基于单片机温室大棚温度和湿度数据采集系统的设计

皖西学院

本科毕业论文（设计）

论文题目基于单片机温室大棚温度和湿度数据采集系统的设计

姓名（学号）

系别机械与电子工程学院专业电子信息科学与技术导师姓名

二〇〇一二年六月

目录

1、毕业论文正文

2、皖西学院本科毕业论文（设计）任务书

3、皖西学院本科毕业论文（设计）开题报告

4、皖西学院本科毕业论文（设计）中期检查表

5、皖西学院本科毕业论文（设计）指导教师意见表

6、皖西学院本科毕业论文（设计）评阅教师意见表

7、皖西学院本科毕业论文（设计）答辩记录表

基于单片机温室大棚温度和湿度数据采集系统的设计

摘要:本文利用AT89C51单片机设计一个大棚的温湿度检测系统，主要阐述了基于AT89C51单片机的温湿度检测系统的设计原理，主要电路及相关软件的设计等。采用模块化、层次化设计。该系统采用AT89C51单片机作为控制器，AD590作为温度传感器，HIH3610作为湿度传感器，构成数据采集系统，通过ADC0809的模数转换后送至AT89C51进行数据的分析和处理，由数码管进行实时显示以及与设定阈值进行比较以确定是否需要声光报警。实现对大棚的温湿度的显示与报警。系统电路简单、集成度高、工作稳定、调试方便、检测精度高，具有一定的实用价值。

关键字：AT89C51 AD590 HIH3610 ADC0809

MCU-based temperature and humidity data acquisition system design

of greenhouse

Abstract：This article using AT89C51 MCU to design a temperature and humidity detection system for greenhouse, . mainly based on the AT89C51single-chip microcomputer to Elaborate the design principles of temperature and humidity detection system , the main circuit and software design. Using a modular, hierarchical design method. The system uses AT89C51MCU as the controller, AD590 as temperature sensor,HIH3610 as humidity sensor , constitutes a data acquisition system, through the ADC0809 analog-to-digital conversion and sent to the AT89C51 for data analysis and processing, the real-time digital tube display and setting value is compared to a threshold value to determine whether need to sound and light alarm. Realization of greenhouse temperature and humidity display and alarm. The system has the advantages of simple circuit, high integration, stability, convenient adjustment, high detection precision, and has a certain practical value.

Keywords: AT89C51 AD590 HIH3610 ADC 0809

目录

1 绪论 (5)

1.1 温室控制系统设计背景 (5)

1.2本设计的主要内容 (6)

1.3本设计的意义 (7)

2 总体方案的设计思路 (7)

3 系统硬件电路的设计 (8)

3.1相关元器件的选择 (8)

3.1.1单片机的选择 (9)

3.1.2湿度传感器的选择 (9)

3.1.3温度传感器的选择 (9)

3.1.4 显示器的选择 (10)

3.1.5模数转换A/D的选择 (10)

3.2 硬件电路的设计 (11)

3.2.1主要芯片89C51的功能 (11)

3.2.2 单片机外围电路设计 (11)

3.2.3 电源电路 (12)

3.2.4 A/D转换电路 (13)

3.2.5温度传感器AD590 (14)

3.2.6相对湿度传感器HIH3610 (15)

3.2.7数码管显示电路 (16)

3.2.8 报警电路 (18)

3.2.9 上位机通信电路 (19)

4 系统软件设计 (19)

4.1 系统设计语言 (19)

4.2软件的设计 (19)

5 系统仿真 (21)

6总结与展望 (22)

致谢 (23)

参考文献 (24)

附录一：整体电路图 (25)

附录二：系统程序.................................................................................................................... 错误!未定义书签。

1 绪论

1.1 温室控制系统设计背景

粮食作物是人民生活的必须保障，而作为人口大国的中国，必须要解决粮食作物问题。随着我国综合国力的迅速增长，农业增长的研究和现代化应用技术越来越被广大研究人员所重视，特别是温室大棚已经成为农业增产的一个重要方式。现代化农业生产中的一个重要途

