1、題目:倉庫溫濕度檢測系統的設計摘要溫度和濕度是影響貨物儲存質量的重要因素。本課題設計了一種基于單片機的綠色食品除濕干燥智能控制系統，實現了對食品溫度和濕度的實時檢測，使管理者可以實時監控食品的溫度和濕度，以確定合適的溫濕度指標進行儲藏。本文以AT89S52單片機為控制核心，DHT11溫濕度傳感器和1602字符液晶顯示模塊構成溫濕度采集和實時顯示系統，實現了對被測對象溫濕度的精確測量和自動控制。該系統由上位機和下位機組成。下位機主要對食物的溫度和濕度進行采集和處理，傳輸到1602 LCD，并做出判斷，實現超限報警。同時，下位機通過RS232總線將溫濕度數據傳輸給上位機，上位機可以實時顯示當前的溫

2、濕度值。實驗結果表明，該系統電路簡單、運行穩定、集成度高、調試方便、測試精度高，具有一定的實用價值。關鍵詞:溫濕度AT89S52 RS232單片機自動控制目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _RefHeading_Toc296099820 摘要I HYPERLINK l _RefHeading_Toc296099821 目錄II HYPERLINK l _RefHeading_Toc296099822 1緒論1 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296099823 1.1 背景與意義1 HYPERLINK l _RefHeading_Toc2960

3、99824 1.2國外發展現狀1 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296099825 1.2.1溫度測量方面1 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296099826 1.2.2濕度測量方面3 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296099827 1.3溫度、濕度檢測技術的發展趨勢3 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296099828 2溫濕度測量系統方案設計5 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296099829 2.1系統總體設計5 HYPERLINK l _RefHeading_Toc2

4、96099830 2.2系統的整體構架5 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296099831 2.3系統方案的論證與選擇5 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296099832 2.3.1單片機的選擇5 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296099833 2.3.2顯示器的選擇6 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296099834 2.3.3傳感器的選擇7 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296099835 2.3.4鍵盤模塊的選擇7 HYPERLINK l _RefHeading_To

5、c296099836 2.3.5報警模塊的選擇8 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296099837 3系統硬件設計9 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296099838 3.1主控模塊9 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296099839 3.1.1單片機AT89S52簡介9 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296099840 3.1.2 AT89S52的標準功能9 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296099841 3.1.3單片機AT89S52最小系統10 HYPERLINK l

6、 _RefHeading_Toc296099842 3.1.4單片機的控制接口11 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296099843 3.2顯示模塊11 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296099844 3.2.1 1602液晶簡介12 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296099845 3.2.2 1602液晶顯示特性12 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296099846 3.2.3 1602液晶物理特性12 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296099847 3.2.4 16

7、02液晶管腳功能12 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296099848 3.2.5 1602液晶字符集13 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296099849 3.2.6 1602液晶與AT89S52接口電路14 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296099850 3.3溫濕度采集模塊14 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296099851 3.3.1 DHT11溫濕度傳感器簡介14 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296099852 3.3.2 DHT11引腳與接口15 HYPER

8、LINK l _RefHeading_Toc296099853 3.4鍵盤模塊15 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296099854 3.4.1鍵盤控制電路15 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296099855 3.4.2各功能鍵作用分配16 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296099856 3.5報警模塊17 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296099857 3.5.1報警電路接口17 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296099858 3.5.2蜂鳴器工作原理17 HYPE

9、RLINK l _RefHeading_Toc296099859 3.6串口通信模塊17 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296099860 3.6.1 RS-232C簡介18 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296099861 3.6.2 MAX232簡介19 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296099862 3.6.3 74HC573簡介20 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296099863 3.7小結21 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296099864 4系統軟件設計22

10、 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296099865 4.1主程序設計22 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296099866 4.2溫濕度采集子程序設計24 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296099867 4.3液晶顯示子程序設計24 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296099868 4.4鍵盤掃描軟件設計25 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296099869 4.4.1鍵盤掃描功能26 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296099870 4.4.2鍵盤

11、掃描工作原理26 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296099871 4.4.3鍵盤掃描流程圖27 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296099872 4.5串行通信模塊27 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296099873 4.6小結28 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296099874 結論29 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296099875 辭30 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296099876 參考文獻31第一章緒論1.1背景和意義防潮、防霉、

12、防腐、防爆是日常食品儲存的重要內容，是衡量食品儲存質量的重要指標，直接影響儲存物料的使用壽命和工作可靠性。為了保證日常工作的順利進行，首要的問題是加強對物品溫濕度的監控。而傳統的方法是使用溫濕度計、雙金屬計、濕度試紙等檢測設備，對不符合溫濕度要求的食品進行人工檢測和通風干燥。這種人工測試方法費時、費力、效率低，而且溫濕度誤差大，隨機性大。因此，我們需要一種成本低、使用方便、精度高的溫濕度測量控制器。1.2國外發展現狀目前，溫濕度檢測技術和貨物智能除濕干燥系統的研究具有溫濕度檢測、超溫報警、自動生成各種報表、自動存儲歷史數據、自動生成溫濕度變化曲線等功能。，倉庫管理員可以使用它進行查詢和分析。溫

13、度測量溫度是一個重要的物理量，檢測方法很多，如電阻式、熱電偶式、PN結式溫度傳感器1、應時諧振式溫度傳感器和光傳感器等。，這些都是基于溫度的變化。目前，國外在超高精度溫度測量中，大多采用標準鉑電阻溫度傳感器。如美國(NSIT)國家實驗室使用標準鉑電阻溫度傳感器對納米測試裝置的工作腔進行測試，其測試精度為0.0017，8。在國內，清華大學采用石英晶體傳感器作為測溫元件，將溫度變化的模擬量轉換成應時晶體振蕩頻率的數字量。通過測量頻率，可以計算出溫度值，它可以測量0.001的溫度變化。濕度測量近年來，國外在濕度傳感器的研發方面取得了很大進展。濕度傳感器正從簡單的濕度傳感器向集成化、智能化、多參數檢測

