基于單片機(jī)的溫室控制系統(tǒng)

1、基于單片機(jī)的溫室限制系統(tǒng)學(xué)院：機(jī)械學(xué)院班級(jí)：測(cè)控1001指導(dǎo)老師：胡雄心姓名：楊勝小組成員：楊勝、王杰、凌秋晨1.1 溫室限制系統(tǒng)設(shè)計(jì)背景中國(guó)農(nóng)業(yè)的開(kāi)展必須走現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)這條道路,隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅速增長(zhǎng),農(nóng)業(yè)的研究和應(yīng)用技術(shù)越來(lái)越受到重視,特別是溫室大棚已經(jīng)成為高效農(nóng)業(yè)的一個(gè)重要組成局部.現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的重要一環(huán)就是對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的一些重要參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)和限制.例如：空氣的溫度、濕度、二氧化碳含量、土壤的含水量等. 在農(nóng)業(yè)種植問(wèn)題中,溫室環(huán)境與生物的生長(zhǎng)、 發(fā)育、能量交換密切相關(guān),進(jìn)行環(huán)境測(cè)控是實(shí)現(xiàn)溫室生產(chǎn)治理自動(dòng)化、科學(xué)化的根本保證, 通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析,結(jié)合作物生長(zhǎng)發(fā)育規(guī)律,限制環(huán)境條件,

2、使作物到達(dá)優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、 高效的栽培目的.以蔬菜大棚為代表的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)設(shè)施在現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著巨大的作 用.大棚內(nèi)的溫度和濕度參數(shù),直接關(guān)系到蔬菜和水果的生長(zhǎng).國(guó)外的溫室設(shè)施己經(jīng)開(kāi)展到比擬完備的程度,并形成了一定的標(biāo)準(zhǔn),但是價(jià)格非常昂貴,缺乏與我國(guó)氣候特點(diǎn)相適應(yīng)的測(cè)控軟件.而當(dāng)今大多數(shù)對(duì)大棚溫度、 濕度的檢測(cè)與限制都采用人工治理,這樣不可防止的有測(cè)控精度低、勞動(dòng)強(qiáng)度大及由于測(cè)控不及時(shí)等弊端,容易造成不可彌補(bǔ)的損失,結(jié)果不但大大增加了本錢,浪費(fèi)了人力資源,而且很難到達(dá)預(yù)期的效果.因此,為了實(shí)現(xiàn)高效農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的科學(xué)化并提升農(nóng)業(yè)研究的準(zhǔn)確性, 推動(dòng)我國(guó)農(nóng)業(yè)的開(kāi)展,必須大力開(kāi)展農(nóng)業(yè)設(shè)施與相應(yīng) 的農(nóng)業(yè)工程

3、,科學(xué)合理地調(diào)節(jié)大棚內(nèi)溫度、濕度,使大棚內(nèi)形成有利于蔬菜,水果生長(zhǎng)的環(huán)境,是大棚蔬菜和水果早熟、優(yōu)質(zhì)、高效益的重要環(huán)節(jié).影響作物生長(zhǎng)發(fā)育的環(huán)境條件主要包括：溫度、濕度、光照、 CO2濃度、土壤等.所有這些環(huán)境條件之間是相互作用、相互聯(lián)系、相互耦合的,某個(gè)限制變量發(fā)生改變,會(huì)影響其它限制變量的變化.作物的生長(zhǎng)發(fā)育是所有這些環(huán)境條件綜合作用的結(jié)果.溫度和濕度一直是人類關(guān)注的對(duì)象,這兩種環(huán)境因素時(shí)刻影響著人們的生產(chǎn)和生活,下面主要就溫度和濕度對(duì)作物的影響進(jìn)行簡(jiǎn)略說(shuō)明.1. 溫度 溫室內(nèi)氣溫、地溫對(duì)作物的光合作用、呼吸作用、根系的生長(zhǎng)和水分、養(yǎng)分的吸收有著顯著的影響,因此影響作物生長(zhǎng)發(fā)育的環(huán)境條件中,

4、以溫度最為敏感,也最為重要,對(duì)溫室環(huán)境限制的研究也是最先從溫度限制開(kāi)始的.不同種類的作物對(duì)溫度的要求是不同 的,同一作物在不同發(fā)育階段對(duì)溫度的要求亦有所不同,而且在同一發(fā)育期階段內(nèi)對(duì)溫度的要求也會(huì)隨著晝夜變化而呈周期性地變化.一般說(shuō)來(lái)在白天作物進(jìn)行光合作用需要的溫度較高,晚上維持呼吸作用所需的溫度要低一些.作物生長(zhǎng)發(fā)育適宜的溫度,隨種類、 品種、生育階段及生理活動(dòng)的變化而變化.為了增 加光合產(chǎn)物的生成,抑制不必要的呼吸消耗,在一天中,隨著光照強(qiáng)度的變化,實(shí)行變溫管 理是一種很有效的治理方法.2. 濕度溫室內(nèi)作物對(duì)水分的要求表達(dá)為對(duì)溫室內(nèi)空氣濕度和土壤濕度的要求.空氣濕 度用相對(duì)濕度來(lái)表示,由于

