温度湿度实时监测与报警系统设计毕业论文

1、佳木斯大学毕业论文 温度湿度实时监测与报警系统设计学 院 信息电子技术专 业 电子信息工程班 级 学 籍 号 姓 名 指导教师 佳 木 斯 大 学2008年6月15日摘 要本课题设计的是一套计算机控制的温度、湿度实时监测与报警系统，可以应用于多种需要采集温、湿度数据的场合，本文完成了整个系统的软硬件设计。系统采用数据的采集到汇总及响应的设计思想。其中温度、湿度传感器是并行连接到单片机上的，数据分别进入单片机，再分别进行分析和处理。数据采集器的核心部件为单片机，主要完成对其所连接的传感器的测量与控制以及得到的响应。系统中，作为主机的单片机是整个系统的核心，它要接收前端的采集数据，还要分析与处理它

2、们；并控制后端的响应：数据的显示和声光的报警效应。系统的活动筋脉软件，是用汇编语言编写的，起到单片机芯片的数据处理、温湿度数据的显示和报警等功能。本系统的温度终端采用Dallas公司的数字温度传感器DS18B20，湿度终端采用Honeywell公司的相对适度传感器HIH3610，根据A/D转换进行数据采集，从而送到单片机中，在这，我采用ATMEL公司生产的AT89C51单片机和LCD显示器来实现参数的检测和显示。关键词：单片机（AT89C51）；温度传感器；湿度传感器；A/D转换；汇编语言。ABSTRACTThe issue is the design of a computer-contro

3、lled temperature, humidity and real-time monitoring and alarm system, can be applied to a variety of sampling temperature and humidity data occasions.We completed the whole system hardware and software design.The system uses data collected and summarized in response to the design. Including temperat

4、ure, humidity sensor is connected in parallel to the microcontroller, the data were entered microcontroller, respectively for analysis and processing. Data Acquisition System, the core component of the MCU, completed its main sensor is connected to the measurement and control of the response. System

5、, as a host of SCM is the core of the whole system, it should receive the front-end data acquisition, we should also analyze and deal with them; and control the back-end response:data show the alarm sound-effe activities fasciiti-software is written in assembly language, which serves single chip dat

6、a processing, temperature and humidity data display and alarm functions.The temperature of the system using terminal Dallas companys Digital Temperature DS18B20 sensor, Honeywell humidity terminal using the relatively modest HIH3610 sensor. According to A/D conversion, data acquisition, which sent t

7、o the microprocessor and, in this, I used ATMEL Corporation AT89C51 production and LCD parameters to achieve the detection and significantly said.Keywords:SCM(AT89C51);Temperature sensor;Humidity sensor;A/D conversion; Assembly language.目 录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc200763082 摘 要 PAGEREF _Toc2

8、00763082 h I HYPERLINK l _Toc200763083 ABSTRACT PAGEREF _Toc200763083 h II HYPERLINK l _Toc200763084 目 录 PAGEREF _Toc200763084 h 1 HYPERLINK l _Toc200763085 第1章 绪 论 PAGEREF _Toc200763085 h 1 HYPERLINK l _Toc200763086 1.1 课题研究的背景和意义 PAGEREF _Toc200763086 h 1 HYPERLINK l _Toc200763087 1.2 温度、湿度数据采集与监测

9、技术的发展历程 PAGEREF _Toc200763087 h 1 HYPERLINK l _Toc200763088 1.3 温度、湿度监测与报警系统的组成 PAGEREF _Toc200763088 h 2 HYPERLINK l _Toc200763089 1.3.1 温湿度测量 PAGEREF _Toc200763089 h 3 HYPERLINK l _Toc200763090 1.3.2 数据的集中显示和处理 PAGEREF _Toc200763090 h 3 HYPERLINK l _Toc200763091 1.4 本课题的主要特点 PAGEREF _Toc200763091

10、h 4 HYPERLINK l _Toc200763092 第2章 系统的总体结构 PAGEREF _Toc200763092 h 5 HYPERLINK l _Toc200763093 2.1 系统的硬件组成 PAGEREF _Toc200763093 h 5 HYPERLINK l _Toc200763094 2.2 系统的主要硬件简介 PAGEREF _Toc200763094 h 5 HYPERLINK l _Toc200763095 第3章 系统硬件的设计 PAGEREF _Toc200763095 h 7 HYPERLINK l _Toc200763096 3.1 AT89C51单

