基于單片機(jī)的智能倉(cāng)庫(kù)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘 要 I 摘 要 本論文的設(shè)計(jì)題目是基于單片機(jī)的智能倉(cāng)庫(kù)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。本次設(shè)計(jì)以 PC 機(jī)作為上位機(jī)監(jiān)控單元，以 AT89C52 單片機(jī)作為下位機(jī)控制器，設(shè)計(jì)智能倉(cāng) 庫(kù)的溫濕度控制系統(tǒng)。包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩部分。硬件部分包括 AT89C52 單片機(jī)、溫濕度檢測(cè)模塊、溫濕度輸出控制模塊、鍵盤輸入模塊、 LCD 顯示模塊、通信模塊、報(bào)警模塊及電源模塊等。軟件部分包括畫出主程序 及各子程序流程圖，并編程實(shí)現(xiàn)。 本系統(tǒng)通過(guò)鍵盤設(shè)定模塊進(jìn)行系統(tǒng)給定值的設(shè)置來(lái)調(diào)整倉(cāng)庫(kù)溫濕度控制范 圍。溫、濕度檢測(cè)模塊將倉(cāng)庫(kù)內(nèi)的溫、濕度信息傳到單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)實(shí)際 情況輸出控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)控制模塊進(jìn)行相應(yīng)操作，同時(shí)將當(dāng)前信息進(jìn)行存儲(chǔ)并上 傳數(shù)據(jù)到上位機(jī)顯示及保存。當(dāng)溫、濕度超過(guò)設(shè)定范圍的上下限時(shí)，控制器將 會(huì)啟動(dòng)或者停止相應(yīng)設(shè)備來(lái)調(diào)整環(huán)境濕度和溫度，同時(shí)將各種調(diào)整信息在 LCD 上顯示并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。 本文設(shè)計(jì)的智能倉(cāng)庫(kù)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)溫濕度的實(shí)時(shí)檢測(cè)與控制，降低了 人工勞動(dòng)強(qiáng)度。 關(guān)鍵詞：智能倉(cāng)庫(kù)，AT89C52，SHT11，液晶顯示 Abstract II Abstract The subject of this thesis is microcontroller-based intelligent warehouse control system design. The design uses PC as a monitor unit and AT89C51 microcontroller as the next bit machine controller to design intelligent temperature and humidity control system, including hardware and software design. The hardware part includes AT89S51 microcontroller, the detection module for temperature and humidity, temperature and humidity output control module, the keyboard input module, LCD display module, communication module and alarm module. Software part includes draw the main program and the procedure flow chart, and the programming. The system through the keyboard settings module system for a given value of the settings to adjust the storage temperature and humidity control range. Temperature and humidity detection module spreads temperature and humidity inside the warehouse to microcontroller, microcontroller based on the actual situation of the output control signal drive control module operating at the same time to store and upload data to the host computer to display and save the current information. When the temperature and humidity exceeds the set range of the upper and lower limit, the controller will start or stop the corresponding device to adjust the ambient humidity and temperature, while a variety of adjustment information on the LCD display and an alarm signal. In this paper, the design of intelligent warehouse control system to achieve real- time detection and control of temperature and humidity, and reduce labor intensity. Keywords: Intelligent warehouse, AT89C52, SHT11, LCD 目 錄 III 目 錄 摘 要.I ABSTRACT.II 目 錄III 第一章 引言1 1.1 課題背景.1 1.2 倉(cāng)庫(kù)溫、濕度控制技術(shù)的國(guó)內(nèi)外研究狀況1 1.2.1 硬件技術(shù).1 1.2.2 軟件技術(shù).3 1.3 課題設(shè)計(jì)目標(biāo)3 第二章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì).4 2.1 系統(tǒng)功能、組成及工作原理.4 2.1.1 總體方案.4 2.1.2 實(shí)施措施.4 2.2 溫濕度傳感器的方案論證和選擇.5 2.2.1 數(shù)字式溫度傳感器的類型.5 2.2.2 數(shù)字濕度傳感器的類型.7 2.2.3 溫濕度傳感器的確定.8 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì).9 3.