基于單片機(jī)的倉庫溫濕度智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

目錄TOC\o"1-3"\h\u32153摘要 （1）25417Abstract （1）9101前言 （2）282771系統(tǒng)整體設(shè)計(jì) （3）29642硬件設(shè)計(jì) （3）61182.1芯片介紹 （3）287532.1.1單片機(jī)AT89C51 （3）137222.1.3液晶顯示LCD1602 （9）261302.2模塊功能介紹 （11）204542.2.1復(fù)位電路和時(shí)鐘電路 （11）276852.2.2傳感器電路 （11）265952.2.3顯示電路 （12）107862.2.4超限處理電路 （13）36272.3整體電路圖 （14）164353軟件設(shè)計(jì) （14）134143.1主程序框圖 （14）27783.2溫濕度采集及處理框圖 （15）144713.3LCD顯示框圖 （15）322114仿真與調(diào)試 （15）242314.1仿真軟件介紹 （15）58784.1.1Proteus簡介 （16）222264.1.2KeilC51編譯器簡介 （16）126244.2系統(tǒng)整體仿真圖 （19）57155結(jié)束語 （19）451致謝 （20）18490附錄 （20）4591參考文獻(xiàn) （24）基于單片機(jī)的倉庫溫濕度智能限制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要：本課題是基于AT89C51單片機(jī)的倉庫溫濕度智能限制系統(tǒng)，系統(tǒng)采納集溫濕度傳感器與A/D轉(zhuǎn)換器為一體的SHT11芯片作為溫濕度采集模塊，通過單片機(jī)處理進(jìn)而通過LCD1602構(gòu)成的顯示模塊顯示溫濕度。其它模塊包括了串行通信模塊和超限報(bào)警處理電路，分別實(shí)現(xiàn)了上下位機(jī)溫濕度給定值的設(shè)定和超限報(bào)警處理。本文主要介紹了系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡潔、好用，提高了測量精度和效率。關(guān)鍵詞：單片機(jī)；SHT11；LCD；溫濕度SCMbasedintelligenttemperatureandhumiditycontrolsystemdesignofwarehouseAbstract:ThistopicistheAT89C51microcontroller-basedwarehouseofintelligenttemperature-humiditycontrolsystem,thesystemusesthesettemperatureandhumiditysensorwitha/dconverterforoneSHT11-temperatureandhumiditydataacquisitionmodule,bysingle-chipcomputerinturnbyLCD1602constitutethedisplaymoduledisplaysthetemperatureandhumidity.Othermodulesincludeserialcommunicationmoduleandoverloadalarmcircuit,respectively,toachieveasetandoverloadalarmforagivenvalueoftemperatureandhumidity.Thisarticlemainlyintroducesthesystemofhardwaredesignandsoftwaredesign.Systemstructureissimple,practical,improvesaccuracyandefficiency.Keywords:singlechipmicrocomputer;SHT11;LCD;temperatureandhumidity前言防潮、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)。它干脆影響到儲備物資的運(yùn)用壽命和工作牢靠性。為保證日常工作的順當(dāng)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。因此我們須要一種造價(jià)低廉、運(yùn)用便利且測量精確的溫濕度測控設(shè)備。傳統(tǒng)的方法是用與溫度表、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，對不符合溫度和濕度要求的倉庫進(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)勁、效率低，且測試的溫度及濕度誤差大，隨機(jī)性大。目前，國內(nèi)大中型庫房在倉庫管理中由于技術(shù)和資金上的緣由，多數(shù)僅限于只對溫度進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)溫度超標(biāo)時(shí)進(jìn)行強(qiáng)制通風(fēng)和翻倉，即使如此，處理不剛好或因設(shè)備人力條件有限仍會造成大量損失。實(shí)現(xiàn)倉庫貯存物的溫升主要是由于濕度引起的，倉庫貯存物本身的水分過高或連續(xù)的高濕天氣將導(dǎo)致貯存物新陳代謝加快而放出熱量，放熱引起的溫升又使代謝進(jìn)一步加劇以至發(fā)霉變質(zhì)。這種惡性循環(huán)一旦形成很難進(jìn)行有效限制。因此，倉庫在進(jìn)行溫度監(jiān)測的同時(shí)，必需重視對空氣濕度的檢測，以利于提前實(shí)行有效措施限制倉庫貯存物升溫而霉變。本文所介紹的溫濕度智能限制系統(tǒng)是基于AT89C51單片機(jī)為限制核心，結(jié)合傳感器、通訊和數(shù)字電子電路技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了溫度和濕度檢測與倉庫溫度和濕度的有效限制，降低經(jīng)濟(jì)損失和勞動(dòng)強(qiáng)度。