【文章內(nèi)容簡介】 ter 理論和嵌入式設備的實踐都顛倒過來。為了使復雜的或簡單的嵌入式設備，例如單片機控制的機床、單片機控制的門鎖，能切實可行地和 Inter 連接，就要求專門為嵌入式微控制器設備設計網(wǎng)絡服務器，使嵌入式設備可以和 Inter 相連，并通過標準網(wǎng)絡瀏覽器進行過程控制。 目前，為了把單片機為核心的嵌入式系統(tǒng)和 Inter 相連，已有多家公司在進行這方面的較多研究。這方面較為典型的有 Mewari 公司和 TASKING 公司。 目前，單片機應用中提出了一個新的問題：這就是如 何使 8 位、 16 位單片機控制的產(chǎn)品，也即嵌入式產(chǎn)品或設備能實現(xiàn)和互聯(lián)網(wǎng)互連。 TASKING 公司目前正在為解決這個問題提供了途徑。該公司已把 EmWare 的 EMIT 軟件包和有關的軟件配套集成，形成一個集成開發(fā)環(huán)境，向用戶提供開發(fā)方便。嵌入互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟 ETI（ embed the Inter Consortium）正在緊密合作，共同開發(fā)嵌入式 Inter的解決方案。在不久將會有成果公布。 單片機應用的可靠性技術發(fā)展：在單片機應用中，可靠性是首要因素為了擴大單片機的應用范圍和領域，提高單片機自身的可靠性是一種 有效方法。近年來，單片機的生產(chǎn)廠家在單片機設計上采用了各種提高可靠性的新技術，這些新技術表現(xiàn)在如下幾點： 1． EFT（ Electrical Fast Transient）技術 EFT 技術是一種抗干擾技術，它是指在振蕩電路的正弦信號受到外界干擾時，其波形上會迭加各種毛刺信號，如果使用施密特電路對其整形，則毛刺會成為觸發(fā)信號干擾正常的時鐘，在交替使用施密特電路和 RC 濾波電路時，就可以消除這些毛否則令其作用失效，從而保證系統(tǒng)的時鐘信號正常工作。這樣，就提高了單片機工作的可靠性。 Motorola 公司的 MC68HC08 系列單片機就采用了這種技術。 6 2． 低噪聲布線技術及驅動技術 在傳統(tǒng)的單片機中，電源及地線是在集成電路外殼的對稱引腳上，一般是在左上、右下或右上、左下的兩對對稱點上。這樣，就使電源噪聲穿過整塊芯片，對單片機的內(nèi)部電路造成干擾?，F(xiàn)在，很多單片機都把地和電源引腳安排在兩條相鄰的引腳上。這樣，不僅降低了穿過整個芯片的電流，另外還在印制電路板上容易布置去耦電容，從而降低系統(tǒng)的噪聲。 現(xiàn)在為了適應各種應用的需要，很多單片機的輸出能力都有了很大提高， Motorola 公司的單片機 I/O 口的灌拉電流可達 8mA 以上 ，而 Microchip 公司的單片機可達 25mA。其它公司： AMD， Fujitsu， NEC ， Infineon， Hitachi， Ateml， Tosbiba 等基本上可達8～ 20mA 的水平。這些電流較大的驅動電路集成到芯片內(nèi)部在工作時帶來了各種噪聲，為了減少這種影響，現(xiàn)在單片機采用多個小管子并聯(lián)等效一個大管子的方法，并在每個小管子的輸出端串上不同等效阻值的電阻，以降低 di/dt，這也就是所謂 ”跳變沿軟化技術 ”，從而消除大電流瞬變時產(chǎn)生的噪聲。 3． 采用低頻時鐘 高頻外時鐘是噪聲源之一，不僅能對單片機應用系統(tǒng)產(chǎn) 生干擾，還會對外界電路產(chǎn)生干擾，令電磁兼容性不能滿足要求。對于要求可靠性較高的系統(tǒng)，低頻外時鐘有利于降低系統(tǒng)的噪聲。