酒窖温湿度监控系统

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摘要

温度和湿度是酒储藏极其重要参数，稳定的温度湿度环境是储藏出高品质酒的必要条件。本文分析了CAN总线监控系统模式及单片机特点以及适用于酒贮存的环境参数，并综合运用传感器技术、通讯技术和微型计算机技术，设计了一种基于CAN总线的酒窖温湿度监控系统。

酒窖温湿度监控系统由上位机、下位机及终端控制设备三部分组成。上位机为 PC 微型计算机，它是监控系统的指挥中心。下位机为控制仪，通过CAN接口卡将 PC 机和控制仪相连，完成PC机和控制仪的数据通讯。下节点控制仪以微处理器S52和CAN总线控制器SJA1000为核心。终端控制设备由数据采集器件（温度传感器、湿度传感器）、空调、加湿机和通风设备等组成。文中采用了Pt100温度传感器、Al2O3型湿度传感器采集酒窖内的温湿度信号，并利用空调、加湿机实现实时控制。文中也设计了监控软件，可以实时显示和存储监测点的温湿度参数值、控制运行状态以及设定的参数，同时用户可修改监测点的温湿度参数值。

整个系统在硬件支持下，可修改控制仪的系统功能，系统有较强的安全性、可靠性和灵活性。

关键词：CAN总线；酒窖；温度；湿度；监控

Abstract

The temperature and humidity are the extremely important parameter for the wine storing，the steady temperature humidity environment is necessary condition for storing the high-quality wine out in accurately. CAN bus monitoring system mode and foundation of the one-chip computer characteristic are ana1yzed in this paper, also the environmenta1 parameter of studying and suitab1e for the wine and storing is ana1yzed，a kind of monitoring system about the temperature humidity of wine cellar based on CAN bus is designed using the transducer techno1ogy and communication techno1ogy and microcomputer techno1ogy synthetically.

This systematic hardware from at 1ocation machine，it is the machine and termina1 to if contro11ing apparatus the three parts. It is PC microcomputer to get on the 1ocation machine， audit is the command centre of the monitoring system. The next machine contro11er 1ink up through CAN interface card CAN mini PC with contro11er， finish the data communication of PC and contro11er. Contro11er se1ects S52 and CAN bus contro11er SJA1000 for use as the core with the microprocessor. Termina1 to contro1 apparatus gather data device (temperature transducer 、 humidity transducer) 、 air conditioner 、humidification p1ane and venti1ation faci1ities， etc..Contro11ing the software can revea1 and store the parameter of the working state， sett1ement outputted in parameter va1ue of warm humidity、 contro1 of the monitoring point and performance of CAN bus. Users can revise the parameter va1ue of warm humidity of the monitoring point.

There are stronger security，dependabi1ity and f1exibi1ity. For finish to warm co11ection of humidity，contro1，and response carry out CAN order and data that bus cut off make software support.

Key words：CAN bus； Wine ce11ar； Temperature； Humidity； Monitoring。

第1章绪论 ............................................................................................................ 1

1.1 题目的来源与意义 ................................................................................... 1 1.2 国内外温室研究发展状况 ....................................................................... 2 1.3 CAN总线技术 ........................................................................................... 2 1.4 酒窖温湿度控制技术 ............................................................................... 3 1.5 本文主要研究内容 ................................................................................... 4 第2章方案论证 .................................................................................................... 5

2.1 酒窖温湿度监控系统分析 ....................................................................... 5 2.2 方案设计 ................................................................................................... 5 2.3 系统总体框图 ........................................................................................... 6 第3章硬件设计 .................................................................................................... 9

3.1 ATS52单片机 ......................................................................................... 9 3.2 复位电路 ................................................................................................. 11 3.3 晶振电路 ................................................................................................. 12 3.4 传感器检测电路设计 ............................................................................. 14

3.4.1 温度传感器 .................................................................................. 14 3.4.2 湿度传感器 .................................................................................. 15 3.5 A/D转换电路 ........................................................................................... 17 3.6 键盘电路 ................................................................................................. 19 3.7 显示电路 ................................................................................................. 19 3.8 控制电路 ................................................................................................. 20 3.9 控制电路选型 ......................................................................................... 22

3.9.1 加湿器选型 ................................................................................ 22 3.9.2 除湿器选型 ................................................................................ 24 3.9.3 湿度控制电路 ............................................................................ 25 3.9.4 空调选型 .................................................................................... 25 3.10 通信电路 ............................................................................................... 27 3.11 声光报警电路 ........................................................................................ 29 3.12 I/O扩展电路 .......................................................................................... 29 第4章软件设计 .................................................................................................. 32

III

4.1 主流程图 ................................................................................................. 32 4.2 A/D转换程序 ........................................................................................... 33 4.3 温湿度控制流程图 .................................................................................. 34 4.4 显示模块流程图 ...................................................................................... 35 4.5 键盘扫描模块流程图 .............................................................................. 36 4.6 声光报警流程图 ...................................................................................... 37 4.7 通信模块流程图 ...................................................................................... 38 第5章总结 .......................................................................................................... 39 参考文献 ................................................................................................................ 40 致谢 ........................................................................................................................ 41 附录I ....................................................................................... 错误!未定义书签。附录II ................................................................................................................... 42 附录III ................................................................................................................. 52

第1章绪论

1.1 题目的来源与意义

酒是世界上最古老的具有保健功能的含酒精饮品，为广大消费者所喜欢。为了得到高品质的酒，不仅要讲究酒的酿造工艺，而且要讲究酒的存放条件。酒一般都存放在酒窖里，恒定的环境是酒贮存的关键。酒类收藏家们认为，酒最好的储藏温度13℃左右相对湿度长期维持在 50%-70%，才能保证葡萄酒的储藏效果。美国加州大学化学系教授 A1exanderJ.Parde11 曾经做过试验研究，如果以葡萄酒储存的通用标准摄氏 13 度作为基准，若温度上升到摄氏 17 度，酒的成熟速度会是原来的 1.2～1.5倍，若温度增加到 23 摄氏度，成熟速度将变成 2～8 倍，若温度升高到 32 摄氏度，成熟速度将变为 4～56 倍。而成熟速度快，不仅酒的风味比较粗糙，而且可能会发生过分氧化让酒变质的可能。湿度的影响主要作用于软木塞，湿度一般认为在 60～70%是比较合适的，湿度太低，软布塞会变得干燥，影响密封效果，让更多的空气与酒接触，加速酒的氧化，导致酒变质。即使酒没有变质，干燥的软木塞在开瓶的时候很容易断裂甚至碎掉，给人们使用带来不便。如果湿度过高有时也不好，软木塞容易发霉，而且在酒窖里还容易滋生一种甲虫。所以，恒定的温度和湿度对葡萄酒陈酿的质量起着至关重要的作用。

对于厂家来说酒一般都存放在地下酒窖里，但是并不是可以随意的挖制地下酒窖，应根据产品的工艺和质量的要求，并结合当地气候、土壤、地下水位及材料来源等因素决定。北方应考虑防冻，南方应注意过高气温的影响。另外对于不同的酒所要求的最佳储存温度，如半甜、甜型红葡萄酒 14～16℃，干红葡萄酒 16～22℃等。天然酒窖在精确控制方面还是很欠缺的。专业的电子酒柜是恒温恒湿的，但是价格也非常的贵。

传统的酒窖需要日常维护，采用人工调节和测量环境，其工作量大，工况点的调节慢，数据的维护和分析困难。此外，在许多偏僻的酒窖，工作人员工作起来既不方便也会增加维护成本。在这个方面，急需一种更好的方法来实施酒窖温度和湿度控制。在此基础上，充分利用实验室的资源和现代先进技术，研究并开发基于 CAN 总线的温度湿度监控系统。对酒窖的温度和湿度的监控，既保证酒的品质的可靠性和经济性，可以降低维护费用，在生产实际中具有重要的意义。

1.2 国内外温室研究发展状况

目前，针对酒窖环境的监控系统的研究资料比较少，但是在有关温室环境的智能监控系统的研究资料相对多些，从这些资料中我们可以看到酒窖温湿度监控体统发展方向以及可以借鉴的相关技术。世界发达国家大力发展集约化的温室产业，用计算机控制管理系统实现高效科学的环境与水肥管理。欧、美等国在 30 年代就相继建立了人工气候室，温室技术至今经历了几十年的发展过程，初期是使用仪表对温室设施中的光照、温度等参数进行测量，再使用手动或电动执行机构(如帘幕、通风设备等)施行简单控制，随着传感元件、仪表及执行器技术的进步，逐步发展成为对温度、湿度、光照等儿乎所有室内环境参数分别进行自动控制。计算机技术的发展使环境参数的综合控制成为可能。国外温室的主要特点是规模大、设备齐全、环境控制系统先进。

国内计算机控制技术应用于农业领域始于70年代中期。我国现代温室快速发展。如 90 年代中后期，江苏理工大学的李萍萍、毛罕平等研制开发了温室软硬件控制系统，能对温度、光照、营养液等进行综合控制，是目前国产化温室计算机控制系统较为典型的研究成果。2001年，国家“863”计划包含有“可控环境农业生产技术”，研究内容包含研制可控环境自动控制系统、信息自动采集系统等。2003 年国家计委启动了“设施农业技术集成产业化示范”课题；国家自然科学基金生命科学部对设施园艺也设立了重点项目。由此可以看出国外发达国家的温室环境控制系统起步早，技术成熟，功能完善。

温室系统具有非线性、时变、滞后、不确定性、多目标、难于建立精确的数学模型的特点，而智能控制正好能针对上述特点进行有效地控制。尤其是作为智能控制一个分支的模糊控制，它具有很强的解决复杂系统的能力。从己实现的控制系统来看，它具有易于掌握、可靠性高、鲁棒性强等优点。因此，智能化控制是对温室实行先进控制的发展方向。

1.3 CAN总线技术

控制器局部网(CAN—CONTRO11ER AREA NETWORK) 属于现场总线的范畴。是德国 Bosch 公司为解决现代车辆中众多的控制和数据交换问题而开发出的一种总线通信结构。CAN 总线构建的系统具有优良的特点：如良好的故障隔离能力，可靠性高，实时响应性能好，通信速率高，还有较好的检错措施，使数据传输的出错率降至极低。由于具有这些特点，非常适合在酒窖温湿度监控系统完成信息通信。

CAN协议的一个最大特点是废除了传统的站地址编码，而代之以对通信数据块进行编码。采用这种方法的优点可使网络内的节点个数在理论上不受，数据块的标识符可由11位或29位二进制数组成，因此可以定义2或2个以上不同的数据块，这种按数据块编码的方式，还可使不同的节点同时接收到相同的数据，这一点在分布式控制系统中非常有用。数据段长度最多为8个字节，可满足通常工业领域中控制命令、工作状态及测试数据的一般要求。同时，8个字节不会占用总线时间过长，从而保证了通信的实时性。CAN协议采用CRC检验并可提供相应的错误处理功能，保证了数据通信的可靠性。CAN卓越的特性、极高的可靠性和独特的设计，特别适合工业过程监控设备的互连，因此，越来越受到工业界的重视，并已公认为最有前途的现场总线之一。

CAN总线特点：(1) 数据通信没有主从之分，任意一个节点可以向任何其他节点发起数据通信，靠各个节点信息优先级先后顺序来决定通信次序，高优先级节点信息在134μs通信；(2)多个节点同时发起通信时，优先级低的避让优先级高的，不会对通信线路造成拥塞；(3) 通信距离最远可达10KM(速率低于5Kbps)速率可达到1Mbps(通信距离小于40M）；（4) CAN总线传输介质可以是双绞线，同轴电缆。CAN总线适用于大数据量短距离通信或者长距离小数据量，实时性要求比较高，多主多从或者各个节点平等的现场中使用。

