溫濕度測控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、 摘 要在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，溫室大棚的應(yīng)用越來越廣泛，也能為人們創(chuàng)造更高的經(jīng)濟(jì)效益。在溫室大棚中，最關(guān)鍵的是溫濕度控制方法。傳統(tǒng)的溫濕度控制方法完全是人工的，不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且效率很低。本文旨在論述一鐘溫室大棚溫濕度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及工作原理。該系統(tǒng)主要由單片機(jī)、數(shù)字溫濕度傳感器DHT11、液晶顯示、鍵盤等組成。采用溫濕度傳感器DHT11來測量溫濕度，它的精確度高，而且DHT11直接是輸出數(shù)字信號，可直接與單片機(jī)相連。顯示部分使用的是液晶顯示來顯示溫濕度。本系統(tǒng)還有附帶鍵盤，能夠?qū)Υ笈锼枰臏貪穸壬舷孪拗抵苯釉O(shè)定和修改。本系統(tǒng)的核心是單片機(jī)SCT89C52，接收傳感器所測的數(shù)據(jù)并處理，然后執(zhí)行各種操

2、作，如噴水，吹風(fēng)等。本系統(tǒng)智能度高，可靠性高，系統(tǒng)工作穩(wěn)定，且綜合性價(jià)比較高，具有較大的市場應(yīng)用前景?！娟P(guān)鍵詞】 單片機(jī)SCT89C52 數(shù)字溫濕度傳感器DHT11 大棚 溫度 濕度第 1 頁 共 29 頁ABSTRACTIn agricultural production, more and more extensive application in greenhouse, also can create higher economic benefits for people. In the greenhouse, the key is the temperature and humidit

3、y control method. Temperature and humidity control method of traditional is entirely artificial, not only time-consuming and laborious, but also the efficiency is low. This paper discusses the design and the working principle of temperature and humidity control system of a greenhouse. The system is

4、mainly composed of single chip microcomputer, digital temperature and humidity sensor DHT11, liquid crystal display, keyboard, etc. To measure the temperature and humidity and the temperature and humidity sensor DHT11, it has a high precision, and the DHT11 is directly output digital signal, can be

5、directly connected with the single chip. The display part is the use of liquid crystal display to display the temperature and humidity. The system has keyboard, temperature and humidity in greenhouse on the need to limit on the value set and modify. The core of this system is SCT89C52 MCU, receiving

6、 sensor data and processing, and then perform various operations, such as water, air etc.The system of intelligent degree is high, the reliability is high, the system is stable, and the higher price, has great market prospects.keyword single-chip digital SCT89C52 temperature and humidity sensor DHT1

7、1 greenhouse temperature and humidity 前言 在現(xiàn)代的大棚種植技術(shù)中，溫度、濕度是大棚蔬菜能否茁壯成長的重要因素?，F(xiàn)在我國大棚生產(chǎn)規(guī)模雖然空前巨大，但是大棚的設(shè)備比較陳舊，溫度采集方式落后，廣大農(nóng)村采用煤油溫度計(jì)的溫度采集方式，不僅溫度采集較為老套，并且費(fèi)時(shí)費(fèi)力，不利于大棚生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，也不利于信息化程度的提高，不符合黨中央提出的科技興農(nóng)的戰(zhàn)略目標(biāo)。農(nóng)業(yè)是人類社會最古老的行業(yè)，是各行各業(yè)的基礎(chǔ)，也是人類頓以生存的最重要的行業(yè)，由傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)變，由粗放經(jīng)營向集約經(jīng)營轉(zhuǎn)變，必須要求農(nóng)業(yè)科技有一個(gè)大的發(fā)展，進(jìn)行一次新的農(nóng)業(yè)技術(shù)革命。科技的發(fā)展促進(jìn)了農(nóng)業(yè)

8、的發(fā)展，溫室大棚在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛。傳統(tǒng)的溫室大棚的自動化程度很低，基本是是粗放型的人工操作，即便對于所給定的量，在操作中無法進(jìn)行有效的控制，很大程度上限制了溫室大棚的經(jīng)濟(jì)效益?，F(xiàn)代智能控制系統(tǒng)是進(jìn)行溫室大棚溫濕度控制的有效手段和工具，它可以提高操作的準(zhǔn)確性，有利于控制過程的科學(xué)管理，也降低了對操作者本身素質(zhì)的要求和體力勞動強(qiáng)度。除此之外，它還能準(zhǔn)確、定時(shí)、定量、高效的進(jìn)行溫濕度控制，可以節(jié)省人力、體力而提高質(zhì)量和產(chǎn)量。智能溫室大棚控制系統(tǒng)在我國農(nóng)業(yè)中的使用為數(shù)不多，與發(fā)達(dá)國家相比，有較大的差距，有很多是基本停留在人工操作，即使有些使用的了自動控制系統(tǒng)，但是也是以經(jīng)驗(yàn)來自行設(shè)定很多參數(shù)，

