第7章多路溫濕度巡檢儀

1、第第7章章 多路溫濕度巡檢儀多路溫濕度巡檢儀 通過(guò)本項(xiàng)目的學(xué)習(xí)通過(guò)本項(xiàng)目的學(xué)習(xí),學(xué)習(xí)者能掌握學(xué)習(xí)者能掌握STC單片機(jī)的操作指令和編程下載方法單片機(jī)的操作指令和編程下載方法,掌握掌握AHT11 溫濕度測(cè)量模塊溫濕度測(cè)量模塊(廣州奧松公廣州奧松公司司)的檢測(cè)使用方法；掌握的檢測(cè)使用方法；掌握A/D轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換芯片TLC1543的編程方法以及數(shù)碼管顯示以的編程方法以及數(shù)碼管顯示以及驅(qū)動(dòng)等硬件知識(shí)。及驅(qū)動(dòng)等硬件知識(shí)。 7.1 任務(wù)描述任務(wù)描述 7.2 電路設(shè)計(jì)電路設(shè)計(jì) 7.3 程序設(shè)計(jì)程序設(shè)計(jì)7.1 任務(wù)描述任務(wù)描述 該項(xiàng)目的設(shè)計(jì)目標(biāo)是用單片機(jī)STC、溫濕傳感器AHT11、A/D轉(zhuǎn)換器TLC1543和

2、數(shù)碼管構(gòu)成一個(gè)能同時(shí)顯示多個(gè)被測(cè)溫度及濕度的測(cè)量?jī)x器。任務(wù)要求是用單片機(jī)設(shè)計(jì)一個(gè)多點(diǎn)溫度測(cè)控系統(tǒng)，如圖7.1所示。該系統(tǒng)中溫度測(cè)量元件可采用各種具有溫度-電壓轉(zhuǎn)換的元件；而電壓模擬量轉(zhuǎn)換至數(shù)字量的芯片可采用多路轉(zhuǎn)換芯片 ADC TLC1543 。 圖7.1 系統(tǒng)原理框圖 轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)送給單片機(jī)，然后由單片機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)處理后傳送到LED數(shù)碼管進(jìn)行顯示。圖7.2為仿真圖，其中聲音報(bào)警采用燈光報(bào)警來(lái)替代，讀者可參考下面的電氣原理圖自己來(lái)設(shè)計(jì)聲音報(bào)警。GNDGNDABCDEFGDPABCDEFDPEOCADDRIN1KEY1S7S6S4S3S2S1LED3GLED1VOICELED4LED2CLKCSKE

3、Y2KEY3KEY4KEY1SDOINT0TXDRXDVOICEb7b6b5b4b3b2b1SDOADDRCSCLKEOCIN2KEY2KEY3KEY4INT0KEY2KEY3KEY4KEY1S5s7b7b0b6b5b4b3b2b1s6S5S4S3S2S1IN2IN1XTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P1.0/T21P1.1/T2EX2P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/

4、RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427U1AT89C5232184U2:ALM35856784U2:BLM358C410uFC50.1uFC70.22uFAIN12AIN23AIN34AIN45AIN56AIN67AIN78AIN89AIN911AIN1012REF+14REF-13AIN01SDO16ADDR17CS15EOC19C

5、LK18U3TLC1543R15.1KR210KR34.99KR42KR54.99KR64.99KC80.22uFC90.1uFR74.7KR85.1KR95.1KR1010KR114.99KR124.99KX111.0592MHZC1122nFC1222nFR1310K234567891RP14.7KD02D13D24D35D46D57D68D79Q019Q118Q217Q316Q415Q514Q613Q712LE11OE1U474HC573L1B82412A1332K000D1LED-BLUE12456U5:A74HC2091012138U5:B74HC20R1(1)R1(1)V=1.53

6、A02B018A13B117A24B216A35B315A46B414A57B513A68B612A79B711CE19AB/BA1U674LS245U2:B(V+)C110uC20.1uC34.7uIN2V=3.12563IN1V=2.18788RV150k圖7.2 多路溫濕度巡檢儀仿真圖 （1）微處理模塊）微處理模塊 在本設(shè)計(jì)中采用STC微控器STC89C51。STC89C51是深圳宏晶公司生產(chǎn)的基于51單片機(jī)內(nèi)核的第六代加密單片機(jī)。它兼容Atmel89c51單片機(jī)的管腳，在此基礎(chǔ)上具有性能穩(wěn)定、驅(qū)動(dòng)能力更強(qiáng)、功耗更低、價(jià)格更低、燒錄程序更方便的特點(diǎn)；使用keilC編程軟件編寫(xiě)代碼，使用方

