【正文】 DS18B20 測量溫度時使用特有的溫度測量技術(shù)。測量結(jié)果存入溫度寄存器中。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。 HS1101 是電容式濕度傳感器，由于電容不可直接測量，故選用 555 多諧振蕩電路檢測到頻率，然后由 51 單片機計算出電容值，再根據(jù)電容值計算出相應(yīng)的濕度值。 AT89C51 單片機具有如下特 點： 40 個引腳， 4Kb Flash片內(nèi)程序存儲器， 128b 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器， 32 個輸入輸出口， 5 個中斷優(yōu)先級，兩層中斷嵌套，兩個 16 位可編程定時計數(shù)器， 2 個全雙工串行通信口，看門狗電路，片內(nèi)時鐘振蕩器。單片機出現(xiàn)的 歷史并不長，其發(fā)展速度可見一斑。隨著傳感器、單片機技術(shù)的發(fā)展，溫濕度測控技術(shù)也得到了很大的發(fā)展，其精度也越來越高， 穩(wěn)定性也越來越好。每個端口都包含一個鎖存器、一個輸入驅(qū)動器和輸入緩存器。各自特點如下： （ 1） P0口為雙向 8位三態(tài) I/O口，它既可作為通用 I/O口，又可作為外部擴展時的數(shù)據(jù)總線及低 8 位地址總線的 分時復(fù)用口。 （ 3） P2口為 8位準(zhǔn)雙向 I/O口，內(nèi)部具有上拉電阻，可直接連接外部 I/O設(shè)備。作為通用 I/O口時，功能與 P1口相同，常用第二功能。該脈沖序列可用作外部時鐘源或作為定時脈沖源使用。 （ 4） RST/VPD:復(fù)位 /備用電源線，可以使 8051CPU處于復(fù)位工作狀態(tài)。 RS232接口是目前最常用的一種串行通信接口裝置。 (2)接口的電氣 特性 在 RS232中任何一條信號線的電壓均為負(fù)邏輯關(guān)系。 即要求接收器能識別低至 +3V 的信號作為邏輯 “ 0”， 高到 3V 的信號作為邏輯“ 1” （ 3)接口的物理結(jié)構(gòu) RS232C接口連接器一般使用型號為 DB25 的 25芯插頭座，通 常插頭在 DCE端，插座在 DTE 端 .一些設(shè)備與 PC 機連接的 RS232C 接口，因為不使用對方的傳送控制信號，只需三條接口線，即“發(fā)送數(shù) 據(jù)”、“接收數(shù)據(jù)”和“信號地”。 沈陽工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 24 單片機和 PC 通信相連 在檢測系統(tǒng)中，下位機處理過的數(shù)據(jù)通常都需要不斷地傳給上位 機，而上位機也要不斷往下位機發(fā)送命令，控制下位機的工作進程。傳送方式 :PC 機采用查詢方式接收數(shù)據(jù)，單片機采用中斷方式接收信息。所以，中斷方式具有效率高、接收準(zhǔn)確、編程簡單等優(yōu)點。 利用微機 RS。為防止各線程的共享資源訪問出錯，在程序中的各線程的動作應(yīng) 同步化，這可利用 MFC 提供的同步化事件對象實現(xiàn)。通信函數(shù)是中斷驅(qū)動的： 發(fā)送數(shù)據(jù)時，先將其放入緩存區(qū)，串口準(zhǔn)備好后，就將其發(fā)送出去；傳來的數(shù)據(jù)迅速申請中斷，使 Windows 接收它并將其存入緩沖區(qū)，以供讀取。進行串行通訊時要滿足一定的條件，電腦的串口 是 RS232電平的，而單片機的串口是 TTL電平的 ， 兩者之間必須有 — 個電平轉(zhuǎn)換電路，可以采用專用芯片進行轉(zhuǎn)換。 （ 4)傳輸電纜長度 由 RS232C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定在碼元畸變小于 4%的情況下，傳輸電纜長 度應(yīng)為 50英尺， 由于 RS232C接口標(biāo)準(zhǔn)出現(xiàn)較早，難免有不足之處，主要有以 下四點： 接口的信號電平值較高，易損壞接口電路的芯片，又因為與 TTL電平不兼容故需使用電平轉(zhuǎn)換電路方能與 TTL 電路連接 傳輸速率較低 ， 在異步傳輸時 ， 波特率為 20Kps. 接口使用一根信號線和一根信號返回線而構(gòu)成共地的傳輸形 式，這神共地傳輸容易產(chǎn)生共模千擾，所以抗噪聲干擾性弱。 邏輯 “ 0”， +5 — +15V。 RS232接口標(biāo)準(zhǔn)采用25個引腳的連接器。由于串行通訊方式具有使用線路少，成本低，特別是在遠(yuǎn)程傳輸時，避免了多條線路特性的不一致而被廣泛采用。 （ 3） PSEN；片外 ROM 選通線，在執(zhí)行訪問片外 ROM 的指令 MOVC,8051 自動在PSEN 上產(chǎn)生一個負(fù)脈沖，用于為片外 ROM 芯片的選通。在訪問片外存儲器時， CPU在 ALE/PROG上輸出一個高電平脈沖，用于把這個片外存儲器低 8位地址鎖存到外部專用地址鎖存器，以便空出 。一般作為外部擴展時的高 8位地址總線 使用。每個引腳可驅(qū)動 8個 TTL負(fù)載。在具有片外擴展的存儲器系統(tǒng)中， P2 口作為高 8 位地址線， P0 口分時作為低 8 位地址線和雙向數(shù)據(jù)總線。隨著社會的發(fā)展，溫濕度測控技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用，這項技術(shù)也會在改善人們的生活工作環(huán)境方面做出巨大的貢獻(xiàn)。