畢業(yè)論文-基站節(jié)能裝置中的測(cè)控模塊軟、硬件設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　2012年06月01日</p><p>　　基站節(jié)能裝置中的測(cè)控模塊軟、硬件設(shè)計(jì)</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　基站對(duì)室內(nèi)的環(huán)境要求很高，它對(duì)室內(nèi)的溫度、濕度等的要求也是比一般的設(shè)備高很多。因此實(shí)時(shí)對(duì)

2、基站的溫濕度進(jìn)行監(jiān)控與控制尤為重要。本設(shè)計(jì)為基于單片機(jī)的溫濕度檢測(cè)與控制系統(tǒng)，采用模塊化、層次化設(shè)計(jì)。采用新型的智能溫溫度傳感器DHT21/AM2301主要實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度、濕度的檢測(cè)，將溫度濕度信號(hào)通過傳感器進(jìn)行信號(hào)的采集并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，再將信號(hào)傳送至單片機(jī)STC89C54RD+進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析和處理，為顯示和溫濕度控制電路提供信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)基站溫濕度的檢測(cè)和控制。基站的溫度、濕度檢測(cè)與通風(fēng)系統(tǒng)、空調(diào)控制系統(tǒng)，形成基站機(jī)房環(huán)境智能監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)

3、，智能開啟或者關(guān)斷通風(fēng)系統(tǒng)或者空調(diào)，可達(dá)到省電的目的。系統(tǒng)電路簡(jiǎn)單、集成度高、工作穩(wěn)定、調(diào)試方便、檢測(cè)精度高，具有實(shí)用價(jià)值。</p><p>　　關(guān)鍵詞：溫濕度；DHT21/AM2301；單片機(jī)；STC89C54RD+；節(jié)能</p><p>　　The Soft, Hardware Design of Measuring And Control Module of Base Station

4、 Energy Conservation Device </p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　Base station on the indoor environment is demanding, it is the indoor temperature, humidity, and other requirements are

5、 much higher than the average equipment. Real-time temperature and humidity of the base station to monitor and control is particularly important. The design is based on microcomputer temperature and humidity measurement

6、and control system, modular, hierarchical design. Using a new type of intelligent temperature sensor DHT21/AM2301 to achieve temperature, humidity detection，The </p><p>　　Key words: Temperature and humidity

7、; DHT21/AM2301 ;Microcomputer; STC89C54RD+; Energy conservation</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　第一章 緒論1</b></p><p>　　1.1 課題提出的意義1</p><p>　　1.2

8、 現(xiàn)狀分析1</p><p>　　1.3 新風(fēng)節(jié)能技術(shù)1</p><p>　　1.4 采取的有效措施1</p><p>　　第二章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)3</p><p>　　2.1 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容及要求3</p><p>　　2.2 系統(tǒng)原理3</p><p>　　2.3 系統(tǒng)工作流程4

9、</p><p>　　2.4 主要技術(shù)性能特點(diǎn)5</p><p>　　2.5 系統(tǒng)運(yùn)行邏輯5</p><p>　　第三章 基站節(jié)能測(cè)控模塊的硬件電路設(shè)計(jì)6</p><p>　　3.1 芯片介紹6</p><p>　　3.1.1 STC89C54RD+介紹6</p><p>　　3.1.

10、2 1602字符型LCD簡(jiǎn)介8</p><p>　　3.1.3 ULN2003驅(qū)動(dòng)芯片介紹11</p><p>　　3.1.4 DHT21/AM2301溫濕度傳感器12</p><p>　　3.2模塊功能介紹18</p><p>　　3.2.1單片機(jī)基本外圍電路18</p><p>　　3.2.2顯示電路設(shè)計(jì)

11、20</p><p>　　3.2.3按鍵控制電路21</p><p>　　3.2.4溫濕度采集電路21</p><p>　　3.2.5擋風(fēng)板電路21</p><p>　　3.2.6風(fēng)機(jī)和空調(diào)繼電器電路23</p><p>　　3.3 整體電路圖25</p><p>　　第四章 軟件設(shè)

12、計(jì)部分26</p><p>　　4.1軟件介紹26</p><p>　　4.2主程序流程圖28</p><p>　　4.3節(jié)能控制程序流程框圖29</p><p>　　4.4溫濕度采集流程圖30</p><p>　　4.5 LCD顯示框圖31</p><p><b>　　結(jié)

13、 論32</b></p><p><b>　　致 謝33</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)34</b></p><p><b>　　圖表清單</b></p><p>　　圖2-1 基站節(jié)能裝置系統(tǒng)組成示意圖4</p><p&g

14、t;　　圖2-2 基站節(jié)能測(cè)控裝置系統(tǒng)控制框圖4</p><p>　　圖3-1 STC89C54RD+引腳圖6</p><p>　　圖3-2 LCD1602引腳功能圖9</p><p>　　圖3-3 ULN2003每部結(jié)構(gòu)圖11</p><p>　　圖3-4 ULN2003芯片引腳圖12</p><p>　　

15、圖3-5 DHT21/AM2301實(shí)物圖13</p><p>　　圖3-6 DHT21/AM2301引腳分配圖14</p><p>　　圖3-7 DHT21/AM2301單總線典型電路16</p><p>　　圖3-8 DHT21/AM2301單總線分解時(shí)序圖18</p><p>　　圖3-9 單總線分解時(shí)序圖18</p>

16、;<p>　　圖3-10 STC89C54RD+單片機(jī)的引腳排列及基本外圍電路圖19</p><p>　　圖3-11 實(shí)時(shí)溫濕度顯示電路20</p><p>　　圖3-12 按鍵控制電路21</p><p>　　圖3-13 溫濕度采集電路21</p><p>　　圖3-14 四相步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)示意圖及實(shí)物圖22</

17、p><p>　　圖3-15 步進(jìn)電機(jī)工作時(shí)序波形圖23</p><p>　　圖3-16 用步進(jìn)電機(jī)模擬擋風(fēng)板電路連接圖23</p><p>　　圖3-17 小功率繼電器結(jié)構(gòu)原理圖24</p><p>　　圖3-18 空調(diào)和風(fēng)機(jī)繼電器電路24</p><p>　　圖3-19 基站節(jié)能裝置中測(cè)控模塊的整體電路設(shè)計(jì)25

18、</p><p>　　圖4-1 Keil uvision4 編輯界面圖27</p><p>　　圖4-2 主程序流程框圖28</p><p>　　圖4-3節(jié)能控制程序序流程圖29</p><p>　　圖4-4 DHT21/AM2301傳感器單總線讀取流程圖30</p><p>　　圖4-5 LCD顯示流程圖3

19、1</p><p>　　表3-1 1602LCD引腳接口說明表9</p><p>　　表3-2 1602LCD控制命令表10</p><p>　　表3-3 ULN2003在常溫下的極限值12</p><p>　　表3-4 DHT21/AM2301引腳分配表13</p><p>　　表3-5 DHT21/AM23

20、01相對(duì)濕度性能表14</p><p>　　表3-6 DHT21/AM2301溫度性能表14</p><p>　　表3-7 DHT21/AM2301的電氣特性15</p><p>　　表3-8 DHT21/AM2301具體通信格式說明16</p><p>　　表3-9 DHT21/AM2301單總線信號(hào)特性17</p>

21、<p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　1.1 課題提出的意義</p><p>　　我國(guó)是能源資源嚴(yán)重短缺的國(guó)家，節(jié)能工作已成為全社會(huì)共同參與的國(guó)事、大事，新《節(jié)約能源法》已成為我國(guó)的基本國(guó)策。</p><p>　　當(dāng)今時(shí)代是信息高速發(fā)展的時(shí)代，人類社會(huì)對(duì)溝通的需求在不斷的增加，為達(dá)到任何時(shí)間、任何地點(diǎn)與任何人