7、便，并且支持匯編；使用stc-isp-v4.80軟件燒錄程序，可實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)下載，不需要額外的編程器。 STC單片機(jī)最小系統(tǒng)的構(gòu)成如圖7.3所示。在該模塊中，所有I/O口均接上拉電阻，目的是為了增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和驅(qū)動(dòng)能力，同時(shí)要注意電源模塊以及去耦電容的使用。 7.2 電路設(shè)計(jì)電路設(shè)計(jì) 圖 7.3 STC單片機(jī)最小系統(tǒng)圖 （2）傳感器模塊）傳感器模塊 在本設(shè)計(jì)中采用ATH11傳感器模塊。ATH11的引腳共有4根線(xiàn)，分別為紅線(xiàn)、黃線(xiàn)、黑線(xiàn)和白線(xiàn)，如圖7.4所示。其中紅線(xiàn)和黑線(xiàn)為電源線(xiàn)，分別接電源的正負(fù)極，黃線(xiàn)輸出的是濕度的電壓，而白線(xiàn)輸出的是溫度的電壓信號(hào)。其連接方式可以參見(jiàn)表7.1。圖 7.4 A

8、TH11傳感器模塊的引腳表 7.1 ATH11傳感器引腳電氣連接表 由于其溫度采集原理是使用熱敏電阻，溫度越高其電阻越小，故為了轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，建議按照下面如圖7.5所示接線(xiàn)，根據(jù)電工知識(shí)其輸出電壓與電阻的關(guān)系為：V=10/（R+2）。 圖 7.5 ATH11傳感器接線(xiàn)實(shí)例 （3）信號(hào)放大模塊）信號(hào)放大模塊圖 7.6 信號(hào)放大模塊電路 （4）A/D轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換模塊 在A/D轉(zhuǎn)換模塊中使用ADC TLC1543，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖7.7所示。TLC1543由通道選擇器、地址輸入寄存器、采樣及保持、10位模數(shù)轉(zhuǎn)換器、并串轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù)輸出寄存器、控制邏輯和IO計(jì)數(shù)等部分組成。通道選擇器根據(jù)地址輸入寄存器

9、存放的模擬輸入通道地址選擇一個(gè)輸入通道或者從內(nèi)部的3個(gè)自測(cè)試電壓中任意選擇一個(gè)，并將選中的信號(hào)送到采樣保持電路中。然后在10位模數(shù)轉(zhuǎn)換器中將采樣的模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，存放到數(shù)據(jù)輸出寄存器中，轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)輸出端EOC變?yōu)楦唠娖揭灾甘巨D(zhuǎn)換完成。 數(shù)字量再經(jīng)過(guò)并串轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)，經(jīng)TLC1543的DOUT端輸出到微處理器中。在工作溫度范圍內(nèi)轉(zhuǎn)換時(shí)間為10s。最大線(xiàn)性誤差為11024。TLC1543的引腳如圖7.8所示，與MCS51單片機(jī)的接口如圖7.9所示。 圖7.7 ADC TLC1543的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 圖7.8 TLC1543的引線(xiàn)排列圖 圖7.9 TLC1543與MCS51單片機(jī)的連接 在本

10、設(shè)計(jì)中的A/D模塊設(shè)計(jì)如圖7.10所示。此模塊中，通道0-3為上級(jí)放大器輸出信號(hào)。芯片的14腿REF(基準(zhǔn)電壓)經(jīng)過(guò)電感和電容濾波后得到穩(wěn)定5V。使得轉(zhuǎn)換信號(hào)誤差更小，信號(hào)更穩(wěn)定。圖 7.10 A/D轉(zhuǎn)換模塊電路圖 （5）顯示模塊）顯示模塊 如圖7.11所示。此模塊中，位選信號(hào)經(jīng)過(guò)三極管驅(qū)動(dòng)。段選信號(hào)經(jīng)過(guò)74LS245驅(qū)動(dòng)，采用動(dòng)態(tài)顯示方式,顯示所采集到得溫度和濕度的數(shù)值。 圖7.11 顯示模塊 （6）通信模塊（下載燒錄口）模塊）通信模塊（下載燒錄口）模塊 圖7.12 下載模塊電路7.3 軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì) 在本項(xiàng)目中,主要的軟件編程是把溫濕度傳感器采集到的信號(hào)通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)值送到單片機(jī)中

