基于51單片機的濕度控制系統(tǒng)設(shè)計

..基于51單片機的濕度控制系統(tǒng)設(shè)計摘要：生活上，適宜的空氣濕度有益于人們的身體安康；工業(yè)上，芯片的封裝，設(shè)備的維護以及工廠的裝配等，都需要在適宜的濕度下進展。該課題對空氣的濕度進展研究，采用單片機和濕度模塊組成的濕度控制系統(tǒng)，對環(huán)境的濕度進展數(shù)據(jù)采集、處理。系統(tǒng)通過測量當前環(huán)境的絕對濕度，及時、準確地了解空氣濕度的變化，并將當時絕對濕度值與預設(shè)的上下限值進展比擬，如果不在適宜的空氣濕度圍，系統(tǒng)會自動發(fā)出報警。本設(shè)計具有控制方便、組態(tài)簡單和靈活性大等優(yōu)點。關(guān)鍵詞：單片機；濕度傳感器；ADC0832數(shù)模轉(zhuǎn)換目錄TOC\o"1-3"\h\u20482序言 120509第一章系統(tǒng)的整體設(shè)計方案 2108341.1設(shè)計容2179391.2系統(tǒng)框圖215071.3系統(tǒng)設(shè)計方案258001.4系統(tǒng)完成的技術(shù)指標45995第二章系統(tǒng)的硬件設(shè)計方案 5207022.1控制模塊設(shè)計方案5129222.1.1控制芯片選擇思路5246342.1.2單片機選擇方案5107382.1.3AT89C51芯片簡介6132662.2濕度檢測模塊介紹及選擇方案93242.2.1濕度檢測模塊選擇思路9141252.2.2濕度傳感器選擇1063892.3模數(shù)轉(zhuǎn)換介紹11120832.3.1模數(shù)轉(zhuǎn)換器選擇方案11316672.4報警模塊簡介13129672.4.1蜂鳴器驅(qū)動方式136177第三章硬件模塊功能實現(xiàn) 14195533.1顯示電路14140453.2復位開關(guān)電路17135343.3振蕩電路19193843.4ADC0832實現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換2081993.5電路的排版連線設(shè)計2213877第四章系統(tǒng)的軟件與調(diào)試 22249014.1C語言簡介22252094.2總程序流程圖23230674.2.1濕度檢測顯示電路24254254.2.2按鍵顯示局部25128894.2.3報警電路局部26262934.3程序設(shè)計26246第五章系統(tǒng)調(diào)試27310085.1硬件調(diào)試27135815.2軟件調(diào)試2726744完畢語 2923378參考文獻 3021341致 3120900附錄 3223307附錄一：程序清單3219414附錄二：元器件清單4017764附錄三：硬件原理圖416218附錄四：PCB圖41886附錄五：實物圖42..序言目前我國已經(jīng)進入全面建立小康社會的階段，無論經(jīng)濟還是文化都已經(jīng)開展到了一個另世人矚目的時期。但是，我們常常會聽到有人無奈的說：天有不測風云??！我們都在抱怨氣候的變化無常，而我們卻無法控制。過去，面對突如其來的變化，如溫度、濕度的變化，我們束手無策。人們試圖研制一種可以預測氣候的系統(tǒng)，因此有了天氣預報。但是天氣預報只能告訴我們一些大概的信息，不能準確的獲知我們身邊的信息。于是，本課題設(shè)計一種能準確獲知我們身邊氣候的系統(tǒng)——濕度控制系統(tǒng)。測試其中最難測量的物理量——濕度，并對其進展處理、控制[1~3]。本檢測系統(tǒng)也可應用于環(huán)境保護、工業(yè)控制、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等方面[4~5]。設(shè)計電路以單片機為核心，配以濕度檢測模塊、報警電路、鍵盤電路和LED數(shù)碼管顯示電路。本設(shè)計能控制我們的生存空間，使人們的生活更舒適。所以說，這是一個實用而且具有開展前途的設(shè)計。第一章系統(tǒng)的整體設(shè)計方案1.1設(shè)計容本次設(shè)計分為兩個容：硬件、軟件。硬件以單片機為核心，配以濕度模塊電路、鍵盤電路、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、顯示電路和報警電路。主要實現(xiàn)以下功能：1．通過濕度模塊電路對環(huán)境的濕度進展數(shù)據(jù)采集；2．通過單片機對采集的數(shù)據(jù)進展處理；3．當環(huán)境濕度低于或者高于設(shè)置濕度時啟動報警。濕度檢測系統(tǒng)是一個智能化的系統(tǒng)，它的軟件主要實現(xiàn)功能：1．單片機能夠控制濕度模塊對空氣的濕度進展采樣；2．把采集的數(shù)據(jù)通過單片機處理，再以十進制的形式顯示出來；3．按鍵和顯示電路可對設(shè)置的報警上下限值進展更改，并通過顯示電路顯示出來。1.2系統(tǒng)框圖本次設(shè)計的系統(tǒng)框圖見圖1-1。