：AT89C51单片机有 4 个 8 位并行 IO 接口，记作 P0、P1、P2和 P3，每个端口都是 8 位准双向口，共占 32 根引脚。每一条 IO 线都能独立地用作输入或输出。每个端口都包括一个锁存器（即特殊功能寄存器 P0P3），一个输出驱动器和输入缓冲器，作输出时数

24、据可以锁存，作输入时数据可以缓冲，但是这四个通道的功能完全不同。4 、程序存储器及数据存储器1）程序存储器对 AT89C51芯片来说，片内有 4K字节 ROMEPR，OM片外可扩展 60K字节 EPRO，M片内和片外程序存储器统一编址。在程序存储器中，有 6 个地址单元被保留用于某些特定的地址，如下表 3.1 所示。表 3.1 AT89C51 的复位、中断入口地址入口地址 说明0000H 复位后， PC=0000H0003H 外部中断 入口000BH 定时器 T0 溢出中断入口0013H 外部中断 入口001BH 定时器 T1 溢出中断口0023H 串行口中断入口2）数据存储器AT89C51数

25、据存储器空间也分为内片和外片两大部分，即片内数据存储器 RAM和片外数据存储器 RAM。如何区别片内、片外 RAM空间呢？片内数据存储器最大可以寻址 256 个单元，片外最大可扩展 64K字节 RAM，并且片内使用的是 MOV指令，片外 64K ROM空间专门为 MOVX指令所用。5 、定时器AT89C51单片机的内部有两个 16 位可变成定时器 0（T0）和定时器 1（T1），它们都有定时或是事件计数的功能，可用于定时控制、延时、对外部事件计数和检测等场合。它们具有计数和定时两种工作方式以及四种工作模式。 定时器 T0具有方式 0、方式 1、方式 2 和方式 3 四种工作方式。 T1具有方式

26、 0、方式 1 和方式 2 三种工作方式。6、中断系统AT89C51单片机有五个中断请求源。其中，两个外部中断源；两个片内定时器计数器（T0、T1）的溢出中断源 TE0和 TF1；一个片内串行口接受或发送中断源 RI 或 TI 。这些中断请求分别由单片机的特殊功能寄存器 TCON和 SCON的相应位锁存。 当几个中断源同时向 CPU请求中断，要求 CPU提供服务的时候，就存在 CPU优先响应哪一个中断请求，于是一些微处理器和单片机规定了每个中断源的优先级别。3.2 AT89C51 的复位电路AT89C51单片机通常采用上电自动复位和开关手动复位两种方式。本设计采用上电复位电路，电路图如图 3.

27、2 所示。所谓上电复位，是指单片机只要一上电，便自动地进入复位状态。在通电瞬间，电容 C通过电阻 R充电，RST端出现正脉冲，用以复位。+5 V1 0 KC 11 0 0 p FC 21 0 u F1R ESE TC 31 0 u F图 3.2 复位电路3.3 数据存储器的扩展AT89C51片内还有 28 字节的数据存储器 RAM，主要用工作寄存器、堆栈、软件标志和数据缓冲器。对于简单的测控系统，用它存放运算的中间结果，容量是够用的。但是对于大量数据采集处理系统，则需要在片外扩展 RAM。由于本设计采用大量温湿度传感器，所以一片 AT89C51芯片是不够用的，所以要对 AT89C51的数据存储

28、器进行扩展，因此，选用RAM6264数据存储器一片。 6264 可以直接和存储器的地址线并联，数据地址线也同样可以并联连接。6264 的写选通信号连接到 AT89C51的上，读选通信号连接到 AT89C51的上，这样单片机就能把程序采集来的数据。经过变换最终转换成数字温湿度量存放到 6264 中，也可以从 6264中读取数据，具体的连接如下图 3.3 所示：8255A中的控制寄存器很少， 所以初始化程序设计简单。 对于方式 0，如果不要设定 C口的联络信号，则只需要设置方式控制字；如果要设定 C口的某些位为联络信号，则只需设置 C口的位置复位控制字。对于方式 1 和方式 2，因为都要用到控制信