22、都能溝通的目標(biāo)，通信服務(wù)商（SP/ISP）不斷地?cái)U(kuò)大網(wǎng)絡(luò)投入，增加網(wǎng)絡(luò)的覆蓋，這樣，移動(dòng)基站的數(shù)量迅猛增加。</p><p>　　移動(dòng)通訊接入使用了成千上萬的基站，基站能耗以電為主。隨著電力成本的增加，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)大，基站機(jī)房電費(fèi)支出逐漸增大，根據(jù)資料顯示，以某地區(qū)的基站為例，其年度電費(fèi)支出為2.5萬元之多，基站空調(diào)電費(fèi)支出所占比例較大。據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，平均每個(gè)基站空調(diào)的電費(fèi)支出約占整個(gè)基站電費(fèi)支出的54%左右，空調(diào)

23、成為基站機(jī)房中的主要耗電設(shè)備。</p><p><b>　　1.2 現(xiàn)狀分析</b></p><p>　　目前的移動(dòng)通訊基站機(jī)房均為全封閉機(jī)房，機(jī)房?jī)?nèi)的電源設(shè)備、發(fā)射設(shè)備、傳輸設(shè)備等都是較大的發(fā)熱體。要保持機(jī)房一定的工作環(huán)境溫度（基站環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)GB50174-93規(guī)定長(zhǎng)年基站溫度18°C-28°），主要靠空調(diào)來實(shí)現(xiàn)。一年365天大部分時(shí)間空調(diào)均處于運(yùn)

24、行狀態(tài)（制冷），即使是夏天，有時(shí)夜間溫度在20°C左右（此溫度也滿足室內(nèi)通訊設(shè)備工作環(huán)境要求），空調(diào)也是開啟的。這樣，冬、春、秋三季及夏早晚時(shí)段的室外低溫可散熱降溫的有利條件被忽視，導(dǎo)致電能不必要的浪費(fèi)，運(yùn)營(yíng)成本高居不下。據(jù)此，本基站節(jié)能系統(tǒng)，能與機(jī)房空調(diào)配合聯(lián)動(dòng)起來，利用智能新風(fēng)系統(tǒng)節(jié)能的原理來達(dá)到機(jī)房降溫的目的，既環(huán)保節(jié)能又延長(zhǎng)空調(diào)壽命。</p><p>　　1.3 新風(fēng)節(jié)能技術(shù) 

25、60;新風(fēng)節(jié)能技術(shù)是目前應(yīng)用比較多的節(jié)能方法，一些運(yùn)營(yíng)商已有多例采用新風(fēng)節(jié)能的成功案例。此技術(shù)主要通過在機(jī)房?jī)?nèi)引入室外溫度較低的自然風(fēng)來帶走機(jī)房?jī)?nèi)的熱量，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。此方案實(shí)施方法簡(jiǎn)單尤其在室內(nèi)外溫差大的北方地區(qū)節(jié)能效果明顯，而且可以通過傳感器有效精準(zhǔn)的采集溫濕度。</p><p>　　1.4 采取的有效措施 </p><p>　　目前我國(guó)大部分省、市用電形勢(shì)嚴(yán)峻，出現(xiàn)了拉閘限電的

26、情況。在用電緊張的情況下，各地開始實(shí)施計(jì)劃用電。節(jié)約用電，可以彌補(bǔ)運(yùn)營(yíng)商自身電力供應(yīng)不足。讓電于民，可以帶來顯著的社會(huì)效益。隨著電信運(yùn)營(yíng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，電信運(yùn)營(yíng)業(yè)務(wù)收入增長(zhǎng)緩慢，開源節(jié)流成為提高經(jīng)營(yíng)收益的有效辦法。各大運(yùn)營(yíng)商一方面要通過挖掘網(wǎng)絡(luò)潛力、發(fā)展新業(yè)務(wù)來增加業(yè)務(wù)收入，另一方面要想盡一切辦法減少運(yùn)營(yíng)支出，特別是降低電費(fèi)支出。根據(jù)試驗(yàn)站的對(duì)比統(tǒng)計(jì)分析表明，一個(gè)采用了基站節(jié)能控制系統(tǒng)和空調(diào)聯(lián)合運(yùn)行的基站機(jī)房電費(fèi)支出只有單一采用空調(diào)的

27、基站機(jī)房的46％，電費(fèi)支出大大減少，提高了經(jīng)營(yíng)收益。如果采用基站節(jié)能控制系統(tǒng)作為基站空調(diào)的補(bǔ)充，并根據(jù)基站室內(nèi)外的溫濕度條件對(duì)空調(diào)進(jìn)行自動(dòng)控制（可根據(jù)基站的實(shí)際需要增設(shè)除濕機(jī)），使電子設(shè)備在更加合理的溫濕度環(huán)境下運(yùn)行，進(jìn)一步提高了設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性。</p><p>　　第二章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容及要求</p><p>　　設(shè)計(jì)一

28、單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)基站節(jié)能裝置中測(cè)控模塊的功能。設(shè)計(jì)者應(yīng)完成以下電路的原理設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)及系統(tǒng)的連接、調(diào)試。</p><p>　　單片機(jī)系統(tǒng)電路及總體運(yùn)行程序；</p><p>　　溫、濕度傳感器和單片機(jī)的接口電路及程序；</p><p>　　空調(diào)、擋板及風(fēng)機(jī)的控制電路和程序。</p><p>　　設(shè)計(jì)應(yīng)滿足以下指標(biāo)：</p>

29、<p>　　溫度測(cè)量誤差應(yīng)小于0.5℃ ；</p><p>　　系統(tǒng)能對(duì)室內(nèi)外溫濕度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)；</p><p>　　系統(tǒng)可按照指令改變控制參數(shù)。</p><p><b>　　2.2 系統(tǒng)原理</b></p><p>　　基站節(jié)能智能通風(fēng)系統(tǒng)其設(shè)備主體部分是由主控制箱和通風(fēng)執(zhí)行系統(tǒng)兩部分構(gòu)成，根據(jù)通信基站、機(jī)

30、房室內(nèi)外的環(huán)境條件溫差引入室外清潔的冷空氣對(duì)通信基站、機(jī)房?jī)?nèi)進(jìn)行自然降溫，同時(shí)排出基站、機(jī)房?jī)?nèi)的熱空氣，從而達(dá)到在常年大多數(shù)條件下替代空調(diào)制冷的效果，避免了空調(diào)長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行所造成的電能浪費(fèi)，有效降低通信機(jī)房空調(diào)的運(yùn)行時(shí)間，達(dá)到降低通信機(jī)房電能消耗的目的。</p><p>　　基站節(jié)能通風(fēng)系統(tǒng)適合于無人職守的通信基站、機(jī)房和設(shè)備中心，本系統(tǒng)有著系統(tǒng)完善、性能可靠、安裝簡(jiǎn)單、操作方便等優(yōu)點(diǎn)，是目前通信運(yùn)營(yíng)商最佳的基站

31、節(jié)能溫度控制產(chǎn)品[1]。</p><p>　　基站節(jié)能系統(tǒng)主要由主控制器、新風(fēng)機(jī)、排風(fēng)機(jī)、室外溫、濕度傳感器、室內(nèi)溫、濕度傳感器，等組成。如圖2-1所示：</p><p>　　圖2-1 基站節(jié)能裝置系統(tǒng)組成示意圖</p><p>　　2.3 系統(tǒng)工作流程</p><p>　　通過主控機(jī)設(shè)置，系統(tǒng)定時(shí)檢測(cè)溫、濕度，在設(shè)定的工況下，自動(dòng)控制風(fēng)機(jī)和

