土壤溫濕度采集器 【畢業(yè)論文】

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　適宜的土壤溫濕度是農(nóng)作物生長(zhǎng)的重要環(huán)境條件,它不僅直接影響農(nóng)作物根系的生長(zhǎng)發(fā)育以及土壤微生物的活動(dòng)，而且土壤溫濕度的變化還可以改變土壤中水分的運(yùn)動(dòng)，造成灌溉的困難。因此人們必須對(duì)土壤溫濕度進(jìn)行采集并加以控制 ,使之保持在一定范圍之內(nèi)，以適應(yīng)農(nóng)作物的生長(zhǎng)。采用單片機(jī)系統(tǒng)來設(shè)計(jì)的土壤溫濕度采集器 ,不僅具有控制方便、簡(jiǎn)單、靈活性

2、大等優(yōu)點(diǎn) ,而且較之使用人工分別檢測(cè)溫度和濕度再進(jìn)行分析處理的方法可以大幅度提高被控溫濕度的技術(shù)指標(biāo)，減小中間過程的人為因素誤差 ,從而能夠大大提高數(shù)據(jù)的質(zhì)量，進(jìn)而使系統(tǒng)做出正確的判斷和進(jìn)一步的控制動(dòng)作。本設(shè)計(jì)主要是針對(duì)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的大棚溫室種植的土壤溫濕度進(jìn)行采集和顯示，并有簡(jiǎn)單的預(yù)置功能和報(bào)警功能。</p><p>　　本設(shè)計(jì)以單片機(jī)為處理核心，對(duì)土壤（也可以是周圍的環(huán)境比如是空氣）進(jìn)行溫度和濕度的測(cè)量并進(jìn)

3、行采集，通過數(shù)碼管顯示出來。在系統(tǒng)的硬件部分主要是采集電路和顯示電路。采集電路主要是通過溫濕度傳感器DHT11將采集到的溫濕度數(shù)值以數(shù)字信號(hào)的形式送入單片機(jī)中進(jìn)行處理。顯示電路主要是將已經(jīng)數(shù)據(jù)處理的溫濕度數(shù)值利用數(shù)碼管進(jìn)行顯示出來，配合系統(tǒng)的其他硬件部分如按鍵系統(tǒng)可以選擇顯示模式。軟件部分的主要工作是使溫濕度傳感器得到的溫濕度數(shù)值與單片機(jī)之間正確的進(jìn)行信號(hào)的周期性采集與輸送，之后進(jìn)行各種判斷來控制硬件電路的顯示模式和報(bào)警電路。</

4、p><p>　　關(guān)鍵詞：溫濕度參數(shù)；單片機(jī)；溫濕度傳感器</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　The suitable temperature and humidity of soil are very important for the crop growth .the conditions of soil

5、not only effect the crop root and the microorganism in growing ,but also can effect the moisture movement in the soil. So to keep the moisture in the soil is difficult. Therefore ,people should get the soil temperature a

6、nd humidity in time to control the system. so that it remains within a certain range in order to adapt to the growth of crops. The single-chip microcomputer for controling</p><p>　　Keywords: temperature and

7、humidity parameters; scm; temperature and humidity sensors</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　引言1</b></p><p><b>　　1 概述2</b></p><p>

8、;　　1.1 溫濕度傳感器2</p><p>　　1.2 模擬信號(hào)輸出的溫度傳感器3</p><p>　　1.3 濕度傳感器3</p><p>　　1.4 數(shù)字信號(hào)輸出的溫濕度傳感器4</p><p>　　1.5 系統(tǒng)元件的選擇4</p><p><b>　　2 硬件設(shè)計(jì)5</b>&

9、lt;/p><p>　　2.1 硬件設(shè)計(jì)思路5</p><p>　　2.2 AT89S51單片機(jī)的相關(guān)電路5</p><p>　　2.2.1單片機(jī)芯片簡(jiǎn)介5</p><p>　　2.2.2 晶振電路與復(fù)位電路的連接8</p><p>　　2.3 溫濕度采集電路9</p><p>　　2.3

10、.1溫濕度傳感器介紹9</p><p>　　2.3.2溫濕度采集與單片機(jī)的連接電路10</p><p>　　2.3.3溫濕度采集數(shù)據(jù)的傳送11</p><p>　　2.4 鍵盤電路13</p><p>　　2.5 顯示和報(bào)警電路15</p><p>　　2.6 簡(jiǎn)單的接口電路16</p>&l

11、t;p>　　3 軟件設(shè)計(jì)19</p><p>　　3.1 設(shè)計(jì)主流程圖19</p><p>　　3.2 溫濕度采集子函數(shù)21</p><p>　　3.3 顯示程序22</p><p>　　3.4 數(shù)據(jù)處理子函數(shù)22</p><p>　　3.5 按鍵掃描程序23</p><p>

12、;　　４. 電路制作設(shè)計(jì)過程25</p><p>　?。?1設(shè)計(jì)流程25</p><p>　?。?2 電路圖的設(shè)計(jì)25</p><p>　?。?2.1電路原理圖的設(shè)計(jì)25</p><p>　?。?2.2 PCB的設(shè)計(jì)25</p><p>　?。?3 電路板的制作25</p><p>

13、;<b>　　結(jié)論27</b></p><p><b>　　謝 辭28</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)29</b></p><p><b>　　附 錄30</b></p><p><b>　　程序30</b>

14、;</p><p><b>　　原理圖44</b></p><p><b>　　PCB圖45</b></p><p><b>　　引言</b></p><p>　　適宜的溫、濕度是人類及一切動(dòng)植物生存生長(zhǎng)所必需的兩個(gè)最基本的環(huán)境參數(shù)，在現(xiàn)代生產(chǎn)生活中，溫度和濕度的監(jiān)測(cè)與控制

15、有著十分重要的意義。傳統(tǒng)的測(cè)試溫度和濕度的方法是通過一定的測(cè)試儀器人工逐點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)，這種方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力，效率低而且誤差大。</p><p>　　隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們對(duì)各種儀器功能的要求也在不斷的升高。在溫度和濕度的采集方面也出現(xiàn)了許多新的高科技產(chǎn)品，有的傳感器已經(jīng)能夠通過一個(gè)傳感器就能采集到溫度和濕度，大大提高了采集的效率，而且精度也比傳統(tǒng)的采集器有明顯的提高，本文將對(duì)這種采集器做出介

16、紹。</p><p>　　本文介紹的土壤溫濕度檢測(cè)裝置不僅具有可以自動(dòng)檢測(cè)溫度和濕度的功能，而且還可以通過鍵盤選擇檢測(cè)點(diǎn)的溫濕度的顯示模式，另外還具有初值設(shè)定及報(bào)警等功能。相對(duì)于舊方法這種采集器不僅提高了傳統(tǒng)溫度和濕度的檢測(cè)性能，而且還可以進(jìn)行軟硬件的擴(kuò)展，通過擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)可以實(shí)現(xiàn)控制室內(nèi)或者生產(chǎn)環(huán)境的溫濕度處于一定范圍之內(nèi)，有利于農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)，因此這種采集器可以使用于各種農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)過程。</p><

17、;p>　　該采集測(cè)量系統(tǒng)以AT89S51單片機(jī)為核心，配合數(shù)字式溫濕度傳感器，以及相關(guān)的顯示以及報(bào)警電路組成。通過采集電路可以檢測(cè)所屬環(huán)境的溫度和濕度數(shù)值，這些數(shù)值可以通過動(dòng)態(tài)顯示的數(shù)碼管顯示出來，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)采集并顯示所處環(huán)境或者是土壤的溫度和濕度變化情況。所有的數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)傳送都可以通過單片機(jī)控制軟件來實(shí)現(xiàn)。由溫濕度傳感器得到的溫濕度數(shù)值，經(jīng)串行數(shù)據(jù)線輸送到單片機(jī)進(jìn)行處理，經(jīng)軟件分析處理后送顯示電路，單片機(jī)根據(jù)檢測(cè)到的溫度和濕度

18、結(jié)果，判斷溫度是否在界定的范圍之內(nèi)，以此來決定是否啟動(dòng)系統(tǒng)的報(bào)警，以方便工作人員能夠及時(shí)的采取相應(yīng)的措施使溫度保持在一定的范圍以內(nèi)。</p><p><b>　　1 概述</b></p><p>　　在人們現(xiàn)實(shí)的生活中，溫度和濕度是一個(gè)極為重要的參數(shù)，對(duì)生活的各個(gè)方面多有著很重要的影響。正如每天的天氣預(yù)報(bào)提醒人們提前做好準(zhǔn)備一樣，在各種農(nóng)作物的生長(zhǎng)環(huán)境中土壤的溫濕度

