【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 機(jī) ； 2. 一臺(tái)分機(jī)可以測(cè)試最多 1024 點(diǎn)溫 濕 度 ； 3. 溫 濕 度傳感器采用單總線數(shù)字器件 DHT11； 4. 分機(jī)與主控機(jī)之間采用有線 ； 5. 組態(tài) 編寫(xiě)上位機(jī)用戶(hù)監(jiān)控軟件，全圖形接口 ； 6. 溫度或濕度歷史 曲線查詢(xún)打印，溫 度或 濕度 報(bào)替設(shè)置 。 如 圖 所示為 系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)框圖 圖 系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu) 框圖 針對(duì)農(nóng)業(yè) 占地面積大， 數(shù)量多， 被控對(duì)象分散，自動(dòng)化程度要求較高的特點(diǎn)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用了分層式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，分散式系統(tǒng)安裝。 整個(gè)系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)上可分為三層 ： 由微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成上位機(jī)用戶(hù)監(jiān)控層， 8051上位機(jī)主控制機(jī)分機(jī) 1 分機(jī) 2 分機(jī) N大棚大棚大棚RS 485RS 485 RS 485單總線 單總線單總線RS 485長(zhǎng)沙學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 單片機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成主控機(jī) 的 控制層和分機(jī)測(cè)量層。主控機(jī)與 n 臺(tái)分機(jī)采用主從式分布結(jié)構(gòu)，通過(guò)無(wú)線通信方式進(jìn)行遠(yuǎn)距離通信，系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)如圖 所示。其中 n為分機(jī)臺(tái)數(shù)， n 取值范圍為 (164)。 系統(tǒng)工作過(guò)程分析 系統(tǒng)的 工作過(guò)程說(shuō)明如下 ： 這套系統(tǒng)的通訊采用循檢方式， PC 機(jī)每隔一定時(shí)間便向主控機(jī)發(fā)出讀溫度數(shù)據(jù)命令。主控機(jī)收到命令后，先是將存儲(chǔ)在 RAM 中的最近測(cè)量的數(shù)據(jù)依次上傳給 PC 機(jī)。傳輸完畢后，主控機(jī)向第一臺(tái)分機(jī)發(fā)出讀溫 濕 度數(shù)據(jù)命令，命令經(jīng)過(guò)通信單片機(jī) (89C2051)編碼后送到 RS485。第一臺(tái)分機(jī)的將收到的信號(hào)送到分機(jī)的通信單片機(jī)進(jìn)行譯碼，譯碼后的命令送給分機(jī) CPU，分機(jī) CPU解釋命令后，將存儲(chǔ)在分機(jī) SRAM 中的數(shù)據(jù)通過(guò)分機(jī)通信單片機(jī)的編碼依次上傳給主控機(jī)。主控機(jī)接收完畢并校驗(yàn)無(wú)誤后，更新存儲(chǔ)器中的相應(yīng)位置的保存數(shù)據(jù)， 然后向第二臺(tái)分機(jī)發(fā)出溫 濕度數(shù)據(jù)上傳命令，以此類(lèi)推，直至所有分機(jī)都巡閱完畢。分機(jī)則利用通信的間隙不斷讀取糧庫(kù)中溫度傳感器測(cè)量的最新溫度值，從而更新分機(jī) SRAM 中的數(shù)據(jù)，以備主控機(jī)讀取 。