【正文】 設置高報警值確認鍵對鍵盤輸入值的處理（以溫度報警設置值為例，濕度報警設置值處理過程雷同）： if(TempSetFlag) { if((SetL55)|(SetH125)) //設置范圍出錯，LCD上顯示ERROR，并恢復成默認值 { if(SetH125) SetH=125。當用戶輸入鍵盤上A或B進入系統(tǒng)報警值設置模式后，程序執(zhí)行此模塊，首先對設置模式進行顯示初使化，兩種不同的設置模式（溫度報警值設置模式和濕度報警值設置模式）有不同的顯示界面。} //若不為此行，行值加1，得相應代碼 } } s=16。 } //通過比較得到列值 } else {code_h++。 } else if(code_l==0xe0) {code_l=1。 } else if(code_l==0xd0) {code_l=2。 } else if(code_l==0xb0) {code_l=3。 //判斷按鍵是否松開，否則停留 if(code_l==0x70) {code_l=4。 //得列值 while((P0amp。0xf0)!=0xf0) //有鍵按下？ { code_l=P0amp。 //掃描第1列 P0=0xf7。 //延時，用于鍵盤去抖 if((P0amp。i200。i++) {}。0xf0)!=0xf0) //如果有鍵按下 { for(i=0。本系統(tǒng)中矩陣鍵盤采用“行列掃描法”，占用單片機P0口，程序及注釋如下：P0=0xf0。 矩陣鍵盤掃描圖20 鍵盤掃描圖21 按鍵抖動示意圖由于單片機采集按鍵輸入時存在抖動情況，故應采取軟件或硬件的方式避免因抖動而產生的額外影響，本系統(tǒng)中利用軟件實現(xiàn)判斷、延時后再判斷的方法來解決按鍵去抖動問題。 系統(tǒng)各模塊流程圖及部分程序 初使化程序圖19 所有程序初始化流程圖此模塊是對整個系統(tǒng)中所有被控單元進行初使化。其中，考慮到當下位機在進行報警溫度設置時，只對鍵盤掃描、對AT24C02讀寫和對LCD寫操作，沒有對溫濕度進行采集，所以將RS232串口通信軟件模塊放在溫濕度顯示分支上，當用戶在顯示模式下鍵入指定鍵值時，進入報警值設置模式，通信模塊暫停，當用戶再次輸入指定的按鍵返回溫濕度計顯示模式時，串口通信再次工作。5 系統(tǒng)軟件設計 系統(tǒng)軟件框圖圖18 軟件框圖通過單片機軟件設計，實現(xiàn)如上圖結構。 各部分占用單片機I/O口情況如下：P0口用于矩陣鍵盤輸入；P2口用于ADC0809的輸出數據采集；；、發(fā)送數據給LCD；；；～、START、OE端；、RS用；。圖16 蜂鳴器接法圖示 總設計硬件圖圖17 系統(tǒng)電路原理圖原理圖分析系統(tǒng)對外圍器件的訪問有總線方式也有通過I/O方式的。圖15 電源原理圖 報警電路由于AT89S52單片機I/O口輸出驅動能力小，無法直接接蜂鳴器，所以，加一個PNP三極管，用其共集電極接法，為蜂鳴器提供驅動電流。由下圖可知， 220V交流電經過變壓器降壓，再經過橋式整流電路進行整流，而后接濾波電容進行濾波，輸出脈動的直流電，再由三端穩(wěn)壓芯片7812進行穩(wěn)壓，輸出12V直流電壓，系統(tǒng)中所有芯片均需要5V作為工作電壓，因此在7812輸出級加7805穩(wěn)壓電路就可輸出5V電壓。電路接法如下圖所示。考慮到單片機的TTL電平與PC機的RS232電平不匹配的問題，所以必須進行電平轉換，采用MAX232作為電平轉換芯片。傳感元件的多層結構對應用環(huán)境的不利因素，諸如潮濕、灰塵、污垢、油類和環(huán)境中常見的化學品具有最佳的抗力。HIH3610 系列測濕傳感器作為一個低成本、可軟焊的單個直插式組件(SIP)提供儀表測量質量的相對濕度(RH)傳感性能。利用HIH3610的線性電壓輸出可直接輸入到控制器或其他裝置。RH=RH0/() （公式1）即輸出電壓Vo不僅正比于濕度測量值，且與電源電壓值Vi有關，若Vi固定為5V，則其值僅由相對溫度值決定。⑵HIH360輸出電壓為：Vo=A，故HIH3610濕度傳感器對電源沒有功率方面的要求，為低功耗產品的設計提供更好的解決方案。圖12 HIH3610電壓與濕度特性曲線表10 HIH3610主要技術指標(Vsupply=)測量范圍/（%RH）測量精度/（%RH）電源電壓/V電源電流 μA輸出范圍或輸出形式工作溫度范圍/℃主要特點0～100177。 