【文章內(nèi)容簡介】 MEL 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)及80C51 引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用 8 位中央處理器和 ISP Flash 存儲單元，功能強大的微型計算機的 AT89S51 可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。 AT89S51 具有如下特點： 40 個引腳 ， 4k Bytes Flash 片內(nèi)程序存儲器， 128 bytes 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM）， 32 個外部雙向輸入 /輸出（ I/O）口， 5 個中斷優(yōu)先級 2 層中斷嵌套中斷， 2 個 16 位可編程定時計數(shù)器 ,2 個全雙工串行通信口，看門狗（ WDT）電路，片內(nèi)時鐘振蕩器。 單片機最小系統(tǒng)電路圖如圖 43 所示 圖 43 單片機最小系統(tǒng)電路圖 AT89S51 單片機 無線收發(fā)模塊 DHT11 溫濕度檢測 8 4． 2 溫度濕度傳感器電路的設(shè)計 溫度濕度傳感器 電路 主要通過 DHT11 傳感器檢測， DHT11 是一款含有已校準(zhǔn)熟悉信號輸出的溫濕度復(fù)合傳感器，它應(yīng)用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性和卓越的長期穩(wěn)定性。傳感器包括一個電阻式感濕元件和一個NTC測溫元件，并與一個高性能 8 位單片機相連接。因此該產(chǎn)品具有品質(zhì)卓越、超快響應(yīng)、抗干擾能力強、性價比極高等優(yōu)點。每個 DHT11 傳感器都在即為精確的濕度校驗室中進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)系數(shù)以程序的形式存在 OTP 內(nèi)存中，傳感器內(nèi)部在檢測型號的處理過程中要調(diào)用這些校準(zhǔn)系數(shù)。單線制串行接口，使系統(tǒng)集成變得簡易快 捷。超小的體積、極低的功耗，信號傳輸距離可達(dá) 20 米以上，使其成為給類應(yīng)用甚至最為苛刻的應(yīng)用場合的最佳選擇。產(chǎn)品為 4 針單排引腳封裝，連接方便。 DHT11 的電路圖如圖 44 所示 圖 44 DHT11的電路圖 4． 3 無線收發(fā)模塊 ,工作于 GHz～ GHz ISM頻段。內(nèi)置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器、調(diào)制器等功能模塊 ,并融合了增強型 ShockBurst技術(shù)，其中輸出功率和通信頻道可通過程序 進(jìn)行配置。 工作原理：發(fā)射數(shù)據(jù)時，首先將 nRF24L01配置為發(fā)射模式：接著把接收節(jié)點地址TX_ADDR和有效數(shù)據(jù) TX_PLD按照時序由 SPI口寫入 nRF24L01緩存區(qū)， TX_PLD必須在 CSN為低時連續(xù)寫入，而 TX_ADDR在發(fā)射時寫入一次即可，然后 CE置為高電平并保持至少 10μ s，延遲130μ s后發(fā)射數(shù)據(jù) 。若自動應(yīng)答開啟，那么 nRF24L01在發(fā)射數(shù)據(jù)后立即進(jìn)入接收模式，接收應(yīng)答信號（自動應(yīng)答接收地址應(yīng)該與接收節(jié)點地址 TX_ADDR一致）。如果收到應(yīng)答，則認(rèn)為此次通信成功， TX_DS置高，同時 TX_PLD從 TX FIFO中清除 。