农业温室温湿度控制系统的设计

1、宁夏理工学院毕业论文 i 摘 要 近些年来，研究现代化温室技术已经成为一个重要课题。自 20 世纪 70 年代以来， 我国温室生产已经有了很大的进步，但这些温室都是在充分利用高产栽培技术和屏障技 术的基础上发展起来的，其经济效益很难再有大的提高。要改变这种状况，将现代单片 机技术引入农业温室，实现农业温室的自动控制，是最有效的途径之一。本设计实现的 是单片机温湿度测量与控制系统，通过 lcd 显示所测量的温湿度。系统采用温度传感器 ad590 以及相对湿度传感器 hih3610 对温室的温湿度信号进行采集，并通过单片机处理 进行显示，其它模块包括了键盘输入电路和超限报警处理电路等，对所测量的值

2、进行实 时显示和报警处理。本文介绍了基于 atmel 公司的 at89c52 系列单片机的温湿度实时 测量与控制系统和显示系统的设计，包括介绍了硬件结构原理，并分析了相应的软件的 设计及其要点，包括软件设计流程及其程序实现。系统结构简单、实用，提高了测量精 度和效率。 关键词：单片机；传感器；超限报警电路；键盘输入电路；信号采集电路 宁夏理工学院毕业论文 ii abstract in recent years, research of modern greenhouse technology has become an important issue. since the nineteen s

3、eventies since, our country greenhouse production had great progress, but the greenhouse is in make full use of high yielding cultivation technology and barrier technology developed on the basis of, its economic benefits is very difficult to have a big improve. to change this situation, the modern c

4、omputer technology into the greenhouse agriculture, implementation agriculture greenhouse automatic control, is one of the most effective ways. the design and implementation of a single chip temperature and humidity measurement and control system, through the lcd display the measured temperature and

5、 humidity. system uses temperature sensor ad590and relative humidity sensor hih3610 in greenhouse temperature and humidity signal acquisition, and through the scm processing display, other module includes a keyboard input circuit and alarm processing circuit, the measurement value of real-time displ

6、ay and alarm processing. this article introduced based on the atmel s at89c52 series single- chip microcomputer temperature and humidity measurement and control system and display system design was introduced, including hardware structure principle, and analyzed the corresponding software design and

7、 its main points, including software design flow and the realization of its program. the system structure is simple, practical, improves the efficiency and accuracy of measurement. key words: single chip microcomputer; sensor; alarm circuit; a keyboard input circuit; signal acquisition circuit 宁夏理工学

8、院毕业论文 iii 目 录 摘 要.i abstract.ii 1 绪 论.1 1.1农业温室温湿度控制系统设计背景及研究现状.1 1.2 本设计的内容及意义.2 1.2.1 本设计的主要意义.2 1.2.2 本设计的内容.3 2 温室控制系统总体设计.4 2.1 测控系统的设计要求.4 2.2 设计目标.4 2.3 测控系统的组成及控制原理.5 3 硬件设计.6 3.1 单片机的选择及其特性.6 3.2 at89c52 系列单片机介绍.6 3.2.1 at89c52 基本特性.6 3.2.2 at89c52 的引脚功能.7 3.2.3 at89c52 的存储器.10 3.3 传感器的选型及其

9、性能特征.13 3.3.1 温度传感器 ad590 .14 3.3.2 相对湿度传感器 hih3610.15 3.4 单片机外围控制电路设计.17 3.4.1 开关复位电路.17 3.4.2 电源电路.18 3.4.3 信号采集电路.18 3.4.4 led 显示电路 .22 3.4.5 执行机构电路.23 3.4.6 键盘输入与报警电路.23 宁夏理工学院毕业论文 iv 3.4.7 与上位机通信的接口电路.25 4 农业温室温湿度控制系统软件设计.29 4.1 c 语言.29 4.2 控制程序设计.29 4.2.1 主控制程序设计.29 参考文献.31 结束语.32 致 谢.33 附 录.3

10、4 宁夏理工学院毕业论文 - 1 - 1 绪 论 1.1 农业温室温湿度控制系统设计背景及研究现状 随着社会经济的发展，设施农业作为农业可持续发展的一个重要途径，已经越来越 受到世界各国的重视。而设施农业中温室工程的建设与发展是都市型现代农业发展的重 要组成部分，是设施农业发展的高级阶段。温室的出现突破了传统农业的生产模式，降 低了农作物种植受地域、自然环境、气候等诸因素的限制，对农业的发展具有重要意义。 近些年来，研究现代化温室技术已经成为一个重要课题。自 20 世纪 70 年代以来，我国 温室生产已经有了很大的进步，但这些温室都是在充分利用高产栽培技术和屏障技术的 基础上发展起来的，其经济

