基于单片机的大棚果园监控系统的设计本科论文.doc

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1、摘 要本设计是基于单片机的大棚温度、湿度控制系统，可以实现对大棚内的温度、湿度的检测、控制与显示。控制芯片选用AT89S52单片机，主要用温度传感器AD590来检测温度，用湿度传感器HS1101来检测湿度，用三个控制按键来实现按键控制，用8位LED控制驱动器MAX7219芯片来完成显示部分，用8位串行控制的模数转换器TLC0834芯片来完成转换部分。数据采集部分是将温湿度传感器置于大棚内部，测出大棚内的温湿度值，经过数据的调理转换为数字信号之后送入AT89S52单片机中，然后LED显示出温湿度测量值。单片机将预设值与测量值进行比较，根据比较结果作出判断，经过程序分析处理发送相应指令控制执行机构

2、动作，接通或关闭各种执行机构的继电器，进而控制调节大棚内温湿度。如此循环不断，使温湿度值与设定值保持一致。当温湿度值超过允许的误差范围，系统将发出报警，如果有必要，果农可以通过按纽来人工修改片内存储的温湿度预设值。通过对整个系统的核心单片机部分的设计，达到优化控制温湿度的目标。这些硬件电路在设计中都有详细的介绍。控制算法采用PID控制。关键词：AT89S52；PID算法；温度；湿度目 录第1章 绪 论11.1课题背景11.2 果园大棚温湿度控制现状11.3 本文的主要工作2第2章 方案论证32.1 系统的总体方案及技术指标32.2 系统的方案论证3第3章 硬件设计6第3章 硬件设计63.1 温

3、度检测电路的设计63.1.1 温度传感器63.1.2 温度检测电路63.2 湿度检测电路的设计73.2.1 湿度传感器73.2.2 湿度检测电路103.3 主芯片的选择113.4 单片机最小系统的设计133.4.1 MAX813L芯片简述133.4.2最小系统143.5 键盘和显示电路153.5.1 显示电路153.5.2 键盘电路183.6 转换电路的设计193.6.1 TLC0834芯片介绍193.7 控制电路的设计213.8 电源电路的设计223.9 扩展电路的设计233.9.1 I/O口的扩展233.9.2 数据、程序存储器的扩展233.10 报警电路的设计24第4章 软件设计264.

4、1 控制算法的选择264.2 主程序274.3 中断程序284.4 A/D转换程序284.5 温度控制程序284.6 湿度控制程序284.7 控制算法程序32第5章 结论34参考文献35致 谢37附 录38附 录II42III第1章 绪 论1.1课题背景随着我国经济的发展，农民增收缓慢的问题逐渐凸现出来，成为阻碍我国经济稳定发展的一大隐患。解决此问题的关键是大力发展农业科技，逐步走向农业现代化。温室大棚技术则是其中一个重要环节，并且适合我国当前的国情:我国农业技术水平落后，作物生产单一，专用品种缺乏，绝大多数地方还是要靠天吃饭。因此，温室大棚技术是我国农业发展的重点之一。同时，也要注意到我国的

5、另一现实:我国资源、能源相对匮乏，农民经济实力有限，但人力资源丰富。而引进的一些国外的计算机智能控制系统投资过大，系统故障维护不便，而且经济效益过低，以上种种条件决定了我国不能走“高投入，高产出”的道路。此外，我国地域辽阔，属于大陆性季风气候，与同纬度的国家和地区相比具有气温年差大，极端气候条件恶劣等特点，对于我国温室生产极为不利。因此，要综合考虑在我国不同地区，不同温室形式，选择适合作物进行温室栽培。本课题就是产生于这样的背景之下，将重点探讨如何建立能适合中国国情的温室控制系统，具有一定研究价值。1.2 果园大棚温湿度控制现状有两个铁丝缠绕在塑料薄膜上，通过一根长杆加固成为一个整体，然后将它

