畢業(yè)論文基于51單片機(jī)的溫濕度控制系統(tǒng)的研究

1、摘 要現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)離不開(kāi)環(huán)境控制，隨著計(jì)算機(jī)自動(dòng)化和單片機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，許多地方都實(shí)現(xiàn)了無(wú)人值守或智能控制。溫度和濕度是日常生產(chǎn)中常見(jiàn)的被控參數(shù)，因此對(duì)溫度和濕度的控制對(duì)工農(nóng)業(yè)等日常生產(chǎn)的智能化及自動(dòng)化相當(dāng)重要。為此，我們引入了89C51系列單片機(jī)。本次設(shè)計(jì)的溫濕度控制系統(tǒng)可利用單片機(jī)對(duì)所采集的溫濕度數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)與分析，并作出及時(shí)判斷，從而實(shí)現(xiàn)溫濕度控制的智能化及自動(dòng)化。其中溫度數(shù)據(jù)的采集是由溫度傳感器DS18B20將采集的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，然后被送入單片機(jī)中進(jìn)行處理。濕度數(shù)據(jù)的采集是由濕度傳感器HS1101完成的，然后經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后，將數(shù)字量送入單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。同時(shí)在設(shè)備出現(xiàn)故障的

2、時(shí)候，語(yǔ)音報(bào)警電路和數(shù)字顯示電路的組合，會(huì)更好地是值班人員了解當(dāng)前的溫濕度的具體數(shù)值，并提醒維護(hù)人員及時(shí)采取相應(yīng)措施。本文共分為五部分，第一部分是引言，主要對(duì)選題背景、意義及國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。第二部分為系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì)，主要通過(guò)對(duì)比集中方案來(lái)最終確定本次設(shè)計(jì)所下用的最佳方案。第三部分為主要單元電路的介紹，有溫度測(cè)控電路、濕度測(cè)控電路、數(shù)顯電路、報(bào)警電路、51單片機(jī)的外圍電路等。第四部分為主要元器件的介紹，有溫度傳感器DS18B20、濕度傳感器HS1101、51單片機(jī)。第五部分為總結(jié)，是對(duì)本文的高度概括。關(guān)鍵字: 溫度，濕度，智能化AbstractThere is no modern

3、 agricultural production without environment control,with the rapid development of computer automation and single chip microcomputer technology,many places have realized unattended or intelligent control.Temperature and humidity are common in daily production was accused of parameters,so to control

4、the temperature and humidity is vital to the automation of industry,agricultural and other daily production.Thats why we introduce the 51 single chip microcomputer.The design of the temperature and humidity control system can use single chip microcomputer to have a real-time detection and analysis o

5、n the temperature and humidity data,and then make a in-time judgment ,so as to realize the intelligent and automatic control on the temperature and humidity.Temperature data collected by the temperature sensor DS18B20 transform data into digital quantity,and then be processed into the single chip mi

6、crocomputer.Humidity data collection was done by HS1101 humidity sensor,then after A/D conversion,the digital quantity into single-chip microcomputer for data processing.At the time of equipment malfunction,the combination of voice alarm circuit and digital display circuit will make it easier for re

7、levant people to check the current temperature and humidity data and remind the maintenance personnel to take corresponding measures in time.The article is divided into five parts,the first and fore is the introduction,mainly to the selected topic background ,significance and the brief introduction

8、to the current situation of the development of both at home and broad.The second part of overall scheme of the system design.This design mainly by comparing the concentrated solution to finalized with the best solution.The third part of the main unit circuit is introduced,including temperature measu

9、rement and control circuit,humidity measurement and control circuit,digital display circuit,alarm circuit and the periphery of the 51 single-chip microcomputer circuit,etc.The fourth part to be introduced is the main component,including temperature sensor DS18B20,humidity sensor HS1101,51 single-chi

10、p microcomputer,etc.The five part is summary,it is highly generalization of this article.Keywords:temperature, humidity, intelligence 目 錄摘 要IAbstractII1緒論11.1課題背景11.2 選題意義11.3 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀11.3.1 國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀21.3.2 國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀22設(shè)計(jì)任務(wù)分析及方案論證42.1設(shè)計(jì)思路42.2系統(tǒng)功能及系統(tǒng)組成52.3系統(tǒng)整體框圖62.4溫濕度控制系統(tǒng)方案比較及論證63單元硬件電路的設(shè)計(jì)83.1溫度測(cè)控單元83.2濕度測(cè)控

11、單元83.3報(bào)警電路93.4數(shù)字顯示電路103.5 單片機(jī)的外圍電路113.6 A/D轉(zhuǎn)換電路124 主要元器件介紹144.1溫度傳感器DS18B20144.1.1 DS18B20數(shù)字溫度傳感器概述144.1.2 DS18B20的讀寫時(shí)序154.1.3 DS18B20的測(cè)溫原理164.2 濕度傳感器HS110118濕度傳感器HS1101的特性18濕度傳感器 HS1101的測(cè)溫原理184.3 89C51單片機(jī)184.3.1 單片機(jī)的發(fā)展194.3.2單片機(jī)引腳195系統(tǒng)軟件整體體設(shè)計(jì)215.1 整體流程圖215.2 計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)22 上下位機(jī)通信225.2.2單片機(jī)和PC通信相連235.2.3

12、上位機(jī)監(jiān)控軟件功能24總 結(jié)25致 謝26參考文獻(xiàn)27附 錄29 1緒 論1.1課題背景在現(xiàn)代的溫室種植技術(shù)中，溫度、濕度是溫室蔬菜能否茁壯成長(zhǎng)的重要因素?，F(xiàn)代我國(guó)的社會(huì)生產(chǎn)雖然規(guī)?？涨熬薮?，但是溫室的設(shè)備計(jì)較陳舊，技術(shù)比較落后，現(xiàn)階段，廣大農(nóng)村仍采用煤油溫度計(jì)的溫度采集方式，逼近溫度采集較為老套，而且費(fèi)事費(fèi)力，不利于溫室生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，也不利于信息化程度的提高，也不符合黨中央提出的科技興農(nóng)的戰(zhàn)略目標(biāo)。傳統(tǒng)的方法是用與濕度表、毛發(fā)濕度表、雙金屬式測(cè)量計(jì)和濕度試紙等測(cè)試器材，通過(guò)人工進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)不符合溫度和濕度要求的庫(kù)房進(jìn)行通風(fēng)、去濕和降溫等工作。這種人工測(cè)試方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力、效率低，且測(cè)試的溫度及

