基于51单片机的温湿度检测系统

绪论1.1研究背景及意义我国当前的农业正处在由传统农业向以优质、高产、高效益为目标的现代农业发展的最新阶段。作为农业生物速生、优质、高产的手段，环境控制工程是非常重要的，它也可以说是农业现代化的重要标志。许多个因子组成了温室大棚中的环境，包括温度、光照、湿度及二氧化碳浓度等。目前的条件下，我国温室环境控制仍然以人工经验为主来进行管理，这对农业生产的效益有一定的影响，使农业生产无法得到较好较快的发展，所以说利用先进的人工智能技术，科学的通过计算机控制设备来进行环境的控制，同时合理地控制那些影响作物的环境因素从而为作物生长创造一个最优秀的环境条件，力求做到在提高产品的质量、产量、经济价值和社会效益的同时也尽可能的降低生产成本，对温室环境施行自动检测和控制而言，这是是非常有必要的。温室设施最关键的就是环境控制，主要是为了提高控制及作业的精确度。温室环境控制技术是因为自动化检测技术、过程控制技术、通讯技术、计算机技术等的发展而顺应发展产生的。随着社会经济的发展，温湿度监测系统己广泛应用于人们的日常生活中。农业生产，粮食存储管理，食品储运，高科技研发实验室，博物馆文物，档案管理，建材实验，重要的医疗场所，各企业库房等场合几乎都需要监测空气的温度和湿度。目前我国大多数的温湿度监测系统仍然采用有线传输的方法，而有线传输设备，不仅会因为大量铺设的光纤或者电缆降低了系统的灵活性、可维护性与可扩展性，而且当电源线、控制线和信号线混在一起时，还可能会出现相互之间干扰的现象，尤其是当监测点过多时，不仅成本更高，而且布线会更复杂，有线传输的问题也会随之更严重。因此，建立一个高效的、性价比更高的温湿度监测系统具有重要的意义。1.2研究综述世界上其他国家较早的就对温室环境控制技术有了研究，最早是从20世纪70年代开始的。最开始是采用模拟式的组合仪表，收集现场信息并加以指示、记录和控制。近90年代初期，分布式控制系统出现。当下计算机数据采集控制系统的多因子综合控制系统正在被开发和研究。如今世界各国的温室控制技术快速发展，一些国家已经在实现自动化的基础上逐步向完全自动化、无人化发展。比如园艺强国——荷兰，它一直以先进的鲜花生产技术著称，它的玻璃温室完全由计算机操作。由英国伦敦大学农学院研制出的温室计算机遥控技术，能够观测50km以外的环境状况如温室内的光、温、湿、气和水等等，同时进行遥控。我国研究温室控制技术的时间相对较晚，是上世纪80年代才开始的。我国的工程技术人员以发达国家温室控制技术为基础，才逐步了解和掌握了人工气候室内微机控制技术，这项技术只是限于温度、湿度和二氧化碳浓度等单项环境因子的控制。对于我国的温室设施计算机应用，总整体上看，正在由消化吸收、简单应用阶段逐步过渡发展至实用化、综合性应用阶段。对技术而言，用单片机控制的单参数单回路系统占了大多数，暂时还没有真正意义上的多参数综合控制系统，相比发达国家来说，存在的差距还比较大。我国温室现状离达到工厂化农业的境地还有很远一段距离，依然有许多问题困扰着我们的实际生产，这些问题主要包括温室装备配套能力不强，产业化程度不够，环境控制水平不发达，软硬件资源无法共享以及缺乏可靠性等等。就目前国内外温室控制技术的发展状态而言，可以将温室环境控制技术经历的发展阶段进行如下划分:（1）手动控制。温室技术发展的初级阶段所采取的控制手段就是手动控制，那个时候真正意义上的控制系统及执行机构还没有产生。处在生产一线的种植者就被当做是温室环境的传感器，同时也是对温室作物进行管理的执行者，这些人就是温室环境控制的中心。根据对温室内外的气候状况以及对作物生长状况的观察，用长期积累的实际经验以及自己的直觉来推测和判断，对温室内环境进行手动调节。但这种控制方式的劳动生产率较低，不适合工厂化农业生产的需要。（2）计算机自动控制。