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摘 要：本文是基于Keil C软件开发平台和Protel 99se硬件开发平台完成的仓库监控系统的设计。方案采用增强型STC89C52单片机为控制核心，DHT90温湿度传感器为系统上游信号采集系统的核心。并采用了多路信号采集并取均值的方式，并据此设计了相关的多路信号分时选择通道。系统通过监控实时温、湿度与预先设置的安全区进行比较来实现。当监控主机发现监控环境中的元素出现异常（温、湿度过限）时，系统能够及时的运行预定义的报警联动装置。该系统可靠性高、人机交换界面友好，使用维护简单。
关键词：STC89C51单片机；DHT90温、湿度传感器；信号分时选择通道
中图分类号：N945.2 文献标识码：A 文章编号：1006-4117（2011）09-0395-02
引言：温、湿度的监测与管理在档案库、仓库等物品存储场所占有举足轻重的作用。传统检测温、湿度的方法是通过人工对温度、湿度进行检测，对不符合要求的进行房间进行通风、去湿和降温等工作。这种人工测试方法费时费力、效率低，而且测试的温度与湿度误差较大，随机性大。本文所介绍的温湿度控制系统是基于STC89C52单片机位控制核心、结合传感技术与传感器、通信原理、自动控制原理、数字电子电路技术与模拟电子电路技术，实现了仓库的温、湿度检测与有效管理，降低了经济损失与劳动强度。
一、系统可行性分析
DHT90温、湿度传感器是单总线数据结构，且片内地址到目前为止始终为固定值000。第一种方式：与单个DHT90进行通信可以使用I2C总线协议为基础。但使用时必须注意，总线上只能挂一个传感器。 第二种方式：采用单片机模拟其传感器通信协议，这样也可以使单片机与DHT90进行正常通信。DHT90通信协议可以用单片机软件模拟出来，进而进行操作。
二、系统设计
本系统所要实现的功能为监测仓库内环境温湿度，并且实现过线报警功能。即在系统初始化过程中需要对系统设置温湿度的安全区，即为温湿度的上下限。若实时温湿度的值落在安全区以外，系统就会区分其异常类型，根据不同的异常类型，进行不同的报警功能。最后将温湿度值实时显示在12864液晶屏上。系统总体框图如图2-1所示：
图2-1 系统框图
如图2-1所示，本系统主要分为5大部分，第一部分为单片机最小系统部分；第二部分是传感器部分；第三部分是信号分时选择通道；第四部分为报警部分。第五部分为输入输出部分。
（一）单片机最小系统的设计
1、晶振与复位部分
单片机的晶振与复位原理图
如图2-2所示：
图2-2 晶振与复位原理
本系统的晶振采用外部无源晶振。读图，C10、C11与Y1组成电容三点式振荡器，其中C10与C11是分压电容，起到了帮之起振和稳频的作用。其值的取值范围位5PF-30PF。在规定允许范围内其值越小越好。而根据相位平衡条件可以判断出Y1工作在串联谐振频率与并联谐振频率之间，呈感性。该电路与内部的反向放大器组成一个正反馈网络，这样来维持自己振荡的持续。等效电路如图2-3所示
图2-3 正反馈网络等效电路图
其中R1的值应该在兆欧级别，因为R1在这里起到了在开始起振时呈线性状态。复位电路中包括两部分：第一部分由C1与R10组成的上电复位电路。第二部分由S13、R11和R10组成的手动复位电路。上电复位是依赖于VCC对电容充电完成的。由于CMOS元件一般高于0.8VCC即为高电平，低电平要低于0.2VCC。RC充电公式为
其中 Vt：t时刻的电压值。V0电容电压初始值。V1电容充满电值。为了安全起见，设Vt=0.9VCC所以得出：t≈2.3RC。取R=10K,C=10μf。
手动复位是依赖于电阻的分压，来达到使RST维持高电平的效果。该部分电路由VCC、S13、R10和R11组成。在这里默认按下按键的时间要大于单片机的2个机器周期。当按键被按下时，电阻R10与R11进行分压。所以RST脚的电压为：
其中R10=10K,R11=1K。所以VRES≈4.5V。
