基于單片機的智能倉庫溫濕度控制系統(tǒng)

第一章引言1.1課題背景在現(xiàn)代工業(yè)現(xiàn)場，隨著科技的進步和自動化開展，溫、濕度監(jiān)測系統(tǒng)在某些行業(yè)中要求越來越高，特別是在大中型倉庫管理系統(tǒng)中，由于溫濕度過高或過低引起的倉庫儲藏物本身的水分過高或連續(xù)的高濕天氣將導(dǎo)致儲藏物新陳代謝加快而放出熱量，放熱引起的溫升又是代謝進一步加劇以至發(fā)霉變質(zhì)，因此倉庫必須重視對空氣溫濕度精確的而又方便的實時監(jiān)測，長期以來，由于受經(jīng)濟條件限制，我國倉庫環(huán)境較差，而且管理落后。倉庫管理的重點之一就是要合理布置測溫點，經(jīng)常檢查溫度變化，以便及時發(fā)現(xiàn)儲藏物發(fā)熱點，減少損失。然而，堆積物的熱傳遞又是那樣的緩慢，使人感知極差，需要管理人員經(jīng)常進入悶熱、嗆人的倉庫內(nèi)觀察溫、濕度，不斷進行翻倉、加濕、通風(fēng)和降溫設(shè)備來控制溫濕度，這樣不但控制精度低、實時性差，而且操作人員的勞動強度大。這種繁重的體力勞動，不僅對人體有極大的傷害，而且不科學(xué)、不及時。所以，倉庫儲藏物蟲蛀、霉變的情況時有發(fā)生。我國的儲藏物現(xiàn)均集中存放在地方或國家的倉庫中。按照國家儲藏物保護法，必須定期抽樣檢查糧食的溫、濕度，以確保儲藏質(zhì)量。這就迫切需要溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)來控制倉庫。本課題即以上述問題為出發(fā)點，設(shè)計倉庫溫、濕度監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)不僅能采集倉庫內(nèi)的溫、濕度值，而且能夠迅速做出相應(yīng)的處理，并將數(shù)據(jù)及處理結(jié)果顯示給用戶，并儲存數(shù)據(jù)以方便以后的比照研究。1.2倉庫溫、濕度控制技術(shù)的國內(nèi)外研究狀況近年來，由于超大規(guī)模集成電路技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和計算機技術(shù)的開展，是監(jiān)控系統(tǒng)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域得到廣泛引用，因此，倉庫溫、濕度監(jiān)控技術(shù)的研究在軟、硬件等方面都得到了一定的開展。1.2.1硬件技術(shù)早期倉庫溫濕度檢測主要采用溫度計量算法，它是將溫度計放入特定的插桿中，根據(jù)經(jīng)驗插入倉庫的多個測溫點，工作人員定期拔出讀數(shù)，決定采取相應(yīng)的措施。這種方法由于溫度計精度、人工讀數(shù)的人為因素等原因，溫度檢測不僅速度慢而且精度低，抽樣不徹底，局部糧食溫度過高不易被及時發(fā)現(xiàn)，局部糧食發(fā)霉變質(zhì)引起大面積壞掉的情況時有發(fā)生。隨著科技的開展，溫、濕度檢測系統(tǒng)有了很大的改善和提高，系統(tǒng)在布線上采用矩陣式布線技術(shù)，簡化了數(shù)據(jù)采集局部的線路；在傳感器方面應(yīng)用了熱電偶、半導(dǎo)體等器件；在數(shù)據(jù)傳輸方面減少了傳輸線的根數(shù)，采用串行傳輸方式，他可對倉庫的各個測試點進行巡回檢測，檢測的速度、精度大大提高，但由于電阻傳感器靈敏度低，使檢測精度不夠理想。然后倉庫使用單板機進行溫、濕度監(jiān)控，并采用各種手段提高數(shù)據(jù)傳輸及檢測速度，通過軟硬件技術(shù)的結(jié)合，檢測的精度和可靠性有較大提高，能滿足一般中小型倉庫的需要。