毕业设计基于AT89S52的仓库温湿度的检测设计

TAIYUAN UNIVERSITY OF SCIENCE & TECHNOLOGY 毕业设计（论文）题目：基于AT89S52的仓库温湿度的检测设计学 生 姓 名 _郭春鹏_学 号 _200722050104_班 级 _电气072201H _所属院（系）_ 华科学院_指 导 教 师 _高云广_2011年 6月 8日 太原科技大学毕业设计（论文）任务书学院：华科学院 时间： 2011年 3月20日学 生 姓 名郭春鹏指 导 教 师高云广设计（论文）题目基于AT89S52的仓库温湿度的检测设计 主要研究内容采用 AT89S52 单片机为控制核心,由DHT11温湿度传感器及1602字符型液晶模块构成仓库温湿度采集及实时显示系统,实现对仓库环境的温湿度精确测量与控制。研究方法理论分析，硬件设计，软件设计主要技术指标(或研究目标) 系统能够测量温度、湿度，将结果显示在 LCD 显示器上，当超出设定值时系统能够自动报警；能够通过键盘设定温湿度值及复位操作；通过对此控制系统的设计，加深对所学知识的理解和应用，增强电气控制系统的设计与开发能力，并初步掌握电气控制系统的工程设计方法。主要参考文献 1刘志强，罗庆生一种智能化温度检测系统的设计J中国测试技术，2003，29(3)：95-982刘少强精密铂电阻测温方法J传感器技术，1999，l18(2)：41-443陈焕生温度测试技术及仪表M北京：水利电力出版社，1985，26-284高光天传感器与信号调理器件应用技术J北京：科学技术出版社，2002，84-85 5钟丽精密量杆检定中温度补偿技术的研究D哈尔滨：哈尔滨工业大学，20026丁英丽基于光纤传感器的智能温检测统的设计J计量与测试术，2003，30(2)：74-7861太原科技大学毕业设计（论文）目 录摘 要IAbstractII第1章 绪论11.1课题提出的目的及意义11.2 国内外研究现状11.2.1 温度测量方面11.2.2 湿度测量方面31.3 温度、湿度检测技术的发展趋势31.4 本课题研究的主要内容4第2章 温湿度测量系统方案设计52.1 系统总体设计52.2 系统的整体构架52.3 系统方案的论证与选择62.3.1 单片机的选择62.3.2 显示器的选择62.3.3 传感器的选择72.3.4 键盘模块的选择72.3.5 报警模块的选择8第3章 系统硬件设计93.1 主控模块93.1.1 单片机AT89S52简介93.1.2 AT89S52的标准功能93.1.3 单片机AT89S52最小系统103.1.4 单片机的控制接口113.2 显示模块113.2.1 1602液晶简介123.2.2 1602液晶显示特性123.2.3 1602液晶物理特性123.2.4 1602液晶管脚功能123.2.5 1602液晶字符集133.2.6 74HC573功能143.2.7 1602液晶与AT89S52接口电路143.3 温湿度采集模块153.3.1 DHT11温湿度传感器简介153.3.2 DHT11引脚及接口153.4 键盘模块163.4.1 键盘控制电路163.4.2 各功能键作用分配163.5 报警模块173.5.1 报警电路接口173.5.2 蜂鸣器工作原理183.6 串口通信模块183.6.1 RS-232C简介183.6.2 MAX232简介193.6.3 74HC573简介213.7 小结214 系统软件设计234.1 主程序设计234.2 温湿度采集子程序设计254.3 液晶显示子程序设计254.4 键盘扫描软件设计274.4.1 键盘扫描功能274.4.2 键盘扫描工作原理274.4.3 键盘扫描流程图284.5 串行通信模块294.6 小结29第5章 结语30参考文献31致谢32附录33附录一 仓库温湿度检测系统原理图33附录二 元件列表34附录三 温湿度检测子程序35附录四 液晶显示子程序38附录五 键盘扫描子程序42附录六 仓库温湿度检测系统总程序44基于AT89S52的仓库温湿度的检测设计摘 要温湿度是影响仓库货物存储质量的重要因素。本课题设计的是一种基于单片机仓库温湿度智能检测系统，实现了对仓库内温度和湿度的实时检测，使管理人员可以实时掌握仓库内的温湿度情况。本文采用 AT89S52 单片机为控制核心,由DHT11温湿度传感器及1602字符型液晶模块构成仓库温湿度采集及实时显示系统,实现对仓库环境的温湿度精确测量与控制。本系统由上位机和下位机构成,下位机主要完成仓库内温湿度的采集与处理，将其传至1602液晶显示，并做出判断实现超限报警。同时，下位机还通过 RS232 总线将温湿度数据传至上位机,上位机可实时显示当前的温度与湿度值。实验结果表明,该系统电路简单、工作稳定、集成度高,调试方便,测试精度高,具有一定的实用价值。关键词: 单片机；温湿度； DHT11AT89S52-based on temperature and humidity detecting system of depotAbstractThe temperature and humidity are one of the important factors which affect the quality of the goods in the warehouse. This paper designs an intelligent temperature and humidity detecting system of depot that based on MCU，which realizes real time measurement of temperature and humidity of the air in the depot. The administrator can monitor the temperature and humidity of the air conditions in the depot by using it.This text