11、效益很难再有大的提高。要改变这种状况，将现代单片机技 术引入农业温室，实现农业温室的自动控制，是最有效的途径之一。 温室自动化主要体现在温室内环境的监控上，环境控制是农业现代化的重要标志， 因此对温室环境进行自动检测进而实现自动控制是非常必要的。完整的环境控制系统包 括控制器（控制软件） 、传感器、和执行机构。温室可以不受地点和气候的影响，设置在 气候恶劣的各种地区。它能有效地改善农业生态、生产条件，促进农业资源的合理开发 利用，提高土地利用率、作业精度、劳动生产率和社会、经济效益。因此，自动控制温 室在世界范围内得到了广泛的、迅速的应用和发展。 目前国内虽然对温室控制和温室管理进行了一定的研

12、究和实验，但真正适合我国的温室 控制系统却很少。因此如何在消化吸收国外先进技术的基础上，结合我国的不同地区、 不同气候的特点，进行再创造，开发出适合国情、面向整套温室栽培环境、价格低廉的 微机或单片机控制系统，是我国当今温室生产与控制中一项亟待解决的问题。 影响作物生长发育的环境条件主要包括:温度、湿度、光照、co2 浓度、土壤等。所 有这些环境条件之间是相互作用、相互联系、相互耦合的，某个控制变量发生改变，会 影响其它控制变量的变化。作物的生长发育是所有这些环境条件综合作用的结果。温度 和湿度一直是人类关注的对象，这两种环境因素时刻影响着人们的生产和生活，下面主 要就温度和湿度对作物的影响进

13、行简略说明。 1）温度 温室内气温、地温对作物的光合作用、呼吸作用、根系的生长和水分、养 分的吸收有着显著的影响，因此影响作物生长发育的环境条件中，以温度最为敏感，也 最为重要，对温室环境控制的研究也是最先从温度控制开始的。不同种类的作物对温度 的要求是不同的，同一作物在不同发育阶 宁夏理工学院毕业论文 - 2 - 段对温度的要求亦有所不同，而且在同一发育期阶段内对温度的要求也会随着昼夜变化 而呈周期性地变化。一般说来在白天作物进行光合作用需要的温度较高，晚上维持呼吸 作用所需的温度要低一些。 作物生长发育适宜的温度，随种类、品种、生育阶段及生理活动的变化而变化。为 了增加光合产物的生成，抑制

14、不必要的呼吸消耗，在一天中，随着光照强度的变化，实 行变温管理是一种很有效的管理方法。 2）湿度 温室内作物对水分的要求体现为对温室内空气湿度和土壤湿度的要求。空 气湿度用相对湿度来表示，因为相对湿度更能反应事实。根据有关研究记载，除了阴雨 天以外，温室内午后过低的空气湿度会导致作物发生光合作用的午休现象，因此空气相 对湿度的大小直接影响到作物的光合作用，这时就需要增加温室内的空气湿度。当温室 内的空气湿度较高时，可能会诱发一些病虫害。温室中空气湿度的管理包括增湿和降湿。 从很久以前人类就想出各种方法控制温度和湿度，以满足人们生产生活的需要。从 古代人们通过扇子、雨伞、毛巾等试图去控制温度和湿

15、度到今天高科技发展迅速的社会 所发明出的各种工具，如风扇、空调、加热器等，表明人类一直努力去控制这两种和人 类密切相关的环境因素。现代科技的发展，使得温度和湿度的控制更容易，更高效，特 别是传感器和单片机的应用，使得温度和湿度控制系统性能有了根本性的提高，精度更 高，而且实现了自动化。 人们使用温度计、湿度计来采集温度和湿度，通过人工操作加热、加湿、通风和降 温设备来控制温湿度，这样不但控制精度低、实时性差，而且操作人员的劳动强度大。 即使有些用户采用半导体二极管作温度传感器，但由于其互换性差，效果也不理想。在 某些行业中对温湿度的要求较高，特别是在大型的电力系统中，由于温度过高或过低引 起的

16、元器件失效或由于环境湿度过高而引起的漏电事故时有发生。对电力系统的可靠运 行造成影响，甚至危及到电力系统局部及操作人员的安全。为了避免这些故障，需要在 电力设备柜体内安装控温、除湿设备。 1.2 本设计的内容及意义 1.2.1 本设计的主要意义 传统的方法，人们主要采用温度计、湿度计来采集温度值和湿度值，通过人工操作加 热、加湿、通风和降温设备来控制温湿度。但是由于温度计、湿度计精度比较低，以及 人工读数的人为因素等原因，温湿度检测 宁夏理工学院毕业论文 - 3 - 不仅速度慢，精度低，实时性差，而且操作人员的劳动强度大。随着科技的发展，采用 各种传感器、模数转换器、报警器等组成的温湿度监测系

17、统的出现，可对环境内的各个 测点进行巡回检测，检测速度、精度有了一定的提高，降低了劳动强度，但由于所采用 的传感器灵敏度比较低、稳定性比较差，致使检测精度、系统可靠性还不够理想，同时 在农业生产和农业科研过程中的很多场合需要对上面提到的物理量进行精确的检测和控 制。由于现在基本沿用人工的测控方法，这就不可避免的存在着劳动强度大、繁琐、测 量精度低，并且由于检测报警不及时，给生产和科研工作造成了一定的损失。 近年来，随着单片机功能的日益强大和计算机的广泛应用，人们对参数监测的准确 性、稳定性要求也越来越高。本设计就是针对此问题，设计相对精度高、性能稳定的农 业温室温湿度控制装置。 1.2.2 本