若未收到應(yīng)答，則自動重新發(fā)射該數(shù)據(jù) (自動重發(fā)已開啟 )，若重發(fā)次數(shù) (ARC)達(dá)到上限， MAX_RT置高， TX FIFO中數(shù)據(jù)保留以便在次重發(fā) 。MAX_RT或 TX_DS置高時，使 IRQ變低，產(chǎn)生中斷，通知 MCU。最后發(fā)射成功時 ,若 CE為低則 nRF24L01進(jìn)入空閑模式 1。若發(fā)送堆棧中有數(shù)據(jù)且 CE為高，則進(jìn)入下一次發(fā)射 。若發(fā)送堆棧中無數(shù)據(jù)且 CE為高，則進(jìn)入空閑模式 2。 接收數(shù)據(jù)時 ,首先將 nRF24L01配置為接收模式，接著延遲 130μ s進(jìn)入接收狀態(tài)等待數(shù) 據(jù)的到來。當(dāng)接收方檢測到有 效的地址和 CRC時，就將數(shù)據(jù)包存儲在 RX FIFO中，同時中斷標(biāo)志位 RX_DR置高， IRQ變低，產(chǎn)生中斷，通知 MCU去取數(shù)據(jù)。若此時自動應(yīng)答開啟，接收方則同時進(jìn)入發(fā)射狀態(tài)回傳應(yīng)答信號。最后接收成功時，若 CE變低，則 nRF24L01進(jìn)入空閑模式 1。 9 nRF24L01單端射頻輸出原理圖如圖 45所示 圖 45nRF24L01 單端射頻輸出原理圖 4． 4 時鐘電路的設(shè)計 時鐘電路采用了 DS1302芯片， DS1302 是美國 DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶 RAM的實時時鐘電路，它可以對年、月、日 、周日、時、分、秒進(jìn)行計時，具有閏年補償功能，工作電壓為 ～ 。采用三線接口與 CPU進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的 時鐘信號 或 RAM數(shù)據(jù)。 DS1302內(nèi)部有一個 318的用于臨時性存放數(shù)據(jù)的 RAM寄存器。 DS1302是 DS1202的升級產(chǎn)品，與 DS1202兼容，但增加了主電源 /后備電源雙電源引腳，同時提供了對后備電源進(jìn)行涓細(xì)電流充電的能力。 時鐘芯片的電路圖如圖 46所示 圖 46時鐘芯片的電路圖 4． 5 主機與 PC 機的傳輸設(shè)計 主機與 PC 機的通信采用 MAX232 芯片， 該產(chǎn) 品是由德州儀器公司（ TI）推出的一款兼容 RS232 標(biāo)準(zhǔn)的芯片。由于電腦串口 rs232 電平是 10v +10v，而一般的單片機應(yīng)用系統(tǒng) 10 的信號電壓是 ttl 電平 0 +5v,max232 就是用來進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換的 ,該器件包含 2 驅(qū)動器、 2 接收器和一個電壓發(fā)生器電路提供 TIA/EIA232F 電平。 該器件符合 TIA/EIA232F 標(biāo)準(zhǔn)，每一個接收器將 TIA/EIA232F 電平轉(zhuǎn)換成 5V TTL/CMOS 電平。每一個發(fā)送器將 TTL/CMOS 電平轉(zhuǎn)換成 TIA/EIA232F 電平。 主要特點 ： （ 1） 單 5V 電 源工作 ； （ 2） LinBiCMOSTM 工藝技術(shù) ； （ 3） 兩個驅(qū)動器及兩個接收器 ； （ 4） 177。30V 輸入電平 ； （ 5） 低電源電流：典型值是 8mA； （ 6） 符合甚至優(yōu)于 ANSI 標(biāo)準(zhǔn) EIA/TIA232E 及 ITU 推薦標(biāo)準(zhǔn) ； （ 7） ESD 保護(hù)大于 MILSTD883（方 法 3015）標(biāo)準(zhǔn)的 2020V。 