由AT89C51/55構(gòu)成的溫濕度自動監(jiān)測系統(tǒng)
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介紹以AT89C51/55單片機為核心的主從機溫濕度自動巡回監(jiān)測系統(tǒng)；此系統(tǒng)主要由單片機、傳感器、多路開關(guān)和信號處理、A/D轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)等組成，其中多路信號選擇由CD4051和CD4052完成，電路簡單可靠。
關(guān)鍵詞：溫濕度；多路信號采集；單片機
LIU Li
(Department of Machine Electronic, Shenyang Vocational and Technical College,
Shenyang 110043, China)
Shenyang 110043, China)
Key words: temperature and humidity; multiway signal collecting; MCU
1系統(tǒng)硬件設(shè)計
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，采用ATMEL公司生產(chǎn)的51系列單片機AT89C55和AT89C51為核心，其中主機采用AT89C55、從機采用AT89C51。從機負責(zé)64點的數(shù)據(jù)檢測，各檢測點的溫度和濕度經(jīng)過溫、濕度傳感器及其轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?；?jīng)過矩陣網(wǎng)絡(luò)進行信號選擇，所得信號送到相應(yīng)的信號放大整理電路放大，再進入A/D轉(zhuǎn)換器，進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，將數(shù)字量送入從機，再經(jīng)從機的數(shù)據(jù)處理，送給LED進行顯示，同時定時傳送給主機AT89C55；主機負責(zé)收集各糧倉內(nèi)的數(shù)據(jù)(可監(jiān)測50~100個糧倉)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的保存、打印以及調(diào)用歷史數(shù)據(jù)，并可巡回顯示各糧倉的及時溫濕度及報警狀態(tài)。
AT89C55/51芯片是由ATMEL公司推出的51系列8位單片機，AT89C55片內(nèi)主要有20KB Flash存儲器、256字節(jié)片內(nèi)RAM，4個8位的雙向可尋址I/O口，1個全雙工UART(通用異步接收發(fā)送器)的串行接口、3個16位的定時器／計數(shù)器、多個優(yōu)先級的嵌套中斷結(jié)構(gòu)，以及一個片內(nèi)振蕩器和時鐘電路。
本系統(tǒng)中主機利用了AT89C55豐富的20KB閃存資源永久保存實時的測量信息、歷史的測量數(shù)據(jù)等關(guān)鍵結(jié)果，從機完成數(shù)據(jù)采集、傳送。主機位于監(jiān)控室，從機位于各糧倉內(nèi)，主從機之間有一定的距離，信號的傳輸采用串行異步通信方式，AT89C55／51單片機內(nèi)部集成的UART模塊，適合于同其他計算機系統(tǒng)以及單片機外擴的外設(shè)芯片進行通信，可實現(xiàn)全雙工異步、半雙工同步主控和半雙工同步從控三種工作方式。本系統(tǒng)中利用其UART模塊工作于全雙工異步通信方式，其中TX為發(fā)送線、RC為接收線，利用RS-422驅(qū)動器和接收器，如MC3487和MC3486芯片，實現(xiàn)信號的穩(wěn)定傳輸。
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，采用ATMEL公司生產(chǎn)的51系列單片機AT89C55和AT89C51為核心，其中主機采用AT89C55、從機采用AT89C51。從機負責(zé)64點的數(shù)據(jù)檢測，各檢測點的溫度和濕度經(jīng)過溫、濕度傳感器及其轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?；?jīng)過矩陣網(wǎng)絡(luò)進行信號選擇，所得信號送到相應(yīng)的信號放大整理電路放大，再進入A/D轉(zhuǎn)換器，進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，將數(shù)字量送入從機，再經(jīng)從機的數(shù)據(jù)處理，送給LED進行顯示，同時定時傳送給主機AT89C55；主機負責(zé)收集各糧倉內(nèi)的數(shù)據(jù)(可監(jiān)測50~100個糧倉)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的保存、打印以及調(diào)用歷史數(shù)據(jù)，并可巡回顯示各糧倉的及時溫濕度及報警狀態(tài)。
