室内温湿度检测系统.doc

沈阳化工学院学士学位毕业论文 题目：室内温湿度检测系统硬件设计摘 要伴随着人们生活水平的不断提高，人们对生活环境的要求也越来越高，而温度和湿度是影响人们生活环境的重要因素，因此对于室内温度和湿度的检测在日常生活中就显得尤为重要。室内温湿度检测系统的出现给人们的生产生活带来了极大的方便，本文主要阐述了温湿度检测系统的硬件设计和软件设计。该系统采用温湿度传感器和单片机技术。可以以数字形式直接显示温度值和湿度值，该系统使用方便、读数直观。文章主要讨论了一种基于YX-HT-300U温湿度模块的系统设计。文章从硬件和软件两方面展开了论述，硬件部分首先谈到了系统整体设计，然后从单片机芯片AT89C52的硬件接口电路做出分析和论述，同时增设键盘接口模块，LED显示模块，蜂鸣器报警模块，YX-HT-300U能同时测量相对湿度及温度，文中又论述了YX-HT-300U的性能、结构、工作原理、命令格式及功能，保证了系统设计的高性能；软件系统的设计主要给出了针对各个应用模块的设计思路和设计框架，并对各部分程序进行解释说明。最后，文章对本次设计做出了总结，并对于设计过程中出现的问题做出了详细的讲解。关键词：单片机；YX-HT-300U温湿度传感器；显示；报警AbstractAs the peoples living standard is enhancing , the peoples living conditions request are getting higher and higher . The temperature and humidity is the important factor which affects peoples living environment. Therefore, the indoor temperature and humidity testing has become particularly important in the daily life. The indoor temperature and humidity detection system gives the appearance of the production and living convenience brought about tremendous. The system has used the humiture sensor and the monolithic integrated circuit technology. It may demonstrate the temperature and the humidity value directly by the digital. The system operates very easy, and the reading is direct-viewing. The article mainly discussed the system which based on the YX-HT-300U humiture module . The article mainly elaborates overall the systems design from the hardware part and the software part. The hardware part talks about the system overall design firstly. Then it has made the analysis and the elaboration from the monolithic integrated circuit chip AT89C52 hardware interface electric circuit, Simultaneously additionally builds the keyboard interface module, the LED display module and the buzzer warning module. YX-HT-300U can simultaneously survey the relative humidity and the temperature. The article also elaborated the YX-HT-300U performance, the structure, the principle of work, the forms of field orders and