1、糧倉的溫濕度監測系統設計作者：專業名稱：測控技術與儀器指導教師：摘要隨著單片機技術和工業生產自動化程度的不斷提高，單片機測控技術已得到了廣泛的推廣和應用。這種單片機的測試技術為工業控制、家用電器和儀器儀表智能化的應用提供了一種全新的、有效的測試方法，并具有很大的實用意義和前景。本文根據糧倉環境測試的特點，應用現代檢測理論，對溫室的溫度、濕度等環境因子進行自動檢測，完成了整個監測檢測系統的軟、硬件設計。第一章對糧倉自動監測系統的發展背景及現狀作一簡單介紹，并確定了本論文的設計方向 ; 第二章介紹了系統的硬件設計 ; 第三章介紹了系統軟件的模塊化設計 ; 最后對整個系統的改進提出幾點建議。關鍵詞

2、:糧倉；現代檢測技術；單片機；微處理器AbstractWiththecontinuous developmentof themicroprocessortechnologyand industryautomationlevel,thetechnologyofmicroprocessortesthas been widely spread and applied.Thistechnologywas based on modern testtheoryandprovidedakind of fire-new and effective control method in applicationof

3、 industrycontrol,householdappliancesandinstrumentintelligence, it has prodigious practical use and prospect.Inthispaper,accordingtothecharacterofenvironmenttest in graindepot, we applied modern theory to realize auto-testtotemperatureandhumidity.We accomplishedthesoftware and hardware design of the

4、whole test system finally.Inthefirstchapter,thepaperintroducedsimplythebackgroundand development condition of auto-test system ingrand put in graindepot forward the research subject. In thesecondchapter,thispaper introducedhardwaredesignofsystem. In the third chapter, the paper introduced softwarede

5、sign of system. Finally, several pieces of suggestions wereput to improve the whole system.keywords:Graindepot;Moderntesttechnology;Microprocessor目錄.Abstract .IV1.11.1. .11.2. .. ..6.8.9108031.142.4A/D.15A/D.16.17.18ADC0809.198031.202.5/.21.21 .22815523

6、.LED. 8031815563.1.263.2.273.3.283.4A/D.293.5.30 .33.34.351 緒論1.1 研究的背景和意義糧食儲藏是國家為防備戰爭、災荒及其它突發性事件而采取的有效措施，因此，糧食的安全儲藏具有重要意義。目前，我國地方及墾區的各種大型糧庫都還存在著程度不同的糧食儲存變質問題。根據國家糧食保護法規定，必須定期抽樣檢查糧庫各點的糧食溫度和濕度，以便及時采取相應的措施。但大部分糧庫目前還是采取人工測量溫度和濕度的方法，這不僅使糧庫工作人員工作量增大，且工作效率低，尤其是大型糧庫的溫度和濕度檢測任務如不

7、能及時徹底完成，則有可能會造成糧食大面積變質。據有關資料統計，我國每年因糧食變質而損失的糧食達數億斤，直接造成的經濟損失是驚人的。影響糧食安全儲藏的主要參數是糧食的溫度和濕度，這兩者之間又是互相關聯的。糧食在正常儲藏過程中，含水量一般在 12%以下 ( 為安全狀態 ) ，不會產生溫度突變，一旦糧庫進水、結露等使糧食的含水量達到 20%以上時，由于糧粒受潮，胚芽萌發，新代加快而產生呼吸熱，使局部糧食溫度突然升高，必然引起糧食“發燒”和霉變，并可能形成連鎖反應，從而造成不可挽回的損失。因此設計出一種經濟實用的糧庫糧情溫濕度智能檢測系統是非常有必要的。1.2 糧情檢測技術的國外研究動態糧情檢測屬監控

8、系統疇，近年來，由于傳感器技術、計算機技術、超大規模集成電路技術和網絡通信技術的發展，使監控系統廣泛應用于工農業生產等領域，因此，糧情檢測技術的研究在軟、硬件等方面都有了一定的進展。早期糧情監測主要采用溫度計測量法，它是將溫度計放入特制的插桿中，根據經驗插在糧堆的多個測溫點，管理人員定期拔出讀數，確定糧溫的高、低，決定是否倒糧。這種方法對儲糧有一定的作用，但由于溫度計精度、人工讀數的人為因素等原因，溫度檢測不僅速度慢，而且精度低，抽樣不徹底，局部糧溫過高不易被及時發現，導致因局部糧食發霉變質引起大面積壞糧的情況時有發生。隨著科技的發展，從1978 年開始，采用電阻式溫度傳感器、采樣器、模數轉換