5、相對(duì)濕度更能反響事實(shí).根據(jù)有關(guān)研究記載,除了陰雨天以外,溫室內(nèi)午后過(guò)低的空氣濕度會(huì)導(dǎo)致作物發(fā)生光合作用的午休現(xiàn)象,因此空氣相對(duì)濕度的大小直接影響到作物的光合作用, 這時(shí)就需要增加溫室內(nèi)的空氣濕度. 當(dāng)溫室內(nèi)的空氣濕度較高 時(shí),可能會(huì)誘發(fā)一些病蟲(chóng)害.溫室中空氣濕度的治理包括增濕和降濕.土壤濕度對(duì)作物的影響也很大.如果土壤中水分過(guò)剩, 濕度過(guò)高,導(dǎo)致土壤中的氧氣含量減少,作物根部呼吸困難,進(jìn)而危害作物的生長(zhǎng)發(fā)育.相反,當(dāng)土壤中含水量減少時(shí),作 物根部吸收的水分就相應(yīng)的減少,從而阻礙作物的生長(zhǎng), 嚴(yán)重時(shí)作物出現(xiàn)萎現(xiàn)象. 不同的作物對(duì)濕度的要求不同,即使是同一種類在不同發(fā)育階段對(duì)濕度的要求也不盡相同.

6、土壤濕度的治理就是把包括滲灌、滴灌、微灌等灌溉技術(shù)應(yīng)用到溫室中來(lái).傳統(tǒng)的大水漫灌既浪費(fèi)水資源, 又容易使土壤發(fā)生板結(jié), 提升了室內(nèi)濕度. 在溫室中應(yīng)用滲灌技術(shù)具有 灌水均勻,提升地溫,保持土壤疏松,降低室內(nèi)濕度,減輕病害發(fā)生,生育期提前等優(yōu)點(diǎn).從很久以前人類就想出各種方法限制溫度和濕度,以滿足人們生產(chǎn)生活的需要.從古代人們通過(guò)扇子、雨傘、毛巾等試圖去限制溫度和濕度到今天高科技開(kāi)展迅速的社會(huì)所創(chuàng)造出 的各種工具,如風(fēng)扇、空調(diào)、加熱器等,說(shuō)明人類一直努力去限制這兩種和人類密切相關(guān)的環(huán)境因素.現(xiàn)代科技的開(kāi)展,使得溫度和濕度的限制更容易,更高效,特別是傳感器和單片機(jī)的應(yīng)用,使得溫度和濕度限制系統(tǒng)性能有

7、了根本性的提升,精度更高,而且實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化.1.2 本設(shè)計(jì)的內(nèi)容及意義1.2.1本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容本設(shè)計(jì)以AT89C52單片機(jī)的溫度、濕度測(cè)量和限制系統(tǒng)為核心來(lái)對(duì)溫濕度進(jìn)行實(shí)時(shí)巡 檢.單片機(jī)能獨(dú)立完成各自功能,同時(shí)能根據(jù)主控機(jī)的指令對(duì)溫度進(jìn)行定時(shí)采集.測(cè)量結(jié)果不僅能在本地顯示,而且可以利用單片機(jī)的串行口和RS-232總線通信協(xié)議能把溫室中的溫度、濕度等參數(shù)及時(shí)上傳至上位機(jī),并與設(shè)定值進(jìn)行比擬,與設(shè)定值不符時(shí)采取相應(yīng)的處理舉措,以實(shí)現(xiàn)恒溫恒濕環(huán)境.在設(shè)計(jì)的過(guò)程中充分考慮到性價(jià)比和精度,在選用低價(jià)格、通用元件的的根底上,盡量滿足設(shè)計(jì)要求,并使系統(tǒng)具有高的精度.本限制系統(tǒng)以單片機(jī)的限制為核心,實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

8、環(huán)境的溫度和濕度,并設(shè)定了這兩個(gè)參數(shù)的上下限定值,并具有相應(yīng)的報(bào)警系統(tǒng),當(dāng)超過(guò)設(shè)定的限定值時(shí),單片機(jī)限制報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行報(bào)警,而且同時(shí)驅(qū)動(dòng)繼電器翻開(kāi)相應(yīng)的開(kāi)關(guān)使相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)行.當(dāng)參數(shù)值恢復(fù)到設(shè)定值范圍內(nèi)時(shí),單片機(jī)限制執(zhí)行機(jī)構(gòu)停止運(yùn)行.從而使環(huán)境的溫濕度在一定的范圍內(nèi)得到限制.本設(shè)計(jì)主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面：1、選擇適合的兩種傳感器,設(shè)計(jì)相應(yīng)的信號(hào)采集和處理電路.2、掌握AT89C52單片機(jī)的主要功能和特性,以其為核心設(shè)計(jì)限制系統(tǒng).3、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的人機(jī)對(duì)話接口系統(tǒng),如鍵盤、顯示、報(bào)警等.4、利用RS232實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與上位機(jī)的通信.5、實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的可靠性和抗干擾性.1.2.2本設(shè)計(jì)的意義傳統(tǒng)的方法,人

