1、<p>　　糧庫溫度自動檢測系統(tǒng)的設計</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本設計以AT89S51單片機為核心的溫度控制系統(tǒng)的工作原理和設計方法。溫度信號由溫度芯片DS18B20采集，并以數(shù)字信號的方式傳送給單片機。文中介紹了該控制系統(tǒng)的硬件部分，包括：溫度檢測電路、溫度控制電路、PC機與單片機串口通訊電路和一些接口電路 。單片機

2、通過對信號進行相應處理，從而實現(xiàn)溫度控制的目的。文中還著重介紹了軟件設計部分，在這里采用模塊化結(jié)構(gòu)，主要模塊有：數(shù)碼管顯示程序、鍵盤掃描及按鍵處理程序、溫度信號處理程序、繼電器控制程序、超溫報警程序。</p><p>　　關鍵詞：AT89S51單片機 DS18B20溫度芯片 溫度控制</p><p>　　DESIGN OF GRAIN DEPOT TEMPERATURE AUTOMATIC

3、 TEST SYSTEM</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　This design take at89S51 monolithic integrated circuit as core temperature control system's principle of work and design method. Th

4、e temperature signal by the temperature chip DS18B20 gathering, and transmits by digital signal's way for the monolithic integrated circuit. In the article introduced this control system's hardware part, includin

5、g: Temperature examination electric circuit, temperature-control circuit, PC machine and monolithic integrated circuit serial port communication channel and </p><p>　　Keywords：AT89S51 Monolithic Integrated C

6、ircuit ；DS18B20 Temperature Chip；Temperature Control；</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　第一張 緒論1</b></p><p><b>　　1.1背景1</b></p><p>　　

7、1.2國內(nèi)外研究狀況和相關領域研究成果1</p><p>　　1.2.1 糧倉溫濕度檢測發(fā)展狀況1</p><p>　　1.2.2 單片機歷史2</p><p>　　1.3研究內(nèi)容和研究方法3</p><p>　　第二章 系統(tǒng)的總體設計4</p><p>　　2.1 系統(tǒng)的組成4</p>&l

8、t;p>　　2.2系統(tǒng)工作流程4</p><p>　　2.3系統(tǒng)的功能介紹5</p><p>　　第三章 系統(tǒng)的硬件設計6</p><p>　　3.1 AT89C51單片機功能介紹6</p><p>　　3.1.1 芯片簡介6</p><p>　　3.1.2 AT89C51各引腳在設計中的定義6<

9、;/p><p>　　3.1.3上電手動復位電路8</p><p>　　3.1.4振蕩電路8</p><p>　　3.2模數(shù)轉(zhuǎn)換器9</p><p>　　3.2.1 模數(shù)轉(zhuǎn)換器的選擇9</p><p>　　3.2.2 AD轉(zhuǎn)換器ICL7109的特點9</p><p>　　3.2.3 I CL

10、7109芯片引腳說明及外部連接10</p><p>　　3.2.4 ICL7109與89C51單片機的硬件接口設計12</p><p>　　3.3溫度采集系統(tǒng)14</p><p>　　3.3.1 集成溫度傳感器的選擇14</p><p>　　3.3.2 AD590的性能特點15</p><p>　　3.3.3

11、 溫度采集電路15</p><p>　　3.4 濕度檢測16</p><p>　　3.4.1 濕度傳感器的選擇16</p><p>　　3.4.2 HS1101的性能特點17</p><p>　　3.4.3 濕度測量電路18</p><p>　　3.5 鍵盤及顯示接口擴展19</p><

12、;p>　　3.5.1 芯片的選擇19</p><p>　　3.5.2 YM19264的引腳功能介紹20</p><p>　　3.5.3 YM19264與AT89C51的連接21</p><p>　　第四章 系統(tǒng)軟件設計22</p><p>　　4.1 程序開發(fā)環(huán)境及設計原則22</p><p>　　4

13、.2 本設計程序功能及流程22</p><p><b>　　結(jié) 論26</b></p><p><b>　　致 謝27</b></p><p><b>　　參考文獻28</b></p><p>　　附錄A?。ㄓ⑽奈墨I）29</p><p>

14、;　　附錄B?。ㄖ形淖g文）36</p><p>　　附錄C　（程序）41</p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p><b>　　1.1背景</b></p><p>　　由古至今，糧倉糧食的存儲是否得當對國家的經(jīng)濟能否正常合理的運行有很大的影響。但是在以前的經(jīng)濟和科技水平有

15、限，所以我國糧食的存儲的環(huán)境很差，管理落后。糧庫管理的重點之一就是要合理布置測溫點，經(jīng)常檢查溫度變化，以便及時發(fā)現(xiàn)糧食的發(fā)熱點，減少糧食的損失。然而，糧堆的熱傳遞又是那樣的緩慢，使人感知極差，需要管理人員經(jīng)常進入悶熱、嗆人的倉房內(nèi)觀察溫、濕度，不斷進行翻倉、通風，這種繁重的體力勞動，不僅對人體有極大地傷害，而且不科學、不及時。所以，糧食蟲蛀、霉變的情況時有發(fā)生。</p><p>　　1.2國內(nèi)外研究狀況和相關領域

16、研究成果</p><p>　　1.2.1糧倉溫濕度檢測發(fā)展狀況</p><p>　　網(wǎng)絡通信技術的發(fā)展，使監(jiān)控系統(tǒng)廣泛應用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等領域，因此，糧情檢測技術糧情檢測屬監(jiān)控系統(tǒng)范疇，近年來，由于計算機技術、超大規(guī)模集成電路技術和的研究在軟、硬件等方面都有了一定的進展。</p><p>　　早期糧情監(jiān)測主要采用溫度計測量法，它是將溫度計放入特制的插桿中，根據(jù)經(jīng)驗插在

