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1、精选优质文档-倾情为你奉上粮食仓库温湿度检测系统摘 要现代农业生产离不开环境监测，本文在对国内外温室智能控制进行深入分析的基础上，针对粮仓智能化控制存在的诸多因子，将智能传感器监测和单片机控制相结合，提出了基于单片机的粮食仓库温湿度检测系统设计方案。本设计采用层次化、模块化设计，整个系统由数据采集系统、单片机控制系统、计算机监控系统组成。系统以单片机为核心，以多个温度、湿度传感器作为测量元件，通过单片机与智能传感器相连，采集并存储智能传感器的测量数据。在单片机系统中，还要实现程序的扩展存储、数据的实时显示、超限语音报警和数据辅助存储功能。单片机作为监控计算机与智能传感器连接的中心，另一方面通过
2、Rs232总线与监控计算机通信，将采集到的数据传输给监控计算机。监控计算机将单片机传输的数据进行记录、存储、处理和报警，供工作人员浏览、记录和进行相关处理。本设计将信息采集、信息传输、信息处理等多种信息技术相互融合，采用了多种总线技术，将温室环境多种参数监测和单片机控制理论相结合，提出一种切实可行的温室环境监测系统，可以全面、实时、自动地对监测数据进行自动记录、存储和处理，并将有关信息根据现场实际情况，采用最有效方式送入计算机进行处理，并可对监测系统进行远程控制。关键词：AT89S51；总线技术；DS1820； HS1101； ISD2560Granary temperature and hu
3、midity detection systemAbstractModern agricultural production is inseparable from environmental monitoring, this intelligent control in the greenhouse at home and abroad to conduct in-depth analysis based on the existence of intelligent control for the many barn factor, the intelligent sensor monito
4、ring and control of integrated SCM is proposed based on SCMs granary temperature and humidity detection system design.This design uses a hierarchical, modular design, the entire system consists of data acquisition system, microprocessor control system, computer control system component.System microc
5、ontroller core, with multiple temperature and humidity sensors as measuring devices, smart sensors through the MCU and connect smart sensors collect and store measurement data.In the SCM system, but also to achieve extended stored procedures, data, real-time display, unlimited voice alarm and data s
6、upporting storage.SCM as a control computer and intelligent sensors connected to the center, on the other hand by Rs232 bus and supervision computer, the collected data to the monitoring computer.SCM transmission control computer data recording, storage, processing and alarm for the staff here, reco
