基于单片机的数字湿度传感系统

1、大连海事大学装订线毕 业 论 文二一四年六月1基于单片机的数字湿度传感系统专业班级： 电科2班姓 名： 金美红指导教师： 刘剑桥信息科学技术学院I摘 要随着社会信息科学的发展，控制理论和电子技术也在不断更新，基于微控制器的高度智能化测控技术逐步成为现实。其中以单片机为核心实现数字控制器因其体积小、成本低、功能强、简便易行而得到了广泛的应用。室内湿度测控由于其重要性的日益突出，技术也越来越成熟。本文主要讨论基于AT89C52单片机的以HS1101作为前端湿敏元件的室内湿度检测系统。本系统采用层次化、模块化设计，以HS1101湿敏芯片的传感器作为测量的器件，所得到的数据经过NE555振荡电路处理后

2、，接入到AT89C52单片机，以单片机为核心对数据进行记录、存储、处理和报警。本文在设计过程中主要做了以下几个方面的工作：一是讨论并选择系统的总体设计方案；二是对传感器、单片机进行设计和选择；三是对各个模块进行电路及软件系统的设计。本系统的设计还处于理论阶段，是在论证了各种方案和搜集了各种的资料后提出的一种切实可行的室内湿度监测系统。本系统完全满足一般小实验室的湿度测控系统的要求，实现了对室内湿度状况的全面、实时和长期的监测，也实现了室内湿度检测的自动化智能化。关键词：AT89S51；HS1101；NE555；传感器ABSTRACTWith the social development of

3、information science, control theory and electronic technology has been updated too, based on the micro-controller, the technology of highly intelligent micro-controller monitoring has gradually become a reality. Among them, single-chip digital controller as the core because of their small size, low

4、cost, powerful, simple and widely used. Indoor humidity measurement and controlling has been growing importance because of the prominent and the more and more mature technology. This thesis focused on a single chip AT89S51 based HS1101 humidity sensor as a front-end indoor humidity detection system.

5、The system has a hierarchical, modular design, and uses HS1101 humidity sensor chip as a measurement device. The data obtained after treatment NE555 oscillator circuit through the AT89C52 micro-controller, a single machine as the core of the data record, storage, processing and alarm. In this paper,

6、 the main job of the design is the following points: First, to discuss the overall design and program so to select the appropriate system; Second, design and selection of the sensor, and a single-chip; third is a Micro Controller Unit to communicate with the PC interface and software systems for cir

7、cuit design.The design of the system is still in the theoretical stage, and it is to demonstrate a variety of programs and collected information on the various proposed a practical indoor humidity monitoring systems. Satisfy the system of small laboratory humidity measurement and control system requ

8、irements, the indoor humidity has been to achieve the status of a comprehensive, real-time and long-term monitoring, and also make the indoor humidity intelligent and automated testing to come true.Keywords: AT89C52, HS1101, NE555, sensorIV目 录第1章 绪论11.1 课题研究的背景及意义11.1.1 湿度测控的现状与发展21.1.2传统的分立式湿度测量21.

9、1.3模拟集成湿度传感器测量21.1.4智能湿度传感器测量21.2 论文主要内容3第2章 系统硬件工作原理42.1 传感器的工作原理42.1.1 传感器的静态特性42.1.2 传感器的动态特性52.2 湿度传感器的工作原理62.2.1 湿度及其表示方法62.2.2 数字湿度传感HS110162.3湿度测量电路工作原理82.3.1 NE555时基电路82.3.2基于555振荡电路的湿度测量电路设计82.4单片机工作原理102.4.1 MCS-51单片机102.4.2 AT89C52单片机102.4.3 AT89C52单片机功能介绍112.5数码管工作原理122.5.1 四位数码管简介122.5.