解析：單片機控制濕度模塊AM1001對環(huán)境的濕度進展檢測并通過單片機處理用數(shù)碼管顯示出來，鍵盤電路可設(shè)置報警的上下限值，當環(huán)境濕度高于上限或者低于下限報警值時，啟動報警電路，即蜂鳴器響。1.3系統(tǒng)設(shè)計方案本設(shè)計大體分為6步：1．設(shè)計之前，查找資料。先對濕度的概念進展了解，并了解一些濕度傳感器的工作原理。圖1-1硬件電路組成框圖濕度，表示大氣枯燥程度的物理量。在一定的溫度下在一定體積的空氣里含有的水汽越少，那么空氣越枯燥；水汽越多，那么空氣越潮濕。空氣的干濕程度叫做"濕度〞。在此意義下，常用絕對濕度、相對濕度、比擬濕度、混合比、飽和差以及露點等物理量來表示；假設(shè)表示在濕蒸汽中液態(tài)水分的重量占蒸汽總重量的百分比，那么稱之為蒸汽的濕度?？諝鉂穸仁侵缚諝獬睗竦某潭?，可用相對濕度(RH)表示。相對濕度是指空氣實際所含水蒸氣密度和同溫下飽和水蒸氣密度的百分比值。人體在室感覺舒適的最正確相對濕度是，49％～5l％，相對濕度過低或過高，對人體都不適甚至有害。絕對濕度是一定體積的空氣中含有的水蒸氣的質(zhì)量，一般其單位是克/立方米。絕對濕度的最大限度是飽和狀態(tài)下的最高濕度。絕對濕度只有與溫度一起才有意義，因為空氣中能夠含有的濕度的量隨溫度而變化，在不同的溫度中絕對濕度也不同，因為隨著溫度的變化空氣的體積也要發(fā)生變化。但絕對濕度越靠近最高濕度，它隨溫度的變化就越小。2．分析系統(tǒng)的主要性能；3．對整個電路的流程進展分析；4．硬件的準備以及焊接；5．用c語言進展軟件的編寫并仿真；6．將硬件和軟件進展系統(tǒng)仿真直至完成設(shè)計。1.4系統(tǒng)完成的技術(shù)指標1．實時顯示絕對濕度，系統(tǒng)的精度為10mg/L；2．采用3位數(shù)碼管進展?jié)穸蕊@示；3．顯示報警上限值為180mg/L，下限值為90mg/L；4．濕度超過上下限濕度時進展報警；5．數(shù)碼管采用動態(tài)顯示方式。第二章系統(tǒng)的硬件設(shè)計方案2.1控制模塊設(shè)計方案控制芯片選擇思路該課題的設(shè)計意義在于可以自動檢測環(huán)境的濕度，并根據(jù)環(huán)境濕度的變化來自動執(zhí)行相應的除濕、加濕工作，以提醒人們在適宜的濕度下進展工作、生活。目前，面向控制性領(lǐng)域且使用最為廣泛的控制芯片是單片機。單片機滲透到我們生活的各個領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個領(lǐng)域沒有單片機的蹤跡。導彈的導航裝置，飛機上各種儀表的控制，計算機的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動化過程的實時控制和數(shù)據(jù)處理等等都離不開單片機。單片機選擇方案方案一：選用STC單片機STC公司的單片機主要是基于8051核，是新一代增強型單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，速度快8~12倍，帶ADC，4路PWM，雙串口，有全球唯一ID號，加密性好，抗干擾強[6]。方案二：選用PIC單片機PIC單片機是MICROCHIP公司的產(chǎn)品，其突出的特點是體積小，功耗低，精簡指令集，抗干擾性好，可靠性高，有較強的模擬接口，代碼性好，大局部芯片有其兼容的FLASH程序存儲器的芯片[7]。方案三：選用ATMEL單片機ATMEl公司的8位單片機有AT89、AT90兩個系列，AT89系列是8位Flash單片機，與8051系列單片機相兼容，靜態(tài)時鐘模式[8]。ATMEL公司把EERROM及Flash技術(shù)巧妙的用于形成特殊的集成電路，在系統(tǒng)的開發(fā)過程中可以十分容易進展程序的修改，這就大大縮短了系統(tǒng)的開發(fā)周期。同時，在系統(tǒng)工作過程中，能有效地保存一些數(shù)據(jù)信息，即使外界電源損壞也不影響到信息的保存。本設(shè)計要求可以隨時改變濕度報警的上下限值，ATMEL單片機的EERROM及Flash技術(shù)對本設(shè)計比擬實用〔控制方便〕，所以控制芯片選擇ATMEL51系列單片機。2.1.3AT89C51芯片簡介圖2-1AT89C51芯片實物圖AT89C51提供以下的功能標準：4K字節(jié)閃爍存儲器，128字節(jié)隨機存取數(shù)據(jù)存儲器，32個I/O口，2個16位定時/計數(shù)器，1個5向量兩級中斷構(gòu)造，1個串行通信口，片震蕩器和時鐘電路。另外，AT89C51還可以進展0HZ的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件的節(jié)電模式。閑散方式停頓中央處理器的工作，能夠允許隨機存取數(shù)據(jù)存儲器、定時/計數(shù)器、串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存隨機存取數(shù)據(jù)存儲器中的容，但震蕩器停頓工作并制止其它所有部件的工作直到下一個復位[9~11]。\o"返回頁首"主要特性：·與MCS-51兼容

