温室环境监控警报系统毕业论文

摘 要随着信息技术的飞速发展以与人们生活水平的大幅度提高，人们对生活质量的要求也越来越高，温室的使用越来越广泛，几乎涉与到了生活的方方面面，因此，对温室的要求越来越高，那我们如何对温室的环境进行了解和监控？本文介绍了一款智能化的温室环境监控报警系统，它集温度与湿度的采集于一体，可实现温湿度的自动检测与蜂鸣器提示报警，简单方便，操作容易。自动检测部分是用温度传感器和湿度传感器分别对温度和湿度进行检测，把检测的结果送到单片机。在单片机设置好温度与湿度的报警门限，并与输入单片机的数值进行比较（应当注意的是湿度是以频率的形式输入，必须换算成湿度值才能与单片机预设值进行比较），当超过预设的门限时，蜂鸣器报警，温度与湿度值在LCD显示屏上显示出来，同时显示出来的还有当前输入单片机的频率值和温度报警围。本系统还可以通过手动调节报警温度的门限，调节的结果可以在显示屏上显示出来，与其方便简单，具有很强的实用性。关键词：报警系统；温室；湿度传感器；LCD1602AbstractWith the rapid development of communication technique and great improvement of standard of peoples living，peoples quality of life becomes increasingly demanding，the use of greenhouse become more and more widely，almost relate to all aspects of life，so the requirements of the greenhouse getting higher and higher，how to know the greenhouse environment and monitor it for us? This article introduction an intelligent greenhouse environmental monitoring alarm system，the temperature and humidity are set in one collection，it can automatically detect the temperature and humidity and the buzzer alarming，simple and easy to operate. Automatic detection is that the temperature sensor and humidity sensordetect to temperature and humidity，sent the results of detection to the single-chip. In the single chip，set up the alarm threshold of temperature and humidity，compared with numerical which input to the single-chip (note that the humidity which input on the form of frequency, frequency must be converted into humidity numerical before compared with the default numerical which in the single-chip)，the buzzer alarming when the numerical input more than default numerical，the temperature and humidity numerical will show on the LCD display screen，at the same time, the current frequency input to the single-chip and the range of temperature alarm will be shown on the LCD display screen too. The system also can change the alarm threshold of temperature by manually adjusting，it is so easy and has a strongpractical. Key words：Alarm system；greenhouse；humidity sensor；LCD1602目 录引言11系统方案设计11.1 报警系统的总体构成11.2 报警系统的功能与工作过程22 报警系统探测电路设计32.1 温度探测电路设计32.1.1 温度探测电路器件选择32.1.2 DS18B20工作原理42.1.3 温度探测电路62.2 湿度探测电路设计72.2.1 湿度探测电路器件选择72.2.2 HTF3223参数82.2.3 湿度探测电路93 报警系统电路设计93. 