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì).9 3.1.1 AT89C52 簡(jiǎn)介.9 3.1.2 時(shí)鐘電路和復(fù)位電路9 3.1.3 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路圖11 3.2 LCD1602 液晶顯示12 3.2.1 1602 簡(jiǎn)介12 3.2.2 1602 與單片機(jī)連接圖及工作原理13 3.3 矩陣鍵盤.14 3.4 溫濕度檢測(cè)15 目 錄 IV 3.4.1 SHT11 測(cè)溫濕度的使用方法.15 3.4.2 校驗(yàn)測(cè)得的溫濕度16 3.4.3 SHT11 與單片機(jī)相連的電路圖18 3.5 報(bào)警電路.18 3.6 控制電路.19 3.7 單片機(jī)與 PC 之間的通信.20 3.8 電源電路.21 3.8.1 線性直流穩(wěn)壓電源的基本原理.21 3.8.2 電源原理圖21 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)22 4.1 系統(tǒng)初始化程序23 4.2 按鍵顯示設(shè)定的溫濕度23 4.3 溫濕度計(jì)算（測(cè)量、處理）及顯示23 4.4 串口通信.25 4.5 控制程序.25 總 結(jié).28 參考文獻(xiàn).29 致 謝.30 附錄一 總電路圖31 附錄二 PCB 圖32 附錄三 程序.32 第一章 引言 1 第一章 引言 1.1 課題背景 在現(xiàn)代工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，隨著科技的進(jìn)步和自動(dòng)化發(fā)展，溫、濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在某 些行業(yè)中要求越來(lái)越高，特別是在大中型倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)中，由于溫濕度過(guò)高或 過(guò)低引起的倉(cāng)庫(kù)儲(chǔ)藏物本身的水分過(guò)高或連續(xù)的高濕天氣將導(dǎo)致儲(chǔ)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(jìn)一步加劇以至發(fā)霉變質(zhì)，因此 倉(cāng)庫(kù)必須重視對(duì)空氣溫濕度精確的而又方便的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，長(zhǎng)期以來(lái)，由于受經(jīng) 濟(jì)條件限制，我國(guó)倉(cāng)庫(kù)環(huán)境較差，而且管理落后。 倉(cāng)庫(kù)管理的重點(diǎn)之一就是要合理布置測(cè)溫點(diǎn)，經(jīng)常檢查溫度變化，以便及 時(shí)發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)藏物發(fā)熱點(diǎn)，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(jìn)入悶熱、嗆人的倉(cāng)庫(kù)內(nèi)觀察溫、濕度，不斷 進(jìn)行翻倉(cāng)、加濕、通風(fēng)和降溫設(shè)備來(lái)控制溫濕度，這樣不但控制精度低、實(shí)時(shí) 性差，而且操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度大。這種繁重的體力勞動(dòng)，不僅對(duì)人體有極大 的傷害，而且不科學(xué)、不及時(shí)。所以，倉(cāng)庫(kù)儲(chǔ)藏物蟲蛀、霉變的情況時(shí)有發(fā)生。 我國(guó)的儲(chǔ)藏物現(xiàn)均集中存放在地方或國(guó)家的倉(cāng)庫(kù)中。按照國(guó)家儲(chǔ)藏物保護(hù) 法，必須定期抽樣檢查糧食的溫、濕度，以確保儲(chǔ)藏質(zhì)量。這就迫切需要溫濕 度監(jiān)控系統(tǒng)來(lái)控制倉(cāng)庫(kù)。 本課題即以上述問(wèn)題為出發(fā)點(diǎn)，設(shè)計(jì)倉(cāng)庫(kù)溫、濕度監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)不僅 能采集倉(cāng)庫(kù)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(chǔ)存數(shù)據(jù)以方便以后的對(duì)比研究。 1.2 倉(cāng)庫(kù)溫、濕度控制技術(shù)的國(guó)內(nèi)外研究狀況 近年來(lái)，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(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)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(cāng)庫(kù)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發(fā)展。 1.2.1 硬件技術(shù) 第一章 引言 2 早期倉(cāng)庫(kù)溫濕度檢測(cè)主要采用溫度計(jì)量算法，它是將溫度計(jì)放入特定的插 桿中，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)插入倉(cāng)庫(kù)的多個(gè)測(cè)溫點(diǎn)，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(jì)精度、人工讀數(shù)的人為因素等原因，溫度檢測(cè) 不僅速度慢而且精度低，抽樣不徹底，局部糧食溫度過(guò)高不易被及時(shí)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(shí)有發(fā)生。 隨著科技的發(fā)展，溫、濕度檢測(cè)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(jiǎn)化了數(shù)據(jù)采集部分的線路；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(duì)倉(cāng)庫(kù)的各個(gè)測(cè)試點(diǎn)進(jìn)行巡回檢測(cè)，檢測(cè)的速度、精度大大提高，但 由于電阻傳感器靈敏度低，使檢測(cè)精度不夠理想。 然后倉(cāng)庫(kù)使用單板機(jī)進(jìn)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(cè)速度，通過(guò)軟硬件技術(shù)的結(jié)合，檢測(cè)的精度和可靠性有較大提高，能滿足 一般中小型倉(cāng)庫(kù)的需要。 近年來(lái)，隨著網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和微處理器芯片的發(fā)展，為了簡(jiǎn)化倉(cāng)庫(kù)溫、濕 度監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)并降低成本，各公司的科研機(jī)構(gòu)開始致力于相關(guān)領(lǐng)域的探索， 是的倉(cāng)庫(kù)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(guó)達(dá)拉斯公司推 出的單總線接口協(xié)議采用單根信號(hào)線，既可傳輸數(shù)據(jù)又可傳輸時(shí)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(jiǎn)單，硬件開銷小，便于總線擴(kuò)展和 維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。