單片機AT89C51機房溫濕度檢測系統研究

摘 要：本文介紹了單片機AT89C51引腳功能和數字溫濕度傳感器SHT11的基本功能，最后詳述了機房溫濕度檢測系統的原理。

關鍵詞：機房；單片機AT89C51；傳感器SHT11；溫濕度檢測

中圖分類號：TM02 文獻標識碼：A

當機房溫度過高，就會導致機器散熱功能無法正常運行，影響電路穩定運行。為了確保機房的設備正常運轉，機器的溫度最好保持在18-25℃。如果機房內的空氣濕度過大，會導致設備金屬部件產生銹蝕，引發電路板的絕緣性能降低，從而影響設備運行的可靠性。為防止靜電產生，保證設備的安全系數不受影響，機房的空氣也不易過于干燥。因此，機房溫濕度要控制在穩定狀態，避免意外發生。

1單片機AT89C51介紹

51單片機是對所有兼容Intel8031指令系統的單片機的統稱。該系列單片機的始祖是Intel的8031單片機，后來隨著Flashrom技術的發展，8031單片機取得了長足的進展，成為應用最廣泛的8位單片機之一，其代表型號是ATMEL公司的AT89系列。

功能：8位CPU·4kbytes程序存儲器（ROM）（52為8K）

128bytes的數據存儲器（RAM）（52有256bytes的RAM）

32條I/O口線·111條指令，大部分為單字節指令

21個專用寄存器

2個可編程定時/計數器·5個中斷源，2個優先級（52有6個）

一個全雙工串行通信口

外部數據存儲器尋址空間為64kB

外部程序存儲器尋址空間為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：由運算和控制邏輯組成，同時還包括中斷系統和部分外部特殊功能寄存器；

RAM：用以存放可以讀寫的數據，如運算的中間結果、最終結果以及欲顯示的數據；

ROM：用以存放程序、一些原始數據和表格；

I/O口：四個8位并行I/O口，既可用作輸入，也可用作輸出；

T/C：兩個定時/記數器，既可以工作在定時模式，也可以工作在記數模式；

五個中斷源的中斷控制系統；

一個全雙工UART（通用異步接收發送器）的串行I/O口，用于實現單片機之間或單片機與微機之間的串行通信；

片內振蕩器和時鐘產生電路，石英晶體和微調電容需要外接。最高振蕩頻率為12M。

圖1 AT89C51引腳

P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當P1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（記時器0外部輸入）

P3.5T1（記時器1外部輸入）

P3.6/WR（外部數據存儲器寫選通）

P3.7/RD（外部數據存儲器讀選通）

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。

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，它們不僅能準確測量相對溫濕度，還能測量溫濕度和露點。測量相對溫濕度的范圍是0～100%，分辨力達0.03%RH，最高精度為±2%RH。測量溫濕度的范圍是-40℃～+123.8℃，分辨力為0.01℃。測量露點的精度小于±1℃。在測量濕度、溫度時A/D轉換器的位數分別可達12位、14位。利用降低分辨力的方法可以提高測量速率，減小芯片的功耗。SHT11響應速度快，抗干擾能力強，不需要外部元件，適配各種單片機，可廣泛用于溫濕度/濕度調節系統中。

芯片內部包含相對濕度傳感器、溫度傳感器、放大器、14位A/D轉換器、校準存儲器（E2PROM）、易失存儲器（RAM）是、狀態寄存器、循環冗余校驗碼（CRC）寄存器、二線串行接口、控制單元、加熱器及低電壓檢測電路。其測量原理是首先利用兩只傳感器分別產生相對濕度、溫度的信號，然后經過放大，分別送至A/D轉換器進行模/數轉換、校準和糾錯，最后通過二線串行接口將相對濕度及溫濕度的數據送至μC。

3單片機溫濕度檢測系統的設計

整個系統通過鍵盤給定溫濕度的上下限值并通過8位數碼管顯示，其中前四位數碼管顯示溫度上下限值，后四位顯示濕度的上下限值，傳感器測量的信號由LCD顯示出來，LCD除了顯示實時的溫濕度值，還顯示給定的溫濕度的中間值。

溫度監控：對機房當前溫度進行測量，并通過升溫或降溫措施使溫度達到適合于電腦開機、關機的最佳溫度值。

濕度監控：對機房當前濕度進行測量，并通過噴霧或去濕達措施使濕度達到適合于開機、關機的最佳濕度。

控制處理：當溫度、濕度越限時報警，報警的同時也采取相應的解決措施進行溫度和濕度的控制。

該電路的最關鍵部分是關于溫度和濕度的采集以及檢測、顯示。主控電路芯片采用AT89C51單片機。AT89C51單片機執行指令的速度很快，對工作環境的要求比較低；數字溫濕度傳感器SHT11告別了以前的單獨測量溫度以及濕度的方式，更簡潔，更方便。傳感器是測量溫濕度信息的主要載體，通過傳感器把經過的溫濕度信息放大到電路，先轉換成為毫伏級的電壓信號，把弱電壓信號慢慢放大到單片機能夠自由處理的可調控范圍之內，然后再通過輸入A/D轉換器把電壓信號轉換成為數字信號，最后，通過相應的軟件把得到的數字信號成功地輸入到主機中去。在使用單片機對信號進行采集的時候，一般為了提高測量的準確度，必須要求在采樣的同時對信號進行數字濾波。同時，經過數字濾波的信號，就會逐漸轉換成為相應的標度，把得到的溫濕度指數顯示在LCD屏上。連接好外圍電路。通過SHT11準確的檢測出當前環境下的溫濕度，并且將所測數據交給單片機進行分析和處理。再將所得數據有單片機發送給液晶屏。成功完成顯示?？刂颇K采用蜂鳴器報警方式。預先設置好所需溫度和濕度的限值（一個上限一個下限），將蜂鳴器接入電路。通過溫度和濕度的上下限值控制蜂鳴器的報警。若逾越限值，實現蜂鳴器鳴響。但是需要注意的是溫度超標和濕度超標需設置兩種不同的鳴響方式，用來加以區別（溫度越限以及濕越限蜂鳴器的方式必須不一樣）。提醒工作人員此時溫度濕度數據出現異常、需及時調整，及時啟用升溫器、加濕器、降溫風扇以及噴霧器等來有效的調整機房內溫濕度。從而簡單實現了控制。總體來說，本次設計主要涉及了溫濕度的測量以及實現簡單控制。

參考文獻

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