孵化室温湿度监控系统设计

沈阳工程学院课程设计设计题目孵化室温湿度监控系统设计系别自控系学生姓名 魏云指导教师 祝尚臻班级 测控本091学号 2009308123职称 讲师起止日期：2012年3月5日起——至2012年3月16止沈阳工程学院课程设计任务书课程设计题目：孵化室温湿度监控系统设计系别学生姓名指导教师自控系魏云祝尚臻班级测控本091学号2009308123职称讲师课程设计进行地点:F430任务下达时间：2011年3月5日起止日期：2012年3月5日起——至2012年3月16日止教研室主任年月日批准

孵化室温湿度监控系统设计成绩评定表系（部）：自控系班级：测控本091 学生姓名：魏云指导教师评审意见评价内容具体要求权重评分加权分调研论证能独立查阅文献，收集资料；能制定课程设计方案和日程安排。0.15432工作能力态度工作态度认真，遵守纪律，出勤情况是否良好，能够独立完成设计工作，0.25432工作量按期圆满完成规定的设计任务，工作量饱满，难度适宜。0.25432说明书的质量说明书立论正确，论述充分，结论严谨合理，文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，图表完备，书写工整规范。0.55432指导教师评审成绩（加权分合计乘以12）分加权分合计指导教师签名：年月曰评阅教师评审意见评价内容具体要求权重评分加权分查阅文献查阅文献有一定广泛性；有综合归纳资料的能力0.25432工作量工作量饱满，难度适中。0.55432说明书的质量说明书立论正确，论述充分，结论严谨合理，文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，图表完备，书写工整规范。0.35432评阅教师评审成绩（加权分合计乘以8）分加权分合计评阅教师签名：年月曰课程设计总评成绩分中文摘要传感器是一类用途十分广泛的器件，无论在国民经济建设中还是国防建设中，传感器都扮演着非常重要的角色。传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。传感器不仅充当着计算机、机器人、自动化设备的感觉器官及机电结合的接口，而且已渗透到人类生命、生活的各个领域。从太空到海洋，从各种复杂的工程系统到人们日常生活的衣食住行，都离不开各种各样的传感器。我设计的课程内容是设计一个孵化室控温控制电路，本次设计中，可以实现的功能有：孵化室温控制在36〜42°C，温度低时启动电热器加热，温度高时，启动风扇冷却。报警指示，当温度大于42C或低于36C时，用声光报警。孵化室湿度要求保持在相对湿度55%〜60%范围内，超出该范围要求声光报警。本电路应用温度传感器来采集温度的变化，经过放大电路放大后，进行A/D转换，将输入电压信号转换成数字量输出；显示模块直接连接数码管构成，显示实际测量值。关键词温度传感器，湿度传感器，、单片机，A/D转换，液品显示器目录TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"1总体方案 1\o"CurrentDocument"1.1设计任务描述 1\o"CurrentDocument"1.1.1设计课题 1\o"CurrentDocument"1.1.2设计目的 1\o"CurrentDocument"1.1.3设计要求 1\o"CurrentDocument"1.2设计过程及论文的基本要求： 1\o"CurrentDocument"1.2.1设计过程的基本要求 1\o"CurrentDocument"1.2.2课程设计论文的基本要求 2\o"CurrentDocument"1.3时间进度安排 22系统的工作原理 3\o"CurrentDocument"3系统的硬件设计 4\o"CurrentDocument"3.1单片机的确定 4\o"CurrentDocument"3.2传感器的确定 6\o"CurrentDocument"3.2.1温度传感器 6\o"CurrentDocument"3.2.2湿度传感器 6\o"CurrentDocument"3.3采集电路的设计 7\o"CurrentDocument"3.3.1温度采集电路 7\o"CurrentDocument"3.3.2湿度采集电路 8\o"CurrentDocument"3.3.4温度湿度调节电路 10\o"CurrentDocument"3.4A/D转换 10\o"CurrentDocument"3.4.1模数转换器的确定 11\o"CurrentDocument"3.4.2ADC0809与8051的连接 12\o"CurrentDocument"3.5键盘与显示 13\o"CurrentDocument"3.5.1键盘部分 13\o"CurrentDocument"3.5.2显示部分 