19、指標(biāo)亦是一組相當(dāng)重要的參數(shù)，特別是為適應(yīng)新世紀(jì)發(fā)展高科技現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的要求，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中溫濕度的精確控制在促進(jìn)農(nóng)作物的生長(zhǎng)，提高農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量尤其重要。要做到對(duì)溫濕度的精確控制，最基礎(chǔ)的工作首先是要對(duì)土壤的溫濕度進(jìn)行采集。在傳統(tǒng)的方法當(dāng)中，對(duì)土壤的溫濕度進(jìn)行采集一般是采用人工檢測(cè)，先對(duì)待檢查點(diǎn)的溫濕度進(jìn)行采集，然后用人工方法對(duì)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析，根據(jù)分析的情況對(duì)所控制的對(duì)象進(jìn)行特定的處理。這種對(duì)溫濕度采集和處理的方法顯然與當(dāng)前高科技發(fā)展的

20、要求不符。針對(duì)這一情況，研制性能優(yōu)良、效能高、可靠而實(shí)用的土壤溫濕度采集器顯得更加有必要。</p><p>　　目前市場(chǎng)上設(shè)計(jì)土壤溫濕度采集器，大多數(shù)都是以采用單片機(jī)作為處理核心，配合各種溫度和濕度傳感器進(jìn)行采集，通過相應(yīng)的報(bào)警、顯示電路和控制電路進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示和達(dá)到實(shí)時(shí)的監(jiān)控。</p><p>　　本設(shè)計(jì)也遵循了這一設(shè)計(jì)的思想。為此在設(shè)計(jì)的初始階段需要對(duì)各個(gè)功能模塊中所需要用到的元件類型進(jìn)

21、行了解，之后根據(jù)實(shí)際情況選擇元件。根據(jù)其功能要求需要確定：首先是處理核心單片機(jī)的選擇；其次是溫濕度傳感器的選擇；當(dāng)然還有顯示元件的選擇。在單片機(jī)的選擇當(dāng)中，現(xiàn)在市面上各種型號(hào)的單片機(jī)基本上都具有相同的強(qiáng)大的處理功能，只是在存儲(chǔ)和處理速度方面有所差別，而這又不影響其功能應(yīng)用。顯示元件的選擇，現(xiàn)在主要是有兩個(gè)方向的選擇，普通的數(shù)碼管的顯示，液晶LCD顯示。鑒于編程和經(jīng)濟(jì)方面的考慮選擇利用數(shù)碼管顯示是一個(gè)最優(yōu)選擇。溫濕度傳感器的選擇也是很關(guān)鍵

22、的，選擇適當(dāng)?shù)臏貪穸葌鞲衅骺梢允褂布脑O(shè)計(jì)簡(jiǎn)單。</p><p>　　1.1 溫濕度傳感器</p><p>　　溫濕度傳感器，現(xiàn)在基本上分為兩大類型：一.模擬信號(hào)輸出的傳感器；二.集成數(shù)字信號(hào)輸出的傳感器。這兩個(gè)類型的傳感器基本上是現(xiàn)今溫濕度采集系統(tǒng)的選擇。而這當(dāng)中這兩個(gè)類型的傳感器又各有特點(diǎn)。溫濕度傳感器，有集溫度和濕度為一體的傳感器，而更多的是分別的溫度傳感器和濕度傳感器。集溫濕度為一

23、體的傳感器幾乎都是數(shù)字型的。集成的數(shù)字信號(hào)輸出的傳感器有其重要的特點(diǎn)，在采集溫濕度之后其輸出就是單片機(jī)能夠識(shí)別處理的數(shù)字信號(hào)，而不需要中間的信號(hào)放大，A/D轉(zhuǎn)換等環(huán)節(jié)，而且有些集成的數(shù)字溫濕度傳感器已經(jīng)對(duì)在常規(guī)環(huán)境下的輸出已經(jīng)做好校準(zhǔn)，在一般的使用當(dāng)中無需調(diào)試和重新設(shè)定。但是這種集成數(shù)字溫濕度傳感器的輸出較之用模擬信號(hào)輸出再進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換的溫濕度傳感器其精度就有所降低。而這些區(qū)別就是模擬輸出與數(shù)字輸出傳感器間的區(qū)別。模擬輸出的傳感器在使用

24、過程當(dāng)中，因數(shù)據(jù)傳送線的關(guān)系，需要做好補(bǔ)償措施。并且需要放大和轉(zhuǎn)換電路的配合。</p><p>　　1.2 模擬信號(hào)輸出的溫度傳感器</p><p>　　溫度的檢測(cè)方法有多種，采用的溫度傳感器常用的有電阻式、熱電偶式、PN結(jié)型、輻射型及石英諧振型等。它們都是基于溫度變化引起其物理參數(shù) (如電阻值 ，熱電勢(shì)等 )的變化的原理，再通過一定的函數(shù)關(guān)系式將電信號(hào)的變化轉(zhuǎn)化為溫度的變化。下面介紹幾種

25、常見的溫度傳感器。</p><p>　　電阻溫度傳感器：這種傳感器以電阻作為溫度敏感元件，根據(jù)敏感材料不同又可分成熱電阻式和熱敏電阻式。熱電阻式一般用金屬材料制成,如鉑、銅、鎳等。熱敏電阻是以半導(dǎo)體材料制成的陶瓷器件,如錳、鎳、鈷等金屬的氧化物與其它化合物按不同配比燒結(jié)而成。熱敏電阻具有體積小、靈敏度高、反應(yīng)速度快、分辯率高等優(yōu)點(diǎn),在各個(gè)領(lǐng)域廣泛用作測(cè)溫控溫及溫度補(bǔ)償?shù)拿舾性?。熱敏電阻溫度傳感器的缺點(diǎn)是線性度低

26、、穩(wěn)定性差。</p><p>　　熱電偶溫度傳感器：熱電偶測(cè)溫是基于“熱電動(dòng)勢(shì)效應(yīng)”的原理。所謂熱電動(dòng)勢(shì)效應(yīng)是指A,B兩種不同的導(dǎo)體組成閉合回路,若兩結(jié)點(diǎn)溫度不同則在回路中產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì),形成熱電流.若A、B兩導(dǎo)體的結(jié)點(diǎn)(熱端)溫度為T,而另一端(冷端)溫度為T0,則熱電動(dòng)勢(shì)為：</p><p>　　E(T,T0)=(T-T0)(lnNA/Nb)k/e</p><p>

27、　　其中 k為波爾茲曼常數(shù),e為電子電荷,NA, Nb為與材料有關(guān)的常數(shù)。測(cè)量E(T,T0)的大小便能確定被測(cè)溫度T。</p><p>　　PN結(jié)型及集成電路式溫度傳感器：半導(dǎo)體PN結(jié)測(cè)溫是近幾年來發(fā)展起來的一種新型測(cè)溫手段。集成電路溫度傳感器具有體積小、重量輕、精度高等特點(diǎn),測(cè)溫范圍在-50～150℃,也正好是最常見的溫度范圍。文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)的一種電流輸出型溫度傳感器在0～20℃內(nèi)靈敏度可達(dá)1.06μA/℃,線性誤差

28、不超過±0.2℃,穩(wěn)定性為0.02℃/4h。</p><p><b>　　1.3 濕度傳感器</b></p><p>　　濕度傳感器,基本上可分為電阻式和電容式兩種：電容式濕敏元件的優(yōu)點(diǎn)在于響應(yīng)速度快、體積小、線性度好、較穩(wěn)定,國外有些產(chǎn)品還具備高溫工作性能。但是達(dá)到上述性能的產(chǎn)品多為國外名牌,價(jià)格都較昂貴。市場(chǎng)上出售的一些電容式濕敏元件低價(jià)產(chǎn)品 ,往往達(dá)不

