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1、密级：公开仓库温湿度监测系统设计The Design of Storage Temperature and Humidity monitoring system摘 要仓库是用于存放物品的场所，其内部的温湿度能够直接影响储备物资的使用寿命和工作可靠性。传统的温、湿度测量方法采用测试器材，通过人工进行检测，这种人工测试方法费时费力。随着计算机的发展，单片机已经广泛的应用于各种仪器仪表，使之智能化，不仅可以提高测量的自动化程度和精度，还可以简化系统的的硬件结构，提高性价比。因而有必要研制仓库的自动温、湿度控制系统，以便实时检测仓库的温、湿度，并根据所测的数据控制加湿器、空调器等设备的运行，确保仓库有
2、合适的温、湿度环境。本设计仓库温湿度监测系统是以单片机为核心，配合温度和湿度传感器，以及相关的电路组成，可以接收仓库内的温度和湿度信号，检测人员通过仪器的液晶显示数据，实时监测环境的温度和湿度情况。所有的测量操作都可以通过主机控制软件来实现。该系统中采用新型的可编程温度传感器DS18B20，它是模拟温度传感器和信号处理电路的结合体，可以直接于单片机沟通，完成温度采集。湿度传感器选择性价比较高的HS1101，有高可靠性、线性度非常好、响应速度快等优点。由湿度传感器得到的非电量信号，经电路转换为电信号，然后送到单片机进行数据处理，经软件分析处理后送显示装置，完成时度采集。该系统充分利用了单片机对数
3、字信号的可控性和温湿度传感器准确性，并使用液晶显示，功能齐全且应用方便。不仅能提高了传统温湿度监测系统的性能，而且系统结构电路简单，可以广泛使用于距离远，节点分布多的场合。 关键词：温度；湿度；单片机；AbstractTemperature and humidity are important conditions for the warehouse where is a place to storage goods. And warehouse directly affects the life and the reliability of stockpile. The traditiona
4、l method of temperature and humidity measurement is an artificial testing through test equipment. This is a time-consuming method. With the development of computer, SCM has been widely using in various instruments, the system not only improve measurement automation and accuracy and also simplify the
5、 hardware structure and improve the cost-effective. It is necessary to develop automated warehouse temperature and humidity control system for real-time detection of storage temperature and humidity. Then with the measured data controlling air conditioners or other equipment to ensure the proper tem
6、perature and humidity of storage environment. The design of storage temperature and humidity monitoring system is based on microcontroller , with the temperature and humidity sensors, and related circuit to receive the warehouse temperature and humidity signals, then testing personnel monitor the en
7、vironment temperature and humidity through the instruments LCD display. All of the measurement operation can be host control by the software. The system uses DS18B20, a new type of temperature sensor, it is a combination of signal processing circuit can communicate directly to MCU to complete the te
