【正文】 對(duì)濕度是指在一定溫度時(shí)，空氣中的實(shí)際水蒸氣含量與飽和值之比，用百分比表示。 lv 為容積基準(zhǔn)。 SHT11 溫度傳感器具有很好的線性特點(diǎn) ,因而，可用公式直接 將溫度讀數(shù)（ T0）轉(zhuǎn)換成實(shí)際溫度值，當(dāng)電源電壓為 5V，溫度傳感器為 14 位時(shí) , 轉(zhuǎn)換公式如下 : 040 ? ? ? （ 214） 然而， SHT11 的濕度輸出具有一定的非線性，很難用線性關(guān)系將期表示出來(lái)。補(bǔ)償公式如下 : 12( 2 5 ) ( )R H lin e a rR H T t t S O H R? ? ? ? ? ? （ 216） 式中 RH 為經(jīng)過(guò)線性補(bǔ)償和溫度補(bǔ)償后的濕度值， T 為測(cè)試濕度值時(shí)的溫度 (℃ )， t1 和 t2 為溫度補(bǔ)償系數(shù) ,取值查閱《溫濕度傳感器 SHT11 數(shù)據(jù)手冊(cè)》。如果要將其擴(kuò)展為多點(diǎn)溫度的檢測(cè)與顯示，更是會(huì)大大增加硬件設(shè)計(jì)難度。三個(gè)模塊分別對(duì)應(yīng)了傳感器技術(shù)應(yīng)用，單片機(jī)運(yùn)算處理，單片機(jī)控制外圍電路等方面的知識(shí)。 方案二：使用單片機(jī)和數(shù)字式單總線溫度傳感器構(gòu)成。 對(duì)比后方案二更適合于用作本系統(tǒng)的實(shí)施方案。 （ 2） DS18B20 性能特點(diǎn)： （ 1）獨(dú)特的單線接口，即可以通過(guò)串行口線，也可以通過(guò)其他 I/O 口線與微機(jī)接口，無(wú)需經(jīng)過(guò)其他變換電路，直接輸出被測(cè)溫度值 。 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 （ 5）用戶可定義 非易失性的溫度告警設(shè)置 。 18B20 共有三種形態(tài)的存儲(chǔ)器資源，它們分別是： ROM 只讀存儲(chǔ)器，用于存放 DS18B20ID 編碼，其前 8 位是單線系列編碼（ DS18B20 的編碼是 19H））后面 48 位是芯片唯一的序列號(hào)，最后 8 位是以上 56 的位的 CRC 碼（冗余校驗(yàn) ））。第 2 個(gè)字節(jié)是溫度轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)值信息，第 4 個(gè)字節(jié)是用戶 EEPROM（常用于溫度報(bào)警值儲(chǔ)存）的鏡像。第 8 個(gè)字節(jié)為計(jì)數(shù)寄存器，是為了讓用戶得到更高的溫度分辨率而設(shè)計(jì)的，同樣 也是內(nèi)部溫度轉(zhuǎn)換、計(jì)算的暫存單元。1Wire 單總線是 DALLAS 的一項(xiàng)專有技術(shù)，它采用單根信號(hào)線，既傳輸時(shí)鐘又傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)，即 DSl8B20 與微處理器僅需一根數(shù)據(jù)線即可實(shí)現(xiàn)雙向通信；DSl8B20 溫度測(cè)量范圍為一 55℃一 +125℃，測(cè)量分辨率為 0． 062 5℃； DSl8B20 提供 9—12 位精度的溫度測(cè)量，通過(guò)編程可將測(cè)量溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字值直接讀取，分別在 93． 75 Ins 和 750 腿內(nèi)完成?；每個(gè) DSl8B20 有唯一的 64 位序列碼，這使得允許有多個(gè) DSl8B20 并聯(lián)在一條單總線上工作，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)溫度檢測(cè)。其中 64 位光刻 ROM 是出廠前被刻錄好的，它由 8 位產(chǎn)品系列號(hào)、 48 位的產(chǎn)品序號(hào)、 8 位 CRC 循環(huán)冗余檢驗(yàn)碼組成， DSl8B20 的產(chǎn)品系列號(hào)均為 28H，每個(gè)器件有自己唯一的 48 位產(chǎn)品序號(hào)，利用產(chǎn)品序號(hào)可以識(shí)別一條線上所掛的不同 DSl8B20 器件。