Temperature and Humidity Automatically Detecting System
Based on AT89C51/55

LIU Li

(Department of Machine Electronic, Shenyang Vocational and Technical College,
Shenyang 110043, China)

　　Key words: temperature and humidity; multiway signal collecting; MCU

1系統硬件設計
　　系統結構如圖1所示，采用ATMEL公司生產的51系列單片機AT89C55和AT89C51為核心，其中主機采用AT89C55、從機采用AT89C51。從機負責64點的數據檢測，各檢測點的溫度和濕度經過溫、濕度傳感器及其轉換電路轉變為電壓信號；經過矩陣網絡進行信號選擇，所得信號送到相應的信號放大整理電路放大，再進入A/D轉換器，進行模數轉換，將數字量送入從機，再經從機的數據處理，送給LED進行顯示，同時定時傳送給主機AT89C55；主機負責收集各糧倉內的數據(可監測50~100個糧倉)，實現數據的保存、打印以及調用歷史數據，并可巡回顯示各糧倉的及時溫濕度及報警狀態。
　　AT89C55/51芯片是由ATMEL公司推出的51系列8位單片機，AT89C55片內主要有20KB Flash存儲器、256字節片內RAM，4個8位的雙向可尋址I/O口，1個全雙工UART(通用異步接收發送器)的串行接口、3個16位的定時器／計數器、多個優先級的嵌套中斷結構，以及一個片內振蕩器和時鐘電路。
　　本系統中主機利用了AT89C55豐富的20KB閃存資源永久保存實時的測量信息、歷史的測量數據等關鍵結果，從機完成數據采集、傳送。主機位于監控室，從機位于各糧倉內，主從機之間有一定的距離，信號的傳輸采用串行異步通信方式，AT89C55／51單片機內部集成的UART模塊，適合于同其他計算機系統以及單片機外擴的外設芯片進行通信，可實現全雙工異步、半雙工同步主控和半雙工同步從控三種工作方式。本系統中利用其UART模塊工作于全雙工異步通信方式，其中TX為發送線、RC為接收線，利用RS-422驅動器和接收器，如MC3487和MC3486芯片，實現信號的穩定傳輸。

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　　測量電路由傳感器、矩陣測量網絡、多路模擬開關及放大電路的組成。測溫范圍：-45～+45℃，±0.5℃；測濕范圍：0～99％RH，±0.8％RH。溫度傳感器選用集成溫度傳感器AD590M，其特點為線性電流輸出1μA/K；溫度范圍-55～150℃；電壓輸入/電流輸出；激光修正到±0.5℃校準精度(AD590M)，線性度可達±0.3℃/FS。使用時可將AD590M插入糧倉堆內。針對濕度測量范圍及精度要求，濕度傳感器選用濕敏集成傳感器IH-3602。這是一種電容式濕敏傳感器，內含調理電路和溫度補償電路，輸出為0.8～4V的直流電壓，可經多路開關直接輸入A/D轉換器。
　　矩陣測量網絡由多路模擬開關CD4051、CD4052和溫度傳感器AD590、濕度傳感器IH-3602組成，其連接方式如圖2所示。測溫(測濕)矩陣由CD4051的8個模擬開關，CD4052的4個模擬開關和32個AD590，(32個IH-36021)組成。各個測量元件的選通由地址碼控制，其中由CD4051、CD4052，AD590、IH-3602組成的矩陣網絡中，兩片CD4052的4輸入線A、B及CD4051的3輸入線A、B、C共7位地址碼由AT89C51的P0口提供，CD4052的INH直接接高電平，而CD4051的INH由P2口提供，溫度和濕度輸出信號即CD4052的OUT分別接溫濕度放大電路。

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　　該多路溫濕度監測系統的軟件采用模塊化方法設計，主要包括主機程序、從機程序兩大部分。從機程序設計通常先進行初始化，如設置中斷、定時器、串行口、外部可編程器件的初始化等，然后循環執行主要功能，如定時、數據采集、數字濾波、顯示以及定時將數據傳遞給主機。主機定時接收從機發送的采集信號，保存并實時顯示，其流程如圖3所示。上電復位后顯示不同糧倉位號、溫濕度值及其測量時間，并調用鍵盤管理程序模塊及接收程序模塊。為防止程序跑飛，主從機分別設計看門狗電路以保證AT89C55和AT89C51正常工作。

　　本設計中由于采用了AT89C51/55單片機，性能可靠電路簡單，適于批量生產；而且，系統中還可充分利用AT8951/55中未用到的軟件硬件資源，系統有再開發性。