9、器、報普器等組成的儲糧監測系統出現，它可對各糧庫的各個測溫點進行巡回檢測，檢測速度、精度大大提高，降低了勞動強度，但由于電阻傳感器的靈敏度低，致使檢測精度、系統可靠性還不夠理想。至1990 年，糧情檢測系統有了很大的改善和提高，系統在布線上采用矩陣式布線技術，簡化了數據采集部分的線路，在傳感器方面應用了半導體、熱電偶等器件; 在線路傳輸上采用了串行傳輸方式，從而減少了傳輸線根數; 采用單片機進行數據處理，并采用各種手段提高數據傳輸及檢測速度，通過軟硬件技術的結合，檢測精度和可靠性較以前有很大提高。但溫度傳感器的線性度差，系統的檢測精度仍不理想，無法大面積推廣。近年來，隨著單片機功能的日益強大和

10、計算機的廣泛應用，糧情檢測的準確性、穩定性要求越來越高。尋找最佳配置和最好的性價比成為糧情監測研究的熱點。國外在糧情監控技術上己達到了很成熟的地步，高科技數字式傳感器廣泛應用于糧情檢測系統。這種傳感器采用了半導體集成電路與微控制器最新技術，在一個管芯上集成了半導體溫度檢測芯片、數據信號轉換芯片、計算機接口芯片，存儲芯片等，除完成溫度檢測功能外，還可完成預置圍溫度、報警、多路 AD轉換、溫度補償等功能。由于數字溫度傳感器直接傳出數字量，從而解決了溫度信號長距離傳輸問題及傳輸過程中因干擾和衰減而導致的精度降低等問題。目前，國出現了豐富的數字傳感器配套產品，如遠程控制模塊、中繼器、接插器、分線器等，

11、技術也比較成熟。1.3 溫度傳感器技術的國外研究動態一、熱敏電阻以溫度變化導致阻值的變化為工作原理的熱敏電阻，因其具有成本低、體積小、簡單、可靠、響應速度快、容易使用等特點，在多項溫度測量應用中受到廣泛歡迎，也是國糧情測控系統中采用最多的溫度傳感器 . 熱敏電阻的電阻溫度系數較高，因此其自身發熱較小，信號調節較為簡單。熱敏電阻的缺點是互換性差，溫度與輸出阻值之間呈非線性關系 IZ1 。熱敏電阻分為正溫度系數熱敏電阻和負溫度系數熱敏電阻兩種，但在溫度測量應用中，正溫度系數熱敏電阻較少得到采用，更多采用的是負溫度系數熱敏電阻。二、數字式溫度傳感器數字式溫度傳感器的種類也不少，但用于糧情測控系統的溫

12、度傳感器主要是 Dallas 的 DS 18x20系列溫度傳感器，其溫度檢測圍為-55+125 C，檢測精度為士0.5。 DS 18x20 采用 1-WireTM 接口，封裝形式有 PR-35和SSOP-16兩種，糧情測控系統中采用的是PR-35 封裝 .DS 18x20采用9 個位表示測溫點的溫度值，每個DS18x20 部都設置有一個單一的序列號，因此可以使多個DS 18x20 共存于同一根數據傳輸線上 .DS 18x20部分為 4 個部分 :1,64位序列號 ;2 、保存臨時數據的 8 字節片 RAM;3、保存永久數據的 2 字節 EEPROM: 、4溫度傳感器三、光纖傳感器光纖溫度傳感器