the function. It has guaranteed the system design high performance. The software systems design has mainly given in view of each application module design mentality and the design frame, but carries on the explanation explanations to various subprograms. Finally, the article made out the summary of this design. And the article has explained the problems of the design process in detail.Key words: Monolithic integrated circuit; YX-HT-300U humiture sensor; demonstration; warning目 录第1章 绪论11.1 室内温湿度检测系统的作用与意义11.2单片机的发展趋势与应用11.2.1单片机的发展趋势11.2.2单片机的应用领域21.3毕业设计的目的与意义3第2章 系统整体设计方案42.1任务要求及设计思想42.1.1任务要求42.1.2系统的设计思想42.2系统结构设计42.2.1所用元件与工具42.2.2主体方案设计4第 3 章 系统硬件设计方案63.1 AT89C52单片机简介63.2 YX-HT-300U温湿度传感器简介73.2.1温度及相对湿度的概念73.2.2温湿度模块介绍73.3 AT89C52单片机与HD7279接口设计93.3.1 HD7279芯片简介93.3.2 接口设计103.4 AT89C52单片机与X5045的接口设计113.4.1 X5045芯片简介113.4.2 接口设计123.5 AT89C52单片机与ADC0809的接口设计133.5.1 ADC0809转换器芯片简介133.5.2 接口设计143.6 两路采集开关143.7 热敏电阻补偿电路153.8 报警单元16第 4 章 系统软件设计174.1 整体流程框图174.2 各部分程序模块设计174.2.1 中断程序模块设计174.2.2 按键处理模块设计194.2.3 设定键处理模块设计204.2.4 左移键处理模块设计204.2.5 增键处理模块设计204.2.6 确认键处理模块设计204.2.7 报警程序模块设计214.3 部分程序说明224.3.1 A/D采集部分说明224.3.2 LED显示部分说明224.3.3 温/湿度量化部分说明22第5章 EDA设计245.1 原理图设计245.2 PCB设计24第6章 调试并分析错误256.1硬件调试的问题分析256.2 软件调试的问题分析25结束语26参考文献27致谢28附录一：主板原理图29附录二：副板原理图30附录三：主板PCB图31附录四：副板PCB图32附录五：原件列表3332第1章 绪论1.1 室内温湿度检测系统的作用与意义随着经济社会的发展，人们对生活环境的要求越来越高，本设计具有一定的使用价值，该温湿度测量系统的最大优点是利用YX-HT-300U温湿度传感器采集现场的温度和湿度，然后驱动ADC0809来完成温度传感器输出的模拟信号到数字信号的转换。本系统以单片机AT89C52为核心，由7279键盘显示、YX-HT-300U温湿度采集、蜂鸣器报警、x5045上电复位功能、ADC0809的A/D转换器芯片等模块组成。本设计吸收了硬件软件化的思想，大部分功能通过软件来实现，使电路简单明了，系统稳定性大大提高。单片机接受转换好的数据后，存入指定内存单元，由INTO中断服务程序完成。每次驱动A/D转换后等待外部中断1，中断到来说明转换完成，通过中断服务程序读取转换到的数据。温湿度测量的精度已经达到了一定的标准，不仅成本低而且具备了市面上家用及生产生活的一系列功能。1.2单片机的发展趋势与应用1.2.1单片机的发展趋势随着微电子技术的不断发展，微处理器芯片的集成度越来越高，在一片集成电路芯片上集成微处理器、存储器、I/O接口电路等元器件，从而构成了“单芯片微型计算机”，简称单片机。单片机的诞生标志着计算机正式形成了通用的计算机系统和嵌入式计算机系统两个分支。单片机的发展PC系统中的CPU 一样历经几代的过程，由于单片机的巨大市场空间和广泛的应用范围，世界各大芯片厂商纷纷推出自己的单片机产品，但是单片机远没有PC中的CPU更新速度快，大体经历了4位机、8位机、16位机、32位机的发展过程，其中8位机在市场上一直是主流产品。