using AT89S52 MCU as the control center, the monitoring system is composed of temperature and humidity sensor DHT11, 1602 character LCM, which achieves precision measurement and controlling. The system is composed of the upper set and the lower set. The lower set mainly fulfills the collection and processing about temperature and humidity in the warehouse, and transmits it to the LCD 1602 and displays it, then making the right judgment and realizing the overrun of alarm. Meanwhile， the lower set also can transmits the data of temperature and humidity to the upper set through RS232 BUS, then the upper set can displays the real time values of temperature and humidity. The result of the experiment has proved that the system has the features of simple circuit ,stable task , high integration，convenient debugging and high precision, etc. Therefore this system has a certain practical value.Key Words: single chip microcomputer; temperature and humidity; DHT11 第1章 绪论1.1课题提出的目的及意义防潮、防霉、防腐、防爆是仓库日常工作的重要内容，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内温度与湿度的监测工作。但传统的方法是用温度计与湿度表、双金属式测量计和湿度试纸等测试器材，通过人工进行检测，对不符合温度和湿度要求的库房进行通风、去湿和降温等工作。这种人工测试方法费时费力、效率低，且测试的温度及湿度误差大，随机性大。因此我们需要一种造价低廉、使用方便且测量准确的温湿度测量仪。本系统采用了数字式温湿度传感器DHT11，摒弃了传统的模拟方式。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长期的稳定性。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。集成芯片对检测误差随时校正，保证测温测湿的长期准确性。每一个温湿度传感器都有唯一的通信地址，只用两根通信线就可以准确无误的将传感器所采集的温湿度数据传递出去。总线短路会对连接在该总线上的传感器产生影响，传感器断路只会对断路的传感器产生影响，这些温湿度测控单元都会自动检测出，同时上位机也可以立刻得到这些短路、断路等状态信息，从而可迅速对故障点进行诊断处理，所以进行本系统研究具有重要的现实意义。1.2 国内外研究现状目前仓库温湿度检测技术的研究已具备温湿度检测、超温报警、自动生成各种报表、自动存储历史数据并据此自动生成温湿度变化曲线等功能，供仓储管理人员查询分析之用。1.2.1 温度测量方面温度是一个重要的物理量，其检测方法有多种，常用的有电阻式、热电偶式、PN结型温度传感器1、石英谐振型温度传感器以及光线传感器等，它们都是基于温度变化引起其物理参数(如电阻值，热电势等)的变化的原理。随着测量技术的不断发展，多种新的检测原理与技术的开发应用，已经取得了具有实用性的重大进展。新一代温度检测元件正在不断的出现和完善，下面予以介绍。（1）电阻温度传感器。这种传感器以电阻作为温度敏感元件。根据敏感材料不同又可分成热电阻式和热敏电阻式。热电阻式一般用金属材料制成，如铂、铜、镍等；热敏电阻是以半导体材料制成的陶瓷器件，如锰、镍、钻等金属的氧化物与其它化合物按不同配比烧结而成。由于铂电阻测温范围宽，线性度好，精度高，制作误差小，结构简单且己有统一的国际标准，因此，铂电阻温度传感器己广泛应用于许多场合的温度测量与控制，其测量精度可达到0.0012。（2）热电偶温度传感器。热电偶测温是基于“热电动势效应”。所谓热电动势效应是指A、B两种不同的导体组成闭合回路，若两结点温度不同则在回路中产生电动势，形成热电流3。热电偶温度传感器在温度测量中得到广泛的应用。它具有结构简单，容易制造，使用方便和测量精度高等优点。从1927年国际温标到1968年国际实用温标，都规定以铂锗10一铂热电偶作为630.74一106.443温度范围内的标准仪器。热电偶的体积小，可以用于快速测量，点温度测量和表面温度测量等。热电偶的主要缺点是它的输出信号和温度示值间呈非线性关系，在下限的灵敏度较低。（3）PN结型及集成电路式温度传感器。利用硅晶体管基极一发射极间电压与温度关系(即半导体PN结的温度特性)进行温度检测，并把测温、激励、信号处理电路和放大电路集成一体，封装与小型管壳内，就构成了集成电路温度检测元件。它具有体积小、重量轻、精度高等特点，测温范围在50一150，也是最常见的温度范围4。文献报导的一种电流输出型温度传感器在0一20内灵敏度可达1.06协A/，线性误差不超过0.2，稳定性为002/4h。（4）石英谐振型温度传感器。它采用LC或Y型切割的石英晶片的共振频率随温度变化的特性来制作的。