【正文】 ....................... 32 單片機(jī)最小系統(tǒng)的調(diào)試 ............................................................................... 32 鍵盤顯示電路的調(diào)試 ................................................................................... 33 溫度采集電路的調(diào)試 ................................................................................... 33 濕度采集電路的調(diào)試 ................................................................................... 33 系統(tǒng)軟件調(diào)試 ............................................................................................... 34 6 總結(jié)與展望 ..................................................................................................... 36 參考文獻(xiàn) .................................................................................................................. 38 致 謝 .................................................................................................................. 39 附 錄 A 系統(tǒng)原理圖 .................................................................................... 39 附 錄 B 源程序清單 .................................................................................... 40 6 1 緒 論 課題研究背景及意義 濕度和溫度是測量領(lǐng)域內(nèi)十分重要的被測對象 。不管是人類賴以生存的居住環(huán)境，還是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，亦或者是軍事、氣象觀測等領(lǐng)域都需要對溫度和濕度進(jìn)行測量和控制。隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、傳感器及傳感器材技術(shù)的迅速發(fā)展，測量領(lǐng)域內(nèi)對溫度和濕度的檢測也取得了跨越式的發(fā)展！可以說對溫濕度的測量與控制水平直接影響到人類的所有活動(dòng)。 現(xiàn)代人類對生活環(huán)境的要求越來越高，尤其是溫濕度的影響，溫度高了或者低了都直接影響著這個(gè)社會(huì)，而濕度低了或高了也同樣影響著我們的生活以及其他物種的生存條件。 濕度和溫度是眾多領(lǐng)域中需要檢測的重要環(huán)境參數(shù)。不僅在工業(yè)、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)，還 是在氣象衛(wèi)星、倉庫保管等領(lǐng)域，對溫度和濕度的測量都是隨處可見的。對溫度和濕度的測量與監(jiān)控也是十分有意義的。對濕度和溫度進(jìn)行合理有效的調(diào)控不僅可以節(jié)約能源還更有利各行業(yè)安全健康的發(fā)展。 在工業(yè)領(lǐng)域，各種現(xiàn)代化的機(jī)器設(shè)備都需要考慮其所在工作環(huán)境的溫濕度。電器設(shè)備是工業(yè)領(lǐng)域最常使用也是使用最多的基礎(chǔ)設(shè)備。溫濕度的高低對電器設(shè)備的研發(fā)者來說是必須要考慮的重要課題。工程師在設(shè)計(jì)電器產(chǎn)品的時(shí)候必須要考慮設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品將來工作環(huán)境中溫濕度的大小，使用過程中散熱通風(fēng)的問題。選擇合適的材料并且對電氣設(shè)備外表面進(jìn)行合理有效的封裝 可以提高電氣設(shè)備的使用壽命。大型的電器設(shè)備長期處于高電壓、大電流和滿負(fù)荷運(yùn)行，其結(jié)果是造成熱量集結(jié)加劇，由電流熱效應(yīng)造成的危害直接影響電器設(shè)備的絕緣設(shè)施，危害機(jī)器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)和操作人員的人身安全，所以就要求對電氣設(shè)備的溫濕度狀況進(jìn)行測量控制。 溫濕度對植物、動(dòng)物的生長都有一定的影響，當(dāng)溫度達(dá)到了植物和動(dòng)物生長所能承受的最高值和最低值時(shí)，這些植物和動(dòng)物就會(huì)慢慢的消失，或者演變成其他的一些物種，同樣濕度也對動(dòng)植物的生長有著不可小視的影響，所以對一定的溫濕度我們必須測量。同時(shí)我們也必須要記錄大氣的溫濕度的變化，這樣 我們才更能對我們的生活的環(huán)境的變化有個(gè)直觀的了解！ 7 國內(nèi)外研究概括及發(fā)展趨勢 國內(nèi)外溫度控制系統(tǒng)發(fā)展迅速，并在智能化、自適應(yīng)、參數(shù)自整定等方面取得成果。目前社會(huì)上溫度控制大多采用智能調(diào)節(jié)器，國產(chǎn)調(diào)節(jié)器分辨率和精度較低，溫度控制效果不是很理想，但價(jià)格便宜，國外調(diào)節(jié)器分辨率和精度較高，價(jià)格較貴。