径就是对自然环境的一些相关参数进行检测和控制。在农业生产中，自然环境的条件与作物的生长、发育、能量交换悉悉相关，进行环境参数的测控是实现现代化农业生产管理自动化、科学化的基本保证，通过对采集到的环境参数的分析，结合适宜作物生长发育的条件，控制周围环境的条件，能使农作物达到优质、高产、高效的生产目的。以大棚为代表的现代农业在农业生产增产中发挥着重要的作用。大棚内的温度和湿度参数，直接关系到作物的生长产量。当今国内大多数对大棚温度、湿度的检测与控制均采用人工管理，人工管理的测控精度低、劳动强度高以及测控不及时等弱点，不但增加了生产成本，浪费了人力资源，而且不能达到预期的生产效果。因此，为了实现农业生产的现代化科学化，推动我国农业的发展，提高农业生产量，必须大力发展现代控制技术在农业生产中的应用，科学合理地利用现代化设备对大棚内温度、湿度等参数的调节控制，使大棚内形成有利于作物生长的环境，从而达到增产的目的。

世界上第一台计算机的产生加快了人类改善生活、改造自然环境的步伐。虽然随着科技的发展、技术的进步，计算机的体积减小、处理功能日益强大。但是体积依然较大，功能较多，成本较高。单片微型控制机在这种情况下诞生。单片微型控制器，也称单片机，其生产成本大幅度降低、体积减小、功能趋于专业化。它把中央处理器CPU、只读存储器ROM、随机存取存储器RAM、输入/输出设备I/0 等主要部件集成在一块集成芯片上。其结构、指令系统与相关功能均按照工业控制的要求设计，在各种自动控制系统中，尤其是工业生产中得到了广泛的应用。

对于国内外对温湿度检测的研究，从复杂模拟量检测到现在的数字智能化检测越发的成熟，随着科技的进步，检测系统向着智能化、小型化、低功耗的方向发展。在发展过程中，以单片机为核心的温湿度控制系统发展为体积小、操作简单、性能稳定、测量精度高等诸多优点。本系统就是利用价格便宜的一般电子器件来设计一个参数精度高，性价比高的应用于农业种植生产的大棚温湿度检测报警系统。

1.2本设计的主要内容

本设计是基于AT89C51单片机的温湿度智能检测系统，主要完成以下主要任务：

①选择AT89C51单片机，了解其基本特性和功能，使用AT89C51实现对温湿度的检测。

②使用温度传感器测量环境的温度，进行数据的采集并传送到单片机进行数据处理，实现范围为0℃～+50℃温度采集。

③使用湿度传感器对现场环境湿度数据采集，由单片机进行数据处理，实现范围为5%～80%RH的湿度采集。

④设计显示和报警系统，能够实时、准确的显示采样温湿度值。

⑤实现系统的可靠性和抗干扰性。

⑥上位机通信电路设计。

在使系统完成特定功能的同时，要保证系统的可靠性和稳定性，满足设计要求，使系统能够长期稳定的工作，还要尽量实现系统的低成本、性价比、低功耗和高精度。

1.3本设计的意义

目前国内对环境参数的采集方法，主要是采用温度计、湿度计来采集温度值和湿度值，通过人工操作相关控制设备来控制温度、湿度。但是由于温度计、湿度计精度比较低，以及人工读数的人为因素造成的误差等原因，温湿度检测不仅效率低，精度低，实时性差，而且工作人员的劳动强度大。随着科技的发展，各种传感器、模数转换器、报警器等电路被研制出来，且能组成的温湿度检测控制系统运用于农业生产中，可对环境内的各个监测点进行巡回检测，检测速度、精度得到提高，降低了劳动强度。随着单片机功能的日益强大和计算机的广泛应用，人们对参数监测的准确性、稳定性要求也越来越高。将单片机等智能设备运用于农业生产中能进一步提高生产效率、作物产量等。本设计就是针对此问题，设计相对精度高、性能稳定的温度湿度检测装置。使用AT89C51型单片机设计温湿度控制系统，可以及时、精确的反映被测环境的温度以及湿度的变化。将此系统应用到大棚当中无疑为植被的生长提供了更加适宜的环境，进一步提高生产效率、作物产量等。

2 总体方案的设计思路

该检测系统充分利用AT89C51单片机的软、硬件资源,辅以相应的测量电路和AD590温度传感器、HIH3610湿度传感器等智能仪器，能实现多任务、多通道的检测和输出。它具有测量范围广、测量精度高等特点。各传感器设在种植植物的大棚内，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，再将这些信号经过ADC0809进行模数转换处理后送至单片机中，单片机读取数据后将数据送到缓冲区内进行处理，利用LED实时地显示环境的温湿度值。同时与软件内部用户根据工作环境要求设定的温湿度阈值进行比较，单片机可以根据比较的结果进行相应的处理，如果环境的实时参数超越上下限值，单片机控制报警系统