近年來，隨著網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和微處理器芯片的開展，為了簡化倉庫溫、濕度監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計并降低本錢，各公司的科研機構(gòu)開始致力于相關(guān)領(lǐng)域的探索，是的倉庫溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)字化，網(wǎng)絡(luò)化成為可能。其中，美國達(dá)拉斯公司推出的單總線接口協(xié)議采用單根信號線，既可傳輸數(shù)據(jù)又可傳輸時鐘，而且數(shù)據(jù)傳輸是雙向的，因此單總線技術(shù)具有線路簡單，硬件開銷小，便于總線擴展和維護等優(yōu)點。該公司所生產(chǎn)的單總線器件具有無需另附電源、在測試點直接將模擬信號數(shù)字化等特點，一方面減少了系統(tǒng)環(huán)節(jié)，另一方面也保證了系統(tǒng)的精度。同時各公司開發(fā)的可視化軟件開發(fā)工具，更是向著效率高、功能強大的方向努力，從而為獲得良好的用戶界面奠定了根底。國外倉庫的監(jiān)控技術(shù)已經(jīng)開展的很成熟，高科技的數(shù)字傳感器廣泛應(yīng)用于倉庫溫、濕度監(jiān)控系統(tǒng)。這種傳感器采用微控制器與半導(dǎo)體集成電路的最新技術(shù)，在一個芯片上集成了溫度檢測芯片、數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)換芯片、計算機接口芯片，存儲芯片等，除完成溫度檢測功能外，還可完成預(yù)置范圍溫度、報警、多路A/D轉(zhuǎn)換、溫度補償?shù)裙δ?。由于?shù)字溫度傳感器直接輸出數(shù)字量，從而解決了溫度信號長距離傳輸問題及傳輸過程中因干擾和衰減而導(dǎo)致的精度降低等問題。目前，國內(nèi)出現(xiàn)了豐富的數(shù)字傳感器配套產(chǎn)品，如中繼器、分線器、插接器、遠(yuǎn)程控制模塊等。數(shù)字傳感器技術(shù)、通信技術(shù)、計算機已成為當(dāng)今計算機技術(shù)的三大根底，計算機監(jiān)控技術(shù)已成為人們關(guān)注的熱點。軟件技術(shù)近年來，各種計算機軟件開發(fā)平臺有了很大開展，特別是基于Windows環(huán)境下的Delphi、PowerBuilder、VisualBasic、VisualC++的不斷升級，數(shù)據(jù)功能增強，能夠使用ODBC驅(qū)動程序訪問各種數(shù)據(jù)系統(tǒng)，并可使用ADO、DAO等各種應(yīng)用程序開發(fā)接口，操縱數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，管理數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫對象與結(jié)構(gòu)方便地對監(jiān)測系統(tǒng)進行顯示、打印、查詢、自動控制等操作，為高性能的測控軟件設(shè)計提供了根底。1.3課題設(shè)計目標(biāo)倉庫溫濕度控制系統(tǒng)是以AT89C52系列單片機為核心構(gòu)成的監(jiān)控系統(tǒng)。本課題提出了一種可以應(yīng)用于中小型糧倉的溫濕度控制系統(tǒng)的設(shè)計方案。系統(tǒng)主要包括輸入和輸出兩個大的模塊，每個模塊有包括幾個小的功能模塊。其中，輸入模塊主要包括電源模塊、鍵盤設(shè)定模塊、溫濕度檢測模塊；輸出模塊主要包括LCD顯示模塊、報警模塊、控制模塊及串口通信模塊。第二章系統(tǒng)總體方案設(shè)計2.1系統(tǒng)功能、組成及工作原理2.1.1總體方案根據(jù)設(shè)計功能要求，系統(tǒng)可分為以下幾個局部：1〕鍵盤設(shè)定模塊：設(shè)置溫度的上限及下限，濕度的上限及下限來調(diào)整倉庫溫濕度控制范圍。2〕溫濕度檢測模塊：檢測倉庫內(nèi)的溫、濕度。3〕報警模塊：當(dāng)溫度或濕度越限時報警。