11、片机的介绍 PAGEREF _Toc200763096 h 7 HYPERLINK l _Toc200763097 3.2 温度检测电路 PAGEREF _Toc200763097 h 11 HYPERLINK l _Toc200763098 3.2.1 温度传感器DS18B20 PAGEREF _Toc200763098 h 11 HYPERLINK l _Toc200763099 3.2.2 DS18B20的连接电路图 PAGEREF _Toc200763099 h 14 HYPERLINK l _Toc200763100 3.3 湿度检测电路 PAGEREF _Toc200763100

12、h 15 HYPERLINK l _Toc200763101 3.3.1 湿度传感器HIH3610 PAGEREF _Toc200763101 h 15 HYPERLINK l _Toc200763102 3.3.2 HIH3610与A/D转换电路的连接 PAGEREF _Toc200763102 h 16 HYPERLINK l _Toc200763103 3.4 A/D转换器 PAGEREF _Toc200763103 h 17 HYPERLINK l _Toc200763104 3.4.1 A/D转换器的工作原理 PAGEREF _Toc200763104 h 17 HYPERLINK

13、l _Toc200763105 3.4.2 ADC0809介绍 PAGEREF _Toc200763105 h 18 HYPERLINK l _Toc200763106 3.4.3 ADC0809与单片机的连接 PAGEREF _Toc200763106 h 20 HYPERLINK l _Toc200763107 3.5 显示器电路 PAGEREF _Toc200763107 h 21 HYPERLINK l _Toc200763108 3.6 报警电路 PAGEREF _Toc200763108 h 23 HYPERLINK l _Toc200763109 3.7 AT89C51的时钟电路

14、的设计 PAGEREF _Toc200763109 h 24 HYPERLINK l _Toc200763110 3.8 复位电路 PAGEREF _Toc200763110 h 24 HYPERLINK l _Toc200763111 3.9 电源电路 PAGEREF _Toc200763111 h 25 HYPERLINK l _Toc200763112 3.10 硬件系统的抗干扰措施 PAGEREF _Toc200763112 h 26 HYPERLINK l _Toc200763113 第4章 软件系统的设计 PAGEREF _Toc200763113 h 28 HYPERLINK l

15、 _Toc200763114 4.1 AT89C51程序设计 PAGEREF _Toc200763114 h 28 HYPERLINK l _Toc200763115 4.2 系统主程序 PAGEREF _Toc200763115 h 28 HYPERLINK l _Toc200763116 4.3 初始化程序 PAGEREF _Toc200763116 h 32 HYPERLINK l _Toc200763117 4.4 显示子程序 PAGEREF _Toc200763117 h 34 HYPERLINK l _Toc200763118 4.5 DS18B20数据采集子程序 PAGEREF

16、_Toc200763118 h 36 HYPERLINK l _Toc200763119 4.6 A/D转换程序的设计 PAGEREF _Toc200763119 h 37 HYPERLINK l _Toc200763120 第5章 总结与展望 PAGEREF _Toc200763120 h 41 HYPERLINK l _Toc200763121 参考文献 PAGEREF _Toc200763121 h 43 HYPERLINK l _Toc200763122 致 谢 PAGEREF _Toc200763122 h 45 HYPERLINK l _Toc200763123 附录1 系统电路图

17、 PAGEREF _Toc200763123 h 46 HYPERLINK l _Toc200763125 附录2 PCB电路图 PAGEREF _Toc200763125 h 47 HYPERLINK l _Toc200763126 附录3 元器件清单 PAGEREF _Toc200763126 h 48 HYPERLINK l _Toc200763127 附录4 源程序清单 PAGEREF _Toc200763127 h 50 HYPERLINK l _Toc200763128 附录5 英文翻译资料 PAGEREF _Toc200763128 h 57第1章 绪 论本章首先介绍了课题研究的

18、目的和意义，温度、湿度数据实时采集与监测技术的发展历程，然后简要描述了温度、湿度监测与报警系统的组成，最后介绍本课题的主要特点。1.1 课题研究的背景和意义在现代工业现场，随着科技的进步和自动化水平的提高，电缆的用量越来越大，电缆的安全保护已成为不可忽视的问题。从国内外有关电缆火灾的统计资料显示，许多电缆火灾是由于电缆头击穿绝缘引起的。因此为电缆配置在线温度监测系统，对于电缆接头电缆密集的场所，就显得尤为重要。粮食是人类生存的必需品，温度与湿度是保存好粮食的先决条件，我国的公粮现在均集中存放在国家或地方的仓库中，最大的粮库方圆几公里，仓库库房数为数十个，测点可达数千个。按照国家粮食保护法规，必

