基于單片機的室內環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)設計

1、裝訂線安徽工業(yè)大學工商學院 畢業(yè)設計（論文）說明書摘 要 目前，隨著生活水平的提高，人們對室內居住環(huán)境的舒適度要求越來越高，住宅和居室是人們生活的重要物質條件,是人們生活、家庭團聚的場所，但隨著裝修材料大量使用和生活用品的日益廣泛，家居環(huán)境隱患重重。不僅表現(xiàn)在室內溫濕度的影響上，也體現(xiàn)在室內有害氣體濃度的大小上。在室內裝修之后，甲醛濃度的監(jiān)測受到人們關注，中國環(huán)境保護協(xié)會有關數(shù)據(jù)統(tǒng)計表明，每年因室內環(huán)境污染患病或死亡的人數(shù)例已引起專家們的注意，室內環(huán)境污染已經(jīng)成為嚴重影響現(xiàn)代人類健康的殺手之一。在市場也有對室內環(huán)境的監(jiān)測儀器，主要針對的是有害氣體檢測，功能單一，而且價格較貴，根據(jù)市場調查非常需

2、要家用室內溫濕度和室內有害氣體的綜合檢測系統(tǒng)。把傳感器技術應用與單片機控制技術相結合，實現(xiàn)了對環(huán)境溫濕度、可燃氣濃度和甲醛濃度的采集和讀取。利用led數(shù)碼管顯示技術完成了環(huán)境溫度、濕度及顯示電路的設計。外接了蜂鳴器報警模塊，在超過設定燃氣濃度上限時自動報警。關鍵詞：單片機，溫濕度監(jiān)測，室內環(huán)境系統(tǒng)。abstractnow,with the improvement of living standards,people on the indoor comfort of the living environment have become increasingly demanding,housing

3、 and living room is an important material conditions of life,people,family reunion sites,but with the extensive use of decoration materials and daily necessities of an increasingly wide range of home environment breaches.not only in indoor temperature and humidity,but also reflected the concentratio

4、n of harmful gases in the room size.in the interior,the formaldehyde concentration monitoring of peoples attention，china environmental protection association,the statistics show that，each year due to illness or death of indoor environmental pollution has caused the proportion of the attention of the

5、 experts,indoor pollution has become a serious impact on the killer of one of the modern human health.market but also on the indoor environment monitoring instruments,mainly for the hazardous gas detection,single function,and higher prices,according to market research is needed household indoor temp

6、erature and technology humidity and indoor harmful gas integrated detection system.the sensor and mcu control technology,to achieve the environmental temperature and humidity,gas concentration and the concentration of formaldehyde in the collection and reading.the use of led display technology to co

7、mplete the environmental temperature,humidity and display circuit design.add a buzzer alarm modules,gas concentrations in excess of the limit set alarm.light-emitting diode for temperature and humidity and gas concentration limit alarm.key words：single-chip microcomputer,monitoring of temperature an

8、d humidity, indoor environment.目錄第1章緒論1 1.1 設計背景及意義1 1.2 室內環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)現(xiàn)狀2 1.3 設計目的及內容3第2章 系統(tǒng)設計方案42.1 設計要求42.1.1 硬件設計要求42.1.2 功能要求5第3章 硬件電路選型63.1 cpu模塊63.1.1 芯片管腳連接63.1.2 芯片管腳說明63.1.3 晶振和復位電路113.2 氣體傳感器與模數(shù)轉換模塊123.2.1 氣敏傳感器的特點和使用123.2.2 氣敏傳感器的連接143.3 溫度濕度傳感器模塊設計153.3.1 sht11溫濕度簡介153.3.2 sht11的引腳功能163.3.3 s

9、ht11的內部結構和工作原理163.3.4 sht11應用與連接電路173.3.5 溫度和濕度值的計算183.4 lcd顯示模塊設計193.4.1 lcd特點193.4.2 lcd的管腳213.4.3 lcd的連接電路213.5 按鍵電路塊223.6 報警電路模塊設計23第4章 軟件設計244.1 軟件系統(tǒng)設計244.2 主程序設計254.3 lcd1602顯示模塊程序設計264.4 sht11溫濕度測量模塊程序設計274.5 系統(tǒng)程序設計27結論28謝 辭29參考文獻30iv第1章 緒論1.1 設計背景及意義隨著人們生活水平的提高，人們對居住環(huán)境的要求越來越高，家居環(huán)境中尤為受到人們關注的是

10、有害氣體的污染、溫濕度控制等。有關專家介紹，天然氣主要成分為甲烷氣，同時含有少量的乙烷、丙烷、丁烷等烷烴，還含有二氧化碳、氧、氮、硫化氫、水分等。天然氣一般無色，比空氣輕，本身無毒，如果含有硫化氫，則對人們有毒害性；當空氣中的濃度達到25%時，可導致人體缺氧而造成神經(jīng)系統(tǒng)損害，嚴重時可表現(xiàn)呼吸麻痹、昏迷、甚至死亡。甲醛是一種破壞生物細胞蛋白質的原生質毒物，會對人的皮膚、呼吸道及內臟造成損害，麻醉人的中樞神經(jīng)，可引起肺水腫、肝昏迷、腎衰竭等。世界衛(wèi)生組織確認為致畸、致癌物質，是變態(tài)反應源，長期接觸將導致基因突變，目前甲醛污染問題主要集中于居室、紡織品和食品中，居室裝飾材料和家具中的膠合板、纖維板

