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1、 基于单片机的温湿度监控系统摘要针对温、湿度对纸张耐折度的影响，设计了适应中小型文献资料库应用的温、湿度监控装置。此装置不仅能实现温、湿度检测、温湿度实时调节和显示，而且能实现温、湿度参数上下限定值的设定，当温湿度超上下限的时候能够进行报警，并启动相应的装置从而改变室内温度。该控制系统具有检测精度高、使用简单、成本较低和工作稳定可靠等特点，具有一定的推广价值。单片机具有体积小、重量轻、耗电少、功能强、控制灵活方便且价格低廉等优点。单片机的应用正从根本上改变着传统的控制系统设计思想和设计方法。在现实生活中，对于一个比较大的系统，人们往往采用微机进行控制，小一些的系统较多采用51或96等系列的单片
2、机。本文中，我们设计了以AT89C51单片机为主要核心实现的温度、湿度控制系统，包括系统硬件和软件设计，可以进行上位机通信，并给出了详细的电路原理图。 关键词温度控制；湿度控制；串行接口; 485总线The temperature and humidity of the monitor system based on single chip microcomputer AbstractAccording to temperature, humidity on paper folding, the effects of the resistance of the design to small
3、and medium-sized documents database application of temperature, humidity monitoring device. This device can not only realize temperature, humidity, temperature and humidity adjusting detection and display, and can realize temperature, humidity and parameters of the limit of temperature and humidity
4、on the set, and when the time limit to be able to call the police, and start the corresponding device which changes indoor temperature. This control system has the high accuracy, simple to use, low cost and stable and reliable, and other characteristics, has certain value of popularization. SCM has
5、small volume, light weight, less consumption, function of strong, flexible and convenient control and the price cheap, etc. The application of SCM is fundamentally changing the traditional control system design idea and design method. In real life, for a larger system, people often take the microcom
6、puter control, the smaller system by 51 or 96 more, series microcontroller. In this paper, we have designed to AT89C51 single-chip microcomputer as the main core of the realization of the temperature, humidity control system, including hardware and software design, can undertake PC communications, a
