智能温室大棚温湿度检测系统设计.doc

吉林化工学院毕业设计说明书

智能温室大棚温湿度检测系统设计
Design of Intelligent Greenhouse Temperature and Humidity Detection System

学生学号： 10510209
学生姓名： 过旭峰
专业班级： 自动1002
指导教师： 付秀伟
职 称： 助 教
起止日期： 2014.02.24～2014.06.15

吉 林 化 工 学 院
Jilin Institute of Chemical Technology
吉林化工学院毕业设计说明书
摘 要
随着人们的生活及其生产水平的不断提高，对生活环境和生产环境的要求就显的尤为重要，温湿度的控制就是一个典型的例子，因此温湿度检测系统就是现代生产生活中应运而生的一种智能、快捷、方便可靠的检测系统。温室大棚是现代化农业生产的重要手段，利用现代技术实现生产过程和管理的自动化控制，可节约大量的人力物力成本，是提高生产力和生产效率的有力保障。多参数测控的温室智能化控制设备，经济成本较高，影响了推广使用，因此选择温湿度作为控制对象。本温度控制系统湿度检测精度范围是±2％RH，温度检测精度范围是±0.4℃(25℃)，能手动设置温湿度的上限和下限。
温室大棚控制系统包括硬件电路设计和软件设计两部分。硬件电路设计包括温湿度检测电路、时钟电路、LCD显示电路、报警电路、温湿度控制电路等。主控芯片选用AT89S52芯片；温度检测器件选用温湿度传感器AM2303；时钟芯片选用DSl302；LCD模块选用自带中文字库的HGl286401C。软件部分采用模块化程序设计，通过C语言开发了程序软件。该智能温室大棚温湿度控制系统外围电路简单，精度好，可靠性高。

关键词：AT89S52单片机；温湿度传感器AM2303；时钟芯片DS1302 ；温湿度控制

- I -
Abstract
With the continuous improvement of people's life and production level, The requirement to the living environment and production environment is the significant particularly important, temperature and humidity control is a typical example, so an intelligent,so the temperature and humidity detection system is an intelligent have emerged in the modern production and living, quick, convenient and reliable detection system. Greenhouses is an important means of modern agricultural production, use modern technology to realize automation control of production process and management, can save a lot of manpower cost, is to improve the productivity and efficiency. Many parameters measurement and control of greenhouse intelligent control equipment, economic cost is higher, affect the promotion use, therefore temperature and humidity is chosen as the control object. This temperature control system of humidity detection accuracy range is ± 2% RH, temperature accuracy range is ± 0.4 ℃ (25 ℃), can be manually set the upper and lower limits of temperature and humidity.
Greenhouse control system including hardware circuit design and software design two parts. The hardware circuit design including the temperature and humidity detection circuit, clock circuit, LCD display circuit, alarm circuit, temperature and humidity control circuit, etc. The main control chip AT89S52 chip. Temperature detection device choose AM2303 of temperature and humidity. The clock chip choose DSl302. To choose own character HGl286401C LCD module. Software part adopts modularized program design, through the C language developed a  program software. The peripheral circuit of the intelligent greenhouse temperature and humidity control system is simple, good accuracy and high reliability.