1976年Intel公司率先推出8位机MCS-48系列，1980年又推出了内部功能单元集成度强的8位机MCS-51系列产品，其性能大大超过并取代了MCS-48系列产品。如计算速度为MCS-48系列的10倍，时钟12MHz时钟指令周期可为1us。由于8位机可以一次处理一个ASC码，因而一问世便显示出其强大的生命力，广泛应用于显示、终端键盘、打印、字处理、工业控制等。虽然再8位机发展应用过程中出现了16位机、32位机，乃至64位机，但是8位机仍以它的价格低廉、品种齐全、应用软件丰富、支持环境充分、开发方便等特点而占领着单片机市场的主导地位。所以各大芯片生产厂家商纷纷生产与MCS-51兼容或不兼容的单片机产品。1.2.2单片机的应用领域目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域，大致可分如下几个范畴：(1) 在智能仪器仪表上的应用单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表中，结合不同类型的传感器，可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化，且功能比起采用电子或数字电路更加强大。(2) 在工业控制中的应用用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。例如工厂流水线的智能化管理，电梯智能化控制、各种报警系统，与计算机联网构成二级控制系统等。(3) 在家用电器中的应用可以这样说，现在的家用电器基本上都采用了单片机控制，从电饭褒、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、其他音响视频器材、再到电子秤量设备，五花八门，无所不在。(4) 在计算机网络和通信领域中的应用现代的单片机普遍具备通信接口，可以很方便地与计算机进行数据通信，为在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件，现在的通信设备基本上都实现了单片机智能控制，从手机，电话机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信、再到日常工作中随处可见的移动电话，集群移动通信，无线电对讲机等。(5) 单片机在医用设备领域中的应用单片机在医用设备中的用途亦相当广泛，例如医用呼吸机，各种分析仪，监护仪，超声诊断设备及病床呼叫系统等等。(6) 在各种大型电器中的模块化应用某些专用单片机设计用于实现特定功能，从而在各种电路中进行模块化应用，而不要求使用人员了解其内部结构。在大型电路中，这种模块化应用极大地缩小了体积，简化了电路，降低了损坏、错误率，也方便于更换。此外，单片机在工商，金融，科研、教育，国防航空航天等领域都有着十分广泛的用途13。1.3毕业设计的目的与意义毕业设计过程是实现本科培养目标要求的重要阶段，是基础理论学习深化与升华的重要环节，是全面检验学生综合素质与实践能力培养效果的主要手段，是学生毕业及学位资格认证的重要依据，是衡量高等学校教育质量和办学效益的重要评价内容。做好毕业设计工作，对提高本科生全面素质具有重要意义。毕业设计的基本教学目的是培养学生综合运用所学知识和技能，提高分析与解决实际问题的能力，在实践中培养学生用于探索的创新精神，严肃认真的科学态度和严谨求实的工作作风。 毕业设计包括开题报告、答辩和评分等全过程。在毕业课题阶段中，仍需要进一步培养学生具有从事科学研究工作和综合试验技能或专门技术工作的初步能力，初步掌握科学研究的基本方法。具体可归纳为： (1) 对资料、信息的获取及独立分析的能力，本专业外文的阅读和翻译能力。 (2) 综合运用所学知识的技能，解决实际问题的能力。 (3) 较好地掌握本门科学的基础理论、专门知识和基本技能及方案论证的能力。 (4) 培养学生的创新意识和创新精神，继承和发现探索与创造能力。 (5) 使用计算机（包括索取信息、数据处理、多媒体软件应用等）的能力。 (6) 撰写论文的能力及开题报告、论文答辩时的口头表达能力。第2章 系统整体设计方案2.1任务要求及设计思想2.1.1任务要求完成一个室内温湿度检测系统的整体设计2.1.2系统的设计思想本设计是利用AT89C52单片机实现温湿度自动检测与报警，温度范围在0至60之间，湿度测量范围在10%至95%，温度测量误差小于2%，湿度测量误差小于5%。随机显示所采集的温湿度，可以设定温度的范围，对周围环境的温湿度进行有效检测与报警。