19、须定期抽样检查各点的粮食温度与湿度，已确保粮食的存储质量。档案馆中的档案资料同样会受到外界空气温度与湿度变化的影响，纸张纤维热胀冷缩，使强度降低，湿度过大会使霉菌和害虫滋长，以致造成资料变质。由此可见，温度、湿度监控在人们现实生活生产中应用已经日渐广泛，在发电厂、纺织、食品、医院、仓库、农业大棚等众多的应用场所，对温度、湿度参量的要求都非常严格，因此能否有效对这些领域的温、湿度数据进行实时监控和控制是一个必须解决的重要前提。本课题即以上述问题为出发点，设计实现了温度、湿度的实时监测系统，该系统不仅能实时采集各抽样点的温度值与湿度值，而且能够迅速处理，友好的将数据结果显示给用户，并储存结果以方便

20、以后的对比研究。1.2 温度、湿度数据采集与监测技术的发展历程最早的也是最简单的实现对温度、湿度的监测是采用人工的方式，这种方式不仅效率底，劳动时间长，而且会由于抽样的不具代表性使得监测结果失去其原有的意义。该方式还有一个弊端其应用场所有很大的局限性，工作人员不可能直接测量地下电缆的表面温度；去提取存有炸药、鞭炮等危险品仓库温湿度数据的工作人员还要承担一定的风险。后来随着电子技术的出现与进步，科技人员开始采用温度与湿度传感器代替原始的温度计与湿度计，开发了以单片机为核心的监测系统，并佐以接口芯片将结果显示在LCD数码显示管上，单片机可直接控制打印机监测数据。这种方式在很大程度上提高了工作效率，

21、并扩展了应用范围。但其中所采用的温度、湿度传感器直接输出为模拟电压信号，该信号在传输过程中易损耗，影响系统精度，且传输距离较近，需要经过A/D转换芯片才能被单片机接收。每个测试点都需要各自独立的信号线，为了实现多点监测，不仅需要成百上千条信号线，还需要多路模拟转换快关电路轮流对多个测试点进行连续监测，从而增加了整个系统的环节，使其难于维护，价格昂贵。今年来，伴随微处理器芯片和网络通信技术的发展，为了简化系统设计并降低成本，各个公司及科研机构开始致力于相关领域的探索，使得温湿度数据监测数字化、网络化的实现成为可能。各个公司都在测试点直接将模拟信号数字化等特点，一方面减少了系统环节，另一方面保证了

22、系统的精度。同时各软件公司开发的可视化软件开发工具，更是向着效率高、功能强大的方向努力，从而为获得良好的检测功能奠定了基础。1.3 温度、湿度监测与报警系统的组成该系统的构成大体上可以分为三部分：一是温湿度参数的测量转换，二是测量数据温湿度数据采集模块单片机报警模块显示模块图1-1系统组成原理图的传输，三是数据的集中显示与处理。其系统框图如图1-1所示。下面对以上三部分分别加以介绍。 温湿度测量该部分是系统的主要环节，由原理图中温湿度采集模块来完成数据的获取与处理，在系统中将各温湿度采集模块称为数据采集器。温度传感器的种类很多，根据其输出方式及接口方式的不同，大体可以分为模拟温度传感器和数字温

23、度传感器。模拟温度传感器输出的模拟信号，必须经过专门的接口电路转换成数字信号后才能由微处理器进行处理。数字温度传感器输出的数字信号，一般只需要少量外部元器件就可直接送至微处理器进行处理。美国Dallas半导体公司的数字化温度传感器DS1820是世界上第一片支持单总线接口的温度传感器。单总线独特而且经济的特点，使用户可以轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。新一代的DS18B20体积更小、更经济、更灵活，而且由于芯片送出的温度信号是数字信号，因此省去了外部A/D转换，简化了硬件电路。适度测量方法也是多种多样，但是与温度相比，它是比较难于测量的。其主要原因是，由于空气中所含的水蒸气相

24、对空气来说是微量的，而且水蒸气对各种物质的影响也是错综复杂的。一直以来被广泛使用的湿度传感器从原理上主要分为吸附型和非吸附型，水分子吸附在物体表面和渗入物体内部后，直接影响物体的电器物理性能，利用这一特性可以制成多种吸附型湿度传感器。近年来，国内外在湿度传感器研发领域取得了长足进步。湿度传感器正从简单的湿敏元件向集成化、智能化、多参数检测的方向迅速发展，为开发新一代湿度、温度监测系统创造了有利条件，也将湿度测量技术提高到新的水平。其中由Honeywell公司开发生产的线性电压输出式集成湿度传感器，其典型产品有HIH3605/3610、HM1500/1520，主要特点是采用恒压供电，内置放大电路