8、mperature acquisition. Humidity sensor chosed HS1101, high reliability, good linearity, fast response and so on. The circuit of humidity sensor is converted the non-power signal to the electrical signals, then sent to microcontroller after data processing, analysis and processing software, evacuatio
9、n by the display device. It is very functional and convenient of the system to make full use of the single digital signal controllability chip and temperature and humidity sensors, and LCD display. This system not only improve the traditional system performance, and also simplify the circuit, so it
10、can be widely used in distance and more occasions.字典Keywords:Temperature;SCM;Humidity;目 录摘 要IAbstractII第1章 绪论11.1 课题研究的背景和意义11.2 国内外研究现状及其发展11.3 本课题主要研究的内容21.4 本章小结3第2章方案的比较和论证42.1 仓库温湿度监测系统的设计原则42.2 系统所应用元器件的选取42.2.1温度传感器的选择52.2.2 湿度传感器的选择52.2.3 控制芯片单片机的选择62.2.4 显示器件的选择72.3 总体设计思想82.4 本章小结8第3章 系统的硬
11、件电路设计93.1 温度采集模块的设计93.1.1 DS18B20性能特点及封装说明93.1.2 DS18B20的测温原理103.1.3 DS18B20与单片机的接口电路113.2 湿度的信号采集模块113.2.1 HS1101的性能特点及封装说明113.3.3 测量原理123.4 STC89C52单片机介绍及最小系统组成133.4.1 单片机功能特性及引脚说明143.4.2 最小系统173.5 液晶显示电路设计193.5.1 液晶显示1602简介193.5.3 1602的标准字库表203.5.4 硬件原理图213.6本章小结21第4章 系统的软件设计224.1 主程序流程图224.2 DS1
12、8B20子程序流程图234.3湿度监测子程序流程图244.41602液晶显示子程序流程图264.5本章小结27第5章 结论28参 考 文 献29致 谢30附 录31第1章 绪论1.1 课题研究的背景和意义温度是表示物体冷热程度的物理量，微观上来讲是物体分子热运动的剧烈程度。在整个宇宙当中，温度无处不存在。无论在地球上还是在月球上，这一切无不由于空间位置的不同而存在着温度的差别。湿度，表示大气干燥程度的物理量。在一定的温度下在一定体积的空气里含有的水汽越少，则空气越干燥；水汽越多，则空气越潮湿。在此意义下，常用绝对湿度、相对湿度、比较湿度、混合比、饱和差以及露点等物理量来表示。今天，我们的生活环
13、境和工作环境有越来越多称之为单片机的小电脑在为我们服务。单片机在工业控制、尖端武器、通信设备、信息处理、家用电器等各测控领域的应用中独占鳌头。时下，家用电器和办公设备的智能化、遥控化与模糊控制化成为世界的潮流，而这些高性能无一不是靠单片机来实现的。所以随着电子科技的迅速发展，对仓库温湿度监测系统的要求也不断增高。此次课题研究的重点既是在于通过简单软件编程实现复杂实用的功能，充分利用了单片机对数字信号的高敏感性、可控性和温湿度传感器准确性，并使用液晶显示，功能齐全且应用方便。同时，系统结构电路简单，广泛使用于距离远，节点分布多的场合。1.2 国内外研究现状及其发展在工农业生产、气象、环保、国防、
14、科研、经常需要对温湿度进行测量及控制。近年来，国内外在温湿度传感器研发领域取得了长足进步。温湿敏传感器正从简单的温湿敏元件向集成化、智能化、多参数检测的方向迅速发展，为开发新一代湿度/温度测控系统创造了有利条件，也将温湿度测量技术提高到新的水平。 集成温度传感器是目前应用范围最广、使用最普及的一种全集成化传感器。其种类很多，大致可分为以下5类：模拟集成温度传感器、模拟集成温度控制器、智能温度传感器、通用智能温度控制器、微机散热保护专用的智能温度控制器。集成温度传感器的应用领域主要集中在温度测量和温度控制等方面。模拟集成温度传感器是目前在国内外应用最为普遍的一种集成传感器，典型产品有AD590、