所有的命令和數(shù)據(jù)都經(jīng)過(guò) CRC16 校驗(yàn)，如果接收方對(duì)接收的命令 (數(shù)據(jù) )校驗(yàn)出錯(cuò)，則會(huì)舍棄此幀數(shù)據(jù)，然后等待下一次接收。而發(fā)送方在接收方無(wú)響應(yīng)超過(guò)一定時(shí)間后，將認(rèn)為前面的發(fā)送出錯(cuò)，會(huì)組織重發(fā)，如果重發(fā)三次還無(wú)響應(yīng)，則發(fā)送方會(huì)放棄此命令的發(fā)送，繼而進(jìn)行后續(xù)工作。系統(tǒng)的命令和數(shù)據(jù)完整的走向 如 圖 所示 。 單片機(jī)計(jì)算機(jī)D H T 11 圖 命令和數(shù)據(jù)傳輸流程圖 長(zhǎng)沙學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 第 三 章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 單片機(jī)簡(jiǎn)介和應(yīng)用 單片機(jī)也被稱(chēng)為 微控制器 （ Microcontroller），是因?yàn)樗钤绫挥迷诠I(yè)控制領(lǐng)域。單片機(jī)由芯片內(nèi)僅有 CPU 的專(zhuān)用 處理器 發(fā)展而來(lái)。最早的設(shè)計(jì)理念是通過(guò)將大量外圍設(shè)備和 CPU集成在一個(gè)芯片中，使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)更小，更容易集成進(jìn)復(fù)雜的而對(duì)體積要求嚴(yán)格的控制設(shè)備當(dāng)中。 INTEL 的 Z80 是最早按照這種思想設(shè)計(jì)出的處理器，從此以后， 單片機(jī)和專(zhuān)用處理器的發(fā)展便分道揚(yáng)鑣。 單片機(jī)比專(zhuān)用處理器更適合應(yīng)用于 嵌入式系統(tǒng) ，因此它得到了最多的應(yīng)用。事實(shí)上單片機(jī)是世界上數(shù)量最多的 計(jì)算機(jī) ?，F(xiàn)代人類(lèi)生活中所用的幾乎每件電子和機(jī)械產(chǎn)品中都會(huì)集成有單片機(jī)。手機(jī)、電話、 計(jì)算器 、家用電器、電子玩具、 掌上電腦 以及鼠標(biāo)等電腦配件中都配有 12部單片機(jī)。而個(gè)人電腦中也會(huì)有為數(shù)不少的單片機(jī)在工作。汽車(chē)上一般配備 40 多部單片機(jī)，復(fù)雜的工業(yè)控制系統(tǒng)上甚至可能有數(shù)百臺(tái)單片機(jī)在同時(shí)工作 ！ 單片機(jī)的數(shù)量不僅遠(yuǎn)超過(guò) PC 機(jī)和其他計(jì)算的總和，甚至比人類(lèi)的數(shù)量還要多。 單片機(jī)又稱(chēng)單片微控制器 ,它不是完成某一個(gè)邏輯功能的芯片 ， 而是把一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個(gè)芯片上。相當(dāng)于一個(gè)微型的計(jì)算機(jī)，和計(jì)算機(jī)相比，單片機(jī)只缺少了 I/O 設(shè)備。概括的講：一塊芯片就成了一臺(tái)計(jì)算機(jī)。它的體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開(kāi)發(fā)提供了便利條件 。 同時(shí)，學(xué)習(xí)使用單片機(jī)是了解計(jì)算機(jī)原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇。 單片機(jī)內(nèi)部也用和電腦功能類(lèi)似的模塊，比如 CPU，內(nèi)存，并行總線，還有和硬盤(pán)作用相同的 存儲(chǔ)器 件，不同的是它的這些部件性能都相對(duì)我們的家用電腦弱很多，不過(guò)價(jià)錢(qián)也是低的，一般不超過(guò) 10 元即可用它來(lái)做一些控制電器一類(lèi)不是很復(fù)雜的工作足矣了。