进行显示和报警；如果在阈值范围内，则显示相关参数值。还能通过MAX232与上位机进行通信。系统原理框图如图2.1所示。

图2.1 系统硬件组成原理框图

3 系统硬件电路的设计

经过上面的总体方案和实施措施的讨论后可以着手硬件系统的设计，硬件系统是应用系统的基础、软件系统设计的依据。

3.1相关元器件的选择

元器件的选择，必须考虑到功能的实现、器件的适时性、价格和通用性等几个方面。在电路的设计中，在实现所要求功能的基础上，尽量使电路简单。电子器件的种类繁多，且不同的器件有着不同的性能和不同的使用方法、使用范围。本节主要对单片机、温湿度传感器、模数转换A/D和显示器系统进行选择，并在其中做了比较。

3.1.1单片机的选择

目前单片机己被广泛地应用于家电、农业生产现代化、仪器仪表设计、医疗设备、工业生产自动化、航空航天等领域。比较流行的单片机种类主要有Atmel公司、Intel公司、Philip 公司的51系列单片机，Intel公司的MCS96系列单片机,Motorola公司的M6800系列单片机等。各系列的单片机在处理速度、稳定性、I/O能力、功耗、功能、价格等方面各有优劣，这些单片机中，用户可根据自己的需要灵活的选择。虽然单片机的品种繁多，各具特色，但仍以MCS-51为核心的单片机占主流，兼容其结构和指令系统的有PHILIPS公司的产品，ATMEL 公司的产品和中国台湾的WinBond系列单片机。根据总体功能和性价比及其运行速度等因素的考虑，选用MCS-51系列的89C51为主机，满足上面的要求而且设计方便，不需要再存储扩展。它是一种低功耗、低价格，高性能的8位微处理器。

3.1.2湿度传感器的选择

湿度的检测方法，一般采用湿敏元件检测，除电阻式、电容式湿敏元件之外，常见的还有光强型、电解质离子型、声表面波湿敏元件等。湿敏元件的抗污染性以及线性度较差，在检测作业环境湿度时，湿敏元件需要长期运作在待测环境中，很容易受到环境影响而降低其测量精度及影响其长期稳定性。湿敏电阻的种类多，灵敏度高，但是线性度和产品的互换性差。湿敏电容灵敏度高，产品互换性高，响应速度快，偏于实现产品小型化和集成化，但是精度一般比湿敏电阻要低一些。湿度检测还可以采用集成模拟传感器，集成湿度传感器

HIH3610，该传感器采用热固聚酯电容式传感头，并且在芯片内部集成了能够进行信号处理功能的电路，因此该传感器可以将环境中的相对湿度转换成电容值，然后将此电容值转换成电压输出，该传感器转换高精度、响应速度快、稳定性好、低温漂、抗化学腐蚀等。综合考虑本设计选用湿度传感器HIH3610。

3.1.3温度传感器的选择

温度检测一般采用热电偶、热敏电阻以及集成温度传感器等。热电偶的工作原理是建立在导体的热效应上，两种不同性质的导体两端经焊接，组成闭合回路，直接测温端叫热端，接线端叫冷端，也称自由端。当热端和冷端的温度不同，存在温差时，就会在回路中产生热电动势；这两种不同材料的导体在相互接触的时候，由于其内部电子密度的不同，会产生电子扩散，进而形成电位差，此电位差称为接触电动势。接上测试仪表，就会指示出热电偶所产生的热电动势和接触电动势的对应温度值。热电偶应用广泛，价格便宜而且耐用。种类多，能够覆盖非常宽的温度范围，最高温度可以到达2000℃。但是其响应速度慢、精度中等、灵敏度低、稳定性低、高温下容易老化和有线性漂移，并且测量需要参考量。热敏电阻的阻值随温度的升高而成非线性急剧变化，一般具有负的温度系数，其阻值随温度升高而急剧减小，

