基于單片機(jī)倉(cāng)庫(kù)溫濕度的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　引 言</b></p><p>　　隨著社會(huì)的發(fā)展人們對(duì)生產(chǎn)生活中所需儲(chǔ)備物資的質(zhì)量保證要求越來(lái)越高，因而對(duì)儲(chǔ)備物資的倉(cāng)庫(kù)管理質(zhì)量也更加重視，而防潮、防霉、防腐、防爆是倉(cāng)庫(kù)日常工作的重要內(nèi)容，是衡量倉(cāng)庫(kù)管理質(zhì)量的重要指標(biāo)。它直接影響到儲(chǔ)備物資的使用壽命和工作可靠性。為保證日常工作的順利進(jìn)行，首要問(wèn)題是加強(qiáng)倉(cāng)庫(kù)內(nèi)溫度與濕度的監(jiān)測(cè)工作。但傳統(tǒng)的方法是用與濕度表、毛

2、發(fā)濕度表、雙金屬式測(cè)量計(jì)和濕度試紙等測(cè)試器材，通過(guò)人工進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)不符合溫度和濕度要求的庫(kù)房進(jìn)行通風(fēng)、去濕和降溫等工作。這種人工測(cè)試方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力、效率低，且測(cè)試的溫度及濕度誤差大，隨機(jī)性大。因此我們需要一種造價(jià)低廉、使用方便且測(cè)量準(zhǔn)確的溫濕度測(cè)量?jī)x。由此而來(lái)的基于單片機(jī)的溫濕度測(cè)量?jī)x開(kāi)始出現(xiàn)在了人們的生產(chǎn)生活中，隨著其不斷的發(fā)展也將被大部分人所接受。</p><p>　　伴隨時(shí)代的進(jìn)步和發(fā)展，單片機(jī)技術(shù)已經(jīng)普及到

3、我們生活、工作、科研、各個(gè)領(lǐng)域，已經(jīng)成為一種比較成熟的技術(shù), 由于單片機(jī)集成度高、功能強(qiáng)、可靠性高、體積小、功耗低、使用方便、價(jià)格低廉等一系列優(yōu)點(diǎn)，目前已經(jīng)滲入到人們工作和生活得方方面面，幾乎“無(wú)處不在，無(wú)所不為”。單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域已從面向工業(yè)控制、交通、智能儀器等迅速發(fā)展的家用消費(fèi)產(chǎn)品、儀器儀表、醫(yī)療設(shè)備、信息和通信產(chǎn)品、航空航天、專(zhuān)用設(shè)備的智能化管理、辦公自動(dòng)化、汽車(chē)電子、PC機(jī)外圍以及網(wǎng)絡(luò)通訊等廣大領(lǐng)域。</p>&

4、lt;p>　　本課題研究的主要內(nèi)容有：以單片機(jī)為核心的主控制模塊的設(shè)計(jì)；溫濕度采集模塊的設(shè)計(jì)；溫濕度顯示模塊的設(shè)計(jì)；語(yǔ)音警報(bào)模塊的設(shè)計(jì)。與傳統(tǒng)的溫濕度測(cè)量?jī)x器相比，該設(shè)計(jì)的溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有讀數(shù)方便，測(cè)溫范圍廣，測(cè)溫精確，數(shù)字顯示，適用范圍寬等特點(diǎn)。</p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p>　　1.1 選題背景 </p&g

5、t;<p>　　隨著時(shí)代科技的迅猛發(fā)展，微電子學(xué)和計(jì)算機(jī)等現(xiàn)代電子技術(shù)的成就給傳統(tǒng)的電子測(cè)量與儀器帶來(lái)了巨大的沖擊和革命性的影響。常規(guī)的測(cè)試儀器儀表和控制裝置被更先進(jìn)的智能儀器所取代，使得傳統(tǒng)的電子測(cè)量?jī)x器在遠(yuǎn)離、功能、精度及自動(dòng)化水平定方面發(fā)生了巨大變化，并相應(yīng)的出現(xiàn)了各種各樣的智能儀器控制系統(tǒng)，使得科學(xué)實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用工程的自動(dòng)化程度得以顯著提高。</p><p>　　同時(shí)傳感器技術(shù)作為新技術(shù)革命和信

6、息社會(huì)的重要技術(shù)基礎(chǔ)，是現(xiàn)代科技的開(kāi)路先鋒，也是當(dāng)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要標(biāo)志。傳感器技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、分別對(duì)應(yīng)信息技術(shù)中的采集、傳輸和處理。如果說(shuō)計(jì)算機(jī)是人類(lèi)大腦的擴(kuò)展，那么傳感器就是人類(lèi)五官的延伸。當(dāng)集成電路、計(jì)算機(jī)技術(shù)飛速發(fā)展時(shí)，電腦的運(yùn)算速度和信息處理能力得以成倍的提高，這時(shí)人們才逐步認(rèn)識(shí)到信息攝取裝置：傳感器沒(méi)跟上信息技術(shù)的發(fā)展，因而驚呼“大腦發(fā)達(dá)、五官不靈”。世界上技術(shù)發(fā)達(dá)的國(guó)家對(duì)傳感器技術(shù)開(kāi)發(fā)都十分重視。這些技術(shù)

7、的發(fā)展也為倉(cāng)庫(kù)的溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展提供了科學(xué)依據(jù)。</p><p>　　防潮、防霉、防腐、防爆是倉(cāng)庫(kù)日常工作的重要內(nèi)容，是衡量倉(cāng)庫(kù)管理質(zhì)量的重要指標(biāo)。它直接影響到儲(chǔ)備物資的使用壽命和工作可靠性。為保證日常工作的順利進(jìn)行，首要問(wèn)題是加強(qiáng)倉(cāng)庫(kù)內(nèi)溫度與濕度的監(jiān)測(cè)工作。但傳統(tǒng)的方法是用與濕度表、毛發(fā)濕度表、雙金屬式測(cè)量計(jì)和濕度試紙等測(cè)試器材，通過(guò)人工進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)不符合溫度和濕度要求的庫(kù)房進(jìn)行通風(fēng)、去濕和降溫等工作。這

8、種人工測(cè)試方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力、效率低，且測(cè)試的溫度及濕度誤差大，隨機(jī)性大。因此我們需要一種造價(jià)低廉、使用方便且測(cè)量準(zhǔn)確的溫濕度測(cè)量?jī)x。</p><p>　　1.2 設(shè)計(jì)過(guò)程及工藝要求</p><p><b>　　一、基本功能</b></p><p><b>　　? 檢測(cè)溫度、濕度</b></p><p>

9、;<b>　　? 顯示溫度、濕度</b></p><p><b>　　? 過(guò)限報(bào)警</b></p><p><b>　　主要技術(shù)參數(shù) </b></p><p>　　? 溫度檢測(cè)范圍 ： -30℃～+50℃</p><p>　　? 測(cè)量精度 ： 0.5℃</p&

10、gt;<p>　　? 濕度檢測(cè)范圍 ： 10%-100%RH</p><p>　　? 檢測(cè)精度 ： 1%RH</p><p>　　? 顯示方式 ： 溫度：四位顯示 濕度：四位顯示</p><p>　　? 報(bào)警方式 ： 三極管驅(qū)動(dòng)的蜂鳴音報(bào)警</p><p>　　第2章 方案的比較和論證

11、</p><p>　　當(dāng)將單片機(jī)用作測(cè)控系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)總要有被測(cè)信號(hào)懂得輸入通道，由計(jì)算機(jī)拾取必要的輸入信息。對(duì)于測(cè)量系統(tǒng)而言，如何準(zhǔn)確獲得被測(cè)信號(hào)是其核心任務(wù)；而對(duì)測(cè)控系統(tǒng)來(lái)講，對(duì)被控對(duì)象狀態(tài)的測(cè)試和對(duì)控制條件的監(jiān)察也是不可缺少的環(huán)節(jié)。</p><p>　　傳感器是實(shí)現(xiàn)測(cè)量與控制的首要環(huán)節(jié)，是測(cè)控系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，如果沒(méi)有傳感器對(duì)原始被測(cè)信號(hào)進(jìn)行準(zhǔn)確可靠的捕捉和轉(zhuǎn)換，一切準(zhǔn)確的測(cè)量和控制都將