·4K字節(jié)可編程閃爍存儲器

·壽命：1000寫/擦循環(huán)

·數(shù)據(jù)保存時間：10年

·全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz

·三級程序存儲器鎖定

·128×8位部RAM

·32可編程I/O線

·兩個16位定時器/計數(shù)器·5個中斷源

·可編程串行通道·低功耗的閑置和掉電模式圖2-2單片機管腳圖·片振蕩器和時鐘電路\o"返回頁首"管腳說明：VCC：供電電壓。

GND：接地。

P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當P1口的管腳第一次寫1時，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，P0口作為原碼輸入口，當FIASH進展校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。

P1口：P1口是一個部提供上拉電阻的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，被部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時將輸出電流，這是由于部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。P2口：P2口為一個部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫"1”時，其管腳被部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進展存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址"1P3口：P3口管腳是8個帶部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入"1”P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示表2-1AT89C51芯片p3口特殊功能表P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。

RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，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，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目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想制止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時，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制止，置位無效。EQ\*jc0\*"Font:TimesNewRoman"\*hps12\o\ad(\s\up11(——————),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，每個機器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。EQ\*jc0\*"Font:TimesNewRoman"\*hps12\o\ad(\s\up11(————),EA)/VPP：當/EA保持低電平時，那么在此期間外部程序存儲器〔0000H-FFFFH〕，不管是否有部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將部鎖定為RESET；當/EA端保持高電平時，此間部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源〔VPP〕。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及部時鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。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振蕩器。石晶振蕩和瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件，XTAL2應不接。由于輸入至部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的上下電平要求的寬度。2.2濕度檢測模塊介紹及選擇方案濕度檢測模塊選擇思路要對當前環(huán)境濕度進展檢測，并且需要和單片機結(jié)合，最好便是用傳感器來檢測環(huán)境濕度，通過單片機進展數(shù)據(jù)處理后顯示出來。傳感器的選擇需要精度高，而且便于單片機控制。濕度傳感器選擇方案一：使用SHT1x／7x系列單片集成傳感器SHT1x／7x系列單片集成傳感器是一種可以同時測量濕度、溫度和露點的傳感器，不需外圍元件直接輸出經(jīng)過標定了的相對濕度、溫度及露點的數(shù)字信號，可以有效解決傳統(tǒng)溫、濕度傳感器的缺乏。SHT1x／7x系列單片集成傳感器是利用CMOSensTM技術(shù)制造的，部集成了濕度敏感元件和溫度敏感元件、放大器、一個14b的A／D轉(zhuǎn)換器、標定數(shù)據(jù)存儲器以及數(shù)字總線接口以及穩(wěn)壓電路[12~13]。SHT1x／7x系列電源電壓適用圍寬：2．4～5．5V。測量精度高：濕度的精度為±3．5％，溫度的精度為±0．5℃〔在20℃時〕。待機時電流低于3μA。傳感器的數(shù)字輸出是通過兩線數(shù)字接口直接連到微處理器上去，便于進展系統(tǒng)設(shè)計。方案二：使用濕度傳感器HS1101/HS1100優(yōu)點：全互換性；在標準環(huán)境下不需校正；長時間飽和下快速脫濕；可以自動化焊接，包括波峰焊或水浸；高可靠性與長時間穩(wěn)定性；快速反響時間。濕度傳感器HS1101/HS1100的缺點是選擇HS1101/HS1100時，進展?jié)穸妊a償時外圍的電路比擬復雜，對測量的準確性，會產(chǎn)生干擾。方案三：使用AM1001濕度模塊AM1001濕度模塊，即濕度傳感器與電路一體化的產(chǎn)品。模塊的供應電壓為直流電壓，濕度通過電壓輸出進展計算，本模塊具有精度高，可靠性高，一致性好，且已帶溫度補償，確保長期穩(wěn)定性好，使用方便及價格低廉等特點，尤其適合對質(zhì)量、本錢要求比擬苛刻的設(shè)計使用。圖2-3AM1001實物圖技術(shù)參數(shù)：〔1〕供電電壓〔Vin〕：DC4.5~6V

