倉庫溫濕度的檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目 倉庫溫濕度檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 院 別 電氣工程學(xué)院 專 業(yè) 生產(chǎn)過程自動(dòng)化技術(shù) 班 級(jí) 過控11-1班 姓 名 宋正麗 學(xué) 號(hào) 201102102125 指導(dǎo)教師（職稱） 張維玲（副教授） 日 期 2014年3月 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書電氣工程 學(xué)院 2014 屆 生產(chǎn)過程自動(dòng)化技術(shù) 專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目倉庫溫濕度的檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)校內(nèi)（外）指導(dǎo)教師職 稱工作單位及部門聯(lián)系方式張維玲副教授電氣工程學(xué)、題目說明（目的和意義）：防潮、防霉、防腐、防爆是倉庫日常工作的重要內(nèi)容，是衡量倉庫管理質(zhì)量的重要指標(biāo)。因此我們需要一種造價(jià)低廉、使用方便且測量準(zhǔn)確的溫

2、濕度測量儀。題目含概電子技術(shù)、非電量的檢測技術(shù)、單片機(jī)及接口和電氣控制技術(shù)等知識(shí)，可加強(qiáng)學(xué)生對(duì)綜合電路的開發(fā)設(shè)計(jì)能力，有利于引導(dǎo)學(xué)生向復(fù)合型人才方向發(fā)展。通過此題可以激發(fā)學(xué)生潛力、提高他們的科技創(chuàng)新能力。二、設(shè)計(jì)（論文）要求（工作量、內(nèi)容）：1.設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)以51系列單片機(jī)為核心的一套檢測系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)倉庫溫度、濕度的實(shí)時(shí)監(jiān)測，如果溫濕度超出設(shè)定的上下限范圍時(shí)，可通過空調(diào)、加熱器、排氣扇、水霧化器等執(zhí)行機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)溫濕度，構(gòu)成自動(dòng)溫濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，制造一個(gè)局部范圍內(nèi)的人造小氣候環(huán)境。2.技術(shù)指標(biāo)1）溫度檢測范圍 ： -30-+502）測量精度 ： 0.53）濕度檢測范圍 ： 10%-100%RH4）檢

3、測精度 ： 1%RH5）顯示方式 ： 溫度：四位顯示 濕度：四位顯示3.設(shè)計(jì)內(nèi)容本設(shè)計(jì)由信號(hào)采集、信號(hào)分析和信號(hào)處理三個(gè)部分組成。要求系統(tǒng)具備以下基本功能：（1）檢測溫度、濕度（2）顯示溫度、濕度（3）過限報(bào)警4.設(shè)計(jì)成果（1）畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告字?jǐn)?shù)11.5萬字；（2）A3設(shè)計(jì)圖紙2張，一張為硬件電路原理圖、一張為系統(tǒng)總體控制流程圖；（3）有傳感器參數(shù)選擇的定性分析和定量計(jì)算；三、進(jìn)度表日 期內(nèi) 容20132014學(xué)年秋第十五周第十六周第十七周第十八周第十九周第二十周20132014學(xué)年春第一周第二周查閱、消化資料元器件、儀表選型及確定總體設(shè)計(jì)方案單元電路設(shè)計(jì)總體硬件電路設(shè)計(jì)確定軟件設(shè)計(jì)思想，并畫出

4、軟件流程框圖撰寫論文答辯答辯完成日期2014年 月 日答辯日期2014年 月 日 月 日 四、主要參考文獻(xiàn)、資料、設(shè)備和實(shí)習(xí)地點(diǎn)及翻譯工作量：1. 郁有文. 傳感器原理及工程應(yīng)用.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，20032. 張建民. 傳感器與檢測技術(shù). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，19973. 何立民. MCS-51單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì). 北京：北京航空航天大學(xué)出版社，19924. 胡漢才. 單片機(jī)原理及其接口技術(shù). 北京：清華大學(xué)出版社，20045. 李貴山. 檢測與控制技術(shù). 西安：西安電子科技大學(xué)出版社，20066. 王福瑞. 單片微機(jī)測控系統(tǒng)設(shè)計(jì)大全. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1998實(shí)

5、習(xí)地點(diǎn)：待定 翻譯工作量：對(duì)設(shè)計(jì)論文的摘要翻譯為英文 教研室意見：教研室主任（簽字）： 20 年 月 日 系審核意見：系主任（簽字）：20 年 月 日注：本任務(wù)書要求一式兩份，一份打印稿交教研室，一份打印稿交學(xué)生，電子稿交系辦。蘭州工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文摘 要本設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)采用AT89C51單片機(jī)為控制核心，利用DS185B20溫度傳感器對(duì)溫度進(jìn)行采集，經(jīng)過單片機(jī)對(duì)信號(hào)的分析處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的檢測和控制。利用HS1100/HS1101濕度傳感器對(duì)濕度進(jìn)行采集，經(jīng)過555振蕩器將采集到的信號(hào)直接送入單片機(jī)，經(jīng)過單片機(jī)的分析處理實(shí)現(xiàn)對(duì)濕度的檢測和控制。利用鍵盤設(shè)置溫度和濕度的預(yù)設(shè)值及實(shí)現(xiàn)選擇復(fù)位等功能。