29、到上述水平,線性度、一致性和重復(fù)性都不甚理想,30%RH以下,80%RH以上感濕段變形嚴(yán)重。有些產(chǎn)品采用單片機(jī)補(bǔ)償修正,使?jié)穸瘸霈F(xiàn)“階躍”性的跳躍 ,使精度降低,出現(xiàn)一致性差、線性差的缺點(diǎn)。無論高檔次或低檔次的電容式濕敏元件,長(zhǎng)期穩(wěn)定性都不理想,多數(shù)長(zhǎng)期使用漂移嚴(yán)重,濕敏電容容值變化為pF級(jí),1%RH的變化不足0.5pF,容值的漂移改變往往引起幾十RH%的誤差,大多數(shù)電容式濕敏元件不具備40℃以上溫度下工作的性能,往往失效和損壞。電容式

30、濕敏元件抗腐蝕能力也較欠缺,往往對(duì)環(huán)境的潔凈度要求較高,有的產(chǎn)品還存在光照失效、靜電失效等現(xiàn)象,金屬氧化物為陶瓷濕敏電阻,具有濕敏電容相同的優(yōu)點(diǎn),但塵埃環(huán)境下,陶瓷細(xì)孔被封堵元件就會(huì)失效,往往采用通電除塵的方法來處理,但效果不夠理想,且在易燃易爆環(huán)境下不能使用,氧化鋁感濕材料無法克服其表面結(jié)構(gòu)“天然老化”的弱點(diǎn),阻抗不穩(wěn)</p><p>　　電阻型的濕敏溫度傳感器重要的一種是氯化鋰濕敏電阻,具有最突出的優(yōu)點(diǎn)是長(zhǎng)期

31、穩(wěn)定性極強(qiáng),因此通過嚴(yán)格的工藝制作,制成的儀表和傳感器產(chǎn)品可以達(dá)到較高的精度,穩(wěn)定性強(qiáng)是產(chǎn)品具備良好的線性度、精密度及一致性,是長(zhǎng)期使用壽命的可靠保證。</p><p>　　以上所述的溫度傳感器和濕度傳感器都有一個(gè)共同的特點(diǎn)，那就是它們的數(shù)據(jù)信號(hào)的輸出都是微弱的模擬信號(hào)電流或者電壓，即是電流型的或者是電壓型的。一般情況下溫度和濕度的變化都是很微小的，因此需要進(jìn)行發(fā)大和進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換才能與單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行必要的數(shù)據(jù)交換

32、。</p><p>　　1.4 數(shù)字信號(hào)輸出的溫濕度傳感器</p><p>　　現(xiàn)在市場(chǎng)上使用較多的單一的集成的數(shù)字式溫度傳感器以DS18B20居多。這是一種集成的數(shù)字式溫度傳感器。DS18B20是美國達(dá)拉斯(DALLAS)半導(dǎo)體公司推出的應(yīng)用單總線技術(shù)的數(shù)字溫度傳感器。該器件將半導(dǎo)體溫敏器件、A/D轉(zhuǎn)換器、存儲(chǔ)器等做在一個(gè)很小的集成電路芯片上。使用這種溫度傳感器可以對(duì)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)帶來許

33、多方便，使系統(tǒng)的硬件部分大大的。</p><p>　　單一的數(shù)字式的濕度傳感器在市面上還是很少，數(shù)字型的濕度傳感器多為是與溫度一起的，即檢測(cè)為溫度與濕度一起進(jìn)行檢測(cè)的，因此這樣的才是切合實(shí)際中的需要的。數(shù)字式溫濕度傳感器有SHTⅹⅹ系列，以及DHT系列。</p><p>　　這些集成型的溫濕度傳感器都有很好的線性效果，在一般的環(huán)境下無需進(jìn)行校正就可以輸出單片機(jī)能夠處理和接收的數(shù)字式信號(hào)，在

34、精度允許的范圍內(nèi)，省卻了許多復(fù)雜的放大和轉(zhuǎn)換電路，因此可以很方便的進(jìn)行應(yīng)用。</p><p>　　1.5 系統(tǒng)元件的選擇</p><p>　　綜上進(jìn)行考慮，智能的土壤溫濕度采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)處理核心單片機(jī)有多種選擇，在此選擇了具有閃存的，而且運(yùn)算處理速度很好的AT89S51單片機(jī)，這種單片機(jī)的穩(wěn)定性以及性價(jià)比都很高。 </p><p>　　而對(duì)于溫濕度傳感器的選擇，為了

35、使整個(gè)系統(tǒng)更加的簡(jiǎn)單和便于調(diào)試，在此選擇了集成的數(shù)字式溫濕度傳感器DHT11傳感器。這種傳感器有著一般的數(shù)字溫濕度傳感器的特點(diǎn)，而且其線性度更好。</p><p>　　對(duì)于顯示電路的設(shè)計(jì)，基于整個(gè)系統(tǒng)的考慮，只需要用到了一般的數(shù)字顯示即可，可以選擇普通的數(shù)碼管就能滿足設(shè)計(jì)顯示的要求。</p><p>　　因此本設(shè)計(jì)以AT89S51單片機(jī)為處理核心，簡(jiǎn)單的可分為以下幾個(gè)模塊溫濕度采集模塊；單

36、片機(jī)工作模塊；按鍵控制模塊，狀態(tài)顯示燈模塊，數(shù)據(jù)顯示模塊，報(bào)警模塊。系統(tǒng)中主要的器件有核心處理器單片機(jī)AT89S52,集成溫濕度傳感器DHT11,MAX232芯片，4LED共陰數(shù)碼管。</p><p><b>　　2 硬件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　根據(jù)所選的各個(gè)元件的型號(hào),確定硬件設(shè)計(jì)的主體部分。硬件系統(tǒng)以單片機(jī)為核心，集成的溫濕度傳感器DHT11作為系統(tǒng)的

37、數(shù)據(jù)信號(hào)輸入，為了很好的為單片機(jī)的程序下載和系統(tǒng)數(shù)據(jù)與外部計(jì)算機(jī)的通信，還需要設(shè)計(jì)一個(gè)相應(yīng)的串口電路。整個(gè)系統(tǒng)中溫濕度傳感器將采集到的數(shù)據(jù)以串行的方式輸送到單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，單片機(jī)通過掃描鍵盤電路以確定顯示模式，可以用掃描電路進(jìn)行溫度的初值設(shè)定，這是作為報(bào)警電路的一個(gè)基準(zhǔn)，當(dāng)其溫度超過這個(gè)設(shè)定值時(shí)可以驅(qū)動(dòng)報(bào)警電路。在實(shí)際的應(yīng)用當(dāng)中可以將其改為控制電路，通過外界的設(shè)備來實(shí)施相應(yīng)的控制，從而使控制對(duì)象的溫度能夠保持到適當(dāng)?shù)姆秶畠?nèi)。<

38、;/p><p>　　2.1 硬件設(shè)計(jì)思路</p><p>　　圖2-1 硬件系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) </p><p>　　對(duì)于硬件部分的設(shè)計(jì)，按照簡(jiǎn)單可靠的設(shè)計(jì)原則，盡量使得系統(tǒng)調(diào)試簡(jiǎn)單和軟件編程簡(jiǎn)單。本次設(shè)計(jì)的對(duì)象是一個(gè)簡(jiǎn)單的智能應(yīng)用系統(tǒng)，即對(duì)土壤溫度和濕度的采集和控制，其總的系統(tǒng)構(gòu)圖如圖1示。系統(tǒng)中的電路主要用有：AT89S51單片機(jī)的晶振電路，復(fù)位電路

39、，溫濕度傳感器DHT11采集電路，串口電路部分，顯示及報(bào)警電路。采集電路通過檢測(cè)采集到數(shù)值并將已經(jīng)校準(zhǔn)的數(shù)字化的溫濕度數(shù)據(jù)輸送到單片機(jī)進(jìn)行處理，單片機(jī)通過掃描鍵盤電路選擇顯示的模式：溫度和濕度同時(shí)顯示；單獨(dú)顯示溫度；單獨(dú)顯示濕度；溫度初始值設(shè)置。當(dāng)傳送到單片機(jī)的數(shù)據(jù)在系統(tǒng)進(jìn)行處理與初始值進(jìn)行比較，當(dāng)超過設(shè)定值后發(fā)出一個(gè)低電平驅(qū)動(dòng)報(bào)警電路工作，使蜂鳴器發(fā)聲報(bào)警。</p><p>　　2.2 AT89S51單片機(jī)的相