29、号，所以必须设置两个控制字，即设置方式选择控制字和 C口复位控制字。8255 有 40 个引脚，下面根据功能分类说明。29301110PSENAL E/PTXDRXDWRRDRESET16179OEA10OEA11A9A8VO3VO4VO5VO6VO7OE1A1OEA11A9A8OE2WEVCC6264GNDVO2VO1VO0A0A1A2A3A4A5A6A7A12 NCA0A1A2A3A4A5A6A7A1219161 53 7312S9L 4 7652A7A6A5A4A3A2A1A08Q7Q6Q5Q4Q3Q2Q1Q8D7D6D5D4D3D2D1DCOCP6P5P4P3P2P1P01817141

30、3874311115CA129A118A10TA9AA828272625242322213233343536373839P7P6P5P4P3P2P1P0P27P26P25P24P23P22P21P20P07P06P05P04P03P02P01P00X2X1EA/VPT0T1INT0INT1P17P16P15P14P13P12P11/TP10/T1819311415121387654321图 3.3 AT89C51 与地址 6264 的连接1） 数据线数据线有 D7D 0，PA7PA0，PB7PB0，PC7PC0，均为双向三态，其中 D7D0与CPU数据总线相连， 用于传递 CPU与 8255

31、之间的命令和数据； PA7PA0，PB7PB0，PC7PC0，分别与 A、B、C三个端口相对应，用于 8255A与外设之间的传送数据。2） 寻址线寻址线、和，用于选择 8255的三个端口和控制寄存器。：片选信号，输入，低电平有效。有效时表示选中本片。和：输入，通常与系统地址总县的和对应相连。 当有效时， 和的四种组合 00、01、10、11 分别选择 A、B、C、口和控制寄存器，所以一片 8255A共有 4 个 IO 地址。3） 控制线：读信号，输入低电平有效。当为低电平时，表示 CPU对 8255A进行读操作。：写信号，输入低电平有效。当为低电平时，表示 CPU对 8255A进行写操作。RE

32、SE：T 复位信号，输入，高电平有效。当 RESET为高电平时， 8255A内部所有寄存器清零。各端口都自动设置为输入方式， 24 条 IO 引脚均为高租态 4） 电源和地线采用单一 +5V电源。8255A的控制信号和传输动作之间的关系如表 3.2 所示8 。表 3.2 8255 的控制信号和传输动作对应关系传输说明0 0 0 0 1A 口数据 数据总线0 0 1 0 1B 口数据 数据总线0 1 0 0 1C 口数据 数据总线数据从数据总线 A 口 0 0 0 1 0数据从数据总线 B 口 0 0 1 1 0数据从数据总线 C 口 0 1 0 1 0数据从数据总线 控制寄存器 0 1 1 1

33、 01 × ×× ×进入高阻态非法 0 1 1 0 1进入高阻态 0 × × 1 18255A的引脚信号如图 3.4 所示：PA3 PA4PA2 PA5PA1 PA6PA0 PA7RD WRCS RE SETGND D0A1 D1A0 D2PC7PC68255AD3D4PC5 D5PC4 D6PC0 D7PC1 VCCPC2 PB7PC3 PB6PB0 PB5PB1 PB4PB2 PB3图 3.4 8255A 引脚图AT89C51和 8255A的接口：8255A可以直接与 MCS-51总线接口，其接口电路如图 3.5 所示 图 3.4

34、 中，8255A的片选信号及口地址选择线 A0、A1分别由 AT89C51的 P2.7 和 P0.1、P0.0 经地址锁存后提供，所以， 8255A的A口、B口、C口及控制口的地址分别为 6000H、6001H、6002H、6003H。8255A的、分别与 AT89C51的、相连， 8255A的 RESET与 AT89C51的 RST相连。都接到 AT89C51的复位电路上。对 8255初始化的程序如下：MOV A ，#80H ；置方式控制字 方式 0MOV DPTR，#6003H ；指向 8255 口地址MOVX DPTR A本设计采用 8255 的 A 口 B口连接 LED显示器，用 C口

35、进行报警和相应设备的启动，所以 PA口 PB口 PC口的地址分别为 6000H，6001H和 6002H。PA3 PA429301110PSENAL E/PTXDRXDWRRDRE SET16WRRD179 RE SETRDPA2PA1PA0RDCSGNDA1A0PC7PC6PC5PC4PC0PC1PC2PC3PB0PB1PB2PA5PA6PA7WRRE SETD0D1D2D38255AD4D5D6D7VCCPB7PB6PB5PB4PB3WRRE SETA0A1A2A3A4A5A6A7A121916153 7312S L9 4 7652A7A6A5A4A3A2A1A08Q7Q6Q5Q4Q3Q2

