【正文】 口模擬該通信時(shí)序。其主要特點(diǎn)如下：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(gè)芯片上；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；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）；測量精確度高，由于同時(shí)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；封裝尺寸超小（ mm mm），測量和通信結(jié)束后，自動(dòng)轉(zhuǎn)入低功耗模式；高可靠性，測量時(shí)可將感測頭完全浸于水中。其復(fù)位過程為：接通電源瞬間，電容C1上的電壓很小，RST端上的電壓接近電源電壓，在電容C1充電過程中，RST端電位逐漸下降，當(dāng)RST端電位小于某一數(shù)值后，CPU脫離復(fù)位狀態(tài)；當(dāng)按鈕按下時(shí)，電容通過R1放電，當(dāng)電容放完電后，RST端的電位由VCC電壓決定。 AT89C51組成的最小系統(tǒng)電路圖復(fù)位電路采用自動(dòng)上電復(fù)位和按鍵手動(dòng)復(fù)位相結(jié)合的復(fù)位電路接法，即在Vcc和RST端接一個(gè)容量為10μF的電解電容，其兩端并接一個(gè)輕觸按鈕，利用RESET內(nèi)部復(fù)位下拉電阻便構(gòu)成復(fù)位電路。外接石英晶體及電容接在放大器反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路。P3 口除了作為一般的I/O 口線外，更重要的用途是它的第二功能。P3 口：P3 口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流(IIL)。對端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。作為輸出口用時(shí)，每位能吸收電流的方式驅(qū)動(dòng)8 個(gè)TTL邏輯門電路，對端口P0 寫“1”時(shí)，可作為高阻抗輸入端用。EA（31腳）為程序存儲(chǔ)器選擇控制端，當(dāng)EA為高電平時(shí)，單片機(jī)訪問片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，當(dāng)EA為低電平時(shí)，單片機(jī)則只訪問外部程序存儲(chǔ)器。RESET（9 腳）為復(fù)位輸入端口，高電平有效，外接電阻電容組成的復(fù)位電路，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。低功耗空閑和掉電模式。2個(gè)16位可編程定時(shí)剛／計(jì)數(shù)器中斷。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。這種測量系統(tǒng)具有成本低廉、傳感精度高、系統(tǒng)穩(wěn)定、易于管理等優(yōu)點(diǎn)。溫濕度控制部分用SHT11溫濕度傳感器、AT89C51單片機(jī)及LCD顯示的硬件電路完成對家庭環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測及顯示。 綜合考慮，C語言對我們以后的學(xué)習(xí)和工作有很大的幫助，所以，最終決定用C語言完成本次設(shè)計(jì)的軟件工作。C 語言是以函數(shù)形式提供給用戶的，這些函數(shù)可方便的調(diào)用，并具有多種循環(huán)、條件語句控制程序流向，從而使程序完全結(jié)構(gòu)化。C 語言可以像匯編語言一樣對位、字節(jié)和地址進(jìn)行操作，而這三者是計(jì)算機(jī)最基本的工作單元。利用匯編語言編寫程序的主要優(yōu)點(diǎn)是可以直接、有效地控制計(jì)算機(jī)硬件，因而容易創(chuàng)建代碼序列短小、運(yùn)行快速的可執(zhí)行程序。匯編語言作為單片機(jī)課程學(xué)習(xí)時(shí)所強(qiáng)化的一門語言，由于時(shí)序上很嚴(yán)謹(jǐn)，便于計(jì)算運(yùn)行時(shí)間等優(yōu)點(diǎn)，曾經(jīng)廣泛使用。由于此次設(shè)計(jì)需要設(shè)置參數(shù)上下限，需要輸入對應(yīng)的數(shù)字，需要一個(gè)類似手機(jī)鍵盤的輸入系統(tǒng)，因此選擇行列式4x3按鍵。即一個(gè)按鍵對應(yīng)著一個(gè)端口輸入，每一個(gè)按鍵都有一個(gè)按鍵電路來判斷其是否按下。常用的按鍵有獨(dú)立式按鍵和行列式按鍵。由于本設(shè)計(jì)應(yīng)用于家庭環(huán)境，所以最好不要有輻射，不改變周圍溫度并且還要直觀的多顯示信息等。LCD顯示器的原文是Liquid Crystal Display，取每字的第一個(gè)字母組成。單個(gè)發(fā)光二極管通常是通過亮、滅來指示系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)和用快速閃爍來報(bào)警。 顯示方式的選擇LED是發(fā)光二極管Light Emitting Diode的英文縮寫。其余引腳是TLC1543與CPU的接口，其中CS為片選端，如不需片選，可直接接地。