17、糧堆的多個測溫點，管理人員定期拔出讀數(shù)，確定糧溫的高、低，決定是否倒糧。這種方法對儲糧有一定的作用，但由于溫度計精度、人工讀數(shù)的人為因素等原因，溫度檢測不僅速度慢，而且精度低，抽樣不徹底，局部糧溫過高不易被及時發(fā)現(xiàn)，導致因局部糧食發(fā)霉變質(zhì)引起大面積壞糧的情況時有發(fā)生。隨著科技的發(fā)展，從 1978 年開始，采用電阻式溫度傳感器、采樣器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、報警器等組成的儲糧監(jiān)測系統(tǒng)出現(xiàn)，它可對各糧庫的各個測溫點進行巡回檢測，檢測速度、精度大大提高

18、，降低了勞動強度，但由于電阻傳感器的靈敏度低，致檢測精度、系統(tǒng)可靠性還不夠理想。至 1990 年，糧情檢測系統(tǒng)有了很大的改善和提高，系統(tǒng)在布線上采用矩陣式布線技術，簡化了數(shù)據(jù)采集部分的線路，在傳感器方面應用了半導體、熱電偶等器件；在線路傳輸上采用了串行傳輸方式，從而減少了傳輸線根數(shù)；采用單板機進行數(shù)據(jù)處理，并采用各種手段提高數(shù)據(jù)傳輸及檢測速度，通過軟硬件技術的結(jié)合，檢測精度和可靠性較前有很大提高。但溫度傳感器的線性度差，系統(tǒng)的檢測精度仍

19、不理想，無法大面積推廣。近年來，隨著單片機功</p><p>　　1.2.1單片機歷史</p><p>　　單片機又稱單片微控制器,它不是完成某一個邏輯功能的芯片,而是把一個計算機系統(tǒng)集成到一個芯片上。概括的講：一塊芯片就成了一臺計算機。它的體積小、質(zhì)量輕、價格便宜、為學習、應用和開發(fā)提供了便利條件。同時，學習使用單片機了解計算機原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇。 可以說，二十世紀跨越了三個“電”的

20、時代，即電氣時代、電子時代和現(xiàn)已進入的電腦時代。不過，這種電腦，通常是指個人計算機，簡稱PC機。它由主機、鍵盤、顯示器等組成）。還有一類計算機，大多數(shù)人卻不怎么熟悉。這種計算機就是把智能賦予各種機械的單片機（亦稱微控制器）。顧名思義，這種計算機的最小系統(tǒng)只用了一片集成電路，即可進行簡單運算和控制。因為它體積小，通常都藏在被控機械的“肚子”里。它在整個裝置中，起著有如人類頭腦的作用，它出了毛病，整個裝置就癱瘓了。現(xiàn)在，這種單片機的使用領域

21、已十分廣泛，如智能儀表、實時工控、通訊設備、導航系統(tǒng)、家用電器等。各種產(chǎn)品一旦用上了單片機，就能起到使產(chǎn)品升級換代的功效，常在產(chǎn)品名稱前冠以形容詞——“智能型”，如智能型洗衣機等?，F(xiàn)在有些工廠的技術人員或其它業(yè)余電子開發(fā)者搞出來的某些產(chǎn)品，不是電路太復雜，就是功能太簡單且極易</p><p>　　1.3研究內(nèi)容和研究方法</p><p>　　本課題需要研究的內(nèi)容主要有以下幾方面：</

22、p><p>　　（1）根據(jù)系統(tǒng)功能要求并且考慮系統(tǒng)的實用性和可操作性，進行系統(tǒng)的整體方案設計。該方案采用模塊化設計方法，以方便系統(tǒng)調(diào)試和用戶的使用。</p><p>　?。?）系統(tǒng)硬件設計。主要內(nèi)容包括芯片的選擇、芯片的功能介紹、芯片外圍電路的設計等。</p><p>　?。?）系統(tǒng)軟件設計。主要包括系統(tǒng)主程序，記數(shù)程序，采樣子程序，讀顯示子程序，寫顯示RAM子程序。&

23、lt;/p><p>　　本設計以實用為出發(fā)點，力求設計原理簡單，開發(fā)成本低，易于實現(xiàn)。器件選擇上，也考慮到實際應用的具體情況。單片機控制可靠性高，溫濕度傳感器采集信號誤差小，穩(wěn)定度高，整個系統(tǒng)使用簡單，經(jīng)濟實用，有很強實用性。</p><p>　　第二章 系統(tǒng)的總體設計</p><p>　　本章從系統(tǒng)組成、工作原理、工作范圍等方面作了系統(tǒng)介紹。</p>&

24、lt;p><b>　　2.1系統(tǒng)的組成</b></p><p>　　根據(jù)系統(tǒng)總體功能，將其劃分為以下幾個功能模塊：微處理器CPU、模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D、溫度傳感器、濕度傳感器、鍵盤、數(shù)碼顯示組成，整個系統(tǒng)的構(gòu)成如圖所示。</p><p>　　圖2.1溫濕度控制系統(tǒng)框圖</p><p><b>　　2.2系統(tǒng)工作流程</b>

25、;</p><p>　　整個檢測系統(tǒng)的核心器件是單片機，它是整 個系統(tǒng)的“心臟”由它來接收溫濕信號并控制協(xié)調(diào)各功能模塊的正常工作。一方面AD590集成傳感器采集溫度信號，信號經(jīng)過整理放大后送ICL7109A/D轉(zhuǎn)換器，由此將模擬信號轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號后送至CPU進行運算處理，另一方面濕度傳感器HS1101將采集的濕度信號通過以555定時器為主的單穩(wěn)態(tài)電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號直接送至89C51進行處理，在單片機內(nèi)部，CPU根

