大型糧倉溫濕度檢測系統的設計畢業設計論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 圖 21多路分時的模擬量輸入通道 本章小結 在本章中，主要講了溫濕度傳感器的硬件選 擇和信號采集通道的選擇。這些選擇是在實用性和價格低廉方面考慮的，如果條件允許可以選擇性能更加強大的傳感器和一個專門的多路選擇的的模塊。在下一章中，介紹系統的總體設計所用到主要芯片。 信號調理電路 信號調理電路 信號調理電路 多 路 切 換 器 采樣 / 保持器 A/D轉換器 接口 CPU 武漢理工大學華夏學院畢業設計 (論文 ) 12 3 主要芯片簡介 DHT11 數字傳感器 數字溫濕度傳感 DHT11是由廣州奧松有限公司生產的一款溫濕度一體化的數字傳感器 。 主要特性 DHT11數字溫濕度傳感器是一款含有已校準數字信號輸出的溫濕度復合傳感器。它應用專用的數字模塊采集技術和溫濕度傳感技術，確保產品具有極高的可靠性與卓越的長期穩定性。傳感器包括一 個電阻式感濕元件和一個 NTC 測溫元件，并與一個高性能 8位單片機相連接。因此該產品具有品質卓越、超快響應、抗干擾能力強、性價比極高等優點。每個 DHT11傳感器都在極為精確的 濕度校驗室中進行校準。校準系數以程序的形式儲存在 OTP內存中，傳感器內部在檢測信號的處理過程中要調用這些校準系數。單線制串行接口，使系統集 成變得簡易快捷。超小的體積、極低的功耗，信號傳輸距離可達 20 米以上，使其成為各類應用甚至最為苛刻的應用場合的最佳選則。產品為 4針單排引腳 封裝。連接方便，特殊封裝形式可根據用戶需求而提供。 應用領域 該 DHT11可以用于暖通空調、測試及檢測設備、汽車、數據記錄器、消費品、自動控制、濕度調節器及醫療等應用領域。 接口說明 建議連接線長度短于 20米時用 5K上拉電阻 ,大于 20米時根據實際情況使用合適的上拉電阻。 圖 32 DHT11應用電路 武漢理工大學華夏學院畢業設計 (論文 ) 13 電源引腳 DHT11的供電電壓為 3－ 。 傳 感器上電后 ， 要等待 1s以越 過 不穩 定 狀態 在 此期 間 無需發送任何指令 。 電 源引 腳（ VDD， GND） 之間可增加一 個 100nF的電容，用以去耦濾波 。 封裝信息 圖 33 dht11封裝圖 DHT11 引腳圖 圖 34 引腳圖 注意事項 溫 度 影響 氣體的相對濕度 ， 在 很大程度上依賴于溫度 。 因此在測量濕溫時 ， 應 盡可能保證濕度傳感器在同一溫度下工作 。如 果與釋放熱量的電子元件共用一個印刷線 路板，在安裝武漢理工大學華夏學院畢業設計 (論文 ) 14 時應盡可能將 DHT11遠離電子元件，并安裝在熱源下方，同時保持 外殼的良好通風。為降低熱傳導， DHT11與印刷電路板其它部分的銅鍍層應盡可 能最小，并在兩者之間留出一道縫隙。光線長時間暴露在太陽光下或強烈的紫外線輻 射中，會使性能降低。配 線 注 意 事項 DATA信號線材質量會影響通訊距離和通訊質量 ,推薦使用高質量屏蔽線 。 ADC0832 與單片機 89C51 A/D 轉換 A/D 轉換器的特點 ADC0832 是美國國家半導體公司生產的一種 8 位分辨率、雙通道 A/D轉換 芯片。由于它體積小，兼容性強，性價比高而深受單片機愛好者及企業歡迎， 其目前已經有很高的普及率。學習并使用 ADC0832 可是使我們了解 A/D轉換器 的原理，有助于我們單片機技術水平的提高。 ADC0832 具有以下特點： 8位分辨率； 雙通道 A/D轉換； 輸入輸出電平與 TTL/CMOS相兼容； 5V電源供電時輸入電壓在 0~5V之間； 工作頻率為 250KHZ，轉換時間為 32μS ； 一般功耗僅為 15mW； 8P、 14P— DIP（雙列直插）、 PICC 多種封裝； 商用級芯片溫寬為 0176。C to +70176。C ，工業級芯片溫寬為 ?40176。C to +85176。C ； ADC0832元件說明 ADC0832 為 8 位分辨率 A/D 轉換芯片，其最高分辨可達 256 級，可以適應一般的模擬量轉換要求。