1、毕 业 设 计院系名称 仪器科学与光电工程学院 2012 年 5 月 26 日设计题目 库房温湿度测控系统的设计 学生姓名 学 号 专业班级 指导教师 目录中文摘要： .1英文摘要： .21 引言 .31.1 课题意义 31.2 国内外发展现状及趋势 42 系统设计的任务分析和方案选择 .62.1 系统的主要性能指标 62.2 系统设计的方案选择 .62.2.1 温湿度传感器 62.2.2 控制芯片 AT89S51 单片机 .92.2.3 显示模块 .112.3 系统设计方案的工作原理 123 系统硬件电路设计 .133.1 单片机控制电路设计 133.2 液晶显示电路设计 .143.3 温湿
2、度测控系统电路设计 .153.4 键盘电路设计 173.5 报警电路设计 183.6 看门狗电路设计 183.6.1 MAX 813L 芯片介绍 193.6.2 看门狗电路设计 .203.7 电源电路设计 214 系统软件设计 .234.1 主程序设计 234.2 液晶显示设计 .244.3 SHT11 初始化设计 .27结 论 .29致 谢 .30参考文献 .31附录 1：系统的电路原理图 32附录 2：系统的 PCB 图 33附录 3：系统的软件程序源代码 341库房温湿度测控系统的设计中文摘要：温度和湿度是两种最基本的环境参数，与人们的生活环境息息相关，在工业生产和日常生活中，温度和湿度
3、是需要测量和控制的重要参数。物体的许多物理现象和化学性质都与温度、湿度有关，许多生产过程都是在一定的温湿度范围内进行的，因此需要测量和控制温湿度。该课题是对库房和花房内温湿度的监测及电路设计的研究。利用单片机实现的高精度实用性温湿度控制系统可广泛应用于库房的仓储管理，花房等需要温湿度控制的场所。针对现有的设备大多数只监测温度而忽视湿度的问题进行思考并提出解决方案，最终设计出实用性高、价格低廉的监测系统。本次设计的温湿度控制系统以AT89C2051单片机为控制核心，采用温湿度传感器SHT11作为检测元件，结合MAX 813L看门狗构建了温湿度监控系统。实现单片机发出控制命令，传感器进行数据采集，
4、将采集到的模拟信号转换为计算机能够识别的数字信号，通过mgls12864液晶显示屏显示实时温度和湿度，超出或者低于用户的设定值时由蜂鸣器报警，并由温湿度调节系统对环境温度、湿度进行调节，从而完成的系统可以方便地实现温度、湿度的有效实时显示和控制的要求，降低经济损失和劳动强度，提高产品的性价比。关键词：单片机 SHT11 温湿度传感器 测控系统 液晶显示2Abstract：Temperature and humidity are two of the most basic environmental parameters, and peoples living environment is cl
5、osely related. in the industrial production and daily life, temperature and humidity are the need to be measured and controlled.The subject is on monitoring and designing circuit temperature and humidity of the storerooms and flower rooms. Temperature and humidity control system in using Single-chip
6、 which is high-precision and practicality can be widely applied to the storerooms management, the flower rooms in need of controlling temperature and humidity and so on.For most of the existing equipments which only monitor temperature and ignore humidity think about and put forward a solution, desi
