酒窖温湿度监控系统

1、摘 要温度和湿度是酒储藏极其重要参数，稳定的温度湿度环境是储藏出高品质酒的必要条件。本文分析了can总线监控系统模式及单片机特点以及适用于酒贮存的环境参数，并综合运用传感器技术、通讯技术和微型计算机技术，设计了一种基于can总线的酒窖温湿度监控系统。酒窖温湿度监控系统由上位机、下位机及终端控制设备三部分组成。上位机为 pc 微型计算机，它是监控系统的指挥中心。下位机为控制仪，通过can接口卡将 pc 机和控制仪相连，完成pc机和控制仪的数据通讯。下节点控制仪以微处理器89s52和can总线控制器sja1000为核心。终端控制设备由数据采集器件（温度传感器、湿度传感器）、空调、加湿机和通风设备等

2、组成。文中采用了pt100温度传感器、型湿度传感器采集酒窖内的温湿度信号，并利用空调、加湿机实现实时控制。文中也设计了监控软件，可以实时显示和存储监测点的温湿度参数值、控制运行状态以及设定的参数，同时用户可修改监测点的温湿度参数值。整个系统在硬件支持下，可修改控制仪的系统功能，系统有较强的安全性、可靠性和灵活性。关键词：can总线；酒窖；温度；湿度；监控abstractthe temperature and humidity are the extremely important parameter for the wine storing，the steady temperature hum

3、idity environment is necessary condition for storing the high-quality wine out in accurately. can bus monitoring system mode and foundation of the one-chip computer characteristic are ana1yzed in this paper, also the environmenta1 parameter of studying and suitab1e for the wine and storing is ana1yz

4、ed，a kind of monitoring system about the temperature humidity of wine cellar based on can bus is designed using the transducer techno1ogy and communication techno1ogy and microcomputer techno1ogy synthetically. this systematic hardware from at 1ocation machine，it is the machine and termina1 to if co

5、ntro11ing apparatus the three parts. it is pc microcomputer to get on the 1ocation machine， audit is the command centre of the monitoring system. the next machine contro11er 1ink up through can interface card can mini pc with contro11er， finish the data communication of pc and contro11er. contro11er

6、 se1ects 89s52 and can bus contro11er sja1000 for use as the core with the microprocessor. termina1 to contro1 apparatus gather data device (temperature transducer 、 humidity transducer) 、 air conditioner 、humidification p1ane and venti1ation faci1ities， etc.contro11ing the software can revea1 and s

7、tore the parameter of the working state， sett1ement outputted in parameter va1ue of warm humidity、 contro1 of the monitoring point and performance of can bus. users can revise the parameter va1ue of warm humidity of the monitoring point. there are stronger security，dependabi1ity and f1exibi1ity. for

8、 finish to warm co11ection of humidity，contro1，and response carry out can order and data that bus cut off make software support.key words：can bus； wine ce11ar； temperature； humidity； monitoring。目 录第1章 绪论11.1 题目的来源与意义11.2 国内外温室研究发展状况21.3 can总线技术21.4 酒窖温湿度控制技术31.5 本文主要研究内容4第2章 方案论证52.1 酒窖温湿度监控系统分析52.2

9、 方案设计52.3 系统总体框图6第3章 硬件设计93.1 at89s52单片机93.2 复位电路113.3 晶振电路123.4 传感器检测电路设计143.4.1 温度传感器143.4.2 湿度传感器153.5 a/d转换电路173.6 键盘电路193.7 显示电路193.8 控制电路203.9 控制电路选型223.9.1 加湿器选型223.9.2 除湿器选型243.9.3 湿度控制电路253.9.4 空调选型253.10 通信电路273.11 声光报警电路293.12 i/o扩展电路29第4章 软件设计324.1 主流程图324.2 a/d转换程序334.3 温湿度控制流程图344.4 显示

10、模块流程图354.5 键盘扫描模块流程图364.6 声光报警流程图374.7 通信模块流程图38第5章 总结39参考文献40致谢41附 录i42附 录ii44附 录iii54第1章 绪论1.1 题目的来源与意义酒是世界上最古老的具有保健功能的含酒精饮品，为广大消费者所喜欢。为了得到高品质的酒，不仅要讲究酒的酿造工艺，而且要讲究酒的存放条件。酒一般都存放在酒窖里，恒定的环境是酒贮存的关键。酒类收藏家们认为，酒最好的储藏温度13左右相对湿度长期维持在 50%-70%，才能保证葡萄酒的储藏效果。美国加州大学化学系教授 a1exanderj.parde11 曾经做过试验研究，如果以葡萄酒储存的通用标准

11、摄氏 13 度作为基准，若温度上升到摄氏 17 度，酒的成熟速度会是原来的 1.21.5倍，若温度增加到 23 摄氏度，成熟速度将变成 28 倍，若温度升高到 32 摄氏度，成熟速度将变为 456 倍。而成熟速度快，不仅酒的风味比较粗糙，而且可能会发生过分氧化让酒变质的可能。湿度的影响主要作用于软木塞，湿度一般认为在 6070%是比较合适的，湿度太低，软布塞会变得干燥，影响密封效果，让更多的空气与酒接触，加速酒的氧化，导致酒变质。即使酒没有变质，干燥的软木塞在开瓶的时候很容易断裂甚至碎掉，给人们使用带来不便。如果湿度过高有时也不好，软木塞容易发霉，而且在酒窖里还容易滋生一种甲虫。所以，恒定的温

12、度和湿度对葡萄酒陈酿的质量起着至关重要的作用。对于厂家来说酒一般都存放在地下酒窖里，但是并不是可以随意的挖制地下酒窖，应根据产品的工艺和质量的要求，并结合当地气候、土壤、地下水位及材料来源等因素决定。北方应考虑防冻，南方应注意过高气温的影响。另外对于不同的酒所要求的最佳储存温度，如半甜、甜型红葡萄酒 1416，干红葡萄酒 1622等。天然酒窖在精确控制方面还是很欠缺的。专业的电子酒柜是恒温恒湿的，但是价格也非常的贵。传统的酒窖需要日常维护，采用人工调节和测量环境，其工作量大，工况点的调节慢，数据的维护和分析困难。此外，在许多偏僻的酒窖，工作人员工作起来既不方便也会增加维护成本。在这个方面，急需

13、一种更好的方法来实施酒窖温度和湿度控制。在此基础上，充分利用实验室的资源和现代先进技术，研究并开发基于 can 总线的温度湿度监控系统。对酒窖的温度和湿度的监控，既保证酒的品质的可靠性和经济性，可以降低维护费用，在生产实际中具有重要的意义。1.2 国内外温室研究发展状况目前，针对酒窖环境的监控系统的研究资料比较少，但是在有关温室环境的智能监控系统的研究资料相对多些，从这些资料中我们可以看到酒窖温湿度监控体统发展方向以及可以借鉴的相关技术。世界发达国家大力发展集约化的温室产业，用计算机控制管理系统实现高效科学的环境调控与水肥管理。欧、美等国在 30 年代就相继建立了人工气候室，温室调控技术至今经

14、历了几十年的发展过程，初期是使用仪表对温室设施中的光照、温度等参数进行测量，再使用手动或电动执行机构(如帘幕、通风设备等)施行简单控制，随着传感元件、仪表及执行器技术的进步，逐步发展成为对温度、湿度、光照等儿乎所有室内环境参数分别进行自动控制。计算机技术的发展使环境参数的综合控制成为可能。国外温室的主要特点是规模大、设备齐全、环境控制系统先进。国内计算机控制技术应用于农业领域始于70年代中期。我国现代温室快速发展。如 90 年代中后期，江苏理工大学的李萍萍、毛罕平等研制开发了温室软硬件控制系统，能对温度、光照、营养液等进行综合控制，是目前国产化温室计算机控制系统较为典型的研究成果。2001年，

15、国家“863”计划包含有“可控环境农业生产技术”，研究内容包含研制可控环境自动控制系统、信息自动采集系统等。2003 年国家计委启动了“设施农业技术集成产业化示范”课题；国家自然科学基金生命科学部对设施园艺也设立了重点项目。由此可以看出国外发达国家的温室环境控制系统起步早，技术成熟，功能完善。温室系统具有非线性、时变、滞后、不确定性、多目标、难于建立精确的数学模型的特点，而智能控制正好能针对上述特点进行有效地控制。尤其是作为智能控制一个分支的模糊控制，它具有很强的解决复杂系统的能力。从己实现的控制系统来看，它具有易于掌握、可靠性高、鲁棒性强等优点。因此 ，智能化控制是对温室实行先进控制的发展方

16、向。1.3 can总线技术控制器局部网(cancontro11er area network) 属于现场总线的范畴。是德国 bosch 公司为解决现代车辆中众多的控制和数据交换问题而开发出的一种总线通信结构。can 总线构建的系统具有优良的特点： 如良好的故障隔离能力，可靠性高，实时响应性能好，通信速率高，还有较好的检错措施，使数据传输的出错率降至极低。由于具有这些特点，非常适合在酒窖温湿度监控系统完成信息通信。can协议的一个最大特点是废除了传统的站地址编码，而代之以对通信数据块进行编码。采用这种方法的优点可使网络内的节点个数在理论上不受限制，数据块的标识符可由11位或29位二进制数组成，因

