【導讀】此裝置不僅能實現溫、濕度檢測、溫濕度實時調節和顯。夠進行報警，并啟動相應的裝置從而改變室內溫度。點，具有一定的推廣價值。單片機具有體積小、重量輕、耗電少、功能強、控。制靈活方便且價格低廉等優點。單片機的應用正從根本上改變著傳統的控制系。統設計思想和設計方法。在現實生活中，對于一個比較大的系統，人們往往采。用微機進行控制，小一些的系統較多采用51或96等系列的單片機。
【正文】
-II-
基于單片機的溫濕度監控系統
摘要
針對溫、濕度對紙張耐折度的影響，設計了適應中小型文獻資料庫應用的
溫、濕度監控裝置。此裝置不僅能實現溫、濕度檢測、溫濕度實時調節和顯
示，而且能實現溫、濕度參數上下限定值的設定，當溫濕度超上下限的時候能
夠進行報警，并啟動相應的裝置從而改變室內溫度。
該控制系統具有檢測精度高、使用簡單、成本較低和工作穩定可靠等特
點，具有一定的推廣價值。單片機具有體積小、重量輕、耗電少、功能強、控
制靈活方便且價格低廉等優點。單片機的應用正從根本上改變著傳統的控制系
統設計思想和設計方法。在現實生活中，對于一個比較大的系統，人們往往采
用微機進行控制，小一些的系統較多采用51或96等系列的單片機。
本文中，我們設計了以AT89C51單片機為主要核心實現的溫度、濕度控制
系統，包括系統硬件和軟件設計，可以進行上位機通信，并給出了詳細的電路
原理圖。
關鍵詞溫度控制；濕度控制；串行接口。485總線
-III-
Thetemperatureandhumidityofthemonitorsystem
basedonsinglechipmicroputer
Abstract
Accordingtotemperature,humidityonpaperfolding,theeffectsoftheresistance
ofthedesigntosmallandmedium-sizeddocumentsdatabaseapplicationof
temperature,humiditymonitoringdevice.Thisdevicecannotonlyrealizetemperature,
humidity,temperatureandhumidityadjustingdetectionanddisplay,andcanrealize
temperature,humidityandparametersofthelimitoftemperatureandhumidityonthe
set,andwhenthetimelimittobeabletocallthepolice,andstartthecorresponding
devicewhichchangesindoortemperature.
Thiscontrolsystemhasthehighaccuracy,simpletouse,lowcostandstableand
reliable,andothercharacteristics,hascertainvalueofpopularization.SCMhassmall
volume,lightweight,lessconsumption,functionofstrong,flexibleandconvenient
controlandthepricecheap,etc.TheapplicationofSCMisfundamentallychanging
thetraditionalcontrolsystemdesignideaanddesignmethod.Inreallife,foralarger
system,peopleoftentakethemicroputercontrol,thesmallersystemby51or96
more,seriesmicrocontroller.
Inthispaper,wehavedesignedtoAT89C51single-chipmicroputerasthe
maincoreoftherealizationofthetemperature,humiditycontrolsystem,including
hardwareandsoftwaredesign,canundertakePCmunications,andgivesthe
detailedcircuitprinciplediagram.
KeywordTemperaturecontrol。Humiditycontrol。Serialinterface。485bus
183。-4-
目錄
摘要……........................................................................................................................I
Abstract........................................................................................................................II
第1章緒論........................................................................................................1
課題背景...................................................................................................1
研究現狀...................................................................................................2
論文研究內容...........................................................................................6
第2章總體方案設計........................................................................................8
方案設計...................................................................................................8
系統設計原則...........................................................................................8
本章小結.................................................................................................10
第3章硬件設計..............................................................................................11
AT89C51單片機簡介..............................................................................11
主要特性........................................................................................11
外部管腳........................................................................................12
