仓库温湿度检测系统优秀毕业论文

1、题目:仓库温湿度检测系统的设计摘要温度和湿度是影响货物储存质量的重要因素。本课题设计了一种基于单片机的绿色食品除湿干燥智能控制系统，实现了对食品温度和湿度的实时检测，使管理者可以实时监控食品的温度和湿度，以确定合适的温湿度指标进行储藏。本文以AT89S52单片机为控制核心，DHT11温湿度传感器和1602字符液晶显示模块构成温湿度采集和实时显示系统，实现了对被测对象温湿度的精确测量和自动控制。该系统由上位机和下位机组成。下位机主要对食物的温度和湿度进行采集和处理，传输到1602 LCD，并做出判断，实现超限报警。同时，下位机通过RS232总线将温湿度数据传输给上位机，上位机可以实时显示当前的温

2、湿度值。实验结果表明，该系统电路简单、运行稳定、集成度高、调试方便、测试精度高，具有一定的实用价值。关键词:温湿度AT89S52 RS232单片机自动控制目录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _RefHeading_Toc296099820 摘要I HYPERLINK l _RefHeading_Toc296099821 目录II HYPERLINK l _RefHeading_Toc296099822 1绪论1 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296099823 1.1 背景与意义1 HYPERLINK l _RefHeading_Toc2960

3、99824 1.2国外发展现状1 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296099825 1.2.1温度测量方面1 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296099826 1.2.2湿度测量方面3 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296099827 1.3温度、湿度检测技术的发展趋势3 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296099828 2温湿度测量系统方案设计5 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296099829 2.1系统总体设计5 HYPERLINK l _RefHeading_Toc2

4、96099830 2.2系统的整体构架5 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296099831 2.3系统方案的论证与选择5 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296099832 2.3.1单片机的选择5 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296099833 2.3.2显示器的选择6 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296099834 2.3.3传感器的选择7 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296099835 2.3.4键盘模块的选择7 HYPERLINK l _RefHeading_To

5、c296099836 2.3.5报警模块的选择8 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296099837 3系统硬件设计9 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296099838 3.1主控模块9 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296099839 3.1.1单片机AT89S52简介9 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296099840 3.1.2 AT89S52的标准功能9 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296099841 3.1.3单片机AT89S52最小系统10 HYPERLINK l

6、 _RefHeading_Toc296099842 3.1.4单片机的控制接口11 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296099843 3.2显示模块11 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296099844 3.2.1 1602液晶简介12 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296099845 3.2.2 1602液晶显示特性12 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296099846 3.2.3 1602液晶物理特性12 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296099847 3.2.4 16

7、02液晶管脚功能12 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296099848 3.2.5 1602液晶字符集13 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296099849 3.2.6 1602液晶与AT89S52接口电路14 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296099850 3.3温湿度采集模块14 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296099851 3.3.1 DHT11温湿度传感器简介14 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296099852 3.3.2 DHT11引脚与接口15 HYPER

8、LINK l _RefHeading_Toc296099853 3.4键盘模块15 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296099854 3.4.1键盘控制电路15 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296099855 3.4.2各功能键作用分配16 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296099856 3.5报警模块17 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296099857 3.5.1报警电路接口17 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296099858 3.5.2蜂鸣器工作原理17 HYPE

9、RLINK l _RefHeading_Toc296099859 3.6串口通信模块17 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296099860 3.6.1 RS-232C简介18 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296099861 3.6.2 MAX232简介19 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296099862 3.6.3 74HC573简介20 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296099863 3.7小结21 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296099864 4系统软件设计22

10、 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296099865 4.1主程序设计22 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296099866 4.2温湿度采集子程序设计24 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296099867 4.3液晶显示子程序设计24 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296099868 4.4键盘扫描软件设计25 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296099869 4.4.1键盘扫描功能26 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296099870 4.4.2键盘

11、扫描工作原理26 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296099871 4.4.3键盘扫描流程图27 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296099872 4.5串行通信模块27 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296099873 4.6小结28 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296099874 结论29 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296099875 辞30 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296099876 参考文献31第一章绪论1.1背景和意义防潮、防霉、

12、防腐、防爆是日常食品储存的重要内容，是衡量食品储存质量的重要指标，直接影响储存物料的使用寿命和工作可靠性。为了保证日常工作的顺利进行，首要的问题是加强对物品温湿度的监控。而传统的方法是使用温湿度计、双金属计、湿度试纸等检测设备，对不符合温湿度要求的食品进行人工检测和通风干燥。这种人工测试方法费时、费力、效率低，而且温湿度误差大，随机性大。因此，我们需要一种成本低、使用方便、精度高的温湿度测量控制器。1.2国外发展现状目前，温湿度检测技术和货物智能除湿干燥系统的研究具有温湿度检测、超温报警、自动生成各种报表、自动存储历史数据、自动生成温湿度变化曲线等功能。，仓库管理员可以使用它进行查询和分析。温

