基于AT89S52的單片機溫濕度檢測系統(tǒng)設(shè)計論文

1、. . . . 基于AT89S52單片機的溫濕度檢測系統(tǒng)設(shè)計摘要隨著人們的生活與其生產(chǎn)水平的不斷提高，對生活環(huán)境和生產(chǎn)環(huán)境的要求就顯的尤為重要,溫濕度的控制就是一個典型的例子，因此溫濕度檢測系統(tǒng)就是現(xiàn)代生產(chǎn)生活中應(yīng)運而生的一種智能、快捷、方便可靠的檢測系統(tǒng)，特別是在工業(yè)生產(chǎn)中如果檢測得不準確就會發(fā)生許多的生產(chǎn)事故。如化工生產(chǎn)中對溫度的檢測不當(dāng)就會導(dǎo)致生產(chǎn)效率的降低和產(chǎn)品質(zhì)量的下降。而現(xiàn)在所使用的溫濕度檢測系統(tǒng)通常都是精度為1或0.1的水銀、煤油或酒精溫度計進行的溫度檢測和用傳統(tǒng)的物理模擬量的方法進行的濕度檢測。這些溫濕度檢測計的刻度間隔通常都很密，不容易準確分辨，讀數(shù)困難，而且他們的熱容量還比

2、較大，達到熱平衡所需的時間較長，因此很難讀準，并且使用非常不方便。要為現(xiàn)代人工作、科研、生活提供更好的更方便的設(shè)施就需要從單片機技術(shù)入手，一切向著數(shù)字化控制，智能化控制方向發(fā)展。本設(shè)計是以單片機（AT89C51）為核心，配合溫度傳感器（AD590）和濕度傳感器(HIH-3610)，以與相關(guān)的外圍電路組成的檢測系統(tǒng)，可以接收所測環(huán)境的溫度和濕度信號，檢測人員可以通過數(shù)碼管顯示的數(shù)據(jù)，實時監(jiān)控環(huán)境的溫度和濕度情況。所有的測量操作都可以通過主機控制軟件來實現(xiàn)，溫度和濕度傳感器得到的測量信號，經(jīng)電路轉(zhuǎn)換為電信號，然后通過一定的放大經(jīng)過芯片TLC549A/D轉(zhuǎn)換送到單片機進行數(shù)據(jù)處理，經(jīng)軟件分析處理后送

3、顯示裝置。本系統(tǒng)包括系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計,可靠性高，結(jié)構(gòu)簡單，實現(xiàn)了對溫濕度的自動調(diào)節(jié)。系統(tǒng)還應(yīng)用RS232與上位機相連接，可以設(shè)置自動記錄溫度、濕度的相關(guān)的參數(shù)，也可以設(shè)置每隔一定的時間自動記錄，可用在氣象的觀察方面。關(guān)鍵詞：AT89S52單片機，溫度傳感器，濕度傳感器，A/D轉(zhuǎn)換，LED顯示目錄第1章概述31.1課題的研究背景31.2溫濕度檢測的發(fā)展狀況以與存在的問題31.3本課程設(shè)計的主要容4第2章系統(tǒng)總體方案設(shè)計62.1溫度傳感器62.1.1 溫度傳感器主要特性62.1.2 AD590的工作原理62.1.3電路設(shè)計72.2濕度傳感器82.2.1 濕度傳感器主要特性82.3 A/D轉(zhuǎn)換器1

4、02.3.1 A/D轉(zhuǎn)換器主要特性102.3.2 TLC549工作原理112.4 單片機AT89S52122.4.1 AT89S52主要特性12第3章系統(tǒng)的硬件設(shè)計和連接153.1 主控模塊153.2 現(xiàn)實模塊153.3 A/D轉(zhuǎn)換模塊163.4 溫度和濕度模塊163.4.1 溫度信號采集的設(shè)計163.4.2 濕度信號采集的設(shè)計173.5 繼電器控制電路173.6TLC549與AT89S52的接口電路設(shè)計183.7鍵盤設(shè)計193.8輸出驅(qū)動的設(shè)計193.9與上位機相連電路的設(shè)計203.10電源電路的設(shè)計213.11報警電路設(shè)計21第4章系統(tǒng)軟件方案的設(shè)計224.1程序流程圖224.1.1 溫濕

5、度主程序流程圖234.1.2 報警器流程圖234.1.3A/D轉(zhuǎn)換子程序流程圖234.1.4鍵盤中斷流程圖244.2程度清單244.2.1 溫度采集初始化程序244.2.2 濕度采集初始化程序254.2.3顯示電路程序254.2.4制交流蜂鳴器發(fā)聲程序264.3上位機軟件設(shè)計274.3.1 系統(tǒng)進入界面程序274.3.2 實時顯示界面284.3.3歷史數(shù)據(jù)界面29第5章總結(jié)與展望31參考文獻32第1章 概述1.1課題的研究背景工業(yè)生產(chǎn)中有些場合需要使用精密的機臺設(shè)備，這些設(shè)備的精密度高、價格高，因此為了保證產(chǎn)品的質(zhì)量與機臺的使用壽命，對其環(huán)境的要求也很高，尤其的是對溫度、濕度的控制。例如在我工

6、作的生產(chǎn)發(fā)光二極管LED的工業(yè)現(xiàn)場，前面的兩道工序固晶片和焊線要求的精度非常高，晶片必須固到碗杯的中心點，偏差不可超過1/5晶片的寬度，且對膠量的控制也有嚴格的要求，只有這道工序做好了，下一個工序焊線才會順利，否則焊線將會出現(xiàn)很多異常，不僅會降低產(chǎn)量也會造成質(zhì)量問題，因此要求每三個小時記錄一次室的溫濕度，且要保證其溫度在18-23之間，濕度不可超過60%。隨著信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展與工業(yè)化的進步,溫度和濕度不僅僅表現(xiàn)在以上幾個方面直接或間接影響著人類基本生活條件, 還表現(xiàn)在對工生物制品、醫(yī)藥衛(wèi)生、科學(xué)研究、國防建設(shè)等方面的影響。針對以上情況，研制可靠且實用的溫濕度控制器顯得非常重要。常用溫濕度傳感器的