11、、刨花板等人造板中含有大量以甲醛為主的脲醛樹脂，各類油漆、涂料中都含有甲醛。溫、濕度在不同季節(jié)的變化都會影響到人們的健康。研究結果表明：人體最適宜的健康溫度為18-24，健康濕度為45-65rh，在這種環(huán)境下人體感覺最舒適。而當空氣濕度低于45rh的時候，人鼻部和肺部呼吸道黏膜上的纖毛運動減緩，灰塵、細菌等容易附著在黏膜上，使流感病毒和能引發(fā)感染的革蘭氏陽性菌的繁殖速度加快，引發(fā)其他疾病。當空氣濕度大于65rh，人體中的松果激素量也較大，使得體內甲狀腺素及腎上腺素的濃度相對降低，人就會感到無精打采，萎靡不振。長時間在濕度較大的地方工作、生活，還容易患風濕性、類風濕性關節(jié)炎等濕痹癥，最終導致人體

12、的免疫力下降。2003年3月由國家環(huán)保總局、衛(wèi)生部、國家質量監(jiān)督檢驗總局共同制定并發(fā)布的我國第一部“室內空氣質量標準”,指出室內污染對人們健康的重要影響，同時也表明國家對室內空氣污染的高度重視。這個“標準”的頒布不僅使室內空氣污染問題引起社會的廣泛關注，也給室內環(huán)境的監(jiān)測儀器儀表帶來巨大的市場和商機?？梢?對室內環(huán)境監(jiān)測儀的研究具有重要的意義。1.2 室內環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)現(xiàn)狀 早在400多年前，意大利科學家伽利略用一只一端敞口的玻璃管，另一端帶有核桃大的玻璃泡構成早期的溫度計,先給玻璃泡加熱，再把玻璃管插入水中。玻璃管中的水面隨著溫度的變化上下移動，溫度的變化和溫度的高低可以根據(jù)水面上下移動的多少

13、判定。后來法國人布利奧在伽利略制造的溫度計基礎上，把玻璃泡的體積縮小，并把測溫物質改為水銀，形成了現(xiàn)在溫度計的雛形。它的優(yōu)點是結構簡單、使用方便和價格低廉,缺點是測量上下限和精度受玻璃質量與測溫介質的性質限制,而且所測數(shù)據(jù)不能遠傳，溫度計也易碎。目前，家庭常用的去除甲醛方法就是采用活性炭，活性炭是一種有很大表面積的細小炭粒，炭粒中還有被稱為毛細管的更細小的孔，這種毛細管具有很強的吸附能力，因為于炭粒的表面積很大，所以在與氣體充分接觸時，這些氣體被毛細管吸附，起凈化空氣的作用。在制造這種活性炭時，要使其具有與室內有害氣體分子大小相匹配的孔隙結構，能有效地清除室內環(huán)境對人體有害的污染氣體，如甲醛、

14、苯系物、氨、氡等。使用時將活性炭吸附包，直接放置在居室中需要凈化空氣的任意位置。使用活性炭的缺點，其吸附空氣中有害物質必須靠空氣作為媒介，但室內的空氣流動性較差，活性炭在短時間內難以吸附到距離較遠空氣中的有害物質，因此使用空間范圍小，而且活性炭內的孔隙有限，使用一段時間后會飽和，因此一定要定期爆曬，使活性炭內分子擴散。隨著電子技術的發(fā)展，市場上出現(xiàn)各種室內環(huán)境測量儀器，包括數(shù)字式的溫濕度計、甲醛測量儀等。國外早在20世紀80年代就開始對溫濕度控制技術進行研究，其采用模擬式的組合儀表，采集溫濕度信息并進行指示、記錄以及控制。現(xiàn)在國外溫濕度控制技術發(fā)展很快，正向著完全自動化、無人化的方向發(fā)展。我國

15、對于溫濕度控制技術的起步較晚，我國工程技術人員在發(fā)達國家溫濕度控制技術的基礎上研究微機控制溫濕度技術，這種技術僅限于溫度、濕度和co2濃度等單一種類環(huán)境因素的控制。在檢測有害氣體方面，英國tsl公司生產(chǎn)的ppm40otm甲醛檢測儀、德國生產(chǎn)的tg2000系列固定式有害氣體檢測儀、國內江蘇安普電子工程有限公司生產(chǎn)的400型甲醛分析儀、北京賓達綠創(chuàng)科技有限公司生產(chǎn)的甲醛測定儀xp一308、長春吉打小天鵝有限公司生產(chǎn)的全自動室內空氣甲醛、氨測定儀等，這些儀器可檢測甲醛等有害氣體，但這些裝置更適用于專業(yè)的檢測部門，不能在家庭中普遍應用。綜上，對室內溫濕度和室內有害氣體的綜合檢測系統(tǒng)的研究，具有重要意義