14、方向快速發展，將濕度測量技術提高到一個新的水平9。濕度傳感器種類繁多，大致可分為三類:電解質濕度傳感器、半導體陶瓷濕度傳感器和有機聚合物濕度傳感器10。(1)電解質型濕度傳感器，如氯濕度傳感器，靈敏度高，但在高濕度環境下容易產生溶液，從而影響原裝，縮短使用壽命。(2)半導體瓷濕度傳感器，如鉻酸鎂二惡英濕度傳感器，釩酸貉二惡英濕度傳感器。他們主要是利用陶瓷燒結體微晶表面吸濕除濕過程中電極間電阻的變化來檢測相對濕度。這種傳感器適用于高溫高濕領域。(3)高分子材料制成的濕度傳感器，如聚乙烯醇、醋酸纖維素、聚胺等材料，響應速度快，精度高，但抗老化、抗污染能力不如陶瓷傳感器。目前日本、德國、美國處于世界

15、領先地位，測量范圍可實現全濕度測量，精度可達2%RH。我國濕度傳感器的研究和生產始于20世紀80年代，研究單位多于生產廠家，大多從事電解質、陶瓷和聚合物傳感器的研發。1.3溫濕度檢測技術的發展趨勢溫度傳感器種類繁多，測量范圍很廣，從幾千度到絕對零度都有。但是，在測量精度、穩定性和抗干擾方面還存在很多問題。比如鉑電阻溫度計，雖然測量寬度寬，精度高，但抗振能力差；熱敏電阻溫度計靈敏度高、體積小、響應速度快但穩定性差；熱電偶溫度傳感器的缺點是靈敏度低。因此，進一步完善敏感元件的制造工藝和結構，充分利用微加工技術發展數字化、集成化、自動化的溫度傳感器，探索新的敏感機理，尋求新的溫度敏感元件，是溫度傳感

16、器的發展方向之一11。濕度傳感器已經廣泛應用于工業、農業、醫療、氣象和日常生活中，特別是隨著科學技術的發展，人們越來越重視濕度的檢測和控制，并進行了大量的研究。一般來說，理想的濕度傳感器的特性應該是:適用于較寬的溫度和濕度，測量精度要高；使用壽命長，穩定性好:響應快，滯后小，重現性好；靈敏度高，線性好，溫度系數小；制造工藝簡單，易于批量生產；轉換電路簡單，成本低；耐腐蝕性、耐低溫和耐高溫等12。濕度傳感器正從簡單的濕度傳感器向集成化、智能化、多參數檢測方向快速發展，為開發新一代濕度測控系統創造了有利條件，將濕度測量技術提高到一個新的水平。第二章溫濕度測量系統方案設計2.1總體系統設計溫濕度測量

17、系統的設計主要是基于單片機對數字信號的高靈敏度和可控性，溫濕度傳感器可以產生模擬信號。該系統主要包括主控模塊、溫濕度采集模塊、顯示模塊、報警模塊、鍵盤模塊和系統軟件的設計。2.2系統的總體框架該系統以美國Atmel公司生產的AT89S52單片機13為控制核心，對溫濕度傳感器采集的溫濕度數字信號進行分析處理，然后輸出到LCD顯示溫濕度值。設計可以通過鍵盤手動設置溫度/濕度的上下限，也就是系統閾值。溫濕度傳感器將檢測值傳送給單片機。通過分析比較，當檢測值超過閾值時，驅動蜂鳴器報警，以便管理人員及時切斷電源，實現對系統的保護。硬件結構框圖見圖2-1。2.3系統方案的論證和選擇2.3.1單片機的選擇M

18、CU是整個系統的控制核心14，其空值與周圍的器件協調完成特定的功能。方案一:采用AT89C51單片機。AT89C51是一種低電壓、高性能的CMOS8位微處理器，由美國ATMEL公司生產，內含4K字節flash可編程可擦只讀存儲器。該器件采用ATMEL高密度非易失性存儲器制造技術制造，兼容工業標準MCS-51指令集和輸出引腳。由于多功能的8位CPU和flash存儲器結合在一個芯片上，ATMEL的AT89C51是一個高效的微控制器，它為許多嵌入式控制系統提供了一個靈活而廉價的方案。AT89C51不支持ISP(在線更新程序)功能，完成一個指令周期需要4個時鐘周期，處理速度較慢，適用于對時效性要求不高

19、的系統。方案二:采用AT89S52。AT89S52是美國Atmel公司生產的低功耗高性能CMOS8位微控制器。擁有8K在系統可編程閃存，采用的技術是Atmel公司的高密度非易失性存儲器技術。片上Flash允許程序存儲器在系統中可編程，也適用于常規程序員；AT89S52在單芯片上，配合智能8位CPU和在系統可編程Flash，為眾多嵌入式控制應用系統提供高度靈活、超級有效的解決方案，具有價格低廉、性能可靠、抗干擾能力強的特點。綜合本系統需要滿足的技術指標和硬件設計的性價比，我們選擇方案二。AT89S52AT89S52單片機數字溫濕度傳感器矩陣鍵盤TTL232轉換電路MAX232上位機液晶顯示器報警