7、非線性輸出與一致性較差，使溫濕度的測量方法和手段相對較復(fù)雜，且給電路的調(diào)試帶來很大的困難。傳統(tǒng)的溫濕度測量多采用模擬小信號傳感器，不僅信號調(diào)理電路復(fù)雜，且溫濕度值的標定過程也極其復(fù)雜，并需要使用昂貴的標定儀器設(shè)備。因此對于溫濕度控制器的設(shè)計有著很大的現(xiàn)實生產(chǎn)意義。本文設(shè)計的是基于單片機AT89S52的溫濕度檢測和控制系統(tǒng)，主要以廣泛應(yīng)用的AD590和HIH-3610作為溫度和濕度的檢測，該儀器具有測量精度高、硬件電路簡單、并能很好的進行顯示，可測試不同環(huán)境溫濕度的特點。另外和控制電路相連，可以進行加濕電路和除濕電路的控制，使溫度和濕度參數(shù)在預(yù)先設(shè)定的圍，不需要人的直接參與。本系統(tǒng)還通過RS23

8、2和上位機相連，可以設(shè)置每隔一定的時間進行溫度和濕度的采集，上傳到上位機，以供查詢。1.2溫濕度檢測的發(fā)展狀況以與存在的問題傳統(tǒng)的溫度和濕度檢測系統(tǒng)主要有以下幾種：（1）水汽壓（e）：是水汽在大氣總壓力中的分壓力。它表示了空氣中水汽的絕對含量的大小，以毫巴為單位。（2）相對濕度（rh）：濕空氣中實際水汽壓e與同溫度下飽和水汽壓E的百分比，相對濕度的大小能直接表示空氣距離飽和的相對程度?？諝馔耆稍飼r，相對濕度為零。相對濕度越小，表示當(dāng)時空氣越干燥。當(dāng)相對濕度接近于100%時，表示空氣很潮濕，越接近于飽和。（3）露點（或霜點）溫度：指空氣在水汽含量和氣壓都不改變的條件下，冷卻到飽和時的溫度。（4

9、）干濕球溫度表：用一對并列裝置的、形狀完全一樣的溫度表，一支測氣溫，稱干球溫度表，另一支包有保持浸透蒸餾水的脫脂紗布，稱濕球溫度表。（5）發(fā)濕度表（計）：利用脫脂人發(fā)（或牛的腸衣）具有空氣潮濕時伸長，干燥時縮短的特性，制成毛發(fā)濕度表或濕度自記儀器，它的測濕精度較差，毛發(fā)濕度表通常在氣溫低于-10時使用。（6）電阻式濕度片：利用吸濕膜片隨濕度變化改變其電阻值的原理，常用的有碳膜濕敏電阻和氯化鋰濕度片兩種。前者用高分子聚合物和導(dǎo)電材料碳黑，加上粘合劑配成一定比例的膠狀液體，涂覆到基片上組成的電阻片；后者是在基片上涂上一層氯化鋰酒精溶液，當(dāng)空氣濕度變化時，氯化鋰溶液濃度隨之改變從而也改變了測濕膜片的

10、電阻。（7）薄膜濕敏電容：是以高分子聚合物為介質(zhì)的電容器，因吸收（或釋放）水汽而改變電容值。它制作精巧，性能優(yōu)良，常用在探空儀和遙測中。隨著智能檢測系統(tǒng)的飛速發(fā)展，基于單片機的溫濕度檢測系統(tǒng)將多傳感器系統(tǒng)結(jié)合在一起。如何把多傳感器集中于一個檢測控制系統(tǒng)，綜合利用來自多傳感器的信息，獲得對被測對象的可靠了解和解釋，以利于系統(tǒng)做出正確的響應(yīng)、決策和控制，是智能檢測控制系統(tǒng)中需要解決的首要問題。在溫濕度要求嚴格的場合，利用多傳感技術(shù)可以提高系統(tǒng)的可靠性和精度，亦可以提高系統(tǒng)的時間空間的覆蓋圍。1.3本課程設(shè)計的主要容單片機是系統(tǒng)的控制核心，所以單片機的性能關(guān)系到整個系統(tǒng)的好壞。因此單片機的選擇，對所

11、設(shè)計系統(tǒng)的實現(xiàn)以與功能的擴展有著很大的影響。單片機種類很多，在眾多51系列單片機中，較為常用的是ATMEL 公司的AT89C51和AT89S52單片機，AT89C51片4KROM是Flash工藝的，使用專用的編程器自己就可以隨時對單片機進行電擦除和改寫，片有128字節(jié)的RAM。而AT89S52含有在系統(tǒng)可編程的Flash存儲器，片有8K閃存，RAM的容量也較AT89C51大，為256字節(jié)。顯然這種單片機優(yōu)點更多，開發(fā)時間也大為縮短。因此，在本次設(shè)計中選用了ATMEL公司的AT89S52單片機。溫濕度信號的采集為模擬信號，而單片機接收的為數(shù)字信號，因此需要進行A/D轉(zhuǎn)換，在需要進行多路A/D轉(zhuǎn)換