25、，能输出与相对湿度呈比例关系的伏特级电压信号，响应速度快，重复性好，抗污染能力强。 数据的集中显示和处理该系统的使用最终是要面向用户的，因此用户检测软件的开发将决定系统能否方便高效地运行。随着面向对象编程技术的发展，各种面向对象编程语言如Vb、Vc、Delphi等逐渐成为用户软件开发的得力工具，在现有的一些监测系统软件设计中都有应用实例。用户软件功能一般包括数据读取与显示、报警参数的设置、数据记录等。经过单片机处理过的温湿度数据若已超过报警参数的范围，则需要发出报警信号，将系统中完成报警功能的模块称为报警模块。综上所述，温度、湿度监测系统的设计方法虽然不尽相同，但最终目的是安全可靠的运行，这在

26、计算机技术飞速发展的今天已经变得越来越容易。对于温度与湿度数据，采用分布式计算机监测系统，可以大大提高各应用现场的现代化管理水平，比如电缆沟温度在线监测、电机及其接线盒温度在线监测、仓储（粮仓、冷库、油罐）监测、空调与楼宇监测等。由此可见，温度、湿度的监测系统将具有很好的应用前景。1.4 本课题的主要特点本课题采用基于并行数据采集和综合处理的设计思想来设计温度、湿度实时监测与报警系统。温度与湿度传感器直接采集到数字数据，可以直接到AT89C51单片机中处理。我在监测的显示方面是用的液晶显示器；报警采用小的彩色闪光灯，给我们作为示警的作用。温度与湿度测量均采用单总线器件，简化了系统的设计，提高了

27、数据监测的智能化程度。数据采集器采用双隔离供电方式，保证了系统能在恶劣的环境条件下工作。用汇编语言开发了用户监测软件，全图行界面，并且具有监测、报警、数据记录、历史显示等多种功能。第2章 系统的总体结构本章首先介绍了该系统的功能，然后详细描述系统的总体设计，和各个部件的介绍及说明；结合其结构框图说明了系统的工作过程。2.1 系统的硬件组成本系统的硬件组成，我把它分为三个阶段：前端采集、中端处理和后端响应。在前端采集中，我们的硬件主要有温度传感器和湿度传感器，它们是系统的神经触手；中端处理中，它是我们系统的心脏，主要是一个单片机，这里我选用51系列的单片机，型号为AT89C51单片机；在后端响应

28、中，主要硬件组成有显示器、时钟、复位、报警等外围电路构成。如下图21硬件组成图。图21硬件组成图2.2 系统的主要硬件简介1、在此系统中，我选用了AT89C51单片机作为本系统的中心处理器。AT89C51单片机是INTEL公司的MCS-51系列单片机，这里，利用单片机软件编程灵活、自由度大的特点，力求用软件完善各种控制算法和逻辑控制。本系统选用的89C51芯片时钟可达12MHz，运算速度快，控制功能完善。其内部具有128字节RAM，而且内部含有4KB的EPROM 不需要外扩展存储器，可使系统整体结构更为简单、实用。 2、本系统的温度传感器，我采用Dallas 半导体公司的数字化温度传感器DS1

29、8B20，它具有体积小、适用电压宽、经济和支持“一线总线”接口的温度传感器。测量温度范围为 -55C+125C，在-10+85C范围内,精度为0.5C。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。适合于恶劣环境的现场温度测量，如：环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。3、该系统的湿度检测采用了美国Honeywell公司成产的相对湿度传感器HIH3610。Honeywell的相对湿度传感器是热固聚酯电容式具有信号处理功能的传感器，线性放大输出、工厂标定，独特的多层结构能非常好地抵抗环境的侵蚀，诸如湿气、尘埃、脏物、油、及一些化学品。4、系统采用液晶显示器，其以其

30、微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧的诸多优点，在袖珍式仪表和低功耗应用系统中得到越来越广泛的应用。时钟电路采用DS12C887芯片，它为24引脚双列直插式封装，晶体振荡器、振荡电路、充电电路和可充电锂电池等一起封装在芯片的上方，组成一个加厚的集成电路模块，电路通电时其充电电路便自动对可充电电池充电，充足一次电可供芯片时钟运行半年之久，正常工作时可保证时钟数据十年内不会丢失。报警器采用了断续的声音或闪烁的灯光，因为在用声音或灯光报警时，连续的声响或常亮的灯光往往不易引起人们的警觉等。第3章 系统硬件的设计本系统采用了ATMEL公司生产的AT89C51芯片作为系统的核心部件，并辅以前端传感器数