其內部電源輸入與參考電壓的復用， 使得芯片的模擬 電壓輸入在 0~5V 之間。芯片轉換時間僅為 32μ S，據有雙數據輸出可作為數據 校驗，以減少數據誤差，轉換速度快且穩定性能強。獨立的芯片使能輸入，使 多器件掛接和處理器控制變的更加方便。通過 DI 數據輸入端，可以輕易的實現 通道功能的選擇 。 芯片頂視圖 武漢理工大學華夏學院畢業設計 (論文 ) 15 圖 35 ADC0832 芯片頂視圖 芯片接口說明： GND 芯片參考 0 電位（地）。 DI 數據信號輸入，選擇通道控制。 DO 數據信號輸出，轉換數據輸出。 CLK 芯片時鐘輸入。 VCC/REF 輸入及參考電壓輸入（復用）。 CS 片選使能，低電平芯片使能。 CH0 模擬輸入通道 0，或作為 IN+/使用。 CH1 模擬輸入通道 1，或作為 IN+/使用 。 ADC0832 與單片機的接口電路 ADC0832與單片機的接口電路如圖 37所示 圖 36 接口電路圖 單片機對 ADC0832 的控制原理 正常情況下 ADC0832 與單片機的接口應為 4 條數據線，分別是 CS、 CLK、 DO、 DI。但由于 DO 端與 DI 端在通信時并未同時有效并與單片機的接口是雙 向的，所以電路設計時可以將 DO 和 DI 并聯在一根數據線上使用。（見圖 37） 當 ADC0832未工作時其 CS輸入端應為高電平此時芯片禁用， CLK 和 DO/DI 的電平可任意。當要進行 A/D轉換時須先將 CS使能端置于低電平并且保持低電平直到轉換完全結束。此時芯片開始轉換工作，同時由處理器向芯片時鐘輸入端 CLK 輸入時鐘脈沖， DO/DI 端則使用 DI 端輸入通道功能選擇的 數據信號。在第 1個時鐘脈沖的下沉之前 DI 端必須是 高武漢理工大學華夏學院畢業設計 (論文 ) 16 電平，表示啟始信號。在第 3個脈沖下沉之前 DI 端應輸入 2 位數據用于選擇通道功能，其功能項見表 31。 表 31 ADC0832 單端 MUX 模式 Mux 地址 頻道 Sgl/dif Odd/sign 0 1 1 0 + 1 1 + 表 32 ADC0832 多端 MUX 模式 Mux地址 頻道 Sgl/dif Odd/sign 0 1 0 0 + 0 1 + 如表 31，表 32所示，當此 2 位數據為 “1” 、 “0” 時，只對 CH0 進行單通道轉 換。當 2 位數據為 “1” 、 “1” 時，只對 CH1進行單通道轉換。當 2位數據為 “0” 、 “0” 時，將 CH0作為正輸入端 IN+， CH1 作為負輸入端 IN進行輸入。 當 2 位 數據為 “0” 、 “1”時，將 CH0 作為負輸入端 IN， CH1 作為正輸入端 IN+進行 輸入。到第 3個脈沖的下沉之后 DI 端的輸入電平就失去輸入作用 。 此后 DO/DI 端則開始利用數據輸出 DO 進行轉換數據的讀取。從第 4個脈沖下沉開始由 DO 端輸出轉換數據最高位 DATA7，隨后每一個脈沖下沉 DO端輸出下一位數據 。 直到 第 11個脈沖時發出最低位數據 DATA0，一個字節的數據輸出完成。也正是 從此位開始輸出下一個相反字節的數據，即從第 11個字節的下沉輸出 DATD0。隨后輸出 8 位數據，到第 19個脈沖時數據輸出完成也標志著一次 A/D 轉換的結束 。 最后將 CS 置高電平禁用芯片 ， 直接將轉換后的數據進行處理就可以了 。 更詳細的時序說明請見 圖 37。 作為單通道模擬信號輸入時 ADC0832 的輸入電壓是 0~5V 且 8 位分辨率時的電壓精度為 。如果作為由 IN+與 IN輸入的輸入時，可是將電壓值設定在某 一個較大范圍之內，從而提高轉換的寬度。但值得注意的是，在進行 IN+與 IN的輸入時如果 IN的電壓大于 IN+的電壓則轉換后的數據結果始終為 00H。 單片機 89c51 為了設計此系統，我們采用了 80c51單片機作為控制芯片。 89C51是 MCS51系列單片機中 CHMOS工藝的一個典型品種 ；其它廠商以 8951為基核開發出的 CMOS工藝單片機產品武漢理工大學華夏學院畢業設計 (論文 ) 17 統稱為 89C51系列。 