Key Words：AT89S52 single chip microcomputer；Temperature and humidity sensor AM2303；The clock chip DS1302；Temperature and humidity control
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目 录
摘 要 I
Abstract II
第1章 绪论 1
1.1 课题的研究背景 1
1.2 温湿度传感器国内外研究 1
1.3 论文的主要内容及研究意义 2
1.3.1 主要内容 2
1.3.2 本课题研究的意义 3
第2章 系统总体方案设计 4
2.1 温室大棚内主要环境参数的控制与调节 4
2.1.1 温度参数的控制与调节 4
2.1.2 湿度参数的控制调节 4
2.1.3 温度湿度之间的耦合控制与调节 5
2.2系统设计工作流程 5
2.3主要元件的选择 6
2.3.1温度传感器的选择 6
2.3.2控制器的选择 7
第3章 系统硬件电路设计 9
3.1 单片机模块简介 9
3.2 温湿度采集模块 11
3.2.1 温湿度传感器AM2303介绍 11
3.2.2 AM2303的引脚分配及说明 11
3.2.3 传感器的性能 13
3.2.4 AM2303通讯时序 14
3.3 数据显示模块 16
3.3.1 HG1286401C液晶中文显示模块概述 16
3.3.2 模块接口说明 16
3.3.3 模块主要硬件构成说明 17
3.3.4 LCD模块与单片机的连接电路 18
3.4 继电器控制模块 19
3.5 电源模块 19
3.6 输出驱动模块 20
3.6.1 温度控制模块 20
3.6.2 热风机和通风机的选择 21
3.6.3 湿度控制模块 21
3.7 遮阳模块 22
3.8 时钟模块 23
3.8.1 DS1302的结构及工作原理 23
3.8.2 DS1302内部寄存器 24
3.8.3 时钟芯片DS1302与单片机的连接电路 26
3.9 其他模块设计 27
3.9.1 单片机时钟复位电路 27
3.9.2 键盘电路设计 27
3.9.3 报警电路设计 28
3.8.4 报警电路设计 29
第4章 系统的软件设计 30
4.1 主程序流程图设计 30
4.2 温湿度采集模块的设计 31
4.3时钟芯片DSl302驱动程序 34
第5章 系统误差分析及抗干扰 38
5.1 传感器的误差分析 38
5.2 消除误差的措施 39
5.2.1 多项式插值法 39
5.2.2 分段线性插值法 40
5.3 抗干扰分析 41
结 论 43
参考文献 44
附录A 电路原理图 45
致 谢 46