6、盖在一个狭长的出风口上，在大棚的内部装有控制开关，可以来回拉动调节出风口的大小。目前大部分果农所按照农业种植学的相关理论，大棚温室温度一般白天不高于30-32度，夜间不低于15度。我国现在的果园大棚虽然总体规模比较大，但温湿度的控制方式比较单一，只是简单的手工操作，设备陈旧，没有引入现代的管理和控制技术，比如自动化控制和系统集成。在温度控制上，只是在大棚内的若干地方放置温度计，果农需要挨个查看每个温度计的数值，费时费力，现代的大棚都长度都在加长，有的果园大棚的长度达到了200米之长，小的也在100米左右。宽度也要10多米，在这么一个大范围的布置温度计，需要温度计的数量比较多。更糟糕的是，菜农需

7、要逐个的采集温度计的数值，这样就在很大程度上加大了果农的负担，而且，现在的果农培养的大棚不止一个，有的甚至多达三个甚至四个。这样大面积的塑料大棚内，光数据采集一项就要花费大半上午的时间。不仅如此，大棚的温湿度控制系统同样繁琐而且费力，调节温室温湿度的方法一般是被称作“放风”的方法。这种方法其实是一种机械方法，在大棚的顶部，谓的温湿度实际上是一种机械控制，通过这种方法控制温湿度，总的说来，有以下几个缺点:1、温度采集十分的繁琐，占用了果农大量的时间，有好多农村大棚都是逐字的记录温度值，这样不符合“即时采集”概念，也达不到“即时温控”的目的。2、不利于大棚规模的扩张，不利于大棚水果的增产。繁琐而费

8、时的人工温度计采集，使果农的有效劳动时间减短，加上菜农的主要时间要放在果树的细心呵护和栽培上，这样不利于大棚规模的扩张。3、人工采集温度和人工控制会或多或少的出现一些数值精确度偏差，控制的有效性大打折扣，不利于大棚农作物的生长。4、温度控制系统其实是一种机械方法，简单而原始，没有什么自动化的控制，不符合党中央所倡导的农业现代化的思想，不符合科技致富的思路。1.3 本文的主要工作本文主要采用单片机控制果园大棚内的温湿度，整个系统由数据采集、数据调理、单片机和控制部分组成。引入了温度传感器和湿度传感器在果园大棚温湿度监测控制方面的运用，采用该控制系统准确地检测大棚的温湿度数据，有效地自动控制大棚内

9、的温湿度，提高了大棚农作物的生长水平，从而增加了果农的收入。 数据采集部分是将温湿度传感器置于大棚内部，测出大棚内的温湿度值，经过数据的调理转换为数字信号之后送入AT89S52单片机中，然后LED显示出温湿度测量值。单片机将预设值与测量值进行比较，根据比较结果作出判断，经过程序分析处理发送相应指令控制执行机构动作，接通或关闭各种执行机构的继电器，进而控制调节果园大棚内的温湿度。如此循环不断，使温湿度值与设定值保持一致。当温湿度值超过允许的误差范围，系统将发出声光报警，如果有必要，果农可以根据气候状况或农作物生长状况通过按钮来人工修改片内存储的温度预设值。通过对整个系统的核心单片机部分的设计，达

10、到优化控制温湿度的目标。第2章 方案论证2.1 系统的总体方案及技术指标本系统可以实现以下功能：本系统由数据采集部分、数据调理部分、单片机部分、控制部分等四个大的部分组成。该系统具有实时采集 (检测果园大棚内的温湿度)、实时处理 (对检测的温湿度进行比较分析，决定下一步控制进程)、实时控制(根据处理发出控制指令，指挥被控对象动作)的功能。在设计中重点研究温湿度传感器选择、单片机最小系统设计、键盘/显示接口电路设计模/数转换及报警电路设计、看门狗电路和输出控制电路设计、电源电路设计。总体框图如图2.1所示。暖炉风门及进风口机械门继电器执行机构温湿度传感器显示、报警单片机A/D转换果园大棚人工按钮