40、關(guān)電路</p><p>　　2.2.1單片機(jī)芯片簡(jiǎn)介</p><p>　　AT89S51是一種低功耗、高性能的CMOS八位微控制器，具有8K的系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器，使用ATMEL公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許ROM在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使其為眾多嵌入式控制

41、應(yīng)用系統(tǒng)提供靈活的解決方案。其主要特性為：</p><p>　　●與MCS-51單片機(jī)產(chǎn)品兼容；</p><p>　　●8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器；</p><p>　　●1000次擦寫周期；</p><p>　　●全靜態(tài)操作：0Hz～33Hz；</p><p>　　●三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器；</p>

42、<p>　　●32個(gè)可編程I/O口線；</p><p>　　●三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；</p><p><b>　　●八個(gè)中斷源；</b></p><p>　　●全雙工UART串行通道；</p><p>　　●低功耗空閑和掉電模式；</p><p>　　●掉電后中斷可喚醒；<

43、/p><p><b>　　●看門狗定時(shí)器；</b></p><p><b>　　●雙數(shù)據(jù)指針；</b></p><p><b>　　●掉電標(biāo)識(shí)符。</b></p><p>　　AT89S51芯片的引腳圖見下圖</p><p>　　圖2-2 AT89S51的

44、引腳圖</p><p>　　其中VCC電源為的接入腳，20引腳Vss為接地腳，和其他的單片機(jī)一樣，其供電電壓為3.3-5V的DC供電，其范圍更廣，使系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行性能更好。</p><p>　　其本身具有4個(gè)并行的I/O端口，作為系統(tǒng)與外界進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和電路擴(kuò)展的端口操作，其各自的功能如下：</p><p>　　P0口：8位漏極開路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能

45、驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯電平。對(duì)P0端口寫“1”時(shí)，引腳用作高阻抗輸入。當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下，P0具有內(nèi)部上拉電阻。</p><p>　　在Flash編程時(shí)，P0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)。程序校驗(yàn)時(shí)，需要外部上拉電阻。</p><p>　　P1口：具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL邏

46、輯電平。對(duì)P1端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。此外，P1.0和P1.2分別作定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的外部計(jì)數(shù)輸入（P1.0/T2）和定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的觸發(fā)輸入（P1.1/T2EX），具體如下表所示。在Flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口接收低8位地址字節(jié)。</p><p>　　表2-1 P1口引腳的第二功能</p

47、><p>　　P2口：具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)四個(gè)TTL邏輯電平。對(duì)P2端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。在方位外部程序存儲(chǔ)器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P2口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中，P2口使用很強(qiáng)的內(nèi)部上拉發(fā)送1。在使用8位地址訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P2口輸出P2鎖存

48、器的內(nèi)容。</p><p>　　在Flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號(hào)。</p><p>　　P3口：P3口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)四個(gè)TTL邏輯電平。對(duì)P3端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。</p><

49、;p>　　P3口亦作為AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。在Flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P3口也接收一些控制信號(hào)。</p><p>　　表2-2 P3口引腳的第二功能</p><p>　　RST：復(fù)位輸入。晶振工作時(shí)，RST腳持續(xù)2個(gè)機(jī)器周期高電平將使單片機(jī)復(fù)位?？撮T狗計(jì)時(shí)完成后，RST腳輸出96個(gè)晶振周期的高電平。特殊寄存器AUXR（地址8EH）上的DISRTO位可以

50、使此功能無效。DISRTO默認(rèn)狀態(tài)下，復(fù)位高電平有效。</p><p>　　ALE/：控制信號(hào)（ALE）是訪問外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，鎖存低8位地址的輸出脈沖。在Flash編程時(shí)，此引腳（）也用作編程輸入脈沖。</p><p>　　在一般情況下，ALE以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可用來作為外部定時(shí)器或時(shí)鐘使用。然而，特別強(qiáng)調(diào)，在每次訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， ALE脈沖將會(huì)跳過。如果需要，通過

51、將地址為8EH的SFR的第0位置“1”，ALE操作將無效。這一位置“1”，ALE僅在執(zhí)行MOVX或MOVC指令時(shí)有效。否則，ALE將被微弱拉高。這個(gè)ALE使能標(biāo)志位（地址為8EH的SFR的第0位）的設(shè)置對(duì)微控制器處于外部執(zhí)行模式下無效。</p><p>　?。和獠砍绦虼鎯?chǔ)器選通信號(hào)（）是外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)。當(dāng)89S51從外部程序存儲(chǔ)器執(zhí)行外部代碼時(shí)，在每個(gè)機(jī)器周期被激活兩次，而在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將不被激

52、活。</p><p>　　/VPP：訪問外部程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)。為使能從0000H到FFFFH的外部程序存儲(chǔ)器讀取指令，必須接地。</p><p>　　為執(zhí)行內(nèi)部程序指令，應(yīng)該接VCC。</p><p>　　在Flash編程期間，也接收12伏VPP電壓。</p><p>　　XTAL1：振蕩器反相放大器和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端。</p

53、><p>　　XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。</p><p>　　2.2.2晶振電路與復(fù)位電路連接</p><p>　　AT89S51單片機(jī)有一個(gè)用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的反相放大器，XTAL1和XTAL2分別是放大器的輸入、輸出端。石英晶體和陶瓷諧振器都可以用來一起構(gòu)成自激振蕩器。從外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件的話，XTAL2可以不接，而從XTAL1接入。在本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中采用的

54、是外部振蕩電路連接法，其電路接法如下圖所示：</p><p>　　2-3 晶振電路連接圖與復(fù)位電路</p><p>　?。ㄊ⒕д?C1,C2=30PF±10PF ）</p><p>　　2.3 溫濕度采集電路</p><p>　　2.3.1溫濕度傳感器簡(jiǎn)介</p><p>　　在本設(shè)計(jì)當(dāng)中參數(shù)采集部分采

55、用了集成度較高的數(shù)字化的溫濕度傳感器DHT11,在精度允許的范圍內(nèi)省卻了信號(hào)放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換的諸多外圍電路，整個(gè)系統(tǒng)就顯得更加的簡(jiǎn)單，因此可以方便的進(jìn)行電路的調(diào)試，而且簡(jiǎn)單的硬件電路可以使軟件編程變得更加方便。</p><p>　　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卓越的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。傳感器包括一個(gè)電阻式感

56、濕元件和一個(gè)NTC測(cè)溫元件，并與一個(gè)高性能8位單片機(jī)相連接。因此該產(chǎn)品具有品質(zhì)卓越、超快響應(yīng)、抗干擾能力強(qiáng)、性價(jià)比極高等優(yōu)點(diǎn)。每個(gè)DHT11傳感器都在極為精確的濕度校驗(yàn)室中進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)系數(shù)以程序的形式儲(chǔ)存在OTP內(nèi)存中，傳感器內(nèi)部在檢測(cè)信號(hào)的處理過程中要調(diào)用這些校準(zhǔn)系數(shù)。單線制串行接口，使系統(tǒng)集成變得簡(jiǎn)易快捷。超小的體積、極低的功耗，信號(hào)傳輸距離可達(dá)20米以上，使其成為各類應(yīng)用甚至最為苛刻的應(yīng)用場(chǎng)合的最佳選則。產(chǎn)品為 4 針單排引腳封

57、裝。連接方便，特殊封裝形式可根據(jù)用戶需求而提供。</p><p><b>　　DHT11的特點(diǎn)：</b></p><p>　　●相對(duì)濕度和溫度測(cè)量 </p><p>　　●全部校準(zhǔn)，數(shù)字輸出 </p><p>　　●卓越的長(zhǎng)期穩(wěn)定性 </p><p><b>　　●無需額外部件 <

58、/b></p><p>　　●超長(zhǎng)的信號(hào)傳輸距離 </p><p><b>　　●超低能耗 </b></p><p><b>　　●4引腳安裝 </b></p><p><b>　　●完全互換</b></p><p>　　圖2-4 DHT11的實(shí)際

59、封裝</p><p>　　表2-3 DHT11參數(shù)：</p><p><b>　　封裝信息：</b></p><p>　　表2-4 DHT11引腳說明：</p><p>　　DHT11的供電電壓為 3－5.5V。傳感器上電后，要等待 1s 以越過不穩(wěn)定狀態(tài)，此期間無需發(fā)送任何指令。電源引腳（VDD，GND）之間可增加一個(gè)

