【正文】 ，當(dāng)實(shí)時(shí)的溫濕度比預(yù)設(shè)值低時(shí)，就開啟供熱設(shè)備或者加濕設(shè)備。同理，如果采集到的溫濕度數(shù)據(jù)比預(yù)設(shè)值高的話，就開啟制冷設(shè)備或去濕設(shè)備。另外，用戶可以在顯示系統(tǒng)上看到實(shí)時(shí)地溫濕度，表示顯示 實(shí)際溫濕度的發(fā)光二極管點(diǎn)亮；如果用戶想要知道自己預(yù)設(shè)的溫濕度，可以按下顯示切換按鍵，即可切換到預(yù)設(shè)值界面，表示預(yù)設(shè)值得發(fā)光二極管點(diǎn)亮。在三秒沒操作后，系統(tǒng)自動(dòng)返回實(shí)時(shí)溫濕度界面。 7 7 2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的主要組成部分 本系統(tǒng)是采用模塊化設(shè)計(jì)的智能恒溫箱，包括設(shè)定模塊，顯示模塊，調(diào)節(jié)模塊，切換模塊和采集模塊等五大模塊，另外還可以根據(jù)以后功能的需求再添加其他諸如報(bào)警等相關(guān)功能。顯示模塊能夠顯示實(shí)時(shí)地溫濕度還能顯示用戶自己需求設(shè)定的溫濕度。 系統(tǒng)的主要功能模 塊方框圖如圖 21 所示。 圖 21 系統(tǒng)主要功能模塊方框圖 本系統(tǒng)是采用模塊化設(shè)計(jì)的智能恒溫箱，在生活中可有廣泛的應(yīng)用， 系統(tǒng)通電后默認(rèn)初始溫度 25℃ ，濕度 50%，使用時(shí) 用戶可根據(jù)自己需求自行調(diào)節(jié)溫濕度 ，可調(diào) 范圍 0~99℃ ， 0~99%。調(diào)節(jié)好后 系統(tǒng)會(huì)將采集后的溫濕度數(shù)據(jù)與預(yù)設(shè)值進(jìn)行單片機(jī)工作時(shí)鐘 89C51單片機(jī) 復(fù)位電路 溫濕度設(shè) 定，溫濕度加、減按鍵輸入電路 溫濕度采集電路 顯 示切換按鍵電路 4 位七段數(shù)碼管顯示 4 個(gè)發(fā)光二極管顯示 溫濕度調(diào)節(jié)電路 8 8 比較，從而判斷其他外部供熱制冷等設(shè)備的開啟， 單片機(jī)整個(gè)恒溫箱的核心，內(nèi)部電路設(shè)計(jì)用匯編語言編寫。它完成了溫濕度參數(shù)設(shè)定，溫濕度采集計(jì)算，溫濕度顯示，溫 濕度比較，溫濕度控制調(diào)節(jié)等功能。 系統(tǒng)需求分析 。 0~99℃， 0%~99%的范圍內(nèi)，人們可以自由調(diào)節(jié)預(yù)設(shè)的溫濕度。 ，從而保證整個(gè)系統(tǒng)對(duì)溫濕度控制穩(wěn)定性的需求。 。 智能恒溫箱的工作原理 智能恒溫箱的基本工作原理：在恒溫箱通電工作后，系統(tǒng)會(huì)先運(yùn)行采集模塊，然后將傳感器采集來的原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為攝氏度表示的形式讓中央控制單元進(jìn)行判斷，然后根據(jù)與預(yù)設(shè)值比較，再根據(jù)比較 后的結(jié)果發(fā)送相應(yīng)的指令（加熱，或制冷；加濕或干燥），經(jīng)過不斷地比較修正，從而使得整個(gè)系統(tǒng)達(dá)到用戶所需求的溫濕度并通過顯示系統(tǒng)將實(shí)時(shí)地溫濕度顯示出來。恒溫箱的工作流程如圖 22 所示： 9 9 圖 22 恒溫箱工作流程 加載程序 顯示切換 無顯示切換 顯示設(shè)定溫濕度 溫濕度比較并進(jìn)行溫濕度調(diào)節(jié) 溫濕度采集與計(jì)算 顯示實(shí)時(shí)溫濕度 顯示切換 無顯示切換運(yùn)行 不進(jìn)行溫濕度設(shè)定 進(jìn)入溫濕度設(shè)定 溫濕度加 溫濕度減 10 10 。