13\o"CurrentDocument"3.6报警电路设计 15\o"CurrentDocument"3.7单片机与PC机的通信接口 15\o"CurrentDocument"4软件设计 17\o"CurrentDocument"4.1设计思想 174.2初始化程序及主程序框图 184.3子程序框图 20（1） 串口中断 20元器件清单 21元件介绍 22\o"CurrentDocument"RS-232-C 22\o"CurrentDocument"ADC0809 24总结 25致谢 26参考文献 27附录 281总体方案1.1设计任务描述1.1.1设计课题孵化室控温控制电路设计1.1.2设计目的了解温度控制技术的基本知识以及电工电子学、单片机、传感器等相关技术。初步掌握常用测温方法的特点和应用场合，并选择合适方法应用于本设计。通过学习，具体掌握所选择测温方法和传感器等的使用特点和方法。1.1.3设计要求孵化室对温度有一定要求，温度是否合适直接影响孵化效果，为此需要对温度进行严格控制，主要指标如下：孵化室温控制在36—42°C，温度低时启动电热器加热，温度高时，启动空调冷却。报警指示，当温度大于42C或低于36C时，用声光报警。要求设计相关的硬件电路，选择合适的传感器和温度显示系统。要有相应的控制算法(软件流程图)。1.2设计过程及论文的基本要求：1.2.1设计过程的基本要求基本部分必须完成，发挥部分可任选；符合设计要求的报告一份，其中包括总体设计框图、电路原理图各一份；报告的电子档需全班统一存盘上交。1.2.2课程设计论文的基本要求（1） 参照毕业设计论文规范打印，包括附录中的图纸。项目齐全、不许涂改，不少于4000字。图纸为A4,所有插图不允许复印。（2） 装订顺序：封面、任务书、成绩评审意见表、中文摘要、关键词、目录、正文（设计题目、设计任务、设计思路、设计框图、各部分电路及相应的详细的功能分析和重要的参数计算、工作过程分析、元器件清单、主要器件介绍）、小结、参考文献、附录（总体设计框图与电路原理图）。1.3时间进度安排顺序阶段日期计划完成内容备注12012.3.5讲解主要设计内容，安排学生查阅资料22012.3.6检查任务框图的设计情况332012.3.7检查整个设计理论方面的准备情况42012.3.8指导学生进行传感器的选择352012.3.9进程传感器及测量电路的硬件电路设计62012.3.12讲解原理图的绘制要求372012.3.13检查原理图完成情况，讲解及纠正错误82012.3.14检查流程图的绘制及报告的书写要求92012.3.15布置答辩102012.3.16答辩、写报告打分2系统的工作原理温湿度监控系统能完成数据采集和处理、显示、串行通信、输出控制信号等多种功能。由数据采集、数据调理、单片机、控制等4个大的部分组成。该测控系统具有实时采集（检测温室大棚内的温湿度）、实时处理（对监测到的温湿度值进行比较分析，决定下一步控制进程）、实时控制（根据处理的结果发出控制指令，指挥被控对象动作）的功能。主要硬件包括温度传感器，湿度传感器，C8051F020路、LED显示器、A/D转换器等。首先充分考虑环境因素的影响，并根据孵化室内保持正常状态所需的温度和湿度，设计出温湿度参考值预先存储于单片机中。系统的数据采集部分是将温湿度传感器置于温室内部，测出室内的温湿度值，经过放大、A/D转换为数字量之后送入c8051f020单片机中，然后LED显示出温湿度测量值。单片机将预设的参考值与测量值进行比较，根据比较结果做出判断。当温湿度值超过允许的误差范围，系统将发出报警，如果有必要，工作人员还可以根据实际的情况通过键盘或按钮来人工修改片内存储的预设值。通过对整个系统的核心单片机部分的设计，达到优化控制温湿度的目标。3系统的硬件设计3.1单片机的确定单片机的全称是单片微型计算机(SingleChipMicrocomputer)o为了使用方便，它把组成计算机的主要功能部件：中央处理器(CPU)、数据存储器(RAM)、程序存储器(ROM、EPROM、E2PROM或FLASH)、定时/计数器和各种输入/输出接口电路等都集成在一块半导体芯片上，构成了一个完整的计算机系统。与通用的计算机不同，单片机的指令功能是按照工业控制的要求设计，因此它又被称为微控制器(Microcontroller)。8031片内不带程序存储器ROM，使用时用户需外接程序存储器和一片逻辑电路373，外接的程序存储器多为EPROM的2764系列。用户若想对写入到EPROM中的程序进行修改，必须先用一种特殊的紫外线灯将其照射擦除，之后再可写入。写入到外接程序存储器的程序代码没有什么保密性可言。8051片内有4K的ROM，无须外接外存储器和373，更能体现“单片”的简练。但是你编的程序你无法烧写到其ROM中，只有将程序交芯片厂代你烧写，并是一次性的，今后你和芯片厂都不能改写其内容。