7、rds and related processing.The design of information acquisition, information transmission, information processing and fusion of multiple information technology, using a variety of bus technology to a variety of parameters of the greenhouse environment monitoring and MCU control theory, put forward
8、a practical monitoring system for greenhousecan be comprehensive, real-time, automatically record the monitoring data, storage and processing, and information about the actual situation at the scene, using the most effective way into the computer for processing, the monitoring system can be remotely
9、 controlled.Keywords: AT89S51；Bus technology；DS1820；HSll0l； ISD2560专心-专注-专业目 录第1章 绪论1.1课题的提出和意义我国是一个农业大国，每年都有大量的新粮收获也有部分陈粮积压,由于储存不当造成大量的粮食浪费,给国家和人民造成了巨大的经济损失,粮仓的性能成为粮食质量的决定因素。以往采取的措施是用人工的办法对粮食进行晾晒，通风，喷洒药剂防止因存储不当引起的虫害，消耗了大量的人力和财力，然而效果不佳，发霉变质等现象仍然存在。随着中国加入WTO和粮食市场的逐渐开放，储存大量的粮食对稳定国民经济的发展起到至关重要的作用。同时，随着
10、我国科技的快速发展和农业自动化程度的提高,粮仓管理技术也将得到进一步改进。粮仓温度湿度测量方法以及相应的智能控制一直是粮食保存的一个重要问题，粮仓的智能化信息管理系统已成为粮储技术的发展趋势。基于此我国研制了各种类型的粮仓温湿度检测系统。这样可以更加有效的存储和防止粮食的腐败浪费，有一定的战略意义1-2！1.2题目研究现状温度和湿度的测量和控制是许多行业的重要工作目标之一，不论是粮食仓库、中药材仓库，还是图书保存，都需要在符合规定的温度和湿度环境条件之中。然而温度和湿度却是最不易保障的指标，针对这一情况，研制可靠且实用的温度和湿度检测与控制系统就显得非常重要。随着微型计算机和传感器技术的迅速发
11、展，自动检测领域发生了巨大变化，仓库的温度和湿度自动监测控制方面的研究有了明显的进展。美国、日本的仓库监测设施近20年来发展很快，他们结合本国条件做出了具有创新特色的成就，其中仓库环境调控技术均有较高水平，但其监控设备价格昂贵。我国近年引进了多达16个国家和地区的仓库环境控制系统，对吸收国外先进经验、 推动仓库温度湿度自动检测产生了积极的作用，但多因能耗过大，造价高，品种未能配套，未能达到很好的效果。中国的仓库环境综合控制系统必须走适合中国国情的发展道路，在引进、消化、 吸收国内外先进技术和科学管理的基础上， 进行总结提高、集成创新、超前示范，既开发适宜我国经济发展水平，又能满足不同气候条件，
12、接近或达到世界先进水平的智能化仓库监测系统。在专用品种、综合配套技术、贮运营销上，应该研制具有中国知识产权的产品和技术。随着现代科技的发展，电子计算机已用于控制仓库环境。控制系统由中央控制装置、终端控制设备、传感器等组成。先编制出仓库存放粮食最优环境条件的管理程序表，存储于电子计算机的记忆装置中，电子计算机根据程序表确认、修正各仓库的参数，并给终端控制系统指令。终端控制设备向中央控制装置输送检测信息，根据中央控制装置的指令输出控制信号，使电器机械设备执行动作，实现粮食仓库的环境调节。该种系统可以达到自动控制降温、除湿、通风。根据需要，通过键盘将信息输入中央管理室，根据情况可随时调节仓库温度。1
