溫室大棚溫濕度控制系統(tǒng)的設(shè)計畢業(yè)論文(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 9C51單片機特殊功能寄存器地址及符號表。表中帶*號的為可位尋址的特殊功能寄存器。 單片機的中斷系統(tǒng)單片機與外部設(shè)備交換信息一般采用兩種方式，即查詢方式和中斷方式。中斷方式具有CPU效率高，適合于實時控制，將從現(xiàn)場采集到的數(shù)據(jù)通過中斷方式及時傳送給CPU，經(jīng)過處理后就可立即做出響應(yīng)，實現(xiàn)現(xiàn)場控制。而采用查詢方式就很難做到及時采集、實時控制。從面向用戶的角度來看，8051單片機的中斷系統(tǒng)就是由如下幾個殊功能寄存器組成：定時器控制寄存器TCON中斷允許寄存器IE中斷優(yōu)先級寄存器IP串行口控制器SCON 89C51單片機是一個多中斷源系統(tǒng)。有5個中斷源，即兩個外部中斷，兩個外部中斷、兩個定時器/計數(shù)器中斷和一個串行口中斷。(1) 定時器控制寄存器TCON 表5 TCON控制位的分布 D7D6D5D4D3D2D1D0控制位TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0 TF1（）：計時器 1溢出標志，當計時溢出時，由硬件設(shè)定為 1，在執(zhí)行相對的中斷服務(wù)程序后則自動清 0。 TR1（）：計時器1啟動控制位，可以由軟件來設(shè)定或清除。TR1時啟動計時器工作，TRl=0 時關(guān)閉。 TF0（）：計時器 0溢出標志，當計時溢出時，由硬件設(shè)定為 1，在執(zhí)行相對的中斷服務(wù)程序后則自動清 0。 TR0（）：計時器 0啟動控制位，可以由軟件來設(shè)定或清除。TR0=1時，啟動計時器工作，TR0=時關(guān)閉。 IE1（）：外部中斷 1工作標志，當外部中斷被檢查出來時，硬件自動設(shè)定此位，在執(zhí)行中斷服務(wù)程序后，則清 0。 IT1 （）：外部中斷 1工作形式選擇，IT1=1時，由下降緣產(chǎn)生外部中斷，IT1=0時，則為低電位產(chǎn)生中斷。 IE0（）：外部中斷 0 工作標志，當外部中斷被檢查出來時，硬件自動設(shè)定此位，在執(zhí)行中斷服務(wù)程序后，則清 0。 IT0 （）：外部中斷 0工作形式選擇，IT1=1時，由下降緣產(chǎn)生外部中斷，IT1=0時，則為低電位產(chǎn)生中斷。（2） 串行口控制寄存器SCON表6 SCON控制位的分布D7D6D5D4D3D2D1D0控制位SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRI SM0、SM1為串行口的工作方式選擇位 表7 串行口工作方式 SM0SM1工作方式00方式0：移位寄存器方式01方式1：8位UART，波特率可變10方式2：9位UART,波特率為fosc/64或fosc/3211方式3：9位UART，波特率可變SM2 （）：允許方式 2 或方式 3 多機通訊控制位。在方式 2 或方式 3 時，如SM2=1，REN=1，則從機處于只有接收到 RB8=1(地址幀)才激發(fā)中斷請求標志RI=1，向主機請求中斷處理。被確認為尋址的從機復位SM2=0，才能接收 RB8=0 的數(shù)據(jù)幀；在方式 1 時，如 SM2=l，則只有在接收到有效停止位時才置位中斷請求標志位RI=1；在方式0時，SM2應(yīng)為 0。 REN（）：REN，允許/禁止串行接收控制位。由軟件置位REN=1為允許串行接收狀態(tài)，可啟動串行接收器RXD，開始接收信息。軟件復位REN＝0，則禁止接收。 TB8（）：在方式2或方式3，它為要發(fā)送的第 9位數(shù)據(jù)，按需要由軟件置位。（3） 中斷允許寄存器IE 表8 IE控制字 D7D6D5D4D3D2D1D0控制位EAESET1EX1ET0EX0EA（）：EA＝0時，所有中斷停用（禁止中斷）。EA＝1時，各中斷的產(chǎn)生由個別的允許位決定。－（、IE`5）：保留位，無定義。ES（）：允許串行端口的中斷（ES＝1允許，ES＝0禁止）。 ET1（）：允許計時器 1中斷（ET1＝1允許，ET1＝0 禁止）。EX1（）：允許外部中斷 INT1的中斷（EX1＝1允許，EX1＝0 禁止）。ET0（）：允許計時器 0中斷（ET0＝1允許，ET0＝0 禁止）。 EX0（）：允許外部中斷 INT0的中斷（EX0＝1允許，EX0＝0 禁止）。（4） 中斷優(yōu)先級寄存器IP 表9 IP控制字D7D6D5D4D3D2D1D0控制位PSPT1PX1PT0PX0－（）：保留位，無定義。 －（）：保留位，無定義。 －（）：保留位，無定義。 PS（）：設(shè)定串行端口的中斷優(yōu)先次序。PT1（）：設(shè)定時／計時器 1的優(yōu)先次序。PX1（）：設(shè)定外部中斷 INT1的優(yōu)先次序。 PT0（）：設(shè)定計時器 0的優(yōu)先次序。