【文章內(nèi)容簡介】 表1 LCM1602主要技術(shù)參數(shù)表顯示容量：16X2個字符芯片工作電壓：～工作電流：()模塊最佳工作電壓：字符尺寸：(WXH)mm表2 LCM1602接口信號說明表 數(shù)據(jù)采集模塊一、溫度采集模塊DS18B20數(shù)字溫度計是DALLAS半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的“1Wire”總線智能溫度傳感器。因此用它來組成一個測溫系統(tǒng)，具有接口線路簡單、體積小、檢測控制方便、傳輸距離遠(yuǎn)等方面優(yōu)越性。屬于新型代適配微處理器的智能溫度傳感器。DS18B20性能特點①采用單總線專用技術(shù)，既可通過串行口線，也可通過其它I/O口與控制器接口，無須經(jīng)過其它變換電路，直接輸出被測溫度值（16位二進(jìn)制數(shù)，含符號位）。②測溫范圍為55℃～+125℃，℃。③內(nèi)含64位經(jīng)過激光修正的只讀存儲器ROM。④適配各種單片機(jī)或系統(tǒng)機(jī)。⑤用戶可分別設(shè)定各路溫度的上、下限。⑥內(nèi)含寄生電源。DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成：64位光刻ROM，溫度傳感器，非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器TH和TL，高速暫存器。DS18B20的管腳排列如圖1所示。 圖9 DS18B20的兩種封裝表3 引腳功能描述序號名稱引腳功能描述1GND地信號2DQ數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳。開漏單總線接口引腳。寄生電源工作模式可以向器件提供電源。3VDD可選擇的VDD引腳。當(dāng)工作于寄生電源時，此引腳必須接地。以12位轉(zhuǎn)化為例說明溫度高低字節(jié)存放形式及計算：12位轉(zhuǎn)化后得到的12位數(shù)據(jù)，存儲在18B20的高低兩個8位的RAM中，二進(jìn)制中的前面5位是符號位。如果測得的溫度大于0，這5位為0，；如果溫度小于0，這5位為1。表4 溫度高低字節(jié)存放說明高8位SSSSS262524低8位2322212021222324DS18B20控制方法 在硬件上，DS18B20與單片機(jī)的連接有兩種方法：一種是外部供電接法，VDD接外部電源，GND接地，單總線與單片機(jī)的I/O相連；另一種是寄生電源供電接法，此時VDD、GND接地，單總線與單片機(jī)I/O連接。無論是內(nèi)部寄生電源還是外部供電，I/O口線要接5KΩ左右的上拉電阻。本系統(tǒng)采用外接電源法。 DS18B20有六條控制命令。表5 RAM指令表指 令 約定代碼 操 作 說 明 溫度轉(zhuǎn)換44H啟動DS18B20進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換讀暫存器BEH讀暫存器9個字節(jié)內(nèi)容寫暫存器4EH將數(shù)據(jù)寫入暫存器的TH、TL字節(jié)復(fù)制暫存器48H把暫存器的TH、TL字節(jié)寫到E2RAM中重新調(diào)E2PRAMB8H把E2PRAM中的TH、TL字節(jié)寫到暫存器TH、TL字節(jié)讀電源供電方式B4H啟動DS18B20發(fā)送電源供電方式的信號給主CPUCPU對DS18B20的訪問流程是：先對DS18B20初始化，再進(jìn)行ROM操作命令，最后才能對存儲器操作，數(shù)據(jù)操作。DS18B20每一步操作都要遵循嚴(yán)格的工作時序和通信協(xié)議。如主機(jī)控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換這一過程，根據(jù)DS18B20的通訊協(xié)議，須經(jīng)三個步驟：每一次讀寫之前都要對DS18B20進(jìn)行復(fù)位，復(fù)位成功后發(fā)送一條ROM指令，最后發(fā)送RAM指令，這樣才能對DS18B20進(jìn)行預(yù)定的操作。