7、gn a high availability and low cost monitoring system finally.The designed temperature and humidity control system takes AT89C2051 microcontroller as the control centre, uses temperature and humidity sensor SHT11 as the detection element, and builds temperature and humidity monitoring system combina
8、tion of the MAX813L Watchdog Timer. When can sent commands by the single-chip processor, the sensor begins to collect data and convert Analog to Digital that can be recognized by computer. The INTER IC BUS send the data to the store unit to the single-chip processor, and display by mgls 12864 LCD di
9、splaying real-time temperature and humidity. When temperature and humidity are beyond or below the users settings, the buzzer alarms. Be adjusted by the temperature and humidity regulation system to ambient temperature, humidity, thus completing the system can easily achieve the requirements of effe
10、ctive real-time control of temperature and humidity, reduce economic losses and labor intensity, improve the cost-effective.Keywords: Single-chip SHT11 sensors Temperature and humidity measurement liquid crystal display31 引言1.1 课题意义目前，国内大中型库房在仓储管理和花房等需要温湿度控制的场所的现状，多数仅限于对温度进行监测和控制，而没有对湿度采取相应的措施。当温度不正
11、常时（过低或者过高）便进行强制通风或者加温，但是这样会因为处理不及时（设备、人力、条件有限）仍然造成大量损失。湿度和温度是众多领域中需要检测的重要环境参数。不仅在工业、现代农业，还是在气象卫星、仓库保管等领域，对温度和湿度的测量都是随处可见的。对温度和湿度的测量与监控也是十分有意义的。对湿度和温度进行合理有效的调控不仅可以节约能源还更有利各行业安全健康的发展。查阅资料得知人体适宜的健康温度为 1825，健康湿度为 4070RH，在此环境下人体感觉最舒适。而在温度介于 2430，湿度小于60RH 时，人体的感觉是热而不闷；在温度高于 30，湿度大于 70RH 时，人体就会感觉到闷热；在温度高于
12、36，湿度大于 80RH 时，人体的感觉则是严重闷热，而且发汗机制受阻，容易因体内蓄积大量的余热而中暑；工作出错率比平时高十倍，意外工伤事故比率上升。许多疾病都与温湿度有密切的关系，尤其与过低的湿度有关。现代医学发现：在 4555RH 的相对湿度下，病菌平均寿命最短，过高或过低的湿度都会导致病菌寿命延长。当空气湿度为 35RH 时，鼻部和肺部呼吸道粘膜上的纤毛运动减缓，灰尘、细菌等容易附着在粘膜上，刺激喉部引发咳嗽和其它呼吸道疾病。空气湿度低的时候，流感病毒和能引发感染的革兰氏阳性菌的繁殖速度会加快，而且容易扩散，引发疾病。此外，过敏性皮炎、哮喘、皮肤瘙痒等过敏性疾病也都和空气干燥有关。因此检
