基于单片机控制的温湿度报警器毕业设计.doc

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1、 基于单片机的控制的温湿度报警器毕业设计目录第一章绪论11.1选题背景11.2设计过程与工艺要求11.2.1基本功能11.2.2主要技术参数11.3设计主要容1第2章温湿度测量系统方案设计32.1系统总体设计32.2 系统总体框架32.3系统硬件设计42.3.1 单片机的选择42.3.2 显示模块92.3.3 温湿度采集模块112.3.4 键盘模块132.3.5 报警模块152.3.6 串口通信模块162.3.7 小结20第三章系统软件设计223.1 主程序设计223.2 温湿度采集子程序设计243.3 液晶显示子程序设计243.4 键盘扫描软件设计263.4.1 键盘扫描功能263.4.2

2、键盘扫描工作原理263.4.3 键盘扫描流程图283.5 串行通信模块293.6 小结30第四章完毕语31参考文献32致谢33论文附件34一、英文原文34二、英文翻译42三、仓库温湿度检测系统原理图49四、元件列表50五、温湿度检测子程序51六、液晶显示子程序54七、键盘扫描子程序58八、仓库温湿度检测系统总程序6073 / 75第一章 绪论1.1选题背景防潮、防霉、防腐、防爆是仓库日常工作的重要容，是衡量仓库管理质量的重要指标。它直接影响到储备物资的使用寿命和工作可靠性。为保证日常工作的顺利进行，首要问题是加强仓库温度与湿度的监测工作。本设计就是设计一个基于单片机的控制的仓库温湿度报警器。1

3、.2设计过程与工艺要求1.2.1基本功能检测温度、湿度显示温度、湿度过限报警1.2.2主要技术参数1. 温度检测围 ： -30-+502. 测量精度 ： 1%RH3. 湿度检测围 ：10%-100%RH4. 检测精度 ： 1%RH5. 显示方式 ： 温度：四位显示 湿度：四位显示6. 报警方式 ： 三极管驱动的蜂鸣音报警1.3设计主要容本系统采用美国Atmel 公司生产的AT89S52单片机作为控制核心，对温湿度传感器DHT11采集到的温、湿度信号进行分析处理，然后输出到LCD液晶以显示其温、湿度值。本设计可以手动设置温度湿度的上、下限值，只要有一样与设定的值不符合时，即温度湿度过高或过低，则

4、该系统会发出语音报警，同时继电器立即切断电源，实现系统的保护。本文所研究的主要容有以下几个方面：（1）深入分析影响仓库温湿度的各种因素，确定检测方案；（2）系统能够测量温度、湿度；（3）超出设定值时系统能够自动报警；（4）能够通过键盘设定温湿度值与复位操作；（5）系统能够将结果显示在 LCD 显示器上；（7）绘制总体原理图；第2章 温湿度测量系统方案设计2.1系统总体设计温湿度测量系统设计主要是基于单片机对数字信号的高敏感性和可控性、温湿度传感器可以产生模拟信号等，本系统主要包括主控模块、温湿度采集模块、显示模块、报警模块、键盘模块以与系统软件等部分的设计。将单片机用作测控系统时，系统总要有被

5、测信号懂得输入通道，由计算机拾取必要的输入信息。对于测量系统而言，如何准确获得被测信号是其核心任务；而对测控系统来讲，对被控对象状态的测试和对控制条件的监察也是不可缺少的环节。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正确状态，从而保证生产的高效率和高质量。2.2 系统总体框架本系统采用本系统采用美国Atmel 公司生产的AT89S52单片机作为控制核心，对温湿度传感器采集到的温湿度

6、数字信号进行分析处理，然后输出到LCD液晶显示器显示其温、湿度值。本设计可以通过键盘手动设置温度湿度的上、下限值，该设定值为系统阈值。温湿度传感器将检测到的值传输给单片机，通过单片机的分析比较，当检测到的数值超出所设定阈值时，则驱动蜂鸣器报警，以便管理人员与时切断电源，实现系统的保护。系统硬件结构框图见图2-1。图2-1 仓库温湿度检测系统硬件结构框图矩阵键盘温湿度传感器LCD显示蜂鸣器报警单片机AT89S52TTL232转换电路MAX232串口上位机2.3系统硬件设计本设计的硬件系统主要由主控模块、显示模块、温湿度采集模块、串口通信模块、键盘模块和报警模块组成。硬件电路设计见仓库温湿度检测系