依靠计算机技术和现代控制理论对于温室内的各种环境因子例如温度、光照、湿度、C02浓度和施肥等，自动控制和调节温室的情况，这也是温室控制的最重要的方式。人为创造适宜作物生长的最优环境，这种自动控制技术手段已经是温室控制发展的主要方向。现在的温室有相对较为完整的控制系统，也有利用各种传感器所采集的温室环境的详细数据，监控系统对环境变化进行实时监测，还有控制执行机构的行为，完美的人机界面让种植者的操作过程形象具体并且简单方便。利用计算机自动控制的温室控制技术让生产自动化得以实现，与规模化生产相匹配，劳动生产率有所提高。当前我国绝大多数自主开发的大型现代化温室都属于这种控制方式包括引进的国外设备。（3）计算机智能化控制。控制技术智能化使农业专家系统与温室自动控制技术得到有机的结合，把温室综合环境因子作为采集与分析的主要对象，由专家进行系统的咨询和决策，总结出不同时期作物生长所需要的不同的最佳环境参数，并且以此最佳参数为依据来将实时测得的数据进行模糊处理，计算机自动选择合理、优化的调整方案，无需人来选择，控制执行机构的实际动作，让温室的智能化管理与生产得以实现。这样一来，人们就可以依据温室环境条件和作物生长状况，适当运用所掌握的知识表达和使其规则化，从而经过推理决定出最适合作物生长的温室环境。此种控制方式变现出作物生长的内在规律，和充分发挥农业专家对于农业生产的指导作用的同时，还可充分发挥计算机技术的优势，让系统的调控更加方便和有效，从而促使温室的完全智能化控制的实现。2系统总体设计2.1系统功能设计系统要完成的设计功能如下:①实现实时采集温室温湿度的参数，对空间多点的温度和湿度进行测量:依据测量空间或设备的实际需求，利用多路温度、湿度传感器对关键温、湿度敏感点来实际测量，依靠单片机循环检测各路数据、进行数据处理、存储，以此实现温湿度的智能、多空间点的测量。②实现超限数据的及时报警。③现场监测设备按照实际需要应该具有高灵敏度、高可靠性、强抗干扰能力同时拥有存储、远程通信功能。④通信系统具有较高的可靠性、较好的实时性和较强的抗干扰能力。与计算机通讯功能，采用RS232串行通讯方式最远传输距离为20米。⑤能够较长时间的测量数据记录功能:能够依据需要来设置数据记录时间的间隔，将数据存入数据存储器。⑥监控计算机软件设计管理软件除了要具备完成数据采集、处理的功能，同时它的软件编程还应该有以下特点：功能强大、界面友好、便于操作和执行速度快等等。（2）要求达到的技术指标:①测温范围:-20℃一100℃；②测温精度:±0.5℃；③测湿范围:0—100%RH；④测湿精度:±2.5%RH。2.2系统设计原则（1）可靠性单片机系统应用的前提就是拥有高可靠性，任意一个系统设计的环节，都应该把可靠性作为第一设计准则。提高系统的可靠性通常从以下几个方面考虑:使用可靠性高的元器件;设计电路板时布线和接地要合理;对供电电源采用抗干扰措施;.输入输出通道抗干扰措施;进行软硬件滤波:系统自诊断功能等。（2）操作维护方便在设计系统的软硬件的时候，要从操作者的角度出发充分考虑操作和维护方便，尽可能的减少对操作人员在专用知识方面的要求，以便于系统的顺利推广。所以在设计的时候，要尽量减少人机交互接口，尽量多采用操作内置或简化的方法。系统还应该同时配备现场故障诊断程序，以保证发生故障时能够效地对故障进行定位，以便对设备进行维修。（3）性价比单片机除体积小、功耗低等特点外，最大的优势在于高性能价格。一个单片机应用系统能否被广泛使用。这就要求在设计的时候，保持高性能外，还要考虑性价比这个可以尽可能降低成本的关键因素，比如说简化外围硬件电路，如果系统性能和速度允许，尽量用软件功能取代硬件功能等。2.3系统工作原理智能温湿度测量系统的构成是以单片机为控制核心，同时采用温湿度测量，通信技术，误差修正等等关键技术，将温湿度传感器作为测量元件而形成的，。本系统可分为温度测量电路，湿度测量电路，A/D转换及滤波电路，数据存储及显示电路，语音报警电路，见图2-1。