13、濕度誤差大，隨機(jī)性大。因此我們需要一種造價(jià)低廉、使用方便且測(cè)量準(zhǔn)確的溫濕度測(cè)量?jī)x。1.2 選題意義現(xiàn)代以89C51單片機(jī)為核心的智能控制系統(tǒng)是進(jìn)行大鵬溫濕度控制的有效手段和工具，它不僅可以提高測(cè)量的準(zhǔn)確性，還有利于實(shí)現(xiàn)控制過(guò)程中的科學(xué)和無(wú)人化管理，比如，將單片機(jī)控制方法運(yùn)用到溫度濕度控制系統(tǒng)中，可以克服溫度濕度控制系統(tǒng)存在的嚴(yán)重滯后現(xiàn)象，同時(shí)在提高采樣頻率的基礎(chǔ)上可以很大程度的控制效果和控制精度。也降低了對(duì)操作者本身素質(zhì)的要求和體力勞動(dòng)強(qiáng)度。除此之外，它還能準(zhǔn)確、高效、定時(shí)、定量地進(jìn)行溫濕度控制，可以節(jié)省人力、體力而提高農(nóng)產(chǎn)物的質(zhì)量和產(chǎn)量。智能溫室大棚控制系統(tǒng)在現(xiàn)階段我國(guó)農(nóng)業(yè)中使用為數(shù)不多，與

14、發(fā)達(dá)國(guó)家相比仍有較大差距，基本停留在人工操作，即使有些使用了自動(dòng)控制系統(tǒng)，但是也是以經(jīng)驗(yàn)來(lái)自行設(shè)定很多參數(shù)，使得不能物盡其用而又造成浪費(fèi)。因此只有提高自動(dòng)控制系統(tǒng)的自動(dòng)化程度，使得在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中更加智能和方便并采用廉價(jià)的器材使其價(jià)格能夠被大多數(shù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者索賠接受，才能促進(jìn)智能溫室大棚控制在農(nóng)業(yè)中的廣泛應(yīng)用和提高其經(jīng)濟(jì)效益。隨著單片機(jī)和傳感器技術(shù)的迅猛發(fā)展，其價(jià)格低、可靠性高，給改造農(nóng)業(yè)帶來(lái)很多便利。用高新技術(shù)改造農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，是我國(guó)農(nóng)業(yè)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的根本大事。 1.3 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀目前國(guó)內(nèi)外的溫濕度檢測(cè)使用的溫濕度檢測(cè)元件種類繁多、應(yīng)用范圍也較廣泛加之單片機(jī)和大規(guī)模集成電路技術(shù)的不斷提高，出

15、現(xiàn)了高性能、高可靠性的單片機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)?；趩纹瑱C(jī)的溫濕度檢測(cè)控制系統(tǒng)的研究案例較少。隨著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的不斷發(fā)展，人們對(duì)自己生活環(huán)境的要求越來(lái)越嚴(yán)格。特別在工廠倉(cāng)庫(kù)中，對(duì)溫濕度要求更為嚴(yán)格?；趩纹瑱C(jī)的溫濕度檢測(cè)控制系統(tǒng)，將對(duì)環(huán)境的溫濕度監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)作詳細(xì)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。采用高性能的控制芯片89C51高精度的溫度傳感器和濕度傳感器。向模塊化、高速化、智能化的單片機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)靠近。將此系統(tǒng)應(yīng)用到工廠倉(cāng)庫(kù)中，無(wú)疑為貨物的存放提供了更加適宜的環(huán)境，具有良好的發(fā)展前景。1.3.1 國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀自20世紀(jì)70年代以來(lái)，我國(guó)逐漸從歐美、日本等國(guó)家引進(jìn)了先進(jìn)的現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)溫室，在吸收并總結(jié)發(fā)達(dá)國(guó)家先進(jìn)的溫濕度

16、控制技術(shù)的基礎(chǔ)上，我國(guó)的科研人員相繼對(duì)溫室內(nèi)部的溫度、濕度、二氧化碳濃度及光照強(qiáng)度等環(huán)境元素控制技術(shù)的綜合研究。1987年，中國(guó)農(nóng)科院引進(jìn)了FELIXC512系統(tǒng)，并且建立了全國(guó)范圍內(nèi)第一個(gè)計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究機(jī)構(gòu)。清華大學(xué)的鄭學(xué)堅(jiān)首先介紹了應(yīng)用單片機(jī)控制人工恒溫箱的方法；然后，中國(guó)農(nóng)科院徐世華報(bào)道Z80C控制溫濕度的軟件硬件方案以及利用單片機(jī)控制氣候箱的模擬實(shí)驗(yàn)；陳思聰?shù)热搜芯苛艘怨?jié)能為目標(biāo)的溫室微機(jī)控制系統(tǒng)；范云翔等人研制的智能噴水器，可以根據(jù)環(huán)境的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)水量；上海園林工具廠等單位設(shè)計(jì)了溫室微機(jī)控制系統(tǒng)；于海業(yè)等人研制的溫室環(huán)境自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，可以自動(dòng)調(diào)節(jié)溫室內(nèi)的溫濕度參數(shù)；1996年 江蘇

17、理工大學(xué)研制了一套溫室環(huán)境控制設(shè)備，從而通過(guò)對(duì)溫室內(nèi)部溫濕度的監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫室內(nèi)溫濕度的綜合控制；1997年以來(lái)，中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)在溫室環(huán)境的自動(dòng)控制技術(shù)方面取得一些成果。但是這些研究基本上是溫室的單因素監(jiān)測(cè)和控制，沒(méi)有進(jìn)行全系統(tǒng)綜合的研究。我國(guó)地域遼闊，因此各地的氣候、自然條件相差很大，這就使得溫室需要研究的環(huán)境問(wèn)題復(fù)雜而又多樣。目前我國(guó)關(guān)于這方面的研究基本上都是單項(xiàng)研究，涉及到光、熱、水、氣等環(huán)境因素的綜合研究還欠缺?，F(xiàn)階段國(guó)內(nèi)溫室仍然靠的是認(rèn)的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行單因子控制，進(jìn)行并加強(qiáng)綜合控制技術(shù)的研究勢(shì)在必行。同國(guó)外的先進(jìn)溫濕度控制技術(shù)相比，我國(guó)溫室研究仍處于較低的水平。光、熱、水、氣等環(huán)境因子的綜合

18、控制技術(shù)，低成本、低能耗的設(shè)施設(shè)備配套技術(shù)，高效設(shè)施栽培管理技術(shù)，現(xiàn)代化設(shè)施生產(chǎn)、設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)語(yǔ)質(zhì)量監(jiān)控體系等方面仍存在一系列問(wèn)題，亟待進(jìn)一步的深入研究。1.3.2 國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀現(xiàn)代化溫室采用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，采用連續(xù)生產(chǎn)方式和先進(jìn)管理方式，高效、均衡地生產(chǎn)各種農(nóng)作物，并且不受地點(diǎn)和氣候的影響。它能夠有效地改善農(nóng)業(yè)生態(tài)、生產(chǎn)條件，促進(jìn)農(nóng)業(yè)資源的合理開(kāi)發(fā)和科學(xué)利用提高土地的產(chǎn)出率、勞動(dòng)生產(chǎn)率和社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益。溫室實(shí)現(xiàn)控制自動(dòng)化的目的是加強(qiáng)控制及作業(yè)精度，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)率。因此世界各國(guó)對(duì)這方面的研究十分深入。溫室自動(dòng)控制設(shè)施的關(guān)鍵是環(huán)境控制、智能化。利用溫室來(lái)為作物創(chuàng)造適宜的生存環(huán)境，其中主要包括的就是