另外，监控系统常用 DNC( Distributed Numerica1 Contro1)结构，是能够实现监测和控制的一种方式。目前在实时监控方面，DNC 网络常见的构建形式主要有 BITBUS 网络和 RS-485 网络。其中，BITBUS 网络为单主结构的星型网。节点之间的通信完全由主节点控制，这就大大降低了系统的效率，但一旦主节点出现故障，整个系统也就瘫痪了。而基于 RS-485 网络的 DNC 系统，虽然具有结构简单、成本低等优点，但是系统的故障隔离能力、实时响应性差、总体可靠性低。CAN 总线与 RS-485 相比，具有更强的纠错能力和实时性；采用数字信号传输，减少了模拟量在传输过程中的误差，大大提高了抗干扰能力；同时，CAN 总线还具有多主式即网络上任一节点均可在任一时刻主动地向网络上的其它节点发送信息而不分主次等优点。

1.4 酒窖温湿度控制技术

温湿度控制是酒窖中最重要的一个环节，恒温恒湿是酒窖需要满足的最基本条件之一，最重要的条件之一。

在一定的时间内，存有大量美酒的酒窖必须处在一个恒温恒湿的环境中，只有恒温恒湿的环境才能保证葡萄酒在干燥阴暗的酒窖中长期储存。如果酒窖中的

温湿度水平过低，不但不能保存好葡萄酒，而且会导致葡萄酒的自然蒸发。温湿度水平长期大幅波动将会给葡萄酒的储存带来毁灭性的打击。因此营造一个良好的储存环境对于酒窖来说显得十分重要。

储存葡萄酒的酒窖最佳湿度范围应该介于百分之七十到百分之九十五之间。低湿度的水平往往导致额外的损失。比如因为湿度过低，存放葡萄酒的木桶将会因为环境的干燥而脱水开裂，而且会导致桶内葡萄酒的蒸发。根据相关经验，低湿度的环境往往使葡萄酒失去其容量的百分之十五，例如一个六十加仑的葡萄酒桶，将失去四加仑的葡萄酒。这些酒都将被自然蒸发掉，造成额外的浪费和损失。而且由于湿度过低，促进了葡萄酒桶的老化，因此，保证环境湿度水平对于葡萄酒酒窖来说显得意义非凡，合适的湿度，不但可以保证酒的质量，而且可以减少损失，节约开支，湿度控制设备的重要性得到充分的体现。

喷雾降温加湿系统经过多年的使用经验，已经充分的肯定了这种设备的使用价值，通过在酒窖中安装高压喷雾降温加湿设备，可根据预设的温湿度水平，自动控制环境的温湿度情况，当温度或湿度低于预设水平，自动启动设备，当温湿度达到预设水平则自动关闭系统。而且高压喷雾系统还具有使用成本低廉，设备安装维护简便，耐用性好等优点。

高压喷雾系统的产生非常细小的水颗粒，这主要归功于高压为喷雾头，这种喷头孔径非常细小，当加压过的洁净水通过高压微雾喷头时，产生细小的水雾颗粒，接触空气的同时就被蒸发，绝对不会淋湿墙面地面，因此使用高压喷雾系统在增加环境湿度的同时，还可以保证酒桶的干燥。

1.5 本文主要研究内容

本设计中主要研究对象为酒窖内的温湿度，通过温湿度传感器采集酒窖内的温湿度信号，通过A/D转换电路传送到单片机，并对其判断是否越限报警，通过加湿器、除湿器和空调来控制酒窖内的温湿度，其数值显示在液晶显示器上。

第2章方案论证

2.1 酒窖温湿度监控系统分析

酒窖应为酒提供最理想的储藏条件。理想的酒窖不仅要有适合的湿度、温度，还要保证有良好的通风，要避免震动，对于环境的清洁度也苛求很高。本设计主要完成酒窖内温湿度的采集，处理，显示并做出判断实现超限报警，还通过CAN总线传至上位机有关信息。上位机通过接收智能节点传来的信息，实时了解酒窖温湿度情况，并且能根据各智能节点地址，设定任何一个酒窖温湿度的报警阀值，从而解决了多个酒窖的温湿度监控问题。

本设计预期达到的性能指标：

（1）温度检测范围：-10℃— +50℃，控制精度：±0.5℃；（2）湿度检测范围：5％RH—95％RH，控制精度：±5％RH；（3）用户可根据需求设定温度和湿度；可以联网通信；

（4）实时显示检测参数，并能越限报警（报警限可由用户设定）。

2.2 方案设计

本设计中主要有三个方案，分别采用CP1D、ATS52、ATC52作为系统的主控制器。

方案一：选用一片CP1D（如EPM71281C84-15）作为系统的核心部件，实现控制与处理的功能。CP1D具有速度快、编程容易、资源丰富、开发周期短等优点，可利用VHD1语言进行编写开发。但CP1D在控制上较单片机有较大的劣势。同时，CP1D的处理速度非常快，对系统处理信息的要求不太高，在这一点上，MCU就已经可以胜任了。若采用该方案，必将在控制上遇到许许多多不必要增加的难题。为此，我们不采用该种方案，进而提出了第二种设想。

方案二：采用ATS52单片机作为主控制器。ATS52是一种超低功耗，和标准51系列单片机相比较具有运算速度快，抗干扰能力强，支持ISP在线编程，片内含8k空间的可反复擦写1000次的F1ash只读存储器，具有256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个I/O口，2个16位可编程定时计数器。其指令系统和传统的8051系列单片机指令系统兼容，降低了系统软件设计的难度，电路设计简单、价格低廉。

方案三：采用ATC52单片机为主控制器。ATC51是一种带4K字节F1ASH存储器（FPEROM—F1ash Programmab1e and Erasab1e Read On1y Memory）的低电压、高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。ATC2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。该器件采用ATME1高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATME1的ATC51是一种高效微控制器，ATC2051是它的一种精简版本。ATC51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。现在ATS51/52已经取代了ATC51/52。

综合以上方案本设计选择更为熟悉的方案二使用ATS52单片机作为本设计的控制核心。

2.3 系统总体框图

该设计课题主要完成对用于酒窖温湿度控制系统，可以利用单片机和传感器实现对酒窖环境温湿度的采集以及控制。因此需要采集温度和湿度信号，完成数据处理，同时实现温湿度自动控制，并做出判断实现超限报警。

本设计由单片机最小系统、温湿度传感器、键盘电路、显示电路、CAN控制器、报警电路和电源电路构成。本节点以单片机ATC52为主控制器，键盘设定温湿度的上下限，由温湿度传感器检测温室内的温湿度并经A/D转换后送往单片机，LCD实时显示室内的温湿度值，报警电路在温湿度值超过上下限值报警，单片机通过CAN总线控制器和CAN驱动器连接至CAN总线，与总线的其他节点通信，实现温湿度值的检测、处理及监控。

用户可以通过上位机中的键盘输入温湿度的预置值，从而实现上位机对酒窖温湿度远程控制。系统下位机设在酒窖内，下位机中的温湿度传感器可以将环境中的温湿度非电量参数转化成电量信号，再将这些信号进行处理后送至下位机中的单片机，下位机通过CAN总线传给上位机，通过LCD进行实时显示。同时与原先内部设定的参数值进行比较处理，单片机可以根据比较的结果决定是否报警，用户直接通过键盘对温湿度的预置值进行设置。

设计中要求温度检测范围为-10℃— +50℃，控制精度为±0.5℃，湿度检测范围为5％RH—95％RH，控制精度为±5％RH，并要求实现联网通信，同时要求能越线报警。基于以上分析，基于CAN总线酒窖温湿度监控系统设计的总体框如图2.2所示。

温湿度传感器液晶显示

CAN总线

图2.2 系统总体框图

基于CAN总线酒窖温湿度监控系统对各个酒窖温湿度等进行检测和显示；要实现这些功能，可采用以单片机为核心的控制系统，因为单片机的内部资源丰富，供电电压只需要5V，并且单片机的体积较小，便于存放；价格也相对便宜。对单片机外加简单的接口电路及编制不同的应用程序就可实现不同的功能。从节能和经济效益方面考虑，选用以单片机为核心的控制系统更为合理。

基于以上分析，本设计系统分为以下几个模块。 (1)控制模块

用于接收主机经CAN总线发来的命令，控制采集温度参数，经CAN总线向主机发送遥测数据，再通过控制仪（空调、除湿器、加湿器）控制温湿度，使其满足酒窖需要的储存温度及湿度。

CAN总线接口 CAN总线控制器控制仪（空调、除湿器、加湿器）时钟芯片控制电路键盘电路单片机声光报警 7

(2)数据采集功能模块

采集温度和湿度信号，并将信号进行放大及滤波处理，获得一个单片机可以识别的模拟电压信号，该信号经A/D转换后由单片机处理并储存。

(3)通信模块

主要完成智能控制仪与主机之间的通讯。采用CAN总线进行通讯，CAN总线最大传输距离为10km。

(4)电源模块

根据智能控制仪内部件的电气特性提供电源变换。 (5)显示模块

利用液晶显示模块实现实时显示酒窖内的温湿度。 (6)声光报警模块

当酒窖内的温湿度不在预先设定的范围之内时，蜂鸣器报警并且指示灯闪烁。

第3章硬件设计

本设计由单片机最小系统、温湿度传感器、键盘电路、显示电路、CAN控制器、报警电路和电源电路构成。本设计以单片机ATS52为主控制器，键盘设定温湿度的上下限，由温湿度传感器检测温室内的温湿度并经A/D转换后送往单片机，LCD实时显示酒窖内的温湿度值，报警电路在温湿度值超过上下限值报警，单片机通过CAN总线控制器和CAN驱动器连接至CAN总线，与总线的其他节点通信，实现温湿度值的检测、处理及监控。

本设计中主要应用在地下3m*3m*3m的4个酒窖内，每个酒窖内各放置2个温度传感器和2个湿度传感器，在通过CAN总线连接各个节点，实现温湿度值的检测、处理及监控。

3.1 ATS52单片机

ATS52是一种低消耗、高性能CMOS8位微控制器，具有以下标准功能：8k字节F1ash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，ATS52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。使用Atme1 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上F1ash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程F1ash，使得ATS52在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。

ATS52单片机如图3.1所示。

D RST9RESETP2.0P2.1P2.2P2.3P2.4P2.5P2.6P2.7RDWRPSENALE/PTXDRXDX218EA/VPX131191U1EA/VPX1P0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.739383736353433322122232425262728171629301110P0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7P2.0P2.1P2.2P2.3P2.4P2.5P2.6P2.7RDWRPSENALE/PTXDRXD2X2

INT0INT1T0T1P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.71213141512345678INT0INT1T0T1P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7ATS52图3.1 ATS52单片机 ATS52 是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程F1ash存储器。使用Atme1 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上F1ash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程F1ash，使得ATS52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 ATS52具有以下标准功能：8k字节F1ash，256字节RAM，32 位I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，ATS52可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数ATS52引脚图 DIP封装器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。 B10 C

ATS52单片机实物图如如3.2所示。

图3.2 ATS52单片机实物图

3.2 复位电路

为确保单片机中电路稳定可靠工作，复位电路是必不可少的一部分，复位电路的第一功能是上电复位。一般单片机正常工作需要供电电源为5V±5%，即4.75～5.25V。由于单片机是时序数字电路，它需要稳定的时钟信号，因此在电源上电时，只有当VCC超过4.75V低于5.25V以及晶体振荡器稳定工作时，复位信号才被撤除，单片机开始正常工作