測溫度電路.............................................................................................14
內部結構........................................................................................15
DS18B20工作原理........................................................................16
測濕度電路.............................................................................................19
鍵盤.........................................................................................................22
顯示LCD................................................................................................22
上位機通信.............................................................................................23
本章小結.................................................................................................24
第4章系統軟件設計......................................................................................25
主程序設計.............................................................................................25
溫濕度檢測模塊.....................................................................................27
顯示報警模塊.........................................................................................28
本章小結.................................................................................................29
結論....................................................................................................................30
致謝....................................................................................................................31
參考文獻............................................................................................................32
附錄....................................................................................................................34
183。-1-
第1章緒論
課題背景
2020年10月1日18時59分57秒345毫秒，嫦娥2號點火，19時整
成功發射。在飛行后的29分53秒時，星箭分離，衛星進入軌道。19時56
分太陽能帆板成功展開……這次探月衛星的成功發射，標志著中國自動化領
域進入了一個新的階段。
隨著自動化的發展，自動化開始向復雜的系統控制和高級的智能控制發
展，并廣泛地應用到國防、科學研究和經濟等各個領域，實現更大規模的自
動化，例如大型企業的綜合自動化系統、全國鐵路自動調度系統、國家電力
網自動調度系統、空中交通管制系統、城市交通控制系統、自動化指揮系
統、國民經濟管理系統等。自動化的應用正從工程領域向非工程領域擴展，
如醫療自動化、人口控制、經濟管理自動化等。自動化將在更大程度上模仿
人的智能，機器人已在工業生產、海洋開發和宇宙探測等領域得到應用，專
家系統在醫療診斷、地質勘探等方面取得顯著效果。工廠自動化、辦公自動
化、家庭自動化和農業自動化將成為新技術革命的重要內容，并得到迅速發
展。
古舊文獻資料是記載一個國家文明的重要標志，如何有效的保護這些重
要文件，已成為當務之急。溫、濕度是影響文獻壽命的最重要因素之一，所
以溫、濕度控制成為文獻保護的關鍵環節。
根據傳統的方法，人們主要采用溫度計、濕度計來采集溫、濕度值，通
過人工操作加熱、加濕、通風和降溫設備來控制溫、濕度。但是由于溫、濕
度計精度比較低，以及人工讀數時人為因素原因，使得溫、濕度檢測不僅速
度慢，精度低，實時性差，而且操作人員的勞動強度大
隨著人們對重要文獻保護的重視，針對文獻資料庫溫、濕度控制的設備
也相應出現。這些由工控機集中控制的溫、濕度控制系統或由微機與PLC
組成的分布式溫、濕度控制系統，大都是成本較高，不適合更多中小型文獻
資料庫的應用。
針對我國目前文獻保護資金短缺的問題，我們需要更多經濟科學使用的
監控設備。針對此問題，設計了相對精度高、性能穩定、價格便宜的溫、濕
度監控裝置。利用基于單片機的控制系統來控制文獻資料庫的溫、濕度，不
僅能夠節省能源，還能用最低的成本得到最好的控制效果。該控制系統具有
檢測精度高、使用簡單、成本較低和工作穩定可靠等特點，不僅可以應用在
文獻資料庫，也可以應用在溫室大棚、畜牧業中的孵化和飼養環境調節、糧
食儲藏一級家居環境控制領域，具有一定的推廣價值。
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研究現狀
單片機又稱單片微控制器,它不是完成某一個邏輯功能的芯片,而是把一個計
算機系統集成到一個芯片上。概括的講：一塊芯片就成了一臺計算機。它的體
積小、質量輕、價格便宜、為學習、應用和開發提供了便利條件。同時，學習
使用單片機了解計算機原理與結構的最佳選擇。
國外溫度調節系統自70年代以來，由于工業過程控制的需要，特別是在
微電子技術和計算機技術的迅猛發展以及自動控制理論和設計方法發展的推動
下，國外溫度調節系統發展迅速，并在智能化、自適應、參數自整定等方面取
得成果，在這方面，以日本、美國、德國、瑞典等國技術領先，都生產出了一
批商品化的、性能優異的溫度控制器及儀器數字控制器測量與變送裝置電加
熱爐執行器給定值爐溫儀表，并在各行業廣泛應用。
它們主要具有如下的特點：
1．適應于大慣性、大滯后等復雜溫度控制系統的控制。
2．能夠適應于受控系統數學模型難以建立的溫度控制系統的控制。
3．能夠適應于受控系統過程復雜、參數時變的溫度控制系統的控制。
4．這些溫度控制系統普遍采用自適應控制、自校正控制、模糊控制、人工
智能等理論及計算機技術，運用先進的算法，適應的范圍廣泛。
5．普遍溫控器具有參數自整定功能。借助計算機軟件技術，溫控器具有對
控制對象控制參數及特性進行自動整定的功能。有的還具有自學習功能，它能