第1章 绪论
1.1 课题的研究背景
中国是一个农业大国，农业生产在国民生产中占据了重要的地位，随着现代科技的发展和进步。以及生产力水平发展的需要，迫切要求中国农业发展走现代化、科技化的道路。温室大棚是现代化农业生产技术的重要内容，温室大棚生产技术提出了生产和管理过程全自动化的要求。采用电子技术、控制技术计算机技术等现代化先进技术实现对温室大棚主要环境参数的测量和控制，实现温室大棚农业生产过程自动化，以提高产品质量、生产效率、降低生产成本。
农业生产中，农作物的生产跟温度、湿度、二氧化碳浓度、土壤的含水量、肥量等息息相关。为了使农作物在最适宜的环境下生长，需要把各项环境参数控制在最适宜的一个范围之内。传统的农业环境参数的测控手段大多采用人工检测和手工式操作，不可避免地存在着很多问题：比如劳动强度大、测控实时性差、效率低、成本高、精度低等等很难达到理想的效果。因此，为了实现农业生产的高效、高质，必须大力发展农业生产的自动化、科技化。目前，随着温室大棚生产越来越广泛地应用，人们对温室大棚生产的自动化程度要求也越来越高。由于单片机控制技术和电子技术的飞速发展，使自动化生产的要求成为现实。
本文以AT89S52单片机为核心，研究开发一种温室大棚环境参数自动化测量和控制系统。主要目的是对影响农作物生长的温度、湿度的环境参数进行有效的测量和可靠的控制。本系统具有检测精度高、检测和控制自动化水平和程度高、生产和管理效率高、成本低、使用简单、适合中国地域和气候特征等特性。可以广泛应用于温室大棚农业生产，稍加改造也可以应用与其他室内、室外，工业、农业的生产领域，具有广泛的应用前景。
1.2 温湿度传感器国内外研究
由于农业生产中外部环境与植物的生长、发育关系密切，所以对环境中的一些参数如温、湿度等随时进行检测和控制是农业生产中非常重要的一环，其中非常重要的就是传感器检测技术。在科学技术在生活比重中占得成分越来越多的今天，传感器技术和通信技术、计算机技术一起组成了信息技术的三大支柱，传感器技术就相当于信息系统的“感官”，通信技术相当于“神经”，计算机技术相当于“大脑”，它们分别完成信息的采集、传递和处理的功能，都是信息系统中不可缺少的部分之一。传感器检测技术是人们对于信息进行采集的最前端的技术，是现代工业和科学技术中必不可少的重要手段。
温度传感器的早在17世纪就被使用，较于湿度传感器的出现更早。从伽利略发明了温度计之后，人们就逐渐开始了对温度的测量和温度检测技术的不断革新。后来随着1821年热点效应的发现，逐渐研制出了热电偶传感器，从而真正实现了把温度信号变成电信号，它们与被测对象直接接触，具有精度高，测量范围广的特点，可对-50～1600℃的进行连续测量，特殊的热电偶如金、镍、铬等最低可测到-269℃，最高可达到3000℃，但是相比之下灵敏度比较低，由于线性不好，必要对采集数据进行温度补偿。模拟集成温度传感器的是在20世纪80年代问世，它通过硅半导体集成工艺，将传感器和温控开关、可编程控制器等集成到一块芯片上，具有测温误差小、功耗低、精度高、价格低，并且由于温度和输出电压成线性关系，受外界影响很小，不需要进行非线性校准，但受制于半导体技术的原因，测量范围不宽，一般为-50～150℃。而现在，随着电子技术的逐渐发展，温度传感器正逐渐从模拟式向数字化、集成化、智能化及网络化方向发展。智能温度传感器将温度采集电路、A/D数字化信号转化电路、数据处理电路、外设硬件接口电路等集成到一个芯片上面，有的还带微控制器(MCU)、多路控制器等。
在常规环境参数中，温湿度的检测由于受外界环境因素（温度，压强、有毒气体、水分等）影响比较大，相对比较复杂，对灵敏度、精度和稳定性等要求比较高。国外在湿度传感器研制方面较我们国家更好，在湿度检测方面技术水平更为先进，对于湿度测量，测量范围更广，精度更高，部分高精度产品精度可达到±1％RH左右，稳定性和耐高温、耐腐蚀性等方面可靠性比较高，但是价格也相对比较昂贵。而我国湿度传感器在20世纪80年代才开始研发，起步比较晚，技术水平比较薄弱，同时由于科研设备和经费投资不足、研究单位多于生产厂家且这些单位多从事与电解质以及高分子传感器的研制与开发等原因，导致传统或者集成式温湿度传感器与国外还有一些差距，主要是体现在产品的质量、稳定性、精度和创新性上，就目前现状来说一部分高精密传感器主要选择国外的产品。