36、Q1Q8D7D6D5D4D3D2D1DCOCP6P5P4P3P2P1P018171413874311115C98TA28272625242322213233343536373839P7P6P5P4P3P2P1P0P27P26P25P24P23P22P21P20P07P06P05P04P03P02P01P00X2X1EA/VPT0T1INT0INT1P17P16P15P14P13P12P11/TP10/T1819311415121387654321图 3.5 8255A 和 AT89C51的连接3.4 八路温湿度采集电路本系统中采用八路温湿度采集，即在所测环境中放八个温湿度传感器，其电路图如图3

37、.6 所示。+5VM1 A M1 B M1 C M1 D M1 E M1 F M1 G M1HAD 590 AD590 AD 590 AD590 AD 590 AD590 AD 590 AD590Ra1 0KRa1 0KRa10KRa10KRa10KRa10KRa10KRa10K0 1 2 3 4 5 6 7图 3.6 八路温湿度采集电路 图中 M1A至 M1H分别为 8 个传感器，他们分别放到所测环境的 8 个不同位置，由 AD590的性质不难得出 0 至7 端口输出电压 =10，然后 0 至 7 端口再接到温湿度选择电路中即可。3.5 八路温湿度选择电路本系统中八路温湿度需要巡回检测， 故

38、采用一个八路模拟选择开关 CD4051，其电路图如下图 3.7 所示。VCCM246OUT7512345678ININOUTINININHVEEVSSVDDININININABCCD40511615141312111092103AABBCCCD4 05 1图 3.7 八路温湿度选择电路图中引脚框中 0-7 为 8 个传感器信号输入端，通过 A、B、C三个端口的模拟组合决定某一刻某一个端口被选通，其中 A A、B B、CC分别接 AT89C51的 P1.4、P1.5、P1.6 端口，其中 3 口 OUT为信号输出口， OUT端口接信号的处理及放大电路。3.6 单路温湿度处理电路本系统单路温湿度处

39、理电路如图 3.8 所示。R5R7 10K 10K+5V+5V+5VAR1R4Ub UdAR2R6Ue UfAR310K OUTUcUhOP07 10KIN0OP07 UgOP07R7Ub20KR85K-5V R9 R10-5V 3K47K -5V+5V+5V图 3.8 单路温湿度处理电路如图，AD590串连一个10电阻再接地，即可产生 10 (273.2 + t) 毫伏电压， 这个电压先经一个运放 AR1(0P07) 所组成的缓冲器，以避免负载效应。 =10 (273.2 + t ) ；中间的运放AR2(OP07)组成一个减法器。为了将采集的电压 AD转换成温湿度更接近人的思维角度，通过这个

40、减法器将电压减掉 2.732。=1.366 V ； =-(-2)=-(-2.732) V ；再加上最后一个运放 AR3(OP07)组成一个反相器，使最后输出电压每增加 0.01 ，即表示温湿度增加1 。= =0.3V ， =-=0.6 + 0.01t ；例如，实际空气温湿度为 20 ，即t = 20； = 2.732V；=0.8 。单片机将此电压进行 A D转换和单片机处理，转换后就为 20，无需再将结果标定成温湿度，其中 A D转换的算法在后续介绍。3.7 AD 转换电路AD转换器的种类繁多、 特性各异。在设计数据采集系统、 测控系统和智能仪器仪表时，应选择性能合适、性能价格比高的 AD转换

41、器芯片。本设计选择的 AD转换器芯片为 ADC080。9ADC0809是 8路 8 位逐次逼近型 A D转换 CMOS器件，在过程控制和机床控制等应用中，能对多路模拟信号进行分时采集和 AD转换，输出数字信号通过三态缓冲器，可直接与微处理器的数据总线相连接。ADC0809与单片机 AT89C51的硬件接口方式有： 查询方式、 中断方式和等待延时方式。采用中断方式不浪费 CPU的等待时间，但是如果 AD转换时间较短，也可以用程序查询方式和等待查询延时方式。下面介绍两种最常用的方式：查询方式和中断方式。1） 查询方式ADC0809与单片机 AT89C51的硬件接口如图 3.9 所示：D触发 ADD