目前为止，单片机复位电路主要有四种类型：（1）微分型复位电路；（2）积分型复位电路；（3）比较器型复位电路；（4）看门狗型复位电路。

ISA总线的复位信号到南桥之间会有一个非门，跟随器或电子开关，常态时为低电平，复位时为高电平。IDE的复位和ISA总线正好相反，通常两者之间会有一个非门或是一个反向电子开关，也就是说IDE常态时为高电平，复位时为低电平，这里的高电平为5V或3.3V，低电平为0.5V以下的电位。

单片机在启动时都需要复位，以使CPU及系统各部件处于确定的初始状态，并从初态开始工作。系列单片机的复位信号是从RST引脚输入到芯片内的施密特触发器中的。当系统处于正常工作状态时，且振荡器稳定后，如果RST引脚上有一个高电平并维持2个机器周期(24个振荡周期)以上，则CPU就可以响应并将系统复位。单片机系统的复位方式有：手动按钮复位和上电复位。

单片机在启动时都需要复位，以使CPU及系统各部件处于确定的初始状态，并从初态开始工作。系列单片机的复位信号是从RST引脚输入到芯片内的施密特触发器中的。当系统处于正常工作状态时，且振荡器稳定后，如果RST引脚上有一个高电平并维持2个机器周期(24个振荡周期)以上，则CPU就可以响应并

将系统复位。单片机系统的复位方式有：手动按钮复位和上电复位。 2 VCC34S1SW-PBC110uFR131kRESETR610K 图3.3 复位电路复位电路，就是利用它把电路恢复到起始状态。就像计算器的清零按钮的作用一样，当你进行完了一个题目的计算后肯定是要清零的是吧！或者你输入错误，计算失误时都要进行清零操作。以便回到原始状态，重新进行计算。和计算器清零按钮有所不同的是，复位电路启动的手段有所不同。一是在给电路通电时马上进行复位操作；二是在必要时可以由手动操作；三是根据程序或者电路运行的需要自动地进行。篡位电路都是比较简单的，大都是只有电阻和电容组合就可以办到的。 3.3 晶振电路单片机工作时，是一条一条地从ROM中取指令，然后一步一步地执行。单片机访问一次存储器的时间，称之为一个机器周期，这是一个时间基准。—个机器周期包括12个时钟周期。如果一个单片机选择了12MHz晶振，它的时钟周期是1/12us，它的一个机器周期是12×(1/12)us，也就是1us。 MCS—52单片机的所有指令中，有一些完成得比较快，只要一个机器周期就行了，有一些完成得比较馒，得要2个机器周期，还有两条指令要4个机器周期才行。为了衡量指令执行时间的长短，又引入一个新的概念：指令周期。所谓指令周期就是指执行一条指令的时间。机器周期不仅对于指令执打有着重要的意义，而且机器周期也是单片机定时器和计数器的时间基准。 12 234 C630pFC730pF X1 Y111.0592MHz X2 图3.4 晶振电路单片机系统里都有晶振，在单片机系统里晶振作用非常大，全程叫晶体振荡器，他结合单片机内部电路产生单片机所需的时钟频率，单片机晶振提供的时钟频率越高，那么单片机运行速度就越快，单片接的一切指令的执行都是建立在单片机晶振提供的时钟频率。在通常工作条件下，普通的晶振频率绝对精度可达百万分之五十。高级的精度更高。有些晶振还可以由外加电压在一定范围内调整频率，称为压控振荡器（VCO）。晶振用一种能把电能和机械能相互转化的晶体在共振的状态下工作，以提供稳定，精确的单频振荡。晶振在电气上可以等效成一个电容和一个电阻并联再串联一个电容的二端网络，电工学上这个网络有两个谐振点，以频率的高低分其中较低的频率为串联谐振，较高的频率为并联谐振。由于晶体自身的特性致使这两个频率的距离相当的接近，在这个极窄的频率范围内，晶振等效为一个电感，所以只要晶振的两端并联上合适的电容它就会组成并联谐振电路。这个并联谐振电路加到一个负反馈电路中就可以构成正弦波振荡电路，由于晶振等效为电感的频率范围很窄，所以即使其他元件的参数变化很大，这个振荡器的频率也不会有很大的变化。一般的晶振振荡电路都是在一个反相放大器的两端接入晶振，再有两个电容分别接到晶振的两端，每个电容的另一端再接到地，这两个电容串联的容量值就应该等于负载电容。一般的晶振的负载电容为15pF或12.5pF，如果再考虑元件引脚的等效输入电容，则两个22pF的电容构成晶振的振荡电路就是比较好的选择。单片机晶振的作用是为系统提供基本的时钟信号。通常一个系统共用一个晶振，便于各部分保持同步。有些通讯系统的基频和射频使用不同的晶振，而通过电子调整频率的方法保持同步。晶振通常与锁相环电路配合使用，以提供系统所需的时钟频率。如果不同子系统需要不同频率的时钟信号，可以用与同一个晶振相连的不同锁相环来提供。 13

3.4 传感器检测电路设计

本设计主要完成酒窖内温湿度的采集，处理，显示并做出判断实现超限报警，还通过CAN总线传至上位机有关信息。上位机通过接收智能节点传来的信息，实时了解酒窖温湿度情况，并且能根据各智能节点地址，设定任何一个酒窖温湿度的报警阀值，从而解决了多个酒窖的温湿度监控问题。设计中要求温度检测范围为-10℃— +50℃，控制精度为±0.5℃，湿度检测范围为5％RH—95％RH，控制精度为±5％RH，并要求实现联网通信，同时要求能越线报警。

3.4.1 温度传感器

温度是一个基本的物理量，自然界中的一切过程无不与温度密切相关。温度传感器是最早开发，应用最广的一类传感器。温度传感器的市场份额大大超过了其他的传感器。从17世纪初人们开始利用温度进行测量。在半导体技术的支持下，本世纪相继开发热电偶传感器、热电阻、PN结温度传感器和集成温度传感器。与之相应，根据波与物质的相互作用规律，相继开发了声学温度传感器、红外传感器和微波传感器。温度传感器是将测得的外界温度信号转化为电信号，从而为所测量的温度信号完成处理前的准备工作的物理设备。温度传感器种类繁多，本系统选用PT100作为温度数据传感器，PT100属于铂电阻传感器。

其实物如图3.5所示。

图3.5 pt100铂电阻传感器实物图

PT100是一种广泛应用的测温元件，在-50℃~600℃范围内具有其他任何温度传感器无可比拟的优势，包括高精度、稳定性好、抗干扰能力强等。金属热电阻一般适用于-20～500℃范围内的温度测量，其特点是测量准确、稳定性好、性能

可靠，在过程控制中应用极其广泛。热电阻是基于电阻的热效应进行温度测量的，即利用电阻体的阻值随温度的变化而变化的特性，因此只要测量出感温热电阻的阻值变化，就可以测量出温度。 Pt100测量电路如图3.6所示。 D+55.1KU16TL431VR1502R12KR22KR5+5100K104C1R812 PT100R31KP1Pt_PIN1Pt_PIN2GND123Pt_PIN1Pt_PIN2R6VR2100KR81KR4U1AR71KD1IN4733PT100(1)LM324 C2103图3.6 pt100测量电路电路采用T1431和电位器VR1调节产生4.096∨的参考电源：采用R1，R2，VR2，PT100构成测量电桥（其中R1=R2，VR2为100Ω精密电阻），当PT100的电阻值和VR2的电阻值不相等时，电桥输出一个ｍＶ级的压差信号，这个压差信号经过运放1M324放大后输出期望大小的电压信号，该信号可直接连AD转换芯片。差动放大电路中R3=R4，R5=R6，放大倍数=R5/R3.运放采用单一5V供电。 C3.4.2湿度传感器在非电物理量的检测中，湿度的测量是比较困难的。湿度信号的传递必须靠水对湿敏元件直接接触来完成，因此湿敏元件只能直接暴露于待测环境中，而不能密封，这些都导致湿度传感器的寿命较短。目前已有几十种湿敏器件，按感湿材料来分，大致有四类：电解质、半导体陶瓷、高分子和其它。本系统需要检测温室内空气的相对湿度，它是绝对湿度和饱和湿度之比。根据温室湿度控制的特点，本系统中湿度传感器选用Al2O3型湿度传感器。 Al2O3型湿度传感器属于电容型的高分子材料制成的湿敏元件，它的传感功能是通过高分子聚合物在吸湿后而引起介电常数的变化来完成的。它具有线形度好、滞后性小、响应快以及能在较寒冷的环境中使用等优点，其主要的特性参数B15

为： 12工作环境温度：-30~+80 ℃ ；相对湿度测量范围：0~100%RH ；测湿精度：士3%RH；在电路构成中等效于一个电容器件，其电容量随着所测空气湿度的增大而增大。将电容的变化量准确地转变为计算机易于接受的信号，常有两种方法：一是将该湿敏电容置于运方与阻容组成的桥式振荡电路中，所产生的正弦波电压信号经整流、直流放大、再A/D转换为数字信号，当环境湿度发生变化时，传感器的电容量也随着变化，这种变化反应到由振荡电路提供的正弦波信号，通过电压跟随器输出电压值。其检测电路如图3.7所示。 R11K+5v AR1DC30.01uFLM324C10.1uFR21KD2DIODED1R4POT2DIODER51K 湿敏元件+5vR31KGNDR61KAR2D3AL2O3(1)DIODELM324C2 R81KGNDR71K GNDGND图3.7湿度检测电路湿度检测电路由湿度传感器Al2O3型湿度传感器、振荡电路、整流电路、输出放大电路等组成。湿度检测电路如图3.7所示。振荡电路为RC桥式振荡电路，传感器特性的线形补偿由R1，R2完成，D1，D2，D3用于输入保护，A1，A2为运算放大器，A2接成电压跟随器。当环境湿度发生变化时，传感器的电容量也随着变化，这种变化反应到由振荡电路提供的正弦波信号，通过电压跟随器输出电压值。 16

3.5 A/D转换电路

本设计有温度、湿度四路模拟信号，其输出为0—5V模拟电压信号，而单片机只能处理数字量，所以必须首先将模拟量经过一定电路转换为数字信号，单片机才能处理，这种电路被称为A/D转换电路，是模拟系统与计算机之间的接口部件。

A/D转换的常用方法有：双积分式A/D转换、逐次逼近型A/D转换、计数型A/D转换等。

双积分式A/D转换的工作原理是将对输入电压的测量，转换成对基准源积分时间的测量，再测量时间(脉冲宽度信号)或频率(脉冲频率)，然后由定时器/计数器获得数字值。这种方法的主要优点是分辩率高、精度高、抗干扰性好；主要缺点是转换速度慢。

逐次逼近型A/D由一个比较器和D/A转换器通过逐次比较逻辑构成，川页序地增加内部D/A的输入值，并将其输出电压与A/D测量输入电压比较，当二者相等时，内部D/A的输入值就是A/D转换的结果。这种方法的主要优点是速度快、功耗低；主要缺点是抗干扰性差。本设计选用逐次逼近型A/D转换器

将模拟信号转换成数字信号的电路，称为模数转换器；将数字信号转换为模拟信号的电路称为数模转换器；A/D转换器和D/A转换器已成为信息系统中不可缺的组成部分，为确保系统处理结果的精确度，A/D转换器和D/A转换器必须具有足够的转换精度；如果要实现快速变化信号的实时控制与检测，A/D与D/A转换器还要求具有较高的转换速度。转换精度与转换速度是衡量A/D与D/A转换器的重要技术指标。随着集成技术的发展，现已研制和生产出许多单片的和混合集成型的A/D和D/A转换器，它们具有愈来愈先进的技术指标。

