基于單片機AT89C51的溫度測控系統(tǒng)

郭 爽

（武漢理工大學，湖北 武漢 430070）

1 系統(tǒng)總體分析與設(shè)計

1.1 總體方案

1）溫度監(jiān)控：對溫室溫度進行測量，并通過升溫或降溫達到植被的最佳溫度。

2）濕度監(jiān)控：對溫室濕度進行測量，并通過噴霧或去濕達到植被的最佳濕度。

3）控制處理：當溫度、濕度越限時報警，并根據(jù)報警信號提示采取一定手段控制。

4）顯示：LCD 就地顯示輸入值和相應的溫濕度，數(shù)碼管擺放在生產(chǎn)現(xiàn)場用于顯示當前的溫濕度。

1.2 實施措施

1）實際環(huán)境溫度與給定界限比較，執(zhí)行加熱/制冷措施。

2）實際環(huán)境濕度與給定界限比較，執(zhí)行加濕/去濕措施。

3）越限報警：當溫濕度越限時聲光報警。

4）鍵盤顯示：負責用戶的輸入及相關(guān)數(shù)據(jù)的顯示，其中包括LED和LCD 顯示。

1.3 硬件系統(tǒng)設(shè)計

經(jīng)過上面的總體方案和實施措施的討論后可以開始著手硬件系統(tǒng)的設(shè)計，硬件系統(tǒng)是應用系統(tǒng)的基礎(chǔ)、軟件系統(tǒng)設(shè)計的依據(jù)。

主機與主要部件的選擇：

根據(jù)總體功能和性價比及其運行速度等因素的考慮，選用MCS-51 系列的89C51 為主機，滿足上面的要求而且設(shè)計方便，不需要再存儲擴展。

數(shù)據(jù)存儲片內(nèi)設(shè)有128B，外部有8279 的256B，而由于存入的數(shù)據(jù)是隨時更新的且不計小數(shù)位，存入8 個16 進制數(shù)字，其總共需要的容量只有16B，已經(jīng)夠用。 對外部模擬量（溫度、濕度）采樣，選用ADC0809 能夠滿足要求。

溫室溫濕度控制系統(tǒng)是以89C51 單片機作為中央控制裝置，模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809，風扇，加熱設(shè)備，加濕設(shè)備，排潮設(shè)備，鍵盤顯示芯片等，其功能和原理如下：

1）89 C51 作為中央控制裝置，負責中心運算和控制，協(xié)調(diào)系統(tǒng)各個模塊的工作。

2）四路采樣溫度信號采樣簡單平均處理，溫度保存為整數(shù)。

3）四路采樣濕度信號采樣簡單平均處理，溫度保存為整數(shù)。

4）模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809：即由模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。 它共有8 個模數(shù)轉(zhuǎn)換通道。 模數(shù)的轉(zhuǎn)換共有2 種方法。 一種是利用INT0 中斷，當一次轉(zhuǎn)換結(jié)束后，ADC0809 使INT0 產(chǎn)生中斷，通知系統(tǒng)轉(zhuǎn)換完畢；另一種使用延時方法，開始轉(zhuǎn)換后系統(tǒng)延時100 微秒等待轉(zhuǎn)換完成。 本方案采用延時轉(zhuǎn)換的方法。

5）鍵盤顯示芯片：用8729 識別鍵盤，負責用戶的輸入及相關(guān)的數(shù)據(jù)的LED 顯示。 例如選擇系統(tǒng)的工作模式，用戶輸入溫度及濕度的界限數(shù)據(jù)，顯示實時的溫度及濕度值等等。

6）風扇：負責系統(tǒng)的降溫工作。

7）加熱設(shè)備：負責系統(tǒng)的加熱工作。

8）噴霧設(shè)備：負責系統(tǒng)的加濕工作。

9）排潮設(shè)備：負責系統(tǒng)的去濕工作。

2 溫濕度采樣與控制系統(tǒng)

2.1 溫濕度采樣系統(tǒng)

為了更精確的反映溫室的溫度和濕度，取溫濕度各4 路信號采樣簡單平均處理作為溫室的溫度和濕度。 在分辨率達到的前提下，溫濕度的精度為1%。

2.2 溫濕度控制系統(tǒng)