选用的主要器件有:温度传感器DS1820，湿度传感器HS1101,At89S51,A/D转换器TLC0834，数据存储器AT24C04,MMC存储卡，4数码管显示模块语音报警芯片ISD2560,MAX232，集成定时器555芯片等。图2-1硬件结构图单片机Atme189S51是该系统的核心，单片机紧密关系着数据采集、存储、显示、报警以及上传至计算机进行数据处理。单总线的智能温度传感器DS182。和模拟的湿度传感器HS1101二者共同完成数据采集;当采集数据超出预警值时，有语音报警芯片ISD2560实时报警，然后进行相应处理;数据存储可以在计算机完成，在计算机不工作时还设置了辅助的多媒体卡MMC存储;实时显示接收的数值由数码管实现:数据处理则重点是上位机完成的数据曲线显示、数据存储、数据打印的一系列功能。整个系统采取了多种总线、协议技术，例如智能温度传感器DS1820的单总线技术和存储扩展的IZC总线技术，还有MMC的模拟SPI总线技术以及单片机和计算机连接的RS232协议技术等。为防止模拟传感器数据采集的失真，采用了线形插值算法。在本系统中单片机部分采用语言为汇编和C语言混合编程，计算机部分采用VC++。3系统硬件设计3.1传感器设计在监控系统中需要监测和控制各种各样不同的物理量，这样就需要传感器能够感受被测非电量同时将其转换成与被测量存在一定函数关系的电量。传感器所测量的非电量是时刻变化的，传感器是不是能够将这些非电量的变化真实地转换成相应的电量，主要是由传感器的输入—输出特性来决定的。我们可以用静态特性和动态特性来描述传感器这一基本特性。3.1.1传感器简介当被测量处于稳定状态下，传感器的输入与输出值之间的关系就是传感器的静态特性。传感器静态特性主要有:线性度、灵敏度、迟滞和重复性等指标。1、传感器的静态特性（1）线性度传感器的线性度就是传感器实际输出一输入特性曲线与理论直线之间的最大偏差与输出满度值之间形成的比例关系，就是：。其中，为线性度；为最大非线性绝对误差；为输出满度值。灵敏度传感器的灵敏度就是传感器在稳定标准条件下，输出量的变化量占输入量的变化量的比例，就是。其中，为灵敏度；为输出量的变化量；为输入量的变化量。对于线性传感器来说，其灵敏度是个常数。（3）迟滞传感器在输入量增大和输入量减小的正反行程之中，输出一一输入特性曲线不重合的程度我们称之为迟滞，迟滞误差通常是用满量程输出的百分比表示：。其中，为输出值在正、反行程间的最大差值，迟滞特性一般由实验方法确定。（4）重复性传感器在相同的条件下，被测输入量按同一方向进行全量程连续且多次重复测量的时候，所得的输出一一输入曲线的不一致的程度，我们称之为重复性。重复性误差用满量程输出的百分数表示，即近似计算：。精确计算：。式中，为输出最大重复性误差；为第i次测量值；为测量值的算术平均值；n测量次数。也可以用实验方法确定重复性特性，通常是用绝对误差表示。（5）分辨力分辨力就是传感器能检测到的最小输入增量，在输入零点附近的分辨力则被称为阈值。（6）零漂传感器在零输入状态下，输出值的变化称为零漂，零漂可用相对误差表示，也可用绝对误差表示。2、传感器的动态特性传感器测量静态信号时，由于被测量不随时间变化，测量和记录过程不受时间限制。然而在现实中大量的被测量是随时间变化的动态信号，这使传感器的输出既需要精确地显示被测量的大小，同时还要显示被测量随时间变化的规律，也就是被测量的波形。传感器能测量动态信号的能力用动态特性表示。动态特性是指传感器测量动态信号时，输出对输入的响应特性。通过时域、频域以及试验分析的方法可以确定传感器动态特性的性能指标，最大超调量、上升时间、调整时间、频率响应范围、临界频率等都是其动态特性参数。传感器的动态特性好，它输出量随时间的变化规律就会再现输入量随时间的变化规律，也就是说它们拥有同一时间函数。然而，摒除理想情况，实际传感器的输出信号与输入信号一般是没有相同的时间函数的，由此会造成动态误差。