11、图2.1 果园大棚温湿度控制系统整体框图2.2 系统的方案论证本设计采用AT89S52控制系统。本系统需要采集两点的温湿度。传感器是实现测量与控制的首要环节，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佳状态，从而保证生产的高效率和高质量。温度传感器的选择：方案一：采用热电阻温度传感器。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、测量范围大、便于远距离测量。铂的物理、化学性能

12、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。按IEC标准测温范围-200650，百度电阻比W（100）=1.3850时，R0为100和10，其允许的测量误差A级为（0.15+0.002 |t|），B级为（0.3+0.005 |t|）。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。方案二：采用AD590，它的测温范围在-55+150之间，而且精度高。M档在测温范围内非线形误差为0.3。

13、AD590可以承受44V正向电压和20V反向电压，因而器件反接也不会损坏。使用可靠。它只需直流电源就能工作，而且，无需进行线性校正，所以使用也非常方便，借口也很简单。作为电流输出型传感器的一个特点是，和电压输出型相比，它有很强的抗外界干扰能力。AD590的测量信号可远传百余米。综合比较方案一与方案二，方案二更为适合于本设计系统对于温度传感器的选择。 湿度传感器的选择： 测量空气湿度的方式很多，其原理是根据某种物质从其周围的空气吸收水分后引起的物理或化学性质的变化，间接地获得该物质的吸水量及周围空气的湿度。电容式、电阻式和湿涨式湿敏原件分别是根据其高分子材料吸湿后的介电常数、电阻率和体积随之发生

14、变化而进行湿度测量的。方案一：采用HOS-201湿敏传感器。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，频率为50HZ1KHZ，测量湿度范围为0100%RH，工作温度范围为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，不能在宽频带范围内检测湿度，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范围内使用时具有良好的线性，可有效地利用其线性特性。方案二：采用HS1100/HS1101湿度传感器。HS1100/HS1101电容传感器，在电路构成中等效于一个电容器件，其电容量随着所测空气湿度的增大而增大。不需校准的完全互

15、换性，高可靠性和长期稳定性，快速响应时间，专利设计的固态聚合物结构，由顶端接触（HS1100）和侧面接触（HS1101）两种封装产品，适用于线性电压输出和频率输出两种电路，适宜于制造流水线上的自动插件和自动装配过程等。相对湿度在1%-100%RH范围内；电容量由16pF变到200pF，其误差不大于2%RH；响应时间小于5S；温度系数为0.04 pF/。可见精度是较高的。综合比较方案一与方案二，方案一虽然满足精度及测量湿度范围的要求，但其只限于一定范围内使用时具有良好的线性，可有效地利用其线性特性。因此，我们选择方案二来作为本设计的湿度传感器。 第3章 硬件设计 3.1 温度检测电路的设计 3.

16、1.1 温度传感器温度传感器使用温度传感器AD590，采用5V直流电压供电。AD590集成温度传感器应用相当广泛，在工程上主要应用测量热力学温度、摄氏温度、两点温度差、多点最低温度、多点平均温度等。因此，不仅广泛应用在日常生活中，更重要大量应用在工业自动化控制系统以及自动检测过程控制系统。另外，由于AD590精度高、价格低、不需要辅助电源、线性好，常用于测温和温度检测和控制领域。 AD590是电流输出性集成温度传感器。实际中通过对电流的测量即可得到响应的温度数值。AD590后缀以I，Z，K，L，M表示，实质上指特性不同和测量温度范围不同。其外型、电路符号如图3.1所示。 图3.1 AD590外