9、們主要采用溫度計(jì)、濕度計(jì)來(lái)采集溫度值和濕度值,通過(guò)人工操作加熱、 加濕、通風(fēng)和降溫設(shè)備來(lái)限制溫濕度.但是由于溫度計(jì)、濕度計(jì)精度比擬低,以及人工讀數(shù)的人為因素等原因, 溫濕度檢測(cè)不僅速度慢,精度低,實(shí)時(shí)性差,而且操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度大.隨著科技的開(kāi)展,采用各種傳感器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、報(bào)警器等組成的溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的出現(xiàn),可對(duì)環(huán)境內(nèi)的各個(gè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行巡回檢測(cè),檢測(cè)速度、精度有了一定的提升,降低了勞動(dòng)強(qiáng) 度,但由于所采用的傳感器靈敏度比擬低、穩(wěn)定性比擬差,致使檢測(cè)精度、系統(tǒng)可靠性還不夠理想,同時(shí)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)業(yè)科研過(guò)程中的很多場(chǎng)合需要對(duì)上面提到的物理量進(jìn)行精確的 檢測(cè)和限制.由于現(xiàn)在根本沿用人工的測(cè)控方法,這就

10、不可防止的存在著勞動(dòng)強(qiáng)度大、繁瑣、測(cè)量精度低,并且由于檢測(cè)報(bào)警不及時(shí),給生產(chǎn)和科研工作造成了一定的損失.近年來(lái),隨著單片機(jī)功能的日益強(qiáng)大和計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用,人們對(duì)參數(shù)監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性、 穩(wěn)定性要求也越來(lái)越高. 本設(shè)計(jì)就是針對(duì)此問(wèn)題, 設(shè)計(jì)相對(duì)精度高、性能穩(wěn)定的、的溫度濕度限制裝置.該儀器可廣泛應(yīng)用于大棚、倉(cāng)庫(kù)、體育場(chǎng)等領(lǐng)域.2. 溫室限制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)2.1測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求1.能夠?qū)崟r(shí)采集與顯示室內(nèi)環(huán)境溫度、濕度等參數(shù).主要參數(shù)的監(jiān)測(cè)范圍和檢測(cè)精度 如表2.1所?。罕?.1 主要環(huán)境參數(shù)參數(shù)名檢測(cè)范圍檢測(cè)精度溫度-10 C +50 C±0.5 C相對(duì)濕度5% 95%RH±3.0

11、%RH2.能夠根據(jù)每天各個(gè)階段以及季節(jié)等的外部環(huán)境變化通過(guò)鍵盤輸入改變對(duì)參數(shù)的設(shè)置,以滿足不同的要求到達(dá)最正確效益；3. 聲音報(bào)警功能；4. 根據(jù)檢測(cè)到的信號(hào),實(shí)時(shí)限制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的開(kāi)啟與關(guān)斷.5. 自帶+5 V和+12 V直流穩(wěn)壓電源.2.2 設(shè)計(jì)目標(biāo)本設(shè)計(jì)是基于 AT89C52單片機(jī)的溫濕度智能限制采集系統(tǒng),主要完成一下主要任務(wù)： 選擇AT89C52單片機(jī),了解其根本特性和功能,使用 AT89C52實(shí)現(xiàn)對(duì)溫濕度的智 能限制. 使用溫度傳感器測(cè)量環(huán)境的溫度,進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集并傳送到單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,實(shí)現(xiàn)范圍為-55 C+125 C溫度采集和限制. 使用濕度傳感器對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境濕度數(shù)據(jù)采集,由單片機(jī)進(jìn)

12、行數(shù)據(jù)處理和限制,實(shí)現(xiàn)范圍為1%99%RH的濕度限制. 采用串行總線RS-232實(shí)現(xiàn)單片機(jī)和上位機(jī)通訊. 設(shè)計(jì)人機(jī)對(duì)話接口,鍵盤、顯示和報(bào)警系統(tǒng). 設(shè)計(jì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)電路,使單片機(jī)能自動(dòng)限制執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作.使系統(tǒng)完成特定功能的同時(shí),要保證系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性,使系統(tǒng)能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定的工作.還要盡量實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的低本錢、低功耗和高精度.2.3 測(cè)控系統(tǒng)的組成及限制原理本設(shè)計(jì)是以AT89C52單片機(jī)為核心的自動(dòng)限制系統(tǒng),硬件系統(tǒng)由鍵盤輸入電路、LED顯示電路、傳感器和 A/D轉(zhuǎn)換電路、光電隔離和執(zhí)行電路、報(bào)警電路等組成.硬件系統(tǒng)原理框圖如圖2.1所示:圖2.1測(cè)控系統(tǒng)硬件組成原理框圖傳感器一般輸出的為模擬量,需要

13、通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換為單片機(jī)能夠接收的數(shù)字信號(hào),假設(shè)模擬信號(hào)太弱,還需經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大器放大信號(hào).鍵盤輸入的是系統(tǒng)參數(shù)的上、下限極限值, 假設(shè)檢測(cè)到的信號(hào)值出現(xiàn)不在此極限區(qū)間的情況,單片機(jī)就會(huì)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器產(chǎn)生報(bào)警,此時(shí)就需要執(zhí)行機(jī)構(gòu)限制室內(nèi)環(huán)境相應(yīng)的改變,使得環(huán)境參數(shù)重新回到設(shè)定的理想?yún)^(qū)間.3. 硬件設(shè)計(jì)硬件元器件的選擇,必須考慮到功能的實(shí)現(xiàn)、器件的適時(shí)性、價(jià)格和通用性等幾個(gè)方 面.在電路的設(shè)計(jì)中,在實(shí)現(xiàn)所要求功能的根底上,盡量使電路簡(jiǎn)單.3.1單片機(jī)的選擇及其特性計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生加快了人類改造世界的步伐,但是它畢竟體積龐大.單片機(jī)(微限制器) 就是在這種情況下誕生的.微限制器,亦稱單片機(jī)或者單片微型計(jì)