17、此可以定义2或2个以上不同的数据块，这种按数据块编码的方式，还可使不同的节点同时接收到相同的数据，这一点在分布式控制系统中非常有用。数据段长度最多为8个字节，可满足通常工业领域中控制命令、工作状态及测试数据的一般要求。同时，8个字节不会占用总线时间过长，从而保证了通信的实时性。can协议采用crc检验并可提供相应的错误处理功能，保证了数据通信的可靠性。can卓越的特性、极高的可靠性和独特的设计，特别适合工业过程监控设备的互连，因此，越来越受到工业界的重视，并已公认为最有前途的现场总线之一。can总线特点：(1) 数据通信没有主从之分，任意一个节点可以向任何其他节点发起数据通信，靠各个节点信息优

18、先级先后顺序来决定通信次序，高优先级节点信息在134s通信；(2)多个节点同时发起通信时，优先级低的避让优先级高的，不会对通信线路造成拥塞；(3) 通信距离最远可达10km(速率低于5kbps)速率可达到1mbps(通信距离小于40m）；（4) can总线传输介质可以是双绞线，同轴电缆。can总线适用于大数据量短距离通信或者长距离小数据量，实时性要求比较高，多主多从或者各个节点平等的现场中使用。另外，监控系统常用 dnc( distributed numerica1 contro1)结构，是能够实现监测和控制的一种方式。目前在实时监控方面，dnc 网络常见的构建形式主要有 bitbus 网络和

19、 rs-485 网络。其中，bitbus 网络为单主结构的星型网。节点之间的通信完全由主节点控制，这就大大降低了系统的效率，但一旦主节点出现故障，整个系统也就瘫痪了。而基于 rs-485 网络的 dnc 系统，虽然具有结构简单、成本低等优点，但是系统的故障隔离能力、实时响应性差、总体可靠性低。can 总线与 rs-485 相比，具有更强的纠错能力和实时性；采用数字信号传输，减少了模拟量在传输过程中的误差，大大提高了抗干扰能力；同时，can 总线还具有多主式即网络上任一节点均可在任一时刻主动地向网络上的其它节点发送信息而不分主次等优点。1.4 酒窖温湿度控制技术温湿度控制是酒窖中最重要的一个环节

20、，恒温恒湿是酒窖需要满足的最基本条件之一，最重要的条件之一。在一定的时间内，存有大量美酒的酒窖必须处在一个恒温恒湿的环境中，只有恒温恒湿的环境才能保证葡萄酒在干燥阴暗的酒窖中长期储存。如果酒窖中的温湿度水平过低，不但不能保存好葡萄酒，而且会导致葡萄酒的自然蒸发。温湿度水平长期大幅波动将会给葡萄酒的储存带来毁灭性的打击。因此营造一个良好的储存环境对于酒窖来说显得十分重要。储存葡萄酒的酒窖最佳湿度范围应该介于百分之七十到百分之九十五之间。低湿度的水平往往导致额外的损失。比如因为湿度过低，存放葡萄酒的木桶将会因为环境的干燥而脱水开裂，而且会导致桶内葡萄酒的蒸发。根据相关经验，低湿度的环境往往使葡萄酒

21、失去其容量的百分之十五，例如一个六十加仑的葡萄酒桶，将失去四加仑的葡萄酒。这些酒都将被自然蒸发掉，造成额外的浪费和损失。而且由于湿度过低，促进了葡萄酒桶的老化，因此，保证环境湿度水平对于葡萄酒酒窖来说显得意义非凡，合适的湿度，不但可以保证酒的质量，而且可以减少损失，节约开支，湿度控制设备的重要性得到充分的体现。喷雾降温加湿系统经过多年的使用经验，已经充分的肯定了这种设备的使用价值，通过在酒窖中安装高压喷雾降温加湿设备，可根据预设的温湿度水平，自动控制环境的温湿度情况，当温度或湿度低于预设水平，自动启动设备，当温湿度达到预设水平则自动关闭系统。而且高压喷雾系统还具有使用成本低廉，设备安装维护简便

22、，耐用性好等优点。高压喷雾系统的产生非常细小的水颗粒，这主要归功于高压为喷雾头，这种喷头孔径非常细小，当加压过的洁净水通过高压微雾喷头时，产生细小的水雾颗粒，接触空气的同时就被蒸发，绝对不会淋湿墙面地面，因此使用高压喷雾系统在增加环境湿度的同时，还可以保证酒桶的干燥。1.5 本文主要研究内容本设计中主要研究对象为酒窖内的温湿度，通过温湿度传感器采集酒窖内的温湿度信号，通过a/d转换电路传送到单片机，并对其判断是否越限报警，通过加湿器、除湿器和空调来控制酒窖内的温湿度，其数值显示在液晶显示器上。第2章 方案论证2.1 酒窖温湿度监控系统分析酒窖应为酒提供最理想的储藏条件。理想的酒窖不仅要有适合的

