電子通用技術(shù)的的論文很好D

1、嘉興職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （論 文） 題目名稱：基于51單片機(jī)的溫濕度檢測(cè)裝置的設(shè)計(jì) 姓 名： 林艾欣 所在分院： 信息技術(shù)分院 專業(yè)班級(jí)： 通信121 指導(dǎo)教師： 田立武 2015 年 5 月 23 日目錄摘 要11. 緒論21.1 選題背景及意義21.2 傳感器介紹21.2.1 溫度傳感器21.2.2 濕度傳感器41.3 課題主要內(nèi)容及結(jié)構(gòu)安排62. 方案比較和選擇62.1 溫度傳感器的選擇62.2 濕度傳感器的選擇72.3 單片機(jī)的選擇82.4 本章小結(jié)93. 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)93.1 信號(hào)采集103.1.1 溫度傳感器103.1.2 濕度傳感器143.2 信號(hào)分析與處理163.2.1

2、 單片機(jī)最小系統(tǒng)163.2.2 STC89C51引腳介紹及管腳說明193.3 人機(jī)交互213.3.1 顯示模塊213.3.2 報(bào)警電路223.4 本章小結(jié)224. 軟件設(shè)計(jì)224.1主程序流程圖224.2 DS18B20測(cè)溫流程圖234.3 DHT11流程圖244.4 鍵盤掃描程序流程圖254.5本章小結(jié)255. 總結(jié)25參考文獻(xiàn)27附錄1：溫濕度檢測(cè)模塊28附錄2：報(bào)警模塊29附錄3：定時(shí)器模塊30嘉興職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）摘 要本課題的研究目的是為人們提供一種能夠?qū)崟r(shí)了解所處環(huán)境質(zhì)量信息的儀器，包括溫度、濕度，使人們能夠及時(shí)獲知信息并做出相應(yīng)的調(diào)整。本文采用STC89C51單片機(jī)來作

3、為控制核心，實(shí)現(xiàn)了對(duì)溫、濕度的檢測(cè)和LCD實(shí)時(shí)顯示電路等硬件電路的設(shè)計(jì)，由于其功能的實(shí)現(xiàn)主要通過軟件編程來完成，這就降低了硬件電路的復(fù)雜性，其成本也有所降低，而且還能夠完成復(fù)雜硬件電路難以實(shí)現(xiàn)的任務(wù)。配置新式的微型低功耗傳感器，溫度傳感器為18B20，濕度傳感器為DHT11，實(shí)現(xiàn)了環(huán)境溫度，濕度，兩個(gè)參數(shù)的采集，存儲(chǔ)，顯示等功能，另外，本系統(tǒng)還具有報(bào)警功能，當(dāng)傳感器所采集的數(shù)據(jù)不在使用者所設(shè)定的范圍內(nèi)，蜂鳴器就會(huì)報(bào)警以提醒使用者，系統(tǒng)運(yùn)行可靠，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性價(jià)比高。關(guān)鍵詞 STC89C51單片機(jī)；溫濕度；液晶顯示；報(bào)警；1. 緒論1.1 選題背景及意義溫度、濕度和人類的生產(chǎn)、生活有著密切的關(guān)系，

4、同時(shí)也是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中最常見最基本的工藝參數(shù)，例如農(nóng)業(yè)上農(nóng)作物的生長(zhǎng)離不開對(duì)溫度、濕度的檢測(cè)與控制，機(jī)械、電子、石油、化工等各類工業(yè)中廣泛需要對(duì)溫度、濕度的檢測(cè)與控制，并且隨著人們生活水平的提高，人們對(duì)自己的生存環(huán)境越來越關(guān)注，而空氣中溫濕度的變化與人體的舒適度和情緒都有直接的影響，所以對(duì)溫度、濕度的檢測(cè)及控制就非常有必要了。溫度、濕度是工業(yè)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)不可缺少的因素，但傳統(tǒng)的方法是用溫度表、毛發(fā)濕度表、雙金屬式測(cè)量計(jì)、觀測(cè)植物的生長(zhǎng)情況等手段，通過人工進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)不符合溫度、濕度要求的環(huán)境進(jìn)行通風(fēng)、去濕、降溫、采光等工作。這種人工測(cè)試方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力、效率低，且測(cè)試的誤差大，隨機(jī)性大。含有微型計(jì)算機(jī)或

5、微處理器的測(cè)量?jī)x器，由于它擁有對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，運(yùn)算邏輯判斷及自動(dòng)化的功能，有著智能作用。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，一個(gè)低成本和具有較高精度的環(huán)境測(cè)量?jī)x在許多領(lǐng)域會(huì)代替人工操作，自動(dòng)控制各種儀器調(diào)整環(huán)境溫度濕度。目前市場(chǎng)上普遍存在的環(huán)境檢測(cè)儀器大都是單點(diǎn)測(cè)量，而且溫濕度信息傳遞不及時(shí)，精度達(dá)不到要求，不利于控制者根據(jù)溫度、濕度變化及時(shí)做出決定，為此，本設(shè)計(jì)開發(fā)了一種能夠同時(shí)測(cè)量多點(diǎn)，并實(shí)時(shí)性高、精度高，能夠綜合處理多點(diǎn)溫濕度信息的檢測(cè)產(chǎn)品。總之，環(huán)境溫濕度的檢測(cè)的設(shè)計(jì)和開發(fā)具有非常大的市場(chǎng)前景和實(shí)用價(jià)值。1.2 傳感器介紹1.2.1 溫度傳感器集成溫度傳感器是目前應(yīng)用范圍最廣、使用最普及的一種全集成化傳感器。

6、其種類很多，大致可分為以下5類：1、模擬集成溫度傳感器；2、模擬集成溫度控制器；3、智能溫度傳感器；4、通用智能溫度控制器；5、微機(jī)散熱保護(hù)專用的智能溫度控制器。集成溫度傳感器的主要應(yīng)用領(lǐng)域有以下3個(gè)方面：（1）溫度測(cè)量：可以構(gòu)成數(shù)字溫度計(jì)、溫度變送器、溫度巡回檢測(cè)儀、智能化溫度檢測(cè)系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)化測(cè)溫系統(tǒng)。（2）溫度控制：適用于智能化溫度測(cè)控系統(tǒng)、工業(yè)過程控制、現(xiàn)場(chǎng)可編程溫度控制系統(tǒng)、環(huán)境溫度監(jiān)測(cè)及報(bào)警系統(tǒng)、中央空調(diào)、風(fēng)扇溫控電路、微處理器及微機(jī)系統(tǒng)的過熱保護(hù)裝置、現(xiàn)代辦公設(shè)備、電信設(shè)備、服務(wù)器中的溫度測(cè)控系統(tǒng)、電池充電器的過熱保護(hù)電路、音頻功率放大器的過熱保護(hù)電路及家用電器。（3）特殊應(yīng)用：例

7、如，熱電偶冷端溫度補(bǔ)償、測(cè)量溫差、測(cè)量平均溫度、測(cè)量溫度場(chǎng)、電子密碼鎖（僅對(duì)內(nèi)含64位ROM的單線總線智能溫度傳感器而言）及液晶顯示器表面溫度監(jiān)測(cè)等。模擬集成溫度傳感器是在20世紀(jì)80年代問世的，它是將溫度傳感器集成在一個(gè)芯片上、可完成溫度測(cè)量及模擬信號(hào)輸出功能的專用IC。模擬集成溫度傳感器的主要特點(diǎn)是功能單一（僅測(cè)量溫度）、測(cè)溫誤差小、價(jià)格低、響應(yīng)速度快、傳輸距離遠(yuǎn)、體積小、微功耗等，適合遠(yuǎn)距離測(cè)溫、控溫，不需要進(jìn)行非線性校準(zhǔn)，外圍電路簡(jiǎn)單。它是目前在國內(nèi)外應(yīng)用最為普遍的一種集成傳感器，典型產(chǎn)品有AD590、AD592、TMP17、LM135等。智能溫度傳感器（亦稱數(shù)字溫度傳感器）是在20世