14、算機(jī).它是把中央處理器(CPU)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)、只讀存儲(chǔ)器(ROM)、輸入/輸出端口 (1/0)等主要計(jì)算機(jī)功 能部件都集成在一塊集成電路芯片上的微型計(jì)算機(jī).它的結(jié)構(gòu)與指令功能都是根據(jù)工業(yè)限制的要求設(shè)計(jì)的,在智能限制系統(tǒng)中,微限制器得到了廣泛的應(yīng)用.單片機(jī)目前己被廣泛地應(yīng)用于家電、醫(yī)療、儀器儀表、工業(yè)自動(dòng)化、航空航天等領(lǐng)域.市場(chǎng)上比擬流行的單片機(jī)種類主要有Intel公司、Atmel公司和Philip公司的8051系列單片機(jī),Motorola公司的M6800系列單片機(jī),Intel公司的MCS96系列單片機(jī),Microchip公司 的PIC系列單片機(jī)等.各個(gè)系列的單片機(jī)各有所長(zhǎng),在處理

15、速度、穩(wěn)定性、I/O水平、功耗、功能、價(jià)格等方面各有優(yōu)劣. 這些種類繁多的單片機(jī)家族,給我們單片機(jī)的選擇也提供了很大的余地.本設(shè)計(jì)選用AT89C52單片機(jī),它是一種低功耗、低價(jià)格,高性能8位微處理器.3.2 AT89C52系列單片機(jī)介紹AT89C52 是美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓,高性能 CMOS 8 位單片機(jī),片內(nèi)含 8k bytes的可反復(fù)擦寫(xiě)的Flash只讀程序存儲(chǔ)器和256 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM ),器件采用 ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn),與標(biāo)準(zhǔn) MCS-51指 令系統(tǒng)及8052產(chǎn)品引腳兼容,片內(nèi)置通用 8位中央處理器(CPU )和Flash存儲(chǔ)單

16、元, 功能強(qiáng)大的AT89C52單片機(jī)適合于許多較為復(fù)雜限制應(yīng)用場(chǎng)合.3.2.1 AT89C52 根本特性AT89C52系列單片機(jī)主要性能參數(shù)如下：-間CS-51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容8k字節(jié)可重擦寫(xiě)Flash閃速存儲(chǔ)器1000次擦寫(xiě)周期全靜態(tài)操作：0Hz-24MHz,三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器256字節(jié)內(nèi)部RAM32個(gè)可編程I/O 口線3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器8個(gè)中斷源可編程串行UART通道 -低功耗空閑和掉電模式.AT89C52提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Flash閃速存儲(chǔ)器,256字節(jié)內(nèi)部RAM , 32個(gè)I/O 口線,3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器,一個(gè)6向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu),一個(gè)全雙工串行通信口,片內(nèi)振蕩器及

17、時(shí)鐘電路.同時(shí),AT89C52可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作,并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式.空閑方式停止CPU的工作,但允許 RAM,定時(shí)/計(jì)數(shù)器,串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作.掉電方式保存RAM中的內(nèi)容,但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位.3.2.2 AT89C52單片機(jī)的內(nèi)部組成結(jié)構(gòu)AT89C52單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 3.1所示:ATB9C52 方框圈n>4 - ef- y*?PSEM ：RST PORT 0 DWE 址I蹣I(yè)FLASH tBuFFEfiFAM ADCft REGISTERPAOQftAlJ ADDRESS HhCKTihHPBHT 2 DRfV

18、BSngwATiF_jrPOTT 11IIMEflJCTW REGBTERPRDGIVM COklFTTEHDFTFIP1.D« - P1.7圖3.1AT89C52 內(nèi)部結(jié)構(gòu)3.2.3 AT89C52的引腳功能引腳功能說(shuō)明如圖3.2 :Vcc :電源電壓GND :地P0 口： P0 口是一組8位漏極開(kāi)路型雙向I/O 口,也即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口.作為輸 出口用時(shí),每位能吸收電流的方式驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯門電路,對(duì)端口 P0寫(xiě)1時(shí),可作為高阻抗輸入端用.在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí),這組口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址低8位和數(shù)據(jù)總線復(fù)用,在訪問(wèn)期間激活內(nèi)部上拉電阻.在Flash編程時(shí),P0 口接

19、收指令字節(jié),而在程序校驗(yàn)時(shí),輸出指令字節(jié),校驗(yàn)時(shí),要 求外接上拉電阻.DIP10.TPL1/T4 5rs13121514INTIINTOT1TOWVPXIX2RESETRDWRAT83C52GNDEXDTXDALE/PPSEN20212223 p p p P24252627CC p p p P V0304050607 p p p p P圖3.2AT89C52單片機(jī)封裝圖P1 口： P1 口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O 口,P1的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)吸收或輸出電流4個(gè)TTL邏輯門電路.對(duì)端口寫(xiě)“ T；通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電 平,此時(shí)可作輸入口.作輸入口使用時(shí),由于內(nèi)部存在上拉電阻,