1.3 论文的主要内容及研究意义
1.3.1 主要内容
随着现代农业的发展，利用温室大棚来培育农作物越来越普及，而大棚环境不同于室外，温度、湿度、浓度、光照强度等外部条件的及时掌握，将会直接制约农作物的茁壮成长。同的植物在不同的生长期所需的温度和湿度也不尽相同。而我们现代农业发展比较晚，一般依靠操作人员使用传统的温度计、湿度计等方法对现场环境进行检测，这样就比较消耗人力资源，同时由于传感器本身的制约导致准确度和实时性比也受到一定程度的影响。随着科技的发展，单片机技术的普及，由传感器、微控制器、模数转换器等组成的智能监控系统的出现，促进了现代农业科技的革新。系统可以实时准确对数据进行监测，同时操控人员能随时对大棚内环境进行远程控制，还能通过上位机对读取的数据进行综合的分析。
近些年来，随着微控制器的逐渐发展，人们对于棚内参数检测的准确性、稳定性、实时性等要求逐渐变高。本文就是基于这一问题，选用性能优越的单片机、智能数字传感器等设计性能优越，稳定性好，价格低的温湿度智能监控设备。该设备可以广泛的适用于诸如温室大棚、发酵池、粮仓等农业生产领域，并且可扩性强，后期很容易对系统进行维护和升级，实用价值高，市场前景好。
1.3.2 本课题研究的意义
人工式的大棚生产，是用测量温度和湿度的仪器采集相应的环境参数，通过人工操作实现加热、加湿、通风、降温、燃烧等等各种方法实现温湿度等参数控制。生产效率低下、测量和控制精度低，工作人员劳动强度大、检测实时性差。随着电子技术、计算机技术、网络技术等现代化控制技术的发展，出现了采用传感器作为信号检测、可通过报警器自动输出故障报警和超限报警、模数转换器等设计与单片机之间的数据接口，实现单片机数据的存储和处理．并根据检测数据处理的结果实现对各参数的自动控制等等，具有现代化技术意义的温室大棚内各参数的测量和控制系统。可循环检测温室大棚内的若干个检测点，检测速度、实时性、检测精度有了很大的提高，降低了工作人员的工作强度，但由于早期的传感器在性能上偏低，存在稳定性较差、灵敏度相对较低，致使系统可靠性不高、检测精度低等缺点，不能满足实际的需要。而且以前国内的测控系统大多是针对温度、湿度等单一参数进行控制。从国外先进国家进口温室大棚环境参数控制系统尽管性能优越，可存在价格昂贵、不适应中国复杂多变的地理和气候环境要求等矛盾。
随着目前传感器在性能上的不断改善，传感器在测量精度上、性能上都有了极大的提高，再加上现代化控制技术的发展和计算机技术的发展，人们对温室大棚内环境参数检测和控制的要求也越来越高。本系统针对这些情况，设计了性能可靠、相对精度高、成本低的温度、湿度的测控系统。该系统适应中国地理和气候多变的特点，不仅可以用于温室大棚的农业化自动生产也可广泛推广应用于畜牧业、粮食储藏以及其它农业生产和科研领域，由于本系统具有模块化、参数可调、移植性强等特点，也可以经改造后推广到其它应用领域。
第2章 系统总体方案设计
温室环境控制是一项综合性的问题，涉及到很多指标和很多领域，比普通的工业环境控制实现起来要复杂的多。为了能够给作物的生长创造最适宜的温室环境，就需要熟悉温室环境的特点和要求，并制定温室监控系统的总体设计方案、控制策略并付诸实施。
2.1 温室大棚内主要环境参数的控制与调节
2.1.1 温度参数的控制与调节
温度是系统控制的首要参数，是影响农作物生长最重要的因素。目前，温室大棚内温度的控制与调节包括保温、加温，降温三个方面，具体措施如下：