12、無(wú)法實(shí)現(xiàn)。工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化測(cè)量和控制，幾乎主要依靠各種傳感器來(lái)檢測(cè)和控制生產(chǎn)過(guò)程中的各種參量，使設(shè)備和系統(tǒng)正常運(yùn)行在最佳狀態(tài)，從而保證生產(chǎn)的高效率和高質(zhì)量。</p><p>　　2.1 溫度傳感器的選擇</p><p>　　方案一：采用熱電阻溫度傳感器。熱電阻是利用導(dǎo)體的電阻隨溫度變化的特性制成的測(cè)溫元件。現(xiàn)應(yīng)用較多的有鉑、銅、鎳等熱電阻。其主要的特點(diǎn)為精度高、測(cè)量范圍大、便于遠(yuǎn)距離

13、測(cè)量。</p><p>　　鉑的物理、化學(xué)性能極穩(wěn)定，耐氧化能力強(qiáng)，易提純，復(fù)制性好，工業(yè)性好，電阻率較高，因此，鉑電阻用于工業(yè)檢測(cè)中高精密測(cè)溫和溫度標(biāo)準(zhǔn)。缺點(diǎn)是價(jià)格貴，溫度系數(shù)小，受到磁場(chǎng)影響大，在還原介質(zhì)中易被玷污變脆。按IEC標(biāo)準(zhǔn)測(cè)溫范圍-200～650℃，百度電阻比W（100）=1.3850時(shí)，R0為100Ω和10Ω，其允許的測(cè)量誤差A(yù)級(jí)為±（0.15℃+0.002 |t|），B級(jí)為±

14、（0.3℃+0.005 |t|）。</p><p>　　銅電阻的溫度系數(shù)比鉑電阻大，價(jià)格低，也易于提純和加工；但其電阻率小，在腐蝕性介質(zhì)中使用穩(wěn)定性差。在工業(yè)中用于-50～180℃測(cè)溫。</p><p>　　方案二：采用AD590，它的測(cè)溫范圍在-55℃～+150℃之間，而且精度高。M檔在測(cè)溫范圍內(nèi)非線形誤差為±0.3℃。AD590可以承受44V正向電壓和20V反向電壓，因而器件

15、反接也不會(huì)損壞。使用可靠。它只需直流電源就能工作，而且，無(wú)需進(jìn)行線性校正，所以使用也非常方便，借口也很簡(jiǎn)單。作為電流輸出型傳感器的一個(gè)特點(diǎn)是，和電壓輸出型相比，它有很強(qiáng)的抗外界干擾能力。AD590的測(cè)量信號(hào)可遠(yuǎn)傳百余米。綜合比較方案一與方案二，方案二更為適合于本設(shè)計(jì)系統(tǒng)對(duì)于溫度傳感器的選擇。</p><p>　　2.2 濕度傳感器的選擇</p><p>　　測(cè)量空氣濕度的方式很多，其原理

16、是根據(jù)某種物質(zhì)從其周?chē)目諝馕账趾笠鸬奈锢砘蚧瘜W(xué)性質(zhì)的變化，間接地獲得該物質(zhì)的吸水量及周?chē)諝獾臐穸?。電容式、電阻式和濕漲式濕敏原件分別是根據(jù)其高分子材料吸濕后的介電常數(shù)、電阻率和體積隨之發(fā)生變化而進(jìn)行濕度測(cè)量的。</p><p>　　方案一：采用HOS-201濕敏傳感器。HOS-201濕敏傳感器為高濕度開(kāi)關(guān)傳感器，它的工作電壓為交流1V以下，頻率為50HZ～1KHZ，測(cè)量濕度范圍為0～100%RH，工作溫

17、度范圍為0～50℃，阻抗在75%RH（25℃）時(shí)為1MΩ。這種傳感器原是用于開(kāi)關(guān)的傳感器，不能在寬頻帶范圍內(nèi)檢測(cè)濕度，因此，主要用于判斷規(guī)定值以上或以下的濕度電平。然而，這種傳感器只限于一定范圍內(nèi)使用時(shí)具有良好的線性，可有效地利用其線性特性。</p><p>　　方案二：采用HS1100/HS1101濕度傳感器。HS1100/HS1101電容傳感器，在電路構(gòu)成中等效于一個(gè)電容器件，其電容量隨著所測(cè)空氣濕度的增大而

18、增大。不需校準(zhǔn)的完全互換性，高可靠性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性，快速響應(yīng)時(shí)間，專(zhuān)利設(shè)計(jì)的固態(tài)聚合物結(jié)構(gòu)，由頂端接觸（HS1100）和側(cè)面接觸（HS1101）兩種封裝產(chǎn)品，適用于線性電壓輸出和頻率輸出兩種電路，適宜于制造流水線上的自動(dòng)插件和自動(dòng)裝配過(guò)程等。相對(duì)濕度在1%---100%RH范圍內(nèi)；電容量由16pF變到200pF，其誤差不大于±2%RH；響應(yīng)時(shí)間小于5S；溫度系數(shù)為0.04 pF/℃?？梢?jiàn)精度是較高的。</p>&l

19、t;p>　　綜合比較方案一與方案二，方案一雖然滿足精度及測(cè)量濕度范圍的要求，但其只限于一定范圍內(nèi)使用時(shí)具有良好的線性，可有效地利用其線性特性。而且還不具備在本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中對(duì)溫度-30～50℃的要求，因此，我們選擇方案二來(lái)作為本設(shè)計(jì)的濕度傳感器。</p><p>　　2.3 信號(hào)采集通道的選擇 </p><p>　　在本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，溫度輸入信號(hào)為兩路的模擬信號(hào)，這就需要多通道結(jié)構(gòu)。&l

20、t;/p><p>　　方案一、采用多路并行模擬量輸入通道，如圖2-1。</p><p>　　這種結(jié)構(gòu)的模擬量通道特點(diǎn)為：</p><p>　　可以根據(jù)各輸入量測(cè)量的餓要求選擇不同性能檔次的器件?？傮w成本可以作得較低。</p><p>　　硬件復(fù)雜，故障率高。</p><p>　　軟件簡(jiǎn)單，各通道可以獨(dú)立編程。</p&

21、gt;<p>　　方案二、采用多路分時(shí)的模擬量輸入通道，如圖2-2。</p><p>　　這種結(jié)構(gòu)的模擬量通道特點(diǎn)為：</p><p>　　對(duì)ADC、S/H要求高。</p><p><b>　　處理速度慢。</b></p><p><b>　　硬件簡(jiǎn)單，成本低。</b></p&g

22、t;<p><b>　　軟件比較復(fù)雜。</b></p><p>　　綜合比較方案一與方案二，方案二更為適合于本設(shè)計(jì)系統(tǒng)對(duì)于模擬量輸入的要求，比較其框圖，方案二更具備硬件簡(jiǎn)單的突出優(yōu)點(diǎn)，所以選擇方案二作為信號(hào)的輸入通道。</p><p>　　圖2-1多路并行模擬量輸入通道</p><p>　　圖2-2 多路分時(shí)的模擬量輸入通道&l

23、t;/p><p>　　第3章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)</p><p>　　本設(shè)計(jì)是基于單片機(jī)對(duì)數(shù)字信號(hào)的高敏感和可控性、溫濕度傳感器可以產(chǎn)生模擬信號(hào)，和A/D模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片的性能，我設(shè)計(jì)了以AT89C51基本系統(tǒng)為核心的一套檢測(cè)系統(tǒng)，其中包括A/D轉(zhuǎn)換、單片機(jī)、復(fù)位電路、溫度檢測(cè)、濕度檢測(cè)、鍵盤(pán)及顯示、報(bào)警電路、系統(tǒng)軟件等部分的設(shè)計(jì)。</p><p>　　圖3-1 系統(tǒng)總體

24、框圖 </p><p>　　本設(shè)計(jì)由信號(hào)采集、信號(hào)分析和信號(hào)處理三個(gè)部分組成的。</p><p>　?。ㄒ唬?信號(hào)采集 由AD590、HS1100及多路開(kāi)關(guān)CD4051組成； </p><p>　?。ǘ?信號(hào)分析 由A/D轉(zhuǎn)換器MC14433、單片機(jī)AT89C51基本系統(tǒng)組成；</p><p>　　（三） 信號(hào)處理 由串行口LED顯