18、设计的内容 本设计以 at89c52 单片机的温度、湿度测量和控制系统为核心来对温湿度进行实时 巡检。单片机能独立完成各自功能，同时能根据主控机的指令对温湿度进行定时采集。 测量结果不仅能在本地显示，而且可以利用单片机的串行口和 rs-232 总线通信协议能把 温室中的温度、湿度等参数及时上传至上位机，并与设定值进行比较，与设定值不符时 采取相应的处理措施，以实现恒温恒湿环境。 在设计的过程中充分考虑到性价比和精度，在选用低价格、通用元件的的基础上， 尽量满足设计要求，并使系统具有高的精度。本控制系统以单片机的控制为核心，实时 监测环境的温度和湿度，并设定了这两个参数的上下限定值，并具有相应的

19、报警系统， 当超过设定的限定值时，单片机控制报警系统进行报警，而且同时驱动继电器打开相应 的开关使相应的执行机构运行。当参数值恢复到设定值范围内时，单片机控制执行机构 停止运行。从而使环境的温湿度在一定的范围内得到控制。 本设计主要内容包括以下几个方面： 1）选择适合的两种传感器，设计相应的信号采集和处理电路。 2）掌握 at89c52 单片机的主要功能和特性，以其为核心设计控制系统。 3）设计简单的人机对话接口系统，如键盘、显示、报警等。 4）利用 rs232 实现单片机与上位机的通信。 宁夏理工学院毕业论文 - 4 - 2 温室控制系统总体设计 2.1 测控系统的设计要求 1） 能够实时采

20、集与显示室内环境温度、湿度等参数。主要参数的监测范围和检测 精度如表 2.1 所示： 表 2.1 主要环境参数 参数名检测范围检测精度 温度-10+50 0.5 相对湿度5%95%rh 3.0%rh 2）能够根据每天各个阶段以及季节等的外部环境变化通过键盘输入改变对参数的设 置，以满足不同的要求达到最佳效益； 3） 声音报警功能； 4） 根据检测到的信号，实时控制执行机构的开启与关断。 5）自带+5 v 和+12 v 直流稳压电源。 2.2 设计目标 本设计是基于 at89c52 单片机的温湿度智能控制采集系统，主要完成一下主要任务： 1）选择 at89c52 单片机，了解其基本特性和功能，使

21、用 at89c52 实现对温湿度的智 能控制。 2）使用温度传感器测量环境的温度，进行数据的采集并传送到单片机进行数据处理， 实现范围为-55+125温度采集和控制。 3）使用湿度传感器对现场环境湿度数据采集，由单片机进行数据处理和控制，实现 范围为 1%99%rh 的湿度控制。 4）采用串行总线 rs-232 实现单片机和上位机通讯。 5）设计人机对话接口，键盘、显示和报警系统。 6）设计执行机构电路，使单片机能自动控制执行机构工作。 使系统完成特定功能的同时，要保证系统的可靠性和稳定性，使系统能够长期稳定 的工作。还要尽量实现系统的低成本、低功耗和高精度。 宁夏理工学院毕业论文 - 5 -

22、 2.3 测控系统的组成及控制原理 本设计是以 at89c52 单片机为核心的自动控制系统，硬件系统由键盘输入电路、led 显示电路、传感器和 a/d 转换电路、光电隔离和执行电路、报警电路等组成。 硬件系统原理框图如图 2.1 所示： 键盘输入 温度传感器 湿度传感器 a/d 转 换 at89c52 显示 报警电路 光 电 隔 离 执行机构 1 执行机构 3 执行机构 2 图 2.1 测控系统硬件组成原理框图 传感器一般输出的为模拟量，需要通过 a/d 转换，转换为单片机能够接收的数字信 号，若模拟信号太弱，还需经过运算放大器放大信号。键盘输入的是系统参数的上、下 限极限值，若检测到的信号值

23、出现不在此极限区间的情况，单片机就会驱动蜂鸣器产生 报警，此时就需要执行机构控制室内环境相应的改变，使得环境参数重新回到设定的理 想区间。 宁夏理工学院毕业论文 - 6 - 3 硬件设计 硬件元器件的选择，必须考虑到功能的实现、器件的适时性、价格和通用性等几个 方面。在电路的设计中，在实现所要求功能的基础上，尽量使电路简单。 3.1 单片机的选择及其特性 计算机的产生加快了人类改造世界的步伐，但是它毕竟体积庞大。单片机（微控制 器）就是在这种情况下诞生的。微控制器，亦称单片机或者单片微型计算机。它是把中 央处理器(cpu)、随机存取存储器(ram)、只读存储器（rom)、(输入/输出端口(1/

