基于sht1x温湿度采集单元的硬件设计

本科生毕业设计（论文）基于SHT1X的温湿度采集单元硬件设计THEHARDWAREDESIGNOFTHETEMPERATUREANDHUMIDITYCOLLECTINGUNITBASEDONSHT1X总计18页表格0个插图10幅学院（系）电子与电气工程系专业电子信息工程基于SHT1X温湿度采集单元的硬件设计摘要本课题是基于SHT1X温湿度采集单元的硬件设计部分，整个系统由基于单片机的数据集中显示和控制主机和基于单片机的温湿度数据采集节点从机两部分构成，主机和从机之间通过RS485总线构成的总线拓扑结构，实现温湿度数据分布式采集和集中显示。本系统的设计主要是数据显示和单片机控制的主机模块和基于单片机的温湿度采集节点两部分的硬件电路设计。主机模块设计包括数码显示电路的硬件设计和用于存储采集信息的看门狗电路设计，以及提供5V电压的电源电路设计；从机的设计主要是采用SHT1X系列温湿度传感器的温湿度采集节点的硬件电路设计，以及看门狗电路和地址电路的设计；最后就是连接主从机的RS485总线通信电路设计。主要用到的芯片有AT89C51、X5045、MAX485等。关键词单片机；温湿度传感器；485总线技术；通信协议THEHARDWAREDESIGNOFTHETEMPERATUREANDHUMIDITYDATAPROCESSINGANDDISPLAYUNITBASEDONSHT1XABSTRACTTHISTOPICISBASEDONTHEHARDWAREDESIGNOFHUMIDITYANDTEMPERATUREACQUISITIONUNITSHT1X,THEENTIRESYSTEMISBASEDONSINGLECHIPHOSTITDISPLAYSANDCONTROLSTEMPERATUREANDHUMIDITY,ANDACHIEVESTHEDISTRIBUTEDCOLLECTIONOFTEMPERATUREANDHUMIDITYANDCENTRALIZEDDATASHOWMASTERANDSLAVETHROUGHTHERS485BUSCONSTITUTEATOPOLOGYTHEDESIGNOFTHESYSTEMISMAINLYSINGLECHIPCONTROLOFDATADISPLAYANDTHEHOSTMODULEANDTHETEMPERATUREANDHUMIDITYBASEDONSINGLECHIPNODESCOLLECTTWOPARTDESIGNOFHARDWARECIRCUITSHOSTDESIGNINCLUDESADIGITALDISPLAYCIRCUITDESIGNANDHARDWAREUSEDTOSTORETHECOLLECTEDINFORMATIONISSTOREDWATCHDOGCIRCUITDESIGN,ANDTOPROVIDE5VPOWERSUPPLYVOLTAGECIRCUITDESIGNFROMTHEMACHINEISDESIGNEDFORUSEMAINLYSHT1XSERIESOFTEMPERATUREANDHUMIDITYSENSORSCOLLECTINGTEMPERATUREANDHUMIDITYNODEHARDWARECIRCUITDESIGN,ASWELLASTHEWATCHDOGCIRCUITANDCIRCUITSELECTORSWITCHDESIGNTHELASTISTHEMAINCONNECTIONOFTHERS485SLAVEBUSCOMMUNICATIONCIRCUITDESIGNTHECHIPSAREMAINLYUSEDAT89C51、X5045、MAX485、ETCKEYWORDSSINGLECHIPMICROCOMPUTERTEMPERATUREANDHUMIDITYSENSORS485BUSTECHNOLOGYCOMMUNICATIONPROTOCOL目录1引言111课题的提出和意义112国内外研究现状113主要研究内容214系统总体设计2141系统功能设计2142系统设计原则3143系统组成与工作原理32温湿度采集节点（从机）设计521温湿度采集电路设计522温湿度采集节点地址电路设计823电源电路设计83主机模块电路设计931看门狗电路设计932数码管显示电路设计113218位数码管11322数码管数据显示114主从机通信模块电路设计1341RS485简介1342通信模块的设计1343RS485总线接口电路设计135温湿度采集系统硬件调试1551温湿度采集单元设计所需的硬件与资源1552系统硬件调试15结束语15参考文献16附录17致谢181引言11课题的提出和意义目前我国农业正处于从传统农业向以优质、高产、高效益为目标的现代农业转化的新阶段。环境控制工程作为农业生物速生、优质、高产的手段，是农业现代化的重要标志。温室大棚中的环境由多个因子组成，如温度、光照、湿度及二氧化碳浓度等。时下，我国温室环境控制目前仍靠人工经验来管理，严重影响了农业生产的效益，阻碍了农业生产的发展，因此，采用先进的人工智能技术，科学合理地控制影响作物的环境因子，通过计算机控制设备进行环境控制，以便给作物生长创造一个最佳的环境条件，做到既提高产品的质量、产量、经济价值和社会效益，同时尽量降低生产成本，这对温室环境施行自动检测和控制是非常必要的。温室设施的关键技术是环境控制，其目的是提高控制及作业精度。温室环境控制技术是随自动化检测技术、过程控制技术、通讯技术、计算机技术的发展而发展起来的。12国内外研究现状温室是一种可以改变植物生长环境，为植物生长创造最佳条件，避免外界四季变化和恶劣气候对其影响的场所。它以采光覆盖材料作为全部或部分结构材料，可在冬季或其他不适宜露地植物生长的季节栽培植物。温室生产以达到调节产期，促进生长发育，防治病虫害及提高质量，产量等为目的，而温室设施的关键技术是环境控制，该技术的最终目标是提高控制与作业精度。（1）国外温室环境控制国外对温室环境控制技术研究较早，始于20世纪70年代，先是采用模拟式的组合仪表，采集现场信息并进行指示、记录和控制。80年代末出现了分布式控制系统。目前正开发和研制计算机数据采集控制系统的多因子综合控制系统，现在世界各国的温室控制技术发展很快，一些国家在实现自动化的基础上正向着完全自动化，无人化的方向发展。像园艺强国荷兰，以先进的鲜花生产技术著称于世，其玻璃温室全部由计算机操作，英国伦敦大学农学院研制的温室计算机遥控技术，可以观测50KM以外温室内的光、温、湿、气和水等环境状况，并进行遥控。（2）我国温室控制技术我国对于温室控制技术的研究较晚，始于20世纪80年代，我国工程技术人员在吸收发达国家温室控制技术的基础上，才掌握了人工气候室内微机控制技术，该技术仅限于温度、湿度和二氧化碳浓度等单项环境因子的控制。我国温室设施计算机应用，在总体上正从消化吸收，简单应用阶段向实用化，综合性应用阶段过渡和发展。在技术上，以单片机控制的单参数单回路系统居多，尚无真正意义上的多参数综合控制系统，与发达国家相比，存在较大差距。我国温室现状还远远没有达到工厂化农业的境地，生产实际中仍然有许多问题困扰着我们，存在着温室装备配套能力差，产业化程度低，环境控制水平落后，软硬件资源不能共享和可靠性差等缺点。（3）温室控制存在的问题首先是农业专家系统自身的问题，农业专家系统的技术还不十分成熟。各种专家系统在收集、整理农业专家知识时并没有把专家是如何学习和获得这些知识的过程整理出来，这样开发的专家系统并不具有真正的学习能力。