10、2 四位数码管驱动方式132.5.3 四位数码引脚图132.5.4 四位数码区分共阴阳极的方法14第3章 核心电路的设计153.1 系统硬件工作原理153.2 单片机频率检测模块的设计153.3 时钟晶振电路和复位电路模块设计173.4 数码管显示模块设计183.5 蜂鸣器暴击模块设计193.6 键盘扫描模块设计203.7系统总电路21第4章 系统调试234.1 系统调试用到的工具234.1.1 硬件调试软件Proteus软件234.1.2 软件调试软件Keil软件244.2 实物测试254.2.1 主要指标测试254.2.2电路板设计254.2.3实物调试过程26第5章 结论28参 考 文

11、献29致 谢30基于单片机的数字湿度传感系统基于单片机的数字湿度传感系统第1章 绪论湿度，被定义为表示大气干燥程度的物理量。即在一定的温度下在一定的体积的空气里含有的水汽越少，则空气越干燥；水汽越多，则空气越潮湿。湿度测量技术的发展已有200多年的历史，人们早就发现了人的头发随大气湿度变化而伸长或缩短的现象，因而制成了毛发湿度计。但是人们对于湿度传感器中的湿敏元件的认识，是从1938年美国F.W.Dunnore研制成功浸涂式氯化锂湿敏元件才开始的。无论是在科研、实验生产、粮食储备、军火储备还是植物生长、大学校园里面的实验室元器件的保养，湿度的测量、传输和控制都跟其有着密不分的关系。为了确保实验

12、生产过程中得到很好的质量保证，为了确保实验室的元器件能够很好延续使用生命周期，湿度测量的提出已经引起了工作者的注意。在现代社会信息科技的不断迅速发展中，计算机技术、网络传输和湿敏元件的高速更新，使得湿度的测量正朝着自动化、网络化发展。在实验室的监控中，湿度测量的出现使得元器件的保养达到更好、使用周期更长、性能保持更好。所以实验室湿度测控有着广阔和应用发展空间。现在技术中，对湿度的测量有方法多种多样，也较为容易实现。但精度和反应度却是各种方法中的瓶颈，本系统的设计就是从精度上和高反应度上进行测控、选器件、系统的设计，尽可能使做出来的系统可以更好更精确更实时地检测到室内湿度的变化，并及时读取数据进

13、行处理，最终显示在个人电脑终端，使得工作者能够在最短的时间内对环境不断发生变化的湿度有着实时的了解，并可以针对不同的状况做出不同的反应。1.1 课题研究的背景及意义每个实环境都有着自己的微小气候，在其中湿度有着非常重要的影响力。高湿容易使人体散热量增加、容易使人体丧失热蒸发机能，导致热疲劳。实验室湿度高于70%为高气湿，人将感到不适；低于30%为低气湿，人感到口鼻干燥；最舒适的湿度为 40%60%1。在实验室所使用的各种仪器设备中，空气湿度对其影响是非常明显的，无论是使用过程对精度的影响，还是在保养过程中使得容易老化，容易被侵蚀。综上所述，无论是从人体健康的角度还是从元器件使用的角度上看，对湿

14、度测控的意义都是非常重大的。1.1.1 湿度测控的现状与发展人们研究湿度测量的历史也算是久远，湿度测控也更是随着实验信息技术的发展而不断更新换代。湿度测控的发展大致经历了以下三个阶段：传统的分立式湿度测量；模拟集成湿度传感器测量；智能湿度传感器测量2。1.1.2 传统的分立式湿度测量传统的电阻湿度计、半导体湿敏元器件等，都属于分立式湿度测量元件，使用这些元器件来进行测量湿度的，统称为分立式湿度测量。20世纪50年代以来，随着传统的电阻、电容湿度计的出现，湿度测量走向了一个新的台阶。此类测量方法所使用的元件通常不能单独完成测量任务，使用时还需要配上二次仪表，才能完成湿度测量及控制功能。其主要缺点

15、是外围电路比较复杂、测量精度比较低、分辨力不高，还有就是它们的体积比较大、使用起来不够方便。所以，传统的分立式湿度测量方法受到了现在科学技术发展的挑战，已经逐渐被淘汰。到了20世纪90年代，这种室内湿度测控已经很难再找到了。1.1.3 模拟集成湿度传感器测量在20世纪80年代中，采用硅半导体集成工艺的集成湿度传感器问世，它是将湿度传感器集成在一个芯片上、可完成湿度测量及模拟信号输出功能的专用IC，它属于最简单的一种集成湿度传感器。用这种模拟集成湿度传感器来进行实验室室内湿度测控，外围电路是较为简单，所以这种测量方法最为广泛应用。本系统也是基于这样集成IC的传感器HS1101来进行设计的。1.1

