多點溫度及濕度控制系統設計

1、多點溫濕度檢測系統設計多點溫濕度檢測系統設計1摘 要2第一章 緒論31.1 選題背景31.2 倉庫溫濕度控制原理41.3 溫濕度測量領域發(fā)展動態(tài)4第二章 設計方案選擇與論證52.1設計方案選擇與論證52.1.1溫度傳感器的選擇52.1.2 濕度傳感器的選擇62.1.3主控方案72.2 系統方案8系統設計如圖所示8第三章 硬件電路的設計83.1硬件介紹93.1.1 AT89C51單片機的結構93.1.2溫度傳感器113.1.3 濕度傳感器133.1.4 LCD液晶顯示介紹153.2單片機控制電路153.3 溫度傳感器接口電路結構173.4濕度傳感器接口電路結構183.5鍵盤接口電路設計183.6

2、 程序下載電路設計193.7顯示電路設計20第四章 系統軟件設計214.1 系統程序概述214.2 主程序方案214.3 LCD顯示程序流程圖224.4溫濕度檢測程序流程圖234.4.1、溫度檢測程序流程圖234.4.2 濕度檢測程序流程圖244.5鍵掃描程序流程圖24第五章 系統使用與調試265.1 系統使用說明265.2 系統調試275.2.1 測試方法275.2.2 測試結果分析27結 論28參考文獻29附錄130附錄231摘 要本課題完成了整個系統的硬件設計，提出了一種可以應用于中小型倉庫的溫濕度控制系統。本文主要介紹了由單總線數字溫度傳感器DS18B20和濕度傳感器HS1100組成的

3、多點溫度檢測系統的具體硬件和軟件的設計，本文結合了實際使用經驗，設計了八個DS18B20數字溫度傳感器和濕度傳感器HS1100與單片機的單總線連接，并且在LCD顯示電路上將檢測到的溫度 值顯示出來，各個溫度檢測點溫度檢測的切換與顯示方式的切換可以通過鍵盤操作來實現。關鍵詞 單片機；溫度傳感器；濕度傳感器Abstract Warehouse is the core of the factory sector, temperature and humidity is a prerequisite for saving a good warehouse, the task design of the

4、 warehouse temperature and humidity control system, is a warehouse temperature and humidity control to ensure the safety of storage. Storage temperature and humidity control system is based on MCS-51 Microcontroller core composition control system. The subject completed the hardware design of the sy

5、stem, a warehouse can be applied to small and medium temperature and humidity control systems. In this paper, by single-wire digital thermometer and humidity sensor HS1100 DS18B20 composed of multi-temperature measurement system of the specific hardware and software design, this combination of pract

6、ical experience, designed a number of DS18B20 digital temperature sensor and humidity sensor HS1100 and A Single-bus connections, and LCD display circuit detects the temperature will be displayed in various temperature sensing temperature measurement of the switching and display switching can be ach

7、ieved through the keyboard. Keywords SCM; temperature sensor; humidity sensor第一章 緒論1.1 選題背景防潮、防霉、防腐、防爆是倉庫日常工作的重要內容，是衡量倉庫管理質量的重要指標。它直接影響到儲備物資的使用壽命和工作可靠性。為保證日常工作的順利進行，首要問題是加強倉庫內溫度與濕度的監(jiān)測工作。但傳統的方法是用與濕度表、毛發(fā)濕度表、雙金屬式測量計和濕度試紙等測試器材，通過人工進行檢測，對不符合溫度和濕度要求的庫房進行通風、去濕和降溫等工作。這種人工測試方法費時費力、效率低，且測試的溫度及濕度誤差大，隨機性大。因此我們需

8、要一種造價低廉、使用方便且測量準確的溫濕度測量儀。1.2 倉庫溫濕度控制原理隨著我國科技的快速發(fā)展和農業(yè)自動化程度的提高，倉庫管理技術也將得到進一步改進。倉庫一般較大，倉庫庫房數較多，測點可達數百個，在每個倉庫中要安裝多個溫濕度傳感器，分布在該倉庫的重要位置，每個溫濕度傳感器實際上是一個終端設備，也是該系統中的重要關鍵的設備。在每個設備中都有一個新型的溫度傳感器和濕度傳感器，用于測量現場的溫度和濕度，并將測量的溫度濕度值發(fā)送到單片機上，以便控制整個糧庫的各個測試點的溫度濕度加以全面監(jiān)視和控制管理。1.3 溫濕度測量領域發(fā)展動態(tài) 進入21世紀后，特別在我國加入WTO后，國內產品面臨巨大挑戰(zhàn)。各行