該公司所生產(chǎn)的單總線器件具有無(wú)需另附電源、在測(cè)試點(diǎn)直接將 模擬信號(hào)數(shù)字化等特點(diǎn)，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(shí)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(qiáng)大的方 向努力，從而為獲得良好的用戶界面奠定了基礎(chǔ)。 國(guó)外倉(cāng)庫(kù)的監(jiān)控技術(shù)已經(jīng)發(fā)展的很成熟，高科技的數(shù)字傳感器廣泛應(yīng)用于 倉(cāng)庫(kù)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(gè)芯片上集成了溫度檢測(cè)芯片、數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換芯片、計(jì)算機(jī)接口芯片， 存儲(chǔ)芯片等，除完成溫度檢測(cè)功能外，還可完成預(yù)置范圍溫度、報(bào)警、多路 A/D 轉(zhuǎn)換、溫度補(bǔ)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(hào)長(zhǎng)距離傳輸問(wèn)題及傳輸過(guò)程中因干擾和衰減而導(dǎo)致的精度降低等問(wèn) 第一章 引言 3 題。 目前，國(guó)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(jì)算機(jī)已成為當(dāng)今計(jì)算機(jī) 技術(shù)的三大基礎(chǔ)，計(jì)算機(jī)監(jiān)控技術(shù)已成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)。 1.2.2 軟件技術(shù) 近年來(lái)，各種計(jì)算機(jī)軟件開發(fā)平臺(tái)有了很大發(fā)展，特別是基于 Windows 環(huán) 境下的 Delphi、Power Builder、Visual Basic、Visual C+的不斷升級(jí)，數(shù)據(jù)功 能增強(qiáng)，能夠使用 ODBC 驅(qū)動(dòng)程序訪問(wèn)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(kù)中的數(shù)據(jù)，管理數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)象與 結(jié)構(gòu)方便地對(duì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行顯示、打印、查詢、自動(dòng)控制等操作，為高性能的 測(cè)控軟件設(shè)計(jì)提供了基礎(chǔ)。 1.3 課題主要任務(wù) 倉(cāng)庫(kù)溫濕度控制系統(tǒng)是以 AT89C52 系列單片機(jī)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(cāng)的溫濕度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。 系統(tǒng)主要包括輸入和輸出兩個(gè)大的模塊，每個(gè)模塊有包括幾個(gè)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(cè)模塊；輸 出模塊主要包括 LCD 顯示模塊、報(bào)警模塊、控制模塊及串口通信模塊。 主要設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)與參數(shù)： （1）溫度： C 31- （2）濕度： 45% 70% 第二章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案 4 第二章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 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(jì)功能要求，系統(tǒng)可分為以下幾個(gè)部分： （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(lái)調(diào)整 倉(cāng)庫(kù)溫濕度控制范圍。 （2）溫濕度檢測(cè)模塊：檢測(cè)倉(cāng)庫(kù)內(nèi)的溫、濕度。 （3）報(bào)警模塊：當(dāng)溫度或濕度越限時(shí)報(bào)警。 （4）控制處理模塊：當(dāng)溫度或濕度越限時(shí)，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(cè)得的溫濕度值及各種調(diào)整信息。 （6）串口通信：將測(cè)得的溫濕度上傳給 PC 機(jī)保存。 （7）電源模塊：給系統(tǒng)供電。 系統(tǒng)整體電路框圖如圖 2-1 所示。 2.1.2 實(shí)施措施 （1）鍵盤設(shè)定模塊：因?yàn)殒I盤要有輸入溫濕度的范圍、小數(shù)點(diǎn)、百分號(hào)， 復(fù)位等功能，所以用 44 矩陣鍵盤。 （2）溫濕度檢測(cè)模塊：溫濕度傳感器的選擇見下面的方案論證。 （3）報(bào)警模塊：當(dāng)溫度或濕度越限時(shí)聲音報(bào)警，用蜂鳴器實(shí)現(xiàn)。 （4）控制處理模塊：實(shí)際環(huán)境溫度超過(guò)設(shè)定的最高溫度時(shí)，繼電器控制 空調(diào)的加熱設(shè)備工作；實(shí)際環(huán)境溫度低于設(shè)定的最低溫度時(shí)，繼電器控制空調(diào) 的制冷設(shè)備工作；實(shí)際環(huán)境濕度超過(guò)設(shè)定的最高溫濕度時(shí)，繼電器控制風(fēng)機(jī)工 作降濕；實(shí)際環(huán)境濕度低于設(shè)定的最低濕度時(shí)，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(cè)得的溫濕度值及各種調(diào)整 第二章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案 5 信息的顯示編程實(shí)現(xiàn)。 （6）串口通信：用電平轉(zhuǎn)換芯片 MAX232 實(shí)現(xiàn)。 （7）電源模塊：采用線性直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)方法。 圖 2-1 系統(tǒng)整體電路框圖 2.2 溫濕度傳感器的方案論證和選擇 當(dāng)單片機(jī)用作測(cè)控系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)總要有被測(cè)信號(hào)進(jìn)入輸入通道，由單片機(jī) 拾取必要的輸入信息。對(duì)于測(cè)量系統(tǒng)而言，如何準(zhǔn)確獲得被測(cè)信號(hào)是其核心任 務(wù)；而對(duì)測(cè)控系統(tǒng)來(lái)講，除對(duì)被控對(duì)象狀態(tài)的信號(hào)測(cè)試外，還要將測(cè)試數(shù)據(jù)與 控制條件對(duì)比并實(shí)時(shí)控制相應(yīng)執(zhí)行設(shè)備。 