加温方式主要有热风加温方式、热水加温方式、土壤加温方式三种。热风加温有蒸汽热交换和热风供暖式两种方式，前者适用于有集中供暖设各的控制环境，后者适用于温室塑料大棚控制环境。热水加温系统的特点是温度分布均匀，加温稳定性好，适合北方温室选用。土壤加温方式分为电热供暖酿热物供暖、暖水加温三种。
降温最简单最常用的方式是自然通风，但在温室大棚内温度过高，依靠自然通风不能降温时，必须采用人工强制方式降温。强制降温方式常用的有以下几种：遮光降温方式、强制通风方式、流水降温方式、蒸发冷方式。遮光降温方式是在室外相距温室大棚顶部大约40厘米处，张挂深色遮光帘，降温效果很好。如果在室内张挂遮光帘，遮光和降温效果稍差；采用屋面流水降温方式成本较高，还需要经常清除屋面玻璃表面的污染；常用的蒸发冷却方式有湿帘、风机降温方式、屋顶喷雾方式、细雾降温方式。
常用的保温措施包括减少温室内外换气量和减少贯流放热、增大地表热流量以及增大温室的保温比。减少换气量和减少贯流放热主要措施和手段包括减少温室丈棚外表面向大气的对流和辐射、减少温室大棚内表面的对流和辐射、减少覆盖材料自身的热传导、减少或消除因为覆盖面的漏风而导致的换气传热；增大保温比可以通过缩小散热面积，减低温室的适当高度，有利于提高温室里面最低气温和白昼气温；可以通过增大保温基础设施的透光率来增大地表热流量，设置防寒沟，且经常保持地表覆盖保温材料，减少土地热量横向损失。
2.1.2 湿度参数的控制调节
温室大棚内湿度参数的控制于调节，有除湿和加湿两个方面。从农业生产环境参数调控的学术观点来看，空气湿度参数的控制与调节，主要是要达到降低空气湿度和防止作物沾湿两个目的。作物的沾湿容易引起病虫害。
除湿的方法有很多种，主要有加温除湿、通风换气除湿、覆盖地膜除湿、控制灌水量、使用除湿型热交换通风装置、使用除湿机等方法。一般采用自然通风，除湿的效果显著；在自然通风不能满足除湿要求的情况下以及条件允许的情况下，可采用强制通风，强制通风是采用通风机等通风装置，可方便地通过控制通风机的功率和通风时间来控制通风量，从而使通风除湿效果更明显更准确；其他的各种手段，如覆盖地膜、除湿机、加温装置等也能起到很好的除湿效果。
加湿最常用的手段包括湿帘加湿、喷雾加湿、安装温室内顶喷雾系统。喷雾加湿法是通过适当的喷雾装置喷雾，加湿的效果快速准确，在加湿的同时还能够起到降温的效果；湿帘加湿法能达到温室内长时间缓慢加湿的效果，跟降温结台使用，降温效果好；顶部喷雾系统，加湿和降温的效果更显著。
2.1.3 温度湿度之间的耦合控制与调节
温度与湿度存在着明显的相互影响的关系，控制其中一个参数常常会引起另一个参数跟着变化。在温度或者湿度调控时必须要考虑到另一个参数的变化。通常在夏季的调控中，以降温加湿为主，原则是湿度优先。当检测到湿度过低时．立即开启加湿装置、同时起到降温的效果。而当检测到温度过高时，再检测湿度，只有相对湿度低于预先设定值时，才能启动蒸发装置降温。在冬季的调控控制中，原则是温度优先，首先满足温度条件，再满足湿度条件。当温度过低、启动加热装置。如湿度过高，加热也可以降低相对湿度，当加热到温度相对较高的数值的情况下，才能采用通风降湿法降低湿度。
2.2系统设计工作流程
为了满足不同用户环境的需求，本测制系统在设计上采用上位机和下位机结构，上位机为PC机，用于数据的集中存储和处理；下位机为单片机，实现数据的采集、数据的集中控制。下位机单片机控制器应能独立完成系统主要功能，即能脱离上位机独立完成测量、控制和显示任务。具体包括：脱离上位PC机独立地完成数据采集与控制，通过键盘和显示器等人机信息交换接口，实现人工控制命令输入、参数控制命令输入、原始设定数据输入、测量结果显示等功能，能脱离上位机独立工作的目的，是为了简化系统，降低成本，仍能满足大棚的测控任务的最基本要求。
整个系统以单片机为核心，系统包括主功能模块、参数测量与数据处理模块、控制执行模块、上位机下位机之间数据通信模块和键盘输入和LCD显示模块。
原理框图如图2-1所示。