下面將簡單介紹一下TLC1543。A/D轉(zhuǎn)換電路種類很多，目前在實(shí)用、教學(xué)方面使用較多的兩種A/D轉(zhuǎn)換器是ADC0809和TLC1543。通過比較，可以看出使用SHT11溫室傳感器比用鉑電阻溫度傳感器和濕敏電阻方便很多，故選擇SHT11作為此次設(shè)計(jì)的溫濕度傳感器?！妗? SHT11芯片模型SHT11的性能特點(diǎn)如下： 全量程標(biāo)定，兩線數(shù)字輸出。低功耗空閑和掉電模式。2個(gè)16位可編程定時(shí)剛／計(jì)數(shù)器中斷。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。所以選擇了AT89系列。 PIC單片機(jī)：是MICROCHIP公司的產(chǎn)品，其突出的特點(diǎn)是體積小，功耗低，精簡指令集，抗干擾性好，可靠性高，有較強(qiáng)的模擬接口，代碼保密性好，大部分芯片有其兼容的FLASH程序存儲(chǔ)器的芯片。同理，有害氣體濃度檢測電路接收到電信號，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號傳給單片機(jī)系統(tǒng)，由單片機(jī)系統(tǒng)判斷是否超過設(shè)定值，超過則報(bào)警。本系統(tǒng)屬于多功能系統(tǒng)，可以設(shè)定溫濕度和有害氣體濃度的報(bào)警上下限，當(dāng)溫度不在設(shè)置范圍內(nèi)時(shí)，則報(bào)警提示；當(dāng)有害氣體濃度超過設(shè)定值時(shí)，則報(bào)警提示。微機(jī)測量是微機(jī)設(shè)計(jì)的第一步，是微機(jī)測量技術(shù)的現(xiàn)場部分，即測量家庭環(huán)境中的環(huán)境參數(shù)，并使用單片機(jī)對測量的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。這就需要對家庭環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測，使家庭環(huán)境達(dá)到人們要求的范圍，從享受到健康舒適的生活。（5）眼下，數(shù)字傳感器的價(jià)格比模擬傳感器的高，作大范圍推廣應(yīng)用時(shí)有一定的難度。（3）測溫范圍不寬（均在40℃至+120℃）。因此，從非電量轉(zhuǎn)換到數(shù)字信號，一般將其處理過程集成在單片IC器件體內(nèi)部，這樣就形成了功能強(qiáng)大，精確的數(shù)字傳感器。模擬輸出溫濕度傳感器模擬輸出溫濕度傳感器信號采用模擬電壓輸出方式，具有精度高，可靠性高，一致性好，且已帶溫度補(bǔ)償，穩(wěn)定性好，使用方便及價(jià)格低廉等特點(diǎn)，適合對質(zhì)量，成本要求比較苛刻的企業(yè)使用。所以現(xiàn)在市面上有很多以數(shù)碼管顯示，蜂鳴器報(bào)警的環(huán)境監(jiān)測器材問世。本課題要求根據(jù)家庭要求的環(huán)境參數(shù)，設(shè)計(jì)一個(gè)家用環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)應(yīng)以單片機(jī)為核心，實(shí)現(xiàn)對家庭環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測?，F(xiàn)代家庭環(huán)境監(jiān)測中，對家庭環(huán)境的溫濕度和有害氣體濃度會(huì)有一定的要求，房主要隨時(shí)能觀看到房間里的溫濕度。因此，把握室內(nèi)的溫度、濕度、空氣質(zhì)量的度，來進(jìn)行妥善調(diào)節(jié)，從而避免由于這些環(huán)境因素的超標(biāo)對人體造成的傷害就顯得尤為重要。所以對標(biāo)準(zhǔn)測量室內(nèi)環(huán)境要求越來越高，尤其在人們的日常家庭生活中。人們會(huì)需要一個(gè)適宜的溫度，不是太冷也不是太熱。為了更好的對這些環(huán)境參數(shù)進(jìn)行有效快速的測量，傳統(tǒng)的人工控制已經(jīng)不能滿足要求。當(dāng)溫濕度超過或者低于一定的范圍的時(shí)候，人會(huì)感覺到不舒服，有害氣體濃度超過一定的值的時(shí)候，會(huì)對人們的身體健康造成危害。 家庭環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)國內(nèi)外發(fā)展趨勢在過去，室內(nèi)的溫濕度主要靠我們的身體感知來感受，對溫度的高低沒有確切的數(shù)值，室內(nèi)的氣體主要靠我們的嗅覺來感受。目前，國內(nèi)外開發(fā)出了一些基于單片機(jī)計(jì)算機(jī)的環(huán)境監(jiān)測設(shè)備，但是價(jià)格比較高，其操作系統(tǒng)均為英文，普及性不強(qiáng)。該傳感器亮點(diǎn)在于功耗低、體積小、單片機(jī)校準(zhǔn)線性輸出、信號傳輸距離長，試用于暖通空調(diào)，加濕器，除濕機(jī)，大氣環(huán)境監(jiān)控，測量儀表等應(yīng)用領(lǐng)域。