12、時，目前常采用多通道A/D轉(zhuǎn)換器，如ADC0809、AD574等。這些轉(zhuǎn)換器多為8通道，電路較為復(fù)雜。如果只需完成單個通道8位轉(zhuǎn)換，且速度要求不高時，采用TLC549是一種較好的選擇，TLC549是單通道的A/D轉(zhuǎn)換芯片，8位開關(guān)電容型逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器，它具有三個控制輸入端，采用簡單的3線串行接口可方便地與微處理器進行連接，且價格適中，是作為A/D轉(zhuǎn)換的最佳選擇器件之一。鍵盤接口電路較為簡單，而顯示部分有兩種方案供選擇：一種為LCD，一種為LED。LCD液晶顯示的像素單元是整合在同一塊液晶版當(dāng)中分隔出來的小方格。通過數(shù)碼控制這些極小的方格進行顯像。顯示非常細膩但是造價很高。而LED數(shù)碼顯示中

13、每一個像素單元就是一個發(fā)光二極管，如果是單色，一般是紅色發(fā)光二極管。如果是彩色，一般是三個三原色小二極管組成的一個大二極管。這些二極管組成的矩陣由數(shù)碼控制實時顯示文字或圖象，造價相對低廉，顯示效果也較好。由于單片機工作現(xiàn)場存在著各種干擾，為保證系統(tǒng)的可靠工作，本設(shè)計選擇了常用的看門狗芯片X5045，以實現(xiàn)對單片機的復(fù)位，監(jiān)控等功能。軟件程序的設(shè)計也考慮了抗干擾措施。本設(shè)計中，最終選用的集成溫度傳感器AD590是美國模擬器件公司生產(chǎn)的集成兩端感溫電流源，通過對電流的測量可得到所需要的溫度值。濕度傳感器是采用了HIH-3610相對濕度傳感器它是一種熱固聚脂電容式傳感器。采集到的濕度信號再配以進行適

14、當(dāng)?shù)姆糯?，?jīng)過A/D轉(zhuǎn)換送至單片機，實現(xiàn)濕度的顯示與控制。系統(tǒng)主要由以上元器件組成，通過硬件電路和軟件程序的設(shè)計，實現(xiàn)系統(tǒng)的基本功能。第2章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計本設(shè)計是基于單片機對數(shù)字信號的高敏感和可控性、溫濕度傳感器可以產(chǎn)生模擬信號，和A/D模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片的性能，此設(shè)計以AT89S52基本系統(tǒng)為核心的一套檢測系統(tǒng)，其中包括A/D轉(zhuǎn)換、單片機、復(fù)位電路、溫度檢測、濕度檢測、鍵盤與顯示、報警電路、系統(tǒng)軟件等部分的設(shè)計。系統(tǒng)總體方框圖如圖2.1。單片機AT89S52AD590溫度檢測芯片TLC549A/D轉(zhuǎn)換串行口LED顯示HIH-3610濕度檢測與信號放大芯片TLC549A/D轉(zhuǎn)換報警電路圖2.

15、1 系統(tǒng)總體框圖本設(shè)計由信號采集、信號分析和信號處理三個部分組成的：(1) 信號采集由AD590、HIH-3610與多路開關(guān)CD4051組成；(2) 信號分析 由A/D轉(zhuǎn)換器TLC549芯片、單片機AT89S52基本系統(tǒng)組成；(3) 信號顯示 由串行口LED顯示器和報警電路組成。2.1 溫度傳感器集成溫度傳感器AD590是美國模擬器件公司生產(chǎn)的集成兩端感溫電流源。AD590是電流型溫度傳感器，通過對電流的測量可得到所需要的溫度值。2.1.1 溫度傳感器主要特性流過器件的電流(A)等于器件所處環(huán)境的熱力學(xué)溫度(開爾文)度數(shù)：Ir/T=1，式中，Ir流過器件(AD590)的電流，單位為A；T熱力學(xué)

16、溫度，單位為K；AD590的測溫圍為-55+150；AD590的電源電壓圍為430V，可以承受44V正向電壓和20V反向電壓，因而器件即使反接也不會被損壞；輸出電阻為710m；精度高，AD590在-55+150圍，非線性誤差僅為±0.3。2.1.2 AD590的工作原理AD590溫度感測器是一種已經(jīng)IC化的溫度感測器，它會將溫度轉(zhuǎn)換為電流。其規(guī)格如下：溫度每增加1，它會增加1A輸出電流。可量測圍-55至150。供應(yīng)電壓圍+4V至30V。AD590的接腳圖與零件符號如圖2.2所示：圖2.2 AD590的接腳圖與零件符號AD590的輸出電流是以絕對溫度零度(-273)為基準，每增加1，它

17、會增加1A輸出電流，因此在室溫25時，其輸出電流Io=(273+25)=298A。Vo的值為Io乘上10K，以室溫25而言，輸出值為2.98V(10K×298A)。量測Vo時，不可分出任何電流，否則量測值會不準。2.1.3電路設(shè)計AD590的輸出電流I=(273+T)A(T為攝氏溫度)，因此量測的電壓V為(273+T)A ×10K=(2.73+T/100)V。為了將電壓量測出來又需使輸出電流I不分流出來，我們使用電壓追隨器其輸出電壓V2等于輸入電壓V。由于一般電源供應(yīng)較多零件之后，電源是帶噪聲的，因此我們使用齊納二極管作為穩(wěn)壓零件，再利用可變電阻分壓，其輸出電壓V1需調(diào)整至

18、2.73V。接下來我們使用差動放大器其輸出Vo為（100K/10K）×（V2-V1）=T/10，如果現(xiàn)在為攝氏28，輸出電壓為2.8V，輸出電壓接A/D轉(zhuǎn)換器，那么A/D轉(zhuǎn)換輸出的數(shù)字量就和攝氏溫度成線形比例關(guān)系。AD590溫度傳感器使用原理如圖2.3。100K20K10K20K10K100K+12V+12V-5V+12V-5V+12VV1V2+12V-5VV0-+-+-OP1OP2OP3圖2.3 AD590溫度傳感器使用原理圖2.2 濕度傳感器本設(shè)計中采用相對濕度傳感器HIH-3610。HIH-3610是美國Honeywell公司生產(chǎn)的相對濕度傳感器，該傳感器采用熱固聚酯電容式傳感