我們現(xiàn)在用的全自動(dòng)滾筒洗衣機(jī)、排煙罩、 VCD 等等的家電里面都可以看到它的身影 。 它主要是作為控制部分的核心部件 [6]。 目前單片機(jī)滲透到我們生活的各個(gè)領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個(gè)領(lǐng)域沒(méi)有單片機(jī)的蹤跡。 導(dǎo)彈 的導(dǎo)航裝置， 飛機(jī)上各種儀表的控制，計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動(dòng)化過(guò)程的實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能 IC 卡 ，民用豪華轎車(chē)的安全保障系統(tǒng)， 錄像機(jī) 、 攝像機(jī) 、全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開(kāi)單片機(jī)。更不用說(shuō)自動(dòng)控制領(lǐng)域的機(jī)器人、智能儀表、醫(yī)療器械了。因此，單片機(jī)的學(xué)習(xí)、開(kāi)發(fā)與應(yīng)用將造就一批計(jì)算機(jī)應(yīng)用與智能化控制的科學(xué)家、工程師。 單片機(jī)廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專(zhuān)用設(shè)備的智能化管理及過(guò)程控制等領(lǐng)域，大致可分如下幾個(gè)范疇： 智能儀器 儀表上的應(yīng)用 。 。 。 長(zhǎng)沙學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 。 。 此外，單片機(jī)在工商，金融，科研、教育，國(guó)防航空航天等領(lǐng)域都有著十分廣泛的用途 [7]。 DHT11 的原理 、傳感器的信息 型號(hào) 測(cè)量范圍 測(cè)濕精度 測(cè)溫精度 分辨力 封裝 DHT11 20－ 90％ RH 0－ 50℃ 177。 5％ RH 177。 2℃ 1 4 針單排直插 表 傳感器信息 表 、傳感器性能說(shuō)明 參數(shù) 條件 Min Typ Max 單位 濕度 分辨率 1 1 1 %RH 8 Bit 重復(fù)性 177。 1 %RH 精度 25℃ 177。 4 %RH 0－ 50℃ 177。 5 %RH 互換性 可 完 全 互 換 量程范圍 0℃ 30 90 %RH 25℃ 20 90 %RH 50℃ 20 80 %RH 響應(yīng)時(shí)間 1/e(63%)25℃， 1m/s 空氣 6 10 15 S 遲滯 177。 1 %RH 長(zhǎng)期穩(wěn)定性 典型值 177。 1 %RH/yr 溫度 分辨率 1 1 1 ℃ 8 8 8 Bit 重復(fù)性 177。 1 ℃ 精度 177。 1 177。 2 ℃ 量程范圍 0 50 ℃ 響應(yīng)時(shí)間 1/e(63%) 6 30 S 表 傳感器性能 表長(zhǎng)沙學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 、 接口說(shuō)明 建 議 連 接 線 長(zhǎng) 度 短 于 20米 時(shí) 用 5K上拉 電 阻 ,大 于 20米 時(shí) 根 據(jù) 實(shí) 際 情 況 使 用 合 適 的上 拉 電阻 。 圖 應(yīng)用電路圖 、 電源引腳 DHT11的供電電壓為 3－ 。 傳 感器上電后 ， 要等待 1s 以越 過(guò) 不穩(wěn) 定 狀態(tài)在 此 期 間 無(wú)需發(fā)送任何指令 。 電 源引 腳（ VDD， GND） 之間可增加一 個(gè) 100nF 的電容 ，用 以 去耦 濾 波 。 各種標(biāo)準(zhǔn)串行通信接口 RS232 的原理 串口是計(jì)算機(jī)上一種非常通用設(shè)備通信的協(xié)議（不要與通用串行總線 Universal Serial Bus 或者 USB 混淆 ） 。