【正文】 (2)當(dāng)室內(nèi)濕度小于與設(shè)定下限值時，加濕器自動開啟，同時聲光報(bào)警提示工作人員；當(dāng)室內(nèi)濕度高于設(shè)定上限值是，加濕器自動關(guān)閉，同時指示燈亮提示。 (3)顯示屏顯示當(dāng)前濕度和預(yù)設(shè)濕度上下限值。 (4)通過按鍵設(shè)定和調(diào)整濕度預(yù)設(shè)范圍。 濕度測量的名詞術(shù)語 濕度： 濕度表示空氣中水蒸氣的含量。濕度又分為絕對濕度和相對濕度兩種。 絕對濕度 ： 絕對濕度也稱為水 蒸氣密度，它表示水蒸氣的質(zhì)量與總體積的比值， 其公式為： 2 1 7 .62 7 3 .1 6v abmpd vT?? ? () 式中 vd 代表絕對濕度，它表示每立方米干燥空氣與水蒸氣的混合物中所含水分的 克數(shù)； p 為水蒸氣的壓強(qiáng)（單位是 Pa）； Tab 為干燥空氣的溫度值（單位是℃ ）單片機(jī) 傳感器 按鍵 顯示 加濕器 聲光報(bào)警 指示燈 需要指出，國內(nèi)也有人將空氣中所含水蒸氣的壓強(qiáng)理解為絕對濕度，這與國外 關(guān)于絕對濕度的定義不符。 相對濕度： 相對濕度表示在相同濕度下大氣中水蒸氣的實(shí)際壓強(qiáng)與飽和水蒸氣的壓強(qiáng)之比，通常用百分?jǐn)?shù)表示。相對濕度的英文縮寫為 RH，其公式為： RH = 1P （ T）／ 2P （ T） 100% () 式中 1P （ T）代表溫度為 T時的水蒸氣壓強(qiáng)， 2P （ T）為溫度 T下的飽和壓強(qiáng)。顯然，相對濕度是壓強(qiáng)和溫度的函數(shù)。 露點(diǎn)： 在水蒸氣冷卻過程中最初發(fā)生結(jié)露的溫度。若氣溫低于露點(diǎn)，水蒸氣開始凝結(jié)。濕度比：它表示水蒸氣的質(zhì)量與干燥空氣的質(zhì)量比。 生產(chǎn)生活中人們常用相對濕度來評定濕度值。 3 系統(tǒng) 硬件設(shè)計(jì) 數(shù)字主控單元 AT89C51 的簡介及應(yīng)用 (1) AT89C51 性能 及特點(diǎn)： AT89C51 是一種魚 MCS— 51 單片機(jī)相兼容的，高性能的 8 位 CMOS 微控制芯片， 采用 40 引腳 DIP 封裝，片內(nèi)帶有 4KB 的快閃可編程、擦除只讀存儲器（ FPEROM） 。是當(dāng)前較先進(jìn)的一種電擦除 8 位單片機(jī)，它與 MCS51 指令系統(tǒng)完全兼容 ，片內(nèi) FPEROM 允許對程序存儲器在線重新編程。也可以用常規(guī)的 EPROM編程器編程。具有超強(qiáng)的加密功能。 ATMEL 公司生產(chǎn)的這種 89C51 微控制器，將具有多種功能的 8 位 CPU 于 FPEROM 結(jié)合在同一個芯片上，為很多嵌入式控制應(yīng)用提供了設(shè)計(jì)靈活且價(jià)格適宜的方案，深受用戶歡迎。此外， AT89C51 還增加了在零頻下工作的靜態(tài)邏輯方式及空閑和掉電兩種可選的省電模式 ，在空閑模式下， CPU 停止工作，但 RAM的內(nèi)容，振蕩器停振，關(guān)閉芯片的所有其他功能，直到下一次硬件復(fù)位為止。 (2) AT89C51 的主要特性如下： AT89C51 與 MCS51 產(chǎn)品 兼容 ； 具有 4K字節(jié)可編程閃爍存儲器 ； 壽命： 1000寫 /擦循環(huán) ； 數(shù)據(jù)保留時間： 10年 ； 全靜態(tài)工作： 0Hz24Hz； 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 16位定時器 /計(jì)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 ； 片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 ；可編程全雙串行口。 （ 3） AT89C51 的 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(dāng) 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(dāng) FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時，P0輸出原碼，此時 P0 外部必須被拉高。 P1 口： P1 口是一個內(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，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH編程和校驗(yàn)時， P1 口作為第八位地址接收。 P2 口： P2 口為一個內(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 TTL 門電流，當(dāng) P2 口被寫 “1” 時，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， 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)用于外部程序存儲器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時， P2口輸出地址的高八位。