13、度测量温度是一个重要的物理量，检测方法很多，如电阻式、热电偶式、PN结式温度传感器1、应时谐振式温度传感器和光传感器等。，这些都是基于温度的变化。目前，国外在超高精度温度测量中，大多采用标准铂电阻温度传感器。如美国(NSIT)国家实验室使用标准铂电阻温度传感器对纳米测试装置的工作腔进行测试，其测试精度为0.0017，8。在国内，清华大学采用石英晶体传感器作为测温元件，将温度变化的模拟量转换成应时晶体振荡频率的数字量。通过测量频率，可以计算出温度值，它可以测量0.001的温度变化。湿度测量近年来，国外在湿度传感器的研发方面取得了很大进展。湿度传感器正从简单的湿度传感器向集成化、智能化、多参数检测

14、方向快速发展，将湿度测量技术提高到一个新的水平9。湿度传感器种类繁多，大致可分为三类:电解质湿度传感器、半导体陶瓷湿度传感器和有机聚合物湿度传感器10。(1)电解质型湿度传感器，如氯湿度传感器，灵敏度高，但在高湿度环境下容易产生溶液，从而影响原装，缩短使用寿命。(2)半导体瓷湿度传感器，如铬酸镁二恶英湿度传感器，钒酸貉二恶英湿度传感器。他们主要是利用陶瓷烧结体微晶表面吸湿除湿过程中电极间电阻的变化来检测相对湿度。这种传感器适用于高温高湿领域。(3)高分子材料制成的湿度传感器，如聚乙烯醇、醋酸纤维素、聚胺等材料，响应速度快，精度高，但抗老化、抗污染能力不如陶瓷传感器。目前日本、德国、美国处于世界

15、领先地位，测量范围可实现全湿度测量，精度可达2%RH。我国湿度传感器的研究和生产始于20世纪80年代，研究单位多于生产厂家，大多从事电解质、陶瓷和聚合物传感器的研发。1.3温湿度检测技术的发展趋势温度传感器种类繁多，测量范围很广，从几千度到绝对零度都有。但是，在测量精度、稳定性和抗干扰方面还存在很多问题。比如铂电阻温度计，虽然测量宽度宽，精度高，但抗振能力差；热敏电阻温度计灵敏度高、体积小、响应速度快但稳定性差；热电偶温度传感器的缺点是灵敏度低。因此，进一步完善敏感元件的制造工艺和结构，充分利用微加工技术发展数字化、集成化、自动化的温度传感器，探索新的敏感机理，寻求新的温度敏感元件，是温度传感

16、器的发展方向之一11。湿度传感器已经广泛应用于工业、农业、医疗、气象和日常生活中，特别是随着科学技术的发展，人们越来越重视湿度的检测和控制，并进行了大量的研究。一般来说，理想的湿度传感器的特性应该是:适用于较宽的温度和湿度，测量精度要高；使用寿命长，稳定性好:响应快，滞后小，重现性好；灵敏度高，线性好，温度系数小；制造工艺简单，易于批量生产；转换电路简单，成本低；耐腐蚀性、耐低温和耐高温等12。湿度传感器正从简单的湿度传感器向集成化、智能化、多参数检测方向快速发展，为开发新一代湿度测控系统创造了有利条件，将湿度测量技术提高到一个新的水平。第二章温湿度测量系统方案设计2.1总体系统设计温湿度测量

17、系统的设计主要是基于单片机对数字信号的高灵敏度和可控性，温湿度传感器可以产生模拟信号。该系统主要包括主控模块、温湿度采集模块、显示模块、报警模块、键盘模块和系统软件的设计。2.2系统的总体框架该系统以美国Atmel公司生产的AT89S52单片机13为控制核心，对温湿度传感器采集的温湿度数字信号进行分析处理，然后输出到LCD显示温湿度值。设计可以通过键盘手动设置温度/湿度的上下限，也就是系统阈值。温湿度传感器将检测值传送给单片机。通过分析比较，当检测值超过阈值时，驱动蜂鸣器报警，以便管理人员及时切断电源，实现对系统的保护。硬件结构框图见图2-1。2.3系统方案的论证和选择2.3.1单片机的选择M

18、CU是整个系统的控制核心14，其空值与周围的器件协调完成特定的功能。方案一:采用AT89C51单片机。AT89C51是一种低电压、高性能的CMOS8位微处理器，由美国ATMEL公司生产，内含4K字节flash可编程可擦只读存储器。该器件采用ATMEL高密度非易失性存储器制造技术制造，兼容工业标准MCS-51指令集和输出引脚。由于多功能的8位CPU和flash存储器结合在一个芯片上，ATMEL的AT89C51是一个高效的微控制器，它为许多嵌入式控制系统提供了一个灵活而廉价的方案。AT89C51不支持ISP(在线更新程序)功能，完成一个指令周期需要4个时钟周期，处理速度较慢，适用于对时效性要求不高

19、的系统。方案二:采用AT89S52。AT89S52是美国Atmel公司生产的低功耗高性能CMOS8位微控制器。拥有8K在系统可编程闪存，采用的技术是Atmel公司的高密度非易失性存储器技术。片上Flash允许程序存储器在系统中可编程，也适用于常规程序员；AT89S52在单芯片上，配合智能8位CPU和在系统可编程Flash，为众多嵌入式控制应用系统提供高度灵活、超级有效的解决方案，具有价格低廉、性能可靠、抗干扰能力强的特点。综合本系统需要满足的技术指标和硬件设计的性价比，我们选择方案二。AT89S52AT89S52单片机数字温湿度传感器矩阵键盘TTL232转换电路MAX232上位机液晶显示器报警

