【導(dǎo)讀】環(huán)境的溫濕度精確測(cè)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(shí)；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(xiě)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(cāng)庫(kù)貨物存儲(chǔ)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(cāng)庫(kù)溫。庫(kù)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(shí)，下位機(jī)還通過(guò)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(shí)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(jiǎn)單、工作穩(wěn)定、集成度高,測(cè)試精度高,具有一定的實(shí)用價(jià)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(jiǎn)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(gè)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(gè)鎖存使能（ LE）端和移通學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 一個(gè)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(shí)，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(shuō)，鎖存器的輸出狀態(tài)將會(huì)隨著對(duì)應(yīng)的 D 輸入每次的變化而改變。當(dāng) LE 為低時(shí)，鎖存器將存儲(chǔ) D 輸 入上的信息一段就緒時(shí)間，直到 LE 的下降沿來(lái)臨。 OE 為低時(shí)， 8 個(gè)鎖存器的內(nèi)容可被正常輸出；當(dāng) OE 為高時(shí)，輸出進(jìn)入高阻態(tài)。 OE 端的操作不會(huì)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(pán)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(wú)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(hào)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(jiǎn)易快捷。報(bào)警模塊所采用的蜂鳴器額定電流 I ≤ 30mA ,而對(duì)于 AT89S52 單片機(jī) ,P1 口的灌電流為 ,拉電流為 60μ A ,由此可見(jiàn) ,僅靠單片機(jī)的 P1 口電流是不能驅(qū)動(dòng)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(pán) ,相比定時(shí)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(duì)溫度和濕度的高精度測(cè)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(pán)輸入、串口通訊模塊等。 系統(tǒng)單片機(jī)代碼采用 C 語(yǔ)言編寫(xiě)，以 Keil uVision3 為開(kāi)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(pán)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(jí)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(shí) 只需對(duì)溫度／濕度進(jìn)行相應(yīng)的采集處理后，即可讓 液晶 實(shí)時(shí)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(duì)其接口線進(jìn)行編程 即 可完成。 整個(gè)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用鍵盤(pán)控制方式。 主程序設(shè)計(jì) 倉(cāng)庫(kù)溫、濕度測(cè)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(pán)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(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，主要完成對(duì)單片機(jī)各功能部件初始狀態(tài)的配置。然后通過(guò) 鍵盤(pán)處理模塊對(duì)現(xiàn)場(chǎng)控制信號(hào)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(shí)，鍵盤(pán)處理模塊還可以完成特殊情況下強(qiáng)制執(zhí)行信號(hào)的操作，如復(fù)位、開(kāi) /關(guān)報(bào)警等。接下來(lái)通過(guò)溫濕度傳感器數(shù)據(jù)采集模塊完成對(duì)環(huán)境溫、濕度的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集及相關(guān)處理。最后通過(guò)液晶顯示屏顯示現(xiàn)場(chǎng)溫、濕度參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)溫、濕度參數(shù)的實(shí)時(shí)顯示。其中，通過(guò)單片機(jī)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)到的溫、濕度實(shí)時(shí)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(chǎng)監(jiān)測(cè)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(cè)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(shí)讀取測(cè)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(kāi)始 系統(tǒng)初始化 設(shè)定報(bào)警范圍 鍵盤(pán)掃描處理 溫、濕度數(shù)據(jù)采集 顯示現(xiàn)場(chǎng)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(cāng)庫(kù)溫濕度檢測(cè)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(cè)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(kāi)始信號(hào)后 ,DHT11 從低功耗模式轉(zhuǎn)換到高速模式 ,等待主機(jī)開(kāi)始信號(hào)結(jié)束后， DHT11 發(fā)送響應(yīng)信號(hào) ,送出 40 bit 的數(shù)據(jù)，并觸發(fā)一次信號(hào)采集 ,用戶可選擇讀取部分?jǐn)?shù)據(jù)。該模式下 ,DHT11 接收到開(kāi)始信號(hào)觸發(fā)一次溫濕度采集 ,如果沒(méi)有接收到主機(jī)發(fā)送開(kāi)始信號(hào) ,DHT11 不會(huì)主動(dòng)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(guò)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(cè)到起始信號(hào)。 DHT11接收到單片機(jī)的開(kāi)始信號(hào)后 ,等待單片機(jī)開(kāi)始信號(hào)結(jié)束 ,然后發(fā)送 80us低電平響應(yīng)信號(hào)。