溫濕度傳感器在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、氣象、環(huán)保、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用。溫濕度采集系統(tǒng)目前普遍采納的幾種方案：方案一：采納單總線的DS1820的溫度傳感器和HS110X相對濕度傳感器組成的溫濕度采集系統(tǒng)。方案二：采納集溫濕度傳感器于一體的SHT11芯片為主要芯片的溫濕度采集系統(tǒng)。由于傳統(tǒng)的模擬式濕度傳感器（方案一）不僅要設(shè)計(jì)信號調(diào)理電路，還要經(jīng)過困難的校準(zhǔn)和標(biāo)定過程，其測量精度難以保證。而SHT11是瑞士Sensiri-on公司生產(chǎn)的具有二線串行接口的單片全校準(zhǔn)數(shù)字式新型相對濕度和溫度傳感器，可用來測量相對濕度、溫度和露點(diǎn)等參數(shù)，具有數(shù)字式輸出、免調(diào)試、免標(biāo)定、免外圍電路及全互換的特點(diǎn)。該傳感器將CMOS芯片技術(shù)與傳感器技術(shù)融合，為開發(fā)高集成度、高精度、高牢靠性的溫濕度測控系統(tǒng)供應(yīng)了解決方案。所以本設(shè)計(jì)采納的是方案二。1系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)核心部件為AT89C51，信號采集及處理部分由SHT11構(gòu)成，進(jìn)入單片機(jī)后經(jīng)處理后通過LCD1602顯示溫濕度，信號顯示采納的液晶屏為5×7點(diǎn)陣，一行可顯示16字，兩行。通過上位機(jī)部分對測量的溫濕度進(jìn)行上下值的設(shè)定，應(yīng)用RS-485通信方式完成測控電路與上位PC機(jī)的數(shù)據(jù)交換[5]。當(dāng)測量超過限定值，通過超限報(bào)警處理電路對其進(jìn)行處理分別顯示不同的二極管燈亮，蜂鳴器產(chǎn)生長鳴。硬件中包括一個(gè)開關(guān)，為復(fù)位開關(guān)。開機(jī)后，全部器件初始化，溫濕度傳感器SHT11起先進(jìn)行溫濕度測量和計(jì)算，最終通過LCD液晶顯示器顯示結(jié)果。在測量結(jié)果中有超過設(shè)定的溫濕度上下限的，通過超限模塊作出反應(yīng)。其他是一些附件，比如復(fù)位、晶振電路。整體電路框圖如圖1所示：SHTII溫濕度傳感器SHTII溫濕度傳感器復(fù)位電路晶振電路LCD1602信號顯示RS-485通信接口超限模塊PC機(jī)AT89C51單片機(jī)電源電路圖1整體電路框圖2硬件設(shè)計(jì)2.1芯片介紹單片機(jī)AT89C5189C51是一種帶4K字節(jié)可編程可擦除只讀存儲器（FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。89C2051是一種帶2K字節(jié)可編程可擦除只讀存儲器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除100次。該器件采納ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容[11]。由于將多功能8位CPU和閃耀存儲器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的89C51是一種高效微限制器，89C2051是它的一種精簡版本。89C51單片機(jī)為很多嵌入式限制系統(tǒng)供應(yīng)了一種敏捷性高且價(jià)廉的方案[1]。1、主要特性：·與MCS-51兼容；·4K字節(jié)可編程閃耀存儲器；·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；·三級程序存儲器鎖定；·128×8位內(nèi)部RAM；·32可編程I/O線；·兩個(gè)16位定時(shí)器/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、管腳說明(如圖2所示)[2]：VCC：供電電壓。圖2AT89C51芯片引腳圖GND：接地。P0口：P0口為一個(gè)8位漏級開路雙向I/O口，每腳可汲取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外部必需被拉高[3]。P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部供應(yīng)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常，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的原因。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)部上拉的原因。P2口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(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，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(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和限制信號。P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(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）這是由于上拉的原因。