9、使得不能物盡其用而又造成浪費(fèi)。只有提高自動控制系統(tǒng)的智能，使得在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中更加智能和方便并采用廉價(jià)的器材使其價(jià)格能被廣大農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者所接受，才能促進(jìn)智能溫室大棚溫濕度控制在農(nóng)業(yè)中的廣泛應(yīng)用和提高其經(jīng)濟(jì)效益。隨著微型計(jì)算機(jī)和傳感器技術(shù)的迅猛發(fā)展，其價(jià)格低、可靠性高，給改造農(nóng)業(yè)帶來了很多便利。用高新技術(shù)改造農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，是我國農(nóng)業(yè)和國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的根本大事。本文旨在對溫室大棚溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，一種基于mcs-51單片機(jī)的控制系統(tǒng)，通過高靈敏度的溫濕度傳感器檢測大棚內(nèi)的溫濕度，并通過控制系統(tǒng)進(jìn)行溫室度調(diào)節(jié)。第 29 頁 共 29 頁目錄第一章 緒論 1.1課題來源. .5 1.2國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀、趨勢

10、以及面臨的挑戰(zhàn) . .5 1.3研究的目的、意義及主要內(nèi)容. .5第二章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì).7第三章 硬件的選型. .9 3.1 STC89C52單片機(jī). .9 3.1.1單片機(jī)概述. .9 3.1.2 STC89C52單片機(jī)的引腳說明.10 3.1.3復(fù)位電路.13 3.1.4晶振電路.13 3.2溫濕度傳感器.14 3.2.1 DHT11產(chǎn)品概述.14 3.2.2 DHT11傳感器電路引腳接線.14 3.2.3 DHT11傳感器工作原理.14 3.2.4 串行接口（單線雙向）.15第四章 硬件電路設(shè)計(jì).18 4.1按鍵電路.18 4.1.1鍵盤模塊設(shè)計(jì).18 4.2顯示電路.19 4.3

11、溫濕度傳感器.20 4.4 系統(tǒng)電源設(shè)計(jì).21 4.5 信號采集變換部分.21 4.6 信號處理部分.22 4.7 串口通信電路.24 4.8 報(bào)警電路.25第五章 結(jié)論.26第六章 附錄.28第一章 緒論1.1課題來源 來源于生產(chǎn)/社會實(shí)踐1.2國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀、趨勢以及面臨的挑戰(zhàn) 美國是將計(jì)算機(jī)應(yīng)用于大棚和管理最早，最多的國家之一。美國開發(fā)的大棚計(jì)算機(jī)控制與管理系統(tǒng)可以根據(jù)作物的特點(diǎn)和生長所需要的條件，對大棚內(nèi)的光照，溫度，濕度等諸多因素進(jìn)行自動控制。這種自動控制系統(tǒng)需要種植者輸入溫室作物生長所需的環(huán)境的目標(biāo)參數(shù)，計(jì)算編機(jī)根據(jù)傳感器的實(shí)際測量值與事先設(shè)定的目標(biāo)進(jìn)行比較，以決定大棚溫濕度的控制

12、過程，按照相應(yīng)的機(jī)構(gòu)進(jìn)行加熱，降溫或者是澆水，通風(fēng)等。目前，我國絕大部分自主開發(fā)的大棚溫濕度控制或者進(jìn)口的國外設(shè)備都屬于這種系統(tǒng)。雖然這種自動控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了自動化，適合規(guī)模化生產(chǎn)，提高了勞動生產(chǎn)率，通過改變大棚溫室度的設(shè)定目標(biāo)，可以自動的對大棚內(nèi)溫濕度進(jìn)行調(diào)節(jié)，但是這種調(diào)節(jié)對作物的生長來說還是相對滯后的，難以介入作物生長的內(nèi)在規(guī)律。所以在這種自動控制系統(tǒng)和實(shí)踐的基礎(chǔ)上，溫濕度自動控制向著適合不同作物生長的智能化控制發(fā)展。國外大棚業(yè)正致力于高科技發(fā)展，遙測技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，控制局域網(wǎng)已逐漸應(yīng)用于大棚的管理和控制中，近幾年各國溫度控制技術(shù)提出建立大棚行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，朝著網(wǎng)絡(luò)化，大眾化，大規(guī)模，無人化的方向