13、是近幾年發展的新技術，也是工業中用的最多的光纖傳感器之一。目前研究的光纖溫度傳感器主要有輻射式溫度傳感器、半導體吸收式溫度傳感器、光纖熱色傳感器等 . 光纖溫度傳感器的精度更高，但成本較貴。1.4 濕度傳感器技術的國外研究動態近年來，國外在濕度傳感器研發領域取得了長足進步 . 濕敏傳感器正從簡單的濕敏元件向集成化、智能化、多參數檢測的方向迅速發展，為開發新一代濕度崛度測控系統創造了有利條件，也將濕度測量技術提高到新的水平。一、濕敏元件濕敏元件是最簡單的濕度傳感器。濕敏元件主要有電阻式、電容式兩大類。濕敏電阻的特點是在基片上覆蓋一層用感濕材料制成的膜，當空氣中的水蒸氣吸附在感濕膜上時，元件的電阻

14、率和電阻值都發生變化，利用這一特性即可測量濕度。濕敏電阻的種類很多，例如金屬氧化物濕敏電阻、硅濕敏電阻、瓷濕敏電阻等。濕敏電阻的優點是靈敏度高，主要缺點是線性度和產品的互換性差。濕敏電容一般是用高分子薄膜電容制成的，常用的高分子材料有聚苯乙烯、聚酞亞胺、酪酸醋酸纖維等 . 當環境濕度發生改變時，濕敏電容的介電常數發生變化，使其電容量也發生變化，其電容變化量與相對濕度成正比 . 濕敏電容的主要優點是靈敏度高、產品互換性好、響應速度快、濕度的滯后量小、便于制造、容易實現小型化和集成化，其精度一般比濕敏電阻要低一些。國外生產濕敏電容的主要廠家有 Humirel 公司、 Philip 公司、 Siem

15、ens 公司等。以 Humirel 公司生產的 HS1100 型濕敏電容為例，其測量圍是 (1 %-99% ) RH ，在 55% RH時的電容量為 180pF(典型值 ) 。當相對濕度從 0 變化到 100%時，電容量的變化圍是 163pF-202pF。溫度系數為 0.04 pF/ C ，濕度滯后量為士 1.5%，響應時間為 5s。除電阻式、電容式濕敏元件之外，還有電解質離子型濕敏元件、重量型濕敏元件 ( 利用感濕膜重量的變化來改變振蕩頻率 ) 、光強型濕敏元件、聲表面波濕敏元件等。濕敏元件的線性度及抗污染性差，在檢測環境濕度時，濕敏元件要長期暴露在待測環境中，很容易被污染而影響其測量精度及

16、長期穩定性。二、集成濕度傳感器目前，國外生產集成濕度傳感器的主要廠家及典型產品分別為Honeywe”公司 (H1H-3602, HIH-3605, HIH-3610型 ) ， Humirel公司(HM 1500,HM 1520,HF3223 ,HTF3223 型 ) ， Sensiron公 司(SHT11,SHT15型) 。這些產品可分成以下三種類型:1、線性電壓輸出式集成濕度傳感器典型產品有 HIH3605/3610, HM1500/ 1520 。其主要特點是采用恒壓供電，置放大電路，能輸出與相對濕度成比例關系的伏特級電壓信號，響應速度快，重復性好，抗污染能力強。2、線性頻率輸出式集成濕度傳

17、感器典型產品為 HF3223型，它采用模塊式結構，屬于頻率輸出式集成濕度傳感器，在 55% RH時的輸出頻率為 8750Hz(典型值 ) ，當相對濕度從 10%變化到 95%時，輸出頻率就從 9560Hz 減小到 8030Hze 這種傳感器具有線性度好、抗干擾能力強、便于配數字電路或單片機、價格低等優點。3、頻率 / 溫度輸出式集成濕度傳感器典型產品為 HTF3223型。它除具有 HF3223的功能以外，還增加了溫度信號輸出端，利用負溫度系數 (NTC)熱敏電阻作為溫度傳感器。當環境溫度變化時，其電阻值也相應改變并且從 NTC端引出，配上二次儀表即可測量出溫度值 fl01.5 本課題的主要研究

18、目標及容設計目標實現溫室溫、濕度的自動監測。設計容1. 設計相應的信號采集電路、執行電路等硬件電路;2. 實現各環境要素的自動監測 ;3. 通過單片機匯編語言編制數據采集、分析處理、顯示、修改、參數設置、控制等程序功能模塊 ;4. 研究裝置的軟硬件抗干擾措施，提高系統工作的可靠性和穩定性。2 系統的硬件設計2.1 總體設計總的設計思想是通過溫、濕度傳感器將溫度、濕度值轉換為電量輸出，由 A/D 轉換器對模擬信號進行數字化，被數字化的信號經過單片機處理后，送顯示器及執行機構，完成溫、濕度聲光報警的功能，總體設計框圖如圖 3-1 所示。本系統完成以下功能 : 可對溫、濕度進行多點自動檢測、顯示、報

