單片機(jī)AT89C51機(jī)房溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)研究

摘 要：本文介紹了單片機(jī)AT89C51引腳功能和數(shù)字溫濕度傳感器SHT11的基本功能，最后詳述了機(jī)房溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)的原理。

關(guān)鍵詞：機(jī)房；單片機(jī)AT89C51；傳感器SHT11；溫濕度檢測(cè)

中圖分類號(hào)：TM02 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

當(dāng)機(jī)房溫度過(guò)高，就會(huì)導(dǎo)致機(jī)器散熱功能無(wú)法正常運(yùn)行，影響電路穩(wěn)定運(yùn)行。為了確保機(jī)房的設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)，機(jī)器的溫度最好保持在18-25℃。如果機(jī)房?jī)?nèi)的空氣濕度過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致設(shè)備金屬部件產(chǎn)生銹蝕，引發(fā)電路板的絕緣性能降低，從而影響設(shè)備運(yùn)行的可靠性。為防止靜電產(chǎn)生，保證設(shè)備的安全系數(shù)不受影響，機(jī)房的空氣也不易過(guò)于干燥。因此，機(jī)房溫濕度要控制在穩(wěn)定狀態(tài)，避免意外發(fā)生。

1單片機(jī)AT89C51介紹

51單片機(jī)是對(duì)所有兼容Intel8031指令系統(tǒng)的單片機(jī)的統(tǒng)稱。該系列單片機(jī)的始祖是Intel的8031單片機(jī)，后來(lái)隨著Flashrom技術(shù)的發(fā)展，8031單片機(jī)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展，成為應(yīng)用最廣泛的8位單片機(jī)之一，其代表型號(hào)是ATMEL公司的AT89系列。

功能：8位CPU·4kbytes程序存儲(chǔ)器（ROM）（52為8K）

128bytes的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）（52有256bytes的RAM）

32條I/O口線·111條指令，大部分為單字節(jié)指令

21個(gè)專用寄存器

2個(gè)可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器·5個(gè)中斷源，2個(gè)優(yōu)先級(jí)（52有6個(gè)）

一個(gè)全雙工串行通信口

外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器尋址空間為64kB

外部程序存儲(chǔ)器尋址空間為64kB

邏輯操作位尋址功能·雙列直插40PinDIP封裝

單一+5V電源供電

CPU：由運(yùn)算和控制邏輯組成，同時(shí)還包括中斷系統(tǒng)和部分外部特殊功能寄存器；

RAM：用以存放可以讀寫的數(shù)據(jù)，如運(yùn)算的中間結(jié)果、最終結(jié)果以及欲顯示的數(shù)據(jù)；

ROM：用以存放程序、一些原始數(shù)據(jù)和表格；

I/O口：四個(gè)8位并行I/O口，既可用作輸入，也可用作輸出；

T/C：兩個(gè)定時(shí)/記數(shù)器，既可以工作在定時(shí)模式，也可以工作在記數(shù)模式；

五個(gè)中斷源的中斷控制系統(tǒng)；

一個(gè)全雙工UART（通用異步接收發(fā)送器）的串行I/O口，用于實(shí)現(xiàn)單片機(jī)之間或單片機(jī)與微機(jī)之間的串行通信；

片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘產(chǎn)生電路，石英晶體和微調(diào)電容需要外接。最高振蕩頻率為12M。

圖1 AT89C51引腳

P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開(kāi)路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。

P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)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(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。

P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)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(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。

P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)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，如下表所示：

口管腳備選功能

P3.0RXD（串行輸入口）

P3.1TXD（串行輸出口）

P3.2/INT0（外部中斷0）

P3.3/INT1（外部中斷1）

P3.4T0（記時(shí)器0外部輸入）

P3.5T1（記時(shí)器1外部輸入）

P3.6/WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通）

P3.7/RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）

P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。

RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。

ALE/PROG：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。

2傳感器SHT11的介紹

2002年Sensiron公司在世界上率先研制成功SHT11型智能化濕度/溫度傳感器，它們不僅能準(zhǔn)確測(cè)量相對(duì)溫濕度，還能測(cè)量溫濕度和露點(diǎn)。測(cè)量相對(duì)溫濕度的范圍是0～100%，分辨力達(dá)0.03%RH，最高精度為±2%RH。測(cè)量溫濕度的范圍是-40℃～+123.8℃，分辨力為0.01℃。測(cè)量露點(diǎn)的精度小于±1℃。在測(cè)量濕度、溫度時(shí)A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)分別可達(dá)12位、14位。利用降低分辨力的方法可以提高測(cè)量速率，減小芯片的功耗。SHT11響應(yīng)速度快，抗干擾能力強(qiáng)，不需要外部元件，適配各種單片機(jī)，可廣泛用于溫濕度/濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)中。

