關(guān)于單片機(jī)AT89S51的溫濕度控制儀的探討

李軍

摘 要：目前得到應(yīng)用的單片機(jī)AT89S51溫濕度控制儀是在國(guó)內(nèi)外多種同類產(chǎn)品的改進(jìn)和創(chuàng)新的基礎(chǔ)上研發(fā)出來的。該種儀器主要由其相應(yīng)的軟件、硬件兩部分組成，通過軟硬件的共同作用來實(shí)現(xiàn)對(duì)溫濕度進(jìn)行精確的控制。溫濕度控制儀控制系統(tǒng)主要由LED顯示器、AT89S51、AT89S51芯片等共同組成。該文就溫濕度控制系統(tǒng)中的組成部件及其工作原理、設(shè)計(jì)方法等進(jìn)行分析，旨在為溫濕度控制儀溫濕度檢測(cè)、溫濕度超限報(bào)警以及控制精確性的提高提高可靠借鑒。

關(guān)鍵詞：溫濕度控制 單片機(jī) SHTll

中圖分類號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）04（c）-0079-01

隨著產(chǎn)品科技水平的不斷提高，工作環(huán)境中對(duì)溫濕度控制的需求越來越多。通常情況下，人們?cè)谄毡閼?yīng)用濕度計(jì)、溫度計(jì)來實(shí)現(xiàn)對(duì)溫濕度進(jìn)行檢測(cè)，應(yīng)用人工加濕、加熱等手段來實(shí)現(xiàn)對(duì)溫濕度進(jìn)行控制[1]。這種溫濕度的檢測(cè)設(shè)備及控制手段具有較低的實(shí)效性和精確性。在對(duì)溫濕度檢測(cè)及控制具有較高要求的行業(yè)中，缺乏先進(jìn)設(shè)備及技術(shù)的溫濕度檢測(cè)和控制系統(tǒng)極易造成各種事故，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量造成嚴(yán)重影響。因此，對(duì)基于單片機(jī)AT89S51溫濕度控制儀進(jìn)行深入探討具有重要意義和價(jià)值。

1 溫濕度控制系統(tǒng)的組成部件分析

單片機(jī)AT89S51的溫濕度控制儀主要有硬件、軟件兩大部分組成。在硬件上，AT89S51為其核心部分，同時(shí)結(jié)合LED顯示器、鍵盤、繼電器等多種元件共同組成一個(gè)完整的控制系統(tǒng)硬件。在整個(gè)控制系統(tǒng)中，單片機(jī)是其運(yùn)行的核心部件。在控制系統(tǒng)的硬件電路主要有繼電器接口電路、上電復(fù)位電路、時(shí)鐘電路、LED顯示電路、鍵盤接口電路、595引腳電路多種部分組成。

2 硬件電路設(shè)計(jì)分析

2.1 時(shí)鐘電路及鍵盤接口電路

單片機(jī)的運(yùn)行過程實(shí)質(zhì)上就是一個(gè)不斷執(zhí)行相應(yīng)的指令的過程。系統(tǒng)中的CPU在對(duì)每條指令進(jìn)行執(zhí)行時(shí)，均需要進(jìn)行相應(yīng)的 操作數(shù)、操作碼等獲取，然后才能進(jìn)行指令的執(zhí)行工作[2]。CPU執(zhí)行指令相關(guān)操作流程均受CPU時(shí)鐘脈沖的控制，此類脈沖則均是由CPU定時(shí)控制器提供。所以，在溫濕度控制儀中，存在于控制系統(tǒng)中的時(shí)鐘電路發(fā)生作用主要是利用存在于MCS-51單片機(jī)芯片內(nèi)部的一個(gè)放大器，對(duì)時(shí)鐘振蕩電路的增高值進(jìn)行相應(yīng)額放大。放大器、輸出端分別為XTALl、XTAL2。將相應(yīng)的定時(shí)元件分別接在在XTALl、XTAL2的引腳上，存在于內(nèi)部中的振蕩電路隨即可以產(chǎn)生相應(yīng)的自激振蕩，因此，這個(gè)系統(tǒng)主要應(yīng)用的是以內(nèi)部的方式產(chǎn)生相應(yīng)的時(shí)鐘。

在鍵盤接口電路中，按鍵的連接方式主要分為矩陣式鍵盤、獨(dú)立式按鍵兩種。單片機(jī)AT89S51的溫濕度控制儀普遍應(yīng)用的是獨(dú)立式非編碼4×4鍵盤。這種鍵盤其按鍵均是單獨(dú)應(yīng)用一條數(shù)據(jù)輸入線的。當(dāng)其中一個(gè)按鍵處于閉合狀態(tài)時(shí)，其相應(yīng)的I/O線也會(huì)自動(dòng)向低電平轉(zhuǎn)變。由此可見，可通過對(duì)鍵盤上電平顯示的高低來對(duì)按鍵是否被按的情況進(jìn)行有效檢測(cè)，并可將相應(yīng)的數(shù)值進(jìn)行讀取，鍵盤的輸入就相當(dāng)于系統(tǒng)中溫度及濕度的控制或報(bào)警閥值。

2.2 LED顯示接口電路及繼電器接口電路

在單片機(jī)AT89S51的溫濕度控制儀中，顯示子程序的數(shù)值顯示應(yīng)用的是動(dòng)態(tài)掃描法。在繼電器接口電路中，當(dāng)實(shí)際溫濕度低于或者高于所設(shè)定的相應(yīng)數(shù)值時(shí)，需要應(yīng)用繼電器來對(duì)其進(jìn)行有效的控制。