20、图2-1仓库温湿度检测系统硬件结构框图2.3.2选择监视器方案一:采用LED数码管。系统采用动态显示方式驱动六个数码管工作，其中四个数码管用于显示温度值，两个用于显示检测到的湿度值。74LS138的输入用于选择位码，单片机的P1口控制数码管的密码破译。如果检测到的温度和湿度发生变化，数码管也会相应变化，可以实时显示。LED数码管因其亮度高、工作电压低、功耗低、小型化、寿命长、耐冲击、性能稳定等优点而得到广泛应用，但制造相对复杂，价格昂贵。方案二:采用1602液晶屏。液晶显示的原理是利用液晶的物理特性，通过电压来控制其显示区域。有电就会有显示，这样就可以显示图形。液晶显示器具有厚度薄、适合大规模

21、集成电路直接驱动、易于实现全彩显示等特点。目前，它已广泛应用于便携式电脑、数码相机、PDA移动通讯工具等诸多领域。相对而言，液晶显示器具有显示质量高、体积小、功耗低的特点，并且其电路设计简单，操作更加方便。因此，我们选择方案二。传感器的选择传感器是实现测量和控制的第一步，是检测系统的关键部件。方案一:采用热电阻温度传感器和HOS-201湿度传感器。热电阻是利用导体的电阻随温度变化的特性制成的温度测量元件。目前广泛使用的热电阻有铂、铜、镍等。其主要特点是精度高，测量周长大，便于远距离测量。铂的物理化学性质非常稳定，抗氧化性强，易提纯，重现性好，工业化性好，电阻率高。因此，铂电阻用于工业检测中的高

22、精度温度测量和温度标准。缺点是价格高，温度系数低，磁场影响大，还原介质易污染，易脆。与铂电阻相比，铜电阻的温度系数更大，价格更低，易于提纯加工。但是，它的电阻率小，在腐蚀性介质中的稳定性差。工业上用于-50到180的温度测量。HOS-201湿度传感器是一种高湿度开关传感器。其工作电压为1V AC以下，频率为50 Hz 1 kHz，测量湿度范围为0 100% RH，工作温度范围为0 50，在75%RH(25)下阻抗为1m。这种传感器本来是作为开关传感器使用的，不能在宽频带内检测湿度。因此，它主要用于判断湿度水平高于或低于规定值。然而，这种传感器只有在一定范围内使用时才具有良好的线性度，从而可以有

23、效地利用其线性度。而且不满足本设计系统中-30 50的要求。方案二:采用DHT11温湿度传感器。DHT11数字温湿度传感器是一种带校准数字信号输出的温湿度复合传感器。它采用特殊的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有高可靠性和优异的长期稳定性。传感器包括电阻式湿度传感器和NTC温度传感器，并与高性能8位单片机相连。因此，该产品具有品质卓越、响应超快、抗干扰能力强、性价比高等优点。综上所述，我们选择方案2作为本系统的温湿度传感器。键盘模块的选择方案一:采用独立键盘。独立键盘，即直接由I/O口线组成的单键电路。每个独立键独立占用一条I/O口线，互不影响；独立按键接口灵活，结构简单，但每个按

24、键必须占用一个I/O口线，所以在按键数量较少时采用这种结构。选择2:使用矩阵键盘。矩阵键盘通常由排列成矩阵的行和列的许多键组成。行列交叉处有一个键，一共16个键。通常，行列式键盘电路通常在按键较多或输入接口资源紧张的情况下使用。在本系统中，我们选择了方案二中的16键矩阵键盘。2.3.5报警模块选择方案一:采用语音芯片ISD1420。ISD1420是美国ISD公司生产的高质量单片语音录放电路。它由振荡器、语音存储单元、前置放大器、自动增益控制电路、抗干扰滤波器和输出放大器组成。芯片具有分段记录功能，工作电压范围为4.5v-5.5v，采用直接电平/边沿存储技术，省去了A/D和D/A转换。它集成了一

25、个大容量的EEPROM，因此不再需要扩展存储器，方便与单片机连接。ISD1420的地址模式必须精确计算录音时间和地址单位之间的转换，以确定每段语音的起始地址。除非用ISD公司生产的ISD1425高级语音编程复印机自动分段录音并读出地址，否则用起来还是很麻烦的。虽然操作方式上不需要担心语音地址的问题，但是在多段录放上的操作略显繁琐，使用起来也不是很方便，因为需要多个管脚才能完成一个功能。而且ISD1420又贵又稀缺。虽然功能强大，但并不是最佳选择。方案二:使用压电蜂鸣器。蜂鸣器是一种集成结构的电子发声器，由DC电压供电，广泛应用于电脑、报警器、电子玩具、汽车电子设备、定时器等电子产品中作为发声装

26、置。压电蜂鸣器主要由多谐振荡器、压电蜂鸣器、阻抗匹配器、谐振盒、外壳等组成。，有的压电式蜂鸣器外壳还装有发光二极管。多谐振荡器由晶体管或集成电路组成。接通电源(1.515V DC工作电压)，多谐振荡器振动，输出1.52.5kHZ的音频信号，阻抗匹配器推动压电蜂鸣器发声。所以这款产品电路设计简单，操作更方便，性价比高。综上所述，本设计选择方案二作为本系统的报警模块。3系统硬件设计设计的硬件系统主要由主控模块、显示模块、温湿度采集模块、串行通信模块、键盘模块和报警模块组成。硬件设计如仓库温湿度检测系统总体原理图所示(附录图1)。3.1主控制模块该系统的主控模块采用美国Atmel公司生产的AT89S

