1、（2011届）毕业设计题目单片机气候参数监测系统设计姓名专业电子信息工程班级学号指导教师导师职称年月日I单片机气候参数监测系统设计摘要在医学、电子电力、航天航空，食品发酵等行业中，对环境中的温度和湿度的要求非常严格。本文在现有研究方法的基础上，设计一个能够提供环境的温度、湿度并具有对温度、湿度超限报警功能的装置，利用单片机及外围电路构成一个监测系统。该系统以AT80C51单片机为核心，采用DS18B20为温度传感器，选择HM1500为湿度传感器。硬件系统包括温度传感器、湿度传感器、核心控制器、显示装置及报警装置等几个部分，实现对室内的温度和湿度进行实时检测和显示的装置的设计方法。提供了详细的设
2、计方案、硬件原理图和程序流程图。该控制系统可实现如下功能能对环境的温度、湿度进行实时检测；检测得到的温、湿度数据可以实时显示；用户可以自行设定监测中的温、湿度上、下限，超限报警。关键词AT80C51单片机,温度传感器，湿度传感器，LED显示装置IISCMCLIMATEPARAMETERSMONITORINGSYSTEMABSTRACTINTHEMEDICAL,POWERELECTRONICS,AEROSPACE,FOODFERMENTATIONINDUSTRY,ONTHEENVIRONMENTTEMPERATUREANDHUMIDITYREQUIREMENTSAREVERYSTRICTINTH
3、ISPAPER,BASEDONEXISTINGRESEARCHMETHODSTODESIGNANENVIRONMENTTOPROVIDETEMPERATURE,HUMIDITYANDWITHTEMPERATURE,HUMIDITYGAUGEALARMDEVICE,THEUSEOFMICROCONTROLLERANDEXTERNALCIRCUITTOFORMAMONITORINGSYSTEMTHESYSTEMISAT80C51MICROCONTROLLERASTHECORE,THEUSEOFDS18B20ASTHETEMPERATURESENSOR,SELECTHM1500ASHUMIDITYS
4、ENSORHARDWARESYSTEMINCLUDESTEMPERATURESENSORS,HUMIDITYSENSORS,THECORECONTROLLER,DISPLAYANDALARMDEVICES,ANDSEVERALOTHERPARTS,TOACHIEVETHEINDOORTEMPERATUREANDHUMIDITYINREALTIMEDETECTIONANDDISPLAYDEVICEDESIGNPROVIDESDETAILEDDESIGN,HARDWARESCHEMATICSANDPROGRAMFLOWCHARTTHECONTROLSYSTEMCANACHIEVETHEFOLLOW
5、INGFUNCTIONSENERGYONTHEENVIRONMENTTEMPERATUREANDHUMIDITYINREALTIMEDETECTIONDETECTEDBYTHETEMPERATUREANDHUMIDITYDATACANBEDISPLAYEDINREALTIMEUSERSCANSETTHEIROWNMONITORINGUPPERANDLOWERLIMITSOFTEMPERATUREANDHUMIDITY,LIMITALARMKEYWORDSAT80C51MICROCONTROLLER,TEMPERATURESENSOR,HUMIDITYSENSOR,LEDDISPLAYDEVIC
6、EIII目录摘要IABSTRACTII1绪论111课题的来源112课题的意义113温室环境控制技术国内外发展现状1131国外温室环境控制技术的研究现状1132国内温室环境控制技术的研究现状2132温室环境控制技术的发展趋势214主要设计内容32硬件系统设计521概述522主要元器件5221AT80C51单片机5222温度传感器8223湿度转换器9224A/D转换器1023时钟电路和复位电路12231时钟电路12232复位电路1224温湿度测量电路1325显示电路1526报警电路1727硬件系统原理图183软件系统设计1931概述1932数据处理模块19321温度处理程序19322湿度处理程序2