配置寄存器字節(jié)的低 5 位一直是 1，第 7 位 TM 是測(cè)試模式位，用于設(shè)置 DSl8B20 是在工作模式還是在測(cè)試模式，第 6 位、第 5 位分別是 R R0，用于決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù)，即用來(lái)設(shè)置分辨率 [14]。二進(jìn)制中的高 5 位是符號(hào)位，如果測(cè)得的溫度大于 0，則高 5 位為 0，可以直接將二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制再乘以 即可得到實(shí)際溫度；如果測(cè)得的溫度小于 0，則高 5 位為 1，表示測(cè)得的溫度值為負(fù)值，要先將補(bǔ)碼變成原碼，再計(jì)算其對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)并乘以 得到實(shí)際溫度。 DSl8B20 操作命令 DSl8B20 的操作指令有存儲(chǔ)器操作命令與 ROM 操作命令兩類，前者主要針對(duì)高速暫存器用于實(shí)現(xiàn)溫度轉(zhuǎn)換以及對(duì)溫度數(shù)據(jù)的讀出與存貯等，后者主要于識(shí)別不同的 DSl8B20 的序列號(hào)及類型等。通常在總線上接一個(gè)上拉電阻，這樣，當(dāng)總線空閑時(shí)，其 狀態(tài)為高電平。 圖 32 硬件連接 濕度數(shù)據(jù)采集模塊 SHT11 濕度傳感器的感濕原理 SHT11 傳感器默認(rèn)的測(cè)量溫度和相對(duì)濕度的分辨率分別為 14 位、 12 位 ,通過(guò)狀態(tài)寄存器可降至 12 位、 8 位。 SHT11 濕度傳感器采用的是平板電容器結(jié)構(gòu)，在絕緣基片上用平面工藝分別形成上電極、介質(zhì)層和下電極。根據(jù)芯片通信協(xié)議，軟件采用 C 語(yǔ)言編寫(xiě)，通過(guò)簡(jiǎn)單的控制協(xié)議即可實(shí)現(xiàn)單片機(jī)對(duì) SHT11 濕度數(shù)據(jù)采集工作 [16]。 圖 33 硬件連接 數(shù)據(jù)處理模塊方案設(shè)計(jì) 芯片介紹 At89s52 是一種低功耗、高性能 CMOS 工藝（低功耗） 8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲(chǔ)器。 AT89S52 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k 字節(jié) Flash， 256 字節(jié) RAM，32 位 I/O 口線，看門(mén)狗定時(shí)器， 2 個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，一個(gè) 6 向量 2 級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口， 片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。 [17] AT89S52 引腳功能 P0 口： P0 口是一個(gè) 8 位漏極開(kāi)路的雙向 I/O 口。在這種模式下， P0 具有內(nèi)部上拉電阻。 P1 口用戶專用 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口，具有通用的輸入 /輸出功能，每一位都能獨(dú)立地設(shè)定為輸入或輸出。 P3 口作為通用 I/O 口與 P1 口類似 ——準(zhǔn)雙口， P3 口引腳有第二功能，具體定義如下 RST——復(fù)位輸入。要注意的是：每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過(guò)一個(gè) ALE 脈沖。此外，該引腳會(huì)被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置 ALE 禁止位無(wú)效。如 EA 端為高電平（接 Vcc 端）， CPU 則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器的指令。 89C51 單片機(jī)內(nèi)部由運(yùn)算器、控制器部件、 寄存器及震蕩電路等組成。 808奔騰等微機(jī)采用這種結(jié)構(gòu)。