1 自动报警电路设计93.2 微处理器电路的设计103.2.1 微处理器器件的选择103.2.2 微处理器电路的连接113.3 报警提示电路设计133.4 LCD显示电路133.4.1 LCD显示电路器件的选择133.4.2 LCD显示原理143.4.3 LCD1602显示电路的连接153.5 电源电路设计163.6 报警电路173.6.1 报警元器件选择173.6.2 报警电路194 报警系统硬件电路的调试194.1系统电路调试194.2工作电路调试204.3显示电路调试204.4结果分析20结论21辞22参考文献23附录24附录1 硬件原理图24附录2 硬件实物图25附录3 温湿度报警程序2637 / 40引言随着科学技术的飞速发展和人们生活水平的提高，人们对生活质量的要求越来越高，在这种情况下，温室得到了广泛的应用，特别是温室大棚的应用更加广泛，它涉与了生活的方方面面，如蔬菜种植、花卉种植等。但不论是蔬菜种植还是花卉种植，对温室环境的要求都极为严格，特别是温度与湿度的影响尤为明显，大棚温度、湿度过高或过低，都不利于温室中蔬菜或花卉的正常发育生长。高温高湿引起植株徒长，抵抗能力弱，易引起病虫害的发生；高湿低温又易诱发沤根、植株冻伤等，从而引起植株死亡。高湿时，为多种蔬菜的病害发生与蔓延创造了有利条件。所以，温室大棚适宜的温湿度对蔬菜的正常生长与产量有着重要的。在市场上，各公司与厂家根据这一情况研究开发出了各种温室环境的报警系统，在国外，温室环境报警系统的使用越来越普与，它随着温室的大规模广泛使用，它不论是在技术上还是在使用上都得到了很大提高，并日趋成熟。但现在市场上卖的产品多存在价格昂贵，设备使用繁琐。但本课题设计的温室环境监控报警系统，在除能满足对温室实施监控报警外，使用更简单化，并且能保证很好的灵活性，准确性和较低的成本，是建立在目前市场上常用的监控报警系统的基础上，设计出的一款更好的监控报警系统。1 系统方案设计本文详细的说明了温室环境监控报警系统的总体设计方案和流程，为了方便读者的阅读，本文还分别介绍了各部分电路的组成、功能与工作过程，做到让读者对该文章的认识清晰、明了。1.1 报警系统的总体构成本文主要介绍温室环境监控报警系统的重要性与基本理论和制作过程。该报警系统是根据当前的社会发展状况和需求设计的，具有很强的实用性，它不仅测量精度高，而且使用也非常简便。本温室环境监控报警系统的设计是将电子探测、LCD显示和报警技术相结合，从而形成一个温度、湿度报警系统。系统总体构成包括温度探测系统、湿度探测系统、主控CPU、报警系统、显示系统五个部分组成，系统组成框图如图1-1所示。 用户端自动报警器主 控CPU湿度探测系统温度探测系统LCD显示报警系统电源电路图1-1 温室环境监控报警系统组成框图主控CPU采用AT89C51单片机，它是整个系统的核心，写入程序后对整个系统进行控制。用于对温室各个不同部位的不同类型探测器（温度、湿度）进行监测与控制，并对从各个探测器采集来的数据进行处理。当出现异常情况时，系统便自动报警。1.2 报警系统的功能与工作过程本文所介绍设计的温室环境监控报警系统具有以下特点和功能：（1） 系统采用模块化设计。（2） 主控CPU能够快速、准确地检测到现场的异常状态，经确认后进行蜂鸣器报警。（3） LCD显示器对温室环境进行显示。LCD1602采用双排输出字符的形式显示温湿度值，直接通过单片机将数据并行送到显示芯片。系统的基本工作过程：该温室环境监控报警系统可由直流电供电进行工作。该系统可有效的对环境的温度与湿度过高或过低进行报警。当温室环境适宜时，报警系统处于警戒状态。但当温室的温度或湿度过高或过低时，与之相应的报警探测器立即向主控CPU发出报警信号。接到警情事件后，主控CPU立即进行确认，当确认无误后进行事件的现场蜂鸣器提示报警。自动报警器的面板上设有LCD显示器、可以显示出即时环境的温度与湿度。2 报警系统探测电路设计探测电路设计是该系统电路的重要组成之一，探测电路由温度探测电路、湿度探测电路组成，本文将对其作重点介绍。探测电路主要是对温室环境进行实时监测，当出现异常情况时，与时向主控CPU传递报警信号。2.1 温度探测电路设计温度探测器能够敏感的探测温度，实时采集现场温度，传递给主控CPU并与预设温度值进行比较，当超出预设值时由CPU发出报警信号。根据这一特性，温度探测器非常适用于温室环境的检测。