工厂化养兔温湿度自动控制系统

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1、 毕 业 设 计（论 文） 设计(论文)题目： 工厂化养兔温湿度 自动控制系统设计 学生姓名： 管其军 指导教师： 刘祥建 二级学院： 机电工程学院 专业：机械设计制造及其自动化班级： 10机械（2）班 学号： 1004101016 提交日期： 年 月 日 答辩日期： 年 月 日 VV金陵科技学院学士论文 目录目 录摘 要IIIAbstractIV1绪 论11.1概述11.2国内外发展情况11.3研究的内容及方法21.3.1研究内容21.3.2研究方法22 任务书32.1 课题基本内容32.2 设计要求32.3 设计目的和意义32.4 设计思路33 系统总体设计方案53.1 控制器方案比较53

2、.2 控制器方案选择53.3 系统结构框图53.4 系统工作原理63.5 控制方案74 系统主要硬件及其电路模块设计84.1 系统结构框图84.2 AT89C51单片机94.3 AT89C51的复位电路124.4 数据存储器的扩展124.5 温度检测电路134.5.1 数字温度传感器的选择134.5.2 八路温度采集电路164.5.3 八路温度选择电路164.6 湿度检测电路184.6.1 湿度传感器的选择184.6.2 A/D转换电路184.7 显示电路204.7.1 LED显示器204.7.2 并行电路接口8255A224.8 电源稳压电路254.9 声光报警电路264.10 看门狗电路2

3、74.11 温湿度控制电路及其算法实现284.11.1 温湿度控制电路284.11.2 温湿度控制PID算法294.12 主要元件清单315. 系统软件设计325.1 系统软件框图325.2 主程序设计335.3 数据采集模块设计365.4 数据处理模块设计385.5 报警模块设计405.6 操作模块设计416 总 结43参考文献44金陵科技学院学士论文 摘要工厂化养兔温湿度自动控制系统摘 要就目前而言工厂化养兔温湿度控制系统的设计中还存在许多问题，为了解决这些问题，本课题研究设计了一套通用的，工厂化养兔兔舍温湿度自动控制系统。该系统的主旨是通过控制使兔舍具有适宜的温度，改良兔舍湿度情况，从而

4、提高兔子的生长状况，获得更高经济收益。工厂化养兔温度湿度自动控制系统的主要组成部分为:主控制器AT89C51单片机、并行口扩展芯片8255A、74LS373、湿度传感器、温度传感器DS18B20、A/D转换器ADC0809、RAM6264存储器、掉电保护、LED显示器和报警电路。实现了对兔舍温湿度的自动检测与控制，从而保证兔子的健康成长。本文介绍了该温湿度控制系统的主要电路结构，工作原理，总体设计方案，硬件、软件设计等。系统安全可靠，结构简洁，电路简单，易于扩展，成本低廉，有较高精度，具有广泛的应用前景。关键词：温湿度控制系统;单片机;传感器;LED显示器金陵科技学院学士论文 abstract

5、Temperature and Humidity Controlling Equipment Used in Rabbit HutchAbstractIn present，there are still many problems about temperature and humidity controlling equipment used in rabbit hutch. To solve those problems, this article designs a rabbit hutch automatic control system which adapts to every r

6、abbit hutch. The system is designed to control the rabbit house to have appropriate temperature, improving the humidity of rabbit hutch, boosting the Growth Performance of rabbits, then the enterprises will obtain higher economic benefits. The temperature and humidity controlling equipment used in r

7、abbit hutch consists of the main controller AT89C51 single-chip, parallel port expansion chip 8255A, 74 LS373 and A/D converter ADC0809, humidity sensor, the temperature sensor, solid-state relay, the DS18B20 RAM6264, power fail safeguard and led display and alarm circuit, etc .To achieve the Rabbit

8、 hutch temperature and humidity testing and control, to ensure the healthy growth of the rabbit.This article describes the main circuit structure ， working principle of the equipment and the whole design of the control system, including hardware, software design. System is safety and reliable, Simpl

9、e Construction , simple electric circuit , and easy to expand, low cost ,and has a high precision , having broad applications.Keyword:Temperatureand humidity controlling equipment; Singlechip ;Sensor ;LED display金陵科技学院学士论文 1 绪 论1绪 论兔子是恒温动物，兔舍内的温湿度环境将直接影响兔子的繁殖和生长。我国气候夏季温度高且空气潮湿，冬季气温低且空气干燥，持续时间都长达 3-4

10、 个月。在这样的气候条件下兔子很难正常生长发育，特别是在夏天，炎热的天气条件导致兔子体重减轻、进食量减少、活力下降、繁育能力变差且容易死亡等，给养殖户造成巨大损失。因此，对兔舍温湿度进行自动控制，使兔舍保持恒定的温度和湿度，为兔子营造良好地生长环境，对缩短兔子的生长周期，增加收入起到巨大影响。1.1概述由于投资少、效益高等特点，养兔生产已经成为现代养殖业的重要内容，越来越趋近专业化，工厂化。21世纪以来，随着兔肉在国内消费市场越来越高的需求以及国际大市场的畅通，对兔子的需求越来越大。但是，实践证明，兔舍内的温湿度环境等条件密切影响着肉子的生长发育情况。在兔子的养殖过程中，因为兔舍得不到较好的的

