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1、中国矿业大学（北京校区）毕业论文21 1 概概 述述1 11 1 课题意义课题意义近几年来仓库的机械化、自动化程度不断提高，一些智能化仓库管理技术如检测技术、监视技术和控制技术等在仓库管理中得到广泛应用。在粮食、药材等的储存仓库，若不对仓库内的温度或湿度进行实时检测，就不能及时了解粮食、药材的储藏状况，可能发生腐烂，造成极大的经济损失。由于仓库对环境温度和湿度提出了很高的要求，因此能否有效地对这些领域的环境温度和湿度进行实时监测和控制是一个必须解决的重要课题。本系统解决的就是温、湿度的实时检测，只要两者之中的任何一个超过限制，就启动报警系统，使人们能够及时发现问题，采取有效的措施，以此避免不必
2、要的损失。1 12 2 设计任务设计任务本课题是针对仓库设计的通用温、湿度检测仪，它可以实现的功能是：（1）实时采集外界温度和相对湿度的变化，并在数码管上实现实时显示；（2）可通过键盘设定温、湿度报警值，且报警值掉电不丢失信息；（3）可实现温、湿度超限声、光报警。1 13 3 主要技术方案主要技术方案仓库在温湿度检测发生故障时，会使其存储物腐烂，从而造成直接和间接的巨大经济损失。我们设计了一套温、湿度检测系统，实时检测仓库的温、湿度，本系统由 AT89C51 单片机、键盘显示电路、报警电路、数字温度传感器、湿度传感器、看门狗电路及 E2ROM 组成，完成对仓库内温、湿度数据的采集、显示和超限报
3、警。本装置的结构框图如图 11。中国矿业大学（北京校区）毕业论文2图 11 系统结构框图1 14 4 本文主要工作本文主要工作本专题是温湿度检测仪的数据采集部分，要完成的主要工作是：（1）选择温度传感器；（2）设计湿度传感器；（3）设计数据采集系统的硬件电路；（4）采集系统软件设计与编程。AT89C51湿敏电容振荡电路温度传感器看门狗及 E2ROMLED 显示报警输出键盘输入中国矿业大学（北京校区）毕业论文22 2 系统总体设计系统总体设计2 21 1 系统特点系统特点本系统实时采集外界温度和湿度信号，并送单片机处理，处理结果送LED 显示，用户通过键盘设定上限值后，报警电路对外界温、湿度进行
4、监控。特点：（1）用数字式温度传感器，与单片机接口简单，可靠。（2）采用的湿度传感器输出频率信号，便于单片机采集和处理。（3）看门狗电路，提高系统可靠性。（4）E2ROM 保存键盘输入参数，掉电不丢失信息。2 22 2 系统设计系统设计在系统上电后，温、湿度传感器开始实时采集温、湿度数据并显示出来，直到操作者按下“设定”键。此时系统停止采集数据，操作者可以通过键盘设定温度和湿度的上限，系统会立即把设定值通过数码管显示出来。操作者按下“运行”键后，系统会把数码管显示的上限存入 E2ROM 中，接着才又开始采集温湿度数据，并在每一次采集之后立即将其分别与存于 E2ROM 中的温湿度上限作比较。一旦
5、采集的数据高于上限，就启动报警电路报警；若没有超过上限，则又重复上述过程。在采集的数据显示过程中可以重新设定报警值。系统以 AT89C51 单片机为核心，由温湿度数据采集、键盘显示、看门狗定时器、E2ROM 及报警电路组成。 2 22 21 1 数据采集系统数据采集系统 1温度传感器目前在市面上有各式各样的温湿度传感器。这里采用的温度传感器是美国 Dallas 公司开发出的 DS18B20 单线数字温度传感器。DS18B20 可以把温度信号直接转换为数字量，而无须 A/D 转换器与数据调理电路，既简化电路，又提高电路的可靠性。采用单总线原理，易于电路扩展，只需在相应单总线中国矿业大学（北京校区
