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基于AT89S52单片机的温湿度监控系统设计


第25卷第4期 2 00 6年】2月



算技术与



动化

V01.25,No.4
Dec.2 0 0 6

Computing Technology and Automation

文章编号:1003—6199(200

6)04—0044—03

基于AT89S52单片机的温湿度监控系统设计
张世英,刘万莹,李仁兵
(第二炮兵工程学院,陕西西安710025) 摘

要:介绍一种基于AT89S52单片机的温湿度监控系统。给出其整体结构、硬件设计、系统通信网

络方案以及系统软件的开发和实现。该监控系统可方便地应用于大多数温度和湿度控制场合。实验结果 表明,系统的稳定性好,精度高,符合监控要求。 关键词:单片机;温湿度;监控系统 中图分类号:TP273
文献标识码:A

Design of Temperature——humidity
Based on AT89S52

Monitoring System Microcontroller

ZHANG Shi—ying,LIU Wan—ying,LI Ren—bing


(The Second Artillery Engineering College,Xi’an
Abstract:The
paper presents


710025,China)
on

temperature—humidity monitoring system based

AT89S52

Microcontroller.The develop—

ment and realization of the system structure,hardware design,communication network and the software design of the monitoring system
are

introduced.The system which

can

apply

tO

most of temperature—humidity control

occasions

easily has good stability

and accuracy—under experiments. Key words:microcontroller;temperature—humidity;monitoring system

2.1

网络监控系统结构 系统结构框图如图1。系统采用两级主从式







总线型网络拓扑结构。由l台PC机(作为上位 机)、若干台AT89S52单片机(作为下位机)和RS 一485总线通信网络组成。整个系统在监控系统 管理软件的控制下,统一协调工作,完成设计功能。

环境条件中的温湿度指标是许多工作场合中 的重要参数,不论是仓库管理、图书保存还是工业 测量与计量检定,都需要符合操作规定的温湿度环 境条件。而温湿度也是最不容易保障的指标,针对 这一情况,研制可靠且实用的温湿度监控系统显得 非常重要。本监控系统以RS一485总线协议为基 础组成分布式网络结构,采用PC机与AT89S52 单片机组成的多机系统完成测量与控制任务。



系统硬件结构及工作原理
图1 系统结构框图

收稿日期:2006一08—29 作者简介:张世英(1962一),男,陕西成阳人,教授,博士,研究方向:故障检测与状态监控(E—mailsyzhan97809@sina.tom)


第25卷第4期

张世英等:基于AT89S52单片机的温湿度监控系统设计

45

2.2主从式通信网络

KS.485通信网

系统中通信网络采用RS一485串行总线连 接,串行通信具有传输距离长、连接简单、使用灵活 方便、数据传输可靠性高的特点,在工业监控、数据 采集和实时控制系统中得到了广泛应用。其中采 用差分通信方式进行信号发送与接收的RS一485 (EIA一485Standard)总线协议较RS一232C协议 提高了抗共模干扰能力和传输速率,扩大了传输距 离,更适合作为现场总线应用于复杂的环境中的工 业控制和实时监控系统中[1】。 下位机现场数据采集与控制单元挂接于同一 条数据通信总线,总线为各现场单元共享,为避免 总线通信的竞争与冲突,系统网络通信采用主从式 和广播式通信控制方法。由主控微机决定一次通 信过程的启动和终止,通过给需要通信的现场单元 分配总线通信使用权的方法来实现与下位单片机 与主控微机之间的网络通信。网络中的下位单片 机请求通信时必须等待主控微机将总线使用权分 配给它后才能收发数据[2]。采用主从通信控制方 法虽然速度稍慢,但由于现场单片机与主控微机间 的信息交换不是特别频繁,因此对于本监控系统是 适用的。PC主控微机与各现场单元单片机之间所 采用的通信规约是自定义的、非标准的、比较简单 的格式。主控PC微机通过RS一232C串口向总线 通信协议转换控制器发送命令帧信息,总线控制器 接口电路负责RS一232C电平和RS一485电平之 间的相互转换,转发此通信帧向RS一485总线网 络广播。在通信帧中包含主控微机所要求的下位 现场单元编号,所有下位现场单元单片机都收听广 播,在收到广播帧后,进行编号对比操作,各下位单 片机把收到的编号与自己的编号进行比较,编号相 同的下位单片机控制器为被选中的下位机,对接收 到的帧信息进行处理,其余下位单片机控制器皆为 未选中的下位机,需要丢弃收到的帧信息并继续进 行网络侦听工作b J。同样,下位现场单元单片机 向主控微机发送信息帧时,由总线通信协议转换控 制器转换为RS一232C通信协议电平向主控微机 转发。在设计实验中,监控系统在串行通信波特率 为9600bit/s,无奇偶校验位,8位数据位,1位停止 位的设置下通信正常,没有发生丢帧或错帧的现 象。 2.3下位机数据采集与控制单元 下位机是一个以AT89S52单片机为核心的数 据采集与控制单元。其结构原理框图见图2所示。 AT89S52是一个低功耗,高性能CMOS 8位 单片机,该器件采用ATMEL公司的高密度、非易 失性存储技术制造,兼容标准MCS一51指令系统 及80C51引脚结构。功能强大的AT89s52单片机 可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解 决方案。AT89S52单片机具有如下资源:40个引 脚,8k
Bytes