60、100nF 的電容，用以去耦濾波。</p><p>　　2.3.2溫濕度采集與單片機(jī)的連接電路：</p><p>　　圖2-5 溫濕度采集電路</p><p>　　這是采集部分的電路，此時(shí)的溫濕度傳感器1腳連接到電源，4腳為接地。在數(shù)據(jù)端的2腳需要有個(gè)上拉電阻，2腳直接與單片機(jī)的I/O口相連作為數(shù)據(jù)的傳送端口。而3腳可以懸空。采集部分是一個(gè)很簡(jiǎn)單的連接電路，但是作為

61、檢測(cè)部分需要將其置于被測(cè)的壞境中才能保證其準(zhǔn)確性，但是系統(tǒng)的核心部分單片機(jī)不可以置于外部的變化環(huán)境當(dāng)中，會(huì)影響到系統(tǒng)的工作性能和工作壽命，因此需要將其與系統(tǒng)核心分開，需要使用比較長(zhǎng)的數(shù)據(jù)線將其分離。此時(shí)的上拉電阻則需根據(jù)數(shù)據(jù)端線的長(zhǎng)度有所不同。</p><p>　　在數(shù)據(jù)端的上拉電阻的選擇中建議連接線長(zhǎng)度短于20米時(shí)用5K上拉電阻,大于20米時(shí)根據(jù)實(shí)際情況使用合適的上拉電阻。這個(gè)簡(jiǎn)單的采集電路直接與單片機(jī)連接通過

62、單總線的數(shù)據(jù)傳輸，由軟件控制其采集的頻率和數(shù)據(jù)的傳送。高集成的溫濕度傳感器如何順利的向處理中心單片機(jī)輸送數(shù)據(jù)，需要根據(jù)其特定的傳送方式對(duì)采集部分進(jìn)行編程。這就需要了解它的工作方式。</p><p>　　2.3.3溫濕度采集數(shù)據(jù)的傳送</p><p>　　DHT11的工作方式和數(shù)據(jù)傳送：</p><p>　　DATA 腳用于微處理器與 DHT11之間的通訊和同步,采用

63、單總線數(shù)據(jù)格式,一次通訊時(shí)間最大3ms,,數(shù)據(jù)分小數(shù)部分和整數(shù)部分,具體格式在下面說明,當(dāng)前小數(shù)部分用于以后擴(kuò)展,現(xiàn)讀出為零.操作流程如下: </p><p>　　一次完整的數(shù)據(jù)傳輸為40bit,高位先出,數(shù)據(jù)格式:8bit濕度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit濕度小數(shù)數(shù)據(jù) +8bi溫度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit溫度小數(shù)數(shù)據(jù) +8bit校驗(yàn)和 </p><p>　　校驗(yàn)和數(shù)據(jù)為為前四個(gè)字節(jié)相加。 </p&g

64、t;<p>　　用戶MCU發(fā)送一次開始信號(hào)后,DHT11從低功耗模式轉(zhuǎn)換到高速模式,等待主機(jī)開始信號(hào)結(jié)束后,DHT11發(fā)送響應(yīng)信號(hào),送出40bit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).從模式下,DHT接收到開始信號(hào)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(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。</p><p><b>　　數(shù)據(jù)采集和傳送：<

65、;/b></p><p>　　單片機(jī)發(fā)送起始信號(hào)如下圖：</p><p>　　圖2-6 信號(hào)起始圖</p><p>　　DATA線空閑狀態(tài)為高電平,主機(jī)把DATA線拉低等待DHT響應(yīng),主機(jī)把DATA線拉低必須大于18毫秒,保證DHT能檢測(cè)到起始信號(hào)。</p><p>　　DHT11發(fā)送響應(yīng)信號(hào)如下圖：</p><p&

66、gt;　　圖2-7 響應(yīng)信號(hào)過程圖</p><p>　　DHT11接收到主機(jī)的開始信號(hào)后,等待主機(jī)開始信號(hào)結(jié)束,然后發(fā)送低電平響應(yīng)信號(hào).主機(jī)發(fā)送開始信號(hào)結(jié)束后,延時(shí)等待20-40us后, 讀取DHT的回應(yīng)信號(hào),主機(jī)發(fā)送開始信號(hào)后,可以切換到輸入模式,或者輸出高電平均可,DATA線由上拉電阻拉高。</p><p>　　DHT11開始發(fā)送數(shù)據(jù)如下圖：</p><p>　

67、　圖2-8 數(shù)據(jù)發(fā)送圖</p><p>　　主機(jī)發(fā)送開始信號(hào)后,延時(shí)等待20us—40us后讀取DHT的回應(yīng)信號(hào),.讀取DATA線為低電平,說明DHT發(fā)送響應(yīng)信號(hào),DHT發(fā)送響應(yīng)信號(hào)后,再把DATA線拉高,準(zhǔn)備發(fā)送數(shù)據(jù),每一bit數(shù)據(jù)都以低電平開始,格式見下面圖示.如果讀取響應(yīng)信號(hào)為高電平,則DHT沒有響應(yīng),則檢查線路連接是否通暢。</p><p>　　數(shù)字1信號(hào)表示方法：</p&g

68、t;<p>　　圖2-9 數(shù)字信號(hào)1的表示方法</p><p>　　數(shù)字0信號(hào)的表示方法:</p><p>　　圖2-10 數(shù)字信號(hào)0的表示方法</p><p>　　本系統(tǒng)中采用DHT-11作為溫濕度的采集芯片，有著很好的數(shù)字輸出無需外加放大和轉(zhuǎn)換模塊，與單片機(jī)進(jìn)行的是單總線的串行數(shù)據(jù)傳輸。硬件電路簡(jiǎn)單，方便進(jìn)行調(diào)試和更換。</p>&l

69、t;p><b>　　2.4 鍵盤電路</b></p><p>　　本系統(tǒng)的鍵盤控制按鍵很少，只有四個(gè)按鍵因此不需要選用專門的鍵盤控制擴(kuò)展芯片8279.電路圖如下</p><p>　　圖2-11 按鍵電路</p><p>　　本設(shè)計(jì)共有4個(gè)按鍵分別為 復(fù)位鍵 模式選擇鍵,加鍵,減鍵。在左邊的圖中與P1.0相連鍵作為模式選擇按鍵,通過對(duì)其按鍵

70、可以在幾個(gè)模式當(dāng)中循環(huán)的改變,連接P1.2和P1.3的鍵是加減鍵.當(dāng)模式鍵位于設(shè)定模式時(shí)，此時(shí)顯示電路會(huì)顯示出設(shè)定的初始值，這時(shí)可以通過加減鍵來進(jìn)行重新的設(shè)定其中的模式鍵和加減鍵直接與單片機(jī)的I/O口相連接，對(duì)此I/O口進(jìn)行掃描就可判斷所需進(jìn)行的模式顯示或者是初值的設(shè)定和改變。.</p><p>　　工作模式有如下幾種：</p><p>　　(1)開機(jī)后,開始顯示溫度,</p>

71、<p>　　(2)當(dāng)按下模式鍵一次，顯示濕度</p><p>　　(3)按下第二次后，顯示溫度的設(shè)定值</p><p>　　(4)按下第二次后，可通過加減鍵調(diào)節(jié)設(shè)定值。</p><p>　　相應(yīng)按下按鍵后除了顯示部分中的4個(gè)數(shù)碼管有相應(yīng)的變化，還有相應(yīng)的指示燈進(jìn)行顯示。電路如下圖：</p><p>　　圖2-12 模式顯示電路

72、</p><p>　　其中LED-GREEN和LED-RED分別接到相應(yīng)的I/O口。當(dāng)在開機(jī)后首先顯示模式為溫度，這時(shí)LED-RED亮了，顯示濕度，爾后，當(dāng)我們第一次按下模式鍵的時(shí)候，LED-GREEN亮，這個(gè)時(shí)候顯示濕度，按下第二次后，進(jìn)入調(diào)整模式，此時(shí)LED-GREEN和LED-RED兩個(gè)燈均亮，這時(shí)利用加減鍵可進(jìn)行設(shè)置。</p><p>　　復(fù)位電路是單片機(jī)應(yīng)用的一種常見的掉電保護(hù)電