11、温湿度调节，而影响到肉兔的产值的情况比比皆是。为了避免兔子的生长受到外界恶劣气候和春夏季节交换所产生的不利影响，所以设计了兔舍温湿度自动控制系统来控制兔舍的温度和湿度，从而改变兔子的生长环境，这样，就为兔子的生长和发育尽可能的创造了适宜的条件。本文将对工厂化养兔兔舍温湿度自动控制系统进行研究，以便在不适宜兔子生长的季节里调节温湿度，为兔子生长形成适宜的环境，良好地饲养兔子，从而达到对兔子防治疾病、促进生长发育、调节产期的目的。温度：温度过低或过高都会使兔子的生产力下降，甚至威胁到兔子的健康和生命。一般来说，1525是较为适宜成年兔子生长的温度，3032是较为适宜幼兔生长的温度。 湿度：相对湿度

12、以6065%为宜。1.2国内外发展情况如今，随着养殖业的不断发展，饲养环境的问题越来越受到人们的关注。国内外对于如何在饲养的屋舍建筑、空气质量改善、粪污的处理、温湿度控制等中应用自动化技术做了大量的研究，初步实现了自动控制饲养屋舍环境的目标。但由于各种因素，近些年来，人们开发的以单片机为核心技术，对兔舍环境的变频控制系统，并没有得到大力推广。单就对兔舍的温湿度控制而言，目前基本还停留在人工操作的水平上。虽然近几年出现了相关的自动控制设备，但大多数成本较高、损耗太大、施工麻烦、易受干扰。对于工厂化养殖大面积的兔舍而言更为突出。在我国，利用水蒸发吸热原理的蒸发降温技术已在工厂化饲养中得到运用，成本

13、较低，是一种经济的降温方式。但是，这种技术在降温的同时也增加了湿度，综合效果不太理想。所以，我们应当在已有技术上，研究开发在降温的同时又不增加湿度的技术。1.3研究的内容及方法1.3.1研究内容本课题的题目是工厂化养兔温湿度自动控制系统设计 ，主要是设计一套自动控制的降温除湿系统以针对工厂化养兔兔舍内的温湿度的实际情况。本系统的硬件主要有：单片机，显示电路，操作系统，感应电路，A/D转换器等。系统利用感应电路的传感器测得兔舍内的温湿度，处理转换，将传感器测得的数据，传送至单片机控制系统，控制系统自行与预设的兔子最适合生长的温湿度进行对比，并将处理结果将在显示电路实时显示。如果测得温湿度不在输入

14、的适宜范围上下线内，系统将自行控制操作系统进行相应的调节操作如空调、喷淋、制冷除湿机等，来调节兔舍内的温湿度环境。不同种类的兔子，不同地区的兔舍要求的适合生长的温湿度也不一样，通过键盘，修改系统预设值即可。这样就实现了对兔舍温湿度的自动控制。1.3.2研究方法1）设定总体的设计方案2）主体控制系统部分的设计3）单片机软件的设计4）传感器模块的设计5）显示软件的设计6）硬件电路的设计与分析7）系统软件的设计8）绘制原理图9）整理并撰写论文，准备答辩。9898金陵科技学院学士论文 2 任务书2 任务书2.1 课题基本内容由于投资少、效益高等特点，养兔生产已经成为现代养殖业的重要内容，越来越趋近专业

15、化，工厂化。21世纪以来，随着兔肉在国内消费市场越来越高的需求以及国际大市场的畅通，对兔子的需求越来越大。但我们发现，在肉兔的养殖过程中，因为兔舍得不到较好的的温湿度调节，而影响到肉兔的产值的情况比比皆是。目前人们还基本都在使用人工操作的方法对兔舍的温湿度进行管理。工厂化养兔温湿度自动控制系统设计是本课题的题目，本课题主要是针对工厂化养兔温湿度从而设计一套温湿度自动控制系统来满足兔舍对环境的实际需要。要求该温湿度自动控制系统能够实现的基本功能是：（1）能实现对室内不同位置处温湿度的检测；（2）能实现对室内温湿度的控制；（3）能够实时显示室内温湿度的数值；（4）能够在不同的环境条件下设定不一样的

16、温湿度数值。2.2 设计要求（1）设计图纸规范、清晰、准确，清洁。（2）设计说明书详尽、完整，准确，设计计算正确，符合相应规范。2.3 设计目的和意义(1)通过毕业设计，学校将全面培养学生运用所学的基础理论、知识、基本进行分析和解决实际性综合问题的能力。(2)通过毕业设计训练学生解决机电控制系统开发的综合问题的能力，从而使学生能够设计和实施机电控制系统。2.4 设计思路在本论文系统中， A/D转换器将经过处理和放大后的温湿度传感器所测得的环境中的检测温湿度模拟信号转换成数字信号，进入单片机内部之后，LED显示器将对转换的数字信号实时显示在显示器上。温湿度测量值与安全范围经过系统自动对比后，系统