31、据采集、检测电路、扩展电路、报警电路、复位电路以及相关外围电路，用来采集温度和湿度的数字信号，以实现监测系统参数测试的实时检测、数据计算和声光报警等。AT89C51单片机内含4KB的Flash存储器，并与MCS-51完全兼容、工作性能优良、使用灵活，有较高的性价比。3.1 AT89C51单片机的介绍AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的图31AT89C5

32、1的引脚排列图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，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，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。如图31是AT89C51的引脚排列图。1、主要特性：与MCS-51 兼容；4K字节可编程闪烁存储器寿命：1000写/擦循环数据保留时间：10年；全静态工作：0Hz-24Hz；三级程序存储器锁定；128*8位内部RAM；32可编程I/O线；两个16位定时器/计数器；5个中断源；可编程串行通道；低功耗的闲置和掉电模式；片内振荡器和时钟电路。2、管脚说明： eq oac(,1)VCC：供电电压。 eq

33、oac(,2)GND：接地。 eq oac(,3)P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。 eq oac(,4)P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口

34、作为第八位地址接收。 eq oac(,5)P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 eq oac(,6)P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向

35、I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表31所示：表3-1 P3 口特殊功能引 脚特 殊 功 能说 明RXD串行数据输入口TXD串行数据输出口外部中断0输入线外部中断1输出线T0定时器0外部事件计数输入T1定时器1外部事件计数输入外部RAM写选通外部RAM读选通 eq oac(,7)RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的

36、输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。 eq oac(,8)/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有

37、效的/PSEN信号将不出现。 eq oac(,9)/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。 eq oac(,10)XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 eq oac(,11)XTAL2：来自反向振荡器的输出。3、振荡器特性：XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外

38、部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。4、芯片擦除：整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms 来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU停止工作。但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他

39、芯片功能，直到下一个硬件复位为止。5、AT89C51单片机的内部结构如图3-2所示。图3-2 单片机内部原理 eq oac(,1)中央处理器CPU：它是单片机的核心部件，由运算器、控制器和专用寄存器三部分组成组。它的运算器(ALU)是一个极强的运算器，可做四则运算和逻辑运算。AT89C51的ALU是由一个加法器、两个八位暂存器和一个布尔器构成的。其时钟频率可达12MHZ。CPU的定时控制部件由控制逻辑、指令寄存器IR、译码器和振荡器OSC等电路组成。IR用于存放从程序储存器中取出指令码，定时控制逻辑用于对IR译码， 并在OSC被合下产生指令的时序脉冲来完成指令。 eq oac(,2)储存器：A

40、T89C51的存储器有片内和片外之分，而在它们里又有程序存储器ROM和数据存储器RAM之分。片内ROM：AT89C51有4K的ROM，地址范围0000H-0FFFFH，它可固化程序来完成单片机想要完成的功能。片内RAM：共有128字节，范围00H-7FH，分为工作寄存器区、位寻址区和堆栈区。 eq oac(,3)I/O 接口和特殊功能部件：I/O 端口是AT89C51单片机对外实现控制和信息交换的必经之路。AT89C51的I/O接口共有四个口，32条I/O线。每个口都有一个锁存器，定义为专用寄存器P0P3。下面分别介绍一下各口功能：P0口既可做地址/数据总线使用，也可做I/O口做使用；P1口是

41、一个准双向口，作通用I/O口使用，还可做数据总线使用；P2口既可做地址总线使用，也可做I/O口使用。P3口是一个多功能口，即可作通用I/O口使用，也可提供各种特殊功能。3.2 温度检测电路本系统的温度传感器，采用了DALLAS公司生产的DS18B20。DS18B20是DALLAS公司生产的数字温度传感器， 可广泛用于工业、民用、军事等领域的温度测量及控制仪器、测控系统和大型设备中。它具有体积小，接口方便，传输距离远等特点。 温度传感器DS18B201、DS18B20的简介 eq oac(,1)独特的单线接口方式，只需一个接口引脚即可通信； eq oac(,2)每一个DS18B20都有一个唯一的