13、.按温度传感器分类 通常粮情测控系统主要选用热敏电阻、数字式温度传感器作为温度传感器，也有选用其它温度传感器例如PN结型温度传感器的粮情测控系统。2按通信方式分类国内粮情测控系统的通信方式主要采用RS485总线技术和现场总线技术两种。典型的设备例如：基于FIX的粮仓温湿度检测系统、基于无线传感器网络的粮仓温湿度检测系统、基于单片机MSC51粮仓温湿度检测系统、基于虚拟仪器的粮仓温湿度检测系统、基于CAN总线的粮仓温湿度检测系统、多点粮仓温湿度检测系统、以太网粮仓温湿度检测系统等。再者，系统功能的进一步完善。目前粮情测控系统仅局限与温湿度的检测和通风控制，诸如粮食储藏过程中倍受关注的水分检测和虫
14、害检测均未得到解决，预计未来的粮情测控系统将会把更多种类的粮情检测综合数据采集上来，与粮情专家分析软件密切配合，共同保障粮食的储藏安全3。1.3主要研究内容本设计主要做了如下几方面的工作:一是确定系统的总体功能设计方案;二是进行智能传感器的硬件电路和软件系统的设计:三是单片机及通信接口的硬件电路及软件系统设计;四是对连接单片机的上位管理计算机软件系统的设计思路、工作原理和实现方法进行了阐述。本设计将信息采集技术、信息传输技术、信息存储技术及信息处理技术等相互融合，将温室环境多种参数监测和单片机控制理论相结合，提出一种切实可行的温室环境监测系统，可以全面、实时、自动地对监测数据进行自动记录、存储
15、和处理，并将有关信息根据现场实际情况，采用最有效方式送入计算机进行处理，并可对监测系统进行远程控制。满足了对粮食仓库状态实行全面、实时、长期监测的要求。与传统监测系统相比，本系统具有以下优点:1、传感器设计成智能型，可以增加系统数据采集速度，减轻监控计算机的负担。2.、增加了辅助存储功能，在监控计算机不工作的时候，采用多媒体存储卡存储采集数据。3、单片机的设计提高了系统的监测速度，系统的可靠性、实时性都有很大提高4、利用语音芯片，超限报警，实现了人性化管理。第2章 方案论证2.1方案1采用热电阻温度传感器，以及HOS-201 湿敏传感器作为信号采集器件，通过A / D 转换将信号传输到AT89
16、S51进行处理，然后通过串行总线连接，通过数码管显示数据。热电阻是利用导体的电阻随温度变化的特性制成的测温元件。现应用较多的有铂、铜、镍等热电阻。其主要的特点为精度高、测量范围大、便于远距离测量。铂的物理、化学性能极稳定，耐氧化能力强，易提纯，复制性好，工业性好，电阻率较高，因此，铂电阻用于工业检测中高精密测温和温度标准。缺点是价格贵，温度系数小，受到磁场影响大，铜电阻的温度系数比铂大，价格低，也易于提纯和加工；但其电阻率小，在腐蚀性介质中使用稳定性差。在工业中用于-50180测温。HOS-201 湿敏传感器为高湿度开关传感器，它的工作电压为交流1V以下，频率为50HZ1KHZ，测量湿度范围为
17、0100%RH，工作温度范围为050，阻抗在75%RH（25）时为1M。然而，这种传感器只限于一定范围内使用时具有良好的线性，可有效地利用其线性特性。2.2方案2采用单总线技术的DS1820数字温度传感器以及湿敏电容传感器HS1101 作为信号采集器件换将信号传输到AT89S51进行处理，然后通过串行总线连接，通过数码管显示数据。DS1820温度传感器。其特点如下1.、独特的单线接口方式，DS182O在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS1820的双向通讯。2、DS1820支持多点组网功能，多个DS1820可以并联在唯一的三线上，实现多点测温。3、DS1820在使用中不需要任何
18、外围元件。4、测温范围-55+125，固有测温分辨率0.5。5、测量结果以9位数字量方式串行传送测湿器件：采用HS1100/HS1101 湿度传感器。 HS1100/HS1101 电容传感器，在电路构成中等效于一个电容器件，其电容量随着所测空气湿度的增大而增大。不需校准的完全互换性，高可靠性和长期稳定性，快速响应时间，专利设计的固态聚合物结构，由顶端接触（HS1100）和侧面接触（HS1101）两种封装产品，适用于线性电压输出和频率输出两种电路，适宜于制造流水线上的自动插件和自动装配过程等。相对湿度在1%-100%RH范围内；电容量由16pF变到200pF，其误差不大于2%RH；响应时间小于5