具体设计思想是：先利用键盘设定上限温度和下限温度，并可以切换温湿度显示。再利用YX-HT-300U温湿度传感器采集周围环境中的温湿度值，并将现场温湿度非线性信号转化为电信号进行调理使之满足A/D转换要求，然后驱动ADC0809来完成温湿度传感器输出的模拟信号到数字信号的转换。将采样值和设定值进行比较，如果超出了设定范围就进行蜂鸣器报警，如果高于最高温湿度或是低于最低温湿度，蜂鸣器开始报警。本设计基本上满足了温湿度检测与报警的要求，具有超调量小，采样值与设定值基本一致，操作简单等优点。 单片机控制温湿度自动检测报警系统的出现，对实现温湿度自动检测报警是一个巨大的推动，具有普遍的实用意义。该系统已渗入到人们工作和生活的各个角落，有力地推动了各行业的技术改造和产品的更新换代，应用前景广阔。2.2系统结构设计2.2.1所用元件与工具 单片机AT89C52、X5045、HD7279、ADC0809、三极管、蜂鸣器、两片基准电压源LM336-5.0、PROTEL软件制图、数字万用表等。2.2.2主体方案设计本设计是利用AT89C52实现温湿度的自动检测与报警。通过YX-HT-300U温湿度传感器对周围环境的温度和湿度进行采集，再利用A/D转换器将模拟信号转换成数字信号。通过HD7279键盘显示设置系统的上下限，当温湿度超出设置范围时，蜂鸣器开始报警。 整体框图如图2.1：LED显示器按 键人机接口AT89C52A/D采集温湿度传感器报警电路 2.1整体框图第 3 章 系统硬件设计方案3.1 AT89C52单片机简介（1）概述： AT89C52是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS 8位单片机，它完全兼容标准型的AT89C51，并在AT89C51的基础上增加了128B的片内RAM，4KB Flash存储器，T2定时器等功能。器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，与标准MCS-51指令系统及8052产品引脚兼容，片内置通用8位中央处理器 （CPU）和Flash存储单元14，功能强大的AT89C52单片机适合于许多较为复杂控制应用场合，如图3.1。（2） 主要性能参数：与MCS-51产品指令和引脚完全兼容 8KB的ROM1000次擦写周期 3.1 AT89C52管脚图全静态操作：0Hz24MHz三级加密程序存储器 2568字节内部RAM32个可编程I/O口线 3个16位定时/计时器 8个中断源 可编程串行UART通道（3） 功能特性： AT89C52提供以下标准功能：8KB 的Flash闪速存储器，256字节内部RAM，32个I/O口线，3个16位定时/计数器，一个6向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。从图中可看出，引脚的区别是由于增加定时器2而引起的。有区别的只有P1.0、P1.1两个引脚，这两个引脚在不使用定时器2时仍可作为静态I/O接口使用,在单片机使用定时器2时，P1.0,P1.1还可能承担着外部计数脉冲输入，外部触发信号输入，可编程方波输出等功能5。3.2 YX-HT-300U温湿度传感器简介3.2.1温度及相对湿度的概念（1）温度：是指物体的冷热程度，是表示物体内分子热运动（不规则的自由运动)强度的物理量。（2）相对湿度：是指一定温度及一定空间的空气中水蒸气量和饱和水蒸气量之比。国家标准中规定用%表示，但人们习惯上常表示为：%RH。（3）人体最适宜的温湿度范围是：相对湿度为45%-65%。温度为11和32。所以在本设计中设置的温湿度上下限报警值为人体最适宜的温湿度范围。3.2.2温湿度模块介绍 本次设计用YX-HT-300U温湿度模块，该模块具有精度高、湿滞小、耐高湿、互换性好、抗污染、微型化等优点，是包括相对温湿度传感器（YX-HS系列）与信号处理电路的一体化产品。模块采用直流供电，相对湿度以电压信号形式输出；模块同时提供以电阻形式输出的温度信号。该模块常用于气象（探空）、农业（大棚）、仓储（粮库）、空调、加湿器、除湿机、记录（显示）仪表、数字温湿度计等。