73、路，在突然斷電或其他的情況下可以有很好的保護(hù)作用。</p><p>　　2.5 顯示和報(bào)警電路</p><p>　　在單片機(jī)系統(tǒng)中，發(fā)光二極管(LED)常常作為重要的顯示手段，它既可以顯示系統(tǒng)的狀態(tài)，又可以顯示數(shù)字和字符。由于LED顯示器的驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)且價(jià)格低廉，因此是工業(yè)儀表和實(shí)驗(yàn)室儀器常用的一種輸出顯示設(shè)備。LED顯示器是LED顯示器的一種，它是將多個(gè)發(fā)光二極管集中在一塊，構(gòu)

74、成阿拉伯?dāng)?shù)字筆畫的形狀。這些發(fā)光二極管共用一個(gè)或兩個(gè)公共極，為數(shù)字信息的顯示提供了方便。LED顯示器的驅(qū)動(dòng)方法分靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種。所謂動(dòng)態(tài)是指LED顯示器上的信息是通過不斷地刷新(即周期性的驅(qū)動(dòng))維持的。由于人的視覺的延時(shí)，此時(shí)看到各個(gè)數(shù)碼管均是點(diǎn)亮的。動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是連線比靜態(tài)方式大為減少，它是數(shù)碼顯示器常用的一種方式。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)編程簡(jiǎn)單，但占用I/O口較多。本設(shè)計(jì)采用I/O口軟件控制4位LED的動(dòng)態(tài)顯示溫濕度。其電路如下圖：</p

75、><p>　　圖2-13 顯示電路圖</p><p>　　單片機(jī)將溫濕度傳感器傳送過來的溫濕度數(shù)據(jù)進(jìn)行處理:溫濕度傳感器傳送過來的是溫度和濕度的40bit的數(shù)據(jù)，單片機(jī)將其轉(zhuǎn)為十進(jìn)制的數(shù)據(jù)并判斷其大小以確定是否將其顯示，例如如果十位數(shù)字是0則可以將其不顯示。判斷后將其送到P0口顯示出來，4位的LED數(shù)碼管采用共陰型，并利用三極管進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，其動(dòng)態(tài)顯示由P2口控制輸出。顯示的各種模式則由鍵盤電路中

76、的按鍵進(jìn)行選擇，通過輸送到P0口不同的參數(shù)配合P2口的動(dòng)態(tài)選擇則可實(shí)現(xiàn)不同的顯示。</p><p>　　在本設(shè)計(jì)選用的數(shù)碼管的型號(hào)是4個(gè)數(shù)碼管的共陽型BT-A5461BH。數(shù)碼管分為共陰和共陰的兩種型號(hào)，一般的在同一種類型的即是共陽的或者是共陰的數(shù)碼管中是可以互相替代的，因此這對(duì)一般的替代或者修補(bǔ)來說是很方便的。作為7段的數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)，在一般的情況下需要使用上拉電阻，而作為動(dòng)態(tài)顯示功能實(shí)現(xiàn)的一個(gè)重要的條件是4個(gè)數(shù)

77、碼管的輪流顯示。即在4個(gè)使能端的控制信號(hào)需要安排其頻率符合人的視覺效果，而這則要在系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)當(dāng)中使用恰當(dāng)?shù)难訒r(shí)。</p><p>　　在硬件設(shè)計(jì)方面，三極管的選用決定了通過蜂鳴器電流或者電壓的大小。在此使用了三極管進(jìn)行數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)。選用的三極管型號(hào)是PNP型的8550.其引腳圖如下：</p><p>　　圖2-14 三極管8550引腳</p><p>　　當(dāng)溫濕

78、度傳感器將測(cè)量數(shù)值送到單片機(jī)，系統(tǒng)將其與設(shè)定值進(jìn)行比較，若超過初始值則向P3.7口輸送驅(qū)動(dòng)信號(hào)以使蜂鳴器發(fā)聲。</p><p>　　蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、報(bào)警器、電子玩具、汽車電子設(shè)備、電話機(jī)、定時(shí)器等電子產(chǎn)品中作發(fā)聲器件。蜂鳴器主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種類型。</p><p>　　電磁式蜂鳴器由振蕩器、電磁線圈

79、、磁鐵、振動(dòng)膜片及外殼等組成。接通電源后，振蕩器產(chǎn)生的音頻信號(hào)電流通過電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)。振動(dòng)膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下，周期性地振動(dòng)發(fā)聲。</p><p>　　其發(fā)聲的頻率則由驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率決定。這是一個(gè)簡(jiǎn)單的驅(qū)動(dòng)電路，在實(shí)際的應(yīng)用當(dāng)中可以外接繼電器，作為控制電路啟動(dòng)專門的如水閘或者是加熱降溫裝置的啟動(dòng)。</p><p>　　2.6 簡(jiǎn)單的接口電路</p>

80、<p>　　系統(tǒng)中所用到的是具有很強(qiáng)的處理能力的AT89S51單片機(jī)，可以很好的與外界進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，可以進(jìn)行進(jìn)一步的分析和控制，亦可以對(duì)軟件的部分重新進(jìn)行編輯，實(shí)現(xiàn)新的功能。因此需要一個(gè)接口電路與外界進(jìn)行連接?，F(xiàn)在流行的單片機(jī)與外部進(jìn)行接口交換的是RS232的串口通信，本設(shè)計(jì)即選擇了這種接口方式。其中用到了MAX232芯片，這是專門為RS232標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計(jì)的接口電路芯片。MAX232是一種雙組驅(qū)動(dòng)器/接收器，片內(nèi)含有一個(gè)電容性

81、電壓發(fā)生器以便在單5V電源供電時(shí)提供EIA/TIA-232-E電平。每個(gè)接收器將EIA/TIA-232-E電平輸入轉(zhuǎn)換為5V TTL/CMOS電平。這些接收器具有1.3V的典型門限值及0.5V的典型遲滯，而且可以接收±30V的輸入。每個(gè)驅(qū)動(dòng)器將TTL/CMOS輸入電平轉(zhuǎn)換為TMEIA/TIA-232-E電平。</p><p>　　MAX芯片的引腳圖如下：</p><p>　　圖2

82、-15 MAX引腳圖</p><p>　　MAX232芯片使用+5v單電源供電。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本可分三個(gè)部分：第一部分是電荷泵電路。由1、2、3、4、5、6腳和4只電容構(gòu)成。功能是產(chǎn)生+12v和-12v兩個(gè)電源，提供給RS-232串口電平的需要。第二部分是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道。由7、8、9、10、11、12、13、14腳構(gòu)成兩個(gè)數(shù)據(jù)通道。其中13腳（R1IN）、12腳（R1OUT）、11腳（T1IN）、14腳（T1OUT

83、）為第一數(shù)據(jù)通道。8腳（R2IN）、9腳（R2OUT）、10腳（T2IN）、7腳（T2OUT）為第二數(shù)據(jù)通道。TTL/CMOS數(shù)據(jù)從T1IN、T2IN輸入轉(zhuǎn)換成RS-232數(shù)據(jù)從T1OUT、T2OUT送到電腦DP9插頭；DP9插頭的RS-232數(shù)據(jù)從R1IN、R2IN輸入轉(zhuǎn)換成TTL/CMOS數(shù)據(jù)后從R1OUT、R2OUT輸出。第三部分是供電。15腳DNG、16腳VCC（+5v）。接口電路圖如下：</p><p>

84、;　　圖2-16 接口電路圖</p><p>　　其中T2IN和R2OUT相應(yīng)的與單片機(jī)的端口相連接。</p><p><b>　　3 軟件程序設(shè)計(jì)</b></p><p>　　在單片機(jī)系統(tǒng)中，硬件與軟件緊密結(jié)合，由于硬件電路的設(shè)計(jì)不具有通用性，所以必須根據(jù)具體的硬件電路來設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的軟件，硬件設(shè)計(jì)的優(yōu)劣直接影響到軟件設(shè)計(jì)的難易，軟件設(shè)計(jì)的優(yōu)劣

85、又直接影響到硬件的發(fā)揮。</p><p>　　軟件程序的設(shè)計(jì)是根據(jù)硬件電路圖的連接和各個(gè)元器件的功能進(jìn)行設(shè)計(jì)。在編寫軟件時(shí)，可以按各個(gè)程序的功能將軟件細(xì)分為各個(gè)功能模塊，再通過主程序的調(diào)用來實(shí)現(xiàn)整個(gè)軟件系統(tǒng)。單片機(jī)的編程語言常用的有二種，一種是匯編語言，一種是C語言。匯編語言的機(jī)器代碼生成效率很高但可讀性卻并不強(qiáng)，復(fù)雜一點(diǎn)的程序就更是難讀懂，而C語言在大多數(shù)情況下其機(jī)器代碼生成效率和匯編語言相當(dāng)，但可讀性和可移植