19、溫室內(nèi)的溫度和濕度。溫室控制技術(shù)隨著溫室農(nóng)業(yè)的發(fā)展應(yīng)運(yùn)而生，其中單片機(jī)的采用代表著它發(fā)展的逐步成熟。英美等發(fā)達(dá)的西方國(guó)家都大力發(fā)展集約化的溫室產(chǎn)業(yè)，溫室內(nèi)溫度、濕度等實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的檢測(cè)與控制。1974年，荷蘭首次研制出單片機(jī)控制系統(tǒng)CECS。1978年日本東京大學(xué)的學(xué)者研制出微型計(jì)算機(jī)溫室綜合環(huán)境控制系統(tǒng)。目前，日本、荷蘭、美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家可以根據(jù)溫室作物的特點(diǎn)和要求，對(duì)溫室內(nèi)的諸多環(huán)境因子進(jìn)行監(jiān)測(cè)與控制。在日本，作為設(shè)施農(nóng)業(yè)主要內(nèi)容的設(shè)施園藝相當(dāng)發(fā)達(dá)，塑料溫室和其他人工栽培設(shè)施達(dá)到普遍應(yīng)用，設(shè)施栽培面積位居世界前列，蔬菜、花卉、水果等普遍實(shí)行設(shè)施栽培生產(chǎn)。針對(duì)種苗生產(chǎn)設(shè)施的高溫、多濕等不良環(huán)境因

20、子，日本農(nóng)業(yè)相關(guān)部門進(jìn)行了如下幾種設(shè)施項(xiàng)目的研究，主要有設(shè)施內(nèi)播種裝置、苗接觸刺激裝置、苗灌水裝置、換氣扇的旋轉(zhuǎn)和遮光裝置的開(kāi)閉裝置、缺苗不良苗的檢測(cè)及去除和補(bǔ)栽裝置、二氧化碳施肥裝置等方面得 自動(dòng)化研究。英國(guó)農(nóng)業(yè)部對(duì)溫室的設(shè)計(jì)和建造也很重視，在英國(guó)的希爾所農(nóng)業(yè)工程研究院，科學(xué)家們進(jìn)行了溫室環(huán)境與作物生理、溫室環(huán)境因子的計(jì)算機(jī)優(yōu)化、溫室節(jié)能、溫室自動(dòng)控制、溫室作物栽培與產(chǎn)后處理、無(wú)土栽培相關(guān)方面的研究。目前，英國(guó)溫室大量采用單片機(jī)控制與管理，主要控制的就是溫度和濕度。倫敦大學(xué)農(nóng)學(xué)院研制的計(jì)算機(jī)遙控技術(shù)，可以觀測(cè)50Km以外溫室內(nèi)的溫度、濕度等環(huán)境狀況，并進(jìn)行遙控。另外，國(guó)外溫室正在致力于高速發(fā)

21、展。遙測(cè)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、控制局域網(wǎng)已逐漸應(yīng)用于溫室的管理與控制中，AlvesSerodio，C.M.J等在ISIE98國(guó)際會(huì)議中提出一體化的溫室網(wǎng)絡(luò)管理體系模型，可將氣候的調(diào)節(jié)、灌輸系統(tǒng)與營(yíng)養(yǎng)液的供給系統(tǒng)作為一個(gè)整體，并可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。1.4 本文研究的主要內(nèi)容1、 首先我們必須了解到溫濕度控制對(duì)溫室大棚提高農(nóng)作物產(chǎn)量的重要性，其次我們才能做出更好的判斷，更好地解決用戶面臨的問(wèn)題。2、 溫濕度的檢測(cè)和控制是我們研究的主要內(nèi)容數(shù)字化溫濕度測(cè)量方法為一旦環(huán)境中的溫濕度發(fā)生變化溫濕度傳感器將隨著溫濕度的變化而變化，然后將變化的電阻通過(guò)轉(zhuǎn)換電路和轉(zhuǎn)換信號(hào)檢測(cè)與之對(duì)應(yīng)的電壓變化，然后把模擬電壓信號(hào)由A

22、/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字量后送往51單片機(jī)，對(duì)采集到的信號(hào)單片機(jī)進(jìn)行濾波處理并通過(guò)查表得到實(shí)際測(cè)量的溫濕度值，之后通過(guò)LCD1602液晶模塊顯示該數(shù)值。3、 該系統(tǒng)通過(guò)按鈕設(shè)定最適應(yīng)的溫度和濕度，溫濕度傳感器向中央控制系統(tǒng)輸送監(jiān)控信號(hào)，超過(guò)上下閥值時(shí)，就會(huì)啟動(dòng)聲光報(bào)警電路，控制系統(tǒng)開(kāi)始工作，調(diào)整溫濕度至合適的范圍，使系統(tǒng)正常運(yùn)行。4、 根據(jù)不同作物的適宜溫濕度進(jìn)行溫濕度調(diào)節(jié)。如果低于下閥值，則升溫；如果高于上閥值，則降溫。為滿足溫室大棚對(duì)不同作物的溫濕度需求，可設(shè)置自動(dòng)噴霧裝置，自行調(diào)節(jié)濕度。我們可以隨時(shí)對(duì)溫、濕度進(jìn)行調(diào)節(jié)，對(duì)于不利情況能及時(shí)作出顯示，并通過(guò)報(bào)警電路提醒用戶采取相應(yīng)措施，以達(dá)到有利

23、于作物生長(zhǎng)的最適宜溫濕度。2設(shè)計(jì)任務(wù)分析及方案論證2.1設(shè)計(jì)思路農(nóng)業(yè)大棚溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)的制作和調(diào)試，利用溫度濕度傳感器來(lái)采集周圍環(huán)境的溫濕度。根據(jù)溫室大棚不同作物的最適宜溫濕度的不同，可適當(dāng)調(diào)整溫濕度正常范圍的區(qū)間值。當(dāng)達(dá)不到或超過(guò)范圍的通過(guò)報(bào)警電路進(jìn)行報(bào)警。當(dāng)在正常范圍內(nèi)則顯示出溫濕度的具體溫濕度值。單片機(jī)溫濕度的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要分為硬件和軟件設(shè)計(jì)，從硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)來(lái)看主要分為兩個(gè)部分：溫濕度傳感器部分；溫濕度控制器部分。對(duì)于溫濕度傳感器而言主要分為溫度傳感器和濕度傳感器。溫度傳感器主要是采取DS18B20，這一硬件有著高精度和高集成以及數(shù)字化等優(yōu)勢(shì)，并在價(jià)格上也相對(duì)比較低廉，能夠直接的將被