16、及實用價值。尤其在90年代后，以單片機為核心的微芯片技術迅速發(fā)展，儀器儀表采用單片機控制后朝數(shù)字化、智能化、微型化方向發(fā)展，且功能電子或數(shù)字電路更加強大，在系統(tǒng)中采用單片機技術可將測量結果顯示在led數(shù)碼管上，并與預設值比較進行報警,這種方式在很大程度上提高了工作效率。1.3 設計目的及內容 本設計最終目的是實現(xiàn)一個家用集有害氣體、溫度和濕度為一體的多功能監(jiān)測系統(tǒng)，要求其精度高，適用于家庭、綜合辦公樓等室內監(jiān)測。具有操作簡便、成本低的特點。通過充分的調研、綜合分析、比較各種測量方法以及各種改善室內空氣質量的方法，本設計以單片機最小系統(tǒng)為核心，采用數(shù)碼管顯示及聲光報警系統(tǒng)，將室內環(huán)境測量和控制有

17、機的結合起來10。主要完成的設計內容如下:（1）主控制器模塊，采用stc89c52單片機作為主控單元。（2）溫濕度監(jiān)測模塊，它使用傳感器sht11采集溫濕度數(shù)據(jù)。（3）氣體濃度監(jiān)測模塊，使用mq211傳感器。（4）報警模塊，采用蜂鳴器來進行報警處理。（5）顯示模塊，采用數(shù)碼管顯示模塊顯示測量值。 第2章 系統(tǒng)設計方案2.1 設計要求設計原則:要求單片機系統(tǒng)應具有可靠性高、操作維護方便、性價比高等特點。 （1）可靠性高可靠性是單片機系統(tǒng)應用的前提，在系統(tǒng)設計的每一個環(huán)節(jié)，都應將可靠性作為首要的設計準則。提高系統(tǒng)的可靠性通常從以下幾個方面考慮:使用可靠性高的元器件;設計電路板時布線和接地要合理;對

18、供電電源采用抗干擾措施;輸入輸出通道抗干擾措施;進行軟硬件濾；系統(tǒng)自診斷功能等。（2）操作維護方便在系統(tǒng)的軟硬件設計時，應從操作者的角度考慮操作和維護方便，盡量減少對操作人員專用知識的要求，以利于系統(tǒng)的推廣。因此在設計時，要盡可能減少人機交互接口，多采用操作內置或簡化的方法。同時系統(tǒng)應配有現(xiàn)場故障診斷程序，一旦發(fā)生故障能保證有效地對故障進行定位，以便進行維修。（3）性價比單片機除體積小、功耗低等特點外，最大的優(yōu)勢在于高性能價格比。一個單片機應用系統(tǒng)能否被廣泛使用，性價比是其中一個關鍵因素。因此，在設計時，除了保持高性能外，盡可能降低成本，如簡化外圍硬件電路，在系統(tǒng)性能和速度允許的情況下盡可能用

19、軟件功能取代硬件功能等。設計要具備以下功能：溫度監(jiān)控：(1）利用溫度傳感器將檢測到的數(shù)據(jù)傳給單片機并顯示。 (2）通過鍵盤設置溫度上下限，超過上限或低于下限后報警。濕度監(jiān)測：利用濕度傳感器將檢測到的數(shù)據(jù)傳給單片機并顯示。甲醛濃度監(jiān)控：(1）利用氣敏傳感器檢測甲醛濃度傳給單片機。 (2）通過鍵盤設置濃度上限，超過上限后報警。2.1.1 硬件設計要求 在室內環(huán)境監(jiān)測硬件設計上，由單片機（stc89c52）控制整個系統(tǒng)的運作、mq211氣敏傳感器模塊實現(xiàn)監(jiān)測室內可燃氣體功能、sht11溫濕度傳感器模塊實現(xiàn)檢測室內的溫度和濕度功能、按鍵模塊實現(xiàn)設置報警上限功能、lcd液晶模塊實現(xiàn)顯示功能、蜂鳴器實現(xiàn)報

20、警功能4。這六大模塊組成的原理圖來實現(xiàn)家庭環(huán)境檢測系統(tǒng)的各項功能。在該設計中，選用了stc89c52單片機作為控制芯片。該芯片有豐富的內部資源，豐富的i/o接口，低電壓，低功耗等優(yōu)點；并且內置看門狗電路，支持串口程序燒錄，使用方便快捷，可以進行c語言編寫程序，易于實現(xiàn)。溫濕度測量方面選用瑞士sht11芯片，該芯片內置a/d轉換芯片，管腳接線簡單，測量精度高等優(yōu)點，氣敏傳感器使用多氣體測量傳感器mq211,其具有多種可燃氣體的測試功能，簡單高效。a/d轉換模塊選用adc08312，具有接口電路簡單，成本低等優(yōu)點，能夠滿足該設計的設計。環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)硬件結構圖如圖2.1：圖2.1系統(tǒng)硬件結構圖與傳統(tǒng)