32、空調(diào)的啟停，對(duì)室內(nèi)除濕、降溫，從而達(dá)到節(jié)能的最佳效果。檢測(cè)的數(shù)據(jù)有：室外溫度、室外濕度、室內(nèi)溫度、室內(nèi)濕度、空調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)狀況等。</p><p>　　系統(tǒng)的控制框圖如圖2-2所示：</p><p>　　圖2-2 基站節(jié)能測(cè)控裝置系統(tǒng)控制框圖</p><p>　　2.4 主要技術(shù)性能特點(diǎn)</p><p>　　1、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)室內(nèi)室外溫度、濕度。當(dāng)室外溫

33、度低于某個(gè)設(shè)定值，控制器開啟新風(fēng)機(jī)引入室外新風(fēng)，關(guān)閉機(jī)房空調(diào)達(dá)到節(jié)能效果。在確保機(jī)房環(huán)境的前提下，依據(jù)室內(nèi)外溫濕度，控制風(fēng)機(jī)、空調(diào)的切換運(yùn)行。當(dāng)室內(nèi)外溫差達(dá)到某個(gè)設(shè)定值且室內(nèi)溫度高于某設(shè)定值，同時(shí)室外濕度滿足要求時(shí)，控制器開啟新風(fēng)機(jī)引入室外新風(fēng)。</p><p>　　2、延時(shí)啟動(dòng)功能。系統(tǒng)具備有效防止風(fēng)機(jī)與空調(diào)頻繁切換的功能，新風(fēng)系統(tǒng)與空調(diào)切換設(shè)置有延遲功能，延遲溫濕度范圍可調(diào)。</p><p

34、>　　3、系統(tǒng)具備與空調(diào)聯(lián)動(dòng)的功能：智能新風(fēng)與局站原有空調(diào)聯(lián)動(dòng)，智能新風(fēng)優(yōu)先啟動(dòng)，以保證最大的節(jié)能；在智能新風(fēng)不滿足室內(nèi)熱負(fù)荷條件下，發(fā)出信號(hào)啟動(dòng)空調(diào)；當(dāng)智能新風(fēng)滿足室內(nèi)熱負(fù)荷要求時(shí)，應(yīng)發(fā)出信號(hào)并停止空調(diào)運(yùn)行。</p><p>　　4、系統(tǒng)采用主動(dòng)進(jìn)風(fēng)，被動(dòng)排風(fēng)的方式，進(jìn)、排風(fēng)量的控制保證室內(nèi)正壓。</p><p>　　5、顯示功能。系統(tǒng)具備LCD顯示屏中文漢字顯示功能，操作清新簡(jiǎn)便

35、，并可進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。可設(shè)置的參數(shù)有：室內(nèi)最高溫度，室內(nèi)最低溫度，室內(nèi)最高濕度、室內(nèi)最低濕度。</p><p>　　6、控制與顯示。系統(tǒng)中溫度顯示精度為±0.1度，控制精度為±0.1度；濕度顯示精度為±1RH，控制精度為±5RH，控制可靠。</p><p>　　2.5 系統(tǒng)運(yùn)行邏輯</p><p>　　根據(jù)《YD/T 1821-

36、2008 通信中心機(jī)房環(huán)境條件要求》通信機(jī)房的溫度、相對(duì)濕度及溫度變化率可根據(jù)通信設(shè)備自身的技術(shù)要求及對(duì)環(huán)境的不同要求而確定。</p><p>　　通信機(jī)房?jī)?nèi)的溫度劃分為三類：</p><p>　　一類通信機(jī)房：10℃ ～ 25℃；二類通信機(jī)房：10℃ ～ 28℃；三類通信機(jī)房：10℃ ～ 30℃。</p><p>　　通信機(jī)房?jī)?nèi)的相對(duì)濕度劃分為三類：</p&

37、gt;<p>　　一類通信機(jī)房：40% ～ 70%；二類通信機(jī)房：20% ～ 80%（溫度≤28℃，不得凝露）；三類通信機(jī)房：20% ～ 85%（溫度≤30℃，不得凝露）。通信機(jī)房?jī)?nèi)的溫度、濕度的變化率應(yīng)＜5℃ /h（不得凝露）。</p><p>　　為了方便控制，保證設(shè)備的正常運(yùn)行本設(shè)計(jì)中設(shè)置室內(nèi)溫度為：溫度：10℃ ～30℃ 濕度：20%～70%。</p><p>　　空

38、調(diào)默認(rèn)為開啟狀態(tài)。</p><p>　　當(dāng)前的實(shí)時(shí)室外溫度大于室外溫度低限且小于室外溫度高限，同時(shí)，當(dāng)前的實(shí)時(shí)室外濕度高于室內(nèi)溫度底限且低于室內(nèi)濕度高限，四個(gè)條件同時(shí)滿足，開啟風(fēng)機(jī)，開擋風(fēng)板，關(guān)閉空調(diào)；當(dāng)前室外實(shí)時(shí)溫濕度不在室內(nèi)設(shè)定的溫濕度范圍內(nèi)。開啟空調(diào)，關(guān)閉風(fēng)機(jī)，關(guān)閉擋風(fēng)板。利用室內(nèi)外溫差、強(qiáng)制通風(fēng)對(duì)流散熱。充分利用自然資源，調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度，達(dá)到省電、節(jié)能目的。</p><p>　　為免

39、閉循環(huán)或連續(xù)開關(guān)風(fēng)機(jī)，本控制系統(tǒng)設(shè)定1攝氏度及5RH的差值。</p><p>　　第三章 基站節(jié)能測(cè)控模塊的硬件電路設(shè)計(jì)</p><p>　　此系統(tǒng)采用了以含有A/D轉(zhuǎn)換器的STC89C54RD+單片機(jī)為核心控制器件,以高靈敏度傳感器 DHT21/AM2301為溫濕度獲取元件,用LCD1602作為顯示設(shè)備。該系統(tǒng)主要由STC89C54RD+單片機(jī)電路、溫濕度采集路、鍵盤控制電路、LCD顯示

40、電路、風(fēng)機(jī)和空調(diào)繼電器電路以及擋風(fēng)板電路組成[2]。</p><p><b>　　3.1 芯片介紹</b></p><p>　　3.1.1 STC89C54RD+介紹</p><p>　　STC89C54RD+引腳排列如圖3-1所示：</p><p>　　圖3-1 STC89C54RD+引腳圖</p>&l

41、t;p>　　STC89C54RD+芯片有40個(gè)引腳，其功能分別為：</p><p>　　VCC 電源電壓。</p><p>　　VSS 接地。</p><p>　　XTAL1 反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。</p><p>　　XTAL2 來自反向振蕩放大器的輸出。</p><p>

42、　　ALE/PROG：地址鎖存控制/片內(nèi)EPROM編程脈沖輸入信號(hào)。 </p><p>　　ALE(Address Lock Enable)功能是在訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，P0口做為地址/數(shù)據(jù)復(fù)用口，ALE信號(hào)用于鎖存低8位地址。當(dāng)ALE信號(hào)為高電平時(shí)，P0口上的信息為低8位地址，在ALE信號(hào)的下降沿時(shí)將P0口上的低8位地址送到地址鎖存器鎖存起來。在ALE為低電平期間P0口上的信息為指令或數(shù)據(jù)信息。在ALE為低電平期

43、間P0口上的信息為指令或數(shù)據(jù)信息，以實(shí)現(xiàn)低位地址與數(shù)據(jù)的分離。值的注意的是，在訪問片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，會(huì)缺少一個(gè)ALE脈沖。</p><p>　　當(dāng)不訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，該信號(hào)也以晶振頻率的六分之一固定輸出正脈沖信號(hào)，可以作為外部的定時(shí)脈沖使用。如果想禁止ALE的輸出可在SFR（特殊功能寄存器）8EH地址上置0。此時(shí)，ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令時(shí)才起作用。</p><p>　　PR