16、.4 智能湿度传感器测量智能湿度传感器的未来测量发展的一个重要的方向，也是室内湿度测控的必然发展，更是微电子技术、计算机技术和自动测试技术的结晶。智能湿度测控器也是在智能湿度传感器的基础上发展起来的。智能湿度测控器适配各种微控制器，构成智能化湿敏控制系统；它们还可以脱离微控制器单独工作，自行构成一个温控仪，既可以工作在连续转换模式，亦可选择单次转换模式。进入21世纪的第一个年代，智能湿度测控技术正朝着高精度、多功能、总线标准化、高可靠性及安全性、开发虚拟传感器测量和网络传感器测控、研制单片测量系统等高科技的方向迅速发展。总之，随着计算机技术、应用电子技术、传感器智能化技术、机械电子一体化技术和

17、计算机网络技术研究的发展，室内湿度测控已经成为各个国家在保养电子元器件、实时监测室内湿度等国际市场竞争力的前沿性研究领域。1.2 论文主要内容在科研、实验生产、粮食储备、军火储备还是植物生长、大学校园里面的实验室元器件的保养，湿度的测量、传输和控制都跟其有着密不分的关系。环境的湿度有人们的视野里出现，并其重要性逐渐提高，使湿度的测控具有与环境温度的测控有着相同的重要意义。本文针对以上问题，基于AT89C52单片机，以HS1101传感器为主要元件，通过几个电路模块：单片机电路，传感器数据采集电路，数码管显示电路，晶振与复位电路，蜂鸣器报警电路，键盘电路等，完成对空气湿度的测控。电路设计主要由HS

18、1101数字湿度传感器与NE555时基电路工作产生一个方波，将电压频率信号传送到单片机，单片机通过接受方波信号将频率转为湿度，并通过数码管显示实时湿度。通过按键电路设置报警阀值，可以在超过设定值的时候完成蜂鸣器报警。第2章 系统硬件工作原理2.1 传感器工作原理传感器是能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。通常由敏感元件和转换元件组成。其中，敏感元件是指传感器中能够直接感受被测量的部分，转换元件指传感器中能将敏感元件输出转换为适于传输和测量的电信号部分。有些国家和有些科学领域，将传感器称为变换器、检测器或探测器等。应该说明，并不是所有的传感器都能明显分清敏感元件与转

19、换元件两个部分，而是二者全为一体。例如半导体气体、湿度传感器等，它们一般都是将感受的被测量直接转换为电信号，没有中间转换环节3。2.1.1 传感器的静态特性所谓传感器的静态特性，是指在稳态信号作用下，传感器输出输入之间的关系特性。衡量传感器静态特性的重要指标有线性度、灵敏度、迟滞和重复性。1.线性度传感器的线性度用传感器的输出与输入之间的线性程度表示。如果不考虑迟滞和蠕变效应，一般可用下面的多项式表示。 (2.1) 式中：y输出量； x输入物理量； a0零位输出； a1传感器线性灵敏度； a2,a3，,an待定常数。在使用非线性特性的传感器时，如果非线性项的方次不高，在输入量变化范围不大条件下

20、，可以用切线或割线等直线来近似地代表实际曲线的一段。2.灵敏度灵敏度是指传感器在稳态下输出变化对输入变化的比值，一般用Sn来表示，即 (2.2)式中：dy输出量的变化； dx输入量的变化。对于线性传感器，它的灵敏度就是它的静态特性的斜率。非线性传感器的灵敏度为一变量。一般希望传感器的灵敏度高，在满量程范围内是恒定的，即传感器的输出输入特性为直线。3.迟滞在相同工作条件下做全量程范围校准时，下行程（输入量由小到大）和反行程（输入量由大到小）所得输出输入特性曲线往往不重合。也就是说，对应同一大小的输入信号，传感器正反行程的输出信号大小不相等，此即迟滞现象。迟滞（或称回程误差）正是用来描述传感器在正