該系列 單片機 是采用高性能的靜態 89C51 設計 由先進 CMOS 工藝制造并帶有非易失性 Flash 程序存儲器 全部支 持 12時鐘和 6 時鐘操作 P89C51X2 和P89C52X2/54X2/58X2 分別包含 128 字節和 256 字節 RAM 32條 I/O 口線 3 個 16位定時 /計數器 6 輸 入 4優先級嵌套中斷結構 1 個串行 I/O 口可用于多機通信 I/O 擴展或全雙工UART以及片內振蕩器和時鐘電路 。 此外，由于器件采用了靜態設計，可提供很寬的操作頻率范圍，頻率可降至 0 。 可實現兩個由軟件選擇的節電模式，空閑模 式和掉電模式，空閑模式凍結 CPU但 RAM定時器，串口和中斷系統仍然工作掉電模式保存 RAM的內容 但是凍結振蕩器 導致所有其它的片內功能停止工作。由于設計是靜態的時鐘可停止而不會丟失用戶數據 運行可從時鐘停止處恢復 。 圖 37 ADC0832 時序圖 89C51的基本結構 89C51的微處理器（ CPU） 運算器 累加器 ACC ； 寄存器 B ； 程序狀態字寄存器 PSW。 控制器 程序計數器 PC ； 指令寄存器 IR ； 定時與控制邏輯。 89C51的片內存儲器 內部 ROM容量 4K字節 內部 RAM容量 128字節 武漢理工大學華夏學院畢業設計 (論文 ) 18 89C51的 I/O口及功能單元 四個 8位的并行口，即 P0~P3。它們均為雙向口，既可作為輸入，又可作為輸出。每個口各有 8條 I/O線。 有一個全雙工的串行口（利用 P3口的兩個引腳 ）； 有 2個 16位的定時 /計數器 ； 有 1套完善的中斷系統。 89C51的特殊功能寄存器（ SFR） 低功耗的閑置和掉電模式 片內振蕩器和時鐘電路 圖 38 89C51結構圖 時 鐘 電 路總 線 控 制C P UR O M / E P R O M / F L A S H4 K 字 節R A M 1 2 8 字 節S F R 2 1 個定 時 / 計 數 器2 個中 斷 系 統5 中 斷 源 、 2 優 先 級串 行 口全 雙 工 2 個并 行 口4 個R S TE A A L E P S E NX T A L 2 X T A L 1P 0 P 1 P 2 P 3V C CV S S武漢理工大學華夏學院畢業設計 (論文 ) 19 89C51 的引腳圖 圖 39 89C51引腳圖 89C51的制作工藝為 CMOS，采用 40管腳雙列直插 DIP封裝，引腳說明如下： VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0口： P0口為一個 8位漏級開路雙向 I/O口，每腳可吸收 8TTL門電流。當 P1 口的管腳第一次寫 1時，被定義為高阻輸入 。 P0能夠用于外部程序數據存儲器，它可以被定義為數據 /地址的第八位。在 FIASH編程時， P0 口作為原碼輸入口，當 FIASH進行校驗時， P0輸出原碼，此時 P0外部必須被拉高。 P1口： P1口是一個內部提供上拉電阻的 8位雙向 I/O口， P1口緩沖器能接收輸出 4TTL門電流。 P1口管腳寫入 1后，被內部上拉為高，可用作輸入， P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內部上拉的緣故。在 FLASH編程和校驗時， P1口作為第八位地址接收。 P2口： P2口為一個內部上拉電阻的 8位雙向 I/O口， P2口緩沖器可接收，輸出 4個 TTL門電流，當 P2口被寫 “1” 時，其管腳被內部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時， P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內部上拉的緣故。 P2 口當用于外部程序存儲器或 16位地址外部數據存儲器進行存取時， P2 口輸出地址的高八位。在給出地址“1 ” 時，它利用內