7、433显示模块2434报警模块25结论26参考文献27致谢错误未定义书签。IV附录28单片机气候参数监测系统设计11绪论11课题的来源目前我国农业正在从传统农业向以作为现代农业转型的新阶段目标的高品质，高产量，高效益发展。农业生物生长快，高品质，高产量的环境控制工程，是农业现代化的重要标志。温室环境由多个因素组成，如温度，湿度及二氧化碳浓度的因素等。现在，我们的温室环境控制仍然是依靠人工经验来管理，对农业生产效率产生严重影响，阻碍了发展农业生产，因此，科学控制作物的环境因素，采用先进的人工智能技术，通过计算机控制设备，从而给作物生长创造最佳环境条件，从而提高产品质量，产量，经济价值和社会效益，
8、并设法降低生产成本，这对于温室环境自动检测和控制实施是十分必要的。温室设施的关键技术是环境控制，其目的是为了提高控制和操作精度。温室环境控制技术是随着自动化测试技术，过程控制技术，通讯技术，计算机技术的发展而发展。12课题的意义温室是一个可以改变植物的生长环境，为植物生长创造最好的条件，避免外部的四季变化和恶劣天气的地方。它由采光覆盖材料和其他结构组成，可在冬季或其他不适合生产的生长季节栽培植物。温室生产为了促进生长发育，调节产期，防治病虫害及提高质量、产量等。环境控制是温室设施的关键技术，其最终的目的是加强控制和操作精度。温室控制技术沿着手动化，自动化，智能化的发展过程，向更先进，功能更多，
9、更完整的方向发展。因此，温室环境控制技术朝着基于温室综合环境因子分析模型、作物生长模型和农业专家系统的温室信息自动采集及智能控制趋方向发展1。13温室环境控制技术国内外发展现状131国外温室环境控制技术的研究现状国外对温室环境控制技术研究较早，始于20世纪70年代。首先，用组合仪表进行采集，模拟现场指导信息的收集，记录和控制。在20世纪80年代出现了分布式控制系统。目前，国外正在开发和发展计算机数据采集控制系统的多因素综合控制系统。现在世界上温室控制技术的发展非常迅速，在实现自动化的基础上有些国家正在走向全面自动化和无人化。像荷兰园艺，其先进的技术所生产的鲜花闻名于世，它的玻璃温室全部由电脑操
10、作。伦敦大学农学院温毕业设计2室计算机控制技术可以监测50公里以外，对观测到的温室温度，湿度，光照，气体，水和环境条件进行远程控制。132国内温室环境控制技术的研究现状我国对温室环境控制技术的研究较晚，始于80年代。我们的工程人员对发达国家的温室环境控制技术进行吸收后，人工气候室内微机控制技术才得以掌握，该技术是对CO2浓度、温度和湿度等单一的环境因素进行人为控制。后来，我们的温室环境控制技术得到了快速发展。在20世纪80年代，我国从发达国家如欧洲，美国等引进了212HM连栋温室。因为只着眼于温室设备的引进，而忽视了温室的管理技术和栽培技术，以及高能源消耗，导致了温室企业有亏损或倒闭。在90年
11、代初，我们的大型温室发展不景气。“九五”初期，建立了以以色列为代表的中以示范农场温室，开始了第二次学习和引进国外先进的现代化温室环境控制技术。在90年代中期，对温室栽培品种，温室设备配置上，栽培技术等进行了研究，并且自主研制乐一些温室环境控制系统。1995年，北京农业大学的“WJG1型实验温室环境监控计算机管理系统”的研制成功，这是属于一个小型分布式数据采集系统的控制系统，在1996年，江苏理工大学铆焊平等成功开发使用了工控机进行管理的植物工厂系统。该系统可控制对温度，光照，二氧化碳浓度，养分和肥料等，是目前全面控制温室控制技术的国产化比较典型的研究成果。中国农业机械化科学研究所已开发了新的智
12、能温室系统。该系统由网格本体和通风冷却系统，太阳能储能系统，燃料热空气加热系统，灌溉系统，计算机环境参数测量和控制系统等组成。自1997年以来，中国在温室环境自动控制技术已经取得了一些成果。在90年代末，河北职业技术师范学院的闰忠文，研制可对大棚蔬菜实时温度和湿度的测量和控制的温室。但由于中国的农业现代化水平低，农业劳动力大量盈余，温室的一次性投资的资金短缺和经营人员的质量要求比较高，限制温室环境系统控制技术的发展2。132温室环境控制技术的发展趋势（1）智能化随着计算机技术，自动控制技术和传感技术的不断发展，温室环境控制系统将简单的数据采集为主的处理，逐步转向知识和应用为主的处理。因此，软件
13、系统的开发将进一步加强智能化管理的开发。专家系统主要的研究已经取得了不少成绩，应用前景十分广阔。因此，神经网络、遗传算法，人工智能技术和模糊推理在温室栽培中的得到了不同程度的开发和应用。（2）网络化目前，网络技术己成为世界上最具活力、发展最快的高科技领域。网络通信技术的发展加快了信息传播。因此，设施农业产业化程度将会提高。我国幅员辽阔，气候复杂，劳动者整体素质偏低，利用网络进行在线和离线服务，可以对不同区域进行监测、比较，不仅给管理带来很大的方便，而单片机气候参数监测系统设计3且可以提高劳动生产率。（3）分布式分布式系统通常分为两层。上层系统管理，主要用于测量和控制任务。其他各种功能由下层完成