15、AD592、TMP17、LM135等。智能温度传感器（亦数字温度传感器）正朝着高精度、多功能、高可靠性及研制单片测温系统等高科技的方向迅速发展。目前，国外已相继推出多种高精度、高分辨力的智能温度传感器，总线技术也实现了标准化、规范化3。 在常规的环境参数中，湿度是最难准确测量的一个参数。用干湿球湿度计或毛发湿度计来测量湿度的方法，早已无法满足现代科技发展的需要。国内外各厂家的湿度传感器产品水平不一，质量价格都相差较大。目前，国外生产集成湿度传感器的主要厂家及典型产品分别为Honeywell公司，Humirel公司，Sensiron公司。现在我国温湿度测量技术在总体上正从消化吸收、简单应用阶段向
16、实用化、综合性应用阶段过渡和发展，但与发达国家相比，仍存在较大差距。我国仓库温湿度测量控制现状还远远没有达到工厂化的程度，生产实际中仍然存在着装备配套能力差，产业化程度低，环境控制水平落后和可靠性差等缺点。所以我国的温湿度监测系统仍有很大的发展空间。1.3 本课题主要研究的内容本文以STC89C52单片机为核心，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，来对多点温湿度进行实时监测，以便实时控制加湿器、空调等设备的运行，确保仓库有合适的温度和湿度。各监测单元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时时采集，然后将采集来的信息通过液晶屏显示清晰的呈现给用户。
17、本设计主要做了如下几个方面的工作：一是确定系统的总体功能设计方案；二是进行温湿度传感器的硬件电路和软件系统的设计；三是单片机及接口的硬件电路；四是对设计的仓库温湿度监测系统的调试。最终系统要完成的功能如下：1) 实现对温室温度参数的实时采集；2) 现场监测设备应具有较高的灵敏度、可靠性；3) 测温范围：-30+50； 测湿范围：10%-100%RH。1.4 本章小结本章首先介绍了温湿度对人们生活、生产、工作的影响，温湿度测量的应用和发展，其次对国内外温湿度测量系统中核心器件温湿度传感器的结构、型号和发展前景进行了简单陈述，最后交待本次设计的主要内容。第2章方案的比较和论证2.1 仓库温湿度监测
18、系统的设计原则单片机系统应具有可靠性高、操作维护方便、性价比高等特性。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。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。
19、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。传感器是实现测量与控制的首要环节，是测控系统的关键部件，如果没有传感器对原始被测信号进行准确可靠的捕捉和转换，一切准确的测量和控制都将无法实现。工业生产过程的自动化测量和控制，几乎主要依靠各种传感器来检测和控制生产过程中的各种参量，使设备和系统正常运行在最佳状态，从而保证生产的高效率和高质量。2.2 系统所应用元器件的选取 市场上器件可谓是琳琅满目
20、，不同的产品需要不同性能的元器件，本文基于以上设计原则，提出几套方案，经过对比论证，最终选择其中最佳方案。2.2.1温度传感器的选择方案一：采用热电阻温度传感器。热电阻是利用导体的电阻随温度变化的特性制成的测温元件。现应用较多的有铂、铜、镍等热电阻。其主要的特点为精度高、测量范围大、便于远距离测量。铂的物理、化学性能极稳定，耐氧化能力强，易提纯，复制性好，工业性好，电阻率较高，因此，铂电阻用于工业检测中高精密测温和温度标准。缺点是价格贵，温度系数小，受到磁场影响大，在还原介质中易被玷污变脆。而铜电阻的温度系数比铂电阻大，价格低，也易于提纯和加工；但其电阻率小，在腐蚀性介质中使用稳定性差。 方案
21、二： 采用数字温度传感器DS18B20，温度测量范围从-55+125，-10+85时测量精度为0.5，测量分辨率为0.0625，电源电压范围从3.35V 。它支持“一线总线”的数字方式传输，可组建传感器网络，且无需线性校正，使用方便，接口简单，成本低廉。与传统的热敏电阻温度传感器不同，它能够直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现912位的数字值读数方式，可以分别在93.75ms和750ms内将温度值转化9位和12位的数字量。它具有体积小、接口方便、传输距离远等特点，内含寄生电源。系统有如下特点： (1)不需要备份电源，可通过信号线供电；(2)送串行数据，不需要外部元件；(3)零