6、通過LCD1602顯示電路能顯示當(dāng)前的溫濕度和預(yù)設(shè)溫濕度。同時(shí)用蜂鳴音電路報(bào)警, 如果溫濕度超出預(yù)設(shè)值的上下限,蜂鳴音報(bào)警電路就會(huì)實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能,從而采取相應(yīng)的解決措施，本系統(tǒng)特別適合于倉庫等無人監(jiān)控等場所。關(guān)鍵詞：單片機(jī)；傳感器；溫度檢測；濕度檢測III蘭州工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文AbstractThis article from both the hardware and software aspects of the AT89C51 microcontroller based temperature and humidity automatic measuring system design. S

7、ystem hardware consists of data acquisition circuit for control circuitry, temperature, humidity, acquisition, keyboard and LED display circuit. Starting from design, software system, software design diagrams, analyse each module implementation program algorithm, and eventually you end up meeting th

8、e needs of mission programs. Temperature and humidity detection and alarm system basically meets the requirements with a small overshoot, basically the same sample value and set value, simple operation and so on. Keywords: single chip; sensor; temperature survey; humidity survey蘭州工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文目 錄摘 要IAbst

9、ractII1 緒 論11.1選題背景11.2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀11.2.1 溫度測量方面11.2.2 濕度測量方面22 總體方案的設(shè)計(jì)32.1 系統(tǒng)總體框圖32.2 傳感器的選擇32.2.1 溫度傳感器的選擇42.2.2 濕度傳感器的選擇43 硬件電路的設(shè)計(jì)63.1 溫度測量電路63.2 濕度測量電路73.3 信號(hào)調(diào)理電路103.4 A/D轉(zhuǎn)換電路113.5 單片機(jī)AT89C51的概述133.5.1 電源電路163.5.2 AT89C51最小系統(tǒng)173.5.3 8155擴(kuò)展芯片193.6 控制電路213.7 人機(jī)接口電路223.7.1 鍵盤電路223.7.2 LED顯示電路243.7.3 報(bào)警

10、電路264 軟件設(shè)計(jì)284.1軟件設(shè)計(jì)的思路284.2 程序流程圖285 總結(jié)36致 謝37參考文獻(xiàn)38附錄A 硬件接線圖39附錄B 軟件流程圖40蘭州工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文1 緒 論1.1選題背景隨著時(shí)代科技的迅猛發(fā)展，微電子學(xué)和計(jì)算機(jī)等現(xiàn)代電子技術(shù)的成就給傳統(tǒng)的電子測量與儀器帶來了巨大的沖擊和革命性的影響。常規(guī)的測試儀器儀表和控制裝置被更先進(jìn)的智能儀器所取代，使得傳統(tǒng)的電子測量儀器在遠(yuǎn)離、功能、精度及自動(dòng)化水平定方面發(fā)生了巨大變化，并相應(yīng)的出現(xiàn)了各種各樣的智能儀器控制系統(tǒng)，使得科學(xué)實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用工程的自動(dòng)化程度得以顯著提高。同時(shí)傳感器技術(shù)作為新技術(shù)革命和信息社會(huì)的重要技術(shù)基礎(chǔ)，是現(xiàn)代科技的開路先鋒，

11、也是當(dāng)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要標(biāo)志。傳感器技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、分別對(duì)應(yīng)信息技術(shù)中的采集、傳輸和處理。如果說計(jì)算機(jī)是人類大腦的擴(kuò)展，那么傳感器就是人類五官的延伸。當(dāng)集成電路、計(jì)算機(jī)技術(shù)飛速發(fā)展時(shí)，電腦的運(yùn)算速度和信息處理能力得以成倍的提高，這時(shí)人們才逐步認(rèn)識(shí)到信息攝取裝置：傳感器沒跟上信息技術(shù)的發(fā)展，因而驚呼“大腦發(fā)達(dá)、五官不靈”。世界上技術(shù)發(fā)達(dá)的國家對(duì)傳感器技術(shù)開發(fā)都十分重視。這些技術(shù)的發(fā)展也為倉庫的溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)的發(fā)展提供了科學(xué)依據(jù)。防潮、防霉、防腐、防爆是倉庫日常工作的重要內(nèi)容，是衡量倉庫管理質(zhì)量的重要指標(biāo)。它直接影響到儲(chǔ)備物資的使用壽命和工作可靠性。為保證日常工作的順利進(jìn)行，首要

12、問題是加強(qiáng)倉庫內(nèi)溫度與濕度的監(jiān)測工作。但傳統(tǒng)的方法是用與濕度表、毛發(fā)濕度表、雙金屬式測量計(jì)和濕度試紙等測試器材，通過人工進(jìn)行檢測，對(duì)不符合溫度和濕度要求的庫房進(jìn)行通風(fēng)、去濕和降溫等工作。這種人工測試方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力、效率低，且測試的溫度及濕度誤差大，隨機(jī)性大。因此我們需要一種造價(jià)低廉、使用方便且測量準(zhǔn)確的溫濕度測量儀。1.2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀目前溫濕度檢測技術(shù)和物品智能去濕干燥系統(tǒng)的研究已具備溫濕度檢測、超溫報(bào)警、自動(dòng)生成各種報(bào)表、自動(dòng)存儲(chǔ)歷史數(shù)據(jù)并據(jù)此自動(dòng)生成溫濕度變化曲線等功能，供倉儲(chǔ)管理人員查詢分析之用。1.2.1 溫度測量方面 溫度是一個(gè)重要的物理量，其檢測方法有多種，常用的有電阻式、熱電偶