〔2〕消耗電流：約2mA〔MAX3mA〕

〔3〕使用溫度圍：0～50℃

〔4〕使用濕度圍：95%RH以下〔非凝露〕

〔5〕濕度檢測圍：20～95%RH

〔6〕保存溫度圍：0～50℃

〔7〕保存濕度圍：80%RH以下〔非凝露〕

〔8〕濕度檢測精度：±5%RH〔0-50℃，30-80%RH〕

〔9〕電壓輸出圍：0.6~2.85VDC模塊優(yōu)點：低功耗、小體積、帶溫度補償、單片機校準線性輸出、可靠性高、使用方便、價格低廉。以上三種濕度傳感器都是應用于濕度的測量，SHT1x／7x系列單片集成傳感器的性能最為優(yōu)越，不需要外圍的器件，測量精度高，是溫濕度控制系統(tǒng)的最正確選擇，但本設(shè)計只需要檢測環(huán)境濕度，出于節(jié)約本錢的考慮，所以不選擇方案一。濕度傳感器HS1101/HS1100最大的缺點是外圍電路復雜，容易對測量的準確度產(chǎn)生影響。因此，選擇方案三，相比方案一，節(jié)約本錢。相比方案二，簡化了外圍電路的設(shè)計，提高了測量的準確度。2.3模數(shù)轉(zhuǎn)換介紹模數(shù)轉(zhuǎn)換器選擇方案目前常用的AD轉(zhuǎn)換器有：〔1〕帶信號調(diào)理、1mW功耗、雙通道16位AD轉(zhuǎn)換器：AD7705AD7705是AD公司出品的適用于低頻測量儀器的AD轉(zhuǎn)換器。它能將從傳感器接收到的很弱的輸入信號直接轉(zhuǎn)換成串行數(shù)字信號輸出，而無需外部儀表放大器。AD7705是基于微控制器〔MCU〕、數(shù)字信號處理器〔DSP〕系統(tǒng)的理想電路，能夠進一步節(jié)省本錢、縮小體積、減小系統(tǒng)的復雜性。應用于微處理器〔MCU〕、數(shù)字信號處理〔DSP〕系統(tǒng)，手持式儀器，分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)?！?〕3V/5VCMOS信號調(diào)節(jié)AD轉(zhuǎn)換器：AD7714AD7714是一個完整的用于低頻測量應用場合的模擬前端，用于直接從傳感器接收小信號并輸出串行數(shù)字量。輸入信號加至位于模擬調(diào)制器前端的專用可編程增益放大器。調(diào)制器的輸出經(jīng)片數(shù)字濾波器進展處理。數(shù)字濾波器的第一次陷波通過片控制存放器來編程，此存放器可以調(diào)節(jié)濾波的截止時間和建立時間。AD7714有3個差分模擬輸入〔也可以是5個偽差分模擬輸入〕和一個差分基準輸入。單電源工作〔+3V或+5V〕。因此，AD7714能夠為含有多達5個通道的系統(tǒng)進展所有的信號調(diào)節(jié)和轉(zhuǎn)換。AD7714很適合于靈敏的基于微控制器或DSP的系統(tǒng)，它的串行接口可進展3線操作，通過串行端口可用軟件設(shè)置增益、信號極性和通道選擇。AD7714具有自校準、系統(tǒng)和背景校準選擇，也允許用戶讀寫片校準存放器。CMOS構(gòu)造保證了很低的功耗，省電模式使待機功耗減至15μW〔典型值〕。〔3〕串行AD轉(zhuǎn)換器ADC0832：ADC0832是一種8位分辨率、雙通道A/D轉(zhuǎn)換芯片。由于它體積小，兼容性，性價比高而深受單片機愛好者及企業(yè)歡送。ADC0832為8位分辨率A/D轉(zhuǎn)換芯片，其最高分辨可達256級，可以適應一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。其部電源輸入與參考電壓的復用，使得芯片的模擬電壓輸入在0~5V之間。芯片轉(zhuǎn)換時間僅為32μS，具有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗，以減少數(shù)據(jù)誤差，轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性能強。獨立的芯片使能輸入，使多器件掛接和處理器控制變的更加方便。通過DI數(shù)據(jù)輸入端，可以輕易的實現(xiàn)通道功能的選擇。