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由AT89C51/55构成的温湿度自动监测系统 |
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1系统硬件设计
系统结构如图1所示，采用ATMEL公司生产的51系列单片机AT89C55和AT89C51为核心，其中主机采用AT89C55、从机采用AT89C51。从机负责64点的数据检测，各检测点的温度和湿度经过温、湿度传感器及其转换电路转变为电压信号；经过矩阵网络进行信号选择，所得信号送到相应的信号放大整理电路放大，再进入A/D转换器，进行模数转换，将数字量送入从机，再经从机的数据处理，送给LED进行显示，同时定时传送给主机AT89C55；主机负责收集各粮仓内的数据(可监测50~100个粮仓)，实现数据的保存、打印以及调用历史数据，并可巡回显示各粮仓的及时温湿度及报警状态。
AT89C55/51芯片是由ATMEL公司推出的51系列8位单片机，AT89C55片内主要有20KB Flash存储器、256字节片内RAM，4个8位的双向可寻址I/O口，1个全双工UART(通用异步接收发送器)的串行接口、3个16位的定时器／计数器、多个优先级的嵌套中断结构，以及一个片内振荡器和时钟电路。
本系统中主机利用了AT89C55丰富的20KB闪存资源永久保存实时的测量信息、历史的测量数据等关键结果，从机完成数据采集、传送。主机位于监控室，从机位于各粮仓内，主从机之间有一定的距离，信号的传输采用串行异步通信方式，AT89C55／51单片机内部集成的UART模块，适合于同其他计算机系统以及单片机外扩的外设芯片进行通信，可实现全双工异步、半双工同步主控和半双工同步从控三种工作方式。本系统中利用其UART模块工作于全双工异步通信方式，其中TX为发送线、RC为接收线，利用RS-422驱动器和接收器，如MC3487和MC3486芯片，实现信号的稳定传输。
2传感器与矩阵测试网络的设计
测量电路由传感器、矩阵测量网络、多路模拟开关及放大电路的组成。测温范围：-45～+45℃，±0.5℃；测湿范围：0～99％RH，±0.8％RH。温度传感器选用集成温度传感器AD590M，其特点为线性电流输出1μA/K；温度范围-55～150℃；电压输入/电流输出；激光修正到±0.5℃校准精度(AD590M)，线性度可达±0.3℃/FS。使用时可将AD590M插入粮仓堆内。针对湿度测量范围及精度要求，湿度传感器选用湿敏集成传感器IH-3602。这是一种电容式湿敏传感器，内含调理电路和温度补偿电路，输出为0.8～4V的直流电压，可经多路开关直接输入A/D转换器。
矩阵测量网络由多路模拟开关CD4051、CD4052和温度传感器AD590、湿度传感器IH-3602组成，其连接方式如图2所示。测温(测湿)矩阵由CD4051的8个模拟开关，CD4052的4个模拟开关和32个AD590，(32个IH-36021)组成。各个测量元件的选通由地址码控制，其中由CD4051、CD4052，AD590、IH-3602组成的矩阵网络中，两片CD4052的4输入线A、B及CD4051的3输入线A、B、C共7位地址码由AT89C51的P0口提供，CD4052的INH直接接高电平，而CD4051的INH由P2口提供，温度和湿度输出信号即CD4052的OUT分别接温湿度放大电路。
3系统软件设计
该多路温湿度监测系统的软件采用模块化方法设计，主要包括主机程序、从机程序两大部分。从机程序设计通常先进行初始化，如设置中断、定时器、串行口、外部可编程器件的初始化等，然后循环执行主要功能，如定时、数据采集、数字滤波、显示以及定时将数据传递给主机。主机定时接收从机发送的采集信号，保存并实时显示，其流程如图3所示。上电复位后显示不同粮仓位号、温湿度值及其测量时间，并调用键盘管理程序模块及接收程序模块。为防止程序跑飞，主从机分别设计看门狗电路以保证AT89C55和AT89C51正常工作。
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4结束语
本设计中由于采用了AT89C51/55单片机，性能可靠电路简单，适于批量生产；而且，系统中还可充分利用AT8951/55中未用到的软件硬件资源，系统有再开发性。
参考文献
［1］余永权.ATMEL89系列单片机应用技术［M］.北京：北京航空航天大学出版社，2002.
［2］孙传有.测控系统设计［M］.北京：北京航空航天大学出版社，2002.
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