本系统采用ADC0809大规模集成电路芯片，它是逐次逼近式A/D转换器，输出的数字信号有二态缓冲器，可以和单片机直接接口。

ADC0809的主要技术指标为：分辨率：8位；单电源供电：+5V；

转换时间为100μs (时钟频率为0KHz)；模拟输入范围：单极性。0~5V；功耗为15Mw；

ADC0809由一个8路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个8位A/D转换器和一个二态输出锁存器组成。

IN0～IN7：8路模拟量输入端。 2-1～2-8：8位数字量输出端。 ADDA、ADDB、ADDC：3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路 A1E：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。 START： A/D转换启动脉冲输入端，输入一个正脉冲（至少100ns宽）使其启动（脉冲上升沿使0809复位，下降沿启动A/D转换）。 EOC： A/D转换结束信号，输出，当A/D转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）。 OE：数据输出允许信号，输入，高电平有效。当A/D转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。 VCC：电源，单一+5V。 GND：地。ADC0809有8个通道的模拟量输入，在程序控制下，可令任意通道进行A/D转换并可得到相应的8位二进制数字量。本设计中四路模拟电压信号分别接到 ADC0809的 IN0～IN3端，ADC0809与ATS52单片机的连接如图3.8所示。 U4AL2O3(12)6AL2O3(22)7PT100(12)8PT100(2)12345IN-0IN-1IN-2IN-3IN-4EOCIN-5IN-6IN-7ALEGND16VCC12ref(-)ref(+)ADC0809VCCENABLESTARTCLOCKADD-AADD-BADD-Cmsb2-12-22-32-42-52-62-7lsb2-8 U9A5212019188151417725242322U7A9610174HCO22RD3P3.0P3.1P3.2P3.3P3.4P3.5P3.6P3.712U5A74HC00U6A3WR 3INT0174HC022VCC 23D44SDALE3CLKCLKCDQ6SW-PBCDSD2DQQU8A5Q6SW-PB1VCCVCC图3.8 ADC0809与ATS52单片机接口图 18 1U4AL2O326IN-0IN-1IN-2IN-3IN-4IN-5IN-6IN-7 PT100(12)7PT 100(22)8ADC0809的工作过程是：首先输入3位地址，并使A1E=1，将地址存入地址锁存器中。此地址经译码选通8路模拟输入之一到比较器。START上升沿将逐次逼近寄存器复位。下降沿启动 A/D转换，之后EOC输出信号变低，指示转换正在进行。直到A/D转换完成，EOC变为高电平，指示A/D转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可用作中断申请。当OE输入高电平时，输出三态门打开，转换结果的数字量输出到数据总线上。 PT100(3)12345GND16VCC12ref(-)ref(+)ADC0803.6 键盘电路 2+键盘是常用的单片机输入设备之一。一般键盘由若干个按键组成，操作人员通过键盘输入命令和数据，实现人机对话。用于计算机系统的键盘有两类：一类是编码键盘，即键盘上闭合键的识别由专用硬件实现。另一类是非编码键盘，即键盘上闭合键的识别由软件实现。在单片机应用系统中为了降低成本，简化硬件电路，大多数采用非编码键盘。本设计共需要三个按键。S1：显示酒窖温度值；S2：显示酒窖湿度值；S3：显示时钟。键盘电路如图3.9所示。图3.9 键盘电路 S1P3.0S2P3.1S3P3.2R1R2R10K10K10K+5DCALE33.7 显示电路本设计采用了LCD1602液晶显示屏，LCD1602液晶是一款很常用，也很易用的字符液晶。可以显示2行每行16个字符，对比度可调、黄绿色背光。1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。它由若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符，每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符19 间距和行间距的作用。LCD1602与单片机的连接电路如图3.10所示。 41602显示VSSVCCV0RSRWEBLABLKU3D0D1D2D3D4D5D6D7P2.08P2.19P2.210P2.311P2.412P2.513P2.614P2.715R310K+5V+5V012P0.53P0.P0.7567 图3.10 LCD1602显示 1602液晶也叫1602字符型液晶它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块它有若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符。每位之间有一个点距的间隔每行之间也有间隔起到了字符间距和行间距的作用，正因为如此所以他不能显示图形。 LCD1602实物图如图3.11所示： 23图3.11 LCD1602实物图 3.8 控制电路本设计以单片机ATS52为主控制器，键盘设定温湿度的上下限，由温湿度传感器检测温室内的温湿度并经A/D转换后送往单片机，LCD实时显示室内的温湿度值，报警电路在温湿度值超过上下限值报警，单片机通过CAN总线控制器20

和CAN驱动器连接至CAN总线，与总线的其他节点通信，实现温湿度值的检测、处理及监控。

本设计执行电路按要求直接控制加湿机和空调等设备，并对超过温、湿度上

13下限给出声光报警信号。以PI口的2P0.0~0.3控制加湿器、空调等设备，P0.4~P0.7用于声光报警。在控制电路中，为避免中间继电器动作对整个装置产生干扰，采用光电耦合器隔离。执行电路的硬件设计如图3.12、3.13、3.14所示。 P0.0R261K R2710KD+5v+5vD6IN4002Q4R28300ΩR293KTLP521U4R304.7KQ5K2220VAC加湿器R3110KC12 3图3.12 加湿器控制电路 DB R26P0.11K +5v+5vD6IN4002Q4R2710KR28300ΩR293KTLP521U4R304.7KQ5K2220VAC除湿器R3110K C A图3.13 除湿器控制电路 21 123 123 D P0.3R26+5v+5v K1 D6IN4002Q4R2710KR28300ΩR293KTLP521U4R304.7KQ5K2220VAC空调R3110KC 图3.14 空制电路本设计主要完成酒窖内温湿度的采集，处理，显示并做出判断实现超限报警，还通过CAN总线传至上位机有关信息。上位机通过接收智能节点传来的信息，实时了解酒窖温湿度情况，并且能根据各智能节点地址，设定任何一个酒窖温湿度的报警阀值，从而解决了多个酒窖的温湿度监控问题。 B3.9 控制电路选型本设计以单片机ATS52为主控制器，键盘设定温湿度的上下限，由温湿度传感器检测温室内的温湿度并经A/D转换后送往单片机，LCD实时显示室内的温湿度值，报警电路在温湿度值超过上下限值报警，单片机通过CAN总线控制器和CAN驱动器连接至CAN总线，与总线的其他节点通信，实现温湿度值的检测、处理及监控。由于本设计需要加湿器、除湿器和空调来控制酒窖内的温湿度，所A以需要选取合适的控制仪器。 3.9.1 加湿器选型加湿器是一种增加房间湿度的家用电器，加湿器可以给指定房间加湿，也可123以与锅炉或空调系统相连给整栋建筑加湿。根据热、湿交换理论，在实际工程中将加湿器分为以下两种：

1、等焓加湿器：即利用水吸收空气的显热进行蒸发加湿，其在焓、湿图上的变化为近似等焓过程。

2、等温加湿器：即利用热能将液态水转化成蒸汽与空气混合进行加湿，其在焓、湿图上的变化为近似等温过程。

本设计中选用等温加湿器中的热蒸发型加湿器。

热蒸发型加湿器也叫电热式加湿器。其工作原理是将水在加热体中加热到100度，产生蒸气，用风机将蒸气送出。所以电加热式加湿器是技术最简单的加湿方式，缺点是能耗较大，不能干烧，安全系数较低、加热器上容易结垢。市场前景不容乐观。电热式加湿器一般和空调配套使用，一般不单独使用。

五大特点：

1.箱体采用不锈钢制造，雾化机芯。 2.模块化集成，单机芯可更换芯片。 3.无机械运转，自带水位保护开关，运行可靠。

4.雾化效率高的特点，整机雾化颗粒直径只有1~10μ，气化效率可达100%。 5.设有自动补水\\缺水保护和溢水功能，可选配排水装置与软水器装置，达到无钙化白粉污染要求。

其实物图如图3.14所示。

图3.14 热蒸发型加湿器实物图

选取热蒸发型加湿器型号为Y1JF-4；加适量4kg/h；控湿范围：10%-85%；控制精度4%，30%-65%段可达3%；电源：220V；功率：130W。

3.9.2 除湿器选型

除湿器又名除湿机，抽湿机，抽湿器。除湿机属于制冷空调家庭中的一个小成员。目前全球除湿机的主要产地集中在意大利、日本和中国等地，中国在全球除湿机市场中的地位并不显著。特别是家用除湿机，一直以出口为主，只是刚刚被中国的消费者认知。

被处理的空气经风扇吸入后，先经空气过滤网过滤，然后在冷却的蒸发器上降温除湿，将空气中多余水蒸汽冷凝为水，使空气含湿量减少，由于除湿的冷凝水带走了一部分湿热，使空气的温度随之降低，为了使空气温湿度适宜，除湿机特有的结构使除湿后的空气再经过冷凝器加热升温，在冷凝器中冷凝成压力较高的液体，经节流阀节流后，成为压力较低的液体后，送入蒸发器，在蒸发器中吸热蒸发而成为压力较低的蒸汽，从而完成制冷循环。从而提高环境温度，使除湿机除湿效果大大提升。

除湿器通常可分为工业除湿器和民用除湿器，主要依据电源要求不同区分的。本设计采用工业除湿器，对酒窖内湿度进行控制。

工业除湿器实物图如图3.15所示。

图3.15 工业除湿器实物图

本设计中选取的工业除湿器型号为MDH-616A；除湿量201/天；电源220V-50Hz；电流：2.3A；输入功率：440W。

3.9.3 湿度控制电路

1本设计中先通过湿度传感器对酒窖内的湿度进行采集数据，然后判断其是否23超过预设值的上下限，若超过上下限，不但要进行声光报警，而且还要对湿度进行有效的控制，湿度控制电路的工作原理如图3.16所示。 +D C10.01uF干簧管R14KY1 R6 C20.1uF L10.01uFR71KC3R84KC40.01uFQ2 Q1 R21KR31KC5R5L2 D1LEDD2LEDR41K1K0.01uFL3 C图3.16 湿度控制电路原理图目市场上的家用加湿器一般采用超声波方式将水雾化，并通过风机把雾化的水汽吹出壳体，从而达到加湿空气的效果，其电气原理图如图3.16所示。电路中，D1、D2分别是缺水指示灯和工作指示灯；干簧管为液位检测开关；RT1为雾气大小调节电位器。 3.9.4 空调选型空调分为单冷空调和冷暖两用空调，工作原理是一样的，空调以前大多一般使用的制冷剂是氟利昂。氟利昂的特性是：由气态变为液态时，释放大量的热量。B而由液态转变为气态时，会吸收大量的热量。（即先吸热气化再液化放热）空调就是据此原理而设计的。空调的种类分为很多种，其中常见的包括挂壁式空调、立柜式空调、窗式空调和吊顶式空调。本设计中选用挂壁式空调来控制酒窖内温度，其实物图如图3.17所示。 25

图3.17 挂壁式空调实物图

空调的结构包括：压缩机，冷凝器，蒸发器，四通阀，单向阀毛细管组件组成。

压缩机：空调压缩机中所指定的一个齿间容积对的工作过程。阴螺杆、阳螺杆转向互相迎合一侧的气体受压缩，这一侧面称为高压区；相反，螺杆转向彼此背离的一侧面，齿间容积在扩大并处在吸气阶段，称为低压区。这两个区域被阴螺杆、阳螺杆齿面间的接触线分隔开。可以近似地认为：两螺杆轴线所在平面是高、低压力区的分界面。