7、统整体原理图（附录图三）2.3.1 单片机的选择单片机是整个系统的控制核心14，它空值周围器件协调工作，从而完成特定的功能。方案一：采用AT89C51单片机。AT89C51是美国ATMEL公司生产的，片含4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS8位微处理器。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。AT89C51不支持ISP（在线更新程序）功能，且4个时钟周期完成一个指令

8、周期，处理速度较慢，适用于要求时时性不高的系统中。方案二：采用AT89S52。AT89S52 是美国Atmel 公司生产的一种低功耗、高性能的CMOS8 位微控制器,具有8K在系统可编程Flash存储器,采用的工艺是Atmel公司的高密度非易失存储器技术；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 和在系统可编程Flash ,使得AT89S52 为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案，具有价格低廉、性能可靠、抗干扰能力强等特点。综合本系统需要满足的技术指标以与硬件设计的性价比我们选择方案二。1、单片机AT89S52介绍AT89S

9、52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ATMEL公司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和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。由于此单片机应用在仓库温湿度检测上，所以本设计选用了低功耗、高性能、低价格。小管脚(40脚)的AT89S52单片机。如图3.2所示：图3.2 AT89S52芯片引脚图AT89S52具有以下标准功能：8k字节Flash，256字节RAM

10、，32 位I/O口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片晶振与时钟电路。另外，AT89S52可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。AT89S52最小系统原理图：图3-1AT89S52最小系统原理图引脚功能介绍：1.Vcc：电源电压。2.GND：地。3. P0 口：P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。

11、对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下,P0具有部上拉电阻。在flash编程时，P0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校验时，需要外部上拉电阻。4. P1 口：P1 口是一个具有部上拉电阻的8 位双向I/O 口，p1 输出缓冲器能驱动4 个 TTL 逻辑电平。对P1 端口写“1”时，部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于部电阻的原因，将输出电流（IIL）。 此外，P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和时器/计数器2

12、 的触发输入（P1.1/T2EX），具体如表3.1所示：在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。表3.1 P1口的第二功能引脚号第二功能P1.0T2（定时器/计数器T2的外部计数输入），时钟输出P1.1T2EX（定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制）P1.5MOSI（在系统编程用）P1.6MISO（在系统编程用）P1.7SCK（在系统编程用）5.P2 口：P2 口是一个具有部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P2 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P2 端口写“1”时，部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于部电阻的原因，

13、将输出电流（IIL）。在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器（例如执行MOVX DPTR）时，P2 口送出高八位地址。在这种应用中，P2 口使用很强的部上拉发送1。在使用 8位地址（如MOVX RI）访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的容。在flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。6. P3 口：P3 口是一个具有部上拉电阻的8 位双向I/O 口，p3 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P3 端口写“1”时，部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于部电阻的原因，将输出电流（IIL）。P3口亦作为A

14、T89S52特殊功能（第二功能）使用，如表3.2所示。 在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。表3.2 P3口的第二功能端口引脚第二功能P3.0RXD(串行输入口)P3.1TXD(串行输出口)P3.2INTO(外中断0)P3.3INT1(外中断1)P3.4TO(定时/计数器0)P3.5T1(定时/计数器1)P3.6WR(外部数据存储器写选通)P3.7RD(外部数据存储器读选通)此外，P3口还接收一些用于FLASH闪存编程和程序校验的控制信号。RST复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将是单片机复位。ALE/PROG当访问外部程存储器或数据存储器时，ALE

15、（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。一般情况下，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。对FLASH存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH单元的D0位置位，可禁止ALE操作。该位置位后，只有一条MOVX和MOVC指令才能将ALE激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE禁止位无效。PSEN程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89C52由外部程序存储器取指令（

16、或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲，在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN信号。EA/VPP外部访问允许，欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H-FFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被编程，复位时部会锁存EA端状态。如EA端为高电平（接Vcc端），CPU则执行部程序存储器的指令。FLASH存储器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电源Vpp，当然这必须是该器件是使用12V编程电压Vpp。2.3.2 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