20、某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流IIL.與AT89C51不同之處是,P1.0和P1.1還可分別作為定時(shí)/計(jì)數(shù) 器2的外部計(jì)數(shù)輸入P1.0/T2 和輸入P1.1/T2EX ,參見(jiàn)表3.1.表3.1 引腳P1.0和P1.1的第二功能引腳號(hào)功能特性P1.0T2定時(shí) 計(jì)數(shù)器2外部計(jì)數(shù)脈沖輸入,時(shí)鐘輸出P1.1T2EX 定時(shí)計(jì)數(shù)器2捕獲重裝載觸發(fā)和方向限制Flash編程和程序校驗(yàn)期間,P1接收低8位地址.P2 口： P2是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向I/O 口,P2的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)吸收或 輸出電流4個(gè)TTL邏輯門電路.對(duì)端口 P2寫(xiě)1；通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平, 此時(shí)可作輸入口,作

21、輸入口使用時(shí),由于內(nèi)部存在上拉電阻,某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流Iil.在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或 16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器例如執(zhí)行 MOVX DPTR指 令時(shí),P2 口送出高8位地址數(shù)據(jù).在訪問(wèn)8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 如執(zhí)行MOVX RI 指令時(shí),P2 口輸出P2鎖存器的內(nèi)容.Flash編程或校驗(yàn)時(shí),P2亦接收高位地址和一些限制信號(hào).P3 口： P3 口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向I/O 口.P3 口輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)吸收 或輸出電流4個(gè)TTL邏輯門電路.對(duì)P3 口寫(xiě)入“1時(shí),它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口.此時(shí),被外部拉低的P3 口將用上拉電阻輸出電流Iil.P3 口

22、除了作為一般的I/O 口線外,更重要的用途是它的第二功能,如表 3.2所示:表3.2引腳P3 口的第二功能端口引腳號(hào)第二功能P3.0RXD 串行輸入口P3.1TXD 串行輸出口P3.2/INTO 外中斷0P3.3/INT1 外中斷1P3.4T0 定時(shí)/計(jì)數(shù)器0P3.5T1 定時(shí)/計(jì)數(shù)器1P3.6/WR 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通P3.7/RD 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通此外,P3 口還接收一些用于Flash閃速存儲(chǔ)器編程和程序校驗(yàn)的限制信號(hào).RST :復(fù)位輸入.當(dāng)振蕩器工作時(shí),RST引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位.ALE/PROG :當(dāng)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí),ALE 地址鎖存允許輸

23、出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié).一般情況下,ALE仍以時(shí)鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖 信號(hào),因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的.要注意的是：每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖.對(duì)Flash存儲(chǔ)器編程期間,該引腳還用于輸入編程脈沖 PROG . 如有必要,可通過(guò)對(duì)特殊功能存放器SFR 區(qū)中的8EH單元的D0位置位,可禁止ALE操作.該位置位后,只有一條 MOVX和MOVC指令才能將ALE激活.此外,該引腳會(huì)被微 弱拉高,單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí),應(yīng)設(shè)置ALE禁止位無(wú)效.PSEN :程序儲(chǔ)存允許PSEN 輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào),當(dāng) AT89C52 由外部程序存儲(chǔ)器取指令或數(shù)據(jù)時(shí)

24、,每個(gè)機(jī)器周期兩次PSEN有效,即輸出兩個(gè)脈沖.此期間,當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器,將跳過(guò)兩次 PSEN信號(hào).EA/VPP :外部訪問(wèn)允許.欲使CPU僅訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器 地址為0000H FFFFH , EA端必須保持低電平接地.需注意的是：如果加密位 LB1被編程,復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存 EA端狀態(tài).如EA端為高電平接Vcc端,CPU那么執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令.Flash存儲(chǔ)器編程時(shí),該引腳加上 +12V的編程允許電源Vpp,當(dāng)然這必須是該器件是使用 12V 編程電壓Vpp.XTAL1 :振蕩器反相放大器的及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端.XTAL2 :振蕩器反相放大器的輸出端.3.2.4 AT89C52

25、的存儲(chǔ)器中斷存放器:AT89C52有6個(gè)中斷源,2個(gè)中斷優(yōu)先級(jí),IE存放器限制各中斷位,IP存放器中6個(gè)中斷 源的每一個(gè)可定為2個(gè)優(yōu)先級(jí).-數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器：AT89C52有256個(gè)字節(jié)的內(nèi)部 RAM ,80H-FFH高128個(gè)字節(jié)與特殊功能存放器 SFR 地址是重疊的,也就是高128字節(jié)的RAM和特殊功能存放器的地址是相同的,但物理上它們是分開(kāi)的.當(dāng)一條指令訪問(wèn)7FH以上的內(nèi)部地址單元時(shí),指令中使用的尋址方式是不同的,也即尋址方式?jīng)Q定是訪問(wèn)高128字節(jié)RAM還是訪問(wèn)特殊功能存放器.如果指令是直接尋址方式那么為訪問(wèn)特殊功能存放器.例如,下面的直接尋址指令訪問(wèn)特殊功能存放器0A0H 即P2 口地址單元

