【正文】 器、傳感器及執(zhí)行器對控制變量進(jìn)行分析和處理。 總體方案設(shè)計本系統(tǒng)采用STC89C51單片機(jī)作為微處理器，DS18B20作為溫度傳感器對溫度進(jìn)行檢測，HS1101作為濕度傳感器與NE555組成濕度測量模塊，采用發(fā)光二極管實(shí)現(xiàn)報警功能，使用LCD1602對測得的溫度及濕度值進(jìn)行顯示，使用按鍵對溫度及濕度的設(shè)定值進(jìn)行修改。 系統(tǒng)組成及框圖系統(tǒng)主要有溫度測量模塊、濕度測量模塊、顯示模塊、報警模塊、及按鍵模塊。圖21 系統(tǒng)組成框圖 第 33 頁 第3章 硬件設(shè)計本溫度及濕度控制系統(tǒng)使用STC89C51作為控制器，用DS18B20實(shí)現(xiàn)對溫度測測量，用HS1101及NE555實(shí)現(xiàn)的濕度的測量，并采用LCD1602將采集的的數(shù)據(jù)顯示?，F(xiàn)將系統(tǒng)硬件設(shè)計表述如下。 微處理器微處理器是控制系統(tǒng)的核心部件。具有控制功能強(qiáng)，體積小，功耗小等一系列的優(yōu)點(diǎn)，它在工業(yè)控制、智能儀表、節(jié)能技術(shù)改造、通訊系統(tǒng)、信號處理及家用電器產(chǎn)品中都得到了廣泛的應(yīng)用。本設(shè)計采用STC89C51作為微處理器。 51單片機(jī)的主要特性51單片機(jī)的主要特性如表31所示。表31 TC89C51主要特性表 主要功能特性 兼容MCS51指令系統(tǒng)8K可反復(fù)擦寫Flash ROM32個雙向I/O口256x8bit內(nèi)部RAM3個16位可編程定時/計數(shù)器中斷時鐘頻率024MHz2個串行中斷可編程UART串行通道2個外部中斷源共6個中斷源2個讀寫中斷口線3級加密位低功耗空閑和掉電模式軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能 STC89C51的引腳具體介紹STC89C51系列單片機(jī)是宏晶科技推出的新一代高速∕低功耗∕超強(qiáng)抗干擾的單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051單片機(jī)。STC89C51單片機(jī)的外形結(jié)構(gòu)為40引腳雙列直插式封裝，其外部管腳如圖31所示。 圖31 STC89C51外部引腳圖STC89C51的引腳含義具體介紹如下：1. 主電源引腳（2根）VCC(Pin40)：電源輸入，接＋5V電源GND(Pin20)：接地線2. 外接晶振引腳（2根）XTAL1(Pin19)：片內(nèi)振蕩電路的輸入端XTAL2(Pin20)：片內(nèi)振蕩電路的輸出端3. 控制引腳（4根）RST/VPP(Pin9)：復(fù)位引腳，引腳上出現(xiàn)2個機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位。ALE/PROG(Pin30)：地址鎖存允許信號PSEN(Pin29)：外部存儲器讀選通信號EA/VPP(Pin31)：程序存儲器的內(nèi)外部選通，接低電平從外部程序存儲器讀指令，如果接高電平則從內(nèi)部程序存儲器讀指令。4. 可編程輸入/輸出引腳（32根）STC89C51單片機(jī)有4組8位的可編程I/O口，分別位P0、PPP3口，每個口有8位（8根引腳），共32根。PO口（Pin39～Pin32）：8位雙向I/O口線，～P1口（Pin1～Pin8）：8位準(zhǔn)雙向I/O口線，～ P2口（Pin21～Pin28）：8位準(zhǔn)雙向I/O口線，～ P3口（Pin10～Pin17）：8位準(zhǔn)雙向I/O口線，～ STC89C51的最小系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng)是是單片機(jī)可以工作的最小單元，包括電源、地、復(fù)位電路和晶振電路。