17、制的智能仪器、仪表和低功耗电子产品中。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。本设计采用1602液晶屏，液晶显示的原理是利用液晶的物理特性，通过电压对其显示区域进行控制，通电后就可以显示出图形、文字。1、显示器的选择方案一：采用LED数码管。系统采用动态显示方式驱动6 个数码管工作,其中4 个数码管用来显示温度值,2 个用来显示检测到的湿度值。用74LS138 的输入端来选择位码,单片机的P1口控制数码管的断码。如果检测到的温度与湿度发生变化时,数码管即会发生相应的变化,起到实时显示功能。LED数码管亮度高、工作电压低、功耗小、小型化、寿命

18、长、耐冲击和性能稳定，从而得到了广泛的应用。方案二：采用1602液晶屏。液晶显示的原理是利用液晶的物理特性，通过电压对其显示区域进行控制，有电就有显示，这样即可以显示出图形。液晶显示器具有厚度薄、适用于大规模集成电路直接驱动、易于实现全彩色显示的特点，目前已经被广泛应用在便携式电脑、数字摄像机、PDA移动通信工具等众多领域。相对而言，液晶显示器显示质量高、体积小、功耗低等特点，而且其电路设计简单，操作更加方便。因此我们选择方案二。2、1602液晶简介1602字符型液晶是工业字符型液晶，能够同时显示16 2即32个字符（16列2行）。注：为了表示的方便，后文皆以1表示高电平，0表示低电平。3、1

19、602液晶显示特性(1)单5V电源电压，功耗低、寿命长、可靠性高；(2)置192种字符（160个57点阵字符和32个510字符）；(3)具有64个字节的自定义字符RAM，可自定义八个58点阵字符；(4)显示方式：STN、半透、正显；(5)驱动方式：1/16DUTY,1/5BIAS；(6)视角方向：6点；(7)背光方式：底部LED；(8)通讯方式：4位或8位并口可选；(9)标准的接口特性，适配MC51和M6800系列MPU的操作时序。4、1602液晶与AT89S52接口电路图3-2 1602LCD与单片机接口电路图2.3.3温湿度采集模块1、传感器的选择传感器是实现测量与控制的首要环节，是检测系

20、统的关键部件。方案一：采用热电阻温度传感器和HOS-201湿敏传感器。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。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。在工业中用于-50180测温。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，

21、频率为50HZ1KHZ，测量湿度围为0100%RH，工作温度围为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，不能在宽频带围检测湿度，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围使用时才具有良好的线性，从而有效地利用其线性特性，而且它还不具备在本设计系统中对温度-3050的要求。方案二：采用DHT11温湿度传感器。DHT11数字温湿度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，它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性

22、能8位单片机相连接，因此，该产品具有品质卓越、超快响应，抗干扰能力强、性价比极高等优点。综上所述，我们选择方案二来作为本系统的温湿度传感器。2、DHT11温湿度传感器简介DHT11数字温湿度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，它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。DHT11传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能8位单片机相连接。因此该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。每个DHT11传感器都在极为精确的湿度校验室中进行校准。校准系数以程序的形式储存在OTP（One TimeP

23、rogramable）存中，传感器部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数。单线制串行接口，使系统集成变得简易快捷。超小的体积、极低的功耗，信号传输距离可达20米以上，产品为 4 针单排引脚封装，连接简单方便，使其成为各类应用场合的最正确选择。3、DHT11引脚与接口图3-3 DHT11引脚与接口原理图表3-4 DHT11引脚功能引脚名称注释1VDD供电35.5V DC2DATA串行数据，单总线3NC空脚，请悬空4GND接地，电源负极2.3.4 键盘模块键盘分为独立式键盘和矩阵式键盘。在本设计中由于按键较多，因此选用矩阵式键盘。1、键盘控制电路本系统中键盘的作用是实现人机交互功能，通过键盘设

24、置温度湿度的上、下限值。键盘控制电路如以下图所示：图3-4键盘控制电路2、各功能键作用分配（1）开/关机键：主要控制硬件系统的开/关机。（2）数字设置键：S0和S1分别为温度1+和温度1-，用来设置温度的下限值； S2和S3分别为湿度1+和湿度1-，用来设置湿度的下限值； S4和S5分别为温度2+和温度2-，用来设置温度的上限值； S6和S7分别为湿度2+和湿度2-，用来设置湿度的上限值。当传感器采集到的温度、湿度值中有一样超出所设定的区间，即温度湿度过高或过低，则该系统会发出蜂鸣报警。（3）复位键：在测温湿度过程中，若需要中断正在运行的测试状态，则按下复位键，系统重新初始化。另外，在设定仓库