它利用P技术，自动补偿石英晶片的非线性，所以测量精度很高，一般可以测0.001，可做标准检测使用5。（5）光纤传感器。光纤温度传感器是近几年发展的新技术，也是工业中用的最多的光纤传感器之一。目前研究的光纤温度传感器主要有辐射式温度传感器、半导体吸收式温度传感器、光纤热色传感器等。光纤温度传感器的精度更高，但成本较贵6。目前国外在温度超高精度测量中，大都使用标准铂电阻温度传感器。例如:美国国家实验室(NSIT)采用标准铂电阻温度传感器对纳米测试装置的工作腔进行测试，其测试精度为0.0017,8。国内方面，清华大学以石英晶体传感器作为测温元件，将温度变化的模拟量转化为石英晶体振荡频率的数字量，通过测量频率可以计算出温度值，它可以测出0.001的温度变化量。1.2.2 湿度测量方面近年来，国内外在湿度传感器研发领域取得了长足进步。湿敏传感器正从简单的湿敏元件向集成化、智能化、多参数检测的方向迅速发展，将湿度测量技术9提高到新的水平。目前，湿敏传感器的种类很多，大体上可以分为三类:电解质湿度传感器、半导体陶瓷湿度传感器以及有机高分子聚合物湿度传感器10。(1)电解质湿度传感器，如氯化铿湿度传感器，灵敏度高，但在高湿环境中容易产生解，从而影响原的，缩短其用寿命。(2)半导体陶瓷湿度传感器，如铬酸镁一二氧化钦湿敏传感器以及钒酸狸一二氧化钦湿敏传感器。它们主要利用陶瓷烧结体微结晶表面在吸湿和脱湿过程中电极之间电阻的变化来检测相对湿度。这类传感器适合于高温和高湿领域中使用。(3)高分子材料湿敏传感器，如聚乙烯醇、醋酸纤维素、聚酸胺等材料制成的传感器，响应速度快、精度高，但是耐老化和抗污染能力不如陶瓷传感器。国外在湿度传感器研制方面起步较早，目前日本、德国、美国处于国际领先地位，测量范围可实现全湿范围测量，且精度可达到士2%RH。国内湿度传感器研制与生产方面，开始于二十世纪八十年代，且研究单位多于生产厂家，多数从事电解质、陶瓷类以及高分子类传感器的研发。1.3 温度、湿度检测技术的发展趋势温度传感器的种类很多，测温范围也比较宽，可高达几千度，低可接近绝对零度，但在测量精度、稳定性、抗干扰等方面仍存在许多问题。如铂电阻温度计，虽然测量范围宽，精度高但其抗震动能力差；热敏电阻温度计灵敏度高、体积小、响应速度快但其稳定性较差;热电偶温度传感器缺点则是灵敏度低。因此，进一步改进敏感元件的制作工艺及结构，充分利用微处理技术发展数字化、集成化和自动化的温度传感器，同时探索新的敏感机理，寻求新型温度敏感元件也是温度传感器的发展方向之一11。湿度传感器在工业、农业、医疗、气象以及日常生活等方面都得到了广泛的应用，特别是随着科学技术的发展，湿度的检测和控制越来越受到人们的重视并进行了大量的研制。通常，理想的湿敏传感器的特性要求是:适合于在宽温、湿范围内使用，测量精度要高;使用寿命长，稳定性好:响应速度快，湿滞回差小，重现性好;灵敏度高，线性好，温度系数小;制造工艺简单，易于批量生产;转换电路简单，成本低;抗腐蚀，耐低温和高温特性等12。湿敏传感器正在从简单的湿敏元件向集成化、智能化、多参数检测的方向迅速发展，为开发新一代湿度测控系统创造了有利条件，也将湿度测量技术提高到新的水平。1.4 本课题研究的主要内容本系统采用美国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。本文所研究的主要内容有以下几个方面：（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及复位操作；（5）系统能够将结果显示在 LCD 显示器上；（6）编写并调试程序；（7）绘制总体原理图，并做出硬件设备；（8）对软硬件进行调试。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、键盘模块以及系统软件等部分的设计。2.2 系统的整体构架本系统采用本系统采用美国Atmel 公司生产的AT89S52单片机13作为控制核心，对温湿度传感器采集到的温湿度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，以便管理人员及时切断电源，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 系统方案的论证与选择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，片内含4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS 8 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及硬件设计的性价比我们选择方案二。2.3.2 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。2.3.3 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、测量范围大、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，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。2.3.4 键盘模块的选择方案一：采用独立式键盘。独立式键盘，即直接用I/O端口线构成的单个按键电路，每个独立式按键单独占有一根I/O端口线，且不相互影响；独立式按键接口灵活，结构简单，但是每个按键必须占用一根I/O端口线，故在按键数量较少时才采用这种结构形式。方案二：采用矩阵式键盘。矩阵式键盘通常是由若干个键按行，列排成矩阵而组成，在行列的交点处对应有一个按键，共16个按键，通常情况下，在按键数量较多或者输入接口资源紧张的情况下通常采用行列式键盘电路。本系统中，我们选择方案二中的16个按键的矩阵式键盘。