基于單片機的溫室控制系統(tǒng)

1、基于單片機的溫室控制系統(tǒng)學院：機械學院班級：測控1001指導老師：胡雄心姓名：楊勝小組成員：楊勝、王杰、凌秋晨1. 引 言1.1 溫室控制系統(tǒng)設計背景中國農業(yè)的發(fā)展必須走現(xiàn)代化農業(yè)這條道路，隨著國民經濟的迅速增長，農業(yè)的研究和應用技術越來越受到重視，特別是溫室大棚已經成為高效農業(yè)的一個重要組成部分?，F(xiàn)代化農業(yè)生產中的重要一環(huán)就是對農業(yè)生產環(huán)境的一些重要參數進行檢測和控制。例如:空氣的溫度、濕度、二氧化碳含量、土壤的含水量等。在農業(yè)種植問題中，溫室環(huán)境與生物的生長、發(fā)育、能量交換密切相關，進行環(huán)境測控是實現(xiàn)溫室生產管理自動化、科學化的基本保證，通過對監(jiān)測數據的分析，結合作物生長發(fā)育規(guī)律，控制環(huán)境

2、條件，使作物達到優(yōu)質、高產、高效的栽培目的。以蔬菜大棚為代表的現(xiàn)代農業(yè)設施在現(xiàn)代化農業(yè)生產中發(fā)揮著巨大的作用。大棚內的溫度和濕度參數，直接關系到蔬菜和水果的生長。國外的溫室設施己經發(fā)展到比較完備的程度，并形成了一定的標準，但是價格非常昂貴，缺乏與我國氣候特點相適應的測控軟件。而當今大多數對大棚溫度、濕度的檢測與控制都采用人工管理，這樣不可避免的有測控精度低、勞動強度大及由于測控不及時等弊端，容易造成不可彌補的損失，結果不但大大增加了成本，浪費了人力資源，而且很難達到預期的效果。因此，為了實現(xiàn)高效農業(yè)生產的科學化并提高農業(yè)研究的準確性，推動我國農業(yè)的發(fā)展，必須大力發(fā)展農業(yè)設施與相應的農業(yè)工程，科

3、學合理地調節(jié)大棚內溫度、濕度，使大棚內形成有利于蔬菜，水果生長的環(huán)境，是大棚蔬菜和水果早熟、優(yōu)質、高效益的重要環(huán)節(jié)。影響作物生長發(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，某個控制變量發(fā)生改變，會影響其它控制變量的變化。作物的生長發(fā)育是所有這些環(huán)境條件綜合作用的結果。溫度和濕度一直是人類關注的對象，這兩種環(huán)境因素時刻影響著人們的生產和生活，下面主要就溫度和濕度對作物的影響進行簡略說明。1.溫度 溫室內氣溫、地溫對作物的光合作用、呼吸作用、根系的生長和水分、養(yǎng)分的吸收有著顯著的影響，因此影響作物生長發(fā)育的環(huán)境條件中，以溫度最

4、為敏感，也最為重要，對溫室環(huán)境控制的研究也是最先從溫度控制開始的。不同種類的作物對溫度的要求是不同的，同一作物在不同發(fā)育階段對溫度的要求亦有所不同，而且在同一發(fā)育期階段內對溫度的要求也會隨著晝夜變化而呈周期性地變化。一般說來在白天作物進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。作物生長發(fā)育適宜的溫度，隨種類、品種、生育階段及生理活動的變化而變化。為了增加光合產物的生成，抑制不必要的呼吸消耗，在一天中，隨著光照強度的變化，實行變溫管理是一種很有效的管理方法。2.濕度 溫室內作物對水分的要求體現(xiàn)為對溫室內空氣濕度和土壤濕度的要求。空氣濕度用相對濕度來表示，因為相對濕度更能反應事

