温室大棚温度湿度自动控制系统设计(共37页)

1、精选优质文档-倾情为你奉上烟 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 学 号： 6 指导教师： 完成时间： 2012年3月12日 专心-专注-专业 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A/D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。单片机将给定的温湿度安全范围与测

2、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、A/D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

3、全温湿度范围为-3050，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；2012.01 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；2012.02 制定开题报告；2012.03 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；2

4、012.04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、A/D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

5、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， 有一定的实用和参考价值。关键词：AT89C51单片机；温湿度传感器；A/D转换器；LED显示器；报警电路 Abstract Vegetables c

6、anopy temperature and humidity automatic control system consists of the main controller AT89C51 single-chip, parallel port expansion chip 8255,74 LS373 and A/D converter 0809, humidity sensor, the temperature sensor, solid-state relay, the DS1820 RAM6264, power fail safeguard and leds display and al

7、arm circuit, etc .To achieve the vegetable greenhouse temperature and humidity testing and control, to improve the vegetable's production.In this paper, the specific design, discussed the detection of vegetable greenhouse's temperature and humidity and circuit control principle, carried out

8、a feasibility demonstration.Schematic diagram is given together with source code and procedures.The use of the MCU and the advantages of digital control system, all aspects of the system performance is significantly improved.Keywords: temperature and humidity sensors; Humidity sensors; Rapid detecti

9、on; A/D converter; The LEDdisplay; Alarm circuit; Solid state relays.目 录1 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

10、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A/D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

11、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，A/D转换电路，单片机处理电路，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、

12、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。

13、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、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

14、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

15、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

16、，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。

17、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

18、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A/D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2.1.1所示：图2.1.1 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A/D转换器进行温湿度数据的采集，而后对温湿度原始数据进

19、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”， 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

20、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

21、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PC、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C

22、2通常都取30pF左右，选用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。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、I/O口结构：AT89C51单片机有4个8位并行I/O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I/O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 、

23、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ROM/EPROM，片外可扩展60K字节EPROM，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=0000H 0003H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

24、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）

25、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3.2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。图3.2 复位电路3.3 数据存储器的扩展AT

26、89C51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6

27、264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。图3.3 AT89C51与地址6264的连接1） 数据线数据线有D7D0，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之间的命令和数据；PA7PA0，

28、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I/O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。RESET：复位信号，输入，高电平有效。当RESET为高电平时，825

29、5A内部所有寄存器清零。各端口都自动设置为输入方式，24条I/O引脚均为高租态8。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所示表3.2 8255的控制信号和传输动作对应关系 传输说明0 0 00 0 10 1 00 0 00 0 10 1 00 1 11 × ×0 1 10 × × 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 × ×0 11 1A口数据数据总线B口数据数据总线C口数据数据总线数据从数据总线A口数据从数据总线B口数据从数据总线C口数据从数据总线控制寄存器进入高阻态

30、非法进入高阻态8255A的引脚信号如图3.4所示：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

31、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。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3.6所示。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

32、路本系统中八路温湿度需要巡回检测，故采用一个八路模拟选择开关CD4051，其电路图如下图3.7所示。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AA、BB、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理电路如图3.8所示。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

33、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A/D转换成温湿度更接近人的思维角度，通过这个减法器将电压减掉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；= 2.732 V；=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 A

34、/D转换电路A/D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A/D转换器芯片。本设计选择的A/D转换器芯片为ADC0809。ADC0809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A/D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A/D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

35、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：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A/D转换。在读取A/D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

36、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A/D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A/D转换 MOV R3 ，#32 ；设置延时时间LOOP100： DJNZ R3 ，LOOP100 ；延时完成？TEST： 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1 CJNE R1

37、 ，#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I/O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A/D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A/D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220V/50HZ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

38、为此系统的电源，具体电路如图3.10所示：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

39、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 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。图3.11 声光报警电路蜂鸣器电路中，晶体管起开关作用，P1.7输出低电平时，管脚输出电压经过lK限流电阻分压后，到达晶

40、体管基极的电压为使得晶体管发射结正偏，集电结反偏，晶体管导通， 蜂鸣器上电而产生声响。3.10 看门狗电路由于单片机无操作系统，如果程序出现异常情况(如出现死循环)就无法正常运行， 因此，本系统采用了一个硬件看门狗来监视程序的运行。美信公司的MAX706P，具有“看门狗”、主电源检测的功能。单片机通过I/0引脚给(看门狗输入)脚正脉冲，如果两次脉冲时间间隔不大于1.6S，则 (看门狗输出)脚一直为高电平，说明微机程序运行正常。当两次发出正脉冲的时间间隔大于1.6S时，“看门狗” 便使引脚变为低电平，将脚与相连，可使RESET脚(与单片机的RST相连)产生高电平的复位脉冲，使程序能从头重新开始执