19、警。當溫、濕度超過上、下限設定值時，可自動發出聲光報警，報警的上下限值可通過鍵盤隨時設定。為實現以上功能需安排以下五個部分組成整個控制系統如圖 3-2 所示。系統的硬件組成 :(1) 信號采樣電路 (2) 單片機基本系統 (8031)(3) A/D轉換電路(4)鍵盤和顯示電路(5)執行電路2.2 信號采樣電路設計采樣電路在整個控制裝置中占據著十分重要的地位，采樣值是 8031 主要處理的數據，是實施控制的依據，所以保證采樣電路的準確是進行良好控制的基礎。溫度采樣電路設計溫度傳感器的選擇溫度傳感器的種類很多，根據溫室使用條件，選擇恰當的傳感器類型才能保證測量的準確可靠，并同時達到增加使用壽命和降

20、低成本的目的。根據溫室溫度控制的特點，本系統中溫度傳感器選用AD590集成溫度傳感器。集成溫度傳感器實質上是一種半導體集成電路，它是利用晶體管的 b-e 結壓降的不飽和值 VBE 與熱力學溫度 T 和通過發射極電流I的關系實現對溫度的檢測:式中， K 一波爾茲常數 ;q 一電子電荷絕對值。集成溫度傳感器具有線性好、精度適中、靈敏度高、體積小、使用方便等優點，得到廣泛應用。集成溫度傳感器的輸出形式分為電壓輸出和電流輸出兩種。電壓輸出型的靈敏度一般為10mV/K,溫度 0時輸出為0，溫度 25時輸出 2.982V。電流輸出型的靈敏度一般為 1 A/K 。AD590 是美國模擬器件公司利用PN結正向

21、電流與溫度的關系制成的電流輸出型兩端溫度傳感器。這種器件在被測溫度一定時，相當于一個恒流源。該器件具有良好的線性和互換性，測量精度高，并具有消除電源波動的特性。它的主要特性參數如下 :1. 流過器件的電流 ( A) 等于器件所處環境的熱力學溫度( 開爾文 ) 度數，VBE = KITq lnI式中 :I r 流過器件 (AD590)的電流，單位為 A;T熱力學溫度，單位為K。2. AD590 的測溫圍為一 55+150。3AD590的電源電壓圍為4V30V。電源電壓可在4V 一 6V 圍變化，電流 I r 變化 1A, 相當于溫度變化1K。 AD590 可以承受 44V 正向電壓和20V 反向

22、電壓，因而器件反接也不會被損壞。4. 輸出電阻為 710M。5. 精度高 :AD590 共有 I, J, K, L, M五檔，其中 M 檔精度最高，在 -55+150 圍，非線性誤差為士 0.3 。6. 靈敏度 :1 A/K 。 溫度檢測電路的設計在設計測溫電路時，首先應將電流轉換成電壓。因為流過AD590的電流與熱力學溫度成正比，當電阻R1 和電位器 RP1 的電阻之和為10k 時，輸出電壓 V0 隨溫度的變化為l0mV/K。但由于 AD590 的增益有偏差，電阻也有誤差，因此應對電路進行調整。為了使此電阻精確(0.1%) ，可用一個 9.6k的電阻與一個 1 k電位器串聯，然

23、后通過調節電位器來獲得精確的l0k 的電阻。溫度檢測電路如圖3-3 所示，其中運算放大器 A1 被接成電壓跟隨器形式，以增加信號的輸入阻抗。而運放 A2 的作用是把絕對溫標轉換成攝氏溫標，給A2 的同相輸入端輸入一個恒定的電壓，然后將此電壓放大到2.732V。這樣， A1 與A2 輸出端之間的電壓即為轉換成的攝氏溫標。將 AD590放入 0 的冰水混合溶液中， A1 同相輸入端的電壓應為 2.732V 同樣使 A2 的輸出電壓也為 2.732V，因此 A1 與 A2 兩輸出端之間的電壓為 0V, 即對應于 0。 AD590 溫度與電流的關系如表 3-1所示。濕度采樣電路設計濕度傳感器的選擇在非