17、会自动选择下一步操。若测量温湿度在安全温湿度范围，则表明所测环境温湿度正常，无需启动其他执行机构；若温湿度测量值不在初始的安全温湿度范围内，则系统将会自动控制相应元件进行工作。如报警系统发出报警信号（声和光），降温潮湿设备（空调、喷淋、制冷去湿机等装置）依据早已制定的有效的控制方案，合理运做，自动调整所测环境温湿度。同时，为了程序正常运行，此系统还设有看门狗电路模块。金陵科技学院学士论文 3 系统总体设计方案3 系统总体设计方案3.1 控制器方案比较大学期间学到的电器控制技术的主要控制器有单片机和 PLC。方案一: PLC 为主控制器PLC 控制技术是专为工业控制而设计的。硬件方面，抗干扰性能

18、好，结构结实，硬件模块化，工作稳定可靠。软件方面，PLC 采用梯形图进行编程，通俗易懂，形象直观，便于掌握，易于扩展。而且内部采用循环扫描的工作方式，程序可靠性高。方案二：单片机为主控制器 单片机系统对设计者要求高，程序必须用汇编语言或高级语言（如 C 语言）编写，支持在线编写，灵活多变，程序相对复杂，周期较长。单片机的集成度高、体积小、功耗低、功能强、可靠方便，价格便宜是最为显著的特点。3.2 控制器方案选择从功能上看，两种控制器都能满足要求，虽然PLC更具有调试方便的优势。但是PLC成本价格实在过高，并且单片机功耗低，灵活可靠，完全能够符合本系统要求，所以本次设计采用单片机为主控制器。3.

19、3 系统结构框图输入检测模块，驱动控制模块和输出操作模块组成了本课题整个系统。其中，开关按钮和温湿度检测传感器构成输入检测模块，电源，单片机等构成驱动控制模块，各执行元件构成输出操作模块， 系统结构框图如图3.1所示。温湿度传感器开/关按钮键盘管理A/D转换器电源单片机L空调喷淋制冷去湿机报警装置LED显示器变送器接口电路图3.1 系统结构框图系统开始工作时，打开开关按钮，单片机启动，饲养员可以用键盘向系统输入兔舍的温湿度调节范围。安装在兔舍内的温湿度传感器将会将测得的温湿度数据处理后传输到驱动控制系统单片机中，并在LED 显示器中实时显示测的温湿度数据。此时系统将把测得数据与前期设定范围值进

20、行比较，若测得值不在兔舍允许变化范围内，单片机系统就会输出指令控制各操作元件进行相应的操作。3.4 系统工作原理工厂化养兔温湿度自动控制系统由检测系统（温度、湿度传感器）、单片机控制系统（含文本显示、输入输出）、执行系统（空调、喷淋、制冷去湿机等装置）等部分组成。图 3.2为系统工作原理图。键盘输入温湿度初始值兔舍温湿度传感器单片机显示器执行元件报警装置图3.2系统工作原理图该工厂化养兔温湿度自动控制系统把传感器采集的温度、湿度测量值，将模拟信号转换为数字信号，存储在单片机数据缓冲区。按算法，算得温湿度的实际值。再将算得值与相应的输入值进行对比，由对比结果，得知相对应的应对措施，从而控制执行机

21、构对应实施。3.5 控制方案表3.1 温度控制方案输入温度1525测的温度25采取措施空调制热空调制冷 表3.2 湿度控制方案输入湿度60%65%测的湿度65%采取措施喷淋工作制冷去湿机工作金陵科技学院学士论文 4 系统主要硬件及其电路模块设计4 系统主要硬件及其电路模块设计4.1 系统结构框图根据系统的功能需求，系统的控制核心选择目前市场上性价比较高的AT89C51单片机，图4.1所示为AT89C51单片机实物图。如图4.2为温湿度控制系统硬件框图。图4.1 AT89C51单片机电源单片机模块输入接口输出接口温湿度传感器现场显示器器执行元件图4.2系统硬件框图4.2 AT89C51单片机 1

22、、CPU的结构 单片机的内部核心部分就是，CPU是单片机的指挥和执行机构。CPU决定了单片机的主要功能特性。从功能上看，运算器和控制器是CPU包括的两个基本部分。下面说明控制器和运算器。 1）运算器逻辑运算部件ALU、累加器ACCC、B寄存器、暂存寄存器TMP1和TMP2、程序状态寄存器PSW、BCD码运算调整电路等主要部件组成了运算器。2）控制器控制器主要由程序计数器PC、指令寄存器IR、指令译码器ID等组成。 2、时钟电路AT89C51芯片内部有一个用于构成振荡器的高增益反向放大器。反向放大器的输入输出端分别为XTAL1和XTAL2。石英晶体及两个电容构成的自激振荡器跨接在TXAL1和XT