7、nd gives the detailed circuit principle diagram. Keyword Temperature control; Humidity control; Serial interface; 485 bus 目录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1 课题背景11.2 研究现状21.3 论文研究内容7第2章 总体方案设计92.1 方案设计92.2 系统设计原则92.3 本章小结11第3章 硬件设计123.1 AT89C51单片机简介123.1.1 主要特性133.1.2 外部管脚133.2 测温度电路153.2.1 内部结构173.2.2 DS18B
8、20工作原理183.3 测湿度电路213.4 键盘243.5 显示LCD243.6 上位机通信253.7 本章小结26第4章 系统软件设计274.1 主程序设计274.2 温湿度检测模块294.3 显示报警模块304.4 本章小结31结论32致谢33参考文献34附录37第1章 绪论1.1 课题背景2010年10月1日18时59分57秒345毫秒，嫦娥2号点火，19时整成功发射。在飞行后的29分53秒时，星箭分离，卫星进入轨道。19时56分太阳能帆板成功展开这次探月卫星的成功发射，标志着中国自动化领域进入了一个新的阶段。随着自动化的发展，自动化开始向复杂的系统控制和高级的智能控制发展，并广泛地应
9、用到国防、科学研究和经济等各个领域，实现更大规模的自动化，例如大型企业的综合自动化系统、全国铁路自动调度系统、国家电力网自动调度系统、空中交通管制系统、城市交通控制系统、自动化指挥系统、国民经济管理系统等。自动化的应用正从工程领域向非工程领域扩展，如医疗自动化、人口控制、经济管理自动化等。自动化将在更大程度上模仿人的智能，机器人已在工业生产、海洋开发和宇宙探测等领域得到应用，专家系统在医疗诊断、地质勘探等方面取得显著效果。工厂自动化、办公自动化、家庭自动化和农业自动化将成为新技术革命的重要内容，并得到迅速发展。古旧文献资料是记载一个国家文明的重要标志，如何有效的保护这些重要文件，已成为当务之急
10、。温、湿度是影响文献寿命的最重要因素之一，所以温、湿度控制成为文献保护的关键环节。根据传统的方法，人们主要采用温度计、湿度计来采集温、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、湿度计精度比较低，以及人工读数时人为因素原因，使得温、湿度检测不仅速度慢，精度低，实时性差，而且操作人员的劳动强度大随着人们对重要文献保护的重视，针对文献资料库温、湿度控制的设备也相应出现。这些由工控机集中控制的温、湿度控制系统或由微机与PLC组成的分布式温、湿度控制系统，大都是成本较高，不适合更多中小型文献资料库的应用。针对我国目前文献保护资金短缺的问题，我们需要更多经济科学使用的监控设
11、备。针对此问题，设计了相对精度高、性能稳定、价格便宜的温、湿度监控装置。利用基于单片机的控制系统来控制文献资料库的温、湿度，不仅能够节省能源，还能用最低的成本得到最好的控制效果。该控制系统具有检测精度高、使用简单、成本较低和工作稳定可靠等特点，不仅可以应用在文献资料库，也可以应用在温室大棚、畜牧业中的孵化和饲养环境调节、粮食储藏一级家居环境控制领域，具有一定的推广价值。1.2 研究现状单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时，学习使用单片
12、机了解计算机原理与结构的最佳选择。国外温度调节系统 自70年代以来，由于工业过程控制的需要，特别是在微电子技术和计算机技术的迅猛发展以及自动控制理论和设计方法发展的推动下，国外温度调节系统发展迅速，并在智能化、自适应、参数自整定等方面取得成果，在这方面，以日本、美国、德国、瑞典等国技术领先，都生产出了一批商品化的、性能优异的温度控制器及仪器数字控制器 测量与变送装置 电加热炉 执行器 给定值 炉温仪表，并在各行业广泛应用。它们主要具有如下的特点：1适应于大惯性、大滞后等复杂温度控制系统的控制。2能够适应于受控系统数学模型难以建立的温度控制系统的控制。3能够适应于受控系统过程复杂、参数时变的温度
13、控制系统的控制。4这些温度控制系统普遍采用自适应控制、自校正控制、模糊控制、人工智能等理论及计算机技术，运用先进的算法，适应的范围广泛。 5普遍温控器具有参数自整定功能。借助计算机软件技术，温控器具有对控制对象控制参数及特性进行自动整定的功能。有的还具有自学习功能，它能够根据历史经验及控制对象的变化情况，自动调整相关控制参数，以保证控制效果的最优化。6温度湿度控制系统具有控制精度高、抗干扰力强、鲁棒性好的特点。目前，国外温度控制系统及仪表正朝着高精度、智能化、小型化等方面快速发展。在计算机出现以前，有不少能工巧匠做出了不少精巧的机械。进入电器时代后，人们借助电气技术实现了自动控制机械，自动生