主機(jī)發(fā)送開(kāi)始信號(hào)結(jié)束后 ,延時(shí)等待 2040us, 然后讀取 DHT11的響應(yīng)信號(hào) ,單片機(jī)機(jī)發(fā)送開(kāi)始信號(hào)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(shí) ,說(shuō)明 DHT11發(fā)送響應(yīng)信號(hào)。 DHT11發(fā)送響應(yīng)信號(hào)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(shí)隙開(kāi)始 ,高電平的長(zhǎng)短決定了數(shù)據(jù)位是 0還是 1。如果讀取響應(yīng)信號(hào)為高電平 ,則 DHT11沒(méi)有響應(yīng) ,請(qǐng)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(jiàn)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(chǔ)器（ CGROM)已經(jīng)存儲(chǔ)了 192種字符（ 160個(gè) 5 7點(diǎn)陣字符和 32個(gè) 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(xiě)、常用的符號(hào)、和日文假名等，每一個(gè)字符都有一個(gè)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(chǔ)地址一一對(duì)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(gè)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(shí)要先輸入顯示字符地址，即告訴模塊在哪個(gè)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(jiàn)附錄六。 N N Y 入口 對(duì) 1602 初始化，寫(xiě)入顯示命令 延時(shí) 檢測(cè)忙信號(hào) STA7=0？ 獲得顯示 RAM 地址 延時(shí) 寫(xiě)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(pán)掃描軟件設(shè)計(jì) 在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，掃描鍵盤(pán)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(shí)響應(yīng)鍵操作，又不過(guò)多地占用 CPU 時(shí)間，就要根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)中 CPU 的忙閑情況，選擇好鍵盤(pán)的工作方式。鍵盤(pán)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(pán)掃描子程序，來(lái)響應(yīng)鍵輸入要求，因此可以選用編程掃描方式。 鍵盤(pán)掃描功能 本設(shè)計(jì)中鍵盤(pán)掃描程序具備下述四個(gè) 功能： （ 1）判別鍵盤(pán)上有無(wú)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(pán)無(wú)鍵按下，若不全為“ 1”，則有鍵按下。 （ 2）去除鍵的抖動(dòng)影響。其方法為：判別到有鍵按下后，軟件延時(shí)一段時(shí)間（本設(shè)計(jì)為 10ms）后，在判斷鍵盤(pán)狀態(tài)，如果仍有鍵按下?tīng)顟B(tài)，則認(rèn)為有一個(gè)確定的鍵被按下，否則按鍵抖動(dòng)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(hào)。確定鍵號(hào)的方法為：閉合鍵的鍵號(hào)處于低電平的行首鍵號(hào)加上處于低電平的列號(hào)。此外，閉合鍵的 鍵號(hào)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(hào) 4+低電平的列號(hào)。 （ 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(pán)掃描工作原理 鍵盤(pán)中行線通過(guò)上拉電阻接 +5V，平時(shí)無(wú)按鍵動(dòng)作時(shí)，行線處于高電平狀態(tài)，而當(dāng)有按鍵按下時(shí)，則對(duì)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(duì)鍵盤(pán)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(pán)中究竟是哪 一個(gè)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(méi)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(méi)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(wú)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(wú)鍵閉合。 移通學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 鍵盤(pán)掃描流程圖 圖 43 鍵盤(pán)掃描流程圖 鍵盤(pán)掃描子程序見(jiàn)附錄七。 判斷是否有鍵按下？ N Y N Y 開(kāi)始 掃描鍵盤(pán) 延時(shí) 10 ms 判斷是否真的 有鍵按下？ 判斷是哪一個(gè)鍵？ 啟動(dòng)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(duì)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(gè)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(gè)二進(jìn)制位。所謂異步，是指同一數(shù)據(jù)字符內(nèi)的定時(shí)和順序是嚴(yán)格的，而相鄰兩個(gè)數(shù)據(jù)字符之間的停頓時(shí)間可以長(zhǎng)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(gè)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(gè)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(wú)傳輸時(shí)，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(kāi)始，從而保證在一個(gè)幀的傳輸過(guò)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(gè)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(gè)幀存在間隔。因?yàn)樗偸且?guī)定 1，與無(wú)傳輸時(shí)通信狀態(tài)一致，所以在多個(gè)幀連續(xù)傳輸?shù)倪^(guò)程中也能識(shí)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(guò)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(cè)量。接收子程序通過(guò)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(méi)有響應(yīng)，則設(shè)置超時(shí)，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(yǔ)言編程 ,只需對(duì)溫度 /濕度進(jìn)行相應(yīng)的采集處理后 ,即可讓液晶實(shí)時(shí)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(duì)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(guò) 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(jiǎn)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(jí)。 移通學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）