温度探测器原理如图2-1所示。温度探测电路主 控 CPUAT89C51图2-1 温度探测器原理示意图2.1.1 温度探测电路器件选择在设计中，温度探测器我们选用的是数字温度传感器DS18B20。DS18B20是DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器，具有3引脚TO92小体积封装形式；并且其接口电路比较简单；温度测量围为55125，可编程为9位12位A/D转换精度，测温分辨率可达0.0625，被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出；其工作电源既可在远端引入，也可采用寄生电源方式产生；多个DS18B20可以并联到3根或2根线上，CPU只需一根端口线就能与诸多DS18B20通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。我们的设计中，温度只需要精确到1，并且我们的设计需要对各个房间进行检测，所以有可能会用到好几个温度传感器，根据以上特点，可知DS18B20非常适用于远距离多点温度检测系统。因此我们最终选择数字温度传感器DS18B20作为我们温度探测电路中的器件。DS18B20的管脚排列如图2-2所示，DQ为数字信号输入输出端；GND为电源地；VDD为外接供电电源输入端。 图2-2 DS18B20的管脚排列图DS18B20特征：（1） 独特的单线接口仅需一个端口引脚进行通信。（2） 每个器件有唯一的64位的序列号储存在部储存器中。（3） 简单的多点分布式测温应用。（4） 无需外部器件。（5） 可通过数据线供电。供电围为3.0V到5.5V。（6） 测温围为-55+125。（7） 在-10+85围精确度为5。（8） 温度计分辨率可以被使用者选择为912位。（9） 最多在750ms将温度转换为12为数字。（10）用户可定义的非易失性温度报警设置。（11）报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度的器件。（12）与DS1822兼容的软件。（13）应用包括温度控制、工业系统、消费品、温度计或任何热感测系统。DS18B20既可寄生供电也可由外部5V电源供电。在寄生供电情况下，当总线为高电平时，DS18B20从总线上获得能量并储存在部电容上，当总线为低电平时，由电容向DS18B20供电。2.1.2 DS18B20工作原理DS18B20部结构如图2-3所示，主要由4部分组成：64位ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。图2-3 DS18B20部结构图DS18B20的测温原理是利用温敏振荡器的频率随温度变化的关系，把温度信号直接转换为串行数字信号，通过部计数器对受温度影响的振荡器周期的计数可实现温度测量。低温时振荡器的脉冲可以通过门电路，而当到达某一设置高温时振荡器的脉冲无法图2-4 DS18B20温度值格式通过门电路。DS18B20 输出的温度数据用摄式温度校准；对于华氏温度的应用，可以通过一个转换程序查找。温度数据存储在一个16位的扩展符号中的两个补充数目的温度寄存器中（见图2-4）。符号位（S）指示温度的正负：如果为正，S = 0 ，否则S = 1。如果DS18B20的精度设为12位，则所有温度寄存器中的位将包含有效的数据。对于11位的精度，位0没有定义。对于10位的精度，位1和位0没有定义。而对于9位的精度，位2、位1和位0没有定义。表2-1给出了数字输出的数据和对应12位精度转换时读得的温度值。表2-1 温度/数据的关系温度数字输出（二进制）数字输出（16进制）+125C0000 0111 1101 000007D0h+85C*000 0101 0101 00000550h+25.0625C0000 0001 1001 00010191h+10.125C0000 0000 1010 001000A2h+0.5C0000 0000 0000 10000008h0C0000 0000 0000 00000000h-0.5C1111 1111 1111 1000FFF8h-10.125C1111 1111 0101 1110FF5Eh-25.0625C1111 1110 0110 1111FE6Fh-55C1111 1100 1001 0000FC90hDS1B20完成一次温度转换后，就拿温度值与和存储在TH和TL中一个字节的用户自定义的报警预置值进行比较。标志位（S）指出温度值的正负：正数S=0，负数S=1。TH和TL寄存器是非易失性的，所以它们在掉电时仍然保存数据。当TH和TL为8位寄存器时，4位温度寄存器中的11个位用来和TH、TL进行比较。