其次是采集数据的束缚，温室控制技术主要停留在对温室环境因子的监控上，并没有考虑温室作物本身的生理过程。还有就是农业专家系统在温室实时控制中的应用的局限性，农业专家系统对温室环境因子进行实时监控，不同于开发单纯的农业专家系统，其中涉及与控制系统的“接口”问题，在开发温室农业专家控制系统时，对农业知识的表达及推理策略等要认真考虑。同时，将更多的农业知识用于温室生产的实时控制中，不仅仅局限于对环境因子的专家指导。总之，随着计算机技术、农业应用电子技术、传感器智能化技术、机械电子一体化技术和计算机网络技术研究的发展，温室技术体系己经成为各个国家为合理利用农业资源13主要研究内容本设计主要做了如下几方面的工作一是确定系统的总体功能设计方案；二是基于单片机的数据集中显示和控制主机的硬件电路设计；三是基于单片机的温湿度数据采集节点（从机）的硬件电路设计；四是连接主机和从机的RS485总线通信电路设计。本文将信息采集技术、信息传输技术、信息存储技术及信息处理技术等相互融合，将温室环境多种参数监测和单片机控制理论相结合，提出一种切实可行的温室环境监测系统，可以全面、实时、自动地对监测数据进行自动记录、存储和处理，满足了对作物生长状态实行全面、实时、长期监测的要求。本课题拟研究的主要问题包括（1）温度和湿度的数字化采集；（2）单片机中对温湿度数据的处理和显示；（3）温湿度数据的远程传输。重点和难点是数字化采集和单片机机处理及数码管显示。14系统总体设计141系统功能设计系统要完成的设计功能如下1实现对温室温湿度参数的实时采集，测量空间多点的湿度和温度。根据测量空间或设备的实际需要，由多路温度、湿度传感器对关键温、湿度敏感点进行测量，由单片机对各路数据进行循环检测、数据处理、存储，实现温湿度的智能、多空间点的测量。2现场监测设备应具有较高的灵敏度、可靠性、抗干扰能力，并具有存储、远程通信功能。3通信系统具有较高的可靠性、较好额实时性和较强的抗干扰能力。与主机通讯功能，采用RS485串行通讯方式。4能够完成采集温湿度信息的对应的节点地址显示以及采集信息的存储。要求达到的技术指标测温范围20100测温精度05测湿范围0100RH测湿精度25RH142系统设计原则要求单片机系统应具有可靠性高、操作维护方便、性价比高等特点。1可靠性高可靠性是单片机系统应用的前提，在系统设计的每一个环节，都应该将可靠性作为首要的设计准则。提高系统的可靠性通常从以下几个方面考虑使用可靠性高的元器件；设计电路板时布线和接地要合理；对供电电源采用抗干扰措施；输入输出通道抗干扰措施；进行软硬件滤波；系统自诊断功能等。2操作维护方便在系统的软硬件设计时，应从操作者的角度考虑操作和维护方便，尽量减少对操作人员专用知识的要求，以利于系统的推广。因此在设计时，要尽可能减少人机交互接口，多采用操作内置或简化的方法。同时系统应配有现场故障诊断程序，一旦发生故障能保证有效地对故障进行定位，以便进行维修。3性价比单片机除体积小、功耗低等特点外，最大的优势在于高性能价格比。一个单片机应用系统能否被广泛使用，性价比是其中一个关键因素。因此，在设计时，除了保持高性能外，尽可能降低成本，如简化外围硬件电路，在系统性能和速度允许的情况下尽可能用软件功能取代硬件功能等。143系统组成与工作原理以单片机为控制核心，采用温湿度测量，通信技术，误差修正等关键技术，以温湿度传感器作为测量元件，构成智能温湿度测量系统。系统分为主机控制显示模块和从机信息采集节点，中间由RS485总线技术连接。选用的主要器件有SHT1X温湿度传感器、AT89S51、8位数码管显示模块、MAX485等。系统整体硬件框图如图1所示图1系统整体硬件框图主机一是做监控中心，控制所有的采集点，另外是显示。