26、據(jù)模擬量與數(shù)字量的對應關系，把收到的數(shù)字量與溫濕度值一一對照，找出合適的溫濕度值進行顯示，達到測溫測濕的目的。顯示部分由液晶芯片YM19264輔助單片機來完成，并可通過鍵盤輸入指令進行控制，充分提高了單片機的工作效率。</p><p>　　因89C51內(nèi)含4KB的EEPROM，不需外擴展存儲器，可使系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)簡單。</p><p>　　2.3系統(tǒng)的功能介紹</p><

27、p>　　本系統(tǒng)可對溫濕度值進行實時檢測，測溫范圍可為-55～+150。C，根據(jù)糧倉內(nèi)實際溫度變化情況，將測溫范圍設定為0-70。C。可測濕度測量范圍是（0-100）%RH，這也足以滿足對濕度的測量要求。所測溫濕度值通過YM19264鍵盤顯示芯片顯示。整個系統(tǒng)測量精度高、穩(wěn)定性好，性能上能夠達到遠距離測量溫濕度的要求，適于安置在糧倉內(nèi)進行檢測。</p><p>　　第三章 系統(tǒng)的硬件設計</p>

28、<p>　　本章從器件選擇、性能特點、電路分析等方面對硬件系統(tǒng)進行了討論。</p><p>　　3.1 AT89C51單片機功能介紹</p><p>　　3.1.1 芯片簡介</p><p>　　AT9C51是一個低電壓，高性能CMOS8位單片機，片內(nèi)含4k bytes的可反復擦寫的只讀程序存儲器（PEROM）和128 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（R

29、AM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術生產(chǎn)，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲單元，內(nèi)置功能強大的微型計算機的AT89C51提供了高性價比的解決方案。AT89C51有40個引腳，32個外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時內(nèi)含2個外中斷口，2個16位可編程定時計數(shù)器，2個全雙工串行通信口，AT89C51可以按照常規(guī)方法進行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和Flash存儲器結(jié)合

30、在一起，特別是可反復擦寫的Flash存儲器可有效地降低開發(fā)成本。</p><p>　　3.1.2 AT89C51各引腳在設計中的定義</p><p>　　本設計中，單片機引腳功能定義如下，如圖3.1所示：</p><p>　　圖3.1 AT89C51在本設計中的引腳</p><p>　　89C51各管腳說明如下：</p>&

31、lt;p>　　Vcc：電源引腳，接+5V電源。 </p><p><b>　　Vss：接地。</b></p><p>　　RST/Vpd：RST是復位信號輸入端，高電平有效。Vpd為備用電源輸入端。</p><p>　　XTAL1，XTAL2：時鐘引腳。兩引腳間外接晶體與片內(nèi)反相放大器構(gòu)成一個振蕩器，為單片機提供時鐘控制信號。本設計根據(jù)需

32、要外接6MHZ晶體。</p><p>　　：外部中斷0輸入，本設計中與ICL7109的STATUS相連接受中斷請求信號。</p><p><b>　　：外部中斷1輸入。</b></p><p>　　T1：定時器/計數(shù)器T1外部輸入。</p><p>　　本設計中將濕度檢測電路產(chǎn)生的頻率輸入T1口，用T1計數(shù)。同時用T0設

33、置1S的定時，從而實現(xiàn)計數(shù)功能。</p><p>　?。和獠繑?shù)據(jù)存儲器寫脈沖輸入線。</p><p>　?。和獠繑?shù)據(jù)存儲器讀脈沖輸入線。設計中7109的片選端負責數(shù)據(jù)的讀寫。</p><p>　　ALE/：地址鎖存允許信號輸出端，設計中此端接到74LS373地址鎖存器的鎖存允許端實現(xiàn)鎖存功能。</p><p>　　/Vpp：程序存儲器地址允許

34、輸入端。當為高電平時，CPU執(zhí)行片內(nèi)程序存儲器指令，當為低電平時，CPU只執(zhí)行片外程序存儲器的指令。本設計不用外擴程序存儲器，固此腳接高電平。</p><p>　　P3口為多功能口，每一位都可以分別被定義為復用的輸入功能或復用的輸出功能。當P3口某一位的鎖存器被置1后，輸出端可由復用的輸出功能信號控制，作復用的輸出功能的輸出線使用。而實際上，如果把復用輸出功能控制端置1，則P3.x端可實現(xiàn)復用的輸入功能。<

35、/p><p>　　P2口是一個準雙向I/O口，它有兩種使用功能：一種是作普通的I/O口使用；另一種是作系統(tǒng)擴展的地址總線口，輸出高8位的地址。當口電路中的多路開關接通鎖存器的Q端輸出時，P2口作普通輸入輸出使用，當開關接通地址時，作地址總線口使用，P2口的引腳狀態(tài)由所輸出的地址確定。本系統(tǒng)中用P2.4和P2.5對ICL7109的高低位數(shù)據(jù)輸出進行控制。</p><p>　　P0口為雙向I/O口

36、，它的結(jié)構(gòu)與P2口相似，可作輸入/輸出口使用，也可作系統(tǒng)擴展的地址/數(shù)據(jù)總線口。P0口作地址/數(shù)據(jù)總線口使用時，由控制線控制將電子開關接通至地址/數(shù)據(jù)端，分時輸出擴展外存的低8位地址。</p><p>　　3.1.3上電手動復位電路</p><p>　　AT89C51單片機復位信號是高電平有效的，其有效時間應持續(xù)2個機器周期以上。為了保證應用系統(tǒng)可靠地復位，在設計復位電路時，通常使復位引腳

37、保持10ms以上的高電平。圖中RESET按鍵未按下時，單片機剛接通電源，就進入了上電復位狀態(tài)，在單片機開始工作了以后，如按下RESET，由兩電阻組成的串聯(lián)分壓電路使RST得到一個高電平，從而使單片機重新復位；松開按鍵，復位信號消失，單片機可開始正常工作。</p><p>　　圖3.2 上電手動復位電路</p><p><b>　　3.1.4振蕩電路</b></p