8、紀(jì)90年代中期問世的。它是微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)測(cè)試技術(shù)（ATE）的結(jié)晶。目前，國際上已開發(fā)出多種智能溫度傳感器系列產(chǎn)品。智能溫度傳感器內(nèi)部都包含溫度傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器、信號(hào)處理器、存儲(chǔ)器（或寄存器）和接口電路。有的產(chǎn)品還帶多路選擇器、中央控制器（CPU）、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）和只讀存儲(chǔ)器（ROM）1。智能溫度傳感器的特點(diǎn)是能輸出溫度數(shù)據(jù)及相關(guān)的溫度控制量，適配各種微控制器（MCU），并且它是在硬件的基礎(chǔ)上通過軟件來實(shí)現(xiàn)測(cè)試功能的，其智能化程度也取決于軟件的開發(fā)水平。進(jìn)入21世紀(jì)后，智能溫度傳感器正朝著高精度、多功能、總線標(biāo)準(zhǔn)化、高可靠性及安全性、開發(fā)虛擬傳感器和網(wǎng)絡(luò)傳感器、研制單

9、片測(cè)溫系統(tǒng)等高科技的方向迅速發(fā)展。在20世紀(jì)90年代中期最早推出的智能溫度傳感器，采用的是8位A/D轉(zhuǎn)換器，其測(cè)溫精度較低，分辨力只能達(dá)到1。目前，國外已相繼推出多種高精度、高分辨力的智能溫度傳感器，所用的是912位A/D轉(zhuǎn)換器，分辨力一般可達(dá)0.50.0625。由美國DALLAS半導(dǎo)體公司新研制的DS1624型高分辨力智能溫度傳感器，能輸出13位二進(jìn)制數(shù)據(jù)，其分辨力高達(dá)0.03125，測(cè)溫精度為±0.2。為了提高多通道智能溫度傳感器的轉(zhuǎn)換速率，也有的芯片采用高速逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器。以AD7817型5通道智能溫度傳感器為例，它對(duì)本地傳感器、每一路遠(yuǎn)程傳感器的轉(zhuǎn)換時(shí)間分別僅為27s

10、、9s。新型智能溫度傳感器的測(cè)試功能也在不斷增強(qiáng)。例如，DS1629型單線智能溫度傳感器增加了實(shí)時(shí)日歷時(shí)鐘（RTC），使其功能更加完善。DS1624還增加了存儲(chǔ)功能，利用芯片內(nèi)部256字節(jié)的E2PROM存儲(chǔ)器，可存儲(chǔ)用戶的短信息。另外，智能溫度傳感器正從單通道向多通道的方向發(fā)展，這就為研制和開發(fā)多路溫度測(cè)控系統(tǒng)創(chuàng)造了良好條件。智能溫度傳感器的總線技術(shù)也實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化，所采用的總線主要有單線總線、I2C總線、SMBus總線和SPI總線2。1.2.2 濕度傳感器濕度傳感器產(chǎn)品及濕度測(cè)量屬于90年代興起的行業(yè)。濕度傳感器主要分為電阻式和電容式兩種，產(chǎn)品的基本形式都是在基片上涂覆感濕材料形成感濕

11、膜。空氣中的水蒸汽吸附在感濕材料上后，元件的阻抗、介質(zhì)常數(shù)發(fā)生很大的變化，從而制成濕敏元件。近年來，國內(nèi)外在濕度傳感器研發(fā)領(lǐng)域取得了較大的發(fā)展。濕敏傳感器正從簡(jiǎn)單的濕敏元件向集成化、智能化、多參數(shù)檢測(cè)的方向迅速發(fā)展3。國內(nèi)外各廠家的濕度傳感器產(chǎn)品水平不一，質(zhì)量?jī)r(jià)格都相差較大，用戶如何選擇性能價(jià)格比最優(yōu)的理想產(chǎn)品確有一定難度，需要在這方面作深入的了解?，F(xiàn)在國內(nèi)市場(chǎng)上出現(xiàn)了不少國內(nèi)外濕度傳感器產(chǎn)品，電容式濕敏元件較為多見，感濕材料種類主要為高分子聚合物，氯化鋰和金屬氧化物。濕敏元件是最簡(jiǎn)單的濕度傳感器。濕敏電阻的特點(diǎn)是在基片上覆蓋一層用感濕材料制成的膜，當(dāng)空氣中的水蒸氣吸附在感濕膜上時(shí)，元件的電阻

12、率和電阻值都發(fā)生變化，利用這一特性即可測(cè)量濕度。濕敏電阻的種類很多，例如金屬氧化特濕敏電阻、硅濕敏電阻、陶瓷濕敏電阻等。濕敏電阻的優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高，主要缺點(diǎn)是線性度和產(chǎn)品的互換性差。濕敏電容一般是用高分子薄膜電容制成的，常用的高分子材料有聚苯乙烯、聚酰亞胺、酷酸醋酸纖維等。當(dāng)環(huán)境濕度發(fā)生改變時(shí)，濕敏電容的介電常數(shù)發(fā)生變化，使其電容量也發(fā)生變化，其電容變化量與相對(duì)濕度成正比。濕敏電容的主要優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高、產(chǎn)品互換性好、響應(yīng)速度快、濕度的滯后量小、便于制造、容易實(shí)現(xiàn)小型化和集成化，其精度一般比濕敏電阻要低一些4。國外生產(chǎn)濕敏電容的主廠家有Humirel公司、Philips公司、Siemens公司等。

13、以Humirel公司生產(chǎn)的SH1100型濕敏電容為例，其測(cè)量范圍是（1%99%）RH，在55%RH時(shí)的電容量為180pF（典型值）。當(dāng)相對(duì)濕度從0變化到100%時(shí)，電容量的變化范圍是163pF202pF。溫度系數(shù)為0.04pF/，濕度滯后量為±1.5%，響應(yīng)時(shí)間為5s。除電阻式、電容式濕敏元件之外，還有電解質(zhì)離子型濕敏元件、重量型濕敏元件（利用感濕膜重量的變化來改變振蕩頻率）、光強(qiáng)型濕敏元件、聲表面波濕敏元件等。濕敏元件的線性度及抗污染性差，在檢測(cè)環(huán)境濕度時(shí)，濕敏元件要長(zhǎng)期暴露在待測(cè)環(huán)境中，很容易被污染而影響其測(cè)量精度及長(zhǎng)期穩(wěn)定性。目前，國外生產(chǎn)集成濕度傳感器的主要廠家及典型產(chǎn)品分別

14、為Honeywell公司（HIH-3602、HIH-3605、HIH-3610型），Humirel公司（HM1500、HM1520、HF3223、HTF3223型），Sensiron公司（SHT11、SHT15型）。這些產(chǎn)品可分成以下三種類型：(1) 線性電壓輸出式集成濕度傳感器；典型產(chǎn)品有 HIH3605/3610、HM1500/1520。其主要特點(diǎn)是采用恒壓供電，內(nèi)置放大電路，能輸出與相對(duì)濕度呈比例關(guān)系的伏特級(jí)電壓信號(hào)，響應(yīng)速度快，重復(fù)性好，抗污染能力強(qiáng)。(2) 線性頻率輸出集成濕度傳感器；典型產(chǎn)品為HF3223型。它采用模塊式結(jié)構(gòu)，屬于頻率輸出式集成濕度傳感器，在55%RH時(shí)的輸出頻率為