在此基礎(chǔ)上可擴(kuò)展外圍電路。STC89C51的最小系統(tǒng)如圖32所示。圖32 STC89C51的最小系統(tǒng) 溫度測量電路的實(shí)現(xiàn)測溫模塊采用數(shù)字溫度傳感器DS18B20，它能代替模擬溫度傳感器和信號處理電路，直接與單片機(jī)溝通，完成溫度采集和數(shù)據(jù)處理。DS18B20與AT89C51結(jié)合實(shí)現(xiàn)最簡溫度檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，抗干擾能力強(qiáng)，適合于惡劣環(huán)境下進(jìn)行現(xiàn)場溫度測量，有廣泛的應(yīng)用前景。 溫度傳感器的選擇溫度傳感器的種類眾多，在應(yīng)用與高精度、高可靠性的場合時DALLAS（達(dá)拉斯）公司生產(chǎn)的DS18B20溫度傳感器當(dāng)仁不讓。超小的體積，超低的硬件開消，抗干擾能力強(qiáng)，精度高，附加功能強(qiáng)，使得DS18B20更受歡迎。我們選擇DS18B20作為溫度傳感器。 DS18B20介紹DS18B20具有獨(dú)特的單總線接口方式，僅需使用1個端口就能實(shí)現(xiàn)與單片機(jī)的雙向通訊。全數(shù)字溫度轉(zhuǎn)換及輸出提高了信號抗干擾能力和溫度測量精度。它具有多樣封裝形式，適應(yīng)不同硬件系統(tǒng)。它的工作電壓使用范圍寬(3．0～5．5 V)，可以采用外部供電方式，也可以采用寄生電源方式，即當(dāng)總線DQ為高電平時，竊取信號能量給DS18B20供電。它還有負(fù)壓特性，電源極性接反時，DS18B20不會因接錯線而燒毀，但不能正常工作。可以通過編程實(shí)現(xiàn)9～12位的溫度轉(zhuǎn)換精度設(shè)置。DS18B20采用3腳TO92封裝，形如三極管，同時也有8腳SOIC封裝，還有6腳的TSOC封裝，如圖33所示。圖33 DS18B20的封裝其測溫范圍為－55～+125℃，在10～85℃范圍內(nèi)，精度為177。0．5℃。每一個DS18B20芯片的ROM中存放了一個64位ID號：前8位是產(chǎn)品類型編號，隨后48位是該器件的自身序號，最后8位是前面56位的循環(huán)冗余校驗(yàn)碼。因此，一條總線上可以同時掛接多個DS18B20，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測溫系統(tǒng)。另外用戶還可根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定非易失性溫度報警上下限值TH和TL。DS18B20檢測到溫度值經(jīng)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量后，自動存入存儲器中，并與設(shè)定值TH或TL進(jìn)行比較，當(dāng)測量溫度超出給定范圍時，就輸出報警信號，并自動識別是高溫超限還是低溫超限。DS18B20的6個功能指令：（1）溫度轉(zhuǎn)換指令（44H）。這個命令用于啟動溫度轉(zhuǎn)換，無實(shí)質(zhì)的數(shù)據(jù)要求。如果微控制器在該命令之后輸出讀操作命令，那么DS18B20將使DQ端為低電平，表示DS18B20正忙于溫度轉(zhuǎn)換，不能響應(yīng)該命令。（2）寫便箋式存儲器（4EH）。寫便箋式存儲器從TH存儲單元開始，三個字節(jié)的數(shù)據(jù)將被定位在2到4號便箋式存儲器單元。所有的三個字節(jié)必須在復(fù)位鉗寫入便箋式存儲器。（3）讀便箋式存儲器（BEH）。