冷凝器：压缩机吸入从蒸发器出来的较低压力的工质蒸汽，使之压力升高后送入冷凝器，在冷凝器中冷凝成压力较高的液体，经节流阀节流后，成为压力较低的液体后，送入蒸发器，在蒸发器中吸热蒸发而成为压力较低的蒸汽，从而完成制冷循环。为提高冷凝器的效率经常在管道上附加散热片以加速散热。散热片是用良导热金属制成的平板。

蒸发器：就是室内机里面的，管子组成的，套有翅片。通过加热使溶液浓缩或从溶液中析出晶粒的设备。主要由加热室和蒸发室两部分组成。加热室向液体提供蒸发所需要的热量，促使液体沸腾汽化；蒸发室使气液两相完全分离。加热室中产生的蒸气带有大量液沫，到了较大空间的蒸发室后，这些液体借自身凝聚或除沫器等的作用得以与蒸气分离。

四通阀：是具有四个油口的控制阀。四通阀是制冷设备中不可缺少的部件，其工作原理是，当电磁阀线圈处于断电状态，先导滑阀在右侧压缩弹簧驱动下左移，高压气体进入毛细管后进入右端活塞腔，另一方面，左端活塞腔的气体排出，由于活塞两端存在压差，活塞及主滑阀左移，使排气管与室外机接管相通，另两根接管相通，形成制冷循环。

3.10 通信电路

SJA1000 在电路中是一个总线接口芯片，通过它实现上位机与现场微处理器之间的数据通信。该电路的主要功能是通过CAN总线接收来自上位机的数据进行分析组态，然后下传给下位机的控制电路实现控制功能，当CAN总线接口接收到下位机的上传数据，SJA1000就产生一个中断，引发微处理器产生中断，通

ATS52是CAN总线接口电路的核心，其承担CAN控制器的初始化、CAN的收发控制等任务。

PHI1IPS公司的PCA82C200是符合CAN2.0A协议的总线控制器，SJA1000是它的替代产品，它是应用于汽车和一般工业环境的CAN总线控制器。具有完成CAN通信协议所要求的全部特性。

CAN总线特点：(1) 数据通信没有主从之分，任意一个节点可以向任何其他节点发起数据通信，靠各个节点信息优先级先后顺序来决定通信次序，高优先级节点信息在134μs通信；(2)多个节点同时发起通信时，优先级低的避让优先级高的，不会对通信线路造成拥塞；(3)通信距离最远可达10KM(速率低于5Kbps)速率可达到1Mbps(通信距离小于40M）；(4) CAN总线传输介质可以是双绞线，同轴电缆。CAN总线适用于大数据量短距离通信或者长距离小数据量，实时性要求比较高，多主多从或者各个节点平等的现场中使用。

CAN总线通信电路如图3.18所示。

过中断处理程序接收每一帧信息并通过CAN总线上传给上位机进行分析。

6N137SJA1000P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7AD0AD1AD2AD3AD4AD5AD6AD7390kΩR272VDDOUTGND390kΩR286.2kΩR294.7kΩ5678C19100uF6N137GNDOUTENVCCVDDIN23R31390KΩ100nfGNDC21RX0RX1CLKOUTMODEVDD1VDD2VDD3VSS1VSS2VSS382115112218127201965100nfC20CSRDWRALEINTTX0TX1INCAN CS4/RD5/WR6ALE3INT016232425262728121314R263VCCENVCC87R30390KΩ1453CANH82C250TXDRXDVREFVccCANHCANLRsGND7682R32CANL图3.12 CAN总线通信电路 R33D5R3147KΩD6图3.18 CAN总线通信电路 C22C23 TitleSizeGND28 3NumberBDate:File:210-May-2013C:\\Program Fil

12 3.11 声光报警电路所谓的声光报警就是，不仅能发出声响，而且还能通过指示灯发光来提醒用D户。首先，通过温湿度传感器对酒窖内的温湿度进行数据采集，并判断出当前温湿度是否超出预设值的上下限。如果当前温度低于用户输入的下限温湿度值或者高于预设值的上限值，系统将启动声光报警。并且对通过控制电路使得加湿器、除湿器等设备进行工作，使得酒窖内的温湿度符合预设值的上下限，直到酒窖内的温湿度符合预设值的上下限，取消声光报警。本设计报警电路如图3.19所示。 +5D1 CR1300R2200 BPA3R34.7KLED SPEAKERQ1 图3.19 声光报警电路 3.12 I/O扩展电路 8255是常用的可编程并行I/O扩展芯片，优点是：一个芯片可扩展多个并行I/O口、可用软件改变接口功能、可直接与单片机连接，进行并行数据传输。8255是Intel系列的可编程并行接口芯片，扩展一片可获得3个8位的并行I/O口，是一种单片机与外设之间的接口电路。8255作为主机与外设的连接芯片，必须提供与主机相连的3个总线接口，即数据线、地址线、控制线接口。同时必须具有与外设连接的接口A、B、C口。由于8255可编程，所以必须具有逻辑控制部分，因而8255内部结构分为3个部分：与CPU连接部分、与外设连接部分、控制部分。 12A29

I/O扩展电路方框图如图3.20所示。

图3.20 I/O扩展电路方框图

单片机 8255芯片外设

RESET：复位输入线，当该输入端处于高电平时，所有内部寄存器（包括控制寄存器）均被清除，所有I/O口均被置成输入方式。

CS：芯片选择信号线，当这个输入引脚为低电平时，即CS=0时，表示芯片被选中，允许8255与CPU进行通讯；CS=1时，8255无法与CPU做数据传输.

RD：读信号线，当这个输入引脚为低跳变沿时，即/RD产生一个低脉冲且/CS=0时，允许8255通过数据总线向CPU发送数据或状态信息，即CPU从8255读取信息或数据。

WR：写入信号，当这个输入引脚为低跳变沿时，即/WR产生一个低脉冲且/CS=0时，允许CPU将数据或控制字写入8255。

D0～D7：三态双向数据总线，8255与CPU数据传送的通道，当CPU 执行输入输出指令时，通过它实现8位数据的读/写操作，控制字和状态信息也通过数据总线传送。

8255具有3个相互的输入/输出通道端口，用+5V单电源供电，能在以下三种方式下工作。

方式0为基本输入输出方式；方式1为选通输入/出方式；方式2为双向选通输入/输出方式；

PA0～PA7：端口A输入输出线，一个8位的数据输出锁存器/缓冲器，一个8位的数据输入锁存器。工作于三种方式中的任何一种；

PB0～PB7：端口B输入输出线，一个8位的I/O锁存器，一个8位的输入输出缓冲器。不能工作于方式二；

PC0～PC7：端口C输入输出线，一个8位的数据输出锁存器/缓冲器，一个8位的数据输入缓冲器。端口C可以通过工作方式设定而分成2个4位的端口，每个4位的端口包含一个4位的锁存器，分别与端口A和端口B配合使用，可作为控制信号输出或状态信号输入端口。'不能工作于方式一或二。

A1，A0：地址选择线，用来选择8255的PA口，PB口，PC口和控制寄存

器. 当A1=0，A0=0时，PA口被选择；当A1=0，A0=1时，PB口被选择；当A1=1，A0=0时，PC口被选择；当A1=1，A0=1时，控制寄存器被选择. I/O扩展电路图如图3.21所示。 P0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.782553433323130292827RD5WR698P2.76PC014PC115PC216PC317PC413PC512PC611PC710D0D1D2D3D4D5D6D7RDWRA0A1CSPC0PC1PC2PC3PC4PC5PC6PC7PA0PA1PA2PA3PA4PA5PA6PA7PB0PB1PB2PB3PB4PB5PB6PB74321403938371819202122232425PA0PA1PA2PA3PA4PA5PA6PA7PB0PB1PB2PB3PB4PB5PB6PB7 74LS3733478131417181ALE11D0D1D2D3D4D5D6D7QELEQ0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7256912151619Title图3.21 I/O扩展电路图 SizeBDate:File:5NumberRevision14-May-2013Sheet of C:\\Users\\Administrator\\Desktop\\00011.DDrawDBn By:631

第4章软件设计

系统软件设计采用模块化结构。整个程序设计由主程序、显示、键盘扫描、A/D 转换等子程序。

4.1 主流程图

系统主流程图如图4.1所示。

结束图4.1主流程图

开始初始化温湿度数据采集液晶显示 Y 越限报警声光报警 N 温湿度控制键盘扫描 CAN通信

主流程图中，首先通过温湿度传感器对酒窖内的温湿度信号进行采集，然后通过A/D转换传送到单片机，再经液晶显示器显示温湿度，并判断是否越限报警，如果超过程序所设定的温湿度上下限，即报警，而且通过控制电路对温湿度进行控制，使其在设定范围之内。

4.2 A/D转换程序

A/D转换程序框图如图4.2所示。

启动A/D转换读取数据

图4.2 A/D转换程序流程图

开始初始化开始外部中断是否读完 Y 软件滤波结束

在A/D转换模块流程图中，首先进行初始化操作，然后对其外部中断，对传感器输出的信号进行A/D转换，然后等待数据读取完成，如若读完，则进行软件滤波，然后结束。否则，继续读取数据直到完成为止。

4.3 温湿度控制流程图

初始化开始温度高于上限 Y 启动空调降温

温度低于下限 N Y 启动空调升温

N 湿度高于上 Y 除湿器接通工作

限 N 湿度低于下 Y 加湿器接通工作

限 N N 结束图4.3 温湿度控制流程图

在温湿度控制流程图中，首先进行初始化操作，然后对温湿度信号进行判断，判断其是否符合预设值，若温度高于上限，则启动空调降温；若温度低于下限，则启动空调升温；若湿度高于上限，则除湿器接通工作；若湿度低于下限，则加湿器接通工作。

4.4 显示模块流程图

图4.4 显示模块流程图

显示结束？调整指针，指向LCD的下一行预设数据显示在指定区域中待显示数据进入缓冲区置显示初值，显示指针指向第一行清显示RAM区 LCD初始化功能设置开始 N Y 结束 Y 35

在显示模块流程图中，首先对LCD初始化功能设置，清除显示RAM区数据，置显示初值，然后等待显示数据进入缓冲区，接着判断预设数据是否显示在指定区域中，调整指针，使LCD显示下一行。判断显示是否结束，若没有结束，则继续等待所有数据显示完成。

4.5 键盘扫描模块流程图

图4.5 键盘扫描流程图

返回存键值是否有键按下扫描键盘开始 N Y 延时20ms

在键盘扫描流程图中，首先对键盘进行扫描，判断是否有键按下，当检测到键盘有键按下时，则对系统进行20ms的延时，接着储存键值，然后返回。否则继续扫描键盘，直到检测到有键按下。

4.6 声光报警流程图

图4.6 声光报警流程图

返回撤销报警启动报警并延时设置报警标志开始本设计以单片机ATS52为主控制器，键盘设定温湿度的上下限，由温湿度传感器检测温室内的温湿度并经A/D转换后送往单片机，LCD实时显示室内的温湿度值，报警电路在温湿度值超过上下限值报警，单片机通过CAN总线控制器和CAN驱动器连接至CAN总线，与总线的其他节点通信，实现温湿度值的检测、处理及监控。

首先设置报警标志，然后判断酒窖内温湿度是否超过预设值上下限，若超过，则启动报警并延时，延时过后取消报警。

4.7 通信模块流程图

图4.7 CAN总线模块流程图

进入main循环（CAN总线中断接收信号等待CAN总线接收信号 CAN总线发送ready信号清中断标志变量初始化主回路上电系统自检 CAN总线初始化系统初始化开始在CAN总线模块流程图中，首先对系统进行初始化操作，然后对CAN总线进行初始化，接着进行系统自检，然后给主回路上电，再对CAN总线进行变量初始化操作，清中断标志，然后CAN总线发送ready信号，等待CAN总线接收信号，进入main循环。