14、。许多各自独立的功能单元，每个单位的工作只完成了一部分。面向对象的分布式系统，每个对象，每个单位，每个根线，每个传感器，可以作为一个对象。（4）综合环境调控所谓环境综合整治，是为了以达到增加作物产量为目标，将影响作物的生长参数，如温度，光照，二氧化碳浓度，湿度等保持在合适的数值上，并尝试减少环境调节设备的使用，既节省时间和节约能源，还能让劳动者更效率地从事生产劳动。（5）变动的坏境控制系统当前，主要使用计算机坏境控制程序设定精确值，从而对温室中的各种环境状态进行调控，但研究发现，温室内的作物产量并不能达到最佳。比如，作物的生长和发育不是决于同一时刻同个温度，而是取决于一个时间段中的相对平均温度
15、。这使得控制系统将会向自由式系统发展，比方说综合温度控制系统的研究，在这个系统中不是设定一个固定的温度值，温室中的温度可以在最高温度和最低温度的范围内进行变换，为了在一个比较长的时间内达到所设想的平均温度。这样计算机系统就可以根据室外的环境，在使用温室中最低能耗、最有用的现有设备进而自由调节。可变换的环境控制系统目前主要用在相对湿度、CO2浓度温度、光照等方面，温室作物产量已表现出比较理想的成果。（6）蓝牙技术蓝牙技术是这几年新发展起来的短距离、低成本的无线网络传输技术。使用这相技术可以将温室环境自动检测和控制系统中的各个电子检测部分与执行部分无线相连接起来，以达到对温室环境中的各项参数便捷的
16、自动检测，对温室环境各项参数灵活的自动控制。便携式环境参数采集器内部装有湿度、光照、温度等各种传感器，并镶嵌了蓝牙芯片，因此，这种参数采集器具有无线通信功能，将方便地在温室里的不同地方放置。控制器里同样镶嵌了蓝牙芯片，它不仅与环境参数采集器进行无线连接，而且还通过RS485通信总线与温室里控制部分进行传输5。14主要设计内容设计一个能够提供环境的温度、湿度并具有对温度、湿度超限报警功能的装置，利用单片机及外围电路构成一个监测系统。该控制系统具有如下的基本功能1能对环境的温度、湿度进行实时检测；2检测得到的温、湿度数据可以实时显示，温度测量的误差1，湿度测量的误差5RH；毕业设计43用户可以自行
17、设定监测中的温、湿度上、下限，超限报警；单片机气候参数监测系统设计52硬件系统设计21概述本设计硬件部分主要由以下几个部分组成温度传感器、湿度传感器、AT80C51单片机、A/D转换器、显示电路及报警电路。系统结构图如图21所示图21系统结构图22主要元器件221AT80C51单片机根据题目要求，控制器主要用于对温度测量信号的接受和处理、控制温度采集的开关和报警电路的启用、控制显示电路对温度值实时显示以及控制键盘实现对温度值的设定等。对控制器采用ATMEL公司的AT80C51作为系统控制器。单片机算术运算功能强，软件编程灵活、自由度大，可用软件编程实现各种算法和逻辑控制，并且其功耗低、体积小、
18、价格便宜、耗电低、技术成熟和成本低等优点。许多功能部件集成在芯片内部，其信号通道受外接影响小，可靠性高，控制能力强，运行速度快等特点7。AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能的CMOS8位单片机片内4KBYTES的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和128BYTES的随机存储器温度传感器湿度传感器A/D转换器AT80C51单片机显示电路报警电路毕业设计6（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失存储技术生产，兼容标准MCS51指令系统，片内置通用8位中央处理器（CPU）和FLASH存储单元，功能强大。AT89C51单片机可灵活的应用于各种控制领域。一、AT80C5
19、1单片机的结构1中央处理器CPU是单片机内部的核心部件，是一个8位二进制数的中央处理单元，主要由运算器、控制器和寄存器组成。运算器运算器用来完成算术和逻辑运算功能，包括算术逻辑单元（ALU）、累加器（ACC）、暂存寄存器（TMP1、TMP2）、程序状态寄存器（PSW）等。控制器控制器是单片机内部按照一定的时序协调工作的控制核心，是分析和执行指令的。2存储器AT89C51单片机内部有128个字节的RAM数据存储器和4KB的闪存程序存储器（FLASH）。程序存储器是可读不可写的，用于存放编好的程序和表格常数。数据存储器是既可读也可写的，用于存放运算的中间结果，运行数据暂存及数据缓。3I/O端口P2