9、業(yè)特別是傳統產業(yè)都急切需要應用電子技術、自動控制技術進行改造和提升。例如紡織行業(yè)，溫濕度是影響紡織品質量的重要因素，但紡織企業(yè)對溫濕度的測控手段仍很粗糙，十分落后，絕大多數仍在使用干濕球濕度計，采用人工觀測，人工調節(jié)閥門、風機的方法，其控制效果可想而知。制藥行業(yè)里也基本如此。而在食品行業(yè)里，則基本上憑經驗，很少有人使用濕度傳感器。值得一提的是，隨著農業(yè)向產業(yè)化發(fā)展，許多農民意識到必需擺脫落后的傳統耕作、養(yǎng)殖方式，采用現代科學技術來應付進口農產品的挑戰(zhàn)，并打進國外市場。各地建立了越來越多的新型溫室大棚，種植反季節(jié)蔬菜，花卉；養(yǎng)殖業(yè)對環(huán)境的測控也日感迫切；調溫冷庫的大量興建都給溫濕度測控技術提供了

10、廣闊的市場。我國已引進荷蘭、以色列等國家較先進的大型溫室四十多座，自動化程度較高，成本也高。國內正在逐步消化吸收有關技術，一般先搞調溫、調光照，控通風；第二步搞溫濕度自動控制及CO2測控。此外，國家糧食儲備工程的大量興建，對溫濕度測控技術提也提出了要求第二章 設計方案選擇與論證 2.1設計方案選擇與論證溫度檢測系統有則共同的特點：測量點多、環(huán)境復雜、布線分散、現場離監(jiān)控室遠等。若采用一般溫度傳感器采集溫度信號，則需要設計信號調理電路、A/D 轉換及相應的接口電路，才能把傳感器輸出的模擬信號轉換成數字信號送到計算機去處理。這樣，由于各種因素會造成檢測系統較大的偏差；又因為檢測環(huán)境復雜、測量點多、

11、信號傳輸距離遠及各種干擾的影響，會使檢測系統的穩(wěn)定性和可靠性下降 。所以多點溫濕度檢測系統的設計的關鍵在于兩部分：溫濕度傳感器的選擇和主控單元的設計。溫濕度傳感器應用范圍廣泛、使用數量龐大，也高居各類傳感器之首。2.1.1溫度傳感器的選擇方案一：采用熱電阻溫度傳感器。熱電阻是利用導體的電阻隨溫度變化的特性制成的測溫元件。現應用較多的有鉑、銅、鎳等熱電阻。其主要的特點為精度高、測量范圍大、便于遠距離測量。鉑的物理、化學性能極穩(wěn)定，耐氧化能力強，易提純，復制性好，工業(yè)性好，電阻率較高，因此，鉑電阻用于工業(yè)檢測中高精密測溫和溫度標準。缺點是價格貴，溫度系數小，受到磁場影響大，在還原介質中易被玷污變脆

12、。按IEC標準測溫范圍-200650，百度電阻比W（100）=1.3850時，R0為100和10，其允許的測量誤差A級為（0.15+0.002 |t|），B級為（0.3+0.005 |t|）。銅電阻的溫度系數比鉑電阻大，價格低，也易于提純和加工；但其電阻率小，在腐蝕性介質中使用穩(wěn)定性差。在工業(yè)中用于-50180測溫。 方案二：采用AD590，它的測溫范圍在-55+150之間，而且精度高。M檔在測溫范圍內非線形誤差為0.3。AD590可以承受44V正向電壓和20V反向電壓，因而器件反接也不會損壞。使用可靠。它只需直流電源就能工作，而且，無需進行線性校正，所以使用也非常方便，接口也很簡單。作為電流

13、輸出型傳感器的一個特點是，和電壓輸出型相比，它有很強的抗外界干擾能力。AD590的測量信號可遠傳百余米。方案三：DS18B20是美國Dallas半導體公司的產品。它采用1-Wire總線技術，將地址線、數據線、控制線合為1根信號線，允許在這根信號線上掛接多個1-Wire總線器件。1-Wire總線技術具有節(jié)省IO資源，結構簡單、成本低廉，便于總線擴展和維護等特點。DS18B20采用特有的溫度測量技術：可提供912位(二進制)數據來指示傳感器溫度；數據信息與DS18B20之間只需一根數據線(和地線)連接即可；DS18B20的測溫范圍為-55+125，在-1085之間的精度達0.5，而在整個溫度測量范

14、圍內具有2的測量精度。采用溫度芯片DS18B20測量溫度，可以體現系統芯片化這個趨勢。部分功能電路的集成，使總體電路更簡潔，搭建電路和焊接電路時更快。而且集成塊的使用，有效地避免外界的干擾，提高測量電路的精確度。所以集成芯片的使用將成為電路發(fā)展的一種趨勢。本方案應用這一溫度檢測芯片，也是順應這一趨勢。2.1.2 濕度傳感器的選擇測量空氣濕度的方式很多，其原理是根據某種物質從其周圍的空氣吸收水分后引起的物理或化學性質的變化，間接地獲得該物質的吸水量及周圍空氣的濕度。電容式、電阻式和濕漲式濕敏原件分別是根據其高分子材料吸濕后的介電常數、電阻率和體積隨之發(fā)生變化而進行濕度測量的。方案一：采用HOS-