17、型图在被测温度一定时，AD590实际上相当于恒流源，把它与直流电源相连，并在输出端串接一个标准1K的电阻，结果此电阻上流过的电流与被测热力学温度成正比，电阻两端将会有1Mv/K的电压信号。AD590的特性就是流过器件的电流与热力学温度成正比，基准温度下可得到1A/K的电流值。如图3.2所示： 3.1.2 温度检测电路AD590的测温范围为-55+150。整个测温范围内精度可以达到0.5，且线性度好，直接输出为电流（1A/K），经运放LM358进行I/V转化后，可得到电压输出，输出的电压为100mV/，最后由A/D转换电路的通道2送给AT89S52微处理器。图中R6、R5和R2用于相互配合调节温

18、度测量的满刻度值。由于采用了线性度良好的AD590进行测量，估测出的温度值不需要进行线性校正，系统软件编程简单方便。图3.2 AD590基本图图3.3 温度检测电路 3.2 湿度检测电路的设计3.2.1 湿度传感器湿度传感器选择HS1101如图3.4所示，这种元件响应快，线性度和可靠性高，长时间工作稳定性好，长时间饱和下快速脱湿，不需校准的完全互换性，快速响应时间，专利设计的固态聚合物结构，有顶端接触(HS1100)如图3.5所示和侧面接触(HS1101)如图3.6所示，两种封装产品，适用于线性电压输出和频率输出两种电路，适宜于制造流水线上的自动插件和自动装配过程等。 图3.4 湿度传感器HS

19、1101 HS1101顶端接触图： 图3.5 HS1101顶端接触图 HS1101侧面接触图：图3.6 HS1101侧面接触图下边两图分别为湿敏电容工作的温、湿度范围、湿度 - 电容响应曲线。图3.7 湿敏电容工作的温度范围图3.8 湿敏电容工作的湿度范围相对湿度在0%100%RH 范围内；电容量由162pF变到200pF，其误差不大于2%RH；响应时间小于5s；温度系数为0.04pF/ 。可见精度是较高的。HS1100/ HS1101 电容传感器，在电路构成中等效于一个电容器件 ，其电容量随着所测空气湿度的增大而增大。如何将电容的变化量准确地转变为计算机易于接受的信号，常用两种方法：一是将该

20、湿敏电容置于运放与阻容组成的桥式振荡电路中所产生的正弦波，电压信号经整流、直流放大、再转换为数字信号A/D；另一种是将该湿敏电容置于NE556振荡电路中，将电容值的变化转为与之呈反比的电压频率信号可直接被计算机所采集。NE556的管脚图如下： 图9 NE556管脚图(1)TH高电平触发端：当TH端电平大于2/3EC，输出OUT呈低电平，DIS端导通。 (2)/TRAG低电平触发端：当/TRAG端电平小于1/3EC时，OUT端呈现低电平，DIS端关断。(3)/R复位端：/R = 0，OUT端输出低电平，DIS端导通。(4)CV控制电压端：CV接不同的电压值可以改变TH，TRIG的触发电平值。(5

21、)DIS放电端：其导通或关断为RC回路提供了放电或充电的通路。(6)OUT：输出端。芯片的功能表如表3.1所示。 表1 NE556芯片功能表TH/TR/ROUTDISXXLL导通2/3 Vcc1/3 VccHL导通1/3 VccH原状态原状态2/3 Vcc1/3 VccHH关断3.2.2 湿度检测电路湿度检测电路由湿敏传感器、多谐振荡器和单稳态触发器等组成，采用C/V变换完成湿度检测。IC1-a与R1、R2、C1组成多谐震荡器，其振荡频率f=1.44/（R1+2R2）C1，在图中所示参数下振荡频率约为50Hz，其输出脉冲触发单稳态触发器。单稳态触发器由IC1-b、R3以及HS1101组成，输出

22、脉宽取决于充电时间常数R3（C2+Cx）的值，即t=1.1R3（C2+Cx）。此输出脉冲经过R4、C3滤波后，经IC2（OP07）放大后输入到TLC0834的模拟电压输入通道2端。电路如图3.10所示。 图3.10 湿度检测电路 3.3 主芯片的选择AT89s52 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