14、产线甚至自动工厂，并且大大地发展了控制理论。然而，在一些大 中型系统中自动化结果均不理想。只有在计算机出现后，人们才见到了希望的曙光。如今借助计算机逐渐实现了人类的梦想。但是，计算机出现后的相当长的时间里，计算机作为科学武器，在科学的 神圣殿堂里默默地工作，而工业现场的测控领域并没有得到真正的 应用。只有在单片机（Microcontroller）出现后，计算机才真正地从科学的神圣殿堂走入寻常百姓家，成为广大工程技术人员现代 化技术革新，技术革命的有利武器。目前，单片机在民用和工业测 控领域得到最广泛的应用。彩电，冰箱，空调，录像机，VCD，遥控器，游戏机，电饭煲等无处不见单片机的影子，单片机早
15、已深深 地溶入我们每个人的生活之中。单片机能大大地提高这些产品的智能性，易用性及节能性等主要性能指标，给我们的生活带来舒适和方便的同时，在工农业生产上也极大地提高了生产效率和产品质量。单片机按用途大体上可分为两大类：1通用型单片机2专用型单片机专用型单片机是指用途比较专一，出厂时程序已经一次性固化好，不能再修改的单片机。例如电子表里的单片机就是其中的一种。其生产成本很低。通用型单片机的用途很广泛，使用不同的接口电路及编制不同的应用程序就可完成不同的功能。小到家用电器仪器仪表，大到机器设备和整套生产线都可用单片机来实现自动化控制。目前，我国在温度等控制仪表业与国外的差距主要表现在如下几个方面：
16、1行业内企业规模小，且较为分散，造成技术力量不集中，导致研发能力不强，制约技术发展。 2商品化产品以PID 控制器为主，智能化仪表少，这方面同国外差距较大。目前，国内企业复杂的及精度要求高的温度控制系统大多采用进口温度控制仪表。3仪表控制用关键技术、相关算法及控制软件方面的研究较国外滞后。例如：在仪表控制参数的自整定方面，国外已有较多的成熟产品，但由于国外技术保密及我国开发工作的滞后，还没有开发出性能可靠的自整定软件。控制参数大多靠人工经验进行加热、加湿、通风和降温设备来控制温、湿度。但是由于温、湿度计精度比较低，以及人工读数时人为因素原因，使得温、湿度检测不仅速度慢，精度低，实时性差，而且操
17、作人员的劳动强度大。可以说，二十世纪跨越了三个“电”的时代，即电气时代、电子时代和现已进入的电脑时代。不过，这种电脑，通常是指个人计算机，简称PC机。它由主机、键盘、显示器等组成。还有一类计算机，大多数人却不怎么熟悉。这种计算机就是把智能赋予各种机械的单片机（亦称微控制器）。顾名思义，这种计算机的最小系统只用了一片集成电路，即可进行简单运算和控制。因为它体积小，通常都藏在被控机械的“肚子”里。它在整个装置中，起着有如人类头脑的作用，它出了毛病，整个装置就瘫痪了。现在，这种单片机的使用领域已十分广泛，如智能仪表、实时工控、通讯设备、导航系统、家用电器等。各种产品一旦用上了单片机，就能起到使产品升
18、级换代的功效，常在产品名称前冠以形容词“智能型”，如智能型洗衣机等。现在有些工厂的技术人员或其它业余电子开发者搞出来的某些产品，不是电路太复杂，就是功能太简单且极易被仿制。究其原因，可能就卡在产品未使用单片机或其它可编程逻辑器件上。计算机系统的发展已明显地朝三个方向发展；这三个方向就是：巨型化，单片化，网络化。以解决复杂系统计算和高速数据处理的仍然是巨型机在起作用，故而，巨型机在目前在朝高速及处理能力的方向努力。单片机在出现时，Intel公司就给其单片机取名为嵌入式微控制器（embedded microcontroller）。单片机的最明显的优势，就是可以嵌入到各种仪器、设备中。这一点是巨型机
19、和网络不可能做到的。 数字单片机的技术发展：数字单片机的技术进步反映在内部结构、功率消耗、外部电压等级以及制造工艺上。在这几方面，较为典型地说明了数字单片机的水平。在目前，用户对单片机的需要越来越多，但是，要求也越来越高。下面分别就这四个方面说明单片机的技术进步状况。 1. 内部结构的进步 单片机在内部已集成了越来越多的部件，这些部件包括一般常用的电路，例如：定时器，比较器，A/D转换器，D/A转换器，串行通信接口，Watchdog电路，LCD控制器等。 有的单片机为了构成控制网络或形成局部网，内部含有局部网络控制模块CAN。例如，Infineon公司的C505C，C515C，C167CR，C
20、167CS-32FM，81C90；Motorola公司的68HC08AZ 系列等。特别是在单片机C167CS-32FM中，内部还含有2个CAN。因此，这类单片机十分容易构成网络。特别是在控制，系统较为复杂时，构成一个控制网络十分有用。 为了能在变频控制中方便使用单片机，形成最具经济效益的嵌入式控制系统。有的单片机内部设置了专门用于变频控制的脉宽调制控制电路，这些单片机有Fujitsu公司的MB89850系列、MB89860系列；Motorola 公司的MC68HC08MR16、MR24等。在这些单片机中，脉宽调制电路有6个通道输出，可产生三相脉宽调制交流电压，并内部含死区控制等功能。 特别引人