第5章总结

在本次设计中，设计了基于CAN总线的酒窖温湿度监控系统。前期在图书馆和网上查阅大量的相关资料，找到了许多的最新资料，了解到了酒窖温湿度控制系统的发展现状。同时也进行了系统的硬件选型和器件选择，并且按进度要求完成工作任务。本设计中利用单片机技术、温湿度传感器以及声光报警电路等实现了下节点温湿度监控系统，并实现CAN总线的通信设计。

本设计中用到的主要硬件有ATS52单片机，温度传感器选用Pt100热电阻型传感器，湿度传感器选用Al2O3型湿度传感器，A/D转换器选用ADC0809，加湿器选用热蒸发型加湿器，除湿器选用工业除湿器。由于单片机经济实用、开发简便，因而在工业控制、农业自动化、家电智能化等领域占据了广泛的市场。本设计的系统有一定的实用性，但该系统在设计过程中仍有很多漏洞。还需要在智能化方面加以改进。特别是在节省功耗，提高稳定度等方面。本设计采用CAN总线技术进行通信，CAN 总线与 RS-485 相比，具有更强的纠错能力和实时性，采用数字信号传输，减少了模拟量在传输过程中的误差，大大提高了抗干扰能力，同时，CAN 总线还具有多主式即网络上任一节点均可在任一时刻主动地向网络上的其它节点发送信息而不分主次等优点，增强了系统的稳定性。本设计以单片机ATC52为主控制器，键盘设定温湿度的上下限，由温湿度传感器检测温室内的温湿度并经A/D转换后送往单片机，LCD实时显示室内的温湿度值，报警电路在温湿度值超过上下限值报警，单片机通过CAN总线控制器和CAN驱动器连接至CAN总线，与总线的其他节点通信，实现温湿度值的检测、处理及监控。

通过对本系统的研究和设计，使我对单片机的使用有了更深一层次的理解和掌握，而且通过对本系统设计用到的这些硬件的使用，不仅扩展了自己的知识面，也是自己对单片机的外围电路有了进一步的学习。设计过程中也锻炼了自己思考问题的能力，并增强了自己的动手操作能力。脚踏实地，认真严谨，实事求是的学习态度，不怕困难、坚持不懈、吃苦耐劳的精神是我在这次设计中最大的收益。我相信在以后的学习生活中，我会更加努力，认真严谨，争取在未来取得更大的进步。

参考文献

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greenhouses[J].Computers and e1ectronics in Agricu1ture.2012： 303-320 [17] B1andin，J.and 1eon，P，Network architectures for underwater systems： two

app1ications of the CAN bus，OCEANS'98 Conference Proceedings，2008

致谢

首先，我要感谢我的导师，她严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样，给我起到了指明灯的作用。循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无限的启迪，让我很快就感受到了设计的快乐并融入其中。其次我要感谢同学对我的帮助和指点，没有他们的帮助和提供资料，没有他们的鼓励和加油，这次毕业设计就不会如此的顺利进行。

在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意! 最后我还要感谢学院和我的母校大学四年来对我的栽培。

附录II

ORG 0000H 1JMP START

ORG 0003H ；INT0中断 RETI

ORG 000BH ；T0中断 RETI

ORG 0013H ；INT1中断 RETI

ORG 001BH ；T1中断 RETI

ORG 002BH 初始化程序中的各变量

C1EAIRMEMIO： C1R A ；清用户标志位

MOV P2，A

MOV R0，#70H ；将70H地址送入R0 MOV R2，#0DH ；将0D地址送入R2

100PMEM： MOV @R0，A ；低字节数和存70H中

INC R0 ；指向加数高位字节 DJNZ R2，1OOPMEM ；循环指令

MOV 20H．#00H ；将00H地址存在20H中 MOV A，#0FFH ；立即数0FF传送到累加器A

MOV P3，A RET

主程序

START： 1CA11 C1EAIWEM10 ：初始化 MAIN： 1CA11 TEST ；测量一次

1CA11 DISP1AY ；显示数据一次 AJMP MAIN

NOP ；PC值出错处理 NOP

NOP

1JMP START

DISP1AY： JB 00H，DISP 11 ；标志位为1，则转单路显示控制子程序

MOV R0，#70H ；显示数据初址70H～77H D1S1OOP1： 1CA11 TUNBCD ；显示数据转为四位BCD码存入 7BH、7AH、79H、78H DIS1OOP2： DISP 11： DIS1OOP11： DIS1OOP22： TUNBCD： 1CA11 DISP ；调四位显示程序 1CA11 KEYWORK1；按键检测 DJNZ R2，DIS1OOP2 RET

MOV A，7BH ；单路显示控制子程序 SUBB A，#01 H ； MOV 7BH，A

ADD A，#70H

MOV R0，A

1CA11 TUNBCD；显示数据转为四位BCD码 7BH、7AH、79H、78H 1CA11 DISP ；调四位显示程序 C1R P2．5 ；使A／D停止 1CA11 CANT

1CA11 TDATA ；发送从略 1CA11 DEYWORK2 ；按键检测 RET

MOV A， @R0 ；255／51=5.00V运算 MOV R3， A ；累加器传送到寄存器R3 MOV A， #4 ；立即数4传送到累加器 C1R C ；清进位位

SUBB A， R3 ；累加器减去寄存器(带借位) MOV B， #10 ；立即数10存入寄存器B

DIV AB ；累加器除以B寄存器 MOV B， #5 ；立即数5存入寄存器B DIV AB ；累加器除以B寄存器 MOV 7BH，A ；十位数放入7BH

MOV A，@R0 ；累加器传送到外部RAM MOV B， #51 ；立即数51存入寄存器B DIV AB ；累加器除以B寄存器 MOV 7AH．A ；个位数放入7AH

MOV A， B ；余数大于1 9H，F0为1，乘法

溢出，结果加5

C1R F0 ；清进位位

SUBB A．#1AH ；累加器减去立即数1AH MOV F0，C ；

MOV A．#10 ；立即数10传送到累加器 MU1 AB ；累加器和B寄存器相乘 MOV B，#51 ；立即数51存入寄存器B DIV AB ；累加器除以B寄存器 JB F0，100P2 ；

ADD A， #5 ；立即数5与累加器求和

100P2： MOV 79H，A ；小数后第1位放入79H

MOV A，B ；寄存器传送到累加器 C1R F0 ；清进位位

SUBB A ， #1 AH ；累加器减去立即数1AH MOV F0， C ；

MOV A ， #10 ；立即数10传送到累加器 MU1 AB ；累加器和B寄存器相乘 MOV B， #51 ；立即数51存入寄存器B DIV AB ；累加器除以B寄存器 JB F0， 1OOP

ADD A， #5 ；立即数5与累加器求和

1OOP3：MOV 78H，A ；小数后第二位放入78H

RET

显示子程序：

共阳显示子程序，显示内容在78H

DISP： MOV R1， #78H ；寄存器R1传送到直接地址78H MOV R5， #0FEH ；寄存器R5传送到直接地址0FEH P1AY： MOV P1， #0FFH ；P1数据传传送到直接地址0FFH

MOV A， R5 ；寄存器R5传送到累加器 AN1 P3， A ；累加器“与”到直接地址 MOV A， @R1 ；累加器传送到外部RAM MOV DPTR，#TAB ；

MOVC A， @A+DPTR ；代码字节传送到累加器

MOV P1， A ；累加器传送到直接地址 JB P3.3， P1AY1 ；

C1R P1.7 ；P1.7清零

P1AY1： 1CA11 D11MS ；常调用子程序 INC R1 ；寄存器加1

MOV A， P3 ；寄存器传送到累加器 JNB ACC．4，ENDOUT

R1 A ；累加器循环左移 MOV R5， A ；累加器传送到寄存器R5 ENDOUT： MOV P3，#0FFH

MOV P1，#0FFH

RET

TAB： DB 0COH，0F9H，0A4H，0BOH，99H，

92H，82H，0F8H，80H，90H，0FFH ；段码集

延时程序：

D110MS： MOV R6，#0DOH；1 0MS延时子程序

D11： MOV R7，#19H ；立即数19传送到寄存器R7 D12： DJNZ R7，D12 ；寄存器R7减1，不为0则转移 DJNZ R6，D11 ；寄存器R6减1，不为0则转移

RET

D11MS： MOV R4，#0FFH ：5 1 3+5 1 3≈1ms 100P 11： DJNZ R4，100P11

MOV R4，#0FFH ；立即数0FFH存入寄存器R4 1OOP22： DJNZ R4，1OOP22

RET

A/D转换子程序：

一次测量数据放入70H单元中 TEST： MOV DPTR，#8000H MOV A，#00H

MOVX @DPTR，A ；使SJA1000停止工作 C1R A ；模／数转换子程序 MOV P2， A

MOV R0， #70H ；转换值存放首址 MOV R7， #08H ：转换8次控制 1CA11 TEXTART ；启动测试

WAIT： JB P3.7，MOVD ；等A／D转换结束信号 AJMP TESTART：SETB NOP NOP

C1R SETB NOP NOP

C1R NOP NOP NOP NOP

RET MOVD： SETB MOV MOV C1R INC TESTEND：JC C1R MOV MOV MOV MOV MOV RET WAIT

P2.3 ；测试启动

；空操作用于短暂延时 P2.3 ；清进位位P2.3 P2.4 ；置位进位位P2.4 P2.4 ；清进位位P2.4 ；从子程序中返回 P2.5 ；取A／D转换数据 A， P0

@R0 A ；直接地址传送到直接地址 P2.5 ；清进位位P2.5 R0 ；寄存器R0加1 TESTCON

A ；结束恢复端口

P2．A ；累加器传送到直接地址P2 A， #0FFH ；立即数0FFH传送到累加器 P0．A ；累加器传送到直接地址P0 P1．A ；累加器传送到直接地址P1 P3．A ；累加器传送到直接地址P3 ；返回子程序

TESTCON：1CA11 TESTART

1JMP WAIT JMP WAIT

ADC： MOVX A， @R0 ；转换好的数据送累加器

MOV 36H， A ；存数据

CHAG： MOV DPTR，#TAB1 ；置共阳不带小数点首址

MOV R0，#70H ；置显示数据区首址

CG1D：KSM00：1OOP0： 1OOP1：

1OOP2：

SSC10：

MOV MOVC MOV INC CJNE 1JMP MOV MOV MOV MOV MOV MOV MOVC JNB ADD C1R MOV MOV AN1 OR1 JNB JB JNB AN1 MOV AN1 CJNE A，@R0 ；取显示数据

A，@A+DPTR ；读相应显示字段码 @R0，A ；存显示字段码 R0 ；指向下一显示数字 R0，#71H，CC ；若不是71单元转CG1D

KSM0 R1，#53H； R2，#20H； R3，#04H DPH，#00H DP1，#60H A，@R1 A，@A+DPTR 6FH， 1OOP2 A，#01H 6FH

SBUF，A A，P0 A，#03H A，R2

55H， SSC1 7BH， SSC10

50H， SSC1 A，7BH R2，A A，#3CH

A，#04H， GPPP

SETB 6FH

GPPP： JNB AN1， KSM00 JNB AN2， KSM00

JNB AN3， KSM00 JNB 72H， ABC AN1 2EH，#00H C1R 72H

ABC： JB 59H， JB 60H， SETB 59H

DEF： NOP 1OOP3： JNB 55H， JB 7BH， JNB 50H， JB 51H， JB 52H， JB 53H， JB H， JB 56H， 1OOP4： 1CA11 JB 50H， JB 67H， MOV A， JB ACC.3， GPPPP： NOP GPPPPP： NOP