5、實。根據有關研究記載，除了陰雨天以外，溫室內午后過低的空氣濕度會導致作物發(fā)生光合作用的午休現(xiàn)象，因此空氣相對濕度的大小直接影響到作物的光合作用，這時就需要增加溫室內的空氣濕度。當溫室內的空氣濕度較高時，可能會誘發(fā)一些病蟲害。溫室中空氣濕度的管理包括增濕和降濕。土壤濕度對作物的影響也很大。如果土壤中水分過剩，濕度過高，導致土壤中的氧氣含量減少，作物根部呼吸困難，進而危害作物的生長發(fā)育。相反，當土壤中含水量減少時，作物根部吸收的水分就相應的減少，從而阻礙作物的生長，嚴重時作物出現(xiàn)萎蔫現(xiàn)象。不同的作物對濕度的要求不同，即使是同一種類在不同發(fā)育階段對濕度的要求也不盡相同。 土壤濕度的管理就是把包括滲灌

6、、滴灌、微灌等灌溉技術應用到溫室中來。傳統(tǒng)的大水漫灌既浪費水資源，又容易使土壤發(fā)生板結，提高了室內濕度。在溫室中應用滲灌技術具有灌水均勻，提高地溫，保持土壤疏松，降低室內濕度，減輕病害發(fā)生，生育期提前等優(yōu)點。從很久以前人類就想出各種方法控制溫度和濕度，以滿足人們生產生活的需要。從古代人們通過扇子、雨傘、毛巾等試圖去控制溫度和濕度到今天高科技發(fā)展迅速的社會所發(fā)明出的各種工具，如風扇、空調、加熱器等，表明人類一直努力去控制這兩種和人類密切相關的環(huán)境因素?，F(xiàn)代科技的發(fā)展，使得溫度和濕度的控制更容易，更高效，特別是傳感器和單片機的應用，使得溫度和濕度控制系統(tǒng)性能有了根本性的提高，精度更高，而且實現(xiàn)了自

7、動化。1.2 本設計的內容及意義1.2.1本設計的主要內容本設計以AT89C52單片機的溫度、濕度測量和控制系統(tǒng)為核心來對溫濕度進行實時巡檢。單片機能獨立完成各自功能，同時能根據主控機的指令對溫度進行定時采集。測量結果不僅能在本地顯示，而且可以利用單片機的串行口和 RS-232總線通信協(xié)議能把溫室中的溫度、濕度等參數及時上傳至上位機，并與設定值進行比較，與設定值不符時采取相應的處理措施，以實現(xiàn)恒溫恒濕環(huán)境。在設計的過程中充分考慮到性價比和精度，在選用低價格、通用元件的的基礎上，盡量滿足設計要求，并使系統(tǒng)具有高的精度。本控制系統(tǒng)以單片機的控制為核心，實時監(jiān)測環(huán)境的溫度和濕度，并設定了這兩個參數的

8、上下限定值，并具有相應的報警系統(tǒng)，當超過設定的限定值時，單片機控制報警系統(tǒng)進行報警，而且同時驅動繼電器打開相應的開關使相應的執(zhí)行機構運行。當參數值恢復到設定值范圍內時，單片機控制執(zhí)行機構停止運行。從而使環(huán)境的溫濕度在一定的范圍內得到控制。本設計主要內容包括以下幾個方面：1、 選擇適合的兩種傳感器，設計相應的信號采集和處理電路。2、 掌握AT89C52單片機的主要功能和特性，以其為核心設計控制系統(tǒng)。3、 設計簡單的人機對話接口系統(tǒng)，如鍵盤、顯示、報警等。4、 利用RS232實現(xiàn)單片機與上位機的通信。5、 實現(xiàn)系統(tǒng)的可靠性和抗干擾性。1.2.2本設計的意義傳統(tǒng)的方法，人們主要采用溫度計、濕度計來采