15、8750Hz（型值），當(dāng)上對(duì)濕度從10%變化到95%時(shí)，輸出頻率就從9560Hz減小到8030Hz。這種傳感器具有線性度好、抗干擾能力強(qiáng)、便于配數(shù)字電路或單片機(jī)、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)。(3) 頻率/溫度輸出式集成濕度傳感器；典型產(chǎn)品為HTF3223型。它除具有HF3223的功能以外，還增加了溫度信號(hào)輸出端，利用負(fù)溫度系數(shù)（NTC）熱敏電阻作為溫度傳感器。當(dāng)環(huán)境溫度變化時(shí)，其電阻值也相應(yīng)改變并且從NTC端引出，配上二次儀表即可測(cè)量出溫度值。2002年Sensiron公司在世界上率先研制成功SHT（DHT）11、 SHT（DHT）15型智能化溫度/溫度傳感器，其外形尺寸僅為7.6（mm）×5(m

16、m)×2.5（mm），體積與火柴頭相近。出廠前，每只傳感器都在溫度室中做過精密標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)被編成相應(yīng)的程序存入校準(zhǔn)存儲(chǔ)器中，在測(cè)量過程中可對(duì)相對(duì)濕度進(jìn)行自動(dòng)校準(zhǔn)。它們不僅能準(zhǔn)確測(cè)量相對(duì)溫度，還能測(cè)量溫度和露點(diǎn)。測(cè)量相對(duì)溫度的范圍是0100%，分辨力達(dá)0.03%RH，最高精度為±2%RH。測(cè)量溫度的范圍是-40 123.8，分辨力為0.01。1.3 課題主要內(nèi)容及結(jié)構(gòu)安排本設(shè)計(jì)以STC89C51單片機(jī)為核心來對(duì)環(huán)境的溫濕度進(jìn)行實(shí)時(shí)巡檢。各檢測(cè)單元(傳感器)能獨(dú)立完成各自功能，同時(shí)能根據(jù)主控機(jī)的指令對(duì)溫濕度信息進(jìn)行實(shí)時(shí)采集。并將采集來的信息通過液晶屏顯示清晰的呈現(xiàn)給用戶，如果

17、采集的信息超出了預(yù)設(shè)范圍，蜂鳴器將給出報(bào)警示意用戶，以便做出及時(shí)決定。本系統(tǒng)能夠同時(shí)檢測(cè)多路溫濕度，檢測(cè)溫度范圍-55+125。根據(jù)實(shí)際需要，檢測(cè)點(diǎn)數(shù)可以擴(kuò)展。系統(tǒng)采用DHT11濕度傳感器，產(chǎn)生數(shù)字信號(hào)傳輸給單片機(jī)進(jìn)行分析、處理和控制顯示。濕度檢測(cè)范圍為2090RH，其檢測(cè)精度為±5。此外，本系統(tǒng)還具有報(bào)警模塊，可設(shè)定報(bào)警上下限，當(dāng)檢測(cè)到任何數(shù)據(jù)超過設(shè)定上下限就進(jìn)行報(bào)警。2. 方案比較和選擇2.1 溫度傳感器的選擇方案一：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(cè)溫元件?，F(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(cè)量范圍大、便于遠(yuǎn)距離測(cè)量。鉑的

18、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(cè)中高精密測(cè)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(chǎng)影響大，在還原介質(zhì)中易被玷污變脆。按IEC標(biāo)準(zhǔn)測(cè)溫范圍-200650，百度電阻比W(100)=13850時(shí)，R0為100?和10?，其允許的測(cè)量誤差A(yù)級(jí)為±(015+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。方案二：采用模擬集成溫度傳感器AD590，它的測(cè)溫范圍在-55+150之間，而且精度高。M檔在測(cè)溫范圍

19、內(nèi)非線性誤差為±0.3。AD590可以承受44V下向電壓和20V反向電壓，因而器件反接也不會(huì)損壞，使用可靠。它只需直流電源就能工作，而且，無需進(jìn)行線性校正，所以使用也非常方便，接El也很簡(jiǎn)單。作為電流輸出型傳感器和電壓輸出型相比，它有很強(qiáng)的抗外界干擾能力。AD590的測(cè)量信號(hào)可遠(yuǎn)傳百余米。方案三：采用數(shù)字化溫度傳感器。DSl8B20是Dallas半導(dǎo)體公司研制的一款數(shù)字化溫度傳感器，支持“一線總線”接口，即只通過一根信號(hào)線完成數(shù)據(jù)、地址和控制信息的傳輸。該器件只有3個(gè)引腳(即電源VDD、地線GND、數(shù)據(jù)線DQ)，且不需要外部元件，內(nèi)部有64位光NROM，64位器件序列號(hào)出廠前就被光刻

20、于ROM中，可作為器件地址序列碼，便于實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)量。全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)；現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)溫度測(cè)量，如：環(huán)境控制、設(shè)備或過程控制、測(cè)溫類消費(fèi)電子產(chǎn)品等。該電路的檢測(cè)溫度范圍為-55+125：精度為±0.5(在-10+85范圍)；可以分別在93.75ms和750 ms內(nèi)完成9位和12位的數(shù)字溫度值讀入。系統(tǒng)有如下特點(diǎn)：(1) 不需要備份電源，可通過信號(hào)線供電；(2) 送串行數(shù)據(jù)，不需要外部元件；(3) 零功耗等待；(4) 系統(tǒng)的抗干擾性好，適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)量，如環(huán)境控制、

21、設(shè)備過程控制、測(cè)溫類消費(fèi)電子產(chǎn)品等。考慮到硬件設(shè)計(jì)的性價(jià)比，綜合本系統(tǒng)需要滿足的技術(shù)指標(biāo)我們選擇方案三。2.2 濕度傳感器的選擇測(cè)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(cè)量的。方案一：采用CHR-01濕敏電阻。CHR-01濕敏電阻適用于阻抗型高分子濕度傳感器，它的工作電壓為交流1V，頻率為50Hz2kHz，測(cè)量濕度范圍為20%90%RH，測(cè)量精度±5%，工作溫度范圍為0+85，最高使用

22、溫度120，阻抗在60%RH（25）時(shí)為30（2140.5）K。采用555時(shí)基或RC振蕩電路，將濕度傳感器等效為阻抗值，測(cè)量振蕩頻率輸出，振蕩頻率在1k Hz左右。方案二：采用DHT11數(shù)字溫濕度傳感器，這款傳感器和Sensiron公司研制的SHT1X同屬一個(gè)系列只是測(cè)量精度上不同，這是一款含有已校準(zhǔn)熟悉信號(hào)輸出的溫濕度復(fù)合傳感器，它應(yīng)用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性和卓越的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。傳感器包括一個(gè)電阻式感濕元件和一個(gè)NTC測(cè)溫元件，并與一個(gè)高性能8位單片機(jī)相連接。因此該產(chǎn)品具有品質(zhì)卓越、超快響應(yīng)、抗干擾能力強(qiáng)、性價(jià)比極高等優(yōu)點(diǎn)。每個(gè)DHT11傳感器都在即為