21、反行程期间特性曲线不重合程度的。迟滞的大小常用正反行程最大输出差值ymax对满量程输出yFS的百分比来表示的4。4.重复性重复性是指在相同工作条件下，输入量按同一方向作全量程多次测试时，所得传感器特性曲线不一致性的程度。多次重复测试的曲线重复性好，误差也小。重复特性的好坏是与许多因素有关的，与产生迟滞现象具有的原因。其它的特性还有分辨力，传感器能检测到的最小输入增量称分辨力，在输入零点附近的分辨力称为阈值；零漂，传感器在零输入状态下，输出值的变化零漂，零漂可用相对误差表示，也可用绝对误差表示。2.1.2 传感器的动态特性传感器动态特性是指输入量随时间动态变化时，其输出与输入的关系。很多传感器要

22、在动态条件下检测，被测量可能以各种形式随时间变化。只要输入量是时间的函数，则其输出量也将是时间的函数，其间的关系要用动态特性来说明。为研究传感器的动态特性，可建立其动态数学模型，用数学中的逻辑推理和运算方法，分拆传感器在动态变化的输入量作用下，输出量如何随时间改变。实际中，输入信号随时间的变化形式多种多样，无法统一研究，所以通常只分析传感器在标准输入信号作用下的输出。研究动态特性可以从时域和频域两个方面采用瞬态响应法和频率响应法来分析。由于输入信号的时候函数形式是多种多样的，在时域内研究传感器的响应特性时，只能研究几种特定的输入时间函数如阶跃函数、脉冲函数和斜坡函数等的响应特性。对于任意输入x

23、(t)所引起的响应y(t)，可以利用两个函数的卷积关系，即系统的响应y(t)等于冲激响应函数h(t)同激励x(t)的卷积，即 (2.3)2.2 湿度传感器工作原理2.2.1 湿度及其表示方法在自然界中，凡是有水和生物的地方，在其周围的大气里总是含有或多或少的水汽。大气中含有水汽的多少，表示大气中的干、湿程度，用湿度来表示，也就是说，湿度表示大气干湿程度的物理量。大气湿度有两种表示方法：绝对湿度与相对湿度。绝对湿度绝对湿度表示单位体积空气里所含水汽的质量，其表示为 (2.4)式中： 被测空气的绝对（g/m3，mg/m3）； MV 被测空气中水汽的质量（g，mg）； V被测空气的体积（m3）。相对

24、湿度：相对湿度是气体的绝对湿度（v）与同一温度下，水蒸汽已达到饱和的气体的绝对湿度（W）之比，常用%RH来表示。其中 v待测气体的水汽分压； W同一温度下水蒸汽的饱和水汽压4。2.2.2 数字湿度传感器 HS1101湿度传感器HS1101是基于独特工艺设计的电容元件，这些相对湿度传感器可以大批量生产。可以应用于办公室自动化，车厢内空气质量控制，家电，工业控制系统等。它有以下几个显著的特点：1.全互换性，在标准环境下不需校正2.长时间饱和下快速脱湿3.可以自动化焊接，包括波峰或水浸4.高可靠性与长时间稳定性5.专利的固态聚合物结构6.可用于线性电压或频率输出回路7.快速反应时间HS1101的简单

25、物照图如图2.15。图2.1 HS1101实物照相对湿度在0%100%RH范围内；电容量由162pF变到200pF，其误差不大于2%RH；响应时间小于5s；温度系统为0.04pF/。可见其精度是较高的。其湿度电容响应曲线如图2.2：图2.2 HS1101湿度电容响应曲线HS1101的一些常用参数如表2.1：表 2.1 HS1101常用参数参数符号参数值单位工作温度Ta-40100储存温度Tstg-40125供电电压Vs10Vac湿度范围RH0100%RH焊接时间=260t10S2.3 湿度测量电路工作原理2.3.1 NE555时基电路NE555是一个能产生精确定时脉冲的高稳度控制器，其输出驱动

