【導(dǎo)讀】環(huán)境的溫濕度精確測量與控制。調(diào)試所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)軟硬件，能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本要求。3月中旬以前查閱相關(guān)資料，熟悉論文題目相關(guān)知識；3月底以前確定系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案以及擬采用的設(shè)計(jì)工具等；5月中下旬完成畢業(yè)論文撰寫以及外文翻譯。后于下學(xué)期第一周內(nèi)交回各系，由各系進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并組織學(xué)生于第二周進(jìn)行選題，溫濕度是影響倉庫貨物存儲質(zhì)量的重要因素。本課題設(shè)計(jì)的是一種基于單片機(jī)倉庫溫。庫內(nèi)的溫濕度情況。示，并做出判斷實(shí)現(xiàn)超限報(bào)警。同時，下位機(jī)還通過RS232總線將溫濕度數(shù)據(jù)傳至上位。機(jī),上位機(jī)可實(shí)時顯示當(dāng)前的溫度與濕度值。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該系統(tǒng)電路簡單、工作穩(wěn)定、集成度高,測試精度高,具有一定的實(shí)用價值。

　　

【正文】 5V6V+2I C 3M A X 23 2C51uFC 241uFC61uFC71uFV C C+5P 3. 1P 3. 0T I O U TR 1I N 圖 36 MAX232 芯片控制電路 74HC573 簡介 74HC573是一款高速 CMOS器件， 74HC573引腳兼容低功耗肖特基 TTL（ LSTTL）系列。 其引腳功能圖如下所示： OE1D12D23D34D45D56D67D78D89GND10LE11Q812Q713Q614Q515Q416Q317Q218Q119V C C20U?S N 74 H C 57 3N 圖 37 74HC573引腳圖 74HC573包含八路 D 型透明鎖存器，每個鎖存器具有獨(dú)立的 D 型輸入以及適用于面向總線的應(yīng)用的三態(tài)輸出。所有鎖存器共用一個鎖存使能（ LE）端和移通學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 一個輸出使能（ OE）端。 表 35 74HC573 功能表 輸入 輸出 輸出使能 鎖存使能 D Q L H H H L H L L L L X 不變 H X X Z 注： X=不用關(guān)心 Z=高阻抗 當(dāng) LE 為高時，數(shù)據(jù)從 Dn 輸入到鎖存器，在此條件下，鎖存器進(jìn)入透明模式，也就是說，鎖存器的輸出狀態(tài)將會隨著對應(yīng)的 D 輸入每次的變化而改變。當(dāng) LE 為低時，鎖存器將存儲 D 輸 入上的信息一段就緒時間，直到 LE 的下降沿來臨。 OE 為低時， 8 個鎖存器的內(nèi)容可被正常輸出；當(dāng) OE 為高時，輸出進(jìn)入高阻態(tài)。 OE 端的操作不會影響鎖存器的狀態(tài)。 小結(jié) 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要有主控模塊、顯示模塊、溫濕度采集模塊、串口通信模塊、鍵盤模塊和報(bào)警模塊六大模塊，其中主控模塊 AT89S52 的晶振電路采用 的無源晶振 ,微調(diào)電容大小取 22 pF。顯示模塊選用 1602 字符型液晶模塊 ,是目前工控系統(tǒng)中使用最為廣泛的液晶屏之一。溫濕度采集模塊所采用的DHT11數(shù)字溫濕度傳感器是一款含 有已校準(zhǔn)數(shù)字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與穩(wěn)定性；其單線制串行接口，使系統(tǒng)集成變得簡易快捷。報(bào)警模塊所采用的蜂鳴器額定電流 I ≤ 30mA ,而對于 AT89S52 單片機(jī) ,P1 口的灌電流為 ,拉電流為 60μ A ,由此可見 ,僅靠單片機(jī)的 P1 口電流是不能驅(qū)動蜂鳴器的 ,必須使用移通學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 集晶體管放大電路。為了使單片機(jī)消耗的功率更小 ,故而采用 PNP 型晶體管 A1015。系統(tǒng)的輸入模塊采用中斷掃描的 4 4 矩陣鍵盤 ,相比定時掃描方式 ,提高 了 MCU 的使用效率。 