4〕控制處理模塊：當(dāng)溫度或濕度越限時，采取一定的手段控制。5〕顯示模塊：LCD顯示設(shè)定的溫度的上限及下限、濕度的上限及下限、測得的溫濕度值及各種調(diào)整信息。6〕串口通信：將測得的溫濕度上傳給PC機保存。7〕電源模塊：給系統(tǒng)供電。2.1.2實施措施1〕鍵盤設(shè)定模塊：因為鍵盤要有輸入溫濕度的范圍、小數(shù)點、百分號，復(fù)位等功能，所以用4×4矩陣鍵盤。2〕溫濕度檢測模塊：溫濕度傳感器的選擇見下面的方案論證。3〕報警模塊：當(dāng)溫度或濕度越限時聲音報警，用蜂鳴器實現(xiàn)。4〕控制處理模塊：實際環(huán)境溫度超過設(shè)定的最高溫度時，繼電器控制空調(diào)的加熱設(shè)備工作；實際環(huán)境溫度低于設(shè)定的最低溫度時，繼電器控制空調(diào)的制冷設(shè)備工作；實際環(huán)境濕度超過設(shè)定的最高溫濕度時，繼電器控制風(fēng)機工作降濕；實際環(huán)境濕度低于設(shè)定的最低濕度時，繼電器控制加濕器工作；5〕顯示模塊：用戶輸入溫濕度的上下限，測得的溫濕度值及各種調(diào)整信息的顯示編程實現(xiàn)。6〕串口通信：用電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232實現(xiàn)。7〕電源模塊：采用線性直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計方法。2.2溫濕度傳感器的方案論證和選擇當(dāng)單片機用作測控系統(tǒng)時，系統(tǒng)總要有被測信號進入輸入通道，由單片機拾取必要的輸入信息。對于測量系統(tǒng)而言，如何準(zhǔn)確獲得被測信號是其核心任務(wù)；而對測控系統(tǒng)來講，除對被控對象狀態(tài)的信號測試外，還要將測試數(shù)據(jù)與控制條件比照并實時控制相應(yīng)執(zhí)行設(shè)備。傳感器是實現(xiàn)測量與控制的首要環(huán)節(jié)，是測控系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，如果沒有傳感器對原始被測信號進行準(zhǔn)確可靠的捕捉和轉(zhuǎn)換，一切準(zhǔn)確的測量和控制都將無法實現(xiàn)。工業(yè)生產(chǎn)過程中的自動化測量和控制，幾乎主要依靠各種傳感器來檢測和控制生產(chǎn)過程中的各種參量，使設(shè)備和系統(tǒng)正常運行在最正確狀態(tài)，從而保證生產(chǎn)的高效率和高質(zhì)量。數(shù)字式溫度傳感器的類型隨著溫度傳感器集成化、智能化技術(shù)的進步，世界上很多公司推出了新型的數(shù)字溫度傳感器，并得到廣泛應(yīng)用。對器件的選擇應(yīng)把握以下幾點：測溫的精度、分辨率要適宜，以便減少不必要的電路和軟件開發(fā)本錢；外圍電路應(yīng)盡量簡單；溫度傳感器的總線負(fù)載能力如何，能否滿足多點測溫的需要；占用單片機引腳情況如何，因為MCU引腳資源有限，多點測溫時，如果測量的點數(shù)超過輸入通道的個數(shù)，就要添加多路復(fù)用電路，這將增加本錢；與單片機的通信協(xié)議應(yīng)盡量簡單，本錢、溫度測量的軟件開發(fā)難度要盡量小。目前在數(shù)字溫度傳感器中采用的串行總線主要有Motorola公司的SPI總線，Dallas公司的1-wire總線，Phillips公司的I2C總線等。常用的數(shù)字溫度傳感器主要有：1〕數(shù)字溫度傳感器AD7418是件ADI公司推出的單片溫度測量與控制用集成電路。其內(nèi)部包含有帶隙溫度傳感器和10位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，可將感應(yīng)溫度轉(zhuǎn)換為0.25°C量化間隔的數(shù)字信號，測溫范圍為-55°C~+125°C，具有10位數(shù)字輸出溫度值，分辨率0.25°C，精度為±2°C，轉(zhuǎn)換時間為15~30ms，工作電壓范圍為+2.7V~+5.5V，具有低功耗模式〔典型值為1μA〕。