图2-1 系统结构示意图

2.3主要元件的选择
在本系统设计中，主要由温湿度采集模块、控制和处理模块、通信模块、执行模块等几部分组成。而我们主要考虑的有两点：控制器的选择和温湿度传感器的选择。控制器是整个系统的核心，它关系到系统稳定有效的运行，而我们可选范围有单片机、DSP等几种。温湿度传感器是整个系统的前端采集单元，负责数据的采集，它是系统构成的基础。我们可供选择的方案有传统的温湿度传感器、集成式温湿度传感器和数字式温湿度传感器等几种。考虑到实际运用中不仅要求系统运行稳定、数据准确等，还对价格、开发周期、使用环境等也提出了比较高的要求，所以我们的首要任务是选择适合现场环境的的温湿度传感器以及性价比的控制芯片。
2.3.1温度传感器的选择
温湿度传感器是是设计中最前沿的部分，是数据采集模块的重要组成部分。在实际应用中主要用来对现场的环境数据进行检测，并将数据通过控制器处理后传输到控制器进行处理，且工作人员还能通过上位机来对现场进行控制，从而起到良好的监控效果。由于在实际应用中对于温湿度传感器的材料结构、性能指标、设计成本等之类有着不同的要求。温湿度传感器的选择，将直接影响到设计难易程度和设计的成本要求。
常规的环境参数中，温度传感器通过传导或对流达到热平衡，从而使它的检测到的数据能够直接反应被测对象的温度值，它反应的相对独立的被控量。相比之下湿度传感器的选择要求更高一些，这是因为湿度受大气压强、温度、气候、地形等外界因素影响比较大，这就要求我们选择传感器时尽量使用精度高数据线性化比较好的器件。
一般情况下，对于温湿度传感器的选择，一般回遵循一下的几个原则：
1．测量范围及测量精度是否在用户要求的范围之内。测量的目的是为了进行控制，所以要求所检测出来的数据在正常需求范围内。同时，由于在不同的环境下，对于精度控制有着不用的要求，这就要求我们和根据实际应用环境选择合适的器件。
2．测量元件检测的数据是否稳定可靠。一般说来，工业环境比较复杂，受外界环境影响比大，传感器工作一段时间后，可能会由于受电磁、空气粉尘、毒性气体等影响，导致测量结果会产生一定的偏差。在使用设计时，应充分考虑如何保证传感器如何长时间有效工作。
3．测量元件的开发难易程度和价钱是否合理。在实际应用中，应综合考虑设计成本，尽量在满足测量需求的前提要降低开发时间和设计成本。
传统的传感器部分集成传感器，虽然具有响应速度快、测量范围广等特点，但是由于其使用的是模拟信号传输模式，而模拟信号在在传输过程中很容易受到外界环境的干扰，而温湿度传感器使用的外界环境一般比较复杂，使得测量的数据往往不是很准确。由于控制器只能处理数字信号，所以还需要设计A/D转换电路及信号放大电路等，比较复杂。而数字传感器使用的是数字信号传输模式，当采集到数据之后，把被测量直接转换为数字信号，易于处理和传输，抗干扰性好、可靠性高、准确度和精度高也使得它越来越受到我们的信赖。同时，使用数字化传感器也大大降低了开发的难度，首先由于数字化传感器具有集成化、体积小的优点，可以避免了开发过程中的布线环节；其次开发人员可以直接对它传输的数据进行处理，而不需要额外的进行A/D转换，自带的故障报错功能也极大的方便了开发人员工作。最后，数字传感器由于内部结构一般都封装好了，便于系统维护，整体上降低了开发成本。
最后综合各方面因素，我们选用了数字式温湿度传感器。在测量范围和精度要求全部满足的前提下，基本开发周期和成本等方面原因，本次设计采用AM2303温湿度数字传感器。
2.3.2控制器的选择
温湿度数据采集后后将数据传输至控制器，由控制器完成对数据的处理、控制等。控制器是整个系统设计中的核心单元，控制器的选择也直接影响到整体系统的稳定有效运行。
一般情况下，控制器的选择需要遵循以下几个原则：
1．控制器的基本性能参数是否满足设计需求。比如控制器的指令执行速度I/0口引脚数量、程序存储器(ROM、RAM)的容量及是否支持外部扩展、UART或者SPI口的数量、中断处理系统等是否满足设计要求。
2．控制器的工作电压及工作温度是否满足现场环境的要求。
3．开发成本是否相对物美价廉。当基本性能参数都基本满足后就必须要综合考虑开发成本的问题，开发周期的长短也对可移植性提出一定的要求，最后还需考虑到系统是否容易维护及产品优化等问题。
本系统的目的是完成对采集数据的处理并能实时对现场环境进行监控，所以我们在设计系统时侧重于选择DSP和单片机。
单片机就是一块集成了CPU、RAM、ROM、时钟、定时器/计数器、并口、串口等设备为一体的芯片。单片机的主要特点包括：能够实时的控制和操作任务、具有位处理和终端处理功能、比较丰富的外设资源等。
DSP芯片也就是我们常用的数字信号处理器，相较于普通单片机，它有独特的内部结构，通过自己的指令系统，能够对数字信号快速处理。DSP芯片主要由控制单元、运算单元、寄存器及存储单元等组成。DSP采用哈佛结构、多总线技术及流水线结构，即数据总线和地址线分开，从而使程序执行时指令和数据占用不同的数据空间并能同时运行，当调用了指令之后，能够同时对数据进行处理，两者并行运行，这样一来大大提高了指令的执行速度。相比于普通的16位单片机，在对数字图像信号进行处理时，它的运行速度大概可以快上10倍左右。
单片机与DSP相比，由于其I/O口比较、外设资源丰富等原因多使得其应用范围更广，价钱也相对DSP比较便宜，开发电路相对简单。而DSP比单片机的处理速度更快，功能更为强大，能够满足需要对数字信号进行处理的环境。而由于在本系统中，没有比较复杂的数据处理，最后从经济适用的角度考虑我们选择了单片机作为控制器。并且考虑到后期设计中可以对系统进行一定程度的扩展升级，对单片机的系能和外部资源有一定的要求，在最后的设计中我们使用的是AT89S52单片机芯片作为主控芯片。
第3章 系统硬件电路设计
3.1 单片机模块简介
AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS八位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器，使用ATMEL公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许ROM在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使其为众多嵌入式控制应用系统提供灵活的解决方案。
1．AT89S52芯片功能特性
AT89S52具有以下标准功能：8K字节在系统可编程Flash存储器；1000次擦写周期；全静态操作为0Hz～33Hz；三级加密程序存储器；32个可编程I/O口线；三个16位定时器/计数器；八个中断源；全双工UART串行通道；低功耗空闲和掉电模式；掉电后中断可唤醒；看门狗定时器；双数据指针；掉电标识符。AT89S52引脚如图3-1所示。