單片機的發(fā)展趨勢必將是向著更大容量、更高性能、更低功耗、外圍電路更加多樣化與功能化等方面發(fā)展。 單片機的發(fā)展 20 世紀(jì) 70 年代，在微小型計算機研制成功后，單片機也就產(chǎn)生了。集成電視的 555芯片外接電阻和與濕 敏電容構(gòu)成充電回路，通過對芯片內(nèi)部的晶體管控制構(gòu)成對 C 的放電回路，形成多級的振蕩電路，電阻在電路中還具有一定的短路保護作用和平衡空氣濕度的作用?；谶@些特性設(shè)計觸電式濕度傳感器，輸出的頻率信號為數(shù)字量，電壓信號為模擬量，而基于 51 單片機的溫濕度控制系統(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 測量空氣濕度的方法多種多樣，但其原理基本一致，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。當(dāng)計數(shù)門打開時， DS18B20 開始進行計數(shù)，計數(shù)門開通時間由高溫度系數(shù)振蕩器決定。 溫度寄存器中的溫度值以 9 位數(shù)據(jù)格式表示，最高位為符號位，其余 8 位以二進制補碼方式表示溫度值。為了補償振蕩器溫度特性的非線性性，斜率累加器所提供的預(yù)置數(shù)也隨溫度相應(yīng)變化。低溫度系數(shù)振蕩器是一個振動頻率隨溫度變化而變化很小的振蕩器，為計數(shù)器 1 提供一頻率穩(wěn)定的計數(shù)脈沖。在讀時序結(jié)束時， I/O 引腳經(jīng)過外部的上拉電阻拉回至 高電平。 (2) 讀時序 當(dāng)從 DS18B20 讀數(shù)據(jù)時，單片機產(chǎn)生讀時序。 (1) 寫時序 當(dāng) 89C51 單片機把數(shù)據(jù)線從高邏輯電平拉至低邏輯電平時，產(chǎn)生寫時序。所有這些信號除了存在脈沖之外均由總線主機產(chǎn)生。另外，由于 DS18B20 的單線通信功能是分時完成的，遵循嚴(yán)格的時隙概念。進行處理時，將 DS18B20信號線與單片機的一位口線相連，每片上含有唯一的硅片行數(shù)，所以一片 89C51 單片機芯片可掛接多片 DS18B20，從而實現(xiàn)多節(jié)點溫度檢測系統(tǒng)。 GND:接地。 A/D 變換時間為 200ms，測量結(jié)果以 9 位數(shù)字量串行方式傳送。每一個DS18B20 溫度傳感器出廠時都刻有唯一的一個序列號并存入其 ROM 中，因此 CPU 可用簡單的通信協(xié)議就可以識別，從而節(jié)省大量的引線和邏輯電路。下降沿啟動 A/D 轉(zhuǎn)換，之后 EOC 輸出信號變?yōu)榈碗娖剑甘?A/D 轉(zhuǎn)換正在進行，直至 A/D轉(zhuǎn)換完成， EOC 變?yōu)楦唠娖?，表?A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束，轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)據(jù)存入鎖存器，這個信號可用于申請中斷。本次設(shè)計中因 ADC0809 的內(nèi)部沒有時鐘電路，所需時鐘信號必須由 外部提供，并送至 ADC0809 的 CLOCK 端， ADC0809 最穩(wěn)定的工作時鐘頻率是 400khz~600khz。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 位多路開關(guān)以及微處理機兼容的 CMOS 組件，是逐次逼近型 A/D轉(zhuǎn)換器。 圖 時鐘電路 圖 復(fù)位電路 基于 51單片機的溫濕度控制系統(tǒng)的研究 13 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實現(xiàn)的，只要 VCC 的上升時間不超過 1ms，振蕩器建立時間 不超過 10ms，這個時間常數(shù)足以保證完成復(fù)位操作。 圖 LCD1602 的引腳圖 單片機的外圍電路 時鐘電路 時鐘振 蕩電路采用內(nèi)部時鐘電路，單片機內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，引腳 XTAL1 和 XTAL2 分別是此放大器的輸入端和輸出端。 沈陽工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 第 6 腳： E 端為使能端，當(dāng) E 端由高電平變?yōu)榈碗娖綍r，液晶模塊執(zhí)行命令。 第 3 腳： VL 為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高，對比 度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個 10K 的電位器調(diào)整其對比度。該液晶顯示屏的容量是 16*2字符，芯片工作電壓維持在 至 之間。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)光二極管和報警器工作。因此只要測出 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。 