大多數(shù)計(jì)算機(jī)包含兩個(gè)基于 RS232 的串口。串口同時(shí)也是儀器儀表設(shè)備通用的通信協(xié)議；很多 GPIB 兼容的設(shè)備也帶有 RS232 口。同時(shí)，串口通信協(xié)議也可以用于獲取遠(yuǎn)程采集設(shè)備的數(shù)據(jù)。 [7] 典型地，串口用于 ASCII 碼字符的傳輸。通 信使用 3 根線完成：地線 、 發(fā)送 、 接收。由于串口通信是異步的，端口能夠在一根線上發(fā)送數(shù)據(jù)同時(shí)在另一根線上接收數(shù)據(jù)。其他線用于握手，但是不是必須的。串口通信最重要的參數(shù)是波特率、數(shù)據(jù)位、停止位和奇偶校驗(yàn)。對(duì)于兩個(gè)進(jìn)行通行的端口，這些參數(shù)必須匹配： 1） 波特率：這是一個(gè)衡量通信速度的參數(shù)。它表示每秒鐘傳送的 bit 的個(gè)數(shù)。 2) 數(shù)據(jù)位：這是衡量通信中實(shí)際數(shù)據(jù)位的參數(shù)。當(dāng)計(jì)算機(jī)發(fā)送一個(gè)信息包，實(shí)際的數(shù)據(jù)不會(huì)是 8 位的，標(biāo)準(zhǔn)的值是 7 和 8 位。如何設(shè)置取決于你想傳送的信息。 3) 停止位：用長(zhǎng)沙學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 于表示單個(gè)包的最后一位。 4) 奇 偶校驗(yàn)位：在串口通信中一種簡(jiǎn)單的檢錯(cuò)方式。有四種檢錯(cuò)方式：偶、奇、高和低。當(dāng)然沒(méi)有校驗(yàn)位也是可以的 。 RS485 的特點(diǎn) （ 1） RS485 的電氣特性：邏輯 1 以?xún)删€間的電壓差為 +2～ +6V表示；邏輯 0 以?xún)删€間的電壓差為 2～ +6V表示。接口信號(hào)電平比 RS232C 降低了，就不易損壞接口電路的芯片，且該電平與 TTL 電平兼容，可方便與 TTL 電路連接。 （ 2） RS485 的數(shù)據(jù)最高傳輸速率為 10Mbps。 （ 3） RS485 接口是采用平衡驅(qū)動(dòng)器和差分接收器的組合，抗共模干 能力增強(qiáng)，即抗噪聲干擾性好。 （ 4） RS485 接口的最大傳輸距離標(biāo)準(zhǔn)值為 4000 英尺，實(shí)際上可達(dá) 3000 米，另外 RS232C 接口在總線上只允許連接 1 個(gè)收發(fā)器，即單站能力。而 RS485 接口在總線上是允許連接多達(dá) 128 個(gè)收發(fā)器。即具有多站能力 ,這樣用戶(hù)可以利用單一的 RS485 接口方便地建立起設(shè)備網(wǎng)絡(luò)。 （ 5） 因 RS485 接口具有良好的抗噪聲干擾性，長(zhǎng)的傳輸距離和多站能力等上述優(yōu)點(diǎn)就使其成為首選的串行接口 。 RS485 的電壓和電流的要求 RS485 接口一般使用 一個(gè)單一的 5V 電源，但是在驅(qū)動(dòng)器和接收器的邏輯電平并不是標(biāo)準(zhǔn)的 5V TTL 或者 CMOS 邏輯電壓。對(duì)于一個(gè)有效的輸出，輸出 A和 B之間的壓差必須至少為 。在每個(gè)輸出和信號(hào)地之間的電壓并沒(méi)有規(guī)定，除了普通模式的電壓必須在 7V 以?xún)?nèi)。一個(gè) RS485 使用的總電流隨著連接中元件阻抗的變化而變化，這些元件包括驅(qū)動(dòng)器、電纜、接收器以及終端負(fù)載元件。在接收器器端的一個(gè)低輸出阻抗和一個(gè)低阻抗的電纜使快速的開(kāi)關(guān)成為可能，并且確保了接收器能夠看見(jiàn)最大可能的信號(hào)。接收器的一個(gè)高阻抗減少了連接中的電流，并且增加了連接中的電池壽命 。終端負(fù)載元件，在使用的時(shí)候，對(duì)連接使用的電流影響最大。很多 RS485 連接有一個(gè) 120 歐姆的電阻，這個(gè)電阻橫跨這個(gè)連接兩端的差動(dòng)連線。