只有少数具有正的温度系数。热敏电阻主要用于-200到500℃温度范围内的温度测量。其温度系数要大而且需要稳定的温度源，反应速度快，工艺好，价格低，测温环境稳定。集成温度传感器实质上是一种半导体集成电路，它是利用晶体管的be结压降的不饱和值Vbe与热力学温度T和通过发射极电流I的关系实现对温度的检测。其线性度好、精确度适中、灵敏度高、响应速度快、封装体积小、使用方便、价格较低，具有长期稳定性等特点，在工业生产和日常生活中得到广泛应用，而且它可以和信号处理电路及逻辑控制电路集成在一起。热电偶和热敏电阻的测量精度都比较高，成本比较低，而且测量的范围也比较宽，但是它容易受到测量场所以及所测环境的限制，高温或长期使用会使其性能下降，需要定期的维护检查与更换，给现实应用带来了不便。故本设计决定采用AD590集成温度传感器，。

本系统也可以采用数字式传感器，如DS18B20和SHT10作为温度和湿度测量元件，SHT10包含相对湿度传感器、温度传感器，集温湿度检测的一个整体。SHT10作为典型的温湿度传感器，在测量过程中可对相对温湿度进行自动校准，准确的测量温湿度，产品互换性好，响应速度快，抗干扰性强，不需要外部参考源和外部器件，且设计出的电路结构简单。但是由于本课题要求设计出模数转换电路，故排除此类数字式传感器。

AD590集成温度传感器和湿度传感器HIH3610输出均为模拟量，在接入电路中，都需要通过A/D转换器，把模拟信号转换成单片机能够接收的数字信号从而使单片机存储采集和处理的数据。若模拟信号太弱，还需经过运算放大器放大信号。

3.1.4 显示器的选择

方案一：数码管显示，数码管按段数分为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段多一个小数点的led，但其使用原理均是一样的。数码管的驱动方式可以分为静态驱动和动态驱动，静态驱动编程简单，显示亮度高但是占用I/O端口多，在实际应用时必须增加译码器驱动进行驱动，增加了硬件电路的复杂性。动态电路是最广泛的显示方式之一，其能够节省大量的I/O端口，而且功耗低，电路设计、编程方法简单。

方案二：LCD1602液晶显示，具有字符发生器，可显示192种字符，具有64个字节的自定义字符RAM，可自定义字符。具有标准的外接端口特性，适用于M6800系列控制机的操作时序。结构紧凑、芯片轻巧、装配容易，像素尺寸小，分辨率高，但编程等较复杂。

综上，选择LED作为本次系统设计的显示元件。

3.1.5模数转换A/D的选择

A/D转换器的主要功能是将模拟电压或电流转换成数字量。实现A/D转换的方法很多，常用的有双积分式A/D转换器、逐次逼近式A/D转换器和并行比较式A/D转换器等。双积分A/D转换器的特点是转换精度高、灵敏度高、抑制干扰信号的能力强，价格低廉，可广泛

用于数字仪表和低速数据采集系统中。另外，这类转换器的输出数据常以BCD码或二进制码格式输出，所以数字显示方便。常用的双积分式A/D转换器集成器件有ICL7106/7107/7109/7135、MC14433等。逐次逼近式A/D转换器是一种转换速度较快，转换精度较高的转换器。一次转换时间在数微秒到百微秒范围内，广泛应用于中高速数据采集系统、在线自动检测系统、动态测控系统等领域中。。目前常用的逐次逼近式A/D转换器集成芯片有ADC0808/0809、AD574A、AD1674、ADC1210/1211等。并行比较式A/D转换器是一种转换速度最快的转换器，它最适合应用在数字通信技术和高速数据采集技术中。缺点是电路复杂，价格高。

由于本设计用于检测显示温湿度信号，而温湿度信号变化比较缓慢，且采集的信号较多，ADC0809有8路模拟量输入通道，所以选择逐次逼近式A/D转换器ADC0809。

3.2 硬件电路的设计

3.2.1主要芯片89C51的功能

89C51是Intel公司于80年代初推出的8位嵌入式微控制器（内外部数据总线均为8位），具有性能高、功能全、售价低廉、使用方便等优点。由于大的高度集成化已把许多常用的输入检测输出控制通道都制作在同一块硅片上，大大地灵活了外部连线，增强了系统的稳定性，非常适合于工业环境下的安装使用。89C51单片机引脚采用40脚双列直插式封装结构。8951系统的CPU的主要特色是体积小，重量轻，抗干扰能力强，售价低，使用方便。