AT89C55/51芯片是由ATMEL公司推出的51系列8位單片機，AT89C55片內(nèi)主要有20KB Flash存儲器、256字節(jié)片內(nèi)RAM，4個8位的雙向可尋址I/O口，1個全雙工UART(通用異步接收發(fā)送器)的串行接口、3個16位的定時器／計數(shù)器、多個優(yōu)先級的嵌套中斷結(jié)構(gòu)，以及一個片內(nèi)振蕩器和時鐘電路。
本系統(tǒng)中主機利用了AT89C55豐富的20KB閃存資源永久保存實時的測量信息、歷史的測量數(shù)據(jù)等關(guān)鍵結(jié)果，從機完成數(shù)據(jù)采集、傳送。主機位于監(jiān)控室，從機位于各糧倉內(nèi)，主從機之間有一定的距離，信號的傳輸采用串行異步通信方式，AT89C55／51單片機內(nèi)部集成的UART模塊，適合于同其他計算機系統(tǒng)以及單片機外擴的外設(shè)芯片進行通信，可實現(xiàn)全雙工異步、半雙工同步主控和半雙工同步從控三種工作方式。本系統(tǒng)中利用其UART模塊工作于全雙工異步通信方式，其中TX為發(fā)送線、RC為接收線，利用RS-422驅(qū)動器和接收器，如MC3487和MC3486芯片，實現(xiàn)信號的穩(wěn)定傳輸。
測量電路由傳感器、矩陣測量網(wǎng)絡(luò)、多路模擬開關(guān)及放大電路的組成。測溫范圍：-45～+45℃，±0.5℃；測濕范圍：0～99％RH，±0.8％RH。溫度傳感器選用集成溫度傳感器AD590M，其特點為線性電流輸出1μA/K；溫度范圍-55～150℃；電壓輸入/電流輸出；激光修正到±0.5℃校準精度(AD590M)，線性度可達±0.3℃/FS。使用時可將AD590M插入糧倉堆內(nèi)。針對濕度測量范圍及精度要求，濕度傳感器選用濕敏集成傳感器IH-3602。這是一種電容式濕敏傳感器，內(nèi)含調(diào)理電路和溫度補償電路，輸出為0.8～4V的直流電壓，可經(jīng)多路開關(guān)直接輸入A/D轉(zhuǎn)換器。
矩陣測量網(wǎng)絡(luò)由多路模擬開關(guān)CD4051、CD4052和溫度傳感器AD590、濕度傳感器IH-3602組成，其連接方式如圖2所示。測溫(測濕)矩陣由CD4051的8個模擬開關(guān)，CD4052的4個模擬開關(guān)和32個AD590，(32個IH-36021)組成。各個測量元件的選通由地址碼控制，其中由CD4051、CD4052，AD590、IH-3602組成的矩陣網(wǎng)絡(luò)中，兩片CD4052的4輸入線A、B及CD4051的3輸入線A、B、C共7位地址碼由AT89C51的P0口提供，CD4052的INH直接接高電平，而CD4051的INH由P2口提供，溫度和濕度輸出信號即CD4052的OUT分別接溫濕度放大電路。
矩陣測量網(wǎng)絡(luò)由多路模擬開關(guān)CD4051、CD4052和溫度傳感器AD590、濕度傳感器IH-3602組成，其連接方式如圖2所示。測溫(測濕)矩陣由CD4051的8個模擬開關(guān)，CD4052的4個模擬開關(guān)和32個AD590，(32個IH-36021)組成。各個測量元件的選通由地址碼控制，其中由CD4051、CD4052，AD590、IH-3602組成的矩陣網(wǎng)絡(luò)中，兩片CD4052的4輸入線A、B及CD4051的3輸入線A、B、C共7位地址碼由AT89C51的P0口提供，CD4052的INH直接接高電平，而CD4051的INH由P2口提供，溫度和濕度輸出信號即CD4052的OUT分別接溫濕度放大電路。
該多路溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)的軟件采用模塊化方法設(shè)計，主要包括主機程序、從機程序兩大部分。從機程序設(shè)計通常先進行初始化，如設(shè)置中斷、定時器、串行口、外部可編程器件的初始化等，然后循環(huán)執(zhí)行主要功能，如定時、數(shù)據(jù)采集、數(shù)字濾波、顯示以及定時將數(shù)據(jù)傳遞給主機。主機定時接收從機發(fā)送的采集信號，保存并實時顯示，其流程如圖3所示。上電復(fù)位后顯示不同糧倉位號、溫濕度值及其測量時間，并調(diào)用鍵盤管理程序模塊及接收程序模塊。為防止程序跑飛，主從機分別設(shè)計看門狗電路以保證AT89C55和AT89C51正常工作。
本設(shè)計中由于采用了AT89C51/55單片機，性能可靠電路簡單，適于批量生產(chǎn)；而且，系統(tǒng)中還可充分利用AT8951/55中未用到的軟件硬件資源，系統(tǒng)有再開發(fā)性。
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