20、圖2-1倉庫溫濕度檢測系統硬件結構框圖2.3.2選擇監視器方案一:采用LED數碼管。系統采用動態顯示方式驅動六個數碼管工作，其中四個數碼管用于顯示溫度值，兩個用于顯示檢測到的濕度值。74LS138的輸入用于選擇位碼，單片機的P1口控制數碼管的密碼破譯。如果檢測到的溫度和濕度發生變化，數碼管也會相應變化，可以實時顯示。LED數碼管因其亮度高、工作電壓低、功耗低、小型化、壽命長、耐沖擊、性能穩定等優點而得到廣泛應用，但制造相對復雜，價格昂貴。方案二:采用1602液晶屏。液晶顯示的原理是利用液晶的物理特性，通過電壓來控制其顯示區域。有電就會有顯示，這樣就可以顯示圖形。液晶顯示器具有厚度薄、適合大規模

21、集成電路直接驅動、易于實現全彩顯示等特點。目前，它已廣泛應用于便攜式電腦、數碼相機、PDA移動通訊工具等諸多領域。相對而言，液晶顯示器具有顯示質量高、體積小、功耗低的特點，并且其電路設計簡單，操作更加方便。因此，我們選擇方案二。傳感器的選擇傳感器是實現測量和控制的第一步，是檢測系統的關鍵部件。方案一:采用熱電阻溫度傳感器和HOS-201濕度傳感器。熱電阻是利用導體的電阻隨溫度變化的特性制成的溫度測量元件。目前廣泛使用的熱電阻有鉑、銅、鎳等。其主要特點是精度高，測量周長大，便于遠距離測量。鉑的物理化學性質非常穩定，抗氧化性強，易提純，重現性好，工業化性好，電阻率高。因此，鉑電阻用于工業檢測中的高

22、精度溫度測量和溫度標準。缺點是價格高，溫度系數低，磁場影響大，還原介質易污染，易脆。與鉑電阻相比，銅電阻的溫度系數更大，價格更低，易于提純加工。但是，它的電阻率小，在腐蝕性介質中的穩定性差。工業上用于-50到180的溫度測量。HOS-201濕度傳感器是一種高濕度開關傳感器。其工作電壓為1V AC以下，頻率為50 Hz 1 kHz，測量濕度范圍為0 100% RH，工作溫度范圍為0 50，在75%RH(25)下阻抗為1m。這種傳感器本來是作為開關傳感器使用的，不能在寬頻帶內檢測濕度。因此，它主要用于判斷濕度水平高于或低于規定值。然而，這種傳感器只有在一定范圍內使用時才具有良好的線性度，從而可以有

23、效地利用其線性度。而且不滿足本設計系統中-30 50的要求。方案二:采用DHT11溫濕度傳感器。DHT11數字溫濕度傳感器是一種帶校準數字信號輸出的溫濕度復合傳感器。它采用特殊的數字模塊采集技術和溫濕度傳感技術，確保產品具有高可靠性和優異的長期穩定性。傳感器包括電阻式濕度傳感器和NTC溫度傳感器，并與高性能8位單片機相連。因此，該產品具有品質卓越、響應超快、抗干擾能力強、性價比高等優點。綜上所述，我們選擇方案2作為本系統的溫濕度傳感器。鍵盤模塊的選擇方案一:采用獨立鍵盤。獨立鍵盤，即直接由I/O口線組成的單鍵電路。每個獨立鍵獨立占用一條I/O口線，互不影響；獨立按鍵接口靈活，結構簡單，但每個按

24、鍵必須占用一個I/O口線，所以在按鍵數量較少時采用這種結構。選擇2:使用矩陣鍵盤。矩陣鍵盤通常由排列成矩陣的行和列的許多鍵組成。行列交叉處有一個鍵，一共16個鍵。通常，行列式鍵盤電路通常在按鍵較多或輸入接口資源緊張的情況下使用。在本系統中，我們選擇了方案二中的16鍵矩陣鍵盤。2.3.5報警模塊選擇方案一:采用語音芯片ISD1420。ISD1420是美國ISD公司生產的高質量單片語音錄放電路。它由振蕩器、語音存儲單元、前置放大器、自動增益控制電路、抗干擾濾波器和輸出放大器組成。芯片具有分段記錄功能，工作電壓范圍為4.5v-5.5v，采用直接電平/邊沿存儲技術，省去了A/D和D/A轉換。它集成了一

25、個大容量的EEPROM，因此不再需要擴展存儲器，方便與單片機連接。ISD1420的地址模式必須精確計算錄音時間和地址單位之間的轉換，以確定每段語音的起始地址。除非用ISD公司生產的ISD1425高級語音編程復印機自動分段錄音并讀出地址，否則用起來還是很麻煩的。雖然操作方式上不需要擔心語音地址的問題，但是在多段錄放上的操作略顯繁瑣，使用起來也不是很方便，因為需要多個管腳才能完成一個功能。而且ISD1420又貴又稀缺。雖然功能強大，但并不是最佳選擇。方案二:使用壓電蜂鳴器。蜂鳴器是一種集成結構的電子發聲器，由DC電壓供電，廣泛應用于電腦、報警器、電子玩具、汽車電子設備、定時器等電子產品中作為發聲裝

26、置。壓電蜂鳴器主要由多諧振蕩器、壓電蜂鳴器、阻抗匹配器、諧振盒、外殼等組成。，有的壓電式蜂鳴器外殼還裝有發光二極管。多諧振蕩器由晶體管或集成電路組成。接通電源(1.515V DC工作電壓)，多諧振蕩器振動，輸出1.52.5kHZ的音頻信號，阻抗匹配器推動壓電蜂鳴器發聲。所以這款產品電路設計簡單，操作更方便，性價比高。綜上所述，本設計選擇方案二作為本系統的報警模塊。3系統硬件設計設計的硬件系統主要由主控模塊、顯示模塊、溫濕度采集模塊、串行通信模塊、鍵盤模塊和報警模塊組成。硬件設計如倉庫溫濕度檢測系統總體原理圖所示(附錄圖1)。3.1主控制模塊該系統的主控模塊采用美國Atmel公司生產的AT89S

