林 曌

（渤海大學(xué)工學(xué)院，遼寧 錦州121000）

0 引言

單片機(jī)是一種微型的控制器，通過對(duì)邏輯電路內(nèi)的芯片集成于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，使具有較輕的、質(zhì)量較好的、價(jià)格較便宜的、開發(fā)容易等特點(diǎn)。在計(jì)算機(jī)微電腦控制器下的溫度與濕度的控制系統(tǒng)在國外已經(jīng)非常的普及，通過單片機(jī)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用，可以設(shè)計(jì)溫度的儀表控制系統(tǒng)，測(cè)量與檢測(cè)系統(tǒng)，加熱加濕控制系統(tǒng)，按規(guī)定對(duì)儀器進(jìn)行加熱系統(tǒng)的定時(shí)控制系統(tǒng)等等。通過廣泛的應(yīng)用單片機(jī)的相關(guān)特征，完成了人們對(duì)于電子技術(shù)的應(yīng)用，越來越多的工作可以通過電子技術(shù)完成，人們逐步的認(rèn)識(shí)到單片機(jī)技術(shù)促進(jìn)了人們對(duì)于計(jì)算機(jī)的探究能力的發(fā)展，加深了當(dāng)代工業(yè)革命技術(shù)的快速發(fā)展。單片機(jī)在民用中也得到了廣泛的應(yīng)用，例如家中的彩電、冰箱、溫度調(diào)節(jié)器、電飯煲等等都是通過計(jì)算機(jī)內(nèi)的單片機(jī)電腦控制系統(tǒng)，集成化完成對(duì)于系統(tǒng)的有效控制。

1 溫度、濕度系統(tǒng)下的單片機(jī)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)和研究意義

具有時(shí)間延遲滯后的溫度和濕度的控制系統(tǒng)，能夠適應(yīng)周圍的環(huán)境，對(duì)周圍復(fù)雜問題進(jìn)行系統(tǒng)的分析和整理，對(duì)于單片機(jī)的溫度和濕度的控制系統(tǒng)采用自動(dòng)適應(yīng)控制、人工智能控制和計(jì)算機(jī)電腦控制等方法完成單片機(jī)系統(tǒng)的溫度與濕度系統(tǒng)控制。普通的溫度控制系統(tǒng)具有自整數(shù)定位的功能，通過系統(tǒng)學(xué)習(xí)記錄，可以對(duì)歷史記錄和溫度控制系統(tǒng)記錄進(jìn)行計(jì)算機(jī)變化調(diào)整，保證計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制最優(yōu)化。單片機(jī)的濕度控制系統(tǒng)具有高的精準(zhǔn)度、智能化系統(tǒng)和小型化模式設(shè)計(jì)。隨著計(jì)算機(jī)家用電器的普及，越來越多的工作被應(yīng)用與計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)中，單片機(jī)的智能化設(shè)計(jì)和管理，為人類的社會(huì)帶來了生活上的舒適和工作上的便捷，開發(fā)單片機(jī)技術(shù)的研究，保證我國對(duì)于微型計(jì)算機(jī)集成系統(tǒng)的研發(fā)力度，保證在單片機(jī)技術(shù)發(fā)展下，我國集成系統(tǒng)的快速發(fā)展。

本文主要通過利用集成單片機(jī)系統(tǒng)對(duì)溫度和濕度進(jìn)行有效的控制，保證系統(tǒng)運(yùn)行下對(duì)于設(shè)備溫度控制與濕度控制的管理，針對(duì)單片機(jī)AT89C51集成系統(tǒng)，結(jié)合數(shù)字計(jì)算機(jī)傳感系統(tǒng)和數(shù)字電路的設(shè)計(jì)，完成對(duì)于溫度控制和濕度控制，從而達(dá)到智能化控制效果，降低工作的勞動(dòng)力強(qiáng)度，加強(qiáng)單片機(jī)AT89C51集成系統(tǒng)下的溫度控制與濕度控制的有效性，完成系統(tǒng)內(nèi)部整個(gè)溫度、濕度控制的有效完成效果。