42、64位ROM序列码； eq oac(,3)在使用中不需要任何外围元件； eq oac(,4)可用数据线供电，电压范围：3.0V5.5V; eq oac(,5)测温范围：55125，在1085范围内精度为，分辨率。等效的华氏温度范围是67257； eq oac(,6)通过编程可实现912位的数字读数方式。温度转换成12位数字信号所需时间最长为750ms，而在9位分辨模式工作时仅需93.75ms； eq oac(,7)用户可自设定非易失性的报警上下限值； eq oac(,8)告警搜索命令可识别和定位那些超过报警限值的DS18B20； eq oac(,9)支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联

43、在唯一的三线上，实现多点测温。 eq oac(,10)电源极性接反时，DS18B20不会因发热而烧毁，但不能正常工作。2、DS18B20的内部结构DS18B20采用3引脚T092小体积封装，其内部结构如图33所示，主要由四部分组成：64位ROM序列码、温度传感器、非易失性的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。ROM中的64位序列码是出厂前被光刻好的，它可以看作是该DS18B20的地址序列码，每个DS18B20的64位序列码均不相同。如图34所示，64位光刻ROM的排列是：开始8位是单线产品系列编码（比如DS18B20的编码是28h，DS1820的编码是10h，DS2438 8位CRC编号48

44、位序列号8位产品系列编码MSB LSB MSB LSB MSB LSB (最高有效位) （最低有效位）图33 DS18B20的内部结构图34 64位ROM结构示意图的编码是26h），同一型号的单总线器件的编码相同。接着的48位是该DS18B20唯一的序列号，最后8位是前面56位的循环冗余校验码。单总线器件的序列号唯一性特点，保证了在一根总线上可以挂接多个单总线器件的实现。如图35所示，DS18B20的内部存储器包括一个高速暂存（便笺式）RAM和一个非易失性EEPROM（高温触发器TH、低温触发器TL和配置寄存器）。暂存存储机制有利于在单线通信时确保数据的完整性。数据通常首先写入暂存存储器，在那

45、里它可以被读回。当数据被校验后，复制暂存存储器的命令把数据传送到非易失性EEPROM。这一过程确保了更改存储器时数据的完整性。同时非易失性EEPROM也保证了TH、TL与配置寄存器内容的掉电不丢失，器件每一次上电时这三个字节的内容被重置到高速暂存RAM对应的空间。高速暂存存储器是按9个8位字节存储器来组织的，其中第0、1个字节为只读型字节，分别包含测得温度信息的低位和高位字节，第2和第3个字节是TH和TL的易失性拷贝，在每一个上电复位时被刷新。如果在使用DS18B20的工程中不对其施加告警搜索命令，则第2和第3个字节可用作通用用户存储器，在本系统中即作为通用存储器使用，定义这两个字节存储该温度

46、传感器在系统中的序号，为每个温度传感器分配的序号在系统中是唯一的。第5个字节为配置寄存器，接着的三个字节为器件内部使用而保留，不可对其施加写命令。第8个字节为只读型字节，它是前面所有8个字节的循环冗余校验字节（CRC）。高速暂存Byte0Byte1Byte2Byte3Byte4Byte5Byte6Byte7Byte8温度底位字节LSB（50h）（85）EEPROM温度高位字节MSB（05h）TH/用户自定义1TH/用户自定义1TL/用户自定义2TL/用户自定义2配置寄存器配置寄存器保留保留保留CRC校验字节图35 DS18B20的存储器组织其中配置寄存器的结构如图36，R1和R0用于确定温度值

47、的数字转换分辨率，DS18B20工作时按此寄存器中的分辨率将温度转换为相应精度的数值。如表3-2所示（DS18B20出厂时被设置为12位）。 bit7 bit6 bit5 bit4 bit3 bit2 bit1 bit00R1R011111图36配置寄存器表32 R1和R0模式表R1R0分辨率最大的温度转换时间009-bit9375ms0110-bit1011-bit375ms1112-bit750ms由表3-2可见，设定的分辨率越高，所需要的温度数据转换时间越长。本系统中对于各DS18B20的配置寄存器都没有进行修改，即采用其出厂时的配置，使用采集到的温度值分辨率可达到12bit。当DS18

48、B20接收到温度转换命令后，开始启动转换。转换完成后的温度值以16位带符号扩展的二进制补码形式存储在高速暂存存储器的第0、1字节。主机可通过单线接口读到该数据，读取时低位在前，高位在后，数据格式以/LSB形式表示。温度值格式如图37： bit7 bit6 bit5 bit4 bit3 bit2 bit1 bit0LS Byte222222224 bit15 bit14 bit13 bit12 bit11 bit10 bit9 bit8MS Byte SSSSS262524图37温度寄存器其中S为符号位，S=0时表示测得温度值为正数，S=1时表示温度值为负数。当温度值分辨率为12bit时，bit

