關于單片機AT89S51的溫濕度控制儀的探討

李軍

摘 要：目前得到應用的單片機AT89S51溫濕度控制儀是在國內外多種同類產(chǎn)品的改進和創(chuàng)新的基礎上研發(fā)出來的。該種儀器主要由其相應的軟件、硬件兩部分組成，通過軟硬件的共同作用來實現(xiàn)對溫濕度進行精確的控制。溫濕度控制儀控制系統(tǒng)主要由LED顯示器、AT89S51、AT89S51芯片等共同組成。該文就溫濕度控制系統(tǒng)中的組成部件及其工作原理、設計方法等進行分析，旨在為溫濕度控制儀溫濕度檢測、溫濕度超限報警以及控制精確性的提高提高可靠借鑒。

關鍵詞：溫濕度控制 單片機 SHTll

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）04（c）-0079-01

隨著產(chǎn)品科技水平的不斷提高，工作環(huán)境中對溫濕度控制的需求越來越多。通常情況下，人們在普遍應用濕度計、溫度計來實現(xiàn)對溫濕度進行檢測，應用人工加濕、加熱等手段來實現(xiàn)對溫濕度進行控制[1]。這種溫濕度的檢測設備及控制手段具有較低的實效性和精確性。在對溫濕度檢測及控制具有較高要求的行業(yè)中，缺乏先進設備及技術的溫濕度檢測和控制系統(tǒng)極易造成各種事故，對產(chǎn)品質量造成嚴重影響。因此，對基于單片機AT89S51溫濕度控制儀進行深入探討具有重要意義和價值。

1 溫濕度控制系統(tǒng)的組成部件分析

單片機AT89S51的溫濕度控制儀主要有硬件、軟件兩大部分組成。在硬件上，AT89S51為其核心部分，同時結合LED顯示器、鍵盤、繼電器等多種元件共同組成一個完整的控制系統(tǒng)硬件。在整個控制系統(tǒng)中，單片機是其運行的核心部件。在控制系統(tǒng)的硬件電路主要有繼電器接口電路、上電復位電路、時鐘電路、LED顯示電路、鍵盤接口電路、595引腳電路多種部分組成。

2 硬件電路設計分析

2.1 時鐘電路及鍵盤接口電路

單片機的運行過程實質上就是一個不斷執(zhí)行相應的指令的過程。系統(tǒng)中的CPU在對每條指令進行執(zhí)行時，均需要進行相應的 操作數(shù)、操作碼等獲取，然后才能進行指令的執(zhí)行工作[2]。CPU執(zhí)行指令相關操作流程均受CPU時鐘脈沖的控制，此類脈沖則均是由CPU定時控制器提供。所以，在溫濕度控制儀中，存在于控制系統(tǒng)中的時鐘電路發(fā)生作用主要是利用存在于MCS-51單片機芯片內部的一個放大器，對時鐘振蕩電路的增高值進行相應額放大。放大器、輸出端分別為XTALl、XTAL2。將相應的定時元件分別接在在XTALl、XTAL2的引腳上，存在于內部中的振蕩電路隨即可以產(chǎn)生相應的自激振蕩，因此，這個系統(tǒng)主要應用的是以內部的方式產(chǎn)生相應的時鐘。

在鍵盤接口電路中，按鍵的連接方式主要分為矩陣式鍵盤、獨立式按鍵兩種。單片機AT89S51的溫濕度控制儀普遍應用的是獨立式非編碼4×4鍵盤。這種鍵盤其按鍵均是單獨應用一條數(shù)據(jù)輸入線的。當其中一個按鍵處于閉合狀態(tài)時，其相應的I/O線也會自動向低電平轉變。由此可見，可通過對鍵盤上電平顯示的高低來對按鍵是否被按的情況進行有效檢測，并可將相應的數(shù)值進行讀取，鍵盤的輸入就相當于系統(tǒng)中溫度及濕度的控制或報警閥值。

2.2 LED顯示接口電路及繼電器接口電路

在單片機AT89S51的溫濕度控制儀中，顯示子程序的數(shù)值顯示應用的是動態(tài)掃描法。在繼電器接口電路中，當實際溫濕度低于或者高于所設定的相應數(shù)值時，需要應用繼電器來對其進行有效的控制。