夠根據歷史經驗及控制對象的變化情況，自動調整相關控制參數，以保證控制
效果的最優化。
6．溫度濕度控制系統具有控制精度高、抗干擾力強、魯棒性好的特點。目
前，國外溫度控制系統及儀表正朝著高精度、智能化、小型化等方面快速發
展。
在計算機出現以前，有不少能工巧匠做出了不少精巧的機械。進入電器時
代后，人們借助電氣技術實現了自動控制機械，自動生產線甚至自動工廠，并
且大大地發展了控制理論。然而，在一些大中型系統中自動化結果均不理想。
只有在計算機出現后，人們才見到了希望的曙光。如今借助計算機逐漸實現了
人類的夢想。但是，計算機出現后的相當長的時間里，計算機作為科學武器，
在科學的神圣殿堂里默默地工作，而工業現場的測控領域并沒有得到真正的
應用。只有在單片機（Microcontroller）出現后，計算機才真正地從科學的神圣
殿堂走入尋常百姓家，成為廣大工程技術人員現代化技術革新，技術革命的有
利武器。目前，單片機在民用和工業測控領域得到最廣泛的應用。彩電，冰
箱，空調，錄像機，VCD，遙控器，游戲機，電飯煲等無處不見單片機的影
子，單片機早已深深地溶入我們每個人的生活之中。
單片機能大大地提高這些產品的智能性，易用性及節能性等主要性能指
標，給我們的生活帶來舒適和方便的同時，在工農業生產上也極大地提高了生
產效率和產品質量。單片機按用途大體上可分為兩大類：
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1．通用型單片機
2．專用型單片機
專用型單片機是指用途比較專一，出廠時程序已經一次性固化好，不能再
修改的單片機。例如電子表里的單片機就是其中的一種。其生產成本很低。
通用型單片機的用途很廣泛，使用不同的接口電路及編制不同的應用程序
就可完成不同的功能。小到家用電器儀器儀表，大到機器設備和整套生產線都
可用單片機來實現自動化控制。目前，我國在溫度等控制儀表業與國外的差距
主要表現在如下幾個方面：
1．行業內企業規模小，且較為分散，造成技術力量不集中，導致研發能力
不強，制約技術發展。
2．商品化產品以PID控制器為主，智能化儀表少，這方面同國外差距較
大。目前，國內企業復雜的及精度要求高的溫度控制系統大多采用進口溫度控
制儀表。
3．儀表控制用關鍵技術、相關算法及控制軟件方面的研究較國外滯后。例
如：在儀表控制參數的自整定方面，國外已有較多的成熟產品，但由于國外技
術保密及我國開發工作的滯后，還沒有開發出性能可靠的自整定軟件?？刂茀?br>數大多靠人工經驗進行加熱、加濕、通風和降溫設備來控制溫、濕度。但是由
于溫、濕度計精度比較低，以及人工讀數時人為因素原因，使得溫、濕度檢測
不僅速度慢，精度低，實時性差，而且操作人員的勞動強度大。
可以說，二十世紀跨越了三個“電”的時代，即電氣時代、電子時代和現已
進入的電腦時代。不過，這種電腦，通常是指個人計算機，簡稱PC機。它由主
機、鍵盤、顯示器等組成。還有一類計算機，大多數人卻不怎么熟悉。這種計
算機就是把智能賦予各種機械的單片機（亦稱微控制器）。顧名思義，這種計
算機的最小系統只用了一片集成電路，即可進行簡單運算和控制。因為它體積
小，通常都藏在被控機械的“肚子”里。它在整個裝置中，起著有如人類頭腦的
作用，它出了毛病，整個裝置就癱瘓了?，F在，這種單片機的使用領域已十分
廣泛，如智能儀表、實時工控、通訊設備、導航系統、家用電器等。各種產品
一旦用上了單片機，就能起到使產品升級換代的功效，常在產品名稱前冠以形
容詞——“智能型”，如智能型洗衣機等?，F在有些工廠的技術人員或其它業余
電子開發者搞出來的某些產品，不是電路太復雜，就是功能太簡單且極易被仿
制。究其原因，可能就卡在產品未使用單片機或其它可編程邏輯器件上。
計算機系統的發展已明顯地朝三個方向發展；這三個方向就是：巨型化，
單片化，網絡化。以解決復雜系統計算和高速數據處理的仍然是巨型機在起作
用，故而，巨型機在目前在朝高速及處理能力的方向努力。單片機在出現時，
Intel公司就給其單片機取名為嵌入式微控制器（embeddedmicrocontroller）。單
片機的最明顯的優勢，就是可以嵌入到各種儀器、設備中。這一點是巨型機和
網絡不可能做到的。
數字單片機的技術發展：數字單片機的技術進步反映在內部結構、功率消
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耗、外部電壓等級以及制造工藝上。在這幾方面，較為典型地說明了數字單片
機的水平。在目前，用戶對單片機的需要越來越多，但是，要求也越來越高。
下面分別就這四個方面說明單片機的技術進步狀況。
1.內部結構的進步
單片機在內部已集成了越來越多的部件，這些部件包括一般常用的電路，
例如：定時器，比較器，A/D轉換器，D/A轉換器，串行通信接口，Watchdog
電路，LCD控制器等。
有的單片機為了構成控制網絡或形成局部網，內部含有局部網絡控制模塊
CAN。例如，Infineon公司的C505C，C515C，C167CR，C167CS-32FM，
81C90；Motorola公司的68HC08AZ系列等。特別是在單片機C167CS-32FM
中，內部還含有2個CAN。因此，這類單片機十分容易構成網絡。特別是在控
制，系統較為復雜時，構成一個控制網絡十分有用。
為了能在變頻控制中方便使用單片機，形成最具經濟效益的嵌入式控制系
統。有的單片機內部設置了專門用于變頻控制的脈寬調制控制電路，這些單片
機有Fujitsu公司的MB89850系列、MB89860系列；Motorola公司的
MC68HC08MR16、MR24等。在這些單片機中，脈寬調制電路有6個通道輸
出，可產生三相脈寬調制交流電壓，并內部含死區控制等功能。
特別引人注目的是：現在有的單片機已采用所謂的三核（TrCore）結構。
這是一種建立在系統級芯片（Systemonachip）概念上的結構。這種單片機由
三個核組成：一個是微控制器和DSP核，一個是數據和程序存儲器核，最后一
個是外圍專用集成電路（ASIC）。這種單片機的最大特點在于把DSP和微控制
器同時做在一個片上。雖然從結構定義上講，DSP是單片機的一種類型，但其
作用主要反映在高速計算和特殊處理如快速傅立葉變換等上面。把它和傳統單
片機結合集成大大提高了單片機的功能。這是目前單片機最大的進步之一。這
種單片機最典型的有Infineon公司的TC10GP；Hitachi公司的SH7410，SH7612
等。這些單片機都是高檔單片機，MCU都是32位的，而DSP采用16或32位
結構，工作頻率一般在60MHz以上。
2．功耗、封裝及電源電壓的進步
現在新的單片機的功耗越來越小，特別是很多單片機都設置了多種工作方
式，這些工作方式包括等待，暫停，睡眠，空閑，節電等工作方式。Philips公
司的單片機P87LPC762是一個很典型的例子，在空閑時，其功耗為mA，而
在節電方式中，其功耗只有。而在功耗上最令人驚嘆的是TI公司的單片
機MSP430系列，它是一個16位的系列，有超低功耗工作方式。它的低功耗
方式有LPM1、LPM3、LPM4三種。當電源為3V時，如果工作于LMP1方
式，即使外圍電路處于活動，由于CPU不活動，振蕩器處于1～4MHz，這時
功耗只有50mA。在LPM3時，振蕩器處于32kHz，這時功耗只有。在
LPM4時，CPU、外圍及振蕩器32kHz都不活動，則功耗只有。
現在單片機的封裝水平已大大提高，隨著貼片工藝的出現，單片機也大量
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采用了各種合符貼片工藝的封裝方式出現，以大量減少體積。在這種形勢中，
Microchip公司推出的8引腳的單片機特別引人注目。這是PIC12CXXX系列。
它含有～2K程序存儲器，25～128字節數據存儲器，6個I/O端口以及一個
定時器，有的還含4道A/D，完全可以滿足一些低檔系統的應用。擴大電源電