13、發(fā)展的思路。1.3研究的目的、意義及主要內(nèi)容 本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的硬件主要包括：主要是單片機(jī)AT89C51，檢測系統(tǒng)，顯示電路，A|D電路，報(bào)警電路等。利用傳感器測量大棚內(nèi)的溫濕度經(jīng)過信號處理，將傳感器測得的數(shù)據(jù)送至控制系統(tǒng)（STC89C51），與預(yù)設(shè)的農(nóng)作物最適合生長的溫濕度值的上下限進(jìn)行對比，并通過顯示電路將測得的溫濕度進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。如果不同作物的適合生長的溫度不一樣，可以通過鍵盤電路修改預(yù)設(shè)值?？刂葡到y(tǒng)根據(jù)比較的結(jié)果對調(diào)節(jié)系統(tǒng)發(fā)出相應(yīng)的指令，啟動相應(yīng)的調(diào)節(jié)設(shè)備如噴水機(jī)，吹風(fēng)機(jī)，加熱器，降溫等，調(diào)節(jié)大棚內(nèi)的溫濕度狀態(tài)。如果測得的數(shù)據(jù)超過了預(yù)設(shè)值的上下限，則報(bào)警電路會報(bào)警。這樣就實(shí)現(xiàn)了對大棚溫濕度

14、的自動控制。 本文主要研究內(nèi)容如下：1.進(jìn)行溫濕度控制系統(tǒng)的整體研究與設(shè)計(jì)。2.利用鍵盤設(shè)置溫濕度的上下限值。3.利用數(shù)字溫濕度傳感器DHT11測量大棚內(nèi)的溫濕度。4.利用LCD對溫濕度進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。5.利用315M無線傳輸系統(tǒng)進(jìn)行農(nóng)田與監(jiān)控室之間的數(shù)據(jù)傳輸。5.當(dāng)大棚溫濕度值超出設(shè)定范圍值時(shí)，系統(tǒng)可自動報(bào)警，并輸出驅(qū)動信號控制繼電器對大棚溫濕度進(jìn)行調(diào)節(jié)。 第二章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)由于該系統(tǒng)在配電房內(nèi)運(yùn)行及設(shè)計(jì)上的要求，硬件部分選用STC89C52單片機(jī)作為控制器，硬件系統(tǒng)由溫濕度采集部分、模數(shù)轉(zhuǎn)換與處理部分、動態(tài)顯示部分、系統(tǒng)電源部分、RS232串行總線通信、繼電器輸出部分、報(bào)警部分及自動手

15、動控制部分組成。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖2.1所示： 圖2.1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)采用匯編語言，對單片機(jī)進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能。本軟件為了實(shí)現(xiàn)溫度、濕度顯示，報(bào)警，A/D轉(zhuǎn)換和對溫濕度的控制等功能，采用主程序調(diào)用各個(gè)子程序來實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能的方法。系統(tǒng)上電復(fù)位后，將調(diào)用初始化程序?qū)纹瑱C(jī)的端口初始化，將需要使用的內(nèi)存單元進(jìn)行清零，然后自動采樣后調(diào)用A/D轉(zhuǎn)換子程序并顯示當(dāng)前溫濕度值，當(dāng)有鍵按下時(shí)，進(jìn)入中斷，運(yùn)行中斷程序，將溫、濕度上下限的初值寫入內(nèi)存單元，并且顯示在動態(tài)顯示部分上。然后系統(tǒng)調(diào)用A/D轉(zhuǎn)換子程序，將DHT11溫濕度傳感器電路輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，將數(shù)字信號讀入單片機(jī)，

16、每次將讀入的數(shù)據(jù)與上、下限進(jìn)行判斷，以決定是否調(diào)用報(bào)警和調(diào)溫、調(diào)濕子程序，并且在此過程中實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前溫濕度值。如果高于溫度上限，系統(tǒng)啟動報(bào)警功能及排風(fēng)扇，加快室內(nèi)外的空氣對流，達(dá)到迅速降溫的目的；如果高于濕度上限，系統(tǒng)也啟動報(bào)警功能予以報(bào)警，并啟動加熱絲，使室內(nèi)溫度迅速上升，當(dāng)溫度上升一定值時(shí)，啟動排風(fēng)扇，將室內(nèi)的高濕度空氣排到室外，達(dá)到降低濕度的目的。第三章 硬件的選型3.1 STC89C52單片機(jī)3.1.1單片機(jī)概述單片微型計(jì)算機(jī)簡稱單片機(jī)，又稱微控制器，嵌入式微控制器等，屬于第四代電子計(jì)算機(jī)。它把中央處理器、存儲器、輸入/輸出接口電路以及定時(shí)器葉數(shù)器集成在一塊芯片上，從而具有體積小、功耗