23、精確的濕度校驗(yàn)室中進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)系數(shù)以程序的形式存在OTP內(nèi)存中，傳感器內(nèi)部在檢測(cè)型號(hào)的處理過程中藥調(diào)用這些校準(zhǔn)系數(shù)。單線制串行接口，使系統(tǒng)集成變得簡(jiǎn)易快捷。綜合比較，方案一需要很好地解決引線誤差補(bǔ)償、多點(diǎn)測(cè)量切換誤差和放大電路零點(diǎn)漂移等問題，需要在接口上需要AD轉(zhuǎn)換器，因而造成結(jié)構(gòu)復(fù)雜且成本高，調(diào)試也繁瑣，測(cè)量溫度的精度也很低，方案二把以上的功能都集成在芯片里面，數(shù)字輸出，可直接和mcu相連，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，精度高，雖然也有溫度檢測(cè)的功能，但其精度沒有DS18B20高，所以只用它的濕度檢測(cè)功能。相比較，選擇方案二。2.3 單片機(jī)的選擇在多數(shù)電子設(shè)計(jì)當(dāng)中，基于性價(jià)比的考慮，8位單片機(jī)仍是首選。目

24、前，8位單片機(jī)在國內(nèi)外仍占有重要地位。在8位單片機(jī)中又以MCS51系列單片機(jī)及其兼容機(jī)所占的份額最大。MCS51的硬件結(jié)構(gòu)決定了其指令系統(tǒng)不會(huì)發(fā)生變化，設(shè)計(jì)人員可以很容易的對(duì)不同公司的單片機(jī)產(chǎn)品進(jìn)行選型，他們只需將重點(diǎn)放在芯片內(nèi)部資源的比較上。方案一：采用AT89C51芯片作為硬件核心，采用Flash ROM，內(nèi)部具有4KBROM存儲(chǔ)空間，能于3V的超低壓工作，而且與MCS-51系列單片機(jī)完全兼容，但是運(yùn)用于電路設(shè)計(jì)中時(shí)由于不具備ISP在線編程技術(shù)，當(dāng)在對(duì)電路進(jìn)行調(diào)試時(shí)，由于程序的錯(cuò)誤修改或?qū)Τ绦虻男略龉δ苄枰獰氤绦驎r(shí)，對(duì)芯片的多次拔插會(huì)對(duì)芯片造成一定的損壞。方案二：采用AT89C51片內(nèi)R

25、OM全都采用Flash ROM；能以3V的超底壓工作；同時(shí)也與MCS-51系列單片機(jī)完全該芯片內(nèi)部存儲(chǔ)器為8KB ROM存儲(chǔ)空間，同樣具有89C51的功能，且具有在線編程可擦除技術(shù)，當(dāng)在對(duì)電路進(jìn)行調(diào)試時(shí)，由于程序的錯(cuò)誤修改或?qū)Τ绦虻男略龉δ苄枰獰氤绦驎r(shí)，不需要對(duì)芯片多次拔插，所以不會(huì)對(duì)芯片造成損壞。方案三：STC89C51 是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。使用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 和在線系統(tǒng)可編程Fl

26、ash，使得STC89C51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。方案一是多年前的的產(chǎn)品，因自身設(shè)計(jì)缺陷，已經(jīng)很少被人使用。方案二和方案三使用差別不大，但方案二需要專有下載線，方案三使用串口下載即可。因此選擇方案三。2.4 本章小結(jié)本章主要介紹環(huán)境檢測(cè)儀用到的主要芯片的選擇，如溫度傳感器、濕度傳感器、控制處理芯片等。對(duì)比考慮各器件性能、特點(diǎn)、使用難易度、成本等因素，選擇適合本產(chǎn)品指標(biāo)的元器件。3. 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)本方案以STC89C51單片機(jī)系統(tǒng)為核心來對(duì)溫度、濕度進(jìn)行實(shí)時(shí)控制和巡檢。各檢測(cè)單元能獨(dú)立完成各自功能，并根據(jù)主控機(jī)的指令對(duì)溫濕度進(jìn)行實(shí)時(shí)采集。主控機(jī)負(fù)責(zé)控制指令的發(fā)送，

27、并控制各個(gè)檢測(cè)單元進(jìn)行溫度采集，收集測(cè)量數(shù)據(jù)，同時(shí)對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行整理和顯示。其中包括單片機(jī)、復(fù)位電路、溫度檢測(cè)、濕度檢測(cè)、鍵盤及顯示、報(bào)警電路、系統(tǒng)軟件等部分的設(shè)計(jì)。系統(tǒng)方框圖如圖3.1：放大電路STC89C51液晶顯示AD模式時(shí)鐘電路控制按鍵復(fù)位電路圖3.1 系統(tǒng)方框圖3.1 信號(hào)采集3.1.1 溫度傳感器(1) DS18B20簡(jiǎn)介DSl8820是美國DALLAS公司最新推出的數(shù)字式溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻有所不同的是它可直接將被測(cè)溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)寧信號(hào)供微機(jī)處理，并且根據(jù)具體要求，通過簡(jiǎn)單的編程實(shí)現(xiàn)9位的溫度讀數(shù)。并且多個(gè)DSl8820可以并接到多個(gè)地址線上與單片機(jī)實(shí)現(xiàn)通信。由于每一個(gè)

28、DSl8820出廠時(shí)都刻有唯一的一個(gè)序列號(hào)并存入其ROM中，因此CPU可用簡(jiǎn)單的通信協(xié)議就可以識(shí)別，從而節(jié)省了大量的引線和邏輯電路。(2) DS18B20功能特點(diǎn)1) 3.05.5V單電源供電2) 微型化、低功耗、抗干擾能力強(qiáng)、易與微處理器接口3) 溫度測(cè)量范圍為55°C+125°C，測(cè)溫分辨率可達(dá)0.5°C4) 3引腳TO92小體積封裝或8引腳SOP封裝5) 可編程為9位12位A/D轉(zhuǎn)換精度6) 只需一根端口線就能與微處理器通訊7) 每只DS18B20有唯一的序列號(hào)并可存入其ROM中，便于實(shí)現(xiàn)多芯片多點(diǎn)測(cè)量8) 在使用中不需要任何外圍元件9) 用戶可定義的非易失

29、性溫度報(bào)警設(shè)置圖3.2 DS18B20(3) DS18B20結(jié)構(gòu)和工作原理圖3.2是表示 DS18B20 的結(jié)構(gòu)圖，表3.1已經(jīng)給出了引腳說明。64位只讀存儲(chǔ)器儲(chǔ)存器件的唯一片序列號(hào)。高速暫存器含有兩個(gè)字節(jié)的溫度寄存器，這兩個(gè)寄存器用來存儲(chǔ)溫度傳感器輸出的數(shù)據(jù)。除此之外，高速暫存器提供一個(gè)直接的溫度報(bào)警值寄存器（TH和TL），和一個(gè)字節(jié)的的配置寄存器。配置寄存器允許用戶將溫度的精度設(shè)定為9，10，11或12位。TH，TL和配置寄存器是非易失性的可擦除程序寄存器（EEPROM），所以存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)在器件掉電時(shí)不會(huì)消失。DS18B20通過達(dá)拉斯公司獨(dú)有的單總線協(xié)議依靠一個(gè)單線端口通訊。當(dāng)全部器件經(jīng)由一