49、0bit10的数据全部有效；当分辨率为11bit时，bit0的数据无效；分辨率为10bit时，bit0和bit1的数据无效；分辨率为9bit时，bit0、bit1和bit2的数据无效。对应的温度计算；当符号位S=0时，直接将二进制数转换为十进制；当S=1时，先将补码变换为原码，再计算十进制值。 DS18B20的连接电路图DS18B20与单片机的接口极其简单，只需将DS18B20的信号线与单片机的一位双向端口相连即可。可以有两种连线方式。一种如图38所示，采用寄生电源方式，将DS18B20的VDD与GND接在一起。如若VDD。脱开未接好，传感器将只送+的温度值。图38 寄生电源方式另一种是采用外

50、部电源工作方式，如图39所示。此时应注意将V,DQ,GND三线焊接牢固。另外也可用两个端口，即接收口与发送口分开，这样读写操作就分开了，不会出现信号竞争的问题。R1图39外部电源工作方式这里，我采用外部电源工作方式作为DS18B20的外围电路。3.3 湿度检测电路 湿度传感器HIH3610HIH3610的管脚排列如图310，三管脚的外部结构使得其应用起来非常方便。其线性的电压输出可使器件直接与控制器或其它器件相连，驱动电流小，使它适合于电池供电，HIH3610的性能指标如表33所示，并且厂方单独为每只HIH3610提供了标定数据。图310 HIH3610的管脚排列图表33 HIH3610 湿度

51、传感器性能指标参数指标RH精度 2%RH，0-100%RH 非凝结，25，供电电压=5VDCRH互换性 5%RH，0-60%RH； 8%90%RHRH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%RHRH反映时间5 秒，慢流动的空气中RH稳定性1%RH（典型值），在50%RH环境，（5年时间内）供电电源供电电压4 到，传感器在5VDC 下标定02mA5VDC消耗电源湿度范围工作0 到100%RH，非凝结(1)0 到90%RH，非凝结储存温度范围工作-40+85-51+125储存HIH3610 湿度传感器的特点有：热固塑料封装；线性电压输出对应%RH；激光修正

52、互换性；低功耗设计；高精度；快速响应；稳定性好，低温飘，抗化学腐蚀性能。HIH-3610 湿度传感器是为了大批量OEM设计、具有仪表级测量性能、低成本、SIP封装。线性放大的电压输出可使器件直接与控制器或其他器件相连。驱动电流200A，很适合电池供电。精密的器件一致性好，减少和消除了OEM生产时标定费用，并且厂方可提供单个传感器标定数据。 HIH3610与A/D转换电路的连接由于系统中采用的HIH3610湿度传感器，其输出量仍然是模拟电压量，因此在本系统的设计过程中为了实现全数字化，使用了A/D转换电路。此A/D转换电路是美国国家半导体公司的产品，ADC0809转换器，中间又用了运算放大电路，

53、它是放大传感器的电压信号的。下图311是HIH3610传感器与A/D转换电路的连接电路图。图311 HIH3610传感器与A/D转换电路的连接电路图3.4 A/D转换器A/D转换器中文称为模拟数字转换器，它是一种把模拟信号转换为数字信号的电路。在该系统中，HIH3610湿度传感器的输出电压信号是模拟量，而单片机AT89C51接收的是数字信号，所以中间必须要一个转换器。3.4.1 A/D转换器的工作原理本设计采用双积分A/D转换器，其具有精度高的特点。其原理图如图312.图中OA1为输入信号的缓冲反相放大器，用以消除信号源内阻的影响并提供所需极性的信号。改变放大器中R1、R2的比例也可以调整量程

54、。OA2、R、C构成积分电路。OA3是零比较器，把积分电路输出电压同零电压比较，K1和K2是半导体开关，受到控制逻辑电路的控制。整个电路的工作过程如下：电路由外来的启动信号启动后，K1倒向位置“1”。K2断路，输入信号加到积分电路进行固定时间的积分，同时计数器开始对时钟脉冲进行计数。这时计数器是作为一个定时器来使用的。当计满一个预先规定的固定值之后，K1转为倒向位置“2”，把一个与OA1输出极性相反的参考电压Vr加到积分电路上，积分图312 双积分型ADC原理图电路从刚才积分的终值开始向反方向进行第二次积分。与此同时，计数器清0并重新开始对时钟脉冲计数，直至积分器输出达到0，使计数器停止计数。