图3-1 AT89S52引脚图

2．控制引脚介绍
P0口：P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。对P0端口写“l”时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下，P0具有内部上拉电阻。在flash编程时，P0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校验时，需要外部上拉电阻。
P1口：P1口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/0口，P1输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对Pl端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流。此外，P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入(P1.0/T2)和定时器/计数器2的触发输入(P1．I/T2EX)，具体如表3-1所示。在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。

表3-1 P1口部分引脚的第二功能
引脚号
第二功能
P1.0
T2（定时器/计数器T2的外部计数输入），时钟输出
P1.1
T2EX（定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制）
P1.5
MOSI（在系统编程用）
P1.6
MISO（在系统编程用）
P1.7
SCK（在系统编程用）

P2口：P2口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对P2端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流。在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器时，P2口送出高八位地址。在这种应用中，P2口使用很强的内部上拉发送l。在使用8位地址访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。在flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。
P3口：P3口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对P3端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流。P3口亦作为AT89S52特殊功能(第二功能)使用，如表3-2所示。在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。
表3-2 P3口的第二功能
引脚号
第二功能
P3.0
RXD（串行输入）
P3.1
TXD（串行输出）
P3.2
（外部中断0）
P3.3
（外部中断1）
P3.4
T0（定时器0外部输入）
P3.5
T1（定时器1外部输入）
P3.6
（外部数据存储器写选通）
P3.7
（外部数据存储器读选通）