AD7418片內(nèi)存放器可以進行高/低溫度門限的設(shè)置。當(dāng)溫度超過設(shè)置門限時，過溫漏極開路指示器〔OTI〕將輸出有效信號?？膳c單片機〔微控制器〕接口，通過I2C接口對AD7418的內(nèi)部存放器進行讀/寫操作。該溫度傳感器可廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的環(huán)境溫度監(jiān)測、工業(yè)過程控制、電池充電以及個人計算機等系統(tǒng)。2〕LM74是美國國家半導(dǎo)體公司推出的集成了帶隙式溫度傳感器、Delta-Sigma型模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、并具有SPI/Microwire兼容總線接口的數(shù)字溫度傳感器。在傳感器通電工作后，自動按一定速率對溫度進行檢測,并在片內(nèi)存放器中存儲轉(zhuǎn)換的溫度值，主機可以在任意時刻讀出傳感器溫度值。LM74具有休眠模式,在休眠時消耗的電流不超過10mA,適用于對功耗有嚴(yán)格限制的系統(tǒng)。LM74的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器為12位外加符號位，有效工作范圍為-55℃~+155℃，分辨率可達(dá)0.0625℃的分辨率。由于采用了SPI/Microwire兼容總線接口,可以將多個傳感器掛接在總線上,通過片選信號對特定器件進行讀寫操作。LM74采用3.0V~5.5V的供電電壓。3〕DS18b20是Dallas公司推出的新一代數(shù)字溫度傳感器。通過一個單線接口發(fā)送或接收信息，因此在中央微處理器和DS1820之間僅需一條連接線〔加上地線〕。用于讀寫和溫度轉(zhuǎn)換的電源可以從數(shù)據(jù)線本身獲得，無需外部電源。因為每個DS1820都有一個獨特的片序列號，所以多只DS1820可以同時連在一根單線總線上，這樣就可以把溫度傳感器放在許多不同的地方。這一特性在HVAC環(huán)境控制、探測建筑物、儀器或機器的溫度以及過程監(jiān)測和控制等方面非常有用2.2.2數(shù)字濕度傳感器的類型近年來，國內(nèi)外在濕度傳感器研發(fā)領(lǐng)域取得了較大發(fā)。濕敏傳感器正向集成化、智能化、多參數(shù)監(jiān)測的方向迅速開展。集成濕度傳感器的選擇應(yīng)考慮以下幾點：感濕性能好、響應(yīng)速度快、靈敏度高、測量范圍寬，線性度要好，要有較好的一致性、可重復(fù)性，濕滯小，有較強的抗污染能力，較高的穩(wěn)定性和可靠性，使用壽命長。目前，國外生產(chǎn)濕度傳感器的主要廠家及典型產(chǎn)品主要有：Honeywell公司〔HIT3602、HIT3605、HIT3610型〕，Humeral公司(HM1500、HM1520、HF3223、HTF3223型)，Sensirion公司〔SHT11、SHT15型〕。常用的集成濕度傳感器主要有：1〕HIH-3610是Honeywell公司生產(chǎn)的具有信號處理功能的熱固聚酯電容式相對濕度傳感器，線性放大輸出、工廠標(biāo)定，獨特的多層結(jié)構(gòu)能非常有效地抵抗環(huán)境的侵蝕。工作范圍：溫度-40~+85℃，相對濕度0~100%RH，精度到達(dá)±2%RH，激光修正互換性至5%RH，低功耗驅(qū)動電流設(shè)計為200μA，反響時間為15s，穩(wěn)定性好，較低的飄移、抗化學(xué)腐蝕性能強。2〕HM1500是法國Humeral公司采用Humeral專利濕敏電容HS1101設(shè)計制造的相對濕度傳感器。帶防護棒式封裝，5VDC恒壓供電，1~4VDC放大線性電壓輸出，便于用戶使用。