21、監(jiān)測系統(tǒng)相比，本系統(tǒng)具有以下優(yōu)點: （1）傳感器設計成智能型，可以增加系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集速度。 （2）增加了輔助存儲功能， 利于其與其他設備的連接共享環(huán)境參數(shù)信息。 （3）單片機的設計提高了系統(tǒng)的監(jiān)測速度，系統(tǒng)的可靠性、實時性都有很大提高。 （4）超限報警，設置簡單。2.1.2 功能要求 在上述硬件基礎之上，編寫系統(tǒng)程序，實現(xiàn)以下幾項功能： （1）通電時蜂鳴器響一聲，lcd液晶顯示室內溫度、濕度、可燃氣體濃度狀態(tài)。 （2）當室內溫度大于設定的溫度、濕度（例如溫度28度、濕度80%）、檢測到可燃氣體超標時，蜂鳴器報警。 （3）當?shù)谝淮伟丛O置按鍵：溫度值閃爍，這時可以通過按“+”或者“-”按鍵設定溫度上

22、限值，4秒鐘無鍵按下停止閃爍，按“+”或“-”設置溫度下限值；第二次按設置按鍵：濕度值閃爍，這時可以通過按“+”或者“-”設置濕度上限值，4秒鐘無鍵按下停止閃爍，按“+”或“-”設置濕度下限值；第三次按設置按鍵，退出設置狀態(tài) 第3章 硬件電路選型3.1 cpu模塊在該室內環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)中選用stc89c52單片機作為主控芯片，實現(xiàn)系統(tǒng)設計要求的各項功能。在該設計中其為系統(tǒng)的核心部分，stc系列單片機是基于at89c51系列單片機內核位核心單元，封裝時加入了看門狗電路和串口程序燒錄的功能，使用更加方便。3.1.1 芯片管腳連接在該設計電路中，用單片機i/o口中的p0口作為lcd液晶屏的數(shù)據(jù)口，采用

23、并口數(shù)據(jù)傳輸模式，p2口中的p2.0、p2.1、p2.2作為控制信號輸出口，分別接lcd的rs、r/w、e控制端；p2.3和p2.4分別接溫濕度傳感器sht11的sck和data，p2.5、p2.6、p2.7接按鍵電路。p1口的p1.0、p1.1、p1.2分別接adc0831的控制端，p1.4接報警的蜂鳴器5。3.1.2 芯片管腳說明vcc ：電源。gnd: 接地。p0口： p0口是一個8位漏極開路的雙向i/o口。作為輸出口，每位能驅動8個ttl邏輯電平。對p0端口寫“1”時，引腳用作高阻抗輸入。當訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時，p0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復用。在這種模式下，p0具有內部上拉電

24、阻。在flash編程時，p0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。程序校驗時，需要外部上拉電阻。p1口：p1 口是一個具有內部上拉電阻的8 位雙向i/o 口，p1 輸出緩沖器能驅動4 個ttl 邏輯電平。對p1 端口寫“1”時，內部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內部電阻的原因，將輸出電流（iil）。此外，p1.0和p1.2分別作定時器/計數(shù)器2的外部計數(shù)輸入（p1.0/t2）和時器/計數(shù)器2的觸發(fā)輸入（p1.1/t2ex），具體如下表3-1所示。在flash編程和校驗時，p1口接收低8位地址字節(jié)。p2口：p2 口是一個具有內部上拉電

25、阻的8 位雙向i/o 口，p2 輸出緩沖器能驅動4 個ttl 邏輯電平。對p2 端口寫“1”時，內部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內部電阻的原因，將輸出電（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，p2 口送出高八位地址。在這種應用中，p2 口使用很強的內部上拉發(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，p2口輸出p2鎖存器的內容。在flash編程和校驗時，p2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號。表3.1 p3口第二功能表3.2 p1口第二功能引腳號第二功能p1.0t2

26、（定時器/計數(shù)器t2的外部計數(shù)輸入），時鐘輸出p1.1t2ex（定時器/計數(shù)器t2的捕捉/重載觸發(fā)信號和方向控制）p1.5mosi（在系統(tǒng)編程用）p1.6miso（在系統(tǒng)編程用）p1.7sck（在系統(tǒng)編程用）引腳號第二功能p3.0rxd（串行輸入）p3.1txd（串行輸出）p3.2 (外部中斷0)p3.3 (外部中斷1)p3.4t0（定時器0外部輸入）p3.5t1定時器1外部輸入）p3.6 (外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通)p3.7 (外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通) p3口：p3 口是一個有內部上拉電阻的8 位雙向i/o 口，p2 輸出緩沖器能驅動4 個ttl 邏輯電平。對p3 端口寫“1”時，內部上拉電阻把端

27、口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內部電阻的原因，將輸出電流（iil）。p3口亦作為at89s52特殊功能（第二功能）使用，如3-2表所示。在flash編程和校驗時，p3口也接收一些控制信號。rst：復位輸入。晶振工作時，rst腳持續(xù)2 個機器周期高電平將使單片機復位?？撮T狗計時完成后，rst 腳輸出96 個晶振周期的高電平。特殊寄存器auxr(地址8eh)上的disrto位可以使此功能無效。disrto默認狀態(tài)下，復位高電平有效。ale/：地址鎖存控制信號（ale）是訪問外部程序存儲器時，鎖存低8 位地址的輸出脈沖。在flash編程時，此引腳()也用作編程輸