24、電物理量的檢測中，濕度的測量是比較困難的。濕度信號的傳遞必須靠水對濕敏元件直接接觸來完成，因此濕敏元件只能直接暴露于待測環境中，而不能密封，這些都導致濕度傳感器的壽命較短。目前已有幾十種濕敏器件，按感濕材料來分，大致有四類 : 電解質、半導體瓷、高分子和其它。本系統需要檢測溫室空氣的相對濕度，它是絕對濕度和飽和濕度之比。根據溫室濕度控制的特點，本系統中濕度傳感器選用 Al 2 O3 型濕度傳感器。Al 2 O3 型濕度傳感器屬于電容型的高分子材料制成的濕敏元件，它的傳感功能是通過高分子聚合物在吸濕后而引起介電常數的變化來完成的。它具有線形度好、滯后性小、響應快以及能在較寒冷的環境中使用等優點，

25、其主要的特性參數為 :工作環境溫度 :-30+80 ;相對濕度測量圍 :0100%RH ;測濕精度 : 士 4%RH.濕度檢測電路濕度檢測電路由濕度傳感器Al 2 O3 型濕度傳感器、振蕩電路、整流電路、輸出放大電路等組成。濕度檢測電路如圖 3-4 所示。振蕩電路為 RC 橋式振蕩電路，傳感器特性的線形補償由 R1, R2 完成， D1, D2, D3 用于輸入保護， A1, A2 為運算放大器， A2 接成電壓跟隨器。當環境濕度發生變化時，傳感器的電容量也隨著變化，這種變化反應到由振蕩電路提供的正弦波信號，通過電壓跟隨器輸出電壓值。2.3 單片機最小系統的設計單片機復位電路的設計復位電路是單

26、片機應用中重要的一環，它對單片機抗干擾有重要作用。在振蕩運行的情況下，要實現復位操作，必須使 RST 引腳至少保持兩個機器周期的高電平。復位期間不產生 ALE 及 PSEN信號。復位后，各部寄存器狀態如表 3-2 所示。 8031 單片機的復位電路如圖 3-5 所示。單片機時鐘電路的設計單片機的時鐘產生方法有兩種 : 部時鐘方式和外部時鐘方式。本系統中 8031 單片機采用部時鐘方式。最常用的部時鐘方式是采用外接晶體和電容組成的并聯諧振回路。振蕩晶體可在 1.2MHz12MHz 之間。電容值無嚴格要求，但電容取值對振蕩頻率輸出的穩定性、大小和振蕩電路起振速度有少許影響，一般可在20pF-100

27、pF 之間取值。8031 單片機的時鐘電路如圖3-6 所示。單片機系統一個最小 8031 單片機系統有CPU（ 8031) , 8位 3 態 D 鎖存器74LS373，ROM或 RAM,時鐘電路和復位電路等基本電路組成。2.4 A/D 轉換電路由信號處理電路輸出的信號為模擬信號，而單片機只能處理數字量，所以必須首先將模擬量經過一定電路轉換為數字信號，單片機才能處理，這種電路被稱為A/D 轉換電路，是模擬系統與計算機之間的接口部件。轉換的常用方法A/D 轉換的常用方法有 : 雙積分式A/D 轉換、逐次逼近型A/D 轉換、計數型 A/D 轉換等。雙積分式 A/D 轉換的工作原理是將對輸入電壓的測量

28、，轉換成對基準源積分時間的測量，再測量時間 ( 脈沖寬度信號 ) 或頻率 ( 脈沖頻率 ) ，然后由定時器 / 計數器獲得數字值。這種方法的主要優點是分辯率高、精度高、抗干擾性好 ; 主要缺點是轉換速度慢。逐次逼近型A/D 由一個比較器和D/A 轉換器通過逐次比較邏輯構成，川頁序地增加部D/A 的輸入值，并將其輸出電壓與A/D 測量輸入電壓比較，當二者相等時，部D/A 的輸入值就是A/D 轉換的結果。這種方法的主要優點是速度快、功耗低; 主要缺點是抗干擾性差。轉換器的主要技術指標A/D 轉換器的主要技術指標有: 分辨率、精度、量程、轉換時間等。分辨率 (Resolution) 分辨率反映轉換器