濕度測試量程為0~100%RH，精度到達(dá)±3%RH〔10~95%RH范圍〕，防灰塵，可有效抵抗各種腐蝕性氣體物質(zhì)，非常低的溫度依賴性，長期穩(wěn)定性好，反響時間5s。3〕與傳統(tǒng)的溫濕度傳感器不同，SHT11是瑞士Sensirion公司推出的基于CMOSensTM技術(shù)的新型智能溫濕度傳感器，它將溫濕度傳感器、信號放大調(diào)理、A/D轉(zhuǎn)換、二線串行接口全部集成于一個芯片內(nèi)，融合了CMOS芯片技術(shù)與傳感技術(shù)，使傳感器具有品質(zhì)卓越、超快響應(yīng)、抗干擾能力強、極高的性價比、使用方便、接口簡單等優(yōu)點，從而發(fā)揮出它們強大的優(yōu)勢互補作用?！?〕溫濕度傳感器確實定綜上所述，以上介紹的大都是單個的溫、濕度傳感器，而SHT11集溫度傳感器與濕度傳感器于一體，并且采用SHT11進行溫濕度實時監(jiān)測的系統(tǒng)具有精度高、本錢低、體積小、接口簡單等好處；另外SHT11芯片內(nèi)部集成14位A/D轉(zhuǎn)換器，且采用數(shù)字信號輸出，因此抗干擾能力也比同類芯片高。該芯片在溫濕度監(jiān)測、自動控制等領(lǐng)域均已得到廣泛應(yīng)用，所以選用SHT11。第三章系統(tǒng)硬件設(shè)計本系統(tǒng)硬件包括：單片機最小系統(tǒng)、LCD1602液晶顯示、鍵盤、SHT11溫濕度檢測、報警電路、通訊芯片MAX232、通信串口、控制接口〔空調(diào)、風(fēng)機、加濕機〕、電源模塊。系統(tǒng)整體電路框圖如圖1所示。圖3-1系統(tǒng)整體電路框圖1單片機最小系統(tǒng)設(shè)計〔1〕AT89C52簡介AT89C52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)中可編程的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允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，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，使得AT89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。AT89C52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門狗定時器，2個數(shù)據(jù)指針，三個16位定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。另外，AT89C52可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式。空閑模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。具體引腳圖如圖3-2所示。圖3-2AT89C52引腳圖〔2〕時鐘電路和復(fù)位電路時鐘電路：內(nèi)部時鐘方式，在XTAL1和XTAL2之間跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容，組成并聯(lián)諧振電路，構(gòu)成穩(wěn)定的自激振蕩器，如圖3-3所示，晶體振蕩器的振蕩頻率決定單片機的時鐘頻率。外部時鐘方式，在由多片單片機組成的系統(tǒng)中，為了各單片機之間時鐘信號的同步，應(yīng)當(dāng)引入惟一的公用外部脈沖信號作為各單片機的振蕩脈沖。這時，外部的脈沖信號是經(jīng)XTAL2引腳注入，如圖3-4所示。復(fù)位電路：常見的復(fù)位電路有以下三種形式，如圖3-5所示。1〕上電自動復(fù)位方式——是在單片機接通電源時，對電容充電來實現(xiàn)的。上電瞬間，RST端的電位與VCC相同。