28、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器或時鐘使用。然而，特別強調，在每次訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，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指令時有效。否則，ale 將被微弱拉高。這個ale 使能標志位（地址為8eh的sfr的第0位）的設置對微控制器處于外部執(zhí)行模式下無效。：外部程序存儲器選通信號。當at89s52從外部程序存儲器執(zhí)行外部代碼時，在每個機器周期被激活兩次，而在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，將不被激活。/vpp：訪問外部程序存儲器控制信號。為

29、使能從0000h 到ffffh的外部程序存儲器讀取指令，必須接gnd。為了執(zhí)行內部程序指令，應該接vcc。在flash編程期間，也接收12伏vpp電壓。 xtal1：振蕩器反相放大器和內部時鐘發(fā)生電路的輸入端。 xtal2：振蕩器反相放大器的輸出端。程序存儲器如果引腳接地，程序讀取只從外部存儲器開始。對于89c52，如果 接vcc，程序讀寫先從內部存儲器（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at89s51 有256 字節(jié)片內數(shù)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

30、。當一條指令訪問高于7fh 的地址時，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）。例如，下面的直接尋址指令訪問0a0h（p2口）存儲單元mov 0a0h , #data。使用間接尋址方式訪問高128 字節(jié)ram。例如，下面的間接尋址方式中，r0 內容為0a0h，訪問的是地址0a0h的寄存器，而不是p2口（它的地址也是0a0h）。mov r0 , #data。堆棧操作也是簡介尋址方式。因此，高128字節(jié)數(shù)據(jù)ram也可用于堆?？臻g1?？撮T狗定時器wdt是一種需要軟件控制的復位方式。wdt 由13位計數(shù)器和特殊功能寄存器中的看門狗定

31、時器復位存儲器（wdtrst）構成。wdt 在默認情況下無法工作；為了激活wdt，戶用必須往wdtrst 寄存器（地址：0a6h）中依次寫入01eh 和0e1h。當wdt激活后，晶振工作，wdt在每個機器周期都會增加。wdt計時周期依賴于外部時鐘頻率。除了復位（硬件復位或wdt溢出復位），沒有辦法停止wdt工作。當wdt溢出，它將驅動rsr引腳一個高個電平輸出。在掉電模式下，晶振停止工作，這意味這wdt也停止了工作。在這種方式下，用戶不必喂狗。有兩種方式可以離開掉電模式：硬件復位或通過一個激活的外部中斷。通過硬件復位退出掉電模式后，用戶就應該給wdt 喂狗，就如同通常at89s52 復位一樣。

32、通過中斷退出掉電模式的情形有很大的不同。中斷應持續(xù)拉低很長一段時間，使得晶振穩(wěn)定。當中斷拉高后，執(zhí)行中斷服務程序。為了防止wdt在中斷保持低電平的時候復位器件，wdt 直到中斷拉低后才開始工作。這就意味著wdt 應該在中斷服務程序中復位。為了確保在離開掉電模式最初的幾個狀態(tài)wdt不被溢出，最好在進入掉電模式前就復wdt。在進入待機模式前，特殊寄存器auxr的wdidle位用來決定wdt是否繼續(xù)計數(shù)。默認狀態(tài)下，在待機模式下，wdidle0，wdt繼續(xù)計數(shù)。為了防止wdt在待機模式下復位at89s52，用戶應該建立一個定時器，定時離開待機模式，喂狗，再重新進入待機模式。定時器0和定時器1在at8

33、9s51 中，定時器0 和定時器1 的操作與at89c51 和at89c52 一樣。定時器2定時器2是一個16位定時/計數(shù)器，它既可以做定時器，又可以做事件計數(shù)器。其工作方式由特殊寄存器t2con中的c/t2位選擇（如表3.2所示）。定時器2有三種工作模式：捕捉方式、自動重載（向下或向上計數(shù)）和波特率發(fā)生器。如表3-3 所示，工作模式由t2con中的相關位選擇。定時器2 有2 個8位寄存器：th2和tl2。在定時工作方式中，每個機器周期，tl2 寄存器都會加1。由于一個機器周期由12 個晶振周期構成，因此，計數(shù)頻率就是晶振頻率的1/12。 表3.3 定時器2工作模式rclk +tclkcp/t

34、r2mode00116位自動重載01116位捕捉1x1波特率發(fā)生器xx0（不用） 在計數(shù)工作方式下，寄存器在相關外部輸入角t2 發(fā)生1 至0 的下降沿時增加1。在這種方式下，每個機器周期的s5p2期間采樣外部輸入。一個機器周期采樣到高電平，而下一個周期采樣到低電平，計數(shù)器將加1。在檢測到跳變的這個周期的s3p1 期間，新的計數(shù)值出現(xiàn)在寄存器中。因為識別10的跳變需要2個機器周期（24個晶振周期），所以，最大的計數(shù)頻率不高于晶振頻率的1/24。為了確保給定的電平在改變前采樣到一次，電平應該至少在一個完整的機器周期內保持不變。中斷at89c51 有6個中斷源：兩個外部中斷（ 和），三個定時中斷（定