如果用戶想調(diào)節(jié)預(yù)設(shè)的溫濕度時(shí)，可以先通過按下“設(shè)定溫濕度”按鈕來使系統(tǒng)進(jìn)入調(diào)節(jié)界面， 然后可以按“溫度”按鈕進(jìn)入溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，或者按“濕度”對(duì)濕度進(jìn)行調(diào)節(jié)。按相應(yīng)的“ +”來對(duì)溫度或者濕度進(jìn)行加一攝氏度或者濕度的操作。同理，按下相應(yīng)的“ ”來對(duì)溫度或者濕度進(jìn)行減一攝氏度或者濕度的編輯。短暫的系統(tǒng)響應(yīng)后，顯示器上會(huì)顯示調(diào)節(jié)后的溫濕度，溫度變化范圍為 0~99 度，濕度范圍為 0~99%。當(dāng)濕度或者溫度達(dá)到 99 時(shí)，再按下 +一后，溫度或者濕度也會(huì)跳到 0；如果溫度或者濕度為 0時(shí)，按下 一后溫度或者濕度都會(huì)跳到 99。如果用戶已經(jīng)完成調(diào)節(jié)后，可以通過再次按下“設(shè)定溫濕度”跳出調(diào)節(jié)狀態(tài)。 。單片機(jī) 通過數(shù)據(jù)線與溫濕度相應(yīng)的傳感器進(jìn)行通信，從而或者實(shí)時(shí)地?cái)?shù)據(jù)，然后它再對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算，把原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為攝氏度或者濕度的形式進(jìn)行保存。 。單片機(jī)把自己保存的數(shù)據(jù)與預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較。如果溫度高于預(yù)設(shè)溫度就開啟制冷設(shè)備，如果溫度低于預(yù)設(shè)值則開啟加熱設(shè)備；如果濕度小于預(yù)設(shè)值就開啟加濕設(shè)備，大于預(yù)設(shè)值則開啟去濕設(shè)備。 。單片機(jī)將保存在自己內(nèi)存中的溫濕度通過數(shù)據(jù)線傳送到顯示器上顯示。 。若想查看設(shè)定的預(yù)期溫濕度，則需按下“顯示切換”按鍵，然后 LED 顯示器就會(huì)顯示設(shè)定預(yù)期的 溫濕度，顯示時(shí)間為數(shù)秒，跳出預(yù)期溫濕度的顯示。若再想查看預(yù)期溫濕度顯示需再次按下“顯示切換”按鍵。 總的來說，本設(shè)計(jì)充分利用了 AT89C51 單片機(jī)以及附加的外圍電路完成了對(duì)整個(gè)溫濕度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，整個(gè)恒溫箱的穩(wěn)定性以及可靠性都大大提高，電路結(jié)構(gòu)也得到優(yōu)化，節(jié)約了成本，是一個(gè)比較實(shí)用經(jīng)濟(jì)的工程設(shè)計(jì)。 11 11 3 智能恒溫箱的硬件設(shè)計(jì) 硬件電路設(shè)計(jì)概述 本課題設(shè)計(jì)主要分為硬件電路設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。在整個(gè)設(shè)計(jì)的開始時(shí)，工程師就得先設(shè)計(jì)好每個(gè)部分它所要實(shí)現(xiàn)的功能。而軟件設(shè)計(jì)則是一貫到底的。