30、個(gè)3態(tài)端口或者漏極開路端口（DQ引腳在DS18B20上的情況下)與總線連接的時(shí)候，控制線需要連接一個(gè)弱上拉電阻。在這個(gè)總線系統(tǒng)中，微控制器（主器件）依靠每個(gè)器件獨(dú)有的64位片序列號(hào)辨認(rèn)總線上的器件和記錄總線上的器件地址。由于每個(gè)裝置有一個(gè)獨(dú)特的片序列碼,總線可以連接的器件數(shù)目事實(shí)上是無限的。DS18B20的另一個(gè)功能是可以在沒有外部電源供電的情況下工作。當(dāng)總線處于高電平狀態(tài)，DQ與上拉電阻連接通過單總線對(duì)器件供電。同時(shí)處于高電平狀態(tài)的總線信號(hào)對(duì)內(nèi)部電容（Cpp）充電，在總線處于低電平狀態(tài)時(shí)，該電容提供能量給器件。這種提供能量的形式被稱為“寄生電源” 。作為替代選擇，DS18B20同樣可以通過V

31、DD引腳連接外部電源供電。圖3.3 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)表3.1 DS18B20引腳說明序號(hào)名稱引腳功能描述1GND地信號(hào)2DQ數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳。開漏單總線接口引腳。當(dāng)被用著在寄生電源下，也可以向器件提供電源3VDD可選擇的VDD引腳。當(dāng)工作于寄生電源時(shí)，此引腳必須接地(4) 硬件設(shè)計(jì)DS18B20可以通過從VDD引腳接入一個(gè)外部電源供電，或者可以工作于寄生電源模式，該模式允許DS18B20工作于無外部電源需求狀態(tài)。寄生電源在進(jìn)行遠(yuǎn)距離測(cè)溫時(shí)是非常有用的。當(dāng)總線為高電平時(shí)，寄生電源由單總線通過VDD引腳。這個(gè)電路會(huì)在總線處于高電平時(shí)偷能量，部分汲取的能量存儲(chǔ)在寄生電源儲(chǔ)能電容內(nèi)，在總線處于

32、低電平時(shí)釋放能量以提供給器件能量。當(dāng)DS18B20處于寄生電源模式時(shí)，VDD引腳必須接地。寄生電源模式下，單總線和電容在大部分操作中能提供充分的滿足規(guī)定時(shí)序和電壓的電流給DS18B20。然而，當(dāng)DS18B20正在執(zhí)行溫度轉(zhuǎn)換或從高速暫存器向EPPROM傳送數(shù)據(jù)時(shí)，工作電流可能1.5mA。這個(gè)電流可能會(huì)引起連接單總線的弱上拉電阻的不可接受的壓降，這需要更大的電流，而此時(shí)電容無法提供7。為了保證DS18B20由充足的供電，當(dāng)進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換或拷貝數(shù)據(jù)到EEPROM操作時(shí)，必須給單總線提供一個(gè)強(qiáng)上拉電阻。用漏極開路把I/O直接拉到電源上就可以實(shí)現(xiàn)。在發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換指令或拷貝暫存器指令之后，必須在至多10u

33、s之內(nèi)把單總線轉(zhuǎn)換到強(qiáng)上拉，并且在溫度轉(zhuǎn)換時(shí)序或拷貝數(shù)據(jù)時(shí)序必須一直保持為強(qiáng)上拉狀態(tài)。當(dāng)強(qiáng)上拉狀態(tài)保持時(shí)，不允許有其它的動(dòng)作。對(duì)DS18B20供電的另一種傳統(tǒng)辦法是從VDD引腳接入一個(gè)外部電源，見圖3.5。這樣做的好處是單總線上不需要強(qiáng)上拉。而且總線不用在溫度轉(zhuǎn)換期間總保持高電平。溫度高于100時(shí)，不推薦使用寄生電源，因?yàn)镈S18B20在這種溫度下表現(xiàn)出的漏電流比較大，通訊可能無法進(jìn)行。在類似這種溫度的情況下，強(qiáng)烈推薦使用DS18B20的VDD引腳。對(duì)于總線控制器不直到總線上的DS18B20是用寄生電源還是用外部電源的情況，DS18B20 預(yù)備了一種信號(hào)指示電源的使用意圖。總線控制器發(fā)出一個(gè)

34、Skip ROM指令，然后發(fā)出讀電源指令，這條指令發(fā)出后，控制器發(fā)出讀時(shí)序，寄生電源會(huì)將總線拉低，而外部電源會(huì)將總線保持為高。如果總線被拉低，總線控制器就會(huì)知道需要在溫度轉(zhuǎn)換期間對(duì)單總線提供強(qiáng)上拉。圖3.4 DS18B20 溫度轉(zhuǎn)換期間的強(qiáng)上拉供電圖3.5外部電源給 DS18B20 供電3.1.2 濕度傳感器(1) DHT11概述DHT11屬于Sensirion溫濕度傳感器家族中的插針型封裝系列。傳感器將傳感元件和信號(hào)處理電路集成在一塊微型電路板上，輸出完全標(biāo)定的數(shù)字信號(hào)。傳感器采用專利的CMOSens技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性與卓越的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。傳感器包括一個(gè)電容性聚合體測(cè)濕敏感元件、一

35、個(gè)用能隙材料制成的測(cè)溫元件，并在同一芯片上，與14位的A/D轉(zhuǎn)換器以及串行接口電路實(shí)現(xiàn)無縫連接。因此，該產(chǎn)品具有品質(zhì)卓越、響應(yīng)迅速、抗干擾能力強(qiáng)，性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)。每個(gè)傳感器芯片都在極為精確的濕度腔室中進(jìn)行標(biāo)定，校準(zhǔn)系數(shù)以程序形式儲(chǔ)存在OTP內(nèi)存中，用于內(nèi)部的信號(hào)校準(zhǔn)。兩線制的串行接口與內(nèi)部的電壓調(diào)整，使外圍系統(tǒng)集成變得快速而簡(jiǎn)單。(2) DHT11特點(diǎn)1) 濕溫度傳感器的一體化結(jié)構(gòu)能相對(duì)的同時(shí)對(duì)相對(duì)濕度和溫度進(jìn)行測(cè)量。 數(shù)字信號(hào)輸出，從而減少用戶信號(hào)的預(yù)處理負(fù)擔(dān)。2) 單總線結(jié)構(gòu)輸出有效的節(jié)省用戶控制器的I/O口資源。并且，不需要額外電 器元件。3) 獨(dú)特的單總數(shù)據(jù)傳輸線協(xié)議使得讀取傳感器的數(shù)

36、據(jù)更加便捷。4) 全部校準(zhǔn)。編碼方式為8位二進(jìn)制數(shù)。5) 40bit 二進(jìn)制數(shù)據(jù)輸出。其中濕度整數(shù)部分占1Byte，小數(shù)部分1Byte，溫度 整數(shù)部分1Byte，小數(shù)部分1Byte。其中，濕度為高16位。最后1Byte為和。 卓越的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，超低功耗。6) 4引腳安裝，超小尺寸。7) 各型號(hào)管腳完全可以互換。8) 測(cè)量濕度范圍從20RH到90RH；測(cè)量溫度范圍從0到50。 適用范圍包括恒濕控制，消費(fèi)家電類產(chǎn)品，溫濕度計(jì)等領(lǐng)域圖3.6 DHT11外形及引腳說明(3) DHT11引腳說明及工作原理傳感器管腳方向識(shí)別：正面（有通氣孔的一面）看過去，從左到右依次為1、2、3、4腳。表3.2 引腳說明