數(shù)字傳感器與模擬傳感器相比，由于采取高集成度設(shè)計(jì)和數(shù)字化處理，在可靠性、抗干擾能力以及器件微小化方面都有明顯的優(yōu)點(diǎn)，但受半導(dǎo)體器件本身限制，數(shù)字傳感器還存在以下不夠理想的地方：（1）數(shù)字傳感器測量的是其自身管芯的溫度，并且管芯溫度接近于引線溫度，所以每個(gè)傳感器必須安置在與被監(jiān)視環(huán)境有良好熱耦合的位置。（4）數(shù)字傳感器的傳遞函數(shù)存在有一定的非線性，可由軟件校正。由于它們各自有其優(yōu)缺點(diǎn)，又各有自己的應(yīng)用范圍和市場，數(shù)字傳感器和模擬傳感器會(huì)并存很長一段時(shí)間，但隨著材料科學(xué)和半導(dǎo)體技術(shù)的深入發(fā)展與合作，數(shù)字傳感器測溫精度進(jìn)一步提高，測溫范圍拓寬，生產(chǎn)成本和銷售價(jià)格不斷降低，其發(fā)展趨勢必將取代模擬傳感器。由于家庭里空間較大，并且每個(gè)房間內(nèi)要求的溫度不同，所以就得實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)采集。第2章 方案設(shè)計(jì)在對課題進(jìn)行了深入了解的基礎(chǔ)上，形成了最終的設(shè)計(jì)方案，本章的內(nèi)容為了對本設(shè)計(jì)方案進(jìn)行較為詳細(xì)的說明。該設(shè)計(jì)控制器使用單片機(jī)。：溫濕度傳感器AT89C51單片機(jī)氣體傳感器鍵盤顯示電路報(bào)警電路A/D轉(zhuǎn)換復(fù)位電路 總體設(shè)計(jì)方框圖 設(shè)計(jì)的總體思路本次設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)對家庭環(huán)境的監(jiān)測，首先選擇溫濕度采集部分、有害氣體濃度采集部分、單片機(jī)控制部分和顯示部分，同時(shí)還要設(shè)計(jì)按鍵部分和報(bào)警部分，根據(jù)設(shè)計(jì)要求與設(shè)計(jì)思路，確定該系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)方案。適合用于抗干擾領(lǐng)域，相對于家用其成本也是很高，也沒法突出其特性如果用有點(diǎn)暴斂天物。AT89C51 有40個(gè)引腳，4k 字節(jié)Flash 閃速存儲(chǔ)器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32 個(gè)I/O 口線，兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè)5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。AT895C51有PDIP、TQFP及PLCC等三種 封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。 2個(gè)串行中斷。 溫濕度傳感器的選擇現(xiàn)在的傳感器很多，考慮了兩種傳感器：一種是使用鉑電阻溫度傳感器采集溫度，濕敏電阻采集濕度，再經(jīng)由A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成單片機(jī)能夠處理的數(shù)字信號，然后送到單片機(jī)中進(jìn)行處理變換后，最后將溫濕度值顯示在顯示器上并判斷是否超限。測量范圍廣；濕度測量范圍：0~100%RH；溫度測量范圍：40~+120℃。響應(yīng)時(shí)間短；響應(yīng)時(shí)間：4s。 A/D轉(zhuǎn)換器的選擇在工業(yè)控制和智能化儀表中，常用單片機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理。在選擇A/D轉(zhuǎn)換器時(shí)，主要考慮以下的一些技術(shù)指標(biāo)：轉(zhuǎn)換時(shí)間和轉(zhuǎn)換頻率、量化誤差與分辨率、轉(zhuǎn)換精度、接口形式等。 TLC1543芯片模型TLC1543是由TI公司開發(fā)的開關(guān)電容式A/D轉(zhuǎn)換器，該芯片具有如下特點(diǎn)：10位精度、11通道、三種內(nèi)建的自測模式、提供EOC（轉(zhuǎn)換完成）信號等。CLK是芯片的時(shí)鐘端，ADDR是地址選擇端，SDO是數(shù)據(jù)輸出端，這三根引腳分別接到CPU的三個(gè)I/O端即可。LED應(yīng)用可分為兩大類：一是LED單管應(yīng)用，包括背光源LED，紅外線LED等；另外就是LED顯示屏，目前，中國在LED基礎(chǔ)材料制造方面與國際還存在著一定的差距，但就LED顯示屏而言，我國的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)技術(shù)水平基本與國際同步。它采用低電壓掃描驅(qū)動(dòng)，具有：耗電少、使用壽命長、成本低、亮度高、故障少、視角大、可視距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)。其工作原理就是利用液晶的物理特性：通電時(shí)排列變得有序，使光線容易通過；不通電時(shí)排列混亂，阻止光線通過。因此選擇LCD。獨(dú)立式按鍵就是各鍵相互獨(dú)立，每個(gè)按鍵各接一根輸入線，通過檢測輸入線的電平狀態(tài)可以很容易地判斷哪個(gè)按鍵被按下。