25、允许的温湿度上、下限值时，若一不小心输入错误，想重新输入，则亦可按复位键进行修改。（4）开报警键：SE为开报警键，当温/湿度值超过设定值而报警时，则可以按该键取消报警。（5）关报警键：SF为关报警键，用来关闭蜂鸣报警。2.3.5报警模块1、报警模块的选择方案一：采用语音芯片ISD1420。ISD1420为美国ISD公司出品的优质单片语音录放电路，它由振荡器、语音存储单元、前置放大器、自动增益控制电路、抗干扰滤波器、输出放大器组成。该芯片具备分段录音功能,其工作电压在4. 5 V5. 5 V 围,使用直接电平/ 边缘存储技术,省去了A/ D、D/ A 转换。其部集成了大容量的EEPROM ,不再

26、需要扩展存储器,便于与单片机连接。ISD1420 的地址模式必须要精确计算录音时间与地址单元的换算，才能确定每段语音的起始地址，除非使用ISD公司生产的 ISD1425 高级语音编程拷贝机 进行自动分段录音并将地址读出，否则使用起来还是很麻烦的。而操作模式虽然可以不用担心语音地址的问题，但在多段录放上的操作略显繁琐，完成一个功能要进行多个管脚的操作，使用起来不是很方便。而且ISD1420价格昂贵，货源稀缺，虽功能强大，但不是最正确选择。方案二：采用压电式蜂鸣器。蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于计算机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、定时器等电子产品中作发声器件。

27、压电式蜂鸣器主要由多谐振荡器、压电蜂鸣片、阻抗匹配器与共鸣箱、外壳等组成，有的压电式蜂鸣器外壳上还装有发光二极管。多谐振荡器由晶体管或集成电路构成，当接通电源后（1.515V直流工作电压）,多谐振荡器起振,输出1.52.5kHZ的音频信号，阻抗匹配器推动压电蜂鸣片发声。因此该产品电路设计简单，操作更加方便，而且具有很高的性价比。综上所述，本设计选择方案二作为本系统的报警模块。本系统采用蜂鸣器作为报警装置，蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于计算机、打印机、复印机、电子玩具、报警器等电子产品中作发生器件。在单片机应用的设计上，很多方案都会用到蜂鸣器，大部分都是使用蜂鸣

28、器来做提示或报警，比如按键按下、开始工作、工作完毕或是故障等等。2、报警电路接口图3-5 三极管驱动的蜂鸣音报警电路3、蜂鸣器工作原理本设计采用峰鸣音报警电路，其工作过程就是把传感器采集的数据通过单片机处理后，与该参数上下限给定值进行比较，如果高于上限值（或低于下限值）则进行报警，否则就作为采样的正常值进行显示。在本系统中峰鸣音报警接口电路的设计采用压电式蜂鸣器，通过AT89S52的1根口线经驱动器驱动蜂鸣音发声。压电式蜂鸣器约需10mA的驱动电流，可以用一个晶体三极管驱动，如上图3-5所示。在图中，P2.7接晶体管基极输入端。当P2.7输出高电平“1”时，晶体管导通，压电蜂鸣器两端获得约+5

29、V电压而鸣叫；当P2.7输出低电平“0”时，三极管截止，蜂鸣器停止发声。2.3.6串口通信模块为了对采集到的数据进一步处理，需要将单片机采集的温度和湿度数据传输到上位机，利用单片机的 RXD、TXD 接口连接到 RS232 串行口接收或发送数据和指令，但是单片机的 TTL 电平和 RS232 不兼容，因此使用了 MAX232 进行电平转换，AT89S52具有串行通讯接口(SCI),SCI 是为能与 CRT 终端与计算机等外设通讯的全双工异步系统，本系统采用 RS-232C 接口方式，传送波特率为9600比特。接口芯片采用 MAX232，这种芯片可以实现TTL电平和RS-232C接口电平之间的转

30、换，也就是可以把5V电平表示“1”、0V电平表示“0”的逻辑，转换成-315V电平表示“1”、+315V电平表示“0”的逻辑，从而解决了由于PC机的串行口是 RS-232C 标准的接口，其输入输出在电平上和采用TTL 电平的 AT89S52 在接口时会产生电平不同的问题。因此，PC机和 AT89S52 单片机串行通信便可以顺利进行。1、RS-232C简介在单片机通信中, 谈到串口通信, 必然涉与RS-232C。RS-232C 总线标准是美国 EIA (电子工业联合会)与 BELL 公司一起开发并于1969年公布的通信协议，该总线是广泛使用在微机数据终端设备DTE和数据通信设备 DCE 之间的外