2 單片機(jī)系統(tǒng)控制下的溫度、濕度控制原理

單片機(jī)AT89C51集成系統(tǒng)需要滿足對(duì)于溫度、濕度相關(guān)數(shù)據(jù)的基本測(cè)量，通過溫度控制系統(tǒng)和濕度控制系統(tǒng)完成室內(nèi)溫度、濕度有效控制和有效調(diào)節(jié)，保證系統(tǒng)的加熱和制冷效果，保證系統(tǒng)的自動(dòng)噴水效果。當(dāng)溫度高于系統(tǒng)設(shè)定的溫度的時(shí)候，系統(tǒng)產(chǎn)生報(bào)警聲，控制器的噴水開關(guān)打開，制冷系統(tǒng)開始工作，從而達(dá)到降低溫度和控制濕度的效果，當(dāng)溫度低于實(shí)際設(shè)定的溫度時(shí)，加熱系統(tǒng)開啟，伴隨著加濕器設(shè)備開始工作，是室內(nèi)溫度逐漸上升為要求的溫度，使室內(nèi)的濕度逐步上升為控制范圍內(nèi)的濕度，完成單片機(jī)AT89C51集成系統(tǒng)下的溫度、濕度的有效控制。

2.1 溫度與濕度控制系統(tǒng)的分布控制原則

圖1

一是加強(qiáng)對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部信號(hào)的采集工作，包括溫度、濕度相關(guān)指標(biāo)。二是對(duì)于信息采集后的處理工作，即通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)將信息轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)自動(dòng)識(shí)別的管理系統(tǒng)輸出相應(yīng)的控制指令，決策信息，完成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)功能的轉(zhuǎn)變。三是對(duì)于系統(tǒng)指令的有效接收和分析輸出控制，保證控制加熱器的有效性工作，實(shí)現(xiàn)噴水加濕的效果，從而完成整個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)的分布控制管理。以下是單片機(jī)的結(jié)構(gòu)控制管理圖。

2.2 單片機(jī)AT89C51集成系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集過程

以單片機(jī)AT89C51集成系統(tǒng)為中心的系統(tǒng)控制數(shù)據(jù)的采集，對(duì)于溫度、濕度數(shù)據(jù)收集以及計(jì)算機(jī)輸入數(shù)據(jù)的管理，通過單片機(jī)系統(tǒng)集成化運(yùn)算，顯示在系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)上，加強(qiáng)完成系統(tǒng)數(shù)據(jù)的處理過程，數(shù)據(jù)信息采用智能的溫度控制和濕度控制系統(tǒng)，保證采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，采用報(bào)警聲音顯示，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行有效的控制，通過對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)的控制開關(guān)完成系統(tǒng)的加熱控制，保證室內(nèi)環(huán)境的功能控制。測(cè)量溫度和濕度的電路通過對(duì)室內(nèi)溫度的限制和設(shè)定，保證系統(tǒng)相關(guān)設(shè)定值的控制范圍，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警時(shí)，表示系統(tǒng)內(nèi)環(huán)境的溫度已經(jīng)超出了原設(shè)定的溫度與濕度，此時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)的加熱系統(tǒng)啟動(dòng)，內(nèi)部開關(guān)自動(dòng)閉合，配合設(shè)計(jì)中啟動(dòng)加濕系統(tǒng)，保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)的有效調(diào)整。單片機(jī)可以進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控系統(tǒng)控制管理，對(duì)室內(nèi)的多個(gè)控制管理器件進(jìn)行有效的控制，保證單片機(jī)溫度和濕度的管理。

3 單片機(jī)AT89C51集成系統(tǒng)的主要硬件設(shè)計(jì)

單片機(jī)AT89C51集成系統(tǒng)是一種帶有4K節(jié)的閃存器，具有較低的電壓、較高的CMOS八通道高性能微處理系統(tǒng)。單片機(jī)對(duì)于輸入的系統(tǒng)數(shù)據(jù)，具有閃存式的可擦除性，采用了ATMEL高精度的工業(yè)化存儲(chǔ)系統(tǒng)，將多功能的單片機(jī)集成系統(tǒng)組合在CUP上，完成系統(tǒng)單片機(jī)數(shù)據(jù)的嵌入，從而提高靈活性下的低功能控制管理方案。