首先，系統(tǒng)啟動后，提示用戶輸入溫度的上限與下限的溫度值。用戶輸入之后，系統(tǒng)自動求出中間值，根據(jù)實際溫度的情況采取相應的方案。

如果該時刻的實際溫度值低于用戶給定的下限溫度值時，系統(tǒng)立即啟動報警裝置，且系統(tǒng)處于升溫狀態(tài)，直到實際溫度達到用戶輸入的上下限溫度的中間值一定區(qū)間內(nèi)時停止升溫。 反之，如果實際溫度值高于用戶設(shè)定的上限值時，系統(tǒng)也會立即啟動報警裝置，且系統(tǒng)處于降溫狀態(tài)，直到實際溫度達到用戶輸入的上下限溫度的中間值一定區(qū)間內(nèi)時停止降溫。

選擇中間值作為控制參數(shù)， 防止升溫——降溫——升溫的死循環(huán)，因為溫度低于下限時會一直升溫，可能導致溫度高于上限系統(tǒng)又開始降溫，這樣系統(tǒng)便一直重復升溫——降溫——升溫過程，導致設(shè)備在某一個溫濕度點附近頻繁的啟停，使設(shè)備壽命下降，而且沒有實際意義。

選擇中間值的一定區(qū)間，是防止達到中間值時，采取了停止升溫或者降溫措施，溫度還是會持續(xù)上升或下降一會兒，這時候溫度可能不是正好在中間值處，系統(tǒng)便還是采取升溫或者降溫的措施，而此時的溫度值可能已經(jīng)是很適合植被生長的需要的溫度值。所以本方案選在中間值的正負一度區(qū)間內(nèi)，認為此區(qū)間內(nèi)都是適合的，不產(chǎn)生任何控制動作變化，這樣就能解決設(shè)備頻繁啟停問題。

2.3 鍵盤顯示系統(tǒng)

鍵盤顯示系統(tǒng)采用8279 芯片控制16 鍵的鍵盤和8 個七段數(shù)碼管，以實現(xiàn)用戶的輸入與數(shù)據(jù)輸出。 16 個鍵分別是“0”到“F”，對應的鍵值是0 到15 不需要鍵值的轉(zhuǎn)換。 七段數(shù)碼管采用共陰極。

2.4 報警系統(tǒng)

報警系統(tǒng)由聲音報警和警報燈報警組成。 聲音報警通過P1.0 口接SD 口控制系統(tǒng)的音效模塊發(fā)聲， 用CPU 控制P1.0 產(chǎn)生一定頻率的方波就可以實現(xiàn)音效模塊的發(fā)聲。音效模塊是一個帶有揚聲器的放大電路。

3 硬件調(diào)試方案

3.1 硬件電路的調(diào)試

此部分的任務(wù)是在系統(tǒng)連接好后,調(diào)試各個組件能否正常工作,能否實現(xiàn)軟件設(shè)計的預期目標。 其步驟如下：

1）按照系統(tǒng)設(shè)計，將系統(tǒng)需要的各個組件連接好。

2）實驗說明書，了解各個組件的工作原理，開始著手調(diào)試芯片。

3）試ADC0809 芯片。按照說明書調(diào)用CON_W.ASM 匯編程序，運行，觀察現(xiàn)象。 現(xiàn)象正確，說明ADC0809 芯片正常，可以使用。

4）電機，按照說明書調(diào)用直流電機相應的匯編程序，運行，觀察現(xiàn)象。

3.2 功能模塊的調(diào)試方案

把各個功能模塊編寫成單獨的源文件進行調(diào)試， 調(diào)試成功以后，再將各部分聯(lián)合在一起。

整個系統(tǒng)的編寫、調(diào)試是從8279 開始的。 控制8279 原理雖然簡單，但需要細節(jié)卻很多，如選擇顯示寄存器與送段碼的順序，8279 的初始化等待時間等。

用戶溫度輸入數(shù)據(jù)時上限、下限分別在七段數(shù)碼管的0、1、2、3 位置顯示，濕度輸入數(shù)據(jù)時上限、下限分別在七段數(shù)碼管的 4、5、6、7 位置顯示。 讀鍵存儲的過程是循環(huán)程序。 可循環(huán)等待直到用戶輸入正確并確認為止。

溫濕度判斷控制模塊也一個非常重要的模塊，由于溫濕度對于植被的生長起著決定性的作用，因此，如果這兩個因素控制不好，這個系統(tǒng)就失敗了，這就需要我認真的考慮這一模塊的控制方式，調(diào)試階段比較順利。

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