15、201濕敏傳感器。HOS-201濕敏傳感器為高濕度開關傳感器，它的工作電壓為交流1V以下，頻率為50HZ1KHZ，測量濕度范圍為0100%RH，工作溫度范圍為050，阻抗在75%RH（25）時為1M。這種傳感器原是用于開關的傳感器，不能在寬頻帶范圍內檢測濕度，因此，主要用于判斷規(guī)定值以上或以下的濕度電平。然而，這種傳感器只限于一定范圍內使用時具有良好的線性，可有效地利用其線性特性。方案二：采用HS1100/HS1101濕度傳感器。HS1100/HS1101電容傳感器，在電路構成中等效于一個電容器件，其電容量隨著所測空氣濕度的增大而增大。不需校準的完全互換性，高可靠性和長期穩(wěn)定性，快速響應時間，

16、專利設計的固態(tài)聚合物結構，由頂端接觸（HS1100）和側面接觸（HS1101）兩種封裝產品，適用于線性電壓輸出和頻率輸出兩種電路，適宜于制造流水線上的自動插件和自動裝配過程等。相對濕度在1%-100%RH范圍內；電容量由16pF變到200pF，其誤差不大于2%RH；響應時間小于5S；溫度系數為0.04 pF/。可見精度是較高的。綜合比較方案一與方案二，方案一雖然滿足精度及測量濕度范圍的要求，但其只限于一定范圍內使用時具有良好的線性，可有效地利用其線性特性。而且還不具備在本設計系統中對溫度-3050的要求。因此，我們選擇方案二來作為本設計的濕度傳感器。2.1.3主控方案方案一：單片機主控方案采用

17、集成的單片機主控，通過溫度傳感器，經過含有單片機的檢測系統檢測，將結果傳送到單片機控制的主控器，數據通過顯示器顯示。原理框圖如下圖2.1所示溫度和濕度傳感器單片機主控制器圖 2.1 單片機主控方案框圖方案二：PC機主控方案PC機控制的主控器，數據通過顯示器顯示。原理框圖如下圖2.2所示： 采用PC機作為主控制器,溫度信號的輸入處理過程上一方案是相同的，但采用鼠標代替鍵盤，在主控端更直觀的觀察多路測量結果,但是使用PC作為主控器，必須有配套的軟件相適應，增加了編程的難度，PC主控方案的框圖如下圖2.2所示： 圖2.2 PC機主控方案框圖由單片機構成的應用系統有體積小、功耗低控制功能強的特點，它有

18、利于產品的小型化、多功能化和智能化，因此采用第一種方案。2.2 系統方案 綜上所述,溫度傳感器采用第三方案，濕度傳感器采用第二方案，主控部分采用第一方案。根據設計的任務與要求，控制器采用單片機AT89C51，溫度傳感 器采用DS18B20，濕度傳感器采用HS1100，用LCD實現溫度和濕度顯示。系統設計如圖所示晶振電路鍵盤電路AT89C51復位電路LCDHS1100DS18B20圖2.3 系統總體設計方案圖第三章 硬件電路的設計3.1硬件介紹3.1.1 AT89C51單片機的結構 (1) 特征AT89C51內部結構具有如下特征：面向控制的8位CPU；4kbytes 程序存儲器（ROM），128

19、bytes的數據存儲器（RAM）；可以尋址64KB的片外程序存儲器和片外數據存儲器；32根雙向和可單獨尋址的I/O線；一個全雙工的異步串行口；兩個16位定時/計數器；5個中斷源，兩個中斷優(yōu)先級；有片內時鐘振蕩器；采用高性能的HMOS生產工藝生產；有布爾處理（位操作）能力；含基本指令111條，其中單機器周期指令64種。(2) 引腳功能8051芯片采用40引腳的雙列直插封裝，如圖3.1，分為地址總線，數據總線，控制總線3類見圖3.2。在40條引腳中有兩條專用于住電源的引腳，2條外接晶體的引腳，4條控制或與其它電源復用的引腳，32條輸入/輸出引腳。圖3.1 引腳圖 圖3.2 總線結構圖40條引腳的功

20、能分別是：VCC：供電電壓。VSS：接地。P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。在尋址外部程序存儲器時，P0口分時作為雙向8位數據口和低八位地址輸出復用口。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。P1口：P1口是一個內部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內部上拉為高電平，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為低八位地址接

21、收。 P2口：P2口為一個內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被內部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數據存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數據存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。P3口：P3口管腳是8個帶內部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”后