13、测人们工作空间内的温湿度值，并进行合理的调控对人们的身体健康是十分有意义的。仓库储藏领域必须对湿度和温度进行检测与控制。国家的储备粮仓库对温度湿度控制更是非常严格的。如果储藏粮油等副食品地方的湿度过大、温度过高，就容易导致储藏的粮食发霉变质。这些地方的温湿度一但出现问题，不仅仅是粮食资源的浪费，更关乎到市场供应、社会秩序的安全与稳定。故而，需要定期的对仓库内的温湿度值进行监测。花房内的温度和湿度也需要定期监测，对湿度和温度的控制要求也很高。这是因为温湿度值的高低直接影响到植物的正常生长发育。合适的温4度和湿度，不仅可以节约植物生长必须的养分和化肥，而且植物开出花朵会更美更大。 。科学实验的实验
14、室对温湿度的要求则更高，实验室内温湿度值控制的合适与否，直接影响科学家能否得出正确的实验结果。而库房储藏物和花房的温度变化主要是由于湿度引起的，库房储藏物和花房植物本身水分过高或连续的潮湿天气将导致储藏物和植物新陈代谢加快而放出热量，从而引起的温度变化又使新陈代谢进一步加剧以至发霉变质和植物枯萎。这种恶性循环一旦形成很难进行有效控制。因此，库房和花房在进行温度监测的同时，必须重视对空气湿度的检测。为了更好地测量、控制温度和湿度等影响物品和植物储存的因素,本文设计了以 AT89C51 单片机为控制器的智能测控系统,通过该系统可以对环境温度、湿度等观测值进行自动控制和适时监测,并利蜂鸣器进行报警及
15、相应的处理。该课题涵盖了单片机、传感技术、电工电子、计算机等多个学科的知识内容，对进一步深化高等教育改革，培养本科生获取知识、应用知识的能力及创新意识具有重要意义。1.2 国内外发展现状及趋势最近几年，国内外库房温湿度测控系统正从结构复杂、功能单一、成本高昂向着集成化、智能化、多参数检测、成本低廉的方向迅速发展，随着科研人员的不断努力，该类型的系统取得了巨大的成就。这也为开发新一代温湿度测控系统奠定了基础，同时将温度、湿度的测量、控制技术提高到新的水平。现代温湿度测控系统技术主要以数据采集为依据，主要类型包括：虚拟仪器、智能仪器、数字式仪器等等。伴随着科学技术及计算机的进一步发展，数据采集系统
16、也发生了日新月异的变化，其整体的性能、实用性方面都有所改进。因此，依托于数据采集结构而发展的温湿度传感器测量系统在实际应用中也发挥这越来越重要的作用。目前，国内温湿度测控系统采用的方法主要有:“温阻”法和“湿阻”法,即采用电阻型的温湿度传感器,利用其阻值随温湿度的变化测定空气的温度和相对湿度。然而受传感器灵敏度的影响,这类温湿度测控系统的精度不可能很高 ,难以满足实验室设备等对精度要求颇高的场合。近些年来，国内许多机构也在传感器测试装置的研发上不断探索、实践。例如通过采用传统电子仪器进行设计研发而成的多种动态测试系统、自动装置的气体传感器智能测试系统等等，这些成绩都体现了5我国在传感器领域取得
17、的成就。与此同时，国外许多大型企业都很重视传感器的发展和完善，较之国内更胜一筹。在九十年代，先后出现了集成温度湿度测量套件和应用于湿度传感器的测试系统，这些新技术的产生都大大刺激了传感器的进一步发展。当然，随着科技的进步，传统的温湿度测试技术在灵敏度、精度等方面都已经无法满足市场的需求，因此，研究出新一代符合人们工作需求传感器显得尤为重要。62 系统设计的任务分析和方案选择2.1 系统的主要性能指标根据系统设计任务书及生活实际的需要，确定本产品的主要性能指标为：（1） 温度测量范围：2045；（2） 湿度测量范围： 0100%Rh；（3） 温度测量精度：0.01C；（4） 湿度测量误差：5%R
18、h；（5） 电源电压的工作范围：DC4.55.5V；（6） 由用户自主设定温度、湿度值，当温度、湿度不正常（超出或者低于预设值）时，由蜂鸣器发出报警信号。2.2 系统设计的方案选择本设计系统要实现的功能：实时显示当前环境的温度和湿度，并且允许用户自主设定温湿度阈值，当环境温湿度超过或者低于阈值时，由蜂鸣器发出报警信号进行报警提示。在对各类湿度，温度传感器原理了解的基础上，根据系统设计任务书的要求，完成温度、湿度传感器芯片的选型，系统芯片的选择。利用单片机实现的高精度实用性温湿度控制系统，由 AT89S51 单片机进行控制，采用温湿度传感器SHT11 作为检测元件，结合 MAX813L 看门狗构