21、注目的是：现在有的单片机已采用所谓的三核（TrCore）结构。这是一种建立在系统级芯片（System on a chip）概念上的结构。这种单片机由三个核组成：一个是微控制器和DSP核，一个是数据和程序存储器核，最后一个是外围专用集成电路（ASIC）。这种单片机的最大特点在于把DSP和微控制器同时做在一个片上。虽然从结构定义上讲，DSP是单片机的一种类型，但其作用主要反映在高速计算和特殊处理如快速傅立叶变换等上面。把它和传统单片机结合集成大大提高了单片机的功能。这是目前单片机最大的进步之一。这种单片机最典型的有Infineon公司的TC10GP；Hitachi公司的SH7410，SH7612等
22、。这些单片机都是高档单片机，MCU都是32位的，而DSP采用16或32位结构，工作频率一般在60MHz以上。 2功耗、封装及电源电压的进步 现在新的单片机的功耗越来越小，特别是很多单片机都设置了多种工作方式，这些工作方式包括等待，暂停，睡眠，空闲，节电等工作方式。Philips公司的单片机P87LPC762是一个很典型的例子，在空闲时，其功耗为1.5 mA，而在节电方式中，其功耗只有0.5mA。而在功耗上最令人惊叹的是TI公司的单片机MSP430系列，它是一个 16位的系列，有超低功耗工作方式。它的低功耗方式有LPM1、LPM3、LPM4三种。当电源为3V时，如果工作于 LMP1方式，即使外围
23、电路处于活动，由于CPU不活动，振荡器处于14MHz，这时功耗只有50mA。在LPM3 时，振荡器处于32kHz，这时功耗只有1.3mA。在LPM4时，CPU、外围及振荡器32kHz都不活动，则功耗只有0.1A。 现在单片机的封装水平已大大提高，随着贴片工艺的出现，单片机也大量采用了各种合符贴片工艺的封装方式出现，以大量减少体积。在这种形势中，Microchip公司推出的8引脚的单片机特别引人注目。这是PIC12CXXX系列。它含有0.52K程序存储器，25128字节数据存储器，6个I/O端口以及一个定时器，有的还含4道A/D ，完全可以满足一些低档系统的应用。扩大电源电压范围以及在较低电压下
24、仍然能工作是今天单片机发展的目标之一。目前，一般单片机都可以在3.35.5V的条件下工作。而一些厂家，则生产出可以在2.26V的条件下工作的单片机。这些单片机有Fujitsu公司的MB8919189195，MB89121125A，MB89130系列等，应该说该公司的F2MC-8L系列单片机绝大多数都满足2.26V的工作电压条件。而TI公司的MSP430X11X系列的工作电压也是低达2.2V的。 以单片机为核心的嵌入式系统：单片机的另外一个名称就是嵌入式微控制器，原因在于它可以嵌入到任何微型或小型仪器或设备中。目前，把单片机嵌入式系统和Internet连接已是一种趋势。但是，Internet一向
25、是一种采用肥服务器，瘦用户机的技术。这种技术在互联上存储及访问大量数据是合适的，但对于控制嵌入式器件就成了“杀鸡用牛刀”了。要实现嵌入式设备和Internet连接，就需要把传统的Internet理论和嵌入式设备的实践都颠倒过来。为了使复杂的或简单的嵌入式设备，例如单片机控制的机床、单片机控制的门锁，能切实可行地和Internet连接，就要求专门为嵌入式微控制器设备设计网络服务器，使嵌入式设备可以和Internet相连，并通过标准网络浏览器进行过程控制。 目前，为了把单片机为核心的嵌入式系统和Internet相连，已有多家公司在进行这方面的较多研究。这方面较为典型的有Mewari公司和TASKI
26、NG公司。 目前，单片机应用中提出了一个新的问题：这就是如何使8位、16位单片机控制的产品，也即嵌入式产品或设备能实现和互联网互连。TASKING公司目前正在为解决这个问题提供了途径。该公司已把EmWare的EMIT软件包和有关的软件配套集成，形成一个集成开发环境，向用户提供开发方便。嵌入互联网联盟ETI（embed the Internet Consortium）正在紧密合作，共同开发嵌入式Internet的解决方案。在不久将会有成果公布。 单片机应用的可靠性技术发展：在单片机应用中，可靠性是首要因素为了扩大单片机的应用范围和领域，提高单片机自身的可靠性是一种有效方法。近年来，单片机的生产厂