20、口、P3口，它们都是8位准双向口，每次可以并行输入或输出8位二进制信息。并行I/O端口AT89C51有四个8位并行I/O端口，分别命名为P0口、P1口。串行I/O端口AT89C51有一个全双工的可编程串行I/O端口，它利用了P3口的第二功能。4定时器/计数器AT89C51内部有两个16位可编程定时器/计数器，简称为定时器（TO）和计数器（T1），T0和T1分别由两个8位的寄存器构成，其中T0由TH0和TL0构成，T1由TH1和TL1构成。T0和T1在定时器控制器TCON和定时器方式选择寄存器TMOD的控制下，可工作在定时器模式或计数器模式下，每种模式下又有不同的工作方式。5中断系统单片机中的中
21、断是指CPU暂停正在执行的原程序而为中断服务程序（执行中断服务程序），在执行完中断服务程序后再回到原程序继续执行。总线是用于传送信息的公共途径。总线可以分为数据总线、地址总线、控单片机气候参数监测系统设计7制总线。AT89C51的中断源有5个。它们分别是两个外部中断源，三个内部中断源。6内部总线总线是用于传送信息的公共途径。总线可以分为数据总线、地址总线、控制总线。总线结构可以减少信息传输线的根数，提高系统可靠性，赠强系统灵活性。单片机的CPU、存储器、I/O接口等单元都是通过总线连接在一起的。二、主要性能AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFLASHPROG
22、RAMMABLEANDERASABLEREADONLYMEMORY）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机8。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS51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。三、AT80C51各引脚说明图22AT80C51引脚图图22为AT80C51的引脚图，对其在本次设计中的主要使用的引脚说明如下VCC供电电压。GND接地。毕业设计8P0口P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，被定义为高阻输入。P1口
23、P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，可接收输出4TTL门电流。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。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。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口。RST复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的地位字节。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。/PSEN外部程序存储器的选通信号。/EA/VPP当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器。XTAL2来自反向振荡器的输出。XTAL1反向振荡放大器的输入
24、及内部时钟工作电路的输入。222温度传感器目前主要采用采用集成温度传感器DS18B20。DS18B20是美国DALLAS半导体公司继DS1820之后推出的一种改进型智能温度传感器，测温范围为55125，最高分辨率可达00625，在1085范围内，精度为05。DS18B20支持3V55V的电压范围，使系统设计更灵活、方便，而且更便宜，体积更小。DS18B20的现场温度直接以“单总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性并适合于恶劣环境的现场温度测量。DS18B20可以直接读出被测温度值，而且采用单总线式与主机相连，减少了外部的硬件电路，具有低成本和易使用的特点9。为了满足系统的设计要求，DS
25、18B20集成温度传感器更加适合本设计的要求。此温度传感器与其他传感器相比，具有线性好、精度高、体积小、校准方便、价格低、外围电路简单等特点，非常适合本系统温度采集的测量工作。DS1820温度数据格式在DS1820中，转换温度值是以9位二进制形式表示的，而输出温度则是以16位符号扩展的二进制补码读数形式提供。采用的办法是将低八位用补码表示，第九位以符号扩展形式扩展至其它七位。在实际应用中，测量温度往往在0C以上，此时可只取16位二进制温度输出的低8位，即1个字节，这样将使计算和编程工作更为便利。DS18B20采用3脚PR35封装或8脚SOIC封装，其内部结构框图如图23所示。单片机气候参数监测