25、示器和報(bào)警系統(tǒng)等組成。</p><p><b>　　3.1 信號(hào)采集</b></p><p>　　3.1.1 溫度傳感器</p><p>　　集成溫度傳感器AD590 是美國(guó)模擬器件公司生產(chǎn)的集成兩端感溫電流源。</p><p><b>　　主要特性</b></p><p&g

26、t;　　AD590是電流型溫度傳感器，通過(guò)對(duì)電流的測(cè)量可得到所需要的溫度值。根據(jù)</p><p>　　特性分擋，AD590的后綴以I，J，K，L，M表示。AD590L，AD590M一般用于精密溫度測(cè)量電路，其電路外形如圖3-2所示，它采用金屬殼3腳封裝，其中1腳為電源正端V＋；2腳為電流輸出端I0；3腳為管殼，一般不用。集成溫度傳感器的電路符號(hào)如圖3-2所示。</p><p>　　圖3-2

27、 AD590外形及電路符號(hào)</p><p>　　1、流過(guò)器件的電流（μA）等于器件所處環(huán)境的熱力學(xué)溫度（開(kāi)爾文）度數(shù)，即：</p><p>　　I T/T=1μA /K</p><p>　　式中：IT—— 流過(guò)器件（AD590）的電流，單位μA。</p><p>　　T——熱力學(xué)溫度，單位K。</p><p>　　2、

28、 AD590的測(cè)溫范圍-55℃- +150℃。</p><p>　　3、 AD590的電源電壓范圍為4V-30V。電源電壓可在4V-6V范圍變化，電流IT變化1μA，相當(dāng)于溫度變化1K。AD590可以承受44V正向電壓和20V反向電壓，因而器件反接也不會(huì)損壞。</p><p>　　4、輸出電阻為710MΩ。</p><p>　　5、精度高。AD590共有I、J、K、

29、L、M五檔，其中M檔精度最高，在-55℃～+150℃范圍內(nèi)，非線形誤差±0.3℃。</p><p>　　AD590的工作原理　　在被測(cè)溫度一定時(shí)，AD590相當(dāng)于一個(gè)恒流源，把它和5～30V的直流電源相連，并在輸出端串接一個(gè)1kΩ的恒值電阻，那么，此電阻上流過(guò)的電流將和被測(cè)溫度成正比，此時(shí)電阻兩端將會(huì)有1mV／K的電壓信號(hào)。其基本電路如圖3-3所示。</p><p>　　圖3-

30、3 AD590內(nèi)部核心電路</p><p>　　圖3-3是利用ΔUBE特性的集成PN結(jié)傳感器的感溫部分核心電路。其中T1、T2起恒流作用，可用于使左右兩支路的集電極電流I1和I2相等；T3、T4是感溫用的晶體管，兩個(gè)管的材質(zhì)和工藝完全相同，但T3實(shí)質(zhì)上是由n個(gè)晶體管并聯(lián)而成，因而其結(jié)面積是T4的n倍。T3和T4的發(fā)射結(jié)電壓UBE3和UBE4經(jīng)反極性串聯(lián)后加在電阻R上，所以R上端電壓為ΔUBE。因此，電流I1為：

31、     I1＝ΔUBE／R＝（KT／q）（lnn）／R　　對(duì)于AD590，n＝8，這樣，電路的總電流將與熱力學(xué)溫度T成正比，將此電流引至負(fù)載電阻RL上便可得到與T成正比的輸出電壓。由于利用了恒流特性，所以輸出信號(hào)不受電源電壓和導(dǎo)線電阻的影響。圖3中的電阻R是在硅板上形成的薄膜電阻，該電阻已用激光修正了其電阻值，因而在基準(zhǔn)溫度下可得到1μA／K的I值。&

32、lt;/p><p>　　圖3-4 AD590內(nèi)部電路</p><p>　　圖3-4所示是AD590的內(nèi)部電路，圖中的T1～T4相當(dāng)于圖3-3中的T1、T2，而T9，T11相當(dāng)于圖3-3中的T3、T4。R5、R6是薄膜工藝制成的低溫度系數(shù)電阻，供出廠前調(diào)整之用。T7、T8，T10為對(duì)稱(chēng)的Wilson電路，用來(lái)提高阻抗。T5、T12和T10為啟動(dòng)電路，其中T5為恒定偏置二極管?！　6可用來(lái)防止

33、電源反接時(shí)損壞電路，同時(shí)也可使左右兩支路對(duì)稱(chēng)。R1，R2為發(fā)射極反饋電阻，可用于進(jìn)一步提高阻抗。T1～T4是為熱效應(yīng)而設(shè)計(jì)的連接防式。而C1和R4則可用來(lái)防止寄生振蕩。該電路的設(shè)計(jì)使得T9，T10，T11三者的發(fā)射極電流相等，并同為整個(gè)電路總電流I的1／3。T9和T11的發(fā)射結(jié)面積比為8：1，T10和T11的發(fā)射結(jié)面積相等?！　9和T11的發(fā)射結(jié)電壓互相反極性串聯(lián)后加在電阻R5和R6上，因此可以寫(xiě)出：  

34、60; ΔUBE＝（R6－2 R5）I／3　　R6上只有T9的發(fā)射極電流，而R5上除了來(lái)自T10的發(fā)射極電流外，還有來(lái)自T11的發(fā)射極電流，所以R5上的壓降是R5的2／3?！　「鶕?jù)上式不難看</p><p><b>　　二、基本應(yīng)用電路</b></p><p>　　圖3-8是AD590用于測(cè)

35、量熱力學(xué)溫度的基本應(yīng)用電路。因?yàn)榱鬟^(guò)AD590的電流與熱力學(xué)溫度成正比，當(dāng)電阻R1和電位器R2的電阻之和為1kΩ時(shí)，輸出電壓V0隨溫度的變化為1mV/K。但由于AD590的增益有偏差，電阻也有偏差，因此應(yīng)對(duì)電路進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整的方法為：把AD590放于冰水混合物中，調(diào)整電位器R2，使V0=273.2+25=298.2（mV）。但這樣調(diào)整只保證在0℃或25℃附近有較高的精度。</p><p>　　圖3-5 　AD59

36、0應(yīng)用電路</p><p>　　三、攝氏溫度測(cè)量電路</p><p>　　如圖3-5所示，電位器R2用于調(diào)整零點(diǎn)，R4用于調(diào)整運(yùn)放LF355的增益。調(diào)整方法如下：在0℃時(shí)調(diào)整R2，使輸出V0=0，然后在100℃時(shí)調(diào)整R4使V0=100mV。如此反復(fù)調(diào)整多次，直至0℃時(shí)，V0=0mV，100℃時(shí)V0=100mV為止。最后在室溫下進(jìn)行校驗(yàn)。例如，若室溫為25℃，那么V0應(yīng)為25mV。冰水混合物

37、是0℃環(huán)境，沸水為100℃環(huán)境。</p><p>　　四、多路檢測(cè)信號(hào)的實(shí)現(xiàn)</p><p>　　本設(shè)計(jì)系統(tǒng)為八路的溫度信號(hào)采集，而MC14433僅為一路輸入，故采用CD4051組成多路分時(shí)的模擬量信號(hào)采集電路，其硬件接口如圖3-6所示</p><p>　　圖3-6 兩路分時(shí)的模擬量信號(hào)采集電路硬件接口</p><p>　　3.1.2 溫

38、度傳感器</p><p>　　測(cè)量空氣濕度的方式很多，其原理是根據(jù)某種物質(zhì)從其周?chē)目諝馕账趾笠鸬奈锢砘蚧瘜W(xué)性質(zhì)的變化，間接地獲得該物質(zhì)的吸水量及周?chē)諝獾臐穸取ｋ娙菔健㈦娮枋胶蜐駶q式濕敏原件分別是根據(jù)其高分子材料吸濕后的介電常數(shù)、電阻率和體積隨之發(fā)生變化而進(jìn)行濕度測(cè)量的。下面 介紹HS1100/HS1101濕度傳感器及其應(yīng)用。</p><p><b>　　一、特點(diǎn)<

39、/b></p><p>　　不需校準(zhǔn)的完全互換性，高可靠性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性，快速響應(yīng)時(shí)間，專(zhuān)利設(shè)計(jì)的固態(tài)聚合物結(jié)構(gòu)，由頂端接觸（HS1100）和側(cè)面接觸（HS1101）兩種封裝產(chǎn)品，適用于線性電壓輸出和頻率輸出兩種電路，適宜于制造流水線上的自動(dòng)插件和自動(dòng)裝配過(guò)程等。</p><p>　　圖3-7a為濕敏電容工作的溫、濕度范圍。圖3-7b為濕度-電容響應(yīng)曲線。</p><