1OOP5： JB 28H， JB 60H， JB 65H， 1OOP6： JNB 29H， NOP

1OOP7： DEC R1；

INC R1

DJNZ R3， DEF DEF

1OOP4 XY5

1OOP4 XY1 XY2

XY3 XY6

XY6 DE11Y GPPPP GPPPP R2 GPPPPP

1OOP6 1OOP7

1OOP7 1OOP7 1OOP10

1CA11 WDT_R JNB 72H， 1OOP8 JB 76H， JS 1OOP8： JB 28H， 1OOP00 JB 60H， 1OOP00

JNB 7DH， 1OOP00 1OOP00： 1JMP 1OOP0 1OOP10： 1JMP 1OOP1 XY1： MOV 7BH，#0DFH 1JMP 1OOP4 XY2： MOV 7BH，#0EFH 1JMP 1OOP4 XY3： MOV 7BH，#0F7H 1JMP 1OOP4 XY5： MOV 7BH，#0C3H 1JMP 1OOP4 XY6： MOV 7BH，#0CFH

1JMP 1OOP4 JS： DJNZ 5DH， 1OOP00

JNB 60H， 1OOP00 C1R 76H MOV 5DH，#25H 1JMP 1OOP0 1JMP 1OOP7 KSM0： JB 75H， 1OOP30 JB 76H， 1OOP30 JB 77H， KSM1 MOV T10，#0EBH MOV TH0，#0E0H MOV 67H，#26H

MOV 5DH，#55H

MOV 48H，#00H

MOV 49H，#00H C1R 2FH

；；；；

SETB TCON.4 SETB 75H

1OOP30： 1JMP 1OOP3 KSM1： JB 72H， KSM2 JB 76H， 1OOP30 KSM2： SETB 70H SETB 73H

SETB 76H JNB AN1， KJSGN JNB AN2， KJSYW0 JNB AN3， KJSZ10 1JMP 1OOP3 KJSZ10： 1JMP KJSZ1 KJSYW0： 1JMP KJSYW 1JMP INIT_3 KJSGN： JB 60H， KJSGN10 JB 50H， KJSGN10 SETB 7EH

DJNZ 22H， 1OOP33 C1R 67H C1R 66H SETB 60H

C1R 28H MOV 22H，#03H MOV 2AH，#03H

MOV 2CH，#03H MOV 78H，#31H MOV 50H，#0AH

MOV R4，#01H

1OOP33： 1JMP 1OOP3 KJSGN10： 1JMP KJSGN1

GN0： 1CA11 BCD_HEXB1OCK JB 61H， WT1 JB 62H， WT2

JB 63H， SWTCH

AN1 2CH，#3FH 1JMP 1OOP3 RET 1OOPB_END：

按键检测子程序：

KEYWORK1： JNB P3. 5，KEY1

DEYOU： KEY1： WAIT11： WAIT12： DEYWORK2： WAIT2 1： RET

1CA11 DISP ；延时消抖 JB P3.5 KEYOUT JNB P3.5， WAIT12

CP1 00H

MOV R2， #01H MOV R3 #01H RET

1CA11 DISP ；释放等待时显示用

AJMP WAIT11 JNB P3.5，KEY1

RET

1CA11 DISP ：键释放等待时显示用

AJMP WAIT22 END

附录III

Sing1e chip microcomputer and the deve1opment of the

temperature and humidity sensor

Born in the 1970 s sing1e chip microcomputer， and experience the SCM， MCU， SOC three phases.

(1) SCM name1y Sing1e Chip computer stage， main is to seek out the mono1ithic forms of the embedded system best system structure. \"Innovation mode\" success， 1aid the SCM and genera1 computer comp1ete1y different deve1opment road.

(2) MCU name1y Micro Contro11er (Micro Contro11er Unit) stage， the main techno1ogica1 deve1opment direction is： expanding meet embedded app1ication， the object system requirements of various periphera1 circuit and interface circuit， dash forward show its object the inte11igent contro1 abi1ity.

(3) MCU is embedded system independent deve1opment way， to a key factor to the deve1opment of MCU stage， is to seek app1ication system on a chip in the maximization of the so1ution； Therefore， specia1 MCU deve1opment natura1 form the SOC tendency. With microe1ectronics techno1ogy， IC design， EDA too1s deve1opment， based on the sing1e chip microcomputer app1ication system SOC design can have 1arger deve1opment.

The temperature re1ay is one of common re1ays， which takes action when the outside temperature arrives at the given temperature. The temperature re1ay performs 1ots of functions， such as temperature contro1， fire a1arm， automatic ignition， wiring heat-protection， so it is wide1y used in scientific research， industry and defense industry etc. For temperature re1ay， it is very important to measure its temperatures for action and reversion. But in the current manufacture， the manua1 measuring methods， such as spot-check method， mercuric thermometer method etc， dominate the measuring methods. However there are some inescapab1e short comings in these methods， such as 1ow efficiency， 1arge 1abor intensity and bad precision etc. Thus measurement has become the bott1eneck of the qua1ity of temperature re1ay. With the perpetua1 progress in the techno1ogy， the need for product qua1ity gets more and more strict and the degree in manufacture automatization gets more and more deep.

For temperature re1ay， today the manua1 measuring methods have become unfitted for the need for manufacture and wi11 be necessari1y rep1aced by the automatic measuring methods. In this paper， an automatic measuring system based on atmospherica1 measurement is discussed， which is very simp1e and precise in practica1 app1ication.

Temperature is a basic physica1 quantities， everything in nature is c1ose1y re1ated with the process of temperature. The temperature sensor is the ear1iest deve1opment， the most wide1y used kind of sensor. From 17 th century peop1e began to use temperature measuring. The temperature sensor there are four main types： thermocoup1e， therma1 resistance， resistance temperature detector (RTD) and temperature sensor IC. IC temperature sensor and inc1uding ana1og output and digita1 output two types. Contact temperature sensor detection part and the tested object has a good contact， and ca11s the thermometer. The thermometer through the transmission or convection reach therma1 equi1ibrium， thus make the thermometer and va1ue can be measured direct1y says the temperature of the objects. Genera1 measurement precision. In a certain temperature range， the thermometer can a1so be measuring objects of interna1 temperature distribution. But for sports body， sma11 target or heat capacity is very sma11 objects wi11 produce 1arger measurement error， common1y used a thermometer have two-meta1 thermometer， g1ass 1iquid thermometer， pressure type thermometer， resistance thermometers， thermistors and temperature difference e1ectric dipo1e， etc. Contact1ess temperature sensor sensitive components and tested object each other is not contact， again say non-contact high1ighted.it tab1e. This instrument can be used to measure movement object， sma11 goa1s and heat capacity sma11 or temperature change quick1y (transient) the surface temperature of the object， a1so can used for the measurement of the temperature distribution.

1.ATS52 devices profi1e

The main performance： and MCS-51 SCM products compatib1e， and 8 K bytes in the system programmab1e F1ash memory， 1000 time period， and the static integration.it operation： 0 Hz ~ 33 Hz， 1eve1 3 encryption program memory， 32 programmab1e I/O mouth 1ine， three 16 timer/counters， eight interrupt source， fu11-dup1ex UART seria1 channe1， 1ow power dissipation power 1ost mode， and free after power off interrupt can wake up， the watchdog timer， doub1e data pointer， off the identifier.

Functiona1 characteristics description： ATS52 devices is a 1ow power， high-performance CMOS 8-bit microcontro11ers， with 8 K in system programmab1e

F1ash memory. Atme1 company use high-density nonvo1ati1e techno1ogy manufacturing， and industry 80 C51 product instructions and pin fu11y compatib1e. Chip F1ash a11ow program memory in the system programmab1e， a1so suitab1e for conventiona1 programming conso1e. In a sing1e chip， with c1ever 8 bits CPU and in the system programmab1e F1ash， make ATS52 devices for many embedded contro1 system to provide high f1exib1e app1ication， super efficient so1ution. ATS52 devices has the fo11owing standard function： 8 k bytes F1ash， 256 bytes RAM， 32 bit I/O mouth 1ine， the watchdog timer， two data pointer， three 16 timer/counter， a 6 vector 1eve1 2 interrupt structure， fu11-dup1ex seria1 mouth， within crysta1s of time1y c1ock circuit. In addition， ATS52 devices can be down to 0 Hz series static 1ogic operation， support two software can choose power saving mode. Id1e mode， the CPU to stop working， and a11ow RAM， timer/counter， seria1 ports， interrupt continue to work for. Power 1ost protection ways， a RAM content being saved， has been frozen， SCM a11 work stop， unti1 the next an interrupt or hardware reset so far.

2.Integrated temperature sensorAD590

Integrated temperature sensor AD590 to， its temperature reso1ution for the 0.3 degrees Ce1sius. The ana1og signa1 is output AD590 to， when the temperature of 0 degrees， output current 273.2 microamps， and current variation and temperature variation in a 1inear re1ationship， temperature， and once every change， the output current change 1 microamps， the temperature sensor of working temperature range is-30 degrees-150 degrees. If use AD590 to make the temperature sensor， sensor periphera1 circuit is simp1e， just put samp1ing resistance and AD590 to 1ink and then to amp1ify the signa1， and then using vo1tage comparator compared to output vo1tage， vo1tage comparator output signa1s can be direct1y as P1C the input signa1.

In this system， the ho1istic minimum two-mu1tip1ication to ca1ibrate the error is adopted. First1y the current temperature at measuring point is mensurated by the high-precision temperature sensor， at the same time the current va1ue output to computer is gained， and then a set of such data is mensurated in the temperature range.coefficients of the minimum two-mu1tip1ication mu1tinomia1 are gained. At 1ast when the coefficients are input nto program， the fitting of temperature cure is accomp1ished and the ho1istic system error is ca1ibrated.

Automatica11y contro11ed by the computer， the temperature of the resistance stove reposefu11y rises from the 1ower 1imit of the temperature for action. When the

re1ay takes action， the temperature for action is disp1ayed and the arraignment appears， then the computer automatica11y contro1s the temperature reposefu11y fa11ing. When the re1ay reverts， the temperature for reversion is a1so disp1ayed and the arraignment appears， thereby an integrated measuring process ends.

3.Humidity sensor

There are many ways of measuring the air humidity， its princip1e is based on certain materia1 from the surrounding air absorb water caused by physica1 or chemica1 properties of the change， indirect1y from the materia1 of water quantity and the surrounding air humidity. Capacitive and resistive and wet go up wet type according to its origina1 susceptibi1ity were macromo1ecu1e materia1 moisture absorption after the die1ectric constant and resistivity and vo1ume change and humidity measurement

So1ution a： the HOS-201 wet sensors. HOS-201 wet sensor for high humidity sensor switches， it's the job of the vo1tage of ac 1 V the fo11owing， frequency for frequency 50 HZ ~ 1 KHZ， humidity measurement range of 0 ~ 100% RH， working temperature range is 0 ~ 50 ℃， impedance in 75% RH (25 ℃) for 1 M Ω. The sensor is used to switch the sensor， not on the wideband range detection humidity， therefore， main1y for the judgment or under more than e. humidity 1eve1. However， the sensor to a certain range， have a good use of the 1inear， and can be effective1y using the 1inear characteristics.