3.1.2DS1820温度传感器美国DALLAS公司生产的DS1820数字温度传感器，可以直接将被测温度转化为串行数字信号供微机处理，通过简单的编程实现9位的温度读数。而且数个DS1820能够并列连接到多个地址线上同时与单片机实现通信。因为每一个DS1820出厂时都被刻上了唯一的一个序列号并且存入其ROM中，所以CPU能够通过简单的通信协议就可以识别，这也就节省了大量的引线和逻辑电路。与其它温度传感器相比，DS1820具有以下特性:①特定的单线接口方式，DS1820仅需要一条口线在与微处理器连接时就能够实现微处理器与DS1820的双向通讯。②DS1820具有支持多点组网的功能，多个DS1820能够并联在唯一的三线上，可以进行多点测温。③DS1820在使用中不需要任何外围元件。④温范围是﹣55℃—+125℃，固有测温分辨率为0.5℃。⑤测量结果以9位数字量方式串行传送。DS1820采用3脚TO-92封装或8脚SO封装，管脚排列如图3-1所示:图3-1DS1820的封装和引脚对图3-1中DS1820的引脚功能说明如下:NC:空引脚，不连接外部信号。VDD:接电源引脚，电源供电3.0-5.5V。GND:接地。DQ:数据的输入和输出引脚。DQ引脚的I/O为数据输入/输出端(即单线总线)，此引脚是漏极开路输出，正常状态下呈高电平。图3-2内部等效电路单总线就是只有一根数据线，这根线完成了系统中的数据交换、控制。主机或者从机通过一个漏极开路或三态端口与该数据线相连接，使设备实现在不发送数据时能够释放总线，而让其他设备可以使用总线，它的内部等效电路如图3-2所示。单总线一般情况下要求外接一个大约为4.7kΩ的上拉电阻，由此，当总线出于闲置状态是，其状态为高电平。DS1820要求严格的协定来保证数据整体的完整性。几种单线上信号类别型组成了协议:复位脉冲，存在脉冲，写0，写1，读0，和读所有这些信号除了存在脉冲之外其他都由总线主机产生。进行与DS1820的任何通信所需的初始化序列如图3-4所示，后继以存在脉冲的复位脉冲表示DS1820已经做好发送或接收给出正确的ROM命令和存贮器操作命令的数据的准备。总线主机发送TX—复位脉冲(最短为480}s的低电平信号)。接着总线主机便释放此线并进入接收方式(Rx)。单线总线经过5k的上拉电阻被拉至高电平状态。继检测到I/0引脚上的上升沿之后，DS1820等待15-60us并且继续发送存在脉冲(60-240us的低电平信号)。图3-3读写时序图图3-4初始化时序如图3-5所示就是DS1820的内部框图，它主要包括7部分。寄生电源、温度传感器、64位激光ROM单线接口、存放中间数据的高速暂存器、用于存储用户设定的温度上下限值、触发器存储与控制逻辑、8位循环冗余校验码发生器等图3-5DS1820的内部框图图3-6就是测温原理。低温度系数振荡器的振荡频率随温度变化非常小，给计数器1提供了一个频率稳定的计数脉冲。高温度系数振荡器的振荡频率对温度非常敏感，给计数器2提供了一个频率随温度变化的计数脉冲。温度检测系统原理图如图3-7所示，采用寄生电源供电方式。为保证在有效的DS1820时钟周期内，提供足够的电流，用一个MOSFET管和单片机的一个I/0口(P1.0)来完成对DS1820总线的上拉。如果DS1820处在写存储器操作和温度A/D变换操作之间，总线上一定要有强的上拉，上拉开启时间的上限为10us。采用寄生电源供电方式时VDD必须接地。因为单线制只有一根线，所以发送接收口必须是三态的，为了实际操作方便就用单片机的P1.1口作发送口Tx,而P1.2口作接收口Rx。通过试验发现此种方法可挂接DS1820数十片，距离可达到50米，而用一个口时仅能挂接10片DS1820，距离仅为20米。同时由于读写在操作上是分开的，所以信号竞争问题是不存在的。