26、系统设计9图23DS18B20内部结构图DS18B20的测温原理内部计数器对一个受温度影响的振荡器的脉冲计数，低温时振荡器的脉冲可以通过门电路，而当到达某一设置高温时，振荡器的脉冲无法通过门电路。计数器设置为55时的值，如果计数器到达0之前门电路未关闭，则温度寄存器的值将增加，这表示当前温度高于55。同时，计数器复位在当前温度值上，电路对振荡器的温度系数进行补偿，计数器重新开始计数直到回零。如果门电路仍然未关闭，则重复以上过程。温度转换所需时间不超过750MS，得到的温度值的位数因分辨率不同而不同DS18B20同AT89C52单片机的接口电路。这种接口方式只需占用单片机一根口线，与智能仪器或智
27、能测控系统中的其它单片机或DSP的接口也可采用类似的方式10。另外,由于DS18B20单线通信功能是分时完成的,它有严格的时隙概念,因此读写时序很重要,系统对DS18B20的各种操作必须按协议进行操作协议为初始化DS18B20发ROM功能命令发存储器操作命令处理数据223湿度转换器选择集成湿度传感器应考虑以下几点感湿性能好、灵敏度高、响应速度快、测量范围宽，要有较好的一致性、可重复性，线性度要好、湿滞小较高的稳定性和可靠性，有较强的抗污染能力、使用寿命长11。采用HM1500湿度传感器。线性电压输出湿度传感器HM1500是用HS1101做成的电压输出湿度模块，高可靠性与长期稳定性，在5VDC供
28、电时，0100RH对应输出14VDC线性电压，温度依赖性非常低主要特点采用专利电容64位ROM和单线端口电源探测存储器和控制逻辑暂存器8位CRC产生器温度传感器上限触发TH下限触发TLDQVCC内部VDD毕业设计10HS1101LF设计制造，带防护棒式封装,5VDC恒压供电，14VDC放大线形电压输出，便于客户使用。宽量程0100RH，工作温度范围3060,精度3RH（1095RH范围）,抗静电，防灰尘，有效抵抗各种腐蚀性。典型应用温湿度仪表,动力环境监控,粮情监控,孵化机。HM1500湿度传感器具有体积小，外围电路简单，精度高，抗干扰强等优点，与其他湿度传感器相比更加适合本设计的要求。图25
29、是HM1500中相对湿度HR与其输出电压UO的函数关系式UO11711002377HR图25MH1500输出电压和相对湿度的关系曲线224A/D转换器ADC0808是采样分辨率为8位的、以逐次逼近原理进行模/数转换的器件。其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。ADC0808是ADC0809的简化版本，功能基本相同。一般在硬件仿真时采用ADC0808进行A/D转换，实际使用时采用ADC0809进行A/D转换12。ADC0808是CMOS单片型逐次逼近式AD转换器，它有8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型A/D转
30、换器。ADC0808芯片有28条引脚，采用双列直插式封装。如图26。204060801000234输出电压相对湿度（）1单片机气候参数监测系统设计11图26ADC0808引脚图一、各引脚功能如下15和2628（IN0IN7）8路模拟量输入端。8、14、15和17218位数字量输出端。22（ALE）地址锁存允许信号，输入，高电平有效。6（START）AD转换启动脉冲输入端，输入一个正脉冲（至少100NS宽）使其启动（脉冲上升沿使0809复位，下降沿启动A/D转换）。7（EOC）AD转换结束信号，输出，当AD转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）。9（OE）数据输出允许信号，输入，
31、高电平有效。当AD转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。10（CLK）时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于640KHZ。12（VREF（）和16（VREF（）参考电压输入端11（VCC）主电源输入端。13（GND）地。2325（ADDA、ADDB、ADDC）3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路。二、极限参数电源电压（VCC）65V。控制端输入电压03V15V。其它输入和输出端电压03VVCC03V。功耗（T25）875MW。毕业设计12抗静电强度400V。输出端注意OUT8为最低位OUT1为最高位，OUT8OUT1分别接单片机的P00到P07端。23时钟电路和复