22、，它們被內部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：口管腳 備選功能P3.0 RXD（串行輸入口）P3.1 TXD（串行輸出口）P3.2 /INT0（外部中斷0）P3.3 /INT1（外部中斷1）P3.4 T0（記時器0外部輸入）P3.5 T1（記時器1外部輸入）P3.6 /WR（外部數據存儲器寫選通）P3.7 /RD（外部數據存儲器讀選通）P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。ALE/

23、PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數據存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。/PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部

24、數據存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現。/EA/VPP：當/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內部鎖定為RESET；當/EA端保持高電平時，此間內部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。(3)三總線結構單片機的引腳除了電源、復位、時鐘接入和用戶I/O口外，其余引腳都是為了實現系統擴展而設置的。這些引腳構成了三總線形式。引腳功能分類如圖3.1所示。地址總線AB：地址總線寬

25、度16位，因此外部存儲器直接尋址范圍64KB。16位地址總線由P0口經地址鎖存器提供低8位地址A0A7，P2口直接提供高8位地址A8A15。數據總線DB：數據總線寬度為8位，由P0口提供?？刂瓶偩€CB：由P3口的第二功能狀態(tài)和4根獨立控制線RESET，ALE組成。3.1.2溫度傳感器（1）. DS18B20的特性 適應電壓范圍更寬，電壓范圍：3.05.5V，寄生電源方式下可由數據線供。獨特的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現微處理器與DS18B20的雙向通訊。DS18B20支持多點組網功能，多個DS18B20可以并聯在唯一的三線上，實現組網多點測溫。DS18B

26、20在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉換電路集成在形如一只三極管的集成電路內。溫范圍55125，在-10+85時精度為0.5?？删幊痰姆直媛蕿?12位，對應的可分辨溫度分別為0.5、0.25、0.125和0.0625，可實現高精度測溫。在9位分辨率時最多在93.75ms內把溫度轉換為數字，12位分辨率時最多在750ms內把溫度值轉換為數字，速度更快。測量結果直接輸出數字溫度信號，以“一線總線”串行傳送給CPU，同時可傳送CRC校驗碼，具有極強的抗干擾糾錯能力。負壓特性：電源極性接反時，芯片不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。（2）.DS18B20內部結構及DS18B20的管腳排列64位

27、光刻ROM是出廠前被光刻好的，它可以看作是該DS18B20的地址序列號。不同的器件地址序列號不同。DS18B20內部結構主要由四部分組成：64位光刻ROM,溫度傳感器,非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器TH和TL,高速暫存器。 DS18B20的引腳定義：DQ為數字信號輸入/輸出端GND為電源地VCC為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時接地） 圖3.3 DS18B20引腳圖（3）DS18B20使用中注意事項： DS18B20雖然具有測溫系統簡單、測溫精度高、連接方便、占用口線少等優(yōu)點，但在實際應用中也應注意以下幾方面的問題： 較小的硬件開銷需要相對復雜的軟件進行補償，由于DS18B20與微處理器間采用

28、串行數據傳送，因此，在對DS18B20進行讀寫編程時，必須嚴格的保證讀寫時序，否則將無法讀取測溫結果。在使用PL/M、C等高級語言進行系統程序設計時，對DS18B20操作部分最好采用匯編語言實現。 在DS18B20的有關資料中均未提及單總線上所掛DS18B20數量問題，容易使人誤認為可以掛任意多個DS18B20，在實際應用中并非如此。當單總線上所掛DS18B20超過8個時，就需要解決微處理器的總線驅動問題，這一點在進行多點測溫系統設計時要加以注意。 連接DS18B20的總線電纜是有長度限制的。試驗中，當采用普通信號電纜傳輸長度超過50m時，讀取的測溫數據將發(fā)生錯誤。當將總線電纜改為雙絞線帶屏蔽

29、電纜時，正常通訊距離可達150m，當采用每米絞合次數更多的雙絞線帶屏蔽電纜時，正常通訊距離進一步加長。這種情況主要是由總線分布電容使信號波形產生畸變造成的。因此，在用DS18B20進行長距離測溫系統設計時要充分考慮總線分布電容和阻抗匹配問題。 在DS18B20測溫程序設計中，向DS18B20發(fā)出溫度轉換命令后，程序總要等待DS18B20的返回信號，一旦某個DS18B20接觸不好或斷線，當程序讀該DS18B20時，將沒有返回信號，程序進入死循環(huán)。這一點在進行DS18B20硬件連接和軟件設計時也要給予一定的重視。 測溫電纜線建議采用屏蔽4芯雙絞線，其中一對線接地線與信號線，另一組接VCC和地線，屏