22、功耗等待；(4)系统的抗干扰性好，适合于恶劣环境的现场温度测量，如环境控制、设备过程控制、测温类消费电子产品等。综合比较方案一与方案二，方案二更为适合于本设计系统对于温度传感器的选择。2.2.2 湿度传感器的选择测量空气湿度的方式很多，其原理是根据某种物质从其周围的空气吸收水分后引起的物理或化学性质的变化，间接地获得该物质的吸水量及周围空气的湿度。电容式、电阻式和湿涨式湿敏原件分别是根据其高分子材料吸湿后的介电常数、电阻率和体积随之发生变化而进行湿度测量的。 方案一：采用HOS-201湿敏传感器。HOS-201湿敏传感器为高湿度开关传感器，它的工作电压为交流1V以下，频率为50HZ1KHZ，测
23、量湿度范围为0100%RH，工作温度范围为050，阻抗在75%RH（25）时为1M。这种传感器原是用于开关的传感器，不能在宽频带范围内检测湿度，因此，主要用于判断规定值以上或以下的湿度电平。然而，这种传感器只限于一定范围内使用时具有良好的线性，可有效地利用其线性特性。 方案二：采用IH3605电容式湿度传感器。其内部集成有信号调理电路，具有精度高、线性度好、互换性强及输出电压范围大等优点。其测量湿度范围为0100RH，固有精度为2RH，工作温度范同为-40+85，工作电压为458 V，它的输出电压是供电电压、湿度、温度的函数。电源电压升高，输出电压将成比例升高。方案三：采用HS1100/HS1
24、101湿度传感器。HS1100/HS1101电容传感器，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。相对湿度在1%-100%RH范围内；电容量由16pF变到200pF，其误差不大于2%RH；响应时间小于5S；温度系数为0.04 pF/。不需校准的完全互换性，高可靠性和长期稳定性，快速响应时间，专利设计的固态聚合物结构，由顶端接触（HS1100）和侧面接触（HS1101）两种封装产品，适用于线性电压输出和频率输出两种电路，适合用于低湿及露点测量需要的场合，如干燥箱、仓库等。 综合比较三种方案，方案一虽然满足精度及测量湿度范围的要求，但其只限于一定范围内使用时具有良好的线
25、性，可有效地利用其线性特性。而且还不具备在本设计系统中对温度-3050的要求；而虽然方案二的测量精度很高，但传感器购买很不方便且价位很高。因此，我们选择方案三作为本设计的湿度传感器。2.2.3 控制芯片单片机的选择在单片机应用系统开发过程中，单片机是整个设计的核心，因此选择合适的单片机型号很重要。在大多数的电子设计当中，由于对性价比的考虑，8位单片机仍是首选。目前，8位单片机在国内外仍占有重要地位。在8位单片机中又以MCS51系列单片机及其兼容机所占的份额最大。MCS51的硬件结构决定了其指令系统不会发生变化，设计人员可以很容易的对不同公司的单片机产品进行选型，他们只需将重点放在芯片内部资源的
26、比较上。方案一：采用AT89C51芯片作为硬件核心，采用Flash ROM，内部具有4KB ROM存储空间,能于3V的超低压工作,而且与MCS-51系列单片机完全兼容,但是运用于电路设计中时由于不具备ISP在线编程技术, 当在对电路进行调试时，由于程序的错误修改或对程序的新增功能需要烧入程序时，对芯片的多次拔插会对芯片造成一定的损坏。方案二：采用AT89S52,片内ROM全都采用Flash ROM；能以3V的超底压工作；同时也与MCS-51系列单片机完全该芯片内部存储器为8KB ROM 存储空间，同样具有89C51的功能，且具有在线编程可擦除技术，当在对电路进行调试时，由于程序的错误修改或对程
27、序的新增功能需要烧入程序时，不需要对芯片多次拔插，所以不会对芯片造成损坏。方案三：采用STC89C52，该单片机是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash 存储器。使用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Flash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 和在线系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供灵活、有效的解决方案。方案一是多年前的的产品，因自身设计缺陷，已经很少被人使用。方案二和方案三使用差别不大，但方案二需要专有下载线，方案三使用串口下载即可
28、。因此本设计选择方案三。2.2.4 显示器件的选择在一般的电子设计中输出显示方式常有两种：数码管和LCD。方案一：数码管是现在电子设计中使用相当普遍的一种显示设备，每个数码管由7个发光二极管按照一定的排列结构组成，根据七个发光二极管的正负极连接不同，又分为共阴极数码管和共阳极数码管两种，选择的数码管不同，程序设计上也有一定的差别。数码管显示的数据内容比较直观，通常显示从0到F中的任意一个数字，一个数码管可以显示一位，多个数码管就可以显示多位，在显示位数比较少的电路中，程序编写，外围电路设计都十分简单，但是当要显示的位数相对多的时候，数码管操作起来十分烦琐，显示的速度受到限制。并且当硬件电路设计