从机一方面接收主机的命令，另一方面返回采集的温湿度数据，采集的温湿度信息存入到看门狗中，数码管显示实时采集的温湿度信息。主机硬件框图如图2所示图2主机模块硬件框图从机的作用就是在各个监测点实时采集所需要的温湿度信息，通过485总线上传给主机，其硬件框图如图3所示图3温湿度采集节点（从机）硬件框图本系统以单片机AT89C51为核心，数据采集、存储、显示、处理都要通过单片机。数据采集通过单总线的智能温湿度传感器SHT11完成，从机将各个采集点采集的信息通过RS485总线上传至主机，主机通过单片机处理，最后通过数码显示管显示采集的温湿度信息。温湿度采集节点原理图见附录。在整个系统中采用了多种总线、协议技术，如智能温湿度传感器SHT1X的单总线技术、主机与从机连接的RS485协议技术等。2温湿度采集节点（从机）设计温湿度采集模块的设计包括温湿度采集电路设计、节点地址电路设计、电源电路设计和看门狗电路设计，其中看门狗电路设计详见主机中的看门狗电路。主机一是做监控中心，控制所有的采集点，另外是显示采集的温湿度信息。21温湿度采集电路设计本系统要求采集多个监测点的温湿度信息，其采集环境多样，而SHT1X系列是一款由多个传感器模块组成的单片全校准数字输出相对湿度和温度传感器。它采用了特有的工业化的CMOS技术，确保了极高的可靠性和卓越的长期稳定性。整个芯片包括经校准的相对湿度和温度微传感器，它们与一个14位的A/D转换器连接。此外还有一串行接口电路。它具有质量卓越、反应敏捷、抗干扰能力强等优点。每一个传感器都是在极为精确的湿度室中进行校准的，校准系数预先存在OTP内存中，在测量校准的全过程都有要用到这些系数。2线的串行接口支持简单、快速的系统集成。由于它体积小巧（753MM），功耗低。因此本系统采用温湿度传感器是SHT1X系列中的SHT11。（1）SHT11温湿度传感器内部结构SHT11温湿度传感器内部结构如图4所示图4SHT11内部结构图A电源引脚SHT11的供电电压为2455V。传感器上电后，要等待11MS以越过“休眠”状态。在此期间无需发送任何指令。电源引脚（VCC，GND）之间可增加一个100NF的电容，用以去耦滤波。B串行接口两线双向SHT11的串行接口，在传感器信号的读取及电源功耗方面，都做了优化处理；但与I2C接口并不兼容。串行时钟输入SCK用于微处理器与SHT11之间的通讯同步。由于接口包含了完全静态逻辑，因此不存在最小SCK频率。C串行数据DATADATA三态门用于数据的读取。DATA在SCK时钟下降沿之后改变状态，并仅在SCK时钟上升沿有效。数据传输期间，在SCK时钟高电平时DATA必须保持稳定。为避免信号冲突，微处理器应驱动DATA在低电平需要一个外部的上拉电阻将信号提拉至高电平上拉电阻，通常已包含在微处理器的I/O电路中。发送命令，用一组“启动传输”时序，来表示数据传输的初始化。它包括当SC时钟高电平时DATA翻转为低电平，紧接着SCK变为低电平，随后是在SCK时钟高电平时DATA翻转为高电平。后续命令包含三个地址位（目前只支持“000”），和五个命令位。SHT1会以下述方式表示已正确地接收到指令在第8个SCK时钟的下降沿之后将DATA下拉为低电平（ACK位）。在第9个SCK时钟的下降沿之后，释放DATA（恢复高电平）。D测量时序RH和T发布一组测量命令（00000101表示相对湿度RH，00000011表示温度T）后，控制器要等待测量结束。这个过程需要大约20/80/320MS，分别对应8/12/14BIT测量。确切的时间随内部晶振速度，最多可能有30的变化。SHT11通过下拉DATA至低电平并进入空闲模式，表示测量的结束。控制器在再次触发SCK时钟前，必须等待这个“数据备妥”信号来读出数据。