23、入式控制应用系统提 供高灵活、超有效的解决方案。 AT89S52具有以下标准功能： 8k字节Flash，256字节RAM， 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， 片内晶振及时钟电路。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内容被保存，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。8 位微控制器 8K 字节在系统可编程 Flash AT89S52.P0

24、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。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， 口也被作为低 8 位地址/数据复用。在这种模式下，P0 具有内部上拉电阻。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。P1 口：P1 口是一个具有内部上拉电阻的 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，内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内部电阻

25、的原因，将输出电流。此外，P1.0 和 P1.2 分别作定时器/计数器 2 的外部计数输入和时器/计数器 2的触发输入 ，具体如下表所示。在 flash 编程和校验时，P1 口接收低 8 位地址字节。P1口功能如表3-1：表3-1 P1口功能表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）P1.5MOSI（在系统编程用）P1.6MISO（在系统编程用）P1.7SCK（在系统编程用）P2 口是一个具有内部上拉电阻的 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，内部上拉电阻把端口拉

26、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内部电阻的原因，将输出电流。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时，P2 口送出高八位地址。在这种应用中，P2 口使用很强的内部上拉发送 1。在使用8 位地址访问外部数据存储器时，P2 口输出 P2 锁存器的内容。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。P3 口：P3 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，p2 输出缓冲器能驱动 4 个TTL 逻辑电平。对 P3 端口写“1”时，内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

27、于内部电阻的原因，将输出电流。P3 口亦作为 AT89S52 特殊功能使用，如下表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口功能表P3.0RXD（串行输入）P3.1TXD（串行输出）P3.2INT0(外部中断 0)P3.3INT0(外部中断 0)P3.4T0（定时器 0 外部输入）P3.5T1（定时器 1 外部输入）P3.6WR(外部数据存储器写选通)P3.7RD(外部数据存储器写选通)图3.11 AT89S52管脚图 3.4 单片机最小系统的设计 3.4.1 MAX813L芯片简述MAX813L是Maxin公司生产的一种体积小、功耗低、性价比高的带

28、看门狗和电源监控功能的复位芯片，引脚图如图3.12所示。(1)：手动复位输入端，低电平有效.当该端输入低电平保持140ms以上，MAX813L就输出复位信号。(2)RESET：复位信号输出端。上电时，自动产生200ms的复位脉冲（高电平）；手动复位端输入低电平时，该端也产生复位信号输出。(3)WDI：看门狗输入端。程序正常运行时，必须在小于1.6s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1.6s该输入端收不到脉冲信号，则内部定时器溢出，端输出低电平。(4)：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平。(5)PFI

29、：电源故障输入端。当该端输入电压低于1.25V时，端输出低电平。(6)：电源故障输出端。电源正常时输出保持高电平，电源电压变低或掉电时，输出由高电平变为低电平。(7)VCC：工作电源，接+5V。(8)GND：接地端。 本系统单片机选择AT89S52，MAX813L与AT89S52相连构成复位电路，该电路可以实现上电复位，程序运行出现“死机”时的自动复位和随时的手动复位。P1.2不断输出脉冲信号，如果因某种原因单片机进入死循环，则P1.2无脉冲输出。于是1.6s后在MAX813L的端输出低电平，该电平加到端，使MAX813L产生一个200ms的复位脉冲输出，使单片机有效复位，系统重新开始工作。A

30、T89S52的外部通过4，5引脚连接一个晶振和两个电容，构成振荡电路。 图3.12 MAX813L引脚图 3.4.2最小系统 本系统单片机选择AT89S52，MAX813L与AT89S52相连构成复位电路，该电路可以实现上电复位，程序运行出现“死机”时的自动复位和随时的手动复位。P0.2不断输出脉冲信号，如果因某种原因单片机进入死循环，则P0.2无脉冲输出。于是1.6s后在MAX813L的端输出低电平，该电平加到端，使MAX813L产生一个200ms的复位脉冲输出，使单片机有效复位，系统重新开始工作。AT89S52的外部通过4，5引脚连接一个晶振和两个电容，构成振荡电路如图3.13所示。 图3