獨(dú)立式按鍵電路配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡單，但每個(gè)按鍵必須占用一根I/O口線，因此，在按鍵較多時(shí)，I/O口線浪費(fèi)較大，不宜采用。對于一組鍵或一個(gè)鍵盤，總有一個(gè)接口電路與CPU相連。但是隨著單片機(jī)開發(fā)技術(shù)的不斷發(fā)展，目前越來越多的人從使用匯編語言轉(zhuǎn)向使用高級語言進(jìn)行開發(fā)工作，尤以C語言為主，目前市場上常見的幾種單片機(jī)均有C語言開發(fā)環(huán)境。匯編語言有以下特點(diǎn)：直接和簡捷，可有效地訪問、控制計(jì)算機(jī)的各種硬件設(shè)備，如磁盤、存儲(chǔ)器、CPU、I/O端口等，目標(biāo)代碼簡短，占用內(nèi)存少，執(zhí)行速度快，是高效的程序設(shè)計(jì)語言。C是結(jié)構(gòu)式語言。C語言適用范圍大。第3章 硬件設(shè)計(jì)根據(jù)單片機(jī)對家庭環(huán)境監(jiān)測要實(shí)現(xiàn)的功能，設(shè)計(jì)了基于ATMEL公司的AT89C51芯片的室內(nèi)監(jiān)測系統(tǒng)。 系統(tǒng)的硬件簡介硬件大致構(gòu)成：核心控制器件AT89C51，溫濕度傳感器SHT11，A/D轉(zhuǎn)換器TLC1543，顯示器LCD1602，鍵盤，顯示及報(bào)警電路。 核心控制器件AT89C51AT89C51 有40個(gè)引腳，4k 字節(jié)Flash 閃速存儲(chǔ)器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32 個(gè)I/O 口線，兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè)5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。AT895C51有PDIP、TQFP及PLCC等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。 2個(gè)串行中斷。ALE（30腳）為地址鎖存信號，當(dāng)單片機(jī)上電正常工作后，ALE引腳不斷輸出正脈沖信號。VCC（40 腳）和VSS（20 腳）為供電端口，分別接+5V電源的正負(fù)端。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí)，這組口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址（低8 位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流。在訪問外部程序存儲(chǔ)器或16 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P2 口送出高8 位地址數(shù)據(jù)。P3 口輸出緩沖級可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4 個(gè)TTL 邏輯門電路。 P3端口引腳兼用功能表P3引腳兼用功能串行通訊輸入（RXD）串行通訊輸出（TXD）外部中斷0（INT0）外部中斷1（INT1）定時(shí)器0輸入（T0）定時(shí)器1輸入（T1）外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通輸出（WR）外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通輸出（RD） AT89C51單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)單片機(jī)最小系統(tǒng)是指能維持單片機(jī)運(yùn)行的最簡單的配置系統(tǒng)。對外接電容雖然沒有嚴(yán)格的要求，但電容容量的大小會(huì)輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程序及溫度穩(wěn)定性。這種接法不僅可以在上電時(shí)自動(dòng)復(fù)位，也可以在程序運(yùn)行時(shí)手動(dòng)進(jìn)行復(fù)位，只需按下復(fù)位電路中的復(fù)位鍵即可。因此RST為高電平，CPU進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)，松手后，電容C1開始充電，RST端電位下降，CPU脫離復(fù)位狀態(tài)。微處理器對SHT11的控制是通過5個(gè)5位命令代碼來實(shí)現(xiàn)的。（2）連接復(fù)位順序如果與SHT11傳感器的通訊中斷，下列信號順序會(huì)使串口復(fù)位：當(dāng)使DATA線處于高電平時(shí)，出發(fā)SCK9次以上（含9次），并發(fā)一個(gè)前述的“傳輸開始”命令。如果沒有用CRC8校驗(yàn)和，則控制器就會(huì)在測量數(shù)據(jù)LSB后，保持SCK為高時(shí)停止通訊。 TLC1543工作原理TLC1543是由TI公司開發(fā)的開關(guān)電容式A/D轉(zhuǎn)換器，該芯片具有如下特點(diǎn)：10位精度、11通道、三種內(nèi)建的自測模式、提供EOC（轉(zhuǎn)換完成）信號等。CLK是芯片的時(shí)鐘端，ADDR是地址選擇端，S