DS18B20溫度傳感器的內(nèi)部存儲器包括一個高速暫存RAM和一個非易失性的可電擦除的EEPRAM,后者存放高溫度和低溫度觸發(fā)器TH、TL和結(jié)構(gòu)寄存器。配置寄存器 該字節(jié)各位的意義如下：表6 配置寄存器結(jié)構(gòu)TMR1R011111低五位一直都是“1”，TM是測試模式位，用于設(shè)置DS18B20在工作模式還是在測試模式。在DS18B20出廠時該位被設(shè)置為“0”。R1和R0用來設(shè)置分辨率，如下表所示（DS18B20出廠時被設(shè)置為12位）。表7 配置寄存器與DS18B20精度對應(yīng)表R1R0分辨率(位)溫度最大轉(zhuǎn)換時間(ms)009011010113751112750高速暫存存儲器高速暫存存儲器由9個字節(jié)組成，其分配如表5所示。當(dāng)溫度轉(zhuǎn)換命令發(fā)布后，經(jīng)轉(zhuǎn)換所得的溫度值以二字節(jié)補(bǔ)碼形式存放在高速暫存存儲器的第0和第1個字節(jié)。單片機(jī)可通過單線接口讀到該數(shù)據(jù)，讀取時低位在前，高位在后，數(shù)據(jù)格式如表1所示。對應(yīng)的溫度計算：當(dāng)符號位S=0時，直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制；當(dāng)S=1時，先將補(bǔ)碼變?yōu)樵a，再計算十進(jìn)制值。表7是對應(yīng)的一部分溫度值。第九個字節(jié)是冗余檢驗字節(jié)。表8 DS18B20暫存寄存器分布寄存器內(nèi)容字節(jié)地址溫度值低位(LS Byte)0溫度值高位(MS Byte)1高溫限值(TH)2低溫限值(TL)3配置寄存器4保留5保留6保留7CRC校驗值8根據(jù)DS18B20的通訊協(xié)議，主機(jī)（單片機(jī)）控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過三個步驟：每一次讀寫之前都要對DS18B20進(jìn)行復(fù)位操作，復(fù)位成功后發(fā)送一條ROM指令，最后發(fā)送RAM指令，這樣才能對DS18B20進(jìn)行預(yù)定的操作。復(fù)位要求主CPU將數(shù)據(jù)線下拉500微秒，然后釋放，當(dāng)DS18B20收到信號后等待16～60微秒左右，后發(fā)出60～240微秒的存在低脈沖，主CPU收到此信號表示復(fù)位成功。 表9 ROM指令表指令約定代碼功能讀ROM33H讀DS18B20溫度傳感器ROM中的編碼（即64位地址）匹配ROM55H發(fā)出此命令后接著發(fā)64位ROM編碼，訪問單總線上與該編碼對應(yīng)的DS18B20使之作出響應(yīng)，為下一步對該DS18B20的讀寫作準(zhǔn)備搜索ROM0F0H用于確定掛接在同一總線上DS18B20的個數(shù)和識別64位ROM地址跳過ROM0CCH忽略64位ROM地址，直接向DS18B20發(fā)溫度變換命令告警搜索命令0ECH執(zhí)行后只有溫度超過設(shè)定值上限或下限的片子才做出響應(yīng)DS18B20時序?qū)τ贒S18B20的讀時隙是從主機(jī)把單總線拉低之后，在15秒之內(nèi)就得釋放單總線，以讓DS18B20把數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾慰偩€上。DS18B20在完成一個讀時序過程，至少需要60us才能完成。圖10 DS18B20與單片機(jī)的接口由于DS18B20的獨特的單線接口方式，它在與微處理器連接時僅需要一口線即可實現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊。對數(shù)字溫度傳感器DS18B20的供電方式的選擇，本系統(tǒng)所采用外部電源供電方式是DS18B20最佳的工作方式，工作穩(wěn)定可靠，抗干擾能力強(qiáng)，而且電路也比較簡單。使用外部電源供電方式，比寄生電源方式只多接一根VCC引線。在外接電源方式下，可以充分發(fā)揮DS18B20寬電源電壓范圍的優(yōu)點，即使電源電壓VCC降到3V時，依然能夠保證溫度量精度。二、濕度采集模塊濕度傳感器HIH3610介紹本設(shè)計中采用相對濕度傳感器HIH3610。 HIH3610是美國Honeywell公司生產(chǎn)的相對濕度傳感器，該傳感器采用熱固聚酯電容式傳感頭，同時在內(nèi)部集成了信號處理功能電路，因此該傳感器可完成將相對濕度值變換成電容值，再將電容值轉(zhuǎn)換成線性電壓輸出的任務(wù)，同時該傳感器還具有精度高、響應(yīng)快速、高穩(wěn)定性、低溫漂、抗化學(xué)腐蝕性能強(qiáng)及互換性好等優(yōu)點。圖11 HIH3610濕度傳感器外觀圖輸出電壓與相對濕度的關(guān)系曲線如圖12所示。圖12 HIH3610電壓與濕度特性曲線表10 HIH3610主要技術(shù)指標(biāo)(Vsupply=)測量范圍/（%RH）測量精度/（%RH）電源電壓/V電源電流 μA輸出范圍或輸出形式工作溫度范圍/℃主要特點0～100177。24～200～40～+85線性電壓輸出線，性能最好，抗污染能力最強(qiáng)由輸出電壓與相對濕度關(guān)系曲線可得出如下結(jié)論：⑴HIH3610在供電電壓為5V時，其消耗電流僅為200181。A，故HIH3610濕度傳感器對電源沒有功率方面的要求，為低功耗產(chǎn)品的設(shè)計提供更好的解決方案。⑵HIH360輸出電壓為：Vo=Vi[+] （公式1）即輸出電壓Vo不僅正比于濕度測量值，且與電源電壓值Vi有關(guān)，若Vi固定為5V，則其值僅由相對溫度值決定。⑶HIH3610測量的濕度值還與環(huán)境溫度有關(guān)，故應(yīng)進(jìn)行溫度補(bǔ)償，補(bǔ)償公式為：RH=RH0/() (公式2）式中：T為環(huán)境攝氏溫度值。利用HIH3610的線性電壓輸出可直接輸入到控制器或其他裝置。一般僅需取出 200μA電流， HIH3610 系列測濕傳感器就能理想地用于低引出、電池供電系統(tǒng)。HIH3610 系列測濕傳感器作為一個低成本、可軟焊的單個直插式組件(SIP)提供儀表測量質(zhì)量的相對濕度(RH)傳感性能。RH傳感器可用在二引線間有間距的配量中，它是一個熱固塑料型電容傳感元件，其芯片內(nèi)具有信號處理功能。傳感元件的多層結(jié)構(gòu)對應(yīng)用環(huán)境的不利因素，諸如潮濕、灰塵、污垢、油類和環(huán)境中常見的化學(xué)品具有最佳的抗力。 圖13 數(shù)據(jù)A/D轉(zhuǎn)換模塊 串口通信模塊系統(tǒng)的串行通信中，使用單片機(jī)的串口TXD和RXD?？紤]到單片機(jī)的TTL電平與PC機(jī)的RS232電平不匹配的問題，所以必須進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，采用MAX232作為電平轉(zhuǎn)換芯片。MAX232芯片內(nèi)帶有升壓電路。電路接法如下圖所示。圖14 通信模塊電平轉(zhuǎn)換電路 電源模塊：本系統(tǒng)中為了方便供電，采用了一片7812和一片7805做出了一個簡單獨立的電源。由下圖可知， 220V交流電經(jīng)過變壓器降壓，再經(jīng)過橋式整流電路進(jìn)行整流，而后接濾波電容進(jìn)行濾波，輸出脈動的直流電，再由三端穩(wěn)壓芯片7812進(jìn)行穩(wěn)壓，輸出12V直流電壓，系統(tǒng)中所有芯片均需要5V作為工作電壓，因此在7812輸出級加7805穩(wěn)壓電路就可輸出5V電壓。下面是其硬件原理圖。