23、湿度、温度，还要保证有良好的通风，要避免震动，对于环境的清洁度也苛求很高。本设计主要完成酒窖内温湿度的采集，处理，显示并做出判断实现超限报警，还通过can总线传至上位机有关信息。上位机通过接收智能节点传来的信息，实时了解酒窖温湿度情况，并且能根据各智能节点地址，设定任何一个酒窖温湿度的报警阀值，从而解决了多个酒窖的温湿度监控问题。本设计预期达到的性能指标：（1）温度检测范围：-10 +50，控制精度：0.5；（2）湿度检测范围：5rh95rh，控制精度：5rh；（3）用户可根据需求设定温度和湿度；可以联网通信；（4）实时显示检测参数，并能越限报警（报警限可由用户设定）。2.2 方案设计本设计中

24、主要有三个方案，分别采用cp1d、at89s52、at89c52作为系统的主控制器。方案一：选用一片cp1d（如epm71281c84-15）作为系统的核心部件，实现控制与处理的功能。cp1d具有速度快、编程容易、资源丰富、开发周期短等优点，可利用vhd1语言进行编写开发。但cp1d在控制上较单片机有较大的劣势。同时，cp1d的处理速度非常快，对系统处理信息的要求不太高，在这一点上，mcu就已经可以胜任了。若采用该方案，必将在控制上遇到许许多多不必要增加的难题。为此，我们不采用该种方案，进而提出了第二种设想。方案二：采用at89s52单片机作为主控制器。at89s52是一种超低功耗，和标准51

25、系列单片机相比较具有运算速度快，抗干扰能力强，支持isp在线编程，片内含8k空间的可反复擦写1000次的f1ash只读存储器，具有256 bytes的随机存取数据存储器（ram），32个i/o口，2个16位可编程定时计数器。其指令系统和传统的8051系列单片机指令系统兼容，降低了系统软件设计的难度，电路设计简单、价格低廉。方案三：采用at89c52单片机为主控制器。at89c51是一种带4k字节f1ash存储器（fperomf1ash programmab1e and erasab1e read on1y memory）的低电压、高性能cmos 8位微处理器，俗称单片机。at89c2051是一

26、种带2k字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。该器件采用atme1高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的mcs-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位cpu和闪烁存储器组合在单个芯片中，atme1的at89c51是一种高效微控制器，at89c2051是它的一种精简版本。at89c51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。现在at89s51/52已经取代了at89c51/52。综合以上方案本设计选择更为熟悉的方案二使用at89s52单片机作为本设计的控制核心。2.3 系统总体框图该设计课题主要完成对用于酒窖温湿度控

27、制系统，可以利用单片机和传感器实现对酒窖环境温湿度的采集以及控制。因此需要采集温度和湿度信号，完成数据处理，同时实现温湿度自动控制，并做出判断实现超限报警。本设计由单片机最小系统、温湿度传感器、键盘电路、显示电路、can控制器、报警电路和电源电路构成。本节点以单片机at89c52为主控制器，键盘设定温湿度的上下限，由温湿度传感器检测温室内的温湿度并经a/d转换后送往单片机，lcd实时显示室内的温湿度值，报警电路在温湿度值超过上下限值报警，单片机通过can总线控制器和can驱动器连接至can总线，与总线的其他节点通信，实现温湿度值的检测、处理及监控。用户可以通过上位机中的键盘输入温湿度的预置值，

28、从而实现上位机对酒窖温湿度远程控制。系统下位机设在酒窖内，下位机中的温湿度传感器可以将环境中的温湿度非电量参数转化成电量信号，再将这些信号进行处理后送至下位机中的单片机，下位机通过can总线传给上位机，通过lcd进行实时显示。同时与原先内部设定的参数值进行比较处理，单片机可以根据比较的结果决定是否报警，用户直接通过键盘对温湿度的预置值进行设置。设计中要求温度检测范围为-10 +50，控制精度为0.5，湿度检测范围为5rh95rh，控制精度为5rh，并要求实现联网通信，同时要求能越线报警。基于以上分析，基于can总线酒窖温湿度监控系统设计的总体框如图2.2所示。 单片机温湿度传感器键盘电路时钟芯

29、片控制电路声光报警液晶显示can总线接口控制仪（空调、除湿器、加湿器）can总线控制器 can总线 图2.2 系统总体框图基于can总线酒窖温湿度监控系统对各个酒窖温湿度等进行检测和显示；要实现这些功能，可采用以单片机为核心的控制系统，因为单片机的内部资源丰富，供电电压只需要5v，并且单片机的体积较小，便于存放；价格也相对便宜。对单片机外加简单的接口电路及编制不同的应用程序就可实现不同的功能。从节能和经济效益方面考虑，选用以单片机为核心的控制系统更为合理。 基于以上分析，本设计系统分为以下几个模块。(1)控制模块用于接收主机经can总线发来的命令，控制采集温度参数，经can总线向主机发送遥测数