检测数据可以先被存储，这样控制器可以继续执行其它任务在需要时再读出数据。接着传输2个字节的测量数据和1个字节的CRC奇偶校验。UC需要通过下拉DATA为低电平，以确认每个字节。所有的数据从MSB开始，右值有效（例如对于12BIT数据，从第5个SCK时钟起算作MSB；而对于8BIT数据，首字节则无意义）。用CRC数据的确认位，表明通讯结束。如果不使用CRC8校验，控制器可以在测量值LSB后，通过保持确认位ACK高电平，来中止通讯。在测量和通讯结束后，SHT11自动转入休眠模式。警告为保证自身温升低于01，SHT11的激活时间不要超过10（例如，对应12BIT精度测量，每秒最多进行2次测量）。通讯复位时序，如果与SHT11通讯中断，下列信号时序可以复位串口当DATA保持高电平时，触发SCK时钟9次或更多。在下一次指令前，发送一个“传输启动”时序。这些时序只复位串口，状态寄存器内容仍然保留。ECRC8校验数字信号的整个传输过程由8BIT校验来确保。任何错误数据将被检测到并清除。F测量分辨率默认的测量分辨率分别为14BIT（温度）、12BIT（湿度），也可分别降至12BIT和8BIT。通常在高速或超低功耗的应用中采用该功能。G电量不足“电量不足”功能可监测到VDD电压低于247V的状态。精度为005V。（2）温湿度传感器SHT11工作原理温湿度传感器SHTL1将温度感测、湿度感测、信号变换、AD转换和加热器等功能集成到一个芯片上，其内部结构如图4所示。该芯片包括一个电容性聚合体湿度敏感元件和一个用能隙材料制成的温度敏感元件。这两个敏感元件分别将湿度和温度转换成电信号，该电信号首先进入微弱信号放大器进行放大；然后进入一个14位的AD转换器；最后经过二线串行数字接口输出数字信号。SHT11在出厂前，都会在恒湿或恒温环境中进行校准，校准系数存储在校准寄存器中，在测量过程中，校准系数会自动校准来自传感器的信号，此外，SHT11内部还集成了一个加热元件，加热元件接通后可以将SHTLL的温度升高5左右，同时功耗也会有所增加。此功能主要为了比较加热前后的温度和湿度值，可以综合验证两个传感器元件的性能。在高湿95RH环境中，加热传感器可预防传感器结露，同时缩短响应时间，提高精度。加热后SHTLL温度升高、相对湿度降低，较加热前，测量值会略有差异。（3）SHT11温湿度传感器接口电路设计接口电路如图5所示89C51单片机P10P11DATAVDDSCKGNDSHT11R1CVCCVCCR2图5温湿度采集单元接口电路图图5是89C51单片机与SHT11的接口电路。由于89C51不具备I2C总线接口，故使用单片机通用I/O口线来虚拟I2C总线利用P10来虚拟数据线DATA，利用P11口线来虚拟时钟线，并在DATA端接入一只47K的上拉电阻，同时，在VDD及GND端之间接入一只01F的去耦电容。22温湿度采集节点地址电路设计图6温湿度采集节点地址电路本系统中可接入多个数据采集节点，为了保证主机能够分别与各个采集节点进行通信，必须为每个采集节点设置一个地址，而且每个采集节点的地址编码在系统中都是唯一的。这个地址是通过采集节点中AT89C51的P2口接入地址码开关设置的，采集节点初始化时会读入该地址并保存在RAM中。温湿度采集节点地址电路如图6所示，管脚接地表示0，管脚悬空表示1，其中给P2口外接的上拉电阻R11为810K。23电源电路设计系统中各数据采集节点以及主机控制和显示统一由5V电源供电，电源电路如图7所示。这是一个输出正5V直流电压的稳压电源电路。IC采用集成稳压器7805，C7、C8分别为输入端和输出端滤波电容，104电容滤除电源中的高频杂波，RL为负载电阻。当输出电较大时，7805应配上散热板。