只要在RST端有足夠長的時間保持閾值電壓，單片機便可自動復(fù)位。2〕按鍵電平復(fù)位方式——通過使RST端經(jīng)電阻與VCC電源接通而實現(xiàn)。圖3-389C58RD+的內(nèi)部時鐘電路圖3-489C58RD+的外部時鐘電路上電自動復(fù)位方式〔2〕按鍵電平復(fù)位〔3〕按鍵脈沖復(fù)位圖3-5常見的復(fù)位電路3.按鍵脈沖復(fù)位方式——利用微分電路產(chǎn)生的正脈沖實現(xiàn)復(fù)位。3.1.3單片機最小系統(tǒng)電路圖其中時鐘電路為內(nèi)部時鐘電路，復(fù)位電路為上電自動復(fù)位方式與按鍵電平復(fù)位方式的結(jié)合。圖3-6單片機最小系統(tǒng)3.2LCD1602液晶顯示3.2.11602簡介1.主要技術(shù)參數(shù)：表3-3主要技術(shù)參數(shù)顯示容量16×2個字符芯片工作電壓4.5~5.5V工作電流2.0mA(5.0V)模塊最正確工作電壓5.0V字符尺寸2.95×4.35〔WXH〕mm2.接口信號說明1602LCD采用標(biāo)準(zhǔn)的14腳〔無背光〕或16腳〔帶背光〕接口，如表3-6所示。表3-4接口信號說明編號符號引腳說明編號符號引腳說明1VSS電源地9D2Data1/02VDD電源正極10D3Data1/03VL液晶顯示偏壓信號11D4Data1/04RS數(shù)據(jù)/命令選擇端〔H/L〕12D5Data1/05R/W讀寫選擇端〔H/L〕13D6Data1/06E使能信號14D7Data1/07D0Data1/015BLA背光源正極8D1Data1/016BLK背光源負(fù)極3.2.21602與單片機連接圖圖3-91602與單片機連接圖3.3矩陣鍵盤由于控制鍵位較多，方便程序設(shè)計，硬件平安可靠，本設(shè)計采用4×4矩陣鍵盤，與單片機P1口相連，電路圖如下圖。圖3-10矩陣鍵盤與單片機連接圖矩陣鍵盤的工作原理：當(dāng)無按鍵閉合時，P10~P13與P14~P17之間開路。當(dāng)有鍵閉合時，與閉合鍵相連的兩條I/O口線之間短路。判斷有無按鍵按下的方法是：第一步，置列線P14~P17為輸入狀態(tài)，從行線P10~P13輸出低電平，讀入列線數(shù)據(jù)，假設(shè)某一列線為低電平，那么該列線上有鍵閉合。第二步，行線輪流輸出低電平，從列線P14~P17讀入數(shù)據(jù)，假設(shè)有某一列為低電平，那么對應(yīng)行線上有鍵按下。綜合一二兩步的結(jié)果，可確定按鍵編號。但是鍵閉合一次只能進行一次鍵功能操作，因此須等到按鍵釋放后，再進行鍵功能操作，否那么按一次鍵，有可能會連續(xù)屢次進行同樣的鍵操作。本設(shè)計矩陣鍵盤的功能圖如下圖圖3-11矩陣鍵盤的功能圖3.4溫濕度檢測3.4.1SHT11簡介1.概述SHTxx系列單芯片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)用專利的工業(yè)COMS過程微加工技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性與卓越的長期穩(wěn)定性。傳感器包括一個電容式聚合體測濕元件和一個能隙式測溫元件，并與一個14位的A/D轉(zhuǎn)換器以及串行接口電路在同一芯片上實現(xiàn)無縫連接。因此，該產(chǎn)品具有品質(zhì)卓越、超快響應(yīng)、抗干擾能力強、性價比極高等優(yōu)點。每個SHTxx傳感器都在極為精確的濕度校驗室中進行校準(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)。兩線制串行接口和內(nèi)部基準(zhǔn)電壓，使系統(tǒng)集成變得簡易快捷。超小的體積、極低的功耗，使其成為各類應(yīng)用甚至最為苛刻的應(yīng)用場合的最正確選那么。產(chǎn)品提供外表貼片LCC〔無鉛芯片〕或4針單排引腳封裝。特殊封裝形式可根據(jù)用戶需求而提供。