30、蔽層在源端單點接地。3.1.3 濕度傳感器測量空氣濕度的方式很多，其原理是根據某種物質從其周圍的空氣吸收水分后引起的物理或化學性質的變化，間接地獲得該物質的吸水量及周圍空氣的濕度。電容式、電阻式和濕漲式濕敏原件分別是根據其高分子材料吸濕后的介電常數、電阻率和體積隨之發(fā)生變化而進行濕度測量的。下面 介紹HS1100/HS1101濕度傳感器及其應用。特點：不需校準的完全互換性，高可靠性和長期穩(wěn)定性，快速響應時間，專利設計的固態(tài)聚合物結構，由頂端接觸（HS1100）和側面接觸（HS1101）兩種封裝產品，適用于線性電壓輸出和頻率輸出兩種電路，適宜于制造流水線上的自動插件和自動裝配過程等。圖3.4為濕

31、敏電容工作的溫、濕度范圍。圖3.5為濕度-電容響應曲線。 圖3.4 濕敏電容工作的溫、濕度范圍 圖3.5 濕度-電容響應曲線相對濕度在1%-100%RH范圍內；電容量由160pF變到200pF，其誤差不大于2%RH；響應時間小于5S；溫度系數為0.04 pF/?？梢娋仁禽^高的。濕度測量電路HS1100/HS1101電容傳感器，在電路構成中等效于一個電容器件，其電容量隨著所測空氣濕度的增大而增大。如何將電容的變化量準確地轉變?yōu)橛嬎銠C易于接受的信號，常有兩種方法：一是將該濕敏電容置于運方與阻容組成的橋式振蕩電路中，所產生的正弦波電壓信號經整流、直流放大、再A/D轉換為數字信號；另一種是將該濕敏電

32、容置于555振蕩電路中，將電容值的變化轉為與之成反比的電壓頻率信號，可直接被計算機所采集頻率輸出的555測量振蕩電路如圖3.6所示。集成定時器555芯片外接電阻R4、R2與濕敏電容C，構成了對C的充電回路。7端通過芯片內部的晶體管對地短路又構成了對C的放電回路，并將引腳2、6端相連引入到片內比較器，便成為一個典型的多諧振蕩器，即方波發(fā)生器。另外，R3 是防止輸出短路的保護電阻，R1 用于平衡溫度系數。圖3.6、頻率輸出的555振蕩電路該振蕩電路兩個暫穩(wěn)態(tài)的交替過程如下：首先電源Vs通過R4、R2 向C充電，經t充電時間后，Uc達到芯片內比較器的高觸發(fā)電平，約0.67Vs，此時輸出引腳3端由高電

33、平突降為低電平，然后通過R2放電，經t放電時間后，Uc下降到比較器的低觸發(fā)電平，約0.33Vs此時輸出，此時輸出引腳3端又由低電平突降為高電平，如此翻來覆去，形成方波輸出。其中，充放電時間為 t充電=C（R4+R2）Ln2 t放電=CR2 Ln2因而，輸出的方波頻率為f=1/(t放電+t充電)=1/ C（R4+R2）Ln2可見，空氣濕度通過555測量電路就轉變?yōu)榕c之呈反比的頻率信號，3.1.4 LCD液晶顯示介紹帶中文字庫的128X64是一種具有4位/8位并行、2線或3線串行多種接口方式，內部含有國標一級、二級簡體中文字庫的點陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為12864, 內置8192個16*

34、16點漢字，和128個16*8點ASCII字符集.利用該模塊靈活的接口方式和簡單、方便的操作指令，可構成全中文人機交互圖形界面?？梢燥@示84行1616點陣的漢字. 也可完成圖形顯示.低電壓低功耗是其又一顯著特點。由該模塊構成的液晶顯示方案與同類型的圖形點陣液晶顯示模塊相比，不論硬件電路結構或顯示程序都要簡潔得多，且該模塊的價格也略低于相同點陣的圖形液晶模塊?；咎匦?低電源電壓（VDD:+3.0-+5.5V） 顯示分辨率:12864點 內置漢字字庫，提供8192個1616點陣漢字(簡繁體可選) 2MHZ時鐘頻率 顯示方式：STN、半透、正顯 驅動方式：1/32DUTY，1/5BIAS 視角方向

35、：6點 背光方式：側部高亮白色LED，功耗僅為普通LED的1/51/10 通訊方式：串行、并口可選 內置DC-DC轉換電路，無需外加負壓 無需片選信號，簡化軟件設計 工作溫度: 0 - +55 ,存儲溫度: -20 - +603.2單片機控制電路時鐘電路用于產生單片機工作所需的時鐘信號。時鐘信號可以由兩種方式產生：內部時鐘方式和外部時鐘方式。內部時鐘方式，它采用外接晶體和電容組成的并聯諧振電路，晶體可以在1.2Hz12Hz之間任選，電容可以在20pF60pF之間選擇。引腳XTAL1和XTAL2分別是此放大器的輸入端和輸出端。把放大器與作為反饋元件的晶體振蕩器或陶瓷諧振器連接，就構成了內部自激振