89C51工作时所需的时钟可通过其XTAL输入引脚由外部输入，也可采用芯片内部的振荡器。其工作频率为6～12MHz。在本系统中采用12MHz频率。

芯片89C51共有40个引脚，其中电源引脚有4个，控制引脚有4个，并行的I/O接口有32个，分成4个8位口。相关引脚功能介绍可查阅相关资料。

3.2.2 单片机外围电路设计

在本系统中单片机的外围电路可分为：复位电路和晶振电路

(1)复位电路

工业控制系统在运行时，经常都会遇到各种各样的环境干扰与电路干扰，在系统不能正常工作时需要有一个复位开关来使系统重新启动运行。

本设计单片机开关复位电路包含了上电复位电路。其电路图如图3.1所示：

图3.1 开关复位电路

(2)晶振电路

在单片机电路中晶振结合单片机内部的电路，产生单片机所必需的时钟频率，单片机的一切指令的执行都是建立在由晶振产生的振荡的基础上，不同的指令有不同的指令周期。

晶振利用一种特殊的晶体，在电能和机械能之间相互转化产生共振，提供稳定精确的单频振荡，为系统提供基本的时钟信号。

C1、C2为负载电容，X1为晶振，12MHz。设计中晶振电路如图3.2所示。

图3.2 晶振电路

3.2.3 电源电路

采用全桥整流电路将交流电压转化为直流电压,系统硬件电路要求电源额定电压为5 V ,单片机系统要求电源电压的纹波系数尽可能小,基于以上要求,选用固定输出线形稳压集成器LM78H05。该稳压器的输入电压VIN 在7 V～35 V 的范围变化,输出电压可保证为5 V 输出和A/D转换芯片ADC0809的电源电压。该稳压器还具有过热保护和过压保护功能,线性稳压结构可使电源纹波系数降低。电源电路原理图如图3.3所示：

图3.3 电源电路的设计

3.2.4 A/D转换电路

ADC0809是逐次逼近式A/D转换器，28脚双列直插式封装。自带有锁存器，所以可以和单片机直接连接。有8路模拟开关用于8路模数转换通道的选择，允许8路模拟量分时输入，并公用一个8位模数转换器，输出结果为8位二进制数据。转换精度为1/2LSB。

在此应用系统中ADC0809的输入端接的是模拟信号——经传感器采集后的温、湿度电压信号。ADDA，ADDB和ADDC为通道号选择输入端，用于选通IN0－IN7上的一路模拟量输入。其中ADDA是最低位。对应于各输入通道的选择如表3.1所示：

表3.1 模拟量输入通道选择表

C B A 选择的通道

0 0 0 IN0

0 0 1 IN1

0 1 0 IN2

0 1 1 IN3

1 0 0 IN4

1 0 1 IN5

1 1 0 IN6

1 1 1 IN7

ADC0809与单片机的连接图如图3.4所示：

图3.4 ADC0809与单片机连接图

EOC为转换结束信号标志输出端。平时EOC为高电平，表示转换结束；在转换开始后和转换过程中为低电平，表示正在进行A/D转换。进行A/D转换时，需查询EOC的输入信号来判断A/D转换是否结束，一般情况下可以采取以下三种方式来确定转换是否结束：定时传送方式、查询方式和中断方式。若转换结束则把经转换后的数据通过P0端口读入，经过单片机的数据处理之后通过数码管显示给用户。本设计采用查询方式。

ADC0809使用方法：

① 初始化时，置转换开始端ST和输出使能端OE均为低电平0。

② 根据需要执行转换的通道选择通道地址，输出到CBA端口。本设计中使用了通道0和通道1，对应的CBA值为000和001，由于CB值均为0，不需变动，故可直接接地，给低电平，A可接P3.4口，通过软件变化输出0和1以根据需要选择0或者1通道。

③ 在ST端给出一个有100ns的正脉冲启动转换信号。即：输出ST＝0，ST＝1，ST＝0就可以产生正脉冲启动转换的信号

④ 采集EOC端口的输入值，根据EOC信号来判断是否转换完毕。

⑤ 当EOC变为高电平时，这时给OE为高电平，转换的数据就输出给单片机了。

3.2.5温度传感器AD590

(1)温度传感器AD590简介

AD590是美国模拟器件公司生产的单片集成两端感温电流源。是A/D公司利用PN结构正向电流与温度的关系制成的电流输出型两端温度传感器（热敏器件）。在被测温度恒定时，相当于一个恒流源，属于一种高阻电流源，测量精度高。电源电压的输入范围为4V～6V。AD590能承受44V正向电压和20V反向电压，故反接也不易烧毁。其典型的电流温度灵敏度是1μA/K，温度为0℃时，AD590输出的恒流值为273.15μA，当温度升高或降低1℃时，AD590的输出电流就增大或减小1μA。集成温度传感器AD590测量温度的范围为-55℃～+150℃。AD590温度感测器是一种已经IC化的温度感测器，它会将温度转换为电流。