ADC0832特點：·8位分辨率；·雙通道A/D轉(zhuǎn)換；·輸入輸出電平與TTL/CMOS相兼容；·5V電源供電時輸入電壓在0~5V之間；·工作頻率為250KHZ，轉(zhuǎn)換時間為32μS；·一般功耗僅為15mW；·8P、14P—DIP〔雙列直插〕、PICC多種封裝；本課題設(shè)計采用LED數(shù)碼管動態(tài)顯示絕對濕度，ADC0832芯片相比于其他的轉(zhuǎn)換芯片體積較小，高分辨率，使多器件掛接和處理器控制變的很方便。所以該課題的數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片采用ADC0832芯片。2.4報警模塊簡介蜂鳴器是一種一體化構(gòu)造的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應用于計算機、打印機、復印機、報警器、電子玩具、汽車電子設(shè)備、機、定時器等電子產(chǎn)品中作發(fā)聲器件。報警電路的要電路器件簡單，易于控制。所以報警模塊選擇單片機設(shè)計中最常使用的有源蜂鳴器。本設(shè)計利用單片機的I/O控制三極管的開關(guān)狀態(tài)，進而到達控制蜂鳴器的報警。2.4.１蜂鳴器驅(qū)動方式單片機驅(qū)動蜂鳴器的方式有兩種：一種是PWM輸出口直接驅(qū)動，另一種是利用I/O定時翻轉(zhuǎn)電平產(chǎn)生驅(qū)動波形對蜂鳴器進展驅(qū)動。PWM輸出口直接驅(qū)動是利用PWM輸出口本身可以輸出一定的方波來直接驅(qū)動蜂鳴器。在單片機的軟件設(shè)置中有幾個系統(tǒng)存放器是用來設(shè)置PWM口的輸出的，可以設(shè)置占空比、周期等等，通過設(shè)置這些存放器產(chǎn)生符合蜂鳴器要求的頻率的波形之后，只要翻開PWM輸出，PWM輸出口就能輸出該頻率的方波，這個時候利用這個波形就可以驅(qū)動蜂鳴器了。而利用I/O定時翻轉(zhuǎn)電平來產(chǎn)生驅(qū)動波形的方式會比擬麻煩一點，必須利用定時器來做定時，通過定時翻轉(zhuǎn)電平產(chǎn)生符合蜂鳴器要求的頻率的波形，這個波形就可以用來驅(qū)動蜂鳴器了。比方為2500Hz的蜂鳴器的驅(qū)動，可以知道周期為400μs，這樣只需要驅(qū)動蜂鳴器的I/O口每200μs翻轉(zhuǎn)一次電平就可以產(chǎn)生一個頻率為2500Hz，占空比為1/2duty的方波，再通過三極管放大就可以驅(qū)動這個蜂鳴器了。第三章硬件模塊功能實現(xiàn)本設(shè)計硬件模塊有：控制電路、顯示電路、復位開關(guān)電路、振蕩電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路等。3.1顯示電路我們設(shè)計最常用的顯示元器件是七段式和八段式LED數(shù)碼管，八段比七段多了一個小數(shù)點，其他的根本一樣。所謂的八段就是指數(shù)碼管里有八個小LED發(fā)光二極管，通過控制不同的LED的亮滅來顯示出不同的字形。數(shù)碼管又分為共陰極和共陽極兩種類型，其實共陰極就是將八個LED的陰極連在一起，讓其接地，這樣給任何一個LED的另一端高電平，它便能點亮。而共陽極就是將八個LED的陽極連在一起。其原理圖如下。圖3-1數(shù)碼管構(gòu)造原理圖其中引腳圖的兩個端連在一起，是公共端，共陰數(shù)碼管要將其接地，共陽數(shù)碼管將其接正5伏電源。一個八段數(shù)碼管稱為一位，多個數(shù)碼管并列在一起可構(gòu)成多位數(shù)碼管，它們的段選線〔即a，b，c，d，e，f，g，dp〕連在一起，而各自的公共端稱為位選線。顯示時，都從段選線送入字符編碼，而選中哪個位選線，那個數(shù)碼管便會被點亮。數(shù)碼管的8段，對應一個字節(jié)的8位，a對應最低位，dp對應最高位。所以如果想讓數(shù)碼管顯示數(shù)字0，那么共陰數(shù)碼管的字符編碼為00111111，即0x3f；共陽數(shù)碼管的字符編碼為11000000，即0xc0。可以看出兩個編碼的各位正好相反，如下列圖。圖3-2數(shù)碼管編碼顯示原理圖共陽極的數(shù)碼管0~f的段編碼是這樣的：