2、串口通信设计
本系统基于美信公司的MAX232设计的串口通信。MAX232是美信公司专门为RS电平串口通信专门做的，是用来电平转换的。其电路图如图2-4所示：
图2-4 串口通信
232的高电平是-15V至-3V，低电平是+3V至+15V。MAX232主要分为3个部分。由1脚、2脚、3脚、4脚、5脚和6脚组成的电荷泵电路。主要完成电中电压的倍增和变换。第二部分由7脚、8脚、9脚、10脚、11脚、12脚、13脚、14脚组成的数据通信部分。TTL/COMS电平通过T1IN与T2IN进入后通过R1OUT与R2OUT输出。RS232电平由R1IN与R2IN进入后由T1OUT与T2OUT输出。第三部分由15脚与16脚组成的电源与地。在电路中，电容CD1、CD2、CD3和CD4的值为1μf，若采用MAX232cpe商业级的电容为0.1μf。电容值一般不予改变。1、3脚之间的电容与2脚与电源之间的电容与芯片内部电路共同作用，达到使+5V到+10V的电压倍增效果。4脚、5脚之间的电容、6脚与地之间的电容与芯片内部共同作用，达到使+10V到-10V之间的电压翻转。
（二）传感器与分时电路的设计
1、传感器的物理特性
该系统采用的是DHT90温、湿度传感器。其输出为全标定数字输出。其结构如图2-5：
图2-5 DHT90傳感器
该传感器的精度高，测湿范围为0至100%RH，测温范围为-40至128℃。足够满足本系统的设计要求。
所以系统采用DHT90传感器。
2、传感器的工作流程
DHT90传感器的硬件电路十分简单，其难度在于对其的控制程序。其控制流程为：
（1）首先，我们需要启动传输函数。这样就可以启动传感器。
（2）然后，发送命令。该命令由8位，两部分组成。第一部分即前三位是地址码，为固定值000。后5位为命令码，决定了传感器的工作方式。
（3）若传感器与单片机数据传输后，DATA下拉为低电平（表示测量结束），只有等到这一信号才能进行下一步动作。
读取测量值，将其转化为温湿、度值
3、信号分时选择通道
由于DHT90传感器片内地址为固定值000，所以不能将多个传感器的直接挂在I2C总线上。但是为了得到更加有说服力、更加能说明问题的值，该系统要采用4路传感器，分别测得不同地方的温、湿度值，这样，就需要解决多个传感器信号输入问题。可以采用每个传感器分别接至单片机，这样硬件电路会很复杂，直接浪费了单片机的系统资源。所以本系统没有采用这种方式。而采用的是数字信号分时输入的方式来进行信号传输的。其电路图如图2-6所示：
图2-6 信号分时选择通道
9014三极管在这里起到开关作用。当单片机给出高电平时三极管工作。R1,R2,R3R4在这里起到限流作用，防止电流过大烧毁三极管。其值为
9014的PN结电压为0.3V放大倍数在200-300之间。只要控制基极电流为10μ就可以保持三极管正常工作。
（三）报警电路
图2-7 报警电路
报警电路采用灌电流方式。发光二极管的压降为1.7V，将其点亮的电流在3mA-10mA左右。所以限流电阻的值为：
即 R=1.1K所以，R取1K。
（四）输入输出显示电路
由于该系统需要输入的数据量变化多而且较为复杂，所以输入采用4×4矩阵键盘。由于该系统需要输出的数据较为复杂多变，为了满足要求输出采用的是12864带字库液晶显示。
结束语：本系统设计方案有多种，上述方案是从多种方案中选出的最优方案，其具有功能强、成本低、元件少、精度高、可靠性好、稳定性高、执行速度快、简单易行、具有实效性、使用范围广等特点，故具有推广价值。毕业设计3个月的时间，在这个过程中，充满了自我的学习，老师的教育，同学的帮助，所以在结束的时候很是感动。在本次设计中指导老师给了我很大的帮助，每次程序运行不出结果或有错误时，他总会帮我认真分析，耐心指导，详细讲解，使我受益匪浅。
作者单位：大连交通电气信息学院
参考文献
[1]杨振江等.智能仪器与数据采集系统中的新器件及应用[M].西安:西安电子科技大学出版社,2001.