傳感器是實(shí)現(xiàn)測(cè)量與控制的首要環(huán)節(jié)，是測(cè)控系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，如果沒有 傳感器對(duì)原始被測(cè)信號(hào)進(jìn)行準(zhǔn)確可靠的捕捉和轉(zhuǎn)換，一切準(zhǔn)確的測(cè)量和控制都 將無(wú)法實(shí)現(xiàn)。工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的自動(dòng)化測(cè)量和控制，幾乎主要依靠各種傳感器 來(lái)檢測(cè)和控制生產(chǎn)過(guò)程中的各種參量，使設(shè)備和系統(tǒng)正常運(yùn)行在最佳狀態(tài)，從 而保證生產(chǎn)的高效率和高質(zhì)量。 2.2.1 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(jìn)步，世界上很多公司推出了新型 AT89C52 RS232通信接口 鍵盤輸入 溫濕度檢測(cè) 報(bào)警電路 1602顯示 空調(diào)機(jī)接口電路 加濕機(jī)接口電路 風(fēng)機(jī)接口電路 第二章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案 6 的數(shù)字溫度傳感器，并得到廣泛應(yīng)用。對(duì)器件的選擇應(yīng)把握以下幾點(diǎn)：測(cè)溫的 精度、分辨率要合適，以便減少不必要的電路和軟件開發(fā)成本；外圍電路應(yīng)盡 量簡(jiǎn)單；溫度傳感器的總線負(fù)載能力如何，能否滿足多點(diǎn)測(cè)溫的需要；占用單 片機(jī)引腳情況如何，因?yàn)?MCU 引腳資源有限，多點(diǎn)測(cè)溫時(shí)，如果測(cè)量的點(diǎn)數(shù) 超過(guò)輸入通道的個(gè)數(shù)，就要添加多路復(fù)用電路，這將增加成本；與單片機(jī)的通 信協(xié)議應(yīng)盡量簡(jiǎn)單，成本、溫度測(cè)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(cè)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 0.25C 量化間隔的數(shù)字信號(hào)，測(cè)溫范圍為-55C+125C，具有 10 位 數(shù)字輸出溫度值，分辨率 0.25C，精度為2C ， 轉(zhuǎn)換時(shí)間為 1530ms ， 工 作電壓范圍為+2.7V+5.5V，具有低功耗模式（典型值為 1A） 。AD7418 片內(nèi) 寄存器可以進(jìn)行高/低溫度門限的設(shè)置。當(dāng)溫度超過(guò)設(shè)置門限時(shí)，過(guò)溫漏極開路 指示器（OTI）將輸出有效信號(hào)?？膳c單片機(jī)（微控制器）接口，通過(guò) I2C 接 口對(duì) AD7418 的內(nèi)部寄存器進(jìn)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(cè)、工業(yè)過(guò)程控制、電池充電以及個(gè)人計(jì)算機(jī)等系統(tǒng)。 （2）LM74 是美國(guó)國(guó)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(dòng)按一定速率對(duì)溫度進(jìn)行檢測(cè), 并在片內(nèi)寄存 器中存儲(chǔ)轉(zhuǎn)換的溫度值，主機(jī)可以在任意時(shí)刻讀出傳感器溫度值。LM74 具有 休眠模式, 在休眠時(shí)消耗的電流不超過(guò) 10mA, 適用于對(duì)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(hào)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(gè)傳感器掛接在總線上, 通過(guò)片選信號(hào)對(duì)特定器件進(jìn)行讀寫操作。LM74 采用 3.0V5.5V 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(guò)一個(gè)單 第二章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案 7 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(wú)需外部 電源。因?yàn)槊總€(gè) DS1820 都有一個(gè)獨(dú)特的片序列號(hào)，所以多只 DS1820 可以 同時(shí)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(cè)建筑物、儀器或機(jī)器的溫度以及過(guò)程監(jiān)測(cè)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(lái)，國(guó)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(cè)的方向迅速發(fā)展。集成濕度傳感器的選擇應(yīng)考慮以 下幾點(diǎn)：感濕性能好、響應(yīng)速度快、靈敏度高、測(cè)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(qiáng)的抗污染能力，較高的穩(wěn)定性和 可靠性，使用壽命長(zhǎng)。 目前，國(guó)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(hào)處理功能的熱固聚酯電 容式相對(duì)濕度傳感器，線性放大輸出、工廠標(biāo)定，獨(dú)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(duì)濕度 0100%RH，精度達(dá) 到2%RH，激光修正互換性至 5%RH，低功耗驅(qū)動(dòng)電流設(shè)計(jì)為 200A，反應(yīng)時(shí) 間為 15s，穩(wěn)定性好，較低的飄移、抗化學(xué)腐蝕性能強(qiáng)。 （2）HM1500 是法國(guó) Humeral 公司采用 Humeral 專利濕敏電容 HS1101 設(shè) 計(jì)制造的相對(duì)濕度傳感器。帶防護(hù)棒式封裝，5VDC 恒壓供電，14VDC 放大 線性電壓輸出，便于用戶使用。濕度測(cè)試量程為 0100%RH，精度達(dá)到 3%R（1095%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(zhǎng)期穩(wěn)定性好，反應(yīng)時(shí)間 5s。 第二章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案 8 （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(hào)放大 調(diào)理、A/D 轉(zhuǎn)換、二線串行接口全部集成于一個(gè)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(qiáng)、極高的性 價(jià)比、使用方便、接口簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，從而發(fā)揮出它們強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)作用。 