壓范圍以及在較低電壓下仍然能工作是今天單片機發展的目標之一。目前，一
般單片機都可以在～的條件下工作。而一些廠家，則生產出可以在
～6V的條件下工作的單片機。這些單片機有Fujitsu公司的MB89191～
89195，MB89121～125A，MB89130系列等，應該說該公司的F2MC-8L系列單
片機絕大多數都滿足～6V的工作電壓條件。而TI公司的MSP430X11X系
列的工作電壓也是低達的。
以單片機為核心的嵌入式系統：單片機的另外一個名稱就是嵌入式微控制
器，原因在于它可以嵌入到任何微型或小型儀器或設備中。目前，把單片機嵌
入式系統和Inter連接已是一種趨勢。但是，Inter一向是一種采用肥服務
器，瘦用戶機的技術。這種技術在互聯上存儲及訪問大量數據是合適的，但對
于控制嵌入式器件就成了“殺雞用牛刀”了。要實現嵌入式設備和Inter連
接，就需要把傳統的Inter理論和嵌入式設備的實踐都顛倒過來。為了使復雜
的或簡單的嵌入式設備，例如單片機控制的機床、單片機控制的門鎖，能切實
可行地和Inter連接，就要求專門為嵌入式微控制器設備設計網絡服務器，使
嵌入式設備可以和Inter相連，并通過標準網絡瀏覽器進行過程控制。
目前，為了把單片機為核心的嵌入式系統和Inter相連，已有多家公司在
進行這方面的較多研究。這方面較為典型的有Mewari公司和TASKING公司。
目前，單片機應用中提出了一個新的問題：這就是如何使8位、16位單片機控
制的產品，也即嵌入式產品或設備能實現和互聯網互連。TASKING公司目前正
在為解決這個問題提供了途徑。該公司已把EmWare的EMIT軟件包和有關的
軟件配套集成，形成一個集成開發環境，向用戶提供開發方便。嵌入互聯網聯
盟ETI（embedtheInterConsortium）正在緊密合作，共同開發嵌入式Inter
的解決方案。在不久將會有成果公布。
單片機應用的可靠性技術發展：在單片機應用中，可靠性是首要因素為了
擴大單片機的應用范圍和領域，提高單片機自身的可靠性是一種有效方法。近
年來，單片機的生產廠家在單片機設計上采用了各種提高可靠性的新技術，這
些新技術表現在如下幾點：
1．EFT（ElectricalFastTransient）技術
EFT技術是一種抗干擾技術，它是指在振蕩電路的正弦信號受到外界干擾
時，其波形上會迭加各種毛刺信號，如果使用施密特電路對其整形，則毛刺會
成為觸發信號干擾正常的時鐘，在交替使用施密特電路和RC濾波電路時，就
可以消除這些毛否則令其作用失效，從而保證系統的時鐘信號正常工作。這
樣，就提高了單片機工作的可靠性。Motorola公司的MC68HC08系列單片機就
采用了這種技術。
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2．低噪聲布線技術及驅動技術
在傳統的單片機中，電源及地線是在集成電路外殼的對稱引腳上，一般是
在左上、右下或右上、左下的兩對對稱點上。這樣，就使電源噪聲穿過整塊芯
片，對單片機的內部電路造成干擾?，F在，很多單片機都把地和電源引腳安排
在兩條相鄰的引腳上。這樣，不僅降低了穿過整個芯片的電流，另外還在印制
電路板上容易布置去耦電容，從而降低系統的噪聲?，F在為了適應各種應用的
需要，很多單片機的輸出能力都有了很大提高，Motorola公司的單片機I/O口
的灌拉電流可達8mA以上，而Microchip公司的單片機可達25mA。其它公
司：AMD，Fujitsu，NEC，Infineon，Hitachi，Ateml，Tosbiba等基本上可達
8～20mA的水平。這些電流較大的驅動電路集成到芯片內部在工作時帶來了各
種噪聲，為了減少這種影響，現在單片機采用多個小管子并聯等效一個大管子
的方法，并在每個小管子的輸出端串上不同等效阻值的電阻，以降低di/dt，這
也就是所謂”跳變沿軟化技術”，從而消除大電流瞬變時產生的噪聲。
3．采用低頻時鐘
高頻外時鐘是噪聲源之一，不僅能對單片機應用系統產生干擾，還會對外
界電路產生干擾，令電磁兼容性不能滿足要求。對于要求可靠性較高的系統，
低頻外時鐘有利于降低系統的噪聲。在一些單片機中采用內部瑣相環技術，則
在外部時鐘較低時，也能產生較高的內部總線速度，從而保證了速度又降低了
噪聲。Motorola公司的MC68HC08系列及其16/32位單片機就采用了這種技術
以提高可靠性。
單片機在目前的發展形勢下，表現出幾大趨勢：
1．可靠性及應用越來越水平高和互聯網連接已是一種明顯的走向。
2．所集成的部件越來越多；NS（美國國家半導體）公司的單片機已把語
音、圖象部件也集成到單片機中，也就是說，單片機的意義只是在于單片集成
電路，而不在于其功能了；如果從功能上講它可以講是萬用機。原因是其內部
已集成上各種應用電路。
3．功耗越來越低和模擬電路結合越來越多。隨著半導體工藝技術的發展
及系統設計水平的提高，單片機還會不斷產生新的變化和進步，最終人們可能
發現：單片機與微機系統之間的距離越來越小，甚至難以辨認。
論文研究內容
我國是具有幾千年歷史的文明古國，書籍種類繁多，數量極其豐富，但隨
著歲月的流逝，這些無價之寶都在經受著不同程度的破壞和損害，很多珍貴書
籍，價值連城，不可復制，一旦損壞就無法挽回。因此，從書籍的本身出發，
制定出適宜各類書籍保存的溫濕度指標。采用新的空氣處理方式，如吸附制冷，
充分利用太陽能等可再生能源來對書籍保存環境進行控制，對藏書室的可持續
發展有著重要的意義。
目前,國內大中型藏書室在管理中由于技術和資金上的原因，多數僅限于只
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對溫度進行監測，當溫度超標時進行強制通風，即使如此，處理不及時或因設
備人力條件有限仍會造成大量損失。實現藏書室書籍的溫升主要是由于濕度引
起的，藏書室書籍本身的水分過高或連續的高濕天氣將導致儲藏的書籍新陳代
謝加快而放出熱量，放熱引起的溫升又使代謝進一步加劇以至發霉變質。這種
惡性循環一旦形成很難進行有效控制。因此，藏書室在進行溫度監測的同時，
必須重視對空氣濕度的檢測，以利于提前采取有效措施控制藏書室書籍因升溫
而霉變。
研究表明，對藏書保護的主要環境影響因素有：溫度、濕度、光照、空氣
污染物、微生物等，其中，溫度和濕度兩者相互影響、相互作用，是直接影響
甚至決定書籍一切物理、化學、生物作用的兩個最基本條件因此，將藏書保存
在合適的溫濕環境對書籍的保護有著極為重要的作用。濕度要求不是一個定
值，而是一個區間，一般在30%～70%之間，最適宜的一般為40%～60%。常
見的有電熱式與電極式兩種加濕方式，都是利用水加熱后產生蒸汽，增加濕度.
當蒸發器的表面濕度低于空氣的露點溫度時，與之接觸的空氣中的水蒸汽被冷
卻成水而排走。溫度與濕度傳感器主要是用來檢測溫度與濕度信號并送往單片
機，單片機經過內部A/D轉換，對檢測的信號進行運算，輸出控制信號，LCD
顯示器可顯示采集到的信號的大小，為了使本系統能在多種環境下工作，特設
了鍵盤，可以對溫濕度進行上、下限設定，同時還對超過上、下限進行上、下
限報警。
本文主要研究利用單片機控制室內溫度和濕度，隨著社會對于藏書需求的
不斷增加，對于藏書室的環境要求也隨之增加，這些藏書室有的雖然安裝有各
種加熱、加濕、通風和降溫設備，但對于溫濕度的測量和設備的操作大多還是
由人工來完成的。當溫室較大時，操作人員的勞動強度很大。為了使書籍的使
用壽命盡可能的延長，本文所介紹的溫濕度控制系統以AT89C2051單片機為控
制核心，結合傳感器和數字電子電路技術，利用單片機控制室內的溫度和濕
度，可完成對藏書室內溫濕度的自動測量和調節，大大降低了勞動強度。藏書
室溫濕度控制系統，采用數字式的溫度傳感器和單片機，實現了對藏書室內溫
濕度的自動測錄和調節，單片機AT89C51因其指令系統豐富、小巧、低價、靈
話易擴展等獨特的優點，在所設計的藏書室溫濕度控制系統中使整個系統的性
價比得以大幅度的提高。