27、家在单片机设计上采用了各种提高可靠性的新技术，这些新技术表现在如下几点： 1EFT（Electrical Fast Transient）技术 EFT技术是一种抗干扰技术，它是指在振荡电路的正弦信号受到外界干扰时，其波形上会迭加各种毛刺信号，如果使用施密特电路对其整形，则毛刺会成为触发信号干扰正常的时钟，在交替使用施密特电路和RC滤波电路时，就可以消除这些毛否则令其作用失效，从而保证系统的时钟信号正常工作。这样，就提高了单片机工作的可靠性。Motorola公司的 MC68HC08系列单片机就采用了这种技术。 2低噪声布线技术及驱动技术 在传统的单片机中，电源及地线是在集成电路外壳的对称引脚上，一
28、般是在左上、右下或右上、左下的两对对称点上。这样，就使电源噪声穿过整块芯片，对单片机的内部电路造成干扰。现在，很多单片机都把地和电源引脚安排在两条相邻的引脚上。这样，不仅降低了穿过整个芯片的电流，另外还在印制电路板上容易布置去耦电容，从而降低系统的噪声。 现在为了适应各种应用的需要，很多单片机的输出能力都有了很大提高，Motorola公司的单片机I/O口的灌拉电流可达8mA以上，而Microchip公司的单片机可达25mA。其它公司：AMD，Fujitsu，NEC ，Infineon，Hitachi，Ateml，Tosbiba等基本上可达820mA的水平。这些电流较大的驱动电路集成到芯片内部在
29、工作时带来了各种噪声，为了减少这种影响，现在单片机采用多个小管子并联等效一个大管子的方法，并在每个小管子的输出端串上不同等效阻值的电阻，以降低di/dt，这也就是所谓”跳变沿软化技术”，从而消除大电流瞬变时产生的噪声。 3采用低频时钟 高频外时钟是噪声源之一，不仅能对单片机应用系统产生干扰，还会对外界电路产生干扰，令电磁兼容性不能满足要求。对于要求可靠性较高的系统，低频外时钟有利于降低系统的噪声。在一些单片机中采用内部琐相环技术，则在外部时钟较低时，也能产生较高的内部总线速度，从而保证了速度又降低了噪声。Motorola公司的MC68HC08系列及其16/32位单片机就采用了这种技术以提高可靠
30、性。 单片机在目前的发展形势下，表现出几大趋势： 1可靠性及应用越来越水平高和互联网连接已是一种明显的走向。2所集成的部件越来越多；NS（美国国家半导体）公司的单片机已把语音、图象部件也集成到单片机中，也就是说，单片机的意义只是在于单片集成电路，而不在于其功能了；如果从功能上讲它可以讲是万用机。原因是其内部已集成上各种应用电路。 3功耗越来越低和模拟电路结合越来越多。 随着半导体工艺技术的发展及系统设计水平的提高，单片机还会不断产生新的变化和进步，最终人们可能发现：单片机与微机系统之间的距离越来越小，甚至难以辨认。1.3 论文研究内容我国是具有几千年历史的文明古国，书籍种类繁多，数量极其丰富，
31、但随着岁月的流逝，这些无价之宝都在经受着不同程度的破坏和损害，很多珍贵书籍，价值连城，不可复制，一旦损坏就无法挽回。因此，从书籍的本身出发，制定出适宜各类书籍保存的温湿度指标;采用新的空气处理方式，如吸附制冷，充分利用太阳能等可再生能源来对书籍保存环境进行控制，对藏书室的可持续发展有着重要的意义。目前,国内大中型藏书室在管理中由于技术和资金上的原因，多数仅限于只对温度进行监测，当温度超标时进行强制通风，即使如此，处理不及时或因设备人力条件有限仍会造成大量损失。实现藏书室书籍的温升主要是由于湿度引起的，藏书室书籍本身的水分过高或连续的高湿天气将导致储藏的书籍新陈代谢加快而放出热量，放热引起的温升
32、又使代谢进一步加剧以至发霉变质。这种恶性循环一旦形成很难进行有效控制。因此，藏书室在进行温度监测的同时，必须重视对空气湿度的检测，以利于提前采取有效措施控制藏书室书籍因升温而霉变。研究表明，对藏书保护的主要环境影响因素有：温度、湿度、光照、空气污染物、微生物等，其中，温度和湿度两者相互影响、相互作用，是直接影响甚至决定书籍一切物理、化学、生物作用的两个最基本条件因此，将藏书保存在合适的温湿环境对书籍的保护有着极为重要的作用。湿度要求不是一个定值，而是一个区间，一般在30%70%之间，最适宜的一般为40%60%。常见的有电热式与电极式两种加湿方式，都是利用水加热后产生蒸汽，增加湿度.当蒸发器的表
33、面湿度低于空气的露点温度时，与之接触的空气中的水蒸汽被冷却成水而排走。温度与湿度传感器主要是用来检测温度与湿度信号并送往单片机，单片机经过内部A/D转换，对检测的信号进行运算，输出控制信号，LCD显示器可显示采集到的信号的大小，为了使本系统能在多种环境下工作，特设了键盘，可以对温湿度进行上、下限设定，同时还对超过上、下限进行上、下限报警。本文主要研究利用单片机控制室内温度和湿度，随着社会对于藏书需求的不断增加，对于藏书室的环境要求也随之增加，这些藏书室有的虽然安装有各种加热、加湿、通风和降温设备，但对于温湿度的测量和设备的操作大多还是由人工来完成的。当温室较大时，操作人员的劳动强度很大。为了使