29、所能分辨的被測量的最小值。通常用輸出二進制代碼的位數來表示。 8 位 A/D 轉換器的分辨率為 8位。精度（ Precision )精度指的是轉換的結果相對于實際的偏差，精度有兩種表示方法: 絕對精度和相對精度。絕對精度用最低位(LSB)的倍數來表示，如 :如 1LSB ; 相對精度用絕對精度除以滿量程值的百分數來表示，如 : 士 0.05%。同樣分辨率的轉換器其精度可能不同。量程 ( 滿刻度圍一Full Scale Range)量程是指輸入模擬電壓的變化圍。如 : 某轉換器具有10V 的單極性圍或一5 一+5V 的雙極性圍，它們的量程都為10V。實際的 A/D , D/A轉換器的最大輸入 /

30、 輸出值總是比滿刻度值小。轉換時間 (Conversion Time ) A/D轉換器的轉換時間是指: 從啟動轉換開始，直至取得穩定的數字量或模擬量所需的時間稱為轉換時間。轉換時間與轉換器工作原理及其位數有關。同種工作原理的轉換器，通常位數越多，轉換時間越長。的主要特征和部結構本系統采用 ADC0809大規模集成電路芯片，它是逐次逼近式 A/D 轉換器，輸出的數字信號有二態緩沖器，可以和單片機直接接口。ADC0809的主要技術指標為 :分辨率 :8 位;單電源供電 :+5V;最大不可調誤差小于 士 1LSB ;轉換時間為 100s ( 時鐘頻率為 640KHz);模擬輸入圍 : 單極性。 05

31、V;不必進行零點和滿刻度調整 ;功耗為 15Mw;ADC0809由一個 8 路模擬開關、一個地址鎖存與譯碼器、一個8 位A/D 轉換器和一個二態輸出鎖存器組成。其部結構框圖如圖3-7 所示。ADC0809管腳功能及定義ADC0809模數轉換器的管腳定義如圖3-8 所示。IN0IN7 : 8通道模擬量輸入。ADDA, ADDB, ADDC: A, B, C為地址輸入線，用于選通IN0IN7上的一路模擬量輸入。通道選擇表如表3-3 所示。ALE:地址鎖存允許輸入線，高電平有效。當 ALE 線為高電平時，地址鎖 存與譯碼器將 A, B, C 二條地址線的地址信號進行鎖存，經譯碼后被選道的模擬量進轉換

32、器進行轉換。D0 一 D7: 8 位輸出數據線 ( 二態 ) ， A/D 轉換結果由這8 根線傳送給單片機。OE:允許輸出信號。當OE = 1 時，輸出轉換得到的數據; 當 OE=0時，輸出數據線呈高阻狀態。START:轉換啟動信號。 START為正脈沖，其上跳沿所有部寄存器清零 ; 下跳沿時，開始進行 A/D 轉換 ; 在轉換期間， START應保持低電平。EOC:轉換結束信號。當 EOC為高電平時，表明轉換結束 ; 否則，表明正在進行 A/D 轉換。CLK:時鐘輸入信號。因 ADC0809的部沒有時鐘電路，所需時鐘信號必須由外界提供，頻率圍為 10KHz1.2MHz，典型值為 640KHz

33、.與 8031 的接口電路ADC0809有 8 個通道的模擬量輸入，在程序控制下，可令任意通道進行 A/D 轉換并可得到相應的8 位二進制數字量 . ADC0809 與 8031單片機的連接如附圖2 所示。2.5 鍵盤 / 顯示器接口電路設計鍵盤接口設計鍵盤是常用的單片機輸入設備之一。一般鍵盤由若干個按鍵組成，操作人員通過鍵盤輸入命令和數據，實現人機對話。用于計算機系統的鍵盤有兩類 : 一類是編碼鍵盤，即鍵盤上閉合鍵的識別由專用硬件實現。另一類是非編碼鍵盤，即鍵盤上閉合鍵的識別由軟件實現。在單片機應用系統中為了降低成本，簡化硬件電路，大多數采用非編碼鍵盤。本系統中 8031 通過并行接口 (8