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第2章總體方案設計
系統設計原則
系統設計要求單片機系統應具有可靠性高、操作維護方便、性價比高等特
點。
1．可靠性
高可靠性是單片機系統應用的前提，在系統設計的每一個環節，都應該將
可靠性作為首要的設計準則。提高系統的可靠性通常從以下幾個方面考慮:使用
可靠性高的元器件。設計電路板時布線和接地要合理。對供電電源采用抗干擾措
施。，輸入輸出通道抗干擾措施:進行軟硬件濾波。系統自診斷功能等。
2．操作維護方便
在系統的軟硬件設計時，應從操作者的角度考慮操作和維護方便，盡量減
少對操作人員專用知識的要求，以利于系統的推廣。因此在設計時，要盡可能
采用操作內置或簡化的方法。同時系統應配有現場故障診斷程序，一旦發生故
障能保證有效地對故障進行定位，以便進行維修。
3．性價比
單片機除體積小、功耗低等特點外，最大的優勢在于高性能價格比。一個
單片機應用系統能否被廣泛使用，性價比是其中一個關鍵因素。因此，在設計
時，除了保持高性能外，盡可能降低成本，如簡化外圍硬件電路，在系統性能
和速度允許的情況下盡可能用軟件功能取代硬件功能等。
方案設計
在藏書室，環境溫濕度往往要控制在一定的范圍內。由AT89C51單片機實
現的溫濕度控制系統是考慮低成本并滿足對溫濕度基本技術性能指標的需求而
設計的。
通常環境溫度調節常用的調節方法是利用加熱器和噴水器來實現。在制冷
時，當環境溫度高于設定的溫度值，系統控制噴水器開關，其過程為：當溫度
高于設定溫度時，蜂鳴報警器進行報警，控制噴水器的開關打開，噴水器進行
工作，如此往復進行，從而達到不斷降溫的目的。在制熱時，當環境溫度低于
設定溫度值，蜂鳴報警器進行報警，控制加熱器的開關打開，加熱器進行工
作，以上往復使環境溫度不斷升高。溫度要求在18～28℃為適宜存放書籍的溫
度，濕度要求不是一個定值，而是一個區間，一般在30%～70%之間，最適宜
的一般為40%～60%。常見的有電熱式與電極式兩種加濕方式，都是利用水加
熱后產生蒸汽，增加濕度。當蒸發器的表面濕度低于空氣的露點溫度時，與之
接觸的空氣中的水蒸汽被冷卻成水而排走。
溫度與濕度傳感器主要是用來檢測溫度與濕度信號并送往單片機，單片機
經過內部A/D轉換，對檢測的信號進行運算，輸出控制信號，LCD顯示器可顯
183。-9-
示采集到的信號的大小。為了使本系統能在多種環境下工作，特設了鍵盤，可
以對溫濕度進行上、下限設定，同時還對超過上、下限進行上、下限報警。
系統工作時，單片機啟動，操作人員可通過鍵盤向系統輸入設定的溫度和
濕度范圍。單片機系統通過溫度傳感器和濕度傳感器測量溫室內的溫濕度并與
設定值相比較，如果溫室內的溫度或濕度超出了設定范圍。單片機系統就輸出
指令控制接通相應的設備。當溫室的溫度和濕度都在范圍內時就切斷設備的電
源。
溫濕度控制系統可分為三個部分：一是信號采集輸入部分，包括采集室溫
度、濕度。二是信息處理部分。主要功能是將采集的信息轉換成計算機可識別
的標準量信息進行處理、輸出決策的指令。三是輸出及控制部分?？刂苾蓚€開
關，從而控制加熱器、噴水器進行操作，使書籍的保存實現現代化的生產控制
過程。
此次設計的系統的具體原理方框如圖2-1。
圖2-1總體方框圖
本系統以單片機AT89C51為核心，數據采集、存儲、顯示、報警以及上傳
至計算機進行數據處理都要通過單片機。數據采集通過單總線的智能溫度傳感
器和濕度傳感器完成：當采集數據超出預警值時，有蜂鳴報警器實時報警，然
后進行相應處理；利用控制繼電器開關從而控制加熱器、噴水器，進行屋內環
境控制功能。
測溫電路主要對室內溫度進行溫度采集，進行比較，看是不超出設定的限
定值；測濕電路主要是對室內濕度進行濕度采集，進行比較，看是否超出設定
的限定值；報警是超出限定值的時候會報警；當超出限定值時，控制開關會閉
合，帶動加熱、噴水裝置對室內溫度和濕度進行調節；由于想要連接到PC機
上，在裝置中設計了485總線。使裝置可以進行遠程控制，或者同時控制多個
屋子的單片機進行溫濕度控制。
AT89C51
上位機通信鍵盤
濕度
溫度顯示
報警
輸出控制
183。-10-
本章小結
本節主要介紹了室內溫濕度控制的總體方案設計，設計的背景及意義，整
體的設計框圖，對各個元件的選用，以及設計的主要原則。給出了設計的總體
框圖，說明了總體的設計思路。從整體上，闡述了設計的總體方案，對溫濕度
控制設計、光電隔離開關等有一個總體的認識。
183。-11-
第3章硬件設計
本控制系統主要包括濕度控制和溫度調節兩個環節，先進行溫度、濕度的
采集，根據溫度和濕度的實際情況控制光電隔離開關，從控制噴水器和加熱器
進行工作，對室內溫度進行調節。
溫室生態控制系統可分為三個部分：一是信號采集輸入部分，包括采集室
內、外溫度、濕度。二是信息處理部分。主要功能是將采集的信息轉換成計算
機可識別的標準量信息進行處理、輸出決策的指令。三是輸出及控制部分。利
用控制開關量的方式控制噴水器、加熱器進行操作，使藏書室處于適合的環境
中，從而保證了書的質量以及延長書的壽命。
AT89C51單片機簡介
AT89C51單片機是一種帶4K字節FLASH存儲器（FPEROM—Flash
ProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低電壓、高性能CMOS8位微
處理器，俗稱單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除1000次。該器
件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業標準的MCS-51指
令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片
中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統提供了
一種靈活性高且價廉的方案。外形及引腳排列如圖所示結構特點及工作原理如
圖3-1。
圖3-1AT89C51引腳圖
主要特性
AT89C51主要特征有：
1.與MCS-51兼容
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2.4K字節可編程FLASH存儲器
3.壽命：1000寫/擦循環
4.數據保留時間：10年
5.全靜態工作：0Hz-24MHz
6.三級程序存儲器鎖定
7.128215。8位內部RAM
8.32可編程I/O線
9.兩個16位定時器/計數器
10.5個中斷源
11.可編程串行通道
12.低功耗的閑置和掉電模式
外部管腳
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P0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
利用內部上拉優勢，當對外部八位地址數據存儲器進行讀寫時，P2口輸出
其特殊功能寄存器的內容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址
信號和控制信號。
P3口：P3口管腳是8個帶內部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4
個TTL門電流。當P3口寫入“1”后，它們被內部上拉為高電平，并用作輸
入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由
于上拉的緣故。
P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如表3-1所示：
表3-1P3口特殊功能
183。-13-
口線信號功能
RXD串行口數據輸入（接收數據）
TXD串行口數據輸出（發送數據）
外部中斷0輸入
外部中斷1輸入
T0定時器0的外部輸入（計數輸入）