40、;p>　　相對(duì)濕度在1%---100%RH范圍內(nèi)；電容量由16pF變到200pF，其誤差不大于±2%RH；響應(yīng)時(shí)間小于5S；溫度系數(shù)為0.04 pF/℃?？梢?jiàn)精度是較高的。</p><p>　　圖3-7a 濕敏電容工作的溫、濕度范圍 圖3-7b 濕度-電容響應(yīng)曲線</p><p><b>　　二、濕度測(cè)量電路</b></p

41、><p>　　HS1100/HS1101電容傳感器，在電路構(gòu)成中等效于一個(gè)電容器件，其電容量隨著所測(cè)空氣濕度的增大而增大。如何將電容的變化量準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)變?yōu)橛?jì)算機(jī)易于接受的信號(hào)，常有兩種方法：一是將該濕敏電容置于運(yùn)方與租蓉組成的橋式振蕩電路中，所產(chǎn)生的正弦波電壓信號(hào)經(jīng)整流、直流放大、再A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；另一種是將該濕敏電容置于555振蕩電路中，將電容值的變化轉(zhuǎn)為與之成反比的電壓頻率信號(hào)，可直接被計(jì)算機(jī)所采集。<

42、/p><p>　　頻率輸出的555測(cè)量振蕩電路如圖3-8所示。集成定時(shí)器555芯片外接電阻R4、R2與濕敏電容C，構(gòu)成了對(duì)C的充電回路。7端通過(guò)芯片內(nèi)部的晶體管對(duì)地短路又構(gòu)成了對(duì)C的放電回路，并將引腳2、6端相連引入到片內(nèi)比較器，便成為一個(gè)典型的多諧振蕩器，即方波發(fā)生器。另外，R3 是防止輸出短路的保護(hù)電阻，R1 用于平衡溫度系數(shù)。</p><p>　　圖3-8 頻率輸出的555振蕩電路&l

43、t;/p><p>　　該振蕩電路兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)的交替過(guò)程如下：首先電源Vs通過(guò)R4、R2 向C充電，經(jīng)t充電時(shí)間后，Uc達(dá)到芯片內(nèi)比較器的高觸發(fā)電平，約0.67Vs，此時(shí)輸出引腳3端由高電平突降為低電平，然后通過(guò)R2放電，經(jīng)t放電時(shí)間后，Uc下降到比較器的低觸發(fā)電平，約0.33Vs，此時(shí)輸出，此時(shí)輸出引腳3端又由低電平突降為高電平，如此翻來(lái)覆去，形成方波輸出。其中，充放電時(shí)間為</p><p>　

44、　t充電=C（R4+R2）Ln2</p><p>　　t放電=CR2 Ln2</p><p>　　因而，輸出的方波頻率為</p><p>　　f=1/(t放電+t充電)=1/[ C（R4+R2）Ln2]</p><p>　　可見(jiàn)，空氣濕度通過(guò)555測(cè)量電路就轉(zhuǎn)變?yōu)榕c之呈反比的頻率信號(hào)，表3-1給出了其中的一組典型測(cè)試值。</p>

45、<p>　　表3-1 空氣濕度與電壓頻率的典型值</p><p>　　三、多路檢測(cè)信號(hào)的實(shí)現(xiàn)</p><p>　　本設(shè)計(jì)系統(tǒng)為八路的濕度信號(hào)采集，故采用CD4051組成多路分時(shí)的模擬量信號(hào)采集電路，其硬件接口如圖3-9所示</p><p>　　圖3-9 兩路分時(shí)的模擬量信號(hào)采集電路硬件接口</p><p>　　3.1.3 多

46、路開(kāi)關(guān)</p><p>　　多路開(kāi)關(guān)，有稱(chēng)“多路模擬轉(zhuǎn)換器”。多路開(kāi)關(guān)通常有n個(gè)模擬量輸入通道和一個(gè)公共的模擬輸入端，并通過(guò)地址線上不同的地址信號(hào)把n個(gè)通道中任一通道輸入的模擬信號(hào)輸出，實(shí)現(xiàn)有n線到一線的接通功能。反之，當(dāng)模擬信號(hào)有公共輸出端輸入時(shí) ，作為信號(hào)分離器，實(shí)現(xiàn)了1線到n線的分離功能。因此，多路開(kāi)關(guān)通常是一種具有雙向能力的器件。</p><p>　　在本設(shè)計(jì)中，由于采用了溫濕度雙

47、量控制，所以在信號(hào)采集中將有兩個(gè)模擬量被提取，這時(shí)選用多路開(kāi)關(guān)就是很必要的。</p><p>　　我選用的是CD4051多路開(kāi)關(guān)，它是一種單片、COMS、8通道開(kāi)關(guān)。該芯片由DTL/TTL-COMS電平轉(zhuǎn)換器，帶有禁止端的8選1譯碼器輸入，分別加上控制的8個(gè)COMS模擬開(kāi)關(guān)TG組成。CD4051的內(nèi)部原理框圖如圖3-10所示。</p><p>　　圖3-10 CD4051的內(nèi)部原理框圖&

48、lt;/p><p><b>　　圖中功能如下：</b></p><p>　　通道線IN/OUT（4、2、5、1、12、15、14、13）：該組引腳作為輸入時(shí)，可實(shí)現(xiàn)8選1功能，作為輸出時(shí)，可實(shí)現(xiàn)1分8功能。</p><p>　　XCOM（3）：該引腳作為輸出時(shí)，則為公共輸出端；作為輸入時(shí)，則為輸入端。</p><p>　　A

49、、B、C（11、10、9）：地址引腳</p><p>　　INH（6）：禁止輸入引腳。若INH為高電平，則為禁止各通道和輸出端OUT/IN接至；若INH為低電平，則允許各通道按表3-2關(guān)系和輸出段OUT/IN接通。VDD（16）和VSS（8）：VDD為正電源輸入端，極限值為17V；VSS為負(fù)電源輸入端，極限值為-17V。</p><p>　　VGG（7）；電平轉(zhuǎn)換器電源，通常接+5V或-5

50、V。</p><p>　　CD4051作為8選1功能時(shí)，若A、B、C均為邏輯“0”（INH=0），則地址碼00013經(jīng)譯碼后使輸出端OUT/IN和通道0接通。其它情況下，輸出端OUT/IN輸出端OUT/IN和各通道的接通關(guān)系如下</p><p><b>　　表 3-2</b></p><p>　　3.2 信號(hào)分析與處理</p>

51、<p>　　3.2.1 A/D轉(zhuǎn)換</p><p>　　一、A/D轉(zhuǎn)換器的特點(diǎn)</p><p>　　為了把溫度、濕度檢測(cè)電路測(cè)出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量送CPU處理，本系統(tǒng)選用了雙積分A/D轉(zhuǎn)換器MC14433，它精度高，分辨率達(dá)1/1999。由于MC14433只有一路輸入，而本系統(tǒng)檢測(cè)的多路溫度與濕度信號(hào)輸入，故選用多路選擇電子開(kāi)關(guān)，可輸入多路模擬量。</p>

52、<p>　　MC14433 A/D 轉(zhuǎn)換器</p><p>　　由于雙積分方法二次積分時(shí)間比較長(zhǎng)，所以A/D轉(zhuǎn)換速度慢，但精度可以做得比較高；對(duì)周期信號(hào)變化的干擾信號(hào)積分為零，抗干擾性能也比較好。</p><p>　　目前，國(guó)內(nèi)外雙積分A/D轉(zhuǎn)換器集成電路芯片很多，大部分是用于數(shù)字測(cè)量?jī)x器上。常用的有3.5位雙積分A/D裝換器MC14433和4.5位雙積分A/D轉(zhuǎn)換器ICL71

53、35</p><p>　　二、MC14433A/D轉(zhuǎn)換器件簡(jiǎn)介</p><p>　　MC14433是三位半雙積分型的A/D轉(zhuǎn)換器，具有精度高，抗干擾性能好的優(yōu)點(diǎn)，其缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)換速率低，約1—10次/秒。在不要求高速轉(zhuǎn)換的場(chǎng)合，例如，在低速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，被廣泛采用。MC14433A/D轉(zhuǎn)換器與國(guó)內(nèi)產(chǎn)品5G14433完全相同，可以互換。</p><p>　　MC1443