27、52單片機作為控制核心。通過DHT11溫濕度傳感器專用的數字模塊采集技術和溫濕度傳感技術，將采集到的溫濕度數字信號輸出到1602LCD顯示器顯示其溫濕度值。該設計可以手動設置溫度/濕度的上限和下限。如果其中一項與設定值不一致，即溫度/濕度過高或過低，系統會發出蜂鳴器報警，并自動啟動空調設備進行除濕干燥，實現系統的智能化。3.1.1單片機AT89S52介紹AT89S52是一款低功耗、高性能的CMOS8位微控制器。擁有8K在系統可編程閃存，采用的技術是Atmel的高密度非易失性存儲器技術。片上Flash允許程序存儲器在系統中可編程，也適用于常規程序員；AT89S52在單芯片上，配合智能8位CPU和

28、在系統可編程Flash，為眾多嵌入式控制應用系統提供高度靈活有效的解決方案，具有價格低廉、性能可靠、抗干擾能力強的特點。AT89S52的標準功能AT89S52具有8k字節的Flash，256字節的RAM，32位I/O端口線，看門狗定時器，兩個數據指針，三個16位定時器/計數器，一個6向量2級中斷結構，全雙工串行端口，片內晶體振蕩器和時鐘電路。此外，AT89S52可以簡化為0Hz靜態邏輯運行，并且可以支持兩種軟件選擇省電模式。在空閑模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時器/計數器、串口和中斷繼續工作。掉電保護模式下，節省RAM容量，振蕩器凍結，單片機所有工作停止，直到下一次中斷或硬件復位。3.

29、1.3單片機AT89S52的最小系統圖3-1 at89s 52最小系統原理圖AT89S52引腳功能描述:VCC:電力供應GND:接地P0端口:P0端口是一個雙向I/O端口，具有8位開漏。作為輸出端口，每個位可以驅動8個TTL邏輯電平。向P0端口寫入“1”時，該引腳用作高阻抗輸入。當訪問外部程序和數據存儲器時，P0端口也用作低8位的地址/數據多路復用。在這種模式下，P0有一個上拉電阻。在flash編程中，端口P0也用于接收指令字節；在程序驗證期間，輸出指令字節。在程序驗證期間，需要外部上拉電阻。P1端口:P1端口是一個帶有上拉電阻的8位雙向I/O端口，P1輸出緩沖器可以驅動4個TTL邏輯電平。當

30、“1”被寫入P1端口時，上拉電阻將端口拉高，此時它可以用作輸入端口。當用作輸入時，由于部分電阻，被外部拉低的引腳將輸出電流(IIL)。此外，P1.0和P1.2分別用作定時器/計數器2的外部計數輸入(P1.0/T2)和觸發輸入(P1.1/T2EX)，如下表所示。在閃存編程和驗證期間，P1端口接收低8位的地址字節。P2端口:P2端口是一個8位雙向I/O端口，帶上拉電阻，P2輸出緩沖器可以驅動4個TTL邏輯電平。當“1”寫入P2端口時，頂部的上拉電阻會將端口拉高，此時可以作為輸入端口使用。當用作輸入時，由于部分電阻，被外部拉低的引腳將輸出電流(IIL)。當使用16位地址訪問外部程序存儲器或讀取外部數

31、據存儲器時(例如，執行MOVXDPTR)，P2端口發送高8位地址。在此應用中，P2港使用強上拉來發送1。當使用8位地址(如MOVXRI)訪問外部數據存儲器時，P2端口輸出P2鎖存器的內容。在閃存編程和驗證期間，P2端口還接收高8位地址字節和一些控制信號。P3端口:P3端口是一個帶有上拉電阻的8位雙向I/O端口，P2輸出緩沖器可以驅動4個TTL邏輯電平。當“1”被寫入P3端口時，上拉電阻將端口拉高，此時它可以用作輸入端口。用作輸入時，輸出電流(IIL)在flash中由引腳編程和驗證，由于器件的電阻，引腳被外部拉低，P3端口也接收一些控制信號。RST:重置輸入。當晶體振蕩器工作時，RST引腳的高電

32、平持續2個機器周期將復位單片機。看門狗計時完成后，RST引腳輸出96個晶振周期的高電平。專用寄存器AUXR(地址8EH)中的DISRTO位可以禁用此功能。在DISRTO默認狀態下，復位高電平有效。EA/VPP:訪問外部程序存儲器的控制信號。要從外部程序存儲器0000H到FFFFH讀取指令，EA必須連接到GND。為了執行程序指令，EA應該連接到VCC。在閃存編程期間，EA也接收12 V VPP電壓。XTAL1:振蕩器反相放大器和時鐘產生電路的輸入。XTAL2:振蕩器反相放大器的輸出。3.1.4單片機控制接口AT89S52單片機是系統的控制核心，P0口控制1602液晶顯示溫濕度。P1口用于鍵盤控制

33、，其中P1.0為溫度的設定，P1.1為濕度的設定，分別設定溫度和濕度的上限和下限。P2.0是DHT11溫濕度傳感器的連接端口。具體接線見溫濕度控制系統總體原理圖(附錄圖1)。3.2顯示模塊液晶顯示器具有許多其他顯示器無法比擬的優點，如功耗低、體積小、重量輕、超薄等。近年來，廣泛應用于單片機控制的智能儀器、儀表和小功率電子產品中。單片機可以通過數據總線和控制信號以存儲器訪問和I/O設備訪問的形式直接控制液晶顯示模塊。本設計采用1602液晶屏。液晶顯示器的原理是利用液晶顯示器的物理特性，通過電壓來控制其顯示區域，通電后可以顯示圖形和字符。在這種設計中，應用1602易于顯示并且穩定地工作。3 . 2