29、好之后，系统显示能力基本也被确定，系统显示能力的扩展受到了限制。方案二：而液晶显示屏具有体积小、功耗低、显示内容丰富等特点，用户可以根据自己的需求，显示自己所需要的、甚至是自己动手设计的图案。当需要显示的数据比较复杂的时候，它的优点就突现出来了，并且当硬件设计完成时，可以通过软件的修改来不断扩展系统显示能力。外围驱动电路设计比较简单，显示能力的扩展将不会涉及到硬件电路的修改，可扩展性很强。字符型液晶显示屏已经成为了单片机应用设计中最常用的信息显示器件之一。不足之处在于其价格比较昂贵，驱动程序编写比较复杂。本设计需要显示温度值和湿度值，由于显示数字较多，因此本设计选用方案二即LCD做显示输出设备
30、。2.3 总体设计思想综合以上方案的对比论证，本设计选用的主要器件有：温度传感器DS18B20，湿度传感器HS1101、液晶显示1602等。系统的整体框图如图2-1。.温度传感器湿度传感器STC89C52显示电路555振荡器 图2-1 仓库温湿度监测系统结构图2.4 本章小结本章主要介绍仓库温湿度监测系统中的主要元器件的选择，如温度传感器、湿度传感器、控制芯片单片机、输出显示设备等。经过对比考虑各器件性能、特点、成本等因素，选择适合本设计的器件。第3章 系统的硬件电路设计第二章通过提出几种方案进行对比论证，提出最终总体方案框图，以DS18B20作为温度传感器，HS1101作为湿度传感器、单片机
31、STC89C52作为处理器，再配以液晶显示为基础进行设计。现本章就系统的各部分结构功能进行具体阐述，主要包括温度传感器模块、湿度传感器模块、单片机控制模块、显示模块几个部分。3.1 温度采集模块的设计用DS18B20温度传感器设计温度测量电路，在其内部就能进行A/D转换，输出数字量可以与单片机直接通讯，无需外加A/D转换器，所以转换速度很快，既降低了成本，简化了电路，又提高了系统的集成度，使其满足了最简的要求。3.1.1 DS18B20性能特点及封装说明在第二章中已经简单介绍过DS18B20的一些特性，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“一线总线”接口的温度
32、传感器。新一代的“DS18B20”体积更小、更经济，它仅有三个引脚，如图3-1。DQ为数字信号输入/输出端；GND为电源地；VDD为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地），供电电压范围：+3.0+5.5V。图3-1 DS18B20引脚图3.1.2 DS18B20的测温原理DS18B20的测温原理如图3-2所示。增加停止斜率累加器温度寄存器计数比较器减法计数器低温度系数振荡器高温度系数振荡器减到0减到0预置置预置减法计数器图3-2 DS18B20的内部测温电路原理图在图3-2中低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器1，高温度系数晶振的振荡频率随
33、温度变化而明显改变，所产生的信号作为减法计数器2的脉冲输入。图中还隐含着计数门，当计数门打开时，DS18B20就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲进行计数，进而完成温度测量。减法计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当减法计数器1的预置值减到0时温度寄存器的值将加1，减法计数器1的预置将重新被装入，减法计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到减法计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。3.1.3 DS18B20与单片机的接口电路在硬件上，DS18B20与单片机的连接有两种方法。一种是将DS18B20的UDD接外部电
34、源，GND接地，其I/0与单片机的I/0线相连；另一种是用寄生电源供电，此时 DSI8B20的UDD、GND接地，其I/0接单片机I/0。无论是内部寄生电源还是外部供电，DS18B20的I/0口线要接5K见左右的上拉电阻。DS18B20有两种供电方式：一种为数据线供电方式，此时VDD接地，它是通过内部电容在空闲时从数据线获取能量，来完成温度转换，相应的完成温度转换的时间较长。这种情况下，用单片机的一个I/O口来完成对DS18B20总线的上拉。另一种是外部供电方式(VDD接+5V)，相应的完成温度测量的时间较短。在本设计中采用外部供电方式实现DS18B20传感器与单片机的连接，其接口电路如图3-