31、.13 单片机最小系统 3.5 键盘和显示电路 3.5.1 显示电路显示电路采用带有高速串行接口的8位LED控制驱动器MAX7219芯片实现，如图3.16所示。MAX7219是一种高性能的八位串行接口LED显示器驱动芯片，采用共阴极动态扫描方式。其峰值段电流可达40mA，最高串行时钟速率为10MHz，典型扫描速率为1300Hz。作为MCS51系列单片机串行接口，仅占用了3根 I/O口线，除峰值段电流设定电阻 RSET外，无需外接其他任何元件，即可驱动八位共阴LED 显示器。与其他八位LED 显示器驱动芯片 (如 ICM7218 )相比，综合性能指标高得多。尤其是，当工作于关闭 (SHUTDOW

32、N ) 方式时，不仅单片机仍可对其传送数据和修改控制方式，而且芯片耗电仅为150A，故该LED显示器可用于电池供电的便携式仪表中。MAX7291的内部结构MAXIM 公司提供了两个级别(商业及和工业级 )、五种型号的MAX7219 芯片。其中，商业级 24 脚窄型塑封DIP型号为MAX7219CNG (070 ， 4V6V电源，Pmax =0.87W )。其引脚排列和内部结构分别如图3.14和3.15所示。 图3.14 MAX7219内部结构图 图3.15 MAX7219引脚图MAX7219引脚说明：该芯片采用24脚DIP和SO封装，工作电压4.05.5V，最大功耗1.1W。各引脚的功能为：D

33、IN：串行数据输入端。DOUT：串行数据输出端，用于级连扩展。LOAD：装载数据输入。CLK：串行时钟输入。DIG0DIG7：8位LED位选线，从共阴极LED中吸入电流。SEG ASEG G DP7段驱动和小数点驱动。ISET：通过一个10k电阻和Vcc相连，设置段电流。MAX7219 所能直接驱动的是共阴极小电流LED 显示器，它不能直接驱动共阳极 LED 显示器，否则会损坏器件。在级连显示时，当被驱动的数码管不是 8 的倍数时，最好将每个芯片所驱动的显示位数设计为一样，这样所有显示器的显示亮度才一致。操作者只需编程发送16位数据包，就能简单的操作LED的位选以及段选，设置和改变MAX721

34、9的工作模式。16位数据包格式如如图3-3所示。表3-3位数据包格式表对于MAX7219，串行数据是以16位数据包的形式从Din脚串行输入，在CLK的每一个上升沿一位一位地送入芯片内部16位移位寄存器，而不管Lout脚的状态如何。Load脚必须在第16个CLK上升沿出现的同时或之后，但在下一个CLK上升沿之前变为高电平，否则移入的数据将丢失。应用要点：MAX7219 是作为68HC16 系列16 位单片的串行接口器件的。当与 MCS-51系列单片机的串行接口相连时，应该注意以下问题：(1)由DIN端输入的串行数据必须以16bit 为一组，其中高八位D15D8为寄存器的地址，低八位D7D0为相应

35、寄存器的数据或控制字节。(2)按 MAX7219的时序要求，最先接收到的应是一组数据中的D15 (MSB)位，最后接收到的是D0 (LSB )。若采用MCS-51系列单片机的全双工异步串行口RXD和TXD向MAX7219 传送数据，执行MOV和SBUF，A指令后，最先发送的是D0位最后发送的是D7位。因此一组16bit 待传送数据，按两字节分别作逆序排列 (即 D7 与 D0、D6 与D1、D5 与D2、D4与D3进行交换)后，暂存于 dir1和dir2 二单元中，再执行；CLR P1.5；假定P1.5与LOAD 相连MOV A，dir1；dir1中内容为寄存器地址MOV SBUF，A；向72