86、性卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過匯編語言，而且C語言還可以嵌入?yún)R編來解決高時(shí)效性的代碼編寫問題。對(duì)于開發(fā)周期來說，中大型的軟件編寫用C語言的開發(fā)周期通常要小于匯編語言很多。相比較而言，在本設(shè)計(jì)中C語言應(yīng)用起來更得心應(yīng)手。</p><p>　　在研制單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，匯編語言是一種常用的軟件工具。它能直接操作硬件，指令的執(zhí)行速度快。但其指令系統(tǒng)的固有格式受硬件結(jié)構(gòu)的限制很大，且難于編寫與調(diào)試，可移植性也差。隨著單片機(jī)硬件性能的提高，其

87、工作速度越來越快，因此在編寫單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)程序時(shí)，更著重于程序本身的編寫效率。</p><p>　　C語言是一種高級(jí)程序設(shè)計(jì)語言，它提供了十分完備的規(guī)范化流程控制結(jié)構(gòu)。因此采用C語言設(shè)計(jì)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)程序時(shí)，首先要盡可能地采用結(jié)構(gòu)化的程序設(shè)計(jì)方法，這樣可使整個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)程序結(jié)構(gòu)清晰，易于調(diào)試和維護(hù)。對(duì)于一個(gè)較大的程序，可將整個(gè)程序按功能分成若干個(gè)模塊，不同的模塊完成不同的功能。對(duì)于不同的功能模塊，分別指定相應(yīng)的入口

88、參數(shù)和出口參數(shù)，而經(jīng)常使用的一些程序最好編成函數(shù)，這樣既不會(huì)引起整個(gè)程序管理的混亂，還可增強(qiáng)可讀性，移植性也好。本設(shè)計(jì)就采用了c語言來進(jìn)行設(shè)計(jì)。</p><p>　　3.1 設(shè)計(jì)主流程圖</p><p>　　本系統(tǒng)是土壤溫濕度的采集，主要有溫濕度的采集，溫濕度的顯示，按鍵處理，報(bào)警處理等相關(guān)模塊。系統(tǒng)每隔0.5秒對(duì)溫濕度進(jìn)行實(shí)時(shí)的采集，并將其送到單片機(jī)中進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換并放到相應(yīng)的存儲(chǔ)單元，將

89、數(shù)據(jù)與設(shè)定值進(jìn)行比較來確定是否發(fā)出報(bào)警的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，此時(shí)單片機(jī)亦對(duì)與按鍵相連的I/O口進(jìn)行掃描，判斷顯示模式。在這當(dāng)中亦有一些延時(shí)程序，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理程序等子程序，在主程序當(dāng)中進(jìn)行調(diào)用。</p><p><b>　　主流程圖如下：</b></p><p>　　圖3-1 主程序流程圖 </p><

90、p>　　3.2 溫濕度采集子函數(shù)</p><p>　　在程序設(shè)計(jì)中溫濕度作為一個(gè)子程序可以方便的進(jìn)行調(diào)用和數(shù)據(jù)的處理判斷。其中由采集子程序開始，并在當(dāng)中調(diào)用了讀取的存儲(chǔ)程序。其流程如下：</p><p>　　圖3-2 溫濕度參數(shù)傳送子函數(shù)</p><p>　　溫濕度采集電路中，溫濕度傳感器DHT11是數(shù)字信號(hào)輸出可以與單片機(jī)直接由數(shù)據(jù)口進(jìn)行串行的數(shù)據(jù)輸送。在傳

91、輸過程中需要單片機(jī)先向溫濕度的輸入口發(fā)送一個(gè)大于18毫秒的低電平的信號(hào)作為數(shù)據(jù)接受的起始信號(hào)，發(fā)送的低電平信號(hào)必須維持到一定的時(shí)間以保證DHT11能夠檢測(cè)到起始信號(hào)。當(dāng)DHT11接收到單片機(jī)數(shù)據(jù)接收的開始信號(hào)后，并等這個(gè)低電平信號(hào)結(jié)束，然后發(fā)送低電平響應(yīng)信號(hào)。單片機(jī)輸送起始信號(hào)之后，延時(shí)等待20-40us后，讀取DHT11的回應(yīng)信號(hào)，當(dāng)讀取到的為低電平信號(hào)時(shí)，表明DHT11已經(jīng)做好輸送數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備，此時(shí)溫濕度傳感器的DATA線是高電平。準(zhǔn)

92、備發(fā)送數(shù)據(jù)后每一位bit數(shù)據(jù)都是以低電平開始。每一次傳送數(shù)據(jù)傳送40bit的數(shù)據(jù)。其數(shù)據(jù)分別為8bit的濕度整數(shù)數(shù)據(jù)，8bit的濕度小數(shù)數(shù)據(jù)。溫度的整數(shù)小數(shù)的16bit的數(shù)據(jù) 以及8bit的校驗(yàn)和。這個(gè)校驗(yàn)和是前四個(gè)字節(jié)的相加，可作為檢測(cè)一次傳送準(zhǔn)確與否和是否結(jié)束的判斷。</p><p>　　在這個(gè)子函數(shù)當(dāng)中，其中調(diào)用了讀取函數(shù)，傳送函數(shù)的實(shí)際是設(shè)置了系統(tǒng)的正確的采集頻率，即系統(tǒng)是多長(zhǎng)時(shí)間開始采集一次當(dāng)前溫濕度的

93、值，采集的頻數(shù)過低，則不能很好的體現(xiàn)土壤溫濕度的變化趨勢(shì)，若是采集頻率過快，這時(shí)的采集頻率的最高值要受到系統(tǒng)整體的處理的快慢和一次完整的采集過程所需要的時(shí)間的影響。過高的采集頻率是不必要的，而且影響整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行性能，造成數(shù)據(jù)的繁冗。</p><p>　　在希這個(gè)程序當(dāng)中，一個(gè)重要的任務(wù)是完整的準(zhǔn)確無誤的將采集到的數(shù)據(jù)輸送到單片機(jī)中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，這就需要嚴(yán)格的按照溫濕度傳感器數(shù)據(jù)傳送的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，正確的安排

94、每一采集步驟的時(shí)間，以免使系統(tǒng)產(chǎn)生誤判。</p><p><b>　　3.3 顯示程序</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)系統(tǒng)采用共陰型的4個(gè)LED數(shù)碼管進(jìn)行動(dòng)態(tài)的顯示所采集到的土壤的溫濕度值，其各自使能端的控制端口分別是P2.3,P2.4,P2.5,P2.6,而且模式由兩個(gè)發(fā)光二極管的亮滅來表示不同的顯示模式。數(shù)碼管的顯示采用動(dòng)態(tài)顯示模式。在此程序過程當(dāng)中將調(diào)用了數(shù)

95、據(jù)處理子程序產(chǎn)生的結(jié)果作為P0口的輸出。數(shù)碼管的顯示數(shù)據(jù)就由P0口輸出。</p><p><b>　　其流程圖如下： </b></p><p>　　圖3-3 顯示程序流程圖</p><p>　　3.4 數(shù)據(jù)處理子函數(shù)</p><p>　　數(shù)據(jù)處理子程序主要是將溫濕度采集的程序采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步的判斷和轉(zhuǎn)變。流程如下：

96、 </p><p>　　圖3-4 數(shù)據(jù)處理程序流程圖</p><p>　　在這個(gè)程序當(dāng)中，將溫濕度傳感器傳送過來的數(shù)值進(jìn)一步的處理，將其轉(zhuǎn)變?yōu)?0進(jìn)制數(shù)值，作為數(shù)顯管的顯示數(shù)據(jù)。</p><p>　　3.5 按鍵掃描程序</p><p>　　本系統(tǒng)中按鍵的作用主要是進(jìn)行顯示模式的選擇和初值的設(shè)定。因此準(zhǔn)確的進(jìn)行按鍵的掃描對(duì)系統(tǒng)的顯示有著確定的

