温室大棚温湿度自动化控制系统设计

目 录 摘要1 关键词1 1 前言1 1.1 课题的背景及研究的意义1 1.2 国内外温室控制技术的发展状况3 1.3 选题的目的和意义4 1.4 设计系统的思路4 2 系统的组成及工作原理5 2.1 系统的硬件总体结构图5 2.2 系统的工作原理6 3 系统硬件的电路设计7 3.1 单片机7 3.2 复位电路9 3.3 数据存储器的扩展10 3.3.1 DS1920的特性12 3.3.2 DS1820的结构12 3.3.3 DS1820工作原理13 3.3.4 注意事项13 3.3.5 湿度检测电路14 3.4 温湿度采集电路14 3.5 温湿度选择电路15 3.6 温湿度处理电路15 3.7 A/D转换电路16 3.8 电压转换电路17 3.9 报警电路19 3.10 看门狗电路19 3.11 显示器的设计20 4 系统的软件设计20 4.1 主程序设计21 4.2 数据采集模块设计22 4.3 数据处理模块设计23 4.4 报警模块设计24 5 总结25 参考文献26 致谢27 附录28温室大棚温度湿度自动控制系统 摘 要:温室大棚温度湿度自动控制系统由主控制器AT89C51单片机、并行口扩展芯片8255、74LS373、A/D转换器0809、湿度传感器、温湿度传感器DS1820、RAM6264存储器、掉电保护、LED显示器和报警电路等构成，实现对温室大棚温湿度的检测与控制，从而有效提高温室的产量。 关键词：AT89C51单片机；温湿度传感器；A/D转换器；LED显示器；报警电路； Greenhouse Temperature And Humidity AutomaticControl System Design Abstract:Vegetables canopy temperature and humidity automatic control system consists of the main controller AT89C51 single-chip, parallel port expansion chip 8255,74LS373 and A/D converter 0809, humidity sensor, the temperature sensor, solid-state relay, the DS1820 RAM6264, power fail safeguard and leds display and alarm circuit, etc . For the detection and control of greenhouse temperature and humidity, thus effectively improve the output of greenhouse.Keywords:AT89C51 single chip microcomputer;temperature and humidity sensors; A/D converter; The LEDdisplay; Alarm circuit.1 前言1.1 课题的背景及研究的意义 中国农业发展必须走向现代化这条道路，随着国民经济的迅速增长，农业的研究和应用技术越来越受重视，特别是温室大棚已经成为高效农业一个重要组成部分。现代化农业生产中重要一环就是对农业生产环境的一些重要参数进行检测和控制。例如：空气温度、湿度、二氧化碳含量、土壤含水量等。在农业种植问题中，温室环境与生物的生长、发育、能量交换密切相关。进行环境测控是实现温室生产管理自动化、科学化的基本保证。通过监测数据的分析，结合作物生长发育规律，控制环境条件，使农作物达到优质、高产、高效栽培目的。以现代蔬菜大棚为代表的现代农业设施在现代农业生产中发挥了巨大作用。大棚的温度、湿度与二氧化碳含量等这些参数，直接关系到了蔬菜水果的生长。国外温室设施己经发展比较完备，形成了一定标准，但是那个价格非常的昂贵，缺乏了能与我国的气候特点相适应的技术测控软件1。当今大多数对大棚的温度、湿度、二氧化碳的含量的检测与控制都采用的是人工管理，这样就不可避免的有些测控精度过低、劳动强度很大及由于测控的不及时等这些弊端，容易造成难以弥补的损失，结果不但增加了成本，浪费了很多人力资源，而且难以达到预期效果。因此，为实现高效农业生产科学化和提高农业研究准确性，推动我国农业发展，应该大力发展农业设施和相应的农业工程。科学合理的调节大棚内的温度、湿度以及二氧化碳含量，使大棚内可形成有利蔬菜、水果生长的环境，是大棚蔬菜与水果早熟、优质高效益的一项重要的环节。现在，随着蔬菜大棚迅速增多，人们对它的性能要求越来越高，特别是为提高生产效率，对大棚的自动化程度要求越来越高。