【文章內容簡介】 ，空閑，節(jié)電等工作方式。 Philips 公司的單片機 P87LPC762 是一個很典型的例子，在空閑時，其功耗為 mA，而在節(jié)電方式中，其功耗只有 。而在功耗上最令人驚嘆的是 TI 公司的單片機 MSP430 系列，它是一個 16 位的系列，有超低功耗工作方式。它的低功耗方式有 LPM LPM LPM4 三種。當電源為 3V 時，如果工作于 LMP1 方式，即使外圍電路處于活動，由于 CPU 不活動，振蕩器處于 1～ 4MHz，這時功耗只有 50mA。在 LPM3 時，振蕩器處于 32kHz，這時功耗只有 。在LPM4 時， CPU、外圍及振蕩器 32kHz 都不活動，則功耗只有 。 現(xiàn)在單片機的封裝水平已大大提高，隨著貼片工藝的出現(xiàn)，單片 機也大量采用了各種合符貼片工藝的封裝方式出現(xiàn)，以大量減少體積。在這種形勢中，Microchip 公司推出的 8 引腳的單片機特別引人注目。這是 PIC12CXXX 系列。它含有 ～ 2K 程序存儲器， 25～ 128 字節(jié)數(shù)據(jù)存儲器， 6 個 I/O 端口以及一個定時器，有的還含 4 道 A/D ，完全可以滿足一些低檔系統(tǒng)的應用。擴大電源電壓范圍以及在較低電壓下仍然能工作是今天單片機發(fā)展的目標之一。目前，一般單片機都可以在 ～ 的條件下工作。而一些廠家，則生產出可以在～ 6V 的條件下工作的單片機。這些單片機有 Fujitsu 公司的 MB89191～89195， MB89121～ 125A， MB89130 系列等，應該說該公司的 F2MC8L 系列單片機絕大多數(shù)都滿足 ～ 6V 的工作電壓條件。而 TI 公司的 MSP430X11X 系列的工作電壓也是低達 的。 以單片機為核心的嵌入式系統(tǒng)：單片機的另外一個名稱就是嵌入式微控制器，原因在于 它可以嵌入到任何微型或小型儀器或設備中。目前，把單片機嵌入式系統(tǒng)和 Inter 連接已是一種趨勢。但是， Inter 一向是一種采用肥服務器，瘦用戶機的技術。這種技術在互聯(lián)上存儲及訪問大量數(shù)據(jù)是合適的 ，但對于控制嵌入式器件就成了 “ 殺雞用牛刀 ” 了。要實現(xiàn)嵌入式設備和 Inter 連接，就需要把傳統(tǒng)的 Inter 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。 哈爾濱理工大學學士學位論文 6 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 位單片機控制的產品，也即嵌入式產品或設備能實現(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。 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)產生干擾，還會對外 哈爾濱理工大學學士學位論文 7 界電路產生干擾，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 內部瑣相環(huán)技 術，則在外部時鐘較低時，也能產生較高的內部總線速度，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 哈爾濱理工大學學士學位論文 8 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的溫度和濕度， 可完成對藏書室內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。 哈爾濱理工大學學士學位論文 9 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。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 哈爾濱理工大學學士學位論文 10 熱后產生蒸汽，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。 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的溫濕度并與設定值相比較，如果溫室內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?？刂?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，進行屋內環(huán)境控制 功能。 AT89C51 上位機