MAX232 的電路圖如圖 47 所示 圖 47 MAX232的電路圖 4． 6 液晶電路的設(shè)計 液晶顯示電路采用了 12864液晶模塊， 液晶模塊的軟件特性主要由 ST7920 控制驅(qū)動器決定。 ST7920 同時作為控制器和驅(qū)動器，它可提供 33 路 輸出和 64 路 seg輸出。在驅(qū)動器ST7921 的配合下，最多可以驅(qū)動 256 32 點陣液晶。 ST7920 系列產(chǎn)品硬件特性如下： （ 1） 提供 8 位， 4 位并行接口及串行接口可選； （ 2） 并行接口適配 M6800 時序； （ 3） 自動電源啟動復(fù)位功能； （ 4） 內(nèi)部自建振蕩源； （ 5） 64 16 位字符顯示 RAM（ DDRAM 最多 16 字符 4 行， LCD 顯示范圍 16 2 行）； 11 （ 6） 2M 位中文字型 ROM（ CGROM），總共提供 8192 個中文字型（ 16 16 點陣）； （ 7） 16K 位半寬字型 ROM(HCGROM)，總共提供 126 個西文字型（ 16 8 點陣）； （ 8） 64 16 位字符產(chǎn)生 RAM（ CGRAM）； （ 9） 15 16 位總共 240 點的 ICON RAM（ ICONRAM）。 ST7920 系列產(chǎn)品軟件特性如下： （ 1） 文字與圖形混合顯示功能； （ 2） 畫面清除功能； （ 3） 光標(biāo)歸位功能； （ 4） 顯示開 /關(guān)功能； （ 5） 光標(biāo)顯示 /隱藏功能； （ 6） 顯示字體閃爍功能； （ 7） 光標(biāo)移位功能功能 （ 8） 顯示移位功能； （ 9） 垂直畫面旋轉(zhuǎn)功能； （ 10） 反白顯示功能； （ 11） 休眠模式。 利用液晶的顯示功能，我們可以將檢測到的溫濕度和時間在液晶上顯示，并通過按鍵來對系統(tǒng)進(jìn)行設(shè) 置。 12864的電路圖如圖 48所示 圖 4812864的電路圖 4． 7 儲存電路的設(shè)計 本電路主要采用了 AT24C02， AT24C02是一個 2K位串行 CMOS E2PROM， 內(nèi)部含有 256個 8位字節(jié)， CATALYST公司的先進(jìn) CMOS技術(shù)實質(zhì)上減少了器件的功耗。 AT24C02有一個16字節(jié)頁寫緩沖器。該器件通過 IC總線接口進(jìn)行操作，有一個專門的寫保護(hù)功能。 我 12 們將檢測到得溫濕度 寫入到 AT24C02中，當(dāng)需要時候又可以從中讀取出來。 AT24C02的電路圖如圖 49所示 圖 49AT24C02的電路圖 5．軟件部分的設(shè)計 軟件部分設(shè)計包括：串口與 PC 機通信的設(shè)計，溫濕度程序設(shè)計，液晶顯示程序設(shè)計，無線收發(fā)程序設(shè)計等 ?? 主機系統(tǒng)流程圖如 圖 51 所示 ： 圖 51 主機系統(tǒng) 程序流程圖 檢測單片機系統(tǒng)如圖 52 所示： 開始 初始化 主機單片機控制 時鐘 液晶顯示 無線接收數(shù)據(jù) 串口通信 超過設(shè)定值 除濕、降溫 語音報警 13 圖 52 檢測單片機系統(tǒng) 6．系統(tǒng)的調(diào)試 調(diào)試工具：萬用表、信號發(fā)生器、示波器、 KEIL 編譯軟件、 STC 下載軟件、 VC++ 編譯軟件等。 6． 1 硬件的調(diào)試 首先按照電路圖，畫出 PCB，然后制板。在焊元器件前要用萬用表檢查電路的各線路有沒有短路與斷路的，做完這些工作之后再焊接元器件。在焊元器件的時候要注意虛焊與元件之間不要短接，焊好之后用萬用表檢測元器件間是否通路。確定無誤之后上電，看看指示燈是否正常，然后測量各個腳的電壓，最后再插入芯片。 