此時 555 定時器內(nèi)部的放電 BJT 的基極電壓為“ 1”，放沈陽工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 電 BJT 導(dǎo)通，從而使電容 C1 通過 R3 和內(nèi)部放電 BJT 進行放電。首先用 DS18B20 提供的讀暫存器（ BEH）讀出以 攝氏度為分辨率的溫度測量結(jié)果，然后切去測量結(jié)果中的最低有效位 (LSB)，得到所測實際溫度整數(shù)部分 T 整數(shù)，然后再用 BEH 指令讀取計數(shù)器 1 的計數(shù)剩余值 M 剩余和每度計數(shù)值 M 每度，考慮到 DS18B20 測量溫度的整數(shù)部分以 攝氏度、實際溫度 T可用下列計算得到： T實際 =（ T整數(shù) 攝氏度） +（ M每度 M剩余） /M每度 濕度測控單元 把 HS1101 和 NE555 同時接入電路中中的設(shè)計原理圖如圖 3. 所示。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。因此，本方案為首選方案。因此采用方案一。本系統(tǒng)可設(shè)定溫度范圍為 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，可實時顯示當(dāng)前的溫濕度數(shù)值。在 AT89C51 單片機內(nèi)部歲溫濕度的數(shù)字量進行分析綜合后，將溫濕度數(shù)值送到 LED 共陰極數(shù)碼管顯示。 用戶可以通過下位機中的鍵盤輸入溫濕度的上下限值和預(yù)置值，也可以通過上位機進行輸入，從而 實現(xiàn)上位機對大棚內(nèi)作物生長的遠(yuǎn)程控制。掌控者可以在下位機中設(shè)定溫度和濕度的上下閥值，通過上位機控制大棚內(nèi)的溫濕度。而且還能由主控機對該系統(tǒng)的運行時間和溫濕度進行修正。 通過查閱圖書館相關(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，系統(tǒng)的、全面的組織材料，確定設(shè)計思路。而對于濕度傳感器的設(shè)計主要是在濕敏電容的基礎(chǔ)上進行的，電容值也會根據(jù)外界的相對濕度發(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，在對電容頻率轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計中，采取 HS1101 測量濕度過程中主要是將 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，在芯片接到電阻時就會構(gòu)成充電回路。 單片機溫濕度的控制系統(tǒng)設(shè)計主要分為硬件和軟件設(shè)計，從硬件系統(tǒng)的設(shè)計來看主要分為兩個部分：①溫濕度傳感器部分；②溫濕度控制器部分。 基于 51單片機的溫濕度控制系統(tǒng)的研究 5 2 設(shè)計任務(wù)分析及方案論證 設(shè)計思路 農(nóng)業(yè)大棚溫濕度檢測系統(tǒng)的制作和調(diào)試，利用溫度濕度傳感器來采集周圍環(huán)境的溫濕度。 四、 根據(jù)不同作物的適宜溫濕度進行溫濕度調(diào)節(jié)。遙測技術(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， 等在 ISIE98國際會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)與營養(yǎng)液的供給系統(tǒng)作為一個整體，并可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。 英國農(nóng)業(yè)部對溫室的設(shè)計和建造也很重視，在英國的希爾所農(nóng)業(yè)工程研究院，科學(xué)家們進行了溫室環(huán)境與作物生理、溫室環(huán)境因子的計算機優(yōu)化、溫室節(jié)能、溫室自動控制、溫室作物栽培與產(chǎn)后處理、無土栽培相關(guān)方面的研究。 1978 年日本東京大學(xué)的學(xué)者研制出微型計算機溫室綜合環(huán)境控制系統(tǒng)。利用溫室來為作物創(chuàng)造適宜的生存環(huán)境，其中主要包括的就是溫室內(nèi)的溫度和濕度。它能夠有效地改善農(nóng)業(yè)生態(tài)、生產(chǎn)條件，促進農(nóng)業(yè)資源的合理開發(fā)和科學(xué)利用提高土地的產(chǎn)出率、勞動生產(chǎn)率和社會、經(jīng)濟效益。現(xiàn)階段國內(nèi)溫室仍然靠的是認(rèn)的經(jīng)驗進行單因子控制，進行并加強綜合控制技術(shù)的研究勢在必行。清華大學(xué)的鄭學(xué)堅首先介紹了應(yīng)用單片機控制人工恒溫箱的方法；然后，中國農(nóng)科院徐世華報道 Z80C 控制溫濕度的軟件硬件方案以及利用單片機控制氣候箱 的模擬實驗；陳思聰?shù)热搜芯苛艘怨?jié)能為目標(biāo)的溫室微機控制系統(tǒng)；范云翔等人研制的智能噴水器，可以根據(jù)環(huán)境的變化自動調(diào)節(jié)水量；上海園林工具廠等單位設(shè)計了溫室微機控制系統(tǒng)；于海業(yè)等人研制的溫室環(huán)境自動檢測系統(tǒng)，