37、Pin名稱注釋1VDD供電 3-5.5VDC2DATA串行數(shù)據(jù)，單總線3NC空腳，請(qǐng)懸空4GND接地，電源負(fù)極數(shù)字濕溫度傳感器采用單總線數(shù)據(jù)格式。即單個(gè)數(shù)據(jù)引腳端口完成輸入輸出雙向傳輸。其數(shù)據(jù)包由5Byte（40Bit）組成。一次通訊時(shí)間最大3ms，數(shù)據(jù)分小數(shù)部分和整數(shù)部分，具體格式在下面說明。 DATA 用于微處理器與DHT11之間的通訊和同步，采用單總線數(shù)據(jù)格式，當(dāng)前小數(shù)部分用于以后擴(kuò)展，現(xiàn)讀出為0。操作流程如下：一次完整的數(shù)據(jù)傳輸為40bit，高位先出。數(shù)據(jù)格式：8bit濕度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit濕度小數(shù)數(shù)據(jù) +8bit溫度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit溫度小數(shù)數(shù)據(jù) +8bit校驗(yàn)和，校驗(yàn)和數(shù)據(jù)為前四個(gè)

38、字節(jié)相加。DHT11傳感器是通過奧松電子有限公司開發(fā)的單總線協(xié)議和上位機(jī)（控制器）進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。DHT11 傳感器需要嚴(yán)格的讀寫協(xié)議來確保數(shù)據(jù)的完整性。整個(gè)讀寫分為，上位機(jī)發(fā)送起始信號(hào)，上位機(jī)接收下位機(jī)發(fā)來的握手響應(yīng)信號(hào)，讀0和讀1四個(gè)步驟。所有的信號(hào)除主機(jī)啟動(dòng)復(fù)位信號(hào)外，全部都由 DHT11 產(chǎn)生。通過單總線訪問 DHT11順序歸納如下：1) 主機(jī)發(fā)開始信號(hào)2) 主機(jī)等待接收 DHT11 響應(yīng)信號(hào)3) 主機(jī)連續(xù)接收 40Bit 的數(shù)據(jù)和校驗(yàn)和4) 數(shù)據(jù)處理(4) DHT11與單片機(jī)連接的設(shè)計(jì)DHT11數(shù)字濕溫度傳感器連接電路簡(jiǎn)單，只需要占用控制器一個(gè)I/O口即可完成上下位的連接8。典型應(yīng)用電

39、路如下圖所示。另外，建議連接線長(zhǎng)度短于20時(shí)用5K上拉電阻，大于20米時(shí)根據(jù)實(shí)際情況使用合適的上拉電阻，如圖3.7所示。圖3.7 DHT11與MCU的連接3.2 信號(hào)分析與處理本系統(tǒng)的單片機(jī)型號(hào)選擇STC89C51芯片。STC89C51指令代碼完全兼容8051單片機(jī)，12時(shí)鐘/機(jī)器周期和6時(shí)鐘/機(jī)器周期可任意選擇，本系統(tǒng)中，選擇STC89C51單片機(jī)為該系統(tǒng)的總控芯片，STC89C51單片機(jī)可把由溫度、濕度檢測(cè)電路檢測(cè)出的信號(hào)數(shù)據(jù)傳輸?shù)絃ED顯示模塊，實(shí)現(xiàn)溫度、濕度的顯示；通過鍵盤設(shè)定報(bào)警值，超過溫度、濕度上下限，蜂鳴器實(shí)現(xiàn)報(bào)警。3.2.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)單片機(jī)系統(tǒng)的擴(kuò)展是以基本最小系統(tǒng)為基礎(chǔ)

40、的9，故應(yīng)首先熟悉應(yīng)用應(yīng)用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。單片機(jī)最小系統(tǒng)包括晶體振蕩電路、復(fù)位電路，其電路圖如圖3.8所示。圖3.8 單片機(jī)最小系統(tǒng)(1) 復(fù)位電路單片機(jī)復(fù)位的原理是在時(shí)鐘電路開始工作后，在單片機(jī)的RST引腳施加24個(gè)時(shí)鐘振蕩脈沖（即兩個(gè)機(jī)器周期）以上的高電平，單片機(jī)便可以實(shí)現(xiàn)復(fù)位。在復(fù)位期間，單片機(jī)的ALE引腳和PSEN引腳均輸出高電平。當(dāng)RST引腳從高電平跳變?yōu)榈碗娖胶?，單片機(jī)便從0000H單元開始執(zhí)行程序。在實(shí)際應(yīng)用中，一般采用既可以手動(dòng)復(fù)位，又可以上電復(fù)位的電路，這樣可以人工復(fù)位單片機(jī)系統(tǒng)，這種電路如圖3.9復(fù)位部分所示。上電復(fù)位電路部分的原理也是RC電路的充放電效應(yīng)。除了系統(tǒng)上電的時(shí)候可

41、以給RST引腳一個(gè)短暫的高電平信號(hào)外，當(dāng)按下按鍵開關(guān)的時(shí)候，VCC通過一個(gè)高電阻連接到RST引腳，給RST一個(gè)高電平，按鍵松開的時(shí)候，RST引腳恢復(fù)為低電平，復(fù)位完成。產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)的電路邏輯如圖3.9所示圖3.9復(fù)位信號(hào)的電路(2) 晶振電路時(shí)鐘電路是用于產(chǎn)生單片機(jī)正常工作時(shí)所需要的時(shí)鐘信號(hào)，STC89C51單片機(jī)內(nèi)部包含有一個(gè)振蕩器，可以用于CPU的時(shí)鐘源。另外也可以采用外部振蕩器，由外部振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)來供內(nèi)部CPU運(yùn)行使用。 內(nèi)部時(shí)鐘模式內(nèi)部時(shí)鐘模式是采用單片機(jī)內(nèi)部振蕩器來工作的模式。51系列單片機(jī)內(nèi)部包含有一個(gè)高增益的單級(jí)反相放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別為片內(nèi)放大器的輸入

42、端口和輸出端口,其工作頻率為033MHz。當(dāng)單片機(jī)工作于內(nèi)部時(shí)鐘模式的時(shí)候，只需在XTAL1引腳和XTAL2引腳連接一個(gè)晶體振蕩器或陶瓷振蕩器，并聯(lián)兩個(gè)電容后接地即可。使用時(shí)對(duì)于電容的選擇有一定得要求，具體如下：A 當(dāng)外接晶體振蕩器的時(shí)候，電容值一般選擇C1=C2=30±10pF；B 當(dāng)外接陶瓷振蕩器的時(shí)候，電容值一般選擇C1=C2=40±10pF。在實(shí)際電路設(shè)計(jì)時(shí)，盡量保證外接的振蕩器和電容盡可能接近單片機(jī)的XTAL1和XTAL2引腳，這樣可以減少寄生電容的影響，使振蕩器能夠穩(wěn)定可靠24地為單片機(jī)CPU提供時(shí)鐘信號(hào)。 外部時(shí)鐘模式外部時(shí)鐘模式是采用外部振蕩器產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)，