图3-6DS1820的测温原理图图3-7采用寄生电源供电的DS1820温度检测系统图3-8是采用寄生电源供电方式的DS1820与单片机的实际系统电路连接图。图3-8采用寄生电源供电的DS1820与单片机的连接图3.1.3HS1101湿度传感器HS1101电容传感器在电路构成中与一个电容器件是具有等同效率的，它的电容量是随着所测空气湿度的不断增大而增大的。准确的将电容的变化量转变为计算机易于接受的信号，通常有两种方法:一种是把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直流扩大、然后A/D转换成数字信号;另一种方法则是把该湿敏电容置555振荡电路中使电容值的变化转化成与之呈反比的电压频率信流于号，这样可以计算机可以直接进行采集。频率输出的555测量振荡电路如图3-9所示。集成定时器555芯片外接电阻R4,R2与湿敏电容C，形成了对C的充电回路。7端通过芯片内部的晶体管对地短路又形成了对C的放电回路，同时将引脚2,6端相连引入到片内比较器，这样就形成了一个典型的多谐振荡器也就是方波发生器。另外，R3是防止输出短路的保护电阻，Rl用于平衡温度系数。湿度测量电路和单片机相连见图3-10。图3-9频率输出的555振荡电路图3-10湿度测量电路3.2单片机设计3.2.1AT89S51单片机本系统采用的AT89S51属于一个低功耗，高性能CMOS8位单片机片内含4kBytesISP的可以反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采取ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统以及80C51引脚结构，芯片内综合集成了通用8位中央处理器和ISPFlash存储单元。AT89S51具有以下特点:40个引脚4kBytesFlash片内程序存储器，128bytes的随机存取数据存储器(RAM),32个外部双向输入/输出(I/O)口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器，2个全双工串行通信口，看门狗(WDT)电路，片内时钟振荡器。单片机有4个I/0端口，每个端口都是8位双向口，共占32根引脚。每个端口都包括一个锁存器(即专用寄存器PO—P3)、一个输入驱动器和输入缓冲器。通常把4个端口称为PO—P3。见图4.1。在无片外扩展的存储器的系统中，这4个端口的每一位都可以作为双向通用I/O端口使用。在具有片外扩展存储器的系统中，P2口作为高8位地址线，PO口分时作为低8位地址线和双向数据总线。在作为一般的通用I/0输入时，都必须先向锁存器写入“1"，使输出驱动场效应管FET截止，以免误读数据。各自特点如下:（1）PO口为双向8位三态I/0口它可作为通用I/O口的同时，还可以作为外部扩展时的数据总线及低8位地址总线的分时复用口。当作为通用I/O口时，输出数据能够得到锁存，不需要外接专用锁存器;输入数据可以得到缓冲，增加了数据输入的可靠性。每个引脚可驱动8个TTL负载。（2）Pl口是8位准双向I/O口，内部拥有上拉电阻，通常被作通用I/0口使用，它的每一位都能够分别定义为输入线或输出线，在作为输入的时候，锁存器一定要置1。每一个引脚可驱动4个TTL负载。（3）P2口为8位准双向I/0口，内部具有上拉电阻，可直接连接外部I/O设备。它与地址总线高8位复用，也可驱动4个TTL负载。一般作为外部扩展时的高8位地址总线使用。（4）P3口为8位准双向I/0口，同样的内部也拥有上拉电阻，不同的是，它是双功能复用口，每一个引脚也可驱动4个TTL负载。作为通用I/0口时，功能与P1口相同，常用第二功能。图3-11单片机AT89S51引脚及连接晶振电路和复位电路时钟电路主要用于产生时钟信号，时钟信号主要是指单片机内部各种微操作的时间基准，以此为作为基础，制器按照指令的功能相应的产生一系列在时间上拥有一定次序的信号，控制相关的逻辑电路工作，进而实现指令的功能。