19、S；温度系数为0.04pF/。可见精度是较高的。2.3方案的论证方案1中采用热电阻温度传感器传感器，其需要A/D转换才能将信号传递给单片机,相对方案2中的DS1820相对繁琐,而且DS1820的精度高,工作稳定.方案一中采用的HOS-201湿敏传感器其工作环境温度过于狭窄,只在一定线性范围良好工作.方案2中HS1820不需要A/D转换,直接把信号传递给单片机,采用单总线技术双向传送,能够进行多点网状测量,而湿度传感器采用HS1100/HS1101传感器,误差率低,响应时间符合本设计要求.综合比较方案2更符合本设计的原则: 可靠, 操作维护方便,性价比高.方案2精度高,方便,简单,稳定都符合要求
20、.所以本设计选择方案24。第3章 系统硬件设计3.1总体设计功能与原则3.1.1系统功能设计系统要完成的设计功能如下:1、实现对温室温湿度参数的实时采集，测量空间多点的温度和湿度:根据测量空间或设备的实际需要，由多路温度、湿度传感器对关键温、湿度敏感点进行测量，由单片机对各路数据进行循环检测、数据处理，实现温湿度的智能、多空间点的测量。2、实现超限数据的及时报警。3、现场监测设备应具有较高的灵敏度、可靠性、抗干扰能力并具有远程通信功能。4、通信系统具有较高的可靠性、较好的实时性和较强的抗干扰能力。与计算机通讯功能，采用RS232串行通讯方式最远传输距离为20米。5、监控计算机软件设计管理软件既
21、要具有完成数据采集、处理的功能，其软件编程应具有功能强大、界面友好、便于操作和执行速度快等特点。要达到的技术指标测温范围:-20-100测温精度:士0.5测湿范围:0-100%RH测湿精度:士2.5%RH3.1.2系统设计原则要求单片机系统应具有可靠性高、操作维护方便、性价比高等特点。l、可靠性高可靠性是单片机系统应用的前提，在系统设计的每一个环节，都应该将可靠性作为首要的设计准则。提高系统的可靠性通常从以下几个方面考虑:使用可靠性高的元器件;设计电路板时布线和接地要合理;对供电电源采用抗干扰措施;.输入输出通道抗干扰措施;进行软硬件滤波:系统自诊断功能等。2、操作维护方便在系统的软硬件设计时
22、，应从操作者的角度考虑操作和维护方便，尽量减少对操作人员专用知识的要求，以利于系统的推广。因此在设计时，要尽可能减少人机交互接口，多采用操作内置或简化的方法。同时系统应配有现场故障诊断程序，一旦发生故障能保证有效地对故障进行定位，以便进行维修。3、性价比单片机除体积小、功耗低等特点外，最大的优势在于高性能价格比。一个单片机应用系统能否被广泛使用，性价比是其中一个关键因素。因此，在设计时，除了保持高性能外，尽可能降低成本，如简化外围硬件电路，在系统性能和速度允许的情况下尽可能用软件功能取代硬件功能等。3.1.3系统组成与工作原理以单片机为控制核心，采用温湿度测量，通信技术，误差修正等关键技术，以
23、温湿度传感器作为测量元件，构成智能温湿度测量系统。该系统，可分为温度测量电路，湿度测量电路，滤波电路，数据存储及显示电路，语音报警电路，见图3.1。选用的主要器件有:温度传感器DS1820，湿度传感器HSll01，AT89S51，A/D转换器TLCO834，数据存储器AT24C04,4数码管显示模块，语音报警芯片ISD2560，MAX232，集成定时器555芯片等。图3.1 硬件结构框图本系统以单片机AT89S51为核心，数据采集、存储、显示、报警以及上传至计算机进行数据处理都要通过单片机。数据采集通过单总线的智能温度传感器DS1820和模拟的湿度传感器HS1101完成;当采集数据超出预警值时
24、，有语音报警芯片ISD2560实时报警，然后进行相应处理;数据存储可以在计算机完成，在计算机不工作时还设置了辅助的多媒体卡MMC存储;由数码管实时显示接收的数值;数据处理主要是上位机完成的数据曲线显示、数据存储、数据打印等功能。在整个系统中采用了多种总线、协议技术，如智能温度传感器DS1820的单总线技术，存储扩展的IZC总线技术，单片机和计算机连接的RS232协议技术等。在这个系统中单片机部分采用语言为汇编和C语言混合编程，计算机部分采用VC+5。3.2 DS1820温度传感器3.2.1 DS1820数字温度传感器概述美国DALLAS公司生产的DS1820数字温度传感器，可以直接将被测温度转
