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單片機控制系統在生產生活領域應用廣泛，無論是從簡單的有線控制還是到無線遠程控制，都能體現單片機在電子控制領域非常重要。現代化的辦公大樓里面各種控制開關系統更是離不開單片機系統，現在的辦公設備和精密儀器需要嚴格的溫度和濕度環境，基于單片機的溫、濕、時遙控開關系統是采集當時的溫度、濕度傳感器傳回的信息及內部時鐘信息，經分析是否符合辦公儀器設備和常規下人體舒適程度進行有效的門窗開關遙控。 系統的工作原理 溫濕度遙控控制系統主要是由SHT11傳感器進行溫濕度采集的，將采集到的溫濕度輸入到單片機的AT89C51的P1.0接口，SCK信號輸入到單片機的P1.1接口，由單片機的P1.2口將接收到的數據轉發送到MICR102的STBY接口。如圖3所示，將P1.0接口接收到的DATA數據信息轉由P1.3接口轉發送到MICRF102的8號接口，經由MICRF102將數據信息轉化成可以發送的無線電波信號由6、7號接口的自制天線發射出去。在用戶端用MICRF002進行信號接收，信號經轉換后有DO口輸出到80C51單片機，再由單片機分析溫度和濕度以及內部時鐘來控制繼電器以便于最后控制電機的正反轉，最后達到控制門窗自動關閉的效果。 該系統主要由五部分組成，其中SHT11傳感器和AT89C51單片機用來進行信號采集和存儲，MICRF102用來發射數字信號，MICRF002接收數字信號經過解調后傳送給控制部分AT89C51單片機，最后由繼電器控制電機進行正反轉。系統原理圖如圖1所示。  圖1 系統結構圖 對于SHT11傳感器我們將其分成5部分，首先是溫度傳感器可以用DS75LX型號的傳感器來進行溫度采集，濕度傳感器可以用HS1100濕度傳感器來進行濕度采集采集后的溫濕度經過露點值計算功能輸出濕度溫度值輸出分辨率為12位可編程為8位、濕度值輸出分辨率為14位可編程為12位。采集后的信號后經由放大器進行放大再進行14位的A/D轉換，可以將轉換后的溫濕度數據存儲在標定存儲器里面，或在需要的時候送到二線I2C總線器件從而將數字信號抓換為符合I2C總線協議的串行數字信號。I2C的四個管腳分別是SCK（串行時鐘輸入）、GND（接地端）、DATA(雙向串行數據線)、VDD（電源端專門接0.4～5.5V的電源）傳感器結構框圖如圖2所示。 圖2 電源管理電路 無線發射機的工作原理 無線發射器主要是Micrel公司推出的一個單片UHF/ASK發射器，其核心主要是MICRF102芯片。MICRF102芯片主要包含：基準振蕩器、相位檢波器、分頻器、帶通濾波器、壓控振蕩器構成的合成器，發射偏置控制，RF功率放大器，天線調諧控制和變容二極管等電路。將數字串行信號由ASK引腳輸入，由UHF合成器產生載頻和正交信號輸出，真正實現了數字輸入無線輸出，REFOSC引腳是基準振蕩器端，連接晶振接地，如果要接受外來時鐘信號需要采用AC耦合方式，輸入信號幅度峰-峰值為200～500mV。STBY端主要是待機模式控制，接VDD是發射模式，接VSS是待機模式，這里為了時刻監控周圍的溫濕度所以設為接VDD，MICRF102采用差分輸出驅動天線負載，功率放大器輸出級包含一個變容二極管，它自動與天線的電感調諧，以保證諧振在發射頻率上。功率放大器的輸出功率與PC端上的電壓有關，正常應該在0.2～0.4V之間，電壓越高功率越大，當電壓過高時被限流則輸出功率不再增加。基本的電路結構如圖3所示。 圖3 發射機原理圖 控制器工作原理 無線信號經MICRF002接收后經過調制重新變成串行數據，經由DO口送出到單片機AT80C51的P3.0口，利用程序對P3.0口輸入的串行數據進行分析，如果溫度和適度都適合則將P3.5口置1并且P3.6口置0，如果溫度和濕度不適合，則將P3.5口置0并且P3.6口置1。除了溫度和濕度的分析，可以設置單片機的內部時鐘來控制P3口的置0或1。當P3.5口置1，P3.6口置0時，由P3.5口接出來的電磁繼電器為吸合狀態，相反P3.6口接出來的繼電器為未吸合狀態，這樣就可以控制電動機正轉。如果情況相反則電動機為反轉狀態。如果P3.5或P3.6口為0或1的時間達到規定的時長，則設置P3.5和P3.6口均為0。這樣防止電動機無限制轉動。原理圖如圖4所示。 圖4 接收及控制原理圖 硬件設計 該系統主要分為兩大部分，即信號采集發送、信號接收控制。本系統在信息采集和數據串行輸入的時候，采用了AT89C51單片機作為核心控制器件，其上集成了4KB的閃速存儲器，128B內部RAM，能方便的存儲和處理程序，并且具有一定的驅動負載能力。 該系統在發射端主要用AT89C51單片機進行數據篩選，首先將串行數據中的時間數據通過P3.1發送到MICRF102的ASK端口，等待延遲5μs，然后傳送濕度數據，并且通過內部時鐘分析是否達到一定的時間，如果到了預期時間則停止傳送數據。系統的接收端主要有MICRF002和AT89C51單片機組成，這一部分功能已經介紹過。在繼電器和電機的接連進行電動機的反正轉設置中，必須反復檢測電動機需要轉動的時長，否則電動機會空轉或導致電阻過高燒壞電動機。硬件電路如圖5所示。 圖5 硬件系統原理圖 系統軟件設計 軟件采用了KeilC51匯編和C混合編程語言，主程序包括：系統初始化、定時器T0的時間設定，接收傳感器SHT11傳出的數據信息程序、運算處理溫濕度數據信息程序、發送程序、接收程序、中斷調用程序。為了使系統正常運行加強系統的可靠性，在系統的設計上可以采取指令冗余、軟件陷阱、容錯設計、系統中斷設計和外部強行中斷設計，以防在實際的運行中外界的干擾產生誤差和人為重新調整帶來的誤差,從而保證測量的準確性可靠性。系統軟件流程如圖6所示。 圖6 軟件實現流程圖 |