23、AL2两端，如图4.3所示。电容器C1和C2选用不同的电容量对振荡频率有微调作用，一般都取在30pF左右。但单片机振荡频率的决定因素是石英晶体本身的标定频率。其振荡频率范围是112MHz。图4.3 时钟电路本设计选用内部时钟方式，来实现系统的独立完整性。石英震荡频率为12MHZ，ALE信号频率选用2MHZ。3、I/O口结构：P0、P1、P2和P3是AT89C51单片机有4个8位并行I/O接口。8个接口每个都是8位准双向口，共占32根引脚。I/O线每一条都能独立地用作输入或输出。锁存器（即特殊功能寄存器P0P3），输出驱动器和输入缓冲器，在每个端口中都有一个。输出驱动器和输入缓冲器一个作输出时数

24、据可以锁存，一个作输入时数据可以缓冲，功能完全不同。4 、程序存储器及数据存储器1）程序存储器对于AT89C51芯片，片内和片外程序存储器统一编址。片内有4K字节ROM/EPROM，片外可扩展60K字节EPROM。有6个地址单元被保留用于某些特定的地址在程序存储器中。如下表4.1所示。表4.1 AT89C51的复位、中断入口地址 入口地址 说明 0000H复位后，PC=0000H 0003H外部中断 入口 000BH定时器T0溢出中断入口 0013H外部中断 入口 001BH 定时器T1溢出中断口 0023H串行口中断入口2）数据存储器AT89C51单片机数据存储器空间也分为内、外片两大部分，

25、即片内和片外数据存储器RAM。片内、片外RAM空间如何区别呢？片内数据存储器寻址最大为256个单元，片外扩展最大可为64K字节RAM，并且MOV指令专门为片内指令所用，片外64K ROM空间专门为MOVX指令所用。5 、定时器AT89C51单片机的内部有两个16位用于定时或是事件计数的可变成定时器0（T0）和定时器1（T1），在定时控制、延时、对外部事件计数和检测等场使用。定时器0（T0）和定时器1（T1）具有计数和定时两种工作方式和四种工作模式。定时器T1具有方式0、方式1和方式2三种工作方式，而T0具有方式0、方式1、方式2和方式3四种工作方式。6、中断系统AT89C51单片机具有两个外部

26、中断源；两个片内定时器/计数器（T0、T1）的溢出中断源TE0和TF1以及一个片内串行口接受或发送中断源RI或TI，共五个中断请求源。单片机的特殊功能寄存器TCON和SCON分别相应位的锁存这些中断请求。一些微处理器和单片机规定了每个中断源的优先级别，以解决当几个中断源同时向CPU请求中断，要求CPU提供服务的时候出现的问题。4.3 AT89C51的复位电路上电自动复位和开关手动复位两种方式是AT89C51单片机通常采用的两种复位方式。如图4.4所示，本系统采用上电复位电路。上电复位是指单片机只要一上电，便自动进入复位状态。电容C通过电阻R在通电瞬间充电，RST端出现正脉冲，用以复位。图4.4

27、 复位电路4.4 数据存储器的扩展AT89C51单片机片内还有主要用工作寄存器、堆栈、软件标志和数据缓冲器的28字节的数据存储器RAM。用它存放运算的中间结果对于简单的测控系统，容量是足够的，但对于大量数据采集处理系统，则需要在片外扩展RAM。本设计采用大量温湿度传感器，因此，选用RAM6264数据存储器一片对AT89C51的数据存储器进行扩展。RAM6264数据地址线可以并联连接，也可以直接和存储器的地址线并联。6264的写选通信号与AT89C51的相连接，读选通信号与AT89C51的相连接。这样程序采集来的数据就能被单片机，经过变换最终转换成数字温湿度量存放到6264中。也可以从6264中

28、读取数据，图4.5所示为具体的连接：图4.5 AT89C51与地址6264的连接4.5 温度检测电路4.5.1 数字温度传感器的选择1. DS18B20的主要特性 DS18B20 主要有下列特性 : 1）完成通信只需要有一根 I/ O 线; 2）一线进行通信可以由多个分散的 DS18B20 共享; 3）无需外部元器件 ; 4）供电可以通过数据线; 5）可以检测- 55 + 125C范围内的温度,精度在0. 5度 ; 6）表示温度用 9bit 数字量; 7）只需 200ms就能将温度转换成数字量; 8）报警温度可以定义为一个不变化的温度量; 9）封装型式有 PR35 T 和 SSOP 两种。2.