8751与8051基本一样，但8751片内有4k的EPROM，用户可以将自己编写的程序写入单片机的EPROM中进行现场实验与应用，EPROM的改写同样需要用紫外线灯照射一定时间擦除后再烧写。由于上述类型的单片机应用的早，影响很大，已成为事实上的工业标准。后来很多芯片厂商以各种方式与Intel公司合作，也推出了同类型的单片机，如同一种单片机的多个版本一样，虽都在不断的改变制造工艺，但内核却一样，也就是说这类单片机指令系统完全兼容，绝大多数管脚也兼容；在使用上基本可以直接互换。我们统称这些与8051内核相同的单片机为“51系列单片机”。在众多的51系列单片机中，要算ATMEL公司的AT89C51更实用，因他不但和8051指令、管脚完全兼容，而且其片内的4K程序存储器是FLASH工艺的，这种工艺的存储器用户可以用电的方式瞬间擦除、改写，一般专为ATMELAT89Cx做的编程器均带有这些功能。显而易见，这种单片机对开发设备的要求很低，开发时间也大大缩短。写入单片机内的程序还可以进行加密，这又很好地保护了你的劳动成果。重要的一点AT89C51目前的售价比8031还低，市场供应也很充足。C8051F020是Cygnal出的一种混合信号系统级单片机。片内含CIP—51的CPU内核，它的指令系统与MCS—51完全兼容。其中的C8051F020单片机含有64kB片内Flash程序存储器，4352B的RAM、8个I/O端口共64根I/O口线、一个12位A/D转换器和一个8位A/D转换器以及一个双12位D/A转换器、2个比较器、5个16位通用定时器、5个捕捉/比较模块的可编程计数/定时器阵列、看门狗定时器、VDD监视器和温度传感器等部分。C8051F020单片机支持双时钟，其工作电压范围为2.7〜3.6V(端口I/O,RST和JTAG引脚的耐压为5V)。与以前的51系列单片机相比，C8051F020增添了许多功能，同时其可靠性和速度也有了很大提高。图3.1.1C8051F020单片机图3.1.2原理图A.*A'.*-l_g.■A.-A.『■CTEKTh'5TQTEOKTA_IXTj；-2DAC'CACdjYRE^DW%：.：W%：.1A.*A'.*-l_g.■A.-A.『■CTEKTh'5TQTEOKTA_IXTj；-2DAC'CACdjYRE^DW%：.：W%：.1W4：.]收二.4AIM：.：A*4：.?8051内It*「gTj|^^^T~LWfiTl|■「如多|*£P13日！|之＞EHr2nP5

□RV□rWF=□RYM-iA-E^■Ti'AW?HIIA：Pt"?STTXT3.2传感器的确定3.2.1温度传感器常用的温度传感器有热敏电阻、热电偶、PN结温度传感器、集成温度传感器、热电阻等。对于温室内部温度的检测，温度传感器选择DALLAS公司生产的一线制数字温度传感器DS18B20，它具有3引脚TO-92小体积封装形式；温度测量范围为一55°C〜+125°C,可编程为9位〜12位A/D转换精度，测温分辨率可达0.0625C，被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出。DS18B20有三个引脚，GND接地；DQ数字信号的输出/输入；Vdd为外接电源输入端。2DS18B20仁之OQ>图3.2.1DS18B20的引脚图3.2.2湿度传感器本系统需要检测孵化室内的湿度，目前已有许多湿敏器件，按感湿材料来分，大致有四类：电解质，半导体陶瓷，高分子和其它型式。温室内的相对湿度大，变化速度慢，不需要高的响应时间，但是对线性度和稳定性要求高，所以经过选择采用电容式集成湿度传感器HS1101来检测温室大棚内部的湿度。湿度传感器HS1101是法国Humirel生产的电容式湿度传感器。HS1101是一种在高分子薄膜上形成的电容。高分子薄膜上的电极是很薄的金属微孔蒸发膜，水分子可通过两端的电极被高分子薄膜吸附或释放，随着这种水分子的吸附或释放，高分子的介电系数将发生相应的变化。由于介电系数随空气的相对湿度变化而变化，所以只要测定电容C值就可得到相对湿度。HS1101是基于独特工艺设计的固态聚合物结构，在电路中等效于一个电容器，其电容随所测空气的相对湿度增大而增大。HS1101具有极好的线性输出，在相对湿度为0〜100%RH的范围内，电容的容量由163pF变化到202pF，其误差不大于土2%RH；湿度量程为1〜99%RH，工作温度范围为-40C〜100C；湿度输出受温度影响极小（温度系数仅为0.04pF/C）；常温下使用无需温度补偿，无需校准。该器件具有不需校准的完全互换性、高度可靠性、长期稳定性、快速响应的固态聚合物结构，适用于线性电压输出和频率输出两种电路。图3.2.2.1湿敏电容工作的湿、温度范围剔»11剔»11.11踪足图3.2.2.2电容一湿度响应曲线图3.2.2.1为湿敏电容工作的温、湿度范围。