共陽極0~f數(shù)碼管編碼

0xc0，0xf9，0xa4，0xb0，//0~3

0x99，0x92，0x82，0xf8，//4~7

0x80，0x90，0x88，0x83，//8~b

0xc6，0xa1，0x86，0x8e//c~f

共陰極的數(shù)碼管0~f的段編碼是這樣的：

共陰極0~f數(shù)碼管編碼

0x3f，0x06，0x5b，0x4f，

//0~3

0x66，0x6d，0x7d，0x07，

//4~7

0x7f，0x6f，0x77，0x7c，

//8~b

0x39，0x5e，0x79，0x71

//c~f濕度檢測結(jié)果利用LED數(shù)碼管動態(tài)顯示，原理圖如下：圖3-3顯示電路模塊數(shù)碼管按顯示方式分有靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示兩種，靜態(tài)顯示的特點是每個數(shù)碼管的段選必須接一個8位的數(shù)據(jù)線來保持顯示的字形碼。當送入一次字形碼后，可顯示的字形可一直保持，直到送入新字形碼為止。這種方法的優(yōu)點是占用CPU時間少，顯示便于監(jiān)測和控制。缺點是硬件電路比擬復雜，本錢較高。動態(tài)顯示的特點是將所有數(shù)碼管的段選線并聯(lián)在一起，由位選線控制是哪一位數(shù)碼管有效。選亮數(shù)碼管采用動態(tài)掃描顯示。所謂動態(tài)掃描顯示即輪流向各位數(shù)碼管送出字形碼和相應的位選，利用發(fā)光管的余暉，和人眼的視覺暫留作用，使人的感覺各位數(shù)碼管都在同時顯示。動態(tài)顯示的亮度要比靜態(tài)的差一些，所以在選擇限流電阻時應略小于靜態(tài)電路中的。靜態(tài)驅(qū)動也稱直流驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動是指每個數(shù)碼管的每一個段碼都由一個單片機的I/O埠進展驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動的優(yōu)點是編程簡單，顯示亮度高，缺點是占用I/O埠多，如驅(qū)動5個數(shù)碼管靜態(tài)顯示那么需要5×8＝40根I/O埠來驅(qū)動，要知道一個89C51單片機可用的I/O埠才32個。故實際應用時必須增加驅(qū)動器進展驅(qū)動，增加了硬體電路的復雜性動態(tài)顯示驅(qū)動：數(shù)碼管動態(tài)顯示接口是單片機中應用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態(tài)驅(qū)動是將所有數(shù)碼管的8個顯示筆劃"a，b，c，d，e，f，g，dp"的同名端連在一起，另外為每個數(shù)碼管的公共極增加位選通控制電路，位選通由各自獨立的I/O線控制，當單片機輸出字形碼時，所有數(shù)碼管都接收到一樣的字形碼，但終究是那個數(shù)碼管會顯示出字形，取決于單片機對位選通端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制翻開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會亮。通過分時輪流控制各個數(shù)碼管的的端，就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅(qū)動。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點亮時間為1～2ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應，盡管實際上各位數(shù)碼管并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會有閃爍感，動態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I/O端口，而且功耗更低。本設(shè)計采用三極管來驅(qū)動數(shù)碼管的顯示。晶體三極管有三個工作狀態(tài)：1、截止狀態(tài)：當基極電流很小時，無論基極電流如何變化，集電極電流都接近為0，集電極電流不隨基極電流而變化，也就是管子不導通；2、放大狀態(tài)：當基極電流增大到一定值以后，集電極電流此后大于0，且集電極電流隨著基極電流而變化，這是放大狀態(tài)；3、飽和狀態(tài)：當基極電流繼續(xù)增大，到達一定值以后，集電極電流此后再也大不上去了，此后即便是基極電流再增加，集電極電流也不能增大，即飽和了。對于單片機端口通過晶體管驅(qū)動負載的情況，無論負載是數(shù)碼管還是繼電器，晶體管都只能工作在截止狀態(tài)或飽和狀態(tài)，即開關(guān)狀態(tài)。P0是三態(tài)雙向I/O口。可以作為輸入輸出口使用，直接連接外部的輸入輸出設(shè)備。也可作為系統(tǒng)擴展的地址/數(shù)據(jù)總線口。用作輸入輸出口時，一般接10kΩ左右的拉高電阻。該設(shè)計通過P2口控制三極管狀態(tài)的開關(guān)來控制數(shù)碼管的顯示。3.2復位開關(guān)電路計算機在啟動運行時都需要復位，使CPU和其他部件都置為一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開場工作。CMOS51系列單片機的復位引腳RST是施密特觸發(fā)輸入腳，部有一個拉低電阻〔阻值為80K—300K〕。當振蕩器起振以后，在RST引腳上輸入2個機器周期以上的高電平，RST上輸入返回低電平以后，便退出復位狀態(tài)開場工作。利用RST這個特性便可以設(shè)計復位電路。CMOS51系列單片機，只要在RST端接一個電容至Vcc，便可以實現(xiàn)上電自動復位，在加電瞬間，電容通過部電阻充電，在RST端出現(xiàn)充電正脈沖，只要正脈沖寬度足夠?qū)?