在給出地址 “1” 時，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， 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)時接收高八位地址信號和控制信號。 P3 口： P3 口管腳是 8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個 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口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口，如下所示：口管腳 備選功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） /INT0（外部 中斷 0） /INT1（外部中斷 1） T0（記時器 0外部輸入） T1（記時器 1外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） P3 口同時為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號。 RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持 RST 腳兩個機(jī)器周期的高電平時間。 ALE/PROG：當(dāng)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(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個 ALE 脈沖。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。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：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機(jī)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)。 /EA/VPP：當(dāng) /EA 保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式 1 時， /EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng)/EA 端保持高電平時，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）。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 圖 31 AT89C51 管腳圖 系統(tǒng)應(yīng)用的工作模式 本系統(tǒng)中采用 12M 晶振為系統(tǒng)提供 時鐘信號 。單片機(jī)最小系統(tǒng)如圖 所示 : 圖 32 單片機(jī)最小系統(tǒng) 復(fù)位電路 單片機(jī)的程序穩(wěn)定性和運(yùn)行及數(shù)據(jù)的安全性是設(shè)計(jì)者在不同的運(yùn)行環(huán)境中 所必須考慮的問題，而最易遇到的問題是受干擾而使 CPU 進(jìn)入死循環(huán)，一般情 況下設(shè)計(jì)者會使用軟件陷阱和硬件看門狗來避免此類現(xiàn)象的出現(xiàn)，對于一般的運(yùn)行環(huán)境還可以，但本系統(tǒng)是連續(xù)運(yùn)行，而且環(huán)境惡劣，這時要使用硬件看門狗來重啟 CPU，使程序恢復(fù)正常運(yùn)行。 本系統(tǒng)的復(fù)位電路為手動復(fù)位，復(fù)位電路圖如下 圖 33 復(fù)位電路 傳感器 單元 傳感器介紹 設(shè)計(jì)中 傳感器選用 SHT11 溫濕度傳感器。 SHT11 是瑞士 Ssirion 公司推 的一款數(shù)字溫濕度傳感器芯片。該芯片廣泛應(yīng)用于暖通空調(diào)、汽車、消費(fèi)電子、自動控制等領(lǐng)域。 其 主要特點(diǎn)如下 ： (1) 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 一個芯片上。 (2) 提供二線數(shù)字串行接口 SCK 和 DATA，接口簡單，支持 CRC傳輸校驗(yàn)，傳輸可靠性高 。 (3) 測量精度可編程調(diào)節(jié)，內(nèi)置 A／ D 轉(zhuǎn)換器 (分辨率為 8～ 12 位，可以通過對芯片內(nèi)部寄存器編程米選擇 )。 (4) 測量精確度高，由于同時集成溫濕度傳感器，可以提供溫度補(bǔ)償?shù)臐穸葴y量值和高質(zhì)量的露點(diǎn)計(jì)算功能 。 