19、建了温湿度监控系统，通过控制驱动器 MAX7219 驱动 mgls 12864 液晶显示屏，从而完成系统可以方便地实现温度、湿度的有效实时显示和控制的要求。最后还要考虑设计系统所选择的元器件的成本。而作为库房仓储管理、花房等需要环境温湿度监测场合的仪器，系统本身的可靠性，实用性，灵敏性指标也是在设计系统时应考虑的因素。2.2.1 温湿度传感器温湿度传感器是指能将温度量和湿度量转换成容易被测量处理的电信号的设备或装置。 市场上的温湿度传感器一般是测量温度量和相对湿度量。7温 度 ： 度 量 物 体 冷 热 的 物 理 量 ， 是 国 际 单 位 制 中 7 个 基 本 物 理 量 之 一 。 在
20、生 产 和 科 学 研 究 中 ， 许 多 物 理 现 象 和 化 学 过 程 都 是 在 一 定 的 温 度 下 进 行 的 ， 人 们的 生 活 也 和 他 密 切 相 关 。 湿 度 ： 用 数 量 来 进 行 表 示 较 为 困 难 。 对 湿 度 的 表 示 方 法 有 绝 对 湿 度 、 相 对 湿度 、 露 点 、 湿 气 与 干 气 的 比 值 （ 重 量 或 体 积 ） 等 等 。 日 常 生 活 中 最 常 用 的 表 示 湿度 的 物 理 量 是 空 气 的 相 对 湿 度 。 用 %RH 表 示 。 在 物 理 量 的 导 出 上 相 对 湿 度 与 温度 有 着 密
21、切 的 关 系 。 一 定 体 积 的 密 闭 气 体 ， 其 温 度 越 高 相 对 湿 度 越 低 ， 温 度 越 低 ，其 相 对 湿 度 越 高 。 其 中 涉 及 到 复 杂 的 热 力 工 程 学 知 识 。 相 对 湿 度 ： 在 计 量 法 中 规 定 ， 湿 度 定 义 为 “物 象 状 态 的 量 ”。 日 常 生 活 中所 指 的 湿 度 为 相 对 湿 度 ， 用 RH%表 示 。 总 之 ， 即 气 体 中 （ 通 常 为 空 气 中 ） 所 含 水蒸 气 量 （ 水 蒸 气 压 ） 与 其 空 气 相 同 情 况 下 饱 和 水 蒸 气 量 （ 饱 和 水 蒸 汽
22、压 ） 的 百 分比 。 绝 对 湿 度 ： 指 单 位 容 积 的 空 气 里 实 际 所 含 的 水 汽 量 ， 一 般 以 克 为 单 位 。 温 度对 绝 对 湿 度 有 着 直 接 影 响 ， 一 般 情 况 下 ， 温 度 越 高 ， 水 蒸 气 发 得 越 多 ， 绝 对 湿 度就 越 大 ； 相 反 ， 绝 对 湿 度 就 小 。 温湿度传感器的选择是本设计的核心问题。传统的模拟式的温湿度传感器一般都要设计信号调理电路并需要经过负复杂的校准和标定过程，因此测量精度难以保证，且在线性度、重复性、互换性、一致性等方面往往不尽如人意。目前国际上新型传感器正从模拟式向数字式、集成化向智
23、能化和网络化的方向发展。鉴于上述原因，本系统采用 SHT11 芯片测量温湿度值。SHT11 是瑞士 Scnsirion 公司推出的基于 CMOSensTM 技术的新型温湿度传感器。SHT11 的外形尺寸仅为 7.6（mm）5（mm）2.5（mm）,体积与火柴头相近。出厂前，每只传感器都在温室中做过精密标准测试。标准系数被编成相应的程序存入校准存储器中，在测量工程中可以对相对湿度进行自动校准。它不仅能准确测量相对湿度，还能测量湿度和露点。该芯片在温湿度监测、自动控制等领域均已得到广泛应用。该传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器，它应用温湿度传感和数字模块采集技术，具有很高的稳定性
24、和可靠性，SHT11 传感器内含一个NTC 测温和一个电阻式感湿元件，并与一个 8 位的高性能单片机相连接。作为一个数字温湿度传感器，SHT11 具有响应快速、抗干扰强、性价比高等优点。它的性能指标如图 2.1 所示：8图 2. 1 SHT11 传感器性能说明温度测量范围为 050 ，温度测量精度为2.00；湿度测量范围为0100RH，湿度测量精度为5RH；工作电压 3055 V，响应时间5S。SHT1l 采用 4 针单排引脚封装, 传感器通电后，需要等待 1s，这是因为要越过不稳定的状态，在此期间不需发送指令,电源引脚（VDD，GND）之间可增加一个100nF 的电容，用以去耦滤波。典型的应