硬件的實物圖 如下圖 61 主機硬件圖： 圖 61 主機硬件圖 檢測單片機電路圖 62 如下： 開始 初始化 單片機控制 溫濕度檢測 數(shù)據(jù)發(fā)送 14 圖 62 檢測單片機電路圖 6． 2 軟件的調(diào)試 軟件調(diào)試分為三部分： （ 1）主機的調(diào)試：主要有幾個子程序，時鐘的調(diào)試、液晶的顯示、無線收發(fā)的接收、按鍵的設(shè)置、自動降溫除濕的設(shè)置、串口通信等； （ 2）檢測單片機的調(diào)試： DHT11 傳感器獲取溫濕度的調(diào)試、無線收發(fā)的數(shù)據(jù)發(fā)送調(diào)試； （ 3） PC 機界面的調(diào)試：界面的設(shè)計、數(shù)據(jù)的顯示。 15 結(jié)論及尚存在的問題 本設(shè)計 主要采用單片機技術(shù)、自動檢測技術(shù)對糧倉管理系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)用設(shè)計，所設(shè)計的系統(tǒng) 完滿完成了設(shè)計的要求，實現(xiàn)了設(shè)計的各項功能，具體包括： （ 1）能檢測到各倉庫的溫度與濕度，并在液晶上顯示； （ 2）能利用按鍵設(shè)置臨界值，當(dāng)超過之后會自動報警并提示是那個房間那種值超標(biāo)，然后自動采取相應(yīng)的措施來除濕與降溫保持倉庫的良好環(huán)境； （ 3）能通過無線發(fā)收模塊將檢測到的值傳到電腦上，可以通過界面來監(jiān)控糧倉的情況； （ 4）能利用按鍵來查閱某段時間的溫濕度，更好了解倉庫溫濕度的變化情況； （ 5）通過時鐘芯片， 能設(shè)置時間與顯示； 通過多次的檢測、測試，證明 糧倉管理系統(tǒng)的設(shè)計 比較穩(wěn)定，各個功能都能按照我們的設(shè)想進(jìn)行工作，有比較好的智能化與自動化，能利用一臺主機對多臺分機進(jìn)行監(jiān)測， 糧倉管理系統(tǒng) 的應(yīng)用，大大緩解了糧食倉儲的壓力，它能及時、準(zhǔn)確、快速地反映糧堆溫度、濕度的變化情況，既省時又省力。 本設(shè)計系統(tǒng)如果能利用 WIFI 來進(jìn)行通信，則效果會更加好，數(shù)據(jù)傳輸更加穩(wěn)定，但由于時間與技術(shù)有限，無法完成這樣的設(shè)計，待以后有機會的再繼續(xù)努力改進(jìn)。 16 參考文獻(xiàn) [1] 周航慈 .單片機 應(yīng)用程序設(shè)計 [M].北京航空航天大學(xué)出版社， 1991 [2] 何希才、虹敏 .傳感器應(yīng)用接口電路 [M].機械工業(yè)出版社 ,1997 [3] 劉篤仁、韓保君 .傳感器原理及應(yīng)用技術(shù) [M].機械工業(yè)出版社， [4] 康華光 .電子技術(shù)基礎(chǔ) .高等教育出版社 [M], [5] ＜美＞ M 考夫曼、 AH 塞德 .電子計算手冊 [M].國防工業(yè)出版社， 1985 [6] 李建民 .單片機在溫度控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 [J].江漢大學(xué)學(xué)報 , [7] 潘其光 .常用測溫儀表技術(shù)問答 [M].國防工業(yè)出版社 ,1989 [8] 陳后金 ,胡健 ,薛健 .信號與系統(tǒng) [M].清華大學(xué)出版社， [9] 凌肇元 .集成電路應(yīng)用實例錦集 [J].人民郵電出版， 2020 [10] 胡漢才主編，單片機原理及其接口技術(shù) [M]，清華大學(xué)出版社， 2020 [11] 陳汝全主編，電子技術(shù)常用器件應(yīng)用手冊 [J]，第二版，機械工業(yè)出版社， 2020 [12] 鄭郁正 .單片機原理及應(yīng)用 [M].四川大學(xué)出版社 ,20