24、0) 等 主要计算机功能部件都集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。它的结构与指令功能 都是按照工业控制的要求设计的，在智能控制系统中，微控制器得到了广泛的应用。 单片机目前己被广泛地应用于家电、医疗、仪器仪表、工业自动化、航空航天等领 域。市场上比较流行的单片机种类主要有 intel 公司、atmel 公司和 philip 公司的 8051 系列单片机，motorola 公司的 m6800 系列单片机，intel 公司的 mcs96 系列单片机, microchip 公司的 pic 系列单片机等。各个系列的单片机各有所长，在处理速度、稳定性、 i/o 能力、功耗、功能、价格等方面各有优劣。这

25、些种类繁多的单片机家族，给我们单片 机的选择也提供了很大的余地。本设计选用 at89c52 单片机，它是一种低功耗、低价格， 高性能 8 位微处理器。 3.2 at89c52 系列单片机介绍 at89c52 是美国 atmel 公司生产的低电压，高性能 cmos 8 位单片机，片内含 8k bytes 的可反复擦写的 flash 只读程序存储器和 256 bytes 的随机存取数据存储器 （ram） ，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，功 能强大的

26、 at89c52 单片机适合于许多较为复杂控制应用场合。 3.2.1 at89c52 基本特性 at89c52系列单片机主要性能参数如下： 与mcs-51产品指令和引脚完全兼容 8k字节可重擦写flash闪速存储器 1000次擦写周期 全静态操作：0hz-24mhz 宁夏理工学院毕业论文 - 7 - 三级加密程序存储器 256字节内部ram 32个可编程i/o口线 3个16位定时/计数器 8个中断源 可编程串行uart通道 低功耗空闲和掉电模式。 at89c52 提供以下标准功能： 8k字节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

27、 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。同时， at89c52 可降至0hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停 止cpu 的工作，但允许ram，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式 保存ram 中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。 3.2.2 at89c52 的引脚功能 引脚功能说明如图 3.1： 图3.1 at89c52单片机封装图 vcc：电源电压 宁夏理工学院毕业论文 - 8 - gnd：地 p0 口：p0 口是一组 8 位漏极开路型双向 i/o 口，也即地址/数据总线复用口。作 为输出口用

28、时，每位能吸收电流的方式驱动 8 个 ttl 逻辑门电路，对端口 p0 写“1”时， 可作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地 址（低 8 位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。 在 flash 编程时，p0 口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时， 要求外接上拉电阻。 p1 口：p1 口是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 i/o 口，p1 的输出缓冲级可驱动 （吸收或输出电流）4 个 ttl 逻辑门电路。对端口写“1” ，通过内部的上拉电阻把端口 拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被 外部信号

29、拉低时会输出一个电流(iil)。与 at89c51 不同之处是，p1.0 和 p1.1 还可分 别作为定时/计数器 2 的外部计数输入（p1.0/t2）和输入（p1.1/t2ex） ，参见表 3.1。 表 3.1 引脚 p1.0 和 p1.1 的第二功能 引脚号功能特性 p1.0t2(定时计数器 2 外部计数脉冲输入),时钟输出 p1.1t2ex（定时计数器 2 捕获重装载触发和方向控制 flash 编程和程序校验期间，p1 接收低 8 位地址。 p2口：p2是一个带有内部上拉电阻的8位双向i/o口，p2的输出缓冲级可驱动（吸 收或输出电流）4个ttl逻辑门电路。对端口p2写“1” ，通过内部

30、的上拉电阻把端口拉到 高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部 信号拉低时会输出一个电流(iil)。 在访问外部程序存储器或16 位地址的外部数据存储器（例如执行movx dptr 指令） 时，p2口送出高8 位地址数据。在访问8 位地址的外部数据存储器（如执行movx ri 指 令）时，p2口输出p2 锁存器的内容。 flash 编程或校验时，p2亦接收高位地址和一些控制信号。 p3口：p3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向i/o口。p3口输出缓冲级可驱动 （吸收或输出电流）4个ttl 逻辑门电路。对p3口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉 高并可作为输入

31、端口。此时，被外部拉低的p3口将用上拉电阻输出电流（iil） 。 p3 口除了作为一般的 i/o 口线外，更重要的用途是它的第二功能，如表 3.2 所示： 宁夏理工学院毕业论文 - 9 - 此外，p3 口还接收一些用于flash闪速存储器编程和程序校验的控制信号。 rst：复位输入。当振荡器工作时，rst引脚出现两个机器周期以上高电平将使单 片机复位。 表3.2 引脚p3口的引脚功能 端口引脚号第二功能 p3.0 rxd（串行输入口） p3.1 txd（串行输出口） p3.2 /into（外中断 0） p3.3 /int1（外中断 1） p3.4 t0（定时/计数器 0） p3.5 t1（定时

32、/计数器 1） p3.6 /wr（外部数据存储器写选通） p3.7 /rd（外部数据存储器读选通） ale/prog： 当访问外部程序存储器或数据存储器时，ale（地址锁存允许）输出脉冲 用于锁存地址的低8位字节。一般情况下，ale仍以时钟振荡频率的1/6 输出固定的脉冲 信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器 时将跳过一个ale脉冲。对flash 存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（prog） 。 如有必要，可通过对特殊功能寄存器（sfr）区中的8eh 单元的d0 位置位，可禁止ale 操作。该位置位后，只有一条movx 和movc指令才能将ale