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如表1所示[4]：表1P3口管腳備選功能P3.0RXD串行輸入口P3.4T0記時(shí)器0外部輸入P3.1TXD串行輸出口P3.5T1記時(shí)器1外部輸入P3.2/INT0外部中斷0P3.6/WR外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通P3.3/INT1外部中斷1P3.7/RD外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通P3口同時(shí)為閃耀編程和編程校驗(yàn)接收一些限制信號。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)器周期的高電平常間。ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時(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。在平常，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要留意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時(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。假如微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。/PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。/EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平常，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。留意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平常，此間內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）[6]。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出[7]。3、振蕩器特性：XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采納。如采納外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，XTAL2應(yīng)不接。輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號要通過一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對外部時(shí)鐘信號的脈寬無任何要求，但必需保證脈沖的凹凸電平要求的寬度[8]。4、芯片擦除：整個(gè)PEROM陣列和三個(gè)鎖定位的電擦除可通過正確的限制信號組合，并保持ALE管腳處于低電平10ms來完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必需被執(zhí)行[9]。此外，AT89C51設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，CPU停止工作。但RAM，定時(shí)器，計(jì)數(shù)器、串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存RAM的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止[10]。5、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：·8位CPU；·2個(gè)16位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；·片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路；·5個(gè)中斷源，兩個(gè)中斷優(yōu)先級；·32根I/O線；·全雙工串行口；·外部存貯器尋址范圍ROM、RAM64K；·布爾處理器。溫濕度傳感器SHT11SHT11是瑞士Scnsirion公司推出的一款數(shù)字溫濕度傳感器芯片。溫濕度傳感器SHT11集溫度傳感器和濕度傳感器于一體，因此采納SHT11進(jìn)行溫濕度實(shí)時(shí)監(jiān)測的系統(tǒng)具有精度高、成本低、體積小、接口簡潔等優(yōu)點(diǎn)；另外SHT11芯片內(nèi)部集成了14位A/D轉(zhuǎn)換器，且采納數(shù)字信號輸出，因此抗干擾實(shí)力也比同類芯片高。該芯片在溫濕度監(jiān)測、自動(dòng)限制等領(lǐng)域均已得到廣泛應(yīng)用。該芯片廣泛應(yīng)用于暖通空調(diào)、汽車、消費(fèi)電子、自動(dòng)限制等領(lǐng)域。共主要特點(diǎn)如下：·高度集成，將溫度感測、濕度感測、信號變換、A/D轉(zhuǎn)換和加熱器等功能集成到一個(gè)芯片上；·供應(yīng)二線數(shù)字串行接口SCK和DATA，接口簡潔，支持CRC傳輸校驗(yàn)，傳輸牢靠性高；·測量精度可編程調(diào)整，內(nèi)置A/D轉(zhuǎn)換器(辨別率為8～12位，可以通過對芯片內(nèi)部寄存器編程選擇)；·測量精確度高，由于同時(shí)集成溫濕度傳感器，可以供應(yīng)溫度補(bǔ)償?shù)臐穸葴y量值和高質(zhì)量的露點(diǎn)計(jì)算功能；·封裝尺寸超小(7.62mm×5.08mm×2.5mm)，測量和通信結(jié)束后，自動(dòng)轉(zhuǎn)入低功耗模式；·高牢靠性，采納CMOSens工藝，測量時(shí)可將感測頭完全浸于水中。SHT11溫濕度傳感器采納SMD(LCC)表面貼片封裝形式，接口特別簡潔，引腳名稱及各引腳的功能如下：·腳1-GND和腳4-VDD——信號地和電源，其工作電壓范圍是2.4～5.5V；·腳2-DATA和腳3-SCK——二線串行數(shù)字接口，DATA為數(shù)據(jù)線，SCK為時(shí)鐘線；·腳5～8——未連接。