单片机和各种电子器件的性价比迅速提高，使这种要求变得可能。目前农业温室大棚大多是小、 中规模，要在大棚内引进 自动化的控制系统，改变人工管理的方式，就应考虑到系统成本，因此，针对现在这种情况，结合郊区的农户需要， 设计了该套低成本温湿度自动化控制系统，此系统采用了传感器技术与单片机相结合，由下位机和上位机( 都是用单片机实现) 构成，采用了485接口进行通讯，以实现温室大棚的自动化控制。中国的农业发展必需走现代化这条道路，随着我们国民经济迅速增长，农业研究与应用技术越来越受到大家的重视，特别是温室大棚已成为高效农业的一个重要部分。现代化的农业生产中重要的一环就是对农业生产环境的一些很重要的参数进行检测与控制。例如：空气温度、湿度、二氧化碳的含量、土壤含水量等等1。农业种植问题中，温室的环境与生物生长、发育、能量交换是密切相关的，温室进行环境测控是实现温室生产管理的自动化、科学化基本保证。通过监测数据的分析，结合作物生长发育的规律，控制环境条件等，使作物达到了优质的、高产的、高效的栽培目的。蔬菜大棚为代表的现代农业设施在现代化农业生产中发挥了巨大作用。大棚的温度、湿度和二氧化碳含量等这些参数，直接关系到了蔬菜和水果的生长。国外温室设施相比我国己经发展到比较完备的程度了，而且形成了一定标准，但是在价格上非常的昂贵，缺乏了与我国的气候特点相适应的测控类软件。而在当今大多数对大棚的温度、湿度、二氧化碳的含量检测和控制都采用了人工管理，这样的就不可避免有测控精度低、劳动强度很大和由于测控不及时等这些弊端，容易造成一些不可弥补的损失，结果不但大大增加成本，浪费了很多的人力资源，并且很难达到预期效果。因此，为实现高效的农业生产科学化并且提高农业研究准确性，推动我国农业发展，必须大力地发展农业的设施与相应农业工程，科学合理的调节大棚内的温度、湿度以及二氧化碳含量，使大棚内形成有利蔬菜、水果生长的好环境，是大棚蔬菜与水果早熟、优质、高效益的一项重要的环节。当今，随着蔬菜大棚迅速增多，人们对其性能的要求也越来越高，特别是为提高生产效率，对大棚的自动化程度要求也随之越来越高。由于单片机及各种电子器件的性价比迅速提高，使得这种要求变成可能。1.2 国内外温室控制技术的发展概况温室可以改变植物生长环境、为植物生长创造最佳的条件、避免外界四季变化与恶劣气候对其影响的场所。它用采光覆盖材料作为全部或部分的结构材料，可在冬季和其他不适和露地植物生长的季节栽培出植物2。温室生产以达到调节作物产期，促进作物生长发育，防治病虫害和提高质量、产量等等为目的。而温室设施性关键技术就是环境控制，此技术的最终目的是提高控制和作业的精度。国外对温室环境的控制技术研究得比较早，开始于20世纪70年代。那时先是采用模拟式组合仪表，采集现场的信息并进行指示、记录与控制2。到了80年代末出现了分布式的控制系统。目前正在开发和研制计算机的数据采集控制系统的多因子综合控制系统。现在世界各国温室控制技术发展得很快，一些国家在实现自动化的基础上正在向着完全的自动化、无人化方向发展。 可以从国内外温室控制技术发展状况来看，温室环境控制技术大致经历了三个发展阶段:（1）手动控制。这是温室技术发展初期所采取的控制手段，其时那时并没有真正意义上的控制系统和执行机构。生产在一线的种植者即是温室环境的传感器，又是温室作物进行管理的执行机构，他们在温室环境的控制方面处于核心3。他们通过对温室内外的气候状况和对作物生长状况观测，凭借其长期积累的经验和直觉推测和判断，手动调节温室内的环境。种植者采用了手动控制的方式，对于作物生长状况的反应是最直接、最迅速且最有效的，它符合了传统农业的规律。但这种方式的劳动生产率低，不适合工厂化农业生产的须要，对种植者的素质要求很高。（2）自动化控制。这种控制系统须要种植者输入温室作物的生长所需要的环境目标参数，计算机根据传感器实际测量值和事先的设定目标值进行比较分析，以决定对温室环境因子的控制过程，控制相应机的构进行加热、降温和通风等等动作4。计算机的自动控制温室的控制技术实现了生产的自动化，适合规模化的生产，劳动生产率得到了很大的提高。通过改变温室环境已设定的目标值，能自动进行温室内环境气候的调节，但这控制方式对作物生长状况改变难以及时地做出反应，而且难以介入作物生长内在的规律。当今我国大部分自主开发出的大型现代化温室和引进的国外设备属于这种控制方式。（3）智能化控制。这是基于温室的自动控制技术与生产实践的基础上，通过了总结、收集农业领域相关知识、技术和各个试验的数据构建成专家系统，以建立植物生长数学模型为理论依据，研究开发的一种适合不同农作物生长的温室专家控制系统技术。温室控制技术沿着手动、自动、智能化控制的发展进程，向着越来越先进、功能越来越完备的方向发展。