38、><p>　　根據(jù)本設計需要，AT89C51的振蕩電路由一個6MHZ 和兩個20PF的電容組成。這個電路是一個典型的單片振蕩電路。</p><p><b>　　圖3.3 振蕩電路</b></p><p>　　。3.2 模數(shù)轉(zhuǎn)換器</p><p>　　3.2.1模數(shù)轉(zhuǎn)換器的選擇</p><p>　　即A

39、/D轉(zhuǎn)換器，或簡稱ADC，通常是指一個將模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號的電子元件。通常的模數(shù)轉(zhuǎn)換器是將一個輸入電壓信號轉(zhuǎn)換為一個輸出的數(shù)字信號。由于數(shù)字信號本身不具有實際意義，僅僅表示一個相對大小。故任何一個模數(shù)轉(zhuǎn)換器都需要一個參考模擬量作為轉(zhuǎn)換的標準，比較常見的參考標準為最大的可轉(zhuǎn)換信號大小。而輸出的數(shù)字量則表示輸入信號相對于參考信號的大小。模數(shù)轉(zhuǎn)換器最重要的參數(shù)是轉(zhuǎn)換的精度，通常用輸出的數(shù)字信號的位數(shù)的多少表示。轉(zhuǎn)換器能夠準確輸出的數(shù)字信

40、號的位數(shù)越多，表示轉(zhuǎn)換器能夠分辨輸入信號的能力越強，轉(zhuǎn)換器的性能也就越好。例如：對于一個2位的電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器，如果將參考設為1V，那么輸出的信號有00、01、10、11四種可能，分別代表輸入電壓在0V-0.25V, 0.25V-0.5V, 0.5V-0.75V, 0.75V-1V時的對應輸入。當一個0.8V的信號輸入時，轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)據(jù)為11。 </p><p>　　AD轉(zhuǎn)換器ICL7109的特點</

41、p><p>　　ICL7109主要有如下特性：</p><p>　　(1) 高精度(精確到1/212=1/4096)，低漂移(<1μV/。C)；</p><p>　　(2) 低噪聲(典型值為15μVP-P)，低功耗(<20mw)；</p><p>　　(3) 高輸入阻抗(典型值1012歐姆)；</p><p>

42、　　(4) 轉(zhuǎn)換速度最快達30次/秒，當采用3.58MHz晶振作振源時，速度為7.5次/秒；</p><p>　　(5) 片內(nèi)帶有振蕩器，外部可接晶振或RC電路以組成不同頻率的時鐘電路；</p><p>　　(6) 12位二進制輸出，同時還有一位極性位和一位溢出位輸出； </p><p>　　(7) 輸出與TTL兼容，以字節(jié)方式(分高低字節(jié))三態(tài)輸出，并且具有VAR

43、T掛鉤方式，可以用簡單的并行或串行口接到微處理系統(tǒng)；</p><p>　　(8) 可用RVN/（運行/保持）STATUS(狀態(tài))信號監(jiān)視和控制轉(zhuǎn)換定時；</p><p>　　(9) 所有輸入端都有抗靜電保護電路。 </p><p>　　(10) ICL7109工作電壓為雙電源±5V，基準電壓典型值為外部分壓輸入的2.8V[3]</p>

44、<p>　　3.2.3 ICL7109芯片引腳說明及外部連接</p><p>　　圖3.4 ICL7109引腳圖</p><p>　　ICL7109的引腳功能如下：</p><p>　　GND：數(shù)字地,0V。 </p><p>　　V-：負電源，接-5V。 </p><p>　　V+：正電源，

45、接+5V。</p><p>　　STATUS：狀態(tài)輸出，ICL7109轉(zhuǎn)換結(jié)束時，該腳發(fā)出轉(zhuǎn)換結(jié)束信號。</p><p>　　POL：極性輸出，高電平表示ICL7109的輸入信號為正。</p><p>　　OR：過量程狀態(tài)輸出，高電平表示過量程。</p><p>　　B1~B12：三態(tài)轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出，B12為最高位，B1為最低位。</p&

46、gt;<p>　　TEST：此引腳僅用于測試芯片，接高電平時為正常操作，接低電平時則強迫所</p><p>　　有位B1~B12輸出為高電平。</p><p>　　：低字節(jié)使能端。當MODE和CE/LOAD均為低電平時，此信號將作為低位字節(jié)（B1~B8）輸出的輔助選通信號；當MODE為高電平時，此信號將作為低位字節(jié)輸出。</p><p>　　：高字節(jié)使

47、能端。當MODE和CE/LOAD均為低電平時，此信號將作為低電平時，此信號將作為高位字節(jié)（B8~B12）以及POL、OR輸出的輔助的選通信號；當MODE為高電平時，此信號將作為高位字節(jié)輸出而用于信號交換方式。</p><p>　?。浩x端。當MODE為低電平時，它是數(shù)據(jù)輸出的主選通信號，當本腳為低電平時，數(shù)據(jù)正常輸出；當本腳為高電平時，則所有數(shù)據(jù)輸出端（B1~B12，POL、OR）均處于高阻狀態(tài)。</p&g

48、t;<p>　　MODE：方式選擇。當輸入低電平信號時，轉(zhuǎn)換器為直接輸出工作方式。此時，可在片選和數(shù)據(jù)使能的控制下直接讀取數(shù)據(jù)。當輸入高電平脈沖時，轉(zhuǎn)換器處于UART方式，并在輸出的兩個字節(jié)的數(shù)據(jù)后，返回到直接輸出方式。當輸入高電平時，轉(zhuǎn)換器將在信號交換方式的每一轉(zhuǎn)換周期的結(jié)尾輸出數(shù)據(jù)。</p><p>　　OSC IN、OSC OUT：振蕩器輸入、輸出端。</p><p>