25、化为串行数字信号供微机处理，通过简单的编程实现9位的温度读数。并且多个DS1820可以并接到多个地址线上与单片机实现通信。由于每一个DS182O出厂时都刻有唯一的一个序列号并存入其ROM中，因此CPU可用简单的通信协议就可以识别，从而节省大量的引线和逻辑电路。与其它温度传感器相比， DS1820具有以下特性:1、独特的单线接口方式，DS182O在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS1820的双向通讯。2、DS1820支持多点组网功能，多个DS1820可以并联在唯一的三线上，实现多点测温。3DS1820在使用中不需要任何外围元件。4、温范围-55+125，固有测温分辨率0.5。5
26、、测量结果以9位数字量方式串行传送DS1820采用3脚TO一92封装或8脚SO封装，管脚排列如图3.2所示: 图3.2DS1820的封装与引脚对图3.2中DS182O的引脚功能说明如下:NC:空引脚，不连接外部信号。VDD:接电源引脚，电源供电 3.0V 5.5V。GND:接地。DQ: 数据的输入和输出引脚DQ：引脚口的I/O为数据输入/输出端(即单线总线)，该引脚为漏极开路输出，常态下呈高电平6。3.2.2 1-wire技术单线总线，即1-wire技术是DS1820的一个特点。该技术采用单根信号线，既可传输时钟，又能传输数据，而且数据传输是双向的，因而这种单总线技术具有线路简单，硬件开销少，
27、成本低廉，便于总线扩展和维护等优点。单总线适用于单主机系统，能够控制一个或多个从机设备。主机可以是微控制器，从机可以是单总线器件，它们之间的数据交换只通过一条信号线。当只有一个从机设备时，系统可按单节点系统操作;当有多个从设备时，系统则按多节点系统操作。单总线即只有一根数据线，系统中的数据交换、控制都由这根线完成。主机或者从机通过一个漏极开路或三态端口连至该数据线，以允许设备在不发送数据时能够释放总线，而让其他设备使用总线，其内部等效电路如图3.3所示。单总线通常要求外接一个约为4.7k的上拉电阻，这样，当总线闲置时，其状态为高电平7。 图3.3内部等效电路图3.2.3 DS1820的测温原理
28、DS18B2O的内部框图如图3.4所示，它主要包括寄生电源、温度传感器、64位激光ROM单线接口、存放中间数据的高速暂存器、用于存储用户设定的温度上下限值、触发器存储与控制逻辑、8位循环冗余校验码发生器等7部分。图3.4DS1820内部框图 图3.5 DS1820测温原理图测温原理见图3.5。低温度系数振荡器是一个振荡频率随温度变化很小的振荡器，为计数器1提供频率稳定的计数脉冲。高温度系数振荡器是一个振荡频率对温度很敏感的振荡器，为计数器2提供一个频率随温度变化的计数脉冲。初始时，温度寄存器被预置成55，每当计数器1从预置数开始减计数到O时，温度寄存器中寄存的温度值就增加1，这个过程重复进行直
29、到计数器2计数到0时便停止。初始时，计数器1预置的是与55像对应的一个预置值。以后计数器l每一个循环的预置数都由斜率累加器提供。为了补偿振荡器温度特性的非线性性，斜率累加器提供的预置数也随温度相应变化。计数器1的预置数也就是在给定温度外使温度寄存器存值增加1计数器所需的计数个数。图中比较器的作用是以四舍五入的量化方式确定温度寄存器的最低有效位。在计数器2停止计数后，比较器将计数器1中的计数剩余值转换为温度值后与025进行比较，若低于0.25，温度寄存器的最低位就置O;若高于0.25，就置1，若高于0.75，温度寄存器的最低位就进位后置0。这样，经过比较后所得的温度寄存器的值就是最终读取的温度值