9、集溫度值和濕度值，通過人工操作加熱、加濕、通風和降溫設備來控制溫濕度。但是由于溫度計、濕度計精度比較低，以及人工讀數的人為因素等原因，溫濕度檢測不僅速度慢，精度低，實時性差，而且操作人員的勞動強度大。隨著科技的發(fā)展，采用各種傳感器、模數轉換器、報警器等組成的溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)的出現(xiàn)，可對環(huán)境內的各個測點進行巡回檢測，檢測速度、精度有了一定的提高，降低了勞動強度，但由于所采用的傳感器靈敏度比較低、穩(wěn)定性比較差，致使檢測精度、系統(tǒng)可靠性還不夠理想，同時在農業(yè)生產和農業(yè)科研過程中的很多場合需要對上面提到的物理量進行精確的檢測和控制。由于現(xiàn)在基本沿用人工的測控方法，這就不可避免的存在著勞動強度大、繁瑣、測

10、量精度低，并且由于檢測報警不及時，給生產和科研工作造成了一定的損失。近年來，隨著單片機功能的日益強大和計算機的廣泛應用，人們對參數監(jiān)測的準確性、穩(wěn)定性要求也越來越高。本設計就是針對此問題，設計相對精度高、性能穩(wěn)定的、的溫度濕度控制裝置。該儀器可廣泛應用于大棚、倉庫、體育場等領域。 2. 溫室控制系統(tǒng)總體設計2.1 測控系統(tǒng)的設計要求1. 能夠實時采集與顯示室內環(huán)境溫度、濕度等參數。主要參數的監(jiān)測范圍和檢測精度如表2.1所示：表2.1 主要環(huán)境參數參數名檢測范圍檢測精度溫度-10+50±0.5相對濕度5%95%RH±3.0%RH2. 能夠根據每天各個階段以及季節(jié)等的外部環(huán)境變

11、化通過鍵盤輸入改變對參數的設置，以滿足不同的要求達到最佳效益；3. 聲音報警功能；4. 根據檢測到的信號，實時控制執(zhí)行機構的開啟與關斷。5. 自帶+5 V和+12 V直流穩(wěn)壓電源。2.2 設計目標本設計是基于AT89C52單片機的溫濕度智能控制采集系統(tǒng)，主要完成一下主要任務：選擇AT89C52單片機，了解其基本特性和功能，使用AT89C52實現(xiàn)對溫濕度的智能控制。使用溫度傳感器測量環(huán)境的溫度，進行數據的采集并傳送到單片機進行數據處理，實現(xiàn)范圍為-55+125溫度采集和控制。使用濕度傳感器對現(xiàn)場環(huán)境濕度數據采集，由單片機進行數據處理和控制，實現(xiàn)范圍為1%99%RH的濕度控制。采用串行總線RS-2

12、32實現(xiàn)單片機和上位機通訊。設計人機對話接口，鍵盤、顯示和報警系統(tǒng)。設計執(zhí)行機構電路，使單片機能自動控制執(zhí)行機構工作。使系統(tǒng)完成特定功能的同時，要保證系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，使系統(tǒng)能夠長期穩(wěn)定的工作。還要盡量實現(xiàn)系統(tǒng)的低成本、低功耗和高精度。2.3 測控系統(tǒng)的組成及控制原理本設計是以AT89C52單片機為核心的自動控制系統(tǒng)，硬件系統(tǒng)由鍵盤輸入電路、LED顯示電路、傳感器和A/D轉換電路、光電隔離和執(zhí)行電路、報警電路等組成。硬件系統(tǒng)原理框圖如圖2.1所示：鍵盤輸入溫度傳感器濕度傳感器A/D轉換MCUAT89C52顯示報警電路光電隔離執(zhí)行機構1執(zhí)行機構3執(zhí)行機構2圖2.1 測控系統(tǒng)硬件組成原理框圖傳