由此可见，温室环境控制朝着基于作物生长模型、温室综合环境因子分析模型和农业专家系统的温室信息自动采集及智能控制趋势发展。1.3 选题的目的和意义温室是植物栽培生产中不可缺少的设施，不同种类的花卉对温度和湿度等生长所需条件要求也不相同，给它们提供一个更适合它们生长的封闭的、良好的环境，以提早或延迟周期，将会给我们带来巨大经济效益。随着现代科技发展，电子计算机用于控制温室的环境。该系统自动控制加热、降温、通风。根据所需，通过按键将温度的信息输入MCU，根据不同情况可以随时的调节环境。温室环境自动化控制系统在现代化大型温室的利用，是设施栽培高新技术的表现现。 本文将使用8051型单片机对温度及湿度控制的基本原理进行实例化，利用现有的资源设计一个实时控制温室大棚的温度、湿度等等的控制系统。目的是通过这次毕业设计，加深理解自动控制的运作模式和意义。1.4设计系统的思路本设计采用单片机作为数据处理与控制单元，为了进行数据处理，单片机控制温度传感器经过处理的信号，把信号通过单总线传递到单片机上。单片机数据处理之后，发出控制信息改变报警和控制执行模块的状态，同时将当前温度信息发送到LED进行显示。本系统可以实现多路温度信号采集与显示，通过进行温度数据的运算处理，发出控制信号达到控制对象正常的目的。2 系统的组成及工作原理2.1 系统的硬件总体结构植物生长是在一定的环境中进行的 ,在生长过程中受到了环境中各因素的影响 ,对植物生长影响最大的是温度、湿度及光照度。环境中的昼夜温度、湿度和光照度变化大 ,对植物生长很不利。现代的温室有内外遮阳系统、加温系统、自然通风系统、湿帘风机降温系统、补光系统、补气系统、环流风机、灌溉系统、施肥系统、自动控制系统等等常用环境系统，能对植物生长进行合理控制 ,而如何才能合理地有效的控制这些配套设备的运作和协同需要一套完善的硬、软件温室系统进行控制。因此 ,该系统就是用价格便宜的一般电子器件来设计一个精度高 ,控制操作方便 ,性价比高的用于农业种植生产的温室大棚测控系统。该系统由单片机对温度、湿度等参数进行巡回测量 ,并对测量的结果进行优化补偿 ,并进行调控 ,此外主控制器还可以同时完成系统参数测量 ,数据存储等，硬件总体设计结构如图1所示。由图1可知 ,整个系统采用 STC89C58RD +单片机为处理核心 ,通过温室现有的各种传感器检测温室的温度、 湿度、 光照度等环境因素 ,经由控制系统的 8路模拟量、数字量输入接口传输到 CPU中 ,并与系统设定值进行比较、判断、处理以及相关数据的存储。然后将 CPU处理后各种控制结果通过 16路开关量输出口传送到电机和电磁阀等执行机构上 ,从而实现对温室的控制。温室独立控制系统上还包扩各种人机界面和数据传输接口 ,实现了人机交换方式以及实时参数的设定。本控制系统采用宏晶科技公司生产 STC 51系列单片机控制器 ( STC89C58RD + )。该单片机具有强加密性 ,无法解密，具有超强的抗干扰性能 ,且芯片内部自带看门狗。STC89C58RD +单片机最高时钟频率为080MHz,32k的 Flash存储器、1280字节的RAM、拥有 P4口适合需要多 I/O的系统设计、16k字节的E2PROM可以提供比其它单片机更多的存储空间5。其不需要依靠任何烧录器 ,直接通过电脑上的串口以ISP方式进行烧录。这种单片机的烧录方式操作简单容易 ,程序的调试灵活 ,修改方便 ,且不受地域、时间和环境的影响和限制 ,可为以后产品的改进和升级提供方便。图1 系统硬件总体结构框图Fig1 The system hardware structure diagram as a whole文中按模块分别对各单元电路进行电路设计，然后进行硬件电路集成。单片机是控制系统的核心部分。八通道温湿度传感器由八选一模拟选择开关循环选通，被选中的温湿度传感器信号由信号处理及放大电路进行处理之后送入A/D转换器，再由单片机控制A/D转换器进行温湿度数据的采集，而后对温湿度原始数据进行处理，根据处理结果驱动声光报警电路和执行数码管7。看门狗采用硬件看门狗电路，防止程序在运行过程中“跑飞”， 保证系统运行的稳定、可靠。2.2 系统的工作原理 此处省略NNNNNNNNNNNN字。如需要完整说明书和设计图纸等.请联系扣扣：九七一九二零八零零 另提供全套机械毕业设计下载！该论文已经通过答辩3 系统硬件电路设计3.1 AT89C51单片机结构组成单片机是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统，在工业控制领域的广泛应用8。从上世纪80年代，由当时的4位、8位单片机，发展到现在的32位300M的高速单片机。选择目前市场上性价比较高的AT89C51单片机（见图2-4）作为该系统的控制核心。