13、式、PN結(jié)型溫度傳感器、石英諧振型溫度傳感器以及光線傳感器等。 目前國外在溫度超高精度測量中，大都使用標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度傳感器。例如:美國國家實(shí)驗(yàn)室(NSIT)采用標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度傳感器對(duì)納米測試裝置的工作腔進(jìn)行測試，其測試精度為0.001。國內(nèi)方面，清華大學(xué)以石英晶體傳感器作為測溫元件，將溫度變化的模擬量轉(zhuǎn)化為石英晶體振蕩頻率的數(shù)字量，通過測量頻率可以計(jì)算出溫度值，它可以測出0.001的溫度變化量。1.2.2 濕度測量方面 近年來，國內(nèi)外在濕度傳感器研發(fā)領(lǐng)域取得了長足進(jìn)步。濕敏傳感器正從簡單的濕敏元件向集成化、智能化、多參數(shù)檢測的方向迅速發(fā)展，將濕度測量技術(shù)提高到新的水平。濕度傳感器的種類很多，大

14、體上可以分為三類:電解質(zhì)濕度傳感器、半導(dǎo)體陶瓷濕度傳感器以及有機(jī)高分子聚合物濕度傳感器。(1)電解質(zhì)濕度傳感器，如氯化鏗濕度傳感器，靈敏度高，但在高濕環(huán)境中容易產(chǎn)生解，從而影響原的，縮短使用壽命。 (2)半導(dǎo)體陶瓷濕度傳感器，如鉻酸鎂一二氧化欽濕敏傳感器以及釩酸貍一二氧化欽濕敏傳感器。它們主要利用陶瓷燒結(jié)體微結(jié)晶表面在吸濕和脫濕過程中電極之間電阻的變化來檢測相對(duì)濕度。這類傳感器適合于高溫和高濕領(lǐng)域中使用。 (3)高分子材料濕敏傳感器，如聚乙烯醇、醋酸纖維素、聚酸胺等材料制成的傳感器，響應(yīng)速度快、精度高，但是耐老化和抗污染能力不如陶瓷傳感器。國外在濕度傳感器研制方面起步較早，目前日本、德國、美國

15、處于國際領(lǐng)先地位，測量范圍可實(shí)現(xiàn)全濕范圍測量，且精度可達(dá)到士2%RH。國內(nèi)濕度傳感器研制與生產(chǎn)方面，開始于二十世紀(jì)八十年代，且研究單位多于生產(chǎn)廠家，多數(shù)從事電解質(zhì)、陶瓷類以及高分子類傳感器的研發(fā)。 35蘭州工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文2 總體方案的設(shè)計(jì)2.1 系統(tǒng)總體框圖本設(shè)計(jì)測量的是倉庫的溫濕度，用溫度傳感器采集溫度信號(hào)，通過A/D轉(zhuǎn)換，將所測量的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)和鍵盤所設(shè)定溫度值一起送入單片機(jī)中，用濕度傳感器采集濕度信號(hào)，直接送入單片機(jī)，通過單片機(jī)對(duì)溫濕度進(jìn)行監(jiān)測和控制，并通過報(bào)警裝置對(duì)超過規(guī)定值進(jìn)行報(bào)警，系統(tǒng)的總體框圖如圖2所示。信號(hào)采集AT89C51人機(jī)接口 輸出通道顯示鍵盤報(bào)警溫度傳感器器

16、存儲(chǔ)濕度傳感器器信號(hào)調(diào)理理電路圖2 系統(tǒng)總體框圖 2.2 傳感器的選擇當(dāng)將單片機(jī)用作測控系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)總要有被測信號(hào)進(jìn)入輸入通道，由計(jì)算機(jī)拾取必要的輸入信息。對(duì)于測量系統(tǒng)而言，如何準(zhǔn)確獲得被測信號(hào)是其核心任務(wù)；而對(duì)測控系統(tǒng)來講，對(duì)被控對(duì)象狀態(tài)的測試和對(duì)控制條件的檢測也是不可缺少的環(huán)節(jié)。傳感器是實(shí)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(duì)原始被測信號(hào)進(jìn)行準(zhǔn)確可靠的捕捉和轉(zhuǎn)換，一切準(zhǔn)確的測量和控制都將無法實(shí)現(xiàn)。工業(yè)生產(chǎn)過程的自動(dòng)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(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 溫度傳感器