36、蕩器并產生振蕩時鐘脈沖。本設計采用內部振蕩方式，外接晶體以及電容C1和C2構成并聯諧振電路，接在80C51芯片的XTAL1和XTAL2端一起構成測控主電路的時鐘。對外接電容C1和C2的值雖然沒有嚴格要求，但電容的大小多少會影響振蕩器的頻率的高低、振蕩器的穩(wěn)定性、起振的快速性。外接晶體時，選C1和C2的值為30pF，為了提高溫度的穩(wěn)定性，通常晶體可以在1.2MHz12MHz之間選擇。單片機的復位都是靠外部復位電路來實現的，在時鐘電路工作后，只要在單片機RESET引腳上出現24個時鐘振蕩脈沖以上的高電平，單片機就能實現復位。為了可靠復位，在設計復位電路時，一般使RESET引腳保持10ms以上的高電

37、平，單片機便可以可靠復位。本設計采用按鍵復位電路，其原理：按鈕沒有按下時，RESET端為低電平，單片機正常運行；按鈕按下后，電容的負端被充電到Vcc(負端積累電荷)，按鈕松開后，電容負端積累的電荷緩慢放電到低電平，高電平會在這個過程中維持一段時間，從而完成單片機復位。對電容充電主要是在電容兩端積累電荷，從而形成一定的電勢差。因為本次設計所需電源的模塊有單片機最小系統，液晶顯示器，線溫度傳感器DS18B20，濕度傳感器HS1100,它們所需電源都為+5V，因而電源設計只需設計一+5V電源。圖3.8控制系統電路圖3.3 溫度傳感器接口電路結構本設計采用的是DALLAS公司生產的一線式數字溫度傳感器

38、，每個DS18B20內部一唯一的光刻64位非易失性ID，讀寫數據時可以根據這唯一的序列號區(qū)分線上的DS18B20。溫度傳感器與單片機接口電路如下圖3.9所示：圖3.9 DS18B20接口電路原理圖3.4濕度傳感器接口電路結構HS1100/HS1101電容傳感器，在電路構成中等效于一個電容器件，其電容量隨著所測空氣濕度的增大而增大。如何將電容的變化量準確地轉變?yōu)橛嬎銠C易于接受的信號，常有兩種方法：一是將該濕敏電容置于運方與阻容組成的橋式振蕩電路中，所產生的正弦波電壓信號經整流、直流放大、再A/D轉換為數字信號；另一種是將該濕敏電容置于555振蕩電路中，將電容值的變化轉為與之成反比的電壓頻率信號，

39、可直接被計算機所采集，如圖3.10所示圖3.10 HS1100接口電路原理圖3.5鍵盤接口電路設計由若干個按鍵組成的鍵盤，其電路結構可分為獨立式鍵盤和矩陣式鍵盤兩種。 獨立式鍵盤每個鍵單獨占用一根I/O口線，每根I/O口線上的按鍵工作狀態(tài)不會影響其他I/O口線上的狀態(tài)。矩陣式鍵盤按鍵排列為行列式矩陣結構，也稱行列式鍵盤結構。4行4列共16個鍵，只占用8根I/O口線，故鍵數目較多時，可節(jié)省口線。但這種結構的軟件編程較繁。鍵盤的工作方式可分為編程控制方式和中斷控制方式。CPU在一個工作周期內，利用完成其他任務的空余時間，調用鍵盤掃描子程序，經程序查詢，若無鍵操作，則返回；若有鍵操作，則進而判斷是哪

40、個鍵，并執(zhí)行相應的鍵處理程序。這種方式為編程掃描方式。單片機在正常應用過程中，并不會經常進行鍵操作因而編程控制方式使CPU經常處于空查詢狀態(tài)。在CPU工作任務十分繁重的情況下，為提高CPU的效率，可采用中斷控制方式。只要有鍵按下，便向CPU申請中斷，CPU響應中斷后，在中斷服務程序中進行鍵盤掃描、查鍵值與鍵處理等工作。此次設計只有4個按鍵，因此采用獨立式鍵盤。鍵盤接口電路設計如下圖3.11所示：圖3.11 鍵盤接口電路原理圖3.6 程序下載電路設計P89V51RC2CF有一個全雙工的串行通訊口，所以單片機和電腦之間可以方便地進行串口通訊。本次設計中串口充當了兩個角色：一為實現程序下載功能；二為

41、讀出DS18B20的序列號與計算機進行通信，串口電路設計如下圖3.12所示：圖3.12 下載口電路原理圖3.7顯示電路設計單片機應用系統最常用的顯示器是LED（發(fā)光二極管顯示器）、LED（液晶顯示器）。這兩種顯示器可顯示數字、字符及系統的狀態(tài)。它們的驅動電路簡單、易于實現且價格低廉，因此，得到了廣泛應用。本次設計要顯示溫度，濕度，用數碼管顯示動態(tài)顯示，電路設計較為復雜，程序設計也比較龐大，且數碼管掃描要占用大量CUP運行時間，因而本設計采用了液晶顯示器。系統顯示電路如下圖3.13所示：圖3.13顯示電路原理圖第四章 系統軟件設計4.1 系統程序概述整個系統的功能是由硬件電路配合軟件來實現的，當