（1）YX-HT-300U如图3.23.2 YX-HT-300U（2）电气指标 供电电压（输入）DC5V5% 消耗电流 约2Ma （最大5mA） 使用范围 060，95%RH以下 湿度测量范围 1095%RH 保存-10+70，95%RH以下 湿度精度 5%RH （范围：1.641.95V，at25，60%RH Vin=DC5V） 湿度输出特性（参考） 湿度输出特性 热敏电阻（C16T45） R(25)=50k欧5%，B(25/50)=3970K2% 温度依存性（参考）5%RH（Vin=5VCD，4080%RH 1040范围，25为基准）（3）测量范围：温度测量：0-60 湿度测量范围：10-95%湿度输出特性：（25）相对湿度（%RH）102030405060708090输出电压（V）0.320.630.931.221.511.802.102.412.72温度输出特性：热敏电阻（C16T45）R(25)=50k欧5% B(25/50)=3970K2%温度（）010202530405060阻抗 （k欧 ）165.9100.562.6250.0040.2026.4517.8512.30（4）接线方法如图3.3： 1 电源DC5V2 湿度输出DC03.0V 3 地线GND4 温度输出50k欧 (at25) 注：正负极切勿接反 图3.3接线方法图（5） 相对湿度输出特性曲线（温度：25 输出电压：DC5V）如图3.4： 图3.4 相对湿度输出曲线3.3 AT89C52单片机与HD7279接口设计 3.3.1 HD7279芯片简介(1)HD7279的主要特点 与CPU间采用串行接口方式,仅占用4根端口线； 图3.5 HD7279管脚图 内部含有译码器，可直接接收BCD码或16进制码， 同时具有两种译码器方式，实现LED数码管位寻址和段寻址，消隐和闪烁性等多种控制指令，编程灵活； 循环左移和循环右移指令；内部含有驱动器，无需外围元件可直接驱动LED； 具有级联功能，可方便的实现多于8位显示或多于64键的键盘接口； 具有自动消除抖动并识别按键键值的功能11。(2) HD7279的引脚说明 HD7279为28引脚标准双列直插式封装(DIP)15，如图3.5，单一的+5V供电,其引脚排列如主板所示。 DIG0-DIG7分别为8个LED数码管的位驱动输出端5。SA-SG分别为LED数码管的A-G的输出端。DP为小数点的驱动输出端。HD7279与微处理器仅需4条接口线，其中非CS为片选信号(低电平有效)，RC引脚用于连接HD7279的外接振荡元件，其典型值为R=1.5千欧，C=15pF。非RESET为复位端。该端由低电平变成高电平并且保持25ms即复位结束。通常,该端接+5V即可。3.3.2 接口设计7279是可编程的键盘和显示接口器件5，如图3.6。键盘和显示器实现人机交互。键盘和显示器由7279管理，实现5按键和4显示器的功能。如下图所示是HD7279与AT89C52单片机的典型接口电路。HD7279应连接共阴式数码管。因为采用循环扫描的工作方式,如果采用普通的数码管，亮度有可能不够，则可采用高亮度或超高亮度的型号14。数码管的尺寸亦不宜选得过大，一般字符高度不超过1in(0.0254m)，如使用大型的数码管，应使用适当的驱动电路。HD7279需要一个外接的RC振荡电路以供系统工作，外接振荡元件为典型值(R=1.5千欧，C=15pF)。如果芯片无法正常工作，首先检查此振荡电路。在印制电路板布线时，所有元件，尤其是振荡电路的元件应尽量靠近HD7279，并尽量使电路连线最短。单片机通过KEY引脚电平来判断是否有键按下，在使用查询方式管理键盘时，该引脚接至单片机的1位I/O口如主板所示P1.7；如果使用中断方式，该引脚应接至单片机的外部中断输入端(非INT0或非INT1)。同时应该将中断触发控制位设置成下降沿有效的边沿触发方式。若置成电平触发方式，则应注意在按键时间较长时可能引起的多次中断问题5。单片机与HD7279引脚的连接和相关的地址分配如下： (1) CS2：片选端,低电平有效，与P1.4相连； (2) CLK:串行时钟输入端，与P1.5相连； (3) DATA:串行数据输入/输出端，与P1.6相连；图2-2-2 HD7279(4) KEY:按键有效信号端，与P1.7相连。 图3.6 AT89C52与HD7279连接电路图3.4 AT89C52单片机与X5045的接口设计3.4.1 X5045芯片简介 X5045是单片机系统电路的一个辅助芯片，它将复位，电压检测，看门狗定时器和块锁保护图3.7 X5045管脚图的串E2PROM功能集合成一个芯片内；采用SPI串行外设接口方式，降低了系统成本并减少了对电路板空间的要求，提高了系统的可靠性8。 (1) 功能与特点 X5045有4种基本功能:上电复位,看门狗定时器，低电压检测和SPI串行E2PROM。上电复位 当器件通电并超过Vcc门限电压(内部门限值Vtrip时)，X5045内部的复位电路将会提供一个约为200ms复位脉冲(引脚RESET)让微处理器能够正常复位。看门狗定时器看门狗定时器对微处理器提供了一种对外界干扰而引起程序陷入死循环或“跑飞”状态的保护功能。