35、時器0、1、2）和一個串行中斷。每個中斷源都可以通過置位或清除特殊寄存器ie 中的相關中斷允許控制位分別使得中斷源有效或無效。ie還包括一個中斷允許總控制位ea，它能一次禁止所有中斷。ie.6位是不可用的。對于at89s52，ie.5位也是不能用的。用戶軟件不應給這些位寫1。它們?yōu)閍t89系列新產(chǎn)品預留。定時器2可以被寄存器t2con中的tf2和exf2的或邏輯觸發(fā)。程序進入中斷服務后，這些標志位都可以由硬件清0。實際上，中斷服務程序必須判定是否是tf2 或exf2激活中斷，標志位也必須由軟件清0。定時器0和定時器1標志位tf0 和tf1在計數(shù)溢出的那個周期的s5p2被置位。它們的值一直到下一

36、個周期被電路捕捉下來。然而，定時器2 的標志位tf2 在計數(shù)溢出的那個周期的s2p2被置位，在同一個周期被電路捕捉下來。晶振特性at89c51 單片機有一個用于構成內部振蕩器的反相放大器，xtal1 和xtal2 分別是放大器的輸入、輸出端。石英晶體和陶瓷諧振器都可以用來一起構成自激振蕩器。從外部時鐘源驅動器件的話，xtal2 可以不接，而從xtal1 接入。由于外部時鐘信號經(jīng)過二分頻觸發(fā)后作為外部時鐘電路輸入的，所以對外部時鐘信號的占空比沒有其它要求，最長低電平持續(xù)時間和最少高電平持續(xù)時間等還是要符合要求的。掉電模式在掉電模式下，晶振停止工作，激活掉電模式的指令是最后一條執(zhí)行指令。片上ram

37、和特殊功能寄存器保持原值，直到掉電模式終止。掉電模式可以通過硬件復位和外部中斷退出。復位重新定義了sfr 的值，但不改變片上ram 的值。在vcc未恢復到正常工作電壓時，硬件復位不能無效，并且應保持足夠長的時間以使晶振重新工作和初始化?？臻e模式在空閑工作模式下，cpu 處于睡眠狀態(tài)，而所有片上外部設備保持激活狀態(tài)。這種狀態(tài)可以通過軟件產(chǎn)生。在這種狀態(tài)下，片上ram和特殊功能寄存器的內容保持不變?？臻e模式可以被任一個中斷或硬件復位終止。由硬件復位終止空閑模式只需兩個機器周期有效復位信號，在這種情況下，片上硬件禁止訪問內部ram，而可以訪問端口引腳。空閑模式被硬件復位終止后，為了防止預想不到的寫端

38、口，激活空閑模式的那一條指令的下一條指令不應該是寫端口或外部存儲器。圖3.1 stc89c52管腳分布圖3.1.3 晶振和復位電路 時鐘電路用于產(chǎn)生時鐘信號，時鐘信號是單片機內部各種微操作的時間基準。復位對單片機來說，是程序還沒有開始執(zhí)行，是在做準備工作。晶振電路和復位電路見圖3.2 圖3.2晶振電路和復位電路3.2 氣體傳感器與模數(shù)轉換模塊在該設計中，為了實現(xiàn)家庭環(huán)境檢測系統(tǒng)中可以檢測到室內的可燃氣體，所以使用了mq211氣敏傳感器來實現(xiàn)這個功能。1. 檢測原理 可燃性氣體(h2、co、ch4等)與空氣中的氧接觸，發(fā)生氧化反應，產(chǎn)生反應熱(無焰接觸燃燒熱)，使得作為敏感材料的鉑絲溫度升高，電

39、阻值相應增大。一般情況下，空氣中可燃性氣體的濃度都不太高(低于10)，可燃性氣體可以完全燃燒，其發(fā)熱量與可燃性氣體的濃度有關?？諝庵锌扇夹詺怏w濃度愈大，氧化反應(燃燒)產(chǎn)生的反應熱量(燃燒熱)愈多，鉑絲的溫度變化(增高)愈大，其電阻值增加的就越多。因此，只要測定作為敏感件的鉑絲的電阻變化值(r)，就可檢測空氣中可燃性氣體的濃度。但是，使用單純的鉑絲線圈作為檢測元件，其壽命較短，所以，實際應用的檢測元件，都是在鉑絲圈外面涂覆一層氧化物觸媒。這樣既可以延長其使用壽命，又可以提高檢測元件的響應特性。 2. 接觸燃燒式氣敏元件的結構 用高純的鉑絲繞制成線圈,為了使線圈具有適當?shù)淖柚?12),一般應繞1

40、0圈以上。在線圈外面涂以氧化鋁或氧化鋁和氧化硅組成的膏狀涂覆層,干燥后在一定溫度下燒結成球狀多孔體。將燒結后的小球,放在貴金屬鉑、鈀等的鹽溶液中,充分浸漬后取出烘干。然后經(jīng)過高溫熱處理,使在氧化鋁(氧化鋁一氧化硅)載體上形成貴金屬觸媒層,最后組裝成氣體敏感元件。除此之外,也可以將貴金屬觸媒粉體與氧化鋁、氧化硅等載體充分混合后配成膏狀,涂覆在鉑絲繞成的線圈上, 直接燒成后備用。另外，作為補償元件的鉑線圈, 其尺寸、阻值均應與檢測元件相同。并且,也應涂覆氧化鋁或者氧化硅載體層,只是無須浸漬貴金屬鹽溶液或者混入貴金屬觸媒粉體,形成觸媒層而已。 3.2.1 氣敏傳感器的特點和使用1. mq211型氣敏