SHT11的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理：溫濕度傳感器SHT11將溫度感測、濕度感測、信號變換、A/D轉(zhuǎn)換和加熱器等功能集成到一個(gè)芯片上，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3所示。該芯片包括一個(gè)電容性聚合體濕度敏感元件和一個(gè)用能隙材料制成的溫度敏感元件。這兩個(gè)敏感元件分別將濕度和溫度轉(zhuǎn)換成電信號，該電信號首先進(jìn)入微弱信號放大器進(jìn)行放大；然后進(jìn)入一個(gè)14位的A/D轉(zhuǎn)換器；最終經(jīng)過二線串行數(shù)字接口輸出數(shù)字信號。SHT11在出廠前，都會在恒濕或恒溫環(huán)境巾進(jìn)行校準(zhǔn)，校準(zhǔn)系數(shù)存儲在校準(zhǔn)寄存器中；在測量過程中，校準(zhǔn)系數(shù)會自動(dòng)校準(zhǔn)來自傳感器的信號。此外，SHT11內(nèi)部還集成了一個(gè)加熱元件，加熱元件接通后可以將SHT11的溫度上升5℃左右，同時(shí)功耗也會有所增加。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(yàn)證兩個(gè)傳感器元件的性能。在高濕(>95％RH)環(huán)境中，加熱傳感器可預(yù)防傳感器結(jié)露，同時(shí)縮短響應(yīng)時(shí)間，提高精度。加熱后SHT11溫度上升、相對濕度降低，較加熱前，測量值會略有差異。相對濕度相對濕度傳感器溫度傳感器I2C總線接口和CRC寄存器放大器14為A/D轉(zhuǎn)換器校準(zhǔn)存儲器 SCK DATA GND VDD圖3SHT11內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖微處理器是通過二線串行數(shù)字接口與SHT11進(jìn)行通信的。通信協(xié)議與通用的I2C總線協(xié)議是不兼容的，因此須要用通用微處理器I/O口模擬該通信時(shí)序。微處理器對SHT11的限制是通過5個(gè)5位吩咐代碼來實(shí)現(xiàn)的，吩咐代碼的含義如表2所示。表2SHT11限制吩咐代碼吩咐代碼含義00011測量溫度00101測量濕度00111讀內(nèi)部狀態(tài)寄存器00110寫內(nèi)部狀態(tài)寄存器11110復(fù)位吩咐，使內(nèi)部狀態(tài)寄存器復(fù)原默認(rèn)值。下一次吩咐前至少等待11ms其他保留SHT11應(yīng)用設(shè)計(jì)：微處理器采納二線串行數(shù)字接口和溫濕度傳感器芯片SHT11進(jìn)行通信，所以硬件接門設(shè)計(jì)特別簡潔；然而，通信協(xié)議是芯片廠家自己定義的，所以在軟件設(shè)計(jì)中，須要用微處理器通用I/O口模擬通信協(xié)議。硬件設(shè)計(jì)：SHT11通過二線數(shù)字串行接口來訪問，所以硬件接口電路特別簡潔。須要留意的地方是：DATA數(shù)據(jù)線須要外接上拉電阻，時(shí)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(dāng)工作電壓高于4.5V時(shí)，SCK頻率最高為10MHz，而當(dāng)工作電壓低于4.5V時(shí)，SCK最高頻率則為1MHz。軟件設(shè)計(jì)：微處理器和溫濕度傳感器通信采納串行二線接口SCK和DATA，其中SCK為時(shí)鐘線，DATA為數(shù)據(jù)線。該二線串行通信協(xié)議和I2C協(xié)議是不兼容的。在程序起先，微處理器須要用一組“啟動(dòng)傳輸”時(shí)序表示數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯?dòng)，如圖4所示。當(dāng)SCK時(shí)鐘為高電平常，DATA翻轉(zhuǎn)為低電平；緊接著SCK變?yōu)榈碗娖?，隨后又變?yōu)楦唠娖?；在SCK時(shí)鐘為高電平常，DATA再次翻轉(zhuǎn)為高電平。DATASCK圖4數(shù)據(jù)傳輸啟動(dòng)時(shí)序液晶顯示LCD16021602液晶也叫1602字符型液晶它是一種特地用來顯示字母、數(shù)字、符號等的點(diǎn)陣型液晶模塊它有若干個(gè)5×7或者5×11等點(diǎn)陣字符位組成，每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符。每位之間有一個(gè)點(diǎn)距的間隔每行之間也有間隔起到了字符間距和行間距的作用，正因?yàn)槿绱怂运荒茱@示圖形。1602LCD是指顯示的內(nèi)容為16×2,即可以顯示兩行，每行16個(gè)字符液晶模塊（顯示字符和數(shù)字）。在單片機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用晶液顯示器作為輸出器件有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：顯示質(zhì)量高、數(shù)字式接口、體積小、重量輕、功耗低。1602LCD主要技術(shù)參數(shù)：顯示容量:16×2個(gè)字符；芯片工作電壓:4.5—5.5V；工作電流:2.0mA(5.0V)；模塊最佳工作電壓:5.0V；字符尺寸:2.95×4.35(W×H)mm。1602采納標(biāo)準(zhǔn)的16腳接口，其中：第1腳：VSS為電源地。第2腳：VDD接5V電源正極。第3腳：V0為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對比度最弱，接地電源時(shí)對比度最高（對比度過高時(shí)會產(chǎn)生“鬼影”，運(yùn)用時(shí)可以通過一個(gè)10K的電位器調(diào)整對比度）；第5腳：RW為讀寫信號線，高電平“1”時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平“0”時(shí)進(jìn)行寫操作；第6腳：E(或EN)端為使能(enable)端。