图3.2.2.2为湿度-电容响应曲线。相对湿度在1%---100%RH范围内；电容量由16pF变到200pF，其误差不大于±2%RH；响应时间小于5S；温度系数为0.04pF/°C。可见精度是较高的。3.3采集电路的设计3.3.1温度采集电路-7KTiI了-7KTiI了图3.3.1温度检测电路一…由于DS18B20只有一个串行通信接口，与单片机的连接电路非常简单，只需和单片机的一个I/O端口连接即可，本系统选择了接口接的是P2.0端口，其连接电路图如图3.3.1所示。DS18B20的I/O口属于漏极开路输出，外接上拉电阻后常态下呈高电平。该器件内含寄生电源，其供电方式可以选择寄生电源方式，也可以选用外部电源。为方便起见，采用外部电源供电。3.3.2湿度采集电路HS1101电容传感器，在电路构成中等效于一个电容器件，其电容量随着所测空气湿度的增大而增大。如何将电容的变化量准确地转变为计算机易于接受的信号，常有两种方法:一是将该湿敏电容置于运放与阻容组成的桥式振荡电路中，所产生的正弦波电压信号经整流、直流放大、再A/D转换为数字信号；另一种是将该湿敏电容置于555振荡电路中，将电容值的变化转为与之成反比的电压频率信号，可直接被计算机所采集本系统采用的是将HS1101接入555定时器组成的震荡电路中，输出一定频率的方波信号，这种方法结构简单，使用方便，因此被广泛采用，具体电路图如下：TLC555OUTTRDGNDCOR.TH« TLC555OUTTRDGNDCOR.TH4499kQ?-j~►&1kQ-__fJ7351-6033-__fJ7351-6033Hz(0~100%)RH909kQ-LkHS1100/1101图3.3.2湿度采集电路HS1101湿敏传感器是采用侧面开放式封装，只有2个引脚，有线性电压输出和线性频率输出2种电路。在使用时，将2脚接地，这里选用频率输出电路。该传感器采用电容构成材料，不允许直流方式供电，所以我们使用555定时器电路组成单稳态电路。具体电路分析如下。电源电压工作范围是+3.5〜+12V。利用一片CMOS定时器TLC555,配上HS1101和电阻R2、R4构成单稳态电路,将相对湿度值变化转换成频率信号输出。输出频率范围是7351~6033Hz,所对应的相对湿度为0~100%。当RH=55%时，f=6660H%输出的频率信号可送

全数字频率计或控制系统，经整理后送显示。R3为输出端的限流电阻，起保护作用。通电后，电源沿着Ucc!R4!R2!C对HS1101充电，经过t1时间后湿敏电容的压降Uc就被充电到TLC555的高触发电平(Uh=0.67Ucc),使内部比较器翻转，OUT端的输出变成低电平。然后C开始放电，放电回路为C!R2!D!内部放电管！地。经过t2时间后，Uc降到低触发电平(Ul=0.33Ucc),内部比较器再次翻转，使OUT端的输出变成高电平。这样周而复始的进行充、放电，形成了振荡。充电、放电时间计算公式分别为：t1=C(R2+R4)ln2;t2=CR2ln2输出波形的频率(f)和占空比(D)的计算公式如下：f=1/T=1/(t1+t2)=1/C(2R2+R4)ln2D=t1/T=t1/(t1+t2)=R2+R4/(2R2+R4)通常取R4<R2,使D50%,输出接近于方波。例如，取入日2=567k,R4=49.9k。湿度传感器只是保证传感探头的精度，在实际使用中，综合精度除了与湿度传感器本身元件有关，还与外围电路的器件选择相关。为了与HS1101温度系数相匹配，R1数值应取为1%精度，且最大温漂不超过100#10-6(表示10-6当温度变化1 ，所对应的电阻相对变化量)。为了保证达到6660Hz/55%，R2与555电路选取参照表2。表2 器件参数选择表555类型R1/kR2/kTLC555(Texas)909576TS555(STM)100nFcapacitor5237555(Harris)1732549LM555(National)1238562当RH=55%、TA=+25时，典型输出方波频率与相对湿度的数据对照见表3。RH0102030405060708090100RH010203040506070809010073517224710069766853672866006468633061866033

3.3.4温度湿度调节电路TC4469的两个伺服机都在一个简单的振荡器配置。当温度低于低温设定点是，驱动器的输出为OFF当温度超过低温设定点，TC4469盖茨的驱动程序输出的振荡信号。该方波信号调制剩余的输出，并驱动电机在低速。如果这样的速度无法跟上低于高的温度设定点的温度，那么驱动程序将不断增加风扇转速高。TC620将监视温度，并只允许风扇的运作，需要时所需的速度，以保持理想的温度。加入一个电阻器和一个功率MOSFET的选项，可以设计更高的功率。1TC4469旭_2_313'■\21TC4469旭_2_313'■\2gSU10_6-79习1kHighTemp.WarningLowTemp,WarningHeating<Cooling