29、 DS1820 内部结构 DS18B20 内部结构框图如图4.16所示。图4.6 DS18B20内部结构图 从图4.13中可以看出 ,DS18B20 由以下几个重要组成部分: 1）64 位激光只读存贮器。DS1820 的每个唯一的序号都存放在这里, 产品类型的编号为前8位,每个器件的唯一的序号 是接下去的共48 位，前 56 位的 CRC 校验码是最后 8 位，这也是多个 DS18B20 可以采用一线进行通信的关键所在。 2）温度传感器。它能将温度转化成客观的数值。 3）DS18B20 的存贮器。DS18B20 的存贮器包含高速存贮器RAM和EERAM(高温TH和低温TL报警触发器）,首先在高

30、速存贮器 RAM 中写入数据 ,然后将数据复制写入 EERAM 中。高速存贮器 RAM头两个字节存放检测温度的值,存放温度的值 为0号 (LSB）, 存放温度值的符号为1 号 (MSB）。9bit 可用来表示温度的原因是：1号存贮器全为1,则说明温度为负,否则全为0。先从最低位开始读。若LSB最低位为1 ,则表示为0.5度 。求值的方法：由MSB中的值将LSB中的二进制数求补再转换成十进制数除以 2 即得被测温度的值，即1取补仍为1，转化为十进制还是1除以2便是0.5。从TH和TL中复制的值便是第二和第三字节;接下来是两个若读应全为1的无用字节; 计数寄存器表示为第六和第七字节; CRC 校验

31、在最后一个字节上。3. DS18B20的工作原理 DS18B20的引脚排列如图4.7所示。漏极开路输出I/O位数据输入/输出端（即单线总线）外接上拉电阻后，常态下便呈高电平。是可供选用的不用时需接地的外部+5V电源端。GND为大地，空脚NC。DS18B20GND I/O UCCNCNCNCUDDDS18B201 2 31 82 73 64 5NCNCGND I/O 图4.7 DS1B820的引脚图DS18B20是使用特有的温湿度测量技术来测量温湿度的，图4.8所示为其测量温湿度框图。内部有一个受温湿度影响的振荡器，低温时振荡器的脉冲可以冲过门电路，内部的计数器对脉冲进行计数，而当温度达到某一设

32、置的高温时，振荡器的脉冲就无法再通过门电路。图4.8 DS18B20测温原理框图4. DS18B20使用中注意事项DS18B20的优点是：测温系统简单、测温精度高、连接方便、占用口线少等，但在实际应用中也应不少的的问题，以下一一列出： 1）需要用相对复杂的软件对较小的硬件开销进行补偿。在对DS18B20进行读写编程时，由于DS1820与微处理器间采用串行数据传送，因此必须严格的保证读写时序，否则将无法读取测温结果。 2）有一点在进行多点测温系统设计时要加以注意，那便是如果单总线上所挂超过8个的DS18B20，那本微处理器的总线驱动问题就必须要得到解决。 3）如果在DS18B20测温程序设计，程

33、序在等待向DS18B20发出温湿度转换命令的返回信号时，某个DS18B20接触不好或断线，程序进入死循环，重复不断地读取该DS18B20没有的返回信号。4.5.2 八路温度采集电路本系统中采用八路温度采集，即在所测环境中放八个温度传感器。八路温度采集电路图如图4.9所示。DS18B20M1ARa10KDS18B20M1BRa10KDS 18B20M1CRa10KD S18B20M1DRa10KDS18B20M1ERa10KDS18B20M1FRa10KDS18B20M1GRa10KDS18B20M1HRa10K01234567+5V图4.9 八路温度采集电路图中M1A至M1H分别为放到所测环境

34、的8个不同位置上的8个传感器，由DS18B20的性质得出0至7端口输出电压=10，然后0至7端口再接到温湿度选择电路中。4.5.3 八路温度选择电路本系统中采用一个八路模拟选择开关CD4051，以便八路温度巡回检测，其电路图如下图4.10所示。图4.10八路温度选择电路图中引脚框中0-7为8个传感器信号输入端，某一刻哪一个端口被选通由A、B、C三个端口的模拟组合决定。AT89C51的P1.4、P1.5、P1.6端口分别由AA、BB、CC接通。3口OUT为信号输出口，OUT端口与信号的处理及放大电路相连接。开关CD4051实图4.6 湿度检测电路4.6.1 湿度传感器的选择本例中转换通过8255

35、来实现。积分电路、基准电路、频率转换电路及频率电压（F/V）转换电路等组成了EL7556。从5脚送至8脚的一定频率的脉冲信号由积分电路及R1、R2、C1产生。湿度传感器的线性和灵敏度处于较好状态是通过调节R2来对该脉冲信号频率调整达成的；线性的电压在进行A/D转换以转换成数字信号之前，要经过基准电路和频率转换电路可将湿度传感器的电容变化转换成频率变化，然后由频率电压转换电路从9脚输出，之后才能经C3等滤波后送入A/D转换器进行转换。本设计采用MXS型电容式湿敏传感器，MXS型电容式湿敏传感器湿度为76%RH时的电容值为500pF。电容相对变化率为1.7 pF/%。当湿度在0%100%RH的范围