AD590传感器的封装形式和测量温度的基本应用电路如图3.5所示：

图3.5 AD590封装形式与应用电路

AD590的电流和热力学温度有正比例关系，由于AD590的增益有偏差，电阻的阻值也会有偏差，所以要对电路进行一些调节。调节的方法是：将AD590放在冰水混合物中，调R2电位器，使Vo等于273.2mV。或是在室温条件下(25℃)调整电位器,使Vo=273.2+25=298.2（mV）。这样调节可保证在0℃或25℃附近有较高精度。

AD590的输出电流值说明如下：

其输出电流是以绝对零度(-273℃)为基准，每增加1℃的温度,它输出电流会增加1μA，所以温度在25℃时,其输出电流Io=(273+25)=298μA。Vo的值为Io乘上1K，当25℃室温时，输出值为298m V(1K×298μA)。

3.2.6相对湿度传感器HIH3610

（1）HIH3610简介

本系统用于采集湿度环境的湿度传感器为Honeywell公司的集成湿度传感器HIH3610，使用时传感器以探头的形式安装在被测环境内，是由湿度传感器及相应的调理电路组成。该传感器采用恒压供电，内置放大电路，同时在内部集成了信号处理功能电路。HIH3610是用以探测被测环境中的空气中的水蒸气和饱和水蒸气的比例关系，因此该传感器可完成将相对湿度值变换成电容值，再将电容值转换成线性直流电压信号输出的任务。设计电路将采集到的湿度模拟信号转换为电压信号，送经A/D的通道进行转换处理成数字信号

（2）HIH3610结构及特点

HIH3610传感器的封装形式、输出电压与相对湿度关系如图3.6所示：

图 3.6 HIH3610封装图 相对湿度与输出电压的关系

输出电压为：Vo=Vi[0.0062RHo+0.16]

在本系统中Vi 固定为+5V ，其消耗电流仅为200uA ，功率消耗很低，为低功耗产品的设

计提供更好的解决方案。其输出电压值正比于湿度测量值，还与测试现场的环境温度有关，需进行温度补偿，补偿公式为：RH=RHo/（1.0546-0.00216T ）式中：T 为环境摄氏温度值。信号送带8路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的CMOS 组件A ／D 转换器ADC0809,经转换后送单片机I/O 口。HIH3610的应用电路如图3.7所示：

图3.7 HIH3610的应用电路

3.2.7数码管显示电路

不同数码管有两种接法，分别是共阴极接法和共阳极接法。八段比七段多一个小数点位，但其使用原理均是一样的。本设计中选用的是共阴极数码管，使用时把各个发光二极管的阴极接在一起构成公共阴极并接地，当某发光二极管的阳极端输入高电平时就导通点亮，若输入低电平则不点亮。数码管的驱动方式可以分别为静态驱动和动态驱动，静态驱动编程简单，显示亮度高但是占用I/O 端口多，在实际应用时必须增加译码器驱动进行驱动，增加了硬件电路的复杂性。动态电路是最广泛的显示方式之一，其能够节省大量的I/O 端口，而且功耗

HIH

3610

Out VCC

GND

低，电路设计、编程方法简单。本设计中采用动态显示的方法，由P2口和P1口共同控制共阴极数码管的显示，P2口控制四位数码管的位选，使某一个数码管亮，P1口控制各数码管的段选，使数码管显示字符，予以进行显示经单片机处理过后的温度值和湿度值。各位代码位与显示段的关系如下表3.2所示：