54、3A/D轉(zhuǎn)換器的被轉(zhuǎn)換電壓量程為199.9mV或1.999V。轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)以BCD碼的形式分四次送出。</p><p>　　圖3-11 MC14433A/D轉(zhuǎn)換器的內(nèi)部邏輯框圖</p><p>　　圖3-12 MC14433引腳圖</p><p>　　MC14433 的框圖（圖3-11）和引腳（圖3-12）功能說(shuō)明</p><p><

55、;b>　　各引腳的功能如下：</b></p><p><b>　　電源及共地端</b></p><p>　　VDD： 主工作電源+5V。</p><p>　　VEE: 模擬部分的負(fù)電源端，接-5V。</p><p>　　VAG： 模擬地端。</p><p>　　V

56、SS： 數(shù)字地端。</p><p>　　VR： 基準(zhǔn)電壓。</p><p><b>　　外界電阻及電容端</b></p><p>　　RI： 積分電阻輸入端，VX=2V時(shí)，R1=470?；VX=200Mv時(shí)，R1=27K?。</p><p>　　C1： 積分電容輸入端。C1 一般為0.1

57、81;F。 </p><p>　　C01、C02： 外界補(bǔ)償電容端，電容取值約0.1µF。 </p><p>　　R1/C1： R1 與C1的公共端。</p><p>　　CLKI、CLKO ： 外界振蕩器時(shí)鐘調(diào)節(jié)電阻Rc，Rc一般取 470 K?左右。</p><p>　　轉(zhuǎn)換啟動(dòng)/結(jié)束信號(hào)端</p>&

58、lt;p>　　EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)輸出端，正脈沖有效。</p><p>　　DU： 啟動(dòng)新的轉(zhuǎn)換，若DU與EOC相連，每當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束后，自動(dòng)啟動(dòng)新的轉(zhuǎn)換。</p><p><b>　　過(guò)量程信號(hào)輸出端</b></p><p>　　/OR ： 當(dāng)|Vx|?VR，過(guò)量程/OR 輸出低電平。</p><p>

59、;<b>　　位選通控制線</b></p><p>　　DS4----DS1： 選擇個(gè)、十、百、千位，正脈沖有效。</p><p>　　DS1 對(duì)應(yīng)千位，DS4 對(duì)應(yīng)個(gè)位。每個(gè)選通脈沖寬度為18個(gè)時(shí)鐘周期，兩個(gè)相應(yīng)脈沖之間間隔為2個(gè)時(shí)鐘周期。</p><p>　　圖3-13 MC14433選通脈沖時(shí)序圖</p><p&g

60、t;<b>　　BCD碼輸出線</b></p><p>　　Q0---Q3： BCD碼輸出線。其中Q0為最低位，Q3 為最高位。當(dāng)DS2、DS3和DS4選通期間，輸出三位完整的BCD碼數(shù)，但在DS1選通期間，輸出端Q0-------Q3 除了表示個(gè)位的0或1外，還表示了轉(zhuǎn)化值的正負(fù)極性和欠量程還是過(guò)量程其含意見(jiàn)表3-3。</p><p>　　由表可知Q3 表示1/2位

61、，Q3=“0”對(duì)應(yīng)1，反之對(duì)應(yīng)0。</p><p>　　表3-3 DS1選通時(shí)Q3～Q0表示的結(jié)果</p><p>　　Q2 表示極性，Q2=“1”為正極性，反之為負(fù)極性。</p><p>　　Q0=“1”表示超量程：當(dāng)Q3=“0”時(shí)，表示過(guò)量程；當(dāng)Q3=“1”時(shí)，表示欠量程；</p><p>　　MC14433與AT89C51單片機(jī)的接口

62、設(shè)計(jì)</p><p>　　由于MC14433的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果是動(dòng)態(tài)分時(shí)輸出的BCD碼，Q0～Q3HE DS1～DS4都不是總線式的。因此，MCS-51單片機(jī)只能通過(guò)并行I/O接口或擴(kuò)展I/O接口與其相連。對(duì)于AT89C51單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，MC14433可以直接和其P1口或擴(kuò)展I/O口8155/8255相連。下面是MC14433與AT89C51單片機(jī)P1口直接相連的硬件接口，接口電路如圖3-14所示<

63、/p><p>　　圖3-14 MC14433與AT89C51單片機(jī)P1口直接相連的硬件接口</p><p>　　3.2.2 單片機(jī)AT89C51的介紹 </p><p>　　為了設(shè)計(jì)此系統(tǒng)，我們采用了AT89C51單片機(jī)作為控制芯片，在前向通道中是一個(gè)非電信號(hào)的電量采集過(guò)程。它由傳感器采集非電信號(hào)，從傳感器出來(lái)經(jīng)過(guò)功率放大過(guò)程，使信號(hào)放大，再經(jīng)過(guò)模/數(shù)轉(zhuǎn)換成為計(jì)算機(jī)

64、能識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，再送入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的相應(yīng)端口。</p><p><b>　　一、介紹</b></p><p>　　8 位AT89C51 CHMOS 工藝單片機(jī)被設(shè)計(jì)用于處理高速計(jì)算和快速輸入/輸出。MCS51 單片機(jī)典型的應(yīng)用是高速事件控制系統(tǒng)。商業(yè)應(yīng)用包括調(diào)制解調(diào)器，電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，打印機(jī)，影印機(jī)，空調(diào)控制系統(tǒng)，磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器和醫(yī)療設(shè)備。汽車(chē)工業(yè)把MCS51 單片機(jī)用于

65、發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，懸掛系統(tǒng)和反鎖制動(dòng)系統(tǒng)。AT89C51 尤其很好適用于得益于它的處理速度和增強(qiáng)型片上外圍功能集，諸如：汽車(chē)動(dòng)力控制，車(chē)輛動(dòng)態(tài)懸掛，反鎖制動(dòng)和穩(wěn)定性控制應(yīng)用。由于這些決定性應(yīng)用，市場(chǎng)需要一種可靠的具有低干擾潛伏響應(yīng)的費(fèi)用-效能控制器，服務(wù)大量時(shí)間和事件驅(qū)動(dòng)的在實(shí)時(shí)應(yīng)用需要的集成外圍的能力，具有在單一程序包中高出平均處理功率的中央處理器。擁有操作不可預(yù)測(cè)的設(shè)備的經(jīng)濟(jì)和法律風(fēng)險(xiǎn)是很高的。一旦進(jìn)入市場(chǎng)，尤其任務(wù)決定性應(yīng)用諸如自動(dòng)

66、駕駛儀或反鎖制動(dòng)系統(tǒng)，錯(cuò)誤將是財(cái)力上所禁止的。重新設(shè)計(jì)的費(fèi)用可以高達(dá)500K 美元，如果產(chǎn)品族享有同樣內(nèi)核或外圍設(shè)計(jì)缺陷的話，費(fèi)用會(huì)更高。另外，部件的替代品領(lǐng)域是極其昂貴的，因?yàn)樵O(shè)備要用來(lái)把模塊典型地焊接成一個(gè)總體的價(jià)值比各個(gè)部件高幾倍。為了緩和這些問(wèn)題，在最壞的環(huán)境和電壓條件下對(duì)這些單片機(jī)進(jìn)行無(wú)論在部</p><p>　　二、AT89C51提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：</p><p>　　4k 字

67、節(jié)FLASH 閃速存儲(chǔ)器，128 字節(jié)內(nèi)部RAM，32 個(gè)I/O 口線，2 個(gè)16 位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè)5 向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí)，AT89C51 降至0Hz 的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式體制CPU 的工作，但允許RAM，定時(shí)/計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM 中的內(nèi)容，但振蕩器體制工作并禁止其他所有不見(jiàn)工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位，如圖3-15。&

68、lt;/p><p>　　圖3-15 AT89C51 方框圖</p><p>　　引腳功能說(shuō)明(如圖3-16) </p><p><b>　　·Vcc：電源電壓</b></p><p><b>　　·GND：地</b></p><p>　　·P0 口

69、：P0 口是一組8 位漏極開(kāi)路型雙向I/O 口，也即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用。作為輸出口用時(shí)，每位能吸收電流的方式驅(qū)動(dòng)8 個(gè)TTL 邏輯門(mén)電路，對(duì)端口寫(xiě)“1”可作為高阻抗輸入端用。在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí)，這組口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址（低8 位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問(wèn)期間激活內(nèi)部上拉電阻。在Flash 編程時(shí)，P0 口接受指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，校驗(yàn)時(shí)，要求外接上拉電阻。</p><p>　　圖3-1