33、 激活。此外，该引脚会被微弱 拉高，单片机执行外部程序时，应设置ale 禁止位无效。 psen：程序储存允许（psen）输出是外部程序存储器的读选通信号，当at89c52 由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次psen有效，即输出两个脉冲。 此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次psen信号。 ea/vpp：外部访问允许。欲使cpu 仅访问外部程序存储器（地址为0000hffffh） ， ea 端必须保持低电平（接地） 。需注意的是：如果加密位lb1 被编程，复位时内部会锁 存ea端状态。如ea端为高电平（接vcc端） ，cpu 则执行内部程序存储器中的指令。flash 存储器

34、编程时，该引脚加上+12v 的编程允许电源vpp，当然这必须是该器件是使用12v 编程电压vpp。 xtal1：振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。 宁夏理工学院毕业论文 - 10 - xtal2：振荡器反相放大器的输出端。 3.2.3 at89c52 的存储器 中断寄存器： at89c52有6个中断源，2个中断优先级，ie寄存器控制各中断位，ip寄存器中6个中 断源的每一个可定为2个优先级。 数据存储器： at89c52 有 256 个字节的内部 ram，80h-ffh 高 128 个字节与特殊功能寄存器（sfr） 地址是重叠的，也就是高 128 字节的 ram 和特殊功能寄存器的地

35、址是相同的，但物理上 它们是分开的。当一条指令访问 7fh 以上的内部地址单元时，指令中使用的寻址方式是 不同的，也即寻址方式决定是访问高 128 字节 ram 还是访问特殊功能寄存器。如果指令 是直接寻址方式则为访问特殊功能寄存器。 例如，下面的直接寻址指令访问特殊功能寄存器 0a0h（即 p2 口）地址单元。 mov 0a0h，#data 间接寻址指令访问高 128 字节 ram，例如，下面的间接寻址指令中，r0 的内容为 0a0h，则访问数据字节地址为 0a0h，而不是 p2 口（0a0h） 。 mov r0，#data 堆栈操作也是间接寻址方式，所以，高 128 位数据 ram 亦可作

36、为堆栈区使用。 定时器 0 和定时器 1： at89c52 的定时器 0 和定时器 1 的工作方式与 at89c51 的相同。 定时器 2： 定时器 2 是一个 16 位定时/计数器。它既可当定时器使用，也可作为外部事件计数 器使用，其工作方式由特殊功能寄存器 t2con 的 c/t2 位选择。定时器 2 有三种工作方 式：捕获方式，自动重装载（向上或向下计数）方式和波特率发生器方式，工作方式由 t2con 的控制位来选择。 波特率发生器： 当 t2con 中的 tclk 和 rclk 置位时，定时/计数器 2 作为波特率发生器使用。如果 定时/计数器 2 作为发送器或接收器，其发送和接收的波

37、特率可以是不同的，定时器 1 用于其它功能。若 rclk 和 tclk 置位，则定时器 2 工作于波特率发生器方式。 波特率发生器的方式与自动重装载方式相仿，在此方式下，th2 翻转使定时器 2 的 寄存器用 rcap2h 和 rcap2l 中的 16 位数值重新装载，该数值由软件设置。 宁夏理工学院毕业论文 - 11 - 中断： at89c52 共有 6 个中断向量：两个外中断（int0 和 int1） ，3 个定时器中断（定时 器 0、1、2）和串行口中断。这些中断源可通过分别设置专用寄存器 ie 的置位或清 0 来 控制每一个中断的允许或禁止。ie 也有一个总禁止位 ea，它能控制所有中

38、断的允许或禁 止。定时器 2 的中断是由 t2con 中的 tf2 和 exf2 逻辑或产生的，当转向中断服务程序 时，这些标志位不能被硬件清除，事实上，服务程序需确定是 tf2 或 exf2 产生中断， 而由软件清除中断标志位。定时器 0 和定时器 1 的标志位 tf0 和 tf1 在定时器溢出那 个机器周期的 s5p2 状态置位，而会在下一个机器周期才查询到该中断标志。然而，定时 器 2 的标志位 tf2 在定时器溢出的那个机器周期的 s2p2 状态置位，并在同一个机器周 期内查询到该标志。 at89c52 的直流参数有一定的温度适用范围，见表 3.3： 表 3.3 t=-40+85 和

39、vcc=5.0v20%下的直流参数 符号参数条件最小值最大值单位 l v输入低电压(except ea)-0.50.2vcc-0.1v l1 v输入低电压-0.50.2vcc-0.3v h v输入高电压 (except xtal1,rst) 0.2vcc+0.9vcc+0.5v h1 v输入高电压(xtal,rst)0.7vccvcc+0.5v ol v输出低电压(p1,2,3) i=1.6ma0.45v ol1 v输出低电压(p0,ale/psen) i=32ma0.45v oh v输出高电压 i=-25ua0.75vccv oh1 v输出高电压 i=-300ua0.75vccv il i