，就能使單片機有效復位。RST端在加電時應保持的高電平時間包括Vcc上升時間和振蕩器起振時間，振蕩器起振時間和頻率有關(guān)，假設(shè)Vcc的上升時間為10ms，振蕩器的頻率取12MHz，那么復位電容的典型值為1uF。圖3-4上電自動復位有些應用系統(tǒng)需要人工復位，將一個按鈕開關(guān)并聯(lián)于上電自動復位電路，在系統(tǒng)運行時，按一下開關(guān)，就在RST端出現(xiàn)一段時間高電平，使器件復位。本設(shè)計采用人工復位開關(guān)電路，如圖3-5所示。單片機的RST腳為單片機的復位引腳，輸入高電平使單片機復位，返回低電平那么退出復位。當開關(guān)閉合，復位引腳直接接電源，即高電平，RST端出現(xiàn)一段時間高電平，使器件復位。開關(guān)斷開時，復位腳接地〔低電平〕，退出復位。圖3-5單片機復位開關(guān)電路3.3振蕩電路時鐘電路是計算機的心臟，它控制著計算機的工作節(jié)奏，可以通過提高時鐘的頻率來提高CPU的速度。目前51系列單片機都采用CMOS工藝，允許的最高頻率是隨型號而變化的，最高頻率達60MHz。CMOS型單片機部有一個可控的反相放大器，引腳XTAL1、XTAL2為反相放大器的輸入端和輸出端，在XTAL1、XTAL2上外接晶振〔或瓷諧振器〕和電容便組成振蕩器。振蕩器的頻率主要取決于晶振〔或瓷諧振器〕的頻率，但必須小于器件所允許的最高頻率。振蕩器的工作受PD(PCON.1)控制，復位以后PD=0振蕩器工作，可由軟件設(shè)置PD=1，使振蕩器停頓振蕩，從而使整個單片機停頓工作，以到達節(jié)電的目的。本設(shè)計采用的時鐘電路是12M晶振，其原理圖如下：圖3-6單片機時鐘振蕩電路3.4ADC0832實現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換由于數(shù)字電子技術(shù)的迅速開展，尤其是計算機在自動控制、自動檢測以及許多其他領(lǐng)域中的廣泛應用，用數(shù)字電路處理模擬信號的情況也更加普遍。為了能夠使用數(shù)字電路處理模擬信號，必須將模擬信號轉(zhuǎn)換成相應的數(shù)字信號，方能送入數(shù)字系統(tǒng)進展處理。本系統(tǒng)采用ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片來進展模擬信號與數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換。單片機控制系統(tǒng)常要用到AD轉(zhuǎn)換，根據(jù)輸出格式，常用的AD轉(zhuǎn)換方式可分為并行AD和串行AD。并行方式一般在轉(zhuǎn)換后可直接接收，但芯片的引腳比擬多；串行方式所用芯片引腳少，封裝小，但需要軟件處理才能得到所需要的數(shù)據(jù)?？墒菃纹瑱CI/O引腳本來就不多，使用串行器件可以節(jié)省I/O資源。在進展單片機和ADC0832的連接時，因為DI和DO并不是同時使用，所以DI和DO可以共用單片機的一條I/O線，再加上一條時鐘線和一條片選線就可以實現(xiàn)單片機和ADC0832的連接。下列圖說明了ADC0832的工作時序，時鐘與DI，DO輸入，輸出的關(guān)系。圖3-7ADC0832的工作時序圖正常情況下與單片機的接口應為4條數(shù)據(jù)線，分別是CS、CLK、DO、DI。但由于DO端與DI端在通信時并未同時有效并與單片機的接口是雙向的，所以電路設(shè)計時可以將DO和DI并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用。當ADC0832未工作時其CS輸入端應為高電平，此時芯片禁用，CLK和DO/DI的電平可任意。當要進展A/D轉(zhuǎn)換時，須先將CS使能端置于低電平并且保持低電平直到轉(zhuǎn)換完全完畢。此時芯片開場轉(zhuǎn)換工作，同時由處理器向芯片時鐘輸入端CLK輸入時鐘脈沖，DO/DI端那么使用DI端輸入通道功能選擇的數(shù)據(jù)信號。在第1個時鐘脈沖的下沉之前DI端必須是高電平，表示啟始信號。在第2、3個脈沖下沉之前DI端應輸入2位數(shù)據(jù)用于選擇通道功能，當此2位數(shù)據(jù)為"1〞、"0〞時，只對CH0進展單通道轉(zhuǎn)換。當2位數(shù)據(jù)為"1〞、"1〞時，只對CH1進展單通道轉(zhuǎn)換。當2位數(shù)據(jù)為"0〞、"0〞時，將CH0作為正輸入端IN+，CH1作為負輸入端IN-進展輸入。當2位數(shù)據(jù)為"0〞、"1〞時，將CH0作為負輸入端IN-，CH1作為正輸入端IN+進展輸入。到第3個脈沖的下沉之后DI端的輸入電平就失去輸入作用，此后DO/DI端那么開場利用數(shù)據(jù)輸出DO進展轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的讀取。從第4個脈沖下沉開場由DO端輸出轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)最高位DATA7，隨后每一個脈沖下沉DO端輸出下一位數(shù)據(jù)。直到第11個脈沖時發(fā)出最低位數(shù)據(jù)DATA0，一個字節(jié)的數(shù)據(jù)輸出完成。也正是從此位開場輸出下一個相反字節(jié)的數(shù)據(jù)，即從第11個字節(jié)的下沉輸出DATA0。隨后輸出8位數(shù)據(jù)，到第19個脈沖時數(shù)據(jù)輸出完成，也標志著一次A/D轉(zhuǎn)換的完畢。3.5電路的排版連線設(shè)計電路元器件的排版和連線影響到電路的美觀和功能的實現(xiàn)，本設(shè)計采用protel軟件進展排版設(shè)計。制作流程：1．將生成的pcb圖打?。?．按照打印的圖紙在板子上進展刻錄聯(lián)系；3．將刻錄的連線局部用錫進展覆蓋；4．用蝕銅液把多余的銅腐蝕掉；5．打孔，焊接。