34、 . 1 1602液晶的介紹602字符液晶顯示器是一種工業字符液晶顯示器，可同時顯示162個字符(16列2行)。注:為方便表示，1表示高水平，0表示低水平。1602液晶顯示特性(1)單5V電源電壓，功耗低，壽命長，可靠性高；(2)設置192個字符(160個57點陣字符和32個510字符)；(3)64字節自定義字符RAM，可自定義8個58點陣字符；(4)顯示方式:STN、半透明、正顯示；(5)驅動方式:1/16占空比，1/5偏置；(6)透視方向:6點鐘方向；(7)背光模式:底部LED；(8)通訊方式:4位或8位并口可選；(9)標準接口特性適用于MC51和M6800系列微處理器的操作順序。液晶的物

35、理特性外形尺寸803614毫米可見周長64.6英寸(寬)16.0英寸(高)顯示容量16個字符，兩行點大小0.550.75毫米點間距0.08毫米表3-1 1602液晶的物理性質1602 LCD引腳功能602字液晶通常有14針或16針液晶。多出來的兩條線是背光電源線VCC(15針)和地線GND(16針)，它們的控制原理和14針LCD完全一樣。插腳數標志功能一個虛存系統地面(GND)2電源電壓電源電壓(+5V)三V0LED驅動電壓(可調)四標準英語寄存器選擇輸入端子輸入MPU選擇模塊的寄存器類型信號。RS=0，MPU寫模塊時指向指令寄存器；MPU讀取模塊時，指向地址計數器；RS=1，無論MPU是讀還

36、是寫，都指向數據寄存器。五讀寫讀寫控制輸入用于輸入MPU選擇讀寫模塊的操作信號。當R/W=0時讀取，當R/W=1時寫入。六E使能信號輸入端輸入MPU讀寫模塊操作使能信號。讀的時候，高電平有效；寫入時，下降沿有效。七DB04位三態，0位至數據總線(最低位)八DB1低位三態雙向數據總線1位九DB2低位三態雙向數據總線2位10DB3低位三態雙向數據總線3位11DB4高位三態雙向數據總線4位12DB55位高位三態雙向數據總線13DB65位高位三態雙向數據總線14DB7高位三態雙向數據總線7位(最高位)15A背光正極+5V16K背光電源負端0V表3-21602 LCD引腳功能1602 LCD字符集602

37、 LCD模塊的字符生成存儲器存儲160種不同的點陣字符模式，包括阿拉伯數字、英文字母的大小寫、常用符號、日文假名等。每個字符都有固定的代碼，字符和字母兼容ASCII碼。例如，大寫英文字母“A”的代碼是01000001B(41H)。顯示時，模塊顯示地址41H中的點陣字符，我們可以看到字母“A”。3 . 2 . 6 1602液晶與AT89S52的接口電路圖3-2 1602液晶顯示器與單片機接口電路圖3.3溫度和濕度采集模塊與傳統的模擬溫濕度傳感器相比，結合硬件設計要求，本設計采用DHT11數字溫濕度傳感器。3 . 3 . 1 DHT 11溫濕度傳感器介紹DHT11數字溫濕度傳感器是一種帶校準數字信

38、號輸出的溫濕度復合傳感器。它采用特殊的數字模塊采集技術和溫濕度傳感技術，確保產品具有高可靠性和優異的長期穩定性。DHT11傳感器包括電阻式濕度傳感器和NTC溫度傳感器，并與高性能8位微控制器相連。因此，該產品具有品質卓越、反應超快、抗干擾能力強、性價比高等優點。每個DHT11傳感器都在極其精確的濕度校準室中進行校準。校準系數以程序的形式存儲在OTP(一次性可編程)存儲器中，傳感器部分將在處理檢測信號期間調用這些校準系數。單線串行接口使系統集成簡單快速。超小體積，極低功耗，信號傳輸距離可達20多米，產品為4針單排引腳封裝，連接簡單方便，是各種應用的最佳選擇。引腳和接口圖3-3 DHT 11引腳和

39、接口示意圖別針名字給作注解一個電源電壓3-5.5v DC電源2數據串行數據，單總線三網絡計算機空腳，請掛機。四地線接地、負電源表3-3DHT11引腳功能表3.4鍵盤模塊鍵盤分為獨立鍵盤和矩陣鍵盤。在本次設計中，由于按鍵較多，選擇了矩陣式鍵盤。鍵盤控制電路本系統中鍵盤的作用是實現人機交互，可以通過鍵盤設置溫度/濕度的上下限。鍵盤控制電路如下圖所示:圖3-4鍵盤控制電路3.4.2各功能鍵的功能分配(1)開/關鍵:主要控制硬件系統的開/關。(2)數字設定鍵:S0和S1分別是溫度1+和溫度1-，用來設定溫度的下限；S2和S3分別是濕度1+和濕度1-，用來設定濕度的下限；S4和S5分別是溫度2+和溫度2