17、的選擇方 案 一 :采用熱電阻溫度傳感器。熱電阻是利用導(dǎo)體的電阻隨溫度變化的特性制成的測溫元件。現(xiàn)應(yīng)用較多的有鉑、銅、鎳等熱電阻。其主要的特點(diǎn)為精度高、測量范圍大、便于遠(yuǎn)距離測量。鉑的物理、化學(xué)性能極穩(wěn)定，耐氧化能力強(qiáng)，易提純，復(fù)制性好，工業(yè)性好電阻率較高，因此，鉑電阻用于工業(yè)檢測中高精密測溫和溫度標(biāo)準(zhǔn)。缺點(diǎn)是價(jià)格貴，溫度系數(shù)小，受到磁場影響大，在還原介質(zhì)中易被玷污變脆。按IEC標(biāo)準(zhǔn)測溫范圍-200650，電阻比W（100）=1.3850時(shí)，R0為100和10，其允許的測量誤差A(yù)級(jí)為（0.15+0.002|t|），B級(jí)為（0.3+0.005|t|）。銅電阻的溫度系數(shù)比鉑電阻大，價(jià)格低，也易于提

18、純和加工；但其電阻率小，在腐蝕性介質(zhì)中使用穩(wěn)定性差。在工業(yè)中用于-50180測溫。方 案 二 :采用DS18B20溫度傳感器。DALLAS最新單線數(shù)字溫度傳感器DS18B20“一線總線器件”體積小、適用電壓寬、經(jīng)濟(jì)。現(xiàn)場溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性，適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測控，支持35.5V的電壓范圍。DS18B20具有如下特點(diǎn)：（1）獨(dú)特的單線接口只需1個(gè)接口引腳即可通信。（2）在DS18B20中的每一個(gè)器件上都有獨(dú)一無二的序列號(hào)可實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測量。（3）不需要外部元件即可實(shí)現(xiàn)測溫。（4）由數(shù)據(jù)線供電，不需外接電源。（5）測量范圍從-55至+125，在-10+

19、85范圍內(nèi)保證0.5的精度。（6）用戶可以從9位到12位選擇數(shù)字溫度計(jì)的分辨率。（7）內(nèi)部有溫度上、下限告警設(shè)置。（8）用戶可定義的非易失性的溫度告警設(shè)置綜合比較方案一與方案二，方案二更適合于本設(shè)計(jì)系統(tǒng)對(duì)溫度傳感器的選擇。2.2.2 濕度傳感器的選擇測量空氣濕度的方式很多，其原理是根據(jù)某種物質(zhì)從其周圍的空氣吸收水分后引起的物理或化學(xué)性質(zhì)的變化，間接地獲得該物質(zhì)的吸水量及周圍空氣的濕度。電容式、電阻式和濕漲式濕敏原件分別是根據(jù)其高分子材料吸濕后的介電常數(shù)、電阻率和體積隨之發(fā)生變化而進(jìn)行濕度測量的。 方案一：采用H OS-201濕度傳感。HOS-201濕度傳感器為高濕度開關(guān)傳感器，它的工作電壓為交

20、流1V以下，頻率為50HZ1KHZ，測量濕度范圍為0100%RH，工作溫度范圍為050，阻抗在75%RH（25）時(shí)為 1M。這種傳感器原是用于開關(guān)的傳感器，不能在寬頻帶范圍內(nèi)檢測濕度，因此，主要用于判斷規(guī)定值以上或以下的濕度電平。然而，這種傳感器只限于一定范圍內(nèi)使用時(shí)具有良好的線性，可有效地利用其線性特性。方案二：采用HS1100/HS1101濕度傳感器。HS1100/HS1101電容傳感器，在電路構(gòu)成中等效于一個(gè)電容器件，其電容量隨著所測空氣濕度的增大而增大。不需校準(zhǔn)的完全互換性，高可靠性和長期穩(wěn)定性，快速響應(yīng)時(shí)間，專利設(shè)計(jì)的固態(tài)聚合物結(jié)構(gòu)，由頂端接觸（HS1100）和側(cè)面接觸（HS1101

21、）兩種封裝產(chǎn)品，適用于線性電壓輸出和頻率輸出兩種電路，適宜于制造流水線上的自動(dòng)插件和自動(dòng)裝配過程等。相對(duì)濕度在1%-100%RH范圍內(nèi)；電容量由16pF變到200pF，其誤差不大于2%RH；響應(yīng)時(shí)間小于5S；溫度系數(shù)為0.04pF/?？梢娋仁禽^高的。綜合比較方案一與方案二，方案一雖然滿足精度及測量濕度范圍的要求，但其只限于一定范圍內(nèi)使用時(shí)具有良好的線性，可有效地利用其線性特性。而且還不具備在本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中對(duì)溫度-3050的要求，因此，我們選擇方案二來作為本設(shè)計(jì)的濕度傳感器。 3 硬件電路的設(shè)計(jì)3.1 溫度測量電路DALLAS最新單線數(shù)字溫度傳感器DS18B20“一線總線器件”體積小、適用電壓寬