27、52单片机作为控制核心。通过DHT11温湿度传感器专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，将采集到的温湿度数字信号输出到1602LCD显示器显示其温湿度值。该设计可以手动设置温度/湿度的上限和下限。如果其中一项与设定值不一致，即温度/湿度过高或过低，系统会发出蜂鸣器报警，并自动启动空调设备进行除湿干燥，实现系统的智能化。3.1.1单片机AT89S52介绍AT89S52是一款低功耗、高性能的CMOS8位微控制器。拥有8K在系统可编程闪存，采用的技术是Atmel的高密度非易失性存储器技术。片上Flash允许程序存储器在系统中可编程，也适用于常规程序员；AT89S52在单芯片上，配合智能8位CPU和

28、在系统可编程Flash，为众多嵌入式控制应用系统提供高度灵活有效的解决方案，具有价格低廉、性能可靠、抗干扰能力强的特点。AT89S52的标准功能AT89S52具有8k字节的Flash，256字节的RAM，32位I/O端口线，看门狗定时器，两个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行端口，片内晶体振荡器和时钟电路。此外，AT89S52可以简化为0Hz静态逻辑运行，并且可以支持两种软件选择省电模式。在空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口和中断继续工作。掉电保护模式下，节省RAM容量，振荡器冻结，单片机所有工作停止，直到下一次中断或硬件复位。3.

29、1.3单片机AT89S52的最小系统图3-1 at89s 52最小系统原理图AT89S52引脚功能描述:VCC:电力供应GND:接地P0端口:P0端口是一个双向I/O端口，具有8位开漏。作为输出端口，每个位可以驱动8个TTL逻辑电平。向P0端口写入“1”时，该引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时，P0端口也用作低8位的地址/数据多路复用。在这种模式下，P0有一个上拉电阻。在flash编程中，端口P0也用于接收指令字节；在程序验证期间，输出指令字节。在程序验证期间，需要外部上拉电阻。P1端口:P1端口是一个带有上拉电阻的8位双向I/O端口，P1输出缓冲器可以驱动4个TTL逻辑电平。当

30、“1”被写入P1端口时，上拉电阻将端口拉高，此时它可以用作输入端口。当用作输入时，由于部分电阻，被外部拉低的引脚将输出电流(IIL)。此外，P1.0和P1.2分别用作定时器/计数器2的外部计数输入(P1.0/T2)和触发输入(P1.1/T2EX)，如下表所示。在闪存编程和验证期间，P1端口接收低8位的地址字节。P2端口:P2端口是一个8位双向I/O端口，带上拉电阻，P2输出缓冲器可以驱动4个TTL逻辑电平。当“1”写入P2端口时，顶部的上拉电阻会将端口拉高，此时可以作为输入端口使用。当用作输入时，由于部分电阻，被外部拉低的引脚将输出电流(IIL)。当使用16位地址访问外部程序存储器或读取外部数

31、据存储器时(例如，执行MOVXDPTR)，P2端口发送高8位地址。在此应用中，P2港使用强上拉来发送1。当使用8位地址(如MOVXRI)访问外部数据存储器时，P2端口输出P2锁存器的内容。在闪存编程和验证期间，P2端口还接收高8位地址字节和一些控制信号。P3端口:P3端口是一个带有上拉电阻的8位双向I/O端口，P2输出缓冲器可以驱动4个TTL逻辑电平。当“1”被写入P3端口时，上拉电阻将端口拉高，此时它可以用作输入端口。用作输入时，输出电流(IIL)在flash中由引脚编程和验证，由于器件的电阻，引脚被外部拉低，P3端口也接收一些控制信号。RST:重置输入。当晶体振荡器工作时，RST引脚的高电

32、平持续2个机器周期将复位单片机。看门狗计时完成后，RST引脚输出96个晶振周期的高电平。专用寄存器AUXR(地址8EH)中的DISRTO位可以禁用此功能。在DISRTO默认状态下，复位高电平有效。EA/VPP:访问外部程序存储器的控制信号。要从外部程序存储器0000H到FFFFH读取指令，EA必须连接到GND。为了执行程序指令，EA应该连接到VCC。在闪存编程期间，EA也接收12 V VPP电压。XTAL1:振荡器反相放大器和时钟产生电路的输入。XTAL2:振荡器反相放大器的输出。3.1.4单片机控制接口AT89S52单片机是系统的控制核心，P0口控制1602液晶显示温湿度。P1口用于键盘控制

33、，其中P1.0为温度的设定，P1.1为湿度的设定，分别设定温度和湿度的上限和下限。P2.0是DHT11温湿度传感器的连接端口。具体接线见温湿度控制系统总体原理图(附录图1)。3.2显示模块液晶显示器具有许多其他显示器无法比拟的优点，如功耗低、体积小、重量轻、超薄等。近年来，广泛应用于单片机控制的智能仪器、仪表和小功率电子产品中。单片机可以通过数据总线和控制信号以存储器访问和I/O设备访问的形式直接控制液晶显示模块。本设计采用1602液晶屏。液晶显示器的原理是利用液晶显示器的物理特性，通过电压来控制其显示区域，通电后可以显示图形和字符。在这种设计中，应用1602易于显示并且稳定地工作。3 . 2