31、部总线接口。RS 是英文“推荐标准”的缩写,232 是标志号,C 表示修改的次数。RS232C 定义了数据终端设备(DTE) 与数据通信设备(DCE)之间的物理接口标准。接口标准包括机械特性、功能特性和电气特性等方面的容。在电气特性中,采用负逻辑电平表示,规定逻辑0 电平为+ 5 V +15 V ,逻辑1 为- 15 V - 5 V 15,常称之为RS232电平。而单片机输出的是TTL 或COMS 电平。我们知道, TTL/ COMS电平规定逻辑0电平为0 V ,逻辑1 电平为+ 5 V。显然,当PC机与单片机进行通信时,其接口就不能直接相连,必须经过电平转换,否则就会损坏设备。当微机配备了

32、RS一232 接口后，它不仅可以与多种仪器和外设连接，而且，通过它还可以在两台微机之间进行近程和远程的通信。该总线有以下优点:（1）串行通讯成本低廉，通用性强，符合RS一232标准的串行口已成为PC机的标准配置；（2）通过该总线接口，可以使微机控制各种测量仪器，组成自动测试系统；（3）扩展了微机的应用领域，使个人计算机的功能得以加强；（5）现代信息处理系统要求电子测量、通信和微机有机结合在一起，即用测量仪表采集、检测信息，用通信网络进行传输，并通过计算机进行处理和控制；（6）RS一232C的信号连接十分灵活，通过对信号线进行适当调整，即可通过MODEM进行远程传送，也可以直接连接应于近距离传输

33、；即可以连接成主从的DTE一DCE方式，也可以把两台微机连接成对等的方式。RS一232C的总线可分为四类信号线，即数据总线、控制总线、定时总线和信号地线。数据线:数据传送是串行的，可工作在全双工或半双工状态。控制总线:该总线由发送控制信号、接收控制信号和设备状态信号组成，发送控制信号有RTS和CTS；接收控制信号有DDC，信号品质检测器和振铃指器。定时总线:该信号是确定数据位的中心，不向外部提供；信号地线:RS一232C采用负逻辑工作，即逻辑“l”电平为一5V一一15V，逻辑“0”的电平为+5V一+15V。RS-232C 总线是以异步串口的方式工作，异步串行通信具有异步和串行两个特点。所谓串行

34、，是指发送方和接收方之间数据信息是在单根数据线上每次传送一个二进制位。所谓异步，是指同一数据字符的定时和顺序是严格的，而相邻两个数据字符之间的停顿时间可以长短不一。2、MAX232简介本系统采用的是 MAXIM 公司生产的 MAX232 接口芯片，该芯片就是MAXIM 公司专门为PC 机 RS2232 标准串口设计的电平转换电路。MAX232 芯片与 TTL/ COMS 电平兼容,片有2 个发送器,2 个接收器,且使用+ 5 V单电源供电,使用非常方便。MAX232 芯片能够同时满足TTL向 RS232C 和 RS232C 向 TTL 电平转换的功能。同时，MAX232 具有 士15V 的防静

35、电释放功能，能保持在 士15V 的静电释放的情况下正常工作，不损坏两端的器件，提高了系统工作的可靠性。MAX232 可分为三部分：（1）电荷泵。电荷泵的主要任务是将直流5 V 电源转换为10 V 的电源,以满足TTL/ CMOS 电平转换成RS23 电平的需要，它主要由1 - 6 脚和外接的4 个电容( C1 - C4 ) 组成。（2）将TTL/ CMOS 电平转换成 RS232 电平。主要由11 ( T1IN ) 脚、10 脚( T2IN ) 、14 脚( T1OUT ) 和7 ( T2OUT ) 脚构成。在实际应用中,常将11 脚(或10 脚) 与 AT89S52单片机的串行发送端 TXD