T1定時器1的外部輸入（計數輸入）
WR外部數據存儲器寫選通控制輸出
RD外部數據存儲器讀選通輸出控制
P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。
RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期
的高電平時間。
ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖
存地址的地位字節。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平
時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的
1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：
每當用作外部數據存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸
出可在SFR8EH地址上置0。此時，ALE只有在執行MOVX，MOVC指
令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執行
狀態ALE禁止，置位無效。
PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，
每個機器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數據存儲器時，這兩次有效
的/PSEN信號將不出現。
EA/VPP：當/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-
FFFFH），不管是否有內部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內部鎖
定為RESET；當/EA端保持高電平時，此間內部程序存儲器。在FLASH編
程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。
XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入。
XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。
振蕩器特性:
183。-14-
XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配
置為片內振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅動器
件，XTAL2應不接。有余輸入至內部時鐘信號要通過一個二分頻觸發器，因此
對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。
測溫度電路
溫度傳感器的種類眾多，DALLAS（達拉斯）公司生產的DS18B20溫度傳
感器當仁不讓。超小的體積，超低的硬件開消，抗干擾能力強，精度高，附加
功能強，使得DS18B20更受歡迎。對于我們普通的電子愛好者來說，DS18B20
的優勢更是我們學習單片機技術和開發溫度相關的小產品的不二選擇。了解其
工作原理和應用可以拓寬您對單片機開發的思路。
DS18B20是山Dallas半導體公司生產的一線總線接口的溫度傳感器。一線
總線結構具有簡潔且經濟的特點，可使用戶輕松地組建傳感器網絡，從而為測
量系統的構建引入全新概念，DS18B20的測溫范圍為-55℃～125℃在-10℃～
+85℃范圍內，精度為℃，現場溫度可直接通過“一線總線”以數字方式傳
輸，大大提高了系統的抗干擾性。DS18B20適合于惡劣環境的現場溫度測量，
如環境控制、設備或過程控制、測溫類消費電子產品等。它工作在3V～V
的電壓范圍，采用多種封裝形式，從而使系統設計更靈活、方便.設定分辨率及
用戶設定的報警溫度存儲在E2PROM中，掉電后依然保存。
DS18B20的主要特征：
1.全數字溫度轉換及輸出。
2.先進的單總線數據通信。
3.最高12位分辨率，精度可達177。攝氏度。
4.具有12位分辨率時的最大工作周期為750毫秒。
5.可選擇寄生工作方式。
6.檢測溫度范圍為-55℃～+125℃（-67℉～+257℉）
7.內置E2PROM，限溫報警功能。
8.包含64位光刻ROM，內置產品序列號，方便多機掛接。
9.多樣封裝形式，適應不同硬件系統。
E2PROM，限溫報警功能。
，電源極性反接時，芯片不會燒毀。
DS18B20芯片封裝結構：
183。-15-
圖3-1DS18B20引腳圖
傳感器DS18B20只有三個引腳，引腳功能如表3-2。
表3-2DS18B20詳細引腳功能描述
內部結構
如圖3-2所示為DS18B20的內部結構圖，它主要包括寄生電源電路、溫度
傳感器、64位激光ROM單線接口和1-Wire總線接口、存放中間數據的高速緩
沖存儲器、用于存儲用戶設定的溫度上下限的TH和TL觸發器存儲與控制邏
輯、8位循環冗余檢驗碼（CRC）發生器等7部分。
序
號名稱引腳功能描述
1GND地信號
2DQ數據輸入/輸出引腳。開漏單總線接口引腳。當被用著在寄生電源下，也可以向器件提供電源。
3VDD可選擇的VDD引腳。當工作于寄生電源時，此引腳必須接地。
183。-16-
高速
緩存
儲存器
溫度靈敏原
件
低溫觸發器
TL
高溫觸發器
TH
配置寄存器
儲存器和控制器
8位CRC生成器
64位
ROM
和
單線
接口
電
源
檢
測
圖3-2DS18B20的內部結構圖
通過寄生電源電路，DS18B20可以從1-Wrie上取得其工作電源。在信號線
為高電平的時間周期內，會把能量存儲在內部的電容器中；在單信號線為低電
平的時間期內，斷開此電源，直到信號線變為高電平重新接上寄生（電容）電
源為止。當然DS18B20也可以直接通過將+5V電源接至VDD引腳為其供電。
DS18B20工作原理
DS18B20的溫度檢測與數字數據輸出全集成于一個芯片之上，從而抗干擾
力更強。其一個工作周期可分為兩個部分，即溫度檢測和數據處理。在講解其
工作流程之前我們有必要了解DS18B20的內部存儲器資源。DS18B20共有三種
形態的存儲器資源，它們分別是：
ROM只讀存儲器，用于存放DS18B20的編碼，其前8位是單線系列編碼
DS18B20的編碼是19H，后面48位是芯片唯一的序列號，最后8位是以上56
的位的CRC碼（冗余校驗）。數據在出產時設置不由用戶更改。DS18B20共64
位ROM。
RAM數據暫存器，用于內部計算和數據存取，數據在掉電后丟失，
183。-17-
DS18B20共9個字節RAM，每個字節為8位。第1、2個字節是溫度轉換后的
數據值信息，第3、4個字節是用戶EEPROM（常用于溫度報警值儲存）的鏡
像。在上電復位時其值將被刷新。第5個字節則是用戶第3個EEPROM的鏡
像。第6、7、8個字節為計數寄存器，是為了讓用戶得到更高的溫度分辨率而
設計的，同樣也是內部溫度轉換、計算的暫存單元。第9個字節為前8個字節
的CRC碼。EEPROM非易失性記憶體，用于存放長期需要保存的數據，上下
限溫度報警值和校驗數據，DS18B20共3位EEPROM,并在RAM都存在鏡像，
以方便用戶操作。
表3-2溫度和數字量的關系
變量輸出的二進制碼對應的十六進制碼
+12500000001111101000FAH
+250000000001100100032H
+1/20000000000000010001H
00000000000000000000H
-1/2111111111111111FFFFH
-25111111111001110FECEH
-55111111110010010FF92H
控制器對DS18B20操作流程：
1.復位：首先我們必須對DS18B20芯片進行復位，復位就是由控制器
