【文章內(nèi)容簡介】 兼容種類眾多的支持芯片、較為豐富的軟件資源，可以工作于各種惡劣的 條件下，工作穩(wěn)定等特點?？紤]到本系統(tǒng)的需要，因此 本設(shè)計選用 MCS51系列的 AT89S52 單片機作為本系統(tǒng)的 CPU。由 AT89S52 單片機 為核心 的 單片機 最小系統(tǒng)包括晶振電路和復(fù)位電路。 晶振電路 晶振電路 的主要任務(wù)是為 AT89S52 單片機 正常 工作需要的時鐘電路提供一個 穩(wěn)定的 工作頻率。 根據(jù) AT89S52 單片機 時鐘周期的要求，回路需要選用頻率為 12MHz的晶振。晶振回路由電容和陶瓷諧振器并聯(lián)組成。作為單片機的時鐘源。 AT89S52 內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，此放大器的輸入和輸出端分 別是引腳XTAL1和 XTAL2,在 XTAL1和 XTAL2端口 接上時鐘電源即可構(gòu)成時鐘電路。本設(shè)計中采用內(nèi)部時鐘產(chǎn)生方式。如圖 。在 XTAL1 和 XTAL2 兩端跨接晶振，與內(nèi)部的反相器構(gòu)成穩(wěn)定的自激振蕩器。其發(fā)出的時鐘脈沖直接送入單片機內(nèi)定時控制部件。 電容 C8 和 C9對頻率有微調(diào)作用。 電容 C8和 C9，應(yīng)盡可能的安裝在單片機芯片附近，以減少寄生電容，保證振蕩器穩(wěn)定可靠的工作。 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計 6 圖 晶振電路 復(fù)位電路 復(fù)位電路的功能就是對 CPU進行實時檢測，當(dāng) CPU落入死循環(huán)之后，能及時發(fā)現(xiàn)并使整個系統(tǒng)復(fù)位。 為確保微機系統(tǒng)中電路穩(wěn)定可靠工作，復(fù)位電路是必不可少的一部分，復(fù)位電路的第一功能是上電復(fù)位。一般微機電路正常工作需要供電電源為 5V177。5% ，即 ～ 。由于微機電路是時序數(shù)字電路，它需要穩(wěn)定的時鐘信號，因此在電源上電時，只有當(dāng) VCC 超過 低于 以及晶體振蕩器穩(wěn)定工作時，復(fù)位信號才被撤除，微機電路開始正常工作。 復(fù)位電路工作原理如右圖所示， VCC 上電時， C 充電，在 1K 電阻上出現(xiàn)電壓，使得單片機復(fù)位；幾個毫秒后， C 充滿， 1K電阻上電流降為 0，電壓也為 0，使得單片機進入工作狀態(tài)。工作期間，按下 S， C 放電。 S 松手， C 又充電，在1K電阻上出現(xiàn)電壓，使得單片機復(fù)位。幾個毫秒后，單片 機進入工作狀態(tài)。 復(fù)位電路圖 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計 6 溫濕度傳感器的選擇 溫濕度的測量在倉儲管理、工業(yè)生產(chǎn)制造、智能化建筑、科學(xué)研究及日常生活中被廣泛應(yīng)用，傳統(tǒng)的模擬式濕度傳感器需設(shè)計信號調(diào)理電路并需要經(jīng)過復(fù)雜的校準(zhǔn)、標(biāo)定過程，測量精度難以得到保證，且在線性度、重復(fù)性、互換性、一致性等方面往往不盡人意 。 并且糧倉環(huán)境中的溫度都在 － 20— ＋ 45℃ 之間。所以選用智能化的集成溫濕度傳感器芯 片 SHT11，可以滿足我們的設(shè)計要求。 濕度，表示大氣干燥程度的物理量。在一定的溫度下在一定體積的空氣里含有的水汽越少，則空氣越干燥；水汽越多，則空氣越潮濕?？諝獾母蓾癯潭冉凶?“ 濕度 ” 。在此意義下，常用 絕對濕度 、 相對濕度 、比較濕度、混合比、飽和差以及 露點等物理量來表示；若表示在濕蒸汽中液態(tài)水分的重量占蒸汽總重量的百分比，則稱之為蒸汽的濕度。 濕度傳感器是指檢測外界環(huán)境濕度的傳感器，它將所測環(huán)境 中的 濕度 信號 轉(zhuǎn)換為便于處理，顯示，記錄的電（頻率）信號 。濕度傳感器 在倉貯，工業(yè)生產(chǎn)，過程控制，環(huán)境監(jiān)測，家用電器，氣象等方面有著廣泛的應(yīng)用。溫度傳感器是指檢測外界溫度的傳感器，它將所測環(huán)境 中的溫 度 信號 轉(zhuǎn)換為便于處理，顯示，記錄的電（頻率）信號等，在很多領(lǐng)域都有普遍的應(yīng)用。 濕度，溫度傳感器是本設(shè)計中核心的器件，其感濕溫特性直接決定了本設(shè)計的性能指標(biāo)。