49、　　OSC SEL：振蕩器選擇。輸入高電平時，采用RC振蕩器；當輸入低電平時采用晶體振蕩器。</p><p>　　BUF OSC OUT：緩沖振蕩器輸出。</p><p>　　RUN/：運行/保持輸入。輸入高電平時，每經(jīng)8192個時鐘脈沖均完成一次轉(zhuǎn)換。當輸入低電平時，轉(zhuǎn)換器將立即結(jié)束消除積分階段并跳至自動調(diào)零階段，從而縮短了消除積分階段的時間，提高了轉(zhuǎn)換速度。</p>&l

50、t;p>　　SEND：是輸入信號。用于數(shù)據(jù)信號傳送時的信號交換方式，以指示外部器件能夠接受數(shù)據(jù)的能力。</p><p>　　REF OUT：基準電壓輸出，一般為+2.8V。 </p><p>　　BUF：緩沖器輸出。</p><p>　　AZ：自動調(diào)零電容CAZ連接端。</p><p>　　INT：積分電容CINT連接端。<

51、;/p><p>　　COMMON：公共模擬端。</p><p>　　INLO、INHI：差分輸入低端、高端。</p><p>　　REFIN+、REFIN-：正、負差分基準輸入端。</p><p>　　REFCAP+：正差分電容連接端。</p><p>　　REFCAP-：負差分電容連接端。</p><

52、p>　　ICL7109外部電路連接元件參數(shù)選擇：</p><p>　　基準電壓的供給：ICL7109片內(nèi)含有參考電壓源，由REFOUT(29端)輸出，一般為2.048V伏，經(jīng)電阻分壓輸出?；鶞孰妷狠斎霝椴罘州斎?，分別從REFIN+(36端)、REFIN-(39 端)引入。一般來說對模擬輸入如果滿度輸出4096個數(shù)，則VIN =2VREF，即2.048V基準電壓對應于4.096滿度輸入模擬電壓，當輸入模擬電壓

53、為5.0V，因此基準電壓為2.5V，通過片內(nèi)參考電壓源經(jīng)電位器分壓得到。</p><p>　　時鐘電路的選擇：ICL7109時鐘電路選擇晶體振蕩器，為了使電路具有抗50Hz串模干擾能力，A/D轉(zhuǎn)換應選擇積分時間（2048個時鐘數(shù)）等于50Hz的整數(shù)倍，系統(tǒng)選擇3.58MHz晶振。本設計中，ICL7109接成晶體振蕩器時，內(nèi)部時鐘為58分頻后的振蕩器頻率。ICL7109每轉(zhuǎn)換一次所需的時間為8192個時鐘周期，轉(zhuǎn)換

54、時間的計算公式為：轉(zhuǎn)換時間=(8192×58)/晶振頻率。本系統(tǒng)中所用晶振頻率為3.58MHz，則轉(zhuǎn)換時間為133ms，即一秒轉(zhuǎn)換7.5次。</p><p>　　積分電容CINTZ選擇：積分電壓根據(jù)積分器給出的最大輸出擺幅電壓選擇。此電壓應使積分器不飽和(大約低于電源0.3V)。對于ICL7109±5V電源，0.15uF比較合適。通常CINT=。</p><p>　　自

55、動調(diào)零電容CAZ選擇：在模擬輸入信號較小時，如0～0.5伏時，自動調(diào)零電容可選比積分電容CINT大一倍，以減小噪聲，CAZ的值越大，噪聲越小，如果CINT選為0.15μF，則CAZ=2CINT=0.33μF。當傳感器傳來的微弱信號經(jīng)放大器放大后為0～5V，這時噪聲的影響不是主要的，可把積分電容CINT選大一些，使CINT=2CAZ，選CINT=0.33μF，CAZ=0.15μF，本系統(tǒng)正屬于這種情況。</p><p&

56、gt;　　積分電阻RINT選擇：緩沖放大器和積分器能夠提供20μA的推動電流，積分電阻要選的足夠大。以保證在輸入電壓范圍內(nèi)的線性。積分電阻RINT等于滿度電壓時對應的電阻值(當電流為20μA、輸入電壓=4.096V時，RINT=200千歐)，此時基準電壓V+RI和V-RI之間為2V，由電阻R1、R3和電位器R2分壓取得。 基準電容CREF一般取值1uF 較好。如果存在一個大的共模電，要求電容值較大，以防止?jié)L動誤差。</p&

57、gt;<p>　　3.2.4 ICL7109與89C51單片機的硬件接口設計</p><p>　　ICL7109內(nèi)部有一個14位(12位數(shù)據(jù)和一位極性、一位溢出)的鎖存器和一個14位的三態(tài)輸出寄存器，同時可以很方便地與各種微處理器直接連接，而無需外部加額外的鎖存器。ICL7109有兩種接口方式，一種是直接接口，另一種是掛鉤接口。在直接接口方式中，當ICL7109轉(zhuǎn)換結(jié)束時，由STATUS發(fā)出轉(zhuǎn)換結(jié)束

58、指令到單片機，單片機對轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)分高位字節(jié)和低位字節(jié)進行讀數(shù)。在掛鉤接口方式時，ICL7109提供工業(yè)標</p><p>　　圖3.5 ICL7109與89C51的接口電路</p><p>　　準的數(shù)據(jù)交換模式，適用于遠距離的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)[4]。本系統(tǒng)采用直接接口方式，7109的MODE端接地，使7109工作于直接輸出方式。</p><p>　　ICL7109與