24、測(cè)溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號(hào)供單片機(jī)。對(duì)其的接口電路設(shè)計(jì)主要是通過(guò)端口方向寄存器以及端口輸入方向就能對(duì)單片機(jī)加以設(shè)置。而對(duì)于濕度傳感器的設(shè)計(jì)主要是在濕敏電容的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，電容值也會(huì)根據(jù)外界的相對(duì)濕度發(fā)生變化，HS1101濕度傳感器有著通用性和變化范圍大以及線性度好的特征，在對(duì)電容頻率轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)中，采取HS1101測(cè)量濕度過(guò)程中主要是將HS1101放置在NE555振蕩電路當(dāng)中，也就是將電容值變化轉(zhuǎn)換成頻率信號(hào)，在芯片接到電阻時(shí)就會(huì)構(gòu)成充電回路。對(duì)單片機(jī)溫濕度控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要分為上位機(jī)通信，以及遠(yuǎn)端模塊軟件、無(wú)線傳輸模塊軟件設(shè)計(jì)。對(duì)上位機(jī)通信軟件的設(shè)計(jì)上，由于PC自身就有著強(qiáng)大的功能，能夠

25、將系統(tǒng)運(yùn)行當(dāng)中的各問(wèn)題都得到有效處理，同時(shí)也能夠在實(shí)際的觀測(cè)上較為方便。例如對(duì)遠(yuǎn)程模塊的設(shè)計(jì)上，這一模塊的總體是采取結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，然后結(jié)合部分功能的不同再進(jìn)行分成小模塊，其中的報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)上，主要是采取多種報(bào)警的方式，主要有聲音報(bào)警和紅燈報(bào)警以及軟件報(bào)警，其中的軟件報(bào)警主要就是在PC端監(jiān)控開(kāi)啟的基礎(chǔ)上，溫濕度越界的部分區(qū)縣就會(huì)以紅色線條進(jìn)行表示。 通過(guò)查閱圖書館相關(guān)書籍和網(wǎng)絡(luò)搜集相關(guān)資料，并根據(jù)專業(yè)課中學(xué)習(xí)到的相關(guān)知識(shí)，系統(tǒng)的、全面的組織材料，確定設(shè)計(jì)思路。一方面通過(guò)系統(tǒng)的學(xué)習(xí)89C51單片機(jī)以及keil軟件的使用和溫度傳感器DS18B20和濕度傳感器HS1101的資料分析與研究確定編程思路，

26、另一方面通過(guò)實(shí)物模擬，查看應(yīng)用效果，最終達(dá)到設(shè)計(jì)的總體要求。2.2系統(tǒng)功能及系統(tǒng)組成控制系統(tǒng)的功能主要分為4個(gè)方面：第一，對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)的環(huán)境中的溫濕度數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行收集和顯示。第二，直接通過(guò)上位機(jī)設(shè)置農(nóng)作物生長(zhǎng)所需要最適宜的溫度和濕度。而且還能由主控機(jī)對(duì)該系統(tǒng)的運(yùn)行時(shí)間和溫濕度進(jìn)行修正。第三，在既定的指標(biāo)越過(guò)預(yù)先設(shè)定的上下限時(shí)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行開(kāi)啟。第四，及時(shí)的指標(biāo)信息可以呈獻(xiàn)給信息的利用者，使其清楚各個(gè)時(shí)段的溫度、濕度，從而采取相應(yīng)的措施。該溫濕度控制利用溫度傳感器DS18B20和濕度傳感器HS1101分別對(duì)大棚內(nèi)的溫度和濕度信息進(jìn)行采集，轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后利用51單片機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ)與處理，接著通過(guò)通信線路把信

27、息傳送到PC中，再PC上便可以根據(jù)這些指標(biāo)做出進(jìn)一步的分析。掌控者可以在下位機(jī)中設(shè)定溫度和濕度的上下閥值，通過(guò)上位機(jī)控制大棚內(nèi)的溫濕度。如溫濕度值不在上下限范圍內(nèi)，則啟動(dòng)報(bào)警電路，此時(shí)控制系統(tǒng)開(kāi)始啟動(dòng)，調(diào)節(jié)大棚內(nèi)的溫濕度，直至溫濕度處于預(yù)先設(shè)置的范圍內(nèi)。上位機(jī)使用DELPHI軟件編寫的一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，可直接設(shè)定溫濕度的上下閥值和讀取下位機(jī)的數(shù)據(jù)，并對(duì)下位機(jī)的數(shù)據(jù)進(jìn)行操作，調(diào)節(jié)大棚內(nèi)的溫濕度，形成作物生長(zhǎng)的走勢(shì)圖從而通過(guò)生長(zhǎng)走勢(shì)圖得出適合各種農(nóng)作物生長(zhǎng)的最佳溫濕度數(shù)值。2.3系統(tǒng)整體框圖本系統(tǒng)通過(guò)溫度傳感器DS18B20采集溫度， 濕度傳感器HS1101采集濕度，經(jīng)過(guò)含有51單片機(jī)的檢測(cè)系統(tǒng)

28、的進(jìn)一步分析處理，通過(guò)RS-232通信線路將信息上行到PC機(jī)，在PC機(jī)上可對(duì)溫濕度信號(hào)進(jìn)行任何分析、處理。用戶可以通過(guò)下位機(jī)中的鍵盤輸入溫濕度的上下限值和預(yù)置值，也可以通過(guò)上位機(jī)進(jìn)行輸入，從而實(shí)現(xiàn)上位機(jī)對(duì)大棚內(nèi)作物生長(zhǎng)的遠(yuǎn)程控制。如果環(huán)境的實(shí)時(shí)參數(shù)超越上下限值，系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)大棚內(nèi)溫度和濕度狀態(tài)，直到溫濕度狀態(tài)處于上下限值內(nèi)為止。如果有預(yù)置初值，且與當(dāng)前狀態(tài)不相等時(shí)，系統(tǒng)也會(huì)啟動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)溫濕度狀態(tài)，直到所處的平衡狀態(tài)與預(yù)置值相等為止。 上 位 機(jī) 51 單 片 機(jī)通信接口溫度傳感器DS18B20報(bào)警電路濕度傳感器HS1101顯示電路A/D轉(zhuǎn)換 圖2.1 系統(tǒng)整體框圖2.4

29、溫濕度控制系統(tǒng)方案比較及論證2.4.1 總體方案的選擇與論證 方案一： 由溫度傳感器DS18B20和濕度傳感器HS1101實(shí)時(shí)實(shí)地地采集溫濕度參數(shù)，由A/D轉(zhuǎn)換模塊ADC0809對(duì)做采集到的溫濕度模擬電壓信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并且將已轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的溫濕度數(shù)值送入89C51單片機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ)與處理。在AT89C51單片機(jī)內(nèi)部歲溫濕度的數(shù)字量進(jìn)行分析綜合后，將溫濕度數(shù)值送到LED共陰極數(shù)碼管顯示。同時(shí)在89C51單片機(jī)中，將采集到的數(shù)據(jù)和預(yù)先設(shè)定的法制范圍進(jìn)行比較。如果采集到的溫濕度值超過(guò)了安全線，則語(yǔ)音報(bào)警模塊開(kāi)始報(bào)警。如果采集到的溫濕度值在預(yù)設(shè)的閥值范圍之內(nèi)，則通過(guò)數(shù)碼管顯示出來(lái)。本系統(tǒng)可設(shè)定溫度范圍