34、书籍的使用寿命尽可能的延长，本文所介绍的温湿度控制系统以AT89C2051单片机为控制核心，结合传感器和数字电子电路技术，利用单片机控制室内的温度和湿度，可完成对藏书室内温湿度的自动测量和调节，大大降低了劳动强度。藏书室温湿度控制系统，采用数字式的温度传感器和单片机，实现了对藏书室内温湿度的自动测录和调节，单片机AT89C51因其指令系统丰富、小巧、低价、灵话易扩展等独特的优点，在所设计的藏书室温湿度控制系统中使整个系统的性价比得以大幅度的提高。第2章 总体方案设计2.1 系统设计原则系统设计要求单片机系统应具有可靠性高、操作维护方便、性价比高等特点。1可靠性高可靠性是单片机系统应用的前提，在
35、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。2操作维护方便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。3性价比单片机除体积小、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
36、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。2.2 方案设计在藏书室，环境温湿度往往要控制在一定的范围内。由AT89C51单片机实现的温湿度控制系统是考虑低成本并满足对温湿度基本技术性能指标的需求而设计的。通常环境温度调节常用的调节方法是利用加热器和喷水器来实现。在制冷时，当环境温度高于设定的温度值，系统控制喷水器开关，其过程为：当温度高于设定温度时，蜂鸣报警器进行报警，控制喷水器的开关打开，喷水器进行工作，如此往复进行，从而达到不断降温的目的。在制热时，当环境温度低于设定温度值，蜂鸣报警
37、器进行报警，控制加热器的开关打开，加热器进行工作，以上往复使环境温度不断升高。温度要求在1828为适宜存放书籍的温度，湿度要求不是一个定值，而是一个区间，一般在30%70%之间，最适宜的一般为40%60%。常见的有电热式与电极式两种加湿方式，都是利用水加热后产生蒸汽，增加湿度。当蒸发器的表面湿度低于空气的露点温度时，与之接触的空气中的水蒸汽被冷却成水而排走。温度与湿度传感器主要是用来检测温度与湿度信号并送往单片机，单片机经过内部A/D转换，对检测的信号进行运算，输出控制信号，LCD显示器可显示采集到的信号的大小。为了使本系统能在多种环境下工作，特设了键盘，可以对温湿度进行上、下限设定，同时还对
38、超过上、下限进行上、下限报警。系统工作时，单片机启动，操作人员可通过键盘向系统输入设定的温度和湿度范围。单片机系统通过温度传感器和湿度传感器测量温室内的温湿度并与设定值相比较，如果温室内的温度或湿度超出了设定范围。单片机系统就输出指令控制接通相应的设备。当温室的温度和湿度都在范围内时就切断设备的电源。温湿度控制系统可分为三个部分：一是信号采集输入部分，包括采集室温度、湿度。二是信息处理部分。主要功能是将采集的信息转换成计算机可识别的标准量信息进行处理、输出决策的指令。三是输出及控制部分。控制两个开关，从而控制加热器、喷水器进行操作，使书籍的保存实现现代化的生产控制过程。此次设计的系统的具体原理
39、方框如图2-1。AT89C51上位机通信键盘湿度温度显示报警输出控制图2-1总体方框图本系统以单片机AT89C51为核心，数据采集、存储、显示、报警以及上传至计算机进行数据处理都要通过单片机。数据采集通过单总线的智能温度传感器和湿度传感器完成：当采集数据超出预警值时，有蜂鸣报警器实时报警，然后进行相应处理；利用控制继电器开关从而控制加热器、喷水器，进行屋内环境控制功能。测温电路主要对室内温度进行温度采集，进行比较，看是不超出设定的限定值；测湿电路主要是对室内湿度进行湿度采集，进行比较，看是否超出设定的限定值；报警是超出限定值的时候会报警；当超出限定值时，控制开关会闭合，带动加热、喷水装置对室内
40、温度和湿度进行调节；由于想要连接到PC机上，在装置中设计了485总线。使装置可以进行远程控制，或者同时控制多个屋子的单片机进行温湿度控制。2.3 本章小结本节主要介绍了室内温湿度控制的总体方案设计，设计的背景及意义，整体的设计框图，对各个元件的选用，以及设计的主要原则。给出了设计的总体框图，说明了总体的设计思路。从整体上，阐述了设计的总体方案，对温湿度控制设计、光电隔离开关等有一个总体的认识。第3章 硬件设计本控制系统主要包括湿度控制和温度调节两个环节，先进行温度、湿度的采集，根据温度和湿度的实际情况控制光电隔离开关，从控制喷水器和加热器进行工作，对室内温度进行调节。温室生态控制系统可分为三个