Equipment图3.3.4温湿度调节电路3.4A/D转换模数转换器(ADC)，简称AD，是实现模拟量向数字量的转变的设备。3.4.1模数转换器的确定A/D转换器位数的确定和系统所需测量控制的范围、精度有关。其一：实际选取的位数与其它环节所能获得的精度相适应，只要不低于它们就可以，不必太高。其二：如果微处理机是51系列单片机，采用8位以下的A/D转换器时，接口电路最简单。其三：由于温室大棚湿度变化相对于控制运行的速度来说是缓慢的，因此，在A/D转换的时候，也不要求有很快的转换速率。ADC0809是采样分辨率为8位的、以逐次逼近原理进行模一数转换的器件。其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。主要特性1） 8路输入通道，8位A/D转换器，即分辨率为8位；2） 具有转换起停控制端；3） 转换时间为100〃s；4） 单个+5V电源供电；5） 模拟输入电压范围0〜+5V，不需零点和满刻度校准；6） 工作温度范围为-40〜+85摄氏度；7） 低功耗，约15mW。内部结构ADC0809是CMOS单片型逐次逼近式A/D转换器，它由8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型D/A转换器、逐次逼近。外部特性（引脚功能）ADC0809芯片有28条引脚，采用双列直插式封装：IN0〜IN7：8路模拟量输入端；2-1〜2-8：8位数字量输出端；ADDA、ADDB、ADDC：3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路；ALE:地址锁存允许信号，输入高电平有效；START：A/D转换启动脉冲输入端，输入一个正脉冲（至少100ns宽）使其启动（脉冲上升沿使0809复位，下降沿启动A/D转换）；EOC：A/D转换结束信号，输出，当A/D转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）；

OE：数据输出允许信号，输入高电平有效。当A/D转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量；CLK:时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于640KHZ；REF（+）、REF（-）:基准电压；Vcc:电源，单一+5V；GND:地。首先输入3位地址，并使ALE=1，将地址存入地址锁存器中。此地址经译码选通8路模拟输入之一到比较器。START上升沿将逐次逼近寄存器复位。下降沿启动A/D转换，之后EOC输出信号变低，指示转换正在进行。直到A/D转换完成，EOC变为高电平，指示A/D转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可用作中断申请。当。£输入高电平时，输出三态门打开，转换结果的数字量输出到数据总线上。3.4.2ADC0809与8051的连接单片机控制ADC可采用查询法和中断控制法。本系统采用中断方式，中断控制是指启动信号送到ADC后，单片机执行别的程序。当ADC转换完成时向单片机发出中断请求信号，单片机响应中断请求，读出转换数据，然后返回源程序。ADC0809与单片机的接口如图所示。AT89C51DkQALEP0.7P0.0A2A1A0WRP2.0RDINT1CLKAT89C51DkQALEP0.7P0.0A2A1A0WRP2.0RDINT1CLKIN0IN1IN2C IN3B IN4A IN5IN6D7 IN7D0STARTALEOEEOCADC0809图3.4.2ADC0809与单片机的接口将A/D0809作为一的外扩展的并行I/O口，直接由单片机的P2.0和W脉冲进行启动。模拟量输入通道选择端A、B、C分与单片机的P0.0、P0.1、P0.2直接相连，数据由A/D0809转换器的2-1~2-8输出。为了提高系统的效率,A/D转换器D采用中断的方法，将ADC0809的转换信号EOC经反相器连接到单片机的INT1。当A/D转换结束，向单片机申请中断，单片机响应后，即可读出A/D转换的结果数据。ADC0809的时钟信号由单片机的ALE提供（为1MHZ），转换器的启动信号START和8位模拟量输入地址锁存允许信号ALE由单片机的WR和P2.0口来控制。转换的输出允许信号OE由单片机的RD和P2.0口控制。3.5键盘与显示3.5.1键盘部分根据该系统的实际情况，我选用了独立式键盘。