HIH3610是美國Honeywell公司生產的相對濕度傳感器，該傳感器采用熱固聚酯電容式傳感頭，同時在內部集成了信號處理功能電路，因此該傳感器可完成將相對濕度值變換成電容值，再將電容值轉換成線性電壓輸出的任務，同時該傳感器還具有精度高、響應快速、高穩(wěn)定性、低溫漂、抗化學腐蝕性能強及互換性好等優(yōu)點。在外接電源方式下，可以充分發(fā)揮DS18B20寬電源電壓范圍的優(yōu)點，即使電源電壓VCC降到3V時，依然能夠保證溫度量精度。對數字溫度傳感器DS18B20的供電方式的選擇，本系統(tǒng)所采用外部電源供電方式是DS18B20最佳的工作方式，工作穩(wěn)定可靠，抗干擾能力強，而且電路也比較簡單。DS18B20在完成一個讀時序過程，至少需要60us才能完成。復位要求主CPU將數據線下拉500微秒，然后釋放，當DS18B20收到信號后等待16～60微秒左右，后發(fā)出60～240微秒的存在低脈沖，主CPU收到此信號表示復位成功。第九個字節(jié)是冗余檢驗字節(jié)。對應的溫度計算：當符號位S=0時，直接將二進制位轉換為十進制；當S=1時，先將補碼變?yōu)樵a，再計算十進制值。當溫度轉換命令發(fā)布后，經轉換所得的溫度值以二字節(jié)補碼形式存放在高速暫存存儲器的第0和第1個字節(jié)。R1和R0用來設置分辨率，如下表所示（DS18B20出廠時被設置為12位）。配置寄存器 該字節(jié)各位的意義如下：表6 配置寄存器結構TMR1R011111低五位一直都是“1”，TM是測試模式位，用于設置DS18B20在工作模式還是在測試模式。如主機控制DS18B20完成溫度轉換這一過程，根據DS18B20的通訊協(xié)議，須經三個步驟：每一次讀寫之前都要對DS18B20進行復位，復位成功后發(fā)送一條ROM指令，最后發(fā)送RAM指令，這樣才能對DS18B20進行預定的操作。明 溫度轉換44H啟動DS18B20進行溫度轉換讀暫存器BEH讀暫存器9個字節(jié)內容寫暫存器4EH將數據寫入暫存器的TH、TL字節(jié)復制暫存器48H把暫存器的TH、TL字節(jié)寫到E2RAM中重新調E2PRAMB8H把E2PRAM中的TH、TL字節(jié)寫到暫存器TH、TL字節(jié)讀電源供電方式B4H啟動DS18B20發(fā)送電源供電方式的信號給主CPUCPU對DS18B20的訪問流程是：先對DS18B20初始化，再進行ROM操作命令，最后才能對存儲器操作，數據操作。 作表5 RAM指令表指本系統(tǒng)采用外接電源法。表4 溫度高低字節(jié)存放說明高8位SSSSS262524低8位2322212021222324DS18B20控制方法 在硬件上，DS18B20與單片機的連接有兩種方法：一種是外部供電接法，VDD接外部電源，GND接地，單總線與單片機的I/O相連；另一種是寄生電源供電接法，此時VDD、GND接地，單總線與單片機I/O連接。以12位轉化為例說明溫度高低字節(jié)存放形式及計算：12位轉化后得到的12位數據，存儲在18B20的高低兩個8位的RAM中，二進制中的前面5位是符號位。3VDD可選擇的VDD引腳。開漏單總線接口引腳。DS18B20的管腳排列如圖1所示。⑥內含寄生電源。④適配各種單片機或系統(tǒng)機。②測溫范圍為55℃～+125℃，℃。屬于新型代適配微處理器的智能溫度傳感器。下圖是LCM1602顯示器件的一些參數和技術指標：表1 LCM1602主要技術參數表顯示容量：16X2個字符芯片工作電壓：～工作電流：()模塊最佳工作電壓：字符尺寸：(WXH)mm表2 LCM1602接口信號說明表 數據采集模塊一、溫度采集模塊DS18B20數字溫度計是DALLAS半導體公司生產的“1Wire”總線智能溫度傳感器。選此顯示方案是考慮到系統(tǒng)的I/O口資源的問題。它由液晶顯示屏和驅動器兩部分組成，單片機通過寫控制字方式訪問驅動器來實現(xiàn)對顯示屏的控制。GND：電源地。REF（+）、REF（）：基準電壓。CLK：時鐘脈沖輸入端。OE：數據輸出允許信號，輸入，高電平有效。START： A/D轉換啟動信號，輸入，高電平有效。21～28：8位數字量輸出端。輸入輸出與TTL兼容。ADC0809是CMOS單片型逐次逼近式A/D轉換器,，它由8路模擬開關、地址鎖存與譯碼器、比較器、8位開關樹型D／A轉換器、逐次逼近寄存器、三態(tài)輸出鎖存器等其它一些電路組成。3）轉換時間為100μs4）單個＋5V電源供電 5）模擬輸入電壓范圍0～＋5V，不需零點和滿刻度校準。五、主要特性1）8路8位A/D轉換器，即分辨率8位。