97、作用。單片機(jī)首先對(duì)按鍵連接的I/O口進(jìn)行掃描并給予模式的確定以確定顯示模塊中swich的選擇。流程圖如下：</p><p>　　圖3-5 按鍵處理程序</p><p>　　另外整個(gè)軟件程序當(dāng)中還有其他的延時(shí)程序。在顯示和數(shù)據(jù)接收當(dāng)中均用到這些延時(shí)程序。</p><p>　?。? 電路制作設(shè)計(jì)過程</p><p>　　對(duì)于該電路的制作設(shè)計(jì)，使

98、用的EDA工具為PROTEL99SE。Protel 99 SE的主要功能模塊如下：</p><p>　?。?）電路原理圖（Schematic）設(shè)計(jì)模塊：該模塊主要包括設(shè)計(jì)原理圖的原理圖編輯器，用于修改、生成元件符合的元件庫編輯器以及各種報(bào)表的生成器；</p><p>　?。?）印刷電路板（PCB）設(shè)計(jì)模塊：該模塊主要包括用于設(shè)計(jì)電路板的PCB編輯器，用于PCB自動(dòng)布線的Route模塊，用于

99、修改、生成元件封裝的元件封裝庫編輯器以及各種報(bào)表的生成器。</p><p><b>　　４.1設(shè)計(jì)流程</b></p><p>　　使用Protel 99 SE設(shè)計(jì)電路流程圖如下：</p><p>　　圖4-1 電路板的設(shè)計(jì)步驟圖</p><p>　?。?2 電路圖的設(shè)計(jì)</p><p>　　４.

100、2.1電路原理圖的設(shè)計(jì)</p><p>　　安裝軟件PROTEL99SE，新建工程設(shè)計(jì)文件LG.ddb保存在my-Design文件夾中，便于今后的文件管理。</p><p>　　在工程設(shè)計(jì)文件LG.ddb中新建原理圖文件xiao_G.sch和xiao_G2.sch。按照設(shè)計(jì)的電路找到所需要的元器件，接著連接線路，對(duì)所有元件進(jìn)行統(tǒng)一更改名稱、參數(shù)值和注釋等，由于最終目的是得到PCB印刷電路圖

101、，所以元件阻值有必要的可以設(shè)置參數(shù)值。然后對(duì)每個(gè)元器件進(jìn)行元件封裝填寫。在封裝過程中,根據(jù)實(shí)際情況對(duì)有必要修改元件封裝的作一定修改，以方便使用。電路原理圖見附錄中原理圖。</p><p>　?。?2.2PCB的設(shè)計(jì)</p><p>　　經(jīng)過對(duì)原理圖的仔細(xì)檢查和生成網(wǎng)絡(luò)表之后，進(jìn)入到PCB電路編輯階段。LG.ddb中新建xiao_G.pcb印刷電路圖文件。導(dǎo)入網(wǎng)絡(luò)表11.net，若沒有發(fā)現(xiàn)錯(cuò)

102、誤，此時(shí)所有的元件被導(dǎo)入到PCB編輯窗口中，按電路板尺寸在禁止布線層（Keep Out Layer）畫出電路板輪廓，全選元件并拖放到電路板輪廓內(nèi)。接著對(duì)元器件進(jìn)行布局，在頂層（Bottom Layer）中合理放置好元件，盡量不使飛線交叉，元件排列均勻，然后進(jìn)入下一個(gè)布線階段。在規(guī)則（Rule）中，設(shè)置線寬為2mm，焊盤大小為2mm，過孔大小為默認(rèn)0.8mm。一切設(shè)置完畢后，接下來就開始布線。首先可以讓其自動(dòng)布線，布線完畢后對(duì)其中不滿意的

103、地方進(jìn)行修改，即手工布線。修改滿意后就完成布線工作，之后應(yīng)對(duì)照原理圖檢查布線，最終完成PCB電路圖設(shè)計(jì)，并保存文件。PCB圖見附錄中的PCB圖。</p><p>　?。?3 電路板的制作</p><p>　　制作電路板的過程相對(duì)簡(jiǎn)單，具體過程如下：</p><p>　　把設(shè)計(jì)好的PCB電路圖打印出來。</p><p>　　選擇一塊合適的銅板，

104、用砂紙把銅板刷洗干凈。小心地把電路圖緊貼在銅板上，把其固定好后用熨斗在銅板上熨刷，使電路圖印刷到銅板上，冷卻后撕開PCB底紙，此時(shí)電路圖已被印刷到銅板上。檢查是否已全印到銅板上，把漏印的地方用油性筆補(bǔ)畫。此過程必需仔細(xì)，最好能把電路全部印刷到銅板上，如果由于操作不當(dāng)或失誤造成大面積漏印，最好把銅板上的線路擦干凈再重新熨刷。不然會(huì)對(duì)腐蝕、整個(gè)電路的成功與否造成嚴(yán)重影響。</p><p>　　腐蝕電路板。配好腐蝕液（

105、濃鹽酸+雙氧水+水，比例為：1：2：3），小心地把銅板浸入到腐蝕液中。均勻搖晃盆子，這樣可加快銅板的腐蝕速度。銅板腐蝕好后拿出并用水沖洗，沖洗中用砂紙把貼在銅板上的墨跡擦去，此時(shí)露出了嶄新而清晰的電路銅線。此過程需要把不該有的銅全部腐蝕掉，不然有可能會(huì)造成短路或其它不明錯(cuò)誤。</p><p>　　上松香。等待電路板干燥后，均勻涂上松香，這是為了在焊接銅線能吸上焊錫。</p><p>　　鉆

106、孔。利用座鉆，鉆頭為0.8mm，對(duì)二極管的孔改用鉆頭為1mm。此過程必需鉆得準(zhǔn)確，不然會(huì)對(duì)后來的焊錫造成影響。</p><p>　　焊接元件。準(zhǔn)備好所有元件、焊錫、電焊鐵預(yù)熱。一切準(zhǔn)備后接下來就進(jìn)行焊接。先錫接小且低的元件，再焊接大且高的元件。在焊接過程中，對(duì)某些元件的極性要仔細(xì)分析清楚再進(jìn)行焊接，特別是元件的極性和擺放方向，不要弄錯(cuò)亂了，而影響電路的正常工作，最好是對(duì)照電路原理圖和PCB圖進(jìn)行焊接。焊接完畢后把

107、長(zhǎng)的管腳剪斷。</p><p><b>　　結(jié)論</b></p><p>　　經(jīng)過幾個(gè)月奮戰(zhàn)，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)總算完成了。通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我掌握了一些實(shí)踐性質(zhì)的設(shè)計(jì)的基本步驟：首先，明確設(shè)計(jì)任務(wù)，并且要對(duì)市場(chǎng)上溫濕度采集器要有初步了解，還要知道前人做了哪些工作，本設(shè)計(jì)方案的可利用程度等等，這樣有的放矢，才能提高做事的效率。其次，要對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)系統(tǒng)結(jié)合現(xiàn)有實(shí)際條件，確立對(duì)應(yīng)

108、的設(shè)計(jì)方案，然后，就是對(duì)自己設(shè)計(jì)案進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)，所用原器件選擇，控制部分整個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)的硬件選型與設(shè)計(jì)，并用Protel繪制出整個(gè)系統(tǒng)總體電路圖。</p><p>　　接下來的工作就是就進(jìn)入到軟件編程設(shè)計(jì)了，要畫出各部分的大體流程圖，弄清楚各個(gè)部分實(shí)現(xiàn)的功能，最后對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行軟件編程實(shí)現(xiàn)。到此為止，這個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基本上已經(jīng)完成了。</p><p>　　本系統(tǒng)采用的單片機(jī)控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)溫

109、濕度的智能控制，單片機(jī)可完成室內(nèi)的數(shù)據(jù)采集、傳送預(yù)處理和控制任務(wù)。用單片機(jī)匯編語言編程，采用模塊化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提高了可靠性和可擴(kuò)展性。把單片機(jī)控制理論與技術(shù)應(yīng)用在監(jiān)控中，能夠?qū)崿F(xiàn)智能化的控制要求。</p><p>　　整個(gè)設(shè)計(jì)過程同時(shí)也是一個(gè)很好的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)，以前自己沒有熟練的運(yùn)用過protues和Protel等軟件繪圖，經(jīng)過這次設(shè)計(jì)后自己在這方面有很大地進(jìn)步； 在查找資料方面，認(rèn)識(shí)到：圖書資料、網(wǎng)絡(luò)資料和期刊等都