26、电流可达200mA.。在多谐振荡器工作方式时，其输出的脉冲占空比由两个外接电阻和一个外接电容确定；在单稳态工作方式时，其延时时间由一个外接电阻和一个外接电容确定，它可以延时数微秒到数小时。其工作电压范围为：4.5VVCC16V。NE555的框图如图2.3所示。图2.3 NE555框图2.3.2 基于555振荡电路的湿度测量电路设计 如图2.4为系统测湿电路图。图2.4 测湿电路图把HS1101和NE555同时接入电路中的电路设计原理图如图2-4所示。NE555电路功能的简单概括为：当6端和2端同时输入为“1”时，3端输出为“0”；当6端和2端同时输入为“0”时，3端输出为“1”。在此电路中，5

27、55定时器正是根据这一功能用作多稳态触发器输出频率信号的。当电源接通时，由于6和2端的输入为“0”，则定时器3脚输出为“1”；又由于C1 两端电压为0，故VCC 通过R2 和R3 对C1充电，当C1 两端电压达到2 VCC /3 时，定时电路翻转，输出变为“0”。此时555定时器内部的放电BJT的基极电压为“1”，放电BJT导通，从而使电容C1 通过R3 和内部放电BJT 进行放电，当C1 两端电压降低到VCC /3 时，定时器又翻转，使输出变为“1”，内部放电BJT 截止，VCC 又开始通过R2 和R3 对C1 充电，如此周而复始，形成振荡。其工作循环中的充电时间为Th=0.7(R2+R3)

28、C1；放电时间为T1 = 0.7R3*C3； 输出脉冲占空比为q (R2+R3)/(R2+2R3)，为了使输出脉冲占空比接近50，R2应远远小于R3。当外界湿度变化时，HS1101 两端电容值发生改变，从而改变定时电路的输出频率。因此只要测出555的输出频率，并根据湿度与输出频率的关系，即可求得环境的湿度6。2.4 单片机工作原理2.4.1 MCS-51单片机其所谓的单片机就是把中央处理器CPU、存储器ROM/RAM、输入输出接口电路以及定时器/计数器等部件制作在一块集成电路芯片中，构成一个完整的微型计算机单片微型计算机。由于单片机把各种功能部件集成在一块芯片上，因此它的结构紧凑、超小型化、可

29、靠性高、价格低廉、易于开发应用。MCS-51单片机包括8031、8051、8751等很多型，89C52是INTEL公司MCS-51系列单片机中基本的产品。2.4.2 AT89C52单片机 本课题所设计的系统的核心采用的是89C52单片机，89C52是INTEL公司MCS-51系列单片机中基本的产品，它采用ATMEL公司可靠的CMOS工艺技术制造的高性能8位单片机，属于标准的MCS-51的HCMOS产品。它结合了CMOS的高速和高密度技术及CMOS的低功耗特征，它基于标准的MCS-51单片机体系结构和指令系统，属于89C51增强型单片机版本，集成了时钟输出和向上或向下计数器等更多的功能，适合于类

30、似马达控制等应用场合。89C52内置8位中央处理单元、512字节内部数据存储器RAM、8k片内程序存储器（ROM）32个双向输入/输出(I/O)口、3个16位定时/计数器和5个两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内时钟振荡电路。此外，89C52还可工作于低功耗模式，可通过两种软件选择空闲和掉电模式。在空闲模式下冻结CPU而RAM定时器、串行口和中断系统维持其功能。掉电模式下，保存RAM数据，时钟振荡停止，同时停止芯片内其它功能。89C52有PDIP(40pin)和PLCC(44pin)两种封装形式。图2.5是89C52的PDIP封装引脚图。图2.5 89C52的PDIP封装2.4.3 AT8

31、9C52单片机功能介绍（1）引脚功能 电源引脚VCC正常运行和编程校验时为5V电源，VSS为接地端。 I/O总线P0.0-P0.7（P0口），P1.0-P1.7（P1口），P2.0-P2.7(P2口)，P3.0-P3.7（P3口） 为输入/输出引线。XTAL2：片内振荡器反相器的输出端，也是内部时钟发生器的输入端。 控制总线ALE/PROG：地址锁存允许/编程信号线。当CPU访问外部存储器时，ALE用来锁存P0输出的地址信号的低8位。它的频率为振荡频率的1/6。在对8751编程时，此引脚输入编程脉冲信号。 PSEN：外接程序存储器读选通信号。 EA/VPP：访问内部程序存储器的控制信号。当EA