36、内时，9脚输出精度为2%的相应信号01000Hz的频率，F/V电路输出05V的输出电压。在调整时，先将湿度设定为5%RH，再调节R2，保持9脚输出100mV电压即可。MXS型电容式湿敏传感器主要特性：1）与MCS-51 兼容 ；2）可编程闪烁的4K字节存储器；3）1000写/擦循环的寿命；4）能保存10年数据UDDI/O图4.11 湿度传感器外观和内部结构图4.6.2 A/D转换电路在设计数据采集系统、测控系统和智能仪器仪表时，应在种类繁多、特性各异的A/D转换器中选择性能合适、性能价格比高的A/D转换器芯片。本设计选择的A/D转换器芯片为ADC0809。ADC0809是8路8位逐次逼近型A/

37、D转换CMOS器件，应用在过程控制和机床控制等应用时，能对多路模拟信号进行分时采集和A/D转换，输出数字信号通过三态缓冲器，可直接与微处理器的数据总线相连接。查询方式、中断方式和等待延时方式ADC是0809与单片机AT89C51的硬件接口的三种方式。如果A/D转换时间较短，可以用程序查询方式和等待查询延时方式，为了不浪费CPU的等待时间，则采用中断方式。下面介查询方式和中断方式。ADC0809实图1） 查询方式ADC0809与单片机AT89C51的硬件接口如图4.12 所示：图4.12 ADC0809与单片机AT89C51的硬件接口电路因为ADC0809具有三态输出数据锁存器，其8位数据输出端

38、可以直接连接到数据总线。地址选通端ADDA、ADDB、ADDC分别连接到AT89C51地址总线的低三位、上，用于选通中的某一个通道。ALE和START连在一起，ALE=START=，ADC0809在锁存通道地址的同时启动A/D转换。在读取A/D转换结果时，三态输出锁存器由OE=产生的正脉冲信号来打开。ADC0809的EOC信号连接到AT89C51的P1.0，作为A/D转换是否结束的状态信号供T89C51查询。对8路模拟信号顺序采样分别采用查询方式生成，并依次把A/D转换结果转存到数据存储区，其采样转换程序如下：MOV TEMPL0 ，#08H ；设置通道个数MOV R1 ， 2AH ；置数据区

39、首地址MOV DPTR ， #5000H ；指向通道0START： MOVX DPTR ， A ；启动A/D转换 MOV R3 ， #32 ；设置延时时间LOOP100：DJNZ R3 ， LOOP100 ；延时完成？TEST： NB P3.3 ， TEST ；标志位为1？不为等待 MOVX A ， DPTR ；取出A/D转换值 MOV R1 ， A ；送入数据区 INC R1 ；指针加1 CJNE R1 ， #2FH，START；判断数据区满？2） 中断方式AT89C51单片机的一个外部扩展并行口I/O口-ADC0809，所连接的中断口决定口地址，地址地位决定选通通道。将转换完成信号接在单片

40、机的中断口上，转换完成A/D转换器发出信号单片机把它当作一个中断来处理是中断方式的主要特点。所以本设计中A/D转换器连接成查询方式。4.7 显示电路4.7.1 LED显示器LED显示器也称为数码管，是由发光二极管显示字段的显示器件。图4.13所示为其外形结构如，图中所示，它由8个发光二极管（以下简称字段）构成， 0-9、A、B、C、D、E、F以及小数点“.”等字符通过不同的组合来显示出。 图4.13 LED显示器的结构LED显示器的数字、字符和对应的段码关系都在共阴极来显示。共阳极显示器的段码与共阴极显示器的段码具有逻辑非的关系，共阴极显示器的段码求反，便是共阳极显示器的段码。LED显示器的显

41、示方法本设计显示的接口电路需要使用2855和7位共阳极显示器的接口电路 。位扫描口为8255的A，显示器公共阴极经反向驱动器75452连接；段数据口为B口，显示器的各个阳极经同相驱动器7407连接。表4.2数字对应的段码表示字符 DP g f e d c b a段码（H）0123456789AbcdEFP.空格0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 00 1 0 1 1 0 1 10 1 0 0 1 1 1 10 1 1 0 0 1 1 00 1 1 0 1 1 0 10 1 1 1 1 1 0 10 0 0 0 0 1 1 10 1 1 1 1 1 1 10 1 1 0

42、1 1 1 10 1 1 1 0 1 1 10 1 1 1 1 1 0 00 0 1 1 1 0 0 10 1 0 1 1 1 1 00 1 1 1 1 0 0 10 1 1 1 0 0 0 10 1 1 1 0 0 1 11 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 3F065B 4F666D7D077F6F777C395E7971738000在AT89C51RAM存储器中对于6位显示器，设置70H76H 7个显示缓冲单元，显示数据分别存放于7位显示器中。如果小数点位固定可以通过对指定位进行置位或者清零来实现，那么8255的 A 口扫描输出总是只有1位高电平，也就是说在7位显