41、行，起到监视程序运行的作用。看门狗电路如图3.12所示。图3.12 看门狗电路 注：图中MAX706P的REST端接单片机的RST端，端接P2.4端口。3.11 显示电路LED显示器是由发光二极管显示字段的显示器件，也可称为数码管。其外形结构如图3.13所示，由图可见它由8个发光二极管（以下简称字段）构成，通过不同的组合来显示出0-9、A、B、C、D、E、F以及小数点“.”等字符。 图3.13 LED显示器的结构表3.3列出七段LED显示器（共阴极）显示的数字、字符和对应的段码关系。共阳极显示器的段码与共阴极显示器的段码是逻辑非的关系，所以对表2-4中的共阴极显示器的段码求反，即可得到共阳极显

42、示器的段码。LED显示器的显示方法本设计显示需要使用2855和7位共阳极显示器的接口电路。8255的A作为位扫描口，经反向驱动器75452接显示器公共阴极；B口作为段数据口，经同相驱动器7407接显示器的各个阳极。表3.3 数字对应的段码表示字符 DP g f e d c b a段码（H）0123456789AbcdEFP.空格0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 00 1 0 1 1 0 1 10 1 0 0 1 1 1 10 1 1 0 0 1 1 00 1 1 0 1 1 0 10 1 1 1 1 1 0 10 0 0 0 0 1 1 10 1 1 1 1 1 1

43、10 1 1 0 1 1 1 10 1 1 1 0 1 1 10 1 1 1 1 1 0 00 0 1 1 1 0 0 10 1 0 1 1 1 1 00 1 1 1 1 0 0 10 1 1 1 0 0 0 10 1 1 1 0 0 1 11 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 3F065B 4F666D7D077F6F777C395E7971738000对于6位显示器，在AT89C51RAM存储器中设置7个显示缓冲单元70H76H，分别存放7位显示器的显示数据。8255的 A 口扫描输出总是只有1位高电平，即7位显示器中仅有1位公共阳极为高电平，其他位为低电平8255

44、的B口输出相应位然后对其他6位巡回显示，如果小数点位固定可以通过对指定位进行置位或者清零来实现。本系统采用74LS245做驱动数码管的电路，可以保证数码管的供电，数码管7SEG-MAX4动态显示4位数字，74LS245芯片及数码管7SEG-MAX4前已做了详细介绍，这里不再说明。这里着重说明一下数码管显示数字的含义，数码管显示数字为4位，其4位数从左向右数的含义为：第一个数码管显示的是传感器的通道号，第二个数码管显示“-”号或者当温湿度高于100时显示百位数字，第三个数码管和第四个数码管依次显示所测温湿度数字，例如若是数码管显示为6-15，则其含义为6代表第6个传感器，“-”代表温湿度为零下，

45、-15代表零下15，即其总体含义为第六个温湿度传感器的位置检测的温湿度为零下15；若是数码管显示为8030，则其含义为第八个传感器的位置检测位置的温湿度为30。其硬件电路如图3.14所示。图3.14 显示电路3.12 数字温湿度传感器DS1820和湿度检测电路3.12.1 DS1820 的主要特性 DS1820 有下列主要特性 : 1）只需一根 I/ O 线就能完成通信 ; 2）多个分散的 DS1820 可以共用一线进行通信; 3）不需外部元器件 ; 4）可以通过数据线供电 ; 5）检测温度范围为 - 55 + 125°C ,精度在0. 5度 ; 6）用 9bit 数字量来表示温度

46、; 7）每次将温度转换成数字量需 200ms ; 8）可定义一个不变化的温度设置为报警温度; 9）有 PR35 T 和 SSOP 两种封装型式。3.12.2DS1820 内部结构 DS1820 内部结构框图如图 3.15 所示。图3.15 DS1820内部结构图 由图3.15可知 ,DS1820 由以下几部分组成: 1）64 位激光只读存贮器。在这里存放着每个 DS1820 的唯一的序号 ,开始 8 位是产品类型的编号(DS1820 为 10H） ,接着是每个器件的唯一的序号 ,共有 48 位 ,最后 8 位是前 56 位的 CRC 校验码这也是多个 DS1820 可以采用一线进行通信的原因。