SHT11 引腳圖如下： 圖 34 SHT11 管腳圖 (1)GND：接地端 (2)DATA：雙向串行數(shù)據(jù)線 (3)SCK：串行時鐘輸入 (4)VDD：電源端 (58)NC:空管腳 SHT11 溫濕度傳感器工作原理 SHT11 的濕度檢測運(yùn)用電容式結(jié)構(gòu)，并采用具有不同保護(hù)的微型結(jié)構(gòu)檢 電極系統(tǒng)與聚合物覆蓋層來組成 傳感器芯片的電容，除保持電容式濕敏器件的原有特性外，還可抵御外界因素的影響。由于它將溫度傳感 器和濕度傳感器結(jié)合在一起而構(gòu)成了一個單一的個體，因而精度較高且可精確得出露點(diǎn)，同時不會產(chǎn)生由于溫度與濕度傳感器之間隨溫度梯度變化引起的誤差。 CMOSensTM 技術(shù)不僅將溫濕度傳感器結(jié)合在一起，而且還將信號放大器， A/D轉(zhuǎn)換器，標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)存貯器，標(biāo)準(zhǔn) I2C 總線等電路全部集成在一個芯片上。 SHT11 傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖所示 圖 35 SHT11 溫濕度傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 單片機(jī)只能接收數(shù)字量，但在控制系統(tǒng)中，許多輸入量都是非數(shù)字信號，在 整個測控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案中，濕度、壓力等用的傳感器都是模擬 傳感器，輸出的 都是模擬量。 A/D 轉(zhuǎn)換模塊的作用就是把模擬量變換成單片機(jī)能接收的數(shù)字量。 A/D 變換過程主要包括：采樣、量化及編碼。采樣是使模擬信號在時間上離 散化，量化及編碼是把采樣后的值按比例變換成相應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)碼。如 8 位 A/D 轉(zhuǎn)換器，采集到 0V 電壓則變成 00000000V 數(shù)字信號，采集到 5V 電壓，則變換成 11111111B 數(shù)字信號，其他在 0～ 5V 之間的模擬量都可轉(zhuǎn)換成 00H～FFH 之間的數(shù)字量。通過對數(shù)字量的運(yùn)算比較的結(jié)果，再實(shí)現(xiàn)對模擬量的測量及控制。 傳 感器與單片機(jī)的連接 SHT11 溫濕度傳感器與單片機(jī) AT8C51 連接圖如下： 圖 36 SHT11 與單片機(jī)連接圖 SHT11 溫濕度傳感器接口 DATA 雙向 串行數(shù)據(jù)線把傳感器檢測到的濕度值數(shù)字信號導(dǎo)入 AT89C51 的 口。存儲在存儲器中。 SHT11 溫濕度傳感器接口 SCK串行時鐘接口與 AT89C51 的 口相連。 按鍵輸入 單元 設(shè)計(jì)中按鍵設(shè)計(jì) 部分如圖所示： 圖 36 按鍵連接圖 如圖所示， S1 鍵與單片機(jī) 相連， S2 鍵與 相連， S3 鍵與 相連。 S1 鍵按下一次，進(jìn)入 欲設(shè)濕度下限值 設(shè)置狀態(tài)，預(yù)設(shè)濕度下限示值閃爍，S2 鍵按下一次預(yù)設(shè) 濕度 下限值就加 1， S3 鍵按下一次，預(yù)設(shè)下限值就減 1； S1鍵按下 2 次， 進(jìn)入預(yù)設(shè)濕度上限值狀態(tài)，同理，預(yù)設(shè)濕度上限示值閃爍， S2鍵按下一次預(yù)設(shè)濕度上限值就加 1， S3 鍵按下一次，預(yù)設(shè)上限值就減 1。 S1鍵按下3次，預(yù)設(shè)值上下限值停止閃爍，即相當(dāng)于確定。說明通過按鍵完成了對濕度要求范圍的設(shè)定。 顯示 單元 LED 顯示器介紹 LED 顯示器 是由發(fā)光二極管組成， 其中 7 個發(fā)光二極管按 8 字形排列，用于顯示數(shù)字或字母符號，一個發(fā)光二極管圓點(diǎn)形狀，在右下角用于顯示小數(shù)點(diǎn)，LED 顯示器有共陰極和共陽極兩種類型。 當(dāng)發(fā)光二極管導(dǎo)通時，相應(yīng)的一段點(diǎn)亮。對共陰極顯示器，將共陰極 COM接地，在 aq 段加驅(qū)動信號，當(dāng)驅(qū)動信號是高電平時，相應(yīng)段發(fā)光；對共陽極顯示器，將共陽極 COM 接地，在 aq段加驅(qū)動信號，當(dāng)驅(qū)動信號是 低 電平時，相應(yīng)段發(fā)光 ，從而顯示相應(yīng)字符。不同的顯示字符其驅(qū)動代碼是不一樣的，發(fā)光二極管每段流過 5mA 的平均電流就可以有較滿意的亮度，最大電流不得超過 30A。由于發(fā)光二極 管是電流驅(qū)動設(shè)備，一般的 I/O 接口驅(qū)動能力都是有限的，在發(fā)光二極管與芯片間要接驅(qū)動電路。以下是本設(shè)計(jì)中用到的 LED 顯示器：7SEGMPX2CABLUE(2 個 )， 7SEGMPX4CA（ 1 個）。 圖 37 7SEGMPX2CA