43、示器中有且仅有1位公共阳极为高电平，8255的B口输出相应位然后对其他6位巡回显示其他位低电平。为保证数码管的供电，本系统采用74LS245做驱动数码管的电路。数码管7SEG-MAX4可以动态显示4位数字，由于前已经详细介绍过了74LS245芯片及数码管7SEG-MAX4，所以这里不再过多赘述。这里着重说明一下数码管显示数字4位数从左向右数的含义为：传感器的通道号是第一个数码管显示的，“-”号或者当温湿度高于100时显示百位数字是第二个数码管显示的，所测温湿度数字分别是第三个数码管和第四个数码管依次显示的。例如，若是数码管显示为“6-15”， “6”的含义代表为第6个传感器，“-”是表示温湿度

44、为零下，“-15”表示是零下15摄氏度，它表示的整体含义便是第六个传感器的测得温度为零下15摄氏度。若数码管显示数字为“8030”，则表示第八个传感器的测得温湿度为30摄氏度。其硬件电路如图4.14所示。图4.14显示电路4.7.2 并行电路接口8255A由于8255A中的控制寄存器很少，所以初始化程序设计简单。如果不要设定C口的联络信号，那么对于方式0，则只需要设置方式控制字；如果要设定C口的某些位为联络信号，那么方式0，则只需设置C口的位置/复位控制字。因为都要用到控制信号，所以对于方式1和方式2，必须设置两个控制字，即设置方式选择控制字和C口复位控制字。下面根据功能分类说明8255的40

45、个引脚。1） 数据线D7D0，PA7PA0，PB7PB0，PC7PC0，均为双向三态数据线，其中D7D0连接到CPU数据总线，用于传递CPU与8255之间的命令和数据；PA7PA0，PB7PB0，PC7PC0，分别相对应连接到A、B、C三个端口，用于8255A与外设之间的传送数据。2） 寻址线8255的三个端口和控制寄存器选择由寻址线、和组成。：片选信号，输入，低电平有效。有效时表示选中本片。和：输入，通常对应连接到与系统地址总县的和。当有效时，和有 00、01、10、11分别选择A、B、C、口和控制寄存器的四种组合。所以一片8255A共有4个I/O地址。3） 控制线：读取信号，低电平有效。C

46、PU对8255A进行读操作时为低电平。：写信号，低电平有效。CPU对8255A进行写操作时为低电平。RESET：复位信号，输入，高电平有效。8255A内部所有寄存器必须清零，当RESET为高电平时。各端口都自动设置为输入方式，24条I/O引脚均为高租态。4） 电源和地线采用单一+5V电源。表4.3所示为8255A的控制信号和传输动作之间的关系表4.3 8255的控制信号和传输动作对应关系 传输说明0 0 00 0 10 1 00 0 00 0 10 1 00 1 11 0 1 10 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 11 1A口数据数据总线B口数据数据总线C口数据数据

47、总线数据从数据总线A口数据从数据总线B口数据从数据总线C口数据从数据总线控制寄存器进入高阻态非法进入高阻态图4.15所示为8255A的引脚信号：图4.15 8255A引脚图AT89C51和8255A的接口：8255A可以直接连接到MCS-51总线接口，图4.16所示为其接口电路：图4.16中， AT89C51的P2.7和P0.1、P0.0经地址锁存后提供8255A的片选信号及口地址选择线A0、A1。所以，6000H、6001H、6002H、6003H分别为8255A的A口、B口、C口及控制口的地址。8255A的、分别连接到AT89C51的、，AT89C51的RST连接到8255A的RESET。

48、都接到AT89C51的复位电路上。对8255初始化的程序如下：MOV A ，#80H ；置方式控制字 方式0MOV DPTR，#6003H ；指向8255口地址MOVX DPTR A本设计LED显示器连接到8255的A口B口，报警和相应设备的启动电路连接到8255的C口。所以6000H，6001H和6002H分别为PA口PB口PC口的地址。图4.16 8255A和AT89C51的连接4.8 电源稳压电路常用的变压整流电是路电源稳压电路，技术相对成熟，成本较低。变压器输入220V/50HZ交流电，首先变压器变压后获得9V交流电，接着经桥式整流电路和滤波电路处理后，得到约等9V直流电，最后经过直流

49、稳压电路CW7805处理，最终得到+5V的直流电，这样便得到系统的电源，图4.17所示为具体电路：图4.17 电源稳压电路通过查阅常用电子元器件实用手册可知CW7805集成稳压器输出，CW7805的输入电压为，所以首先用集成稳压器设计一个固定输出5V的直流稳压电源，又因为最终输出的稳压一般比次级线圈的电压至少低，所以输入电压取。也就是交流输入后经整流和滤波后变成。所以电压变压后为于是变压器原绕组与副绕组的匝数比可以选择（变压比）。变压器选用变压器，因为功率计算。整流二极管所承受的最大反向电压计算为。反向击穿电压的整流二极管（按最大反向工作电压的二倍选取）可以选择应用。搭建整流桥应选择二极管（最