在一些單片機中采用 內(nèi)部瑣相環(huán)技 術，則在外部時鐘較低時，也能產(chǎn)生較高的內(nèi)部總線速度，從而保證了速度又降低了噪聲。 Motorola 公司的 MC68HC08 系列及其 16/32 位單片機就采用 了 這種技術以提高可靠性。 單片機在目前的發(fā)展形勢下，表現(xiàn)出幾大趨勢： 1． 可靠性及應用越來越水平高和互聯(lián)網(wǎng)連接已是一種明顯的走向。 2． 所集成的部件越來越多； NS（美國國家半導體）公司的單片機已把語音、圖象部件也 集成到單片機中，也就是說，單片機的意義只是在于單片集成電路，而不在于其功能了；如果從功能上講它可以講是萬用機。原因是其內(nèi)部已集成上各種應用電路。 3． 功耗越來越低和模擬電路結合越來越多。 隨著半導體工藝技術的發(fā)展及系統(tǒng)設計水平的提高，單片機還會不斷產(chǎn)生新的變化和進步，最終人們可能發(fā)現(xiàn)：單片機與微機系統(tǒng)之間的距離越來越小，甚至難以辨認。 論文研究內(nèi)容 我國是具有幾千年歷史的文明古國，書籍種類繁多，數(shù)量極其豐富，但隨著歲月的流逝，這些無價之寶都在經(jīng)受著不同程度的破壞和損害，很多珍貴書籍，價值連城，不可復制，一 旦損壞就無法挽回。因此，從書籍的本身出發(fā)，制定出適宜各類書籍保存的溫濕度指標 。采用新的空氣處理方式，如吸附制冷，充分利用太陽能等可再生能源來對書籍保存環(huán)境進行控制，對藏書室的可持續(xù)發(fā)展有著重要的意義。 目前 ,國內(nèi)大中型藏書室在管理中由于技術和資金上的原因，多數(shù)僅限于只 7 對溫度進行監(jiān)測，當溫度超標時進行強制通風，即使如此，處理不及時或因設備人力條件有限仍會造成大量損失。實現(xiàn)藏書室書籍的溫升主要是由于濕度引起的，藏書室書籍本身的水分過高或連續(xù)的高濕天氣將導致儲藏的書籍新陳代謝加快而放出熱量，放熱引起的溫升又使代謝 進一步加劇以至發(fā)霉變質。這種惡性循環(huán)一旦形成很難進行有效控制。因此，藏書室在進行溫度監(jiān)測的同時，必須重視對空氣濕度的檢測，以利于提前采取有效措施控制藏書室書籍因升溫而霉變。 研究表明，對藏書保護的主要環(huán)境影響因素有：溫度、濕度、光照、空氣污染物、微生物等，其中，溫度和濕度兩者相互影響、相互作用，是直接影響甚至決定書籍一切物理、化學、生物作用的兩個最基本條件因此，將藏書保存在合適的溫濕環(huán)境對書籍的保護有 著極為重要的作用。 濕度要求不是一個定值，而是一個區(qū)間，一般在 30%～ 70%之間，最適宜的一般為 40%～ 60%。 常見的有電熱式與電極式兩種加濕方式，都是利用水加熱后產(chǎn)生蒸汽，增加濕度 .當蒸發(fā)器的表面濕度低于空氣的露點溫度時，與之接觸的空氣中的水蒸汽被冷卻成水而排走。溫度與濕度傳感器主要是用來檢測溫度與濕度信號并送往單片機，單片機經(jīng)過內(nèi)部 A/D 轉換，對檢測的信號進行運算，輸出控制信號， LCD顯示器可顯示采集到的信號的大小，為了使本系統(tǒng)能在多種環(huán)境下工作，特設了鍵盤，可以對溫濕度進行上、下限設定，同時還對超過上、下限進行上、下限報警。 本文主要研究利用單片機控制室內(nèi)溫度和濕度， 隨著社會對于藏書需求的不斷增加，對于藏書室 的環(huán)境要求也隨之增加，這些藏書室有的雖然安裝有各種加熱、加濕、通風和降溫設備，但對于溫濕度的測量和設備的操作大多還是由人工來完成的。當溫室較大時，操作人員的勞動強度很大。 為了使書籍的使用壽命盡可能的延長，本文所介紹的溫濕度控制系統(tǒng)以 AT89C2051 單片機為控制核心，結合傳感器 和數(shù)字電子電路技術，利用單片機控制室內(nèi)的溫度和濕度， 可完成對藏書室內(nèi)溫濕度的自動測量和調節(jié)，大大降低了勞動強度。