1系統(tǒng)硬件設(shè)計
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(shù)據(jù)檢測，各檢測點的溫度和濕度經(jīng)過溫,、濕度傳感器及其轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?；?jīng)過矩陣網(wǎng)絡(luò)進行信號選擇，所得信號送到相應(yīng)的信號放大整理電路放大,，再進入A/D轉(zhuǎn)換器,，進行模數(shù)轉(zhuǎn)換,，將數(shù)字量送入從機，再經(jīng)從機的數(shù)據(jù)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(nèi)的數(shù)據(jù)(可監(jiān)測50~100個糧倉),，實現(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的及時溫濕度及報警狀態(tài),。
AT89C55/51芯片是由ATMEL公司推出的51系列8位單片機,，AT89C55片內(nèi)主要有20KB Flash存儲器、256字節(jié)片內(nèi)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(fā)送器)的串行接口、3個16位的定時器／計數(shù)器,、多個優(yōu)先級的嵌套中斷結(jié)構(gòu),，以及一個片內(nèi)振蕩器和時鐘電路。
本系統(tǒng)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(shù)據(jù)等關(guān)鍵結(jié)果,，從機完成數(shù)據(jù)采集、傳送,。主機位于監(jiān)控室,，從機位于各糧倉內(nèi)，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(nèi)部集成的UART模塊，適合于同其他計算機系統(tǒng)以及單片機外擴的外設(shè)芯片進行通信,，可實現(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)動器和接收器,，如MC3487和MC3486芯片,，實現(xiàn)信號的穩(wěn)定傳輸。
測量電路由傳感器,、矩陣測量網(wǎng)絡(luò),、多路模擬開關(guān)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(nèi),。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(nèi)含調(diào)理電路和溫度補償電路,，輸出為0.8～4V的直流電壓，可經(jīng)多路開關(guān)直接輸入A/D轉(zhuǎn)換器,。
矩陣測量網(wǎng)絡(luò)由多路模擬開關(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,。測溫(測濕)矩陣由CD4051的8個模擬開關(guān)，CD4052的4個模擬開關(guān)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(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即CD4052的OUT分別接溫濕度放大電路,。
該多路溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)的軟件采用模塊化方法設(shè)計，主要包括主機程序,、從機程序兩大部分。從機程序設(shè)計通常先進行初始化,，如設(shè)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(huán)執(zhí)行主要功能,，如定時、數(shù)據(jù)采集,、數(shù)字濾波,、顯示以及定時將數(shù)據(jù)傳遞給主機。主機定時接收從機發(fā)送的采集信號,，保存并實時顯示,，其流程如圖3所示。上電復(fù)位后顯示不同糧倉位號,、溫濕度值及其測量時間,，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,，主從機分別設(shè)計看門狗電路以保證AT89C55和AT89C51正常工作,。
本設(shè)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(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)有再開發(fā)性,。