25、用电路如图 2.2 所示：9图 2.2 SHT 典型的应用电路图 2.3 相对湿度、温度的精度曲线2.2.2 控制芯片 AT89S51 单片机AT89S51 是美国 ATMEL 公司生产的低功耗、高性能 CMOS 的 8 位单片机，片内含 4K 的可编程的 Flash 只读程序存储器，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失10性存储技术生产，兼容标准 8051 指令系统及引脚，既可在线编程(ISP)，也可用传统方法进行编程及通用 8 位微处理器于单片机芯片中，ATMEL 公司的功能强大、价格低廉的 AT89S51 单片机可为我们提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制的领域。其引脚
26、图如图 2.4 所示：图 2.4 AT89S51 引脚图AT89S51 的功能标准：4K 字节闪烁存储器，128 字节随机存取数据存储器，2个 16 位定时/计数器，32 个 I/O 口， 1 个串行通信口，1 个 5 向量两级中断结构；另外，AT89S51 还可以进行 0HZ 的静态逻辑操作，并支持两种软件的节电模式，闲散方式停止中央处理器的工作，可允许随机存取数据存储器、定时/计数器、串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存随机存取数据存储器中的内容，但震荡器停止工作并禁止其它所有部件的工作直到下一个复位,在 AT89C51 上新增加的功11能使 AT89S51 性能有了较大提升，它的价
27、格甚至更低，它的工作频率可达 33MHz，比 AT89C51 的工作频率更高，ISP 在线编程功能的优越性在于它不必要将芯片从工作状态下分离，特别是在改写存储器内的程序，这是一个相当方便简单的功能，它不需要像 AT89C51 那样外接看门狗计时器单元电路，由于它内部具有双工 UART 串行通道内部集成看门狗计时器，它具有全新的加密算法，大大加强的程序的保密性，有效的保护知识产权不被侵犯,它向下完全兼容 51 全部字系列产品。2.2.3 显示模块液晶显示器(LCD)具有功耗低、体积小、重量轻、超薄等许多其它显示器无法比拟的优点，近几年来被广泛用于单片机控制的智能仪器、仪表和低功耗电子产品中。LC
28、D 可分为段位式 LCD、字符式 LCD 和点阵式 LCD。其中，段位式 LCD 和字符式 LCD 只能用于字符和数字的简单显示，不能满足图形曲线和汉字显示的要求；而点阵式 LCD 不仅可以显示字符、数字，还可以显示各种图形、曲线及汉字，并且可以实现屏幕上下左右滚动，动画功能，分区开窗口，反转，闪烁等功能，用途十分广泛。显 示 模 块 选 用 香 港 精 电 公 司 生 产 的 mgls12864 液 晶 显 示 屏 ， mgls12864 是128*64 点 阵 液 晶 模 块 的 点 阵 数 简 称 ， 业 界 约 定 俗 成 的 简 称 。 该 点 阵 的 屏 显 成 本相 对 较 低
29、， 适 用 于 各 类 仪 器 ， 小 型 设 备 的 显 示 领 域 。其 引 脚 图 如 图 2.5 所 示 。12图 2.5 12864 引脚图2.3 系统设计方案的工作原理根据系统设计的总体要求及上述的分析，本次选择如下的方案：整个系统由控制芯片 AT89S51、温湿度传感器、液晶显示模块、蜂鸣器、看门狗以及温湿度调节系统等 6 部分组成。用户预先设定并输入温度、湿度报警值到程序中,该值作为系统阈值；温湿度传感器将监测值传输给单片机，当单片机监测到的数值超出所设定阈值时,驱动蜂鸣器报警,并为温湿度调节系统提供控制信号,由此实现自动控制。库房温湿度测控系统的原理框图如图 2.6 所示：图
30、2.6 库房温湿度测控系统的设计流程图该温湿度测控系统以温湿度监控为重点，温湿度参数和设备运行状态由用户根据库房存储或者花房植物的环境要求自行设定，并在液晶显示屏上显示当前的温湿度信息。此控制平台主要实现现场温湿度数据的采集并实时调整环境的温湿度，AT89C2051 是控制平台的核心，温湿度数据的采集通过温湿度传感器 SHT11 获得，当温湿度高于或者低于用户设定值时，由单片机将信号传给蜂鸣器，此时蜂鸣器报警，从而温湿度调节系统进入工作状态，控制环境温湿度并使其恢复到正常值。133 系统硬件电路设计根据第二部分的设计要求和目的，整个温湿度测控系统的硬件设计包括单片机控制电路设计，液晶显示电路设