在設(shè)計(jì)的 中期，后期，用軟件對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)進(jìn)行仿真，對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)的核心 單片機(jī)進(jìn)行程序的寫入是很有必要的。由于近年來電子電路技術(shù)的高速發(fā)展，集成度高的各種芯片也不斷問世，這使得硬件設(shè)計(jì)的工作變得更少，但是也不能說完全舍棄了硬件設(shè)計(jì)這個(gè)部位。為了使得整個(gè)設(shè)計(jì)的硬件電路設(shè)計(jì)顯得合理，應(yīng)先注意以下幾個(gè)方面： ，集成度高的芯片來對(duì)硬件電路的設(shè)計(jì)進(jìn)行簡(jiǎn)化，因?yàn)楣δ軓?qiáng)的芯片的成本會(huì)把整個(gè)電路設(shè)計(jì)的成本降下來。如果是到了實(shí)際生產(chǎn)的話，效果更顯著。 。在電路設(shè)計(jì)中，也要考慮到以后系統(tǒng)升級(jí)更新?lián)Q代的需求。另外，還 要考慮維修的可能性。 。選用片內(nèi)程序空間足夠大的單片機(jī)，本設(shè)計(jì)采用 89C51 單片機(jī)。 空間，由于 89C51 軟件的內(nèi)部 RAM 不多，當(dāng)要增強(qiáng)數(shù)據(jù)處理能力時(shí)，會(huì)覺得不夠用?？梢赃x用 8155 作 I/O 接口，就可以增強(qiáng) 256 字節(jié) RAM。如果有更多的數(shù)據(jù)需要處理，則應(yīng)配置足夠的 RAM，如 626 62256 等。也可以通過改變算法來使程序繼續(xù)起來更加高效，減少了再外接 RAM 的麻煩。 ，一般設(shè)計(jì)都會(huì)預(yù)留輸入輸出接口，方便功能的添加以及以后更新的需求 。 總體硬件原理圖 總體硬件原理圖（圖 31）中， 89C51單片機(jī)為 U1芯片，溫濕度傳感器 DS18B20為 U2。單片機(jī)的 口接溫濕度傳感器。接入單片機(jī)的 ， 口。如果“ heat”燈點(diǎn)亮表示加熱系統(tǒng)在工作；如果“ cool”燈點(diǎn)亮表示制冷系統(tǒng)在工作。，接單片機(jī)的 口是接按鍵“溫濕度切換”是用于切換顯示預(yù)設(shè)的溫濕度的按 12 12 鍵?！皩?shí)時(shí)溫濕度”和“設(shè)定溫濕度”分別用兩個(gè)發(fā)光二極管表示，表示當(dāng)前數(shù)碼管顯示的是實(shí)時(shí)溫濕度還是設(shè)定溫濕度，若要顯示實(shí)時(shí)溫濕度就實(shí)時(shí)溫濕度發(fā)光二極管點(diǎn)亮，若要顯示預(yù)設(shè)溫濕度就預(yù)設(shè)溫濕度發(fā)光二極管點(diǎn)亮。兩個(gè)數(shù)碼管分 別接單片機(jī)的 ， 口。圖中有兩個(gè)七段共陰數(shù)碼管，它的字段碼信號(hào)端口接到單片機(jī)的 ~ 口，公共端接單片機(jī)的 和 口。開關(guān)“溫濕度設(shè)定”接單片機(jī)的 口，按鈕“ +”和“ ”分別接單片機(jī)的 和 口。按閉合“溫濕度設(shè)定”開關(guān)進(jìn)入預(yù)期溫濕度的設(shè)定，按“ +”，“ ”按鈕來加減溫濕度 。 13 13 14 14 圖 31 總體硬件原理圖 時(shí)鐘頻率電路設(shè)計(jì) 一般，我們不追求極致的精確度要求的話，都采用普通的外接一個(gè)振蕩源給單片機(jī)，然后與單片機(jī)內(nèi)部時(shí)鐘震蕩電路組合，產(chǎn)生一個(gè)時(shí)鐘脈沖驅(qū)動(dòng) 單片機(jī)工作，提供一定的時(shí)鐘頻率時(shí)鐘電路如圖 32 所示。 