26、.MOV 0A0H , #data 間接尋址指令訪問(wèn)高128字節(jié)RAM,例如,下面的間接尋址指令中,R0的內(nèi)容為0A0H,那么訪問(wèn)數(shù)據(jù)字節(jié)地址為 0A0H,而不是P2 口0A0H .MOV R0 , #data 堆棧操作也是間接尋址方式,所以,高128位數(shù)據(jù)RAM亦可作為堆棧區(qū)使用.定時(shí)器0和定時(shí)器1 :AT89C52的定時(shí)器0和定時(shí)器1的工作方式與 AT89C51的相同.定時(shí)器2:定時(shí)器2是一個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器.它既可當(dāng)定時(shí)器使用,也可作為外部事件計(jì)數(shù)器 使用,其工作方式由特殊功能存放器T2CON的C/T2位選擇.定時(shí)器2有三種工作方式：捕獲方式,自動(dòng)重裝載向上或向下計(jì)數(shù)方式和波特率發(fā)生器

27、方式,工作方式由T2CON的限制位來(lái)選擇.-波特率發(fā)生器：當(dāng)T2CON中的TCLK和RCLK置位時(shí),定時(shí)/計(jì)數(shù)器2作為波特率發(fā)生器使用.如 果定時(shí)/計(jì)數(shù)器2作為發(fā)送器或接收器,其發(fā)送和接收的波特率可以是不同的,定時(shí)器1用于其它功能.假設(shè) RCLK和TCLK置位,那么定時(shí)器2工作于波特率發(fā)生器方式.波特率發(fā)生器的方式與自動(dòng)重裝載方式相仿,在此方式下,TH2翻轉(zhuǎn)使定時(shí)器2的寄存器用RCAP2H和RCAP2L中的16位數(shù)值重新裝載,該數(shù)值由軟件設(shè)置.-中斷：AT89C52 共有6個(gè)中斷向量：兩個(gè)外中斷INT0和INT1 , 3個(gè)定時(shí)器中斷定時(shí) 器0、1、2和串行口中斷.這些中斷源可通過(guò)分別設(shè)置專用存

28、放器IE的置位或清0來(lái)控制每一個(gè)中斷的允許或禁止.IE也有一個(gè)總禁止位 EA ,它能限制所有中斷的允許或禁止.定時(shí)器2的中斷是由T2CON中的TF2和EXF2邏輯或產(chǎn)生的,當(dāng)轉(zhuǎn)向中斷效勞程序時(shí), 這些標(biāo)志位不能被硬件去除,事實(shí)上,效勞程序需確定是TF2或EXF2產(chǎn)生中斷,而由軟件去除中斷標(biāo)志位.定時(shí)器 0和定時(shí)器1的標(biāo)志位TF0和TF1在定時(shí)器溢出那個(gè)機(jī)器周 期的S5P2狀態(tài)置位,而會(huì)在下一個(gè)機(jī)器周期才查詢到該中斷標(biāo)志.然而,定時(shí)器 2的標(biāo) 志位TF2在定時(shí)器溢出的那個(gè)機(jī)器周期的S2P2狀態(tài)置位,并在同一個(gè)機(jī)器周期內(nèi)查詢到該標(biāo)志.符號(hào)參數(shù)條件最小值取大值單位Vl輸入低電壓(ExceptEA)-

29、0.50.2VCC-0.1vVli輸入低電壓-0.50.2VCC-0.3vVh輸入高電壓(ExceptXTAL1,RST)0.2VCC+0.9VCC+0.5vV hi輸入高電壓(XTAL,RST)0.7VCCVCC+0.5vv ol輸出低電壓(P1,2,3)I=1.6mA0.45vVoli輸 出 低 電 壓(P0,ALE/PSEN)I=32mA0.45vv OH輸出高電壓I=-25uA0.75VCCvv OH1輸出高電壓I=-300uA0.75VCCvI IL邏輯0輸入電流(P1 , 2,3)V=0.45V-50uAItl邏輯1到0轉(zhuǎn)換電流(P1,2,3)V=2V-650uARST復(fù)位下拉電阻

30、50300KC IO引腳電容1MH z,pFI CC消耗電流ActiveMode,12MHz25mAAT89C52的直流參數(shù)有一定的溫度適用范圍,見(jiàn)表 3.3 :表3.3 T=-40 C+85 C 和 Vcc=5.0V ±20%下的直流參數(shù)Flash存儲(chǔ)器的編程：AT89C52單片機(jī)內(nèi)部有8k字節(jié)的Flash PEROM,這個(gè)Flash存儲(chǔ)陣列出廠時(shí)已處于擦除狀態(tài)即所有存儲(chǔ)單元的內(nèi)容均為FFH ,用戶隨時(shí)可對(duì)其進(jìn)行編程.編程接口可接收高電壓+12V 或低電壓Vcc的允許編程信號(hào).低電壓編程模式適合于用戶在線編程系統(tǒng),而高電壓編程模式可與通用EPROM編程器兼容.AT89C52單片機(jī)中

31、,有些屬于低電壓編程方式,而有些那么是高電壓編程方式,用戶可從芯片上的型號(hào)和讀取芯片 內(nèi)的簽名字節(jié)獲得該信息,見(jiàn)表 3.4.表3.4頂面標(biāo)記及簽名字節(jié)Vpp=12VVpp=5V頂面標(biāo)記AT89C52Xxxx yywwAT89C52xxxx-5yyww簽名字節(jié)(030H)=1EH(031H)=52H(032H)=FFH(030H)=1EH(031H)=52H(032H)=05HAT89C52的程序存儲(chǔ)器陣列是采用字節(jié)寫(xiě)入方式編程的,每次寫(xiě)入一個(gè)字節(jié),要對(duì)整個(gè)芯片內(nèi)的PEROM程序存儲(chǔ)器寫(xiě)入一個(gè)非空字節(jié),必須使用片擦除的方式將整個(gè)存儲(chǔ)器的內(nèi)容去除AB - A12 rOOOOI-VIFFFHSEE