日本、美國、德國、瑞典等技術(shù)領(lǐng)先，都生產(chǎn)出了一批商品化的、性能優(yōu)異的溫度控制器及儀器儀表．并在各行業(yè)廣泛應(yīng)用。它們主要具有如下的特點(diǎn)：一是適應(yīng)于大慣性、大滯后等復(fù)雜溫度控制系統(tǒng)的控制； 是能夠適應(yīng)于受控系統(tǒng)數(shù) 學(xué)模型難以建立的溫度控制系統(tǒng)的控制；三是能夠適應(yīng)于受控系統(tǒng)過程復(fù)雜、參數(shù)時(shí)變的溫度控制系統(tǒng)的控制；四是溫度控制系統(tǒng)普遍采用自適應(yīng)控制、自校正控制、模糊控制、人工智能等理論及計(jì)算機(jī)技術(shù)，運(yùn)用先進(jìn)的算法，適應(yīng)的范圍廣泛；五是溫控器普遍具有參數(shù)自整定功能。借助計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)，溫控器具有對控制對象控制參數(shù)及特性進(jìn)行自動(dòng)整定的功能。有的還具有自學(xué)習(xí)功能，能夠根據(jù)歷史經(jīng)驗(yàn)及控制對象的變化情況，自動(dòng)調(diào)整相關(guān)控制參數(shù)，以保證控制效果的最優(yōu)化；六是具有控制精度高、抗干擾力強(qiáng)、魯棒性好的特點(diǎn)。目前，國內(nèi)外溫度控制系統(tǒng)及儀表正朝 著高精度、智能化、小型化等方面快速發(fā)展。 近年來，國內(nèi)外在濕度和溫度傳感器研發(fā)領(lǐng)域取得了長足進(jìn)步。溫濕 度 傳感器正從結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功能簡單向集成化、智能化、多參數(shù)檢測的方向迅速發(fā)展，為開發(fā)新一代溫濕度測控系統(tǒng)創(chuàng)造了有利條件，也將溫度、濕度測量技術(shù)提高到新的水平。國內(nèi)數(shù)字溫濕度儀測量溫濕度采用的主要方法有 :“ 溫 — 阻 ” 法和 “ 濕— 阻 ” 法 ,即采用電阻型的溫濕度傳感器 ,利用其阻值隨溫濕度的變化測定空氣的溫度和相對濕度。受傳感器靈敏度的限制 ,這類溫濕度儀的精度不可能很高 ,一般條件下還可以滿足需要 ,但是在環(huán)境實(shí)驗(yàn)設(shè)備等對精度要 求頗高的場合就難以滿足要求了。 目前 ，國外 對 溫濕度傳感器 技術(shù)的研究也 有了較大的 進(jìn)展 ，特別是用電阻式溫濕傳感器發(fā)展更快，人們不僅在電阻式陶瓷溫濕度傳感器特性方面做了大量工作，而且在高分子電阻式濕度傳感器上做出可喜的研究成果。 課題設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 單片機(jī)是系統(tǒng)的控制核心，所以單片機(jī)的性能關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的好壞。因此單片機(jī)的選擇，對所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)以及功能的擴(kuò)展有著很大的影響。單片機(jī)種 8 類很多，在眾多 51 系列單片機(jī)中， STC89C52 含有在系統(tǒng)可編程的 Flash 存儲(chǔ)器，片內(nèi)有 8K 閃存， RAM 的容量也較 AT89C51 大，為 256 字節(jié)。顯然這種單片機(jī)優(yōu)點(diǎn)更多，開發(fā)時(shí)間也大為縮短。因此，在本次設(shè)計(jì)中選用了 STC89C52 單片機(jī)。 本設(shè)計(jì)中，最終選用的集成溫度傳感器 DS18B20 是美國模擬器件公司生產(chǎn)的集成兩端感溫電流源，通過對電流的測量可得到所需要的溫度值。濕度傳感器是采用了 CHR01 阻抗型高分子濕度傳感器 ,它是一種熱固聚脂電容式傳感器。采集到的濕度信號再配以進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆糯?，?jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)換送至單片機(jī)，實(shí)現(xiàn)濕度的顯示與控制。 系統(tǒng)主要由以上元器件組成，通過硬件電路和軟件程序的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的基本功能。 本課題研究設(shè) 計(jì)的是基于單片機(jī) STC89C52 的溫濕度檢測和控制系統(tǒng)，主要以廣泛應(yīng)用的 DS1820 和 CHR01 阻抗型高分子 作為溫度和濕度的檢測，該儀器具有測量精度高、硬件電路簡單、并能很好的進(jìn)行顯示，可測試不同環(huán)境溫濕度的特點(diǎn)。 2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案 9 課題設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 本設(shè)計(jì)是基于 STC89C52 單片機(jī)的溫濕度數(shù)據(jù)采集監(jiān)測系統(tǒng)，主要完成以下功能： 1） 選擇 STC89C52 單片機(jī)，了解其基本特性和功能，使用 STC89C52 實(shí)現(xiàn)對溫濕度的采集監(jiān)測。 2） 使用 DS18B20 溫度傳感器測量現(xiàn) 場環(huán)境溫度，進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集及傳到單片機(jī)處理， 溫度誤差≤ ℃ 。 3） 使用 CRH01 阻抗型 濕度傳感器對現(xiàn)場時(shí)讀數(shù)據(jù)采集，由單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理， 濕度誤差≤ 5。 