34、 . 1 1602液晶的介绍602字符液晶显示器是一种工业字符液晶显示器，可同时显示162个字符(16列2行)。注:为方便表示，1表示高水平，0表示低水平。1602液晶显示特性(1)单5V电源电压，功耗低，寿命长，可靠性高；(2)设置192个字符(160个57点阵字符和32个510字符)；(3)64字节自定义字符RAM，可自定义8个58点阵字符；(4)显示方式:STN、半透明、正显示；(5)驱动方式:1/16占空比，1/5偏置；(6)透视方向:6点钟方向；(7)背光模式:底部LED；(8)通讯方式:4位或8位并口可选；(9)标准接口特性适用于MC51和M6800系列微处理器的操作顺序。液晶的物

35、理特性外形尺寸803614毫米可见周长64.6英寸(宽)16.0英寸(高)显示容量16个字符，两行点大小0.550.75毫米点间距0.08毫米表3-1 1602液晶的物理性质1602 LCD引脚功能602字液晶通常有14针或16针液晶。多出来的两条线是背光电源线VCC(15针)和地线GND(16针)，它们的控制原理和14针LCD完全一样。插脚数标志功能一个虚存系统地面(GND)2电源电压电源电压(+5V)三V0LED驱动电压(可调)四标准英语寄存器选择输入端子输入MPU选择模块的寄存器类型信号。RS=0，MPU写模块时指向指令寄存器；MPU读取模块时，指向地址计数器；RS=1，无论MPU是读还

36、是写，都指向数据寄存器。五读写读写控制输入用于输入MPU选择读写模块的操作信号。当R/W=0时读取，当R/W=1时写入。六E使能信号输入端输入MPU读写模块操作使能信号。读的时候，高电平有效；写入时，下降沿有效。七DB04位三态，0位至数据总线(最低位)八DB1低位三态双向数据总线1位九DB2低位三态双向数据总线2位10DB3低位三态双向数据总线3位11DB4高位三态双向数据总线4位12DB55位高位三态双向数据总线13DB65位高位三态双向数据总线14DB7高位三态双向数据总线7位(最高位)15A背光正极+5V16K背光电源负端0V表3-21602 LCD引脚功能1602 LCD字符集602

37、 LCD模块的字符生成存储器存储160种不同的点阵字符模式，包括阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用符号、日文假名等。每个字符都有固定的代码，字符和字母兼容ASCII码。例如，大写英文字母“A”的代码是01000001B(41H)。显示时，模块显示地址41H中的点阵字符，我们可以看到字母“A”。3 . 2 . 6 1602液晶与AT89S52的接口电路图3-2 1602液晶显示器与单片机接口电路图3.3温度和湿度采集模块与传统的模拟温湿度传感器相比，结合硬件设计要求，本设计采用DHT11数字温湿度传感器。3 . 3 . 1 DHT 11温湿度传感器介绍DHT11数字温湿度传感器是一种带校准数字信

38、号输出的温湿度复合传感器。它采用特殊的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有高可靠性和优异的长期稳定性。DHT11传感器包括电阻式湿度传感器和NTC温度传感器，并与高性能8位微控制器相连。因此，该产品具有品质卓越、反应超快、抗干扰能力强、性价比高等优点。每个DHT11传感器都在极其精确的湿度校准室中进行校准。校准系数以程序的形式存储在OTP(一次性可编程)存储器中，传感器部分将在处理检测信号期间调用这些校准系数。单线串行接口使系统集成简单快速。超小体积，极低功耗，信号传输距离可达20多米，产品为4针单排引脚封装，连接简单方便，是各种应用的最佳选择。引脚和接口图3-3 DHT 11引脚和

39、接口示意图别针名字给作注解一个电源电压3-5.5v DC电源2数据串行数据，单总线三网络计算机空脚，请挂机。四地线接地、负电源表3-3DHT11引脚功能表3.4键盘模块键盘分为独立键盘和矩阵键盘。在本次设计中，由于按键较多，选择了矩阵式键盘。键盘控制电路本系统中键盘的作用是实现人机交互，可以通过键盘设置温度/湿度的上下限。键盘控制电路如下图所示:图3-4键盘控制电路3.4.2各功能键的功能分配(1)开/关键:主要控制硬件系统的开/关。(2)数字设定键:S0和S1分别是温度1+和温度1-，用来设定温度的下限；S2和S3分别是湿度1+和湿度1-，用来设定湿度的下限；S4和S5分别是温度2+和温度2