44、OG功能用于EPROM型的單片機(jī)（如8751），在對(duì)EPROM進(jìn)行編程時(shí)，該引腳作為編程脈沖的輸入端。</p><p>　　RST/Vpd:復(fù)位信號(hào)/備用電源輸入。 </p><p>　　RST功能用于輸入單片機(jī)的復(fù)位信號(hào)。當(dāng)在該引腳上出現(xiàn)連續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平時(shí)，單片機(jī)進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)，完成初始化操作。</p><p>　　Vpd功能用于當(dāng)電源引腳Vcc的電壓突

45、然下降或掉電時(shí)，在Vpd端接的+5V備用電源會(huì)通過該端引入片內(nèi)，以保障片內(nèi)RAM的數(shù)據(jù)不會(huì)丟失，復(fù)位后可以繼續(xù)工作。</p><p>　　EA/Vpp:訪問外部程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)/片內(nèi)EPROM編程電源輸入 </p><p>　　當(dāng)EA為低電平時(shí)，CPU只訪問外部程序存儲(chǔ)器；</p><p>　　當(dāng)EA為高電平時(shí)，CPU訪問芯片內(nèi)部的4KB程序存儲(chǔ)器和片外4K地址以

46、上的高60KB程序存儲(chǔ)器單元。</p><p>　　Vpp用于EPROM型單片機(jī)編程時(shí)，在該腳加21V編程電壓。</p><p>　　PSEN:外部程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào) </p><p>　　當(dāng)訪問外部擴(kuò)展的程序存儲(chǔ)器時(shí)，當(dāng)該項(xiàng)引腳信號(hào)為低電平時(shí)，才能選通外部程序存儲(chǔ)器并對(duì)其進(jìn)行讀操作。</p><p>　　P0口功能：P0口具有兩種功能：第

47、一，P0口可以作為通用I/O接口使用，P0.7—P0.0用于傳送CPU的輸入/輸出數(shù)據(jù)。輸出數(shù)據(jù)時(shí)可以得到鎖存，不需外接專用鎖存器，輸入數(shù)據(jù)可以得到緩沖。第二，P0.7—P0.0在CPU訪問片外存儲(chǔ)器時(shí)用于傳送片外存儲(chǔ)器的低8位地址，然后傳送CPU對(duì)片外存儲(chǔ)器的讀寫。</p><p>　　P1口 功能：P1口的功能和P0口的第一功能相同，僅用于傳遞I/O輸入/輸出數(shù)據(jù)。 </p><p>

48、　　P2口的功能：2口的第一功能和上述兩組引腳的第一功能相同，即它可以作為通用I/O使用。它的第二功能和P0口引腳的第二功能相配合，作為地址總線用于輸出片外存儲(chǔ)器的高8位地址。 </p><p>　　P3口功能：P3口有兩個(gè)功能：第一功能與其余三個(gè)端口的第一功能相同；第二功能作控制用，每個(gè)引腳都不同。 </p><p>　　P3.0—RXD串行數(shù)據(jù)接收口。 </p><

49、p>　　P3.1—TXD串行數(shù)據(jù)發(fā)送口。 </p><p>　　P3.2—INT0外中斷0輸入。 </p><p>　　P3.3—INT1外中斷1輸入。</p><p>　　P3.4—T0計(jì)數(shù)器0計(jì)數(shù)輸入。 </p><p>　　P3.5—T1計(jì)數(shù)器1計(jì)數(shù)輸入。 </p><p>　　P3.6—WR外部RAM寫

50、選通信號(hào)。 </p><p>　　P3.7—RD外部RAM讀選通信號(hào)。</p><p><b>　　內(nèi)部介紹</b></p><p>　　運(yùn)算器以完成二進(jìn)制的算術(shù)/邏輯運(yùn)算部件ALU為核心。它可以對(duì)半字節(jié)、單字節(jié)等數(shù)據(jù)進(jìn)行操作。例如，能完成加、減、乘、除、加1、減1、BCD碼十進(jìn)制調(diào)整、比較等算術(shù)運(yùn)算，完成與、或、異或、求反、循環(huán)等邏輯操作，操

51、作結(jié)果的狀態(tài)信息送至狀態(tài)寄存器。</p><p>　　運(yùn)算器還包含有一個(gè)布爾處理器，用以處理位操作。它以進(jìn)位標(biāo)志位C為累加器，可執(zhí)行置位、復(fù)位、取反、位判斷轉(zhuǎn)移，可在進(jìn)位標(biāo)志位與其他可位尋址的位之間進(jìn)行位數(shù)據(jù)傳送等操作，還可以完成進(jìn)位標(biāo)志位與其他可位尋址的位之間進(jìn)行邏輯與、或操作。</p><p>　　程序計(jì)數(shù)器PC是一個(gè)16位的計(jì)數(shù)器，用于存放一條要執(zhí)行的指令地址，尋址范圍為64kB，P

52、C有自動(dòng)加1功能，即完成了一條指令的執(zhí)行后，其內(nèi)容自動(dòng)加1。</p><p>　　指令寄存器用于存放指令代碼。CPU執(zhí)行指令時(shí)，由程序存儲(chǔ)器中讀取的指令代碼送入指令寄存器，經(jīng)指令譯碼器譯碼后由定時(shí)控制電路發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)，完成指令功能。</p><p>　　存儲(chǔ)器是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的記憶設(shè)備，用來存放程序和數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)中的全部信息，包括輸入的原始數(shù)據(jù)、計(jì)算機(jī)程序、中間運(yùn)行結(jié)果和最終運(yùn)行結(jié)果都

53、保存在存儲(chǔ)器中。它根據(jù)控制器指定的位置存入和取出信息。</p><p>　　特殊功能寄存器的地址范圍為80H～FFH。在MCS－51中，除程序計(jì)數(shù)器PC和四個(gè)工作寄存器區(qū)外，其余21個(gè)特殊功能寄存器都在這SFR塊中。其中5個(gè)是雙字節(jié)寄存器，它們共占用了26個(gè)字節(jié)。各特殊功能寄存器的符號(hào)和地址見附表2。其中帶＊號(hào)的可位尋址。特殊功能寄存器反映了8051的狀態(tài)，實(shí)際上是8051的狀態(tài)字及控制字寄存器。用于CPU PS

54、W便是典型一例。這些特殊功能寄存器大體上分為兩類，一類與芯片的引腳有關(guān)，另一類作片內(nèi)功能的控制用。與芯片引腳有關(guān)的特殊功能寄存器是P0～P3，它們實(shí)際上是4個(gè)八位鎖存器（每個(gè)I/O口一個(gè)），每個(gè)鎖存器附加有相應(yīng)的輸出驅(qū)動(dòng)器和輸入緩沖器就構(gòu)成了一個(gè)并行口。MCS－51共有P0～P3四個(gè)這樣的并行口，可提供32根I/O線，每根線都是雙向的，并且大都有第二功能。其余用于芯片控制的寄存器中，累加器A、標(biāo)志寄存器PSW、數(shù)據(jù)指針DPTR等的功能前

55、已提及[6]。</p><p>　　3.1.2 1602字符型LCD簡(jiǎn)介</p><p>　　字符型液晶顯示模塊是一種專門用于顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等點(diǎn)陣式LCD，目前常用16*1，16*2，20*2和40*2行等的模塊。</p><p>　　3.1.2.1 1602LCD的基本參數(shù)及引腳功能</p><p>　　1602LCD主要技術(shù)參數(shù)：&

56、lt;/p><p>　　顯示容量:16×2個(gè)字符；</p><p>　　芯片工作電壓:4.5—5.5V；</p><p>　　工作電流:2.0mA(5.0V)；</p><p>　　模塊最佳工作電壓:5.0V；</p><p>　　字符尺寸:2.95×4.35(W×H)mm；</p>