移通學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 第三章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 在系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)中，充分考慮了與硬件電路有機(jī)結(jié)合，利用 AT89S52 單片機(jī)以及溫濕度傳感器 DHT11 許多優(yōu)異的特性實(shí)現(xiàn)對溫度和濕度的高精度測量。系統(tǒng)軟件采用模塊化設(shè)計(jì)，在主程序下分成若干彼此獨(dú)立的功能模塊，如溫濕度數(shù)據(jù)采集、液晶顯示、鍵盤輸入、串口通訊模塊等。 系統(tǒng)單片機(jī)代碼采用 C 語言編寫，以 Keil uVision3 為開發(fā)環(huán)境。系統(tǒng)程序主要由主程序、溫濕度采集子程序、鍵盤掃描子程序、液晶顯示子程序、報(bào)警子程序、串口發(fā)送和接收子程序等部分組成。其 中，系統(tǒng)的主程序設(shè)計(jì)主要完成系統(tǒng)初始化、中斷優(yōu)先級設(shè)定以及判斷調(diào)用各模塊程序，即主要實(shí)現(xiàn)各模塊程序的鏈接。設(shè)計(jì)時 只需對溫度／濕度進(jìn)行相應(yīng)的采集處理后，即可讓 液晶 實(shí)時顯示當(dāng)前的溫度與濕度值。而 蜂鳴報(bào)警 只需接上單片機(jī)的 I／ O口，并對其接口線進(jìn)行編程 即 可完成。 整個控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用鍵盤控制方式。 主程序設(shè)計(jì) 倉庫溫、濕度測控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要由系統(tǒng)初始化、溫濕度數(shù)據(jù)采集、液晶顯示、鍵盤掃描處理、數(shù)據(jù)通信等幾部分組成。 程序設(shè)計(jì)思想：首先要對系統(tǒng)進(jìn)行初始化，主要完成對單片機(jī)各功能部件初始狀態(tài)的配置。然后通過 鍵盤處理模塊對現(xiàn)場控制信號進(jìn)行設(shè)定，設(shè)置溫、濕度的上限與下限，即報(bào)警范圍；同時，鍵盤處理模塊還可以完成特殊情況下強(qiáng)制執(zhí)行信號的操作，如復(fù)位、開 /關(guān)報(bào)警等。接下來通過溫濕度傳感器數(shù)據(jù)采集模塊完成對環(huán)境溫、濕度的實(shí)時數(shù)據(jù)采集及相關(guān)處理。最后通過液晶顯示屏顯示現(xiàn)場溫、濕度參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)了對溫、濕度參數(shù)的實(shí)時顯示。其中，通過單片機(jī)對現(xiàn)場檢測到的溫、濕度實(shí)時參數(shù)與所設(shè)定的溫、濕度控制參數(shù)進(jìn)行比較，若發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場監(jiān)測值超出所設(shè)定范圍，則蜂鳴器發(fā)出報(bào)警提示。此外，數(shù)據(jù)通信完成溫、濕度檢測系統(tǒng)與上位 PC機(jī)之間的協(xié)議化通信，以便 上位 PC機(jī)能夠定時讀取測控系統(tǒng)的溫、濕度參數(shù)。 移通學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 系統(tǒng)程序流程圖如圖 41所示： N Y 開始 系統(tǒng)初始化 設(shè)定報(bào)警范圍 鍵盤掃描處理 溫、濕度數(shù)據(jù)采集 顯示現(xiàn)場溫濕度參數(shù) 溫度、濕度 是否超出范圍 報(bào)警 while 循環(huán) 讀取溫、濕 度控制參數(shù) 發(fā)送溫度、濕度到上位機(jī) 移通學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 圖 41 倉庫溫濕度檢測系統(tǒng)程序流程圖 溫濕度采集子程序設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)中溫濕度檢測模塊采用數(shù)字溫濕度傳感器 DHT11，當(dāng)用戶 MCU發(fā)送一次開始信號后 ,DHT11 從低功耗模式轉(zhuǎn)換到高速模式 ,等待主機(jī)開始信號結(jié)束后， DHT11 發(fā)送響應(yīng)信號 ,送出 40 bit 的數(shù)據(jù)，并觸發(fā)一次信號采集 ,用戶可選擇讀取部分?jǐn)?shù)據(jù)。該模式下 ,DHT11 接收到開始信號觸發(fā)一次溫濕度采集 ,如果沒有接收到主機(jī)發(fā)送開始信號 ,DHT11 不會主動進(jìn)行溫濕度采集，采集數(shù)據(jù)后轉(zhuǎn)換到低速模式。 