第7～14腳：D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)端。第15～16腳：空腳或背燈電源。15腳背光正極，16腳背光負(fù)極。1602LCD的指令說明剛好序：1602液晶模塊內(nèi)部的限制器共有11條限制指令，如表3所示。1602液晶模塊的讀寫操作、屏幕和光標(biāo)的操作都是通過指令編程來實(shí)現(xiàn)的。（說明：1為高電平、0為低電平）表31602LCD限制指令序號指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清顯示00000000012光標(biāo)返回000000001*3置輸入模式00000001I/DS4顯示開、關(guān)限制0000001DCB5光標(biāo)或字符移位000001S/CR/L**6置功能00001DLNF**7置字符發(fā)生存儲器地址0001字符發(fā)生存儲器地址8置數(shù)據(jù)存儲器地址001顯示數(shù)據(jù)存儲器地址9讀忙標(biāo)記活地址01BF計(jì)數(shù)器地址10寫數(shù)到CGRA,M或DDRAM10要寫的數(shù)據(jù)內(nèi)容11從CGRAM或DDRAM讀數(shù)11讀出的數(shù)據(jù)內(nèi)容指令1：清顯示，指令碼01H,光標(biāo)復(fù)位到地址00H位置。指令2：光標(biāo)復(fù)位，光標(biāo)返回到地址00H。指令3：光標(biāo)和顯示模式設(shè)置。I/D：光標(biāo)移動(dòng)方向，高電平右移，低電平左移；S：屏幕上全部文字是否左移或者右移。高電平表示有效，低電平則無效。指令4：顯示開關(guān)限制。D：限制整體顯示的開與關(guān)，高電平表示開顯示，低電平表示關(guān)顯示；C：限制光標(biāo)的開與關(guān)，高電平表示有光標(biāo)，低電平表示無光標(biāo)；B：限制光標(biāo)是否閃耀，高電平閃耀，低電平不閃耀。指令5：光標(biāo)或顯示移位。S/C：高電平常移動(dòng)顯示的文字，低電平常移動(dòng)光標(biāo)。指令6：功能設(shè)置吩咐。DL：高電平常為4位總線，低電平常為8位總線；N：低電平常為單行顯示，高電平常雙行顯示；F：低電平常顯示5×7的點(diǎn)陣字符，高電平常顯示5×10的點(diǎn)陣字符。指令7：字符發(fā)生器RAM地址設(shè)置。指令8：DDRAM地址設(shè)置。指令9：讀忙信號和光標(biāo)地址。BF：為忙標(biāo)記位，高電平表示忙，此時(shí)模塊不能接收吩咐或者數(shù)據(jù)，假如為低電平表示不忙。指令10：寫數(shù)據(jù)。指令11：讀數(shù)據(jù)。2.2模塊功能介紹復(fù)位電路和時(shí)鐘電路此復(fù)位電路的工作原理是：單片機(jī)的復(fù)位電路在剛接通電時(shí)，剛起先電容是沒有電的，電容內(nèi)的電阻很低，通電后，5V的電通過電阻給電容進(jìn)行充電，電容兩端的電會由0V漸漸的升到4V左右（此時(shí)間很短一般小于0.3秒），RC構(gòu)成的微分電路在上電瞬間產(chǎn)生一個(gè)微分脈沖，其寬度大于兩個(gè)機(jī)器周期，89C51將復(fù)位。正因?yàn)檫@樣，復(fù)位腳的電由低電位升到高電位，引起了內(nèi)部電路的復(fù)位工作，RST端電壓漸漸下降，降到肯定電壓值以后，即為低電平，單片機(jī)起先正常工作（這是單片機(jī)的上電復(fù)位，也叫初始化復(fù)位）；當(dāng)按下復(fù)位鍵時(shí)，電容兩端放電，電容又回到0V了，于是又進(jìn)行了一次復(fù)位工作（這是手動(dòng)復(fù)位原理）。如圖5所示。單片機(jī)工作的時(shí)間基準(zhǔn)是由時(shí)鐘電路供應(yīng)的，在單片機(jī)的XTAL1和XYAL2兩個(gè)管腳接一只晶振及兩只電容就構(gòu)成了單片機(jī)的時(shí)鐘電路[12]，如圖5所示。圖5手動(dòng)復(fù)位剛好鐘電路傳感器電路此模塊是整個(gè)電路設(shè)計(jì)的信號采集及初步處理的模塊，由溫濕度傳感器芯片SHT11構(gòu)成，如圖6所示。主要的功能結(jié)構(gòu)在前面的芯片介紹中已有，這里不重新介紹。下面介紹多點(diǎn)溫濕度采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，對于多點(diǎn)采集只需在單個(gè)采集的基礎(chǔ)上作一點(diǎn)程序上的改動(dòng)，所以本文只作介紹不作仿真，只對單個(gè)采集仿真[16]。圖6SHT11傳感器電路多點(diǎn)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)由于每個(gè)SHT11占用單片機(jī)兩個(gè)I/O口，所以單片機(jī)有限的I/O口資源將制約著單個(gè)微限制器上所能測量的最大點(diǎn)數(shù)；由于每個(gè)SHT11的測量所需時(shí)間是固定不變的，采納單獨(dú)操作的逐個(gè)測量方式在多點(diǎn)測量系統(tǒng)中必定導(dǎo)致數(shù)據(jù)采集時(shí)間過長、限制滯后，從而影響限制系統(tǒng)性能的提高。在倉庫測控應(yīng)用系統(tǒng)中，要求所采集的溫濕度數(shù)據(jù)是反應(yīng)整個(gè)倉庫相同時(shí)間點(diǎn)的總體狀況的，所以多個(gè)SHT11必需同時(shí)起先測量，即單片機(jī)必需同時(shí)向多個(gè)SHT11發(fā)送測量吩咐。結(jié)合倉庫應(yīng)用的具體要求，本文對多個(gè)SHT11傳感器和微限制器的連接方式實(shí)行如下方案：各SHT11的SCK線接到微限制器的同一個(gè)I/O口上,而DATA線則分別接到不同I/O口線上。