PX0（）：設(shè)定外部中斷 INT0的優(yōu)先次序。上述每位IP.*＝1時，則定義為高優(yōu)先級中斷，IP.*＝0 時，則定義為低優(yōu)先級中斷。如果同時有兩個或兩個以上優(yōu)先級相同的中斷請求時，則由內(nèi)部按查詢優(yōu)先順序來。（5） 方式控制寄存器TMOD的控制字格式如下： 表10 TMODE控制字D7D6D5D4D3D2D1D0控制位GATEC/TM1M0GATEC/TM1M0低4位為T0的控制字，高4位為T1的控制字。GATE為門控位，對定時器/計數(shù)器的啟動起輔助控制作用。GATE=1時，定時器/計數(shù)器的計數(shù)受外部引腳輸入電平的控制，（）引腳即INT0（或INT1）為1才啟動計數(shù)；GATE=0時，定時器/計數(shù)器的運行不受外部輸入引腳的控制。C/T為方式選擇位。C/T=0為定時器方式，采用單片機內(nèi)部振蕩脈沖的12分頻信號人作為時鐘計數(shù)脈沖，若采用12MHz的振蕩器，則定時器的計數(shù)頻率為1MHz，從定時器的計數(shù)值便可得定時時間。 MM0二位的狀態(tài)確定定時器的工作方式，詳見下表： 表11 定時器/計數(shù)器的方式選擇M1M0工作方式00方式0：為13位定時器/計數(shù)器01方式1：為16位定時器/計數(shù)器10方式2：為自動重裝常數(shù)的8位定時器/計數(shù)器11方式3：僅適用于T0，分成兩個8位定時器/計數(shù)器 單片機最小系統(tǒng)要使用單片機工作首先要知道單片機的最小系統(tǒng)。單片機最小系統(tǒng)包括晶體振蕩電路、復位開關(guān)和電源部分，單片機最小系統(tǒng)如圖3 圖3 單片機的最小系統(tǒng)（1） 振蕩電路單片機是一種時序電路，必須提供脈沖信號才能正常工作，在單片機內(nèi)部已集成了振蕩器，使用晶體振蕩器，接119腳。如圖3所示，外部時鐘振蕩電路由晶體振蕩器和電容CC2構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，連接在XTALXTAL2腳兩端。對外部CC2的取值雖然沒有嚴格的要求，但電容的大小會影響到振蕩器頻率的高低、振蕩器的穩(wěn)定性、起振的快速性。CC2通常取值C1=C2=30—30PF；8051的晶振最高振蕩頻率為12M，AT89C51的外部晶振最高頻率可到24M。(因為可以準確地得到9600波特率和19200波特率，用于有串口通訊的場合)/12MHz(產(chǎn)生精確的us級時歇，方便定時操作)。（2）電源電路這當然是必不可少的了。單片機使用的是5V電源，其中正極接40引腳，負極（地）接20引腳。（3） 復位電路由電容串聯(lián)電阻構(gòu)成，由圖并結(jié)合“電容電壓不能突變”的性質(zhì)，可以知道，當系統(tǒng)一上電，RST腳將會出現(xiàn)高電平，并且，這個高電平持續(xù)的時間由電路的RC值來決定。典型的51單片機當RST腳的高電平持續(xù)兩個機器周期以上就將復位，所以，適當組合RC的取值就可以保證可靠的復位。一般教科書推薦C取10u，R取10K。當然也有其他取法的，原則就是要讓RC組合可以在RST腳上產(chǎn)生不少于2個機周期 的高電平。至于如何具體定量計算，可以參考電路分析相關(guān)書籍。（4） EA訪問程序存儲器控制信號，當EA為低電平時，對ROM的讀操作限制在外部程序存儲器；當EA為高電平時，則對ROM的讀操作是從內(nèi)部程序存儲器開始，并可延至外部程序存儲器。高電平就是選用內(nèi)部ROM，低電平就是不選用內(nèi)部ROM，8031內(nèi)部根本沒有ROM，需接外接ROM，所以要低電平。 傳感器設(shè)計。它應(yīng)用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性與卓越的長期穩(wěn)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(chǎn)品具有品質(zhì)卓越、超快響應(yīng)、抗干擾能力強、性價比極高等優(yōu)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(shù)以程序的形式儲存在OTP內(nèi)存中，傳感器內(nèi)部在檢測信號的處理過程中要調(diào)用這些校準系數(shù)。單線制串行接口，使系統(tǒng)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(yīng)用甚至最為苛刻的應(yīng)用場合的最佳選則。產(chǎn)品為 4 針單排引腳封裝。連接方便，特殊封裝形式可根據(jù)用戶需求而提供。 DHT11的簡介相對濕度和溫度測量全部校準，數(shù)字輸出卓越的長期穩(wěn)定性無需外加器件超長的信號傳輸距離超低能耗4引腳安裝完全互換 圖4 DHT11 引腳說明建議接線長度短于20米時，用5K上拉電阻，大于20米時根據(jù)實際情況使用合適的上拉電阻。