22、、經(jīng)濟(jì)。現(xiàn)場溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性，適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測控，支持35.5V的電壓范圍。圖3：是TO-92封裝和SSOP封裝的DS18B20的外部結(jié)構(gòu)圖。圖3：DS18B20外觀DS18B20引腳功能描述如下：DQ：數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳。開漏單總線引腳。當(dāng)被用在寄生電源下，可向器件供電。VDD：電源引腳，可選擇使用。當(dāng)工作于寄生電源時(shí)，此引腳必須接地。NC：空引腳。DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由六部分組成：電源電路、64位光刻ROM及1wire接口、溫度傳感器、非易失的溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器和CRC校驗(yàn)碼產(chǎn)生器。64位光刻ROM的排列是：開

23、始8位（28H）是產(chǎn)品類型標(biāo)號(hào)，接著的48位是該DS18B20自身的序列號(hào)，最后8位是前面56位的循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（CRC=X8+X5+X4+1）。DS18B20高速存儲(chǔ)器包含了9個(gè)連續(xù)字節(jié)，前兩個(gè)字節(jié)是測得的溫度信息，第一個(gè)字節(jié)的內(nèi)容是溫度的低八位，第二個(gè)字節(jié)是溫度的高八位。第三個(gè)和第四個(gè)字節(jié)是TH、TL的易失性拷貝，第五個(gè)字節(jié)是配置寄存器的易失性拷貝，這三個(gè)字節(jié)的內(nèi)容在每一次上電復(fù)位時(shí)被刷新。第六、七、八個(gè)字節(jié)用于內(nèi)部計(jì)算。第九個(gè)字節(jié)是冗余校驗(yàn)字節(jié)。其中，配置寄存器的內(nèi)容如下：“TM R1 R0 1 1 1 1 1”低5位一直都是1，TM是測試模式位，用于設(shè)置DS18B20在工作模式還是在測

24、試模式。在DS18B20出廠時(shí)該位被設(shè)置為0，用戶不要去改動(dòng)。R1和R0用來設(shè)置分辨率，如下表1所示：（DS18B20出廠時(shí)被設(shè)置為12位）表1分辨率設(shè)置表R1R0分辨率溫度最大轉(zhuǎn)換時(shí)間009位93.75ms0110位187.5ms1011位375ms1112位750msDS18B20中的溫度傳感器可完成對(duì)溫度的測量，以12位轉(zhuǎn)化為例:用16位符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼讀數(shù)形式提供，以0.0625/LSB形式表達(dá)，S為符號(hào)位。如下表2所示。這是12位轉(zhuǎn)化后得到的12位數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)在18B20的兩個(gè)8比特的RAM中，二進(jìn)制中的前面5位是符號(hào)位，如果測得的溫度大于0，這5位為0，只要將測到的數(shù)值乘于0.0

25、625即可得到實(shí)際溫度；如果溫度小于0，這5位為1，測到的數(shù)值需要取反加1再乘于0.0625即可得到實(shí)際溫度。表2 12位的溫度轉(zhuǎn)化形式表DS18B20依靠一個(gè)單線接口通信。在單線接口情況下，必須先建立ROM操作協(xié)議，才能使用存貯器和控制操作。因此，控制器必須首先提供五種ROM操作命令之一：（1）ReadROM(讀ROM)；（2）Match ROM(匹配ROM)；（3）Search ROM(搜索ROM)；（4）Skip ROM(跳過ROM)；（5）Alarm Search(告警搜索)。這些命令對(duì)每一器件的64位光刻ROM部分進(jìn)行操作。如果在單線上有許多器件，那么可以挑選出一個(gè)特定的器件并給總線

26、上的主機(jī)指示存在多少器件及其類型。在成功地執(zhí)行了ROM操作序列之后可，使用存貯器和控制操作，然后控制器可以提供六種存貯器和控制操作命令之一。3.2 濕度測量電路測量空氣濕度的方式很多，其原理是根據(jù)某種物質(zhì)從其周圍的空氣吸收水分后引起的物理或化學(xué)性質(zhì)的變化，間接地獲得該物質(zhì)的吸水量及周圍空氣的濕度。電容式、電阻式和濕漲式濕敏原件分別是根據(jù)其高分子材料吸濕后的介電常數(shù)、電阻率和體積隨之發(fā)生變化而進(jìn)行濕度測量的，下面介紹HS1100/HS1101濕度傳感器及其應(yīng)用。（1）特點(diǎn)電容式濕度傳感器HS1101，它是基于獨(dú)特工藝設(shè)計(jì)的電容元件，固態(tài)聚合物結(jié)構(gòu)，精度高達(dá)2RH；極好的線性輸出；199RH濕度量

27、程；-40100的溫度工作范圍，響應(yīng)時(shí)間5秒；濕度輸出受溫度影響極小，防腐蝕性氣體；常溫使用無需溫度補(bǔ)償，無需校準(zhǔn)；具有最突出的優(yōu)點(diǎn)是長期穩(wěn)定性極強(qiáng)。穩(wěn)定性強(qiáng)是產(chǎn)品具備良好的線性度、精密度、一致性、長期穩(wěn)定性的可靠保證。HS1101的主要特性如下：全互換性在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下不需校正長時(shí)間飽和下快速脫濕高可靠性與長時(shí)間穩(wěn)定性專利的固態(tài)聚合物結(jié)構(gòu)可用于線性電壓或頻率輸出快速反應(yīng)時(shí)間HS1101的特性參數(shù)如表3.1所示。表3.1 HS1101的特性參數(shù)特征參數(shù)符號(hào)MinTypMax單位濕度測量范圍RH1995供電電壓Vs510V標(biāo)稱電容55%RHC117180183PF溫度效應(yīng)Tcc0.04平均靈（33%