2.2.3 溫濕度傳感器的確定 綜上所述，以上介紹的大都是單個(gè)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(jìn)行溫濕度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)具有精 度高、成本低、體積小、接口簡(jiǎn)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(hào)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(cè)、自動(dòng)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(jì) 9 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)硬件包括：?jiǎn)纹瑱C(jī)最小系統(tǒng)、LCD1602 液晶顯示、鍵盤、SHT11 溫 濕度檢測(cè)、報(bào)警電路、通訊芯片 MAX232、通信串口、控制接口（空調(diào)、風(fēng)機(jī)、 加濕機(jī)） 、電源模塊。系統(tǒng)整體電路框圖如圖 2-1 所示。 3.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3.1.1 AT89C52 簡(jiǎn)介 AT89C52 是一種低功耗、高性能 CMOS 8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng) 中可編程的 Flash 存儲(chǔ)器。使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲(chǔ)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(chǔ)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(shí)器，2 個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè) 16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè) 6 向量 2 級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)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(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下， RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或 硬件復(fù)位為止。具體引腳圖如圖 3-1 所示。 3.1.2 時(shí)鐘電路和復(fù)位電路 一時(shí)鐘電路 （1）內(nèi)部時(shí)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 3-2 所示，晶體振蕩器的振蕩頻率決定單片 機(jī)的時(shí)鐘頻率。 （2）外部時(shí)鐘方式 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 10 在由多片單片機(jī)組成的系統(tǒng)中，為了各單片機(jī)之間時(shí)鐘信號(hào)的同步，應(yīng)當(dāng) 引入惟一的公用外部脈沖信號(hào)作為各單片機(jī)的振蕩脈沖。這時(shí)，外部的脈沖信 號(hào)是經(jīng) XTAL2 引腳注入，如圖 3-3 所示。 圖 3-1 AT89C52 引腳圖 圖 3-2 89C58RD+的內(nèi)部時(shí)鐘電路 圖 3-3 89C58RD+的外部時(shí)鐘電路 二復(fù)位電路 常見的復(fù)位電路有下列三種形式，如圖 3-4 所示。 （1）上電自動(dòng)復(fù)位方式是在單片機(jī)接通電源時(shí)，對(duì)電容充電來(lái)實(shí)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(zhǎng)的時(shí)間 保持閾值電壓，單片機(jī)便可自動(dòng)復(fù)位。 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 11 （2）按鍵電平復(fù)位方式通過(guò)使 RST 端經(jīng)電阻與 VCC 電源接通而實(shí) 現(xiàn)。 （1）上電自動(dòng)復(fù)位方式 （2）按鍵電平復(fù)位 （3）按鍵脈沖復(fù)位 圖 3-4 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(shí)現(xiàn)復(fù)位。 3.1.3 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路圖 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路圖如圖 3-5 所示。其中時(shí)鐘電路為內(nèi)部時(shí)鐘電路，復(fù) 位電路為上電自動(dòng)復(fù)位方式與按鍵電平復(fù)位方式的結(jié)合。 圖 3-5 單片機(jī)最小系統(tǒng) 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 12 3.2 LCD1602 液晶顯示 3.2.1 1602 簡(jiǎn)介 （1）主要技術(shù)參數(shù)： 表 3-1 主要技術(shù)參數(shù) 顯示容量162 個(gè)字符 芯片工作電壓4.55.5V 工作電流2.0mA(5.0V) 模塊最佳工作電壓5.0V 字符尺寸2.954.35（WXH）mm （2）接口信號(hào)說(shuō)明 圖 3-6 1602 引腳示意圖 1 接地；2 接電源；3 引腳的電壓為負(fù)，作用是用于調(diào)整 LCD1602 的顯示 對(duì)比度，一般會(huì)外接電位器用以調(diào)整偏壓信號(hào)，此腳電壓為 0 時(shí)可以得到最強(qiáng) 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 13 的對(duì)比度；4 為高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)，為低電平時(shí)選擇命令；5 為高電平時(shí)執(zhí)行 讀操作，為低電平時(shí)執(zhí)行寫操作；6 是 LCD 的使能端，為高電平時(shí) LCD 工作， 為低電平時(shí) LCD 不工作；714 是數(shù)據(jù)傳送、接收口。15 接 1602 內(nèi)部電源的 正極，16 接 1602 內(nèi)部電源的負(fù)極。 3.2.2 1602 與單片機(jī)連接圖及工作原理 1602 與單片機(jī)連接圖如圖 3-7 所示。RS、RW、E 分別接單片機(jī)的 P20、P21、P22 口，714 數(shù)據(jù)口通過(guò)上拉電阻接單片機(jī)的 P0 口，本設(shè)計(jì)中主 要使用 1602 的寫入操作，寫入操作分為兩部分：寫命令和寫數(shù)據(jù)。寫命令即 單片機(jī)往 1602 寫入控制 1602 的各種命令，這些命令都是十六進(jìn)制格式的，如 0x01(清屏命令)、0x80(在 1602 的第一行第一個(gè)位置寫書數(shù)據(jù))。