50、大反向工作电压，最大正向整流电流）。用于短路时保护三端集成稳压器和指示，应选用抗击穿能力较强的发光二极管。为了防止电容被击穿，我们取，由公式算得防止低频干扰的电容 所以确定=由三端集成稳压器的规格得=0.33， =0.33。由， 得所以，取向击穿电压为的电解电容滤波电容可以在系统中应用。4.9 声光报警电路当传感器所测得的某一通道的温湿度测量值超出预先设定的安全温湿度上、下限报值或者是系统运行出现故障时， 系统报警系统就会自行运作，发出声光以提醒用户注意。报警电路中，采用发光二极管进行光报警，采用蜂鸣器来进行声报警。报警系统电路硬件电路如图4.18所示。图4.18 声光报警电路在报警电路中，开

51、关就是晶体管，低电平从P1.7输出时，输出电压在管脚经过限流电阻分压后，为使得晶体管发射结正偏，到达晶体管基极的电压集电结反偏，晶体管导通， 从而蜂鸣器上电而产生声响。4.10 看门狗电路本系统采用了一个硬件看门狗来监视程序的运行，因为单片机无操作系统，所以一旦程序出现异常情况(如死循环)系统便无法正常运行，因此，看门狗电路必不可少。具有“看门狗”、主电源检测的功能具被认可的是美信公司的MAX706P。通过I/0引脚单片机向(看门狗输入)脚正脉冲，微机程序运行正常时，两次脉冲时间间隔不大于1.6S， (看门狗输出)脚一直为高电平。一旦电路发生故障时，两次发出正脉冲的时间间隔大于1.6S，“看门

52、狗”使引脚变为低电平， 脚与将会自动相连，使RESET脚(与单片机的RST相连)产生高电平的复位脉冲，这样程序便能从头重新开始执行。这样，看门狗电路就起到监视程序运行的作用。看门狗电路如图4.19所示。图4.19看门狗电路 注：图中MAX706P的REST端与单片机的RST端相连接，端与P2.4端口相连接。4.11 温湿度控制电路及其算法实现4.11.1 温湿度控制电路系统启动后，系统提示用户输入温度的上限与下限的温度值。用户输入之后，系统自动求出中间值，根据实际温度的情况采取相应的方案。如果该时刻的实际温度值低于用户给定的下限温度值时，系统立即启动报警装置，且系统处于升温状态，直到实际温度达

53、到用户输入的上下限温度的中间值一定区间内时停止升温。反之，如果实际温度值高于用户设定的上限值时，系统也会立即启动报警装置，且系统处于降温状态，直到实际温度达到用户输入的上下限温度的中间值一定区间内时停止降温。该系统具体控制方案为：当温湿度超过正常范围时，单片机发出继电器动作信号。该低电平信号通过光耦TLP521隔离和三级管方法，驱动继电器线圈得电，继电器结点动作。改结点可以控制空调、喷淋、制冷去湿机，以控制温湿度范围。12341 Anode2 Cathode3 Emitter4 Collector图4.20 TLP521 引脚图此模块的功能是用户输入的温湿度与当前温湿度进行对比，当实时温湿度超

54、过极限时，执行机构将实时温湿度调整到所需的温湿度。集体电路图如图4.21所示。图4.21控制电路4.11.2 温湿度控制PID算法系统算法控制采用工业上常用的位置型PID数字控制，并且结合特定的系统加以算法的改进，形成了变速积分PID积分分离PID控制相结合的自动识别的控制算法。该方法不仅大大减小了超调量，而且有效地克服了积分饱和的影响，使控制精度大大提高。PID控制适用于负荷变化大、容量滞后较大、控制品质要求又很高的控制系统。PID调节器有三个可设定参数，即比例放大系数、积分时间常数、微分时间常数。比例调节的作用是使调节过程趋于稳定，但会产生稳态误差；积分作用可消除被调量的稳态误差，但可能会

55、使系统振荡甚至使系统不稳定；微分作用能有效的减小动态偏差。如图4.22所示。tTTTtY 图4.22 比例积分微分控制由图4可知PID调节器是一种线性调节器，这种调节器是将设定值w与实际输出值y进行比较构成偏差e=w-y。并将其比例、积分、微分通过线性组合构成控制量。其动态方程为： 其中Kp为比例放大系数；Ki为积分时间常数；Kd为微分时间常数PID调节器的离散化表达式为： 其增量表达形式为（T为采样周期）： 2.3 控制方式该控制系统是把输出量检测出来，经过物理量的转换，再反馈到输入端去与给定量进行比较，并利用控制器形成的控制信号通过执行机构SSR对控制对象进行控制的，抑制内部或外部扰动对输出量的影响，减小输出量的误差，达到控制目的。在此控制系统中单片机就相当于常规控制系统中的运算器控制