30、為0至70攝氏度，最小區(qū)分度為1攝氏度；可設(shè)定濕度范圍為0%-90%RH,最小區(qū)分度為1%RH，可實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前的溫濕度數(shù)值。方案二：采用瑞士Sensirion公司推出的新型的數(shù)字式溫濕度傳感器SHT71作為溫濕度檢測(cè)元件，數(shù)字式溫濕度傳感器SHT71除了集成溫度、濕度敏感元件，還包括一個(gè)放大器、A/D轉(zhuǎn)換器件和數(shù)字接口，可以同時(shí)采集溫度、濕度數(shù)據(jù)，51單片機(jī)對(duì)采集到的溫濕度數(shù)值進(jìn)行存儲(chǔ)與處理然后送LED顯示模塊進(jìn)行顯示，并發(fā)出信號(hào)對(duì)溫度控制電路進(jìn)行控制。綜上分析，方案一雖然使用的是模擬式濕度傳感器，在和51單片機(jī)相連接時(shí)需要進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，使總體設(shè)計(jì)變得較為復(fù)雜，可它更貼近我們所學(xué)，可以用到大學(xué)

31、期間我們學(xué)過(guò)的許多知識(shí)。方案二采用了先進(jìn)的數(shù)字式溫濕度傳感器SHT71，雖然省去了A/D變換過(guò)程，對(duì)我們來(lái)說(shuō)卻較于陌生。因此采用方案一。2.4.2 顯示模塊的選擇與論證方案一：采用12864液晶模塊顯示測(cè)得的數(shù)據(jù)，可顯示較多組的數(shù)據(jù)，字體較大，可清晰讀數(shù)。但12864液晶顯示模塊價(jià)格昂貴，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故不采用。方案二：采用1602液晶模塊顯示所測(cè)數(shù)據(jù)，1602液晶接線簡(jiǎn)單方便，且價(jià)格遠(yuǎn)低于12864液晶模塊。因此，本方案為首選方案。3單元硬件電路的設(shè)計(jì)3.1溫度測(cè)控單元3.1.1 溫度檢測(cè)系統(tǒng)原理 溫度檢測(cè)電路采用寄生電源供電方式，為保證在有效的DS18B20時(shí)鐘周期內(nèi)，提供足夠的電流，用一個(gè)M

32、OSFET管和單片機(jī)的一個(gè)I/O口來(lái)完成對(duì)DS18B20總線的上拉。當(dāng)DS18B20處于寫存儲(chǔ)器操作和溫度A/D變換操作時(shí)，總線上必須有強(qiáng)的上拉電阻，上拉開(kāi)啟時(shí)間最大為10us。采用寄生電源供電方式時(shí)，VDD必須接地。由于單線制只有一根線，因此發(fā)送接收口必須是三態(tài)的。為了操作方便使用單片機(jī)的P1.0口作為發(fā)送口Tx，P1.1口作為接收口Rx。3.1.2 提高測(cè)溫精度的方法DS18B20正常使用時(shí)的測(cè)溫分辨率為0.5攝氏度，在對(duì)DS18B20的測(cè)溫原理詳細(xì)分析的基礎(chǔ)上，可以采取直接讀取DS18B20內(nèi)部暫存器的方法，將DS18B20的測(cè)溫分辨率提高到0.1至0.01攝氏度。DS18B20內(nèi)部暫存

33、器的分布方式如表所示，其中第7個(gè)字節(jié)存放的是當(dāng)溫度寄存器停止增值時(shí)計(jì)數(shù)器1的計(jì)數(shù)剩余值，第8字節(jié)存放的是每度所對(duì)應(yīng)的計(jì)數(shù)值，從而可以通過(guò)如下方法獲得高分辨率的溫度測(cè)量結(jié)果。首先用DS18B20提供的讀暫存器（BEH）讀出以0.5攝氏度為分辨率的溫度測(cè)量結(jié)果，然后切去測(cè)量結(jié)果中的最低有效位(LSB)，得到所測(cè)實(shí)際溫度整數(shù)部分T整數(shù)，然后再用BEH指令讀取計(jì)數(shù)器1的計(jì)數(shù)剩余值M剩余和每度計(jì)數(shù)值M每度，考慮到DS18B20測(cè)量溫度的整數(shù)部分以0.25攝氏度、0.75攝氏度為進(jìn)位界限的關(guān)系，實(shí)際溫度T可用下列計(jì)算得到：T實(shí)際=（T整數(shù)-0.25攝氏度）+（M每度-M剩余）/M每度3.2濕度測(cè)控單元把H

34、S1101和NE555同時(shí)接入電路中中的設(shè)計(jì)原理圖如圖3. 所示。NE555電路功能簡(jiǎn)單介紹為：當(dāng)6端和2端同時(shí)輸入為“1”時(shí)，3端輸出為“0”；當(dāng)6端和2端同時(shí)輸入為“0”時(shí)，3端輸出為“1”。在此電路中，555定時(shí)器正是根據(jù)這一功能用作多穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出頻率信號(hào)的。當(dāng)電源接通時(shí)，由于6端和2端的輸入為“0”，則定時(shí)器3端輸出為“1”；又由于C1兩端電壓為0，故VCC通過(guò)R2、R3對(duì)C1充電，當(dāng)C1兩端電壓達(dá)到2VCC/3時(shí)，定時(shí)電路翻轉(zhuǎn)，輸出變?yōu)椤?”。此時(shí)555定時(shí)器內(nèi)部的放電BJT的基極電壓為“1”，放電BJT導(dǎo)通，從而使電容C1通過(guò)R3和內(nèi)部放電BJT進(jìn)行放電。當(dāng)C1兩端電壓降到VCC

35、/3時(shí)，定時(shí)器又翻轉(zhuǎn)，使輸出變?yōu)椤?”，內(nèi)部放電BJT截止，VCC又開(kāi)始通過(guò)R2、R3對(duì)C1進(jìn)行充電，如此周而復(fù)始，形成振蕩。其工作循環(huán)中的充電時(shí)間T1=0.7（R2+R3）C1，放電時(shí)間T2=0.7R3*C1，輸出脈沖占空比q=（R2+R3）/（R2+2R3），為了使輸出脈沖占空比接近50%，R2應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于R3。當(dāng)外界濕度變化時(shí)，HS1101兩端的電容值也發(fā)生變化，從而改變定時(shí)電路的輸出頻率。因此只要測(cè)出555的輸出頻率，并根據(jù)濕度與輸出頻率的關(guān)系，即可求得環(huán)境的濕度。 圖3.1 濕度檢測(cè)電路3.3報(bào)警電路溫濕度控制系統(tǒng)的觸發(fā)關(guān)鍵是報(bào)警系統(tǒng)。當(dāng)監(jiān)測(cè)到檢測(cè)空間的溫度不在預(yù)設(shè)的范圍之內(nèi)，單片機(jī)