這種連接方式有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：首先，n個(gè)傳感器只占用n+1個(gè)I/O口，比前述方式節(jié)約了n-1個(gè)I/O口，解決了多點(diǎn)測量系統(tǒng)中單片機(jī)I/O口資源短缺和盡可能增加測量點(diǎn)之間的沖突問題；其次，由于多個(gè)SHT11共用一條時(shí)鐘線所以在每次測量中可以同時(shí)發(fā)出測量吩咐，多個(gè)傳感器同時(shí)進(jìn)行測量，只需一次等待時(shí)間則完成了整體數(shù)據(jù)的收集，大大縮短了數(shù)據(jù)采集時(shí)間，為限制系統(tǒng)快速響應(yīng)供應(yīng)了條件[17]。下面以三點(diǎn)測量為例具體介紹該設(shè)計(jì)方案的實(shí)現(xiàn)，如圖7所示。測量部分中3個(gè)SHT11的SCK時(shí)鐘線均連接到AT89S52的P2.6口，而各DATA線分別接到P2.7、P2.5和P2.4。當(dāng)須要再增加測量點(diǎn)時(shí)只須要增加對應(yīng)的I/O口數(shù)即可以，而且只需對程序作很少的修改即可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的敏捷擴(kuò)展。圖7SHT11多點(diǎn)采集設(shè)計(jì)顯示電路此模塊是由LCD1602芯片組成實(shí)時(shí)溫濕度顯示的電路部分。LCD1602是一個(gè)兩行每行16字的液晶顯示屏，D0-D7接P0口，RW接地，RS、E接P2.0、P2.1起限制作用。如圖8所示。圖8LCD1604顯示及其連接電路超限處理電路此部分電路是由5個(gè)發(fā)光二極管和一個(gè)蜂鳴報(bào)警器構(gòu)成，分別是D0、D1、D2、D4和D5，蜂鳴器接單片機(jī)的P1.0口，發(fā)光二極管與單片機(jī)的連接部分如圖所示。D0、D1、D2、D4、D5分別代表著發(fā)光、降溫、加熱、干燥和加濕，一旦傳感器測定的溫濕度超過設(shè)定的限額，就會產(chǎn)生不同的發(fā)光反應(yīng)，起警示作用，同時(shí)蜂鳴報(bào)警器連續(xù)發(fā)出“滴”的聲音。如圖9所示。圖9超限處理警示電路和蜂鳴器電路部分2.3整體電路圖圖10整體電路圖3軟件設(shè)計(jì)3.1主程序框圖圖11主程序框圖3.2溫濕度采集及處理框圖

圖12SHT11溫濕度采集處理框圖3.3LCD顯示框圖圖13LCD顯示框圖4仿真與調(diào)試4.1仿真軟件介紹本設(shè)計(jì)用到了Proteus和Keilc51兩種軟件，兩者能完備的結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)虛擬的實(shí)物效果，為以后的實(shí)物焊接供應(yīng)了保障[18]。Proteus簡介Proteus軟件是來自英國Labcenterelectronics公司的EDA工具軟件，Proteus軟件有十多年的歷史，在全球廣泛運(yùn)用，除了其具有和其它EDA工具一樣的原理布圖、PCB自動(dòng)或人工布線及電路仿真的功能外，其革命性的功能是，他的電路仿真是互動(dòng)的，針對微處理器的應(yīng)用，還可以干脆在基于原理圖的虛擬原型上編程，并實(shí)現(xiàn)軟件源碼級的實(shí)時(shí)調(diào)試，如有顯示及輸出，還能看到運(yùn)行后輸入輸出的效果，協(xié)作系統(tǒng)配置的虛擬儀器如示波器、邏輯分析儀等。Proteus組合了高級原理布圖、混合模式SPICE仿真,PCB設(shè)計(jì)以及自動(dòng)布線來實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整的電子設(shè)計(jì)系統(tǒng)。此系統(tǒng)受益于15年來的持續(xù)開發(fā)，被《電子世界》在其對PCB設(shè)計(jì)系統(tǒng)的比較文章中評為最好產(chǎn)品—“TheRoutetoPCBCAD”。Proteus產(chǎn)品系列也包含了革命性的VSM技術(shù)，用戶可以對基于微限制器的設(shè)計(jì)連同全部的四周電子器件一起仿真。用戶甚至可以實(shí)時(shí)采納諸如LED/LCD、鍵盤、RS232終端等動(dòng)態(tài)外設(shè)模型來對設(shè)計(jì)進(jìn)行交互仿真。其功能模塊：—個(gè)易用而又功能強(qiáng)大的ISIS原理布圖工具；PROSPICE混合模型SPICE仿真；ARESPCB設(shè)計(jì)。PROSPICE仿真器的一個(gè)擴(kuò)展PROTEUSVSM：便于包括全部相關(guān)的器件的基于微處理器設(shè)計(jì)的協(xié)同仿真。此外，還可以結(jié)合微限制器軟件運(yùn)用動(dòng)態(tài)的鍵盤，開關(guān)，按鈕，LED甚至LCD顯示CPU模型。>>支持很多通用的微限制器，如PIC，AVR，HC11以及8051最新支持ARM>>交互的裝置模型包括：LED和LCD顯示，RS232終端，通用鍵盤，I2C，SPI器件>>強(qiáng)大的調(diào)試工具，包括寄存器和存儲器，斷點(diǎn)和單步模式>>IARC-SPY和KeiluVision2等開發(fā)工具的源層調(diào)試>>應(yīng)用特殊模型的DLL界面-供應(yīng)有關(guān)元件庫的全部文件最新版支持特別豐富仿真元件共7000多種，還有很多第三方模型。如MMC卡，以太網(wǎng)卡，ATA硬盤，麥克風(fēng)，等等。KeilC51編譯器簡介1、8051開發(fā)工具KeilC51標(biāo)準(zhǔn)C編譯器為8051微限制器的軟件開發(fā)供應(yīng)了C語言環(huán)境,同時(shí)保留了匯編代碼高效，快速的特點(diǎn)。C51編譯器的功能不斷增加，使你可以更加貼近CPU本身，及其它的衍生產(chǎn)品。C51已被完全集成到uVision2的集成開發(fā)環(huán)境中，這個(gè)集成開發(fā)環(huán)境包含：編譯器，匯編器，實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，項(xiàng)目管理器，調(diào)試器。