2.3.5 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 范围,使用直接电平/ 边缘存储技术,省去了A/ D、D/ A 转换。其内部集成了大容量的EEPROM ,不再需要扩展存储器,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，但不是最佳选择。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。压电式蜂鸣器主要由多谐振荡器、压电蜂鸣片、阻抗匹配器及共鸣箱、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。第3章 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统整体原理图（附录图一）。3.1 主控模块本系统主控模块采用美国Atmel 公司生产的AT89S52单片机作为控制核心，通过DHT11温湿度传感器专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，把采集到的温/湿度数字信号输出到1602 LCD显示器，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，则该系统会发出蜂鸣报警，以便管理人员立即切断电源，实现系统的保护。3.1.1 单片机AT89S52简介单片机AT89S52 是一种低功耗、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。3.1.2 AT89S52的标准功能AT89S52具有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 0 Hz 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。3.1.3 单片机AT89S52最小系统图3-1 AT89S52最小系统原理图AT89S52 引脚功能说明：VCC : 电源GND: 地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。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的触发输入（P1.1/T2EX），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。P2 口：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（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 口使用很强的内部上拉发送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于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。RST: 复位输入。晶振工作时，RST脚持续2 个机器周期高电平将使单片机复位。看门狗计时完成后，RST 脚输出96 个晶振周期的高电平。特殊寄存器AUXR(地址8EH)上的DISRTO位可以使此功能无效。DISRTO默认状态下，复位高电平有效。EA/VPP:访问外部程序存储器控制信号。为使能从0000H 到FFFFH的外部程序存储器读取指令，EA必须接GND。为了执行内部程序指令，EA应该接VCC。在flash编程期间，EA也接收12伏VPP电压。XTAL1:振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。XTAL2:振荡器反相放大器的输出端。3.1.4 单片机的控制接口AT89S52单片机作为系统的控制核心，P0口控制1602液晶显示温度和湿度值。键盘控制采用P1口，其中P1.0是温度的设置，P1.1是湿度的设置，分别对温度与湿度的上下限值进行设置。P2.0是DHT11温湿度传感器的接线口。具体接线见仓库温湿度检测系统整体原理图（附录图一）。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。3.2.1 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。3.2.2 1602液晶显示特性(1)单5V电源电压，功耗低、寿命长、可靠性高；(2)内置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。3.2.3 1602液晶物理特性外形尺寸803614 （mm）可视范围64.6（W）16.0（H）显示容量16字符，2行点尺寸0.550.75 （mm）点间距0.08 （mm）3.2.4 1602液晶管脚功能1602字符型LCD通常有14条引脚线或16条引脚线的LCD，多出来的2条线是背光电源线VCC(15脚)和地线GND(16脚)，其控制原理与14脚的LCD完全一样。表3-1 1602液晶管脚功能管脚号符号功能1VSS电源接地（GND）2VDD电源电压（+5V）3V0LED驱动电压（可调）4RS寄存器选择输入端，输入MPU选择模块内部寄存器类型信号。RS=0，当MPU进行写模块操作，指向指令寄存器；当MPU进行读模块操作，指向地址计数器；RS=1，无论MPU进行读操作还是写操作，均指向数据寄存器。5R/W读写控制输入端，输入MPU选择读/写模块操作信号。 当R/W=0时进行读操作，当R/W=1时进行写操作。6E使能信号输入端，输入MPU读/写模块操作使能信号。读操作时，高电平有效；写操作时，下降沿有效。