40、-，用來設置溫度的上限；S6和S7分別是濕度2+和濕度2-，用于設定濕度上限。當傳感器采集的某個溫濕度值超過設定的區間，即溫度/濕度過高或過低時，系統會發出蜂鳴報警，并啟動空調系統。(3)復位鍵:在溫濕度測量過程中，如果需要中斷運行測試狀態，按下復位鍵，系統將重新初始化。另外，在設置倉庫允許的溫度和濕度的上下限時，如果不小心操作失誤，想重新輸入，也可以按復位鍵進行修改。(4) On報警鍵:SE為On報警鍵，當溫度/濕度值超過設定值時，按下該鍵可取消報警。(5) Off報警鍵:SF為Off報警鍵，用于關閉蜂鳴器報警。3.5報警模塊該系統采用蜂鳴器作為報警裝置。蜂鳴器是一種集成結構的電子發聲器，由

41、DC電壓供電。它廣泛用作電子產品的發電機，如電腦、打印機、復印機、電子玩具、報警器等。在單片機應用程序的設計中，蜂鳴器的使用有很多方案，大多是用來提示或報警的，比如按下一個鍵，開始工作，結束工作或故障等。報警電路接口圖3-5三極管驅動的蜂鳴報警電路3.5.2蜂鳴器的工作原理本設計采用峰值聲音報警電路，其工作過程是傳感器采集的數據經單片機處理后，再與該參數的上下限給定值進行比較。高于上限(或低于下限)會報警，否則顯示為采樣正常值。在該系統中，峰值蜂鳴器報警接口電路的設計采用壓電式蜂鳴器，由驅動器通過AT89S52的一條端口線驅動。電動蜂鳴器需要10mA左右的驅動電流，可以用晶體管驅動，如上圖3-

42、5所示。在圖中，P2.7連接到晶體管的基極輸入。當P2.7輸出高電平“1”時，晶體管導通，壓電蜂鳴器兩端得到+5V左右的電壓和聲音；當P2.7輸出低電平“0”時，三極管關斷，蜂鳴器停止鳴響。3.6串行通信模塊為了進一步處理采集到的數據，需要將單片機采集到的溫濕度數據傳輸到上位機，并將單片機的RXD和TXD接口連接到RS232串口，以接收或發送數據和指令。但是單片機的TTL電平與RS232不兼容，所以用MAX232進行電平轉換。AT89S52具有串行通信接口(SCI)，是一種全雙工異步系統，可以與CRT終端、計算機等外設進行通信。該系統采用RS-232C。接口為MAX232，可以實現TTL電平和

43、RS-232C接口電平的轉換，即可以將5V電平表示“1”和0V電平表示“0”的邏輯轉換為-315V電平表示“1”和+315V電平表示“0”的邏輯，從而解決了PC機串口為RS-232的問題。因此，PC機與AT89S52單片機之間的串行通信可以順利進行。3 . 6 . 1 RS-232 c的介紹在單片機的通信中，說到串行通信，就必須涉及到RS-232C。RS-232C總線標準是由美國EIA(電子工業聯合會)和貝爾公司開發的通信協議，于1969年發布。它是DTE和DCE之間廣泛使用的外部總線接口。RS是英文“推薦標準”的縮寫，232是標志號，C表示修訂次數。RS232C定義了數據終端設備(DTE)和

44、數據通信設備(DCE)之間的物理接口標準。接口標準包括機械特性、功能特性和電氣特性。電氣特性中采用負邏輯電平，規定邏輯0電平為+5V-+15V，邏輯1電平為-15V-5V 15，也就是常說的RS232電平。而單片機的輸出是TTL或COMS電平。我們知道，TTL/COMS電平規定邏輯0電平為0V，邏輯1電平為+5V。顯然，PC機與單片機通訊時，其接口不能直接連接，必須經過電平轉換，否則會損壞設備。當微機配有RS-232接口時，不僅可以連接多種儀器和外設，還可以進行兩臺微機之間的短距離和遠距離通信。該總線具有以下優點:(1)串口通信成本低，通用性強，符合RS-232標準的串口成為PC的標準配置；(

45、2)通過總線接口，微機可以控制各種測量儀器，組成自動測試系統；(3)擴大了微型計算機的應用領域，增強了個人計算機的功能；(5)現代信息處理系統要求電子測量、通信和微機有機結合，即信息由測量儀器采集和檢測，由通信網絡傳輸，由計算機處理和控制；(6)6)RS-232 c的信號連接非常靈活。通過適當調整信號線，可以通過MODEM進行遠程傳輸，也可以直接連接進行短距離傳輸。也就是說，它可以連接成主從DTE-DCE模式，或者兩臺微機可以連接成等效模式。RS-232C總線可分為四類信號線，即數據總線、控制總線、定時總線和信號地。數據線:數據傳輸是串行的，可以工作在全雙工或半雙工狀態。總線:該總線由發送控制

46、信號、接收控制信號和設備狀態信號組成，發送控制信號包括RTS和CTS；接收的控制信號包括DDC、信號質量檢測器和響鈴指。定時:這個信號是數據位的中心，不對外提供；地線:RS-232C采用負邏輯工作，即邏輯“L”的電平為-5V-15V，邏輯“0”的電平為+5V-15V。RS-232C總線以異步串口的方式工作，異步串行通信有異步和串行兩種特點。串行意味著發送方和接收方之間的數據信息在單條數據線上一次傳輸一位。所謂異步，就是同一個數據字符的時序和順序是嚴格的，相鄰兩個數據字符之間的停頓時間可以長短不一。3 . 6 . 2 MAX 232的介紹本系統采用MAXIM公司生產的MAX232接口芯片，是MA

47、XIM公司專門為PC的RS2232標準串口設計的電平轉換電路。MAX232芯片兼容TTL/COMS電平。它有兩個發射器和兩個接收器，采用+5V單電源供電，使用起來非常方便。MAX232芯片可以同時滿足TTL到RS232C和RS232C到TTL電平轉換的功能。同時MAX232具有15V的防靜電放電功能，可以在15V的靜電放電下保持正常工作，不會損壞兩端的器件，提高了系統的可靠性。MAX232可分為三部分:(1)電荷泵。電荷泵的主要任務是將5V DC電源轉換為10V電源，以滿足TTL/CMOS電平轉換為RS23電平的需要。它主要由1-6個引腳和四個外部電容(C1-C4)組成。(2)將TTL/CMO