30、了，其最末位代表0.5，四舍五入最大量化误差为士l/2LSB，即0.25。温度寄存器中的温度值以9位数据格式表示，最高位为符号位其余8位以二进制补码形式表示温度值。测温结束时，这9位数据转存到暂存寄存器的前两个字节中，符号位占用第1字节，8位温度数据占用第2字节。DS18B2O测量温度时使用特有的温度测量技术。DS1820内部的低温度系数振荡器能产生稳定的频率信号:同样的，高温度系数振荡器则将被测温度转换成频率信号。当计数门打开时，DS1820进行计数，计数门开通时间由高温度系数振荡器决定。芯片内部还有斜率累加器，可对频率的非线性度加以补偿。测量结果存入温度寄存器中。一般情况下的温度值应为9位
31、(包含一位符号)，但因符号位扩展成高8位，故以16位补码形式读出，温度和数字量的关系如表3.1所示。表3.1温度和数字量的关系DS1820温度传感器的测温误差如图3.6所示。在070范围内， DS182O的上下限误差分别为+0.5和-0.5，而典型产品的误差仅为士 0.25。 图 3.6 DS1820测温误差曲线3.2.4 温度检测电路温度检测系统原理图如图3.7所示，采用寄生电源供电方式。为保证在有效的DS1820时钟周期内，提供足够的电流，用一个MOSFET管和单片机的一个I/O口(Pl.0)来完成对DS182O总线的上拉。当 DS1820处于写存储器操作和温度A/D变换操作时，总线上必须
32、有强的上拉，上拉开启时间最大为10s。采用寄生电源供电方式时VDD必须接地。由于单线制只有一根线，因此发送接收口必须是三态的，为了操作方便用单片机的Pl.1口作发送口Tx，Pl.2口作接收口Rx。通过试验发现此种方法可挂接DS1820数十片，距离可达到50米，而用一个口时仅能挂接10片DS1820，距离仅为20米。同时由于读写在操作上是分开的故不存在信号竞争问题。图3.7 采用寄生电源供电的DS1820温度检测系统图3.8是采用寄生电源供电方式的DS1820与单片机的实际系统电路连接图。图3.8 采用寄生电源供电的DS182O与单片机的连接图3.2.5 提高DS1820测温精度的方法DS182
33、0正常使用时的测温分辨率为0.5，在对DS1820测温原理详细分析的基础上，可以采取直接读取DS182O内部暂存寄存器的方法，将DS182O的测温分辨率提高到0.10.01。DS1820内部暂存寄存器的分布如表3.2所示，其中第7字节存放的是当温度寄存器停止增值时计数器1的计数剩余值，第8字节存放的是每度所对应的计数值，这样可以通过下面的方法获得高分辨率的温度测量结果。首先用DS1820提供的读暂存寄存器指令(BEH)读出以0.5为分辨率的温度测量结果，然后切去测量结果中的最低有效位(LSB)，得到所测实际温度整数部分T整数，然后再用BEH指令读取计数器1的计数剩余值M剩余和每度计数值M每度，
34、考虑到DS1820测量温度的整数部分以0.25、0.75为进位界限的关系，实际温度T实际可用下式计算得到:T实际(T整数0.25)+(M每度M剩余)/M每度表 3.2 DS1820暂存寄存器分寄存器内容字节地址址温度最低位字位0温度最高位字位1高温限值2低温限值3保留4保留5计数剩余值6每度计数值7CCRC校验8通过上述方法可以大大的提高DS1820的测温分辨率8。3.3 HSll0l湿度传感器测量空气湿度的方式很多，其原理是根据某种物质从其周围的空气中吸收水分后引起的物理或化学性质的变化，间接地获得该物质的吸水量及周围空气的湿度。电容式、电阻式和湿涨式湿敏元件分别是根据其高分子材料吸湿后的介
35、电常数、电阻率和体积随之发生变化而进行湿度测量的。3.3.1 HSll0l湿度传感器特点 不需校准的完全互换性，高可靠性和长期稳定性，快速响应时间，专利设计的固态聚合物结构，侧面接触封装，适用于线性电压输出和频率输出两种电路，适宜于制造流水线上的自动插件和自动装配过程等。图3.9为湿敏电容工作的温、湿度范围。图3.10为湿度电容响应曲线。 图3.9 HS1101湿敏电容工作的温湿度范围图3.10 湿度-电容相应曲线相对湿度在。0%100%RH范围内;电容量由162pF变到200pF，其误差不大于士2%RH;响应时间小于5s;温度系数为O.O4pF/。可见精度是较高的。3.3.2湿度测量电路 H