7DB0低4位三态、向数据总线 0位（最低位）8DB1低4位三态、双向数据总线 1位9DB2低4位三态、双向数据总线 2位10DB3低4位三态、双向数据总线 3位11DB4高4位三态、双向数据总线 4位12DB5高4位三态、双向数据总线 5位13DB6高4位三态、双向数据总线 5位14DB7高4位三态、双向数据总线 7位（最高位）15A背光电源正端+5V16K背光电源负端0V3.2.5 1602液晶字符集1602液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM)已经存储了160个不同的点阵字符图形，这些字符有：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，其中，字与字母同ASCII码兼容。比如大写的英文字母“A”的代码是01000001B（41H），显示时模块把地址41H中的点阵字符图形显示出来，我们就能看到字母“A”。具体内容参照1602的16进制ASCII码表。3.2.6 74HC573功能74HC573包含八路D 型透明锁存器，每个锁存器具有独立的D 型输入以及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。3.2.7 1602液晶与AT89S52接口电路此处接来自74HC573的引脚此处连向74HC573的引脚图3-2 1602LCD与单片机接口电路图3.3 温湿度采集模块本设计中采用DHT11温湿度传感器。3.3.1 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 Time Programable）内存中，传感器内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佳选择。3.3.2 DHT11引脚及接口VCC图3-3 DHT11引脚及接口原理图表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。3.4.1 键盘控制电路本系统中键盘的作用是实现人机交互功能，通过键盘设置温度湿度的上、下限值。键盘控制电路如下图所示：图3-4 键盘控制电路3.4.2 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。3.5 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器来做提示或报警，比如按键按下、开始工作、工作结束或是故障等等。3.5.1 报警电路接口图3-5 三极管驱动的蜂鸣音报警电路3.5.2 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+5V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。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 终端及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。3.6.1 RS-232C简介在单片机通信中, 谈到串口通信, 必然涉及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内容。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 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；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，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，是指同一数据字符内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。3.6.2 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 RS232 标准串口设计的电平转换电路。MAX232 芯片与 TTL/ COMS 电平兼容,片内有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 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 内部电路,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。MAX232 芯片控制电路及接口如下图所示：图3-6 MAX232 芯片控制电路3.6.3 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，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个锁存器的内容可被正常输出；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。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。4 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 AT89S52 单片机以及温湿度传感器 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、中断优先级设定以及判断调用各模块程序，即主要实现各模块程序的链接。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。4.1 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，即报警范围；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及相关处理。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