藏書室溫濕度控制系統(tǒng)，采用數(shù)字式的溫度傳感器和單片機，實現(xiàn)了對藏書室內(nèi)溫濕度的自動測錄和調節(jié)，單片機 AT89C51 因其指令 系統(tǒng)豐富、小巧、低價、靈話易擴展等獨特的優(yōu)點，在所設計的藏書室溫濕度控制系統(tǒng)中使整個系統(tǒng)的性價比得以大幅度的提高。 8 第 2章 總體方案設計 系統(tǒng)設計原則 系統(tǒng)設計 要求單片機系統(tǒng)應具有可靠性高、操作維護方便、性價比高等特點。 1． 可靠性 高可靠性是單片機系統(tǒng)應用的前提，在系統(tǒng)設計的每一個環(huán)節(jié)，都應該將可靠性作為首要的設計準則。提高系統(tǒng)的可靠性通常從以下幾個方面考慮 :使用可靠性高的元器件 。設計電路板時布線和接地要合理 。對供電電源采用抗干擾措施 。，輸入輸出通道抗干擾措施 :進行軟硬件濾波 。系統(tǒng)自診斷功能等。 2． 操作維護 方便 在系統(tǒng)的軟硬件設計時，應從操作者的角度考慮操作和維護方便，盡量減少對操作人員專用知識的要求，以利于系統(tǒng)的推廣。因此在設計時，要盡可能采用操作內(nèi)置或簡化的方法。同時系統(tǒng)應配有現(xiàn)場故障診斷程序，一旦發(fā)生故障能保證有效地對故障進行定位，以便進行維修。 3． 性價比 單片機除體積小、功耗低等特點外，最大的優(yōu)勢在于高性能價格比。一個單片機應用系統(tǒng)能否被廣泛使用，性價比是其中一個關鍵因素。因此，在設計時，除了保持高性能外，盡可能降低成本，如簡化外圍硬件電路，在系統(tǒng)性能和速度允許的情況下盡可能用軟件功能取代硬件功能等 。 方案設計 在藏書室，環(huán)境溫濕度往往要控制在一定的 范圍內(nèi)。由 AT89C51 單片機實現(xiàn)的溫濕度控制系統(tǒng)是考慮低成本并滿足對溫濕度基本技術性能指標的需求而設計的。 通常環(huán)境溫度調節(jié)常用的調節(jié)方法是利用 加熱器和噴水器 來實現(xiàn)。在制冷時，當環(huán)境溫度高于設定的溫度值，系統(tǒng) 控制噴水器開關 ，其過程為 ： 當溫度高于設定溫度時，蜂鳴報警器進行報警，控制噴水器的開關打開，噴水器進行工作， 如此往復進行，從而達到不 斷降溫的目的。在制熱時，當環(huán)境溫度低于設定溫度值， 蜂鳴報警器進行報警，控制加熱器的開關打開，加熱器進行工作， 以上往復使環(huán) 境溫度不斷升高。 溫度要求在 18～ 28℃ 為適宜存放書籍的溫度， 濕度要求不是一個定值，而是一個區(qū)間，一般在 30%～ 70%之間，最適宜的一般為 40%～ 60%。常見的有電熱式與電極式兩種加濕方式，都是利用水加熱后產(chǎn)生蒸汽，增加濕度。當蒸發(fā)器的表面濕度低于空氣的露點溫度時，與之接觸的空氣中的水蒸汽被冷卻成水而排走。 溫度與濕度傳感器主要是用來檢測溫度與濕度信號并送往單片機，單片機經(jīng)過內(nèi)部 A/D 轉換，對檢測的信號進行運算，輸出控制信號， LCD 顯示器可顯 9 示采集到的信號的大小。為了使本系統(tǒng)能在多種環(huán)境下工作，特設了鍵盤，可以對溫濕度進行上、下限設定，同時還對超過上、下限進行上、下限報警。 系統(tǒng)工作時，單片機啟動，操作人員可通過鍵盤向系統(tǒng)輸入設定的溫度和濕度范圍。單片機系統(tǒng)通過溫度傳感器和濕度傳感器測量溫室內(nèi)的溫濕度并與設定值相比較，如果溫室內(nèi)的溫度或濕度超出了設定范圍。