寫數(shù)據(jù)就是寫 入 1602 標(biāo)準(zhǔn)字符庫(kù)中提供的各種字符。1602 能顯示 32 個(gè)字符，分兩行顯示， 每行 16 個(gè)字符。寫數(shù)據(jù)，寫命令的程序都是參考寫時(shí)序圖寫出的。P21 口用于 控制讀 1602 還是寫 1602，本設(shè)計(jì)中是寫 1602，所以 P21 口為低電平；P20 口 控制寫數(shù)據(jù)還是寫命令，P20 口為高電平時(shí)寫數(shù)據(jù)，為低電平時(shí)寫命令；P22 口的作用就是使單片機(jī)發(fā)送的命令傳到 1602。P0 口是單片機(jī)向 1602 發(fā)送命令 的通道。 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 14 圖 3-7 1602 與單片機(jī)連接圖 3.3 矩陣鍵盤 由于鍵盤要輸入設(shè)定的溫濕度范圍，輸入過(guò)程中涉及到輸入數(shù)字、小數(shù)點(diǎn)、 空格、負(fù)號(hào)，百分號(hào)等，控制鍵位較多，為了方便設(shè)計(jì)系統(tǒng)程序，并且使硬件 安全可靠，本設(shè)計(jì)采用 44 矩陣鍵盤，與單片機(jī) P1 口相連，電路圖如圖 3-8 所 示。 圖 3-8 矩陣鍵盤與單片機(jī)連接圖 矩陣鍵盤的工作原理： 使 P10 為 0，P11、P12、P13 為 1，看 P14P17 哪個(gè)為 0，如果 P14 為 0， 表明 S1 按下，如果 P15 為 0，表明 S2 按下，如果 P16 為 0，表明 S3 按下，如 果 P17 為 0，表明 S4 按下；使 P11 為 0，P10、P12、P13 為 1，看 P14P17 哪 個(gè)為 0，如果 P14 為 0，表明 S5 按下，如果 P15 為 0，表明 S6 按下，如果 P16 為 0，表明 S7 按下，如果 P17 為 0，表明 S8 按下；使 P12 為 0，P10、P11、P13 為 1，看 P14P17 哪個(gè)為 0，如果 P14 為 0，表明 S9 按下， 如果 P15 為 0，表明 S10 按下，如果 P16 為 0，表明 S11 按下，如果 P17 為 0，表明 S12 按下；使 P13 為 0，P10、P11、P12 為 1，看 P14P17 哪個(gè)為 0， 如果 P14 為 0，表明 S13 按下，如果 P15 為 0，表明 S14 按下，如果 P16 為 0，表明 S15 按下，如果 P17 為 0，表明 S16 按下。 另外，按鍵在閉合和斷開時(shí)觸點(diǎn)會(huì)存在抖動(dòng)現(xiàn)象，所以必須消除抖動(dòng)，消 抖可以采取硬件消抖和軟件消抖，為了降低成本，簡(jiǎn)化硬件電路，本設(shè)計(jì)采取 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 15 軟件消抖，即編程實(shí)現(xiàn)消抖。按鍵按下的消抖過(guò)程為先初步判斷按鍵是否按下， 如果按下，延時(shí) 20S，再次判斷按鍵是否按下，如果按下，說(shuō)明按鍵按下；按 鍵斷開的消抖過(guò)程為先初步判斷按鍵是否松開，如果松開，延時(shí) 20S，再次判 斷按鍵是否松開，如果松開，說(shuō)明按鍵松開。 本設(shè)計(jì)矩陣鍵盤的功能圖如圖 3-9 所示。 0123 654 %. 98 7 空格 清屏清屏 圖 3-9 矩陣鍵盤的功能圖 本設(shè)計(jì)中鍵盤的作用就是設(shè)定溫濕度的范圍使其在 1602 第一行顯示，前 10 個(gè)按鍵按下輸入數(shù)字 09；第 11 個(gè)按鍵是空格鍵，用于使輸入的溫度最高 值、溫度最低值、濕度最高值、濕度最低值之間隔開幾位，使其不連在一起； 第 12 個(gè)按鍵是負(fù)號(hào)鍵，按下則輸入負(fù)號(hào)，應(yīng)為本設(shè)計(jì)中的最低溫度為-1，所 以用到此鍵；13 個(gè)按鍵是小數(shù)點(diǎn)，因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)檢測(cè)的溫濕度精確到小數(shù)點(diǎn)后一 位，所以用到此鍵；第 14 個(gè)按鍵是百分號(hào)，按下則輸入%，因?yàn)轱@示的濕度是 百分?jǐn)?shù)，所以用到此鍵；第 15 個(gè)，第 16 個(gè)按鍵是清屏鍵，當(dāng)輸入設(shè)定的溫濕 度范圍輸錯(cuò)時(shí)，按下 15 鍵或 16 鍵可清除第一行，從而可以重新輸入。當(dāng)按鍵 輸入次數(shù)大于等于 16 時(shí)，清屏鍵就不起作用了，當(dāng)輸入第一行設(shè)定的溫濕度 范圍并且按鍵 17 次松手時(shí)，1602 第二行自動(dòng)顯示測(cè)得并經(jīng)過(guò)處理后的溫濕度 及控制信息。 3.4 溫濕度檢測(cè) 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 16 3.4.1 SHT11 測(cè)溫濕度的使用方法 SHT11 引腳圖如圖 3-10 所示。SHT11 與單片機(jī)的連接是采用 I2C 總線形式， 2 數(shù)據(jù)線、3 時(shí)鐘線分別于單片機(jī)的兩個(gè)引腳相連，I2C 總線與單片機(jī)相連時(shí)通 常要接上拉電阻，但本設(shè)計(jì)中的 SHT11 內(nèi)部含有上拉電阻，所以 SHT11 的數(shù) 據(jù)線和時(shí)鐘線直接和單片機(jī)相連，不需外接上拉電阻。 SHT11 集溫度傳感器、濕度傳感器、模數(shù)轉(zhuǎn)換，校驗(yàn)存儲(chǔ)器于一體，所以 對(duì) SHT11 的使用主要是通過(guò)編程來(lái)實(shí)現(xiàn)的。SHT11 的編程主要包括啟動(dòng) SHT11、讀一個(gè)字節(jié)、寫一個(gè)字節(jié)、復(fù)位及校驗(yàn)幾部分組成。具體編程過(guò)程見 第四章流程圖及附錄中程序部分。 圖 3-10 SHT11 引腳圖 3.4.2 校驗(yàn)測(cè)得的溫濕度 (1) 相對(duì)濕度 為了補(bǔ)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： 1212 T dddSO d （3-1） 2 123linearRHRH RHccSOcSO 濕度轉(zhuǎn)換系數(shù)如表 3-2 所示。 表 3-2 濕度轉(zhuǎn)換系數(shù) RH SO 1 c 2 c 3 c 12 bit-40.0405-2.810-6 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 17 8 bit-40.648-7.210-4 濕度傳感器相對(duì)濕度的溫度補(bǔ)償： 因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)設(shè)定的溫度范圍為-1+3,與 25相差很大，所以要用到濕度 傳感器相對(duì)濕度的溫度補(bǔ)償： （3-2） 12 (-25) () tureRHlinear RHTttSORH 濕度補(bǔ)償系數(shù)如表 3-3 所示。 表 3-3 濕度補(bǔ)償系數(shù) RH SO 1 t 2 t 12 bit0.010.00008 8 bit0.010.00128 本設(shè)計(jì)中濕度傳感器的測(cè)量分辨率為 12bit，所以采用公式（2）時(shí)， 取 1 t 0.01，取 0.00008，具體編程實(shí)現(xiàn)過(guò)程見附錄中的程序部分。 