如果测得的温度高于TH或低于TL，报警条件成立，DS18B20部就会置位一个报警标识。每进行一个次测温就对这个标识进行一次更新；因此，如果报警条件不成立了，在下一次温度转换后报警标识将被移去（如图2-5所示）。图2-5 TH和TL寄存器格式2.1.3 温度探测电路温度探测器使用5V直流电压供电。探测器中DS18B20采用寄生电源供电方式，保证在有效的DS18B20时钟周期能提供足够的电流，在图2-6中，DS18B20的输出端OUT接AT89C51的P1.0口，采用一个电阻和单片机的P1.0口来完成对DS18B20的总线上拉，该I/O口对DS18B20进行控制并取得温度值。DS18B20采用的是串行数字传送，它是将温度以二进制数的形式一个一个进行传送，在传送的过程中，有的数字为高电平，为了在传送过程中，保证数据的长距离传送，所以要用一个上拉电阻将电平拉高。系统中，DS18B20一直会不停的工作，对于温度的报警，要等待DS18B20将数据全部传到CPU中，并对CPU中设定的值进行比较后，才能做出是否报警的处理。 图2-6 温度探测电路2.2 湿度探测电路设计湿度探测电路用于对温室湿度进行监测，当温室湿度超过限定值时，探测电路向单片机发送报警信号。湿度探测电路原理图如图2-7所示。湿度探测电路主 控 CPUAT89C51图2-7 湿度探测电路原理图2.2.1 湿度探测电路器件选择在湿度电路设计中，我使用HTF3223湿度采集模块，HTF3223是用电容式相对湿度传感器HS1101做的频率输出湿度模块，适用于需要精确可靠检测湿度的用户，有很小的易于安装的接头，可以非常节省成本的机械自动安装。由于它是线性的频率输出湿度检测模块，因此可以直接与微处理器相接。湿度采集模块HTF3223主要特性：（1）瞬时饱和后长时间饱和阶段。（2）快速响应时间。（3）高化学抗性。（4）不受水浸影响。（5）专利的固态聚合物结构。2.2.2 HTF3223参数HTF3223是一款电容式相对湿度采集模块，它以频率的形式输出数据。最大额定值如表2-2所示。表2-2 最大额定值表参数符号参数值单位储存温度Tstg-4085存储湿度围RHstg0100%RH供电电压Vs7Vdc湿度围RH099%RH温度围Ta-3080特征参数如表2-3所示。表2-3 特征参数表特征参数符号MinTypMax单位湿度测量围RH1095%RH相对湿度准确度RH+/-5+/-10%RH供电电压Vs4.755.05.25Vdc标称输出相对湿度= 55 Fout867085708830Hz漏电流Ic0.1mA温度系数（060）Tcc+/-0.1%RH/平均灵敏度（33%75%RH）C/%RH0.34Pf/%RH灌电流能力Is100uA恢复时间150结露t10s湿滞+/-1.5%RH长时间稳定性0.5%RH/yr响应时间（ 33至76 相对湿度，静态， 63 ）10s湿度采集模块输出模拟信号频率为：f=9740-18RH （公式2-1）其频率与湿度的关系表如表2-4所示。表2-4 频率与湿度关系表RH（%）05101520253035404550f(Hz)956094709380929091909110902089308840RH(%)556065707580859095100F(Hz)875086608570848083908300821081208030由表2-4可知，频率与湿度呈线性关系，且湿度越大对应的频率越小。2.2.3 湿度探测电路湿度探测电路如图2-8所示，电源是由5V直流电源供电，HTF3223湿度采集模块将采集到的频率送到单片机，单片机对其进行处理，根据频率计算出当前的湿度值，然后将所得的湿度值与单片机预设值进行比较，如果计算值在预设值围，单片机循环上次工作，如果计算值超过预设值，单片机则将报警信号传递给报警系统进行蜂鸣器报警。图 2-8 湿度探测电路3 报警系统电路设计3. 1 自动报警电路设计用户端自动报警电路是整个报警系统的重中之中，自动报警电路如图3-1所示，它是由电源模块、LCD显示模块和报警电路模块组成。电源电路LCD显示报警电路 用户端自动报警器主 控CPU图3-1 自动报警电路组成框图3.2 微处理器电路的设计3.2.1 微处理器器件的选择系统微处理器采用美国ATMEL公司生产的AT89C51单片机。这是因为AT89C51采用COMS工艺，是一种低功耗、高性能的，与INTEL8051系列单片机完全兼容的8位微控制器。AT89C51部带有4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）。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。并且对于AT89C51我们比较熟悉，使用起来比较熟练。