32、=1时，CPU从片内ROM读取指令；EA=0时，CPU从片外ROM读取指令。此外，当对8751内部EPROM编程时，21V编程电源由此端输入。 RST/VPD：复位输入信号。当该引脚上出现2个机器周期以上的高电平时，可实现复位操作。此引脚为掉电保护后备电源之输入引脚。（2）AT89C52单片机功能概述：AT89C52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元

33、，功能强大的AT89C52单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合。AT89C52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器，2个全双工串行通信口，2个读写口线，AT89C52可以按照常规方法进行编程，但不可以在线编程(S系列的才支持在线编程)。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。 AT89C52有PDIP、PQFP/TQFP及PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。（3）主要功能特性： 兼容MCS51指令系统 8k可反复擦写(1000次）Flash ROM

34、32个双向I/O口 256x8bit内部RAM 3个16位可编程定时/计数器中断 时钟频率0-24MHz 2个串行中断 可编程UART串行通道 2个外部中断源 共6个中断源 2个读写中断口线 3级加密位 低功耗空闲和掉电模式 软件设置睡眠和唤醒功能2.5 数码管工作原理2.5.1 四位数码管简介四位数码管是一种半导体发光器件，其基本单元是发光二极管。能显示4个数码管叫四位数码管。数码管按段数分为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元（多一个小数点显示）；按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管。共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极(

35、COM)的数码管。共阳数码管在应用时应将公共极COM接到+5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极(COM)的数码管。共阴数码管在应用时应将公共极COM接到地线GND上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮。2.5.2 四位数码管驱动方式1、静态驱动也称直流驱动。静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个单片机的I/O端口进行驱动，或者使用如BCD码二-十进制译码器译码进行驱动。静态驱动的优点是编程简单，显示亮度高，

36、缺点是占用I/O端口多，如驱动5个数码管静态显示则需要58=40根I/O端口来驱动，实际应用时必须增加译码驱动器进行驱动，增加了硬件电路的复杂性。2、数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通COM端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。通过分

37、时轮流控制各个数码管的的COM端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为12ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的I/O端口，而且功耗更低。2.5.3 四位数码管的引脚图 四位数码管的引脚图如图2.6所示。b图2.6 四位七段数码管引脚图2.5.4 四位数码管区分共阴阳极的方法首先数码管有共阴极和共阳极之分，区别他们的方法是若公共端接地，其他端接电源，若各段测试能亮，说明是共阴的，反之

38、共阳的；若公共端接电源，其他端分别接的，测得各端亮，则说明是共阳的，反之为共阴的。世面上的四位一体的数码管一般都没有datasheet，所以掌握他们管脚的分布是很重要的一个环节。第3章 核心电路的设计3.1 系统硬件工作原理该系统的硬件电路由以下几部分电路模块组成：单片机、湿度传感器检测电路、数码管显示电路、键盘开关电路、蜂鸣器报警电路等部分。系统硬件框图如图3.1所示。STC89C52单片机串行LED显示报警电路键盘HS1101湿度传感器图3.1 系统硬件框图3.2单片机频率检测模块的设计 本设计的频率检测程序，主要实现对数字湿度传感器和NE555时基电路产生的方波频率，方波将信号传到单片机

39、的IO端口，由单片机进行技计数，并通过数码管进行显示。在计数电路中选用两个端口实现计数功能，一个端口控制加数，另一个端口控制减计数，从而能够更完善的实现频率检测功能。在主程序的main（）函数中，首先初始化单片机运行所需的资源，开始两个终端初始化，开总中断并设定定时计数工作方式为2，提供50kHZ时钟，由定时器计算公式得出TH0，TL0，然后开启定时器0中断，使定时计数器0开始运行。经过规定计数周期后，产生一个溢出中断。在中断服务程序中计算当前周期的频率，显示结果至数码管，重置计数值并重置计数器。初始化变量后，开始不断扫描TH0，TH1。由于在程序中，20微秒为一个测试点，侧波形是否翻转，两个