2.引腳SHT11溫濕度傳感器采用SMD(LCC)外表貼片封裝形式，管腳排列如圖1所示圖3-12SHT11外形及引腳排列(1)GND：接地端；(2)DATA：雙向串行數(shù)據(jù)線；(3)SCK：串行時鐘輸入；(4)VDD電源端：0.4~5.5V電源端；(5~8)NC：空管腳。4.輸出轉(zhuǎn)換為物理量〔1〕相對濕度為了補償濕度傳感器的非線性以獲取準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，建議使用如下公式修正輸出數(shù)值：〔表示傳感器的相對濕度輸出數(shù)值，大約范圍在9~3400〕表3-10濕度轉(zhuǎn)換系數(shù)12bit-40.0405-2.8×10-68bit-40.648-7.2×10-4對高于99%RH的那些測量值那么表示空氣已經(jīng)完全飽和，必須被處理成顯示值均為100%2RH。濕度傳感器對電壓根本上沒有依賴性。圖3-18從轉(zhuǎn)換到相對濕度1〕濕度傳感器相對濕度的溫度補償實際測量溫度與25℃(~77℉)相差較大時，應(yīng)考慮濕度傳感器的溫度修正系數(shù)：表3-11溫度補償系數(shù)12bit0.010.000088bit0.010.00128〔2〕溫度由能隙材料PTAT(正比于絕對溫度)研發(fā)的溫度傳感器具有極好的線性?？捎萌缦鹿綄?shù)字輸出轉(zhuǎn)換為溫度值：表3-12溫度轉(zhuǎn)換系數(shù)5V-40.00-40.0014bit0.010.0184V-39.75-39.5512bit0.040.0723.5V3-39.66-39.393V3-39.60-39.282.5V3-39.55-39.19在極端工作條件下測量溫度時，可使用進一步的補償算法以獲取高精度?？蓞㈤啈?yīng)用說明“相對濕度與溫度的非線性補償〞。3.4.2SHT11與單片機相連的電路圖圖11SHT11與單片機連接電路圖3.5報警電路報警電路如圖12所示，當(dāng)P2.5口輸出高電平時蜂鳴器響，當(dāng)P2.5口輸出低電平時蜂鳴器不響。圖12報警電路3.6控制電路本次設(shè)計以P2^6控制加熱設(shè)備，P2^7控制制冷設(shè)備，P3^6控制加濕設(shè)備，P3^7控制降濕設(shè)備，它們的控制接口電路相同，就以控制加熱設(shè)備的電路為例講解，以下圖為控制加熱設(shè)備的接口電路。圖13控制加熱設(shè)備的電路P5的1,3引腳接220V交流電源，當(dāng)測得的溫度低于設(shè)定的最低溫度時，P2^6口為低電平，繼電器線圈得電，P5的1,3接通，加熱設(shè)備工作，同時LED指示燈D8亮，表示當(dāng)前處于加熱狀態(tài)；當(dāng)測得的溫度大于設(shè)定的最低溫度時，P2^6口為高電平，繼電器線圈斷電，P5的1,2接通，加熱設(shè)備停止工作，同時LED指示燈D8滅。其它三個控制接口電路的工作原理與此類似。3.7單片機與PC之間的通信PC內(nèi)部通常都裝有一個RS-232異步通信適配器版，其主要器件為可編程的UART芯片，如8250等，從而使PC有能力與其他具有標(biāo)準(zhǔn)RS-232串行通信接口的計算機設(shè)備進行通信。AT89C52單片機本身具有一個全雙工的串行口，但單片機的串行口為TTL電平，需要外接一個TTL-RS-232電平轉(zhuǎn)換器才能夠與PC的RS-232串行口連接，組成一個簡單可行的通信接口。由于RS-232的邏輯電平與TTL電平不兼容，為了與TTL電平的AT89C52單片機器件連接，必須進行電平轉(zhuǎn)換。美國MAXIM公司生產(chǎn)的MAX232系列RS-232收發(fā)器是目前應(yīng)用較為普遍的串行口電平轉(zhuǎn)換器件。3.7.1電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232簡介1.