57、;<p>　　LCD1602引腳功能如圖3-2所示：</p><p>　　圖3-2 LCD1602引腳功能圖</p><p>　　1602LCD采用標(biāo)準(zhǔn)的14腳（無背光）或16腳（帶背光）接口，各引腳接口說明如表3-1所示[12]:</p><p>　　表3-1 1602LCD引腳接口說明表</p><p>　　第1腳：VSS為

58、地電源。</p><p>　　第2腳：VDD接5V正電源。</p><p>　　第3腳：VL為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地時(shí)對(duì)比度最 高，對(duì)比度過高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過一個(gè)10K的電位器調(diào)整對(duì)比度。</p><p>　　第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器。</p><p&g

59、t;　　第5腳：R/W為讀寫信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。當(dāng)RS和R/W共同為低電平時(shí)可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng)RS為低電平R/W為高電平時(shí)可以讀忙信號(hào)，當(dāng)RS為高電平R/W為低電平時(shí)可以寫入數(shù)據(jù)。</p><p>　　第6腳：E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。</p><p>　　第7～14腳：D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。</p>

60、;<p>　　第15腳：背光源正極。</p><p>　　第16腳：背光源負(fù)極。</p><p>　　3.1.1.2 1602LCD的指令說明及時(shí)序</p><p>　　1602液晶模塊內(nèi)部的控制器共有11條控制指令，如表3-2所示：</p><p>　　表3-2 1602LCD控制命令表 </p><p&

61、gt;　　1602液晶模塊的讀寫操作、屏幕和光標(biāo)的操作都是通過指令編程來實(shí)現(xiàn)的。（說明：1為高電平、0為低電平）</p><p>　　3.1.3 ULN2003驅(qū)動(dòng)芯片介紹</p><p>　　3.1.3.1 ULN2003特點(diǎn)</p><p>　　ULN2003是一個(gè)單片高電壓、高電流的達(dá)林頓晶體管陣列集成電路。它是由7對(duì)NPN達(dá)林頓管組成的，它的高電壓輸出特性

62、和陰極箝位二極管可以轉(zhuǎn)換感應(yīng)負(fù)載。單個(gè)達(dá)林頓對(duì)的集電極電流是500mA。達(dá)林頓管并聯(lián)可以承受更大的電流。此電路主要應(yīng)用于繼電器驅(qū)動(dòng)器，字錘驅(qū)動(dòng)器，燈驅(qū)動(dòng)器，顯示驅(qū)動(dòng)器（LED氣體放電），線路驅(qū)動(dòng)器和邏輯緩沖器。ULN2003的每對(duì)達(dá)林頓管都有一個(gè)2.7kΩ串聯(lián)電阻，可以直接和TTL或5V CMOS裝置。該芯片內(nèi)部電路的特點(diǎn)如下圖3-3所示[3]：</p><p>　　圖3-3 ULN2003每部結(jié)構(gòu)圖</p

63、><p>　　ULN2003 的每一對(duì)達(dá)林頓都串聯(lián)一個(gè)2.7K 的基極電阻,在5V 的工作電壓下它能與TTL 和CMOS 電路直接相連，可以直接處理原先需要標(biāo)準(zhǔn)邏輯緩沖器來處理的數(shù)據(jù)。 ULN2003 工作電壓高，工作電流大，灌電流可達(dá)500mA，并且能夠在關(guān)態(tài)時(shí)承受50V 的電壓，輸出還可以在高負(fù)載電流并行運(yùn)行。ULN2003 采用DIP—16 或SOP—16 塑料封裝。</p><p>　

64、　ULN2003是高耐壓、大電流達(dá)林頓陳列,由七個(gè)硅NPN達(dá)林頓管組成。 該電路的特點(diǎn)如下: ULN2003的每一對(duì)達(dá)林頓都串聯(lián)一個(gè)2.7K的基極電阻,在5V的工作電壓下它能與TTL和CMOS電路直接相連,可以直接處理原先需要標(biāo)準(zhǔn)邏輯緩沖器來處理的數(shù)據(jù)。 </p><p>　　ULN2003 是高壓大電流達(dá)林頓晶體管陣列系列產(chǎn)品,具有電流增益高、工作電壓高、溫度范圍寬、帶負(fù)載能力強(qiáng)等特點(diǎn),適應(yīng)于各類要求高速大功率

65、驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)。 ULN2003芯片引腳分布如圖3-4所示：</p><p>　　圖3-4 ULN2003芯片引腳圖</p><p>　　3.1.3.3 極限值</p><p>　　ULN2003在25℃下的極限值如表3-3所示：</p><p>　　極限值（若無其他規(guī)定，Tamb=25℃）</p><p>　　表3-3

66、ULN2003在常溫下的極限值</p><p>　　3.1.4 DHT21/AM2301溫濕度傳感器</p><p>　　3.1.4.1 產(chǎn)品概述 </p><p>　　DHT21/AM2301濕敏電容數(shù)字溫濕度模塊是一款含有己校準(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

67、個(gè)電容式感濕元件和一個(gè)高精度測(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)比高等優(yōu)點(diǎn)。每個(gè)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)存在單片機(jī)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)。標(biāo)準(zhǔn)單總線接口，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)合的最佳選擇。產(chǎn)品為3引線（單總線接口）連接

68、方便。DHT21/AM2301實(shí)物圖如圖3-5所示[4]。</p><p>　　圖3-5 DHT21/AM2301實(shí)物圖</p><p>　　3.1.4.2 應(yīng)用范圍 </p><p>　　暖通空調(diào)、除濕器、測(cè)試及檢測(cè)設(shè)備、消費(fèi)品、汽車、自動(dòng)控制、數(shù)據(jù)記錄器、家電、濕度調(diào)節(jié)器、醫(yī)療、氣象站、及其他相關(guān)濕度檢測(cè)控制等。 </p><p>　　3

69、.1.4.3 DHT21/AM2301優(yōu)勢(shì)</p><p>　　超低能耗、傳輸距離遠(yuǎn)、全部自動(dòng)化校準(zhǔn)、采用電容式濕敏元件、完全互換、標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字單總線輸出、卓越的長(zhǎng)期穩(wěn)定性、采用高精度測(cè)溫元件。 </p><p>　　3.1.4.4 單總線接口定義 </p><p>　　DHT21/AM2301引腳分配如表3-4所示；引腳分配圖如圖3-6所示：</p>&

70、lt;p>　　表3-4 DHT21/AM2301引腳分配表</p><p>　　圖3-6 DHT21/AM2301引腳分配圖</p><p>　　DHT21/AM2031的供電電壓范圍為3.5V - 5.5V,建議供電電壓為5V。 </p><p>　　SDA引腳為三態(tài)結(jié)構(gòu)，用于讀、寫傳感器數(shù)據(jù)。具體的通信時(shí)序，見通信協(xié)議的詳細(xì)說明。</p>&

71、lt;p>　　3.1.4.5 傳感器性能</p><p><b>　　A 相對(duì)濕度</b></p><p>　　DHT21/AM2301相對(duì)濕度性能如表3-5所示：</p><p>　　表3-5 DHT21/AM2301相對(duì)濕度性能表</p><p><b>　　B 溫度</b></p&

72、gt;<p>　　HT21/AM2301溫度性能如表3-6所示：</p><p>　　表3-6 DHT21/AM2301溫度性能表</p><p>　　3.1.4.6 電氣特性 </p><p>　　電氣特性，如能耗，高、低電平，輸入、輸出電壓等，都取決于電源。表3-7詳細(xì)說明了 DHT21/AM2301的電氣特性，若沒有標(biāo)明，則表示供電電壓為5V。若

73、想與傳感器獲得最佳效果，設(shè)計(jì)時(shí)嚴(yán)格遵照表3-7的條件設(shè)計(jì)。</p><p>　　表3-7 DHT21/AM2301的電氣特性</p><p>　　3.1.4.7 單總線通信（ONE-WIRE） </p><p>　　微處理器與 DHT21/AM2301的連接典型應(yīng)用電路如圖3-7所示。單總線通信模式時(shí)，SDA上拉后與微處理器的I/O端口相連[8]。 </p&g