AT89C51提供以下标准功能：4k字节可重擦写Flash闪速存储器，128字节部RAM，32个I/O口线，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片振荡器与时钟电路。同时，AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口与中断系统继续工作。掉电方式保持RAM中的容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。它的引脚图如图3-2所示。图3-2 AT89C51引脚图3.2.2 微处理器电路的连接微处理器电路硬件设计见图3-3所示。振荡电路由两个33P的电容和12MHz的晶振构成，是电路中定时信号的产生方法。它接的是AT89C51的XTAL1和XTAL2两个端口，XTAL1和XTAL2分别是振荡器反相放大器与部时钟发生器的输入端和振荡器反相放大器的输出端。P1.0、P3.4分别与温度、湿度传感器相连，实现对各种警情数据的采集。对于P1.0、P3.4，它们警情数据送入CPU，因此在系统中是AT89C51的输入端。为防止环境干扰信号对触发中断的影响，当响应中断后，对中断信号多次巡检，确认是中断信号时，才去执行中断处理子程序，否则认为是外界干扰信号不执行报警处理，有效降低误报机率。图3-3微处理器电路硬件连接图REST是接单片机复位电路，复位电路如图3-4所示，它是对单片机进行复位，在设计中我们使用的是按键复位。AT89C51的复位需出现两个机器周期以上高电平，也就是高电平复位。当按下开关时，RST端口接通+5V的电源，电压会上升到与电源一样的电位。同时，由于电容有储存电量的作用，因此电容也有了电量，所以在开关断开以后，电容会放出能量，使RST端继续为高电平，当电压持续达到单片机工作的两个机器周期时，单片机就会实现复位，当电容中储存的电量放完以后，RST端恢复低电平，复位结束。图3-4 开关复位电路3.3 报警提示电路设计对于报警提示功能的实现，本系统在设计上使用蜂鸣器，当灾情发生时，蜂鸣器会发出声音向人们进行提示。使用蜂鸣器只是提示危险信号，人们可以通过显示部分查询报警类型。这样不但简短了开发周期，同时也节约了成本。蜂鸣器硬件连接图如图3-5所示。其中采用3极管放大信号，目的是为了增加蜂鸣器的响度。使用单线与单片机的P2.1端口连接，只实现蜂鸣器的开与关，其中低电平有效。也就是说，当P2.1为低电平时，蜂鸣器发出声音，实行报警。图3-5 蜂鸣器电路连接图3.4 LCD显示电路LCD显示电路对报警的种类进行显示。当正常时LCD显示当前温湿度，事件发生时可通过LCD显示查看报警类型。LCD( Liquid Crystal Display)显示器即常说的液晶显示器，具有耗电省、体积小等特点，被广泛应用于嵌入式系统中。常见的LCD有TN(Twist Nematic)、STN、TFT(Tin Film Transistor)等。LCD的主要参数有分辨率、背光、接口、色彩、刷新率等。3.4.1 LCD显示电路器件的选择显示电路在该设计中占有比较重要的地位。这是因为报警系统包括盗情、灾情、有害气体泄露的探测报警，我们使用的蜂鸣器声音提示报警只能提示用户有危险信号，但不能直接告诉用户是什么灾情，这样不能给用户准确的报警，使用户不能采取有效的措施，所以显示电路就尤其重要。目前，在日常应用中，常用的显示有：LED显示和LCD显示。而他们的优缺点如下。（1）LED显示的硬件电路设计简单、价格便宜，缺点是显示消耗的电流较高，体积大，在低功耗手持式仪器中很少使用。（2）液晶显示模块具有体积小、功耗低、显示容丰富等特点，现在字符型液晶显示模块已经是单片机应用设计中最常用的信息显示器件了。在我们的设计课题中，要求显示灾情的类型，因此我们将选用LCD显示。在LCD的器件选择中，我们选用LCD1602。LCD1602是常见的1602B字符型LCD模块，它的资料比较好找，学起来比较容易。并且1602B可以显示2行16个字符，有8位数据总线D0-D7，和RS、R/W、E三个控制端口，工作电压为5V，并且带有字符对比度调节和背光。表3-1说明了LCD1602的引脚功能。表3-1 LCD1602引脚说明管脚名称引脚说明管脚名称引脚说明1GND电源地9DB2双向数据2VDD电源正极10DB3双向数据3VL对比度调节11DB4双向数据4RS数据/命令选择12DB5双向数据5R/W读/写选择13DB6双向数据6E模块使能端14DB7双向数据7DB0双向数据口15BLK背光源地8DB1双向数据口16BLA背光源正3.4.2 LCD显示原理液晶显示器LCD的显像原理，是将液晶置于两片导电玻璃之间，靠两个电极间电场的驱动，引起液晶分子扭曲排列的电场效应，以控制光源透射或遮蔽功能，在电源关开之间产生明暗而将影像显示出来，若加上彩色滤光片，则可显示彩色影像。