沈阳航空航天大学电子信息工程学院毕业设计（论文）
和按键的结合，声光报警部分的设计是在发射端的单片机上连接一个发光二极管和一个蜂鸣器。手动设置湿度、湿度和光强的上限和下限，首先选择需要设置的量，然后再选择设置上限或下限，最后分别设置每一位的值。当温度、湿度和光照强度的值不在所设定的上下限之内，则启动声光报警部分，这时二极管发光，蜂鸣器响，从而达到监控报警的作用，这样更能方便工作人员对生态园的检测和管理。
这方案中直接使用DHT11和BH1750FVI这两个数字量输出的传感器，可以高效的对三个量进行采集并将采集的数据直接传送至单片机，完成对温度、湿度和光照强度这三个量的采集。集部分简单高效，硬件调试不易出错，可以按照预期完成数据采集和无线发射。图2.1是整个系统的发射部分的原理框图，图2.2是系统的接收部分的原理框图。
时钟电路
温湿度传感器 DHT11 光强传感器 BH1750FVI 单 片 机 键盘输入 显示电路 无线发射模块 声光报警 复位电路 图2.1 系统的发射部分原理框图
无线接收模块 上位机 显示电路 图2.2 系统的接收部分原理框图
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第3章 硬件电路设计
本章围绕整体设计方案进行设计分析，着重介绍硬件电路的设计原理，各部分的组成以及元器件的性能。本设计的硬件电路主要包括AT89C51单片机的时钟电路和复位电路的设计、温湿度采集电路的设计、光照强度采集电路的设计、显示电路的设计、无线发射电路的设计、无线接收电路的设计、发射端键控电路的设计以及声光报警电路的设计。
3.1 单片机控制电路
3.1.1 AT89C51单片机简介
AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储的低电压，高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
1． 主要性能
本系统选用并设定的单片机采用12时钟/机器周期，工作电压5V。在AT89C51单片机的40个引脚中，正电源和地线两根，外置石英振荡器的时钟线两根，4组8位共32个I/O口，两个16位定时器/计数器，中断口线与P3口线复用，可编程串行通道，低功耗的闲置和掉电模式，片内振荡器和时钟电路。
2．管脚说明
VCC：供电电压；VSS：接地。
P0口：P0口为一个8位漏极开路双向I/O口，每脚可吸收8个TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的低8位。在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。
P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输
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出4个TTL门电流。P0口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第8位地址接收。
P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高8位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部8位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高8位地址信号和控制信号。
P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下所示： P3.0 RXD（串行输入口） P3.1 TXD（串行输出口） P3.2 /INT0（外部中断0） P3.3 /INT1（外部中断1） P3.4 T0（计时器0外部输入） P3.5 T1（计时器1外部输入） P3.6 /WR（外部数据存储器写选通） P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）
P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执
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行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。
PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的PSEN信号将不出现。
EA/VPP：当EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，EA将内部锁定为RESET；当EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。AT89C51芯片管脚图如图3.1所示。
图3.1 AT89C51管脚图
3.1.2 时钟电路
单片机各功能部件的运行都是以时钟控制信号为基准，有条不紊地一拍一拍地工作。因此，时钟频率直接影响单片机的速度，时钟电路的质量也直接影响单片机系统的稳定性。时钟电路的两根线分别接到单片机的X1端和X2端，电路中的晶振即石英晶体震荡器。由于石英晶体震荡器具有非常好的频率稳定性和抗外界干扰的能力，所以，石英晶体震荡器是用来产生基准频率的。通过基准频率来控制电路中的频率的准确性。同时，它还可以产生振荡电流，向单片机发出时钟信号。XTAL1接外部晶
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体的一个引脚，XTAL2接外晶体的另一端，在单片机内部，接至上述振荡器的反相放大器的输出端。石英晶振起振后要能在XTAL2线上输出一个3V左右的正弦波，以便使MCS-51片内的OSC电路按石英晶振相同频率自激振荡。常用的时钟电路设计有两种方式，一种是内部时钟方式，另一种是外部时钟方式，本设计中采用的是内部时钟方式。OSC的输出时钟频率fosc为0.5MHz-16MHz，典型值为12MHz或者11.0592MHz。电容C1和C2可以帮助起振，典型值为30pF，调节它们可以达到微调fosc的目的。时钟电路如图3.2所示。
图3.2 时钟电路
3.1.3 复位电路
复位电路的主要功能是使单片机进行初始化，在初始化的过程中需要在复位引脚上加大于2个机器周期的高电平。复位后的单片机地址初始化为0000H，然后继续从0000H单元开始执行程序。在复位电路中提供复位信号，等到系统电源稳定后，再撤销复位信号。但是为了在复位按键稳定的前提下，电源稳定后还要经一定的延时才撤销复位信号，以防在按键过程中引起的抖动而影响复位。单片机的复位电路如图3.3所示。
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