41、部分：一是信号采集输入部分，包括采集室内、外温度、湿度。二是信息处理部分。主要功能是将采集的信息转换成计算机可识别的标准量信息进行处理、输出决策的指令。三是输出及控制部分。利用控制开关量的方式控制喷水器、加热器进行操作，使藏书室处于适合的环境中，从而保证了书的质量以及延长书的寿命。3.1 AT89C51单片机简介AT89C51单片机是一种带4K字节FLASH存储器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。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ATMEL高
42、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，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。外形及引脚排列如图所示结构特点及工作原理如图3-1。图3-1 AT89C51引脚图3.1.1 主要特性AT89C51主要特征有：1. 与MCS-51 兼容 2. 4K字节可编程FLASH存储器 3. 寿命：1000写/擦循环 4. 数据保留时间：10年 5. 全静态工作：0Hz-24MHz 6. 三级程序存储器锁定 7. 1288位内部RAM 8. 32可编程I/O线
43、9. 两个16位定时器/计数器 10. 5个中断源 11. 可编程串行通道 12. 低功耗的闲置和掉电模式 3.1.2 外部管脚VCC：供电电压。 GND：接地。 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P0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。 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，P
44、1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口作为第八位地址接收。 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
45、制信号。 P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向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，如表3-1所示：表3-1 P3口特殊功能口 线信 号功 能P3.0RXD串行口数据输入（接收数据）P3.1TXD串行口数据输出（发送数据）P3.2外部中断0输入P3.3外部中断1输入P3.4T0定时器0的外部输入（计数输入）P3.5T1定时器1的外部输入（计数输入）P3.6外部数据存储器写选通控制输出P3.7外部数据存储器
46、读选通输出控制P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 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
47、处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。 ：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，这两次有效的/PSEN信号将不出现。 /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）。 XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2：来自反向振荡器的输出。 振荡器特性: XTAL1和XTAL2分别
48、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。3.2 测温度电路温度传感器的种类众多，DALLAS（达拉斯）公司生产的DS18B20温度传感器当仁不让。超小的体积，超低的硬件开消，抗干扰能力强，精度高，附加功能强，使得DS18B20更受欢迎。对于我们普通的电子爱好者来说，DS18B20的优势更是我们学习单片机技术和开发温度相关的小产品的不二选择。了解其工作原理和应用可以拓宽您对单片机开发的思路。DS18B20是山Dallas半导体公司生产的一线总线接口的温度传感器。一线总线结构具有简洁且经济的特点，可使用户轻松地组建传感器网络，从而为测量系统