2 t （2）溫度 SHT11 中的的溫度傳感器的線性很好，可用如下公式實(shí)現(xiàn)溫度的數(shù)模轉(zhuǎn)換： （3-3） 12T TemperatureddSO 溫度轉(zhuǎn)換系數(shù)如表 3-4 所示。 表 3-4 溫度轉(zhuǎn)換系數(shù) DD V 1 d 1 d T SO 2 d 2 d 5V-40.00-40.0014bit0.010.018 4V-39.75-39.5512bit0.040.072 3.5V3-39.66-39.39 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 18 3V3-39.60-39.28 2.5V3-39.55-39.19 本設(shè)計(jì)中溫度傳感器的測(cè)溫精度為 14bit，溫度的校驗(yàn)采用公式（3） ， 取 0.01，取-40.00，具體編程實(shí)現(xiàn)過(guò)程見附錄中的程序部分。 2 d 1 d 3.4.3 SHT11 與單片機(jī)相連的電路圖 SHT11 與單片機(jī)連接電路圖如圖 3-12 所示。其中，P23、P24 分別是單片 機(jī)的 P2.3 口和 P2.4 口。 圖 3-12 SHT11 與單片機(jī)連接電路圖 3.5 報(bào)警電路 報(bào)警電路如圖 3-13 所示，蜂鳴器的控制是利用三極管的開關(guān)作用，當(dāng)三極 管導(dǎo)通時(shí)蜂鳴器響，當(dāng)三極管不導(dǎo)通時(shí)，蜂鳴器不響。當(dāng) P2.5 口輸出高電平時(shí) 三極管導(dǎo)通，蜂鳴器響，當(dāng) P2.5 口輸出低電平時(shí)三極管不導(dǎo)通，蜂鳴器不響。 當(dāng)測(cè)得的溫濕度不在設(shè)定的溫濕度范圍內(nèi)時(shí)，編程使 P2.5 輸出高電平，蜂鳴器 報(bào)警；當(dāng)測(cè)得的溫濕度在設(shè)定的溫濕度范圍內(nèi)時(shí)，編程使 P2.5 輸出低電平，蜂 鳴器不工作。 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 19 圖 3-13 報(bào)警電路 3.6 控制電路 本次設(shè)計(jì)以 P2.6 口通過(guò)三極管的開關(guān)作用控制繼電器的通斷來(lái)控制加熱設(shè) 備工作與否；P2.7 口通過(guò)三極管的開關(guān)作用控制繼電器的通斷來(lái)控制制冷設(shè)備 工作與否；P3.6 口通過(guò)三極管的開關(guān)作用控制繼電器的通斷來(lái)控制加濕設(shè)備工 作與否；P3.7 口通過(guò)三極管的開關(guān)作用控制繼電器的通斷來(lái)控制降濕設(shè)備工作 與否；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，控制加 熱設(shè)備的電路圖如圖 3-14 所示。 圖 3-14 控制加熱設(shè)備的電路 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 20 控制原理如下： P5 的 1,3 引腳接 220V 交流電源，當(dāng) LCD 顯示的測(cè)得的溫度低于設(shè)定的最 低溫度時(shí)，編程使 P2.6 口為低電平，三極管導(dǎo)通，繼電器線圈得電，P5 的 1,3 接通，加熱設(shè)備工作，同時(shí) LED 指示燈 D8 亮，表示當(dāng)前處于加熱狀態(tài)；當(dāng)測(cè) 得的溫度大于設(shè)定的最低溫度時(shí)，編程使 P2.6 口為高電平，三極管關(guān)斷，繼電 器線圈斷電，P5 的 1,2 接通，加熱設(shè)備停止工作，同時(shí) LED 指示燈 D8 滅。 其它三個(gè)控制接口電路的工作原理與此類似。 同時(shí)，當(dāng)加熱設(shè)備工作時(shí)，LCD 第二行后四位的第一位顯示 1，不工作時(shí) 不顯示，用以顯示加熱設(shè)備的工作狀態(tài)；當(dāng)制冷設(shè)備工作時(shí)，LCD 第二行后四 位的第二位顯示 1，不工作時(shí)不顯示，用以顯示制冷設(shè)備的工作狀態(tài)；當(dāng)加濕 設(shè)備工作時(shí)，LCD 第二行后四位的第三位顯示 1，不工作時(shí)不顯示，用以顯示 加濕設(shè)備的工作狀態(tài)；當(dāng)降濕設(shè)備工作時(shí)，LCD 第二行后四位的第四位顯示 1，不工作時(shí)不顯示，用以顯示降濕設(shè)備的工作狀態(tài)。 3.7 單片機(jī)與 PC 之間的通信 PC 內(nèi)部通常都裝有一個(gè) 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(jì)算機(jī)設(shè)備進(jìn)行通信。AT89C52 單片機(jī)本身具有一個(gè)全雙工的串行口， 但單片機(jī)的串行口為 TTL 電平，需要外接一個(gè) 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(gè)簡(jiǎn)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(jī)器件連接，本設(shè)計(jì)采用美信公司生產(chǎn)的 MAX232 進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。 采用三線制連接串口，即單片機(jī)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，具體電路如圖 3-15 所示。 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 21 圖 3-15 串口通信電路 3.8 電源電路 3.8.1 線性直流穩(wěn)壓電源的基本原理 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)壓電路等幾部 分組成如圖 3-16 所示。 變壓 器 濾波 電路 整流 電路 穩(wěn)壓 電路 交流電源 直流負(fù)載 圖 3-16 直流穩(wěn)壓電源結(jié)構(gòu)框圖 3.8.2 電源原理圖 線性直流穩(wěn)壓電源電路原理圖如圖 3-17 所示，輸入 220V 的交流電壓， 經(jīng)變壓器 T1 （220V 轉(zhuǎn) 15VB 變壓器）后輸出為 15V 的交流電壓，經(jīng)整流、 濾波、穩(wěn)壓（12V 穩(wěn)壓器）后輸出的12V 的直流電壓,又經(jīng)過(guò) 5V 穩(wěn)壓器輸出 5V 直流電壓。12V 直流電壓給繼電器供電，5V 直流電壓給單片機(jī)供電。 第四章 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 22 第五章 圖 3-17 線性直流穩(wěn)壓電源原理圖 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 23 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)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(cè)量處理及顯示程序、控制程序，串口通信程序。系統(tǒng)整體流程 圖如圖 4-1 所示。 