34、155 芯片 ) 與鍵盤接口。鍵盤工作原理鍵盤是常用的單片機輸入設備之一。一般鍵盤由若干個按鍵組成，操作人員通過鍵盤輸入命令和數據，實現人機對話。用于計算機系統的鍵盤有兩類 : 一類是編碼鍵盤，即鍵盤上閉合鍵的識別由專用硬件實現。另一類是非編碼鍵盤，即鍵盤上閉合鍵的識別由軟件實現。在單片機應用系統中為了降低成本，簡化硬件電路，大多數采用非編碼鍵盤。本系統中 8031 通過并行接口 (8155 芯片 ) 與鍵盤接口。鍵盤工作原理3x3的鍵盤結構如圖3-9所示，圖中列線通過電阻接+5 V。當鍵盤上沒有鍵閉合時，所有的行線和列線斷開，列線y0y2 都呈高電平。當鍵盤上某一個鍵閉合時，則該鍵所對應的行

35、線和列線短路。例如 1 號鍵閉合時，行線x0 和列線 y1 短路，此時 y1 的電平由行線x0的電位所決定。如果把列線接到微機的輸入口，行線接到微機的輸出口，則在微機的控制下，使行線x0 為低電平，其余x1, x2都呈高電平，讀列線狀態。如果y0, y1, y2都為高電平，則x0 這一行上沒有鍵閉合，如果讀出的列線狀態不全為高電平，則為低電平的列線與 x0 相交處的鍵處于閉合狀態 ; 這種逐行逐列的檢查鍵盤狀態的過程稱為對鍵盤的一次掃描。CPU對鍵盤掃描可以采用定時控制方式，每隔一定時間，CPU對鍵盤掃描一次，也可以采用中斷控制方式。每當鍵盤上有鍵閉合時，向CPU請求中斷， CPU響應鍵盤輸入

36、中斷，對鍵盤掃描，以識別哪一個鍵處于閉合狀態，并對鍵輸入信息做出相應處理。CPU對鍵盤上閉合鍵的鍵號確定，可以根據行線和列線的狀態訓一算求得。經 8155 與鍵盤接口方法鍵盤電路由 8155PA 口、 PC 口和 2x8 矩陣結構形式的 16 只鍵組成，其中 10 只數碼鍵、 6 只功能鍵。在鍵盤掃描電路中， 8155 的 PA 口用做控制鍵掃描的列線，是輸出口，也稱鍵掃描口。 PC 口用做輸入口，其中 PCO,PC1接鍵盤的行線，稱鍵輸入口。閉合鍵的鍵值確定 : 根據該鍵所在的行、列值決定。例如 : 閉合鍵 4，鍵 4 所在的行為第 0 行，其行首鍵號為 0, 第 4 列，閉合鍵值由下式計算

37、得到 : 鍵值 =行首鍵號+列號 =0+4=4。其邏輯電路如附圖 3 所示。顯示器接口設計顯示器是最常用的輸出設備，特別是發光二極管顯示器(LED)和液晶顯示器 (LCD)，由于結構簡單、價格便肩、接口容易，得到廣泛的應用，尤其在單片機系統量使用。本系統中8031 通過并行接口 (8155 芯片) 與 LED顯示器接口。LED顯示器結構與原理七段 LED顯示器共有 8 個發光二極管。其中7 個發光二極管用于構成七筆字形，另一個發光二極管構成小數點。七段LED 顯示器有共陰極和共陽極兩種接法，如圖 3-10 所示。共陰極接法，即將 8 個發光二極管的陰極連接在一起，高電平輸入有效 (LED 發光

38、 ) 。共陽極接法，即將 8 個發光二極管的陽極連接在一起，低電平輸入有效 (LED 發光) 。七段 LED顯示器顯示原理簡單，只要控制其中各段 LED的亮與火即可顯示出相應的數字、字母或符號。常用的顯示方法有靜態顯示和動態顯示兩種。所謂靜態顯示，就是當顯示器顯示某一個字符時，相應的發光二極管恒定的導通或截止。這種顯示方式，每一位都需要有一個 8 位輸出口控制，所以占用硬件多，一般用于顯示器位數較少的場合。所謂動態顯示，就是單片機定時的對顯示模塊件掃描，顯示模塊件分時工作，每次只能有一個器件顯示。但由于人視覺的暫留現象，所以仍感覺所有的器件都在顯示。動態顯示的最大優點是使用硬件少，接口電路簡單