40、逻辑 0 输入电流 （p1，2，3） v=0.45v-50ua tl i 逻辑 1 到 0 转换电流 (p1,2,3) v=2v-650ua rst 复位下拉电阻 50300k io c引脚电容 1mhz,pf cc i消耗电流active mode,12mhz 25ma flash存储器的编程：at89c52单片机内部有8k字节的flash perom，这个flash存 宁夏理工学院毕业论文 - 12 - 储阵列出厂时已处于擦除状态（即所有存储单元的内容均为ffh） ，用户随时可对其进行 编程。编程接口可接收高电压（+12v）或低电压（vcc）的允许编程信号。低电压编程模 式适合于用户在线编

41、程系统，而高电压编程模式可与通用eprom编程器兼容。at89c52单 片机中，有些属于低电压编程方式，而有些则是高电压编程方式，用户可从芯片上的型 号和读取芯片内的签名字节获得该信息，见表3.4。 表 3.4 顶面标记及签名字节 vpp=12vvpp=5v 顶面标记 at89c52 xxxx yyww at89c52 xxxx-5 yyww 签名字节 (030h)=1eh (031h)=52h (032h)=ffh (030h)=1eh (031h)=52h (032h)=05h at89c52 的程序存储器阵列是采用字节写入方式编程的，每次写入一个字节，要对整 个芯片内的 perom 程序

42、存储器写入一个非空字节，必须使用片擦除的方式将整个存储器 的内容清除。 图 3.2 at89c52 编程电路 程程序序校验：如果加密位 lb1、lb2 没有进行编程，则代码数据可通过地址和数 据线读回原编写的数据，采用如图 3.3 的电路。加密位不可直接校验，加密位的校验可 通过对存储器的校验和写入状态来验证。 编程方法： 1）在地址线上加上要编程单元的地址信号。 2）在数据线上加上要写入的数据字节。 宁夏理工学院毕业论文 - 13 - 3）激活相应的控制信号。 4）在高电压编程方式时，将 ea/vpp 端加上+12v 编程电压。 5）每对 flash 存储阵列写入一个字节或每写入一个程序加密

43、位，加上一个 ale/prog 编程脉冲。每个字节写入周期是自身定时的，通常约为 1.5ms。重复 15 步骤，改变编 程单元的地址和写入的数据，直到全部文件编程结束。 ready/busy：字节编程的进度可通过“rdy/bsy 输出信号监测，编程期间，ale 变 为高电平“h”后，p3.4（rdy/bsy）端电平被拉低，表示正在编程状态（忙状态） 。编程 完成后，p3.4 变为高电平表示准备就绪状态。 芯片擦除：利用控制信号的正确组合并保持 ale/prog 引脚 10ms 的低电平脉冲宽 度即可将 perom 阵列（4k 字节）和三个加密位整片擦除，代码阵列在片擦除操作中将任 何非空单元写

44、入“1” ，这步骤需再编程之前进行。 3.3 传感器的选型及其性能特征 用于测温的传感器种类繁多，但大多是模拟传感器，在以往组建温度采集系统时， 由于经传感器输出的是模拟信号，系统必须接入 a/d 转换器，由此增加了构件系统的复 杂性且成本较高。 温度的检测方法，一般采用热电偶、热敏电阻以及集成温度传感器等测温元件。热 电偶的工作原理: 两种不同成份的导体两端经焊接，形成回路，直接测温端叫工作端 ， 接线端叫冷端，也称参比端。当工作端和参比端之间存在温差时，就会在回路中产生热 电动势，接上显示仪表，仪表上就会指示出热电偶所产生的热电动势的对应温度值。热 敏电阻的工作原理:热敏电阻的阻值随温度的

45、升高而成非线性急剧变化，一般具有负的温 度系数，其阻值随温度升高而急剧减小，只有少数具有正的温度系数。集成温度传感器 的工作原理:集成温度传感器实质上是一种半导体集成电路，它是利用晶体管的 b 一 e 结 压降的不饱和值 vbe 与热力学温度 t 和通过发射极电流 i 的关系实现对温度的检测。 热电偶和热敏电阻的测量精度都比较高，成本比较低，而且测量的范围也比较宽， 但是它容易受到测量场所以及环境的限制，高温或长期使用时由于环境的影响会使其性 能下降，需要定期检查与更换，给实际应用带来了很大不便。经过论证及多次实验，本 设计决定采用由 ad 公司生产的 ad590 集成温度传感器，它具有线性好

46、、精度适中、灵敏 度高、体积小、使用方便、价格比较低，并且具有长期稳定性等优点，因此，得到广泛 应用。所以，经过论证及多次实验，本设计决定采用 ad 公司生产的 ad590 集成温度传 感器。 宁夏理工学院毕业论文 - 14 - 3.3.1 温度传感器 ad590 1）温度传感器 ad590 简介 ad590 是美国模拟器件公司生产的单片集成两端感温电流源。是利用 pn 结正向电流 与温度的关系制成的电流输出型两端温度传感器。ad590 具有线性好、性能稳定、灵敏度 高、无需补偿、热容量小，抗干扰能力强、可远距离测温并且使用方便等优点。这种器 件在被测温度一定时，相当于一个恒流源，测量精度高，