17、低、價(jià)格低廉、抗干擾能力強(qiáng)且可靠性高等特點(diǎn)，因此，適合應(yīng)用于工業(yè)過程控制、智能儀器儀表和測控系統(tǒng)的前端裝置。正是由于這一原因，國際上逐漸采用微控制器(MCU)代替單片微型計(jì)算機(jī)(SCM)這一名稱?！拔⒖刂破鳌备芊从硢纹瑱C(jī)的本質(zhì)，但是由于單片機(jī)這個(gè)名稱已經(jīng)為國內(nèi)大多數(shù)人所接受，所以仍沿用“單片機(jī)”這一名稱。1、單片機(jī)的主要特點(diǎn)有:(1) 具有優(yōu)異的性能價(jià)格比。(2) 集成度高、體積小、可靠性高。(3) 控制功能強(qiáng)。(4) 低電壓，低功耗。2、單片機(jī)的主要應(yīng)用領(lǐng)域:(1) 工業(yè)控制(2) 儀器儀表(3) 電信技術(shù)(4) 辦公自動化和計(jì)算機(jī)外部設(shè)備(5) 汽車和節(jié)能(6) 制導(dǎo)和導(dǎo)航(7) 商用產(chǎn)

18、品(8) 家用電器因此，在本課題設(shè)計(jì)的溫濕度測控系統(tǒng)中，采用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)。在單片機(jī)選用方面，由于STC89系列單片機(jī)與MCS-51系列單片機(jī)兼容，所以，本系統(tǒng)中選用STC89C52單片機(jī)。3.1.2 STC89C52單片機(jī)的引腳說明圖3-1 STC89C52單片機(jī)引腳圖芯片引腳如圖3-1所示：VCC : 電源。GND: 地。P0口：P0口是一個(gè)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(gè)TTL邏輯電平。對P0端口寫“1”時(shí)，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(shí)，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具有內(nèi)部上拉電阻。在flash編程時(shí)，P0口也用來接收指令

19、字節(jié)；在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)。程序校驗(yàn)時(shí)，需要外部上拉電阻。P1口： 是一個(gè)具有內(nèi)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(gè)TTL 邏輯電平。對P1 端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。此外，P1.0和P1.2分別作定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的外部計(jì)數(shù)輸入（P1.0/T2）和時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的觸發(fā)輸入（P1.1/T2EX），具體如下表1所示。在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口接收低8位地址字節(jié)。P2口：P2口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O口，P2輸出緩沖器能驅(qū)動4個(gè)TTL

20、邏輯電平。對P2端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。在訪問外部程序存儲器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行MOVX DPTR）時(shí)，P2口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中，P2口使用很強(qiáng)的內(nèi)部上拉發(fā)送1。在使用8位地址（如MOVX RI）訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，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(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，p2 輸出緩沖器能驅(qū)動4 個(gè)TTL 邏輯電平。對P3 端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電

21、阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)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，如上表2-1所示。在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P3口也接收一些控制信號。RST: 復(fù)位輸入。晶振工作時(shí)，RST腳持續(xù)2個(gè)機(jī)器周期高電平將使單片機(jī)復(fù)位?？撮T狗計(jì)時(shí)完成后，RST 腳輸出96 個(gè)晶振周期的高電平。特殊寄存器AUXR(地址8EH)上的DISRTO位可以使此功能無效。DISRTO默認(rèn)狀態(tài)下，復(fù)位高電平有效。ALE/PROG：地址鎖存控制信號（ALE）是訪問外部程序存儲器時(shí)，鎖存低8 位地址的輸出脈沖。在flash編程時(shí)，此引腳

22、（PROG）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(shí)器或時(shí)鐘使用。然而，特別強(qiáng)調(diào)，在每次訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，ALE脈沖將會跳過。如果需要，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(shí)有效。否則，ALE 將被微弱拉高。這個(gè)ALE 使能標(biāo)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。PSEN:外部程序存儲器選通信號（PSEN）是外部程序存儲器選通信號。當(dāng)STC89C52從外部程序存儲器執(zhí)行外部代碼時(shí)，PSEN在每個(gè)機(jī)器周期被激活兩次，

23、而在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，PSEN將不被激活。EA/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，EA必須接GND。為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令，EA應(yīng)該接VCC。在flash編程期間，EA也接收12伏VPP電壓。XTAL1:振蕩器反相放大器和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端。XTAL2:振蕩器反相放大器的輸出端。程序存儲器：如果EA引腳接地，程序讀取只從外部存儲器開始。對于89S52，如果EA 接VCC，程序讀寫先從內(nèi)部存儲器（地址為0000H1FFFH）開始，接著從外部尋址，尋址地址為：2000HFFFFH。數(shù)據(jù)存儲器：STC89C52 有256 字節(jié)片內(nèi)數(shù)