36、的I/O 口輸出持續(xù)一分鐘的低電平，觸發(fā)紅色發(fā)光 二極管持續(xù)發(fā)光閃爍，同時(shí)在三極管的作用下?lián)P聲 器發(fā)出蜂鳴聲音。低電平持續(xù)一分鐘結(jié)束,I/O 口的電平恢復(fù)到高電平,發(fā)光二極管不再發(fā)光,蜂鳴聲音停止。同理，當(dāng)監(jiān)控的空間濕度不在設(shè)定的范圍，I/O 電平的變化觸發(fā)黃色發(fā)光二極管和報(bào)警器工作。 圖3.2 聲光報(bào)警電路3.4數(shù)字顯示電路 在日常生活中，我們對(duì)液晶顯示器并不陌生，液晶顯示模塊已作為很多電子產(chǎn)品的顯示器件，如在計(jì)算器、萬(wàn)用表、電子表等很多家用電子都可以看到，顯示的主要是數(shù)字、專用字符和圖形，在51單片機(jī)的人機(jī)交互界面中，一般的輸出方式有以下幾種：發(fā)光管、LED數(shù)碼管、液晶顯示器。顯示模塊最重

37、要的是人機(jī)交互模塊，可以使人們更加直觀地觀察到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，所以在設(shè)計(jì)這個(gè)模塊時(shí)要充分考慮好它的實(shí)際情況。將LCD1602作為液晶顯示屏，屬于一類點(diǎn)陣型液晶模塊，能夠?qū)⒆帜浮?shù)字及符號(hào)清晰地顯示出來(lái)。該液晶顯示屏的容量是16*2字符，芯片工作電壓維持在4.5V至5.5V之間。工作電流2.0mA，字符尺寸2.95*4.35（W*H）mm。引腳功能說(shuō)明：1602液晶顯示屏采用標(biāo)準(zhǔn)的14腳或16腳接口，第1腳：VSS為地電源。第2腳：VDD接5V正電源。第3腳：VL為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地電源時(shí)對(duì)比度最高，對(duì)比度過(guò)高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過(guò)一個(gè)10K的電位器調(diào)整其對(duì)比

38、度。第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器，低電平時(shí)選擇指令寄存器。第5腳：W/R為讀寫信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。當(dāng)RS和W/R共同為低電平時(shí)可以寫入指令或顯示地址，當(dāng)RS為低電平W/R為高電平時(shí)可以讀出數(shù)據(jù)，當(dāng)RS為高電平W/R為低電平時(shí)可以寫入數(shù)據(jù)。第6腳：E端為使能端，當(dāng)E端由高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。第714腳：D0D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。第15腳：背光源正極。第16腳：背光源負(fù)極。 圖3.3 LCD1602的引腳圖3.5 單片機(jī)的外圍電路3.5.1 時(shí)鐘電路 時(shí)鐘振蕩電路采用內(nèi)部時(shí)鐘電路，單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，引腳

39、XTAL1和XTAL2分別是此放大器的輸入端和輸出端。單片機(jī)的這個(gè)放大器與作為反饋元件的片外晶振一起構(gòu)成穩(wěn)定的自激振蕩器，發(fā)出的脈沖直接送入內(nèi)部的時(shí)鐘電路。單片機(jī)的工作過(guò)程就是不斷執(zhí)行指令的過(guò)程。 CPU每執(zhí)行一條指令，都要經(jīng)過(guò)取操作碼、取操作數(shù)和執(zhí)行等幾個(gè)過(guò)程，這些有效的操作都是在CFU時(shí)鐘脈沖控制下有序的進(jìn)行，而這些脈沖就是由CPU的定時(shí)控制器提供的，因此該溫濕度控制儀的時(shí)鐘電路主要是利用了MCS51單片機(jī)芯片內(nèi)部 的一個(gè)用于構(gòu)成時(shí)鐘振蕩電路的高增益反相放大器，XTAL1為該放大器的輸入端，XTAL2為輸出端，在XTAL1和XTAL2引腳上外接定時(shí)元件，內(nèi)部振蕩電路便產(chǎn)生自激振蕩，故該系統(tǒng)

40、使用的是內(nèi)部方式產(chǎn)生時(shí)鐘，其時(shí)鐘電路原理如圖3.4 所示。 圖3.4 時(shí)鐘電路 圖3.5 復(fù)位電路3.5.2 復(fù)位電路復(fù)位電路采用上電復(fù)位，上電復(fù)位是利用電容充放電來(lái)實(shí)現(xiàn)的，只要VCC的上升時(shí)間不超過(guò)1ms，振蕩器建立時(shí)間不超過(guò)10ms，這個(gè)時(shí)間常數(shù)足以保證完成復(fù)位操作。復(fù)位電路釆用了高電平復(fù)位，剛上電時(shí)電容兩 端沒(méi)有電壓，三極管不導(dǎo)通，節(jié)點(diǎn)REST被R45拉至高電平，隨著電容充電的進(jìn)行兩端電壓逐漸升高，直到三極管進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)，R45有電流流過(guò)，RESET 電壓降低，最后三極管飽和，RESET點(diǎn)的電壓只是三級(jí)管的飽和壓降，0 3V左右，至此完成復(fù)位，復(fù)位時(shí)間是電容充電時(shí)間。復(fù)位電路如圖3.5

41、所示。3.6 A/D轉(zhuǎn)換電路 被采集的濕度電信號(hào)經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路ADC0809，將模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后，送入89C51單片機(jī)內(nèi)部進(jìn)行存儲(chǔ)與處理。本溫濕度控制系統(tǒng)中，所采用的A/D轉(zhuǎn)換電路是由帶有8位A/D轉(zhuǎn)換器、8位多路開(kāi)關(guān)以及微處理機(jī)兼容的CMOS組件，是逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器。它由1個(gè)8路模擬開(kāi)關(guān)、1個(gè)地址鎖存譯碼器、1個(gè)8位A/D轉(zhuǎn)換器和1個(gè)輸出三態(tài)鎖存器組成。多路開(kāi)關(guān)可選通8個(gè)模擬通道，允許8路模擬量分時(shí)輸入，共用A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 三態(tài)輸出鎖存器用于鎖存A/D轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當(dāng)OE端為高電平時(shí)，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。本次設(shè)計(jì)中因ADC0809的內(nèi)部沒(méi)有時(shí)鐘電

42、路，所需時(shí)鐘信號(hào)必須由外部提供，并送至ADC0809的CLOCK端，ADC0809最穩(wěn)定的工作時(shí)鐘頻率是400khz600khz。在本次設(shè)計(jì)中，使用了74LS90作為分頻芯片，將51單片機(jī)的ALE引腳輸出的時(shí)鐘頻率經(jīng)四分頻供A/D轉(zhuǎn)換電路。 ADC0809的工作過(guò)程是：首先輸入3位地址，并使ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。此地址經(jīng)譯碼選通8路模擬輸入之一到比較器，START上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。下降沿啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換，之后EOC輸出信號(hào)變?yōu)榈碗娖?，指示A/D轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行，直至A/D轉(zhuǎn)換完成，EOC變?yōu)楦唠娖剑砻鰽/D轉(zhuǎn)換結(jié)束，轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)據(jù)存入鎖存器，這個(gè)信號(hào)可用于申請(qǐng)中斷。當(dāng)OE