31、计，温湿度测控系统电路设计，键盘电路设计，报警电路设计，看门狗电路设计以及电源电路设计。3.1 单片机控制电路设计在测控领域中，使用最多还是 Atmel 公司的 MCS-51 系列单片机。MCS-51 系列单片机是 8 位增强型，其主要的技术特征是为单片机配置了完善的外部并行总线和具有多级识别功能的串行通讯接口（UART） ，规范了功能单元的 SFR 控制模式及适应控制器特点的布尔处理和指令系统。此系列单片机易于开发、使用灵活、而且体积小、抗干扰能力强，可以兼容种类众多的支持芯片、较为丰富的软件资源，可以工作于各种恶劣的条件下，工作稳定等特点。本设计选用 MCS-51 系列的 AT89S51单
32、片机作为本系统的 CPU。所设计的单片机控制电路如图 3.1 所示：14图 3.1 单片机 AT89S51 控制电路设计3.2 液晶显示电路设计在日常生活中，我们对液晶显示器并不陌生，它已经普遍作为很多电子产品的显示器件，例如在计算器、万用表、电子表及很多家用电子产品中都可以看到，显示的主要是数字、专用符号和图形。显示电路采用香港精电公司生产的 12864 液晶显示屏，其中温度和湿度值可以同时显示，用户能直观地看到温度、湿度值。该系统的显示电路设计如图 3.2 所示。图 3.2 液晶显示电路图153.3 温湿度测控系统电路设计SHT11是数字型温湿度传感器，可直接以数字方式传输所采集的当前环境
33、温湿度，SHT11采用的是单总线通信，因此只需将单片机的一个I/O端口与SHT11的通信接口连接就可以实现数据的采集和传送。在电源引脚（VDD,GND）之间须加一个0.1F的电容，用以去耦滤波。SHT11的串行接口，在传感器信号的读取及电源损耗方面，都做了优化处理。DATA引脚为三态结构，用于读取传感器数据。SCK 用于单片机与SHT11之间的通讯同步。由于接口包含了完全静态逻辑，因而不存在最小SCK 频率。当向传感器发送命令时,DATA在SCK上升沿有效且在SCK高电平时必须保持稳定。DATA在SCK下降沿之后改变。为确保通讯安全，DATA 的有效时间在SCK 上升沿之前和下降沿之后应该分别
34、延长至TSU and THO当从传感器读取数据时，DATA TV在 SCK 变低以后有效，且维持到下一个SCK的下降沿。为避免信号冲突，微处理器应驱动DATA 在低电平。需要一个外部的上拉电阻（例如：10k）将信号提拉至高电平。上拉电阻通常已包含在微处理器的I/O电路中。温度值输出由于 SHT11 温度传感器的线性度非常好，故可以用下列公式将温度数字输出转换成实际温度值：T=d1+d2SOT。当电源电压为 5V，且温度传感器的分辨率为 14 位时，d1=-4，d2=0.01，当温度传感器的分辨率为 12 位时，d1=-40，d2=0.04。湿度值输出SHT11 相对湿度数字输出特性曲线如图 3
35、.3 所示。由图 3.3.1 可以看出，SHT11 的输出特性呈一定的非线性，为了补偿湿度传感器的非线性，可以按如下公式修正湿度值：RHIinera=C1+C2SORH+C3SORH2 (3.1)式中，SORH 为传感器相对湿度测量值，系数取值如下：12 位：SORH：C1=4,C2=0.0405,C3=2.8068 位：SORH：C1=4,C2=0.648,C3=7.210416图 3.3 SHT11 传感器相对湿度数字输出特性曲线本次设计中使用SHT11数字传感器作为温湿度检测的元件，电路设计如上图3.4所示。图 3.4 温湿度测控系统电路设计173.4 键盘电路设计系统的键盘电路的设计采
36、用独立式查询接口方式，电路简单，查询程序简单，具有很好的稳定性。本设计可以直接设定温湿度参数的上下限值，同时在液晶屏上显示，从而达到对温湿度控制报警的功能。这样可以使所设计的系统适应更多的场合。其中 WD 为温度设置按钮，SD 为湿度设置按钮， U、D 分别为数值上下调节按钮。开关 S1、S2 、S3、S4 分别与单片机的 P1.0、P1.1、P1.2、P1.3 口相连。在程序查询方式下，通过 I/O 端口读入键状态，当有键被按下时，相应的 I/O 端口变为低电平，而未有键被按下时，由于上拉电阻的作用，对应的 I/O 口线保持高电平，这样通过读 I/O 口状态可判断是否有键按下。当 WD 键被