41、元件特點：這是一種通用性較強的氣敏元件，氣敏傳感器的敏感元件是氣敏電阻器，氣敏電阻器的阻值隨吸附氣體的濃度變化而變化，利用這一特性檢測氣體濃度。適用于一般可燃氣體（如氫氣、液化石油氣、煤氣、一氧化碳、烷烴類等及酒精、乙醚、汽油、煙霧等有害氣體的檢測，是制作換氣扇、脫排油煙機自動開關、氣體報警器，防止環(huán)境污染的理想氣體敏感器件）。mq211氣敏傳感器管腳排列如圖3.3所示：圖3.3 mq211管腳分布圖aa兩腳短接，構成測量極一端。bb兩腳短接，構成測量極另一端。ff加熱絲。 2. mq型氣敏器件的使用注意事項如下： （1）器件開始工作時需加熱幾分鐘后方可正常工作。 （2）加熱電壓5v是對丁烷氣

42、選擇的最佳加熱電壓，測量其他氣體時，為獲得r2上最大電壓降，可按允許工作條件重新選擇。 （3）回路電壓根據(jù)電路要求允許范圍辦任意調節(jié)。 （4）避免油浸各油垢污染，長期使用要防止灰塵堵住不銹鋼網(wǎng)。 （5）不要長期在腐蝕性氣氛下工作。 （6）長期停止使用要放置在干燥無腐蝕性氣體的環(huán)境中。3. mq211型氣敏元件技術參數(shù)如表3.4表3.4 mq211型氣敏元件技術參數(shù)注: 1）r0元件在清潔空氣中的阻值；2）rs1000元件在1000ppm丁烷氣中的動態(tài)阻值； 3）rs3000元件在3000ppm丁烷氣中的動態(tài)阻值； 4）vc測試電壓，vh加熱電壓 在該設計中選用b型傳感器。3.2.2 氣敏傳感器

43、的連接氣敏傳感器的連接方法如圖3-4所示，mq211氣敏傳感器的1號腳接5v電源， 3號腳經(jīng)r12（起分壓作用）接地線。 6號腳經(jīng)r13電阻接到adc0831的數(shù)據(jù)采集端vin（+）上，該腳具備adc功能。r14電阻起到分壓作用。aa兩腳短接，構成測量極一端bb兩腳短接，構成測量極另一端ff加熱圖 3.4 氣敏傳感器的連接adc0831簡介： 圖3.5 adc0831 圖3-6 adc0831時序圖1、cs:片選2、正輸入端3、vref:負輸入端4、gnd:地5、參考電壓輸入端6、do:串行數(shù)據(jù)輸出端7、clk：時鐘輸入腳8、vcc:電源3.3 溫度濕度傳感器模塊設計3.3.1 sht11溫濕

44、度簡介 sht11是瑞士scnsirion公司推出的一款數(shù)字溫濕度傳感器芯片。該芯片廣泛應用于暖通空調、汽車、消費電子、自動控制等領域。共主要特點如下：1) 高度集成，將溫度感測、濕度感測、信號變換、a/d轉換和加熱器等功能集成到一個芯片上； 2)提供二線數(shù)字串行接口sck和data，接口簡單，支持crc傳輸校驗，傳輸可靠性高； 3)測量精度可編程調節(jié)，內置a/d轉換器(分辨率為812位，可以通過對芯片內部寄存器編程來選擇)； 4)測量精確度高，由于同時集成溫濕度傳感器，可以提供溫度補償?shù)臐穸葴y量值和高質量的露點計算功能； 5)封裝尺寸超小(7.62mm5.08mm2.5mm)，測量和通信結束

45、后，自動轉入低功耗模式； 6)高可靠性，采用cmosens工藝，測量時可將感測頭完全浸于水中。3.3.2 sht11的引腳功能sht11溫濕度傳感器采用smd(lcc)表面貼片封裝形式，接口非常簡單引腳名稱及排列順序如圖3.7所示 圖3.7 sht11引腳(1)腳1和腳4-信號地和電源，其工作電壓范圍是2.45.5 v； (2)腳2和腳3-二線串行數(shù)字接口，其中data為數(shù)據(jù)線，sck為時鐘線； (3)腳58-未連接。3.3.3 sht11的內部結構和工作原理 傳感器sht11將溫度感測、濕度感測、信號變換、a/d轉換和加熱器等功能集成到一個芯片上，其內部結構如圖3.8所示。該芯片包括一個電容