19、頭，同時在部集成了信號處理功能電路，因此該傳感器可完成將相對濕度值變換成電容值，再將電容值轉(zhuǎn)換成線性電壓輸出的任務(wù)，同時該傳感器還具有精度高、響應(yīng)快、高穩(wěn)定性、低溫漂、抗化學(xué)腐蝕性能強與互換性好等優(yōu)點。 圖2.4 濕度傳感器HIH-3610外觀圖2.2.1 主要特性（1）熱固性聚合物電容傳感器，帶集成信號處理電路；（2）3針可焊塑封；（3）寬量程：0100%RH非凝結(jié)，寬工作溫度圍 4085；（4）高精度：±2%RH，極好的線形輸出；（5）5VDC恒壓供電，0.8-3.9VDC放大線形電壓輸出；（6）低功耗設(shè)計 200µA驅(qū)動電流；（7）激光修正互換性；（8）快速響應(yīng) 5秒

20、 慢流動的空氣中；（9）穩(wěn)定性好,低溫飄,抗化學(xué)腐蝕性能。圖2.5 HIH-3610電壓與濕度特性曲線測量圍/ (%RH)測量精度/ (%RH)電源電壓/ V電源電流A輸出圍或輸出形式工作溫度圍/主要特點0100+2/-245.82000.8V3.9V-40+85線性電壓輸出線，性能最好，抗污染能力最強表1 HIH-3610主要技術(shù)指標由輸出電壓與相對濕度關(guān)系曲線可得出如下結(jié)論：（1）HIH-3610在供電電壓為5V時，其消耗電流僅為200A，故HIH-3610濕度傳感器對電源沒有功率方面的要求，為低功耗產(chǎn)品的設(shè)計提供更好的解決方案。（2）HIH-3610輸出電壓為：Vo=Vi0.0062RH

21、0+0.16 （公式1）即輸出電壓Vo不僅正比于溫度測量值，且與電源電壓值Vi有關(guān)，若Vi固定為5V，則其值僅由相對溫度值決定。（3）HIH-3610測量的濕度值還與環(huán)境溫度有關(guān)，故應(yīng)進行溫度補償，補償公式為：RH=RH0/(1.0546-0.00216T) （公式2）式中：T為環(huán)境攝氏溫度值。利用HIH-3610的線性電壓輸出可直接輸入到控制器或其他裝置。一般僅需取出200A電流，HIH-3610系列測濕傳感器就能理想地用于低引出、電池供電系統(tǒng)。HIH-3610系列測濕傳感器作為一個低成本、可軟焊的單個直插式組建（SIP）提供儀表測量質(zhì)量的相對濕度（RH）傳感性能。RH傳感器可用在二引線間有

22、間距的配量中，它是一個熱固塑料型電容傳感元件，其芯片具有信號處理功能。傳感元件的多層結(jié)構(gòu)對應(yīng)用環(huán)境的不利因素，諸如潮濕、灰塵、污垢、油類和環(huán)境中常見的化學(xué)品具有最佳的抗力。2.3 A/D轉(zhuǎn)換器本電路設(shè)計A/D轉(zhuǎn)換部分主要核心部分采用高性價比的A/D轉(zhuǎn)換芯片TLC549 ，以下進行詳細介紹2.3.1 主要特性 TLC549是儀器公司生產(chǎn)的8位串行A/D轉(zhuǎn)換器芯片，可與通用微處理器、控制器通過I/O CLOCK、DATA 三條口線進行串行接口。具有4MHz片系統(tǒng)時鐘和軟、硬件控制電路，轉(zhuǎn)換時間最長17s，TLC548允許的最高轉(zhuǎn)換速率為45500次/s，TLC549為40000次/s。總失調(diào)誤差最

23、大為±0.5LSB，典型功耗值為6mW。采用差分參考電壓高阻輸入，抗干擾，可按比例量程校準轉(zhuǎn)換圍，VREF-接地，VREF+VREF-1V，可用于較小信號的采樣。TLC549引腳圖如下圖所示：TLC549的極限參數(shù)如下： 圖2.7 TLC549的引腳圖電源電壓：6.5V；輸入電壓圍：0.3VVCC0.3V；輸出電壓圍：0.3VVCC0.3V；峰值輸入電流(任一輸入端)：±10mA；總峰值輸入電流(所有輸入端)：±30mA；工作溫度： 070TLC549I：4085TLC549M：551252.3.2 TLC549工作原理TLC549有片系統(tǒng)時鐘，該時鐘與I/O C

24、LOCK是獨立工作的，無須特殊的速度或相位匹配。當(dāng)CS為高時，數(shù)據(jù)輸出(DATA OUT)端處于高阻狀態(tài)，此時I/O CLOCK不起作用。這種CS控制作用允許在同時使用多片TLC549時，共用I/O CLOCK，以減少多路(片)A/D并用時的I/O控制端口。一組通常的控制時序為：(1) 將置低。部電路在測得下降沿后，再等待兩個部時鐘上升沿和一個下降沿后，然后確認這一變化，最后自動將前一次轉(zhuǎn)換結(jié)果的最高位(D7)位輸出到DATA OUT端上。(2) 前四個I/O CLOCK周期的下降沿依次移出第2、3、4和第5個位(D6、D5、D4、D3)，片上采樣保持電路在第4個I/O CLOCK下降沿開始采