图7电源电路3主机模块电路设计主机的作用是实现从机采集的温湿度信息的显示功能，从机将采集的实时温湿度数据通过RS485总线上传至主机，通过51单片机的处理后，在数码管中显示出采集的温湿度信息。主机的硬件电路设计包括看门狗电路设计、数码管显示电路设计、电源电路设计（详见从机中电源电路设计）。31看门狗电路设计看门狗电路一般有软件看门狗和硬件看门狗两种。软件看门狗不需外接硬件电路，但系统需要出让一个定时器资源，这在许多系统中很难办到，而且若系统软件运行不正常，可能导致看门狗系统也瘫痪。硬件看门狗是真正意义上的“程序运行监视器”，如计数型的看门狗电路通常由555多谐振荡器、计数器以及一些电阻、电容等组成，分立元件组成的系统电路较为复杂，运行不够可靠。（1）X5045芯片简介X5045是美国XICOR公司的生产的标准化8脚集成电路，它将EEPROM、看门狗定时器、电压监控三种功能组合在单个芯片之内，大大简化了硬件设计，提高了系统的可靠性，减少了对印制电路板的空间要求，降低了成本和系统功耗，是一种理想的单片机外围芯片。SO串行数据输出脚，在一个读操作的过程中，数据从SO脚移位输出。在时钟的下降沿时数据改变。SI串行数据输入脚，所有的操作码、字节地址和数据从SI脚写人，在时钟的上升沿时数据被锁定。SCK串行时钟，控制总线上数据输入和输出的时序。/CS芯片使能信号，当其为高电平时，芯片不被选择，SO脚为高阻态，除非一个内部的写操作正在进行，否则芯片处于待机模式；当引脚为低电平时，芯片处于活动模式，在上电后，在任何操作之前需要CS的一个从高电平到低电平的跳变。/WP当WP引脚为低时，芯片禁止写入，但是其他的功能正常。当WP引脚为高电平时，所有的功能都正常。当CS为低时，WP变为低可以中断对芯片的写操作。但是如果内部的写周期已经被初始化后，WP变为低不会对写操作造成影响。RESET复位输出端。VCC电源端。VSS接地端。（2）X5045工作原理X5045是一种集上电复位、看门狗、电压监控和串行EEPROM四种功能于一身的可编程控制电路，它有助于简化应用系统的设计，减少电路板的占用面积，提高可靠性。A上电复位X5045加电时会激活其内部的上电复位电路，从而使RESET引脚有效。该信号可避免系统微处理器在电压不足或振荡器未稳定的情况下工作。当VCC超过器件的VTRIP限值时，电路将在200MS典型延时后释放RESET以允许系统开始工作。B低电压检测工作时，X5045对VCC电平进行监测，若电源电压跌落至预置的最小VTRIP以下时，系统即确认RESET，从而避免微处理器在电源失效或断开的情况下工作。当RESET被确认后，该RESET信号将一直保持有效，直到电压跌到低于1V。而当VCC返回并超过VTRIP达200MS时，系统重新开始工作。C看门狗定时器看门狗定时器的作用是通过监视WDI输入来监视微处理器是否激活。由于微处理器必须周期性的触发CS/WDI引脚以避免RESET信号激活而使电路复位，所以CS/WDI引脚必须在看门狗超时时间终止之前受到由高至低信号的触发。（3）X5045看门狗电路设计X5045硬件连接图如图8所示。X5045芯片内包含有一个看门狗定时器，可通过软件预置系统的监控时间。看门狗定时器的预置时间是通过X5045的状态寄存器的相应位来设定的。看门狗电路的定时时间长短可由具体应用程序的循环周期决定，通常比系统正常工作时最大循环周期的时间略长即可。编程时，可在软件的合适地方加一条喂狗指令，使看门狗的定时时间永远达不到预置时间，系统就不会复位而正常工作。当系统跑飞，用软件陷阱等别的方法无法捕捉回程序时，则看门狗定时时间很快增长到预置时间，迫使系统复位。图8看门狗电路接线图32数码管显示电路设计数码管在仪器仪表中主要是显示单片机的输出数据、状态等，因而，作为外围典型器件，数码管显示是反映系统输出和操纵输入的有效器件。