DHT11工作過程如下： 總線空閑狀態(tài)為高電平 ,單片機(jī)把總線拉低等待 DHT11響應(yīng) ,單片機(jī)把總線拉低必須大于 18毫秒 ,保證 DHT11能檢測到起始信號。 DHT11接收到單片機(jī)的開始信號后 ,等待單片機(jī)開始信號結(jié)束 ,然后發(fā)送 80us低電平響應(yīng)信號。主機(jī)發(fā)送開始信號結(jié)束后 ,延時等待 2040us, 然后讀取 DHT11的響應(yīng)信號 ,單片機(jī)機(jī)發(fā)送開始信號后 ,可以切換到輸入模式或者輸出高電平 , 總線由上拉電阻拉高。 當(dāng)總線為低 電平時 ,說明 DHT11發(fā)送響應(yīng)信號。 DHT11發(fā)送響應(yīng)信號后 ,再把總線拉高 80us,準(zhǔn)備發(fā)送數(shù)據(jù) ,每一 bit數(shù)據(jù)都以 50us 低電平時隙開始 ,高電平的長短決定了數(shù)據(jù)位是 0還是 1。如果讀取響應(yīng)信號為高電平 ,則 DHT11沒有響應(yīng) ,請檢查線路是否連接正常。當(dāng)最后一 bit數(shù)據(jù)傳送完畢后， DHT11拉低總線 50us,隨后總線由上拉電阻拉高進(jìn)入空閑狀態(tài)。 溫濕度采集子程序見附錄五。 液晶顯示子程序設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)中采用標(biāo)準(zhǔn)的 1602 液晶顯示屏。 1602 液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器（ CGROM)已經(jīng)存儲了 192種字符（ 160個 5 7點(diǎn)陣字符和 32個 5 10點(diǎn)陣字符），這些字符包括阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼。本模塊字符在 LCD顯示屏上的顯示位置與該字符的字符代碼在顯示緩沖區(qū) DDRAM內(nèi)的存儲地址一一對應(yīng)。液晶顯示模塊移通學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 是一個慢顯示器件，所以在執(zhí)行每條指令之前一定要確認(rèn)模塊的忙標(biāo)志為低電平，表示不忙，否則此指令失效。要顯示字符時要先輸入顯示字符地址，即告訴模塊在哪個位置顯示字符。 1602液晶顯示流程圖如下圖所示： 移通學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 圖 42 液晶顯示流程圖 液晶顯示子程序見附錄六。 N N Y 入口 對 1602 初始化，寫入顯示命令 延時 檢測忙信號 STA7=0？ 獲得顯示 RAM 地址 延時 寫入相應(yīng)數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)顯示完畢？ 返回主程序 Y 移通學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 鍵盤掃描軟件設(shè)計(jì) 在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，掃描鍵盤只是 CPU 的工作任務(wù)之一。在實(shí)際應(yīng)用中，要想做到既能及時響應(yīng)鍵操作，又不過多地占用 CPU 時間，就要根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)中 CPU 的忙閑情況，選擇好鍵盤的工作方式。鍵盤的工作方式一般有編程掃描方式和中斷掃描方式兩種，由于本設(shè)計(jì)中可以利用 CPU 在完成其他工作的空余，調(diào)用鍵盤掃描子程序，來響應(yīng)鍵輸入要求，因此可以選用編程掃描方式。 鍵盤掃描功能 本設(shè)計(jì)中鍵盤掃描程序具備下述四個 功能： （ 1）判別鍵盤上有無鍵按下。其方法為：掃描口輸出全掃描字“ 0”（即各列均為低電平），讀各行的狀態(tài)，若全為“ 1”，則鍵盤無鍵按下，若不全為“ 1”，則有鍵按下。 （ 2）去除鍵的抖動影響。其方法為：判別到有鍵按下后，軟件延時一段時間（本設(shè)計(jì)為 10ms）后，在判斷鍵盤狀態(tài)，如果仍有鍵按下狀態(tài)，則認(rèn)為有一個確定的鍵被按下，否則按鍵抖動處理。 （ 3）求按鍵位置。根據(jù)前面介紹的鍵掃描方法，逐行逐列進(jìn)行掃描，最后確定按下鍵的鍵號。確定鍵號的方法為：閉合鍵的鍵號處于低電平的行首鍵號加上處于低電平的列號。此外，閉合鍵的 鍵號也可以用計(jì)算的方法獲得，計(jì)算公式為：處于低電平的行號 4+低電平的列號。 （ 4）判別按鍵是否釋放。鍵閉合一次僅進(jìn)行一次鍵功能操作，等鍵釋放以后再將鍵值送入累加器 A 中，然后執(zhí)行鍵功能操作。 