3 溫濕度控制儀器件選型

3.1 系統(tǒng)微控制器的選用

AT89S51是產(chǎn)于美國的CMOS八位單片機，該種單片機具有高性能、低功耗的特點。在單片機中含有Flash只讀程序存儲器，該種存儲器可進行系統(tǒng)編輯[3]。單片機中的相應器件均使用密度高、易失性低的存儲技術進行生產(chǎn)，8051標準指令系統(tǒng)和引腳均可在系統(tǒng)中具有良好的兼容性。AT89S51單片機具有強大動能。其功能主要表現(xiàn)在以下幾個方面：①晶片內設有時鐘振蕩器，其工作頻率可高達12MI-Iz；②其控制能力相當于八位單芯片；③具有128B的內部數(shù)據(jù)存儲器；④具有4KB的內部程式存儲器；⑤具有兩組16位的定時器，定時器均具有獨立性；⑥系統(tǒng)中雙向輸入輸出線的條數(shù)為32條，每條輸入輸出線均可獨立進行I/O控制；⑦單芯片可提供相應的位邏輯運算指令。除了上述這些功能外，AT系列單片機還具有廣泛的應用范圍。在各領域的應用中均會應用到上述功能。

3.2 數(shù)據(jù)檢測模塊相關部件的選用

基于單片機AT89S51的溫濕度控制儀在溫濕度數(shù)據(jù)檢測模塊器件為SHTl1型智能化溫濕度傳感器。該種溫濕度傳感器對濕度的測量具有較高準確性，且可同時對溫度和露點進行有效測量。相對濕度的測量在0%～100%的范圍內，精度高度4%～2%RH，分辨率高達0.03%RH。所測量相應溫度為—40～+123.8 ℃的范圍時，其分辨率為0.01 ℃，對露點進行測量時的精度<±1 ℃。對溫度、濕度進行測量時，A/D轉換器所顯示數(shù)值分別為14位、12位。通過應用降低分辨率的手段，可有效實現(xiàn)將芯片功耗減小。應用實踐證明，SHTll產(chǎn)品具有抗干擾能力強、響應速度快、無需外部元件、適配范圍廣等諸多特點。因此，其可廣泛應用于溫濕度控制系統(tǒng)及要求苛刻的精密制造環(huán)境中。在SHTll產(chǎn)品的芯片中，包含有溫濕度傳感器、放大器、轉換器、存儲器、寄存器等多種部件，具有較強的實用性，且運作效率高。

4 溫濕控制系統(tǒng)的軟件設計

系統(tǒng)軟件設計主要包含主程序、鍵盤設置、溫濕度處理部件、繼電器控制、數(shù)碼管顯示等幾大部分。系統(tǒng)設計的整體思路為系統(tǒng)中的主程序主要運行溫濕測量、溫濕度處理、鍵盤查詢、控制繼電器等操作。當定時器的顯示數(shù)值為0時，對運作現(xiàn)場進行有效保護，同時實施相應的數(shù)碼管動態(tài)掃描，并實現(xiàn)對現(xiàn)場進行恢復，將中斷進行有效返回，主程序繼續(xù)保持正常的運行狀態(tài)[4]。

5 結語

進行較長時間的試驗及測試工作后，基于單片機AT89S51的溫濕度控制儀對溫度、濕度的控制具有越來越高的精確性。目前，應用該種儀器，可將溫度誤差控制在±0.1 ℃的范圍內。同時，基于單片機AT89S51的溫濕度控制儀子在運作過程中無需應用到上位機的控制信號，其具有成本低廉、簡單實用、低耗能、高效率等諸多優(yōu)點，大大提高了溫濕度控制的效果。

參考文獻

[1] 王興宇，袁偉青.基于AT89S51單片機控制的新型溫室溫度采集監(jiān)測系統(tǒng)[J].農(nóng)機化研究，2012，9（26）：506-507.

[2] 易順明，趙海蘭，袁然.基于單片機的大棚溫濕度控制系統(tǒng)設計[J].現(xiàn)代電子技術，2012，4（33）：418-419.

[3] 關燕君.基于單片機的高精度信號采集系統(tǒng)的設計[J].吉林化工學院學報，2011，3（3）：538-539.

[4] 滿紅，鄒存名，冀勇鋼.基于單片機的倉庫溫濕度智能控制系統(tǒng)設計[J].現(xiàn)代電子技術，2013，1（12）：105-106.endprint