43、直接提供給單片機(jī)使用。如圖3.10所示，對(duì)于不同的結(jié)構(gòu)的單片機(jī)，外部時(shí)鐘信號(hào)接入的方式有所不同。對(duì)于普通的8051單片機(jī)，外部時(shí)鐘信號(hào)由XTAL2引腳接入后直接送到單片機(jī)內(nèi)部的時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器，而引腳XTAL1則應(yīng)直接接地。這里需要注意，由于XTAL2引腳的邏輯電平不是TTL信號(hào)，因此外接一個(gè)上拉電阻10。對(duì)于CMOS型的80C51,80C51,AT89S52等單片機(jī)，和普通的8051不同的是其內(nèi)部的時(shí)鐘信號(hào)取自于反相放大器的輸入端。因此外部的時(shí)鐘信號(hào)應(yīng)該接到單片機(jī)的XTAL1引腳，而XTAL2引腳懸空即可。圖3.10外部時(shí)鐘模式根據(jù)實(shí)際應(yīng)用，我們選擇內(nèi)部時(shí)鐘電路，外接頻率12.000MHz的晶

44、體振蕩器，選擇兩個(gè)電容值為30pF的陶瓷電容。3.2.2 STC89C51引腳介紹及管腳說明（1）引腳介紹 主電源引腳（2根）VCC(Pin40)：電源輸入，接5V電源GND(Pin20)：接地線 外接晶振引腳（2根）XTAL1(Pin19)：片內(nèi)振蕩電路的輸入端XTAL2(Pin20)：片內(nèi)振蕩電路的輸出端 控制引腳（4根）RST/VPP(Pin9)：復(fù)位引腳，引腳上出現(xiàn)2個(gè)機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位。ALE/PROG(Pin30)：地址鎖存允許信號(hào)PSEN(Pin29)：外部存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)EA/VPP(Pin31)：程序存儲(chǔ)器的內(nèi)外部選通，接低電平從外部程序存儲(chǔ)器讀指令，如果接高電平

45、則從內(nèi)部程序存儲(chǔ)器讀指令。(4) 可編程輸入/輸出引腳（32根）STC89C51單片機(jī)有4組8位的可編程I/O口，分別位P0、P1、P2、P3口，每個(gè)口有8位（8根引腳），共32根11。PO口（Pin39Pin32）：8位雙向I/O口線，名稱為P0.0P0.7P1口（Pin1Pin8）：8位準(zhǔn)雙向I/O口線，名稱為P1.0P1.7P2口（Pin21Pin28）：8位準(zhǔn)雙向I/O口線，名稱為P2.0P2.7P3口（Pin10Pin17）：8位準(zhǔn)雙向I/O口線，名稱為P3.0P3.7 管腳說明單片機(jī)采用40Pin封裝的雙列直接DIP結(jié)構(gòu)，它們的引腳配置如圖3.11所示，40個(gè)引腳中，正電源和地線兩

46、根，外置石英振蕩器的時(shí)鐘線兩根，4組8位共32個(gè)I/O口，中斷口線與P3口線復(fù)用。圖3.11引腳配置3.3 人機(jī)交互3.3.1 顯示模塊在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，一般都是把鍵盤和顯示器放在一起考慮。顯示器作為輸出部件，可以將系統(tǒng)的運(yùn)行結(jié)果、狀態(tài)等信息直觀地顯示出來供操作者了解系統(tǒng)的運(yùn)行情況和程序的執(zhí)行結(jié)果，本次設(shè)計(jì)的溫濕度實(shí)時(shí)信息采用LCD12864來顯示，其引腳及說明如表3.3所示表3.3 12864引腳說明編號(hào)名稱引腳說明編號(hào)名稱引腳說明1VSS電源地11DB4三態(tài)數(shù)據(jù)線2VDD電源正極12DB5三態(tài)數(shù)據(jù)線3V0對(duì)比度調(diào)整13DB6三態(tài)數(shù)據(jù)線4RS(CS)顯示數(shù)據(jù)14DB7三態(tài)數(shù)據(jù)線5R/W

47、讀/寫選擇端（H/L）15PSB傳輸方式6E使能信號(hào)16NC懸空7DB0三態(tài)數(shù)據(jù)線17RESET復(fù)位端，低電平有限8DB1三態(tài)數(shù)據(jù)線18VOUT驅(qū)動(dòng)電壓輸出端9DB2三態(tài)數(shù)據(jù)線19A背光源正極10DB3三態(tài)數(shù)據(jù)線20K背光源負(fù)極與MCU的連接如圖3.12所示圖3.12 LCD12864硬件連接圖3.3.2 報(bào)警電路壓電式蜂鳴器約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)，在此選用一個(gè)三極管來做驅(qū)動(dòng)。P1.7接三極管輸入端，當(dāng)P1.7輸出低電平時(shí)，三極管導(dǎo)通，壓電式蜂鳴器兩端獲得+5V電壓而發(fā)出報(bào)警，當(dāng)P1.7輸出為高電平時(shí)，三極管截止，蜂鳴器12停止工作。其硬件

48、電路連接如圖圖3.13 三極管驅(qū)動(dòng)的蜂鳴器報(bào)警電路3.4 本章小結(jié)本章主要介紹系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)，信號(hào)采集部分分別介紹了溫度傳感器、濕度傳感器傳感器的工作原理和它們各自與單片機(jī)的硬件連接，具體怎么連接還要結(jié)合程序來進(jìn)行操作。單片機(jī)對(duì)采集到的信號(hào)按照要求進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)功能，液晶屏也會(huì)在同時(shí)把檢測(cè)到的各種數(shù)據(jù)通過單片機(jī)處理之后顯示出來，讓用戶能夠?qū)崟r(shí)了解到所需信息，報(bào)警部分可以在所檢測(cè)數(shù)據(jù)超出設(shè)定范圍時(shí)給予用戶提示。4. 軟件設(shè)計(jì)4.1主程序流程圖系統(tǒng)監(jiān)控程序是系統(tǒng)的主程序，它是系統(tǒng)程序的框架，控制著單片機(jī)系統(tǒng)按預(yù)定操作方式運(yùn)轉(zhuǎn)。監(jiān)控程序的主要作用是能及時(shí)的響應(yīng)來自系統(tǒng)內(nèi)部的各種服務(wù)請(qǐng)求，有效地管

49、理系統(tǒng)自身軟硬件及人機(jī)對(duì)話設(shè)備與系統(tǒng)中其它設(shè)備交換信息，并在系統(tǒng)一旦出現(xiàn)故障時(shí)，及時(shí)作出相應(yīng)處理。該系統(tǒng)控制核心是單片機(jī)STC89C51，其工作過程是：系統(tǒng)通電后，單片機(jī)STC89C51進(jìn)入監(jiān)控狀態(tài)，同時(shí)完成對(duì)各擴(kuò)展端口的初始化工作。在沒有外部控制信息輸入的情況下，系統(tǒng)自動(dòng)采集溫濕度傳感器數(shù)據(jù)，最后產(chǎn)生的數(shù)據(jù)在LCD顯示器上顯示和蜂鳴器報(bào)警。4.2 DS18B20測(cè)溫流程圖準(zhǔn)備測(cè)溫時(shí)首先初始化DS18B20，初始化成功后，DS18B20接收單片機(jī)的命令，DS18B20在成功后啟動(dòng)測(cè)溫，進(jìn)行寫數(shù)據(jù)操作，然后將溫度保存起來，在測(cè)得溫度后，DS18B20會(huì)將溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)的溫度表示，然后將溫