在两片玻璃基板上装有配向膜，所以液晶会沿着沟槽配向，由于玻璃基板配向膜沟槽偏离90度，所以液晶分子成为扭转型，当玻璃基板没有加入电场时，光线透过偏光板跟着液晶做90度扭转，通过下方偏光板，液晶面板显示白色（如图3-6左所示）；当玻璃基板加入电场时，液晶分子产生配列变化，光线通过液晶分子空隙维持原方向，被下方偏光板遮蔽，光线被吸收无法透出，液晶面板显示黑色（如图3-6右所示）。液晶显示器便是根据此电压有无，使面板达到显示效果。图3-6 液晶显示原理图3.4.3 LCD1602显示电路的连接本系统的LCD1602硬件连接图如图3-7所示。其中，VCC连接+5V电源，LCD1602的工作电压为4.55.5V，GND连接地。LCD的7引脚LCD的14引脚直接接AT89C51的P0.0P0.7引脚，用于数据的传送，7引脚14引脚为8位数据总线，三态双向。LCD4引脚、LCD5引脚、LCD6引脚分别接AT89C51的P2.5、P2.6、P2.7，是对LCD1602数据/指令命令的选择。RS为MCU写入数据或者指令选择端。MCU要写入指令时，使RS为低电平；MCU要写入数据时，使RS为高电平。R/W为读写控制端。R/W为高电平时，读取数据；R/W为低电平时，写入数据。E为LCD模块使能信号控制端。通过这三个引脚，LCD1602可以完成MCU对它的操作，完成显示功能。第三引脚VL为LCD对比度调节端，电压调节围为05V。接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高，R13是为了调整亮度设置的滑动变阻器，当R13变大，亮度变小；反之则变大。LCD1602芯片电路的连接比较简单，它主要是对软件的设计。图3-7 LCD显示硬件电路图3.5 电源电路设计电源电路如图3-8所示，因为本系统采用是5V电压供电，故可以采用USB端口直接供电。USB是英文Universal Serial BUS的缩写，中文含义是“通用串行总线”。它不是一种新的总线标准，而是应用在PC领域的接口技术。USB支持热插拔，即插即用的优点，所以USB接口已经成为MP3的最主要的接口方式。USB有两个规，即USB1.1和USB2.0。本报警系统配有USB接口用于给单片机和液晶显示模块提供+5V工作电压。USB有A、B两种型号，本学习机USB接口采用的是A型接口，USB-A型接口一共有六个引脚，其中1脚接+5V的电压，2脚（D-）和3脚(D+)为数据传输引脚，4脚接地，5、6脚用于固定USB，通常也接地。因为本报警系统只是使用USB供电，所以只使用1脚和4脚，2脚和3脚悬空，5脚和6脚接地。单片机通过USB接口即可直接从PC机上取电。在使用USB端口供电时，通常使用PC机的后置USB接口。图 3-8 电源电路在电源电路中，C1,C2起到滤波的作用，防止电压过高损坏电路，能对电路起到有效的保护作用，LED为电源指示灯，电源能正常工作时，指示灯亮。3.6 报警电路为了更好地实现和完善本系统的功能，本人将报警部分作为扩展容加入系统之中，如果能够实现报警功能，本系统将可实现远距离报警，大大增强了系统的功能和实用性。3.6.1 报警元器件选择MT8888是一种具有Intel微处理器接口的功能较强的双音多频(DTMF)发送和接收器件。可用于寻呼系统、交换机系统和移动通信、转帐卡系统、互接拨号器、数字通信和计算机等领域。其主要功能有：(1)完整的DTMF发送和接收功能。(2)高速Intel微处理器接口。(3)可工作于自动音频突发模式。(4)可调整保护时间。(5)呼叫音检测到-30dBm。MT8888引脚排列如图3-9所示。IN+、IN-为运放的同相反相输入端；GS为增益选择端。在该引脚与IN-引脚间接反馈电阻可调节运放增益；Vref为基准电压输出端。通常为VDD/2，作为运放的偏置电压；VSS为芯片电源负端，接地；OSC1、OSC2为时钟或振荡器的输入、输出端。两引脚间接3.579545 MHz晶体与部电路构成芯片振荡器；若由外部电路提供时钟，则OSC2引脚开路；TONE为DTMF信号输出端，也可通过编程设置为单音输出；WR为微处理器写输入端，低电平有效，与TTL电平兼容；CS为片选信图3-9 MT8888引脚图号输入端，低电平有效。该引脚可由微处理器的地址锁存信号(ALE)直接提供；RS0为寄存器选择控制输入端；RD为微处理器读输入端，低电平有效，与TTL电平兼容；IRQ/ CP为中断请求信号，为开漏输出。在中断模式下，当一个有效DTMF信号突发发送或接收时，输出低电平信号。若控制寄存器设定电路工作于呼叫处理(CALL)模式和中断使能，则该端输出代表运放输入的方波信号音，但该信号频率必须落在呼叫处理滤波器的带宽；D0D3为数据总线，与TTL电平兼容。