6、）毕业论文2上继续挂接器件即可，是现代集成式温度传感器的首选器件。此设计将DS18B20 的数据线接到 89C51 的 P1.0 口进行数据输入输出。 2湿度传感器设计中采用的湿度敏电容是 HS1101，将其置于 555 振荡电路就构成湿度传感器,可以得到与环境相对湿度成比例关系的频率信号，将此数字信号可直接接入 89C51 的 T1 计数器计数。同时把 T0 设定为 1 秒的定时器，89C51 每隔 1 秒钟处理一次 T1 计得的数，此数才是所需要的频率。 2 22 22 2 键盘显示系统键盘显示系统本系统采用 HD7279A 完成数据输入与数据显示。HD7279A 是一片具有串行接口的，可
7、同时驱动 8 位共阴极数码管的智能显示驱动芯片，该芯片同时能对多达 88 的键盘矩阵的按键情况进行监视，具有自动消除键抖动并识别按键代码的功能，从而可以提高 CPU 工作的效率。HD7279A 和微处理器之间采用串行接口，其接口电路和外围电路简单，占用的串口少，具有较高的性能价格比。 2 22 23 3 看门狗电路及看门狗电路及 E E2 2ROMROM这里选用了 Xicor 公司生产的可编程看门狗监控 E2ROM 芯片 X25045。此芯片把看门狗电路、电压监控和 E2ROM 组合在一起，降低了系统成本并减少了对电路板空间的要求。看门狗定时器对主控机提供了一个独立的保护机制，一旦单片机因干扰
8、而程序走失，可通过复位电路使单片机复位，保证系统可靠运行。X25045 中的 E2ROM 存储 DS18B20 的序列号和用户设定的上限，保证掉电时不丢失信息，这样也不必每次接上电源时重新写入数据。 2 22 24 4 报警电路报警电路本电路完成系统报警功能，即在温、湿度超出报警值时，对应于温、湿度传感器的各个相应发光二极管灯亮，同时蜂鸣器蜂鸣，显示报警状态。中国矿业大学（北京校区）毕业论文23 3 硬件电路设计硬件电路设计数据采集部分由单片机 AT89C51、温度传感器 DS18B20、和湿度传感器HS1101 等组成。具体的电路图如下图 31 所示。中国矿业大学（北京校区）毕业论文2图 3
9、1 数据采集硬件电路图由图可见，DS18B20 的数据线直接与 89C51 的 P1.0 连接；HS1101 和TLC555 等构成振荡电路，输出的是频率信号，接入 T1 口计数；而 X25045 的八个管脚分别与 89C51 的 P1.4P1.7 口连接。整个数据采集电路简单可靠。3 31 1 单片机单片机 AT89C51AT89C51AT89C51 是由 ATMEL 公司在 MCS-51 单片机的基础上设计生产的高性能八位单片机。1特点AT89C51 与 MCS-51 系列的单片机在指令系统和引脚上完全兼容片内有 4K 字节在线可重复编程快擦写程序存储器 全静态工作，工作范围：0Hz24M
10、Hz三级程序存储器加密 1288 位内部 RAM32 位双向输入输出线两个十六位定时器/计数器五个中断源，两级中断优先级 一个全双工的异步串行口 间歇和掉电工作方式2功能描述AT89C51 是一种低损耗、高性能、CMOS 八位微处理器，片内有 4K 字节的在线可重复编程快擦快写程度存储器，能重复写入/擦除解 1000 次，数据保存时间为十年。它与 MCA-51 系列单片机在指令系统和引脚上完全兼容，不仅可完全代替 MCS-51 系列单片机，而且能使系统具有许多 MCS-51 系列产品没有的功能。AT89C51 可构成真正的单片机最小应用系统，缩小系统体积，增加系统的可靠性，降低了系统成本。只要
11、程序长度小于 4K,四个 I/O 口全部提供给用户。可用 5V 电压编程，而且擦写时间仅需 10 毫秒，仅为 8751/87C51 的擦除时间的百分之一，与 8751/87C51 的 12V 电压擦写相比，不易损坏器件，没中国矿业大学（北京校区）毕业论文2有两种电源的要求，改写时不拔下芯片，适合许多嵌入式控制领域。工作电压范围宽 2.7V6V,全静态工作，工作频率宽，在 0Hz24MHz 内，比8751/87C51 等 51 系列的 6MHz12MHz 更具有灵活性，系统能快能慢。AT89C51 芯片提供三级程序存储器加密，提供了方便灵活而可靠的硬加密手段，能完全保证程序或系统不被仿制。另外，