[2]刘笃仁、韩保君.传感器原理及应用技术[M].北京:机械工业出版社.2003.
关键词：STC89C51单片机；DHT90温、湿度传感器；信号分时选择通道
中图分类号：N945.2 文献标识码：A 文章编号：1006-4117（2011）09-0395-02
引言：温、湿度的监测与管理在档案库、仓库等物品存储场所占有举足轻重的作用。传统检测温、湿度的方法是通过人工对温度、湿度进行检测，对不符合要求的进行房间进行通风、去湿和降温等工作。这种人工测试方法费时费力、效率低，而且测试的温度与湿度误差较大，随机性大。本文所介绍的温湿度控制系统是基于STC89C52单片机位控制核心、结合传感技术与传感器、通信原理、自动控制原理、数字电子电路技术与模拟电子电路技术，实现了仓库的温、湿度检测与有效管理，降低了经济损失与劳动强度。
一、系统可行性分析
DHT90温、湿度传感器是单总线数据结构，且片内地址到目前为止始终为固定值000。第一种方式：与单个DHT90进行通信可以使用I2C总线协议为基础。但使用时必须注意，总线上只能挂一个传感器。 第二种方式：采用单片机模拟其传感器通信协议，这样也可以使单片机与DHT90进行正常通信。DHT90通信协议可以用单片机软件模拟出来，进而进行操作。
二、系统设计
本系统所要实现的功能为监测仓库内环境温湿度，并且实现过线报警功能。即在系统初始化过程中需要对系统设置温湿度的安全区，即为温湿度的上下限。若实时温湿度的值落在安全区以外，系统就会区分其异常类型，根据不同的异常类型，进行不同的报警功能。最后将温湿度值实时显示在12864液晶屏上。系统总体框图如图2-1所示：
图2-1 系统框图
如图2-1所示，本系统主要分为5大部分，第一部分为单片机最小系统部分；第二部分是传感器部分；第三部分是信号分时选择通道；第四部分为报警部分。第五部分为输入输出部分。
（一）单片机最小系统的设计
1、晶振与复位部分
单片机的晶振与复位原理图
如图2-2所示：
图2-2 晶振与复位原理
本系统的晶振采用外部无源晶振。读图，C10、C11与Y1组成电容三点式振荡器，其中C10与C11是分压电容，起到了帮之起振和稳频的作用。其值的取值范围位5PF-30PF。在规定允许范围内其值越小越好。而根据相位平衡条件可以判断出Y1工作在串联谐振频率与并联谐振频率之间，呈感性。该电路与内部的反向放大器组成一个正反馈网络，这样来维持自己振荡的持续。等效电路如图2-3所示
图2-3 正反馈网络等效电路图
其中R1的值应该在兆欧级别，因为R1在这里起到了在开始起振时呈线性状态。复位电路中包括两部分：第一部分由C1与R10组成的上电复位电路。第二部分由S13、R11和R10组成的手动复位电路。上电复位是依赖于VCC对电容充电完成的。由于CMOS元件一般高于0.8VCC即为高电平，低电平要低于0.2VCC。RC充电公式为
其中 Vt：t时刻的电压值。V0电容电压初始值。V1电容充满电值。为了安全起见，设Vt=0.9VCC所以得出：t≈2.3RC。取R=10K,C=10μf。
手动复位是依赖于电阻的分压，来达到使RST维持高电平的效果。该部分电路由VCC、S13、R10和R11组成。在这里默认按下按键的时间要大于单片机的2个机器周期。当按键被按下时，电阻R10与R11进行分压。所以RST脚的电压为：
其中R10=10K,R11=1K。所以VRES≈4.5V。
2、串口通信设计
本系统基于美信公司的MAX232设计的串口通信。MAX232是美信公司专门为RS电平串口通信专门做的，是用来电平转换的。其电路图如图2-4所示：
图2-4 串口通信