引腳1：引腳2：DATA串行數(shù)據(jù)，單總線引腳3：NC空腳，懸空引腳4：GND接地，電源負極 圖5 典型應(yīng)用電路 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(wěn)定狀態(tài)在此期間無需發(fā)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。 串行接口（單線雙向）DATA 用于微處理器與 DHT11之間的通訊和同步,采用單總線數(shù)據(jù)格式,一次通訊時間4ms左右,數(shù)據(jù)分小數(shù)部分和整數(shù)部分,具體格式在下面說明,當前小數(shù)部分用于以后擴展,:一次完整的數(shù)據(jù)傳輸為40bit,高位先出。數(shù)據(jù)格式:8bit濕度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit濕度小數(shù)數(shù)據(jù)+8bi溫度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit溫度小數(shù)數(shù)據(jù) +8bit校驗和數(shù)據(jù)傳送正確時校驗和數(shù)據(jù)等于“8bit濕度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit濕度小數(shù)數(shù)據(jù)+8bi溫度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit溫度小數(shù)數(shù)據(jù)”所得結(jié)果的末8位。用戶MCU發(fā)送一次開始信號后,DHT11從低功耗模式轉(zhuǎn)換到高速模式,等待主機開始信號結(jié)束后,DHT11發(fā)送響應(yīng)信號,送出40bit的數(shù)據(jù),并觸發(fā)一次信號采集,DHT11接收到開始信號觸發(fā)一次溫濕度采集,如果沒有接收到主機發(fā)送開始信號,。 圖6 數(shù)據(jù)時序圖 3. 外設(shè)讀取 （1）DHT11上電后，測試環(huán)境溫濕度數(shù)據(jù)，并記錄數(shù)據(jù)，同時DHT11的DATA數(shù)據(jù)線由上拉電阻拉高一直保持高電平；此時DHT11的DATA引腳處于輸入狀態(tài)，時刻檢測外部信號。 （2）微處理器的I/O設(shè)置為輸出同時輸出低電平，且低電平保持時間不能小于18ms，然后微處理器的I/O設(shè)置位輸入狀態(tài)，由于上拉電阻，微處理器的I/O即DHT11的DATA數(shù)據(jù)線也隨之變高，等待DHT11作出回答信號， 圖7 主機發(fā)送起始信號 （3）DHT11的DATA引腳檢測到外部信號有低電平時，等待外部信號低電平結(jié)束，延遲后DHT11的DATA 引腳處于輸出狀態(tài)，輸出80us的低電平作為應(yīng)答信號，緊接著輸出80us的高電平通知外設(shè)準備接受數(shù)據(jù)，微處理器的I/O此時處于輸入狀態(tài)，檢測到I/O有低電平（DHT11回應(yīng)信號）后 ，等待80us 的高電平后的數(shù)據(jù)接收。 圖8 發(fā)送信號 （4）由DHT11的DATA引腳輸出40位數(shù)據(jù)，微處理器根據(jù)I/O電平的變化接收40位數(shù)據(jù)，位數(shù)據(jù)“0”的格式為：50us的低電平和2628us的高電平；位數(shù)據(jù)“1”的格式為：50us的低電平加70us的高電平。 圖9 位數(shù)據(jù)“0”的格式 圖10 位數(shù)據(jù)“1”的格式 無線模塊的設(shè)計 進入21世紀以來，無線通訊技術(shù)有了突飛猛進的發(fā)展，包括各種無線模塊的設(shè)計制作，目前應(yīng)用于無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)募夹g(shù)非常多，如紅外技術(shù)，藍牙技術(shù)，RF技術(shù)，GPRS，CDMA等。本系統(tǒng)采用微功率短距離無線通訊技術(shù)，采用APC22043。 APC22043模塊是高度集成微功率半雙工無線數(shù)據(jù)傳輸模塊，其嵌入了高速單片機及高性能射頻芯片，最大可以糾24bits連續(xù)突發(fā)錯誤。APC220模塊可以提供多個頻道的選擇，可在線修改串口速度，射頻速率，發(fā)射功率等各種工作參數(shù)。 APC220的性能 1000米傳感距離（2400bps） 工作頻率418455MHZ（ 1KHZ步進） 靈活的軟件編程選項設(shè)置 內(nèi)置看門狗，保證長期可靠運行 無線傳輸模塊APC220的接口說明 APC22043模塊內(nèi)設(shè)256B的緩沖區(qū)，在緩沖區(qū)為空的情況下，用戶可以不用考慮空中波特率