基于單片機AT89C51的溫度測控系統

郭 爽

（武漢理工大學，湖北 武漢 430070）

1 系統總體分析與設計

1.1 總體方案

1）溫度監控：對溫室溫度進行測量，并通過升溫或降溫達到植被的最佳溫度。

2）濕度監控：對溫室濕度進行測量，并通過噴霧或去濕達到植被的最佳濕度。

3）控制處理：當溫度、濕度越限時報警，并根據報警信號提示采取一定手段控制。

4）顯示：LCD 就地顯示輸入值和相應的溫濕度，數碼管擺放在生產現場用于顯示當前的溫濕度。

1.2 實施措施

1）實際環境溫度與給定界限比較，執行加熱/制冷措施。

2）實際環境濕度與給定界限比較，執行加濕/去濕措施。

3）越限報警：當溫濕度越限時聲光報警。

4）鍵盤顯示：負責用戶的輸入及相關數據的顯示，其中包括LED和LCD 顯示。

1.3 硬件系統設計

經過上面的總體方案和實施措施的討論后可以開始著手硬件系統的設計，硬件系統是應用系統的基礎、軟件系統設計的依據。

主機與主要部件的選擇：

根據總體功能和性價比及其運行速度等因素的考慮，選用MCS-51 系列的89C51 為主機，滿足上面的要求而且設計方便，不需要再存儲擴展。

數據存儲片內設有128B，外部有8279 的256B，而由于存入的數據是隨時更新的且不計小數位，存入8 個16 進制數字，其總共需要的容量只有16B，已經夠用。 對外部模擬量（溫度、濕度）采樣，選用ADC0809 能夠滿足要求。

溫室溫濕度控制系統是以89C51 單片機作為中央控制裝置，模數轉換器ADC0809，風扇，加熱設備，加濕設備，排潮設備，鍵盤顯示芯片等，其功能和原理如下：

1）89 C51 作為中央控制裝置，負責中心運算和控制，協調系統各個模塊的工作。

2）四路采樣溫度信號采樣簡單平均處理，溫度保存為整數。

3）四路采樣濕度信號采樣簡單平均處理，溫度保存為整數。

4）模數轉換器ADC0809：即由模擬信號轉換為數字信號。 它共有8 個模數轉換通道。 模數的轉換共有2 種方法。 一種是利用INT0 中斷，當一次轉換結束后，ADC0809 使INT0 產生中斷，通知系統轉換完畢；另一種使用延時方法，開始轉換后系統延時100 微秒等待轉換完成。 本方案采用延時轉換的方法。

5）鍵盤顯示芯片：用8729 識別鍵盤，負責用戶的輸入及相關的數據的LED 顯示。 例如選擇系統的工作模式，用戶輸入溫度及濕度的界限數據，顯示實時的溫度及濕度值等等。

6）風扇：負責系統的降溫工作。

7）加熱設備：負責系統的加熱工作。

8）噴霧設備：負責系統的加濕工作。

9）排潮設備：負責系統的去濕工作。

2 溫濕度采樣與控制系統

2.1 溫濕度采樣系統

為了更精確的反映溫室的溫度和濕度，取溫濕度各4 路信號采樣簡單平均處理作為溫室的溫度和濕度。 在分辨率達到的前提下，溫濕度的精度為1%。

2.2 溫濕度控制系統

首先，系統啟動后，提示用戶輸入溫度的上限與下限的溫度值。用戶輸入之后，系統自動求出中間值，根據實際溫度的情況采取相應的方案。

如果該時刻的實際溫度值低于用戶給定的下限溫度值時，系統立即啟動報警裝置，且系統處于升溫狀態，直到實際溫度達到用戶輸入的上下限溫度的中間值一定區間內時停止升溫。 反之，如果實際溫度值高于用戶設定的上限值時，系統也會立即啟動報警裝置，且系統處于降溫狀態，直到實際溫度達到用戶輸入的上下限溫度的中間值一定區間內時停止降溫。

選擇中間值作為控制參數， 防止升溫——降溫——升溫的死循環，因為溫度低于下限時會一直升溫，可能導致溫度高于上限系統又開始降溫，這樣系統便一直重復升溫——降溫——升溫過程，導致設備在某一個溫濕度點附近頻繁的啟停，使設備壽命下降，而且沒有實際意義。

選擇中間值的一定區間，是防止達到中間值時，采取了停止升溫或者降溫措施，溫度還是會持續上升或下降一會兒，這時候溫度可能不是正好在中間值處，系統便還是采取升溫或者降溫的措施，而此時的溫度值可能已經是很適合植被生長的需要的溫度值。所以本方案選在中間值的正負一度區間內，認為此區間內都是適合的，不產生任何控制動作變化，這樣就能解決設備頻繁啟停問題。

2.3 鍵盤顯示系統

鍵盤顯示系統采用8279 芯片控制16 鍵的鍵盤和8 個七段數碼管，以實現用戶的輸入與數據輸出。 16 個鍵分別是“0”到“F”，對應的鍵值是0 到15 不需要鍵值的轉換。 七段數碼管采用共陰極。

2.4 報警系統

報警系統由聲音報警和警報燈報警組成。 聲音報警通過P1.0 口接SD 口控制系統的音效模塊發聲， 用CPU 控制P1.0 產生一定頻率的方波就可以實現音效模塊的發聲。音效模塊是一個帶有揚聲器的放大電路。

3 硬件調試方案

3.1 硬件電路的調試

此部分的任務是在系統連接好后,調試各個組件能否正常工作,能否實現軟件設計的預期目標。 其步驟如下：

1）按照系統設計，將系統需要的各個組件連接好。

2）實驗說明書，了解各個組件的工作原理，開始著手調試芯片。

3）試ADC0809 芯片。按照說明書調用CON_W.ASM 匯編程序，運行，觀察現象。 現象正確，說明ADC0809 芯片正常，可以使用。

4）電機，按照說明書調用直流電機相應的匯編程序，運行，觀察現象。

3.2 功能模塊的調試方案

把各個功能模塊編寫成單獨的源文件進行調試， 調試成功以后，再將各部分聯合在一起。

整個系統的編寫、調試是從8279 開始的。 控制8279 原理雖然簡單，但需要細節卻很多，如選擇顯示寄存器與送段碼的順序，8279 的初始化等待時間等。

用戶溫度輸入數據時上限、下限分別在七段數碼管的0、1、2、3 位置顯示，濕度輸入數據時上限、下限分別在七段數碼管的 4、5、6、7 位置顯示。 讀鍵存儲的過程是循環程序。 可循環等待直到用戶輸入正確并確認為止。

溫濕度判斷控制模塊也一個非常重要的模塊，由于溫濕度對于植被的生長起著決定性的作用，因此，如果這兩個因素控制不好，這個系統就失敗了，這就需要我認真的考慮這一模塊的控制方式，調試階段比較順利。

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