3.2 温湿度采集模块
3.2.1 温湿度传感器AM2303介绍
随着科学技术水平的不断提高，温湿度传感器也有了十足的发展，早己脱离了最初级的湿敏元件的范畴，开始向多样化、集成化、数字化及网络化等方面发展。AM2303温湿度模块是当代智能数字化传感器的一种，它能对采集到的数据进行直接的A/D转化处理并对数字信号进行一定程度的校准，极大的降低了开发人员的工作力度。由于它采用高精度的数字数据采集技，大大提高了采集数据的准确性和可靠性。AM2303主要由电容式感湿元件、高精度测温元件、信号放大器、A/D转换元件及一个内置的高性能单片机集成组成。当信号采集进来以后，通过传感器和放大器的功效，使得能采集到比较强的数据信号，同时通过A/D转换器和单片机的处理，能对采集的模拟数据及时的进行转换，并输出抗干扰能力较强的数字信号。同时通过把温湿度校准的数据储存在单片机中，方便当信号输时能及时通过调用校准系数进行校验，保证采集数据和输出数据的一致性，提高了数据采集的准确性。并且该产品使用标准的单总线接口，使系统集成变得简易快捷，也在一定程度上使得产品的开发更为简单。超小的体积、极低的功耗，从而降低了系统总线的能耗，能基本满足实时环境的需求，从而为使用者提供的比较好的选择。虽然测量范围没有模拟式的广，但在大棚环境中，温湿度范围完全满足测量范围。
3.2.2 AM2303的引脚分配及说明
AM2303的引脚分配图如图3-2所示。

图3-2 AM2303 引脚分配图

引脚说明：
电源引脚(GND黑色、VDD红色)：AM2303的供电范围是3.5V～5V。但是在实际中一般选取5V更能取得比较好的效果。
数据引脚(SDA黄色)：AM2303的引脚为采用串行数据三态结构，既能够作为外部数据的输入，也能够作内部数据的输出，在串行SCK时钟的上升沿时有效，在检测到的时钟序列的高电平时单片机读取外部数据并进行存储校准。同时在传输数据的过程中，需要保持高电平，并且单片机的数据线输出低电平。同时外部接一个大概5.1KΩ的上拉电阻，从而保证当总线空闲时状态为高电平。图3-3为硬件连接示意图。

图3-3 AM2303硬件连接示意图
3.2.3 传感器的性能
AM2303的相对湿度性能和相对温室性能分别如下表3-3及3-4所示：

表3-3 AM2303 相对湿度性能表
参数
条件
min
typ
max
单位
分辨率

0.1

%RH

16

bit
精度
25℃

±2

%RH
重复性

±0.1

%RH
互换性

完全互换
响应时间
1/e(63%)

＜5

S
迟滞

±0.3

%RH
漂移
典型值

＜0.5

%RH/yr

表3-4 AM2303 相对温度性能表
参数
条件
min
typ
max
单位
分辨率

0.1

℃

16

bit
精度

±0.3
±0.4
%RH
量程范围

-40

125
℃
重复性

±0.2

℃
互换性

完全互换
响应时间
1/e(63%)

＜5

S
漂移

±0.1

℃/yr

AM2303的产品特点：
1．产品体积小，工作时功耗低，便于数据的远距离传输，内置8位单片机，当检测到数据后能及时对数据进行处理，实时性好；
2．湿度检测精度范围是±2％RH，温度检测精度范围是±0.4℃(25℃)，可靠性高；
3．高精度的测温元件和电容式湿敏元件，数据的准确度高；
4．全校准相对温湿度的数字输出，便于数据处理和控制；
5．实现A/D转换，标准的数字化输出；
6．在低功耗工作或者传感器停止工作时，会自动进入休眠状态，节约电能。
3.2.4 AM2303通讯时序
AM2303器件采用简化的单总线通信。单总线即只有一根数据线，系统中的数据交换、控制均由数据线完成。设备（微处理器）通过一个漏极开路或三态端口连至该数据线，以允许设备在不发送数据时能够释放总线，而让其它设备使用总线；单总线通常要求外接一个约5.1kΩ 的上拉电阻，这样，当总线闲置时，其状态为高电平。
SDA用于微处理器与AM2303 之间的通讯和同步,采用单总线数据格式，一次传送40位数据，高位先出。通信格式说明见表3-5。

表3-5 AM2303 通信格式说明
名 称
单总线格式定义
起始信号
微处理器把数据总线（SDA）拉低一段时间(至少 800µs)，通知传感器准备数据
响应信号
传感器把数据总线（SDA）拉低80µs，再接高80µs以响应主机的起始信号
数据格式
收到起始信号后，传感器一次性从数据总线（SDA）串出40位数据，高位先出
湿度
湿度分辨率是1