42、A ADDBADDCCLRVREFVREFALE74LS373A AT D89F 0.0D7C 0IN 7C 8IN 051F 0.7 F 3.3WRP2.774LS02D0EOCALESTMRT09RD OE 74LS02图 3.9 ADC0809 与单片机 AT89C51的硬件接口电路由于 ADC0809具有三态输出数据锁存器，其 8 位数据输出端可以与数据总线相连。地址选通端 ADDA、ADDB、ADDC分别与 AT89C51地址总线的低三位、 、相连，用于选通 中的某一个通道。由于 ALE和 START连在一起， ALE=START，= ADC0809在锁存通道地址的同时启动 AD转换

43、。在读取 AD转换结果时。 OE=产生的正脉冲信号用于打开三态输出锁存器。ADC0809的 EOC信号与 AT89C51的 P1.0 相连，作为 A D转换是否结束的状态信号供 T89C51查询。采用查询方式分别对 8 路模拟信号顺序采样，并依次把 AD转换结果转存到数据存储区，其采样转换程序如下：MOV TEMPL0 ，#08H ；设置通道个数MOV R1 ，2AH ；置数据区首地址MOV DPTR ，#5000H ；指向通道 0START： MOVX DPTR ，A ；启动 AD转换MOV R3 ，#32 ；设置延时时间LOOP10：0 DJNZ R3 ，LOOP100；延时完成？TEST

44、： NB P3.3 ，TEST ；标志位为 1？不为等待MOVX A ，DPTR ；取出 A D转换值MOV R1 ， A ；送入数据区INC R1 ；指针加 1CJNE R1 ，#2FH，START；判断数据区满？2） 中断方式ADC0809作为 AT89C51单片机的一个外部扩展并行口 IO 口，口地址取决于所连接的中断口，选通通道取决于地址地位，中断方式的主要特点是将转换完成信号接在单片机的中断口上，转换完成 AD转换器发出信号单片机把它当作一个中断来处理。所以本设计中 AD转换器连接成查询方式。3.8 电源稳压电路电源稳压电路是常用的变压整流电路，技术相对成熟，成本较低。变压器输入端为

45、220V50HZ交流电，经过变压器变压获得 9V交流电，然后再由桥式整流电路和滤波电路处理，得到约等 9V直流电，最后经过直流稳压电路 CW7805处理，最终得到 +5V的直流电，即可作为此系统的电源，具体电路如图 3.10 所示：1T4 2 1 3 Vin Vout220V +5VD NG11：1C1 C4C2 C3 47uF 3 21000uF 0.33uF 0.1uF图 3.10 电源稳压电路 根据要求，首先用集成稳压器设计一个固定输出 5V 的直流稳压电源，通过查阅常用电子元器件实用手册可知 CW7805集成稳压器输出， CW7805的输入电压为， 又由于次级线圈的电压一般比最终输出的

46、稳压至少高，故可均取输入电压为设计。即交流输入电压经整流和滤波后变成。则有变压后电压U 910.9 9V U 2V 20V12 0.9于是选择变压器原绕组与副绕组的匝数比（变压比）。功率，所以可以选用变压器。电路中整流二极管所承受的最大反向电压。所以应选择反向击穿电压的整流二极管（按最大反向工作电压的二倍选取） 。故可以选择二极管（最大反向工作电压，最大正向整流电流）搭建整流桥。可选用抗击穿能力较强的发光二极管用于短路时保护三端集成稳压器，还可以起到指示作用。电容的容抗一般大于几千欧，为了防止电容被击穿，我们取，根据公式得到防止低频干扰的电容16C 31.8471 10 32 F2 50 100故可取=根据三端集成稳压器的规格可以确定 =0.33 ， =0.33 。根据，得故，可取反向击穿电压为的电解电容滤波电容。3.9 声光报警电路当某一通道的温湿度测量值超出预先设定的上、下限报警值或系统运行出现故障时，系统发出声光报警以提醒用户注意。报警电路中光报警采用发光二极管，声报警采用蜂鸣器来设计，其硬件电路如图 3.11 所示。VCCP1.7R2Q1NPN