（單片機）給DS18B20單總線至少480μS的低電平信號。當DS18B20接到此
復位信號后則會在15-60μS后回發一個芯片的存在脈沖。
2.存在脈沖：在復位電平結束之后，控制器應該將數據單總線拉高，以便
于在15-60μS后接收存在脈沖，存在脈沖為一個60-240μS的低電平信號。至
此，通信雙方已經達成了基本的協議，接下來將會是控制器與DS18B20間的數
據通信。如果復位低電平的時間不足或是單總線的電路斷路都不會接到存在脈
沖，在設計時要注意意外情況的處理。
3.控制器發送ROM指令：雙方打完了招呼之后最要將進行交流了，ROM
指令共有5條，每一個工作周期只能發一條，ROM指令分別是讀ROM數據、
指定匹配芯片、跳躍ROM、芯片搜索、報警芯片搜索。ROM指令為8位長
度，功能是對片內的64位光刻ROM進行操作。其主要目的是為了分辨一條總
線上掛接的多個器件并作處理。誠然，單總線上可以同時掛接多個器件，并通
過每個器件上所獨有的舊號來區別，一般只掛接單個DS18B20芯片時可以跳過
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ROM指令。ROM指令在下文有詳細的介紹。
4.控制器發送存儲器操作指令：在ROM指令發送給DS18B20之后，緊接
著（不間斷）就是發送存儲器操作指令了。操作指令同樣為8位，共6條，存
儲器操作指令分別是寫RAM數據、讀RAM數據、將RAM數據復制到
EEPROM、溫度轉換、將EEPROM中的報警值復制到RAM、工作方式切換。
存儲器操作指令的功能是命令DS18B20作什么樣的工作，是芯片控制的關鍵。
5.執行或數據讀寫：一個存儲器操作指令結束后則將進行指令執行或數據
的讀寫，這個操作要視存儲器操作指令而定。如執行溫度轉換指令則控制器
（單片機）必須等待DS18B20執行其指令，一般轉換時間為500μS。如執行數
據讀寫指令則需要嚴格遵循18B20的讀寫時序來操作。數據的讀寫方法將有下
文有詳細介紹。若要讀出當前的溫度數據我們需要執行兩次工作周期，第一個
周期為復位、跳過ROM指令、執行溫度轉換存儲器操作指令、等待500μS溫
度轉換時間。緊接著執行第二個周期為復位、跳過ROM指令、執行讀RAM的
存儲器操作指令、讀數據（最多為9個字節，中途可停止，只讀簡單溫度值則
讀前2個字節即可）。
圖3-4DS18B20與單片機連接圖
如圖所示，DS18B20只需要接到控制器（單片機）的一個I/O口上，由于
單總線為開漏所以需要外接一個的上拉電阻。如要采用寄生工作方式，只
要將VDD電源引腳與單總線并聯即可。
DS18B20使用中注意事項：
DS18B20雖然具有測溫系統簡單、測溫精度高、連接方便、占用口線少等
優點，但在實際應用中也應注意以下幾方面的問題：
1.較小的硬件開銷需要相對復雜的軟件進行補償，由于DS18B20與微處
理器間采用串行數據傳送，因此，在對DS18B20進行讀寫編程時，必須嚴格的
保證讀寫時序，否則將無法讀取測溫結果。在使用PL/M、C等高級語言進行系
統程序設計時，對DS18B20操作部分最好采用匯編語言實現。
2.在DS18B20的有關資料中均未提及單總線上所掛DS18B20數量問題，
容易使人誤認為可以掛任意多個DS18B20，在實際應用中并非如此。當單總線
上所掛DS18B20超過8個時，就需要解決微處理器的總線驅動問題，這一點在
183。-19-
進行多點測溫系統設計時要加以注意。
3.連接DS18B20的總線電纜是有長度限制的。試驗中，當采用普通信號
電纜傳輸長度超過50m時，讀取的測溫數據將發生錯誤。當將總線電纜改為雙
絞線帶屏蔽電纜時，正常通訊距離可達150m，當采用每米絞合次數更多的雙絞
線帶屏蔽電纜時，正常通訊距離進一步加長。這種情況主要是由總線分布電容
使信號波形產生畸變造成的。因此，在用DS18B20進行長距離測溫系統設計時
要充分考慮總線分布電容和阻抗匹配問題。
4.在DS18B20測溫程序設計中，向DS18B20發出溫度轉換命令后，程序
總要等待DS18B20的返回信號，一旦某個DS18B20接觸不好或斷線，當程序
讀該DS18B20時，將沒有返回信號，程序進入死循環。這一點在進行DS18B20
硬件連接和軟件設計時也要給予一定的重視。
測濕度電路
測量空氣濕度的方式很多，其原理是根據某種物質從其周圍的空氣中吸收
水分后引起的物理或化學性質的變化，間接地獲得該物質的吸水量及周圍空氣
的濕度。電容式、電阻式和濕漲式濕敏元件分別是根據其高分子材料吸濕后的
介電常數、電阻率和體積隨之發生變化而進行濕度測量的。
電容式濕度傳感器用的電介質通常有兩類：高分子有機介質和陶瓷。早期
感濕膜多采用醋酸纖維素及其衍生物，目前大多采用的是醋酸丁酸纖維素、聚
酞業胺，電容型濕敏材料常見的還有聚苯乙烯、酪酸醋酸纖維等感濕材料。
電容式濕度傳感器電極間的高分子感濕材料吸附環境中的水分子時，其介
電常數隨之變化，其電容量puC可由下式表示
0puuSCd???
（3-1）
式中0?—真空介電常數；
u?—相對濕度%URH時高分子的介點常數；
S—電容式傳感器有效電容面積；
d—高分子感濕膜厚度。
其中
2uruHoaW?????
（3-2）
r?—0%RH時高分子介電常數；
a—常數；
uW—%uRH時高分子單位質量所吸附水分子質量；
2Ho?
—高分子中吸附水的介點常數。
本系統中選用的濕度傳感器為HS1101，其主要特點是：不需校準的完全互
換性，高可靠性和長期穩定性，快速響應時間，專利設計的固態聚合物結構，
側面接觸封裝，適用于線性電壓輸出和頻率輸出兩種電路，適宜于制造流水線
183。-20-
上的自動插件和自動裝配過程等。圖3-6濕敏電容工作的溫、濕度范圍。圖3-7
濕度-電容響應曲線。
根據圖中顯示，可以知道：HS1101的相對濕度在0%~100%RH范圍內；
電容量由162pF變到200pF，其誤差不大于士2%RH；響應時間小于5s；溫度
系數為℃，可見精度是較高的。
圖3-6濕敏電容工作的范圍。
圖3-7濕度-電容響應曲線
HS1101電容傳感器，在電路構成中等效于一個電容器件，其電容量隨著所
測空氣濕度的增大而增大。如何將電容的變化量準確地轉變為計算機易于接受
的信號，常用兩種方法：一是將該濕敏電容置于運放與阻容組成的橋式振蕩電
020406080100
200
190
180
170
160
相對濕度%
電容
/PF
-40-20020406080100
100
75
50
25
0
非
常
穩
定
區非
正
常
區
長期穩定區
相對濕度
%
183。-21-
路中，所產生的正弦波電壓信號經整流、直流放大、再AID轉換為數字信號：
另一種是將該濕敏電容置于555振蕩電路中，將電容值的變化轉為與之呈反比
的電壓頻率信號，可直接被計算機所采集。
頻率輸出的555測量振蕩電路如圖3-8所示。集成定時器555芯片外接電
阻R4,R2與濕敏電容C，構成了對C的充電回路。7端通過芯片內部的晶體
管對地短路又構成了對C的放電回路，并將引腳2、6端相連引入到片內比較
器，便成為一個典型的多諧振蕩器，即方波發生器。另外，R3是防止輸出短路
的保護電阻，R1用于平衡溫度系數。
圖3-13555振蕩電路
它的各個引腳功能如下：
1腳：外接電源負端VSS或接地，一般情況下接地。
8腳：外接電源VCC，雙極型時基電路VCC的范圍是~16V，
CMOS型時基電路VCC的范圍為3~18V。一般用5V。
3腳：輸出端V。
2腳：低觸發端。
6腳：TH高觸發端。
4腳：是直接清零端。當端接低電平，則時基電路不工作，此時不論、
TH處于何電平，時基電路輸出為“0”，該端不用時應接高電平。
5腳：VC為控制電壓端。若此端外接電壓，則可改變內部兩個比較器
的基準電壓，當該端不用時，應將該端串入一只電容接地，以防引
入干擾。
7腳：放電端。該端與放電管集電極相連，用做定時器時電容的放電。
該振蕩電路兩個暫穩態的交替過程如下:首先電源Vs通過R4，R2向C充