25、樣模擬輸入。(3) 接下來的3個I/O CLOCK周期的下降沿移出第6、7、8(D2、D1、D0)個換位。(4) 最后，片上采樣保持電路在第8個I/O CLOCK周期的下降沿將移出第6、7、8(D2、D1、D0)個轉(zhuǎn)換位。保持功能將持續(xù)4個部時鐘周期，然后開始進行32個部時鐘周期的A/D轉(zhuǎn)換。第8個I/O CLOCK后，必須為高，或I/O CLOCK保持低電平，這種狀態(tài)需要維持36個部系統(tǒng)時鐘周期以等待保持和轉(zhuǎn)換工作的完成。如果為低時I/O CLOCK上出現(xiàn)一個有效干擾脈沖，則微處理器/控制器將與器件的I/O時序失去同步；若為高時出現(xiàn)一次有效低電平，則將使引腳重新初始化，從而脫離原轉(zhuǎn)換過程。在

26、36個部系統(tǒng)時鐘周期結(jié)束之前，實施步驟(1)(4)，可重新啟動一次新的A/D轉(zhuǎn)換，與此同時，正在進行的轉(zhuǎn)換終止，此時的輸出是前一次的轉(zhuǎn)換結(jié)果而不是正在進行的轉(zhuǎn)換結(jié)果。若要在特定的時刻采樣模擬信號，應(yīng)使第8個I/O CLOCK時鐘的下降沿與該時刻對應(yīng)，因為芯片雖在第4個I/O CLOCK時鐘下降沿開始采樣，卻在第8個I/O CLOCK的下降沿開始保存。2.4 單片機AT89S52AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS八位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲器，使用ATMEL公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許ROM在系統(tǒng)可編程，

27、亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使其為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供靈活的解決方案。2.4.1 主要特性(1) 與MCS-51單片機產(chǎn)品兼容；(2) 8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲器；(3) 1000次擦寫周期；(4) 全靜態(tài)操作：0Hz33Hz；(5) 三級加密程序存儲器；(6) 32個可編程I/O口線；(7) 三個16位定時器/計數(shù)器；(8) 八個中斷源；(9) 全雙工UART串行通道；(10) 低功耗空閑和掉電模式；(11) 掉電后中斷可喚醒； 圖2.8 AT89S52芯片的引腳圖(12) 看門狗定時器；(13) 雙數(shù)據(jù)指針；(14) 掉電標識

28、符。如圖2.8所示AT89S52芯片的引腳圖VCC：電源Vss：地 P0口：8位漏極開路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅(qū)動8個TTL邏輯電平。對P0端口寫“1”時，引腳用作高阻抗輸入。當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時，P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下，P0具有部上拉電阻。在Flash編程時，P0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。程序校驗時，需要外部上拉電阻。P1口：具有部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1輸出緩沖器能驅(qū)動4個TTL邏輯電平。對P1端口寫“1”時，部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于部電阻的原因，將輸出電

29、流（IIL）。此外，P1.0和P1.2分別作定時器/計數(shù)器2的外部計數(shù)輸入（P1.0/T2）和定時器/計數(shù)器2的觸發(fā)輸入（P1.1/T2EX），具體如表3-1所示。在Flash編程和校驗時，P1口接收低8位地址字節(jié)。表2 P1口引腳的功能引腳號第二功能P1.0T2（定時器/計數(shù)器T2的外部計數(shù)輸入），時鐘輸出P1.1T2EX（定時器/計數(shù)器T2的捕捉/重載觸發(fā)信號和方向控制）P1.5MOSI（在系統(tǒng)編程用）P1.6MISO（在系統(tǒng)編程用）P1.7SCK（在系統(tǒng)編程用）P2口：具有部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2輸出緩沖器能驅(qū)動四個TTL邏輯電平。對P2端口寫“1”時，部上拉電阻把端口拉高，此

30、時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。在方位外部程序存儲器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2口送出高八位地址。在Flash編程和校驗時，P2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號。P3口：P3口是一個具有部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2輸出緩沖器能驅(qū)動四個TTL邏輯電平。對P3端口寫“1”時，部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。P3口亦作為AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如表3所示。表3 P3口引腳的第二功能引腳號第二功能P3.0RXD（串行輸

31、入）P3.1TXD（串行輸出）P3.2（外部中斷0）P3.3（外部中斷1）P3.4T0（定時器0外部輸入）P3.5T1（定時器1外部輸入）P3.6（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）P3.7（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）RST：復(fù)位輸入。晶振工作時，RST腳持續(xù)2個機器周期高電平將使單片機復(fù)位。DISRTO默認狀態(tài)下，復(fù)位高電平有效。ALE/：控制信號（ALE）是訪問外部程序存儲器時，鎖存低8位地址的輸出脈沖。在Flash編程時，此引腳（）也用作編程輸入脈沖。在一般情況下，ALE以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可用來作為外部定時器或時鐘使用。然而，特別強調(diào)，在每次訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時， ALE脈沖將會跳過。如

32、果需要，通過將地址為8EH的SFR的第0位置“1”，ALE操作將無效。這一位置“1”，ALE僅在執(zhí)行MOVX或MOVC指令時有效。否則，ALE將被微弱拉高。這個ALE使能標志位（地址為8EH的SFR的第0位）的設(shè)置對微控制器處于外部執(zhí)行模式下無效。：外部程序存儲器選通信號（）是外部程序存儲器選通信號。當(dāng)89S52從外部程序存儲器執(zhí)行外部代碼時，在每個機器周期被激活兩次，而在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，將不被激活。/VPP：訪問外部程序存儲器控制信號。為使能從0000H到FFFFH的外部程序存儲器讀取指令，必須接地。為執(zhí)行部程序指令，應(yīng)該接VCC。在Flash編程期間，也接收12伏VPP電壓。XTAL