40、-，用来设置温度的上限；S6和S7分别是湿度2+和湿度2-，用于设定湿度上限。当传感器采集的某个温湿度值超过设定的区间，即温度/湿度过高或过低时，系统会发出蜂鸣报警，并启动空调系统。(3)复位键:在温湿度测量过程中，如果需要中断运行测试状态，按下复位键，系统将重新初始化。另外，在设置仓库允许的温度和湿度的上下限时，如果不小心操作失误，想重新输入，也可以按复位键进行修改。(4) On报警键:SE为On报警键，当温度/湿度值超过设定值时，按下该键可取消报警。(5) Off报警键:SF为Off报警键，用于关闭蜂鸣器报警。3.5报警模块该系统采用蜂鸣器作为报警装置。蜂鸣器是一种集成结构的电子发声器，由

41、DC电压供电。它广泛用作电子产品的发电机，如电脑、打印机、复印机、电子玩具、报警器等。在单片机应用程序的设计中，蜂鸣器的使用有很多方案，大多是用来提示或报警的，比如按下一个键，开始工作，结束工作或故障等。报警电路接口图3-5三极管驱动的蜂鸣报警电路3.5.2蜂鸣器的工作原理本设计采用峰值声音报警电路，其工作过程是传感器采集的数据经单片机处理后，再与该参数的上下限给定值进行比较。高于上限(或低于下限)会报警，否则显示为采样正常值。在该系统中，峰值蜂鸣器报警接口电路的设计采用压电式蜂鸣器，由驱动器通过AT89S52的一条端口线驱动。电动蜂鸣器需要10mA左右的驱动电流，可以用晶体管驱动，如上图3-

42、5所示。在图中，P2.7连接到晶体管的基极输入。当P2.7输出高电平“1”时，晶体管导通，压电蜂鸣器两端得到+5V左右的电压和声音；当P2.7输出低电平“0”时，三极管关断，蜂鸣器停止鸣响。3.6串行通信模块为了进一步处理采集到的数据，需要将单片机采集到的温湿度数据传输到上位机，并将单片机的RXD和TXD接口连接到RS232串口，以接收或发送数据和指令。但是单片机的TTL电平与RS232不兼容，所以用MAX232进行电平转换。AT89S52具有串行通信接口(SCI)，是一种全双工异步系统，可以与CRT终端、计算机等外设进行通信。该系统采用RS-232C。接口为MAX232，可以实现TTL电平和

43、RS-232C接口电平的转换，即可以将5V电平表示“1”和0V电平表示“0”的逻辑转换为-315V电平表示“1”和+315V电平表示“0”的逻辑，从而解决了PC机串口为RS-232的问题。因此，PC机与AT89S52单片机之间的串行通信可以顺利进行。3 . 6 . 1 RS-232 c的介绍在单片机的通信中，说到串行通信，就必须涉及到RS-232C。RS-232C总线标准是由美国EIA(电子工业联合会)和贝尔公司开发的通信协议，于1969年发布。它是DTE和DCE之间广泛使用的外部总线接口。RS是英文“推荐标准”的缩写，232是标志号，C表示修订次数。RS232C定义了数据终端设备(DTE)和

44、数据通信设备(DCE)之间的物理接口标准。接口标准包括机械特性、功能特性和电气特性。电气特性中采用负逻辑电平，规定逻辑0电平为+5V-+15V，逻辑1电平为-15V-5V 15，也就是常说的RS232电平。而单片机的输出是TTL或COMS电平。我们知道，TTL/COMS电平规定逻辑0电平为0V，逻辑1电平为+5V。显然，PC机与单片机通讯时，其接口不能直接连接，必须经过电平转换，否则会损坏设备。当微机配有RS-232接口时，不仅可以连接多种仪器和外设，还可以进行两台微机之间的短距离和远距离通信。该总线具有以下优点:(1)串口通信成本低，通用性强，符合RS-232标准的串口成为PC的标准配置；(

45、2)通过总线接口，微机可以控制各种测量仪器，组成自动测试系统；(3)扩大了微型计算机的应用领域，增强了个人计算机的功能；(5)现代信息处理系统要求电子测量、通信和微机有机结合，即信息由测量仪器采集和检测，由通信网络传输，由计算机处理和控制；(6)6)RS-232 c的信号连接非常灵活。通过适当调整信号线，可以通过MODEM进行远程传输，也可以直接连接进行短距离传输。也就是说，它可以连接成主从DTE-DCE模式，或者两台微机可以连接成等效模式。RS-232C总线可分为四类信号线，即数据总线、控制总线、定时总线和信号地。数据线:数据传输是串行的，可以工作在全双工或半双工状态。总线:该总线由发送控制

46、信号、接收控制信号和设备状态信号组成，发送控制信号包括RTS和CTS；接收的控制信号包括DDC、信号质量检测器和响铃指。定时:这个信号是数据位的中心，不对外提供；地线:RS-232C采用负逻辑工作，即逻辑“L”的电平为-5V-15V，逻辑“0”的电平为+5V-15V。RS-232C总线以异步串口的方式工作，异步串行通信有异步和串行两种特点。串行意味着发送方和接收方之间的数据信息在单条数据线上一次传输一位。所谓异步，就是同一个数据字符的时序和顺序是严格的，相邻两个数据字符之间的停顿时间可以长短不一。3 . 6 . 2 MAX 232的介绍本系统采用MAXIM公司生产的MAX232接口芯片，是MA