13、感器一般輸出的為模擬量，需要通過A/D轉換，轉換為單片機能夠接收的數字信號，若模擬信號太弱，還需經過運算放大器放大信號。鍵盤輸入的是系統(tǒng)參數的上、下限極限值，若檢測到的信號值出現(xiàn)不在此極限區(qū)間的情況，單片機就會驅動蜂鳴器產生報警，此時就需要執(zhí)行機構控制室內環(huán)境相應的改變，使得環(huán)境參數重新回到設定的理想區(qū)間。3. 硬件設計硬件元器件的選擇，必須考慮到功能的實現(xiàn)、器件的適時性、價格和通用性等幾個方面。在電路的設計中，在實現(xiàn)所要求功能的基礎上，盡量使電路簡單。3.1 單片機的選擇及其特性計算機的產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（微控制器）就是在這種情況下誕生的。微控制器，亦稱

14、單片機或者單片微型計算機。它是把中央處理器(CPU)、隨機存取存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM)、輸入/輸出端口(1/0) 等主要計算機功能部件都集成在一塊集成電路芯片上的微型計算機。它的結構與指令功能都是按照工業(yè)控制的要求設計的，在智能控制系統(tǒng)中，微控制器得到了廣泛的應用。單片機目前己被廣泛地應用于家電、醫(yī)療、儀器儀表、工業(yè)自動化、航空航天等領域。市場上比較流行的單片機種類主要有Intel公司、Atmel公司和Philip公司的8051系列單片機，Motorola公司的M6800系列單片機，Intel公司的MCS96系列單片機,Microchip公司的PIC系列單片機等。各個系列的單片機

15、各有所長，在處理速度、穩(wěn)定性、I/O能力、功耗、功能、價格等方面各有優(yōu)劣。這些種類繁多的單片機家族，給我們單片機的選擇也提供了很大的余地。本設計選用AT89C52單片機，它是一種低功耗、低價格，高性能8位微處理器。3.2 AT89C52系列單片機介紹AT89C52 是美國ATMEL 公司生產的低電壓，高性能CMOS 8 位單片機，片內含8k bytes 的可反復擦寫的Flash 只讀程序存儲器和256 bytes 的隨機存取數據存儲器（RAM），器件采用ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術生產，與標準MCS-51 指令系統(tǒng)及8052產品引腳兼容，片內置通用8 位中央處理器（CPU）和Fl

16、ash 存儲單元，功能強大的AT89C52 單片機適合于許多較為復雜控制應用場合。3.2.1 AT89C52基本特性AT89C52系列單片機主要性能參數如下：·與MCS-51產品指令和引腳完全兼容·8k字節(jié)可重擦寫Flash閃速存儲器·1000次擦寫周期·全靜態(tài)操作：0Hz-24MHz·三級加密程序存儲器·256字節(jié)內部RAM·32個可編程I/O口線·3個16位定時/計數器·8個中斷源·可編程串行UART通道·低功耗空閑和掉電模式。AT89C52 提供以下標準功能：8k字節(jié)Flash

17、閃速存儲器，256字節(jié)內部RAM，32 個I/O 口線，3 個16 位定時/計數器，一個6 向量兩級中斷結構，一個全雙工串行通信口，片內振蕩器及時鐘電路。同時，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?？臻e方式停止CPU 的工作，但允許RAM，定時/計數器，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硬件復位。 3.2.2 AT89C52單片機的內部組成結構AT89C52單片機的內部結構如圖3.1所示：圖3.1 AT89C52 內部結構3.2.3 AT89C52的引腳功能引腳功能說明如圖3.2：

18、·Vcc：電源電壓·GND：地·P0口：P0口是一組8位漏極開路型雙向I/O口，也即地址/數據總線復用口。作為輸出口用時，每位能吸收電流的方式驅動8個TTL邏輯門電路，對端口P0寫“1”時，可作為高阻抗輸入端用。在訪問外部數據存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉換地址（低8 位）和數據總線復用，在訪問期間激活內部上拉電阻。在Flash 編程時，P0口接收指令字節(jié)，而在程序校驗時，輸出指令字節(jié)，校驗時，要求外接上拉電阻。圖3.2 AT89C52單片機封裝圖·P1口：P1口是一個帶內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流）4個T