47、并具有消除电源波动的特性。 它的电源电压可以在 4v6v 范围变化，电流 ir 变化 lua，相当于温度变化 1k。ad590 可 以承受 44v 正向电压和 20v 反向电压，因而器件反接也不会被损坏。 集成温度传感器实质上是一种半导体集成电路，它是利用晶体管的 b 一 e 结压降的 不饱和值 v与热力学温度 t 和通过发射极电流 i 的下述关系实现对温度的检测: be v=lni ，k-波尔兹常数; q-电子电荷绝对值 (3.1) be q kit 集成温度传感器的输出形式分为电压输出和电流输出两种。电压输出型的灵敏度一 般为 10mv/k，温度 0时输出为 0，温度 25时输出 2.98

48、2v;电流输出型的灵敏度一般为 lua/k，本文选用的是电流输出型温度传感器。 ad59o 的主要特性如下: （1） 流过器件的电流(ua)等于器件所处环境的热力学温度(开尔文)度数，即: ir/t=lua/k； （2） ad590 的测温范围为-55+150； （3） ad590 的保存温度为-65+175； （4） ad590 的电源电压范围为 4v30v （5） 输出电阻为 710m； （6） 响应时间仅为 20us； （7） 精度高。ad590 共有 i、j、k、l、m 五档，其中 m 档精度最高，在- 5+l50范围内，非线性误差为0.3。 2） ad590 的封装形式及基本应用电路

49、 图 3.3（a）是 ad59o 的封装形式，图 3.3(b)是 ad590 用于测量热力学温度的基本应 用电路。因为流过 ad590 的电流与热力学 宁夏理工学院毕业论文 - 15 - 温度成正比，当电阻 r1 和电位器 r2 的电阻之和为 1k时，输出电压 v0 随温度的变化为 1mv/k。 图 3.3 ad590 的封装形式及基本应用电路 3.3.2 相对湿度传感器 hih3610 本系统的湿度传感器选用 honeywell 公司的集成湿度传感器 hih3610，该传感器内部 集成了信号处理功能电路，可完成将相对湿度值变换成电容值，再将电容值转换成线性 电压输出的任务输出电压为： （3.

50、2）outsupplyv =v 0.0062(sensor%rh)+0.16 在本系统中固定为+5v，则其输出电压值正比于湿度测量值，因此可由测试现supplyv 场的温度值决定。送 lm258，在此处 lm258 起电压跟随作用，以与采集现场隔离和提高带 负载能力。然后信号送带 8 路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的 cmos 组件 ad 转换 器 adc0809,经转换后送单片机 i/o 口。 在该设计中温度的极限参数为：-5ot7o； 湿度的极限参数为 lh99； 温度的显示分度为 01；湿度的显示分度为 05； 芯片特点： 低成本，大批量 oem 设计 精度 2%，激光修正互换性至 5

51、% 线性电压输出对应%rh 低功耗设计：200a 驱动电流 宁夏理工学院毕业论文 - 16 - 快速反应：15 秒 稳定性好、低漂移、抗化学腐蚀性能 hih-3610 有许多性能指标，能性能指标见表 3.5 表 3.5 hih-3610 性能指标 rh 精度（1）2%rh，0-100%rh 非凝结，25，供电电压=5vdc rh 互换性5%rh，0-60%rh；8%90%rh rh 线性0.5%rh 典型值 rh 迟滞1.2%rh 满量程(最大值) rh 重复性 0.5%rh rh 反应时间 1/e25 5 秒，慢流动 的空气中 rh 稳定性1%rh(典型值)，在 50%rh 环境， （5 年

52、时间内） 供电电源 供电电压 消耗电源 4 到 5.8vdc，传感器在 5vdc 下标定 0.2ma5vdc 输出电压 供电电压=5vdc 驱动限制 vout=vsupply0.0062(sensor rh)+0.16,典型值25 (所附的工厂标定数据提供类似的、每个传感器单独标定的数据25） 0.8 到 3.9vdc 输出25典型值 对称的拉/推：50a 典型值，20a 最小值，100a 最大值 开启90%rh 时，将引起3%rh 的漂移 2、当供电电压处于5v 时，上限可提高 3、传感器对光敏感，为得到最好的测量结果，应避免传感器接收亮光。 3.4 单片机外围控制电路设计 在本系统中单片机

53、的外围电路较多，可分为以下几部分：开关复位电路、系统电源、 温湿度信号采集电路、执行机构电路 led 显示电路、键盘输入及报警电路、与上位机通 信的接口电路图等。 3.4.1 开关复位电路 开关复位电路一般有软件复位和硬件复位两种。软件复位不需外接硬件电路，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， 可能导致开关复位系统也瘫痪。硬件开关复位是真正意义上的“程序运行监视器” ，如计 数型的开关复位电路通常由 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。 本设计开关复位电路采用单片机开关复位电路，开关复