59、AT89C51的連接如圖3.5所示，兩者間關系如下：</p><p>　　RUN/(運行/保持)引腳接+5V，使A/D轉(zhuǎn)換連續(xù)進行。</p><p>　　B1～B12輸出高低位數(shù)據(jù)，POL、OR輸出極性和溢出位，這些數(shù)據(jù)分時送至89C51的P0口。</p><p>　　將STATUS線與89C51的INT0相連，這樣每完成一次轉(zhuǎn)換便向89C51發(fā)一次中斷請求。<

60、;/p><p>　　A/D轉(zhuǎn)換正在進行時，STATUS引腳輸出高電平。當一次AD結(jié)束時，STATUS引腳降為低電平，由P2.6輸出低電平信號到ICL7109的，讀高位數(shù)據(jù)、極性和溢出位；由P2.5輸出低電平信號到，讀低位數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的分時傳輸。這種方法可簡化設計，節(jié)省硬件和軟件。</p><p>　　為7109片選端，低電平時數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)正常輸出，接至89C51的讀選通端。</p>

61、<p>　　其中ICL7660是＋5V輸入－5V輸出的電源極性變換器，用來為ICL7109提供雙極性電壓。</p><p>　　3.3溫度采集系統(tǒng) </p><p>　　3.3.1 集成溫度傳感器的選擇</p><p>　

62、　集成溫度傳感器實質(zhì)上是一種半導體集成電路，它是利用晶體管的b-e結(jié)壓降的不飽和值VBE與熱力學溫度T和通過發(fā)射極電流I的關系實現(xiàn)對溫度的檢測。集成溫度變換器把作為感溫元件的結(jié)型溫敏器件與外圍電路集成在同一芯片上, 實現(xiàn)了溫度變換器的小型化。由于附加了線性化電路, 因此變換器線性極好, 解決了溫敏器件非線性問題。集成溫敏變換器還具有高靈敏度、高電平輸出、穩(wěn)定性好, 易于與讀出電路和控制電路接口等優(yōu)點。集成溫度傳感器的輸出形式分為電壓輸出

63、和電流輸出兩種。電壓輸出型的靈敏度一般為10mV/K，溫度0。C時輸出為0，溫度25。C時輸出2.982V。電流輸出型的靈敏度一般為1μA/ K。溫度檢測在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國防、科研以及日常生活等領域占有重要地位。</p><p>　　AD590是AD公司利用PN結(jié)正向電流與溫度的關系制成的電流輸出型兩端溫度傳感器。這種器件在被測溫度一定時, 相當于一個恒流源。該器件具有良好的線性和互換性,測量精度高, 測溫范圍寬而

64、且容易實現(xiàn)。并具有消除電源波動的特性。即使電源在5～15V之間變化,其電流只是在1μA以下作微小變化。因為AD590是恒流器件, 所以適合遠距離傳送, 也容易實現(xiàn)智能數(shù)字化顯示。</p><p>　　AD590的性能特點</p><p>　　AD590是電流型溫度傳感器,一般用于精密溫度測量電路,其電路外形如圖3.6所示,它采用金屬殼3腳封裝, 其中1腳為電源正端V+；2腳為電流輸出端Io

65、；3腳為管殼,一般不用。集成溫度傳感器的電路符號如圖3.7所示</p><p>　　圖3.6 AD590 的外形電路 圖3.7 集成溫度傳感器電路符號</p><p>　　AD590的主要特性如下：</p><p>　　1、兩端器件：電壓輸入。 </p><p>　　2、靈敏度：1μA/ K。即電流輸出溫度

66、每增加1。C，它會增加1μA輸出電流。</p><p>　　3、較寬的檢測范圍：-55～+155。C。</p><p>　　4、較寬的工作電壓：+4～+30V。AD590可以承受44V正向電壓和20V反向電壓，因而器件反接也不會被損壞。</p><p>　　5、輸出電阻為710MW。</p><p>　　6、精度高，線形好：AD590共有I、

67、J、K、L、M五檔，其中M檔精度最高，在-55。C～+150。C范圍內(nèi)，非線性誤差為±0.3。C。</p><p>　　3.3.3溫度采集電路</p><p>　　首先，我們根據(jù)AD590的特性，找出其輸出電流值與溫度值的關系。具體說明如下：AD590輸出電流是以絕對溫度零度(－273。C)為基準，每增加1。C，它會增加1μA輸出電流，例如在室溫25。C時，其輸出電流Io=(27

68、3+25)=298μA。故AD590的輸出電流I=(273+T)μA(T為攝氏溫度)?！?lt;/p><p><b>　　溫度采集電路分析</b></p><p>　　圖3.8 AD590溫度采集放大電路</p><p>　　如圖3.8所示因此量測的電壓V為(273+T)μA×10K= (2.73+T/100)V。為了將電壓量測出來又需

69、使輸出電流I不分流出來,我們使用電壓跟隨器，其輸出電壓V2等于輸入電壓V。由于一般電源供應較多零件之后，電源是帶雜訊的，因此我們使用齊納二極體作為穩(wěn)壓零件，再利用可變電阻分壓，其輸出電壓V1需調(diào)整至2.73V。接下來我們使用差動放大器，其輸出Vo為(50K/10K)×(V2－V1)=T/20V。如果現(xiàn)在為攝氏100度，輸出電壓為5V。圖中用到兩個LM324集成運算放大器，前一個起跟隨作用，防止測電壓時分流，第二個起放大作用，將

70、電壓信號放大5倍后送至模數(shù)轉(zhuǎn)換器[2]，此電路的最終目的是實現(xiàn)信號的放大并將輸出電壓與測量溫度的關系設定為V=。這樣輸入模數(shù)轉(zhuǎn)換器的電壓不會超過滿度電壓，同時所測溫度的范圍也滿足要求。本設計設定的測溫范圍是0。C～70。C，那么輸入ADC的模擬電壓范圍為0V～3.5V。</p><p><b>　　3.4 濕度檢測</b></p><p>　　3.4.1濕度傳感器的選