uVision2IDE可為它們供應(yīng)單一而敏捷的開發(fā)環(huán)境。2、uVision2集成開發(fā)環(huán)境(1)項(xiàng)目管理工程(project)是由源文件、開發(fā)工具選項(xiàng)以及編程說明三部分組成的。一個(gè)單一的uVision2工程能夠產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)目標(biāo)程序。產(chǎn)生目標(biāo)程序的源文件構(gòu)成“組”。開發(fā)工具選項(xiàng)可以對應(yīng)目標(biāo)，組或單個(gè)文件。uVision2包含一個(gè)器件數(shù)據(jù)庫(devicedatabase)，可以自動(dòng)設(shè)置匯編器、編譯器、連接定位器及調(diào)試器選項(xiàng)，來滿意用戶充分利用特定微限制器的要求。此數(shù)據(jù)庫包含：片上存儲器和外圍設(shè)備的信息，擴(kuò)展數(shù)據(jù)指針(extradatapointer)或者加速器(mathaccelerator)的特性。uVision2可以為片外存儲器產(chǎn)生必要的連接選項(xiàng)：確定起始地址和規(guī)模。(2)集勝利能uVision2的強(qiáng)大功能有助于用戶按期完工。A.集成源極閱讀器利用符號數(shù)據(jù)庫運(yùn)用戶可以快速閱讀源文件。用具體的符號信息來優(yōu)化用戶變數(shù)存儲器。B.文件找尋功能：在特定文件中執(zhí)行全局文件搜尋。C.工具菜單：允許在V2集成開發(fā)環(huán)境下啟動(dòng)用戶功能。D.可配置SVCS接口：供應(yīng)對版本限制系統(tǒng)的入口。E.PC－LINT接口：對應(yīng)用程序代碼進(jìn)行深層語法分析。3、第三部分編輯器和調(diào)試器(1)源代碼編輯器uVision2編輯器包含了全部用戶熟識的特性。彩色語法顯像和文件辯識都對C源代碼進(jìn)行和優(yōu)化?？梢栽诰庉嬈鲀?nèi)調(diào)試程序，它能供應(yīng)一種自然的調(diào)試環(huán)境，使你更快速地檢查和修改程序。(2)斷點(diǎn)uVision2允許用戶在編輯時(shí)設(shè)置程序斷點(diǎn)（甚至在源代碼未經(jīng)編譯和匯編之前）。用戶啟動(dòng)V2調(diào)試器之后，斷點(diǎn)即被激活。斷點(diǎn)可設(shè)置為條件表達(dá)式，變量或存儲器訪問，斷點(diǎn)被觸發(fā)后，調(diào)試器吩咐或調(diào)試功能即可執(zhí)行。在屬性框(attributescolumn)中可以快速閱讀斷點(diǎn)設(shè)置狀況和源程序行的位置。代碼覆蓋率信息可以讓你區(qū)分程序中已執(zhí)行和未執(zhí)行的部分。(3)調(diào)試函數(shù)語言uVision2中，你可以編寫或運(yùn)用類似C的數(shù)語言進(jìn)行調(diào)試。A.內(nèi)部函數(shù)：如printf，memset，rand及其它功能的函數(shù)。B.信號函數(shù)：模擬產(chǎn)生CPU的模擬信號和脈沖信號(simulateanaloganddigitalinputstoCPU)。C.用戶函數(shù)：擴(kuò)展指令范圍，合并重復(fù)動(dòng)作。(4)變量和存儲器用戶可以在編輯器中選中變呈來視察其取值。雙層窗口顯示，可進(jìn)行以下調(diào)整：A.當(dāng)前函數(shù)的局部變量B.用戶在兩個(gè)不同watch窗口頁面上的自定義變量C.堆棧調(diào)用(callstack)頁面上的調(diào)用記錄（樹）(calltree)D.不同格式的四個(gè)存儲區(qū)4、C51編譯器KeilC51編譯器在遵循ANSI標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，為8051微限制器系列特殊設(shè)計(jì)。語言上的擴(kuò)展能讓用戶運(yùn)用應(yīng)用中的全部資源。(1)存儲器和特殊功能寄存器的存取C51編譯器可以實(shí)現(xiàn)對8051系列全部資源的操作。SFR的存取由sfr和sbit兩個(gè)關(guān)鍵字來供應(yīng)。變量可旋轉(zhuǎn)到任一個(gè)地址空間。用關(guān)鍵字－at－還能把變量放入固定的存儲器存儲模式（大，中，?。┐_定了變量的存儲類型。連接定位器支持的代碼區(qū)可達(dá)32個(gè)，這就允許用戶在原有64KROM的8015基礎(chǔ)上擴(kuò)展程序。在V2的編譯器和很多高性能仿真器中，可以支持應(yīng)用程序的調(diào)試。(2)中斷功能C51允許用戶運(yùn)用C語言編寫中斷服務(wù)程序，快速進(jìn)、出代碼和寄存器區(qū)的轉(zhuǎn)換功能使C語言中斷功能更加高效?？稍偃牍δ苁怯藐P(guān)鍵字來定義的。多任務(wù)，中斷或非中斷的代碼要求必需具備可再入功能。(3)敏捷的指針C51供應(yīng)了敏捷高效的指針。通用指針用3個(gè)字節(jié)來存儲存儲器類型及目標(biāo)地址，可以在8051的隨意存儲區(qū)內(nèi)存取任何變量。特殊指針在聲明的同時(shí)已指定了存儲器類型，指向某一特定的存儲區(qū)域。由于地址的存儲只需1－2字節(jié)，因此，指針存取特別快速。4.2系統(tǒng)整體仿真圖圖14系統(tǒng)整體仿真圖5結(jié)束語由于采納的是高效單片機(jī)作為核心，集溫度傳感器和濕度傳感器于一體的SHT11作為主要的采集與測量系統(tǒng)，其中它自帶的A/D轉(zhuǎn)換器，使得此溫濕度限制儀具有精度高、成本低、體積小、接口簡潔等優(yōu)點(diǎn)，還具有良好抗干擾實(shí)力。加上優(yōu)化程序，使得本系統(tǒng)具有很高的好用性。