X5045内部的一个控制寄存器中有两位可编程位决定了定时周期的长短。当系统出现故障时，在设定的时间内如果没有对X5045进行访问，则看门狗定时器以RESET信号作为输出响应,即变为高电平，延时约200ms以后RESET由高电平变为低电平。非CS的下降沿复位看门狗定时器5。低电压检测 工作过程中X5045监测电源电压下降并且在电源电压跌落到Vcc门限电压(Vtrip)以下时，会产生一个复位脉冲,复位脉冲保持有效直到电源电压降到1V以下。如果电源电压在降落到VTRIP后延时约200ms，复位信号消失,使得微处理器可以继续工作。串行E2PROM存储器X5045的存储器部分是具有Xicor公司的块锁保护CMOS4KB串行E2PROM。它被组织成8位的结构，由一个四线构成的SPI总线方式进行操作,一次最多可写16B10。3.4.2 接口设计利用X5045串行E2PROM存储4通道的测量值上下限和报警上下限（保护参数）1。单片机与X5045引脚的连接如图3.8：(1)CS1:片选端,低电平有效，与P1.0相连； (2)SO:串行数据输出端，与P1.1相连；(3)CK:串行时钟输入端，与P1.2相连；(4)SI:串行数据输入端，与P1.3相连13。 图3.8 AT89C52与X5045连接电路图3.5 AT89C52单片机与ADC0809的接口设计3.5.1 ADC0809转换器芯片简介由于计算机直接执行的是机器语言，也就是只能处理数字量,因此计算机系统中凡是遇到模拟量的地方，就要进行模拟量向数字量或数字量向模拟量的转换，由此带来了单片机的A/D转换和D/A转换的接口问题。一般情况下，大多数的传感器的输出都是电流信号，计算机要对这类传感器的信号进行处理,就要先进行电流/电压转换(I/V)，然后再通过ADC转换器进行A/D转换2。 ADC模/数转换器有两大类:一类直接在电子线路中使用,不带使能控制端；另一类带有使能控制端,与微型计算机接口相连。A/D转换器是一种能把输入模拟电压变成与它成正比的数字量的器件，即能把被控对象的各种模拟信息转变成计算机可以识别的数字信息4。(1)ADC0809的内部逻辑结构 ADC0809的内部逻辑结构是多路模拟开关可选通8路模拟通道，允许8路模拟量分时输入，并共用一个A/D转换器进行转换。地址锁存与译码电路完成对A、B、C三个地址位进行锁存和译码。8位A/D转换器为逐次逼近式，由控制与时序电路/逐次逼近式寄存器，树状开关以及256个电阻阶梯网络等组成。三态输出锁存器用于存放和输出转换得到的数字量。(2)ADC0809的引脚 ADC0809芯片为28引脚双列直插封装 IN0-IN7:8路模拟量输入通道 A,B,C:模拟通道地址线 ALE:地址锁存信号 START:A/D转换启动信号 D0-D7:数据输出线 OE:输出允许信号图3.9 ADC0809管脚图 CLOCK:时钟信号 EOC:转换结束状态信号 Vcc:+5V电源,GND:地Vref:参考电压3.5.2 接口设计(1)在START端送一个100ns宽的启动正脉冲；(2) 获取EOC端上的状态信息，因为它是A/D转换的结束标志；(3) ADDA、ADDB、ADDC分别接系统的低三位地址，只要把这三位地址写入ADC0809的地址锁存器，就实现了模拟通道的选择；(4) START和ALE互连可以使ADC0809在接收模拟量路数地址时启动工作；(5) A/D转换后得到的数据为数字量，这些数据传送到单片机中进行处理。数据传送的关键是如何确认A/D转换已完成，因为只有确认数据转换完成后，才能进行有效的数据传送7。如图3.10。图3.10 AT89C52与ADC0809连接电路图3.6 两路采集开关由于要实现温湿度两个变量的数据采集，而在LED上只能显示一路不能同时显示，所以要有两路之间相互转换电路，单片机的P2.7引脚作为ADC0809的片选通信号。ADC0809的A引脚接单片机的P3.3脚，B和C引脚接地。用主机的P3.3脚控制采集通道，当P3.3为低电平时，采集通道0；当P3.3为高电平时，采集通道1。用P3.4控制LED显示。当P3.4控制LED显示。当P3.4为高电平时，显示湿度值；当P3.4为低电平时，显示温度值。设计电路如图3.11所示： 图3.11 转换电路3.7 热敏电阻补偿电路 热敏电阻是其温度值随电阻体温度变化的半导体电阻，通常可分为正温度系数热敏电阻PTC、负温度系数热敏电阻NTC和临界温度系数热敏电阻CRT三类。PTC是具有在工作范围内电阻值随温度升高而显著增大的特点，NTC是具有在工作范围内电阻值随温度升高而显著减小的特性。