圖 32 外部振蕩電路 出于成本以及元件的通用性，我們選用石英晶體振蕩器。進(jìn)過 10ms 延時(shí)后電路中的振蕩器起振，幅度為 3V 左右的正弦波時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生在 XTAL2，其振蕩頻率主要有石英晶體的頻率確定。電路中兩個(gè)電容 30pF 的電容 C C2：一是幫助振蕩器起振；二是對(duì)振蕩器的頻率進(jìn)行微調(diào)。 單片機(jī)工作時(shí)，它的時(shí)鐘周期是指從外部傳送到內(nèi)部的或者內(nèi)部產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)周期，等于時(shí)鐘信號(hào)頻率的倒數(shù)，用 f來表示時(shí)鐘信號(hào)頻率。圖中 f=12MHz，則單片機(jī)的 時(shí)鐘周期為 1/12μs 。 復(fù)位電路設(shè)計(jì) 單片機(jī)的第 9 腳 RST 為硬件復(fù)位電路，我們?nèi)缦胧沟脝纹瑱C(jī)的各個(gè)狀態(tài)都跳到初始化狀態(tài)可以在第九腳加上四個(gè)機(jī)器周期的高電平。其電路圖如圖 33所示。 圖 33中上電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位電路就是由按鈕，電容 C1， C2 還有電阻 R1，R2構(gòu)成。接通電源就是上電復(fù)位，當(dāng)上電后，電路不斷為 C1 充電，在圖中電路 15 15 在 5V 電源，電容，電阻 R1 還有地之間形成一個(gè)通路，由于在 R1 上產(chǎn)生電壓降，所以單片機(jī)的 RST 腳上為高電平，在電容充電一段時(shí)間后，此時(shí) C1處可視為斷路，單片機(jī) RST 腳處電壓逐漸降 為 0V，即處于穩(wěn)定的低電平狀態(tài)，此時(shí)單片機(jī)完成上電復(fù)位，程序從 0000H 開始執(zhí)行。手動(dòng)復(fù)位時(shí)，按一下圖中的按鈕即可，當(dāng)按鍵按下的時(shí)候，單片機(jī)的 9 腳 RST 管腳處于高電平，此時(shí)單片機(jī)處于復(fù)位狀態(tài)。 值得注意的是，在設(shè)計(jì)當(dāng)中使用到了硬件復(fù)位電路和軟件復(fù)位兩種功能，由上面所述的硬件復(fù)位之后的各狀態(tài)可知，寄存器的值都恢復(fù)到了初始值，而前面的功能介紹中提到了倒計(jì)時(shí)時(shí)間的記憶功能，該功能實(shí)現(xiàn)的前提條件就是不能對(duì)單片機(jī)進(jìn)行硬件復(fù)位，所以設(shè)定了軟件復(fù)位功能。軟件復(fù)位實(shí)際上就是當(dāng)程序執(zhí)行完畢之后，將程序指針通過一條跳轉(zhuǎn)指令讓它 跳轉(zhuǎn)到程序執(zhí)行的起始地址。 圖 33 硬件復(fù)位電路 顯示電路的設(shè)計(jì) 顯示電路概述 顯示的話，通常都是通過數(shù)碼管顯示，而顯示又分為靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)掃描。兩種方法各有特點(diǎn)，靜態(tài)就是穩(wěn)定沒閃爍，比較簡(jiǎn)單。但是相對(duì)來說，它就要占用比較多的端口。而動(dòng)態(tài)掃描的特點(diǎn)則相反。考慮到本設(shè)計(jì)需要較多的端口用做其他用途，所以動(dòng)態(tài)掃描的方法首先被采用。下面將對(duì)顯示部分進(jìn)行一系列的闡述。 