概述MAX232芯片是美信公司專門為電腦的RS-232標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計的單電源電平轉(zhuǎn)換芯片，使用+5V單電源供電。圖14所示為MAX232芯片的引腳排列和典型工作電路，芯片內(nèi)部包含兩個收發(fā)器，采用“電荷泵〞技術(shù)，利用4個外接電容C1~C4〔通常取值為1μF〕就可以在單+5V電源供電的條件下，將輸入的+5V電壓轉(zhuǎn)換為RS-232輸出所需要的±12V電壓。在實際應(yīng)用中，由于器件對電源噪聲很敏感，因此必須在電源Vcc與地之間加一個去耦電容C5。收發(fā)器在短距離〔電纜容量<1000pF〕通信時，通信速率最高可達(dá)120kbit/s。3.7.2串口通信電路采用三線制連接串口，即單片機只連接電腦9針串口的3根線；第5腳的GND、第二腳的RXD、第三腳的TXD，具體電路如以下圖：圖14串口通信電路電源電路線性直流穩(wěn)壓電源的根本原理線性穩(wěn)壓電源是指調(diào)整管工作在線性狀態(tài)下的直流穩(wěn)壓電源，該類電源的優(yōu)點是穩(wěn)定性高，紋波小，可靠性高。1.線性直流穩(wěn)壓電源的組成線性直流穩(wěn)壓電源通常由變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路等幾局部組成如圖3-24所示。圖3-24直流穩(wěn)壓電源結(jié)構(gòu)框圖變壓器的初級一側(cè)一般為220V交流電壓，次級一側(cè)電壓可以根據(jù)所需直流電壓的大小，通過選擇適當(dāng)?shù)淖儔罕葋淼玫?。整流電路利用二極管的單向?qū)щ娦詫⒔涣麟娮儞Q成脈動直流電，利用濾波電路將脈動直流電壓濾為較平滑的直流電壓。由于整流、濾波電路輸出的直流電壓穩(wěn)定性較差，當(dāng)電網(wǎng)電壓波動或負(fù)載變化時輸出電壓也隨之而變化，采用穩(wěn)壓電路后，輸出電壓的穩(wěn)定程度將大為提高。2.集成穩(wěn)壓器介紹集成穩(wěn)壓器的種類很多，作為小功率的線性直流穩(wěn)壓電源，應(yīng)用最為普遍的是三端集成穩(wěn)壓器。常用的三端集成穩(wěn)壓器有：78XX系列〔正電壓型〕，79XX系列〔負(fù)電壓型〕〔實際產(chǎn)品中，XX用數(shù)字表示，XX是多少，輸出電壓就是多少。例如7805，輸出電壓為＋5V〕；LM317系列〔可調(diào)正電壓型〕，LM337系列〔可調(diào)負(fù)電壓型〕。另外在使用78XX與79XX時要注意，采用TO-3金屬外殼封裝的78XX系列集成電路時，其金屬外殼為地端；而同樣封裝的79XX系列的穩(wěn)壓器，金屬外殼是負(fù)電壓輸入端。因此，在由二者構(gòu)成多路穩(wěn)壓電源時，假設(shè)將78XX的外殼接印刷電路板的公共地，79XX的外殼及散熱器就必須與印刷電路板的公共地絕緣，否那么會造成電源短路。電源原理圖線性直流穩(wěn)壓電源電路原理圖如圖3-25所示，輸入220V的交流電壓，經(jīng)變壓器T1后輸出為15V的交流電壓，經(jīng)整流、濾波、穩(wěn)壓后輸出的＋12V的直流電壓,又經(jīng)過5V穩(wěn)壓器輸出5V直流電壓。圖3-25線性直流穩(wěn)壓電源原理圖系統(tǒng)軟件設(shè)計本系統(tǒng)軟件設(shè)計主要包括：系統(tǒng)初始化程序、按鍵顯示設(shè)定的溫濕度范圍程序、溫濕度測量處理及顯示程序、控制程序，串口通信程序。系統(tǒng)整體工作方式如下框圖所示圖4-1系統(tǒng)整體流程圖4.1系統(tǒng)初始化程序系統(tǒng)初始化程序主要是設(shè)定系統(tǒng)的初始化狀態(tài)。本設(shè)計的初始化是設(shè)置蜂鳴器、升溫裝置、降溫裝置、加濕裝置、降濕裝置不工作，并將顯示器件LCD初始化，串口初始化，等待按鍵輸入溫濕度的范圍。初始化流程圖如以下圖所示圖4-2初始化流程圖4.2按鍵顯