芯片內(nèi)部包含相對(duì)濕度傳感器、溫度傳感器、放大器、14位A/D轉(zhuǎn)換器、校準(zhǔn)存儲(chǔ)器（E2PROM）、易失存儲(chǔ)器（RAM）是、狀態(tài)寄存器、循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（CRC）寄存器、二線串行接口、控制單元、加熱器及低電壓檢測(cè)電路。其測(cè)量原理是首先利用兩只傳感器分別產(chǎn)生相對(duì)濕度、溫度的信號(hào)，然后經(jīng)過(guò)放大，分別送至A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換、校準(zhǔn)和糾錯(cuò)，最后通過(guò)二線串行接口將相對(duì)濕度及溫濕度的數(shù)據(jù)送至μC。

3單片機(jī)溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

整個(gè)系統(tǒng)通過(guò)鍵盤給定溫濕度的上下限值并通過(guò)8位數(shù)碼管顯示，其中前四位數(shù)碼管顯示溫度上下限值，后四位顯示濕度的上下限值，傳感器測(cè)量的信號(hào)由LCD顯示出來(lái)，LCD除了顯示實(shí)時(shí)的溫濕度值，還顯示給定的溫濕度的中間值。

溫度監(jiān)控：對(duì)機(jī)房當(dāng)前溫度進(jìn)行測(cè)量，并通過(guò)升溫或降溫措施使溫度達(dá)到適合于電腦開(kāi)機(jī)、關(guān)機(jī)的最佳溫度值。

濕度監(jiān)控：對(duì)機(jī)房當(dāng)前濕度進(jìn)行測(cè)量，并通過(guò)噴霧或去濕達(dá)措施使?jié)穸冗_(dá)到適合于開(kāi)機(jī)、關(guān)機(jī)的最佳濕度。

控制處理：當(dāng)溫度、濕度越限時(shí)報(bào)警，報(bào)警的同時(shí)也采取相應(yīng)的解決措施進(jìn)行溫度和濕度的控制。

該電路的最關(guān)鍵部分是關(guān)于溫度和濕度的采集以及檢測(cè)、顯示。主控電路芯片采用AT89C51單片機(jī)。AT89C51單片機(jī)執(zhí)行指令的速度很快，對(duì)工作環(huán)境的要求比較低；數(shù)字溫濕度傳感器SHT11告別了以前的單獨(dú)測(cè)量溫度以及濕度的方式，更簡(jiǎn)潔，更方便。傳感器是測(cè)量溫濕度信息的主要載體，通過(guò)傳感器把經(jīng)過(guò)的溫濕度信息放大到電路，先轉(zhuǎn)換成為毫伏級(jí)的電壓信號(hào)，把弱電壓信號(hào)慢慢放大到單片機(jī)能夠自由處理的可調(diào)控范圍之內(nèi)，然后再通過(guò)輸入A/D轉(zhuǎn)換器把電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成為數(shù)字信號(hào)，最后，通過(guò)相應(yīng)的軟件把得到的數(shù)字信號(hào)成功地輸入到主機(jī)中去。在使用單片機(jī)對(duì)信號(hào)進(jìn)行采集的時(shí)候，一般為了提高測(cè)量的準(zhǔn)確度，必須要求在采樣的同時(shí)對(duì)信號(hào)進(jìn)行數(shù)字濾波。同時(shí)，經(jīng)過(guò)數(shù)字濾波的信號(hào)，就會(huì)逐漸轉(zhuǎn)換成為相應(yīng)的標(biāo)度，把得到的溫濕度指數(shù)顯示在LCD屏上。連接好外圍電路。通過(guò)SHT11準(zhǔn)確的檢測(cè)出當(dāng)前環(huán)境下的溫濕度，并且將所測(cè)數(shù)據(jù)交給單片機(jī)進(jìn)行分析和處理。再將所得數(shù)據(jù)有單片機(jī)發(fā)送給液晶屏。成功完成顯示。控制模塊采用蜂鳴器報(bào)警方式。預(yù)先設(shè)置好所需溫度和濕度的限值（一個(gè)上限一個(gè)下限），將蜂鳴器接入電路。通過(guò)溫度和濕度的上下限值控制蜂鳴器的報(bào)警。若逾越限值，實(shí)現(xiàn)蜂鳴器鳴響。但是需要注意的是溫度超標(biāo)和濕度超標(biāo)需設(shè)置兩種不同的鳴響方式，用來(lái)加以區(qū)別（溫度越限以及濕越限蜂鳴器的方式必須不一樣）。提醒工作人員此時(shí)溫度濕度數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常、需及時(shí)調(diào)整，及時(shí)啟用升溫器、加濕器、降溫風(fēng)扇以及噴霧器等來(lái)有效的調(diào)整機(jī)房?jī)?nèi)溫濕度。從而簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)了控制。總體來(lái)說(shuō)，本次設(shè)計(jì)主要涉及了溫濕度的測(cè)量以及實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單控制。

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