12、AT89C51 还具有 MCS-51 系列单片机的所有优点。1288 位内部 RAM,32 位双向输入输出线，两个十六位定时/计时器，5 个中断源，两级中断优先级，一个全双工异步串行口及时钟发生器等。3管脚功能AT89C51 单片机为 40 引脚芯片,如下图 32 所示。图 32 AT89C51（1） I/O 口线：P0、P1、P2、P3 共四个八位口。P0 口是三态双向口,通称数据总线口，因为只有该口能直接用于对外部存储器的读/写操作。P0 口也用以输出外部存储器的低 8 位地址。由于是分时输出，故应在外部加锁存器将此地址数据锁存，地址锁存信号用 ALE。中国矿业大学（北京校区）毕业论文2P
13、1 口是专门供用户使用的 I/O 口，是准双向口。P2 口是从系统扩展时作高 8 地址线用。不扩展外部存储器时，P2 口也可以作为用户 I/O 口线使用，是准双向口。P3 口是双功能口，该口的每一位均可独立地定义为第一 I/O 功能或第二I/O 功能，作为第一功能使用时操作同 P1 口。P3 口的第二功能见表 3-1。（2） 控制口线：（片外取控制） 、ALE（地址锁存控制） 、PSEN(片外储器选择)、RST(复位控制)。EA（3） 电源及时钟：VCC,GND；XTAL1，XTAL2。表 31 P3 口的第二功能第一功能标记第二功能P3.0RXD串行输入口P3.1TXD串行输出口P3.2IN
14、T0外部中断 0 输入P3.3INT1外部中断 1 输入P3.4T0定时/计数器 0 外部输入P3.5T1定时/计数器 1 外部输入P3.6WD外部数据存储器写选通P3.7RD外部数据存储器读选通3 32 2 数字数字温度传感器温度传感器 DS18B20DS18B20测温器件常用的有电阻式、热电偶式、PN 结型、辐射型及石英谐振型，还有集成式等。它们都是基于温度变化引起其物理参数(如电阻值，热电势等)的变化的原理。随着测量技术的不断发展，出现了适用于高温、强磁场干扰等恶劣环境的光纤温度传感器。其中，我们常用的温度传感器有电阻式温度传感器，热电偶温度传感器和集成式温度传感器等。其中，集成温度传感
15、器利用 PN 结的温度特性，与热敏电阻、热电偶等其它温度传感器相比，具有灵敏度高、线性度好、响应速度快等特点；另外，它将驱动电路、信号处理电路以及必要的逻辑控制电路集成在单片机上，有尺寸小、使用方便等特点。现代的温度传感器都将恒流源、放大电路、补偿电路集成在一起做成集成温度中国矿业大学（北京校区）毕业论文2传感器，集成温度传感器的输出形式有：模拟输出、逻辑输出和数字输出。模拟输出型温度传感器的输出电压或电流随温度的变化呈线性变化关系，可理想地取代热电偶。这种温度传感器常用于温度测量、温度补偿等系统，例如：LCD的对比度通常随温度的变化而改变，为保持恒定的对比度，可采用温度传感器的测量值对LCD
16、的偏置电压加以调整；另外，在数字相机中，常用模拟输出温度传感器补偿“自动聚焦”参数随温度的变化量。逻辑输出型温度传感器结构比较简单，且成本较低，主要用于温度控制系统。数字输出型温度传感器一般带有串行接口，可以与微处理器或其它数字系统直接进行数据交换，用于CPU、智能电池的监测和其它温度测量系统。目前常用的集成式温度传感器有电流型输出的AD590和数字式输出的DS18B20温度传感器。为便于单片机操作，本设计采用了数字输出的DS18B20温度传感器。 3 32 21 1 DS18B20DS18B20 1概述由单片机集成电路构成的单线数字温度传感器由于其外围电路结构简单，使用方便，开发成本底，开发周期短而得到很广泛的应用。以前的温度传感器大都输出的是模拟信号，不能直接送入单片机等微处理器进行测量，而且要做多点测量十分麻烦，所以在多点温度测量中得不到