鍵盤掃描工作原理 鍵盤中行線通過上拉電阻接 +5V，平時無按鍵動作時，行線處于高電平狀態(tài)，而當(dāng)有按鍵按下時，則對應(yīng)的行線與列線短接，行線電平狀態(tài)由與此行線相連的列線電平?jīng)Q定。 本設(shè)計(jì)中對鍵盤的掃描方式為行掃描，即將行線接到單片機(jī)的輸入口線，列線接到單片機(jī)的輸出口線，在單片機(jī)的控制下，即可判別鍵盤中究竟是哪 一個按移通學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 鍵被按下。其方法是：先令第一列列線為低電平（ 0），其余 3根列線為高電平，讀行線狀態(tài)。如果第 4行都為高電平，則第一列沒有鍵閉合；如果讀出的行線狀態(tài)不全為高電平，則為低電平的行線與第一列相交的鍵處于閉合狀態(tài)。如果第一列沒有鍵閉合，接著使第二列為低電平，其余列線為高電平。用同樣的方法檢查第二列上有無鍵閉合，依此類推，最后使第四列為低電平，其余列為高電平，檢查第四列有無鍵閉合。 移通學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 鍵盤掃描流程圖 圖 43 鍵盤掃描流程圖 鍵盤掃描子程序見附錄七。 判斷是否有鍵按下？ N Y N Y 開始 掃描鍵盤 延時 10 ms 判斷是否真的 有鍵按下？ 判斷是哪一個鍵？ 啟動系統(tǒng)工作 移通學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 串行通信模塊 本設(shè)計(jì)采用異步串行通信方式，其優(yōu)點(diǎn)是只需一對傳輸線，占用硬件資源少，從而降低了傳輸成本。 異步串行通信具有異步和串行兩個特點(diǎn)。所謂串行，是指發(fā)送方和接收方之間數(shù)據(jù)信息是在單根數(shù)據(jù)線上每次傳送一個二進(jìn)制位。所謂異步，是指同一數(shù)據(jù)字符內(nèi)的定時和順序是嚴(yán)格的，而相鄰兩個數(shù)據(jù)字符之間的停頓時間可以長短不一。 為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的異步發(fā)送和接收，收發(fā)雙方必須遵守某種通信協(xié)議，這類通信協(xié)議的一個特點(diǎn)就是以幀作為數(shù)據(jù)字符的傳送單位。幀由如下四個有序的部分組成 : (1)起始 位：因?yàn)槠鹗嘉豢偸且?guī)定為 0，而在無傳輸時，通訊線一直處于 1 狀態(tài)，所以起始位使接收方感知一幀的開始，從而保證在一個幀的傳輸過程中收發(fā)雙方同步。 (2)數(shù)據(jù)位：數(shù)據(jù)位表示數(shù)據(jù)字符自身。一般數(shù)據(jù)位由七個或八位二進(jìn)制組成。 (3)奇偶校驗(yàn)位：接收方可依據(jù)奇偶校驗(yàn)位判斷接收是否正確，可以使用奇校驗(yàn)，也可以使用偶校驗(yàn)。 (4)停止位：停止位可保證在兩個幀存在間隔。因?yàn)樗偸且?guī)定 1，與無傳輸時通信狀態(tài)一致，所以在多個幀連續(xù)傳輸?shù)倪^程中也能識別出起始位。一般停止位為一位或兩位。 串口發(fā)送和接收子程序功能為：完成下位機(jī) 和上位機(jī)的通信。單片機(jī)讀取的溫度和濕度值通過發(fā)送子程序發(fā)送給上位機(jī)并等待命令，收到命令后再繼續(xù)進(jìn)行測量。接收子程序通過接收上位機(jī)傳輸?shù)拿钸M(jìn)行系統(tǒng)自檢、參數(shù)修正等。上位機(jī)的命令發(fā)送采用間隔 10ms 反復(fù)發(fā)送的方式，直到單片機(jī)將接收到的命令返回為止。若在 1s內(nèi)單片機(jī)沒有響應(yīng)，則設(shè)置超時，系統(tǒng)復(fù)位單片機(jī)。 移通學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 小結(jié) 本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)采用了 C 語言編程 ,只需對溫度 /濕度進(jìn)行相應(yīng)的采集處理后 ,即可讓液晶實(shí)時顯示當(dāng)前的溫度與濕度值。報(bào)警模塊只需接上單片機(jī)的 I/ O 口 ,并對其接口線進(jìn)行編程方可完成。 本設(shè) 計(jì)在焊接好電路硬件的基礎(chǔ)上，通過 ISP 下載線將軟件代碼下載至 AT89S52 單片機(jī)中完成系統(tǒng)集成。由于采用了 AT89S52 單片機(jī)，性能可靠、電路簡單，系統(tǒng)中還可充分利用 AT89S52 中先進(jìn)的軟件硬件資源，便于軟件系統(tǒng)的升級。 移通學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）