48、S電平轉換為RS232電平。主要由11(T1IN)、10 (T2IN)、14 (T1OUT)和7(T2OUT)腳組成。在實際應用中，AT89S52單片機的串行發送器TXD經常連接11針(或10針)，RS232通常連接14針(或7針)。這樣，單片機輸出的TTL/CMOS電平通過MAX232電路轉換成RS232需要的電平，再通過14腳(7腳)送到RS232。(3)將10V的RS232電平轉換為TTL/CMOS電平。RS232電平由13針(R1IN)或8針(R2IN)輸入，轉換后的TTL/CMOS電平由12針(R1OUT)或9針(R2OUT)輸出，送到AT89S52單片機的接收RXD。6針(VCC)

49、電源端子，由+5V DC電源供電；15針(GND)，電源接地。MAX232芯片控制電路及接口如下圖所示:圖3-6 max 232芯片控制電路3.6.374HC573簡介7HC573是一款高速CMOS器件，74HC573與低功耗肖特基TTL(LSTTL)系列引腳兼容。其引腳功能圖如下:圖3-7 74hc 573的引腳圖74HC573包含8個D型透明鎖存器，每個鎖存器都有一個獨立的D型輸入和一個三態輸出，適合面向總線的應用。所有鎖存器共享一個鎖存器使能(le)端子和一個輸出使能(OE)端子。投入輸出可輸出鎖存使能DQLHHHLHLLLLX未改變的HXXZ表3-4 74HC573功能表注意:X=不用

50、擔心，Z=高阻抗當LE為高電平時，數據從Dn輸入鎖存器。在這種情況下，鎖存器進入透明模式，即每當相應的D輸入改變時，鎖存器的輸出狀態就會改變。當LE為低電平時，鎖存器會將D輸入上的信息存儲一段時間，直到LE的下降沿到來。OE低時，8個鎖存器的內容可以正常輸出；當OE為高電平時，輸出進入高阻態。OE終端的操作不會影響latch的狀態。3.7摘要系統設計主要包括六個模塊:主控模塊、顯示模塊、溫濕度采集模塊、串行通信模塊、鍵盤模塊和報警模塊。主控模塊AT89S52的晶振電路采用11.0592MHz的無源晶振，微調電容為22pF。顯示模塊選用1602字符液晶模塊，是目前工業控制系統中應用最廣泛的液晶顯

51、示屏之一。溫濕度采集模塊中使用的DHT11數字溫濕度傳感器是一種帶校準數字信號輸出的溫濕度復合傳感器。采用特殊的數字模塊采集技術和溫濕度傳感技術，確保產品具有高可靠性和穩定性。其單線串行接口使得系統集成簡單而快速。報警模塊中使用的蜂鳴器的額定電流I30mA，而對于AT89S52單片機，P1端口的電流為1.6mA，P1端口的電流為60AA，為了降低單片機的功耗，采用了PNP晶體管A1015。系統的輸入模塊采用44矩陣鍵盤，采用中斷掃描方式，與定時掃描方式相比，提高了單片機的工作效率。4系統軟件設計在系統的軟件設計中，充分考慮了與硬件電路的結合，利用AT89S52單片機的諸多優良特性，配合溫濕度傳

52、感器DHT11，實現高精度的溫濕度測量。軟件采用模塊化設計，在主程序下分為幾個獨立的功能模塊，如溫濕度數據采集、液晶顯示、鍵盤輸入、串行通信模塊等。單片機代碼用C語言編寫，開發環境為Keil uVision3。該系統主要由主程序、溫濕度采集子程序、鍵盤掃描子程序、液晶顯示子程序、報警子程序、串口收發子程序等組成。其中，系統的主程序設計主要完成系統初始化、設置中斷優先級和帶判斷調用各個模塊程序，即主要實現各個模塊程序。在設計中，只需要對溫度/濕度進行采集和處理，這樣液晶就可以實時顯示當前的溫度和濕度值。只需連接單片機的I/O口，并對其接口線進行編程，即可完成蜂鳴器報警。整個控制系統軟件設計采用鍵

53、盤控制方式。4.1主程序設計食品溫濕度測控系統的軟件設計主要包括系統初始化、溫濕度數據采集、液晶顯示、鍵盤掃描與處理、數據通信等。程序設計思路:首先要對系統進行初始化，完成單片機各功能部分初始狀態的配置。然后，鍵盤處理模塊設置現場控制信號，設置溫濕度的上下限，即報警范圍；同時，鍵盤處理模塊還可以完成特殊情況下強制信號的操作，如復位、開關機報警等。接下來，溫濕度傳感器數據采集模塊完成環境溫濕度的實時數據采集和相關處理。最后，將現場溫濕度參數顯示在液晶屏上，實現了溫濕度參數的實時顯示。其中，現場檢測的實時溫濕度參數通過單片機與設定的溫濕度控制參數進行比較，如果發現現場監測值超出設定范圍，蜂鳴器會發