47、XIM公司专门为PC的RS2232标准串口设计的电平转换电路。MAX232芯片兼容TTL/COMS电平。它有两个发射器和两个接收器，采用+5V单电源供电，使用起来非常方便。MAX232芯片可以同时满足TTL到RS232C和RS232C到TTL电平转换的功能。同时MAX232具有15V的防静电放电功能，可以在15V的静电放电下保持正常工作，不会损坏两端的器件，提高了系统的可靠性。MAX232可分为三部分:(1)电荷泵。电荷泵的主要任务是将5V DC电源转换为10V电源，以满足TTL/CMOS电平转换为RS23电平的需要。它主要由1-6个引脚和四个外部电容(C1-C4)组成。(2)将TTL/CMO

48、S电平转换为RS232电平。主要由11(T1IN)、10 (T2IN)、14 (T1OUT)和7(T2OUT)脚组成。在实际应用中，AT89S52单片机的串行发送器TXD经常连接11针(或10针)，RS232通常连接14针(或7针)。这样，单片机输出的TTL/CMOS电平通过MAX232电路转换成RS232需要的电平，再通过14脚(7脚)送到RS232。(3)将10V的RS232电平转换为TTL/CMOS电平。RS232电平由13针(R1IN)或8针(R2IN)输入，转换后的TTL/CMOS电平由12针(R1OUT)或9针(R2OUT)输出，送到AT89S52单片机的接收RXD。6针(VCC)

49、电源端子，由+5V DC电源供电；15针(GND)，电源接地。MAX232芯片控制电路及接口如下图所示:图3-6 max 232芯片控制电路3.6.374HC573简介7HC573是一款高速CMOS器件，74HC573与低功耗肖特基TTL(LSTTL)系列引脚兼容。其引脚功能图如下:图3-7 74hc 573的引脚图74HC573包含8个D型透明锁存器，每个锁存器都有一个独立的D型输入和一个三态输出，适合面向总线的应用。所有锁存器共享一个锁存器使能(le)端子和一个输出使能(OE)端子。投入输出可输出锁存使能DQLHHHLHLLLLX未改变的HXXZ表3-4 74HC573功能表注意:X=不用

50、担心，Z=高阻抗当LE为高电平时，数据从Dn输入锁存器。在这种情况下，锁存器进入透明模式，即每当相应的D输入改变时，锁存器的输出状态就会改变。当LE为低电平时，锁存器会将D输入上的信息存储一段时间，直到LE的下降沿到来。OE低时，8个锁存器的内容可以正常输出；当OE为高电平时，输出进入高阻态。OE终端的操作不会影响latch的状态。3.7摘要系统设计主要包括六个模块:主控模块、显示模块、温湿度采集模块、串行通信模块、键盘模块和报警模块。主控模块AT89S52的晶振电路采用11.0592MHz的无源晶振，微调电容为22pF。显示模块选用1602字符液晶模块，是目前工业控制系统中应用最广泛的液晶显

51、示屏之一。温湿度采集模块中使用的DHT11数字温湿度传感器是一种带校准数字信号输出的温湿度复合传感器。采用特殊的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有高可靠性和稳定性。其单线串行接口使得系统集成简单而快速。报警模块中使用的蜂鸣器的额定电流I30mA，而对于AT89S52单片机，P1端口的电流为1.6mA，P1端口的电流为60AA，为了降低单片机的功耗，采用了PNP晶体管A1015。系统的输入模块采用44矩阵键盘，采用中断扫描方式，与定时扫描方式相比，提高了单片机的工作效率。4系统软件设计在系统的软件设计中，充分考虑了与硬件电路的结合，利用AT89S52单片机的诸多优良特性，配合温湿度传

52、感器DHT11，实现高精度的温湿度测量。软件采用模块化设计，在主程序下分为几个独立的功能模块，如温湿度数据采集、液晶显示、键盘输入、串行通信模块等。单片机代码用C语言编写，开发环境为Keil uVision3。该系统主要由主程序、温湿度采集子程序、键盘扫描子程序、液晶显示子程序、报警子程序、串口收发子程序等组成。其中，系统的主程序设计主要完成系统初始化、设置中断优先级和带判断调用各个模块程序，即主要实现各个模块程序。在设计中，只需要对温度/湿度进行采集和处理，这样液晶就可以实时显示当前的温度和湿度值。只需连接单片机的I/O口，并对其接口线进行编程，即可完成蜂鸣器报警。整个控制系统软件设计采用键

53、盘控制方式。4.1主程序设计食品温湿度测控系统的软件设计主要包括系统初始化、温湿度数据采集、液晶显示、键盘扫描与处理、数据通信等。程序设计思路:首先要对系统进行初始化，完成单片机各功能部分初始状态的配置。然后，键盘处理模块设置现场控制信号，设置温湿度的上下限，即报警范围；同时，键盘处理模块还可以完成特殊情况下强制信号的操作，如复位、开关机报警等。接下来，温湿度传感器数据采集模块完成环境温湿度的实时数据采集和相关处理。最后，将现场温湿度参数显示在液晶屏上，实现了温湿度参数的实时显示。其中，现场检测的实时温湿度参数通过单片机与设定的温湿度控制参数进行比较，如果发现现场监测值超出设定范围，蜂鸣器会发