第四章系統(tǒng)的軟件與調(diào)試4.1C語言簡介C語言是一種常用的高級語言之一，C語言簡潔、緊湊、使用方便靈活。用C語言編程容易實現(xiàn)程序的模塊化和構(gòu)造化，程序容易閱讀、修改和移植[14]。KeilC51是目前最流行的51系列單片機C語言軟件開發(fā)平臺，具有程序的編輯、編譯、連接、目標文件格式轉(zhuǎn)換、調(diào)試和模擬仿真等功能。C51是其中的一個編譯器，它具有ANSIC標準C所有的功能，并針對51系列單片機的硬件特點做了擴展。4.2總程序流程圖圖4-1程序流程圖程序流程圖實現(xiàn)步驟：1．接通電源之后，系統(tǒng)初始化；2．通過單片機的EERROM及Flash技術(shù)與程序的結(jié)合寫入濕度報警的上下限的值；3．然后檢測濕度并顯示；4．將檢測的濕度與我們設(shè)置的報警的上下限的值進展比擬，假設(shè)高于上限，或者低于下限，那么啟動報警；5．判斷有無報警的按鍵處理，假設(shè)有返回到報警上下限值的寫入局部，假設(shè)無那么繼續(xù)顯示當前濕度[15~16]。4.2.１濕度檢測顯示電路圖4-2濕度檢測顯示程序流程圖該軟件局部的實現(xiàn)步驟為：1．初始化后，濕度傳感器檢測出當前環(huán)境濕度。2．通過單片機控制數(shù)模裝換芯片，將16進制數(shù)轉(zhuǎn)換成10進制。3．利用程序?qū)⒁@示的數(shù)上下位拆分，查表，最后通過數(shù)碼管顯示。按鍵顯示局部圖4-3按鍵顯示電路本設(shè)計對按鍵要：顯示值與設(shè)定值之間的轉(zhuǎn)換，加1設(shè)定，減1設(shè)定。其具體流程如圖4-3所示：1．顯示濕度后，需要判斷有無按鍵，當檢測到P1.0口為低電平時〔即實物圖里的轉(zhuǎn)換開關(guān)按下〕，切換到報警的上下限值顯示；2．檢測P1.1口是否為低電平，假設(shè)檢測到低電平〔加1按鍵按下〕，那么數(shù)碼管顯示的報警值加1；3．假設(shè)P1.1口為高電平，檢測P1.2口，假設(shè)為低電平，設(shè)定值減1，假設(shè)為高電平回到報警值顯示。報警電路局部圖4-4報警電路本次設(shè)計的報警電路是利用當前測試的濕度與寫入的上下限的值進展比擬，假設(shè)高于或者對于設(shè)置的上下限，那么單片時機驅(qū)動蜂鳴器響。4.3程序設(shè)計利用C51語言進展編程可以把程序進展模塊化編寫，然后在主函數(shù)里進展調(diào)用即可，這樣分工明確，框架清晰，給人一目了然的感覺。具體的程序見附錄一。第五章系統(tǒng)調(diào)試5.1硬件調(diào)試1．在焊接之前對各元器件的好壞進展測試，用萬用表進展測量。2．檢測電路焊接的正確性，是否存在漏焊等。3．用萬用表的電阻檔測量各焊點是否存在虛焊。5.2軟件調(diào)試軟件采用keilc51軟件進展編寫程序并進展仿真運行圖5-1程序編寫截圖1．在軟件中編輯程序。2．編輯完畢后對軟件的正確性進展仿真。圖5-2程序仿真結(jié)果截圖3．直至出現(xiàn)以上的結(jié)果即沒有錯誤，沒有警告〔但并不代表可以實現(xiàn)功能，只是說明沒有語法錯誤〕。完畢語四年的大學生活，我學到很多的知識。這幾個月的畢業(yè)設(shè)計制作也讓我學到的不僅僅是知識還有一種意志。我選擇這個課題作為我的畢業(yè)設(shè)計，確實是想臨近畢業(yè)的時候多學點相關(guān)知識。我們都知道當今單片機的用途十分廣泛，對我們今后的工作有很大的幫助。在做畢業(yè)設(shè)計的時候，翻越了大量的相關(guān)資料，從中學到了很多知識。對傳感器，單片機有了進一步的認識。之前對濕度的概念很模糊，通過這次設(shè)計，我對濕度有了深刻的認識，知道濕度對我們?nèi)粘Ｉ畹挠绊?。此外，還知道次設(shè)計在工業(yè)制造，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等方面的應用。參考文獻[1]肖志紅．倉庫溫度與濕度自動控制系統(tǒng)設(shè)計[J]．電子設(shè)計工程，2010，(10)．[2]匡迎春，岳，幫松，羅亞輝，王江蘭．簡易型溫室溫濕度控制器設(shè)計[J]．農(nóng)業(yè)大學學報(自然科學版)，2009，(04)．[3]董慧敏．溫濕度控制系統(tǒng)設(shè)計[J]．實驗科學與技術(shù)，2008，(05)．

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