濕度傳感器的種 類有很多，大致可以分為物性型，結(jié)構(gòu)型，其他形式三大類。物性型包括電解質(zhì)系，半導(dǎo)體及陶瓷系，聚合物系；結(jié)構(gòu)型包括毛發(fā)型，腸膜型；其他形式包括干濕球式，石英振子式，種子法式等等。溫度傳感器從使用的角度大致可分為接觸式和非接觸式兩大類。前者是讓溫度傳感器直接與待測物體接觸，來 檢測 被測物體溫度的變化，而后者是使溫度傳感器與待測物體離開一定的距離。檢測從待測物體放射出的紅外線，從而達(dá)到測溫的目的。 在接觸式和非接觸式兩大類溫度傳感器中，相比之下運用較多的是接觸式傳感器，非接觸式傳感器一般在比較特殊的場合才使用。目前在工 業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究工作中得到廣泛使用的接觸式溫度傳感器主要是熱電傳感器。它是利用轉(zhuǎn)換元件電磁參數(shù)隨溫度變化的特性，對溫度和與溫度有關(guān)的參量進行檢測的裝置，其中將溫度變化轉(zhuǎn)換為電阻變化的稱熱電阻傳感器，金屬熱電阻式傳感器簡稱熱電阻，半導(dǎo)體熱電阻式傳感器簡稱熱敏電阻，將溫度變化轉(zhuǎn)換為電動勢變化的稱為熱電偶傳感器。 溫濕測量相關(guān)概念 濕度和溫度很久以前就與 人類 生活存在著密切的關(guān)系 ,但用數(shù)量來進行表示較為困難。 現(xiàn)代科學(xué)對溫濕度測量做出了明確的定義和表示方法。 絕對濕度 ： 單位體積（ 1m3）的氣體中含有水 蒸氣的質(zhì)量（ g）。 但是 ,即使水蒸氣量相同 ,由于溫度和壓力的變化氣體體積也要 發(fā)生 變化 ,即絕對濕度 D發(fā)生變化。 D 為容積基準(zhǔn)。 相對濕度 ： 氣體中 所含 的水蒸氣（ e）與氣體飽和 時所含的 水蒸氣（ es）的比，用百分比表 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計 6 示。 但是 ,溫度和壓力的變化導(dǎo)致飽和水蒸氣 氣 壓也將隨之而變化。通常在工作和生活中我們使用的濕度即為相對濕度。 飽和水蒸氣壓（ Saturation Vapor Pressure） 氣體中所含水 蒸汽 的量是有限度的 ,達(dá)到限度的狀態(tài)即可稱之為飽和 ,此時的水蒸氣壓即稱為飽和水蒸氣壓。此物理量亦隨著溫度 ,壓力的變化 而變化 ,并且 ,0℃ 以下即使同一濕度 ,與水共存的飽和水蒸氣壓（ esw）和與冰共存的飽和水蒸氣壓（ esi）的值不同 ,通常所采用的是與水共存的飽和水蒸氣壓。各溫度對應(yīng)的飽和水蒸氣壓表在 JISZ8806 卷 中有 記載。 露點 ： 溫度較高的氣體其所含水 蒸汽 也較多 ,將此 氣體 冷卻后 ,其所含水 蒸汽 的量即使不發(fā)生變化 ,但 相對濕度 也會 增加 。 當(dāng)達(dá)到一定溫度 、 相對 濕度 達(dá)到 100%飽和 ,此時 ,繼續(xù)進行冷卻的話 ,其中一部分的水蒸氣將凝聚成露。此時的溫度即為露點溫度。露點在 0℃ 以下結(jié)冰時即為霜點。 溫濕度傳感器的選擇 濕度 傳感器的精度應(yīng)達(dá)到 177。2% — 177。5%R h，達(dá)不到這個水平很難作為計量器具使用，濕度傳感器要達(dá)到 177。2% — 177。3%R h 的精度是比較困難的，通常產(chǎn)品資料中給出的特性是在常溫（ 10℃ — 20℃ ）和潔凈的氣體中測量的。在實際使用中，由于塵土、油污及有害氣體的影響， 溫濕度傳感器 使用 時間一長 ， 容易 產(chǎn)生老化，精度下降 。所以選擇溫濕度傳感器就要考慮溫濕度傳感器的精度、長期穩(wěn)定性，以及互換性。 濕度傳感器的精度水平要結(jié)合其長期穩(wěn)定性去判斷 。 一般說來，長期穩(wěn)定性和使用壽命是影響濕度傳感器質(zhì)量的頭等問題 。溫濕度傳感器在使用過程中，由于受到 環(huán)境的影響都會產(chǎn)生 年漂移 。一般情況下 年漂移量控制在 1%Rh 水平的產(chǎn)品很少，一般都在 177。2%R h左右，甚至更高。 目前，濕度傳感器普遍存在著互換性差的現(xiàn)象，同一型號的傳感器不能互換，嚴(yán)重影響了使用效果，給維修、調(diào)試增加了困難，有些廠家在這方面 做 出了種種努力，（但互換性仍很差）取得 的 效果 并不明顯 。 然而溫濕度傳感器的選擇是本設(shè)計的核心問題。 