電，經t充電時間后，Uc達到芯片內比較器的高觸發電平，約0.67Vs，此時輸
出引腳3端由高電平突降為低電平，然后通過R2放電，經t放電時間后，Uc
下降到比較器的低觸發電平，約Vs，此時輸出引腳3端又由低電平躍升為
高電平。如此翻來覆去，形成方
波輸出。其中，充放電時間為：
183。-22-
2ln)(24RRCt??充電（3-3）
2ln2CRt?放電（3-4）
因而，輸出的方波頻率為
??2ln)(1124RRCftt????）放電充電（（3-5）
可見，空氣濕度通過555測量振蕩電路就轉變為與之成反比的頻率信號
鍵盤
為了完成預定值設置，控制器中設置了3個按鍵，分別為附圖中S1,S2和
S3，依次代表功能鍵、加1鍵和減1鍵，用來設置溫濕度的上下限值。S1功能
鍵以其按下的次數來區分功能鍵的多種功能。當功能鍵第一次被按下時一數碼
管顯不調整低溫加熱下限符號及低溫加熱的下限值，按加1減1鍵使該值符合
要求后，再按一下功能鍵后，則數碼管將顯不需調整的低溫加熱上限符號及低
溫加熱的上限值，按加1減1鍵使該值符合要求，這樣依次類推。設定完最后
一個參數后，再按1次功能鍵系統將進入監控狀態。
顯示LCD
LCD液晶顯示器是LiquidCrystalDisplay的簡稱，LCD的構造是在兩片
平行的玻璃當中放置液態的晶體，兩片玻璃中間有許多垂直和水平的細小電
線，透過通電與否來控制桿狀水晶分子改變方向，將光線折射出來產生畫面。
比CRT要好的多，但是價錢較其貴。
LCD顯示具有以下特點：
1.低壓微功耗
2.平板型結構
3.被動顯示型(無眩光，不刺激人眼，不會引起眼睛疲勞)
4.顯示信息量大(因為像素可以做得很小)
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5.易于彩色化(在色譜上可以非常準確的復現)
6.無電磁輻射(對人體安全，利于信息保密)
7.長壽命
上位機通信
RS-485標準是由兩個行業協會共同制訂和開發的，即EIA-電子工業協會
和TIA-通訊工業協會。EIA曾經在它所有標準前面加上RS前綴英文
Rmendedstandard的縮寫，因此許多工程師一直延用這種名稱
在要求通信距離為幾十米到上千米時，廣泛采用RS-485串行總線標
準。RS-485采用平衡發送和差分接收，因此具有抑制共模干擾的能力。加
上總線收發器具有高靈敏度，能檢測低至200mV的電壓，故傳輸信號能在
千米以外得到恢復。RS-485采用半雙工工作方式，任何時候只能有一點處
于發送狀態，因此，發送電路須由使能信號加以控制。RS-485用于多點互
連時非常方便，可以省掉許多信號線。RS-485總線作為一種多點差分數據傳
輸的電氣規范規，已成為業界應用最為廣泛的標準通信接口之一。這種通信接
口允許在簡單的一對雙絞線上進行多點雙向通信，它所具有的噪聲抑制能力、
數據傳輸速率、電纜長度及可靠性是其他標準無法比擬的。正因為此，許多不
同領域都采用RS-485作為數據傳輸鏈路。例如：汽車電子、電信設備局域
網、智能樓宇等都經?？梢砸姷骄哂蠷S-485接口電路的設備。這項標準得到
廣泛接受的另外一個原因是它的通用性RS-485標準只對接口的電氣特性做出
規定，而不涉及接插件電纜或協議，在此基礎上用戶可以建立自己的高層通信
協議。
表3-20RS-485接口9引腳標準連接器引腳說明
引腳符號簡稱說明
1Shied屏蔽地
2RTS+請求發送+
3RTS-請求發送-
4TXD+發送數據+
5TXD-發送數據-
6CTS+允許發送+
7CTS-允許發送-
8RXD+接收數據+
9RXD-接收數據-
由于主控機是PC機，它只有標準的RS-232接口，因此需要一個232/485
轉換設備才能接入485總線網絡，從而和網絡上的設備通信。
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232轉485
本章小結
本章主要介紹了具體各個硬件的組成，本章主要介紹了此次設計的硬件設
施，包括單片機的特點及使用，并對各個元件及功能做了介紹，包括溫度傳感
器DS18B20和SH1101濕度傳感器如何利用單片機進行溫度濕度控制。
該系統可以和上位機進行通信，使用戶更方便地查看、查詢數據，十分適
合用戶操作。同時，它所具有的遠距離通信功能實現了遠距離觀測和控制，為
現代化溫室群的集散管理提供了必要的條件。
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第4章系統軟件設計
主程序設計
軟件用匯編語言編程，采用模塊化設計方法。包括主程序、溫濕度檢測程
序、定時驅動程序、顯示子程序等。主程序以循環方式工作，完成中斷初始
化、鍵盤掃描、溫濕度檢測、語音處理及顯示子程序的循環調用。
該系統軟件主要由主程序、數據采集、顯示子程序、報警程序等模塊組
成，因為C語言編寫的軟件易于實現模塊化，生成的機器代碼質量高,可讀性
強、移植好，所以本系統的軟件采用C語言編寫，以KeilnVision3為開發環境
系統軟件實現的功能：
1.通過溫度、濕度傳感器對室內溫度、濕度進行采樣；
2.LCD顯示當前的溫濕度值；
3.比較監測到的溫濕度值和報警設置值，發現超限則蜂鳴器報警提示；
4.根據相應的溫濕度值控制溫濕度調節系統運行根據溫度和濕度的實際
值對光電隔離開關進行控制；
5.系統定期把相關溫度、濕度數據通過串行通信傳給上位機PC機；
軟件用匯編語言編程，采用模塊化設計方法。包括主程序、中斷服務程
序、溫濕度檢測程序、顯示子程序等。主程序以循環方式工作，完成初始化、
溫濕度檢測及顯示子程序的循環調用。
主程序是控制和管理的核心。系統上電后進行初始化定時器和中斷處理操
作。初始化主要完成對溫濕度的設定和初次檢查，除定時器T0外，禁止所有的
中斷，并同時斷開各電器的電源。初始化完成后，系統開始正常運轉。進行溫
濕度檢測、數據比較、顯示鍵盤及報警系統等操作。
主程序是控制和管理的核心。系統上電后進行初始化定時器和中斷處理操
作。初始化主要完成對溫濕度的設定和初次檢查，除定時器下0外，禁止所有
的中斷，并同時斷開各電器的電源。初始化完成后，系統開始正常運轉。進行
溫濕度檢測、鍵盤掃描及定時處理等操作。
由于篇幅限制，主程序只給出圖4-1所示的流程圖。
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本設計主程序包含初始化模塊，溫、濕度檢測模塊，溫、濕度參數顯示模
塊，報警顯示模塊，執行模塊。各模塊功能如下：
1．初始化模塊，負責調用初始化系統子程序，初始化相關I/O端。
2．溫、濕度檢測模塊，負責調用溫度檢測子程序和濕度檢測子程序，溫度
檢測程序從初始化溫度傳感器DS18B20開始，啟動溫度轉換，等待轉換完成，
讀取9位二進制代碼，處理數據，轉換成相應的溫度值；濕度檢測程序從初始
化濕度傳感器HS1101開始，計算濕度信號的頻率并轉換成相應的濕度值。
3．溫、濕度參數顯示模塊，負責調用鍵盤顯示驅動芯片LCD顯示參數子
程序，啟動顯示驅動，進人顯示程序，送溫、濕度值。
4．報警顯示和執行模塊，負責調用報警顯示和執行子程序，執行程序和報
警顯示程序從判斷是否超限開始，只要溫、濕度任何一個參數超過了限值，便
進人到控制執行程序和報警程序。
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溫濕度檢測模塊
系統啟動
溫度采樣
溫度超標？
關閉加溫裝置打開加溫裝置
濕度采樣
濕度超標？
關閉加濕裝置打開加濕裝置
Y
Y
N
N
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顯示報警模塊
初始化
設置采樣數和通道數
A/D轉化
采滿8次
更換A/D通道
4個通道采樣完
數字濾波
記錄存入EPROM
顯示
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