但是如果资金足够的话尽量选择最先进的单片机，但在本设计中，AT89C51是足够用的。（1）CPU的结构 从功能上看，CPU包括两个基本部分：运算器和控制器。这两个部分使 CPU成为单片机内部的核心部分，是单片机的指挥者和执行着，它决定了单片机的主要功能特性，它主要拥有两大基本功能特性：控制和运算。下面介绍一下控制器和运算器9。1）控制器控制器主要包括三部分PC、IR、ID，即是控制器的程序计数器、指令寄存器、指令译码器等。它们分别拥有不同的功能，是控制器不可缺少的部分。2）运算器运算器就比较复杂，运算器包括算术逻辑运算部件ALU、累加器ACCC、B寄存器、暂存寄存器TMP1和TMP2、程序状态寄存器PSW、BCD码运算调整电路等，要想它运算功能强大，就得保证每一部分都完整。 （2）时钟电路单片机时钟电路是用来配合外部晶体实现振荡的电路，这样可以为单片机提供运行时钟，如果运行时钟为0 的话，单片机就不工作，当然超出单片机的工作频率的时钟也会导致单片机不工作，AT89C51芯片内部有一个高增益反向放大器，用于构成振荡器。反向放大器的输入端为XTAL1，输出端为XTAL2。在TXAL1和XTAL2两端跨接由石英晶体及两个电容构成的自激振荡器，如图2所示。电容器C1和C2通常都取30pF左右，选用不同的电容量对振荡频率有微调作用。但石英晶体本身的标定频率才是单片机振荡频率的决定因素。其振荡频率范围是112MHz。图2 时钟电路Fig2 The clock circuit此次设计考虑到系统的独立完整性，选用的是内部时钟方式，石英震荡频率选用12MHZ，ALE信号频率为2MHZ。这样这个时钟电路基本能稳定正常运行了。(3) I/O口结构：I/O接口是INPUT/OUTPUT指输入/输出设备接口 简单的说就是机器上可以连接其他设备的都属于I/O接口AT89C51单片机有4个8位并行I/O接口，记作P0、P1、P2和P3，每个端口都是8位准双向口，共占32根引脚。每一条I/O线都能独立地用作输入或输出。每个端口都包括一个锁存器（即特殊功能寄存器P0P3），一个输出驱动器和输入缓冲器，作输出时数据可以锁存，作输入时数据可以缓冲，但是这四个通道的功能完全不同。但每一个通道功能都是不能忽视的。(4) 程序存储器及数据存储器1）程序存储器单片机内部的程序寄存器一般为1K64K字节，通常是只读存储器，因为单片机应用系统大多数是专用系统，一旦研制成功，其软件也就定性，程序固化到只读存储器，用只读存储器作为程序存储器，掉电以后程序不会丢失从而提高系统的可靠性，对AT89C51芯片来说，片内有4K字节ROM/EPROM，片外可扩展60K字节EPROM，片内和片外程序存储器统一编址。存储速度快。 在程序存储器中，有6个地址单元被保留用于某些特定的地址，这里就不详细介绍了。2）数据存储器就是指RAM，有名随即存储器，它是可读可写的，用来存放数据变量、堆栈的，掉电其中的数据会消失12。AT89C51数据存储器空间也分为内片和外片两大部分，即片内数据存储器RAM和片外数据存储器RAM。如何区别片内、片外RAM空间呢？片内数据存储器最大可以寻址256个单元，片外最大可扩展64K字节RAM，并且片内使用的是MOV指令，片外64K ROM空间专门为MOVX指令所用。因为会丢失数据所以用途也比较特殊。(5) 定时器定时器是通信协议正常运行的基本要素之一，主要用于各种定时和帧重传的任务。通信协议在单片机系统上实现所使用的定时器，定时精度要求不高，但数量要求比较大。由于硬件资源有限，不可能为每一个单独任务分配一个硬件定时器，只能通过单个硬件定时器模拟多个软件定时器的方法，来满足协议中的定时应用需要。AT89C51单片机的内部有两个16位可变成定时器0（T0）和定时器1（T1），它们都有定时或是事件计数的功能，可用于定时控制、延时、对外部事件计数和检测等场合。它们具有计数和定时两种工作方式以及四种工作模式。定时器T0具有方式0、方式1、方式2和方式3四种工作方式。T1具有方式0、方式1和方式2三种工作方式13。所以用途也有所差异(6)中断系统中断装置和中断处理程序统称为中断系统。AT89C51单片机有五个中断请求源13。其中，两个外部中断源；两个片内定时器/计数器（T0、T1）的溢出中断源TE0和TF1；一个片内串行口接受或发送中断源RI或TI。这些中断请求分别由单片机的特殊功能寄存器TCON和SCON的相应位锁存。几个有优先级之分，这里不加细说。3.2 AT89C51的复位电路自动复位和开关手动复位是AT89C51单片机的两种复位方式。两种方式各有优缺点。此次设计采用上电复位电路，电路图如图3所示单片机只要一上电，便自动地进入复位状态14。在通电瞬间，电容C通过电阻R充电，RST端出现正脉冲，用以复位。