独立式键盘是个按键相互独立地连通一条输入数据线如图3-8所示。这种键盘结构的优点是电路简单，缺点是当键的数量较多时占用的I/O线的数量较多。P1.1&AT89C51P1.0P1.1&AT89C51P1.0 1.2INTO-图3.5.1键盘连接利用P1口实现，当开关全部打开时，均为高电平，经过与门仍为高电平，因此不会产生中断。当其中一键被按下时，INTO端变为低点平，向CPU申请中断，CPU响应后，用查询方法找到申请中断的功能键，并按程序设定执行相应的功能。3.5.2显示部分本系统的显示部分我选用了带有高速串行接口的8位LED控制驱动器MAX7219芯片，本设计采用1片MAX7219，在每轮温湿度检测完成以后，显示新值°MAX7219是MAXIM公司生产的一种串行接口方式7段共阴极LED显示驱动器，其片内包含有一个BCD码到B码的译码器、多路复用扫描电路、字段和字位驱动器以及存储每个数字的8X8RAM，每位数字都可以被寻址和更新，允许对每一位数字选择B码译码或不译码。采用三线串行方式与单片机接口，电路十分简单，只需要一个10k左右的外接电阻来设置所有LED的段电流MAX7219为24引脚芯片，引脚排列如3.5.2.1图所示，各引脚功能如下：DIN:串行数据输入端；DIG0~DIG7：LED位线；LOAD:数据转载信号输入端；SEGA~SEGG，SEGDp：段码输出端；

ISET：硬件亮度调节端;DOUT：串行数据输出端;CLK：移位脉冲输入端；V+：正电源；GND:地。图3.5.2.1MAX7219引脚图8位eD显示器P1.0P1.1P1.2AT89C518位eD显示器P1.0P1.1P1.2AT89C51KISETDIG0~DIG7DINLOADSEGA~GSEGDpCLKGND12138位8段图3・5・2・2显示连接图MAX7219采用串行数据传输方式，由16位数据包发送到DIN引脚的串行数据在每个CLK的上升沿被移入到内部16位移位寄存器中，然后在LOAD的上升沿将数据锁存到数字或控制寄存器中。LOAD信号必须在第16个时钟上升沿同时或之后，但在下一个时钟上升沿之前变高，否则将会丢失数据°DIN端的数据通过移位寄存器传送，并在16.5个时钟周期后出现在DOUT端。DOUT端的数据在CLK的下降沿输出。串行数据以16位为一帧，其中D15〜D12可以任意，D11〜D8为内部寄存器地址，D7〜D0为寄存器数据，工作时序如下：

图3.5.2.3工作时序图3.6报警电路设计在微型计算机控制系统中，为了安全生产，对于一些重要的参数或系统部位，都设有紧急状态报警系统，以便提醒操作人员注意，或采取紧急措施。其方法就是把计算机采集的数据或记过计算机进行数据处理、数字滤波，标度变换之后，与该参数上下限给定值进行比较，如果高于上限值（或低于下限值）则进行报警，否则就作为采样的正常值，进行显示和控制。本设计采用峰鸣音报警电路。峰鸣音报警接口电路的设计只需购买市售的压电式蜂鸣器，然后通过C8051F020的1根口线经驱动器驱动蜂鸣音发声。压电式蜂鸣器约需10mA的驱动电流，可以使用TTL系列集成电路7406或7407低电平驱动，也可以用一个晶体三极管驱动。在图中，当输出高电平“1”时，品体管导通，压电蜂鸣器两端获得约+5V电压而鸣叫；当输出低电平“0”时，三极管截止，蜂鸣器停止发声。图3.6是一个简单的使用三极管驱动的峰鸣音报警电路3.3K图3.3K图3.6三极管驱动的峰鸣音报警电路3.7单片机与PC机的通信接口利用c8051单片机的标准串行接口，通过简单的外围接口电路，可以方便地实现单片机与PC机之间的数据通讯。本文对数据通讯无特殊要求，因此选择RS-232串行通讯。在接口电路和计算机接口芯片中大都为TTL或CMOS电平，所以在通信时,必须进行电平转换，以便与RS-232C标准的电平匹配MAX232芯片可以完成电平转换这一工作。

MAX232芯片是MAXIN公司生产的低功耗、单电源双RS232发送/接收器适用于各种EIA-232E和V.28/V.24的通信接口MAX232芯片内部有一个电源电压变换器，可以把输入的+5V电源变换成RS-232C输出电平所需±10V电压，所以采用此芯片接口的串行通信系统只要单一的+5V电源就可以。MAX232的管脚说明：C1+，C1-，C2+，C2-：外接电容端；R1IN，R2IN：2路RS-232电平信号接收输入端；R1OUT，R2OUT：2路转换后的TTL电平接收信号输出端，送单片机的RXD接收端；T1IN，T2IN:2路TTL电平发送输入端，接单片机的TXD发送端；T1OUT，T2OUT：2路转换后的发送RS-232电平信号输出端，接传输线；V+：经电容接+5V电源；V-：经电容接地。 CMAX232的芯片引脚如3.7.1图所示。