37、按下时，P1.1 口由高电平变为低电平，系统调入温度的预设值，同时在 mgls 12864 液晶屏上显示，通过U、D 键即可上下调节温度的预设值。同理，当 SD 被按下时，对应的 P1.0 口变为低电平，系统调入湿度的预设值，同时在 mgls12864 液晶屏上显示，通过 U、D 也可上下调节湿度的预设值。键盘电路设计如图 3.5 所示。18图 3.5 键盘电路设计图3.5 报警电路设计本设计采用的是声光报警，设定报警的上下限值实现报警功能，使用单片机的中断系统。根据单片机接收到的数据经过处理后与该参数设定的上下限进行比较，高于上限值（或低于下限值）则进行报警，同时能进行正常的显示。在报警电路
38、中，由蜂鸣器和PNP型三极管构成，在输入温湿度的上下限后，系统会进行实时采样，并判断测试温湿度与输入温湿度之间的差异，当检测出的温湿度在设定的温湿度上下限外就会报警，即蜂鸣器鸣叫并发出信号。报警电路如图3.6所示。图3.6 报警电路设计3.6 看门狗电路设计193.6.1 MAX 813L 芯片介绍3.6.1.1 MAX 813L 芯片的引脚功能(1) MR（1 脚）：手动复位输入端。当该端输入低电平保持 140 ms 以上，MAX813L 就输出复位信号。该输入端的最小输入脉宽要求可以有效地消除开关的抖动。/MR 与 TTL/CMOS 兼容。(2) VCC（2 脚）：工作电源端。接+5V 电
39、源。(3) GND（3 脚）：电源接地端。接 0 V 参考电平。(4) PFI（4 脚）：电源故障输入端。当该端输入电压低于 125 V 时，5 号引脚输出端的信号由高电平变为低电平。(5) PEO（5 脚）：电源故障输出端。电源正常时，保持高电平；电源电压变低或掉电时，该端输出信号由高电平变为低电平。(6) WDI(6 脚)：看门狗信号输入端（喂狗信号） 。程序正常运行时，必须在小于 16 s 的时间间隔内向该输入端发送一个脉冲信号，以清除芯片内部的看门狗定时器。若超过 16 s 该输入端收不到脉冲信号，则内部定时器溢出，8 号引脚由高电平变为低电平。(7) REST（7 脚）：复位信号输出
40、端。上电时，自动产生 200 ms 的复位脉冲；手动复位端输入低电平时，该端也产生复位信号输出。(8) /WDO（8 脚）：看门狗信号输出端。正常工作时输出保持高电平，看门狗输出时，该端输出信号由高电平变为低电20平。图 3.7 MAX 引脚图MAX 813L 是 MAXIM 公司推出的低成本微处理器监控芯片，其引脚图如上图 3.7所示。3.6.1.2 MAX 813L 芯片特点(1) 加电、掉电以及供电电压下降情况下的复位输出，复位脉冲宽度典型值为200 ms。(2) 独立的看门狗输出，如果看门狗输入在 16 s 内未被触发，其输出将变为高电平。(3) 1.25 V 门限值检测器，用于电源故
41、障报警、电池低电压检测或5 V 以外的电源。(4) 门限电压为 4.65V(5) 低电平有效的手动复位输入，当手动复位端输入低电平时，产生复位信号输出。(6) 8 引脚 DIP 封装。3.6.2 看门狗电路设计工业环境中的干扰大多是以窄脉冲的形式出现，而最终造成微机系统故障的多数现象为“死机” 。究其原因是 CPU 在执行某条指令时，受干扰的冲击，使它的操作码或地址码发生改变，致使该条指令出错。这时，CPU 执行随机拼写的指令，甚至将操作数作为操作码执行，导致程序“跑飞”或进入“死循环” 。为使这种“跑飞”或进入“死循环”的程序自动恢复，重新正常工作，一种有效的办法是采用硬件“看门狗”技术。若
42、程序发生“死机” ，则看门狗产生复位信号，引导单片机程序重新进入正常运行。工业现场环境复杂，往往造成系统的电源电压不稳，当电源电压降低或掉电时，会造成重要的数据丢失，系统不能正常运行。若设法在电源电压降至一定的限值之前，单片机快速地保存重要数据，将会最大限度地减少损失。鉴于以上情况时有发生，本次设计使用电源监视电路 MAX 813L 的看门狗。开关二极管 D1 使手动引脚产生对应的低电平，从而使复位输出有效的高电平，使系统复位，系统自行从死机中恢复。对于本系统，将看门狗喂狗安排在主程序中，其目21的是为了有效防止主程序跑飞导致的失效，从而保证系统的顺利运行。其电路设计如图 3.8 所示。图 3