28、75%RH）C/%R0.34PF/%RH漏電流Ix1nA恢復(fù)時(shí)間tr10s遲滯%長時(shí)間穩(wěn)定性0.5%RH/yr反應(yīng)時(shí)間ta5s曲線精度（1090）%RH（2）濕度測量電路本系統(tǒng)采用的是將HS1101接入555定時(shí)器組成的振蕩器電路中，輸出一定頻率的方波信號(hào)。這種方法具有結(jié)構(gòu)簡單，使用方便。具體的測量電路如圖3.3所示：圖3.3 濕度測量電路本文選用的是NE555芯片，它內(nèi)部含有兩個(gè)NE555定時(shí)器。其中R1，R2，C1，C2和NE555構(gòu)成多諧振蕩器，外接電阻R1，R2與濕敏電容C1構(gòu)成了對(duì)電容C1的充電回路，7端通過芯片內(nèi)部的晶體管對(duì)地短路又構(gòu)成了對(duì)C1的放電回路，并將引腳2,6端相連引入到

29、片內(nèi)比較器。該振蕩電路兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)的交替過程如下：首先電源Ucc通過R1，R2向C2充電，經(jīng)t1充電時(shí)間后，UC2充至芯片內(nèi)比較器的高觸發(fā)電平，約2/3Ucc，此時(shí)輸出引腳3端由高電平突降為低電平，然后通過R2放電，經(jīng)t2放電時(shí)間后，UC2下降到比較器的低觸發(fā)電平，約1/3UCC，此時(shí)輸出引腳3端又由低電平躍升為高電平。最終形成方波輸出。其中充放電時(shí)間為因而，輸出的方波頻率為只要改變定時(shí)元件或即可改變脈沖的。從多諧振蕩器出來的信號(hào)又接入到單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器它有兩個(gè)輸出狀態(tài)，一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)狀態(tài)，在外來觸發(fā)脈沖作用下，能夠由穩(wěn)定狀態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)定狀態(tài)，而暫穩(wěn)定狀態(tài)維持一段時(shí)間后，在自

30、動(dòng)地返回到穩(wěn)定狀態(tài)，且暫穩(wěn)定狀態(tài)持續(xù)地時(shí)間長短完全取決于電路本身的參數(shù)。圖中,，和傳感器HS1101是外接地定時(shí)元件，觸發(fā)脈沖由5端輸出，由8端輸入，下降沿有效，從9端輸出一個(gè)幅度、寬度都一定的矩形波信號(hào)，輸出的脈沖寬度為：為了減少外界對(duì)信號(hào)的干擾，采用低通濾波器，過濾掉高頻信號(hào)的干擾，直接用單片機(jī)的定時(shí)計(jì)數(shù)器來測量的脈寬。通過脈寬值，可以得到相應(yīng)的傳感器的電容值。其誤差不大于；響應(yīng)時(shí)間小于；溫度系數(shù)為。電容值和濕度值的近似關(guān)系為：前面我們已經(jīng)通過測量NE555定時(shí)器的輸出脈寬，求出了相應(yīng)的電容值，然后，我們可以根據(jù)上面的式子，由電容值，求得相應(yīng)的濕度值。3.3 儲(chǔ)存電路3.4 多路模擬開關(guān)3

31、.5 單片機(jī)AT89C51的概述89C51是Intel公司于80年代初推出的8位嵌入式微控制器（內(nèi)部數(shù)據(jù)總線為8位，外部數(shù)總線為8位），它與MCS-96系統(tǒng)中的其它芯片相比，具有性能高、功能全、售價(jià)低廉、使用方便（48PINDIP）等優(yōu)點(diǎn)。89C51在工業(yè)應(yīng)用方面有許多明顯的特點(diǎn)，它具有靈活方便的8位總線外圍支持器擴(kuò)展功能，而在數(shù)據(jù)處理方面又有8位微機(jī)的快速功能。由于大的高度集成化已把許多常駐用的輸入檢測輸出控制通道都制作在同一塊硅片上，大大地靈活了外部連線，增強(qiáng)了系統(tǒng)的穩(wěn)定性并且速度快（時(shí)鐘12MHz），非常適合于工業(yè)環(huán)境下安裝使用，因此本系統(tǒng)CPU選用89C51芯片。89C51單片機(jī)引腳采