系統(tǒng)啟動(dòng) 按鍵輸入設(shè)定的溫濕度 第一行LCD顯示 溫濕度測(cè)量、處理 更新第二行LCD實(shí)時(shí)溫濕度顯示 及控制狀態(tài)顯示 控制 PC 串口傳輸 系統(tǒng)初始化 圖 4-1 系統(tǒng)整體流程圖 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 24 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(jì)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。 初始化流程圖如圖 4-2 所示。 開始 蜂鳴器不工作 升溫、降溫、加濕、降濕 裝置不工作 1602初始化、串口初始化 結(jié)束 圖 4-2 初始化流程圖 4.2 按鍵顯示設(shè)定的溫濕度 鍵盤功能圖如圖 3-11 所示，按鍵顯示設(shè)定的溫濕度的過(guò)程為：按鍵輸入設(shè) 定的溫濕度，如果按錯(cuò)，按第 15 個(gè)或第 16 個(gè)鍵清屏；并且保證按鍵次數(shù)為 17 次。具體流程圖如圖 4-3 所示。 4.3 溫濕度計(jì)算（測(cè)量、處理）及顯示 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 25 計(jì)算出的溫濕度是最終顯示在 LCD 上的溫濕度。計(jì)算過(guò)程包括兩步：溫 濕度的測(cè)量，溫濕度的處理。溫濕度的處理過(guò)程是為了補(bǔ)償溫濕度傳感器的非 線性。溫濕度的計(jì)算流程圖如圖 4-4，溫濕度的測(cè)量流程圖如圖 4-5。溫濕度的 處理過(guò)程就是計(jì)算補(bǔ)償溫濕度傳感器非線性的公式，在此不寫流程圖，具體過(guò) 程見附錄中的程序，溫濕度的顯示過(guò)程見附錄中的程序。 圖 4-3 按鍵顯示設(shè)定的溫濕度流程圖 圖 4-4 溫濕度計(jì)算流程圖 開始 等待按鍵 顯示鍵值 按鍵錯(cuò)誤清屏 17次 結(jié)束 N Y Y N 開始 SHT11復(fù)位 測(cè)溫 溫度處理 結(jié)束 測(cè)溫 溫度處理 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 26 開始 啟動(dòng)SHT11 寫入測(cè)溫或測(cè)濕命令 應(yīng)答 數(shù)據(jù)線忙 結(jié)束 復(fù)位 N 讀溫度或濕度 N i0傳送- TI=1 Y N N TI=0 Y 延時(shí) 圖 4-6 串口通信 總 結(jié) 29 總 結(jié) 通過(guò)兩個(gè)多月的努力基本上完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)要求的各項(xiàng)功能：鍵盤設(shè)定溫 濕度的控制范圍并在液晶上顯示；溫濕度傳感器測(cè)溫濕度并在液晶上顯示；液 晶上測(cè)得的溫濕度與設(shè)定的溫濕度進(jìn)行比較，如果測(cè)得的溫濕度在設(shè)定的溫濕 度范圍內(nèi)，則無(wú)動(dòng)作，如果測(cè)得的溫濕度不在設(shè)定的溫濕度范圍內(nèi)，則蜂鳴器 報(bào)警，并進(jìn)行相應(yīng)的加溫、降溫、加濕、降濕操作，同時(shí)在液晶上顯示各種控 制狀態(tài)；當(dāng)測(cè)得的溫濕度在液晶上顯示的同時(shí)，將測(cè)得的溫濕度上傳給 PC 保 存。 本設(shè)計(jì)研究的溫濕度自動(dòng)控制系統(tǒng)可應(yīng)用于中小型倉(cāng)庫(kù)，從而實(shí)現(xiàn)中小型 倉(cāng)庫(kù)溫濕度的自動(dòng)控制，精確控制，及時(shí)控制，免去了人工測(cè)量溫濕度造成的 人為誤差，降低了人工勞動(dòng)強(qiáng)度。 本設(shè)計(jì)的創(chuàng)造性在與溫濕度傳感器的選擇。我在網(wǎng)上查閱了很多資料，他 們?cè)谶M(jìn)行溫濕度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)，都是采用溫濕度分開測(cè)量的方法，電路連 接麻煩，精確度不高；本設(shè)計(jì)采用的是集溫度傳感器與濕度傳感器于一體的數(shù) 字溫濕度傳感器，接口電路簡(jiǎn)單，測(cè)量可靠性高，有因?yàn)槭菙?shù)字溫濕度傳感器， 測(cè)量精度高。 這兩個(gè)多月來(lái)我查閱了很多資料，請(qǐng)教了很多同學(xué)，并將單片機(jī)開發(fā)板的 各個(gè)模塊學(xué)習(xí)了一遍，基本上完成了這次課程設(shè)計(jì)。但因?yàn)楸救四芰τ邢?，?多知識(shí)學(xué)的不是很深，還有很多東西需要認(rèn)真學(xué)習(xí)，所以這次設(shè)計(jì)還存在以下 問(wèn)題：?jiǎn)纹瑱C(jī)與控制溫濕度的空調(diào)，加濕器，風(fēng)機(jī)怎樣連接還不是很清楚；鍵 盤模塊的功能設(shè)定考慮的還不是很細(xì)。這兩個(gè)問(wèn)題尚待改進(jìn)。 參 考 文 獻(xiàn) 30 參 考 文 獻(xiàn) 1周潤(rùn)景，張麗娜，丁莉.基于 PROTEUS 的電路及單片機(jī)設(shè)計(jì)與仿真.第 2 版.北京:北京航 空航天大學(xué)出版社，2010. 2黃培根.Multisim 10 虛擬仿真和業(yè)余制版實(shí)用技術(shù).北京:電子工業(yè)出版社，2008. 3周向紅.51 單片機(jī)課程設(shè)計(jì).武漢:華中科技大學(xué)出版社，2011. 4陳益飛.單片機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù).北京:國(guó)防工業(yè)出版社，2011.02. 5徐愛鈞.單片機(jī)原理及應(yīng)用：基于 Proteus 虛擬仿真技術(shù).北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2010. 6許江淳等. 單片機(jī)測(cè)控技術(shù)應(yīng)用實(shí)例解析.北京：中國(guó)電力出版社，2010. 7周國(guó)雄，晏密英. 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)精講. 北京：中國(guó)鐵道出版社,2011.03. 8洪志剛，杜維玲，井娥林.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì). 北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2011. 10江力.單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù).清華大學(xué)出版社.2006. 11SHT1x/SHT7x Humidity temp_LL=0; temp_h=0; DATA=1; /釋放數(shù)據(jù)總線 for (i=0x80;i0;i/=2)/位移 8 位 SCK=1; /上升沿讀入 if (DATA) val=(val | i); /確定值 SCK=0; DATA=0; /讀應(yīng)答信號(hào)，無(wú)應(yīng)答為 1，有應(yīng)答為 0 ，通過(guò) CPU 下拉為應(yīng)答 SCK=1; /第 9 個(gè)脈沖 _nop_(); _nop_(); _nop_();/pulswith approx. 5 us SCK=0; DATA=1; /釋放數(shù)據(jù)總線 temp_h=val; val=0; /低