55、这时控制逻辑电路向CPU发出“数据有效”的状态信号。CPU可从计数器的数据线D0Dn取得转换结果。Vin幅度越大，第一次积分的速度越快，在恒定十佳终了时，积分器的输出电压值也越大，因而第二次反向积分所需时间也越长，计数器计的数也越多。在双积分方式中，对输入信号进行几分，利用的是其平均值，因此瞬间干扰和高频率的噪声对转换的影响较小。同时由同一积分电路进行的正反两次积分电路的非线性误差得到了补偿，所以精度较高，动态线性较好。缺点是转换速度较慢。 ADC0809介绍1、ADC0809转换器及其接口：ADC0809是8位CMOS逐次逼近式A/D转换器。内部有8 路模拟量输入和8 位数字量输出的A/D转

56、换器，它是美国国家半导体公司的产品，是目前国内最广泛的8 位通用的A/D转换的芯片。2、ADC0809各脚功能：ADC0809用双列直插式封装，共有28条引脚，如图313 . eq oac(,1)IN0IN7：IN0IN7为8路模拟电压输入线，用于输入被转换的模拟电压。 eq oac(,2)ADDA，ADDB，ADDC：三位地址输入端。八路模拟信号转换选择同由A，B，C决定。A为低位，C为高位。 图313 ADC0809引脚图 eq oac(,3)CLOCK：外部时钟输入端，时钟频率高，A/D转换速度快。允许范围为101280KHZ，典型值为640KHZ，此时，A/D转换时间为10us。通常由

57、MCS-51型单片机ALE端直接或分频后与其相连。当MCS-51型单片机无读写外，RAM操作时，ALE信号固定为CPU时钟频率的1/6，若单片机外接的晶振为6MHZ，则1/6为1MHZ，A/D转换时间为64us。 eq oac(,4)D0D7：数字量输出端，A/D转换的结果由这几个端口输出。 eq oac(,5)OE：A/D转换结果输出允许控制端，当OE端为高电平时，允许将A/D转换结果从D0D7端输出。通常由MCS-51型单片机的）,通过或非门与ADC0809的OE端相连接。当DPTR为FEFFH，且执行“MOVX A，DPTR” 指令后，和P2.0均有效，或非后产生高电平，使ADC0809

58、的OE端有效，ADC0809将A/D转换的结果送入数据总线P0口，CPU在读入中。 eq oac(,6)ALE：地址锁存允许信号。八路模拟通道地址由A，B，C输入在ADC0809的ALE信号有效时，将该八路地址锁存。 eq oac(,7)START：启动A/D转换信号。当START端输入一个正脉冲时，立即启动ADC0809进行A/D转换。START端与ALE 端连在一起，由MSC-51型单片机WR和ADC0809片选端（例如P2.0）。通过或非门连接，当DPTR为FEF8H时，执行“MOVX DPTR,A”指令后，将启动ADC0809模拟通道0的A/D转换。FEF8HFEFFH分别为八路模拟输

59、入通道的地址。执行MOVX写指令，并非真的将A中的内容写进ADC0809 中，ADC0809中没有一个寄存器，能容纳的A中的内容。ADC0809的输入通道是IN0IN7，输出通道是D0D7，因此，执行：“MOVX DPTR,A”指令与A中内容无关，但DPTR地址应指向当前A/D的通道地址。 eq oac(,8)EOC：A/D转换结果信号。当ADC0809启动A/D转换后，EOC输出低电平，转换结束后，EOC输出高电平，表示可以读取A/D转换的结果。该信号取反后若与MCS-51型单片机引脚或连接，可引发CPU中断，在中断服务程序中读A/D转换的数字信号，若与MCS-51型单片机两个中断源已用完，

60、则EOC也可与P1口或P3口的一条端线相连，不采用中断方式，采用查询方式，查得EOC为高电平后，在读入A/D转换的值。 eq oac(,9)VREF+、VREF-：正负基准电压输入端。正基准电压的典型值为+5V，可与电源电压+5V相连，但电源电压往往有一定的波动，将影响A/D转换的精度。因此，精度要求较高时，可用高稳定基准电源输入。当模拟信号电压较低时，基准电压也可取低于5V的数值。 eq oac(,10)VCC，GND：正电源电压端和地端。3.4.3 ADC0809与单片机的连接图314 ADC0809与单片机的连接ADC0809数模转换器的转换数据的作用，必须通过端口的连接到单片机上，才起