35、3所示。 图3-3 温度传感器DS18B20与单片机的连接3.2 湿度的信号采集模块本设计用HS1101电容式湿度传感器设计湿度测量电路，需要将电容量转化为频率信号，然后通过定时器计数再转化为温度值，完成其与单片机的通讯，并予以显示。3.2.1 HS1101的性能特点及封装说明HS1101是法国Humire l公司推出的一款电容式相对湿度传感器。HS1101湿敏传感器是采用侧面开放式封装, 只有2个引脚, 有线性电压输出和线性频率输出2种电路。在使用时, 将2 脚接地, 这里选用频率输出电路。HS1101 特性曲线如图3-4所示。图3-4 HS1101特性曲线从特性曲线曲线图上可以看出, HS
36、1101具有极好的线性输出, 可以近似看成相对湿度值与电容值成比例, 因此在测量过程中, 采集电容值即可。在需要湿度补偿的场合它也可以得到很大的应用。3.3.3 测量原理该传感器采用电容构成材料, 不允许直流方式供电, 因此将电容值的变化转换成电压或频率的变化, 才能进行有效地数据采集。用555集成电路组成振荡电路,具体电路分析如下。电源电压工作范围是+ 3. 5 + 12 V。利用一片CMOS 定时器TLC 555, 配上H S1101 和电阻R 2、R 4 构成多谐振荡电路, 将相对湿度值变化转换成频率信号输出。输出频率范围是6 751 5 533Hz, 所对应的相对湿度为0 100% 。
37、当RH = 55% 时, f = 6 060H z。R 3 为输出端的限流电阻, 起保护作用。通电后, 电源沿着Vcc-R 4 -R 2- C 对HS1101 充电, OUT 端的输出变成低电平。然后C 开始放电, 放电回路为C -R 2- D-内部放电管-地。使OUT 端的输出变成高电平。这样周而复始的进行充、放电, 形成了振荡。充电、放电时间计算公式分别为: t1 = C (R 2 + R 4 ) ln2; t2 = CR 2 ln2 (3-1)输出波形的频率( f )和占空比(D )的计算公式如下:f = 1 /T = 1 / ( t1 + t2 ) = 1 /C ( 2R 2 + R
38、4 ) ln2 (3-2)D = t1 /T = t1 /( t1 + t2 ) = R2 + R4 / ( 2R 2 + R 4 ) (3-3)通常取R4 R2, 使D50% , 输出接近于方波。例如, 取入R2 = 567 k, R 4 = 49. 9 k。湿度传感器只是保证传感探头的精度, 在实际使用中, 综合精度除了与湿度传感器本身元件有关, 还与外围电路的器件选择相关。为了与HS1101温度系数相匹配, R1数值应取为1% 精度, 且最大温漂不超过100。在湿度采集时，由于将电容值转化成了频率值由单片机P3.5口第二功能作为计数器，接收频率信号，然后转化为湿度信号，具体电路如图3-5
39、所示。图3-5 测量电路图3.4 STC89C52单片机介绍及最小系统组成根据实现系统功能需要的单片机硬件资源，在性能指标满足的情况下，该系统的单片机型号选择8051系列的芯片，单片机引脚简单介绍如下。RST：复位输入。晶振工作时，RST脚持续2个机器周期高电平将使单片机复位。看门狗计时完成后，RST脚输出96个晶振周期的高电平。特殊寄存器AUXR（地址8EH）上的DISRTO位可以使此功能无效。DISRTO默认状态下，复位高电平有效。XTAL1：振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。3.4.1 最小系统最小系统是单片机能实现一定功能所需要最少硬件的
40、系统，包括晶体振荡电路、复位电路。晶振由一个12MHz的晶体振荡器和两个大小为30PF的瓷片电容组成。（1）复位电路单片机复位的原理是在时钟电路开始工作后，在单片机的RST引脚施加24个时钟振荡脉冲（即两个机器周期）以上的高电平，单片机便可以实现复位。在复位期间，单片机的ALE引脚和PSEN引脚均输出高电平。当RST引脚从高电平跳变为低电平后，单片机便从0000H单元开始执行程序。 在实际应用中，一般采用既可以手动复位，又可以上电复位的电路，这样可以人工复位单片机系统，这种电路如图3-7复位部分所示。图3-7 单片机复位电路除了系统上电的时候可以给RST引脚一个短暂的高电平信号外，当按下按键开
41、关的时候，VCC通过一个高电阻连接到RST引脚，给RST一个高电平，按键松开的时候，RST引脚恢复为低电平，复位完成。（2）晶振电路晶振电路是用于产生单片机正常工作时所需要的时钟信号。STC89C52单片机内部包含有一个振荡器，可以用于CPU的时钟源。另外也可以采用外部振荡器，由外部振荡器产生的时钟信号来供内部CPU运行使用。1)内部时钟模式内部时钟模式是采用单片机内部振荡器来工作的模式。51系列单片机引脚XTAL1和XTAL2分别为片内放大器的输入端口和输出端口,其工作频率为033MHz。当单片机工作于内部时钟模式的时候，只需在XTAL1引脚和XTAL2引脚连接一个晶体振荡器或陶瓷振荡器，并