确保微机系统中电路稳定可靠工作，复位电路是必不可少的一部分，复位电路的第一功能是上电复位。图3 复位电路Fig3 Reset circuit3.3 数据存储器的扩展有时候片内数据存储器RAM不够用，所以要对AT89C51的数据存储器进行扩展，因此，选用RAM6264数据存储器一片。6264可以直接和存储器的地址线并联，数据地址线也同样可以并联连接15。使用起来很方便先把6264的写选通信号连接到AT89C51的上，读选出通信号连接到AT89C51的上，这样单片机就能把程序采集来的数据经过变换最终转换成数字温湿度量存放到6264中，也可以从6264中读取数据，8255A中的控制寄存器很少，所以初始化程序设计简单。对于方式0，如果不要设定C口的联络信号，则只需要设置方式控制字；如果要设定C口的某些位为联络信号，则只需设置C口的位置/复位控制字。对于方式1和方式2，因为都要用到控制信号，所以必须设置两个控制字，即设置方式选择控制字和C口复位控制字。具体的连接如下图4所示：图4 AT89C51与地址6264的连接Fig4 AT89C51 and the address 6264 connections1） 数据线数据线用来连接电脑等设备用的，它的数据线有D7D0，PA7PA0，PB7PB0，PC7PC0，均为双向三态，其中D7D0与CPU数据总线相连，用于传递CPU与8255之间的命令和数据；PA7PA0，PB7PB0，PC7PC0，分别与A、B、C三个端口相对应，用于8255A与外设之间的传送数据。它们彼此分离。2） 寻址线什么事寻址线？及时俗称的地址总线，寻址线、和，用于选择8255的三个端口和控制寄存器。他们分别能：片选信号，输入，低电平有效。有效时表示选中本片。和：输入，通常与系统地址总县的和对应相连。当有效时，和的四种组合00、01、10、11分别选择A、B、C、口和控制寄存器，所以一片8255A共有4个I/O地址。拥有四种接线方式。3） 控制线在电力设备中，控制线是一种带编码或不带编码的小电流信号线，用于控制一些电力开关，保护等设备的，能实现远程控制。它有三种控制线：读信号，输入低电平有效。当为低电平时，表示CPU对8255A进行读操作。：写信号，输入低电平有效。当为低电平时，表示CPU对8255A进行写操作。RESET：复位信号，输入，高电平有效。当RESET为高电平时，8255A内部所有寄存器清零。各端口都自动设置为输入方式，24条I/O引脚均为高租态16。4） 电源和地线单片机采用单一+5V电源。它与可编程接口芯片8255A相连， AT89C51和8255A的接口时，8255A可以直接与MCS-51总线接口，其接口电路如图5所示图5中，8255A的片选信号及口地址选择线A0、A1分别由AT89C51的P2.7和P0.1、P0.0经地址锁存后提供，所以，8255A的A口、B口、C口及控制口的地址分别为6000H、6001H、6002H、6003H。8255A的、分别与AT89C51的、相连，8255A的RESET与AT89C51的RST相连。都接到AT89C51的复位电路上。对8255初始化的程序如下：MOV A ，#80H ；置方式控制字 方式0MOV DPTR，#6003H ；指向8255口地址MOVX DPTR A本设计采用8255的A口B口连接LED显示器，用C口进行报警和相应设备的启动，所以PA口PB口PC口的地址分别为6000H，6001H和6002H。图5 8255A和AT89C51的连接Fig5 8255A and AT89C51 of the connection3.3.1 DS1820 的特性 DS1820 有下列主要特性 : 1）只需一根 I/ O 线就能完成通信 ; 2）多个分散的 DS1820 可以共用一线进行通信; 3）不需外部元器件 ; 4）可以通过数据线供电 ; 5）检测温度范围为 - 55 + 125C ,精度在0. 5度 ; 6）用 9bit 数字量来表示温度 ; 7）每次将温度转换成数字量需 200ms ; 8）可定义一个不变化的温度设置为报警温度; 9）有 PR35 T 和 SSOP 两种封装型式21。3.3.2 DS1820结构 DS1820 内部结构框图如图6 所示。图6 DS1820内部结构图Fig6 DS1820 internal structure由图11可知 ,DS1820 由以下几部分组成: 1）64 位激光只读存贮器。在这里存放着每个 DS1820 的唯一的序号 ,开始 8 位是产品类型的编号(DS1820 为 10H） ,接着是每个器件的唯一的序号 ,共有 48 位 ,最后 8 位是前 56 位的 CRC 校验码这也是多个 DS1820 可以采用一线进行通信的原因。 