【正文】 數(shù)據(jù)采集及處理、單片機(jī)、控制和人機(jī)接口等 4 個大的部分組成。（ ℃ +︱ t︱ ） ， B級為177。不需校準(zhǔn)的完全互換性，高可靠性和長期穩(wěn)定性，快速響應(yīng)時間，專利設(shè)計(jì)的固態(tài)聚合物結(jié)構(gòu)，由頂端接觸（ HS1100）和側(cè)面接觸（ HS1101）兩種封裝產(chǎn)品，適用于線性電壓輸出和頻率輸出兩種電路，適宜于基于單片機(jī)的蔬菜大棚溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì) 8 制造流水線上的自動插件和自動裝配過程等。光刻 ROM的作用是使每一個 DS18B20都各不相同，這樣就可以實(shí)現(xiàn)一根總線上掛接多個 DS18B20的目的。電容式、電阻式和濕漲式濕敏原件分別是根據(jù)其高分子材料吸濕后的介電常數(shù)、電阻率和體積隨之發(fā)生變化而進(jìn)行濕度測量的。 濕度傳感器 HS1101的典型輸出曲線如 圖 212所示： 基于單片機(jī)的蔬菜大棚溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì) 16 圖 212 HS1101的典型輸出曲線 根據(jù) HS1101的典型輸出曲線，以及傳感器的相關(guān)資料，我們可以得到電容 值與濕度值的近似關(guān)系為： RH≈ (Cx163） / (25) 我們可以根據(jù)前面測量出的 NE556輸出的脈寬值，求出相應(yīng)的電容值，再根據(jù)上式，我們就可以由相應(yīng)的電容值求出濕度值。因此在電路設(shè)計(jì)時，應(yīng)保證系統(tǒng)上電復(fù)位時 DE 端電位為 “0”。 4 軟件設(shè)計(jì) 主程序流程圖 基于單片機(jī)的蔬菜大棚溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì) 21 主程序流程圖如圖 41 所示： 圖 41 系統(tǒng)主程序流程圖 按鍵掃描子程序流程圖 按鍵掃描子程序如圖 42 所示 ： 開始 初 始化單片機(jī) 初始化 DS18B20 初始化 HS1101 初始化 LED 讀取溫度數(shù)據(jù) 顯示 讀取濕度數(shù)據(jù) 返回 基于單片機(jī)的蔬菜大棚溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì) 22 圖 42 按鍵掃描子程序流程圖 溫度程序流程圖 溫度報(bào)警程序流程圖如圖 43所示： KEY0鍵按 下 KEY1鍵按下 設(shè)定溫度值加1 設(shè)定溫度值減1 正常工作指示燈工作 Y Y Y N N N 異常指示燈工作蜂鳴器報(bào)警 檢測到溫度在正常范圍 基于單片機(jī)的蔬菜大棚溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì) 23 圖 43 溫度報(bào)警流程圖 開始 總線復(fù)位 跳過 ROM 設(shè)置匹配 ROM 發(fā)送 ROM 編號 報(bào)警 開始溫度轉(zhuǎn)換 延時 1 秒 顯示溫度 DS18B20 開始溫度轉(zhuǎn)換 是否超限制溫度 N Y 基于單片機(jī)的蔬菜大棚溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì) 24 濕度程序流程圖 濕度測量部分程序流程圖如圖 44所示： 圖 44 濕度測量部分程序流程圖 濕度處理函數(shù) 重新設(shè)置定時器，計(jì)數(shù)從頭來過，等待 3s 后下一次結(jié)果 定時器 0、 1 初始化 讀取定時器計(jì)數(shù)值 函數(shù)返回 定時器設(shè)置 50ms 定時，啟動定時中斷 對計(jì)數(shù)值求算法得濕度值，保存，以便顯示調(diào)用 是否中斷 60次，即 3s Y N 基于單片機(jī)的蔬菜大棚溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì) 25 結(jié) 束 語 本設(shè)計(jì)以滿足工況需要最大限度的提高工作效率和節(jié)省人力物力為出發(fā)點(diǎn)，使用 AT89S51 單片機(jī)對溫室大棚內(nèi)的溫濕度進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集、接收，處理、發(fā)送和控制。 //LED小數(shù)點(diǎn)控制 sbit LED1=P2^2。 uint temp。 TL0=0xB0。S7=1。S2=0。 基于單片機(jī)的蔬菜大棚溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì) 32 Disdata=0x00。S4=1。 delay(200)。S6=1。 delay(6)。 //5 us DQ=valamp。_nop_()。 write_byte(TH)。 //返回溫度值 } /****************溫度數(shù)據(jù)處理函數(shù) *** *********************/ //二進(jìn)制高字節(jié)的低半字節(jié)和低字節(jié)的高半字節(jié)組成一字節(jié) ,這個 //字節(jié)的二進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制后 ,就是溫度值的百、十、個位值 ,而剩 //下的低字節(jié)的低半字節(jié)轉(zhuǎn)化成十進(jìn)制后 ,就是溫度值的小數(shù)部分 /********************************************************/ work_temp(uint tem) { if(tem634 8) // 溫度值正負(fù)判斷 {tem=65536tem。 /* 接收一幀數(shù)據(jù) */ i = 0。 break。 //發(fā)送溫度數(shù)據(jù) send_byte(ASCii[display[1]])。 uchar ecc = 0。 // 函數(shù)成功返回 } /*該函數(shù)實(shí)現(xiàn)將溫度和濕度值以 ASCII碼的形式通過 485串口發(fā)送到 PC機(jī)串口調(diào)試助手， 格式為：設(shè)備號 +T:溫度值 +M：濕 度值 +換行 */ void send_data_pc(void) { send_byte(ASCii[dev])。 break。 uchar ecc = 0。 //讀溫度值的高字節(jié) temp=temp_data[1]。 } /****************讀出溫度函數(shù) * ***********************/ // read_temp() { ow_reset()。_nop_()。_nop_()。_ nop_()。 delay(200)。S3=1。 S8=1。S2=1。S6=1。 LED2=0。 基于單片機(jī)的蔬菜大棚溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì) 30 } void delay(uint t) { for (。 sbit S8=P0^7。 unsigned char num=0。 其中引導(dǎo)碼是用于同步每一包數(shù)據(jù)的引導(dǎo)頭；長度碼是這一包數(shù)據(jù)的總長度；命令碼是主機(jī)對分機(jī)的控制命令；地址碼是分機(jī)的本機(jī)地址號；內(nèi)容是這一包數(shù)據(jù)里的各種信息；校驗(yàn)碼是 這一包數(shù)據(jù)的校驗(yàn)標(biāo)志，可以采用奇偶校驗(yàn)、和校驗(yàn)等不同方式。 圖 3 36 為電路原理圖： 圖 35 發(fā)光二級管報(bào)警電路 基于單片機(jī)的蔬菜大棚溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì) 19 圖 36 三極管驅(qū)動的蜂鳴器報(bào)警電路 RS485 異步半雙工通信總線 RS485 異步半雙工通信總線是被廣泛使用的數(shù)據(jù)通信總線，往往應(yīng)用在集中控制樞紐與分散控制單元之間。如何將電容的變化量準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)變?yōu)橛?jì)算 機(jī)易于接受的信號，常有兩種方法：一是將該濕敏電容置于運(yùn)放與阻容組成的橋式振蕩電路中，所產(chǎn)生的正弦波電壓信號經(jīng)整流、直流放大、再 A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；另一種是將該濕敏電容置于 555振蕩電路中，將電容值的變化轉(zhuǎn)為與之成反比的電壓頻率信號，可直接被計(jì)算機(jī)所采集。 圖 25 DS18B20寫 0 圖 26 DS18B20寫 1 (3) 讀時間隙 見圖 27，主機(jī)總線 t0時刻從高拉至低電平時，總線只須保持低電平 t0一 t1。 DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 21所示： 圖 21 DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 基于單片機(jī)的蔬菜大棚溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì) 9 溫度測量原理電路如圖 22所示： 圖 22 溫度測量原理電路 DS18B20 主要 有 4 部分組成 ： 64 為 ROM、溫度傳感器、非易失性溫度報(bào)警觸發(fā)器 TH 和 TL、配置寄存器。 方案一： 采用 HOS201濕敏傳感器 HOS201濕敏傳感器為高濕度開關(guān)傳感器，它的工作電壓為交流 1V以下，頻率為 50HZ～ 1KHZ，測量濕度范圍為 0～ 100%RH，工作溫度范圍為 0～ 50℃ ，阻抗在 75%RH（ 25℃ ）時為 1MΩ。