單片機(jī)的應(yīng)用如今已經(jīng)在工業(yè)、電子等方方面面展示出了它的優(yōu)越性，利用單片機(jī)在設(shè)計(jì)電路漸漸成了趨勢，它與外圍的簡潔電路再加上優(yōu)化程序就可以構(gòu)建隨意的產(chǎn)品，使得本設(shè)計(jì)成為現(xiàn)實(shí)。隨著單片機(jī)的日益發(fā)展，它必將在將來顯示出更大的活力，為電子設(shè)計(jì)增加更多精彩。在設(shè)計(jì)過程中，由于時(shí)間和本人實(shí)力的限制，設(shè)計(jì)中存在一些須要改進(jìn)和優(yōu)化的地方。測量精度有待進(jìn)一步提高，軟件設(shè)計(jì)也存在不合理之處。但從設(shè)計(jì)過程中，對于單片機(jī)有更進(jìn)一步的相識，對用于單片機(jī)仿真的軟件操作實(shí)力也明顯提高，通過此設(shè)計(jì)，本人受益頗豐。致謝回首自己走過的高校生活，心中倍感困難，但是當(dāng)我寫完這篇畢業(yè)論文時(shí)，雖如釋負(fù)重，卻又有些失落。首先我要感謝學(xué)院能夠給我一個(gè)很好的學(xué)習(xí)環(huán)境。真誠的感謝我的論文指導(dǎo)老師，能在勞碌的教學(xué)生活中審查、修改我的論文。同時(shí)我也要感謝在這里曾經(jīng)教化過我的老師。至此，我的論文在指導(dǎo)老師的悉心指導(dǎo)下完成了。從選題，定題起先，始終到最終論文反反復(fù)復(fù)的修改，老師總是以專業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)來嚴(yán)格要求我，在老師深刻細(xì)致的指導(dǎo)下，我的探討思維和設(shè)計(jì)理念有了很大的提高，我的畢業(yè)論文能夠順當(dāng)完成還要對老師說聲感謝。感謝高校生活中陪伴我的同學(xué)、摯友，在他們的陪伴下，我收到了很多珍貴的建議和看法，有了他們的陪伴和支持，我完成了這一設(shè)計(jì)，他們是我高校生活的一部分，不僅改善了我生活和學(xué)習(xí)習(xí)慣，更讓我知道了為人處事的道理。從論文選題到搜集資料，寫稿到初稿，再到反復(fù)修改，期間經(jīng)驗(yàn)了喜悅、聒噪、彷徨和掙扎，寫論文的過程中心情太困難，但是在自己不斷的探究努力及老師指導(dǎo)下，最終完成，心中不免有些成就感。也讓我對本專業(yè)的只是有了進(jìn)一步的了解，查閱書籍，翻看問下，從朦朦朧朧到豁然開朗，我感覺自己在成長。這次設(shè)計(jì)為我在今后的專業(yè)工作中打下了肯定的基礎(chǔ)。附錄參考程序如下：#include<reg52.h>#include"SHT.h"#include"lcd1602.h"unsignedchartable[]="yangling";unsignedcharshtdatah,shtdatal;unsignedlongshtdata;//為實(shí)際數(shù)值的100倍voidjisuan_humidity(void){ unsignedlongaa,bb; shtdatah&=0x0f; aa=(unsignedlong)(shtdatah*256+shtdatal); bb=aa; aa=405*aa; aa/=100; bb=bb*bb; bb=28*bb; bb/=100000; shtdata=aa-400-bb;}voidjisuan_temp(void){ unsignedlongaa; shtdatah&=0x3f; aa=(unsignedlong)(shtdatah*256+shtdatal); shtdata=aa-4000;}voidsht_all(void){ unsignedintj; read_temp(); jisuan_temp(); j=3; if(shtdata/10000==0){lcd_display(1,3,'');} else{lcd_display(1,j,0x30+shtdata/10000);j++;} lcd_display(1,j++,0x30+(shtdata/1000)%10);//顯示溫度 lcd_display(1,j++,0x30+(shtdata/100)%10); lcd_display(1,j++,0x30+(shtdata/10)%10); lcd_display(1,j++,0x30+(shtdata%10)); read_humidity(); jisuan_humidity(); j=11; if(shtdata/10000==0)lcd_display(1,11,''); elselcd_display(1,j++,0x30+shtdata/10000); lcd_display(1,j++,0x30+(shtdata/1000)%10);//顯示濕度 lcd_display(1,j++,0x30+(shtdata/100)%10); lcd_display(1,j++,0x30+(shtdata/10)%10); lcd_display(1,j++,0x30+(shtdata%10));}voidmain(void){ unsignedchari; lcd_init(); sht_init(); lcd_display(1,1,'T'); lcd_display(1,2,':'); lcd_display(1,9,'H'); lcd_display(1,10,':'); for(i=0;i<8;i++) lcd_display(2,i+1,table[i]); lcd_display(2,12,'S'); lcd_display(2,13,'H'); lcd_display(2,14,'T'); lcd_display(2,15,0X31); lcd_display(2,16,0X31); while(1) { delay(100); sht_all(); delay(100); }}#ifndef_lcd1602_h#define_lcd1602_h#include<reg52.h>sbitlcde=P2^0;sbitlcdrs=P2^1;//1date0commandvoiddelay(unsignedintz);voidwrite_com(unsignedcharcdate);voidwrite_date(unsignedchardate