2）温度传感器。它是将温度转化为数字量的关键部分。 3）DS1820 的存贮器。它由高速存贮器RAM和EERAM(高温TH和低温TL报警触发器）组成,数据首先写入高速存贮器 RAM 中 ,然后通过复制命令将数据写入 EERAM 中。高速存贮器 RAM 由8 个字节组成 ,头两个字节存放检测温度的值,0号 (LSB） 为存放温度的值,1 号 (MSB） 存放温度值的符号 ,如果温度为负 ,则1号存贮器全为1 ,否则全为0，这也是可用 9bit 来表示温度的原因。最低位先读出。若LSB最低位为1 ,则表示为0.5度 ,求值的方法根据MSB中的值将LSB中的二进制数求补再转换成十进制数除以 2 即得被测温度的值。3.3.3 DS1820的工作原理 DS1820测量温湿度时使用特有的温湿度测量技术，其测量温湿度框图如图7所示。内部计数器对一个受温湿度影响的振荡器的脉冲计数，低温时振荡器的脉冲可以冲过门电路，而当达到某一设置高温时，振荡器的脉冲无法通过门电路。图7 DS1820测温原理框图Fig7 DS1820 temperature measuring principle block diagram in 3.3.4 DS1820注意事项DS1820虽然具有测温系统简单、测温精度高、连接方便、占用口线少等优点，但在实际应用中也应注意以下几方面的问题： 1）较小的硬件开销需要相对复杂的软件进行补偿，由于DS1820与微处理器间采用串行数据传送，因此，在对DS1820进行读写编程时，必须严格的保证读写时序，否则将无法读取测温结果。 2）当单总线上所挂DS1820超过8个时，就需要解决微处理器的总线驱动问题，这一点在进行多点测温系统设计时要加以注意。 3）在DS1820测温程序设计中，向DS1820发出温湿度转换命令后，程序总要等待DS1820的返回信号，一旦某个DS1820接触不好或断线，当程序读该DS1820时，将没有返回信号，程序进入死循环3.3.5 湿度检测电路本例中采用8255来实现转换。EL7556由积分电路、基准电路、频率转换电路及频率电压（F/V）转换电路等组成，积分电路及R1、R2、C1用于产生一定频率的脉冲信号并从5脚送至8脚。调节R2可对该脉冲信号频率进行调整，从而使湿度传感器的线性和灵敏度处于较好状态；基准电路和频率转换电路可将湿度传感器的电容变化转换成频率变化，再经频率电压转换电路后从9脚输出与频率成线性的电压，然后经C3等滤波后送入A/D转换器，再进行A/D转换以将其转换成数字信号。本设计的湿敏传感器为MXS型电容式湿敏传感器，湿度为76%RH时的电容值为500pF，电容相对变化率为1.7 pF/%。当湿度为0%100%RH时，9脚输出的相应信号频率为01000Hz，精度为2%，F/V电路输出的电压为05V。调整时，可先设定湿度为5%RH，然后调节R2，使9脚输出100mV电压即可。主要特性：1）与MCS-51 兼容 ；2）4K字节可编程闪烁存储器；3）寿命：1000写/擦循环；4）数据保留时间：10年综上所述为本系统硬件的设计，其总体电路图见附录一。3.4 温湿度采集电路采集电路的选择也很重要，我们选择在八个地方测量环境就是所谓的八路温湿度采集。本系统中采用八路温湿度采集，即在所测环境中放八个温湿度传感器，其电路图如图8所示。图8 八路温湿度采集电路Fig8 No temperature and humidity acquisition circuit 图中M1A至M1H分别为8个传感器，他们分别放到所测环境的8个不同位置，由AD590的性质不难得出0至7端口输出电压=10，然后0至7端口再接到温湿度选择电路中即可。所测出来的数据比较准确。3.5 温湿度选择电路根据设计的需求，本系统中八路温湿度需要巡回检测，采用一个八路模拟选择开关CD4051。3.6 温湿度处理电路温湿度处理是此次设计非常重要的一环，我们采用AD590串连一个10电阻再接地，即可产生10 (273.2 + t)毫伏电压， 这个电压先经一个运放AR1(0P07) 所组成的缓冲器，以避免负载效应。=10 (273.2 + t)；中间的运放AR2(OP07)组成一个减法器。为了将采集的电压A/D转换成温湿度更接近人的思维角度，通过这个减法器将电压减掉2.732 。=1.366 V； =-(-2)=-(-2.732) V；再加上最后一个运放AR3(OP07)组成一个反相器，使最后输出电压每增加0.01，即表示温湿度增加1 。= =0.3V，=-=0.6 + 0.01t；例如，实际空气温湿度为20 ，即t = 20；= 2.732 V；=0.8。单片机将此电压进行A/D转换和单片机处理，转换后就为20，无需再将结果标定成温湿度，其中A/D转换的算法在后续介绍。