3.1 單片機(jī)AT89C51集成系統(tǒng)的主要特點(diǎn)

單片機(jī)AT89C51集成系統(tǒng)具有較強(qiáng)的系統(tǒng)兼容能力，可以與MCS-51系統(tǒng)兼容，具有4K字節(jié)的可編程FLASH系統(tǒng)存儲(chǔ)功能，具有1000次的可擦除性，保證單片機(jī)寫入程序的循環(huán)使用，可以為數(shù)據(jù)保存10年，其整體的靜態(tài)工作有0-24HZ，具有三極的程序存儲(chǔ)鎖定程序，內(nèi)部RAM為32位的可編程控制系統(tǒng)，具有32位的I/O總線，有兩個(gè)16位的定時(shí)器，有5個(gè)中斷源，可以進(jìn)行串行的通道編程管理，具有較低的閑置模式和掉電模式。

3.2 測(cè)溫度的控制電路原理

DS18B20集成溫度控制電路是基于半導(dǎo)體原理的溫度控制系統(tǒng)電路，具有較小的體積和面積，較高的抗干擾能力，較高精準(zhǔn)度，較好的數(shù)據(jù)功能。通過對(duì)單片機(jī)技術(shù)的學(xué)習(xí)，認(rèn)識(shí)DS18B20集成溫度控制電路的傳感器設(shè)置，通過一根數(shù)據(jù)總線完成結(jié)構(gòu)和經(jīng)濟(jì)的測(cè)量系統(tǒng)的有效構(gòu)成。DS18B20集成溫度控制電路的測(cè)量溫度范圍是零下55攝氏度到零上125攝氏度，其精準(zhǔn)度范圍為0.5攝氏度，可以通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的溫度總線進(jìn)行數(shù)字方式的控制，提高系統(tǒng)的抗干擾能力。DS18B20集成溫度控制電路可以測(cè)量惡劣環(huán)境，可以在3伏至5伏范圍內(nèi)完成系統(tǒng)封裝，保證在集成系統(tǒng)中的報(bào)警溫度控制。

DS18B20集成溫度控制電路具有全數(shù)字的溫度控制轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和輸出系統(tǒng)，具有先進(jìn)的數(shù)據(jù)通信總線，具有12位的數(shù)據(jù)分辨率，精度比例可大0.5攝氏度，其最大的工作周期為750毫秒，它可以進(jìn)行封裝處理，內(nèi)置PROM限制溫度的控制功能，具有64位的ROM，內(nèi)置相關(guān)序列號(hào)，具有多種封裝方式，可以使用于不同的硬件系統(tǒng)，具有負(fù)壓特性，保護(hù)電源不會(huì)造成燒毀現(xiàn)象問題。以下是DS18B20集成溫度控制電路的封裝。其中，GND是接地信號(hào)，DQ是數(shù)據(jù)的輸入和輸出引腳，當(dāng)需要外接電源供電時(shí)，可以采用與DQ相連，為外界供電，VDD是可以選擇的引腳，當(dāng)工作于寄生電源的狀態(tài)下時(shí)，這個(gè)引腳必須接地處理。

圖2

DS18B20集成溫度控制電路將測(cè)量的溫度檢測(cè)與數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)相互連接，增加了其抗干擾能力。通過ROM只讀存儲(chǔ)功能，對(duì)DS18B20集成系統(tǒng)進(jìn)行編碼，前八位是單線的系統(tǒng)編碼，其編碼為19H，后面的48位是芯片的序列，最后八位是56位的CRC數(shù)據(jù)嗎檢測(cè)，因此，DS18B20集成系統(tǒng)共有64位的ROM。RAM數(shù)據(jù)的暫存功能是對(duì)數(shù)據(jù)和暫存和內(nèi)部的存儲(chǔ)功能，數(shù)據(jù)在掉電后逐步丟失，DS18B20共有九個(gè)字節(jié)RAM，每個(gè)字節(jié)有8位，1位是溫度轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)信息，3,4位是溫度控制值的存儲(chǔ)位置，上電復(fù)位后即被刷新掉。第5字節(jié)是EEPROM的鏡像6,7,8是計(jì)數(shù)寄存器，從而提高用戶對(duì)于溫度數(shù)據(jù)的更高分辨能力，是內(nèi)部的溫度控制轉(zhuǎn)換。EEPROM具有強(qiáng)力的記憶存儲(chǔ)能力，不會(huì)造成數(shù)據(jù)丟失問題。通過對(duì)上下溫度進(jìn)行校驗(yàn)，保證相關(guān)數(shù)據(jù)的使用，DS18B20集成溫度控制電路系統(tǒng)采用RAM進(jìn)行鏡像處理。