33、1：振蕩器反相放大器和部時鐘發(fā)生電路的輸入端。XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。第3章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計和連接3.1主控模塊采用AT89S52單片機作為系統(tǒng)的控制器。Pl口控制數(shù)碼管顯示溫度和濕度值。P2口與TLC549連接實現(xiàn)濕度模擬電壓量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量便于單片機處理。鍵盤控制采用PO口其中POO是溫度的設(shè)置，PO1是濕度的設(shè)置，PO2PO3是分別對溫度與濕度的上下限值進行設(shè)置。原理如下圖：圖3.1 AT89S52單片機各引腳功能3.2顯示模塊系統(tǒng)采用動態(tài)顯示方式驅(qū)動6個數(shù)碼管工作，其中4個數(shù)碼管用來顯示溫度值，2個用來顯示檢測到的濕度值。用74LSl38的輸入端來選擇位碼單片機的P1口控制

34、數(shù)碼管的斷碼。如檢測到的溫度與濕度發(fā)生變化時，數(shù)碼管即會發(fā)生相應(yīng)的變化，起到實時顯示功能，電路如圖3.2。圖3.2 現(xiàn)實模塊連接電路3.3 AD轉(zhuǎn)換模塊采用TLC549轉(zhuǎn)換芯片，用于實現(xiàn)模擬量向數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，由于模擬轉(zhuǎn)換電路的種類很多，選擇AD轉(zhuǎn)換器從速度，精度和價格方面考慮其部是8路模擬選通開關(guān)。以與相應(yīng)的通道抵制鎖存譯碼電路，轉(zhuǎn)換時間最長17s左右，單電源供電。3.4 溫度和濕度采集模塊3.4.1 AD590溫度傳感器使用原理AD590的輸出電流I=(273+T)A(T為攝氏溫度)，因此量測的電壓V為(273+T)A ×10K=(2.73+T/100)V。為了將電壓量測出來又需使

35、輸出電流I不分流出來，我們使用電壓追隨器其輸出電壓V2等于輸入電壓V。 圖3.3 AD590的電路原理圖3.4.2 濕度信號采集的設(shè)計濕度的檢測方法，一般采用濕敏元件檢測，分為濕敏電阻和濕敏電容兩種情況?；诒敬卧O(shè)計，采用了HIH-3610相對濕度傳感器它是一種熱固聚脂電容式傳感器。采集到的濕度信號再配以進行適當(dāng)?shù)姆糯?，?jīng)過A/D轉(zhuǎn)換送至單片機。實現(xiàn)濕度的顯示與控制。電路連接圖如圖3-8所示。其濕度傳感器用一個電解電容代替。 圖3.4 濕度檢測模塊與單片機的連接圖3.5 繼電器控制電路電磁式繼電器具有結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、堅固耐用、價格便宜等優(yōu)點應(yīng)用極其廣泛，它是最為典型和常用的繼電器。本電路采

36、用常閉繼電器由單片機控制，當(dāng)溫度或濕度異常時，繼電器開始工作且開關(guān)切斷電源，小燈熄滅，從而起到保護系統(tǒng)的作用。其電路如圖4。 圖3.5 繼電器控制電路3.6 TLC549與AT89S52的接口電路設(shè)計本設(shè)計采用TLC549與單片機AT89S52相連實現(xiàn)電信號的轉(zhuǎn)換與采集，TLC549具有轉(zhuǎn)換誤差小，與單片機接口簡單的特點，連接圖如下圖3.6所示。圖3.6 TLC549與AT89S52的連接圖3.7 鍵盤設(shè)計用了幾個簡單的按鍵將它們拼成了一個簡易的鍵盤。為提高CPU的效率，鍵盤采用中斷方式。按鍵對單片機的接口電路圖如圖3-7所示。這里的鍵盤我并沒有用專業(yè)的鍵盤。因為如果利用通訊接口連接帶有專業(yè)鍵

37、盤的上位機，就顯得華而不實。圖3-7 按鍵對單片機的接口電路圖3.8 輸出驅(qū)動的設(shè)計將繼電器接到單片機AT89S52的P1.5、P1.6口，開關(guān)輸出控制加濕或者除濕裝置電路，單片機將采集到的溫濕度數(shù)字量與預(yù)設(shè)的基準上下限進行運算比較處理后，從P1.5、P1.6口輸出驅(qū)動電磁繼電器，對溫濕度裝置進行調(diào)節(jié)，以與電源通斷等控制。驅(qū)動電路與單片機的連接電路如圖3-8所示。當(dāng)檢測的濕度值高于設(shè)定的濕度值圍時,單片機AT89C52將使P1.6輸出低電平,停止加濕器加濕;同時使P1.5輸出高電平,使除濕器進行除濕；當(dāng)檢測的濕度值低于設(shè)定的濕度值圍時, 單片機AT89S52將使P1.5輸出低電平,停止除濕器除

38、濕;同時使P1.6輸出高電平，使加濕器進行加濕。圖3.8 驅(qū)動電路與單片機的連接3.9 與上位機相連電路的設(shè)計通過和MAX232和上位機相連接，如圖3-9所示。在大氣氣候的檢測中需要做記錄時，可以通過設(shè)置單片機的參數(shù)，每隔一定的時間進行自動的做記錄，省去人工的記錄麻煩。Max232的T1IN和單片機的P3.2相連，R1 OUT和單片機的P3.1相連。圖3.9 單片機系統(tǒng)與上位機的連接3.10 電源電路的設(shè)計采用全橋整流電路將交流電壓轉(zhuǎn)化為直流電壓,系統(tǒng)硬件電路要求電源額定電壓為5 V ,單片機系統(tǒng)要求電源電壓的紋波系數(shù)盡可能小,基于以上要求,選用固定輸出線形穩(wěn)壓集成器LM78H05。該穩(wěn)壓器的