30、据，再通过控制仪（空调、除湿器、加湿器）控制温湿度，使其满足酒窖需要的储存温度及湿度。(2)数据采集功能模块采集温度和湿度信号，并将信号进行放大及滤波处理，获得一个单片机可以识别的模拟电压信号，该信号经a/d转换后由单片机处理并储存。(3)通信模块主要完成智能控制仪与主机之间的通讯。采用can总线进行通讯，can总线最大传输距离为10km。(4)电源模块根据智能控制仪内部件的电气特性提供电源变换。(5)显示模块利用液晶显示模块实现实时显示酒窖内的温湿度。(6)声光报警模块当酒窖内的温湿度不在预先设定的范围之内时，蜂鸣器报警并且指示灯闪烁。第3章 硬件设计本设计由单片机最小系统、温湿度传感器、键

31、盘电路、显示电路、can控制器、报警电路和电源电路构成。本设计以单片机at89s52为主控制器，键盘设定温湿度的上下限，由温湿度传感器检测温室内的温湿度并经a/d转换后送往单片机，lcd实时显示酒窖内的温湿度值，报警电路在温湿度值超过上下限值报警，单片机通过can总线控制器和can驱动器连接至can总线，与总线的其他节点通信，实现温湿度值的检测、处理及监控。用户可以通过上位机中的键盘输入温湿度的预置值，从而实现上位机对酒窖温湿度远程控制。系统下位机设在酒窖内，下位机中的温湿度传感器可以将环境中的温湿度非电量参数转化成电量信号，再将这些信号进行处理后送至下位机中的单片机，下位机通过can总线传给

32、上位机，通过lcd进行实时显示。同时与原先内部设定的参数值进行比较处理，单片机可以根据比较的结果决定是否报警，用户直接通过键盘对温湿度的预置值进行设置。本设计中主要应用在地下3m*3m*3m的4个酒窖内，每个酒窖内各放置2个温度传感器和2个湿度传感器，在通过can总线连接各个节点，实现温湿度值的检测、处理及监控。3.1 at89s52单片机at89s52是一种低消耗、高性能cmos8位微控制器，具有以下标准功能：8k字节f1ash，256字节ram，32位i/o口线，看门狗定时器，2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，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，at89s

33、52可降至0hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，cpu停止工作，允许ram、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，ram内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。使用atme1 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80c51 产品指令和引脚完全兼容。片上f1ash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位cpu 和在系统可编程f1ash，使得at89s52在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。at89s52单片机如图3.1所示。图3.1 at89s52单片机at89s52 是一种低功耗、

34、高性能cmos8位微控制器，具有 8k 在系统可编程f1ash存储器。使用atme1 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80c51 产品指令和引脚完 全兼容。片上f1ash允许程序存储器在系统可编程，亦适于 常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位cpu 和在系统 可编程f1ash，使得at89s52为众多嵌入式控制应用系统提 供高灵活、超有效的解决方案。 at89s52具有以下标准功能：8k字节f1ash，256字节ram，32 位i/o 口线，看门狗定时器，2 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，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，at89s52可降

35、至0hz 静态逻 辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，cpu 停止工作，允许ram、定时器/计数at89s52引脚图 dip封装器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，ram内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。at89s52单片机实物图如如3.2所示。图3.2 at89s52单片机实物图3.2 复位电路为确保单片机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。一般单片机正常工作需要供电电源为5v5%，即4.755.25v。由于单片机是时序数字电路，它需要稳定的时钟信号，因此在电源上电时，只有当vcc超过4.75

36、v低于5.25v以及晶体振荡器稳定工作时，复位信号才被撤除，单片机开始正常工作 目前为止，单片机复位电路主要有四种类型：（1）微分型复位电路；（2）积分型复位电路；（3）比较器型复位电路；（4）看门狗型复位电路。isa总线的复位信号到南桥之间会有一个非门，跟随器或电子开关，常态时为低电平，复位时为高电平。ide的复位和isa总线正好相反，通常两者之间会有一个非门或是一个反向电子开关，也就是说ide常态时为高电平，复位时为低电平，这里的高电平为5v或3.3v，低电平为0.5v以下的电位。单片机在启动时都需要复位，以使cpu及系统各部件处于确定的初始状态，并从初态开始工作。89系列单片机的复位信号

37、是从rst引脚输入到芯片内的施密特触发器中的。当系统处于正常工作状态时，且振荡器稳定后，如果rst引脚上有一个高电平并维持2个机器周期(24个振荡周期)以上，则cpu就可以响应并将系统复位。单片机系统的复位方式有：手动按钮复位和上电复位。单片机在启动时都需要复位，以使cpu及系统各部件处于确定的初始状态，并从初态开始工作。89系列单片机的复位信号是从rst引脚输入到芯片内的施密特触发器中的。当系统处于正常工作状态时，且振荡器稳定后，如果rst引脚上有一个高电平并维持2个机器周期(24个振荡周期)以上，则cpu就可以响应并将系统复位。单片机系统的复位方式有：手动按钮复位和上电复位。图3.3 复位