输入需发送的DTMF编码或输出译码的DTMF信号数据。当CS = 1 时呈高阻状态；Est为初始控制输出。若电路检测到一种有效的单音对时，Est为高电平；若信号丢失，则Est返回低电平；St/ GT为控制输入/时间监测输出。若St电压大于门限VTSt，电路寄存被检测的DTMF单音对，并更新输出锁存器容。若St电压低于VTSt，则电路不接收一新单音对，GT输出的作用是设置外部时间监测常数；VDD为芯片电源正端，典型值为+5V。MT8888是集DTMF发送和接收功能的器件，带呼叫处理滤波器。接收部分与DTMF 接收器件MT8870类似，发送部分包括行、列计数器和D/A变换器，另外增加了一些控制寄存器和接口、数据总线缓冲器，很容易实现与微处理器的直接接口。MT8888通过微处理器接口可以由RS0、WR、RD、D0D3等信号选择与设定部寄存器，并控制电路的工作状态或工作模式。它共有5 个不同作用的寄存器：发送数据寄存器(TDR)、接收数据寄存器(RDR)、状态寄存器(SR)、控制寄存器A(CRA)和控制寄存器B(CRB)，其控制关系如表3-2所示。表3-2 部寄存器控制关系MT8888共有6种工作模式，它们分别为：(1)DTMF模式：发送与接收DTMF信号。输入数据经TDR控制可编程行、列计数器、D/A变换器，合成需要发送的DTMF信号。或DTMF信号经拨号音抑制、分离带通滤波器、监频与确认，译成相应的4比特码，经RDR输至数据总线。(2)呼叫处理(CALL)模式：电路可以检测呼叫过程中的各种信号音，只要信号的频率落在320Hz-510Hz围，片呼叫处理滤波器便可滤出。经限幅得到的方波信号，由IRQ/CP端输出，以用于微处理器对呼叫性质和类别进行判断。若无信号滤出，则IRQ/CP端始终保持低电平。(3)突发(BURST)模式：在DTMF模式下，工作于突发状态，信号突发和暂停时间各为511ms；在CALL模式下，工作于突发状态，信号突发和暂停时间各为1022ms，此时电路只可发送DTMF信号，但不能接收。(4)单/双音(S/D)产生模式：电路可产生单音或DTMF信号(由CRB控制)，用于测试和监测。(5)测试(TEST)模式：使电路从DTMF接收部分得到延迟监测信号，并从IRQ/CP端输出。(6)中断模式：此模式下若选择DTMF状态，当DTMF信号被接收或出现在监测时间，或准备发送更多数据(突发模式下)时，则IRQ/CP端下接至低电平。3.6.2 报警电路MT8888提供了与微处理器相连的接口，以对其发送、接收和工作模式进行控制。MT8888可与Intel微处理器直接接口，MT8888与AT89C51的接口电路原理图如图3-10所示。图3-10 报警电路原理图在电路中，当单片机检测到报警信号时，单片机P1.1口输出一低电平，此时三极管导通，继电器开始工作，MT8888将预设拨出去，实现报警功能。4 报警系统硬件电路的调试4.1 系统电路调试在电路板做好后接通电源之前，要对电路板进行认真的检查与调试其步骤如下：（1）检查原理图是否正确。将加工的印制板认真对照原理图，看两者是否一致，并且仔细检查印制板，看其表面有没有断线或元器件位置放置错误，认真检查电源系统有没有电源短路或极性错误等情况。经检查，电路板与原理图一致，无断线、无短路、无极性错误。（2）检查元器件是否损坏。可能因为元器件保存或运输不当造成元器件损坏，还有就是可能由于操作失误造成损坏或安装错误造成器件烧坏。经过我仔细检查，逐一排查，发现三极管Q1松动和温度传感器DS18B20损坏不能正常工作，其余元器件正常工作。我与时将Q1焊接牢固并替换温度传感器DS18B20。（3）检查电源电压是否正常。因为本课题电路要求电压为5V直流电压，故输入电压不能过小或过大，接入电源后，经万用表测量电压值约为4.5V，属于正常电压。4.2 工作电路调试本系统功能是对温室环境的温湿度进行检测并报警，温度传感器DS18B20接单片机的P1.0口，湿度采集模块HTF3223接单片机的P3.4口，报警器接单片机的P2.1口。系统处于正常工作状态下，P1.0、P3.4、P2.1口的电压均为4.44V，当温湿度过高或过低时，蜂鸣器报警，且P2.1口的电压为0.33V，即当P2.1口输出为低电平时，蜂鸣器报警。4.3 显示电路调试显示电路的调试很简单，因为它的硬件连接就比较简单，只需要检查各引脚连接是否正确，接通电源后，看它的背光源是否发光，经调试，LCD背光源发光正常，该电路连接正常。调节滑动变阻器，它的亮度会发生变化，当增大电阻，亮度变暗；反之，变亮。4.4 结果分析硬件调试主要针对每个模块电路连接是否正常来进行测试，经查询当日天气情况，当日温湿度与测量结果和各项数据与参数均一致，所以本系统基本达到预期要求。但在调试结果中我发现，湿度显示的数值会超过100%RH，这在正常情况下是不会出现的。