复位对单片机来说，是程序还没有开始执行，是在做准备工作。时钟晶振电路和复位电路见图3-11。在死机或者“程序走飞”的时候，看门狗复位电路监控程序的运行状态，能够使系统自动恢复到正常的工作状态。看门狗具体使用方法如下:在程序初始化中向看门狗寄存器(WDTRST地址是OA6H)中先写入0lEH,再写入OE1H。即可激活看门狗。89551的看门狗必须由程序激活后才开始工作。所以必须保证CPU有可靠的上电复位。否则看门狗也无法工作。看门狗使用的是CPU的晶振。在晶振停振的时候看门狗也无效。89551只有14位计数器。喂狗在16383个机器周期内必须至少进行一次。而且这个时间是固定的，无法更改。当晶振为12M时每16个毫秒需喂狗一次。3.2.2存储扩展总线系统结构应用系统的组成结构如图3-12所示。假设系统中器件均具有总线接口，通过两根线SDA(串行数据线)和SCL(串行时钟线)连接到总线，并通过总线行识别，即器件寻址。图3-12典型的总线系统结构总线数据传送采用时钟脉冲逐位串行传送方式，在SCL的低电平这段期间内，SDA线上高、低电平能变化;在高电平期间，SDA上数据必须保持稳定，以便接收器件采样接收，时序图如图3-13所示。图3-13数据的传送时序图AT24C04由4096位串行的电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)构成。它们组成512个字节，每个字节8位。在许多需要低功耗、低电压的工业和商业应用中，它是最优的选择。AT24C04提供两个电压版本:1.8V(1.8-5.5V),2.7V(2.7-5.5V)。当WP引脚连接到VCC时，AT24C04支持全部写保护。单片机和AT24C04连接如图3-14所示。下图中AT24C04的1,2,3脚分别为三条地址线，主要用于确定芯片的硬件地址。对于AT89S51，它们都接地，第8脚为正电源，第4脚为负电源。第5脚SDA是串行数据输入/输出，数据通过这条双向总线进行串行传送，与单片机的P1.6相连接。第6脚SCL为串行时钟输入线，和单片机的P1.7连接。SDA和SCL二者都需要与正电源之间分别接一个5.1K的电阻上拉。第7脚需要接地。图3-14单片机和AT24C04连接图3.2.3数码管输出8段数码管属于LED发光器件的一种。LED发光器件常用的通常有两类:数码管和点阵。8段数码管同时也被称为8字型数码管，分为8段即:A、B、C、D、E、F、G、P。10根管脚，每一段有一根管脚，其中P为小数点。下图3-15所示:数码管常用的有另外两根管脚为一个数码管的公共端，两根之间相互连通，图3-15LED的管脚和电路原理用单片机驱动LED数码管有很多方法，按显示方式分，有静态显示和动态显示。静态显示数据显示虽然稳定，占用CPU时间比较少，但是每一个显示单元都必须单独的显示驱动电路，所使用的电路硬件太多;动态显示则需要CPU不断的刷新显示器的相关数据，显示数据有一定的闪烁感，占较多的占用CPU的时间，不过它所使用的硬件数量少，能够有效节省线路板空间。本显示系统采用共阳极静态扫描显示输出。图3-16单片机与数码管连接图图3-17单个数码管连接图图3-16中的A,B,C,D,E,F,G,DP分别与单片机的P0.0--0.7口相连用来控制显示数字的形状。图3-17中Q81即为4个控制数码管的三极管中的一个，其余Q82,Q83,Q84，与Q81连接相同，S1,S2S3,S4分别接在单片机的0,P2.1,P2.2,P2.3口上。通过控制，通过控制这些三极管的S1、S2、S3端的电平来打开或关闭数码管的显示即起到“使能”作用。如S1端为低电平，则允许相应的数码管显示显示的字形则由P0.0--0.7口所决定。