24、據(jù)存儲器。高128 字節(jié)與特殊功能寄存器重疊。也就是說高128字節(jié)與特殊功能寄存器有相同的地址，而物理上是分開的。當(dāng)一條指令訪問高于7FH 的地址時(shí)，尋址方式?jīng)Q定CPU 訪問高128 字節(jié)RAM 還是特殊功能寄存器空間。直接尋址方式訪問特殊功能寄存器（SFR）定時(shí)器2：定時(shí)器2是一個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，它既可以做定時(shí)器，又可以做事件計(jì)數(shù)器。其工作方式由特殊寄存器T2CON中的C/T2位選擇（如表2所示）。定時(shí)器2有三種工作模式：捕捉方式、自動重載（向下或向上計(jì)數(shù)）和波特率發(fā)生器。工作模式由T2CON中的相關(guān)位選擇。定時(shí)器2 有2 個(gè)8位寄存器：TH2和TL2。在定時(shí)工作方式中，每個(gè)機(jī)器周期，T

25、L2 寄存器都會加1。由于一個(gè)機(jī)器周期由12 個(gè)晶振周期構(gòu)成，因此，計(jì)數(shù)頻率就是晶振頻率的1/12。中斷：STC89C52 有6個(gè)中斷源如表3-1所示：兩個(gè)外部中斷（INT0 和INT1），三個(gè)定時(shí)中斷（定時(shí)器0、1、2）和一個(gè)串行中斷每個(gè)中斷源都可以通過置位或清除特殊寄存器IE 中的相關(guān)中斷允許控制位分別使得中斷源有效或無效。IE還包括一個(gè)中斷允許總控制位EA，它能一次禁止所有中斷。定時(shí)器2可以被寄存器T2CON中的TF2和EXF2的或邏輯觸發(fā)。程序進(jìn)入中斷服務(wù)后，這些標(biāo)志位都可以由硬件清0。實(shí)際上，中斷服務(wù)程序必須判定是否是TF2 或EXF2激活中斷，標(biāo)志位也必須由軟件清01。表3-1 中

26、斷控制寄存器符號位地址功能EAIE.7中斷總允許控制位。EA=0,中斷總禁止；EA=1，各中斷由各自的控制位設(shè)定-IE.6預(yù)留ET2IE.5定時(shí)器2中斷允許控制位ESIE.4串行口中斷允許控制位ET1IE.3定時(shí)器1中斷允許控制位EX1IE.2外部中斷1允許控制位ET0IE.1定時(shí)器0中斷允許控制位EX0IE.0外部中斷1允許控制位3.1.3復(fù)位電路RST引腳是單片機(jī)復(fù)位端，高電頻有效。在引腳端輸入至少連續(xù)兩個(gè)單片機(jī)周期的高電頻，單片機(jī)復(fù)位。使用時(shí)，在引腳與VSS引腳之間接一個(gè)10K的下拉電阻，與VCC引腳之間接一個(gè)約22F的電解電容，即可保證上電復(fù)位。本設(shè)計(jì)中復(fù)位電路如圖3-2所示：圖3-2

27、 復(fù)位電路3.1.4晶振電路在單片機(jī)電路中晶振的作用非常大，結(jié)合單片機(jī)內(nèi)部的電路，產(chǎn)生單片機(jī)所必需的時(shí)鐘頻率，單片機(jī)一切指令的執(zhí)行都是建立在晶振的基礎(chǔ)上。晶振是利用一種特殊的晶體，在電能和機(jī)械能之間相互轉(zhuǎn)化產(chǎn)生共振，提供穩(wěn)定精確的單頻震蕩，為系統(tǒng)提供基本的時(shí)鐘信號。XTAL1和XTAL2是外接時(shí)鐘電路的接入端，C1、C2為負(fù)載電容，Y1為12MHz的晶振。本設(shè)計(jì)的時(shí)鐘電路如圖3-3所示：圖3-3 晶振電路3.2溫濕度傳感器3.2.1 DHT11產(chǎn)品概述DHT11數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號輸出的溫濕度復(fù)合傳感器。它應(yīng)用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性

28、與卓越的長期穩(wěn)定性。傳感器包括一個(gè)電阻式感濕元件和一個(gè)NTC測溫元件，并與一個(gè)高性能8位單片機(jī)相連接。因此該產(chǎn)品具有品質(zhì)卓越、超快響應(yīng)、抗干擾能力強(qiáng)、性價(jià)比極高等優(yōu)點(diǎn)。每個(gè)DHT11傳感器都在極為精確的濕度校驗(yàn)室中進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)系數(shù)以程序的形式儲存在OTP內(nèi)存中，傳感器內(nèi)部在檢測信號的處理過程中要調(diào)用這些校準(zhǔn)系數(shù)。單線制串行接口，使系統(tǒng)集成變得簡易快捷。超小的體積、極低的功耗，信號傳輸距離可達(dá)20米以上，使其成為各類應(yīng)用甚至最為苛刻的應(yīng)用場合的最佳選則。產(chǎn)品為 4 針單排引腳封裝。連接方便，特殊封裝形式可根據(jù)用戶需求而提供。3.2.2 DHT11傳感器電路引腳接線 如圖3-4所示圖3-4 連接