36、19传送高八位内容MOV A，dir2；dir2中为寄存的数据MOV SBUF，A；向7219传送低八位内容SETB P1.5；加载数据就可将数据加入并锁存到7219内部寄存器中。(3)由DIN 端输入的串行数据，在每个CL K的上升沿移入MAX7219 内部的16bit移位寄存器。连续16次移位后，在LOAD的上升沿，数据锁存到地址码所规定的寄存器中。应特别注意的是， LOAD信号应在传送一组数据的第16个 CL K上升的同时或稍后，而在下一个CL K上升沿到来之前由低变高，否则该组数据将丢失。(4) 片内8个数据寄存器和5个控制寄存器均可单独寻址，单独(而不是依次)进行数据或控制字的装入或

37、修改，而不象某些控制芯片(如 MC14499 )那样，修改一个寄存器内容，需对所有寄存器顺序刷新一次。(5)对DIG0-7中某位或某几位或全部，既可采用B码译码方式，也可采用非编码方式，这取决于译码方式寄存器对应位(Di)是0还是1。若Di =0，则DIGi采用B码译码方式。这时，在数据字节中，D7控制DP (小数点 )的亮灭，D6D4为任意值，只有D3D0参与编码。若 Pi =1，则DIGi采用非编码方式，且D7D0分别与DP及A- G各段相对应，编程时应注意这种对应关系。这时，可显示的字符数将大大增加。当然，用户应事先将编码表存于用户ROM的数据区内。若用户按正常的逆序编码，而D7D0分别

38、对应于DP和GNA七段，则执行RLA 和MOV SBUF，A指令(假定寄存器的数据字节正在累加器 A 中)，便正好是 MAX7219对一组数据中低八位的时序要求，而不必再行逆序排列。 3.5.2 键盘电路为了完成预定值设置，控制仪中设置了3个按键分别为图1中S 、S2和S3所示，依次代表功能键、加1键和减1键，用来设置温湿度的上下限值。S功能键以其按下的次数来区分功能键的多种功能。当功能键第一次被按下时，数码管显示调整低温加热下限符号及低温加热的下限值，按加1减1键使该值符合要求后，再按一下功能键后，则数码管将显示需调整的低温加热上限符号及低温加热的上限值，按加1减1键使该值符合要求，这样依次

39、类推。设定完最后一个参数后，再按1次功能键系统将进入监控状态。电路如图3.17所图3.16 显示电路图3.17 键盘电路 3.6 转换电路的设计 3.6.1 TLC0834芯片介绍A/D转换电路是用于将检测到的温湿度模拟电压转换成数字量输送到微处理器AT89S52。A/D转换器采用了8位串行控制的模数转换器TLC0834芯片。TLC0834是低价位的8位逐次逼近型A/D转换器，它的多路输入可用软件配置为单端输入或差分输入，也可配置为伪差分输入。另外其基准电压可以进行调整，在全8位分辨率下一位编码间隔所代表的模拟电压可任意小。其主要特点如下： 8位分辨率； 易于和微处理器接口或独立使用； 可满量

40、程工作； 可用地址逻辑多路器选通4输入通道； 单5V供电，输入范围为05V； 输入和输出与TTL、CMOS电平兼容； 时钟频率为250kHz时，其转换时间为32s； 可以和美国国家半导体公司的ADC0834和ADC0838进行替换，但它内部不带齐纳稳压器网络； 总调整误差为1LSB。工作特点：TLC0834可通过和控制处理器相连的串行数据链路来传送控制命令，因而，可用软件对通道进行选择和输入端进行配置。输入配置可在多路器寻址时序中进行。多路器地址可通过DI端移入转换器。多路器地址选择模拟输入通道可决定输入是单端输入还是差分输入。当输入是差分时，应分配输入通道的极性，并应将差分输入分配到相邻的输