表3.2 代码位与显示段的对应关系

代码位D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0

显示段dp g F e d c b a 用LED显示器显示十六进制数的字型代码如下表3.3所示。

表3.3共阴极数码管代码表

由P2.0口、P2.1口、P2.2口和P2.3口控制片选其中一个数码管亮，四个数码管以极短的时间间隔轮流亮，依靠人视觉的暂留，看到四个数码管同时显示相应字符。

其中第一个数码管显示“H”或“C”，“H”代表湿度humidity，“C”代表温度temperature。剩下三个数码管显示温度值或湿度值。

数码管连接图如下图3.8所示：

图3.8 数码管连接图

3.2.8 报警电路

本设计报警模块具备两项功能，即为报警灯和声音报警。可以在程序中设定修改报警的上下限值，根据单片机接收到的数据经过处理后与该参数设定的上下限进行比较，高于上限值（或低于下限值）则进行报警，同时能进行正常的显示。若未超过阈值范围则显示温湿度。

报警电路中，以红色LED和蜂鸣器构成，在输入温湿度的上下限后，系统会进行实时采样，并判断测试温湿度与输入温湿度之间的差异，当检测出的温湿度在设定的温湿度上下限外就会报警，即红色LED亮，同时蜂鸣器响。

报警电路的仿真图如图3.9所示：

图3.9报警电路

3.2.9 上位机通信电路

单片机的串行通信使用的是异步串行通信，异步是指发送端和接收端使用的不是同一个时钟。通信电路能将输入的量传输到上位机，并接收上位机发来的控制信息，实现上位机和单片机之间的通信，便于用户远程管理。单片机将采集的数据和控制装置当前的状态信息通过MAX3232送到上位机，实现信息的上传。

MAX232芯片是美信公司专门为电脑的RS-232标准串口设计的接口电路,使用+5v电源供电。仅需外接几个电容即可完成从TTL电平到RS-232电平的转换，通过MAX232和上位机相连接。在检测中需要做记录时，可以通过设置单片机的参数，每隔一定的时间进行自动的做记录，省去人工的记录麻烦。MAX232的T1IN和单片机的P3.0相连，R1 OUT和单片机的P3.1相连。上位机通信电路仿真图如图3.10所示：

图3.10 上位机通信电路

4 系统软件设计

4.1 系统设计语言

软件对整个系统来说是至关重要的，是整个系统的灵魂，整个系统的执行操作都是在软件的协调指挥下进行的。用于计算机程序设计的语言分为机器语言、汇编语言和高级语言。本系统软件的编写主要采用C语言编写。

4.2软件的设计

在本系统软件设计过程中采用模块化设计的设计理念，即整个系统程序由许多相互独立的具有各种功能的子程序模块（如显示模块、延时模块、中断模块等）组成，它们之间通过主程序的调用进行工作。各子程序的之间的连接原则是：各模块内的数据关系较为紧凑，而模块间数据关系较为松散，按执行功能的不同划分模块。

整个软件系统的程序从软件的功能不同可分为两类四个大模块，即一类是主程序模块，另一类是子程序模块，包括：参数设置程序模块、现场数据采集显示模块和报警程序模块。

主程序是整个系统中最重要的程序，是一个软件程序不可缺少的部分，是整个软件的核心，专门用来协调各个执行模块和操作者的联系，各个子程序都在主程序的协调下运行，是一个无限循环的顺序执行的程序，当有任何优先级的中断请求时，主程序的执行可以被打断，以处理相应的中断程序。如：子程序的调用、硬件电路的复位信号等都可以中断正在执行中的主程序。主程序主要是实现系统刚运行时的初始化、实现系统的自检、响应随时可能出现的中断请求进而调用相应的中断子程序等。当然也可以在主程序中安置一些具有一定功用的程序段。在本系统中的主程序的初始化工作主要完成对ADC0809的初始化。

环境参数温湿度的检测和相应的控制指令都是在各个子程序中进行，子程序是用来完成各种实质性的工作的，如测量、计算、显示、通讯等。每一个执行软件就是一个小的执行模块，在需要调用时可以在主程序中编写调用语句，子程序的调用有利于软件程序的清晰化、明朗化，且可以简化软件的编写工作，在C语言中还可以移植到其他的主程序中进行使用。在程序开始需对子程序进行声明，各子程序模块编写好以后，就可以规划主程序软件了。首先要根据系统的总体功能选择一种最合适的主程序结构，然后根据实时性的条件，合理安排监控软件和执行软件之间的调度关系。

软件设计思路为：

软件执行开始对各个端口进行初始化；检测ADC0809是否转换完毕；若未完毕则继续等待，若转换完毕则对数字量进行二进制和十进制的转换；判断是否超过设定阈值，超过阈值则报警且进行数码管显示，若未超过阈值则进行数码管显示

主流程图见图4.1：