70、6 AT89C51引腳圖</p><p>　　·P1 口：P1 是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P1 的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4 個(gè)TTL 邏輯門(mén)電路。對(duì)端口寫(xiě)“1”，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。作為輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流（IIL）。Flash 編程和程序校驗(yàn)期間，P1 接受低8 位地址。</p&

71、gt;<p>　　·P2 口：P2 是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P2 的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4 個(gè)TTL 邏輯門(mén)電路。對(duì)端口寫(xiě)“1”，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。作為輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流（IIL）。在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或16 位四肢的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行MOVX @DPTR指令）時(shí)，P2 口送出高8

72、位地址數(shù)據(jù)，在訪問(wèn)8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行MOVX @ RI 指令）時(shí)，P2 口線上的內(nèi)容（也即特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中R2 寄存器的內(nèi)容），在整個(gè)訪問(wèn)期間不改變。Flash 編程和程序校驗(yàn)時(shí)，P2 也接收高位地址和其他控制信號(hào)。</p><p>　　·P3 口：P3 是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P3 的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4 個(gè)TTL 邏輯門(mén)電路。對(duì)端口

73、寫(xiě)“1”，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。作為輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流（IIL）。P3 口還接收一些用于Flash 閃速存儲(chǔ)器編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。</p><p>　　·RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，RST 引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。</p><p>　　·ALE/PRO

74、G：當(dāng)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8 位字節(jié)。即使不訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器，ALE 仍以時(shí)鐘振蕩頻率的1/6 輸出固定的正脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。要注意的是，每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過(guò)一個(gè)ALE 脈沖。對(duì)Flash 存儲(chǔ)器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（PROG）。如有必要，可通過(guò)對(duì)特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中的8EH 單元D0 位置位，可禁止ALE 操作。該位置

75、位后，只有一條MOVX 和MOVC 指令A(yù)LE 才會(huì)被激活。此外，該引腳會(huì)被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置ALE 無(wú)效。</p><p>　　·PSEN：程序存儲(chǔ)允許輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通型號(hào)，當(dāng)89C51 由外部存儲(chǔ)器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次PSEN 有效，即輸出兩個(gè)脈沖。在此期間，當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，這兩次有效的PSEN 信號(hào)不出現(xiàn)。</p><p&g

76、t;　　·EA/VPP：外部訪問(wèn)允許。欲使CPU 僅訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器（地址為</p><p>　　0000H—FFFFH），EA 端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1 被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存EA 端狀態(tài)。如EA 端為高電平（接Vcc 端），CPU 則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令。Flash 存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上+12v 的編程允許電源Vpp，當(dāng)然這必須是該器件使用12v 編程電壓

77、Vpp。</p><p>　　·XTAL1：振蕩器反相放大器及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。</p><p>　　·XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。89C51 中有一個(gè)用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1 和XTAL2分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個(gè)放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成自激振蕩器，振蕩電路參見(jiàn)圖5。外接石英晶體或陶瓷

78、諧振器及電容C1、C2 接在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路。對(duì)電容C1、C2 雖沒(méi)有十分嚴(yán)格的要求，但電容容量的大小會(huì)輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程度及溫度穩(wěn)定性，如果使用石英晶體，我們推薦電容使用30Pf±10 Pf，而如使用陶瓷諧振器建議選擇40Pf±10Pf。用戶也可以采用外部時(shí)鐘。這種情況下，外部時(shí)鐘脈沖接到XTAL1 端，即內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端XTAL2 則懸空。</p

79、><p><b>　　·掉電模式：</b></p><p>　　在掉電模式下，振蕩器停止工作，進(jìn)入掉電模式的指令是最后一條被執(zhí)行的指令，片內(nèi)RAM 和特殊功能寄存器的內(nèi)容在終止掉電模式前被凍結(jié)。推出掉電模式的唯一方法是硬件復(fù)位，復(fù)位后將重新定義全部特殊功能寄存器但不改變RAM 中的內(nèi)容，在Vcc 恢復(fù)到正常工作電平前，復(fù)位應(yīng)無(wú)效，且必須保持一定時(shí)間以使振蕩器重啟

80、動(dòng)并穩(wěn)定工作。89C51 的程序存儲(chǔ)器陣列是采用字節(jié)寫(xiě)入方式編程的，每次寫(xiě)入一個(gè)字符，要對(duì)整個(gè)芯片的EPROM 程序存儲(chǔ)器寫(xiě)入一個(gè)非空字節(jié)，必須使用片擦除的方法將整個(gè)存儲(chǔ)器的內(nèi)容清楚。</p><p><b>　　三、編程方法</b></p><p>　　編程前，設(shè)置好地址、數(shù)據(jù)及控制信號(hào)，編程單元的地址加在P1 口和P2 口的P2.0—P2.3（11 位地址范圍為0

81、000H——0FFFH），數(shù)據(jù)從P0口輸入，引腳P2.6、P2.7 和P3.6、P3.7 的電平設(shè)置見(jiàn)表6，PSEB 為低電平，RST保持高電平，EA/Vpp 引腳是編程電源的輸入端，按要求加上編程電壓，ALE/PROG引腳輸入編程脈沖（負(fù)脈沖）。編程時(shí)，可采用4—20MHz 的時(shí)鐘振蕩器，89C51 編程方法如下：在地址線上加上要編程單元的地址信號(hào)在數(shù)據(jù)線上加上要寫(xiě)入的數(shù)據(jù)字節(jié)。激活相應(yīng)的控制信號(hào)。在高電壓編程方式時(shí)，將EA/Vpp

82、端加上+12v 編程電壓。每對(duì)Flash 存儲(chǔ)陣列寫(xiě)入一個(gè)字節(jié)或每寫(xiě)入一個(gè)程序加密位，加上一個(gè)ALE/PROG 編程脈沖。改變編程單元的地址和寫(xiě)入的數(shù)據(jù)，重復(fù)1—5 步驟，知道全部文件編程結(jié)束。每個(gè)字節(jié)寫(xiě)入周期是自身定時(shí)的，通常約為1.5ms。·數(shù)據(jù)查詢89C51 單片機(jī)用數(shù)據(jù)查詢方式來(lái)檢測(cè)一個(gè)寫(xiě)周期是否結(jié)束，在一個(gè)寫(xiě)周期中，如需要讀取最后寫(xiě)入的那個(gè)字節(jié)，則讀出的數(shù)據(jù)的最高位（P0.7）是原來(lái)寫(xiě)入字節(jié)的最高位的反碼。寫(xiě)周期開(kāi)始

83、后，可在任意時(shí)刻</p><p>　　1、Ready/Busy:</p><p>　　字節(jié)編程的進(jìn)度可通過(guò)Ready/Busy 輸出信號(hào)檢測(cè)，編程期間，ALE 變?yōu)楦唠娖健癏”后P3.4（Ready/Busy）端被拉低，表示正在編程狀態(tài)（忙狀態(tài)）。編程完成后，P3.4 變?yōu)楦唠娖奖硎緶?zhǔn)備就緒狀態(tài)。</p><p>　　程序校驗(yàn)：如果加密位LB、LB2 沒(méi)有進(jìn)行編程，

84、則代碼數(shù)據(jù)可通過(guò)地址和數(shù)據(jù)線讀回原編寫(xiě)的數(shù)據(jù)，采用下圖的電路，程序存儲(chǔ)器的地址由P1 口和P2 口的P2.0—P2.3 輸入，數(shù)據(jù)由P0 口讀出，PSEN 保持低電平，ALE、EA 和RST 保持高電平。校驗(yàn)時(shí)，P0 口必須接上10k 左右的上拉電阻。</p><p>　　圖3-17 編程電路 圖3-18 校驗(yàn)電路</p><p><b&

85、gt;　　2、芯片擦除:</b></p><p>　　利用控制信號(hào)的正確組合并保持ALE/PROG 引腳10ms 的低電平脈沖寬度即可將EPROM 陣列(4k 字節(jié))和三個(gè)加密位整片擦除,代碼陣列在片擦除操作中將任何非空單元寫(xiě)入”1”,這步驟需在編程之前進(jìn)行。</p><p>　　3、讀片內(nèi)簽名字節(jié):</p><p>　　89C51 單片機(jī)內(nèi)有3 個(gè)簽名