74、t;<p>　　單總線通信特殊說明： </p><p>　　典型應(yīng)用電路中建議連接線長(zhǎng)度短于30米時(shí)用5.1K上拉電阻，大于30米時(shí)根據(jù)實(shí)際情況降低上拉電阻的阻值；使用3.3V電壓供電時(shí)連接線長(zhǎng)度不得大于30cm。否則線路壓降會(huì)導(dǎo)致傳感器供電不足，造成測(cè)量偏差；讀取傳感器最小間隔時(shí)間為2S；讀取間隔時(shí)間小于2S，可能導(dǎo)致溫濕度不準(zhǔn)或通信不成功等情況；每次讀出的溫濕度數(shù)值是上一次測(cè)量的結(jié)果，欲獲取實(shí)時(shí)

75、數(shù)據(jù)，需連續(xù)讀取兩次，建議連續(xù)多次讀取傳感器，且每次讀取傳感器間隔大于2秒即可獲得準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)[5]。</p><p>　　圖3-7 DHT21/AM2301單總線典型電路</p><p>　　DHT21/AM2301 器件采用簡(jiǎn)化的單總線通信。單總線即只有一根數(shù)據(jù)線，系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)交換、控制均由數(shù)據(jù)線完成。設(shè)備（微處理器）通過一個(gè)漏極開路或三態(tài)端口連至該數(shù)據(jù)線，以允許設(shè)備在不發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)能夠釋

76、放總線，而讓其它設(shè)備使用總線；單總線通常要求外接一個(gè)約 5.1kΩ的上拉電阻，這樣，當(dāng)總線閑置時(shí)，其狀態(tài)為高電平。由于它們是主從結(jié)構(gòu)，只有主機(jī)呼叫傳感器時(shí)，傳感器才會(huì)應(yīng)答，因此主機(jī)訪問傳感器都必須嚴(yán)格遵循單總線序列，如果出現(xiàn)序列混亂，傳感器將不響應(yīng)主機(jī)。 </p><p>　　SDA用于微處理器與DHT21/AM2301之間的通訊和同步,采用單總線數(shù)據(jù)格式，一次傳送40位數(shù)據(jù)，高位先出。具體通信格式說明如表3-8

77、所示：</p><p>　　表3-8 DHT21/AM2301具體通信格式說明</p><p>　　用戶主機(jī)（MCU）發(fā)送一次起始信號(hào)（把數(shù)據(jù)總線SDA拉低至少800μs）后，DHT21/AM2301從休眠模式轉(zhuǎn)換到高速模式。待主機(jī)開始信號(hào)結(jié)束后， DHT21/AM2301發(fā)送響應(yīng)信號(hào)，從數(shù)據(jù)總線SDA串行送出40Bit 的數(shù)據(jù)，先發(fā)送字節(jié)的高位；發(fā)送的數(shù)據(jù)依次為濕度高位、濕度低位、溫度高

78、位、溫度低位、校驗(yàn)位，發(fā)送數(shù)據(jù)結(jié)束觸發(fā)一次信息采集，采集結(jié)束傳感器自動(dòng)轉(zhuǎn)入休眠模式，直到下一次通信來臨。詳細(xì)時(shí)序信號(hào)特性見表3-9。 </p><p>　　表3-9 DHT21/AM2301單總線信號(hào)特性</p><p>　　主機(jī)和傳感器之間的通信可通過如下三個(gè)步驟完成讀取數(shù)據(jù)。 </p><p>　　步驟一 ：DHT21/AM2301上電后要等待2S以越過不穩(wěn)定狀

79、態(tài)，在此期間讀取設(shè)備不能發(fā)送任何指令），測(cè)試環(huán)境溫濕度數(shù)據(jù)，并記錄數(shù)據(jù)，此后傳感器自動(dòng)轉(zhuǎn)入休眠狀態(tài)。DHT21/AM2301的SDA數(shù)據(jù)線由上拉電阻拉高一直保持高電平，此時(shí) DHT21/AM2301的SDA引腳處于輸入狀態(tài)，時(shí)刻檢測(cè)外部信號(hào)。 </p><p>　　步驟二: 微處理器的I/O設(shè)置為輸出，同時(shí)輸出低電平，且低電平保持時(shí)間不能小于800us，典型值是拉低1MS，然后微處理器的I/O設(shè)置為輸入狀態(tài)，釋

80、放總線，由于上拉電阻，微處理器的I/O即 DHT21/AM2301的SDA數(shù)據(jù)線也隨之變高，等主機(jī)釋放總線后， DHT21/AM2301發(fā)送響應(yīng)信號(hào)，即輸出80微秒的低電平作為應(yīng)答信號(hào)，緊接著輸出80微秒的高電平通知外設(shè)準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)，信號(hào)傳輸如圖3-8所示：</p><p>　　圖3-8 DHT21/AM2301單總線分解時(shí)序圖</p><p>　　步驟三: DHT21/AM2301發(fā)送完

81、響應(yīng)后，隨后由數(shù)據(jù)總線SDA連續(xù)串行輸出40位數(shù)據(jù)，微處理器根據(jù)I/O電平的變化接收40位數(shù)據(jù)。 </p><p>　　位數(shù)據(jù)“0”的格式為：50微秒的低電平加26-28微秒的高電平； </p><p>　　位數(shù)據(jù)“1”的格式為：50微秒的低電平加70微秒的高電平； </p><p>　　位數(shù)據(jù)“0”、位數(shù)據(jù)“1”格式信號(hào)如圖3-9所示：</p>&l

82、t;p>　　圖3-9 單總線分解時(shí)序圖</p><p>　　DHT21/AM2301 的數(shù)據(jù)總線SDA 輸出40 位數(shù)據(jù)后，繼續(xù)輸出低電平50微秒后轉(zhuǎn)為輸入狀態(tài)，由于上拉電阻隨之變?yōu)楦唠娖?。同時(shí) DHT21/AM2301 內(nèi)部重測(cè)環(huán)境溫濕度數(shù)據(jù)，并記錄數(shù)據(jù)，測(cè)試記錄結(jié)束，單片機(jī)自動(dòng)進(jìn)入休眠狀態(tài)。單片機(jī)只有收到主機(jī)的起始信號(hào)后，才重新喚醒傳感器，進(jìn)入工作狀態(tài)。</p><p><

83、b>　　3.2模塊功能介紹</b></p><p>　　3.2.1單片機(jī)基本外圍電路</p><p>　　該檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)是以STC89C54RD+單片機(jī)為核心部件，STC89C54RD+系列單片機(jī)是單時(shí)鐘/機(jī)器周期(1T)的兼容8051內(nèi)核單片機(jī)，是高速/低功耗的新一代 8051單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，但速度快8-12倍，內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路。擁

84、有4路 PWM，8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換。工作電壓：5.5V ～ 3.8V（5V 單片機(jī)），工作頻率范圍：0～35MHz，用戶應(yīng)用程序空間10K字節(jié)，E2PROM功能。</p><p>　　STC89C54RD+單片機(jī)的引腳排列及基本外圍電路如圖3-10所示[10]。</p><p>　　圖3-10 STC89C54RD+單片機(jī)的引腳排列及基本外圍電路圖</p><p&

85、gt;　　運(yùn)用STC89C54RD+單片機(jī)的輸入/輸出接口P1.4和P1.5定時(shí)采集溫度測(cè)量電路電壓信號(hào)和相對(duì)濕度測(cè)量電路輸出的頻率信號(hào)，并對(duì)濕度的頻率進(jìn)行線性化處理和溫度補(bǔ)償，從而獲得溫度和相對(duì)濕度數(shù)據(jù)，分別將這些數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中，然后再通過P1.0和P1.1口把芯片處理的數(shù)據(jù)送入顯示模塊電路進(jìn)行顯示。單片機(jī)通過模擬輸入口P1.3連接鍵盤，用戶可以通過鍵盤輸入實(shí)現(xiàn)人機(jī)交換。STC89C54RD+單片機(jī)的P3.0、P3.1口與RS