40、翻转为一个周期，使单片机50毫秒产生一个中断，20个中断即一秒，计算一次波形翻转次数，从而确定频率，并计算出实时湿度。主要程序代码如下：void delay() int i;for(i=0;i10;i+); void timer1() interrupt 1/50毫秒一个中断，20个中断即一秒，计算一次波形翻转次数，确定频率，计算湿度 TR0=0; count-; if(count=0) count=20; c=(7400-z/2)/24-10; z=0; TH0=(65536-50000)/256; TL0=(65536-50000)%256; TR0=1; void timer() int

41、errupt 3/20微秒一个测试点，侧波形是否翻转，两个翻转一个周期 d=AE;if(y!=d)z+;y=d;void main() int b4; ALE=1;/两个中断初始化 IE=0x8a; /开总中断 TMOD=0x21;/设定定时计数工作方式为2TH1=0xf6;TL1=0xf6;/提供50kHZ时钟，由定时器计算公式得出TH0，TL0ET1=1;/开定时器0中断TR1=1;/定时计数器0开始运行 TR0=0; TH0=(65536-50000)/256;/50毫秒 TL0=(65536-50000)%256; LED1=1; LED2=1; LED3=1; LED4=1; bee

42、p=0; TR0=1; while(1) 3.3 时钟晶振电路和复位电路模块设计AT89C52单片机在实际应用中，时钟电路用于产生时钟信号，时钟信号是单片机内部各种各样的微小操作的时间基准，在此基础上，控制器按照指令的功能产生一系列在时间上有一定次序的信号，这些信号用来控制相关的逻辑电路工作，实现指令的功能。复位对单片机来说，是程序还没开始执行，是在做准备工作。单片机XTAL1（19脚）和XTAL2（18脚）为振荡器输入输出端口，外接12MHz晶振。RST/Vpd（9脚）为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。时钟晶振和复位电路如图3.2所示。b图3.2 AT89C52时钟晶振和复位电路3

43、.4数码管显示模块设计在日常生活中，大家对液晶显示器并不陌生。液晶显示模块已作为很多电子产品的通过器件，如在计算器、万用表、电子表及很多家用电子产品中都可以看到，显示的主要是数字、专用符号和图形。在单片机的人机交流界面中，一般的输出方式有以下几种：发光管、LED数码管、液晶显示器7 。在单片机系统中应用晶液显示器作为输出器件有以下几个优点：显示质量高、数字式接口 、体积小、重量轻 、功耗低 、LCD，LED四位七段数码管 主要技术参数：显示容量：162 个字符；芯片工作电压：4.55.5V；工作电流：2.0mA(5.0V)；模块最佳工作电压：5.0V。单片机P0.0P0.7以及P1.3P1.6

44、接数码管12个管脚。如图3.3为数码管显示系统电路图。b图3.3数码管显示系统电路图主要程序代码如下：#include#include #include int set=0,x=3000,c,y=0,z=0,count=20,d;int code LedData=0x5f,0x06,0x3b,0x2f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f;/共阴极数码管09sbit key1=P10;sbit key2=P11;sbit key3=P12;sbit LED1=P13;sbit LED2=P14;sbit LED3=P15;sbit LED4=P16;sbit beep=P

45、34;sbit CLK=P36;sbit START=P33;sbit EOC=P35;sbit OE=P37; sbit ALE=P31; sbit AE=P27;3.5蜂鸣器报警模块设计 本设计中，在AT89C52单片机的P1.4口外接一个蜂鸣器作为对湿度测控的报警输出。当湿敏元件HS1101对室内的湿度检测时，达到某个值，就会在P1.4端口输出高电平，使得蜂鸣器发出警报，以及时通知工作人员进行相关的操作。其电路原理图如图3.4所示。图3.4 蜂鸣器报警系统电路图主要程序代码如下：if(set!=0)/显示调整报警值b0=x/1000; P0=LedDatab0;LED1=0;delay(

46、)；LED1=1;b1=x/100%10;P0=LedDatab1; LED2=0;delay() ;LED2=1; b2=x/10%10;P0=LedDatab2;LED3=0; delay() ;LED3=1; b3=x%10;P0=LedDatab3; LED4=0; delay() ;LED4=1; if(set=0)/显示湿度值 b0=c/1000; P0=LedDatab0;LED1=0;delay() ;LED1=1;b1=c/100%10;P0=LedDatab1; LED2=0;delay() ;LED2=1; b2=c/10%10;P0=LedDatab2;LED3=0;