36、S1101电容传感器，在电路构成中等效于一个电容器件，其电容量随着所测空气湿度的增大而增大。如何将电容的变化量准确地转变为计算机易于接受的信号，常用两种方法:一种是将该湿敏电容置于运放与阻容组成的桥式振荡电路中，所产生的正弦波电压信号经整流、直流放大、再A/D转换为数字信号;另一种是将该湿敏电容置于555振荡电路中，将电容值的变化转为与之呈反比的电压频率信号，可直接被计算机所采集。频率输出的555测量振荡电路如图3.11所示。集成定时器555芯片外接电阻R4、RZ与湿敏电容C，构成了对C的充电回路。7端通过芯片内部的晶体管对地短路又构成了对C的放电回路，并将引脚2、6端相连引入到片内比较器，便
37、成为一个典型的多谐振荡器，即方波发生器。另外，R3是防止输出短路的保护电阻，R1用于平衡温度系数。图3.11 频率输出的555振荡电路该振荡电路两个暂稳态的交替过程如下:首先电源Vs通过R4、RZ向C充电，经t充电时间后，Uc达到芯片内比较器的高触发电平约0.67Vs，此时输出引脚3端由高电平突降为低电平，然后通过RZ放电，经t放电时间后，Uc下降到比较器的低触发电平，约0.33VS，此时输出引脚3端又由低电平跃升为高电平。如此翻来覆去，形成方波输出。其中，充放电时间为: t充电=C(R4+R2)In2t放电=CR2In2因而，输出的方波频率为f=1/(t充电+t放电)=I/C(R4+2R2)
38、In2)可见，空气湿度通过555测量振荡电路就转变为与之呈反比的频率信号，表3.3给出了其中的一组典型测试值0表3.3 空气湿度与电压频率的典型值湿敏电容经振荡电路变换后的脉冲频率信号，经滤波、整形、光藕、放大等信号处理后，送入单片机的定时/计数器TI，Tl工作于方式1，为16位计数器，定时记录脉冲数并存入内存缓冲区(T0工作于方式2为自动重装方式的定时器)。由于采用了性能优良的 Hsl101电容式湿度传感器及其振荡测量电路，获得了频率信号与湿度值的近似线性关系，通过软件的分段线性与查表计算等数据处理，可以校准补偿频率、漂移以及元器件的误差，因而所构成的湿度测量仪具有结构简单、成本低、测量度高
39、、响应时间快、性能稳定的优点。其主要技术指标如下: (1)测量范围:0100%RH;(2)测量精度:士2.5%;(3)报警设定:0100%RH;(4)输出接点容量:220VAC，IA。A/D转换器采用8位串行控制模数转换器TLC0834。TLCO834是低价格8位逐次逼近型A/D转换器，其多路器可用软件配置为单端或差分输入，也可配置为伪差分输入，基准电压的大小可调，在全8位分辨率下允许任意小的模拟电压编程间隔。A/D转换电路是用于将检测到的温湿度模拟电压转换成数字量输送到微处理器AT89551。通常取R4远小于R2，使D50%，输出接近方波。例如，取R2=576k、R4=49.9k时，D=52
40、%。当C=Co=181.5pF时求出f=6668Hz，这与6660Hz(典型值)非常接近。当RH=55%、TA=+25时，输出方波频率与相对湿度的数据对照见表3.3，湿度测量电路和单片机相连见图3.129。 图3.12 湿度测量电路3.4 AT89S51单片机3.4.1 AT89S51单片机的介绍本系统采用的AT89551是一个低功耗，高性能CM0S8位单片机片内含 4kBytesISP的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用 ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和 ISP Flash存
41、储单元。AT89S51具有如下特点:40个引脚， 4kBytesFlash片内程序存储器， 128bytes的随机存取数据存储器(RAM)，32个外部双向输入/输出(I/O)口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器，2个全双工串行通信口，看门狗(WDT)电路，片内时钟振荡器。 4.1.1单片机引脚单片机有4个I/O端口，每个端口都是8位双向口，共占32根引脚。每个端口都包括一个锁存器(即专用寄存器PO P3)、一个输入驱动器和输入缓冲器。通常把4个端口称为Po P3。见图3.13。在无片外扩展的存储器的系统中，这4个端口的每一位都可以作为双向通用I/O端口使用。在具有片外