39、輸入電壓VIN 在7 V35 V 的圍變化,輸出電壓可保證為5 V 輸出和A/D轉(zhuǎn)換芯片TLC549的電源電壓。該穩(wěn)壓器還具有過熱保護和過壓保護功能,線性穩(wěn)壓結(jié)構(gòu)可使電源紋波系數(shù)降低。圖3.10 電源電路的設(shè)計3.11 報警電路設(shè)計NPN5.6K3.3K+5VP3.2AT89S52PB2130UP002A本設(shè)計采用峰鳴音報警電路。峰鳴音報警接口電路的設(shè)計只需購買市售的壓電式蜂鳴器，然后通過MCS-51的1根口線經(jīng)驅(qū)動器驅(qū)動蜂鳴音發(fā)聲。壓電式蜂鳴器約需10mA的驅(qū)動電流，可以使用TTL系列集成電路7406或7407低電平驅(qū)動，也可以用一個晶體三極管驅(qū)動。在圖中，P3.2接晶體管基極輸入端。當(dāng)P3

40、.2輸出高電平“1”時，晶體管導(dǎo)通，壓電蜂鳴器兩端獲得約+5V電壓而鳴叫；當(dāng)P3.2輸出低電平“0”時，三極管截止，蜂鳴器停止發(fā)聲。圖3.11 三極管驅(qū)動的峰鳴音報警電路第4章 系統(tǒng)軟件方案的設(shè)計溫度控制主程序的設(shè)計應(yīng)考慮以下問題：（1）溫濕度采樣，數(shù)字濾波；（2）越限報警和處理；（3）溫度標度轉(zhuǎn)換；（4）溫濕度顯示。通常，符合上述功能的溫度控制程序由主程序和T0中斷服務(wù)程序兩部分組成。在該軟件系統(tǒng)中，定時器T0為工作方式1，定時周期為125ms，8次定時器中斷為1S，由于實際環(huán)境溫度和濕度變化是連續(xù)和平緩的，故這里采用分段定值平緩濾波算法處理每次測得的溫度和濕度值，有效防止了突發(fā)干擾使測得值

41、波動很大，導(dǎo)致反饋系統(tǒng)關(guān)啟工作，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定，提高了系統(tǒng)的抗干擾性。4.1 程序流程圖恢復(fù)現(xiàn)場是否越限?顯示重裝時間常數(shù)報警程序保護現(xiàn)場設(shè)定1s時間計數(shù)是否到1s?返回NNYY標度變換溫濕度數(shù)據(jù)采樣T0中斷清標志設(shè)堆棧清顯示清暫存T0初始化CPU開中斷溫濕度采樣顯示串行口初始化掃描鍵盤開始4.1.1 溫濕度主程序流程圖4.1.2 報警器流程圖 返回報警置位報警標志啟動報警報警持續(xù)計數(shù)器置初值4.1.3 A/D轉(zhuǎn)換子程序流程圖開始CS置高,CLK置低,移位計數(shù)器R0為0CS置低選中TLC5491.4uS后CLK置高讀DOUT、CLK置低CS置高轉(zhuǎn)換值存入緩沖區(qū)子程序返回R0加1，8位讀完嗎？Y

42、N4.1.4 鍵盤中斷流程圖4.2程序清單4.2.1 溫度采集初始化程序ORG 0300H; ADCON:MOV DPTR,#0F0FFH; MOV A,#00H; MOVX DPTR,A; HERE:JNB P2.1RE; MOVX A,DPTR; MOV 20H,A; RET ；4.2.2 濕度采集初始化程序ORG 0301HADCON:MOV DPTR,#0F0FFH; MOV A,#00H;MOVX DPTR,A; HERE:JNB P2.2E; MOVX A,DPTR; MOV 20H,A; RET ；4.2.3 顯示電路程序程序：ORG 0700H;DIS :MOV R5,#04;

43、 MOV R0,#30H; MOV DPTR,#TAB;LOOP:MOV A,R0;MOVC A,A+DPTR;MOV SBUF,A;WAIT:JNB T1,WAIT;CLR T1;INC R0;DJNZ R5,LOOP;RET;TAB:DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH；4.2.4 A/D轉(zhuǎn)換程序MAIN：MOV R0,#0A0H MOV R2,#08H SETB IT1 SETB IT2 MOV DPTR,#7FF8H MOVX DPTR,AHERE: SJMP HERE4.2.5 制交流蜂鳴器發(fā)聲程序程序：main.sm ；控制交流蜂鳴器

44、發(fā)出固定頻率的聲音；定義I/OBUZZER BIT P1.2 ；復(fù)位入口ORG 0000HLJMP main ；定義中斷T0中斷入口ORG 000BHLJMP T0INTSVC ;函數(shù)：T0INSVC()Void T0INTSVC() interrupt1T0INTSVC: CLR TR0 MOV TH0,#0FDHMOV TL0,#0C0HSETB TR0CPL BUZZERRETI ;主程序main()main:ANL TOMD,#0F0HORL TOMD,01H MOV TH0,#0FDHMOV TL0,#0C0HSETB ET0SETB EA SETB TR0SJMPS $END4.3

45、 上位機軟件設(shè)計4.3.1系統(tǒng)進入界面程序在此系統(tǒng)軟件中共有3個界面，首先進入的是系統(tǒng)進入界面。在這個界面當(dāng)中用到了Picture box、Text box、Timer等幾個控件。首先，將這些控件一一拖入窗體當(dāng)中，擺放好其位置。接著在圖片控件中加載一個背景圖片，選中圖片控件，其屬性當(dāng)中有個“Picture”，選擇圖片的目錄，再點擊打開，圖片被成功加載。日期的顯示是利用Timer和Label控件實現(xiàn)的，Timer的特點是每隔一定的時間間隔產(chǎn)生一次Timer事件，將其Invernal屬性設(shè)置為1000，即1秒。再寫入如下程序：Private Sub Form_Load()Timer1.Enable