41、入通道对中。例如通道0和通道1可被选为一对差分输入。另外，在选择差分输入方式时，极性也可以选择。一对输入通道的两个输入端的任何一个都可以作为正极或负极。通常TLC0834在输出以最高位（MSB）开头的数据流后，会以最低位（LSB）开头重输出一遍（前面的数据流）。引脚功能：TLC0834的引脚排列如图3.18所示，其中CH0CH3为模拟输入端；为片选端；DI为串行数据输入，该端仅在多路器寻址时才被检测；DO为A/D转换结果的三态串行输出端；CLK为时钟；SARS为转换状态输出端，该端为高电平时，表示转换正在进行，为低电平则表示转换完成；REF为参考电压输入端；VCC为电源；DGTLGND为数字地

42、，ANGLGND为模拟地。如图3.19所示，P0.0接TLC0834的片选信号，P0.1用于产生A/D转换的时钟，P0.3为一个双向I/O口位，可用于对模拟输入进行配置及输出转换所得的数据。在这里，模拟信号以单端方式输入，参考电压为5V，即A/D模拟量的输入范围为05V。图中CH1和CH2分别连接湿度检测电路和温度检测电路图3.18 TLC0834引脚图图3.19 A/D转换电路 3.7 控制电路的设计果园大棚进风口的门大小控制：由于两个继电器输出电路完全相同，所以只介绍一个电路。引入一个+5V的电源和一个保护电阻R，R上端是高电平，P2.0输出低电平，这时二极管工作，光电隔离器工作，光电隔离

43、器的另一端接一个+12V的电源和一个保护电阻R，用+12V的电源是因为继电器要接+12V的电源，电压高的话就可能把下面的三极管击穿，太低的话就起不到应有的作用，即使没有输入信号，继电器也打开。图中D的作用是保护继电器，防止继电器存在的电感。电路如图3.20所示。图3.20 进风口机械门控制图其他门的控制与机械门控制电路的设计类似。 3.8 电源电路的设计本系统主电源采用直流电源5V供电，电源部分电路为典型的7805应用电路，具有两路电源输出。该电路具有短路保护功能，变压器输出7V交流电，经桥路整流，电容滤波，送入7805输入端，最后输出5V直流电。电阻与红色LED构成电源工作指示电路，绿色LE

44、D和蜂鸣器用于短路报警指示。电路如图3.21所示。图3.21 电源电路 3.9 扩展电路的设计 3.9.1 I/O口的扩展由于设计需要AT89S52原有的I/O口数以不能满足，需要对I/O口进行扩展。选用8255A为扩展芯片，8255A是Intel公司生产的可编程输入输出接口芯片，它具有3个8位的并行I/O口，具有三种工作方式，可通过程序改变其功能，因而使用灵活，通用性强，可作为单片机与多种外围设备连接时的中间接口电路。电路如图3.22所示。图3.22 8255与AT89S52连接图 3.9.2 数据、程序存储器的扩展AT89S52芯片内部虽然有8K字节可编程闪速程序存储器，128字节内部存储

45、器RAM，但不能满足设计要求，必须在片外扩展程序存储器和数据存储器。锅炉燃烧控制系统采用2764芯片作为扩展的程序存储器，用6264芯片作为扩展的数据存储器。本次设计选用Intel公司出品的27系列产品2764芯片，2764 EPROM的存储容量为8K8位，即8K字节。采用+5V供电，运行最大功耗为252mW，维持功耗为132mW，读出时间最大为450ns。地址线的连接与存储容量有关，2764的容量为8K字节，需要13条地址线2732与AT89S52的连接图如图3.23所示。图3.23 程序存储器的扩展6264的容量为8K字节，也需要13根地址线。电路如图3.24所示。图2.24 数据存储器的扩展 3.10 报警电路的设计在微型计算机控制系统中，为了安全生产，对于一些重要的参数或系统部位，都设有紧急状态报警系统，以便提醒操作人员注意，或采取紧急措施。其方法就是把计算机采集的数据或记过计算机进行数据处理、数字滤波，标度变换之后，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，进行显示和控制。本设计采用峰鸣音报警电路。峰鸣音报警