38、电路复位电路，就是利用它把电路恢复到起始状态。就像计算器的清零按钮的作用一样，当你进行完了一个题目的计算后肯定是要清零的是吧！或者你输入错误，计算失误时都要进行清零操作。以便回到原始状态，重新进行计算。和计算器清零按钮有所不同的是，复位电路启动的手段有所不同。一是在给电路通电时马上进行复位操作；二是在必要时可以由手动操作；三是根据程序或者电路运行的需要自动地进行。篡位电路都是比较简单的，大都是只有电阻和电容组合就可以办到的。3.3 晶振电路单片机工作时，是一条一条地从rom中取指令，然后一步一步地执行。单片机访问一次存储器的时间，称之为一个机器周期，这是一个时间基准。个机器周期包括12个时钟周

39、期。如果一个单片机选择了12mhz晶振，它的时钟周期是1/12us，它的一个机器周期是12(1/12)us，也就是1us。mcs52单片机的所有指令中，有一些完成得比较快，只要一个机器周期就行了，有一些完成得比较馒，得要2个机器周期，还有两条指令要4个机器周期才行。为了衡量指令执行时间的长短，又引入一个新的概念：指令周期。所谓指令周期就是指执行一条指令的时间。机器周期不仅对于指令执打有着重要的意义，而且机器周期也是单片机定时器和计数器的时间基准。图3.4 晶振电路单片机系统里都有晶振，在单片机系统里晶振作用非常大，全程叫晶体振荡器，他结合单片机内部电路产生单片机所需的时钟频率，单片机晶振提供的

40、时钟频率越高，那么单片机运行速度就越快，单片接的一切指令的执行都是建立在单片机晶振提供的时钟频率。在通常工作条件下，普通的晶振频率绝对精度可达百万分之五十。高级的精度更高。有些晶振还可以由外加电压在一定范围内调整频率，称为压控振荡器（vco）。晶振用一种能把电能和机械能相互转化的晶体在共振的状态下工作，以提供稳定，精确的单频振荡。晶振在电气上可以等效成一个电容和一个电阻并联再串联一个电容的二端网络，电工学上这个网络有两个谐振点，以频率的高低分其中较低的频率为串联谐振，较高的频率为并联谐振。由于晶体自身的特性致使这两个频率的距离相当的接近，在这个极窄的频率范围内，晶振等效为一个电感，所以只要晶振

41、的两端并联上合适的电容它就会组成并联谐振电路。这个并联谐振电路加到一个负反馈电路中就可以构成正弦波振荡电路，由于晶振等效为电感的频率范围很窄，所以即使其他元件的参数变化很大，这个振荡器的频率也不会有很大的变化。一般的晶振振荡电路都是在一个反相放大器的两端接入晶振，再有两个电容分别接到晶振的两端，每个电容的另一端再接到地，这两个电容串联的容量值就应该等于负载电容。一般的晶振的负载电容为15pf或12.5pf，如果再考虑元件引脚的等效输入电容，则两个22pf的电容构成晶振的振荡电路就是比较好的选择。单片机晶振的作用是为系统提供基本的时钟信号。通常一个系统共用一个晶振，便于各部分保持同步。有些通讯系

42、统的基频和射频使用不同的晶振，而通过电子调整频率的方法保持同步。晶振通常与锁相环电路配合使用，以提供系统所需的时钟频率。如果不同子系统需要不同频率的时钟信号，可以用与同一个晶振相连的不同锁相环来提供。3.4 传感器检测电路设计本设计主要完成酒窖内温湿度的采集，处理，显示并做出判断实现超限报警，还通过can总线传至上位机有关信息。上位机通过接收智能节点传来的信息，实时了解酒窖温湿度情况，并且能根据各智能节点地址，设定任何一个酒窖温湿度的报警阀值，从而解决了多个酒窖的温湿度监控问题。设计中要求温度检测范围为-10 +50，控制精度为0.5，湿度检测范围为5rh95rh，控制精度为5rh，并要求实现

43、联网通信，同时要求能越线报警。3.4.1 温度传感器温度是一个基本的物理量，自然界中的一切过程无不与温度密切相关。温度传感器是最早开发，应用最广的一类传感器。温度传感器的市场份额大大超过了其他的传感器。从17世纪初人们开始利用温度进行测量。在半导体技术的支持下，本世纪相继开发热电偶传感器、热电阻、pn结温度传感器和集成温度传感器。与之相应，根据波与物质的相互作用规律，相继开发了声学温度传感器、红外传感器和微波传感器。温度传感器是将测得的外界温度信号转化为电信号，从而为所测量的温度信号完成处理前的准备工作的物理设备。温度传感器种类繁多，本系统选用pt100作为温度数据传感器，pt100属于铂电阻