19、TL 邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。作輸入口使用時，因為內部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流(IIL)。與AT89C51 不同之處是，P1.0 和P1.1 還可分別作為定時/計數器2 的外部計數輸入（P1.0/T2）和輸入（P1.1/T2EX），參見表3.1。表3.1 引腳P1.0和P1.1的第二功能引腳號功能特性P1.0T2(定時計數器2外部計數脈沖輸入),時鐘輸出P1.1T2EX（定時計數器2捕獲重裝載觸發(fā)和方向控制Flash 編程和程序校驗期間，P1 接收低8位地址。·P2口：P2是一個帶有內部上拉電阻的8位

20、雙向I/O口，P2的輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對端口P2寫“1”，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口，作輸入口使用時，因為內部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流(IIL)。在訪問外部程序存儲器或16 位地址的外部數據存儲器（例如執(zhí)行MOVX DPTR 指令）時，P2口送出高8 位地址數據。在訪問8 位地址的外部數據存儲器（如執(zhí)行MOVX RI 指令）時，P2口輸出P2 鎖存器的內容。Flash 編程或校驗時，P2亦接收高位地址和一些控制信號。·P3口：P3口是一組帶有內部上拉電阻的8位雙向I/O口。P3口輸出緩沖級可驅動

21、（吸收或輸出電流）4個TTL 邏輯門電路。對P3口寫入“1”時，它們被內部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。此時，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流（IIL）。P3口除了作為一般的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第二功能P3.0RXD（串行輸入口）P3.1TXD（串行輸出口）P3.2/INTO（外中斷0）P3.3/INT1（外中斷1）P3.4T0（定時/計數器0）P3.5T1（定時/計數器1）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）此外，P3 口還接收一些用于Flash閃速存儲器編程和程序校驗

22、的控制信號。·RST：復位輸入。當振蕩器工作時，RST引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將使單片機復位。·ALE/PROG： 當訪問外部程序存儲器或數據存儲器時，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。一般情況下，ALE仍以時鐘振蕩頻率的1/6 輸出固定的脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是：每當訪問外部數據存儲器時將跳過一個ALE脈沖。對Flash 存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（PROG）。如有必要，可通過對特殊功能寄存器（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

23、才能將ALE 激活。此外，該引腳會被微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，應設置ALE 禁止位無效。·PSEN：程序儲存允許（PSEN）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當AT89C52 由外部程序存儲器取指令（或數據）時，每個機器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個脈沖。此期間，當訪問外部數據存儲器，將跳過兩次PSEN信號。·EA/VPP：外部訪問允許。欲使CPU 僅訪問外部程序存儲器（地址為0000HFFFFH），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，復位時內部會鎖存EA端狀態(tài)。如EA端為高電平（接Vcc端），CPU 則執(zhí)行內部程序存儲器中的指令。

24、Flash 存儲器編程時，該引腳加上+12V 的編程允許電源Vpp，當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部時鐘發(fā)生器的輸入端。·XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。3.2.4 AT89C52的存儲器·中斷寄存器：AT89C52有6個中斷源，2個中斷優(yōu)先級，IE寄存器控制各中斷位，IP寄存器中6個中斷源的每一個可定為2個優(yōu)先級。·數據存儲器：AT89C52有256個字節(jié)的內部RAM，80H-FFH高128個字節(jié)與特殊功能寄存器（SFR）地址是重疊的，也就是高128字節(jié)的RAM和特殊功能寄存器的地址是相同的，