圖15 電源原理圖 報警電路由于AT89S52單片機(jī)I/O口輸出驅(qū)動能力小，無法直接接蜂鳴器，所以，加一個PNP三極管，用其共集電極接法，為蜂鳴器提供驅(qū)動電流。當(dāng)I/O口輸出0時，三極管導(dǎo)通，基極電流得到放大，蜂鳴器發(fā)出聲音；當(dāng)I/O口輸出1時，三極管截止，蜂鳴器不發(fā)聲。圖16 蜂鳴器接法圖示 總設(shè)計硬件圖圖17 系統(tǒng)電路原理圖原理圖分析系統(tǒng)對外圍器件的訪問有總線方式也有通過I/O方式的。系統(tǒng)中主要的外設(shè)有AD,LCD1602,EEPROM,PC機(jī)，7812和7805等。 各部分占用單片機(jī)I/O口情況如下：P0口用于矩陣鍵盤輸入；P2口用于ADC0809的輸出數(shù)據(jù)采集；；、發(fā)送數(shù)據(jù)給LCD；；；～、START、OE端；、RS用；。4．4 本章小結(jié)本章重點介紹了硬件設(shè)計的部分模塊圖及其說明，同時也對硬件設(shè)計中所用的元件的原理和特性做了些介紹。5 系統(tǒng)軟件設(shè)計 系統(tǒng)軟件框圖圖18 軟件框圖通過單片機(jī)軟件設(shè)計，實現(xiàn)如上圖結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)通過鍵盤掃描，改變狀態(tài)標(biāo)志位，然后通過判斷狀態(tài)標(biāo)志位進(jìn)入不同的工作模式，共有三種工作模式，分別為：溫濕度計顯示模式、溫度報警值設(shè)置模式和濕度報警值設(shè)置模式。其中，考慮到當(dāng)下位機(jī)在進(jìn)行報警溫度設(shè)置時，只對鍵盤掃描、對AT24C02讀寫和對LCD寫操作，沒有對溫濕度進(jìn)行采集，所以將RS232串口通信軟件模塊放在溫濕度顯示分支上，當(dāng)用戶在顯示模式下鍵入指定鍵值時，進(jìn)入報警值設(shè)置模式，通信模塊暫停，當(dāng)用戶再次輸入指定的按鍵返回溫濕度計顯示模式時，串口通信再次工作。主程序中的分支是由TempSetFlag和HumiSetFlag兩個標(biāo)志位控制的。 系統(tǒng)各模塊流程圖及部分程序 初使化程序圖19 所有程序初始化流程圖此模塊是對整個系統(tǒng)中所有被控單元進(jìn)行初使化。首先是對LCM1602的初使化，以便于實時顯示各狀態(tài)；其次是將存放于EEPROM芯片AT24C02中的四個報警數(shù)據(jù)讀取，再通過LCM1602顯示，并用軟件延時讓報警值顯示停留，方便用戶觀察了解系統(tǒng)當(dāng)前報警條件信息；接著是對串口以及定時器T0的初使化，對串口初使化設(shè)置波特率為9600bps、8位數(shù)據(jù)位、1位停止位等等，串口通信占用定時器T1；初使化T0，使其定時50ms，利用中斷計數(shù)器控制蜂鳴器在不同狀態(tài)發(fā)出不同的聲音；最后對4*4矩鍵鍵盤的掃描，其本質(zhì)就是等鍵盤上的“”鍵被按下，表示用戶輸入開始命令。 矩陣鍵盤掃描圖20 鍵盤掃描圖21 按鍵抖動示意圖由于單片機(jī)采集按鍵輸入時存在抖動情況，故應(yīng)采取軟件或硬件的方式避免因抖動而產(chǎn)生的額外影響，本系統(tǒng)中利用軟件實現(xiàn)判斷、延時后再判斷的方法來解決按鍵去抖動問題。具體程序見下文。本系統(tǒng)中矩陣鍵盤采用“行列掃描法”，占用單片機(jī)P0口，程序及注釋如下：P0=0xf0。 //P1口發(fā)掃描碼 11110000，此時若有鍵按下高四位中必有一位1變?yōu)? if((P0amp。0xf0)!=0xf0) //如果有鍵按下 { for(i=0。i200。i++) {}。 for(i=0。i200。i++) {}。 //延時，用于鍵盤去抖 if((P0amp。0xf0)!=0xf0) //判斷是否有鍵按下 { code_h=1。 //掃描第1列 P0=0xf7。 //P0口發(fā)11110111掃描第1列 whi