l显示输出I卜
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图2下位机结构原理框图

Flash片内程序存储器(In

system pro—

grammable可反复擦写1000次),256 bytes的随机

存取数据存储器(RAM),32个外部双向输入偷出
(I/O)口,5个中断优先级2层中断嵌套中断,3个 16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口, 看门狗(WDT)电路,片内时钟振荡器。可通过软 件设置省电模式。空闲模式下,CPU暂停工作,而 RAM定时计数器,串行口,外中断系统可继续工 作,直至外中断激活或硬件复位【4|。下位机分别 接有8路温度湿度传感器,进行温度湿度检测,并 根据各路的平均温度和平均湿度,控制除湿机、空 调机或其他设施,以使环境温度与湿度控制在特定 的范围内,并轮流显示平均温度、湿度值。下位机 还设有烟雾、火光和热释电红外传感器及其相关电 路,组成防火、防盗报警系统。下位单片机通过 TTL/RS一485通信接口电路与总线网络相连接构 成半双工主从式串行通信网络,实现下位机通过串 行口与上位机交换数据。下位机是一个相对独立 的智能型区域数据测量与控制子系统,当监控主机 与下位单片机之间的通信发生故障时,各下位机仍 可独立完成相关区域的数据采集、告警和控制功
能。

各温度和湿度传感器分别将检测到的温度和 湿度物理量转换成电信号,经各自的低噪声放大器 放大、模数转换器(A/D)后,送到AT89S52单片 机进行数据分析处理。下位机可接受上位机的访 问,根据需要将温度、湿度数据实时传递给上位机, 由上位机对各仓库的温湿度数据进行记录并做相

计算技术与自动化

2006年12月

应处理。由于不同武器装备对环境温、湿度要求不 同,用户可通过外加键盘,在所需要的范围内随意 设置系统监控的温、湿度指标,以便系统适应不同
的需要。 I跳入主程序l f重置指针sPl

=j[=

将指标装入内部RAM

=二亡
初始化键盘

3’软件设计
3.1

二二二I二二二
设置串行口工作方式

网络监控系统软件的设计与开发 网络监控系统软件的设计与开发采用基于面

初始化设备和报警指示灯 建立数据地址指针、通 道号初值并启动A/D转换 设置中断方式并开放中断 执行通 信命令

向对象程序设计思想和关系数据库技术,在win— dows9x/2000/XP系统平台上采用Borland
C++

Builder编程语言开发而成。监控系统软件完成的 主要任务和功能有:系统组态、串行通信管理、图形 显示管理、数据存储、报表打印、统计分析、异常处 理等。仓储网络监控系统的软件设计功能较多而 复杂,而且层次比较多。因此在设计上首先基于 Windows的多任务处理机制,前台完成命令响应、 各模块调用以及系统工作状态的动态实时图形化 显示等,后台负责实时监视接收各下位现场单元发 送的数据、定时巡检或随机抽检工作现场的单片机 控制器、进行异常处理和报警处理等;在编程技术 上采用VCL组件开发技术,应用多线程技术进行 多任务处理;其次,采用模块化程序设计,把一个大 的程序划分为若干个小的功能模块,每个模块之问 既相互独立又相互联系,这样可以提高软件的可维 护性、可读性、可靠性和高效性幢J。
3.2下位机程序设计【5 3

主机呼叫

]厂 禽 二[ 中断服务
结束

图3下位机主程序流程图

参考文献
[1]邱公伟,赵祥元,巫淑萍.实时控制与智能仪表多微机系统的 通信技术[M].北京:清华大学出版社,1996. [2]周海峰,赵春宇,陈大跃.基于RS一485的种子处理成套设备 的网络控制设计[J].测控技术。2004,23(12):48—49. [3]韩世进,张乐年.基于RS一485的多路数据采集系统[J].现 代电子技术,2003(11):14—15. [4]孙育才,王荣兴。孙华芳.ATMEL新型AT89S52系列单片机 及其应用[M].北京:清华大学出版社,2005. [5]李华,孙晓民,李红青,等.MCS一51系列单片机实用接口技 术[M].北京:北京航空航天大学出版社,1993.

下位机主程序流程图如图3所示。包括对系 统进行初始化处理;判断中断方式(含优先级)设 置;串行口工作方式设置;系统各种指标的装入;键 盘初始化;控制信号初始化以及建立数据指针、通 道初值并启动A/D转换。 结 语



实践证明,基于AT89S52单片机的网络监控 系统依托集中管理、分散控制的现代控制技术,组 成监控系统的硬件和软件采用标准化、模块化和系 统化的设计,系统的配置具有通用性强、系统组态 灵活、控制功能完善以及系统安装、调试和维修简 便等特点,并且还可以通过智能通信接口或标准的 通信网络协议和其它监控系统,如门禁管理子系统 相交联通信,组成功能更完善的自动化网络管理系 统。


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