86、-232串行接口相連實(shí)現(xiàn)與PC機(jī)的串行通信。</p><p>　　STC89C54RD+單片機(jī)片內(nèi)的時(shí)鐘產(chǎn)生方式采用的是內(nèi)部時(shí)鐘方式，即在XLAT1和XLAT2兩個(gè)引腳間外接石英晶體和電容構(gòu)成一個(gè)自激振蕩器，從而向內(nèi)部時(shí)鐘電路提供振蕩時(shí)鐘。震蕩器的頻率主要取決于晶體的振蕩頻率，一般晶體可在1.2～12MHz之間任選。通過改變電容C1、C2的值進(jìn)行微調(diào)，通常取30pF左右。本設(shè)計(jì)中晶體的振蕩頻率取11.0592MH

87、z，電容的值取30pF。</p><p>　　51單片機(jī)采用高電平復(fù)位，即正常工作時(shí)復(fù)位引腳為低電平，按下復(fù)位鍵時(shí)，復(fù)位引腳為高電平。阻容復(fù)位的特點(diǎn)是成本低、連接方便。復(fù)位電路的基本功能是：系統(tǒng)上電時(shí)提供復(fù)位信號(hào)，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤銷復(fù)位信號(hào)。為可靠起見，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時(shí)才撤銷復(fù)位信號(hào)，以防電源開關(guān)或電源插頭分-合過程中引起的抖動(dòng)而影響復(fù)位。本設(shè)計(jì)中STC89C54RD+單片機(jī)的復(fù)位電路采用的是開關(guān)

88、復(fù)位電路，如圖2-1所示，開關(guān)未按下是上電復(fù)位電路，上電復(fù)位電路在上電的瞬間，由于電容上的電壓不能突變，電容處于充電（導(dǎo)通）狀態(tài)，故RST腳的電壓與VCC相同。隨著電容的充電，RST腳上的電壓才慢慢下降。選擇合理的充電常數(shù)，就能保證在開關(guān)按下時(shí)使RST端有兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平，從而使STC89C54RD+內(nèi)部復(fù)位。SW1按下時(shí)是按鍵手動(dòng)復(fù)位電路，RST端通過R1與VCC電源接通，提供足夠時(shí)間的復(fù)位電平，使單片機(jī)復(fù)位。</p&g

89、t;<p>　　3.2.2 顯示電路設(shè)計(jì)</p><p>　　顯示電路部分是由LCD1604芯片組成的實(shí)時(shí)溫濕度顯示的電路部分[13]。如圖3-11所示。LCD1604是一個(gè)四行每行16字的液晶顯示屏，D0-D7接P0口，RS、RW、E 接P3.5、P3.6、P3.7 起控制作用。LCD128×64 組成部分是用來顯示“溫度和濕度的控制與測(cè)量”的，其作用是讓人了解此實(shí)驗(yàn)的目的，作用不明顯，

90、這里不做重點(diǎn)介紹。</p><p>　　圖3-11 實(shí)時(shí)溫濕度顯示電路</p><p>　　3.2.3按鍵控制電路</p><p>　　圖3-12 按鍵控制電路</p><p>　　3.2.4 溫濕度采集電路</p><p>　　室內(nèi)外溫濕度傳感器的SDA腳分別接單片機(jī)的P2.3和P2.7端口，用來采集室內(nèi)外溫濕度信

91、息，并將采集到的數(shù)據(jù)傳送到單片機(jī)[1]。如圖3-13所示：</p><p>　　圖3-13 溫濕度采集電路</p><p>　　3.2.5 擋風(fēng)板電路 </p><p>　　步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元步進(jìn)電機(jī)件。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它

92、就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度，稱為“步距角”，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的。可以通過控制脈沖個(gè)數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。該步進(jìn)電機(jī)為一四相步進(jìn)電機(jī)，采用單極性直流電源供電。只要對(duì)步進(jìn)電機(jī)的各相繞組按合適的時(shí)序通電，就能使步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)轉(zhuǎn)動(dòng)。該四相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)工作原理示意圖如圖3-14所示。 </p><p

93、>　　圖3-14 四相步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)示意圖及實(shí)物圖</p><p>　　開始時(shí)，開關(guān)SB接通電源，SA、SC、SD斷開，B相磁極和轉(zhuǎn)子0、3號(hào)齒對(duì)齊，同時(shí)，轉(zhuǎn)子的1、4號(hào)齒就和C、D相 繞組磁極產(chǎn)生錯(cuò)齒，2、5號(hào)齒就和D、A相繞組磁極產(chǎn)生錯(cuò)齒。當(dāng)開關(guān)SC接通電源，SB、SA、SD斷開時(shí)，由于C相繞組的磁力線和1、4號(hào)齒之間磁力線的作用，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，1、4號(hào)齒和C相繞組的磁極對(duì)齊。而0、3號(hào)齒和A、B相繞組產(chǎn)生

94、錯(cuò)齒，2、5號(hào)齒就和A、D相繞組磁極產(chǎn)生錯(cuò)齒。依次類推，A、B、C、D四相繞組輪流供電，則轉(zhuǎn)子會(huì)沿著A、B、C、D方向轉(zhuǎn)動(dòng)。四相步進(jìn)電機(jī)按照通電順序的不同，可分為單四拍、雙四拍、八拍三種工作方式。單四拍與雙四拍的步距角相等，但單四拍的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩小。八拍工作方式的步距角是單四拍與雙四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持較高的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩又可以提高控制精度。</p><p>　　單四拍、雙四拍與八拍工作方式的電源通電時(shí)序

95、與波形分別如圖3-15中的a、b、c所示：</p><p>　　a單四拍 b雙四拍 c八拍</p><p>　　圖3-15 步進(jìn)電機(jī)工作時(shí)序波形圖</p><p>　　本設(shè)計(jì)通過控制步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向以及轉(zhuǎn)數(shù)來實(shí)現(xiàn)擋風(fēng)板的開啟和關(guān)閉功能。設(shè)計(jì)電路如圖3-16所示[3]：</p><p>　　圖3

96、-16 用步進(jìn)電機(jī)模擬擋風(fēng)板電路連接圖</p><p>　　3.2.6 風(fēng)機(jī)和空調(diào)繼電器電路</p><p>　　繼電器是一種電控制器件。它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路）之間的互動(dòng)關(guān)系。通常應(yīng)用于自動(dòng)化的控制電路中，它實(shí)際上是用小電流去控制大電流運(yùn)作的一種“自動(dòng)開關(guān)”。故在電路中起著自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。</p><p>　　

97、磁繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點(diǎn)簧片等組成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會(huì)流過一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會(huì)在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動(dòng)銜鐵的動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)（常開觸點(diǎn)）吸合。當(dāng)線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會(huì)在彈簧的反作用力返回原來的位置，使動(dòng)觸點(diǎn)與原來的靜觸點(diǎn)（常閉觸點(diǎn)）釋放。這樣吸合、釋放，從而達(dá)到了在電路中的導(dǎo)通、切斷的目的。對(duì)于繼電器的“常開、常閉”觸點(diǎn)，可以這樣來區(qū)