接线图如3.7.2所示图3.7.1MAX232引脚图C1Fl ~] 11-4-■J C1Fl ~] 11-4-■J 3C24-——5—111012VccC1+ V-C1-___V+MAX232C2+T2OUTC2-T1OUTT1INT2INR1OUTR1INR2OUT-22IN6VccC31443■2—图3.7.2接线图TitleSizeNumberRevisionBDate:3-Jun-2010SheetofFile:D:\MyDocuments\lang.ddbDrawnBy:4软件设计4.1设计思想根据实际需要，单片机软件主程序由若干模块组成:初始化模块、LED显示模块、数据发送/接受中断服务程序模块、数据采集模块、数据处理模块。其中有些模块还包含有子模块，使用时下一级模块被高一级模块调用，各部分既相互独立又相互联系。中断允许寄存器IE中的ES位置1，采用串口中断来进行中断请求，然后通过对串行口控制寄存器SCON的设置来确定串行口的接收方式，确定中断服务程序入口地址，最后用EA命令开放中断系统，等待串口中断的到来。当中断到来之后，即进入下面的接收中断服务程序模块。本系统的程序按其功能可以分为三部分：主程序MIAN程序，INT1中断程序（采集程序），INT0中断（输入键值）程序3部分组成。MIAN程序进行必须的初始化操作；INT1响应中断后，会进行模拟量的采集，并进行一系列的处理操作，包括：采集，转换，执行相应的操作等；INT0中断为按键程序，以中断的方式对按键做出反映。C8051F020片内RAM资源地址分配：00H〜07H:主程序中工作寄存器R0〜R7；08H〜0FH:外部中断0服务程序中工作寄存器R0〜R7；10H〜1FH:定时中断T0服务程序中工作寄存器R0〜R7；20H〜2FH:位寻址区；30H：存放设定温度值；31H:存放设定湿值；32H：存放温度允许偏差；33H：存放湿度允许偏差；34H:存放温度A/D转换结果；35H：存放湿度A/D转换结果；36H〜43H：存放计算比较数据区；46H〜4FH:显示缓冲区。4.2初始化程序及主程序框图(1)初始化程序：ORG0100HMOVTMOD,#20H；T1位方式2MOVTH1,#0FAH;波特率为4800MOVTL1,#0FAHMOVPCON,#80HMOVSCON,#0F0H；串口方式为3SETBTR1;启动T1SETBPS；串口中断优先级位高级SETBEA;开所有中断SETBES;开串口中断SETBIT0;INT0为边沿触发SETBEXO；开INT0(2)主程序框图(图4-1)开始T1为方式2，波特率4800b/s设串口中断为高级，串口方式为 3，SM2-1 INT0设为边沿触发开T1中断，串口中断，INT0中 断 设置数据区地址指针数据采集，处理显示调用报警程序图4-1主程序框图

4.3子程序框图(2)数据采集串口中断(2)数据采集图4-2串口中断图4-2串口中断图4-3数据采集元器件清单名称型号数量单片机C8051F0201电容CAP15驱动芯片TC44691电阻RES215驱动芯片MAX72191LED显示器74LS2441与门1模数转换器ADC08091温度传感器DS18B201发光二极管2开关变压器1稳压器1定时器TLC5551整流电桥1喇叭1三极管1发光二级管2湿度传感器HS11011元件介绍RS-232-CRS-232-C是美国电子工业协会EIA（ElectronicIndustryAssociation）制定的一种串行物理接口标准。RS是英文“推荐标准”的缩写，232为标识号，C表示修改次数。RS-232-C总线标准设有25条信号线，包括一个主通道和一个辅助通道。在多数情况下主要使用主通道，对于一般双工通信，仅需几条信号线就可实现，如一条发送线、一条接收线及一条地线。RS-232-C标准规定的数据传输速率为50、75、100、150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200波特。RS-232-C标准规定，驱动器允许有2500pF的电容负载，通信距离将受此电容限制，例如，采用150pF/m的通信电缆时，最大通信距离为15m；若每米电缆的电容量减小，通信距离可以增加。传输距离短的另一原因是RS-232属单端信号传送，存在共地噪声和不能抑制共模干扰等问题，因此一般用于20m以内的电气特性EIA-RS-232C对电器特性、逻辑电平和各种信号线功能都作了规定。在TxD和RxD上：逻辑1（MARK）=-3V〜-15V逻辑0（SPACE）=+3〜+15V在RTS、CTS、DSR、DTR和DCD等控制线上：信号有效（接通，ON状态，正电压）=+3V〜+15V信号无效（断开，OFF状态，负电压）=-3V〜-15V以上规定说明了RS-232C标准对逻辑电平的定义。