1系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，采用ATMEL公司生產(chǎn)的51系列單片機(jī)AT89C55和AT89C51為核心，其中主機(jī)采用AT89C55、從機(jī)采用AT89C51。從機(jī)負(fù)責(zé)64點(diǎn)的數(shù)據(jù)檢測(cè)，各檢測(cè)點(diǎn)的溫度和濕度經(jīng)過(guò)溫、濕度傳感器及其轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)；經(jīng)過(guò)矩陣網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信號(hào)選擇，所得信號(hào)送到相應(yīng)的信號(hào)放大整理電路放大，再進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換器，進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，將數(shù)字量送入從機(jī)，再經(jīng)從機(jī)的數(shù)據(jù)處理，送給LED進(jìn)行顯示，同時(shí)定時(shí)傳送給主機(jī)AT89C55；主機(jī)負(fù)責(zé)收集各糧倉(cāng)內(nèi)的數(shù)據(jù)(可監(jiān)測(cè)50~100個(gè)糧倉(cāng))，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的保存、打印以及調(diào)用歷史數(shù)據(jù)，并可巡回顯示各糧倉(cāng)的及時(shí)溫濕度及報(bào)警狀態(tài)。
AT89C55/51芯片是由ATMEL公司推出的51系列8位單片機(jī)，AT89C55片內(nèi)主要有20KB Flash存儲(chǔ)器、256字節(jié)片內(nèi)RAM，4個(gè)8位的雙向可尋址I/O口，1個(gè)全雙工UART(通用異步接收發(fā)送器)的串行接口、3個(gè)16位的定時(shí)器／計(jì)數(shù)器、多個(gè)優(yōu)先級(jí)的嵌套中斷結(jié)構(gòu)，以及一個(gè)片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路。
本系統(tǒng)中主機(jī)利用了AT89C55豐富的20KB閃存資源永久保存實(shí)時(shí)的測(cè)量信息、歷史的測(cè)量數(shù)據(jù)等關(guān)鍵結(jié)果，從機(jī)完成數(shù)據(jù)采集、傳送。主機(jī)位于監(jiān)控室，從機(jī)位于各糧倉(cāng)內(nèi)，主從機(jī)之間有一定的距離，信號(hào)的傳輸采用串行異步通信方式，AT89C55／51單片機(jī)內(nèi)部集成的UART模塊，適合于同其他計(jì)算機(jī)系統(tǒng)以及單片機(jī)外擴(kuò)的外設(shè)芯片進(jìn)行通信，可實(shí)現(xiàn)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(tǒng)中利用其UART模塊工作于全雙工異步通信方式，其中TX為發(fā)送線、RC為接收線，利用RS-422驅(qū)動(dòng)器和接收器，如MC3487和MC3486芯片，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的穩(wěn)定傳輸。
測(cè)量電路由傳感器、矩陣測(cè)量網(wǎng)絡(luò)、多路模擬開(kāi)關(guān)及放大電路的組成。測(cè)溫范圍：-45～+45℃，±0.5℃；測(cè)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(diǎn)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(zhǔn)精度(AD590M)，線性度可達(dá)±0.3℃/FS。使用時(shí)可將AD590M插入糧倉(cāng)堆內(nèi)。針對(duì)濕度測(cè)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(nèi)含調(diào)理電路和溫度補(bǔ)償電路，輸出為0.8～4V的直流電壓，可經(jīng)多路開(kāi)關(guān)直接輸入A/D轉(zhuǎn)換器。
矩陣測(cè)量網(wǎng)絡(luò)由多路模擬開(kāi)關(guān)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(cè)溫(測(cè)濕)矩陣由CD4051的8個(gè)模擬開(kāi)關(guān)，CD4052的4個(gè)模擬開(kāi)關(guān)和32個(gè)AD590，(32個(gè)IH-36021)組成。各個(gè)測(cè)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(wǎng)絡(luò)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(hào)即CD4052的OUT分別接溫濕度放大電路。
該多路溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的軟件采用模塊化方法設(shè)計(jì)，主要包括主機(jī)程序、從機(jī)程序兩大部分。從機(jī)程序設(shè)計(jì)通常先進(jìn)行初始化，如設(shè)置中斷、定時(shí)器、串行口、外部可編程器件的初始化等，然后循環(huán)執(zhí)行主要功能，如定時(shí)、數(shù)據(jù)采集、數(shù)字濾波、顯示以及定時(shí)將數(shù)據(jù)傳遞給主機(jī)。主機(jī)定時(shí)接收從機(jī)發(fā)送的采集信號(hào)，保存并實(shí)時(shí)顯示，其流程如圖3所示。上電復(fù)位后顯示不同糧倉(cāng)位號(hào)、溫濕度值及其測(cè)量時(shí)間，并調(diào)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(jī)分別設(shè)計(jì)看門狗電路以保證AT89C55和AT89C51正常工作。
本設(shè)計(jì)中由于采用了AT89C51/55單片機(jī)，性能可靠電路簡(jiǎn)單，適于批量生產(chǎn)；而且，系統(tǒng)中還可充分利用AT8951/55中未用到的軟件硬件資源，系統(tǒng)有再開(kāi)發(fā)性。