43、.8 看门狗电路图3.7 电源电路设计本系统所有芯片都需要+5V 的工作电压，而干电池只能提供的电压为 15V 的倍数的电压，并且随着使用时间的延长，其电压会逐渐下。本电路是一个输出+5V 直流电压的稳压电源电路。IC 采用集成稳压器 LM 7805，电容分别为输入端和输出端滤波电容，电压范围 6-15V 直流。当输出电较大时，7805 应配上散热板。电源电路如图 3.9 所示。22图 3.9 电源电路图234 系统软件设计整个系统的功能是由硬件电路配合软件编程设计来实现的，软件设计是本次设计中不可缺少的环节，贯穿了整个毕业设计。当硬件电路设计完成后软件编程也就开始了。按照软件的功能，编程可以
44、分为两的类：一是主程序，它是整个软件的核心，专门用来协调各个执行模块和操作者的联系。二是子程序，它是用来完成各种实质性的工作的，如测量、显示、计数等。每一个执行软件就是一个小的执行模块，下面将每一个模块分别列出来，并为每个执行模块进行功能定义和接口定义。各执行模块规划好以后，就可以规划监控软件了。首先要根据系统的总体功能选择一种最合适的主程序结构，然后根据实时性的条件，合理安排监控软件和执行软件之间的调度关系。本次系统的软件设计基于 KEILC 6.2 开发平台，采用 C51 语言编写。244.1 主程序设计图 4.1 主程序设计流程图主程序的功能主要是完成硬件初始化，子程序调用，并完成温湿度
45、的检测及数据显示，同时判断温度、湿度是否正常，如果不正常（超出或者低于用户设定值） ，则由蜂鸣器报警。AT89C51 单片机上电复位后，即进入主程序。主程序首先要做初始化，包括mgls 12864 液晶显示初始化、SHT11 测量开始命令的初始化，清除“看门狗” 输入等。软件流程设计如图 4.1 所示。其中按键检测过程如图 4.2 所示。25图 4.2 按键检测流程图程序源代码见附录。4.2 液晶显示设计单片机可以通过数据总线与控制信号直接采用存储器访问形式、I/O 设备访问形式控制该液晶显示模块。12864 上电时，必须按照一定的时序对 12864 进行初始化操作，主要任务是设置 12864
46、 的工作方式，显示状态，清屏，输入方式，光标位置等。12864 初始化设计如图 4.3 所示。26图 4.3 12864 液晶显示初始化流程图初始化程序如下（详细的程序源代码见附录 3）：void initinal(void) /*初始化*/ delay(40);PSB=1; /*并口工作模式*/ delay(1);RES=0; /*复位*/ delay(1);RES=1; /*复位置高电平*/ 27delay(10);TransferData(0x30,0);delay(100);TransferData(0x30,0);delay(37);TransferData(0x08,0);dela
47、y(100);TransferData(0x10,0);delay(100);TransferData(0x0C,0);delay(100);TransferData(0x01,0);delay(10);TransferData(0x06,0);delay(100);延时子程序如下：void delayms(unsigned int n) /*延时子程序*/ unsigned int i,j;for(i=0;in;i+)for(j=0;j2000;j+);void delay(unsigned int m)unsigned int i,j;for(i=0;im;i+)for(j=0;j10;j+);284.3 SHT11 初始化设计此环节主要对温湿度传感器的初始化进行设计，流程图如图 4.4 所示。图 4.4 SHT11 初始化流程图SHT11 传感器共有 5 个用户命令。这 5 个命令是测量湿度、测量湿度、读寄存器状态、写寄存器状态、软启动。具体命令表格见表 4-1 所列。表 4-1 SHT11 传感器命令表命令 编码 说明