其主要的特點(diǎn)為精度高、測量范圍大、便于遠(yuǎn)距離測量。 系統(tǒng)完成后可以通過溫度傳感器 DB18B20 和濕度傳感器 HS1101 對大棚溫室內(nèi)的 溫濕度進(jìn)行測量，通過單片機(jī) AT89S51 對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，用 LED顯示出當(dāng)前環(huán)境的溫濕度狀況，其中溫度可以有操作人員根據(jù)不同作物所需的最適宜溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，當(dāng)環(huán)境溫度和設(shè)置的最適宜溫度之差大 于 3℃ 時，報(bào)警裝置即會啟動。溫度傳感器一般采用熱電阻、熱電偶等模擬器件，需要額外加補(bǔ)償電路，安裝復(fù)雜，成本較高。而且必須經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)換后才可以被微處理器識別和處理。 基于單片機(jī)的蔬菜大棚溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì) 5 1 系統(tǒng)總體方案及傳感器選型 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案簡述 該溫濕度測控系統(tǒng)是由數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)和報(bào)警系統(tǒng)組成，由溫度、濕度傳感器，顯示器，鍵盤與報(bào)警電路等組成。 鉑的物理、化學(xué)性能極穩(wěn)定，耐氧化能力強(qiáng)，易提純，復(fù)制性好，工業(yè)性好，電阻率較高，因此，鉑電阻用于工業(yè)檢測中高精密測溫和溫度標(biāo)準(zhǔn)。這種傳感器原是用于開關(guān)的傳感器， 不能在寬頻帶范圍內(nèi)檢測濕度，因此，主要用于判斷規(guī)定值以上或以下的濕度電平。 DS18B20 有三個引腳， GND 接地； DQ 數(shù)字信號的輸出 /輸 入； Vdd 為外接電源輸入端。之后在 t1時刻將總線拉高，產(chǎn)生讀時間隙，讀時間隙在 t1時刻后 t2時刻前有效。 空氣濕度與電壓頻率的典型值如表 24所示： 表 24 空氣濕度與電壓頻率的典型值 濕度 頻率 濕度 頻率 %RH HZ %RH HZ 0 7351 60 6600 10 7224 70 6468 20 7100 80 6330 30 6976 90 6168 40 6853 100 6033 50 6728 本系統(tǒng)采用的是將 HS1101接入 555定時器組成的震蕩電路中，輸出一定頻率的方波信號，這種方法結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，因此被廣泛采用，具體結(jié)構(gòu)圖如 211下： 圖 211 HS1101和 NE556構(gòu)成的濕度采集電路 基于單片機(jī)的蔬菜大棚溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì) 15 集成定時器 NE555一方面可以形成單穩(wěn)態(tài)電路，另一方面可以形成多諧振蕩電路，本系統(tǒng)選用的是 NE556，它內(nèi)部含有兩個 NE555定時器，其中 R1， R2,C1,C2和 NE556構(gòu)成多諧振蕩器，外接電阻 R1,R2和濕敏電容 C1構(gòu)成了對濕敏電容 C1的充電回路， 7端通過芯片內(nèi)部的晶體管對地短路又構(gòu)成了對 C1的放電回路，并將2， 6端相連引入到片內(nèi)比較器。 在本系統(tǒng)中，使用 RS485 異步半雙工通信總線，能夠多點(diǎn)測量大棚溫濕度，并與上位機(jī)連接，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。 在 485 通信的芯片中，尤其要注意對 485 控制端 DE 的軟件編程。 sbit DQ=P3^6。 sbit M_RE=P2^6。t0。 } } /****************顯示掃描函數(shù) ***************************/ scan() { S=TH/10。S5=1。S1=1。S7=1。S2=1。 Disdata=0x00。//從高拉倒低 DQ=0。_nop_()。 value=1。 //總線復(fù)位 delay(200)。 temp=8。 uchar i。 default return 0。 //設(shè)備號 send_byte(84)。 。 send_byte(ASCii[display[2]])。 } switch(tmp) // 正常情況 { case 0xc0: // 幀結(jié)束 c0 = 1。 // 置發(fā) 送禁止，接收允許 M_RE = 0。 // 兩字節(jié)合成一個整型變量 return temp。 //發(fā)命令 write_by