【正文】 提高。 同時(shí)傳感器技術(shù)作為新技術(shù)革命和信息社會(huì)的重要技術(shù)基礎(chǔ)，是現(xiàn)代科技的開路先鋒，也是當(dāng)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要標(biāo)志。傳感器技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、分別對(duì)應(yīng)信息技術(shù)中的采集、傳 輸和處理。如果說計(jì)算機(jī)是人類大腦的擴(kuò)展，那么傳感器就是人類五官的延伸。當(dāng)集成電路、計(jì)算機(jī)技術(shù)飛速發(fā)展時(shí)，電腦的運(yùn)算速度和信息處理能力得以成倍的提高，這時(shí)人們才逐步認(rèn)識(shí)到信息攝取裝置：傳感器沒跟上信息技術(shù)的發(fā)展，因而驚呼“大腦發(fā)達(dá)、五官不靈”。世界上技術(shù)發(fā)達(dá)的國(guó)家對(duì)傳感器技術(shù)開發(fā)都十分重視。這些技術(shù)的發(fā)展也為倉庫的溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展提供了科學(xué)依據(jù)。 ? 溫 濕 度是生活及生產(chǎn)中最基本的物理量，它表征的是物體的冷熱程度 和濕潤(rùn)程度 。自然界 中任何物理、化學(xué)過程都緊密的與溫 濕 度相聯(lián)系。在很多生產(chǎn)過程中，溫 濕 度的測(cè)量 和控制度直接和安全生產(chǎn)、提高生產(chǎn)效率、保證產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)約能源等重大技術(shù) 經(jīng)濟(jì)指標(biāo)相聯(lián)系。因此，溫 濕 度的測(cè)量與控制在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域中均受到了相當(dāng)程度的重視。 在實(shí)際的生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)環(huán)境下，由于系統(tǒng)內(nèi)部與外界的熱交換 和濕潤(rùn)程度 是難以控制的，其 它因素 的干擾也是無法精確計(jì)算的， 因此溫 濕度 度量的變化往往受到不可預(yù)測(cè)的外界環(huán)境擾動(dòng)的影響。為了使系統(tǒng)與外界的能量交換盡可能的符合人們的要求，就需 要采取其他手段來達(dá)到這樣一個(gè) 溫濕度控制的 目的 。 因此，對(duì)溫 濕 度的控制精度要求比較高的情況下，是不應(yīng)許出現(xiàn)過沖現(xiàn)象的，即不應(yīng) 許實(shí)際溫 濕 度超過控制的目標(biāo)溫 濕 度。特別是隔熱效果 和濕潤(rùn)程度 很好的環(huán)境。溫 濕 度一旦出現(xiàn)過沖，將難以很快 把溫 濕 度降下來。 并且防潮、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)。它直接影響到儲(chǔ)備物資的使用壽命和工作可靠性。為保證日常工作的順利進(jìn)行，首要問題是加強(qiáng)倉庫內(nèi)溫度與濕度的監(jiān)測(cè)工作。但傳統(tǒng)的方法是用與濕度表、毛發(fā)濕度表、雙金屬式測(cè)量計(jì)和濕度試紙等測(cè)試器材，通過人工進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)不符合溫度和濕度要求的庫房進(jìn)行通風(fēng)、去濕和降溫等工作。這種人工測(cè)試方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力、效率低，且測(cè)試的溫度及濕度 誤差大，隨機(jī)性大。因此我們需要一種造價(jià)低廉、使用方便且測(cè)量準(zhǔn)確的溫濕度測(cè)量?jī)x。 6 第二章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 本章從系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖、系統(tǒng)工作流程、系統(tǒng)的功能介紹作了系統(tǒng)介紹。 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖 本設(shè)計(jì)是基于單片機(jī)對(duì)數(shù)字信號(hào)的高敏感和可控性、溫濕度傳感器可以產(chǎn)生模擬信號(hào)，和 A/D 模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片的性能，此設(shè)計(jì)以 AT89S51 基本系統(tǒng)為核心的一套檢測(cè)系統(tǒng)，其中包括 A/D 轉(zhuǎn)換、單片機(jī)、復(fù)位電路、溫度檢測(cè)、濕度檢測(cè)、鍵盤及 顯示、報(bào)警電路、系統(tǒng)軟件等部分的設(shè)計(jì)。系統(tǒng)總體方框圖如圖 。 圖 系統(tǒng)總體框圖 本設(shè)計(jì)由信號(hào)采集、信號(hào)分析和信號(hào)處理三個(gè)部分組成的： (1) 信號(hào)采集 由 AD590、 HS1101 及多路開關(guān) CD4051 組成； (2) 信號(hào)分析 由 A/D轉(zhuǎn)換器 MC1443單片機(jī) AT89S51基本系統(tǒng)組成； (3) 信號(hào)顯示 由串行口 LED顯示器和報(bào)警電路組成。 AD590 溫度檢測(cè) CD4051 多路開關(guān) MC14433A/D 轉(zhuǎn)換 HS1101 濕度檢測(cè) CD4051 多路開關(guān) 單片機(jī) AT89S51 串行口LED 顯示 報(bào)警電路 MC14433A/D 轉(zhuǎn)換 7 系統(tǒng)工作流程 整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)的核心器件是單片機(jī)，它是整 個(gè)系統(tǒng)的“心臟”由它來接收 溫濕信號(hào)并控制協(xié)調(diào)各功能模塊的正常工作。一方面 AD590 集成傳感器采集溫度信號(hào)，信號(hào)經(jīng)過整理放大后送 A/D 轉(zhuǎn)換器，由此將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號(hào)后送至 CPU 進(jìn)行運(yùn)算處理，另一方面濕度傳感器 HS1101將采集的濕度信號(hào)通過以 555定時(shí)器為主的單穩(wěn)態(tài)電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)直接送至 AT89S51 進(jìn)行處理，在單片機(jī)內(nèi)部， CPU 根據(jù)模擬量與數(shù)字量的對(duì)應(yīng)關(guān)系，把收到的數(shù)字量與溫濕度值一一對(duì)照，找出合適的溫濕度值進(jìn)行顯示，達(dá)到測(cè)溫測(cè)濕的目的。顯示部分由液晶芯片 YM19264 輔助單片機(jī)來完成，并可通過鍵盤輸入指令進(jìn)行控制，充分提 高了單片機(jī)的工作效率。 因 AT89S51內(nèi)含 4KB的 EEPROM，不需外擴(kuò)展存儲(chǔ)器，可使系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。 系統(tǒng)的功能介紹 本系統(tǒng)可對(duì)溫濕度值進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，測(cè)溫范圍可為 55～ +150。 