36、 相连接,而将14 脚(或7 脚) 与RS232 相连接。这样从单片机输出的 TTL/ CMOS 电平, 经过MAX232 部电路,转换成了 RS232 所需要的电平,由14 脚(7 脚) 送至RS232。（3）将10 V 的 RS232 电平,转换成 TTL/ CMOS 电平。RS232 电平由13 脚(R1IN ) 或8 脚(R2IN ) 输入,经过转换后的 TTL/ CMOS 电平由12 脚( R1OUT ) 或9 脚( R2OUT ) 输出,送至 AT89S52 单片机的接收端 RXD。16 脚(V CC) 电源端, + 5 V 直流电源供电;15 脚( GND) ,电源接地。MAX2

37、32 芯片控制电路与接口如以下图所示：图3-6 MAX232 芯片控制电路3、74HC573简介74HC573是一款高速CMOS器件，74HC573引脚兼容低功耗肖特基TTL（LSTTL）系列。其引脚功能图如下所示：图3-7 74HC573引脚图74HC573包含八路D 型透明锁存器，每个锁存器具有独立的D 型输入以与适用于面向总线的应用的三态输出。所有锁存器共用一个锁存使能（LE）端和一个输出使能（OE）端。表3-5 74HC573功能表输入输出输出使能锁存使能DQLHHHLHLLLLX不变HXXZ注：X=不用关心Z=高阻抗当LE为高时，数据从Dn输入到锁存器，在此条件下，锁存器进入透明模式

38、，也就是说，锁存器的输出状态将会随着对应的D输入每次的变化而改变。当LE为低时，锁存器将存储D输入上的信息一段就绪时间，直到LE的下降沿来临。OE为低时，8个锁存器的容可被正常输出；当OE为高时，输出进入高阻态。OE端的操作不会影响锁存器的状态。2.3.7小结本系统设计主要有主控模块、显示模块、温湿度采集模块、串口通信模块、键盘模块和报警模块六大模块，其中主控模块 AT89S52 的晶振电路采用11.0592MHz 的无源晶振,微调电容大小取22 pF。显示模块选用1602 字符型液晶模块,是目前工控系统中使用最为广泛的液晶屏之一。温湿度采集模块所采用的DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校

39、准数字信号输出的温湿度复合传感器，它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性与稳定性；其单线制串行接口，使系统集成变得简易快捷。报警模块所采用的蜂鸣器额定电流I 30mA ,而对于 AT89S52 单片机,P1 口的灌电流为1.6mA ,拉电流为60A ,由此可见,仅靠单片机的P1 口电流是不能驱动蜂鸣器的,必须使用集晶体管放大电路。为了使单片机消耗的功率更小,故而采用 PNP 型晶体管 A1015。系统的输入模块采用中断扫描的4 4 矩阵键盘,相比定时扫描方式,提高了MCU 的使用效率。第三章系统软件设计在系统软件设计中，充分考虑了与硬件电路有机结合，利用 AT8

40、9S52 单片机以与温湿度传感器 DHT11 许多优异的特性实现对温度和湿度的高精度测量。系统软件采用模块化设计，在主程序下分成若干彼此独立的功能模块，如温湿度数据采集、液晶显示、键盘输入、串口通讯模块等。系统单片机代码采用 C 语言编写，以 Keil uVision3 为开发环境。系统程序主要由主程序、温湿度采集子程序、键盘扫描子程序、液晶显示子程序、报警子程序、串口发送和接收子程序等部分组成。其中，系统的主程序设计主要完成系统初始化、中断优先级设定以与判断调用各模块程序，即主要实现各模块程序的。设计时只需对温度湿度进行相应的采集处理后，即可让液晶实时显示当前的温度与湿度值。而蜂鸣报警只需接

41、上单片机的IO口，并对其接口线进行编程即可完成。整个控制系统软件设计采用键盘控制方式。3.1 主程序设计仓库温、湿度测控系统软件设计主要由系统初始化、温湿度数据采集、液晶显示、键盘扫描处理、数据通信等几部分组成。程序设计思想：首先要对系统进行初始化，主要完成对单片机各功能部件初始状态的配置。然后通过键盘处理模块对现场控制信号进行设定，设置温、湿度的上限与下限，即报警围；同时，键盘处理模块还可以完成特殊情况下强制执行信号的操作，如复位、开/关报警等。接下来通过温湿度传感器数据采集模块完成对环境温、湿度的实时数据采集与相关处理。最后通过液晶显示屏显示现场温、湿度参数，从而实现了对温、湿度参数的实时