分析的结果是可能与本系统的湿度采集模块有关。结 论本课题的研究开发工作经过三个多月的不懈努力，终于完成了，目前，除了扩展部分未能实现功能外，基本达到了预期的要求。本文详细说明了温湿度报警系统的设计过程，充分展示了传感器在智能化报警系统方面的重要作用。主要完成了对温室环境温度、湿度的监测，当发生异常情况时蜂鸣器会发出报警声音提示当前温室环境信息，并会在LCD上显示出数值大小，方便对当前情况的了解。通过介绍温度传感器以与湿度传感器的探测原理，使得报警系统中主控CPU对信号采集的程序实现更容易理解。本文中采用模块化进行设计，这样做起来更加清晰。温室环境监控报警系统的总体方案设计基本正确、可行，其主要功能基本得以实现。温度、湿度检测有效。对于本课题，因为本人能力和时间有限，做的不够完美，还有很多可改进之处，我们温度、湿度检测都是使用单传感器进行设计，由于每一个传感器只能测试一种功能，对于每一次报警它都会发生多种情况，于是会存在误报警，如果使用多传感器进行双鉴探测和复合型探测就会降低误报警率。并且在报警系统中，我们还可以用语音芯片进行语音报警，这样可能直接告诉用户是何种报警信息，可以节省查询LCD显示的时间，为采取措施争取时间。在课题中，本人尝试引用自动拨号电路，当危险发生时，可以自动通过报警，这样当家里没人时，用户也可以随时知道家中的情况，但因为本人能力有限，没能实现其功能。 辞参考文献附 录附录1 硬件原理图附录2 硬件实物图附录3 温湿度报警程序/* 时钟12MHz 温湿度显示，报警：20T or T30 70RH or RH130 可通过按键清除报警信号*/#include#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned int void lcd_wcmd(uchar cmd);sbit bell=P21;/报警位/湿度设置/uint freq = 0; / 计数值uint num = 0; / 计时次数uint RH = 0; /湿度值uint data dis8=0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00; /定义8个显示数据单元uint N;/uint RH1=70;/下限/uint RH2=130;/上限/温度设置sbit DQ = P10; /定义端口DQ/uint T11=20;/下限/uint T22=30;/上限uint tem=0;/温度值unsigned char code fanwei = 20-30;uint wendu1=20;uint wendu2=30;uint data wendu7= 0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00;/sbit jdq=P11;/sbit key1 =P20;/sbit key2 =P21;sbit key3 =P22;sbit key4 =P23;sbit key5 =P24;/*LCD设置*sbit LCD_RS = P25; sbit LCD_RW = P26;sbit LCD_EN = P27;#define LCD_data P0/*延时函数*/*60us延时*void delayus(unsigned int num)/延时函数while(num-);/*延时函数* */void delay(uchar ms) while(ms-) uchar i,j; for(i=0;i250;i+) for (j=0;j 0; i-) DQ = 0; / 给脉冲信号 dat = 1; DQ = 1; / 给脉冲信号 if(DQ) dat |= 0x80; delayus(4);return (dat);/*/WriteOneChar(unsigned char dat)/写一个字节unsigned char i = 0;for (i = 8; i 0; i-) DQ = 0; DQ = dat&0x01; delayus(5); DQ = 1; dat=1;/*/void display_T(void)/读取并显示温度unsigned int a = 0, b = 0, c = 0, t = 0,m,n,p,q;float tt = 0;Init_DS18B20();WriteOneChar(0xCC); / 跳过读序号列号的操作WriteOneChar(0x44); / 启动温度转换Init_DS18B20();WriteOneChar(0xCC); /跳过读序号列号的操作WriteOneChar(0xBE); /读取温度寄存器a = ReadOneChar();b = ReadOn