42、联两个电容后接地即可，如图3-8所示。使用时对于电容的选择有一定得要求，具体如下：A 当外接晶体振荡器的时候，电容值一般选择C1=C2=3010pF；B 当外接陶瓷振荡器的时候，电容值一般选择C1=C2=4010pF。2)外部时钟模式外部时钟模式是采用外部振荡器产生时钟信号，直接提供给单片机使用。对于不同的结构的单片机，外部时钟信号接入的方式有所不同。对于普通的8051单片机，外部时钟信号由XTAL2引脚接入后直接送到单片机内部的时钟信号发生器，而引脚XTAL1则应直接接地。这里需要注意，由于XTAL2引脚的逻辑电平不是TTL信号，因此外接一个上拉电阻。根据实际应用，我们选择内部时钟电路，外接
43、频率12.000MHz的晶体振荡器，选择两个电容值为30pF的陶瓷电容。具体电路如图3-8所示。图3-8 晶振电路3.5 液晶显示电路设计在单片机应用系统设计中，一般都是把键盘和显示器放在一起考虑。显示器作为输出部件，可以将系统的运行结果、状态等信息直观地显示出来供操作者了解系统的运行情况和程序的执行结果。本设计是利用8051的串行口实现显示器接口。3.5.1 液晶显示1602简介字符型液晶显示模块是一种专门用于显示字母、数字、符号等点阵式LCD，目前常用16*1，16*2，20*2和40*2行等的模块。在单片机系统中应用晶液显示器作为输出器件有以下几个优点：显示质量高、数字式接口、体积小、重
44、量轻、功耗低。(1) 1602主要技术参数：显示容量: 162个字符芯片工作电压: 4.55.5V工作电流: 2.0mA(5.0V)模块最佳工作电压: 5.0V字符尺寸: 2.954.35(WH)mm(2) 引脚功能说明1602LCD采用标准的14脚（无背光）或16脚（带背光）接口，各引脚接口说明如表3-3所示。表3-3 引脚接口说明表编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地9D2数据2VDD电源正极10D3数据3VL液晶显示偏压11D4数据4RS数据/命令选择12D5数据5R/W读/写选择13D6数据6E使能信号14D7数据7D0数据15BLA背光源正极8D1数据16BLK背光源负极特
45、殊说明：第3脚：VL为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度。第4脚：RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。第5脚：R/W为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和R/W共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平R/W为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平R/W为低电平时可以写入数据。第6脚：E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。3.5.3 1602的标准字库表1602液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM）已经存
46、储了160个不同的点阵字符图形，如图3-8所示，这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母“A”的代码是01000001B（41H），显示时模块把地址41H中的点阵字符图形显示出来，我们就能看到字母“A”图3-8 字符代码与图形对应图3.5.4 硬件原理图液晶显示模块可以和单片机STC89C52直接接口，电路如图3-9所示。图3-9硬件原理图3.6本章小结本章主要介绍系统整体设计，分为温度采集模块、湿度采集模块、单片机最小系统以及显示模块。在各个系统中具体用到的各子模块基本结构、基本原理、应用电路、实现功能等。第4章 系统的软件设计单片机的程序设计有其自身的特点。在单片机系统中，硬件与软件紧密结合，由于硬件电路的设计不具有通用性，所以必须根据具体的硬件电路来设计对应的软件，硬件设计的优劣直接影响到软件设计的难易，软件设计的优劣又直接影响到硬件的发挥。在很多时候，软件可以替代硬件的功能，当然，需要付出额外占用CPU时间的代价。软件程序的设计是根据硬件电路图的连接和各个元器件的功能进行设计。在编写软件时，可以按各个程序的功能将软件细分为各个功能模块，再通过主程序的调用来实现整个软件系统。 4.1 主程序流程图NY向串口发送温湿度值调用显示子程序结束调用复位？读实时温湿度开始系统初始化