数码管具备数字接口，可以很方便的和单片机系统连接，数码管的体积小、输出内容的器件重量轻，并且功耗低，是一种理想的显示单片机数据在单片机系统中有着重要的作用。3218位数码管8段数码管属于LED发光器件的一种。LED发光器件一般常用的有两类数码管和点阵。8段数码管又称为8字型数码管，分为8段A、B、C、D、E、F、G、P10根管脚，每一段有一根管脚。其中P为小数点。数码管常用的有另外两根管脚为一个数码管的公共端，两根之间相互连通，从电路上，数码管又可分为共阴和共阳两种。本系统采用的是共阳极。322数码管数据显示数码管与单片机的接线图如图9所示图9数码管接线图用单片机驱动LED数码管有很多方法，按显示方式分，有静态显示和动态显示。静态显示就是显示驱动电路具有输出锁存功能，单片机将所有要显示的数据送出后就不再控制LED，直到下一次显示时再传送一次新的显示数据。静态显示的数据稳定，占用的CPU时间少。静态显示中，每一个显示器都要占用单独的具有锁存功能的I/O接口，该接口用于笔划段字型代码。这样单片机只要把要显示的字形代码发送到接口电路，该字段就可以显示发送的字形。要显示新的数据时，单片机在发送新的字形码。另一种方法是动态扫描显示。动态扫描方法是用其接口电路把所有显示器的8个笔画段A一H同名端连在一起，而每一个显示器的公共极COM各自独立的受I/O线控制。CPU向字段输出口送出字形码时，所有显示器接收到相同的字形码，但究竟是哪个显示器亮，则取决于COM段，而这一段是由I/O控制的，由单片机决定何时显示哪一位了。动态扫描用分时的方法轮流控制各个显示器的COM端，使各个显示器轮流点亮。在轮流点亮扫描过程中，每位显示器的点亮时间极为短暂，但由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，给人的印象就是一组稳定的显示数据。静态显示虽然数据显示稳定，占用很少的CPU时间，但每个显示单元都需要单独的显示驱动电路，使用的电路硬件较多；动态显示需要CPU时刻对显示器件进行数据刷新，显示数据有闪烁感，占用的CPU时间多，但使用的硬件少，能节省线路板空间，本系统采用的是动态扫描显示。本系统采用的是8位数码管显示，前两位显示采集信息的地址，中间三位和后三位显示的是采集的温湿度信息。4主从机通信模块电路设计41RS485简介（1）RS485的电气特性逻辑“1”以两线间的电压差为（026）V表示；逻辑“0”以两线间的电压差为（026）V表示。接口信号电平比RS232C降低了，就不易损坏接口电路的芯片，且该电平与TTL电平兼容，可方便与TTL电路连接。（2）RS485的数据最高传输速率为10MBPS。（3）RS485接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗共模干能力增强，即抗噪声干扰性好。（4）RS485最大的通信距离约为1219M，最大传输速率为10MB/S，传输速率与传输距离成反比，在100KB/S的传输速率下，才可以达到最大的通信距离，如果需传输更长的距离，需要加485中继器。RS485总线一般最大支持32个节点，如果使用特制的485芯片，可以达到128个或者256个节点，最大的可以支持到400个节点。因RS485接口具有良好的抗噪声干扰性，长的传输距离和多站能力等上述优点就使其成为首选的串行接口。因为RS485接口组成的半双工网络，一般只需二根连线，所以RS485接口均采用屏蔽双绞线传输。RS485接口连接器采用DB9的9芯插头座，与智能终端RS485接口采用DB9（孔），与键盘连接的键盘接口RS485采用DB9（针）。42通信模块的设计本系统采用一个主机控制和N个从机进行信息采集。