直到A/D轉換完成，EOC變?yōu)楦唠娖?，指示A/D轉換結束，結果數據已存入鎖存器，這個信號可用作中斷申請。START上升沿將逐次逼近寄存器復位。四、ADC0809的工作原理ADC0809的工作過程是：首先輸入3位地址，并使ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。中斷法：轉換完成信號EOC必須經過非門接到AT89S52的中斷請求輸入線INT0或INT1上，AT89S52的中斷觸發(fā)方式設置為下降沿觸發(fā)。查詢法：轉換完成信號EOC必須接到AT89S52單片機的一個I/O線上。A/D將HIH3610所采集的模擬量轉換成數字量。本系統(tǒng)中用到片外擴展存儲器AT24C02，AT24C02是I2C總線接口的E2PROM，AT89S52本身并沒有I2C接口，通過軟件設計，、實現(xiàn)對AT24C02的訪問，使系統(tǒng)達到對報警溫濕度值的掉電不丟失的功能。圖7 PDIP封裝AT24C02引腳圖及對應功能I2C總線知識：I2C總線使用兩根信號線進行數據傳輸，一根是串行數據線(SDA)，另一根是串行時鐘線（SCL），I2C總線允許若干兼容器件共享總線，總線上所有器件要依靠SDA發(fā)送的地址信號尋址，不需要片選線。每次寫入數據是從主器件發(fā)送來的片內地址開始寫入的。以符合ADC0809工作時鐘標準。根據AT89S52單片資料介紹，其ALE端輸出晶振頻率的六分頻周期脈沖。圖5 74LS08內部結構圖 CD4024CD4024是7級二進制串行計數/分頻器。程序停留在LCD初使化程序中，不能繼續(xù)往下執(zhí)行。VCC：+5V電源GND：地圖2 74LS164 引腳圖圖3 74LS164 內部結構圖圖4 74LS164 真值表 74LS08與門加入74LS08與門是為了解決一個軟件調試過程中出現(xiàn)的問題：當單片機ALE端接到ADC0809采集模塊時，程序初使化過程中LCD初始化無法完成。并帶有清除端。4 硬件設計 系統(tǒng)外圍器件介紹 74LS164利用軟件實現(xiàn)模擬串行口，外接74LS164來擴展并行IO口，節(jié)約單片機資源， LCM1602液晶顯示及驅動。在溫度數據采集之后加限幅濾波，有效地濾除了系統(tǒng)隨機脈沖干擾引起的數據采集出錯；在濕度數據采集終端加入了限幅平均濾波，處理因采集所出現(xiàn)的跳變干擾，和溫度跳變等原因引起的采集數據波動，使輸出更為平滑。 本章小結由于本系統(tǒng)要將溫度、濕度數據被單片機采集，再用單片機來控制各模塊實現(xiàn)相應功能。 在本設計中，對于濕度數據的采集，采用了限幅平均濾波法，它溶入了兩種濾波的思想。優(yōu)點：融合了兩種濾波法的優(yōu)點，對于偶然出現(xiàn)的脈沖性干擾，可消除由于脈沖干擾所引起的采樣值偏差。 限幅平均濾波法 方法：相當于“限幅濾波法”+“遞推平均濾波法”。在系統(tǒng)的溫度采集終端加入了程序判斷濾波。優(yōu)點：能有效克服因偶然因素引起的脈沖干擾。 限幅濾波法方法：根據經驗判斷，確定兩次采樣允許的最大偏差值（設為A），每次檢測到新值時判斷：如果本次值與上次值之差小于等于A,則本次值有效。優(yōu)點：對周期性干擾有良好的抑制作用，平滑度高，適用于高頻振蕩的系統(tǒng)。C．可以根據信號的不同，采用不同的濾波方法或參數，具有靈活、方便、功能強的特點。數字濾波的出現(xiàn)克服了模擬濾波的很多不足，它具有以下優(yōu)點：A．是用程序實現(xiàn)的，不需要增加硬設備，所以可靠性高，穩(wěn)定性好。 數字濾波與模擬濾波的區(qū)別所謂數字濾波，就是通過一定的計算或判斷程序減少干擾在有用信號中的比重，故實質上是一種程序濾波。不僅節(jié)約了硬件資源，更加完善了設計系統(tǒng)的穩(wěn)定性。數字信號處理技術及設備具有靈活、精確、抗干擾強、設備尺寸小、造價低、速度快等突出優(yōu)點，這些都是模擬信號處理技術與設備所無法比擬的。因此在進行數字信號處理之前需要將信號從模擬域轉換到數字域，這通常通過模數轉換器實現(xiàn)。本系統(tǒng)在數據采集的終端均加入了數字信號處理。3 數字信號處理 數字信號處理簡介數字信號處理是將信號以數字方式表示并處理的理論和技術。 本章小結本章主要闡述了系統(tǒng)的幾大模塊的方案比較，充分考慮設計的成本，和在確保系統(tǒng)的精度的前提之下 ，來選擇一些硬件