47、delay() ;LED3=1; b3=c%10;P0=LedDatab3; LED4=0; delay() ;LED4=1; if(b0*1000+b1*100+b2*10+b3x) beep=1;delay();beep=0; 3.6 键盘扫描模块设计 本模块用于对外接键盘的识别，通过程序，使按一下K1键时，选中第一个数码管显示值，再按一下K1键时，选中第二个数码管显示值，以此类推到第四个数码管显示值，并通过K2键来对显示值进行加一位，和K3键来对显示值进行减一位，来完成对报警阀值的设定。主要程序代码如下： if(key1=0)/键盘扫描 delay();/去抖 if(key1=0) se

48、t+; if(set=5)set=0;/调整报警值 while(key1=0); if(key2=0) delay(); if(key2=0) switch(set) case 1:if(x/10000)x=x-1000;else x=x+4000;break;/调整报警值 case 2:x=x-100;break; case 3:x=x-10;break; case 4:x=x-1;break； while(key3=0); 3.7 系统总电路基于AT89C52单片机的HS1101传感器湿度测控系统，主要由几个部分组成：单片机电路，传感器数据采集电路，数码管显示电路，晶振与复位电路，蜂鸣器报

49、警电路，键盘电路等。其程序总电路图如图3.5所示。图3.5 数字湿度传感系统原理图下面对本次设计的总电路进行说明。首先，AT89C52单片机具有许多特点，其功能强大、I/O接口多，但其内部的数据暂存存储器的空间其实是比较小的，当用于多位的外围外接芯片时，会出现内部RAM使用不足的状况。所以，在本系统设计中，考虑到目前只是计划应用于较小的机房中，监测点不多，因此本文没有对片内RAM进行扩展或是改换单片机的型号。在实际编程中实现本系统的功能应该没有太大的障碍。AT89C52具有4个I/O接口，它们分别是P0口、P1口、P2口和P3口。本文进行设计时只是用到了其中的部分接口，与本系统的其它部分进行连

50、接，分别实现了不同的功能。例如：P3.4口用于蜂鸣器外接；P1.3P1.6和P0所有接口接数码管显示器等等。NE555电路中的参数选择为：R11K、R2499K、R3576K、R4909K。其中R1与555的频率输出引脚相连，起输出短路保护作用，防止输出电流过大。R4是用作555定时器内部温度补偿的，其应该具有1%的精度。由于这里采用的是Texas Instruments生产的NE555，所以根据微调R4和R3取值分别为909K和576K。另由于本软件软件库中无HS1101传感元件，所以用激励源代替。第4章 系统调试4.1 系统调试用到的工具4.1.1 硬件调试软件Proteus软件Prote

51、us ISIS是英国Labcenter公司开发的电路分析与实物仿真软件。它运行于Windows操作系统上，可以仿真、分析(SPICE)各种模拟器件和集成电路，该软件的特点是：实现了单片机仿真和SPICE电路仿真相结合。具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、RS232动态仿真、I2C调试器、SPI调试器、键盘和LCD系统仿真的功能；有各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。支持主流单片机系统的仿真。目前支持的单片机类型有：68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各种外围芯片。提供

52、软件调试功能。在硬件仿真系统中具有全速、单步、设置断点等调试功能，同时可以观察各个变量、寄存器等的当前状态，因此在该软件仿真系统中，也必须具有这些功能；同时支持第三方的软件编译和调试环境，如Keil C51 uVision2等软件。具有强大的原理图绘制功能。总之，该软件是一款集单片机和SPICE分析于一身的仿真软件，功能极其强大8。Proteus ISIS的工作界面如图4.1所示。图4.1 Proteus ISIS的工作界面操作流程：1双击桌面上的ISIS 6 Professional图标或者单击屏幕左下方的”开始”程序”Proteus 6 Professional” ”ISIS 6 Professional”。2Proteus ISIS的工作界面是一种标准的Windows界面。包括：标题栏、主菜单、标准工具栏、绘图工具栏、状态栏、对象选择按钮、预览对象方位控制按钮、仿真进程控制按钮、预览窗口、对象选择器窗口、图形编