43、輸入高電平時(shí)，輸出三態(tài)門打開(kāi)，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。 圖3.6 ADC0809與51單片機(jī)連接圖4 主要元器件介紹4.1溫度傳感器DS18B204.1.1 DS18B20數(shù)字溫度傳感器概述美國(guó)DALLAS公司生產(chǎn)的一線式DS18B20數(shù)字溫度傳感器，可以直接將被測(cè)溫度轉(zhuǎn)換為串行數(shù)字信號(hào)供單片機(jī)處理。并且可以通過(guò)簡(jiǎn)單的編程實(shí)現(xiàn)9位的溫度讀數(shù)。每一個(gè)DS18B20溫度傳感器出廠時(shí)都刻有唯一的一個(gè)序列號(hào)并存入其ROM中，因此CPU可用簡(jiǎn)單的通信協(xié)議就可以識(shí)別，從而節(jié)省大量的引線和邏輯電路。與其它溫度傳感器相比，DS18B20具有以下特點(diǎn)：獨(dú)特的單線接口方式， DS18B20在與單片機(jī)連接

44、時(shí)僅需要一條口線就可以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與DS18B20的雙向通信，節(jié)省了引線和控制通道切換的邏輯電路，但增強(qiáng)了對(duì)時(shí)序的要求。DS18B20在使用中不需要任何外圍元件。測(cè)溫范圍55+75攝氏度，固有測(cè)溫分辨率0.5攝氏度。A/D變換時(shí)間為200ms，測(cè)量結(jié)果以9位數(shù)字量串行方式傳送。用戶自行設(shè)定溫度報(bào)警上下限，其值是非易失性。DS18B20采用三腳TO-92封裝，管腳排列如圖4.1所示 圖4.1 DS18B20管腳排列圖 圖4.2 DS18B20實(shí)物圖對(duì)圖4.1中DS18B20的引腳功能說(shuō)明如下：NC:空引腳，不連接外部信號(hào)。VDD:接電源引腳，電源供電3.05.5V。GND:接地。DQ:數(shù)據(jù)的輸入和

45、輸出引腳。注釋：DQ引腳的I/O口為數(shù)據(jù)輸入輸出端，該引腳為漏極開(kāi)路輸出，常態(tài)下呈高電平。4.1.2 DS18B20的讀寫時(shí)序?qū)S18B20的使用，多采用89C51單片機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。進(jìn)行處理時(shí)，將DS18B20信號(hào)線與單片機(jī)的一位口線相連，每片上含有唯一的硅片行數(shù)，所以一片89C51單片機(jī)芯片可掛接多片DS18B20，從而實(shí)現(xiàn)多節(jié)點(diǎn)溫度檢測(cè)系統(tǒng)。無(wú)論是單點(diǎn)還是多節(jié)點(diǎn)的溫度檢測(cè)，在系統(tǒng)安裝及工作之前，應(yīng)將單片機(jī)依次與DS18B20掛接，并讀出其序列號(hào)。其工作過(guò)程為：?jiǎn)纹瑱C(jī)發(fā)出一個(gè)脈沖，待“0”電平大于480us后，將DS18B20復(fù)位，在DS18B20所發(fā)響應(yīng)脈沖由單片機(jī)接收后，主機(jī)再發(fā)讀R

46、OM命令代碼33H，然后發(fā)送一個(gè)脈沖，并接著讀取DS18B20序列號(hào)的一位。然后用相同的方法讀取序列號(hào)的56位。另外，由于DS18B20的單線通信功能是分時(shí)完成的，遵循嚴(yán)格的時(shí)隙概念。因此系統(tǒng)對(duì)DS18B20的各種操作必須按協(xié)議進(jìn)行，即初始化DS18B20、發(fā)ROM功能命令、發(fā)存儲(chǔ)器操作命令、處理數(shù)據(jù)。DS18B20要求具備嚴(yán)格的協(xié)定來(lái)確保數(shù)據(jù)的完整性。協(xié)議由幾種單線上信號(hào)類別組成：復(fù)位脈沖，存在脈沖，寫0，寫1，讀0，讀1。所有這些信號(hào)除了存在脈沖之外均由總線主機(jī)產(chǎn)生?？偩€主機(jī)發(fā)送TX復(fù)位脈沖，接著總線主機(jī)便釋放此線并進(jìn)入接收方式。單線總線經(jīng)過(guò)5k的上拉電阻被拉至高電平狀態(tài)。在檢測(cè)到I/O引

47、腳上的上升沿之后，DS18B20等待15-60us并且發(fā)送存在脈沖。(1) 寫時(shí)序 當(dāng)89C51單片機(jī)把數(shù)據(jù)線從高邏輯電平拉至低邏輯電平時(shí)，產(chǎn)生寫時(shí)序?，F(xiàn)有兩種類型的寫時(shí)序：寫1時(shí)序和寫0時(shí)序。所有時(shí)序必須有最短為60us的持續(xù)期，在各寫周期之間必須有最短為1us的恢復(fù)時(shí)間。在I/O口線由高電平變?yōu)榈碗娖街驞S18B20在15us至20us的窗口之間對(duì)I/O口進(jìn)行采樣，如果為高電平則執(zhí)行寫1操作，低電平則執(zhí)行寫0操作。 (2) 讀時(shí)序 當(dāng)從DS18B20讀數(shù)據(jù)時(shí)，單片機(jī)產(chǎn)生讀時(shí)序。當(dāng)單片機(jī)把數(shù)據(jù)線從邏輯高電平拉至邏輯低電平時(shí)產(chǎn)生讀時(shí)序。數(shù)據(jù)線在低邏輯電平必須保持至少1us；來(lái)自DS18B20

48、的輸出數(shù)據(jù)在讀時(shí)間下降沿之后15us有效。因此為了讀出從讀時(shí)序開(kāi)始算起15us的狀態(tài)主機(jī)必須停止把I/O引腳驅(qū)動(dòng)至低電平。在讀時(shí)序結(jié)束時(shí)，I/O引腳經(jīng)過(guò)外部的上拉電阻拉回至高電平。所有讀時(shí)序的最短持續(xù)期限為60us，各個(gè)讀時(shí)序之間必須有最短為1us的恢復(fù)時(shí)間。 4.1.3 DS18B20的測(cè)溫原理 DS18B20內(nèi)部框圖如圖4.3 所示，它主要包括寄生電源、溫度傳感器、64位激光ROM單線接口、存放中間數(shù)據(jù)的高速暫存器、用于存儲(chǔ)用戶設(shè)定的溫度上下限值、觸發(fā)器存儲(chǔ)與控制邏輯、8位循環(huán)冗余校驗(yàn)碼發(fā)生器等7部分。測(cè)溫原理如圖4. 所示。低溫度系數(shù)振蕩器是一個(gè)振動(dòng)頻率隨溫度變化而變化很小的振蕩器，為計(jì)