29、線路DHT11的供電電壓為35.5V。傳感器上電后，要等待 1s 以越過不穩(wěn)定狀態(tài)在此期間無需發(fā)送任何指令。電源引腳（VDD，GND）之間可增加一個(gè)100nF 的電容，用以去耦濾波。2Pin用于數(shù)據(jù)發(fā)送和接收狀態(tài)。3.2.3 DHT11傳感器工作原理DATA 用于微處理器與 DHT11之間的通訊和同步,采用單總線數(shù)據(jù)格式,一次通訊時(shí)間4ms左右,數(shù)據(jù)分小數(shù)部分和整數(shù)部分,具體格式在下面說明,當(dāng)前小數(shù)部分用于以后擴(kuò)展,現(xiàn)讀出為零.操作流程如下:一次完整的數(shù)據(jù)傳輸為40bit,高位先出。數(shù)據(jù)格式:8bit濕度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit濕度小數(shù)數(shù)據(jù)，+8bi溫度整數(shù)數(shù)據(jù)，+8bit溫度小數(shù)數(shù)據(jù)，+8bit校

30、驗(yàn)和數(shù)據(jù)傳送正確時(shí)校驗(yàn)和數(shù)據(jù)等于“8bit濕度整數(shù)數(shù)據(jù)，+8bit濕度小數(shù)數(shù)據(jù)，+8bi溫度整數(shù)數(shù)據(jù)，+8bit溫度小數(shù)數(shù)據(jù)”所得結(jié)果的末8位。3.2.4 串行接口（單線雙向）1.單總線傳送數(shù)據(jù)位定義DATA 用于微處理器與 DHT11之間的通訊和同步,采用單總線數(shù)據(jù)格式,一次通訊時(shí)間4ms左右,數(shù)據(jù)分小數(shù)部分和整數(shù)部分,具體格式在下面說明,當(dāng)前小數(shù)部分用于以后擴(kuò)展,現(xiàn)讀出為零.操作流程如下:一次完整的數(shù)據(jù)傳輸為40bit,高位先出。數(shù)據(jù)格式:8bit濕度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit濕度小數(shù)數(shù)據(jù)+8bi溫度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit溫度小數(shù)數(shù)據(jù) +8bit校驗(yàn)和數(shù)據(jù)傳送正確時(shí)校驗(yàn)和數(shù)據(jù)等于“8bit濕度整數(shù)數(shù)據(jù)

31、+8bit濕度小數(shù)數(shù)據(jù)+8bi溫度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit溫度小數(shù)數(shù)據(jù)”所得結(jié)果的末8位。2.數(shù)據(jù)時(shí)序圖用戶MCU發(fā)送一次開始信號后,DHT11從低功耗模式轉(zhuǎn)換到高速模式,等待主機(jī)開始信號結(jié)束后,DHT11發(fā)送響應(yīng)信號,送出40bit的數(shù)據(jù),并觸發(fā)一次信號采集,用戶可選擇讀取部分?jǐn)?shù)據(jù).從模式下,DHT11接收到開始信號觸發(fā)一次溫濕度采集,如果沒有接收到主機(jī)發(fā)送開始信號,DHT11不會主動進(jìn)行溫濕度采集.采集數(shù)據(jù)后轉(zhuǎn)換到低速模式。 圖3-5 數(shù)據(jù)時(shí)序圖 外設(shè)讀取 （1）DHT11上電后，測試環(huán)境溫濕度數(shù)據(jù)，并記錄數(shù)據(jù)，同時(shí)DHT11的DATA數(shù)據(jù)線由上拉電阻拉高一直保持高電平；此時(shí)DHT11的DATA

32、引腳處于輸入狀態(tài)，時(shí)刻檢測外部信號。 （2）微處理器的I/O設(shè)置為輸出同時(shí)輸出低電平，且低電平保持時(shí)間不能小于18ms，然后微處理器的I/O設(shè)置位輸入狀態(tài)，由于上拉電阻，微處理器的I/O即DHT11的DATA數(shù)據(jù)線也隨之變高，等待DHT11作出回答信號， 圖3-6 主機(jī)發(fā)送起始信號 （3）DHT11的DATA引腳檢測到外部信號有低電平時(shí)，等待外部信號低電平結(jié)束，延遲后DHT11的DATA 引腳處于輸出狀態(tài)，輸出80us的低電平作為應(yīng)答信號，緊接著輸出80us的高電平通知外設(shè)準(zhǔn)備接受數(shù)據(jù)，微處理器的I/O此時(shí)處于輸入狀態(tài)，檢測到I/O有低電平（DHT11回應(yīng)信號）后 ，等待80us 的高電平后的