44、传感器。其实物如图3.5所示。图3.5 pt100铂电阻传感器实物图pt100是一种广泛应用的测温元件，在-50600范围内具有其他任何温度传感器无可比拟的优势，包括高精度、稳定性好、抗干扰能力强等。金属热电阻一般适用于-20500范围内的温度测量，其特点是测量准确、稳定性好、性能可靠，在过程控制中应用极其广泛。热电阻是基于电阻的热效应进行温度测量的，即利用电阻体的阻值随温度的变化而变化的特性，因此只要测量出感温热电阻的阻值变化，就可以测量出温度。pt100测量电路如图3.6所示。图3.6 pt100测量电路电路采用t1431和电位器vr1调节产生4.096的参考电源：采用r1，r2，vr2，

45、pt100构成测量电桥（其中r1=r2，vr2为100精密电阻），当pt100的电阻值和vr2的电阻值不相等时，电桥输出一个级的压差信号，这个压差信号经过运放1m324放大后输出期望大小的电压信号，该信号可直接连ad转换芯片。差动放大电路中r3=r4，r5=r6，放大倍数=r5/r3.运放采用单一5v供电。3.4.2湿度传感器在非电物理量的检测中，湿度的测量是比较困难的。湿度信号的传递必须靠水对湿敏元件直接接触来完成，因此湿敏元件只能直接暴露于待测环境中，而不能密封，这些都导致湿度传感器的寿命较短。目前已有几十种湿敏器件，按感湿材料来分，大致有四类：电解质、半导体陶瓷、高分子和其它。本系统需要

46、检测温室内空气的相对湿度，它是绝对湿度和饱和湿度之比。根据温室湿度控制的特点，本系统中湿度传感器选用型湿度传感器。型湿度传感器属于电容型的高分子材料制成的湿敏元件，它的传感功能是通过高分子聚合物在吸湿后而引起介电常数的变化来完成的。它具有线形度好、滞后性小、响应快以及能在较寒冷的环境中使用等优点，其主要的特性参数为：工作环境温度：-30+80 ；相对湿度测量范围：0100%rh ；测湿精度：士3%rh；在电路构成中等效于一个电容器件，其电容量随着所测空气湿度的增大而增大。将电容的变化量准确地转变为计算机易于接受的信号，常有两种方法：一是将该湿敏电容置于运方与阻容组成的桥式振荡电路中，所产生的正

47、弦波电压信号经整流、直流放大、再a/d转换为数字信号，当环境湿度发生变化时，传感器的电容量也随着变化，这种变化反应到由振荡电路提供的正弦波信号，通过电压跟随器输出电压值。其检测电路如图3.7所示。图3.7湿度检测电路湿度检测电路由湿度传感器型湿度传感器、振荡电路、整流电路、输出放大电路等组成。湿度检测电路如图3.7所示。振荡电路为rc桥式振荡电路，传感器特性的线形补偿由r1，r2完成，d1，d2，d3用于输入保护，a1，a2为运算放大器，a2接成电压跟随器。当环境湿度发生变化时，传感器的电容量也随着变化，这种变化反应到由振荡电路提供的正弦波信号，通过电压跟随器输出电压值。3.5 a/d转换电路

48、本设计中共有温度、湿度四路模拟信号，其输出为05v模拟电压信号，而单片机只能处理数字量，所以必须首先将模拟量经过一定电路转换为数字信号，单片机才能处理，这种电路被称为a/d转换电路，是模拟系统与计算机之间的接口部件。a/d转换的常用方法有：双积分式a/d转换、逐次逼近型a/d转换、计数型a/d转换等。双积分式a/d转换的工作原理是将对输入电压的测量，转换成对基准源积分时间的测量，再测量时间(脉冲宽度信号)或频率(脉冲频率)，然后由定时器/计数器获得数字值。这种方法的主要优点是分辩率高、精度高、抗干扰性好；主要缺点是转换速度慢。逐次逼近型a/d由一个比较器和d/a转换器通过逐次比较逻辑构成，川页

49、序地增加内部d/a的输入值，并将其输出电压与a/d测量输入电压比较，当二者相等时，内部d/a的输入值就是a/d转换的结果。这种方法的主要优点是速度快、功耗低；主要缺点是抗干扰性差。本设计选用逐次逼近型a/d转换器将模拟信号转换成数字信号的电路，称为模数转换器；将数字信号转换为模拟信号的电路称为数模转换器；a/d转换器和d/a转换器已成为信息系统中不可缺的组成部分，为确保系统处理结果的精确度，a/d转换器和d/a转换器必须具有足够的转换精度；如果要实现快速变化信号的实时控制与检测，a/d与d/a转换器还要求具有较高的转换速度。转换精度与转换速度是衡量a/d与d/a转换器的重要技术指标。随着集成技