42、硬件基本定型后，軟件的功能也就基本定下來了。從軟件的功能不同可分為兩大類：一是監(jiān)控軟件（主程序），它是整個控制系統的核心，專門用來協調各執(zhí)行模塊和操作者的關系。二是執(zhí)行軟件（子程序），它是用來完成各種實質性的功能如測量、計算、顯示、通訊等。每一個執(zhí)行軟件也就是一個小的功能執(zhí)行模塊。這里將各執(zhí)行模塊一一列出，并為每一個執(zhí)行模塊進行功能定義和接口定義。各執(zhí)行模塊規(guī)劃好后，就可以規(guī)劃監(jiān)控程序了。首先要根據系統的總體功能和鍵盤設置選擇一種最合適的監(jiān)控程序結構，然后根據實時性的要求，合理地安排監(jiān)控軟件和各執(zhí)行模塊之間地調度關系。多點溫濕度檢測系統的子程序設計主要包括三個部分：液晶顯示程序，溫濕度采集與處

43、理程序，鍵盤掃描以及按鍵處理程序。4.2 主程序方案將各個功能程序以子程序的形式寫好，當寫主程序的時候，只需要調用子程序，然后在寄存器的分配上作一下調整，消除寄存器沖突和I/O沖突即可。程序應該盡可能多的使用調用指令代替跳轉指令。因為跳轉指令使得程序難以看懂各程序段之間的結構關系。而調用指令則不同，調用指令使得程序結構清晰，無論是修改還是維護都比較方便。將功能程序段寫成子程序的形式，除了方便調用之外，還有一個好處那就是以后寫程序的時候如果要用到，就可以直接調用這個單元功能模塊，主程序流程圖如下圖4.1所示。圖4.1 主程序流程圖4.3 LCD顯示程序流程圖由于此次設計顯示采用的是LCD顯示方案

44、，因而顯示時無需不間斷地進行動態(tài)描，要顯示的內容可以鎖存在LCD顯示口線上，只是為了將時間的變化突顯出來，在時間每秒變化時應該調用LCD的顯示程序。此次設計中的LCD顯示程序包括LCD設置程序即TC1602初始化程序與濕顯示程序，溫度顯示程序。TC1602初始化設計流程圖如下圖4.2所示。 。 圖4.2 TC1602初始化設計流程圖4.4溫濕度檢測程序流程圖4.4.1、溫度檢測程序流程圖用DS18B20單總線結構構成多點溫度檢測系統進行溫度采集時，必須要有非常嚴格的時序要求，多個DS18B20共同占用一根總線，必須將它們的64位序列號讀出來，在對單個DS18B20操作時，發(fā)出匹配命令，再將相應

45、的序列號發(fā)到總線上，總線即可識別此次操作是針對哪個DS18B20的。DS18B20溫度檢測程序流程圖如圖4.3所示。圖4.3 DS18B20溫度檢測流程圖4.4.2 濕度檢測程序流程圖濕度檢測流程圖和溫度檢測流程圖差不多4.5鍵掃描程序流程圖此次設計總共設計了按鍵4個，按鍵功能大概包括濕度與溫度顯示設置及上下限溫度值設定圖4.4第五章 系統使用與調試5.1 系統使用說明使用該系統進行多點溫濕度測量首先要將各個溫濕度傳感器的序列號依次讀出來，將八個溫濕度傳感器的序號寫到表TAB_ID中，程序下載時將其一起下載到單片機的ROM里面。讀出DS18B20和HB1100的序列號操作如下：編寫串口通信程序

46、此程序是要將DS18B20和HB1100中的序列好讀出，并且發(fā)送到計算機上顯示出來，因此只需設計一串口發(fā)送程序即可。工作寄存器設置 串口工作寄存器包括串行口控制寄存器SCON和電源控制寄存器PCON。串行口控制器： 76543210SM0/FESM1SM2RENTB8RB8TIRISM0、SM1 用于設置串口工作模式：00同步移位寄存器Fosc/12或fosc/6(取決于時鐘模式)0110位為1幀的異步串行通信方式 波特率可變1011位為1幀的異步串行通信方式 Fosc/64或fosc/321111位為1幀的異步串行通信方式 波特率可變REN允許接收位。由軟件置位或清除。REN=1時，允許接收

47、，REN=0時，禁止接收。TB8發(fā)送數據位8，在方式2和3中發(fā)送的第九位數據，其值可以按需要由軟件置位或清除。RB8接受數據位8，在方式2和3中已接收到的第9位數據，在方式1中，若SM2=0，RB8是已接收到的停止位。在方式0中，不使用RB8。TI發(fā)送中斷標志位。在方式0中。在發(fā)送完第8位數據后，該位由硬件置位。在其它方式中，在發(fā)送停止位之后，由硬件置位。因此，TI=1表示幀發(fā)送結束，其狀態(tài)既可被軟件查詢使用，也可請求中斷，但在任何方式中都必須由軟件來清除TI。RI接收中斷標志位。在方式0中，在接收完第8位數據后，由硬件置位。在其它方式中，在接收停止位之時，由硬件置位。在任何方式（SM2所述情