單片機系統(tǒng)就輸出指令控制接通相應的設備。當溫室的溫度和濕度都在范圍內(nèi)時就切斷設備的電源。 溫濕度控制系統(tǒng)可分為 三 個部分 ： 一是信號采集輸入部分，包括采集室溫度、濕度。二是信息處理部分。主要功能是將采集的信息 轉換成計算機可識別的標準量信息進行處理、輸出決策的指令。 三是輸出及控制部分。控制 兩個開關，從而控制 加熱器、噴水器進行操 作，使書籍的保存實現(xiàn)現(xiàn)代化的生產(chǎn)控制過程。 此次設計的系統(tǒng)的 具體原 理方框 如 圖 21。 圖 21 總體方框圖 本系統(tǒng)以單片機 AT89C51 為核心，數(shù)據(jù)采集、存儲、顯示、報警以及上傳至計算機進行數(shù)據(jù)處理都要通過單片機。數(shù)據(jù)采集通過單總線的智能溫度傳感器和濕度傳感器完成 ： 當采集數(shù)據(jù)超出預警值時，有 蜂鳴報警器 實時報警，然后進行相 應處理 ； 利用控制 繼電器 開關從而控制加熱器、 噴水器，進行屋內(nèi)環(huán)境控制 功能。 測 溫 電路 主要對室內(nèi)溫度進行 溫度采集， 進行比較，看是不超出 設定的限定值 ； 測 濕 電路 主要是對室內(nèi)濕度進行濕度采集，進行比較，看是否超出 設定的 限定值 ； 報警是超出限定值的時候 會報警；當超出限定值時，控制開關會閉合，帶動加熱、噴水裝置對室內(nèi)溫度和濕度進行調節(jié) ；由于想要連接到 PC 機上，在裝置中設計了 485 總線。使裝置可以進行遠程控制，或者同時控制多個屋子的單片機進行溫濕度控制。 AT89C51 上位機通信 鍵盤 濕度 溫度 顯示 報警 輸出控制 10 本章 小結 本節(jié)主要介紹了室內(nèi)溫濕度控制的總體方案設計，設 計的背景及意義，整體的設計框圖，對各個元件的選用 ，以及設計的主要原則。 給出了設計的總體框圖，說明了總體的設計思路。從整體上，闡述了 設計的總體方案，對溫濕度控制設計 、光電隔離開關等 有一個總體的認識。 11 第 3章 硬件設計 本控制系統(tǒng)主要包括濕 度 控制和 溫度調節(jié)兩個環(huán)節(jié) ，先進行溫度、濕度的采集，根據(jù)溫度和濕度的實際情況控制光電隔離開關，從控制噴水器和加熱器進行工作，對室內(nèi)溫度進行調節(jié)。 溫室生態(tài)控制系統(tǒng)可分為 三 個部分 ： 一是信號采集輸入部分，包括采集室內(nèi)、 外溫度、濕度。 二 是信息處理部分。主要功能是將采集 的信息轉換成計算機可識別的標準量信息進行處理、輸出決策的指令。 三 是輸出及控制部分。 利用控制開關量的方式 控制噴水 器、加熱器 進行操作，使藏書室處于適合的環(huán)境中，從而保證了書的質量以及延長書的壽命。 AT89C51 單片機簡介 AT89C51 單片機是一種帶 4K 字節(jié) FLASH存 儲器 （ FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能 CMOS 8 位微處理器，俗稱 單片機 。 單 片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除 1000 次。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲器組合在單個芯片中， ATMEL 的 AT89C51 是一種高效微控制器，為很多 嵌入式控制系統(tǒng) 提供了一種靈活性高且價廉的方案。 外形及引腳排列如圖所示結構特點及工作原理 如圖 31。 圖 31 AT89C51 引腳圖 主要特性 AT89C51 主要特征有： 1. 與 MCS51