46、性聚合體濕度敏感元件和一個用能隙材料制成的溫度敏感元件。這兩個敏感元件分別將濕度和溫度轉換成電信號，該電信號首先進入微弱信號放大器進行放大；然后進入一個14位的a/d轉換器；最后經(jīng)過二線串行數(shù)字接口輸出數(shù)字信號8。sht11在出廠前，都會在恒濕或恒溫環(huán)境中進行校準，校準系數(shù)存儲在校準寄存器中；在測量過程中，校準系數(shù)會自動校準來自傳感器的信號。此外，sht11內部還集成了一個加熱元件，加熱元件接通后可以將sht11的溫度升高5左右，同時功耗也會有所增加12。此功能主要為了比較加熱前后的溫度和濕度值，可以綜合驗證兩個傳感器元件的性能。在高濕(95rh)環(huán)境中，加熱傳感器可預防傳感器結露，同時縮短響

47、應時間，提高精度。加熱后sht11溫度升高, 相對濕度降低，較加熱前，測量值會略有差異。校準寄存器溫度傳感器運放二線串 接口和crc校驗a/d轉換器濕度傳感器圖3.8 溫濕度傳感器內部結構微處理器是通過二線串行數(shù)字接口與sht11進行通信的。通信協(xié)議與通用的i2c總線協(xié)議是不兼容的，因此需要用通用微處理器i/o口模擬該通信時序3。微處理器對sht11的控制是通過5個5位命令代碼來實現(xiàn)的，命令代碼的含義如表3.5所列 表3.5溫濕度傳感器指令代碼 3.3.4 sht11應用與連接電路微處理器采用二線串行數(shù)字接口和溫濕度傳感器芯片sht11進行通信，所以硬件接門設計非常簡單；然而，通信協(xié)議是芯片廠

48、家自己定義的，所以在軟件設計中，需要用微處理器通用i/o口模擬通信協(xié)議6。需要注意的地方是：data數(shù)據(jù)線需要外接上拉電阻，時鐘線sck用于微處理器和sht11之間通信同步，由于接口包含了完全靜態(tài)邏輯，所以對sck最低頻率沒有要求；當工作電壓高于4.5v時，sck頻率最高為10mhz，而當工作電壓低于4.5v時，sck最高頻率則為1mhz。硬件連接如圖3.9所示:圖3.9硬件連接3.3.5 溫度和濕度值的計算1. 濕度線性補償和溫度補償sht11可通過data數(shù)據(jù)總線直接輸出數(shù)字量濕度值。該濕度值稱為相對濕度，需要進行線性補償和溫度補償后才能得到較為準確的濕度值。由于相對濕度數(shù)字輸出特性呈一定

49、的非線性，因此為了補償濕度傳感器的非線性，可按下式修正濕度值： 式中：rhlinear為經(jīng)過線性補償后的濕度值，sorh為相對濕度測量值，c1、c2、c3為線性補償系數(shù)，取值如表3-6所列。由于溫度對濕度的影響十分明顯，而實際溫度和測試參考溫度25有所不同，所以對線性補償后的濕度值進行溫度補償很有必要13。補償公式如下： (1-1)表3.6 度線性補償系數(shù)12位-40.0405-2.88位-40.6480-2.82. 溫度值輸出由于sht11是采用ptat能隙材料制成的溫度敏感元件，因而具有很好的線性輸出。實際溫度值可由下式算得： temperature=d1+d2sot (1-2)式中：d1

50、和d2為特定系數(shù)，d1的取值與sht11工作電壓有關，d2的取值則與sht11內部a/d轉換器采用的分辨率有關9，其對應關系分別如表3.7所列表3.7與工作電壓的對于關系 vd0/vd1/ cd1/ f540-404-39.75-39.53.5-39.65-39.35339.639.282.539.5539.233.4 lcd顯示模塊設計在該設計中,lcd要顯示溫度、濕度、可燃氣體是否超標的功能。所以使用了一塊行列點陣數(shù)為128*64, 每行可以顯示8個字符，共顯示2行字的lcd。該lcd的型號為st7920系列。3.4.1 lcd特點 1.lcd工作條件： （1）邏輯工作電壓(vdd)：4.

51、55.5v （2）電源地(gnd)：0v （3）工作溫度(ta)：060(常溫) 2.外形尺寸如表3.8：表3.8 外形尺寸3.st7920系列產(chǎn)品硬件特性如下： （1）提供8位，4位并行接口及串行接口可選 （2）并行接口適配m6800時序 （3）自動電源啟動復位功能 （4）內部自建振蕩源 （5）64*16位半寬字符顯示最多16字符*4行，lcd顯示范圍(16*2 行） （6）2m位中文字型rom（cgrom），總共8192個中文字型（16*16點陣） （7）16k位半寬字型rom（hcgrom），總共126個西文字型（16*8點陣） （8）64*16位字符產(chǎn)生（cgrom） （9）15*16位總共240點的icon ram (iconram) 4.中文字庫選擇： st79200a內建big5碼繁體中文字型庫 st79200b內建gb碼簡體中文字型庫 5.電氣特性：（測試條件ta=25,vdd=5.0+10%） （1）輸入高電平（v i h）： 0.7vddvdd （2）輸入低電平（v i l）： 0.6vmax （3）輸出高電平（v o h）：0.8vddvdd （4）輸出低電平（v o l）：0.4vmax （5）模塊工作電流： 1.141.18ma(不含背光) （6）測白光工作電流： 6.psb電路： psb接高