48、況除外）必須由軟件清除RI。在串行通信中電源控制寄存器PCON我們僅能用到一位PCON.7 SMOD1 模式2的波特率選擇位。SMOD1=1，波特率為MCU時鐘/32SMOD1=0則波特率為MCU時鐘/64。讀出DS18B20和HB1100序列號程序連好串行線并將串行線另一頭插入PC機COM1口上。打開串口調試助手，進行串口選擇與波特率設置。選擇十六進制接收。在程序下載進單片機，軟件設置好后，按下單片機的復位鍵，則在軟件的接受區(qū)可以接受到單片機發(fā)過來的DS18B20和HB1100的序列號，圖中接受區(qū)8字節(jié)的即為一個DS18B20和HB1100的序列號。 將四個DS18B20和HB1100的序列

49、號寫入編好程序的表格TAB_ID中，將程序下載到單片機里，系統就可檢測多點溫度。5.2 系統調試5.2.1 測試方法使系統運行，觀察系統硬件是否正常（包括單片機最小系統，鍵盤電路，顯示電路，溫濕度測試電路等）。進入系統溫濕度檢測狀態(tài)，采用濕度傳感器和溫度傳感器同時測量多點水溫變化情況（取溫濕度值不同的多點），目測顯示電路是否正常。并記錄各點溫濕度值，與實際溫濕度值比較，得出系統的溫濕度指標。調整DS18B20和HB1100的TH，TL值，將包裝好的DS18B20和HB1100分別放入一超過報警值的溫度的水中和濕度的空氣中。檢查其情況。5.2.2 測試結果分析 系統檢測溫濕度準確，能夠對超過TH

50、值的溫濕度檢測點報警，也可對低于TL值檢測點進行低溫報警。因為芯片是塑料封裝，所以對溫濕度的感應靈敏度不是相當高，而且系統采用了12位精度對溫濕度進行處理，溫濕度檢測處理時間較長才能達到穩(wěn)定，因而測試某點溫濕度時要多采集幾次，最好除去第一次檢測的溫濕度值。結 論經過檢測與調試，本人此次設計達到了設計的要求。檢測系統采用單線掛多個溫濕度傳感器的設計方法使得檢測系統的硬件結構簡單，系統穩(wěn)定性能好，操作方便，對采集點進行多次采集使得溫濕度檢測點溫濕度變化的跟隨性能好，溫濕度信息更迅速，直觀。占用單片機的資源較少。該系統的可擴展性很強，系統成本低。致此本人設計基本完成了預期的目標，系統在硬件自動測試，

51、鍵盤操作，實時顯示方面做的比較好。但是由于時間倉促、條件有限，設計成果并不是很完美，轉換溫濕度時時間補償沒有解決好，各點溫濕度值不能存儲，也不能反映出各檢測點溫濕度變化的情況，因而還可以通過以下措施進一步來完善此溫濕度檢測系統：基于DS18B20的12位分辨率溫度轉換速度較慢，在溫度轉換時要浪費主控單片機大量時間，可以再用一塊單片機來處理溫度轉換這一模塊，通過單片機與單片機的串行通信將溫度信息傳到主控單片機單片機技術在各個領域正得到越來越廣泛的應用，尤其MCS-51系列單片機，迅速占領了工業(yè)測控和自動化工程應用的主要市場，并取得了令人矚目的成果，展現出了廣闊的應用前景。倉庫溫濕度控制系統，采用

52、先進的MCS-51系列單片機和溫濕度傳感器，實現了對倉庫內溫濕度的自動測量和調節(jié)，8051單片機因其指令系統豐富、小巧、低價、靈活易擴展等獨特的優(yōu)點，在所設計的倉庫溫濕度控制系統中使整個系統的性價比得以大幅度的提高。將8051單片機成功應用于溫濕度測控系統，所研發(fā)產品可靠性和擴充性較強，能廣泛應用于糧庫、物流倉儲、檔案館、農業(yè)大棚等對溫濕度要求較高的場所，具有較大的市場推廣前景。在高新技術的推動下，作為測控的工具正逐步跨入真正的微型化、數字化、智能化、網絡化和多功能化的時代。通過設計使我對單片機有了深刻的了解，以單片機為核心的控制技術將來全面地滲透到我從事的電力行業(yè)及我生活的各個領域，它的運用必將大大促進了各行各業(yè)的飛速發(fā)展。 參考文獻1 謝自美，電子電路設計，華中理工出版社