50、术的发展，现已研制和生产出许多单片的和混合集成型的a/d和d/a转换器，它们具有愈来愈先进的技术指标。本系统采用adc0809大规模集成电路芯片，它是逐次逼近式a/d转换器，输出的数字信号有二态缓冲器，可以和单片机直接接口。adc0809的主要技术指标为：分辨率：8位；单电源供电：+5v；转换时间为100s (时钟频率为640khz)；模拟输入范围：单极性。05v；功耗为15mw；adc0809由一个8路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个8位a/d转换器和一个二态输出锁存器组成。in0in7：8路模拟量输入端。2-12-8：8位数字量输出端。adda、addb、addc：3位地址输入线，用于

51、选通8路模拟输入中的一路a1e：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。start： a/d转换启动脉冲输入端，输入一个正脉冲（至少100ns宽）使其启动（脉冲上升沿使0809复位，下降沿启动a/d转换）。eoc： a/d转换结束信号，输出，当a/d转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）。oe：数据输出允许信号，输入，高电平有效。当a/d转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。vcc：电源，单一+5v。gnd：地。adc0809有8个通道的模拟量输入，在程序控制下，可令任意通道进行a/d转换并可得到相应的8位二进制数字量。本设计中四路模拟电压信号分别接到 a

52、dc0809的 in0in3端，adc0809与at89s52单片机的连接如图3.8所示。图3.8 adc0809与at89s52单片机接口图adc0809的工作过程是：首先输入3位地址，并使a1e=1，将地址存入地址锁存器中。此地址经译码选通8路模拟输入之一到比较器。start上升沿将逐次逼近寄存器复位。下降沿启动 a/d转换，之后eoc输出信号变低，指示转换正在进行。直到a/d转换完成，eoc变为高电平，指示a/d转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可用作中断申请。当oe输入高电平时，输出三态门打开，转换结果的数字量输出到数据总线上。3.6 键盘电路键盘是常用的单片机输入设备之一。一般

53、键盘由若干个按键组成，操作人员通过键盘输入命令和数据，实现人机对话。用于计算机系统的键盘有两类：一类是编码键盘，即键盘上闭合键的识别由专用硬件实现。另一类是非编码键盘，即键盘上闭合键的识别由软件实现。在单片机应用系统中为了降低成本，简化硬件电路，大多数采用非编码键盘。本设计共需要三个按键。s1：显示酒窖温度值；s2：显示酒窖湿度值；s3：显示时钟。键盘电路如图3.9所示。图3.9 键盘电路3.7 显示电路本设计采用了lcd1602液晶显示屏，lcd1602液晶是一款很常用，也很易用的字符液晶。可以显示2行每行16个字符，对比度可调、黄绿色背光。1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一种专门用

54、来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。它由若干个5x7或者5x11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符，每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用。lcd1602与单片机的连接电路如图3.10所示。图3.10 lcd1602显示1602液晶也叫1602字符型液晶它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块它有若干个5x7或者5x11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符。每位之间有一个点距的间隔每行之间也有间隔起到了字符间距和行间距的作用，正因为如此所以他不能显示图形。lcd1602实物图如图3.11所示：图3.11 lcd

55、1602实物图3.8 控制电路本设计以单片机at89s52为主控制器，键盘设定温湿度的上下限，由温湿度传感器检测温室内的温湿度并经a/d转换后送往单片机，lcd实时显示室内的温湿度值，报警电路在温湿度值超过上下限值报警，单片机通过can总线控制器和can驱动器连接至can总线，与总线的其他节点通信，实现温湿度值的检测、处理及监控。本设计执行电路按要求直接控制加湿机和空调等设备，并对超过温、湿度上下限给出声光报警信号。以pi口的p0.00.3控制加湿器、空调等设备，p0.4p0.7用于声光报警。在控制电路中，为避免中间继电器动作对整个装置产生干扰，采用光电耦合器隔离。执行电路的硬件设计如图3.1

56、2、3.13、3.14所示。图3.12 加湿器控制电路图3.13 除湿器控制电路图3.14 空调控制电路本设计主要完成酒窖内温湿度的采集，处理，显示并做出判断实现超限报警，还通过can总线传至上位机有关信息。上位机通过接收智能节点传来的信息，实时了解酒窖温湿度情况，并且能根据各智能节点地址，设定任何一个酒窖温湿度的报警阀值，从而解决了多个酒窖的温湿度监控问题。3.9 控制电路选型本设计以单片机at89s52为主控制器，键盘设定温湿度的上下限，由温湿度传感器检测温室内的温湿度并经a/d转换后送往单片机，lcd实时显示室内的温湿度值，报警电路在温湿度值超过上下限值报警，单片机通过can总线控制器和can驱动器连接至can总线，与总线的其他节点通信，实现温湿度值的检测、处理及监控。由于本设计需要加湿器、除湿器和空调来控制酒窖内的温湿度，所以需要选取合适的控制仪器。3.9.1 加湿器