232的高电平是-15V至-3V，低电平是+3V至+15V。MAX232主要分为3个部分。由1脚、2脚、3脚、4脚、5脚和6脚组成的电荷泵电路。主要完成电中电压的倍增和变换。第二部分由7脚、8脚、9脚、10脚、11脚、12脚、13脚、14脚组成的数据通信部分。TTL/COMS电平通过T1IN与T2IN进入后通过R1OUT与R2OUT输出。RS232电平由R1IN与R2IN进入后由T1OUT与T2OUT输出。第三部分由15脚与16脚组成的电源与地。在电路中，电容CD1、CD2、CD3和CD4的值为1μf，若采用MAX232cpe商业级的电容为0.1μf。电容值一般不予改变。1、3脚之间的电容与2脚与电源之间的电容与芯片内部电路共同作用，达到使+5V到+10V的电压倍增效果。4脚、5脚之间的电容、6脚与地之间的电容与芯片内部共同作用，达到使+10V到-10V之间的电压翻转。
（二）传感器与分时电路的设计
1、传感器的物理特性
该系统采用的是DHT90温、湿度传感器。其输出为全标定数字输出。其结构如图2-5：
图2-5 DHT90傳感器
该传感器的精度高，测湿范围为0至100%RH，测温范围为-40至128℃。足够满足本系统的设计要求。
所以系统采用DHT90传感器。
2、传感器的工作流程
DHT90传感器的硬件电路十分简单，其难度在于对其的控制程序。其控制流程为：
（1）首先，我们需要启动传输函数。这样就可以启动传感器。
（2）然后，发送命令。该命令由8位，两部分组成。第一部分即前三位是地址码，为固定值000。后5位为命令码，决定了传感器的工作方式。
（3）若传感器与单片机数据传输后，DATA下拉为低电平（表示测量结束），只有等到这一信号才能进行下一步动作。
读取测量值，将其转化为温湿、度值
3、信号分时选择通道
由于DHT90传感器片内地址为固定值000，所以不能将多个传感器的直接挂在I2C总线上。但是为了得到更加有说服力、更加能说明问题的值，该系统要采用4路传感器，分别测得不同地方的温、湿度值，这样，就需要解决多个传感器信号输入问题。可以采用每个传感器分别接至单片机，这样硬件电路会很复杂，直接浪费了单片机的系统资源。所以本系统没有采用这种方式。而采用的是数字信号分时输入的方式来进行信号传输的。其电路图如图2-6所示：
图2-6 信号分时选择通道
9014三极管在这里起到开关作用。当单片机给出高电平时三极管工作。R1,R2,R3R4在这里起到限流作用，防止电流过大烧毁三极管。其值为
9014的PN结电压为0.3V放大倍数在200-300之间。只要控制基极电流为10μ就可以保持三极管正常工作。
（三）报警电路
图2-7 报警电路
报警电路采用灌电流方式。发光二极管的压降为1.7V，将其点亮的电流在3mA-10mA左右。所以限流电阻的值为：
即 R=1.1K所以，R取1K。
（四）输入输出显示电路
由于该系统需要输入的数据量变化多而且较为复杂，所以输入采用4×4矩阵键盘。由于该系统需要输出的数据较为复杂多变，为了满足要求输出采用的是12864带字库液晶显示。
结束语：本系统设计方案有多种，上述方案是从多种方案中选出的最优方案，其具有功能强、成本低、元件少、精度高、可靠性好、稳定性高、执行速度快、简单易行、具有实效性、使用范围广等特点，故具有推广价值。毕业设计3个月的时间，在这个过程中，充满了自我的学习，老师的教育，同学的帮助，所以在结束的时候很是感动。在本次设计中指导老师给了我很大的帮助，每次程序运行不出结果或有错误时，他总会帮我认真分析，耐心指导，详细讲解，使我受益匪浅。
作者单位：大连交通电气信息学院
参考文献
[1]杨振江等.智能仪器与数据采集系统中的新器件及应用[M].西安:西安电子科技大学出版社,2001.
[2]刘笃仁、韩保君.传感器原理及应用技术[M].北京:机械工业出版社.2003.