16 16 七段 LED 數(shù)碼管的原理 通常我們所見的數(shù)碼顯示管都是有 8 個(gè)發(fā)光二極管中的七個(gè)進(jìn)行排列而成的。第八個(gè)管則是用來 顯示小數(shù)點(diǎn)。當(dāng)這七個(gè)二極管按順序組成 8 字型時(shí)，則有兩種連接方式。當(dāng)所有二極管的陽極連一起時(shí)，就是共陽極數(shù)碼管；說有二極管陰極連一起接地時(shí)則是共陰極數(shù)碼管。我們需要時(shí)刻了解管子的排列才能更好的知道數(shù)碼管顯示數(shù)字的組成。另外，在選購元件時(shí)也要分清所買的數(shù)碼管種類。 本次設(shè)計(jì)所用的到的共陰極數(shù)碼管的引腳如圖 34 所示，有 10 個(gè)引腳分布在外部，作為公共端接地的 1 和 6 引腳連通。 圖 34 一位共陰極數(shù)碼管引腳圖 從 LED 數(shù)碼的結(jié)構(gòu)可以看出，不同筆段的組合就何以構(gòu)成不同的字符，例如筆段 a、 b、 g、 c、 d 被點(diǎn)亮?xí)r， 就可以顯示數(shù)字 3：當(dāng)筆段 f、 g、 b、 c 被點(diǎn)亮?xí)r，就可以顯示數(shù)字 4；而且，此數(shù)碼管還能顯示十六進(jìn)制 0~F,只有把二極管的點(diǎn)亮順序控制好的話。顯示代碼或字段碼則是控制數(shù)碼管顯示字符的各字段代碼的統(tǒng)稱。 表述二進(jìn)制數(shù)與數(shù)碼管所顯示字符的對(duì)應(yīng)關(guān)系的表格，如表 31 所示。對(duì)于共陰極數(shù)碼管，因?yàn)榘藗€(gè)陰極已經(jīng)和地連接一起了，只有我們控制好每個(gè)管的陽極就能得到相應(yīng)的數(shù)字。 17 17 顯示電路整體設(shè)計(jì) 顯示電路如圖 35 所示： 圖 35 顯示電路 圖中 RP1 為電阻盒，等同于在一起并接電源的八個(gè)獨(dú)立的電阻，另外一端 分別接出引線，在顯示電路中作為上拉電阻。圖中有 2 個(gè)七段 LED 數(shù)碼管，它們的公共端 2 分別接到單片機(jī)的 、 口，單片機(jī)的這 2 個(gè) I/O 口輸出位選信號(hào)用于動(dòng)態(tài)掃描。其實(shí)動(dòng)態(tài)掃描就是利用人的視覺暫留現(xiàn)象還有二極管斷電后不瞬滅的特性，通過單片機(jī)輪流控制發(fā)光二極管的控制作用使得每個(gè) led 管輪流點(diǎn)亮，只有掃描的速度夠快，人的印象就是看到都是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，而單片機(jī)的 ~ 口則負(fù)責(zé)將字段碼數(shù)據(jù)傳送給 LED 數(shù)碼管。 開關(guān)鍵盤設(shè)計(jì) 指撥開關(guān) 在控制界面上通常都有指撥開關(guān) ,用 ON 作標(biāo)記，如果將開關(guān)撥到 ON 就是把電路接通，反之就是斷開電路。一般設(shè)計(jì)中都會(huì)在開關(guān)中接入一個(gè)電阻接到接地端或者電源端充當(dāng)上拉電阻或下拉電阻，那么我們就要如圖 36 所示的兩種不 18 18 同的開關(guān)電路可供選擇。 a) b) 圖 36 開關(guān)電路 本設(shè)計(jì)的溫濕度設(shè)定允許和退出按鍵是選用如圖 36 中 a)所示的設(shè)計(jì)，低電平為進(jìn)入溫濕度設(shè)定，高電平為退出溫濕度設(shè)定。 按鍵開關(guān) 一般常見的按鍵開關(guān)為機(jī)械彈性 開關(guān)，當(dāng)我們按下按鍵時(shí)，力的作用使得按鍵中的動(dòng)，靜觸片接觸，然后開關(guān)就接通；當(dāng)我