54、出报警提示。另外，数据通信完成了温湿度检测系统与上位机的协议通信，使得上位机可以定时读取测控系统的温湿度参数。系统程序流程图如图4-1所示:开始开始系统初始化设置报警范围读取温度和湿度控制参数键盘扫描温度和湿度数据采集显示温度和湿度参数无论是温度还是湿度在射程外报警将温度和湿度发送到上位机。正在Y图4-1温湿度检测系统程序流程图4.2温湿度采集子程序的设计在本设计中，温湿度检测模块采用了数字温湿度传感器DHT11。用户MCU发送启动信号后，DHT11从低功耗模式变为高速模式。等待上位机启动信号后，DHT11发送响应信号，发出40位数据，触发信号采集。用户可以选择读取一些数据。在这种模式下，DH

55、T11接收启动信号以触发温度和湿度采集。如果没有收到主机的启动信号，DHT11不会主动采集温湿度，采集完数据后会切换到低速模式。DHT11的工作过程如下:总线的空闲状态为高电平，微控制器将总线拉低，等待DHT11响应。微控制器将总线拉低18毫秒以上，以确保DHT11可以检测到启动信号。DHT11收到单片机启动信号后，等待单片机启动信号结束，然后发送80us低电平响应信号。主机发出启动信号后，等待20-40us，然后读取DHT11的响应信号。单片机发出启动信号后，可以切换到输入模式或输出高电平，总线被上拉电阻上拉。当总线处于低电平时，DHT11发送响应信号。DHT11发送应答信号后，将总线上拉8

56、0us，准备发送数据。每位数据以一个50us的低电平时隙开始，高电平的长度决定数据位是0还是1。如果读响应信号处于高电平，DHT11不响应。请检查线路是否连接正确。当传输完最后一位数据时，DHT11下拉总线50us，然后总线被上拉电阻上拉，进入空闲状态。温度和湿度采集子程序见附录。4.3液晶显示子程序设计标准的1602液晶显示屏用于本设计。192种字符(160个57点阵字符和32个510点阵字符)存储在602 LCD模块的字符生成存储器(CGROM)中。这些字符包括阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用符号、日文假名等。每个字符都有一个固定的代码。该模块字符在LCD屏幕上的显示位置对应于字符代码在

57、显示缓冲器DDRAM中的存储地址。LCD模块是一个慢速显示器件，所以在执行每条指令之前，要确保模块的busy标志处于低电平，表示不忙，否则这条指令无效。显示字符时，首先要输入显示字符的地址，也就是告诉模块显示字符的位置。602 LCD的流程图如下图4-2所示，LCD的子程序见附录。入口入口初始化1602并编写显示命令。耽搁检测忙信号获取RAM地址。耽搁写入相应的数据Sta7=0？数据显示了吗？返回主程序图4-2液晶显示流程图4.4键盘扫描软件的设计在单片机应用系统中，扫描键盘只是CPU的任务之一。在实际应用中，如果希望能够用时间响应按键操作而不占用太多的CPU时间，就要根据应用系统中CPU的忙

58、闲情况来选择键盘的工作模式。键盘工作模式一般有两种:编程扫描模式和中断扫描模式。在本设计中，可以选择编程扫描模式，因为CPU可以在完成其他工作的空闲时间调用键盘扫描子程序来响应按键输入要求。4.4.1键盘扫描功能本设计中的键盘扫描仪具有以下四个功能:(1)辨别键盘上是否有按键。方法如下:扫描端口输出全扫描字“0”(即所有列均为低电平)，读取每行的状态。如果全部为“1”，键盘无键按下；如果都是“1”，则按下一个键。(2)去除按键抖动的影响。方法如下:软件在判断出某个按键被按下后，会延时一段时间(本设计中为10ms)，判断出键盘状态后，如果还有按键被按下的状态，则认为某个按键被按下了，否则按键会抖

59、动。(3)找到关键位置。按照前面介绍的按键扫描方式，逐行逐列扫描，最后确定被按下按键的键号。确定键号的方法是:关闭键的键号在低级的行的开头的键号加上低级的列号。另外，关闭键的键号也可以通过计算得到，计算公式为:低级别行号4+低级别列号。(4)确定该键是否被释放。当键关闭时，键功能操作仅执行一次。释放按键后，键值送到累加器A，然后执行按键功能操作。4.4.2键盘扫描的工作原理在键盘中，行线通过上拉电阻连接到+5V。没有按键时，行线处于高电平状态。当按下一个键时，对应的行线与列线短路，行线电平状态由连接到该行线的列线电平决定。本设计中，键盘扫描方式为行扫描，即行线接单片机的输入端口线，列线接单片机

60、的输出端口线。在单片机的控制下，可以确定按下键盘中的哪个键。方法如下:shilling的第一列线为低电平(0)，其他三列线为高电平，读取行线状态。如果第1、2、3、4行都是高电平，则第一列没有键关闭；如果读出的行线状态不都是高电平，则低电平的行线与第一列相交的键处于关闭状态。如果第一列中没有键关闭，则使第二列为低电平，其他列为高电平。以同样的方式，检查第二列是否有键关闭，依此类推。最后，使第四列为低电平，其余列为高电平，并检查第四列的按键闭合。4.4.3键盘扫描流程图开始开始扫描键盘确定是否按下了某个键。延迟10ms确定某个键是否真的被按下。确定是哪个键。开始系统工作图4-3键盘扫描流程图4.