54、出報警提示。另外，數據通信完成了溫濕度檢測系統與上位機的協議通信，使得上位機可以定時讀取測控系統的溫濕度參數。系統程序流程圖如圖4-1所示:開始開始系統初始化設置報警范圍讀取溫度和濕度控制參數鍵盤掃描溫度和濕度數據采集顯示溫度和濕度參數無論是溫度還是濕度在射程外報警將溫度和濕度發送到上位機。正在Y圖4-1溫濕度檢測系統程序流程圖4.2溫濕度采集子程序的設計在本設計中，溫濕度檢測模塊采用了數字溫濕度傳感器DHT11。用戶MCU發送啟動信號后，DHT11從低功耗模式變為高速模式。等待上位機啟動信號后，DHT11發送響應信號，發出40位數據，觸發信號采集。用戶可以選擇讀取一些數據。在這種模式下，DH

55、T11接收啟動信號以觸發溫度和濕度采集。如果沒有收到主機的啟動信號，DHT11不會主動采集溫濕度，采集完數據后會切換到低速模式。DHT11的工作過程如下:總線的空閑狀態為高電平，微控制器將總線拉低，等待DHT11響應。微控制器將總線拉低18毫秒以上，以確保DHT11可以檢測到啟動信號。DHT11收到單片機啟動信號后，等待單片機啟動信號結束，然后發送80us低電平響應信號。主機發出啟動信號后，等待20-40us，然后讀取DHT11的響應信號。單片機發出啟動信號后，可以切換到輸入模式或輸出高電平，總線被上拉電阻上拉。當總線處于低電平時，DHT11發送響應信號。DHT11發送應答信號后，將總線上拉8

56、0us，準備發送數據。每位數據以一個50us的低電平時隙開始，高電平的長度決定數據位是0還是1。如果讀響應信號處于高電平，DHT11不響應。請檢查線路是否連接正確。當傳輸完最后一位數據時，DHT11下拉總線50us，然后總線被上拉電阻上拉，進入空閑狀態。溫度和濕度采集子程序見附錄。4.3液晶顯示子程序設計標準的1602液晶顯示屏用于本設計。192種字符(160個57點陣字符和32個510點陣字符)存儲在602 LCD模塊的字符生成存儲器(CGROM)中。這些字符包括阿拉伯數字、英文字母的大小寫、常用符號、日文假名等。每個字符都有一個固定的代碼。該模塊字符在LCD屏幕上的顯示位置對應于字符代碼在

57、顯示緩沖器DDRAM中的存儲地址。LCD模塊是一個慢速顯示器件，所以在執行每條指令之前，要確保模塊的busy標志處于低電平，表示不忙，否則這條指令無效。顯示字符時，首先要輸入顯示字符的地址，也就是告訴模塊顯示字符的位置。602 LCD的流程圖如下圖4-2所示，LCD的子程序見附錄。入口入口初始化1602并編寫顯示命令。耽擱檢測忙信號獲取RAM地址。耽擱寫入相應的數據Sta7=0？數據顯示了嗎？返回主程序圖4-2液晶顯示流程圖4.4鍵盤掃描軟件的設計在單片機應用系統中，掃描鍵盤只是CPU的任務之一。在實際應用中，如果希望能夠用時間響應按鍵操作而不占用太多的CPU時間，就要根據應用系統中CPU的忙

58、閑情況來選擇鍵盤的工作模式。鍵盤工作模式一般有兩種:編程掃描模式和中斷掃描模式。在本設計中，可以選擇編程掃描模式，因為CPU可以在完成其他工作的空閑時間調用鍵盤掃描子程序來響應按鍵輸入要求。4.4.1鍵盤掃描功能本設計中的鍵盤掃描儀具有以下四個功能:(1)辨別鍵盤上是否有按鍵。方法如下:掃描端口輸出全掃描字“0”(即所有列均為低電平)，讀取每行的狀態。如果全部為“1”，鍵盤無鍵按下；如果都是“1”，則按下一個鍵。(2)去除按鍵抖動的影響。方法如下:軟件在判斷出某個按鍵被按下后，會延時一段時間(本設計中為10ms)，判斷出鍵盤狀態后，如果還有按鍵被按下的狀態，則認為某個按鍵被按下了，否則按鍵會抖

59、動。(3)找到關鍵位置。按照前面介紹的按鍵掃描方式，逐行逐列掃描，最后確定被按下按鍵的鍵號。確定鍵號的方法是:關閉鍵的鍵號在低級的行的開頭的鍵號加上低級的列號。另外，關閉鍵的鍵號也可以通過計算得到，計算公式為:低級別行號4+低級別列號。(4)確定該鍵是否被釋放。當鍵關閉時，鍵功能操作僅執行一次。釋放按鍵后，鍵值送到累加器A，然后執行按鍵功能操作。4.4.2鍵盤掃描的工作原理在鍵盤中，行線通過上拉電阻連接到+5V。沒有按鍵時，行線處于高電平狀態。當按下一個鍵時，對應的行線與列線短路，行線電平狀態由連接到該行線的列線電平決定。本設計中，鍵盤掃描方式為行掃描，即行線接單片機的輸入端口線，列線接單片機

60、的輸出端口線。在單片機的控制下，可以確定按下鍵盤中的哪個鍵。方法如下:shilling的第一列線為低電平(0)，其他三列線為高電平，讀取行線狀態。如果第1、2、3、4行都是高電平，則第一列沒有鍵關閉；如果讀出的行線狀態不都是高電平，則低電平的行線與第一列相交的鍵處于關閉狀態。如果第一列中沒有鍵關閉，則使第二列為低電平，其他列為高電平。以同樣的方式，檢查第二列是否有鍵關閉，依此類推。最后，使第四列為低電平，其余列為高電平，并檢查第四列的按鍵閉合。4.4.3鍵盤掃描流程圖開始開始掃描鍵盤確定是否按下了某個鍵。延遲10ms確定某個鍵是否真的被按下。確定是哪個鍵。開始系統工作圖4-3鍵盤掃描流程圖4.