32、位电路231时钟电路AT80C51单片机内部设有一个反向放大器所构成的振荡器，XTAL1和XTAL2分别为振荡电路的输入端和输出端，时钟可以由内部或外部产生。内部时钟电路是在XTAL1和XTAL2引脚上外接定时元件，内部振荡电路就产生自激振荡。定时元件通常采用石英晶体和电容组成的并联谐振回路。晶振频率可以在12MHZ到12MHZ之间选择。电容值取5PF30PF，电容的大小可起频率微调的作用。外部时钟电路需要XTAL1接地，XTAL2接外部振荡器，对外部振荡器信号无特殊要求，只需保证脉冲宽度，一般频率为低于12MHZ的方波信号。设计中选用的是内部时钟电路，晶振频率为12MHZ，电容为30PF。2
33、32复位电路通过某种方式，使单片机内各寄存器的值变为初始状态的操作称为复位。在时钟电路工作后，在RESETRST端持续给出两个机器周期24个振荡周期的高电平就可以完成复位操作。复位方式有上电复位和开关复位两种，设计选用的是上电复位电路13。如图27所示。单片机气候参数监测系统设计13图27时钟和复位电路连接图24温湿度测量电路设计中测温选用智能温度传感器DS18B20作为检测元件。DS18B20可以采用两种方式供电，一种是采用电源供电方式，另一种是寄生电源供电方式。设计中选择外部电源供电方式为其供电。DS18B20的DQ端与AT80C51单片机的P37口相连接，与单片机进行数据的传输。而湿度测
34、量选用湿度传达室感器HM1500作为检测元件。由于HM1500输出量为电压，而不是直接的湿度值，因此需要通过A/D转换把输出的模拟电压量转换为数字量，并通过一定的软件设计把电压量再换算成湿度值显示出来。本设计中A/D转换器选用ADC080814。连接电路如图28所示。毕业设计14图28湿度与温度测量电路连接图单片机气候参数监测系统设计1525显示电路显示器常用作单片机最简单的输出设备，用以显示单片机的运行结果和运行状态等。常用的显示器主要有LED和LCD，它们都具有耗电少、成本低、线路简单、寿命长等优点，广泛应用于单片机显示数字量的场合。设计中采用LED显示器15。对LED管的显示可分为静态和
35、动态两种。本文采用动态显示，其优点为1能降低显示器的功耗。2能大大减少显示器的外部接线，给安装调试带来方便。为了显示相应的字符，必须将该字符转换成相应的段选码。这种转换也称为译码。译码可以采用硬件的方法，也可以采用软件的方法。设计中采用软件的方法进行译码。在总体电路中，显示电路是设计的主要部分，通过单片机的P1口，控制四位七段数码管的段码，而数码管的位码由P30、P31、P32、P33四个端口来分别控制显示数字的小数位、个位、十位和百位/符号位。在位码控制端通过单片机P3口输出的高低电平来选通数码管的显示位。显示部分电路连接如图29所示。毕业设计16图29显示电路连接图单片机气候参数监测系统设
36、计1726报警电路设计中报警电路的温度是根据体温测量设置的，设有上限，即当温度高于38摄氏度时，就会报警。而相对湿度一般不低于30RH，而不能高于80RH，设计中只设置下限即当相对湿度低于30RH时报警。温湿度的报警限值是在软件中设置的。温控报警电路的连接如图210所示。图210报警电路的连接电路毕业设计1827硬件系统原理图综上所述，电路是由时钟电路，复位电路，温湿度测量电路，显示电路和报警电路共同组合而成。电路如图211所示。图211总体电路图单片机气候参数监测系统设计193软件系统设计31概述系统的主要分为是数据处理模块，显示模块，报警模块。微处理器将采集的数据转换成对应的温、湿度值，然
37、后送往数码管显示，同时对处理后的数据判断是否超过限定的温、湿度值，若超过，则选择报警。如图31所示图31系统流程图32数据处理模块321温度处理程序一、温度主程序开始初始化数据处理报警显示是否超过限定值结束YESNO毕业设计20温度主程序的功能是负责温度的显示，同时读出并处理DS18B20所测量的温度值（温度测量1S进行一次）,其程序流程图见图32。图32DS18B20温度主程序流程图WENDUACALLRE_CONFIGACALLCLIMBERACALLCONVTEMPACALLBAOJINGWEN二、温度读出子程序温度读出子程序的主要功能是读出RAM中的9个字节,在读出时进行CRC校验,校