32、FLHPROGRAMMIMG-MODES TABLEP3.7X1AL2V4*PGM圖3.3AT89C52編程電路程程序序校驗(yàn)：如果加密位 LB1、LB2沒(méi)有進(jìn)行編程,那么代碼數(shù)據(jù)可通過(guò)地址和數(shù)據(jù) 線讀回原編寫(xiě)的數(shù)據(jù),采用如圖 3.3的電路.加密位不可直接校驗(yàn),加密位的校驗(yàn)可通過(guò)對(duì) 存儲(chǔ)器的校驗(yàn)和寫(xiě)入狀態(tài)來(lái)驗(yàn)證.-編程方法：1. 在地址線上加上要編程單元的地址信號(hào).2. 在數(shù)據(jù)線上加上要寫(xiě)入的數(shù)據(jù)字節(jié).3. 激活相應(yīng)的限制信號(hào).4. 在高電壓編程方式時(shí),將 EA/Vpp端加上+12V編程電壓.5. 每對(duì)Flash存儲(chǔ)陣列寫(xiě)入一個(gè)字節(jié)或每寫(xiě)入一個(gè)程序加密位,加上一個(gè)ALE/PROG 編程脈沖.每個(gè)

33、字節(jié)寫(xiě)入周期是自身定時(shí)的,通常約為 1.5ms.重復(fù)1 5步驟,改變編程 單元的地址和寫(xiě)入的數(shù)據(jù),直到全部文件編程結(jié)束.Ready/Busy :字節(jié)編程的進(jìn)度可通過(guò)“ RDY/BSY輸出信號(hào)監(jiān)測(cè),編程期間, ALE變?yōu)?高電平H后,P3.4 RDY/BSY 端電平被拉低,表示正在編程狀態(tài)忙狀態(tài) .編程完成 后,P3.4變?yōu)楦唠娖奖硎緶?zhǔn)備就緒狀態(tài).芯片擦除:利用限制信號(hào)的正確組合并保持ALE/PROG引腳10mS的低電平脈沖寬度即可將PEROM陣列4k字節(jié)和三個(gè)加密位整片擦除,代碼陣列在片擦除操作中將任何 非空單元寫(xiě)入“1；這步驟需再編程之前進(jìn)行.3.3傳感器的選型及其性能特征用于測(cè)溫的傳感器種

34、類繁多,但大多是模擬傳感器,在以往組建溫度采集系統(tǒng)時(shí),由于經(jīng)傳感器輸出的是模擬信號(hào),系統(tǒng)必須接入A/D轉(zhuǎn)換器,由此增加了構(gòu)件系統(tǒng)的復(fù)雜性且本錢較高.溫度的檢測(cè)方法,一般采用熱電偶、 熱敏電阻以及集成溫度傳感器等測(cè)溫元件.熱電偶的工作原理：兩種不同成份的導(dǎo)體兩端經(jīng)焊接,形成回路,直接測(cè)溫端叫工作端,接線端叫冷端,也稱參比端.當(dāng)工作端和參比端之間存在溫差時(shí),就會(huì)在回路中產(chǎn)生熱電動(dòng)勢(shì),接 上顯示儀表,儀表上就會(huì)指示出熱電偶所產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)的對(duì)應(yīng)溫度值.熱敏電阻的工作原理:熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而成非線性急劇變化,一般具有負(fù)的溫度系數(shù),其阻值隨 溫度升高而急劇減小,只有少數(shù)具有正的溫度系數(shù).集成溫

35、度傳感器的工作原理：集成溫度傳感器實(shí)質(zhì)上是一種半導(dǎo)體集成電路,它是利用晶體管的b 一 e結(jié)壓降的不飽和值 Vbe與熱力學(xué)溫度T和通過(guò)發(fā)射極電流I的關(guān)系實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的檢測(cè).熱電偶和熱敏電阻的測(cè)量精度都比擬高,本錢比擬低,而且測(cè)量的范圍也比擬寬,但是它容易受到測(cè)量場(chǎng)所以及環(huán)境的限制,高溫或長(zhǎng)期使用時(shí)由于環(huán)境的影響會(huì)使其性能下降, 需要定期檢查與更換,給實(shí)際應(yīng)用帶來(lái)了很大不便.經(jīng)過(guò)論證及屢次實(shí)驗(yàn),本設(shè)計(jì)決定采用 由AD公司生產(chǎn)的AD590集成溫度傳感器,它具有線性好、精度適中、靈敏度高、體積小、 使用方便、價(jià)格比擬低,并且具有長(zhǎng)期穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn),因此,得到廣泛應(yīng)用.所以,經(jīng)過(guò)論 證及屢次實(shí)驗(yàn),本設(shè)計(jì)決定