该系统温度采集我们采用温湿度模块中的热敏电阻，模块中的热敏电阻为负温度系数的热敏电阻，由于传感器温度输出信号是阻抗，而ADC0809只能接受电压信号，因此要想办法将阻抗信号变为0-5V易于采集的标准信号。经过查阅相关资料解决办法是将传感器的阻抗输出端加上一个电阻，电阻另一端接地。将温度输出端接到ADC0809的IN1脚，取电阻两端电压作为单片机的输入。 确定所加电阻值R：因为R与热敏电阻串联，所以R=R25(R0+R50)-2ROR50/R0+R50-2R0R50 (式3.1)R0、R50代表要求线性化温度范围（0-50）两端上是我热敏电阻值，R25代表温度范围中点处的热敏电阻值。输出电压E为 E=E0*Rt/(Rt+Rc) (式3.2)最大线性误差为0.8。根据公式得算式：R=40.19(16509+12031)-2*16509*12.31/165.9+12.31-2*40.19解出R=31.46k欧设计的温湿度调理电路如图3.12所示：温湿度传感器IN1GND4 Rout31K图3.12 温度采集的调理电路 3.8 报警单元报警利用蜂鸣器，采样值高于报警上限或低于报警下限时，蜂鸣器发出蜂鸣声。蜂鸣器与AT89C52连线图，如图3.12。图3.12 AT89C52与蜂鸣器连接第 4 章 系统软件设计4.1 整体流程框图本设计采用单片机C52编程实现。程序由C语言编写。本程序主要分为以下几部分：A/D采集程序，LED显示程序，温湿度量化程序，平均值滤波程序，定时中断服务程序。其中主程序流程图如图4.1所示：图4.1 整体流程框图4.2 各部分程序模块设计本节就各部分程序模块设计进行了阐述，其中有中断程序模块设计，按键处理模块设计，设定键处理模块设计，左移键处理模块设计，增键处理模块设计，确认键处理模块设计，报警程序模块设计，文中就核心内容进行了详细的叙述。4.2.1 中断程序模块设计在中断中要完成对定时器的重新赋值，采样处理，按键处理，显示处理，报警处理，如图4.2所示：定时器重装：重新对定时器T0进行100ms的初值定义。（1） 采样：当一个时间片结束的时候，通过YX-HT-300U温湿度传感器所采集的信号通过A/D芯片的IN0和IN1口进行采样，并进行平均值滤波，最后将采样值送入AT89C52进行处理并由LED显示。中断服务程序结束中断服务程序入口设定定时器初值100ms是否到了？采样通道0进行A/D转换键处理模块显示模块NY平均值滤波将数字量转换成湿度值500ms是否到了？YYN采样通道1进行A/D转换平均值滤波将数字量转换成温度值 图4.2 中断程序流程图（2） 键处理：对是否有按键进行判断，若有按键则根据键值进行相应的处理，否则返回。（3） 显示：对当前测量值或各个设定状态进行显示。（4） 报警：提取采样值，与X5045内报警上下限进行比较，如超出范围调用报警程序，拉低蜂鸣器；否则返回。4.2.2 按键处理模块设计KEY_OK=1?OKKEY模块KB_FIG=1?读键值（ KEY_IN）增加显示左移设置确认KB_FIG=1返回KB_FIG=0YYN 图4.3 按键处理流程图 KEY-OK=0时表示有键按下；KEY-OK=1时表示无键按下。KB-FIG=0时表示按键未处理过；KB-FIG=1时表示按键已处理过。显示键的键码是08H，含义是每按下一次就显示一个测量参数值。设定键的键码是00H，含义是每按一下就显示一个设定参数值。增加键的键码是10H，含义是每按一下，处于闪烁状态的数码管值加1.当增加到9后，再循环到0，再重新增加。左移键的键码是18H，含义是每按下一次，使闪烁状态左移一位，就可以对该位进行修改。确认键的键码是20H，每次修改完参数后，按下此键，即可将修改后的参数存入内存中保存起来。4.2.3 设定键处理模块设计 当键值为00H时，为设定键。设定键处理中SET-STA包含3个状态，SET_STA=0时，显示采样值；SET_STA=1时，显示报警上限； SET_STA=2时，显示报警下限；4.2.4 左移键处理模块设计当键值为18H时为左移键，即SET_STA值为1或2时，每按一次就会使闪烁状态左移一位，再判断左移键值是否为2，如果不等于2就在按增键来进行对键值的修改；如果等于2就不执行任何操作。4.2.5 增键处理模块设计首先判断 KEY_IN键值是否为10H如果是则继续往下进行，再判断STE_STA为零，如果等于零则不能对此值进行修改；如果不等于零，继续判断LEFT的值，当LEFT的值为0或1时可以对该位进行修改；当该位增加到十的时候则自动将该位清零；如果增加的值不等于十则显示该值，最后将该值写到5045中。