32、用40雙列直插式封裝結(jié)構(gòu)。89C51系統(tǒng)CPU中的主要組件有：高速寄存器陣列、特殊功能寄存器（SFR）、寄存器控制器和算術(shù)邏輯單元（RALU）。它與外部通訊是通過特殊功能寄存器SFR或存儲(chǔ)器，控制器進(jìn)行的。8051系統(tǒng)的CPU的主要特色是體積小，重量輕，抗干擾能力強(qiáng)，售價(jià)低，使用方便。此 外 ，通 過SFR還可以直接控制I/O、A/D、PWM、串行口等部件的有效運(yùn)行。CPU內(nèi)部的一個(gè)控制單元和兩條總線寄存器陣列和EALU連接起來。這兩條總線是：16位地址總線（A-BUS）和8位數(shù)據(jù)總線（D-BUS）。數(shù)據(jù)總線僅在RALU與寄存器陣列或SFR之間傳送數(shù)據(jù)，地址總線用作上述數(shù)據(jù)傳送的地址總線或用作

33、與寄存器控制器連接的多路復(fù)用地址/數(shù)據(jù)總線。CPU對(duì)片內(nèi)RAM訪問是直接訪問和通過寄存器R0,R1間接訪問的。 89C51工作時(shí)所需的時(shí)鐘可通過其XTALL輸入引腳由外部輸入，也可采用芯片內(nèi)部的振蕩器。其工作頻率為612MHz。在本系統(tǒng)中采用11.0592MHz頻率。89C51采用40管腳雙列直插DIP封裝，單片機(jī)AT89C51引腳如圖3.6。圖3.6 AT89C51引腳圖1.主要特性： 與MCS-51兼容； 4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器；壽命：1000寫/擦循環(huán)；數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年；全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz；三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定；1288位內(nèi)部RAM；32可編程I/OI線；兩個(gè)16位定時(shí)器/

34、計(jì)數(shù)器；5個(gè)中斷源；可編程串行通道； 低功耗的閑置和掉電模式；片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路。2.引腳功能說明：VCC：電源電壓VND：接地P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。 P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流

35、，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。 P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。 P3口：P3口管腳是8個(gè)帶

36、內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。 RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)

37、據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)，ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。 /PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。/EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編

38、程期間，此引腳也用于施加12V編程電源 （VPP）。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩器的輸。3.5.1 AT89C51最小系統(tǒng)1.復(fù)位電路復(fù)位無論是在單片機(jī)剛開始接上電源時(shí)，還是運(yùn)行過程中發(fā)生故障都需要復(fù)位。復(fù)位電路用于將單片機(jī)內(nèi)部各電路的狀態(tài)恢復(fù)到一個(gè)確定的初始值，并從這個(gè)狀態(tài)開始工作。51復(fù)位就是在滿足其他工作條件下，讓RST管腳保持高電平（通常0.7Vcc以上電壓）維持至少兩個(gè)機(jī)器時(shí)鐘，以引導(dǎo)單片機(jī)復(fù)位，之后RST管腳恢復(fù)為低電平。單片機(jī)的復(fù)位條件：必須使其RST引腳上持續(xù)出現(xiàn)兩個(gè)（或以上）機(jī)器周期的高電平。 單片機(jī)的復(fù)位形式：上電復(fù)位、

39、按鍵復(fù)位。本設(shè)計(jì)所選擇的是按鍵復(fù)位電路，電路圖如3.8 所示：圖3.8 復(fù)位電路2. 時(shí)鐘電路單片機(jī)工作的時(shí)間基準(zhǔn)，決定單片機(jī)工作速度。時(shí)鐘電路就是振蕩電路，向單片機(jī)提供一個(gè)正弦波信號(hào)作為基準(zhǔn)，決定單片機(jī)的執(zhí)行速度。AT89C51單片機(jī)時(shí)鐘頻率范圍：0-33MHz。時(shí)鐘電路如圖3.9所示圖3.9 時(shí)鐘電路3.5.2 3.6 控制電路3.7 人機(jī)接口電路3.7.1 鍵盤電路一般來說，按鍵按照結(jié)構(gòu)原理可分為兩類，一類是觸點(diǎn)式開關(guān)按鍵，如機(jī)械式開關(guān)、導(dǎo)電橡膠式開關(guān)等；另一類是無觸點(diǎn)式開關(guān)按鍵，如電氣式按鍵，磁感應(yīng)按鍵等。前者造價(jià)低，后者壽命長。目前，微機(jī)系統(tǒng)中最常見的是觸點(diǎn)式開關(guān)按鍵。按鍵按照接口原

40、理又可分為編碼鍵盤與非編碼鍵盤兩類，這兩類鍵盤的主要區(qū)別是識(shí)別鍵符及給出相應(yīng)鍵碼的方法。編碼鍵盤主要是用硬件來實(shí)現(xiàn)對(duì)鍵的識(shí)別，非編碼鍵盤主要是由軟件來實(shí)現(xiàn)鍵盤的識(shí)別。本次設(shè)計(jì)選用編碼式鍵盤如圖3.14所示圖3.14編碼式鍵盤各功能鍵作用分配:數(shù)字鍵: 選擇所需設(shè)定的數(shù)值分別設(shè)為0到9的數(shù)字；功能鍵：選擇修改溫濕度設(shè)定值、上限值、下限值、顯示溫濕度；位選鍵：選擇修改百位、十位、個(gè)位、十分位這四位的標(biāo)志；加1鍵：每按一次鍵，位選標(biāo)志所指的當(dāng)前位的值加1；減1鍵：每按一次鍵，位選標(biāo)志所指的當(dāng)前位的值減1；復(fù)位鍵: 確保每次操作清零到初始值；確定鍵：保存設(shè)置值并返回到顯示溫度狀態(tài)；擴(kuò)展芯片8155與鍵