其电路如下图9图9 单路温湿度处理电路Fig9 Single processing circuit road temperature and humidity3.7 A/D转换电路所谓的A/D转换就是把模拟量转换成数字量。A/D转换器的种类繁多、特性各异。在设计数据采集系统、测控系统和智能仪器仪表时，应选择合适的A/D转换器芯片。此次设计选择的A/D转换器芯片为ADC0809。ADC0809是8路8位逐次逼近型A/D转换CMOS器件，在过程控制和机床控制等应用中，能对多路模拟信号进行分时采集和A/D转换，输出数字信号通过三态缓冲器，可直接与微处理器的数据总线相连接。ADC0809与单片机AT89C51的硬件接口方式有：查询方式、中断方式和等待延时方式。采用中断方式不浪费CPU的等待时间，但是如果A/D转换时间较短，也可以用程序查询方式和等待查询延时方式。下面介绍两种最常用的方式：查询方式和中断方式。1） 查询方式ADC0809与单片机AT89C51的硬件接口如图10所示：图10 ADC0809与单片机AT89C51的硬件接口电路Fig10 ADC0809 and hardware interface circuit of single chip microcomputer AT89C51 由于ADC0809具有三态输出数据锁存器，其8位数据输出端可以与数据总线相连。地址选通端ADDA、ADDB、ADDC分别与AT89C51地址总线的低三位、相连，用于选通中的某一个通道。由于ALE和START连在一起，ALE=START=，ADC0809在锁存通道地址的同时启动A/D转换。在读取A/D转换结果时。OE=产生的正脉冲信号用于打开三态输出锁存器。ADC0809的EOC信号与AT89C51的P1.0相连，作为A/D转换是否结束的状态信号供T89C51查询。采用查询方式其采样转换程序如下：MOV TEMPL0 ，#08H ；设置通道个数MOV R1 ，2AH ；置数据区首地址MOV DPTR ，#5000H ；指向通道0START： MOVX DPTR ，A ；启动A/D转换 MOV R3 ，#32 ；设置延时时间LOOP100： DJNZ R3 ，LOOP100 ；延时完成？TEST： NB P3.3 ，TEST ；标志位为1？不为等待 MOVX A ，DPTR ；取出A/D转换值 MOV R1 ， A ；送入数据区 INC R1 ；指针加1 CJNE R1 ，#2FH，START；判断数据区满？2） 中断方式ADC0809作为AT89C51单片机的一个外部扩展并行口I/O口，口地址取决于所连接的中断口，选通通道取决于地址地位，中断方式的主要特点是将转换完成信号接在单片机的中断口上，转换完成A/D转换器发出信号单片机把它当作一个中断来处理。所以本设计中A/D转换器连接成查询方式。3.8 电源稳压电路电源稳压电路是常用的变压整流电路，技术相对成熟，成本较低。变压器输入端为220V/50HZ交流电，经过变压器变压获得9V交流电，然后再由桥式整流电路和滤波电路处理，得到约等9V直流电，最后经过直流稳压电路CW7805处理，最终得到+5V的直流电，即可作为此系统的电源，具体电路如图11所示：图11 电源稳压电路Fig11 the power voltage stabilizing circuit 根据要求，首先用集成稳压器设计一个固定输出5V的直流稳压电源，通过查阅常用电子元器件实用手册可知CW7805集成稳压器输出， CW7805的输入电压为，又由于次级线圈的电压一般比最终输出的稳压至少高，故可均取输入电压为设计。即交流输入电压经整流和滤波后变成。则有变压后电压于是选择变压器原绕组与副绕组的匝数比（变压比）。功率，所以可以选用变压器。电路中整流二极管所承受的最大反向电压。所以应选择反向击穿电压的整流二极管（按最大反向工作电压的二倍选取）。故可以选择二极管（最大反向工作电压，最大正向整流电流）搭建整流桥。可选用抗击穿能力较强的发光二极管用于短路时保护三端集成稳压器，还可以起到指示作用。电容的容抗一般大于几千欧，为了防止电容被击穿，我们取，根据公式得到防止低频干扰的电容 故可取=根据三端集成稳压器的规格可以确定=0.33， =0.33。根据，得故，可取反向击穿电压为的电解电容滤波电容。3.9 报警电路当某一通道的温湿度测量值超出预先设定的上、下限报警值或系统运行出现故障时， 系统发出声光报警以提醒用户注意。报警电路中光报警采用发光二极管，声报警采用蜂鸣器来设计，其硬件电路如图12所示。图12 声光报警电路Fig12 sound and light alarm circuit3.10 看门狗电路由于单片机无操作系统，如果程序出现异常情况(如出现死循环)就无法正常运行， 因此，本系统采用了一个硬件看门狗来监视程序的运行。