3 溫濕度控制儀器件選型

3.1 系統(tǒng)微控制器的選用

AT89S51是產(chǎn)于美國(guó)的CMOS八位單片機(jī)，該種單片機(jī)具有高性能、低功耗的特點(diǎn)。在單片機(jī)中含有Flash只讀程序存儲(chǔ)器，該種存儲(chǔ)器可進(jìn)行系統(tǒng)編輯[3]。單片機(jī)中的相應(yīng)器件均使用密度高、易失性低的存儲(chǔ)技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)，8051標(biāo)準(zhǔn)指令系統(tǒng)和引腳均可在系統(tǒng)中具有良好的兼容性。AT89S51單片機(jī)具有強(qiáng)大動(dòng)能。其功能主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：①晶片內(nèi)設(shè)有時(shí)鐘振蕩器，其工作頻率可高達(dá)12MI-Iz；②其控制能力相當(dāng)于八位單芯片；③具有128B的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器；④具有4KB的內(nèi)部程式存儲(chǔ)器；⑤具有兩組16位的定時(shí)器，定時(shí)器均具有獨(dú)立性；⑥系統(tǒng)中雙向輸入輸出線的條數(shù)為32條，每條輸入輸出線均可獨(dú)立進(jìn)行I/O控制；⑦單芯片可提供相應(yīng)的位邏輯運(yùn)算指令。除了上述這些功能外，AT系列單片機(jī)還具有廣泛的應(yīng)用范圍。在各領(lǐng)域的應(yīng)用中均會(huì)應(yīng)用到上述功能。

3.2 數(shù)據(jù)檢測(cè)模塊相關(guān)部件的選用

基于單片機(jī)AT89S51的溫濕度控制儀在溫濕度數(shù)據(jù)檢測(cè)模塊器件為SHTl1型智能化溫濕度傳感器。該種溫濕度傳感器對(duì)濕度的測(cè)量具有較高準(zhǔn)確性，且可同時(shí)對(duì)溫度和露點(diǎn)進(jìn)行有效測(cè)量。相對(duì)濕度的測(cè)量在0%～100%的范圍內(nèi)，精度高度4%～2%RH，分辨率高達(dá)0.03%RH。所測(cè)量相應(yīng)溫度為—40～+123.8 ℃的范圍時(shí)，其分辨率為0.01 ℃，對(duì)露點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量時(shí)的精度<±1 ℃。對(duì)溫度、濕度進(jìn)行測(cè)量時(shí)，A/D轉(zhuǎn)換器所顯示數(shù)值分別為14位、12位。通過應(yīng)用降低分辨率的手段，可有效實(shí)現(xiàn)將芯片功耗減小。應(yīng)用實(shí)踐證明，SHTll產(chǎn)品具有抗干擾能力強(qiáng)、響應(yīng)速度快、無需外部元件、適配范圍廣等諸多特點(diǎn)。因此，其可廣泛應(yīng)用于溫濕度控制系統(tǒng)及要求苛刻的精密制造環(huán)境中。在SHTll產(chǎn)品的芯片中，包含有溫濕度傳感器、放大器、轉(zhuǎn)換器、存儲(chǔ)器、寄存器等多種部件，具有較強(qiáng)的實(shí)用性，且運(yùn)作效率高。

4 溫濕控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要包含主程序、鍵盤設(shè)置、溫濕度處理部件、繼電器控制、數(shù)碼管顯示等幾大部分。系統(tǒng)設(shè)計(jì)的整體思路為系統(tǒng)中的主程序主要運(yùn)行溫濕測(cè)量、溫濕度處理、鍵盤查詢、控制繼電器等操作。當(dāng)定時(shí)器的顯示數(shù)值為0時(shí)，對(duì)運(yùn)作現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行有效保護(hù)，同時(shí)實(shí)施相應(yīng)的數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描，并實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行恢復(fù)，將中斷進(jìn)行有效返回，主程序繼續(xù)保持正常的運(yùn)行狀態(tài)[4]。

5 結(jié)語

進(jìn)行較長(zhǎng)時(shí)間的試驗(yàn)及測(cè)試工作后，基于單片機(jī)AT89S51的溫濕度控制儀對(duì)溫度、濕度的控制具有越來越高的精確性。目前，應(yīng)用該種儀器，可將溫度誤差控制在±0.1 ℃的范圍內(nèi)。同時(shí)，基于單片機(jī)AT89S51的溫濕度控制儀子在運(yùn)作過程中無需應(yīng)用到上位機(jī)的控制信號(hào)，其具有成本低廉、簡(jiǎn)單實(shí)用、低耗能、高效率等諸多優(yōu)點(diǎn)，大大提高了溫濕度控制的效果。

參考文獻(xiàn)

[1] 王興宇，袁偉青.基于AT89S51單片機(jī)控制的新型溫室溫度采集監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[J].農(nóng)機(jī)化研究，2012，9（26）：506-507.

[2] 易順明，趙海蘭，袁然.基于單片機(jī)的大棚溫濕度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2012，4（33）：418-419.

[3] 關(guān)燕君.基于單片機(jī)的高精度信號(hào)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].吉林化工學(xué)院學(xué)報(bào)，2011，3（3）：538-539.

[4] 滿紅，鄒存名，冀勇鋼.基于單片機(jī)的倉庫溫濕度智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2013，1（12）：105-106.endprint