25、但物理上它們是分開的。當一條指令訪問7FH 以上的內部地址單元時，指令中使用的尋址方式是不同的，也即尋址方式決定是訪問高128 字節(jié)RAM還是訪問特殊功能寄存器。如果指令是直接尋址方式則為訪問特殊功能寄存器。例如，下面的直接尋址指令訪問特殊功能寄存器0A0H（即P2 口）地址單元。MOV 0A0H，#data間接尋址指令訪問高128 字節(jié)RAM，例如，下面的間接尋址指令中，R0 的內容為0A0H，則訪問數據字節(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 位數據RAM 亦可作為堆棧區(qū)使用。·定時器0和定時器1：AT89C5

26、2的定時器0和定時器1的工作方式與AT89C51的相同。·定時器2：定時器2 是一個16 位定時/計數器。它既可當定時器使用，也可作為外部事件計數器使用，其工作方式由特殊功能寄存器T2CON的C/T2 位選擇。定時器2 有三種工作方式：捕獲方式，自動重裝載（向上或向下計數）方式和波特率發(fā)生器方式，工作方式由T2CON 的控制位來選擇。·波特率發(fā)生器：當T2CON中的TCLK 和RCLK 置位時，定時/計數器2 作為波特率發(fā)生器使用。如果定時/計數器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，定時器1 用于其它功能。若RCLK 和TCLK 置位，則定時器2工作于

27、波特率發(fā)生器方式。波特率發(fā)生器的方式與自動重裝載方式相仿，在此方式下，TH2 翻轉使定時器2 的寄存器用RCAP2H 和RCAP2L 中的16位數值重新裝載，該數值由軟件設置。·中斷：AT89C52 共有6 個中斷向量：兩個外中斷（INT0 和INT1），3 個定時器中斷（定時器0、1、2）和串行口中斷。這些中斷源可通過分別設置專用寄存器IE 的置位或清0 來控制每一個中斷的允許或禁止。IE 也有一個總禁止位EA，它能控制所有中斷的允許或禁止。定時器2 的中斷是由T2CON 中的TF2 和EXF2 邏輯或產生的，當轉向中斷服務程序時，這些標志位不能被硬件清除，事實上，服務程序需確定是

28、TF2 或EXF2 產生中斷，而由軟件清除中斷標志位。定時器0 和定時器1 的標志位TF0 和TF1 在定時器溢出那個機器周期的S5P2 狀態(tài)置位，而會在下一個機器周期才查詢到該中斷標志。然而，定時器2 的標志位TF2 在定時器溢出的那個機器周期的S2P2 狀態(tài)置位，并在同一個機器周期內查詢到該標志。符號參數條件最小值最大值單位輸入低電壓(Except EA)-0.50.2VCC-0.1V輸入低電壓-0.50.2VCC-0.3V輸入高電壓(Except XTAL1,RST)0.2VCC+0.9VCC+0.5V輸入高電壓(XTAL,RST)0.7VCCVCC+0.5V輸出低電壓(P1,2,3)I

29、=1.6mA0.45V輸出低電壓(P0,ALE/PSEN)I=32mA0.45V輸出高電壓I=-25uA0.75VCCV輸出高電壓I=-300uA0.75VCCV邏輯0輸入電流（P1，2，3）V=0.45V-50uA邏輯1到0轉換電流(P1,2,3)V=2V-650uARST復位下拉電阻50300K引腳電容1MHz,pF消耗電流Active Mode,12MHz25mA·AT89C52的直流參數有一定的溫度適用范圍，見表3.3：表3.3 T=-40+85 和 Vcc=5.0V±20%下的直流參數·Flash存儲器的編程：AT89C52單片機內部有8k字節(jié)的Flas