這個(gè)終端電阻將會(huì)削弱反射的幅度并且在總體上改進(jìn)信號(hào)的質(zhì)量。 RS485 的連接 為了構(gòu)建無(wú)故障 RS485 連接，一般需遵循下面 7 條準(zhǔn)則 ： 。如果你的連接不需要快的比特率 ， 使用低速的驅(qū)動(dòng)器是改進(jìn)信號(hào)質(zhì)量的一個(gè)簡(jiǎn)單的、低成本的方法，同時(shí)使用低速芯片減弱了發(fā)散的電磁干擾。 。選擇合適匹配的阻抗將會(huì) 消弱反射的幅度并且在長(zhǎng)沙學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 總體上改進(jìn)信號(hào)的質(zhì)量。 。其優(yōu)點(diǎn)是如果其中的一個(gè)連接出現(xiàn)故障或需要從一個(gè)接點(diǎn)處斷開(kāi)時(shí)，其他的接點(diǎn)之間的通訊可以正常地進(jìn)行。 。 （ 開(kāi)路和短路的保護(hù) ） 。其特點(diǎn)是在其中的一個(gè)驅(qū)動(dòng)器出現(xiàn)故障時(shí)，使整個(gè)通訊還可以正常進(jìn)行。 。雙絞線在消除由于磁禍合引起的低頻干擾方面是有效的。在一根雙絞線中，電纜的每一次扭曲都交換導(dǎo)線的物理位置，磁禍合進(jìn)入一根導(dǎo)線的任何干擾都在下一次扭曲中被另一根導(dǎo)線的等量的相反的干擾抵消。雖然不是 100%的抵消，但也 是被極大地削 弱。 。雖然 RS485 是采用差動(dòng)方式，但是為了使 RS485 能 正常工作，需要限制公共模式電壓，一般每個(gè)接收器的輸入對(duì)地電壓在 7V到 +12V 之間，以接收器的地線為參考。 RS485 規(guī)定中一個(gè)連接可以最多有 32 個(gè)單位負(fù)載，如果超過(guò)了這個(gè)限制，通常采用轉(zhuǎn)發(fā)器電路，一個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器可以重新生成 RS485 并且可以提供額外的 32 個(gè)接點(diǎn)。 系統(tǒng)串行接口標(biāo)準(zhǔn)選擇 在數(shù)據(jù)通信、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)以及分布式工業(yè)控制系統(tǒng)中，經(jīng)常采用串行通信來(lái)交換數(shù)據(jù)和信息。 1969 年，美國(guó)電子工業(yè)協(xié) 會(huì) (EIA)公布了 RS232C 作為串行通信接口的電氣標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)定義了數(shù)據(jù)終端設(shè)備 (DTE)和數(shù)據(jù)通信設(shè)備 (DCE)間按位串行傳輸?shù)慕涌谛畔?，合理安排了接口的電氣信?hào)和機(jī)械要求，在世界范圍內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用。但它采用單端驅(qū)動(dòng)非差分接收電路，因而存在著傳輸距離不太遠(yuǎn) (最大傳輸距離 15m)和傳送速率不太高 (最大位速率為 20Kb/s)的問(wèn)題。遠(yuǎn)距離串行通信必須使用 Modem，增加了成本。在分布式控制系統(tǒng)和工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò)中，傳輸距離常介于近距離 (20m)和遠(yuǎn)距離 (2km)之間的情況，這時(shí) RS232C（ 25 腳連 接器 ） 不能采用，用 Modem又不經(jīng)濟(jì)，因而需要制定新的串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)。 1977 年 EIA 制定了 RS449。它除了保留與 RS232C 兼容的特點(diǎn)外，還在提高傳輸速率，增加傳輸距離及改進(jìn)電氣特性等方面作了很大努力，并增加了 10 個(gè)控制信號(hào)。與