为便于改变从机的数据采集方式，应尽量减小传输线数目。由于系统采用具有自动控制的单片机，故该系统具有智能化处理能力，可以对不同错误做出处理。当系统开始运行后，从单片机发出一个选通信号指令选通某路A/D转换的指令，并等待接收从单片机返回的信息。如果主单片机未收到回送的数据或接收到的数据错误，则重发指令。主从机之间的通信实际采用MAX485构成接口器件，传输速率为192KBPS，在此情况下可以保证主从机之间的良好通信。43RS485总线接口电路设计1MAX485简介MAX485是一种差分平衡型收发器芯片，是用于1VRL协议与485协议的转换的小功率收发器，它含有一个驱动器和一个接收器。5V电源供电；工作电流在120500UA；低电流关机模式，消耗01UA电流；驱动器有过载保护功能。MAX485主要技术性能如下MAX485是一个8脚芯片ARO为接收器输出，若AB200MA，则RO1；若AB2，则RO0；BRE为接收器使能，RE0时，RO有效；CDI为驱动器输入端；EDE为驱动器使能端，DE1时，可发送信息；FA同相接收器输入，B反相接收器输入；GVET为47555V；H最高传递速率25MBPS。（2）RS485总线接口电路设计RS485总线接口电路如图10所示图10RS485总线接口电路微处理器AT89C51不能直接与RS485接口，因此还须加上TTL电平与RS485电平的转换电路，转换芯片选用MAX485。连接电路图如图10所示，图中可以看出，MAX485芯片的结构和引脚都非常简单，内部含有一个驱动器和接收器。R和DI端分别为接收器的输出和驱动器的输入端，与单片机连接时只需分别与单片机的RXD和TXD相连即可；RE和DE端分别为接收和发送的使能端，当RE为逻辑0时，器件处于接收状态；当DE为逻辑1时，器件处于发送状态。A端和B端分别为接收和发送的差分信号端，当A引脚的电平高于B时，代表发送的数据为1；当A的电平低于B端时，代表发送的数据为0。5温湿度采集系统硬件调试51温湿度采集单元设计所需的硬件与资源系统设计需要硬件资源主要有（1）PROTEL电路板绘图软件；（2）89C51单片机、MAX485、X5045、SHT11等系统设计所需元器件，详细的电子元器件需求根据系统设计需要购买；（3）电路板调试、焊接工具，常用的仪器有万用表、稳压电源、示波器、信号发生器、烙铁等；（4）单片机系统调试仿真器。52系统硬件调试当电路板经过电子工艺加工完成之后，便进入了系统调试阶段，本系统对系统进行，硬件调试。硬件调试的主要任务是排除电路板故障，其中包括设计错误和工艺性故障。调试的过程如下（1）脱机检查，用万能表按照电路原理图检查电路板中电子元器件的电源及各引脚的连接是否正确，检查数据总线、地址总线和控制总线是否有短路等故障。对需要特别保护的芯片，先对各管座的电位或电源进行检查，确定其无误后再插入芯片检查。（2）检查硬件电路是否工作正常，单片机的时钟电路，通过测试ALE信号判断晶体工作是否正常。（3）主从机分别测试完成后，则进入系统连机调试阶段。将主从机通过RS485相连，通过分模块调试的方法进行调试。系统调试完成后在我系教室内进行了测试运行，结果表明，系统实用性、可靠性和各类功能，满足生产实际的需要。结束语本系统以单片机为基础，采用体积小，稳定性强，价格便宜的SHT11温湿度传感器来采集温湿度信息，通过RS485总线技术进行控制主机和从机的之间的通信，保证了数据稳定传输，显示采用的是8位数码管显示，整个系统稳定性强，性价比比较高，操作简单，并且实现温湿度数据分布式采集和集中显示，适合应用于农村温室大棚的温湿度的简单监控。随着电子技术的不断发展和农村电脑网络的普及，本系统也可以通过升级改进，主机控