3.3 測(cè)濕度的控制電路原理

測(cè)量空氣濕度的方式較多，其主要原理是通過對(duì)空氣中物質(zhì)進(jìn)行分析，確定其數(shù)據(jù)可能吸收的水分子量，從而間接的分析出物質(zhì)在吸收控制中周圍的空氣濕度。電容、電阻和濕敏元件是三種應(yīng)用于濕度測(cè)量的方法器件。以HS1101傳感器系統(tǒng)為例，不需要對(duì)進(jìn)行校準(zhǔn)處理，具有較高的長(zhǎng)期穩(wěn)定性和高效的可靠性，可以快速的響應(yīng)相關(guān)時(shí)間，對(duì)側(cè)面數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝，適用于線路的電壓輸出和功率調(diào)節(jié)，制造流水線數(shù)據(jù)中的自動(dòng)裝配工作，保證工作HS1101電容傳感器的相對(duì)濕度單位為零至100%RH，電容的范圍未162PF至200PF，其誤差分為小于2%PF，響應(yīng)的有效時(shí)間為5s內(nèi)，溫度的相關(guān)系數(shù)為0.04。HS1101電容傳感器系統(tǒng)在電路中以一個(gè)電容配件的方式存在，隨著系統(tǒng)電容的逐步增加從而測(cè)量空氣中濕度的變化，可以采用濕敏元件進(jìn)行充放電測(cè)量，與震蕩電路組成正弦形式的電壓信號(hào)，通過放大和轉(zhuǎn)換，形成數(shù)字信號(hào)，另外，在濕敏電容的555震蕩電路中，通過對(duì)電容的變化和電壓頻率信號(hào)的處理，額可以直接對(duì)計(jì)算機(jī)進(jìn)行采集測(cè)量。集成電視的555芯片外接電阻和與濕敏電容構(gòu)成充電回路，通過對(duì)芯片內(nèi)部的晶體管控制構(gòu)成對(duì)C的放電回路，形成多級(jí)的震蕩電路，電阻在電路中還具有一定的短路保護(hù)作用和平衡空氣濕度的作用。

4 單片機(jī)AT89C51集成系統(tǒng)的主要軟件設(shè)計(jì)

4.1 單片機(jī)AT89C51集成系統(tǒng)的設(shè)計(jì)語言

系統(tǒng)采用匯編語言，即C語言，以模塊化形式進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)。主要對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部的主要程序、溫度和濕度的檢測(cè)程序，電子顯示程序等進(jìn)行系統(tǒng)的測(cè)量。以循環(huán)的方式完成主程序的工作，在中斷的初始化發(fā)展中，對(duì)鍵盤進(jìn)行掃描、管理溫濕度的檢測(cè)，對(duì)系統(tǒng)語言進(jìn)行有效的處理，從而顯示在程序中。C語言具有較高的軟模塊化，其機(jī)器代碼較為準(zhǔn)確，可讀性較好、可靠性較高，準(zhǔn)確性較強(qiáng)。所以，通過對(duì)C語言編程控制，完成軟件系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用。通過溫度、濕度的傳感器設(shè)置對(duì)室內(nèi)的溫度和濕度進(jìn)行有效的測(cè)量，通過LCD顯示濕度值，比較濕度值與溫度值和報(bào)警系統(tǒng)直接的關(guān)系，控制好報(bào)警系統(tǒng)限制程度，根據(jù)溫度和濕度的調(diào)節(jié)控制實(shí)際的光開關(guān)控制，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行定期的溫度和濕度管理，及時(shí)將數(shù)據(jù)上傳到計(jì)算機(jī)內(nèi)，軟件系統(tǒng)的語言編程，是通過循環(huán)模式完成程序的編寫，對(duì)初始化設(shè)計(jì)，溫度和濕度相關(guān)的檢測(cè)范圍，主要程序的循環(huán)條件進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)用控制。主程序是對(duì)于系統(tǒng)軟件控制和管理的主要部分，通過對(duì)系統(tǒng)上電后的初始參數(shù)設(shè)定，對(duì)中斷數(shù)據(jù)進(jìn)行有效處理，從而完成主要溫度和初始溫度的有效設(shè)定，保證系統(tǒng)各個(gè)封裝電路的有效系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)，完成對(duì)于溫度、濕度檢測(cè)，數(shù)據(jù)比較控制以及報(bào)警系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析。