4） 使用 STC89C52 單片機(jī) 接收數(shù)據(jù)并處理 , 具有定點(diǎn)監(jiān)測方式，有數(shù)據(jù)和狀態(tài)顯示功能 。 5） 環(huán)境溫濕度超過一定范圍就報(bào)警。 在完成以上功能時(shí)，要確保系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，是系統(tǒng)能夠長期穩(wěn)定的工作。 系統(tǒng)組成框圖 本設(shè)計(jì)是基于單片機(jī)對數(shù)字信號的高敏感和可控性、溫濕度傳感器可以產(chǎn)生模擬信號，和 A/D模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片的性能，此設(shè)計(jì)以 STC89C52基本系統(tǒng) 為核心的一套檢測系統(tǒng)，其中包括 A/D轉(zhuǎn)換、單片機(jī)、復(fù)位電路、溫度檢測、濕度檢測、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 。 DS18B20 溫度測量 CHR01 濕度測量 信號調(diào)理電路 鍵盤顯示 報(bào)警電路 輸出控制 A/D 轉(zhuǎn)換 單 片 機(jī) 時(shí)鐘電路 復(fù)位電路 數(shù)碼管 顯示 10 圖 系統(tǒng)總體框圖 通過系統(tǒng)組成框圖可以看出系統(tǒng)的各個(gè)模塊及其模塊間的關(guān)系。按照本課題的設(shè)計(jì)要求分析組成框圖 。 本設(shè)計(jì)的課題是 基于 單片機(jī)串口 通信的信息監(jiān)測系統(tǒng)的研制。課題的主要內(nèi)容是以 STC89C52為控制中心設(shè)計(jì)的 系統(tǒng)。單片機(jī) STC89C52是整個(gè)系統(tǒng)的核心，它完成溫度和濕度的采集、數(shù)據(jù)計(jì)算處 理、結(jié)果顯示， 串口通信等工作。 3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 單片機(jī)最小系統(tǒng) 本設(shè)計(jì)采用的是 STC89C52 單片機(jī) ， STC89C52 是一種帶 8K 字節(jié)閃爍可編程可檫除只讀存儲(chǔ)器（ FPEROMFlash Programable and Erasable Read Only Memory ）的低電壓，高性能 COMOS8 的微處理器，俗稱單片機(jī)。該器件采用 ATMEL搞密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。 其原理圖如下圖所示： 11 圖 最小系統(tǒng)電路圖 STC89C52單片機(jī)是雙列直插式 40引腳封裝。這 40引腳大致分為：電源（ VCC、VSS、 VDD、 VPD），時(shí)鐘（ XTAL XTAL2）， I/O（ P0P3），地址總線（ P0、 P2），數(shù)據(jù)總線（ BUS）和控制總線（ ALE、 RST、 PROG、 PSEN、 EA） 6大部分。 STC89C52的引腳圖如下圖所示： 圖 STC89C52引腳圖 電源線 12 VCC：芯片的主電源，接 +5V 電壓。 VSS：電源地線。 控制總線 ALE/PROG：地址鎖存允許信號，在它的下降沿用于外部存儲(chǔ)器的低 8 位地址鎖存，使 BUS（ P0）分時(shí)用作地址總線低 8位和數(shù)據(jù)總線。此信號每機(jī)器周期出現(xiàn) 2 次，只在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器期間才不輸出 ALE。所以在任何不使用外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的系統(tǒng)中， ALE 以 1/6 振蕩頻率的固定速率輸出，因而它能用 作外部時(shí)鐘和定時(shí)器。 /PSEN：外部程序存儲(chǔ)器選擇信號，并在外部程序存儲(chǔ)器讀取指令時(shí)產(chǎn)生，指令內(nèi)容讀到數(shù)據(jù)總線上。 PSEN 在每個(gè)機(jī)器周期產(chǎn)生 2 次有效，在執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器取指時(shí)， PSEN 無效。 RST/VPD：復(fù)位輸入信號。在振蕩器工作時(shí)，該引腳 2個(gè)機(jī)器周期的高電平可實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。在掉電情況下（ VCC降到操作允許限度以下）， VPD 將為芯片內(nèi)的RAM 提供備用電源。 /EA/VDD：訪問外部程序存儲(chǔ)器控制信號輸入端。當(dāng)為低電平時(shí)，單片機(jī)都到外部程序存儲(chǔ)器取指。當(dāng) EA 為高電平且 PC 值小于 0FFFH 時(shí)， CPU 執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器程序。 I/O 線 P0（ BUS）：單片機(jī)的雙向數(shù)據(jù)總線和低 8 位地址總線。在分時(shí)操作時(shí)先用作地址總線，在 ALE 信號的下降沿，地址被鎖存，然后作為數(shù)據(jù)總線；也可以作為雙向并行 I/O 口。在程序校驗(yàn)期間，它用于數(shù)據(jù)輸出。 P1：準(zhǔn)雙向 I/O 口。 P2：準(zhǔn)雙向 I/O 口。在訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，用作高 8 位地址總線。 P3：準(zhǔn)雙向 I/O 口。 P3 的每一根線還有特殊的第二功能，如表 所示。 表 P3口的第二功能 引腳 第二功能標(biāo)記 第二功能 RXD 串行輸入口 TXD 串行輸出口 INT0 外部中斷 0輸入 13 INT1 外部中斷 1輸入