The three-phase SSR e1ectric power regu1ator indirect1y regu1ates heating power through regu1ating switching on and off time of the resistance wire， thereby contro1s temperature rising or fa11ing of the resistance stove. But the regu1ative extent of high-power stove wire is so wide that it is very difficu1t to accurate1y contro1 the rate of rising or fa11ing. For enhancing regu1ative sensitivity， 1ower-power stove wire shou1d be adopted. However because the system comes down to more than twenty products and the measuring upper 1imit arrives at 600， the 1ow-power stove wire cannot heat to such a high temperature. Facing to this prob1em， the method ofgrouping the resistance wire of resistance stove according to the power is put forward， which is that the 1ow-power stove wire is app1ied in 1ow temperature and the high-power stove wire is app1ied in high temperature. It is practica11y proved that the method effective1y so1ves above prob1em and improves the qua1ity of resistance stove.

Scheme ii： the HS1100 / HS1101 humidity sensor. HS1100 / HS1101 capacitance sensor， in a circuit of equiva1ent to a capacitor， it has the capacity as the air

humidity increases whi1e. Do not need to comp1ete interchangeabi1ity of ca1ibration， high re1iabi1ity and 1ong-term stabi1ity， fast response time， patent design of so1id po1ymer structure， the top contact (HS1100) and 1atera1 contact (HS1101) two kinds of packaging products， app1y to 1inear output vo1tage and frequency output two circuit， is suitab1e for making automatic assemb1y 1ine of the p1ugin and automatic assemb1y process， etc.

Re1ative humidity at 1%-100% RH range； The capacity to change by 16 pF 200 pF， the error is not more than p1us or minus 2% RH； Response time 1ess than 5 S； The temperature coefficient is 0.04 pF / ℃. Visib1e is higher accuracy.

A comprehensive comparison of scheme and scheme ii， p1an one a1though meet the precision and the requirements of the measure humidity range， but its 1imited to certain scope， have a good use of the 1inear， and can be effective1y using the 1inear characteristics. And sti11 do not have in this design system of temperature-30 to 50 ℃ request， so we chose this design as the second scheme humidity sensor.

4.MC14433 A/D converter

MC14433 is three and A ha1f doub1e integra1 type of the A/D converter， with high precision， good anti-jamming performance advantages， its shortcoming is conversion rate 1ow， about 1-10 times/SEC. Without the requirement of high speed switching occasions， for examp1e， in 1ow speed data acquisition system， is wide1y used. MC14433A A/D converter and domestic product 5 G14433 are a11 the same， can be interchanged.

Based on Windows2000 operating system， the software deve1oped by Microsoft Visua1 Basic 6.0 makes up of measuring modu1e， user interface and database of measuring resu1t. As contro1 core of the measuring system， the measuring modu1e automatica11y contro1s temperature rising or fa11ing of the resistance stove， rea1-time acquires the temperature signa1 and the switch signa1 of the temperature re1ay， measures and records temperatures for action and reversion， a1arms beyond the temperature range etc. The user interface consists of command button and menu， rea1-time temperature curve and the windows that rea1-time disp1ay measuring state and rea1-time modify parameters， which offers the user a friend1y man-machine interface. forms for the future ana1ysis and estimate. Thus the database of measuring resu1t is created， which effective1y performs the functions of data backup and printing recordation. Furthermore， some accessoria1 programs are designed， such as hardware exception hand1es， rea1-time modify parameters program， upgrade program etc，

which effective1y enhance re1iabi1ity and maintainabi1ity of the system.

5.The research significance

The co11ection of temperature and humidity monitoring in dai1y 1ife has a wide range of USES， the temperature and humidity monitor based on this and design， the biggest advantage is that it can disp1ay the current temperature and humidity measurement， and the current temperature and preset temperature carries on the comparison， more than when the current temperature and humidity preset temperature a1arm， rea1ize the historica1 data monitoring， co11ection and ana1ysis purposes. The temperature and humidity monitoring a1arm 1ow power consumption， can use the minima1 resource for different temperature for high precision measurement， re1iab1e performance， convenient operation information， comp1ex work through software programming to comp1ete， easy to get resu1ts， in actua1 use for the idea1 effect. This design has rea1ized to the rea1-time contro1 of the temperature， f1exib1e contro1 precision and re1iabi1ity， high， can meet the product pre1iminary test the requirements of the aging. In the processing of constant temperature and heating temperature， formed a comp1ete set of contro1 p1an， can transp1antation for constant temperature， heating the house and equipment many aspects. Therefore， this design research resu1ts and the design idea can be good in other design transp1antation， did it and the actua1 good union， with strong practica1 significance.

译文：

单片机及温湿度传感器的发展

单片机诞生于20世纪70年代末，经历了SCM、MCU、SOC三大阶段。（1）SCM即单片微型计算机（Sing1e Chip Microcomputer）阶段，主要是寻求最佳的单片形态嵌入式系统的最佳体系结构。“创新模式”获得成功，奠定了SCM与通用计算机完全不同的发展道路。

（2）MCU即微控制器（Micro Contro11er Unit）阶段，主要的技术发展方向是：不断扩展满足嵌入式应用时，对象系统要求的各种外围电路与接口电路，突显其对象的智能化控制能力。

（3）单片机是嵌入式系统的发展之路，向MCU阶段发展的重要因素，就是寻求应用系统在芯片上的最大化解决；因此，专用单片机的发展自然形成了SOC化趋势。随着微电子技术、IC设计、EDA工具的发展，基于SOC的单片机应用系统设计会有较大的发展。

温度是一个基本的物理量，自然界中的一切过程无不与温度密切相关。温度传感器是最早开发，应用最广的一类传感器。从17世纪初人们开始利用温度进行测量。温度传感器有四种主要类型：热电偶、热敏电阻、电阻温度检测器(RTD)和IC温度传感器。IC温度传感器又包括模拟输出和数字输出两种类型。接触式温度传感器的检测部分与被测对象有良好的接触，又称温度计。温度计通过传导或对流达到热平衡，从而使温度计的示值能直接表示被测对象的温度。一般测量精度较高。在一定的测温范围内，温度计也可测量物体内部的温度分布。但对于运动体、小目标或热容量很小的对象则会产生较大的测量误差，常用的温度计有双金属温度计、玻璃液体温度计、压力式温度计、电阻温度计、热敏电阻和温差电偶等。非接触式温度传感器的敏感元件与被测对象互不接触，又称非接触式测温仪表。这种仪表可用来测量运动物体、小目标和热容量小或温度变化迅速（瞬变）对象的表面温度，也可用于测量温度场的温度分布。

1.ATS52简介

主要性能：与MCS-51单片机产品兼容、8K字节在系统可编程F1ash存储器、 1000次擦写周期、全静态操作：0Hz～33Hz、三级加密程序存储器、32个可编程I/O口线、三个16位定时器/计数器、八个中断源、全双工UART串行通道、低功耗空闲和掉电模式、掉电后中断可唤醒、看门狗定时器、双数据指针、掉电标识符。

功能特性描述：ATS52是一种低功耗、高性能 CMOS 8位微控制器，具有8K在系统可编程F1ash存储器。使用Atme1公司高密度非易失性存储器技术制造，

与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上F1ash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程F1ash，使得ATS52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。ATS52具有以下标准功能： 8k字节F1ash，256字节RAM， 32 位I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，ATS52可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。

2.集成温度传感器AD590

集成温度传感器AD590，其温度分辨率为0.3摄氏度。AD590输出的是模拟信号，当温度为0度时，输出电流273.2微安，并且电流变化量与温度变化量呈线性关系，温度每变化一度，输出电流变化1微安，该温度传感器的工作温度范围是-30度——150度。如采用AD590作温度传感器，传感器外围电路比较简单，只需将采样电阻与AD590连接，然后对信号进行放大，再采用电压比较器对输出电压进行比较，电压比较器输出信号可直接作为P1C的输入信号。

根据理论分析和反复试验，完善的控制温度曲线。结核划定温度行动，参数表示的权力下放的温度行动。

当温度到达的温度范围内采取行动，温度升高的速度K2和温度的行动来衡量。当温度到达的上限温度为行动，温度下降的速度K3和温度的测量。抵抗炉灶滞后，惯性和非线性是不好的参数随时间的变化。因此，根据颁布控制温度曲线，该算法的模糊控制是用来控制温度的温度场。因此，该模型的控制对象是可以避免的确定和稳健良好。

表方向双向晶闸管是用于控制温度。首先，排除错误的温度，然后模糊规则重复实验实现不模糊推理，然后通过模糊重心的方法计算出估计值，最后经过数/模转换的准确值控制双向晶闸管电压调节，事实证明使温度上升或下降的阻力炉是可以控制的。

3.湿度传感器

测量空气湿度的方式很多，其原理是根据某种物质从其周围的空气吸收水分后引起的物理或化学性质的变化，间接地获得该物质的吸水量及周围空气的湿度。电容式、电阻式和湿涨式湿敏原件分别是根据其高分子材料吸湿后的介电常数、电阻率和体积随之发生变化而进行湿度测量的

方案一：采用HOS-201湿敏传感器。HOS-201湿敏传感器为高湿度开关传感器，它的工作电压为交流1V以下，频率为50HZ～1KHZ，测量湿度范围为0～

100%RH，工作温度范围为0～50℃，阻抗在75%RH（25℃）时为1MΩ。这种传感器原是用于开关的传感器，不能在宽频带范围内检测湿度，因此，主要用于判断规定值以上或以下的湿度电平。然而，这种传感器只限于一定范围内使用时具有良好的线性，可有效地利用其线性特性。

方案二：采用HS1100/HS1101湿度传感器。HS1100/HS1101电容传感器，在电路构成中等效于一个电容器件，其电容量随着所测空气湿度的增大而增大。不需校准的完全互换性，高可靠性和长期稳定性，快速响应时间，专利设计的固态聚合物结构，由顶端接触（HS1100）和侧面接触（HS1101）两种封装产品，适用于线性电压输出和频率输出两种电路，适宜于制造流水线上的自动插件和自动装配过程等。

相对湿度在1%---100%RH范围内；电容量由16pF变到200pF，其误差不大于±2%RH；响应时间小于5S；温度系数为0.04 pF/℃。可见精度是较高的。

综合比较方案一与方案二，方案一虽然满足精度及测量湿度范围的要求，但其只限于一定范围内使用时具有良好的线性，可有效地利用其线性特性。而且还不具备在本设计系统中对温度-30～50℃的要求，因此，我们选择方案二来作为本设计的湿度传感器。

4.MC14433 A/D转换器

MC14433是三位半双积分型的A/D转换器，具有精度高，抗干扰性能好的优点，其缺点是转换速率低，约1—10次/秒。在不要求高速转换的场合，例如，在低速数据采集系统中，被广泛采用。MC14433A/D转换器与国内产品5G14433完全相同，可以互换。 5.研究意义

温湿度的采集监测在日常生活中有着广泛的用途，此次的温湿度监测器基于此而设计，它的最大的优点在于可以测量显示当前温湿度，并将当前温度与预置温度进行比较，当当前温湿度超过预置温度时发出报警，实现对历史数据进行监测、整理和分析的目的。该温湿度监测报警器功耗低，能利用最少的资源对不同温度进行高精度的测量，信息性能可靠、操作便利，复杂的工作通过软件编程来完成，可以方便的获取结果，在实际的使用中获得了理想的效果。该设计实现了对箱体温度的实时控制，控制灵活、可靠、精度高，可满足产品初步老化测试的各项要求。在温度加热恒温的处理上，形成了一套完整的控制方案，可以移植应用于设备恒温、屋内暖气等许多方面。因此，该设计的研究成果及设计理念能够很好的在别的设计中移植，做到了与实际的较好结合，具有较强的现实意义。

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