美信公司的MAX706P，具有“看门狗”、主电源检测的功能。看门狗电路就是一个定时计数器，一旦到达最大计数值就会把单片机复位，其作用是防止程序进入死循环，监控程序的正常运行。在程序正常执行一遍后，会清零到看门狗计数器，所以不会到达最大计数值，但是如果程序由于外部干扰等原因而进入死循环，定时计数器达最大计数值就会把单片机复位17。单片机通过I/0引脚给(看门狗输入)脚正脉冲，如果两次脉冲时间间隔不大于1.6S，则 (看门狗输出)脚一直为高电平，说明微机程序运行正常。当两次发出正脉冲的时间间隔大于1.6S时，“看门狗” 便使引脚变为低电平，将脚与相连，可使RESET脚(与单片机的RST相连)产生高电平的复位脉冲，使程序能从头重新开始执行，起到监视程序运行的作用。看门狗电路如图13所示。图13 看门狗电路Fig13 watchdog circuit3.11 显示电路设计LED显示器是由发光二极管显示字段的显示器件，也可称为数码管18。 本设计显示需要使用2855和7位共阳极显示器的接口电路。8255的A作为位扫描口，经反向驱动器75452接显示器公共阴极；B口作为段数据口，经同相驱动器7407接显示器的各个阳极。对于6位显示器，在AT89C51RAM存储器中设置7个显示缓冲单元70H76H，分别存放7位显示器的显示数据。8255的 A 口扫描输出总是只有1位高电平，即7位显示器中仅有1位公共阳极为高电平，其他位为低电平8255的B口输出相应位然后对其他6位巡回显示，如果小数点位固定可以通过对指定位进行置位或者清零来实现。本系统采用74LS245做驱动数码管的电路，可以保证数码管的供电，数码管7SEG-MAX4动态显示4位数字，74LS245芯片及数码管7SEG-MAX4前已做了详细介绍，这里不再说明。这里着重说明一下数码管显示数字的含义，数码管显示数字为4位，其4位数从左向右数的含义为：第一个数码管显示的是传感器的通道号，第二个数码管显示“-”号或者当温湿度高于100时显示百位数字，第三个数码管和第四个数码管依次显示所测温湿度数字，例如若是数码管显示为6-15，则其含义为6代表第6个传感器，“-”代表温湿度为零下，-15代表零下15，即其总体含义为第六个温湿度传感器的位置检测的温湿度为零下15；若是数码管显示为8030，则其含义为第八传感器的位置检测位置的温湿度为30。4 系统的软件设计软件系统主要包括语言处理系统、数据库系统、人机交互系统。语言处理系统的功能是各种软件语言的处理程序，它把用户用软件语言书写的各种源程序转换成为可为计算机识别和运行的目标程序，从而获得预期结果。其主要研究内容包括：语言的翻译技术和翻译程序的构造方法与工具，此外，它还涉及正文编辑技术、连接编辑技术和装入技术等。数据库系统的主要功能包括数据库的定义和操纵、共享数据的并发控制、数据的安全和保密等。按数据定义模块划分，数据库系统可分为关系数据库、层次数据库和网状数据库。按控制方式划分，可分为集中式数据库系统、分布式数据库系统和并行数据库系统。数据库系统研究的主要内容包括：数据库设计、数据模式、数据定义和操作语言、关系数据库理论、数据完整性和相容性、数据库恢复与容错、死锁控制和防止、数据安全性等。分布式软件系统的功能是管理分布式计算机系统资源和控制分布式程序的运行，提供分布式程序设计语言和工具，提供分布式文件系统管理和分布式数据库管理关系等。分布式软件系统的主要研究内容包括分布式操作系统和网络操作系统、分布式程序设计、分布式文件系统和分布式数据库系统。人机交互系统的主要功能是在人和计算机之间提供一个友善的人机接口。其主要研究内容包括人机交互原理、人机接口分析及规约、认知复杂性理论、数据输入、显示和检索接口、计算机控制接口等。进行系统软件设计。分析系统对软件的要求，然后进行了软件的总体设计，包括程序总体结构设计和对程序进行模块化设计。将系统整体功能划分成多个不同的模块，单独设计、编程、调试，然后将各个模块进行装配联调，组成完整的系统软件。根据系统软件的功能需求，系统应用软件分为主程序、数据采集、数据处理（A/D转换）、报警及显示等五大主要程序模块。各模块之间的联系紧密。4.1 主程序设计设计主程序时，要就程序可靠、简便，但功能必须完整，根据设计的要求，系统程序的设计：现将系统初始化，然后进行数据采集，数据采集完毕再进行数据处理，将处理好的信息显示到荧幕，再看是否和要求，结果有看门狗返回给源程序。C51的规定,编译时默认先从主程序开始编译。当主程序在执行过程中，如果突然来了中断并且中断开关打开，单片机就会执行中断服务程序了，而当执行完中断服务程序后才跳回主程序继续往下执行。单片机在空闲模式或