傳統(tǒng)的模擬式的溫濕度傳感器一般都要設(shè)計信號調(diào)理電路并需要經(jīng)過復(fù)雜的校準(zhǔn)和標(biāo)定過程，因此測量精度難以保證，且在線性度、重復(fù)性、互換性、一致性等方面往往不盡人意 。 目前國際上新型傳感 器正從模擬式向數(shù)字式、集成化向智能化和網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。 鑒于上述原因，本系統(tǒng)采用 SHT11 芯片測量溫濕度值。 SHT11 是瑞士 Ssirion 公司推出的基于CMOSensTM 技術(shù)的新型溫濕度傳感器。該傳感器將 CMOS 芯片技術(shù)與傳感器技術(shù)完美的結(jié)合起來，從而發(fā)揮出它們強大的優(yōu)勢互補作用。 SHT11 是一款 新型的 數(shù)字 式 溫濕度傳感器芯片 。 SHT11 的 外形尺寸僅為 （ mm）5 （ mm） （ mm） ,體積與火柴頭相近。出廠前，每只傳感器都在溫室中做過精密標(biāo)準(zhǔn)測試。標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)被編成相應(yīng)的程序存入校準(zhǔn)存儲器中，在測 量工程中可以對相對濕度進行自動校準(zhǔn)。它不僅能準(zhǔn)確測量相對濕度，還能測量濕度和露點。測量相對 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 10 的范圍是 0— 100%，分辨率 %Rh。測量溫度的范圍 40℃ — +℃ ，分辨率為℃ 。測量露點的精度 177。1 ℃ 。在測量濕度、溫度時 A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)分別可達(dá)12位、 14 位。利用降低分辨力的方法可以提高測量速率，減小芯片的功耗。該芯片廣泛應(yīng)用于冷暖空調(diào)、汽車、消費電子、自動控制等領(lǐng)域。 采用 SHT11 進行溫濕度實時監(jiān)測的系統(tǒng)具有精度高、成本低、體積小、接口簡單等優(yōu)點；另外 SHT11 芯片內(nèi)部集成了 1 14 位 A／ D轉(zhuǎn)換器，且采用數(shù)字信號輸出，因此抗干擾能力也比同類芯片高。該芯片在溫濕度監(jiān)測、自動控制等領(lǐng)域均已得到廣泛應(yīng)用。 SHT11 的主要特性如下： ● 將溫濕度傳感器、信號放大調(diào)理、 A/D 轉(zhuǎn)換、 2I C總線接口全部集成于一 體的 芯片（ COMensTM 技術(shù)）； ● 可給出全校準(zhǔn)相對濕度及溫度值輸出； ● 帶有工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 2I C 總線數(shù)字輸出接口； ● 具有露點值計算輸出功能； ● 具有卓越的長期穩(wěn)定性； ● 是只讀輸出分辨率為 14 位，溫 度值輸出分辨率為 12 位； ● 小體積（ ） ,可表面貼裝； ● 具有可靠的 CRC 數(shù)據(jù)傳輸校驗功能； ● 片內(nèi)裝載的校準(zhǔn)系數(shù)可保證 100%互換性； ● 電源電壓范圍為 — ； ● 電流消耗，測量時為 550μA, 休眠時為 3μA ； SHT11的工作原理 SHT11 的 DATA 引腳在 SCK 時鐘的下降沿之后改變狀態(tài)，并僅在 SCK 時鐘上升沿后有效，所以， AT89S52 單片機 可以在 SCK 高電平時讀出數(shù)據(jù)，而當(dāng)其向 SHT11 發(fā)送數(shù)據(jù)時，則必須保證 DATA 上的電平狀態(tài)在 SCK 高電平段穩(wěn)定 。在需要輸出高電平時，單片機 將置為高阻狀態(tài)，由外部的上拉電阻將信號拉至高電平，從而實現(xiàn)高電平輸出。SHT11 首先由兩個傳感器分別 測量 相對濕度和溫度信號，經(jīng)過放大 電路放大 后分別送到 14 位的 ADC 進行 A/D 轉(zhuǎn)換、標(biāo)準(zhǔn)和糾錯，最后通過二線制的串行接口，將相對濕度和溫度的數(shù)據(jù)送至 AT89S52 單片機。最后 利用 AT89S52 單片機完成 非線性補償和溫度補償。 SHT11 的引腳圖如圖 示。 1 SHT11 8 2 7 3 6 4 5 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 10 圖 SHT11 芯片 各引腳功能如下： 引腳 1： GND接地端 引腳 2： DATA 串行數(shù)據(jù)