38、验有错误时不进行温度数据的改写。其程序流程图如图33所示。读出温度值温度计算处理显示数据刷新温度转换开始1S到初次上电初始化YESYESNONO显示程序单片机气候参数监测系统设计21图33温度读出流程图CLIMBERSETBRS1SETBDQCALLINITJBFLAG,TSS2RET三、温度转换子程序温度转换命令子程序主要是温度转换开始命令,当采用12分辨率时转换时间为750MS,在本程序设计中采用1S延时法等待转换的完成。温度转换流程图如图33所示跳过ROMDS18B20复位9字节完结束读温度读操作，CRC校验CRC校验正确移入温度暂存器YESYESNONO毕业设计22图34温度转换流程图
39、TSS2MOVA,0CCHCALLWRITEMOVA,44HCALLWRITEMOVR7,50CALLDELAYCALLINITMOVA,0CCHCALLWRITEMOVA,0BEHCALLWRITECALLREADRET四、温度计算子程序温度计算子程序将RAM中读取的值进行BCD码的转换运算,并进行温度值正负的判断,其程序流程图如图35所示。DS18B20复位跳过ROM温度转换开始结束单片机气候参数监测系统设计23图35温度计算流程图CONVTEMPMOVA,TEMHANLA,80HJZTEMPC1CLRCMOVA,TEMLCPLAADDA,01HMOVTEML,AMOVA,TEMHCPLA
40、ADDCA,00HMOVTEMH,AMOVTEMPHC,0BHSJMPTEMPC11温度值取补码置“”标志温度零下开始计算小数位温度BCD码计算整数位温度BCD码结束置“”标志NOYES毕业设计24322湿度处理程序将采集到的数据经过A/D转换后送入单片机，计算出湿度值，然后显示。流程图如图36所示。目前,湿敏电容传感器的温度补偿可以采用软件补偿方式,即通过在各温度条件下的特性曲线测试及多元非线性拟合,求出温度校准方程。HM1500的温度补偿公式为UUO1033910056TA385图36湿度程序流程图ACALLQIU_SHIDUACALLCONVTEMPACALLBAOJINGSHI33显示
41、模块数据的存储经过LED操作时序要求，利用软件模拟出操作时序，进行数据的输出、显示。数据输出、显示时，先把目的显示位送入存储器，接下来在目的输出线目的数据，进行显示。开始计算相对数值将求出的湿度值转换成BCD码显示程序结束单片机气候参数监测系统设计2534报警模块本设计中的报警模块是由单片机P24口控制的，即当温湿度超出报警温湿度限时P24口输出的高电平驱动扬声器发声来进行报警。而当温湿度没有超出报警温湿度限时，P24口输出低电平，扬声器不工作。毕业设计26结论论文主要介绍了系统的各部分硬件电路并对主要芯片功能、特点及使用作了必要的说明。采用DS18B20数字式温度传感器构成温度检测电路，及用
42、HM1500集成湿度传感器构成湿度检测电路，并且利用AT80C51微处理器作为系统的数据处理与控制核心。在硬件设计中较多地采用了串行技术，以求减少电路板的空间和成本、简化器件之间的连接，提高可靠性、简化系统结构，增加系统扩展的灵活性。本设计在前人研究的基础上，经过一定的改善，基本上实现了对温度和湿度的实时检测和超出温湿度范围时产生报警的基本功能。设计中除了现有的功能得以实现之外还可以进行完善和扩展，可以做以下改进一、设计电路中单片机AT80C51只连接了一个温度传感器和一个湿度传感器，可以在此基础上可以连接多个DS18B20和HM1500，实现多点检测的功能。二、设计中对湿度值的测量不太精确，
43、一方面是由于软件中对湿度值的计算没有做进一步的校正，另一方面是由于湿度值显示时只精确到整数位。三、设计中只用四位数码管显示温度和湿度，可以在此基础上扩展日期和时间功能及报时功能或设置键盘功能，来控制各个模块的调整。单片机气候参数监测系统设计27参考文献1李毅，余少辉，周步洲基于DS18B20的测温系统设计J电子技术，2009，111132周光海，郑日荣，张长春基于LINUX的温度传感器DS18B20驱动程序设计J单片机与嵌入式系统应用，2010，124263刘洋，金太东基于CAN总线的智能型温湿度采集系统设计J现代电子技术，2010，11261284岳鹏霞无线温湿度数据采集系统的设计J现代电子