86、字節(jié),地址為030H、031H 和032H。于聲明該器件的廠商、號(hào)和編程電壓。讀簽名字節(jié)的過(guò)程和單元030H、031H 和032H的正常校驗(yàn)相仿，只需要將P3.6 和P3.7 保持低電平，返回值意義如下：</p><p>　　(030H) = 1EH 聲明產(chǎn)品由ATMEL 公司制造。</p><p>　　(031H) = 51H 聲明為89C51 單片機(jī)。</p><p

87、>　　(032H) = FFH 聲明為12V 編程電壓。</p><p>　　(032H) = 05H 聲明為5 編程電壓。</p><p><b>　　4、編程接口：</b></p><p>　　采用控制信號(hào)的正確組合可對(duì)Flash 閃速存儲(chǔ)陣列中的每一代碼字節(jié)進(jìn)行寫(xiě)入和存儲(chǔ)器的整片擦除，寫(xiě)操作周期是自身定時(shí)的，初始化后它將自動(dòng)定時(shí)到操

88、作完成。微機(jī)接口實(shí)現(xiàn)兩種信息形式的交換。在計(jì)算機(jī)之外，由電子系統(tǒng)所處理的信息以一種物理信號(hào)形式存在，但在程序中，它是用數(shù)字表示的。任一接口的功能都可分為以某種形式進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)變換的一些操作，所以外部和內(nèi)部形式的轉(zhuǎn)換是由許多步驟完成的。模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC）用來(lái)將連續(xù)變化信號(hào)變成相應(yīng)的數(shù)字量，這數(shù)字量可是可能性的二進(jìn)制數(shù)值中的一固定值。如果傳感器輸出不是連續(xù)變化的，就不需模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換。這種情況下，信號(hào)調(diào)理單元必須將輸入信號(hào)變換成為另一

89、信號(hào)，也可直接與接口的下一部分，即微計(jì)算機(jī)本身的輸入輸出單元相連接。輸出接口采用相似的形式，明顯的差別在于信息流的方向相反；是從程序到外部世界。這種情況下，程序可稱(chēng)為輸出程序，它監(jiān)督接口的操作并完成數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器（DAC）所需數(shù)字的標(biāo)定。該子程序依次送出信息給輸出器件，產(chǎn)生相應(yīng)的電信號(hào)，由DAC 轉(zhuǎn)換成模擬形式。最后，信號(hào)經(jīng)調(diào)理（通常是放大）以形成適應(yīng)于執(zhí)行器操作的形式。在微機(jī)電路中使用的信號(hào)幾乎總是太小而不能被</p>

90、<p>　　單片機(jī)可利用外圍設(shè)備中最基本的用于一般用途的I/O 接口，每個(gè)I/O 接口既可作為輸入端又可作為輸出端，每個(gè)I/O 接口的功能取決與程序初始化階段對(duì)數(shù)據(jù)方位寄存器相應(yīng)位進(jìn)行置一和清零操作，通過(guò)CPU 指令對(duì)數(shù)據(jù)寄存器相應(yīng)位進(jìn)行置一和清零來(lái)置一和清零輸出端口，同樣輸入端口邏輯位也可以通過(guò)CPU 指令訪問(wèn)。一些類(lèi)型的串行口單元允許CPU 與外部設(shè)備進(jìn)行串口通信，用串口位代替平行位進(jìn)行通信需要少許的I/O 口，這樣使通

91、信費(fèi)用降低但速度也相對(duì)慢些。串口傳送可以同步也可以異步。</p><p>　　3.2.3 工作方式</p><p>　　它的工作方式可以分做復(fù)位，掉電和低功耗方式等。</p><p><b>　　復(fù)位方式</b></p><p>　　當(dāng)MCS-5l系列單片機(jī)的復(fù)位引腳RST(全稱(chēng)RESET)出現(xiàn)2個(gè)機(jī)器周期以上的高電平

92、時(shí)，單片機(jī)就執(zhí)行復(fù)位操作。如果RST持續(xù)為高電平，單片機(jī)就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)。 根據(jù)應(yīng)用的要求，復(fù)位操作通常有兩種基本形式：上電復(fù)位和上電或開(kāi)關(guān)復(fù)位。上電復(fù)位要求接通電源后，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。常用的上電復(fù)位電路如圖 (3-18a)中左圖所示。圖中電容C1和電阻R1對(duì)電源十5V來(lái)說(shuō)構(gòu)成微分電路。上電后，保持RST一段高電平時(shí)間，由于單片機(jī)內(nèi)的等效電阻的作用，不用圖中電阻R1，也能達(dá)到上電復(fù)位的操作功能，如圖 (3-19a)中所示。上

93、電或開(kāi)關(guān)復(fù)位要求電源接通后，單片機(jī)自動(dòng)復(fù)位，并且在單片機(jī)運(yùn)行期間，用開(kāi)關(guān)操作也能使單片機(jī)復(fù)位。常用的上電或開(kāi)關(guān)復(fù)位電路如圖 (3-19b)所示。上電后，由于電容C3的充電和反相門(mén)的作用，使RST持續(xù)一段時(shí)間的高電平。當(dāng)單片機(jī)已在運(yùn)行當(dāng)中時(shí)，按下復(fù)位鍵K后松開(kāi)，也能使RST為一段時(shí)間的高電平，從而實(shí)現(xiàn)上電或開(kāi)關(guān)復(fù)位的操作。 根據(jù)實(shí)際操作的經(jīng)驗(yàn)，下面給出這兩種復(fù)位電路的電容、電阻參考值。</p><p>　　

94、圖3-19 單片機(jī)的復(fù)位電路</p><p>　　圖(3-18a)中：Cl＝10-30uF，R1＝1kO 圖(3-18b)中：C：＝1uF，Rl＝lkO，R2＝10kO</p><p>　　二、掉電和低功耗方式</p><p>　　人們往往在程序運(yùn)行中系統(tǒng)發(fā)生掉電的故障，使RAM和寄存器中的數(shù)據(jù)內(nèi)容丟失，使人們丟失珍貴的數(shù)據(jù)而束手無(wú)策，AT89C51有掉電

95、保護(hù)，是先把有用的數(shù)據(jù)保存，再用備用電源進(jìn)行供電。</p><p>　　3.2.4 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的掉電保護(hù)</p><p>　　單片機(jī)系統(tǒng)內(nèi)的RAM數(shù)據(jù)是非常容易丟失的，特別是一些珍貴的科研數(shù)據(jù)，一旦丟失后果不堪設(shè)想，因此掉電保護(hù)是必須要做的，一旦電源發(fā)生掉電現(xiàn)象，在掉電的瞬間系統(tǒng)能自動(dòng)保護(hù)RAM中的數(shù)據(jù)和系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)電源恢復(fù)正常供電后能恢復(fù)到掉電前的工作狀態(tài)。</p>

96、<p>　　3.2.5 系統(tǒng)時(shí)鐘的設(shè)計(jì)</p><p>　　時(shí)鐘電路是用來(lái)產(chǎn)生AT89C51單片機(jī)工作時(shí)所必須的時(shí)鐘信號(hào)，AT89C51本身就是一個(gè)復(fù)雜的同步時(shí)序電路，為保證工作方式的實(shí)現(xiàn)，AT89C51在唯一的時(shí)鐘信號(hào)的控制下嚴(yán)格的按時(shí)序執(zhí)行指令進(jìn)行工作 ，時(shí)鐘的頻率影響單片機(jī)的速度和穩(wěn)定性。通常時(shí)鐘由于兩種形式：內(nèi)部時(shí)鐘和外部時(shí)鐘。</p><p>　　我們系統(tǒng)采用內(nèi)部時(shí)

97、鐘方式來(lái)為系統(tǒng)提供時(shí)鐘信號(hào)，如圖3-20。AT89C51內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反向放大器，該放大器的輸入輸出引腳為XTAL1和XTAL2，它們跨接在晶體振蕩器和用于微調(diào)的電容，便構(gòu)成了一個(gè)自激勵(lì)振蕩器</p><p>　　電路中的C1、C2的選擇在30PF左右，但電容太小會(huì)影響振蕩的頻率、穩(wěn)定性和快速性。晶振頻率為在1.2MHZ～12MHZ之間，頻率越高單片機(jī)的速度就越快，但對(duì)存儲(chǔ)器速度要求就高。為了提