33、數(shù)據(jù)接收。 圖3-7 發(fā)送信號 （4）由DHT11的DATA引腳輸出40位數(shù)據(jù)，微處理器根據(jù)I/O電平的變化接收40位數(shù)據(jù)，位數(shù)據(jù)“0”的格式為：50us的低電平和26-28us的高電平；位數(shù)據(jù)“1”的格式為：50us的低電平加70us的高電平。 圖3-8 位數(shù)據(jù)“0”的格式 圖3-9 位數(shù)據(jù)“1”的格式 第四章 硬件電路設(shè)計(jì)本電路的控制系統(tǒng)為單片機(jī)最小系統(tǒng)（STC89C52、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路）。以單片機(jī)芯片STC89C52作為CPU，時(shí)鐘電路由一個(gè)頻率為12MHz的晶振和兩個(gè)33pF的電容組成，復(fù)位電路由一個(gè)22uF的電容和一個(gè)10k的電阻組成。4.1按鍵電路 4.1.1鍵盤模塊設(shè)計(jì)鍵盤是

34、數(shù)據(jù)輸入、參數(shù)設(shè)定和手動控制的輸入設(shè)備，它的作用是進(jìn)行十六進(jìn)制字符的輸入。本文采用2X8式鍵盤陣列通過8各I/O口線識別16各按鍵。該按鍵需要兩組信號線，一組作為輸出信號線（稱為行線），另一組作為輸入信號線（稱為列線）。如圖4-1所示圖4-1 2x8鍵盤接線電路4.2顯示電路1. 液晶顯示器簡介本設(shè)計(jì)顯示部分采用字符型液晶顯示器顯示所測溫濕度值。液晶顯示容量為16x2個(gè)字符，工作電壓4.55.5v,工作電流2.0mA.本設(shè)計(jì)的液晶顯示器連接線路圖如圖4-2所示：圖4-2液晶顯示器連接線路4.3 溫濕度傳感器1.DHT11傳感器電路引腳接線 如圖43所示圖4-3 傳感器連接線路2、引腳說明 引腳

35、號 引腳名稱 類型 引腳說明 1 VDD 電源 正電源輸入，3V-5.5V DC 2 DATA 輸出 單總線，數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳 3 NC 空 空腳，擴(kuò)展未用 4 GND 地 電源地 4.4 系統(tǒng)電源設(shè)計(jì)電源是整個(gè)控制系統(tǒng)最重要的能源供應(yīng)部分，電源的好壞直接影響整個(gè)系統(tǒng)能否正常穩(wěn)定運(yùn)行，系統(tǒng)電源如圖3.1所示，由于T295溫濕度感器要求的供電電源24VDC15%，故220VAC經(jīng)過變壓后產(chǎn)生24VAC，經(jīng)過整流濾波后引出A、B兩端用來給T295溫濕度傳感器供電，同時(shí)經(jīng)過三端穩(wěn)壓管7805實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓，穩(wěn)壓后成為+5V的電源輸出，+5V為89C51等單電源芯片供電。 圖4-4 系統(tǒng)電源圖4.5 信號

36、采集變換部分 信號采集變換部分的硬件電路如圖3.2所示，T295溫濕度傳感器產(chǎn)生的模擬量信號05VDC經(jīng)過濾波后送入ADC0809的IN0口進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，本系統(tǒng)的干擾信號主要是50Hz的交流電源，采用常用的RC濾波電路即可將50Hz的工頻信號濾除掉，由頻率f=1/(2RC),通過計(jì)算可得R=510，C=10F。IN1IN7口接地，對于ADC0809部分，利用ADC0809轉(zhuǎn)換器三態(tài)輸出鎖存功能，直接與8255的總線相連接。把ADC0809轉(zhuǎn)換器當(dāng)作外部RAM單元對待，系統(tǒng)中ADC0809轉(zhuǎn)換器的片選信號由PB0線選控制。當(dāng)89C51產(chǎn)生WR寫信號時(shí)，由一個(gè)或非門產(chǎn)生轉(zhuǎn)換器的啟動START和地址

37、鎖存信號ALE(高電平有效)，同時(shí)將地址總線送出的通道地址A、B、C鎖存，模擬量通過被選中的通道進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換器，并在START下降沿時(shí)開始逐位轉(zhuǎn)換，當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，轉(zhuǎn)換結(jié)束信號EOC變?yōu)楦唠娖?。?dāng)89C51產(chǎn)生RD讀信號時(shí)，由一個(gè)或非門產(chǎn)生OE輸出允許信號(高電平有效)，使A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果通過8255讀入89C51單片機(jī)。設(shè)89C51的晶振為12MHz，分頻后ALE為2MHz，再經(jīng)過D觸發(fā)器分頻為1MHz作為轉(zhuǎn)換器的時(shí)鐘信號1。 圖4-5 信號采集變換部分4.6 信號處理部分如圖4-6所示，AT89C51的P20P23口與5045相連，X5045是在單片機(jī)系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用的一種看門狗芯片，當(dāng)單片機(jī)