44、技术，2010，11661685彭为，黄科，雷道仲单片机典型系统设计M电子工业出版社，20066王小飞,袁涛,张铁冰铂电阻测温仪的设计与实现J电子技术应用,2005,126287王红萍铂电阻温度传感器测温研究J抚顺石油学院学报,2003,116188陈谋义环境温度变化对低温试验箱性能的影响J环境技术,1998,110159张媛媛,何怡刚,徐雪松基于C8051F020的温湿度控制箱设计J国外电子元器件,2004,1303810于洋高低温试验箱微机自动控制系统的设计J工业仪表与自动化装置,2003,1263811陈儿同,王芳,贺运红,叶继涛,华泽钊多功能低温试验台的研制与实验方法J上海理工大学学报
45、,2002,1415212李家柱,李牧铮,张军,孙志华人工气候复合加速腐蚀试验机的研究J环境技术,2002,1759813TYLIUACONTEXTAWAREUBIQUITOUSLEARNINGENVIRONMENTFORLANGUAGELISTENINGANDSPEAKINGJJOURNALOFCOMPUTERASSISTEDLEARNING,2009,2551552714GDCHEN,CKCHANG,湿度的低8位TEMHEQU28H湿度的高8位TEMPHCEQU26HTEMPLCEQU27HDIANYA_BEQU30HSHIDU_DEQU31HEOCBITP20STABITP21OEBIT
46、P23FLAGBIT21H是否检测到DS18B20标志位DQEQUP37主程序ORG0MAINMOVSP,60HACALLDELAY2ACALLRE_CONFIG重新写DS18B20暂存存储器设定MOVA,0FFHMOVP1,ASETBP30SETBP31SETBP32SETBP33CLRAMOVTEML,AMOVTEMH,AMOVTEMPHC,AMOVTEMPLC,AMOVDIANYA_B,AMOVSHIDU_D,ACLRP27CLRP26CLRP25单片机气候参数监测系统设计29STARTJBP35,WENDUACALLDUZHUAN_HUANACALLQIU_SHIDUACALLCONV
47、TEMP湿度二进制保存在SHIDU_DACALLBAOJINGSHILJMPZHUANWENDUACALLRE_CONFIG重新写DS18B20暂存存储器设定值ACALLCLIMBER读出转换后的温度值ACALLCONVTEMP把湿度值转换成BCD码存储在TEMPHC与TEMPLCACALLBAOJINGWENZHUANLCALLDISPBCDACALLDISPLAYLJMPSTARTDUZHUAN_HUANCLRSTANOPSETBSTANOPCLRSTANOPJNBEOC,等待转换结束MOVA,P0MOVDIANYA_B,ARET数据转换子程序QIU_SHIDUMOVA,DIANYA_BM
48、OVB,014H乘以20MVMULABA中为16为积的低8位B为高8位MOVR3,BMOVR2,AR3R2J果十进制电压值减去1079MVMOVR6,04HR6R71079MOVR7,37H毕业设计30MOVA,R2CLRCSUBBA,R7MOVR5,A相减后低位送R5MOVA,R3SUBBA,R6MOVR4,AR4（R4R5）相减后的结果减1079MV后的电压值除26得到RH值保存在SHIDU_DMOVA,R4MOVR1,AMOVA,R5MOVR0,AMOVR4,01AHSHF_1DIVMOVR7,08HMOVA,R4JZLOOP1MOVA,R1RLCAMOV60H,CMOVA,R4RLCA
49、MOV61H,CANLC,60HJCLOOP2MOVC,60HORLC,61HSJMPLOOP3LOOP2CPLCLOOP3MOV62H,CMOVA,R4JBACC7,LOOP4LOOP9MOVA,R1JBACC7,LOOP5LOOP7ACALLCH_21DIVJB62H,LOOP6单片机气候参数监测系统设计31LOOP8CLRARETLOOP4MOVA,R4CPLAADDA,01HMOVR4,ASJMPLOOP9LOOP5MOVA,R0CPLAADDA,01HMOVR0,AMOVA,R1CPLAADDCA,00HMOVR1,ALJMPLOOP7LOOP6MOVA,R0CPLAADDA,01HMOVR0,ASJMPLOOP8LOOP1MOVA,0FFHRETCH_21DIVMOVA,R0ADDA,R0MOVR0,AMOVA,R1ADDCA,R1MOVR1,ASUBBA,R4JCLOOP1_SQMOVR1,AINCR0LOOP1_SQDJNZR7,CH_21DIV毕业设计32MOVSHIDU_D,R0MOVA,SHIDU_DANLA,0F0HSWAPAMOVTEMH,AMOVA,SHIDU_DANLA,0FHSWAPAMOVTEML,ARETDS18B20初始化子程序INITSETBDQNOPCLRD