98、分：繼電器線圈未通電時(shí)處于斷開狀態(tài)的靜觸點(diǎn)，稱為“常開觸點(diǎn)”；處于接通狀態(tài)的靜觸點(diǎn)稱為“常閉觸點(diǎn)”。繼電器一般有兩股電路，為低壓控制電路和高壓工作電路。</p><p>　　其結(jié)構(gòu)原理圖如圖3-17所示：</p><p>　　圖3-17 小功率繼電器結(jié)構(gòu)原理圖</p><p>　　其中1、2是線圈，3是動(dòng)觸點(diǎn)，4是常閉觸點(diǎn)，5是常開觸點(diǎn)。</p>&l

99、t;p>　　電空調(diào)和風(fēng)機(jī)繼電器電路如圖3-18所示[9]：</p><p>　　圖3-18 空調(diào)和風(fēng)機(jī)繼電器電路</p><p><b>　　3.3 整體電路圖</b></p><p>　　基站節(jié)能裝置中測(cè)控模塊的整體電路設(shè)計(jì)如圖3-19所示：</p><p>　　圖3-19 基站節(jié)能裝置中測(cè)控模塊的整體電路設(shè)計(jì)&

100、lt;/p><p>　　第四章 軟件設(shè)計(jì)部分</p><p><b>　　4.1 軟件介紹</b></p><p>　　Keil C51是美國(guó)Keil Software公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語(yǔ)言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語(yǔ)言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而易學(xué)易用。Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫(kù)管理和

101、一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境（uVision）將這些部分組合在一起。運(yùn)行Keil軟件需要WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系統(tǒng)。如果你使用C語(yǔ)言編程，那么Keil幾乎就是你的不二之選，即使不使用C語(yǔ)言而僅用匯編語(yǔ)言編程，其方便易用的集成環(huán)境、強(qiáng)大的軟件仿真調(diào)試工具也會(huì)令你事半功倍。</p><p>　　Keil C51軟件提供豐富的庫(kù)函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)

102、試工具，全Windows界面。另外重要的一點(diǎn)，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會(huì)到Keil C51生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語(yǔ)句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級(jí)語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)。下面詳細(xì)介紹Keil C51開發(fā)系統(tǒng)各部分功能和使用。 </p><p>　　Keil C51單片機(jī)軟件開發(fā)系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)。C51工具包的整體結(jié)構(gòu)，uVision與Ishell分別是C51 for Win

103、dows和for Dos的集成開發(fā)環(huán)境(IDE)，可以完成編輯、編譯、連接、調(diào)試、仿真等整個(gè)開發(fā)流程。開發(fā)人員可用IDE本身或其它編輯器編輯C或匯編源文件。然后分別由C51及C51編譯器編譯生成目標(biāo)文件(.OBJ)。目標(biāo)文件可由LIB51創(chuàng)建生成庫(kù)文件，也可以與庫(kù)文件一起經(jīng)L51連接定位生成絕對(duì)目標(biāo)文件(.ABS)。ABS文件由OH51轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的Hex文件，以供調(diào)試器dScope51或tScope51使用進(jìn)行源代碼級(jí)調(diào)試，也可由仿真器

104、使用直接對(duì)目標(biāo)板進(jìn)行調(diào)試，也可以直接寫入程序存貯器如EPROM中。</p><p>　　優(yōu)點(diǎn)：1.Keil C51生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語(yǔ)句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級(jí)語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)。2.與匯編相比，C語(yǔ)言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而易學(xué)易用。用過匯編語(yǔ)言后再使用C來開發(fā)，體會(huì)更加深刻。 Keil C51軟件提供豐富的庫(kù)函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工

105、具，全Windows界面。Keil uvision4 編輯界面如圖4-1所示：</p><p>　　圖4-1 Keil uvision4 編輯界面圖</p><p><b>　　4.2主程序流程圖</b></p><p>　　該設(shè)計(jì)的主程序流程框圖如圖4-2所示</p><p>　　4.3 節(jié)能控制程序流程框圖</

106、p><p>　　該設(shè)計(jì)的主程序流程框圖如圖4-3所示</p><p>　　4.4 溫濕度采集流程圖</p><p>　　DHT21/AM2301 傳感器讀單總線的流程圖示意圖如圖4-4所示。</p><p>　　4.5 LCD顯示框圖</p><p>　　LCD顯示流程圖如圖4-5所示：</p><p&

107、gt;<b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　在設(shè)計(jì)中，主要是以STC89C54RD+單片機(jī)為核心，對(duì)溫度和濕度的檢測(cè)與控制智能化進(jìn)行了簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)與闡述。對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)的溫濕度檢測(cè)控制原理與結(jié)構(gòu)進(jìn)行了論述。本次設(shè)計(jì)可以說是軟硬結(jié)合，又以硬件為主，軟件程序?yàn)檩o。給出了檢測(cè)系統(tǒng)與控制系統(tǒng)的各部分電路以及相對(duì)應(yīng)的程序。采用模塊化、層次化設(shè)計(jì)。用新型的智能集成溫溫度傳感器DHT21/AM230

108、1主要實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度、濕度的檢測(cè)，將溫度濕度信號(hào)通過傳感器進(jìn)行信號(hào)的采集并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，再運(yùn)用單片機(jī)STC89C54RD+進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析和處理，為顯示和報(bào)警電路提供信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫濕度的控制報(bào)警。報(bào)警系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定報(bào)警的上下限值實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能，顯示部分采用字符型LCD1602液晶顯示所測(cè)溫濕度值。實(shí)驗(yàn)證明該設(shè)計(jì)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)環(huán)境溫濕度精確控制，達(dá)到了相應(yīng)的效果，系統(tǒng)電路簡(jiǎn)單、集成度高、工作穩(wěn)定、調(diào)試方便、檢測(cè)精度高，具有一定的實(shí)用價(jià)值。</

109、p><p>　　單片機(jī)的應(yīng)用如今已經(jīng)在工業(yè)、電子等方方面面展示出了它的優(yōu)越性，利用單片機(jī)在設(shè)計(jì)電路逐漸成了趨勢(shì)，它與外圍的簡(jiǎn)單電路再加上優(yōu)化程序就可以構(gòu)建任意的產(chǎn)品，使得本設(shè)計(jì)成為現(xiàn)實(shí)。隨著單片機(jī)的日益發(fā)展，它必將在未來顯示出更大的活力，為電子設(shè)計(jì)增加更多精彩。 </p><p>　　在設(shè)計(jì)過程中，由于時(shí)間和本人能力的限制，設(shè)計(jì)中存在一些需要改進(jìn)和優(yōu)化的地方。測(cè)量精度有待進(jìn)一步提高，軟件設(shè)計(jì)也

110、存在不合理之處。但從設(shè)計(jì)過程中，對(duì)于單片機(jī)有更進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)，對(duì)用于單片機(jī)仿真的軟件操作能力也明顯提高，通過此設(shè)計(jì)，本人受益頗豐。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　此次畢業(yè)設(shè)計(jì)是在我的導(dǎo)師xx老師的精心指導(dǎo)及全力支持下完成的。本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)成功與xx老師的幫助是密不可分的，再加上自身的努力才能圓滿地完成預(yù)期的目標(biāo)。xx老師對(duì)知識(shí)，事物有自己

111、獨(dú)到的理解，這深深的影響了我對(duì)學(xué)習(xí)的態(tài)度，將使我終生難忘。他一絲不茍的工作態(tài)度和認(rèn)真負(fù)責(zé)的敬業(yè)精神同樣給了我巨大的收益和鼓舞。這些都將使我受益匪淺。xx老師平日里工作繁多，但我做畢業(yè)設(shè)計(jì)的每個(gè)階段，從選題到查閱資料，論文提綱的確定，中期論文的修改，后期論文格式調(diào)整等各個(gè)環(huán)節(jié)中都給予了我悉心的指導(dǎo)。同時(shí)還要感謝在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)期間和我密切合作的同學(xué)，和曾經(jīng)在各個(gè)方面給予過我?guī)椭幕锇閭儯诖?，我再一次真誠(chéng)地向幫助過我的老師和同學(xué)表示感謝！&