在 8051/8751/89C51/89S51 片內(nèi)，分別有最低地址空間為 4KB 的ROM/EPROM/EEPROM 程序存儲(chǔ)器；而 8031/8032 片內(nèi)，無(wú)內(nèi)部 ROM，必須外部擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器 EPROM 8**51 單片機(jī)具有擴(kuò)展 64KB 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 RAM 和 I/O 端口的能力，外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和外部 I/O 端口實(shí)行統(tǒng)一編址，并使用相同的控制信號(hào)、相同的訪問(wèn)指令 MOVX，以及相同的寄存器間接尋址方式。訪問(wèn)高 128 字節(jié) RAM 采用寄存器間接尋址；訪問(wèn) SFR 則只能采用直接尋址；訪問(wèn)低 128 字節(jié) RAM 時(shí)兩種尋址方式均可采用 [18]。這些特殊功能寄存 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 器大體上分為兩類，一類與芯片的引腳有關(guān)，另一類作片內(nèi)功能的控制用。它們之中除 SBUF 外，都可以位尋址 。 TMOD=0x20，使用定時(shí)器 1，工作在方式 2，方式 2 是 8 位的可自動(dòng)重裝載的定時(shí) /計(jì)數(shù)器方式，最大計(jì)數(shù)值 256 其控制命令格式如圖 。 GATE 為門(mén)控位。 圖 34 IE 控制寄存器。（ 8 位自動(dòng)裝入初值） IE 為中斷允許控制寄存器。作用如下 : M1/M0 為工作方式選擇位。本系統(tǒng)用到 口，上拉電阻為 歐姆。 MCS－ 51 共有 P0～ P3 四個(gè)這樣的并行口，可提供 32 根 I/O 線，每根線都是雙向的，并且大都有第二功能。在 MCS－ 51 中，除程序計(jì)數(shù)器 PC 和四個(gè)工作寄存器區(qū)外，其余 21 個(gè)特殊功能寄存器都在這 SFR 塊中。 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器是使用最多的地址空間，所有的操作指令的操作數(shù)只能在此 地址空間或特殊功能寄存器中。 程序存儲(chǔ)器用來(lái)存放編好的始終保留的固定程序和表格、常數(shù)。半導(dǎo)體存儲(chǔ)器由一個(gè)個(gè)單元組成，每個(gè)單元可以一個(gè)編號(hào)（稱地址），一個(gè)單元存放一個(gè) 8 位的二進(jìn)制（即一個(gè)字節(jié)），當(dāng)一個(gè)數(shù)據(jù)多 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 于 8 位時(shí)就需要多個(gè)單元來(lái)存放。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 EA/VPP——外部訪問(wèn)允 許，欲使 CPU 僅訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器（地址0000HFFFFH）， EA 端必須保持低電平（接地）。 如有必要，可通過(guò)對(duì)特殊功能寄存器（ SFR）區(qū)中的 8EH 單元的 D0 位置位，可禁止 ALE 操作。 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 表 32 單片機(jī)的輸出口的特殊定義 RXD 串行口輸出 TXD 串行口輸入 INT0 外部中斷 0 輸入 INT1 外部中斷 1 輸入 T0 定時(shí)器 0 外部輸入 T1 定時(shí)器 1 外部輸入 WR 外部寫(xiě)控制 RD 外部讀控制 ALE/PROG——當(dāng)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低 8 位字節(jié)。 P2 口 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口。程序校驗(yàn)時(shí)，需要外部上拉電阻。對(duì) P0 端口寫(xiě)“ 1”時(shí)，引腳用作高阻抗輸入?？臻e模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。片上 Flash 允許程序存儲(chǔ)器 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。