98、高穩(wěn)定性我們采用溫度穩(wěn)定性好的NPO電容，采用的晶振頻率為12MHZ。</p><p>　　圖3-20 系統(tǒng)時(shí)鐘 </p><p><b>　　顯示與報(bào)警的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3.3.1 顯示電路</p><p>　　在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，一般都是把鍵盤(pán)和顯示器放在一起考慮。本設(shè)計(jì)是利用AT89C51

99、的串行口實(shí)現(xiàn)鍵盤(pán)/顯示器接口。</p><p>　　當(dāng)AT89C51的串行口未作它用時(shí)，使用AT89C51的串行口來(lái)外擴(kuò)鍵盤(pán)/顯示器。應(yīng)用AT89C51的串行口方式0的輸出方式，在串行口外接移位寄存器74LS164，構(gòu)成鍵盤(pán)/顯示器接口，其硬件接口電路如圖3-21所示：</p><p>　　圖3-21 鍵盤(pán)及顯示與主機(jī)的硬件連接</p><p>　　圖中的4個(gè)74

100、LS164：74LS164（0）～74LS164（3）作為8位段碼輸出口，74LS164的QA~QH作為鍵輸入線。這種靜態(tài)顯示方式亮度大，很容易作到顯示不閃爍。靜態(tài)顯示的優(yōu)點(diǎn)是CPU不必頻繁的為顯示服務(wù)，因而主程序可不必掃描顯示器，軟件設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，從而使單片機(jī)有更多的時(shí)間處理其他事務(wù)。</p><p>　　3.3.2 報(bào)警電路</p><p>　　在微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，為了安全生產(chǎn)，

101、對(duì)于一些重要的參數(shù)或系統(tǒng)部位，都設(shè)有緊急狀態(tài)報(bào)警系統(tǒng)，以便提醒操作人員注意，或采取緊急措施。其方法就是把計(jì)算機(jī)采集的數(shù)據(jù)或記過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、數(shù)字濾波，標(biāo)度變換之后，與該參數(shù)上下限給定值進(jìn)行比較，如果高于上限值（或低于下限值）則進(jìn)行報(bào)警，否則就作為采樣的正常值，進(jìn)行顯示和控制。</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用峰鳴音報(bào)警電路。峰鳴音報(bào)警接口電路的設(shè)計(jì)只需購(gòu)買(mǎi)市售的壓電式蜂鳴器，然后通過(guò)MCS-51的1根口線經(jīng)驅(qū)

102、動(dòng)器驅(qū)動(dòng)蜂鳴音發(fā)聲。壓電式蜂鳴器約需10mA的驅(qū)動(dòng)電流，可以使用TTL系列集成電路7406或7407低電平驅(qū)動(dòng)，也可以用一個(gè)晶體三極管驅(qū)動(dòng)。在圖中，P3.2接晶體管基極輸入端。當(dāng)P3.2輸出高電平“1”時(shí)，晶體管導(dǎo)通，壓電蜂鳴器兩端獲得約+5V電壓而鳴叫；當(dāng)P3.2輸出低電平“0”時(shí)，三極管截止，蜂鳴器停止發(fā)聲。</p><p>　　圖3-22是一個(gè)簡(jiǎn)單的使用三極管驅(qū)動(dòng)的峰鳴音報(bào)警電路： </p>

103、<p>　　圖3-22 三極管驅(qū)動(dòng)的峰鳴音報(bào)警電路</p><p>　　本設(shè)計(jì)是為在溫濕度測(cè)量中對(duì)溫濕度的上下限超出是的提示報(bào)警，接口位于單片機(jī)AT89C51的P3.2口，但溫濕度過(guò)限時(shí)，P3.2口被置0，本系統(tǒng)開(kāi)始工作。</p><p>　　第4章 軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　溫度控制主程序的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮以下問(wèn)題：（1）鍵盤(pán)掃描、鍵碼識(shí)別和溫度顯示；

104、（2）溫濕度采樣，數(shù)字濾波；（3）越限報(bào)警和處理；（5）溫度標(biāo)度轉(zhuǎn)換。通常，符合上述功能的溫度控制程序由主程序和T0中斷服務(wù)程序兩部分組成。</p><p>　　在該軟件系統(tǒng)中，定時(shí)器T0為工作方式1，定時(shí)周期為125ms，8次定時(shí)器中斷為1S，由于實(shí)際環(huán)境溫度和濕度變化是連續(xù)和平緩的，故這里采用分段定值平緩濾波算法處理每次測(cè)得的溫度和濕度值，有效防止了突發(fā)干擾使測(cè)得值波動(dòng)很大，導(dǎo)致反饋系統(tǒng)關(guān)啟工作，影響系統(tǒng)的穩(wěn)

105、定，提高了系統(tǒng)的抗干擾性。</p><p>　　由于系統(tǒng)中設(shè)計(jì)有看門(mén)狗監(jiān)視電路，所以在編程時(shí)要特別注意，傳統(tǒng)的等待按鍵釋放的方法較好的解決了這個(gè)問(wèn)題，既保證當(dāng)按鍵按下后，置鍵按下標(biāo)志位，在主程序的循環(huán)中則反復(fù)判斷鍵按下標(biāo)志位是否被清零。如果被清零，說(shuō)明鍵已被釋放，然后才能進(jìn)行下一輪的鍵盤(pán)按下判斷。在T0中斷處理程序中，每次中斷均要檢測(cè)鍵是否按下。若無(wú)按下，有兩種情況，一是系統(tǒng)中確實(shí)無(wú)鍵按下（此時(shí)鍵按下標(biāo)志為0），

106、處于監(jiān)控狀態(tài)；二是鍵按下釋放后的情況（此時(shí)鍵按下標(biāo)志為1）。這時(shí)要清鍵按下標(biāo)志，以便主程序進(jìn)行下一輪的鍵按下檢測(cè)。</p><p>　　這里所需要注意的是標(biāo)度變換，下面簡(jiǎn)單的介紹一下標(biāo)度變換：</p><p>　　標(biāo)度變換目的是要把實(shí)際采樣的二進(jìn)制值轉(zhuǎn)換成BCD形式的溫度值，然A后存放到顯示緩沖區(qū)34H-3BH。對(duì)一般線性儀表來(lái)說(shuō)，標(biāo)度變換公式為：</p><p>

107、　　式中：A0為一次測(cè)量?jī)x表的下限；Am為一次測(cè)量?jī)x表的上限；AX為實(shí)際測(cè)量值；</p><p>　　N0為儀表下限所對(duì)應(yīng)的數(shù)字量；Nm為儀表上限所對(duì)應(yīng)的數(shù)字量；NX為測(cè)量所得數(shù)字量。</p><p>　　以下是三個(gè)主要程序的流程圖：</p><p><b>　　主程序流程圖：</b></p><p><b>

108、　　T0中斷流程圖：</b></p><p>　　溫濕度采樣子程序流程圖：</p><p><b>　　結(jié)論與展望</b></p><p>　　本系統(tǒng)是基于單片機(jī)AT89C51的處理，借助溫度傳感器與濕度傳感器的測(cè)量，可以完美的實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境溫度，濕度的監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)顯示環(huán)境的溫度和濕度。并在溫度或濕度達(dá)到設(shè)定值上限時(shí)，報(bào)警系統(tǒng)會(huì)發(fā)出聲音報(bào)

109、警，此系統(tǒng)完全能運(yùn)用于工業(yè)生產(chǎn)、環(huán)境測(cè)量、貨物保管等部門(mén)。它結(jié)構(gòu)緊密、調(diào)試按裝方便、可塑性強(qiáng)，經(jīng)長(zhǎng)期使用性能穩(wěn)定可靠。</p><p>　　信心革命的三大重要支柱是信息的采集、傳輸和處理。信息采集中，首先要獲得原始的信息，其最基本的元件是傳感器，關(guān)鍵技術(shù)是傳感器技術(shù)。因此，傳感器及其相關(guān)的應(yīng)用技術(shù)（傳感器、與傳感器相關(guān)的電子技術(shù)、信息處理）是信息領(lǐng)域的源頭技術(shù)。傳感器是實(shí)現(xiàn)測(cè)量與控制的首要環(huán)節(jié)，是測(cè)控系統(tǒng)的關(guān)鍵部