对于数据（信息码）：逻辑“1”（传号）的电平低于-3V，逻辑“0”（空号）的电平高于+3V；对于控制信号；接通状态（ON）即信号有效的电平高于+3V，断开状态（OFF）即信号无效的电平低于-3V，也就是当传输电平的绝对值大于3V时，电路可以有效地检查出来，介于-3〜+3V之间的电压无意义，低于-15V或高于+15V的电压也认为无意义，因此，实际工作时，应保证电平在±（3〜15）V之间。EIARS-232C与TTL转换：EIARS-232C是用正负电压来表示逻辑状态，与TTL以高低电平表示逻辑状态的规定不同。因此，为了能够同计算机接口或终端的TTL器件连接，必须在EIARS-232C与TTL电路之间进行电平和逻辑关系的变换。实现这种变换的方法可用分立元件，也可用集成电路芯片。目前较为广泛地使用集成电路转换器件，如MC1488、SN75150芯片可完成TTL电平到EIA电平的转换，而MC1489、SN75154可实现EIA电平到TTL电平的转换。MAX232芯片可完成TTL--EIA双向电平转换。2、连接器的机械特性连接器：由于RS-232C并未定义连接器的物理特性，因此，出现了DB-25、DB-15和DB-9各种类型的连接器，其引脚的定义也各不相同。下面分别介绍两种连接器。（1） DB-25：PC和XT机采用DB-25型连接器。DB-25连接器定义了25根信号线，分为4组：异步通信的9个电压信号（含信号地SG）2，3，4，5，6，7，8，20，2220mA电流环信号9个（12，13，14，15，16，17，19,23，24）空6个（9，10，11，18，21，25）保护地（PE）1个，作为设备接地端（1脚）注意，20mA电流环信号仅IBMPC和IBMPC/XT机提供，至AT机及以后，已不支持。（2） DB-9：在AT机及以后，不支持20mA电流环接口，使用DB-9连接器，作为提供多功能I/O卡或主板上COM1和COM2两个串行接口的连接器。它只提供异步通信的9个信号。DB-9型连接器的引脚分配与DB-25型引脚信号完全不同。因此，若与配接DB-25型连接器的DCE设备连接，必须使用专门的电缆线。电缆长度：在通信速率低于20kb/s时，RS-232C所直接连接的最大物理距离为15m（50英尺）。最大直接传输距离说明：RS-232C标准规定，若不使用MODEM，在码元畸变小于4%的情况下，DTE和DCE之间最大传输距离为15m（50英尺）。可见这个最大的距离是在码元畸变小于4%的前提下给出的。为了保证码元畸变小于4%的要求，接口标准在电气特性中规定，驱动器的负载电容应小于2500pF。ADC0809ADC0809是带有8位A/D转换器、8路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的CMOS组件。它是逐次逼近式A/D转换器，可以和单片机直接接口。ADC0809的内部逻辑结构ADC0809由一个8路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个A/D转换器和一个三态输出锁存器组成。多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用A/D转换器进行转换。三态输出锁器用于锁存A/D转换完的数字量，当OE端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。.引脚结构IN0-IN7：8条模拟量输入通道ADC0809对输入模拟量要求：信号单极性，电压范围是0-5V，若信号太小，必须进行放大；输入的模拟量在转换过程中应该保持不变，如若模拟量变化太快，则需在输入前增加采样保持电路。地址输入和控制线：4条ALE为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三条地址线的地址信号进行锁存，经译码后被选中的通道的模拟量进转换器进行转换。A，B和C为地址输入线，用于选通IN0-IN7上的一路模拟量输入。通道选择表如下表所示。CBA选择的通道TOC\o"1-5"\h\z00 0 IN0 0 0 1 IN101 0 IN2 0 1 1 IN310 0 IN4 1 0 1 IN511 0 IN6 1 1 1 IN7数字量输出及控制线：11条ST为转换启动信号。当ST上跳沿时，所有内部寄存器清零；下跳沿时，开始进行A/D转换；在转换期间，ST应保持低电平。EOC为转换结束信号。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。OE为输出允许信号，用于控制三条输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。OE=1，输出转换得到的数据；OE=0，输出数据线呈高阻状态。D7-D0为数字量输出线。CLK为时钟输入信号线。因ADC0809的内部没有时钟电路，所需时