50、度值顯示在LCD液晶顯示屏上。4.3 DHT11流程圖圖4.1DHT11流程圖4.4 鍵盤掃描程序流程圖圖4.2鍵盤掃描程序流程圖4.5本章小結(jié)本章主要介紹軟件設(shè)計(jì)流程圖，程序流程圖是人們對(duì)解決問題的方法、思路或算法的一種描述，流程圖包括系統(tǒng)主程序流程圖，測(cè)量溫度流程圖，測(cè)量濕度流程圖、鍵盤掃描流程圖。5. 總結(jié)本設(shè)計(jì)綜合利用單片機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)和LCD顯示等科學(xué)知識(shí)，完成了基于單片機(jī)的溫度、濕度和顯示裝置的設(shè)計(jì)。比較系統(tǒng)地介紹了硬件的組成及設(shè)計(jì)方法。利用單片機(jī)C語言完成了系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)。1) 把傳感器技術(shù)應(yīng)用到單片機(jī)控制系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)了對(duì)環(huán)境溫濕度的數(shù)據(jù)采集和讀取。2) 利用L

51、CD液晶的顯示技術(shù)完成了環(huán)境溫濕度及顯示電路的設(shè)計(jì)。3) 外接了蜂鳴器報(bào)警模塊，在超過設(shè)定溫濕度上下限時(shí)自動(dòng)報(bào)警。4) 整個(gè)系統(tǒng)軟硬件搭配合理，設(shè)計(jì)、開發(fā)、維護(hù)方便，性價(jià)比高。由于單片機(jī)經(jīng)濟(jì)實(shí)用、開發(fā)簡(jiǎn)便，因而在工業(yè)控制、農(nóng)業(yè)自動(dòng)化、家電智能化等領(lǐng)域占據(jù)了廣泛的市場(chǎng)。本文介紹的系統(tǒng)設(shè)計(jì)有一定的實(shí)用性，但該系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過程中仍有很多漏洞。還需要在智能化方面加以改進(jìn)。特別是在節(jié)省功耗，提高穩(wěn)定度等方面。不過，該產(chǎn)品有很好的可擴(kuò)性能，比如，該設(shè)備的測(cè)量結(jié)果不僅能在本地顯示，而且可以利用單片機(jī)的串行口和RS-485總線通信協(xié)議將采集的數(shù)據(jù)傳送到主控機(jī)，以進(jìn)行進(jìn)一步的存檔、處理。主控機(jī)負(fù)責(zé)控制指令的發(fā)送，

52、以控制各個(gè)從機(jī)的溫濕度，收集測(cè)量數(shù)據(jù)，并對(duì)測(cè)量結(jié)果(包括歷史數(shù)據(jù))進(jìn)行整理、顯示和存儲(chǔ)。主控機(jī)與從機(jī)之間也能夠相互聯(lián)系、相互協(xié)調(diào)，從而達(dá)到系統(tǒng)整體統(tǒng)一、和諧的效果。參考文獻(xiàn)1 金偉正.單線數(shù)字溫度傳感器的原理與應(yīng)用.J.電子技術(shù)與應(yīng)用.2000（6）2韓成浩，李柏峰，高曉紅.單總線溫度傳感器的實(shí)用技術(shù)及冗余校驗(yàn).J.制造業(yè)自動(dòng)化。2009(9)3沙占友，薛樹琦，葛家怡.溫濕度傳感器的發(fā)展趨勢(shì).J.電子技術(shù)應(yīng)用.2003(7)4單曉鋒，楊建紅.電容型溫濕度傳感器模擬計(jì)算與分析.J.半導(dǎo)體技術(shù).2010(11)5朱順蘭，王雪萍.光照強(qiáng)度傳感器及其變送電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).J.中國電子商務(wù).2009(12

53、)6姜連祥，汪小燕.基于光強(qiáng)傳感器TSL256x的感測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì).J.單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用.2006(12)7彭秋紅，沈占彬.基于單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì).J.機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新.2010(5)8包長(zhǎng)春.環(huán)境參數(shù)監(jiān)測(cè)與報(bào)警設(shè)備的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn):碩士學(xué)位論文.北京：北京工業(yè)大學(xué)20099洪新華，陳建鋒，霍鵬飛.基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì).J.湛江師范學(xué)院學(xué)報(bào)2010(6)10楊淑英.單片機(jī)應(yīng)用的廣闊前景.J.價(jià)值工程.2010(21)11胡漢才.單片機(jī)原理及接口技術(shù).北京：清華大學(xué)出版社.2004.636412李建昌，盧紅星，宮興，陳超超.一種基于AT89C51單片機(jī)的智能報(bào)警逃生門鎖系

54、統(tǒng).J.消防科學(xué)與技術(shù).2011(1). 附錄1：溫濕度檢測(cè)模塊void COM(void)           for(i=0;i<8;i+)  U8FLAG=2;       while(!P4_4)&&U8FLAG+);  /等待數(shù)據(jù)起始信號(hào)結(jié)束      Delay_30us()

55、;   /延時(shí)30-40us后判斷如果是低電平表示為數(shù)據(jù)0   /如果是高電平表示為數(shù)據(jù)1      U8temp=0;      if(P4_4)U8temp=1;      U8FLAG=2;      while(P4_4)&&U8FLAG+);  

56、0;      if(U8FLAG=1)break;          U8comdata<<=1;U8comdata|=U8temp;             void RH(void)      P4_4=0; &

57、#160;/拉低總線  Delay(25);    /主機(jī)拉低總線大于18ms作為開始信號(hào)  P4_4=1; /拉高總線  Delay_40us();  /開始信號(hào)發(fā)送完后拉高總線20-40us等待響應(yīng)P4_4=1;     if(!P4_4)      /從器件發(fā)送響應(yīng)     U8FLAG=2; 

58、;   while(!P4_4)&&U8FLAG+);  /超出時(shí)間后自動(dòng)認(rèn)為結(jié)束響應(yīng)   U8FLAG=2;   while(P4_4)&&U8FLAG+);   /發(fā)送數(shù)據(jù)的起始信號(hào)   COM();    /讀出濕度的整數(shù)部分   U8RH_data_H_temp=U8comdata;/   

59、;COM();   /讀出濕度的小數(shù)部分        U8RH_data_L_temp=U8comdata;COM();        U8T_data_H_temp=U8comdata; /讀出溫度的整數(shù)部分        COM();      

60、0; U8T_data_L_temp=U8comdata;  /讀出溫度的小數(shù)部分        COM();    /讀出校驗(yàn)數(shù)據(jù)        U8checkdata_temp=U8comdata;      P4_4=1;       

61、;  U8temp=(U8T_data_H_temp+U8T_data_L_temp   +U8RH_data_H_temp+U8RH_data_L_temp);/校驗(yàn)        if(U8temp=U8checkdata_temp)    /校驗(yàn)規(guī)則  U8RH_data_H=U8RH_data_H_temp; /濕度高位      

62、;     U8RH_data_L=U8RH_data_L_temp; /濕度低位，為0           U8T_data_H=U8T_data_H_temp;  /溫度高位           U8T_data_L=U8T_data_L_temp;  /溫度低位，為0

63、60;          U8checkdata=U8checkdata_temp; /校驗(yàn)位             wendu_shi=U8T_data_H/10;              wendu_ge=U8T

64、_data_H%10;             shidu_shi=U8RH_data_H/10;            shidu_ge=U8RH_data_H%10;            附錄2：報(bào)警模塊void baoji

65、ng()  /判斷是溫度越界還是濕度越界，不同的越界顯示不同的參數(shù)  if(U8T_data_H > wen_MAX | U8T_data_H < wen_MIN)    default_show=0;   Write_cmd_data(0x88,0xff);/取消閃爍   if(U8T_data_H > wen_MAX )       P0=0xff;  / 全部滅    DELAY_10nms(10);    P0=0xaa;    / 紅燈亮    DELAY_10nms(10);      if(U8T_data_H < wen_MIN)