36、采用AD公司生產(chǎn)的AD590集成溫度傳感器.3.3.1溫度傳感器AD590一、溫度傳感器 AD590簡(jiǎn)介AD590是美國(guó)模擬器件公司生產(chǎn)的單片集成兩端感溫電流源.是利用 PN結(jié)正向電流 與溫度的關(guān)系制成的電流輸出型兩端溫度傳感器.AD590具有線性好、性能穩(wěn)定、靈敏度高、無(wú)需補(bǔ)償、熱容量小,抗干擾水平強(qiáng)、可遠(yuǎn)距離測(cè)溫并且使用方便等優(yōu)點(diǎn).這種器件在 被測(cè)溫度一定時(shí),相當(dāng)于一個(gè)恒流源,測(cè)量精度高,并具有消除電源波動(dòng)的特性.它的電源電壓可以在4V6V范圍變化,電流Ir變化luA,相當(dāng)于溫度變化 1K.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(huì)被損壞.集成溫度傳感器實(shí)質(zhì)上是

37、一種半導(dǎo)體集成電路,它是利用晶體管的b 一 e結(jié)壓降的不飽和值Vbe與熱力學(xué)溫度T和通過(guò)發(fā)射極電流I的下述關(guān)系實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的檢測(cè) ：Vbe=坦XlnI , K-波爾茲常數(shù)；q-電子電荷絕對(duì)值3.1q集成溫度傳感器的輸出形式分為電壓輸出和電流輸出兩種.電壓輸出型的靈敏度一般為10mV/K ,溫度0C時(shí)輸出為0,溫度25 C時(shí)輸出2.982v;電流輸出型的靈敏度一般為luA/K ,本文選用的是電流輸出型溫度傳感器.AD59O的主要特性如下： 流過(guò)器件的電流uA等于器件所處環(huán)境的熱力學(xué)溫度 開(kāi)爾文度數(shù),即:Ir/T=luA/K ; AD590的測(cè)溫范圍為-55+150 C; AD590的保存溫度為-6

38、5+175 C; AD590的電源電壓范圍為 4V30V 輸出電阻為710M Q ; 響應(yīng)時(shí)間僅為20us ; 精度高.AD590共有I、J、K、L、M五檔,其中 M檔精度最高,在-5 C+l50 C 范圍內(nèi),非線性誤差為 ±0.3C.二、溫度測(cè)量電路1、根本應(yīng)用電路圖3.4 (a)是AD59O的封裝形式,圖3.4(b)是AD590用于測(cè)量熱力學(xué)溫度的根本應(yīng) 用電路.由于流過(guò) AD590的電流與熱力學(xué)溫度成正比,當(dāng)電阻 R1和電位器R2的電阻之 和為1KQ時(shí),輸出電壓 V0隨溫度的變化為 1mV/K.以V(a)封裝形式根本陶用電路圖3.4 AD590的封裝形式及根本應(yīng)用電路2、溫度測(cè)

39、量電路要想克服簡(jiǎn)單電路的缺陷,就要使得增益調(diào)整和補(bǔ)償調(diào)整相互獨(dú)立.本文設(shè)計(jì)了具有獨(dú)立調(diào)節(jié)功能的測(cè)溫電路,電路圖見(jiàn)圖3.5.AD59O的輸出電流I=(273+T)uA (T為攝氏溫度),因此測(cè)得電壓 UO1=(273+T)uA * l0K Q =(273+T) * 0.01V.但由于 AD590的增益有偏差, 電阻也有誤差,因此應(yīng)對(duì)電路進(jìn)行調(diào)整.調(diào)整的方法為：把AD590放于冰水混合物中,調(diào)整電位器 R1 ,使UO1=2.732V;或者在室溫(25 C)的條件下通過(guò)調(diào)節(jié)電位器R2 ,使電壓Uoz=-2.73V,調(diào)整電位器 R3,使U0=l.25v.這種調(diào)整的方法,可以保證在0C或25 C附近有較

40、高精度.圖3.5溫度測(cè)量電路3.3.2相對(duì)濕度傳感器 HIH3610本系統(tǒng)的濕度傳感器選用Honeywell公司的集成濕度傳感器 HIH3610,該傳感器內(nèi)部集成了信號(hào)處理功能電路,可完成將相對(duì)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).輸出電壓為：V out=v suppiy0.0062(sensor%RH)+0.16(3.2)在本系統(tǒng)中V supply固定為+5V,那么其輸出電壓值正比于濕度測(cè)量值,因此可由測(cè)試現(xiàn) 場(chǎng)的溫度值決定.送 LM258,在此處LM258起電壓跟隨作用,以與采集現(xiàn)場(chǎng)隔離和提升帶 負(fù)載水平.然后信號(hào)送帶 8路開(kāi)關(guān)以及微處理機(jī)兼容的限制邏輯的CMOS組件A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809,經(jīng)轉(zhuǎn)換后送單片機(jī)I/O 口.在該設(shè)計(jì)中溫度的極限參數(shù)為:-5O C <T <7O C;濕度的極限參數(shù)為l% <H W9%;溫度的顯示分度為 0. 1C ;濕度的顯示分度為 0 . 5%;芯片特點(diǎn)：低本錢,大批量OEM設(shè)計(jì)精度2% ,激光修正互換性至 5%線性電壓輸出對(duì)應(yīng)%RH低功耗設(shè)計(jì)：200峪驅(qū)動(dòng)電流快速反響：15秒穩(wěn)定性好、低漂移、抗化學(xué)腐蝕性能HIH-3610有許多性能指標(biāo),能性能指標(biāo)見(jiàn)表3.5表3.5HIH-3