39、，但它要求 CPU頻繁的為顯示服務。本系統中將采用動態掃描的方法。經 8155 與顯示器接口方法顯示電路由 8155 的 PA 口、 PB 口、 8 只 LED顯示器等組成。 LED 選用共陰極的七段顯示器，并采用動態顯示原理，即有低位到高位，一位一位顯示，對每一位顯示器來說，每隔一段時間點亮一次。因此，控制顯示器公共陰極電位的I/O 口只需一個，現選用PB口輸出位選碼，稱為掃描口。位選碼中為 0 的位是被選中的顯示位。此外，控制各位顯示器所顯示的字形也需一個 I/O 口，現選用 PA 口， PA 口的輸出與 LED 相連完成段選功能。 PA 口的段選碼和 PB 口的位選碼相配合就可顯示相應位

40、的字碼了。其邏輯電路如附圖 3 所示。2.6 執行及報警電路設計該執行電路按要求直接控制風機和電爐等設備，并對超過溫、濕度上下限給出聲光報警信號。以 PI 口的 P1.01.4 控制加濕器、風扇等設備， P1.5P1.7 用于聲光報警。在控制電路中，為避免中間繼電器動作對整個裝置產生干擾，采用光電耦合器隔離。執行電路的硬件設計如附圖 4 所示。 ( 圖中僅畫出一路輸出控制電路及聲光報警電路)3 系統的軟件設計本章在硬件電路設計的基礎上，全面闡述各部分軟件的設計思想和具體實現方法。整個軟件采用模塊化設計結構，并利用匯編語言編制。整個程序由主程序、顯示、鍵盤掃描、 A/D 轉換、模糊控制、采樣濾波

41、等子程序模塊組成。3.1 軟件系統框圖及地址分配本系統選用 8031 單片機為主機，由于其片無程序存儲器，所以擴展 8KB EPROM 2764作為程序存儲器，8KB RAM 6264 作為數據存儲器， 74LS373 作為地址鎖存器， 8 位輸入 A/D 轉換器 (ADC0809)和 I/O接口芯片 8155 可編程并行I/O 擴展接口。通過8155 支持下的8 位LED顯示器、 2x8 鍵盤輸入，以實現人機通信。系統結構框圖如圖4-1 所示。在單片機中，由于片、片外RAM, ROM以及 I/O存儲空間的地址編制是統一的，根據軟件系統總體框圖，所有片選線由74LS138 統一譯碼，地址分配如

42、下 :2764接 YO，地址圍為 OOOOH1FFFH;6264接 Y1，地址圍為 2000H3FFFH;8155接 Y2, IO/M接 P2.0 ，命令狀態口為4100H;A口:4101H;B口 :4102H;C口:4103H;ADC0809接 Y3, ADD-A, B, C分別接P0.0, P0.1、P0.2INO:7FF8H IN1:7FF9HIN2:7FFAHIN3:7FFBHIN4: 7FFCH INS:7FFDHIN6:7FFEHIN7:7FFFH3.2 主程序設計主程序框圖如圖4-2所示。程序初始化包括寄存器設置、堆棧設置和相關單元清零設置等。主程序存放于EPROM 2764中，

43、啟動后循環執行，不停地進行采樣計算，得出實際溫、濕度值，并與設定值進行比較，實現聲光報警信號。主程序 :ORG0000HAJMPMAINORG0100HADOEQU7FF8HPORTEQU4100HPORTAEQU4101HPORT BEQU4102HPORTCEQU4103HMAIN:MOVSP, #60H;設置堆棧MOVDPTR, #PORT； 8155 初始化MOVA,#03H；8155A口、 B 口為輸出， C口為MOVDPTR,A；輸入方式MOV50H,#19H；溫度設定值存于50H 單元，設定值25MOV51H,#46H；濕度設定值存于51H單元，設定值70RH%ML0:ML1:MOVR0,#30H ；顯示緩沖區 30H到 3