3.2.4语音报警电路语音报警电路的核心是美国ISD公司生产的语音合成芯片——ISD2560，此芯片采用EEPROM把模拟语音信号直接写入半导体存储单元中，不用另外添加A/D或D/A变换来存放或者重放。此器件具有音质自然、使用方便、单片存放、反复录音、低功耗等诸多特点。ISD2560具有抗断电、音质好，使用方便，无须专用的开发系统等优点。录音时间为60s，能重复录放达10万次。单个采样值直接就存储在片内单个EEPROM单元中，这样就可以非常真实、自然地再现语音、音乐、音调和效果声，有效避免了一般固体录音电路因量化和压缩而造成的量化噪声以及“金属声”。ISD2560引脚见图3-18，功能描述见表3-1。图3-18ISD2560引脚图表3-1ISD2560引脚功能描述把单片机AT89S51的Pl口、P3.4和P3.5与ISD2560的地址线相互连接，由此来进行语音段的起始地址的设置。P3.0—P3.3用以控制录放音状态。AT89S51与ISD2560的接口电路如图3-19所示。图3-19AT89S51与ISD2560的接口电路图3.2.5辅助存储多媒体卡单凭控制器内部的存储空间根本不能满足系统信息的存储要求，采取连接MMC卡扩展系统存储空间，MMC卡存储空间大，配合SPI串行总线，使MMC卡的读写方便易行，传输数据可靠且速度快。SPI总线系统其实就是一种同步串行外设接口，通过它，MCU与各种外围设备能够用串行方式进行通信从而交换信息。SPI总线系统能够直接接口与各个厂家生产的不同标准的外围器件，此接口通常使用4条线:串行时钟线(SCK),主机输入/从机输出数据线MISO、主机输出/从机输入数据线MOSI以及低电平有效的从机选择线SS。因为SPI系统总线总共就只需3—4位数据线和控制线就能够实现与具有SPI总线接口功能的各种I/O器件进行接口，然而扩展并行总线却需要8根数据线、8—16位地址线、2—3位控制线，所以，选择使用SPI总线接口能够使电路设计得到简化，以此省去很多常规电路中的接口器件与I/O口线，增强设计的可靠程度。对于MCS51系列等不具备SPI接口的单片机构成的智能仪器与工业测控系统来说，如果传输速度要求不是特别高，就可以使用SPI总线来增加应用系统接口器件的种类，使应用系统的性能有所提高。SPI总线接口系统的典型结构如图3-20所示。图3-20SPI总线接口系统的典型结构图MMC，就是多媒体卡，是由美国Sandisc公司和德国Siemens公司于1997年共同开发的一种多功能存储卡。各容量的MMC卡的外型尺寸及引脚排列相同，如图3-21所示。MMC接口为7针，其中三针为电源供应，而数据操作只需3针的串行总线即可。MMC的操作电压为2.7—3.6V，写/读电流只有27mA和23mA，功耗很低。图3-21MMC引脚MMC卡上电后，默认进入MMC模式。如要转入SPI模式工作需进行模式切换。如果想要从SPI模式向MMC模式转入，仅仅只要切断电源，重新通电就可进入默认MMC模式。结合实际应用，SPI模式设计较为简单，操作也更加方便，但是数据传输速率却比不上MMC模式。分析研究SPI模式下MMC卡读写和文件系统，单片机对MMC卡FAT16文件的管理得以实现，这包括文件的创建、读写、删除等多项操作。这种方法给数据采集系统提供了一种合理的并且非易失性存储器的解决方法，收集到的数据会以标准文件的格式直接记录到MMC卡上，同时数据文件能够在Windows下采用读卡器进行读取，既保证了高性价比，同时还方便了进一步的分析、处理数据。图3-22单片机与MMC连接图4系统软件设计4.1RS-232-C接口RS-232-C接口的特点:（1）实际上，接口的信号内容RS-232-C的25条引线当中有很多是几乎不被使用的，在计算机与终端通讯中通常使用的只要3-9条引线。（2）接口的电气特性在RS-232-C中任何一条信号线的电压均为负逻辑关系。