4.2 單片機(jī)AT89C51集成系統(tǒng)的各個(gè)功能模塊

通過對(duì)程序的溫度控制模塊、濕度控制模塊和初始化模塊的相關(guān)參數(shù)設(shè)計(jì)，報(bào)警系統(tǒng)的顯示和執(zhí)行模塊，認(rèn)識(shí)具有的各類功能。

初始化模塊是將調(diào)用的系統(tǒng)進(jìn)行初始化設(shè)計(jì)，溫度控制模塊和濕度控制模塊是對(duì)調(diào)用的溫度子程序進(jìn)行系統(tǒng)的檢測(cè)，對(duì)初始化溫度的傳感器DS18B20系統(tǒng)開始的程序進(jìn)行系統(tǒng)檢測(cè)，啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換模式，當(dāng)轉(zhuǎn)換模式完成后，以二進(jìn)制代碼形式進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，將代碼轉(zhuǎn)換為溫度值，顯示在屏幕上，而濕度檢測(cè)的程序是在初始化傳感器HS1101上開始的，通過計(jì)算濕度信號(hào)的頻率完成濕度值的轉(zhuǎn)換和顯示。通過調(diào)用LCD顯示的驅(qū)動(dòng)程序，完成參數(shù)的有效設(shè)定，啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)顯示模塊，對(duì)顯示程序進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制。通過對(duì)報(bào)警程序的調(diào)用，執(zhí)行系統(tǒng)顯示程序，從而判斷是否超過設(shè)定的溫度范圍和濕度范圍，一旦發(fā)現(xiàn)二者數(shù)據(jù)中有出現(xiàn)超范圍情況時(shí)，即直接進(jìn)入程序的報(bào)警系統(tǒng)。

5 結(jié)語

綜上所述，本文通過對(duì)AT89C51單片機(jī)進(jìn)行溫度和濕度的檢測(cè)設(shè)計(jì)，認(rèn)識(shí)溫度、濕度系統(tǒng)下的單片機(jī)控制系統(tǒng)的基本原理，介紹了單片機(jī)AT89C51集成系統(tǒng)的主要硬件設(shè)計(jì)和軟件編程，了解在溫度控制和濕度控制系統(tǒng)中對(duì)于各部分程序的硬件和程序的處理方法，將溫度和濕度進(jìn)行精準(zhǔn)測(cè)量控制，保證AT89C51單片機(jī)的溫度和濕度的有效檢測(cè)，因單片機(jī)具有較高的精度和穩(wěn)定性，保證了系統(tǒng)的相關(guān)數(shù)據(jù)的有效控制，合理的完成信息數(shù)據(jù)的采集和轉(zhuǎn)換，通過運(yùn)用溫度傳感器DS18B20、濕度傳感器HS1101完成信號(hào)的有效采集和處理，保證單片機(jī)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的有效性和準(zhǔn)確性。通過對(duì)單片機(jī)AT89C51控制設(shè)計(jì)完成溫度和濕度的數(shù)據(jù)管理，建立起一種集成化、封裝式的穩(wěn)定高精度測(cè)量芯片，以質(zhì)量好、價(jià)格低廉、容易開發(fā)的多種特點(diǎn)，形成現(xiàn)代單片機(jī)系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用，保證人們生活和工作中，對(duì)于電子產(chǎn)品利用的需求，通過芯片的電腦識(shí)別系統(tǒng)，完成對(duì)于溫度和濕度的有效控制，保證集成化系統(tǒng)的可控性。

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