30、h PEROM，這個Flash存儲陣列出廠時已處于擦除狀態(tài)（即所有存儲單元的內容均為FFH），用戶隨時可對其進行編程。編程接口可接收高電壓（+12V）或低電壓（Vcc）的允許編程信號。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單片機中，有些屬于低電壓編程方式，而有些則是高電壓編程方式，用戶可從芯片上的型號和讀取芯片內的簽名字節(jié)獲得該信息，見表3.4。表3.4 頂面標記及簽名字節(jié)Vpp=12VVpp=5V頂面標記AT89C52XxxxyywwAT89C52xxxx-5yyww簽名字節(jié)(030H)=1EH(031H)=52H(032H)=FF

31、H(030H)=1EH(031H)=52H(032H)=05HAT89C52的程序存儲器陣列是采用字節(jié)寫入方式編程的，每次寫入一個字節(jié)，要對整個芯片內的PEROM程序存儲器寫入一個非空字節(jié)，必須使用片擦除的方式將整個存儲器的內容清除圖3.3 AT89C52編程電路·程程序序校驗：如果加密位LB1、LB2沒有進行編程，則代碼數據可通過地址和數據線讀回原編寫的數據，采用如圖3.3的電路。加密位不可直接校驗，加密位的校驗可通過對存儲器的校驗和寫入狀態(tài)來驗證。·編程方法：1在地址線上加上要編程單元的地址信號。2在數據線上加上要寫入的數據字節(jié)。3激活相應的控制信號。4在高電壓編程方式

32、時，將EA/Vpp端加上+12V編程電壓。5每對Flash存儲陣列寫入一個字節(jié)或每寫入一個程序加密位，加上一個ALE/PROG編程脈沖。每個字節(jié)寫入周期是自身定時的，通常約為1.5ms。重復15步驟，改變編程單元的地址和寫入的數據，直到全部文件編程結束。·Ready/Busy：字節(jié)編程的進度可通過“RDY/BSY輸出信號監(jiān)測，編程期間，ALE變?yōu)楦唠娖健癏”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)楦唠娖奖硎緶蕚渚途w狀態(tài)。·芯片擦除：利用控制信號的正確組合并保持ALE/PROG引腳10mS的低電平脈沖寬度即可將PEROM

33、陣列（4k字節(jié)）和三個加密位整片擦除，代碼陣列在片擦除操作中將任何非空單元寫入“1”，這步驟需再編程之前進行。3.3 傳感器的選型及其性能特征用于測溫的傳感器種類繁多，但大多是模擬傳感器，在以往組建溫度采集系統(tǒng)時，由于經傳感器輸出的是模擬信號，系統(tǒng)必須接入A/D轉換器，由此增加了構件系統(tǒng)的復雜性且成本較高。溫度的檢測方法，一般采用熱電偶、熱敏電阻以及集成溫度傳感器等測溫元件。熱電偶的工作原理: 兩種不同成份的導體兩端經焊接，形成回路，直接測溫端叫工作端 ，接線端叫冷端，也稱參比端。當工作端和參比端之間存在溫差時，就會在回路中產生熱電動勢，接上顯示儀表，儀表上就會指示出熱電偶所產生的熱電動勢的對

34、應溫度值。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，一般具有負的溫度系數，其阻值隨溫度升高而急劇減小，只有少數具有正的溫度系數。集成溫度傳感器的工作原理:集成溫度傳感器實質上是一種半導體集成電路，它是利用晶體管的b一e結壓降的不飽和值Vbe與熱力學溫度T和通過發(fā)射極電流I的關系實現(xiàn)對溫度的檢測。熱電偶和熱敏電阻的測量精度都比較高，成本比較低，而且測量的范圍也比較寬，但是它容易受到測量場所以及環(huán)境的限制，高溫或長期使用時由于環(huán)境的影響會使其性能下降，需要定期檢查與更換，給實際應用帶來了很大不便。經過論證及多次實驗，本設計決定采用由AD公司生產的AD590集成溫度傳感器，它