（3）接口的物理结构RS-232-C接口连接器使用的插头座一般是型号为DB-25的25芯插头座，通常情况下，插头位于DCE端，插座位于DTE端，.部分设备与PC机连接的RS-232-C接口，由于不使用对方的传送控制信号，往往就只需要三条接口线，就是“发送数据”、“接收数据”和“信号地”。由此，采用DB-9的9芯插头座，具体见图4-1，传输线则多采用屏蔽双绞线。（4）RS-232C标准规定了传输电缆的长度，当码元畸变小于4%的时候，传输电缆长度应该是50英尺。图4-1DB-9连接器4.2单片机和PC通信连接在实际检测系统中，上位机与下位机精密联系，表现为下位机不不断的将处理过的数据传给上位机，与此同时，上位机也需要不断向下位机发送指令，合理控制下位机的工作进度。单片机拥有一个全双工的串行通讯口，因此单片机可以很方便的与计算机之间进行串口通讯。不过进行串行通讯必须具备一定的条件，如果电脑的串口是RS232电平的，但是单片机的串口却是TTL电平的，这时候二者之间就必须有一个电平转换电路存在，这样可以采用专用芯片MAX232加以转换。电路连接具体如图4-2所示。为实现通讯正常，上位机与单片机约定如下:波特率:9600bps,信息格式:1个起始位，8位数据位，1个停止位，无奇偶校验位;串行口操作模式:标准异步串行通信，串行口模式1;传送方式：PC机采用查询方式接收数据，单片机采用中断方式接收信息。在Windows环境下VC++6.0提供了完备的API应用程序接口函数，程序员通过这些函数与通信硬件接口。串口通信程序实现步骤如图4-3所示。图4-2单片机和PC通信连接图图4-3串口通信编程步骤4.3ActiveX控件ActiveX作为Windows下进行应用程序开发的一项崭新技术，其核心内容就是是组件对象模型COM(ComponentObjectModel)。ActiveX控件包含一系列的属性、方法和事件，使用ActiveX控件的应用程序和ActiveX控件之间的工作模式属于客户/服务器方式，也就是应用程序通过ActiveX控件来提供的接口进行访问ActiveX控件的功能。MicrosoftCommunicationsControl(以下简称MSComm)是由Microsoft公司所提供的简化Windows下串行通信编程的ActiveX控件，它给应用程序提供了通过串行接口收发数据的简便快捷的方法。MSComm控件利用串行端口传输和接收数据，给应用程序提供串行通讯功能。MSComm控件在串口编程的时候异常方便，程序员不省去了解较为复杂的API函数的时间，同时它在VC,VB,Delphi等语言中都可以使用。系统的软件流程图见图4-4。上下位机之间的通信是程序设计的重点，这一过程既包含上位机收发数据，也包含下位机收发数据。采用握手以及奇偶校验等措施来确保双方通信的可靠。图4-4上下位机通信中断流程图实践证明，利用VC开发通讯系统，从低层到上层直接面向用户具有很强的调试功能，采用文中构建的通讯检测系统工作稳定，数据传输可靠。4.4上位机监控软件功能上位机监控软件主要实现以下功能:（1）串行通信:顺利完成上位机的通信配置，让上位机与下位机之间成功通信。（2）数据显示:提供三种方式显示，包括三维立体图、曲线走势图和表格（3）数据存储:按用户要求将实时数据(包括最大值、最小值、平均值)存储到数据库的历史数据表之中;也可导出数据到文件，以文本方式保存到一个文本文件中。（4）数据查询:准许用户依据实际情况对实时数据、历史数据等进行查询或者分析走势曲线。（5）数据打印:依据用户需求，采用表格方式打印实时数据和历史数据，同样也可以打印走势曲线图。（6）异常报警:如果实时温湿度数据超过设定的上下限温湿度数值，报警铃就会响。（7）系统设置:为保证用户在任何情况下，都能良好地运行，允许用户对系统的测量时间间隔、温湿度上下限、存盘时间间隔、登录用户名、口令等参数进行设置。5结论针对温室环境监测存在的问题，本文将多种信息