71、擇</p><p>　　測量空氣濕度的方式很多，其原理是根據(jù)某種物質(zhì)從其周圍的空氣中吸收水分后引起的物理或化學性質(zhì)的變化，電容式、電阻式和濕漲式濕敏元件分別是根據(jù)其高分子材料吸濕后的介電常數(shù)、電阻率和體積隨之發(fā)生變化而進行濕度測量的。</p><p>　　HS1101是一種高分子濕敏電容傳感器, 濕敏電容是一種在高分子薄膜上形成的電容，高分子薄膜上的電極是很薄的金屬微孔蒸發(fā)膜，水分子可通過

72、兩端的電極被高分子薄膜吸附或釋放，隨著這種水分子的吸附或釋放，高分子的介電系數(shù)將發(fā)生相應的變化。由于介電系數(shù)隨空氣的相對濕度變化而變化。所以只要測定電容C值就可得相對濕度。其具有不需校準的完全互換性、高可靠性和長期穩(wěn)定性，響應時間快速。專利設計的固態(tài)聚合物結(jié)構(gòu)，適用于線性電壓輸出和頻率輸出兩種電路，適宜于制造流水線上的自動插件和自動裝配過程等。</p><p>　　3.4.2 HS1101的性能特點</p&

73、gt;<p>　　HS1101的主要性能特點如下：</p><p>　　(1) 相對濕度在0%～100%RH范圍內(nèi), 相對濕度為55%RH時的典型電容值約182pF溫度系數(shù)為0.04pF/。C可見精度是較高的，常溫使用無需溫度補償，無需校準。相對濕度在(33～75) %RH 之間時平均靈敏度為0.34pF/%RH 。</p><p>　　(2) HS1101有響應快(響應時間

74、小于5S)、線性度高、高可靠性及長期穩(wěn)定性(年漂移量0.5 %RH/年)、常時間飽和下快速脫濕等優(yōu)點。</p><p>　　(3) 供電電壓一般選+5V最高不超過+10V。+5V供電時間的漏電僅為1nA，工作溫度范圍為- 40。C～100。C。</p><p>　　(4) 產(chǎn)品具有良好的互換性。在標準條件下（10KHZ、+25。C），更換HS1101時不需要重新標定。</p>

75、<p>　　濕度值與電容值的關系如下圖所示：</p><p>　　圖3.9 濕度- 電容響應曲線</p><p>　　相對濕度為55 %RH時的典型電容值約182pF，相對濕度從0%變化到100%時，電容量由162pF變到200pF。</p><p>　　濕度傳感器工作范圍如下圖：</p><p>　　圖3.10 HS1101濕

76、敏電容工作的溫濕度范圍</p><p>　　HS1101的工作范圍包含三個區(qū)域，長期穩(wěn)定區(qū)，正常工作區(qū)和非正常區(qū)。在長期工作區(qū)可長期連續(xù)工作，正常穩(wěn)定區(qū)僅供短期測量使用。</p><p>　　3.4.3濕度測量電路</p><p>　　HS1101電容傳感器在電路構(gòu)成中等效于一個電容器件，其電容量隨著所測空氣濕度的增大而增大。如何將電容的變化量準確地轉(zhuǎn)變?yōu)橛嬎銠C易于

77、接受的信號，常用兩種方法：一是將該濕敏電容置于運放與阻容組成的橋式振蕩電路中，所產(chǎn)生的正弦波電壓信號經(jīng)整流、直流放大、再A/D 轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；另一種是將該濕敏電容置于555振蕩電路中，將電容值的變化轉(zhuǎn)為與之呈反比的電壓頻率信號，可直接被計算機所采集。本設計采用頻率輸出形式，采集電路如圖3.11所示。</p><p>　　圖3.11 濕度信號采集電路</p><p>　　通電后，電源沿著U

78、CC→R4→R2→C→地的途徑給C充電，經(jīng)過t1時間后濕敏電容的壓降UC就被充電到TLC555的高觸發(fā)電平(UH=0.67UCC)，使內(nèi)部比較器翻轉(zhuǎn)，OUT端的輸出變成低電平。然后C開始放電，放電回路為C→R2→D端→內(nèi)部放電管→地。經(jīng)過t2時間，UC降至低觸發(fā)電平（UL=0.33UCC）,內(nèi)部比較器再次翻轉(zhuǎn)，使OUT端輸出高電平。這樣周而復始的進行充、放電，就形成了震蕩。充電，放電時間分別為：</p><p>

79、　　輸出波形的頻率（f）和占空比（D）的計算機公式如下：</p><p>　　通常取R4<<R2,使D50%，輸出接近于方波。例如，取R2=576kΩ、R4=49.9kΩ時，D=52%。當C=C0=181.5pF時，求出f=6668Hz,這與6660Hz非常接近。輸出方波頻率與相對濕度的數(shù)據(jù)對照見表3.1。</p><p>　　濕敏電容經(jīng)振蕩電路變換后的脈沖頻率信號，送入單片機

80、的定時/計數(shù)器T1，T1工作于方式1為16位計數(shù)器，同時用T0定時1S，實現(xiàn)計數(shù)功能，記錄脈沖數(shù)并存入內(nèi)存緩沖區(qū)。</p><p>　　表3.1 輸出方波頻率與相對濕度的數(shù)據(jù)對照表</p><p>　　3.5 鍵盤及顯示接口擴展</p><p>　　3.5.1芯片的選擇</p><p>　　鍵盤及顯示部分擴展選擇YM19264液晶顯示，YM