47、 2）温度传感器。它是将温度转化为数字量的关键部分。 3）DS1820 的存贮器。它由高速存贮器RAM和EERAM(高温TH和低温TL报警触发器）组成,数据首先写入高速存贮器 RAM 中 ,然后通过复制命令将数据写入 EERAM 中。高速存贮器 RAM 由8 个字节组成 ,头两个字节存放检测温度的值,0号 (LSB） 为存放温度的值,1 号 (MSB） 存放温度值的符号 ,如果温度为负 ,则1号存贮器全为1 ,否则全为0，这也是可用 9bit 来表示温度的原因。最低位先读出。若LSB最低位为1 ,则表示为0.5度 ,求值的方法根据MSB中的值将LSB中的二进制数求补再转换成十进制数除以 2 即

48、得被测温度的值。表 2是温度和数字量的关系。第二和第三字节是从TH和TL中复制的值,当上电被更新;接下来两个字节没用 ,若读它应全为1 ;第六和第七字节为计数寄存器;最后一个字节为 CRC 校验。3.12.3 DS1820的工作原理 DS1820的引脚排列如图3.16所示。I/O位数据输入/输出端（即单线总线），它属于漏极开路输出，外接上拉电阻后，常态下呈高电平。是可供选用的外部+5V电源端，不用时需接地。GND为地，NC为空脚。图3.16 DS1820的引脚图DS1820测量温湿度时使用特有的温湿度测量技术，其测量温湿度框图如图3.17所示。内部计数器对一个受温湿度影响的振荡器的脉冲计数，低

49、温时振荡器的脉冲可以冲过门电路，而当达到某一设置高温时，振荡器的脉冲无法通过门电路。图3.17 DS1820测温原理框图3.12.4 DS1820使用中注意事项DS1820虽然具有测温系统简单、测温精度高、连接方便、占用口线少等优点，但在实际应用中也应注意以下几方面的问题： 1）较小的硬件开销需要相对复杂的软件进行补偿，由于DS1820与微处理器间采用串行数据传送，因此，在对DS1820进行读写编程时，必须严格的保证读写时序，否则将无法读取测温结果。 2）当单总线上所挂DS1820超过8个时，就需要解决微处理器的总线驱动问题，这一点在进行多点测温系统设计时要加以注意。 3）在DS1820测温程

50、序设计中，向DS1820发出温湿度转换命令后，程序总要等待DS1820的返回信号，一旦某个DS1820接触不好或断线，当程序读该DS1820时，将没有返回信号，程序进入死循环3.12.5 湿度检测电路本例中采用8255来实现转换。EL7556由积分电路、基准电路、频率转换电路及频率电压（F/V）转换电路等组成，积分电路及R1、R2、C1用于产生一定频率的脉冲信号并从5脚送至8脚。调节R2可对该脉冲信号频率进行调整，从而使湿度传感器的线性和灵敏度处于较好状态；基准电路和频率转换电路可将湿度传感器的电容变化转换成频率变化，再经频率电压转换电路后从9脚输出与频率成线性的电压，然后经C3等滤波后送入A

51、/D转换器，再进行A/D转换以将其转换成数字信号。本设计的湿敏传感器为MXS型电容式湿敏传感器，湿度为76%RH时的电容值为500pF，电容相对变化率为1.7 pF/%。当湿度为0%100%RH时，9脚输出的相应信号频率为01000Hz，精度为2%，F/V电路输出的电压为05V。调整时，可先设定湿度为5%RH，然后调节R2，使9脚输出100mV电压即可。主要特性：1）与MCS-51 兼容 ；2）4K字节可编程闪烁存储器；3）寿命：1000写/擦循环；4）数据保留时间：10年图3.18 湿度传感器外观和内部结构图综上所述为本系统硬件的设计，其总体电路图见附录一。4 系统的软件设计系统硬件电路设计完成以后，进行系统软件设计。分析系统对软件的要求，然后进行了软件的总体设计，包括程序总体结构设计和对程序进行模块化设计。将系统整体功能划分成多个不同的模块，单独设计、编程、调试，然后将各个模块进行装配联调，组成完整的系统软件。根据系统软件的功能需求，系统应用软件分为主程序、数据采集、数据处理（A/D转换）、报警及显示等五大主要程序模块。4.1主程序模块设计主程序主要将各子模块组织起来成为一个有机的整体，主程序流程图如图4.1所示，主程序见附录三所