該指令讀取便箋式存儲器的內(nèi)容，讀出的數(shù)據(jù)將從Byte0（存儲器的0號單元）開始直到第9字節(jié)（CRC校驗(yàn)字）被讀走。但如果不想讀完所有字節(jié)，微控制器可以再任何時候輸出復(fù)位信號中斷其傳輸。（4）復(fù)制便箋式存儲器指令（48H）。把4號存儲單元的內(nèi)容存儲到非易失性SRAM中去。復(fù)制期間，如果有讀指令，DS18B20將把DQ置為低電平，直到轉(zhuǎn)換結(jié)束，把DQ置為高電平。（5）回讀SRAM（B8H）。將存儲在SRAM中的溫度報警上下限、分別率配置的內(nèi)容寫回相應(yīng)的便箋式存儲器。（6）讀電源配置結(jié)構(gòu)指令（B4H）。主控制設(shè)備發(fā)出該指令后在輸出讀時序，器件即會送出所使用的電源信息：0為寄生電源，1為外接電源。DS18B20的ROM指令共有5條，每一個工作周期只能發(fā)一條，ROM指令分別是讀ROM數(shù)據(jù)、指定匹配芯片、跳躍ROM、芯片搜索、報警芯片搜索。在進(jìn)行DS18B20操作時一般有以下步驟：（1）初始化DS18B20。（2）ROM指令操作。（3）便箋式存儲器功能指令操作。（4）處理或數(shù)據(jù)傳送。每一次DS18B20的操作都必須滿足以上步驟，若是缺少或順序混亂，期間將不會返回值。 溫度測量電路采用DS18B20數(shù)字溫度傳感器測量溫度， DS18B20與單片機(jī)是單線雙向通信。其連接電路如圖34所示。圖34 DS18B20的測溫電路（） 濕度測量電路的實(shí)現(xiàn)HS1101實(shí)際上相當(dāng)于一個可變電容，它會因外部環(huán)境濕度的變化而致使電容值變化，濕度測量模塊采用HS1101及NE555一起組成，將該HS1101置于NE555震蕩電路中，將電容值的變化轉(zhuǎn)化為與之呈反比的電壓頻率信號，可直接被計算機(jī)采集。 濕度傳感器的選擇傳統(tǒng)的測量濕度使用干濕球濕度計，它雖然維護(hù)其來相當(dāng)簡單，只需定期給濕球加水及更換濕球紗布即可，但其精度不夠、誤差較大。電子式濕度傳感器是近幾十年，特別是近20年才迅速發(fā)展起來的。電子濕度傳感技術(shù)由于發(fā)展快，精確性高，誤差小，現(xiàn)在得到了廣泛的應(yīng)用。我們選擇電子濕度傳感器HS1101測量濕度。 HS1101介紹HS1101是法國HUMIREL公司生產(chǎn)的基于獨(dú)特工藝設(shè)計的電容式濕度傳感器。采用具有專利權(quán)的固態(tài)聚合物結(jié)構(gòu)。特點(diǎn)：全互換性，在標(biāo)準(zhǔn)情況下不需校正；長時間飽和下快速脫濕；可以自動化焊接，包括波峰焊或水浸；高可靠性與長時間穩(wěn)定性；可用于線性電壓或頻率輸出回爐；快速反應(yīng)時間。HS1101是經(jīng)過獨(dú)特工藝設(shè)計的可變電容元件，這種想對濕度傳感器可以大批量生產(chǎn)?？梢詰?yīng)用于辦公自動化，車廂內(nèi)空氣質(zhì)量控制，家電，工業(yè)控制系統(tǒng)等在需要濕度補(bǔ)償?shù)膱龊纤部梢缘玫胶艽蟮膽?yīng)用。HS1101如圖35所示。 圖35 HS1101的等效電路及其外觀 HS1101濕度傳感器隨著濕度的變化其電容值的變化在一定程度上是線性的，測濕電路主要利用它們之間的線性關(guān)系，可以將濕度變化轉(zhuǎn)化為電容值的變化其的等效電容值與相對濕度之間的關(guān)系如圖32所示。表32 等效電容值與相對濕度之間的數(shù)值關(guān)系相對濕度RH（%）電容值C（PF）相對濕度RH（%）電容值C（PF）0163601831016670186201708019130173901954017610020250179 NE555振蕩器NE555是屬于5