35、具有線性好、精度適中、靈敏度高、體積小、使用方便、價格比較低，并且具有長期穩(wěn)定性等優(yōu)點，因此，得到廣泛應用。所以，經過論證及多次實驗，本設計決定采用AD 公司生產的AD590 集成溫度傳感器。3.3.1溫度傳感器AD590 一、溫度傳感器AD590簡介AD590是美國模擬器件公司生產的單片集成兩端感溫電流源。是利用PN結正向電流與溫度的關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、無需補償、熱容量小，抗干擾能力強、可遠距離測溫并且使用方便等優(yōu)點。這種器件在被測溫度一定時，相當于一個恒流源，測量精度高，并具有消除電源波動的特性。它的電源電壓可以在4V6V范圍變化，

36、電流Ir變化luA，相當于溫度變化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被損壞。集成溫度傳感器實質上是一種半導體集成電路，它是利用晶體管的b一e結壓降的不飽和值V與熱力學溫度T和通過發(fā)射極電流I的下述關系實現(xiàn)對溫度的檢測:V=lnI ，K-波爾茲常數; q-電子電荷絕對值 (3.1)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0時輸出為0，溫度25時輸出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: 流過器件的電流(uA)等于器件所處環(huán)境的熱力學

37、溫度(開爾文)度數，即:Ir/T=luA/K； AD590的測溫范圍為-55+150； AD590的保存溫度為-65+175； AD590的電源電壓范圍為4V30V 輸出電阻為710M； 響應時間僅為20us； 精度高。AD590共有I、J、K、L、M五檔，其中M檔精度最高，在-5+l50范圍內，非線性誤差為0.3。二、 溫度測量電路1、 基本應用電路圖3.4（a）是AD59O的封裝形式，圖3.4(b)是AD590用于測量熱力學溫度的基本應用電路。因為流過AD590的電流與熱力學溫度成正比，當電阻R1和電位器R2的電阻之和為1K時，輸出電壓V0隨溫度的變化為1mV/K。圖3.4 AD590的封

38、裝形式及基本應用電路2、 溫度測量電路要想克服簡單電路的缺陷，就要使得增益調整和補償調整相互獨立。本文設計了具有獨立調節(jié)功能的測溫電路，電路圖見圖3.5。AD59O的輸出電流I=(273+T)uA (T為攝氏溫度)，因此測得電壓UO1=(273+T)uAl0K=(273+T)0.01V。但由于AD590的增益有偏差，電阻也有誤差，因此應對電路進行調整。調整的方法為:把AD590放于冰水混合物中，調整電位器R1，使UO1=2.732V;或者在室溫(25) 的條件下通過調節(jié)電位器R2，使電壓Uoz=-2.73V，調整電位器R3，使U0=l.25v。這種調整的方法，可以保證在0或25附近有較高精度。

39、圖3.5 溫度測量電路3.3.2相對濕度傳感器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，該傳感器內部集成了信號處理功能電路，可完成將相對濕度值變換成電容值，再將電容值轉換成線性電壓輸出的任務輸出電壓為： （3.2）在本系統(tǒng)中固定為+5V，則其輸出電壓值正比于濕度測量值，因此可由測試現(xiàn)場的溫度值決定。送LM258，在此處LM258起電壓跟隨作用，以與采集現(xiàn)場隔離和提高帶負載能力。然后信號送帶8路開關以及微處理機兼容的控制邏輯的CMOS組件AD轉換器ADC0809,經轉換后送單片機I/O口。在該設計中溫度的極限參數為：-5OT7O；濕度的極限參數為lH99；溫度的顯示分度為01；濕度的顯示分度為05；芯片特點：低成本，大批量OEM設計精度2%，激光修正互換性至5%線性電壓輸出對應%RH低功耗設計：200A驅動電流快速反應：15秒穩(wěn)定性好、低漂移、抗化學腐蝕性能HIH-3610有許多性能指標，能性能指標見表3.5表3.5 HIH-3610性能指標RH精度（1）±2%RH，0-100%RH非凝結，25，供電電壓=5VD