4.2.6 确认键处理模块设计首先判断 KEY_IN键值是否为20H，再判断STA_STA是否为0，如果为0则返回；如果不为零则判断值值为1时就从5045中读出上限值；当SET_STA=2时则读出5045中的下限值。KEY_IN=20HSTA_STA=0读5045 AH值读5045 AL值SET_STA=2SET_STA=1YN返回图4.4 确认键处理模块程序框图 4.2.7 报警程序模块设计NYNY进入报警报警上限值AHSPBJ_FLAGH=1RET报警下限值ALSPBJ_FLAGL=1BJ_FLAGH=0BJ_FLAGL=0 图4.5 报警模块流程图注：AH表示温湿度报警上限值；AL表示温湿度报警下限值。SP表示采样值，BJ_FLAGH=1与BJ_FLAGL=1表示报警，BJ_FLAGH=0与BJ_FLAGL=0表示未报警。4.3 部分程序说明4.3.1 A/D采集部分说明本次设计A/D采集程序采用查询方式，实现两路数据采集，设定每100ms通道0采集一次，每500ms通道1采集一次。在主程序中设定定时器，让定时器定时250us，再用软计时既在程序中和定义变量对其进行累加，达到定时100ms和500ms的目的。使用定时器0的中断方式2，方式2是8位的可自动重装载的定时器/计数器，慢计数值为2566。4.3.2 LED显示部分说明在主程序中设变量，给这个变量赋值，然后查段码表，送去显示。由于系统为两路数据采集，而LED只能对一路数据进行实时显示。因此用主机的P3.3引脚控制采集的通道，P3.3=0时，通道0选通，对通道0进行采集；同时用主机的P3.4引脚控制LED显示P3.4=0时，LED上显示温度值；P3.3=1时，通道1进行采集。P3.4=1，LED上显示温度值7。4.3.3 温/湿度量化部分说明 1.传感器湿度的输出电压信号是线性的，输出电压对应的转换后的数字量根据公式 Q=255*v/5 (式4.1) 求得 q1=16 q2=32 q3=47 q4=62 q5=77 q6=92 q7=107 q8=123 q9=139根据公式 humi=(q*100)/153 (式4.2)将数字量转换成湿度值，进行显示。2.温度信号输出的阻抗为非线性，因此，我们要将其进行线性化。 首先计算出标准电阻两端的补偿电压根据公式 V1=5V*31/(Rt+31) (式4.3) 解得 V1=0.7872 V2=1.1796V V3=1.6555V V4=1.9375V V5=2.1773V V6=2.6975V V7=3.1730V V8=3.5789V对应的数字量根据公式 Q=255*V/5 (式4.4) 解得 Q1=40 Q2=60 Q3=84 Q4=99 Q5=111 Q6=138 Q7=162 Q8=183 进行线性化：将0-60分0-20 20-25 25-30 30-40 40-60五段，每段对应的转换成温度的公式为： Temp1=20(Q1-40)/44 (式4.5) Temp2=5(Q2-84)/15+20 (式4.6) Temp3=5(Q3-99)/12+25 (式4.7) Temp4=10(Q4-111)/27+30 (式4.8) Temp5=120(Q5-138)/45+40 (式4.9)根据上述公式即能将数字量转换成温度值，对输出的温度信号进行线性化，由于采集多次要对采集信号进行滤波，最后进行显示。第5章 EDA设计5.1 原理图设计（1）原理图设计主要步骤：从元件库中找出相应元件并放置在新建的原理图里，按照硬件设计图将各元件连线。原理图接线完毕之后编译，并根据系统信息修改错误直至全部正确，保存。（2）制作芯片创建并保存原理图库。定义元件边框放置矩形，添加元件引脚，设置引脚名称。设置元件属性，在Designator输入栏输入默认的与元件标识。在“Models”区域为该原件添加PCB封装。加载封装元件库，保存元件库及PCB图。5.2 PCB设计（1）在Files面板的底部进行模板新建，根据模板新建创建新的 PCB。（2）根据向导选择Custom，宽121.0mm,高77.5mm,生成PCB并保存。（3）将新的PCB添加到项目，转换设计，更新PCB，设计PCB。（4）根据标准板放置元件，自动布线。（5）保存PCB图。第6章 调试并分析错误6.1硬件调试的问题分析绘制完成原理图之后,根据原理图焊接电路板。焊接完成后，首先目测焊点是有虚焊或漏焊现象，再用万用表测量各个芯片间连接和电源与地间的连接是否正确，由于本次设计需要用排线将主板和副版连接起来，这就涉及到引脚连接的问题，所以要把主板芯片引脚与副版芯片引脚直接用万用表测量，观察是否接通，然后上电测量，要十分注意芯片是否发热。在调试过程中，副板中的蜂鸣器连接