38、受到外界干擾或其它原因使程序跑飛時(shí)看門狗芯片發(fā)出復(fù)位信號使單片機(jī)復(fù)位,防止控制系統(tǒng)控制失效而導(dǎo)致意外事故發(fā)生。同時(shí)為進(jìn)一步提高性能，又增加了手動復(fù)位按鈕以起到徹底保護(hù)的作用。AT89C51的時(shí)鐘信號由外部的晶振電路提供，采用12MHz晶振，外加兩只30PF的獨(dú)石電容起微調(diào)作用,使時(shí)鐘脈沖頻率更加準(zhǔn)確，從而使系統(tǒng)按時(shí)鐘節(jié)拍有條不紊地運(yùn)行。為使所有的芯片都能正常工作而不受外界高頻噪聲干擾的影響，所有的需外加電源才能工作的芯片的電源和地之間都加0.1F的去藕電容。AT89C51屬于低功耗，高性能的八位單片機(jī)，它采用COMS工藝和高密度非易失性存儲器（NURAM）技術(shù)，而且其輸出引腳和MCS51兼容；

39、片內(nèi)的FLASH ROM允許在系統(tǒng)內(nèi)改編程序或用常規(guī)的非易失性存儲器來編程，是一種功能強(qiáng)，靈活性高，價(jià)格便宜合理的單片機(jī)2。由于本系統(tǒng)功能強(qiáng)，接口較多，只靠89C51自身的接口很難完成所有的接口電路，所以采用了并行接口芯片8255實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展，89C51與8255直接通過74LS573實(shí)現(xiàn)典型接法，將89C51的P0口擴(kuò)展成三個(gè)接口，PA口用于連接ADC0809的數(shù)據(jù)傳輸口，PB0、PB1用于控制ADC0809的片選信號端EOC和ADDA，PC口連入J1端，J1另一端接入動態(tài)顯示部分，可輪流顯示溫度與濕度信息。而對于AT89C51，選定P1口為鍵盤接口，用于溫濕度控制的設(shè)置和各種工作模式的設(shè)定，I

40、NT1實(shí)現(xiàn)鍵盤的中斷控制，P25、P26實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能，這些連入J2端子板，而TXD、RXD連入上位機(jī)，實(shí)現(xiàn)串行通信的功能。圖4-6 信號處理部分4.7 串口通信電路 上位機(jī)部分采用RS-232通訊，RS-232C規(guī)定的邏輯電平與一般微處理器、單片機(jī)的邏輯電平是不一致的。因此，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，必須把微處理器的信號電平(TTL電平)轉(zhuǎn)換為RS-232電平，或者對兩者進(jìn)行逆轉(zhuǎn)換。這兩種轉(zhuǎn)換是由專用電平轉(zhuǎn)換芯片實(shí)現(xiàn)的。在本控制系統(tǒng)中采用了MAX232芯片，該芯片內(nèi)部有一個(gè)電源電壓變換器，可以把輸入的+5V電源電壓變換成為RS-232輸出電平所需的+10/-10V電壓。所以，采用此芯片接口的串行通信系統(tǒng)只

41、需單一的+5V電源就可以，其適應(yīng)性更強(qiáng)，加之其價(jià)格適中，硬件接口簡單，所以被廣泛采用。如圖4-7所示，為了提高串行總線節(jié)點(diǎn)的抗干擾能力，保證各節(jié)點(diǎn)在電氣上完全隔離和獨(dú)立，AT89C51的TXD和RXD分別通過高速光耦器6N137與串口芯片MAX202的T2IN和R2OUT相連。電平轉(zhuǎn)換芯片MAX202采用典型接法，其T2OUT與R2IN分別連接兩個(gè)5的電阻起限流作用，用于保護(hù)串口芯片MAX202,通過限流電阻與上位機(jī)相連。為防止總線的電壓突變，尤其是防止浪涌電壓的產(chǎn)生，T2OUT和R2IN腳分別并聯(lián)一個(gè)TVS管(D1和D2)。同時(shí)在在MAX202的T2OUT和R2IN腳兩端并聯(lián)PHILIPS公司的PRTR5VOU2X靜電保護(hù)器件，此ESD保護(hù)器使得輸入信號與地之間有極小的分布電容(1pF)，防止靜電干擾，避免信