需要注意的地方是： DATA 數(shù)據(jù)線需要外接上拉電阻，時(shí)鐘線 SCK 用于微處理器和 SHT11 之間通信同步，由于接口包含了完全靜態(tài)邏輯，所以對(duì) SCK 最低頻率沒(méi)有要求；當(dāng)工作電壓高于 時(shí)， SCK 頻率最高為 ，而當(dāng)工作電壓低于 V 時(shí)， SCK 最高頻率則為 1 MHz。 對(duì)于一個(gè)固定的元件 ,可以設(shè)： 1244ot KtkkK e K e????? （ 32） 則 12xD k k v?? 由上式可以看出， Cx 與 v 呈線性關(guān)系，從而由傳感器電容量的大小即可決定環(huán)境中的相對(duì)濕度 [15] 。每個(gè)傳感器芯片都在極為精確的濕度室中標(biāo)定，校準(zhǔn)系數(shù)以程序形式儲(chǔ)存在 OTP 內(nèi)存中，在測(cè)量過(guò)程中可對(duì)相對(duì)濕度自動(dòng)校準(zhǔn)，使 SHT11 具有 100%的互換性。如要采用寄生工作方式，只要將 VDD 電源引腳與單總線并聯(lián)即可。 表 31 操作命令 命令代碼 用途 存儲(chǔ)器 溫度變換（ 44H） 應(yīng)用溫度轉(zhuǎn)換 讀暫存器（ BEH） 度溫度值和 CRC 值 寫(xiě)暫存器（ 4EH） 寫(xiě)上下限值到暫存器 讀 EEPROM（ B8H） 將上下限值調(diào)入暫存器 讀電源（ B4H） 檢測(cè)供電方式 復(fù)制暫存器（ 4EH） 復(fù)制上下限值到暫存器 讀 ROM（ 33H） 讀 ROM64 位序列號(hào) 跳過(guò) ROM（ CCH） 跳過(guò)對(duì)單個(gè) ROM 編碼的搜索 匹配 ROM（ 55H） 對(duì)多個(gè) ROM 序列號(hào)尋址 搜索 ROM（ F0H） 對(duì)多個(gè) ROM 編碼搜索 報(bào)警搜索（ BCH） 搜索報(bào)警的 DB18B20 DSl8B20 與系統(tǒng)硬件接口 DSl8B20 的優(yōu)點(diǎn)在多點(diǎn)溫度檢測(cè)系統(tǒng)中可以更好地體現(xiàn)出來(lái)， DSl8B20 的管 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 腳只有 3 根，即電源、地、數(shù)據(jù)線，多點(diǎn)溫度檢測(cè)系統(tǒng)。 DSl8B20 完成 溫度轉(zhuǎn)換后，把測(cè)得的溫度 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 值與 RAM 中 TH、 TL 字節(jié)內(nèi)容作比較，若溫度大于 TH 或小于 TL，則器件內(nèi)的報(bào)警標(biāo)志位置位，并對(duì)主機(jī)發(fā)出的報(bào)警搜索命令作出響應(yīng)。由表 31 可知，當(dāng)設(shè)定的分辨率越高，所需要的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時(shí)間就越長(zhǎng)，因此，實(shí)際使用中要將分辨率和轉(zhuǎn)換時(shí)間綜合考慮。非埸失報(bào)警觸發(fā)器 TH 和 11L，可以通過(guò)軟件寫(xiě)入溫度報(bào)警的上下限值。這給系統(tǒng)硬件設(shè) 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 計(jì)帶來(lái)了 極大的方便。我們的系統(tǒng)選擇此芯片正是因?yàn)樗芎玫募? A/D 轉(zhuǎn)換與溫度測(cè)量，減少了成本，同時(shí)方便我們的讀取溫度，芯片只有三個(gè)引腳，相對(duì)簡(jiǎn)單，方便使用。第 5 個(gè)字節(jié)則是用戶第 3 個(gè) EEPROM 的鏡像。 DS18B20 共 64 位 ROM。 （ 3） DS18B20 工作原理及應(yīng)用： DS18B20 的溫度檢測(cè)與數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)輸出全集成于一個(gè)芯片之上，從而抗干擾力更強(qiáng)。 （ 3）不需外部元件 。 [12]與傳統(tǒng)的熱敏電阻相比，它能直接讀出被測(cè)溫度，并且可以根據(jù)實(shí)際要求通過(guò)簡(jiǎn)單的編程實(shí) 現(xiàn) 9 位12 位