81、19264是深圳市耀宇科技有限公司，單個芯片就能完成鍵盤輸入和LCD顯示控制兩種功能。由于它本身可提供掃描信號，因而可代替CPU完成鍵盤和顯示器的控制，從而減輕了CPU的負擔，提高了運算速度，而且接口方便、顯示穩(wěn)定、程序簡單、可靠性高、使用方便。</p><p>　　3.5.2 YM19264的引腳功能介紹</p><p>　　（1）VSS 0V 電源地（2）VDD 5.0V 電源電壓

82、 （3）VEE 5.0V~(-13V) 液晶顯示器驅(qū)動電壓 （4）D/I H/L D/I=“H”,表示DB7~DB0為顯示數(shù)據(jù)，D/I=“L”,表示DB7~DB0為顯示指令數(shù)據(jù) （5） R/W H/L R/W=“H”,E=“H”,數(shù)據(jù)被讀到DB7~DB0 ，R/W=“L”,E=“H→L”, DB7~DB0的數(shù)據(jù)被寫到IR或DR （6）E H/L 使能信號：R/W=“L”,E信號下降沿鎖存DB7~DB0 ，R/W=“H”,E=“H

83、” DRAM數(shù)據(jù)讀到DB7~DB0 （7 ）DB0 ~7 H/L 數(shù)據(jù)線 （8）CS1 L （19264A)，選擇IC1,即（左）64列 （9） RESET L 復位控制信號，RST=0有效 （10） CS2 L （19264A) 選擇IC2,即（中）64列 （11） CS3 L （19264A) 選擇IC3,即（右）64列 （12） V0 -9V Negative Voltage for LCD driv

84、ing （13） LED+ +5.0V The LED s</p><p>　　3.5.3 YM19264與AT89C51的連接</p><p>　　圖3.12 89C51與YM19264接口電路</p><p>　　YM19264是一個液晶顯示芯片，單片機利用數(shù)據(jù)與控制信號直接采用存儲器訪問形式來控制液晶模塊，單片機數(shù)據(jù)口P0口通過74HC245與液晶模塊數(shù)

85、據(jù)口相連，單片機的P1.1作為液晶模塊的讀寫控制信號，液晶模塊顯示在RES接上復位電路，RS、CS1、CS2、CS3、E信號分別接到單片機的P1.0到P1.5上。液晶模塊就相當于單片機的外部存儲器一樣，單片機可以方便的控制數(shù)據(jù)與指令的輸入、輸出，當E為高電平時選通液晶模塊，CS1、CS2和CS3將液晶的屏幕分成三個部分，高電平有效。RES必須接一個復位電路，低電平有效。</p><p>　　第四章 系統(tǒng)軟件設計&

86、lt;/p><p>　　4.1 程序開發(fā)環(huán)境及設計原則</p><p>　　基于單片機應用系統(tǒng)的軟件開發(fā)，常用的有匯編語言，C語言等?？紤]到要編寫的程序較小，且功能也簡單，采用C語言來編寫難度大，匯編語言基本保留了機器語言的靈活性。使用匯編語言能面向機器并較好地發(fā)揮機器的特性，得到質(zhì)量較高的程序。匯編語言像機器指令一樣，是硬件操作的控制信息。匯編語言用來編制系統(tǒng)軟件和過程控制軟件，其目標程序

87、占用內(nèi)存空間少，運行速度快，有著高級語言不可替代的用途。因此，采用匯編語言作為編程語言。</p><p>　　編制軟件最基本的要求是：</p><p>　?。?）軟件結(jié)構(gòu)清晰、簡捷、流程合理；</p><p>　?。?）名功能程序?qū)崿F(xiàn)模塊化。這樣便于調(diào)試、鏈接，又便于移植、修改；</p><p>　　（3） 程序存儲區(qū)，數(shù)據(jù)存儲區(qū)規(guī)劃合理，既

88、節(jié)省空間，又便于操作；</p><p>　　本設計基于模塊化思想。編寫過程中，使用了子程序。主程序比較簡單,可讀性強，結(jié)構(gòu)清晰，層次明確。</p><p>　　4.2 本設計程序功能及流程</p><p>　　本系統(tǒng)軟件部分設計了計數(shù)器計數(shù)、數(shù)據(jù)信號采集、溫濕度值顯示等主要子程序。并列出了溫濕度顯示主程序及個子程序的流程圖。在程序設計中運用了模塊化與結(jié)構(gòu)化相結(jié)合的

89、方法，低級模塊可以被高級模塊重復調(diào)用，提高了效率，節(jié)省了內(nèi)存，也方便了程序的調(diào)試和使用維護。下面介紹各個程序模塊的功能。</p><p>　　主程序：系統(tǒng)上電或復位后，即進入主體模塊。具體功能是:初始化，為啟動作準備，連接各個子模塊并協(xié)調(diào)它們的工作。溫濕度顯示的主程序流程圖4.1及4.2所示。溫度數(shù)據(jù)采集子程序：本程序的作用是將ICL7109轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)量送如單片機中。因為7109為12位輸出，所以需分時調(diào)用輸出的

90、高位和低位，流程圖見圖4.3。計數(shù)子程序：T1工作于計數(shù)方式1，T0工作于定時方式1。通過T0定時1S來對輸入的頻率進行記數(shù)。由于在此方式下，T0每次最多產(chǎn)生100ms的定時，所以要循環(huán)10次才能實現(xiàn)，本程序通過調(diào)用一個中斷子程序來完成此功能。預先設T0初值，TL0=B0H，TH0=3CH。流程圖見圖4.4。</p><p>　　圖4.1 溫度檢測顯示流程圖</p><p>　　圖4.2

91、濕度檢測顯示流程圖</p><p><b>　　存儲器分配：</b></p><p>　　20H：溫度值高位；</p><p>　　21H：溫度值低位；</p><p>　　22H：濕度值高位；</p><p>　　23H：濕度值低位；</p><p>　　24H：模數(shù)轉(zhuǎn)換