11、,并能夠在數(shù)碼管上進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示,所以TLC1543的數(shù)據(jù)采集程序是重點(diǎn)程序,其次,采集到的電壓信號(hào)通過(guò)查表或者簡(jiǎn)單的線(xiàn)性插值方法的計(jì)算也非常重要。 由以上分析可以設(shè)計(jì)出本項(xiàng)目的主程序流程圖（圖7.13）和采集數(shù)據(jù)函數(shù)流程圖（圖7.14）。 圖 7.13 主程序流程圖 圖 7.14 采集數(shù)據(jù)函數(shù)流程圖 （1）采樣函數(shù)程序設(shè)計(jì)）采樣函數(shù)程序設(shè)計(jì) TLC1543采樣函數(shù) float read1543(uchar port) /從TLC1543讀取采樣值,形參port是采樣的通道號(hào) float ad;/得到的電壓值uint ad1;/臨時(shí)存儲(chǔ)變量uchar i,al=0,ah=0;/賦初值 EOC=1

12、；/轉(zhuǎn)換結(jié)束cs=1;/片選clk=0;/接時(shí)鐘引腳,初值為低電平cs=0;/片選,低電平有效port=4;/獲得4位通道號(hào)for (i=0;i4;i+) /把通道號(hào)打入1543addr=(bit)(port&0 x80);/獲得通道號(hào)最高位clk=1;/時(shí)鐘置高電平delay(10);/小延時(shí)clk=0;/ 時(shí)鐘置低電平port=1;/準(zhǔn)備通道號(hào)的下一位for (i=0;i6;i+) /填充6個(gè)CLOCKclk=1; /產(chǎn)生時(shí)序信號(hào)clk=0;/產(chǎn)生時(shí)序信號(hào)cs=1;/片選為1,等待AD轉(zhuǎn)換_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_no

13、p_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();while(!EOC);/等待轉(zhuǎn)換結(jié)束cs=0; /等待AD轉(zhuǎn)換_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();/轉(zhuǎn)換結(jié)束for (i=0;i2;i+) /取D9,D8dout=1;/單片機(jī)輸入口先置高電平,為輸入數(shù)據(jù)做準(zhǔn)備clk=1;/時(shí)序拉高ah=1;/高8位變量向左移1位,為下面輸入數(shù)據(jù)做好準(zhǔn)備

14、if (dout=1) ah|=0 x01;/把數(shù)據(jù)送給ahclk=0;/時(shí)序拉低 for (i=0;i8;i+) /取D7-D0dout=1; /單片機(jī)輸入口先置高電平,為輸入數(shù)據(jù)做準(zhǔn)備clk=1; /時(shí)序拉高al=1; /低8位變量向左移1位,為下面輸入數(shù)據(jù)做好準(zhǔn)備if (dout=1) al|=0 x01; /把數(shù)據(jù)送給alclk=0; /時(shí)序拉低 cs=1; /片選拉高,10位數(shù)據(jù)移送結(jié)束 ad1=ah;/把高2位數(shù)據(jù)送給變量ad1ad127.215&res26.023&res24.891&res23.814&res22.791&res21.817&res20.891&res20.00

15、9&res19.170&res18.371&res17.610&res16.885&res16.194&res15.535&res14.907&res14.308&res13.736&res13.190&res12.670&res12.172&res11.697&res11.244&res10.810&res10.369&res10.000&res9.621&res9.259&res8.912&res8.581&res8.263&res7.959&res7.668&res7.389&res7.122&res6.866&res6.621&res6.385&res6.160&res5.943&res5.736&res5.537&res5.345&res5.162&res4.986&res4.816&res4.654&res4.497&res4.347&res4.203&res4.064&res3.884&res=4.064)high=4.064;low=3.884;datum=50;return(datum+(high-res)/(high-low);/線(xiàn)性計(jì)算 void process(void)/AD值處理函數(shù) hum1=read1543(0)*3.33*100; /獲得通道