49、數(shù)器1提供一頻率穩(wěn)定的計(jì)數(shù)脈沖。高溫度系數(shù)振蕩器是一個(gè)振蕩頻率對(duì)溫度很敏感的振蕩器，為計(jì)數(shù)器2提供一個(gè)頻率隨溫度變化的計(jì)數(shù)脈沖。 圖4.3 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖斜率累加器預(yù)置數(shù)比較低溫度系數(shù)晶振計(jì)數(shù)器1預(yù)置 0 溫度寄存器高溫度系數(shù)晶振計(jì)數(shù)器2 0 圖4.4 DS18B20工作原理圖初始時(shí)，溫度寄存器被預(yù)置成-55攝氏度，每當(dāng)計(jì)數(shù)器1從預(yù)置數(shù)開(kāi)始減計(jì)數(shù)到0時(shí)，溫度寄存器中寄存的溫度值就增加1攝氏度，這個(gè)過(guò)程重復(fù)進(jìn)行直到計(jì)數(shù)器2計(jì)數(shù)到0時(shí)就停止。初始時(shí)，計(jì)數(shù)器1預(yù)置的是與-55攝氏度相對(duì)應(yīng)的一個(gè)預(yù)置數(shù)，以后計(jì)數(shù)器1每一個(gè)循環(huán)的預(yù)置數(shù)都由斜率累加器提供。為了補(bǔ)償振蕩器溫度特性的非線性性，斜率累

50、加器所提供的預(yù)置數(shù)也隨溫度相應(yīng)變化。計(jì)數(shù)器1 的預(yù)置數(shù)也就是在給定溫度外使溫度寄存器存值增加1攝氏度計(jì)數(shù)器所需的計(jì)數(shù)個(gè)數(shù)。圖中比較器的作用是以四舍五入的量化方式確定溫度寄存器的最低有效位。在計(jì)數(shù)器2停止計(jì)數(shù)后，比較器將計(jì)數(shù)器1中的計(jì)數(shù)剩余值轉(zhuǎn)換為溫度值后與0.25攝氏度進(jìn)行比較，若低于0.25攝氏度，溫度寄存器的最低位就置0；若高于0.25攝氏度，則相應(yīng)置1，若高于0.75攝氏度，溫度寄存器的最低位就進(jìn)位后置0.這樣經(jīng)過(guò)比較后所得的溫度寄存器的值就是最終讀取的溫度值了，其最末位代表0.5攝氏度，四舍五入最大量化誤差為1/2LSB，即0.25攝氏度。溫度寄存器中的溫度值以9位數(shù)據(jù)格式表示，最高位

51、為符號(hào)位，其余8位以二進(jìn)制補(bǔ)碼方式表示溫度值。測(cè)溫結(jié)束時(shí)這9位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存到暫存寄存器的前兩個(gè)字節(jié)中，符號(hào)位占用第1字節(jié)，8位溫度數(shù)據(jù)占用第2字節(jié)。DS18B20測(cè)量溫度時(shí)使用特有的溫度測(cè)量技術(shù)。DS18B20內(nèi)部的低溫度系數(shù)振蕩器能產(chǎn)生穩(wěn)定的頻率信號(hào)：同樣的，高溫度系數(shù)振蕩器則將被測(cè)溫度轉(zhuǎn)換成頻率信號(hào)。當(dāng)計(jì)數(shù)門打開(kāi)時(shí)，DS18B20開(kāi)始進(jìn)行計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)門開(kāi)通時(shí)間由高溫度系數(shù)振蕩器決定。芯片內(nèi)部還有斜率累加器，可對(duì)頻率的非線性度加以補(bǔ)償。測(cè)量結(jié)果存入溫度寄存器中。一般情況下溫度值應(yīng)為9位，但因符號(hào)位擴(kuò)展成高八位，故以16位補(bǔ)碼形式輸出。4.2 濕度傳感器HS1101 測(cè)量空氣濕度的方法多種多樣，但其

52、原理基本一致，主要是根據(jù)某種物質(zhì)從其周圍的空氣中吸收水分后引起的物理或化學(xué)性質(zhì)的變化，間接地獲得該物質(zhì)的吸水量及周圍空氣的濕度。電容式、電阻式、濕漲式濕敏元件分別是根據(jù)其高分子材料吸濕后的介電常數(shù)、電阻率及體積發(fā)生的變化而進(jìn)行濕度測(cè)量的。濕度傳感器的核心是濕敏元件，濕敏元件一般由基極、電極和感濕層組成。濕度傳感器HS1101的特性不需校準(zhǔn)的完全互換性，自動(dòng)化焊接，快速脫濕，高可靠性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性，快速響應(yīng)時(shí)間，專利設(shè)計(jì)的固態(tài)聚合物結(jié)構(gòu)，側(cè)面接觸封裝，適應(yīng)于線性電壓輸出和頻率輸出兩種電路，適宜于制造流水線上的自動(dòng)插件和自動(dòng)裝配過(guò)程等?；谶@些特性設(shè)計(jì)觸電式濕度傳感器，輸出的頻率信號(hào)為數(shù)字量，電壓信

53、號(hào)為模擬量，而基于51單片機(jī)的溫濕度控制系統(tǒng)由于設(shè)有內(nèi)外部模數(shù)轉(zhuǎn)換器，不必再補(bǔ)充其它硬件就可以采集到數(shù)字量及模擬量，其連接方式和溫度傳感器DS18B20類似。濕度傳感器 HS1101的測(cè)溫原理HS1101測(cè)量濕度過(guò)程中主要是將HS1101放置在NE555振蕩電路中，也就是將電容值變化轉(zhuǎn)換為頻率信號(hào)，在芯片接到電阻時(shí)就會(huì)構(gòu)成充電回路。HS1101是電容式濕度傳感器，由于電容不可直接測(cè)量，故選用555多諧振蕩電路檢測(cè)到頻率，然后由51單片機(jī)計(jì)算出電容值，再根據(jù)電容值計(jì)算出相應(yīng)的濕度值。在濕敏電容的555振蕩電路中，通過(guò)對(duì)電容的變化和電壓頻率信號(hào)的處理，也可以直接對(duì)計(jì)算機(jī)進(jìn)行采集測(cè)量。集成電視的55

54、5芯片外接電阻和與濕敏電容構(gòu)成充電回路，通過(guò)對(duì)芯片內(nèi)部的晶體管控制構(gòu)成對(duì)C的放電回路，形成多級(jí)的振蕩電路，電阻在電路中還具有一定的短路保護(hù)作用和平衡空氣濕度的作用。4.3 89C51單片機(jī)本系統(tǒng)采用的89C51是一個(gè)低功耗、高性能CMOS的8位單片機(jī)，片內(nèi)含4Kb ISP的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及89C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了8位中央處理器（CPU）和ISP Flash存儲(chǔ)單元。AT89C51單片機(jī)具有如下特點(diǎn)：40個(gè)引腳，4Kb Flash片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，128b的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，32個(gè)輸入輸出口，5個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)，兩層中斷嵌套，兩個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器，2個(gè)全雙工串行通信口，看門狗電路，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。功能強(qiáng)大，性價(jià)比