41、盤連接的單元電路如圖3.15所示 圖3.15 與鍵盤連接電路3.7.2 LD顯示電路蘭州工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文下圖為顯示電路與擴(kuò)展芯片8155連接的單元電路如圖3.18所示。圖3.18 顯示電路3.7.3 報(bào)警電路 在微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，為了安全生產(chǎn)，對(duì)于一些重要的參數(shù)或系統(tǒng)部位，都設(shè)有緊急狀態(tài)報(bào)警系統(tǒng)，以便提醒操作人員注意，或采取緊急措施。其方法就是把計(jì)算機(jī)采集的數(shù)據(jù)或記過計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、數(shù)字濾波，標(biāo)度變換之后，與該參數(shù)上下限給定值進(jìn)行比較，如果高于上限值（或低于下限值）則進(jìn)行報(bào)警，否則就作為采樣的正常值，進(jìn)行顯示和控制。本設(shè)計(jì)采用峰鳴音報(bào)警電路。峰鳴音報(bào)警接口電路的設(shè)計(jì)只需購買市售的壓電式

42、蜂鳴器，然后通過MCS-51的1根口線經(jīng)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)蜂鳴音發(fā)聲。壓電式蜂鳴器約需10mA的驅(qū)動(dòng)電流，可以使用TTL系列集成電路7406或7407低電平驅(qū)動(dòng)，也可以用一個(gè)晶體三極管驅(qū)動(dòng)。在圖中，P2.3接晶體管基極輸入端。當(dāng)P2.3輸出高電平“1”時(shí)，晶體管導(dǎo)通，壓電蜂鳴器兩端獲得約+5V 電壓而鳴叫；當(dāng)P2.3輸出低電平“0”時(shí)，三極管截止，蜂鳴器停止發(fā)聲。圖3.19是一個(gè)簡單的使用三極管驅(qū)動(dòng)的峰鳴音報(bào)警電路：圖3.19 報(bào)警電路蘭州工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文4 軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用模塊化結(jié)構(gòu)。整個(gè)程序由主程序、顯示、鍵盤掃描、A/D 轉(zhuǎn)換等子程序。4.1軟件設(shè)計(jì)的思路溫濕度控制主程序的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮以下

43、問題： （1）鍵盤掃描、鍵碼識(shí)別和溫濕度顯示；（2）溫濕度采樣，數(shù)字濾波；（3）越限報(bào)警和處理；（4）溫度標(biāo)度轉(zhuǎn)換。4.2 程序流程圖系統(tǒng)軟件主要由初始化程序、主程序、A/D 轉(zhuǎn)換程序及監(jiān)控程序等組成。初始化程序是對(duì)AT89C51內(nèi)部特殊功能寄存器 SFR工作方式進(jìn)行設(shè)定。監(jiān)控程序完成對(duì)鍵盤輸入的掃描及顯示器的顯示；A/D 轉(zhuǎn)換程序完成對(duì)信號(hào)的采樣和 A/D 轉(zhuǎn)換，主程序?qū)Σ杉臄?shù)據(jù)進(jìn)行處理，其中，A/D 轉(zhuǎn)換程序是 AT89C51響應(yīng)ADC0809A/D轉(zhuǎn)換器的中斷服務(wù)程序。1、主程序流程圖主程序流程圖 4.1所示。圖4.1 主程序流程圖2、A/D 轉(zhuǎn)換程序 A/D 轉(zhuǎn)換程序的框圖如如4.2

44、所示。圖4.2 A/D轉(zhuǎn)換流程圖3、中斷服務(wù)程序圖4.3 中斷服務(wù)程序流程圖4、溫濕度采樣子程序流程圖圖4.4 溫濕度采樣子程序流程圖5、鍵盤掃描子程序圖圖4.5 鍵盤掃描子程序流程圖6、報(bào)警程序流程圖圖4.6報(bào)警程序流程圖7 顯示程序流程圖圖4.7 顯示流程圖蘭州工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文5 總結(jié)防潮、防霉、防腐、防爆是倉庫日常工作的重要內(nèi)容，是衡量倉庫管理質(zhì)量的重要指標(biāo)。它直接影響到儲(chǔ)備物資的使用壽命和工作可靠性。為保證日常工作的順利進(jìn)行，首要問題是加強(qiáng)倉庫內(nèi)溫度與濕度的監(jiān)測工作。但傳統(tǒng)的方法是用與濕度表、毛發(fā)濕度表、雙金屬式測量計(jì)和濕度試紙等測試器材，通過人工進(jìn)行檢測，對(duì)不符合溫度和濕度要求的庫房進(jìn)行通風(fēng)、去濕和降溫等工作。這種人工測試方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力、效率低，且測試的溫度及濕度誤差大，隨機(jī)性大。因此我們需要一種