42、显示。其中，通过单片机对现场检测到的温、湿度实时参数与所设定的温、湿度控制参数进行比较，若发现现场监测值超出所设定围，则蜂鸣器发出报警提示。此外，数据通信完成温、湿度检测系统与上位PC机之间的协议化通信，以便上位PC机能够定时读取测控系统的温、湿度参数。系统程序流程图如图4-1所示：N Y开始系统初始化设定报警X围键盘扫描处理温、湿度数据采集显示现场温湿度参数温度、湿度是否超出X围报警 while 循环读取温、湿度控制参数发送温度、湿度到上位机图4-1 仓库温湿度检测系统程序流程图3.2 温湿度采集子程序设计本设计中温湿度检测模块采用数字温湿度传感器 DHT11，当用户MCU发送一次开始信号后

43、,DHT11 从低功耗模式转换到高速模式,等待主机开始信号完毕后，DHT11 发送响应信号,送出40bit 的数据，并触发一次信号采集,用户可选择读取部分数据。该模式下,DHT11 接收到开始信号触发一次温湿度采集,如果没有接收到主机发送开始信号,DHT11 不会主动进行温湿度采集，采集数据后转换到低速模式。DHT11工作过程如下：总线空闲状态为高电平,单片机把总线拉低等待DHT11响应,单片机把总线拉低必须大于18毫秒,保证DHT11能检测到起始信号。DHT11接收到单片机的开始信号后,等待单片机开始信号完毕,然后发送80us低电平响应信号。主机发送开始信号完毕后,延时等待20-40us,

44、然后读取DHT11的响应信号,单片机机发送开始信号后,可以切换到输入模式或者输出高电平, 总线由上拉电阻拉高。当总线为低电平时,说明DHT11发送响应信号。DHT11发送响应信号后,再把总线拉高80us,准备发送数据,每一bit数据都以 50us 低电平时隙开始,高电平的长短决定了数据位是0还是1。如果读取响应信号为高电平,则DHT11没有响应,请检查线路是否连接正常。当最后一bit数据传送完毕后，DHT11拉低总线50us,随后总线由上拉电阻拉高进入空闲状态。温湿度采集子程序见附录五。3.3 液晶显示子程序设计本设计中采用标准的 1602 液晶显示屏。1602 液晶模块部的字符发生存储器（C

45、GROM)已经存储了192种字符（160个57点阵字符和32个510点阵字符），这些字符包括阿拉伯数字、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。本模块字符在LCD显示屏上的显示位置与该字符的字符代码在显示缓冲区DDRAM的存储地址一一对应。液晶显示模块是一个慢显示器件，所以在执行每条指令之前一定要确认模块的忙标志为低电平，表示不忙，否则此指令失效。要显示字符时要先输入显示字符地址，即告诉模块在哪个位置显示字符。1602液晶显示流程图如以下图所示：NNY入口对1602初始化，写入显示命令延时检测忙信号STA7=0？获得显示RAM地址延时写入相应数据数据显示完毕？

46、返回主程序Y图4-2 液晶显示流程图液晶显示子程序见附录六。3.4 键盘扫描软件设计在单片机应用系统中，扫描键盘只是 CPU 的工作任务之一。在实际应用中，要想做到既能与时响应键操作，又不过多地占用 CPU 时间，就要根据应用系统中 CPU 的忙闲情况，选择好键盘的工作方式。键盘的工作方式一般有编程扫描方式和中断扫描方式两种，由于本设计中可以利用 CPU 在完成其他工作的空余，调用键盘扫描子程序，来响应键输入要求，因此可以选用编程扫描方式。3.4.1 键盘扫描功能本设计中键盘扫描程序具备下述四个功能：（1）判别键盘上有无键按下。其方法为：扫描口输出全扫描字“0”（即各列均为低电平），读各行的状态，若全为“1”，则键盘无键按下，若不全为“1”，则有键按下。（2）去除键的抖动影响。其方法为：判别到有键按下后，软件延时一段时间（本设计为10ms）后，在判断键盘状态，如果仍有键按下状态，则认为有一个确定的键被按下，否则按键抖动处理。（3）求按键位置。根据前面介绍的键扫描方法，逐行逐列进行扫描，最后确定按下键的键号。确定键号的方法为：闭合键的键号处于低电平的行首键号加上处于低电平的列号。此外，闭合键的键号也可以用计算的方法获得，计算公式为：处于低电平的行号4+低电平的列号。（4）判别按键是否释放。键闭合一次仅进行