46、d = TrueEnd SubPrivate Sub Timer1_Timer()Label4.Caption = DateEnd Sub這樣即可完成日期顯示。在進入系統(tǒng)按扭對應(yīng)程序段中寫入以下語句即可，Private Sub Command1_Click()If Text1.Text = "0405060129" ThenForm2.ShowUnload Form1ElseMsgBox "您的學(xué)號有誤,請重新輸入。", vbExclamation, "警告"End IfEnd Sub這樣即可實現(xiàn)在輸入正確學(xué)號后才可進入系統(tǒng)，如果學(xué)號

47、錯誤則會彈出提示對話框。4.3.2實時顯示界面實時顯示界面是在上位機對下位機的實時監(jiān)測對下位機上傳的數(shù)據(jù)進行曲線的繪制。界面上的六個按鈕分別為參數(shù)設(shè)置的確定鍵、下位機初始化、采集、停止、歷史數(shù)據(jù)與退出鍵。點擊采集鍵，上位機會發(fā)送命令字，使下位機開始開始采集數(shù)據(jù)并送至上位機，與此同時上位機繪出溫度變化曲線，第一路為紅色曲線，第二路為黃色，第三路為藍色，第四路為綠色。采集與繪制曲線的語句如下（以第一路為例）：Private Sub Timer1_Timer() '第一路采集Dim buf As StringIf MSComm1 mEvent = 2 ThenMSComm1.InputLen

48、 = 1buffer = MSComm1.InputIf buffer = "Q" Thena = Val(Text1.Text)Text1.Text = ""Timer1.Enabled = FalseMSComm1.Output = "6"Timer2.Enabled = Truea = CInt(a * 100 / 255)Picture1.Line (b, d)-(c, a), vbRedd = ab = cc = b + 5ElseText1.Text = Text1.Text & bufferEnd IfEnd I

49、fEnd Sub在參數(shù)設(shè)置框，可以對下位機初始化、對采樣頻率進行設(shè)置、設(shè)置警報值。為了能與下位機實現(xiàn)通信，此界面需添加MSComm控件。還需要添加DATA控件與數(shù)據(jù)庫進行綁定，再利用TextBox控件與DATA控件進行綁定，這樣將溫度數(shù)據(jù)送給TextBox后，溫度數(shù)據(jù)就會被存入數(shù)據(jù)庫中。相應(yīng)的語句為：Data1.Recordset.EditText1.Text = aText2.Text = eText3.Text = iText4.Text = mLabel1.Caption = TimeLabel2.Caption = DateData1.Recordset.MoveNextData1.U

50、pdateRecord4.3.3歷史數(shù)據(jù)界面該界面主要是用于查詢歷史數(shù)據(jù)，所以在此之前需創(chuàng)建一個ACCESS數(shù)據(jù)庫，表名稱為四路溫度采集，添加字段日期、時間、第一路、第二路、第三路、第四路。在窗體中添加DATA控件與之綁定，同樣利用TextBox控件將數(shù)值取出，進而繪制出溫度曲線、方框圖等。如圖，在日期的文本框中，輸入要查詢的日期，則在歷史數(shù)據(jù)顯示中會出現(xiàn)對應(yīng)日期的溫度數(shù)據(jù)。在路數(shù)框中輸入通道號，則會繪制出對應(yīng)通道溫度變化曲線和方框圖。該程序為（繪制曲線以第一路為例）：Private Sub Command1_Click()Dim a As StringDim b As Stringb = T

51、ext1.Texta = "select*from 溫度監(jiān)測1 where 日期='" & b & "'"Data1.RecordSource = aData1.RefreshEnd SubPrivate Sub Command2_Click()Picture1.Scale (0, 100)-(500, 0)Picture2.Scale (0, 100)-(500, 0)Dim c, d As IntegerDim x() As Stringc = 0d = 2If Text2.Text = "1" T

52、hen ；第1路For i = 0 To UBound(x)y = CInt(Val(tex3.Text)Data1.Recordset.MoveNextz = CInt(Val(Text3.Text)Picture1.DrawWidth = 3Picture1.Line (c, y)-(d, z), vbRedPicture2.FillStyle = 0Picture2.FillColor = vbBluePicture2.Line (c, y)-(d, 0), vbBlue, Bc = c + 2d = d + 2z = yNextEND IF第5章 總結(jié)與展望本次專業(yè)課程設(shè)計：基于AT8

53、9S52單片機的溫濕度檢測系統(tǒng)的設(shè)計，已經(jīng)基本完成。通過這次畢業(yè)設(shè)計，我掌握了一些實踐性質(zhì)的設(shè)計的基本步驟：首先，明確設(shè)計任務(wù)，并且要對市場上溫濕度控制器要有初步了解，還要知道前人做了哪些工作，本設(shè)計方案的可利用程度等等。其次，要對整個設(shè)計系統(tǒng)做深入的方案論證、計算并且結(jié)合現(xiàn)有實際條件，確立自己的設(shè)計方案，進而，就是對自己確立的方案進行硬件實現(xiàn)，包括所用原器件選型，以與控制部分整個單片機系統(tǒng)的硬件選型與設(shè)計，并用Protel繪制出整個系統(tǒng)總體電路圖。接著我們就進入到軟件編程設(shè)計了，要畫出各部分的大體流程圖，弄清楚各個部分實現(xiàn)的功能，最后對整個系統(tǒng)進行軟件編程實現(xiàn)。到此為止，這個系統(tǒng)的設(shè)計基本上已經(jīng)完成了，最后就是要經(jīng)過生產(chǎn)實踐的檢驗，確定我們的設(shè)計是否