54、位电路包含了上点复位电路。 其电路图如图 3.4： 图 3.4 开关复位电路 3.4.2 电源电路 在本设计中主要用到+5v，+12v，15v。为得到所需电压，系统采用了电压转换芯片 宁夏理工学院毕业论文 - 18 - lm7815、lm7805和lm7812，三个芯片的输入分别取+19v、+23v和+12v，经转换后输 出端输出分别为系统所需的+15v、+5v和+12v电压，电源电路图见图3.5. 图 3.5 电源电路 3.4.3 信号采集电路 1）温度信号采集 ad590 的输出电流 i=(273+t)a(t 为摄氏温度),因此量测的电压 v 为(273+t) a10k= (2.73+t/

55、100)v。为了将电压量测出来又需使输出电流 i 不分流出来,我们使 用电压跟随器，其输出电压 v2 等于输入电压 v。 图 3.6 温度信号采集 由于一般电源供应较多零件后，电源是带杂讯的，因此我们使用齐纳二极管作为稳压 零件，再利用可变电阻分压，其输出电压 v1 需调整至 2.73v。接下来我们使用差分放大 器其输出 v0 为（200k/10k）（v2-v1）=t/10v。如果现在为摄氏 28 度，输出电压为 1.4v，电路图见图 3.6. 宁夏理工学院毕业论文 - 19 - 这个电路的主要作用是把温度传感器的感应信号经过放大处理后输出，关系是当环 境温度是 100c 时电压输出为 5v。

56、 2）湿度信号采集 图 3.7 为湿度信号采集图，在此处 lm258 起电压跟随作用，以与采集现场隔离和提 高带负载能力。输出模拟电压信号 out1 信号送 ad 转换器 adc0809。图中电容 103 即 10000 皮法。 图 3.7 湿度信号采集 3） a/d 转换电路 adc0809 是带有 8 位 a/d 转换器、8 路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的 cmos 组件。它是逐次逼近式 a/d 转换器，可以和单片机直接接口。 （1）adc0809 的内部逻辑结构见图 3. 8。 由图可知，adc0809 由一个 8 路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个 a/d 转换器 和一个三

57、态输出锁存器组成。多路开关可选通 8 个模拟通道，允许 8 路模拟量分时输入， 共用 a/d 转换器进行转换。三态输出锁器用于锁存 a/d 转换完的数字量，当 oe 端为高电 平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。 图 3.8 adc0809 的内部逻辑结构 宁夏理工学院毕业论文 - 20 - （2） 引脚结构 in0in7：8 条模拟量输入通道。adc0809 对输入模拟量要求：信号单极性，电压范 围是 05v，若信号太小，必须进行放大；输入的模拟量在转换过程中应该保持不变，如 若模拟量变化太快，则需在输入前增加采样保持电路。 地址输入和控制线：4 条。 ale 为地址锁存允许输入线

58、，高电平有效。当 ale 线为高电平时，地址锁存与译码器 将 a，b，c 三条地址线的地址信号进行锁存，经译码后被选中的通道的模拟量进转换器 进行转换。 a，b 和 c 为地址输入线，用于选通 in0in7 上的一路模拟量输入。通道选择表如下 表 3.8 所示。 数字量输出及控制线：11 条 st 为转换启动信号。当 st 上跳沿时，所有内部寄存器清零；下跳沿时，开始进行 a/d 转换；在转换期间，st 应保持低电平。 eoc 为转换结束信号。当 eoc 为高电平时，表明转换结束；否则，表明正在进行 a/d 转换。 oe 为输出允许信号，用于控制三条输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。 oe

59、1，输出转换得到的数据；oe0，输出数据线呈高阻状态。 d7d0 为数字量输出线。 clk 为时钟输入信号线。因 adc0809 的内部没有时钟电路，所需时钟信号必须由外界 提供，通常使用频率为 500khz， vref（） ，vref（）为参考电压输入。 adc0809 芯片的引脚图见图 3.9。 宁夏理工学院毕业论文 - 21 - 图 3.9 adc0809 芯片引脚图 表 3.6 模拟量输入通道选择表 cba 选择的通道 000in0 001in1 010in2 011in3 100in4 101in5 110in6 111in7 在此系统中 adc0809 接的是模拟信号温度以及湿度电

60、压信号，模拟量输入通道 选择表见表 3.6。为了使 adc0809 的 clk 引脚接上 500khz 脉冲，从单片机 ale/p 引脚 （2mhz）出来接上一个四分频计数器 cd4013 得到 500khz 脉冲，如图 3.10 所示 q 端接至 clk。 图 3.11 cd4013 接线图 图 3.10 3.4.4 led 显示电路 本设计采用 led 显示电路，led 与 at89c52 的接口电路如图 3.11： 宁夏理工学院毕业论文 - 22 - 图 3.11led 与 at89c52 的接口电路 3.4.5 执行机构电路 常用的温室环境调控设备主要有以下几种: 1）加热系统 2）降