42、扩展存储器的系统中，P2口作为高8位地址线，PO口分时作为低8位地址线和双向数据总线。在作为一般的通用I/O输入时，都必须先向锁存器写入“1”，使输出驱动场效应管FET截止，以免误读数据。各自特点如下:(1)P0口为双向8位三态I/O口，它既可作为通用I/O口，又可作为外部扩展时的数据总线及低8位地址总线的分时复用口。作为通用I/O口时，输出数据可以得到锁存，不需外接专用锁存器;输入数据可以得到缓冲，增加了数据输入的可靠性。每个引脚可驱动8个TTL负载。(2)P1口为8位准双向I/O口，内部具有上拉电阻，一般作通用I/O口使用，它的每一位都可以分别定义为输入线或输出线，作为输入时，锁存器必须置
43、1。每个引脚可驱动4个 TTL负载。(3)P2口为8位准双向I/O口，内部具有上拉电阻，可直接连接外部1/0设备。它与地址总线高8位复用，可驱动4个TTL负载。一般作为外部扩展时的高8位地址总线使用。(4)P3口为8位准双向I/O口，内部具有上拉电阻，它是双功能复用口，每个引脚可驱动4个TTL负载。作为通用I/O口时，功能与Pl口相同，常用第二功能。控制线一共有6条:(1)ALE/PROG():地址锁存允许/编程线，配合PO口引脚的第二功能使用。在访问片外存储器时,8051CPU在P0.7 P0.0引脚上输出片外存储器低8位地址的同时在ALE/ PROG()上输出一个高电位脉冲，用于把这个片外
44、存储器低8位地址锁存到外部专用地址锁存器，以便空出P0.7 P0.0引脚线去传送随后而来的片外存储器读写数据。在不访问片外存储器时，8051自动在ALE/PROG()上输出频率为fosc/6的脉冲序列。该脉冲序列可用作外部时钟源或作为定时脉冲源使用。(2)E()A()/Vpp:允许访问片外存储器/编程电源线，可以控制8051使用片内ROM还是使用片外ROM。若E()A()EA=0，则允许使用片内ROM;若E()A()=1则允许使用片外ROM。(3)PSEN():片外 ROM选通线，在执行访问片外 ROM的指令MOVC时，8051自动在PSEN()上产生一个负脉冲，用于为片外ROM芯片的选通。其
45、他情况下PSEN()线均为高电平封锁状态。(4)RST/VPD:复位/备用电源线，可以使8051处于复位工作状态10。图3.13单片机AT89S51引脚及连接晶振电路和复位电路3.4.2时钟晶振电路和复位电路时钟电路用于产生时钟信号，时钟信号是单片机内部各种微操作的时间基准，在此基础上，控制器按照指令的功能产生一系列在时间上有一定次序的信号，控制相关的逻辑电路工作，实现指令的功能。复位对单片机来说，是程序还没有开始执行，是在做准备工作。时钟晶振电路和复位电路见上图3.13。3.4.3 89S51看门狗功能的使用方法看门狗复位电路监控程序的运行状态，在死机或“程序走飞”时可使系统自动恢复到正常工
46、作状态。看门狗具体使用方法如下:在程序初始化中向看门狗寄存器(WDTRST地址是OA6H)中先写入0lEH，再写入 OEIH。即可激活看门狗。89551的看门狗必须由程序激活后才开始工作。所以必须保证CPU有可靠的上电复位。否则看门狗也无法工作。看门狗使用的是CPU的晶振。在晶振停振的时候看门狗也无效。89S51只有14位计数器。在16383个机器周期内必须至少喂狗一次。而且这个时间是固定的，无法更改。当晶振为12M时每16个毫秒需喂狗一次11。3.5存储扩展I2C总线是一种由PHILIPS公司开发的两线式串行总线，用于连接微控制器及其外围设备。I2C总线最主要的优点是其简单性和有效性。由于接
47、口直接在组件之上，因此I2C总线占用的空间非常小，减少了电路板的空间和芯片管脚的数量，降低了互联成本。总线的长度可高达25英尺，并且能够以10Kbps的最大传输速率支持40个组件。I2C总线的另一个优点是，它支持多主控，其中任何能够进行发送和接收的设备都可以成为主总线。一个主控能够控制信号的传输和时钟频率。当然，在任何时间点上只能有一个主控12。3.5.1 I2C总线的基本结构与数据的传送一个典型的I2C总线系统结构应用系统的组成结构如图3.14所示。假设系统中器件均具有I2C总线接口，通过两根线SDA(串行数据线)和SCL(串行时钟线)连接到I2C总线，并通过总线行识别，即器件寻址。图3.14典型的I2C总线系统结构I