C，根據(jù)糧倉內(nèi)實(shí)際溫度變化情況，將測(cè)溫范圍設(shè)定為 070。 C?？蓽y(cè)濕度測(cè)量范圍是（ 0100） %RH，這也足以滿足對(duì)濕度的測(cè)量要求。所測(cè)溫濕度值通過 YM19264 鍵盤顯示芯片顯示。整個(gè)系統(tǒng)測(cè)量精度高、穩(wěn)定性好，性能上能夠達(dá)到遠(yuǎn)距離測(cè)量溫濕度的要求，適于安置在倉庫內(nèi)進(jìn)行檢測(cè)。 8 第三章 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 本章從器件選擇 、性能特點(diǎn)、電路分析等方面對(duì)硬件系統(tǒng)進(jìn)行了討論。 硬件結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)原理 單片機(jī) AT89S51 為了設(shè)計(jì)此系統(tǒng)，此系統(tǒng)采用了 AT89S51 單片機(jī)作為控制芯片，它具有以下特性：片內(nèi)程序存儲(chǔ)器含有 4KB 的 Flash 存儲(chǔ)器，允許在線編程，擦寫周期可達(dá) 1000 次；片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器內(nèi)含 128 字節(jié)的 RAM； I/O 口具有 32根可編程 I/O 線；具有兩個(gè) 16 位 I/O 線；中斷系統(tǒng)具有 6個(gè)中斷源、 5 個(gè)終端矢量、 2 個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)的中斷結(jié)構(gòu)；串行口是一個(gè)全雙工的串行通信口；具有兩個(gè)數(shù)據(jù)指針 DPTR0 和 DPTR1；低 功耗節(jié)電模式有節(jié)電模式和掉電模式；包含 3 級(jí)程序鎖定位； AT89S51 的電源電壓為 ~， AT89LS51 的電源電壓為 ~；振蕩器頻率 0~33MHz（ AT89S51）， 0~16MHz(AT89LS51)；具有片內(nèi)看門狗定時(shí)器；靈活的在線片內(nèi)編程模式（字節(jié)和頁編程模式）；具有斷電標(biāo)志模式 POF。 AT89S51 引腳如圖 。 9 圖 89S51 的引腳圖 功能說明如下： VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0 口： P0 口為一個(gè) 8 位漏級(jí)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(shí)，被定義為高阻輸入。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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外部必須被拉高。 P1 口： P1 口是一個(gè)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(shí)，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(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)部上拉的緣故。 P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(hào)和控制信號(hào)。 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）這是由于上拉的緣故。 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)器周期的高電平時(shí)間。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)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。在平時(shí)， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的 。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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。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(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)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(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的 /PSEN 信號(hào)將不出現(xiàn)。 10 EA/VPP：當(dāng) /EA 保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi) 部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式 1 時(shí)， /EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng) /EA 端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)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(shí)鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 MC14433A/D 轉(zhuǎn)換器 MC14433A/D 轉(zhuǎn)換器的特點(diǎn) 本系統(tǒng)選用了雙積分 A/D 轉(zhuǎn)換器 MC14433，可以把溫度、濕度檢測(cè)電路測(cè)出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量送 CPU 處理，它精度高，分辨率達(dá) 1/1999。由于 MC14433 只有一路輸入，而本系統(tǒng)檢測(cè)的多路溫度與濕度信號(hào)輸入，故選用多路選擇電子開關(guān)，可輸入多路模擬量。 由于雙積分方法二次積分時(shí)間比較長(zhǎng)，所以 A/D 轉(zhuǎn)換速度慢，但精度可以做得比較高；對(duì)周期信號(hào)變化的干擾信號(hào)積分為零，抗干擾性能也比較好。 MC14433A/D 轉(zhuǎn)換器件簡(jiǎn)介 MC14433 是三位半雙積分型的 A/D 轉(zhuǎn)換器，具有精度高，抗干擾性能好的優(yōu)點(diǎn)，其缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)換速率低，約 1~10 次 /秒。在不要求高速轉(zhuǎn)換的場(chǎng)合，在低速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，被廣泛采用。 MC14433A/D 轉(zhuǎn)換器的被轉(zhuǎn)換電壓量程為 。轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)以 BCD 碼的形式分四次送出。 123456789101112V A G N DV R E FVXR1R 1 /C 1C1C 0 1C 0 2DUC L K 1C L K 0V E E V s sE O C/O RD S 4D S 3D S 2D S 1Q0Q1Q2Q3VDD 242322212019181716151413MC 1 4 4 3 3 圖 M