【導讀】系統(tǒng)主要包括溫濕度信號采集電路、溫濕度實時顯示電路及溫濕度的超限報警電路等。系統(tǒng)采用集成數(shù)字式溫度傳感器。蕩電路，將濕度信號轉換為脈沖信號輸出，通過測量脈沖信號頻率實現(xiàn)糧倉濕度的測量。警，通過鍵盤調整溫濕度超限報警的設定值。有一定的實際意義。

　　

【正文】 光報警電路 本章 小結 本章主要介紹系統(tǒng)整體 硬件電路 設計。在系統(tǒng) 整體的框架下，對各個模塊進行設計。采用數(shù)字式溫度傳感器 DS18B20 對室內溫度信號進行采集，采用模擬式濕度傳感器蘭州工業(yè)學院畢業(yè)論文 27 HS1101對室內濕度信號進行采集，濕度傳感器 HS1101 與 555 定時器構成多諧振蕩電路，輸出脈沖信號。將溫度信號與濕度信號送入主控制器單片機 AT89C51 進行運算處 理。最后通過 LCD1602顯示實時溫度和濕度值。此外該系統(tǒng)還可以通過鍵盤設定溫濕度上下限，并且具有溫度超限和濕度超限分別報警的功能，系 統(tǒng)采用發(fā)光二極管進行發(fā)光報警。 介紹了各個子 模塊 的 基本結構、基本原理、應用電路，實現(xiàn)功能等 。硬件電路原理圖見附錄 I 蘭州工業(yè)學院畢業(yè)論文 28 4 軟件設計 基于單片機的系統(tǒng)設計中由單片機構成的硬件電路只作為一個系統(tǒng)的框架，要想實現(xiàn)系統(tǒng)的功能，系統(tǒng)的軟件設計至關重要，在本章將對系統(tǒng)的軟件設計做以詳細介紹。 系統(tǒng)的主程序設計 主程序是系統(tǒng)的監(jiān)控程序，在程序運行的過程中必須先經(jīng)過初 始化，包括鍵盤程序，溫度采集程序，濕度采集程序，以及各個控制端口的初始化工作。系統(tǒng)在初始化完成后可以對各部分函數(shù)進行調用，從而實現(xiàn)系統(tǒng)功能。 主流程是整個系統(tǒng)程序的框架， 控制著單片機系統(tǒng)按預定操作方式運轉。 它 的主要作用是能及時的響應來自系統(tǒng)內部的各種服務請求，有效地管理系統(tǒng)自身軟硬件及人機對話設備與系統(tǒng)中其它設備交換信息。 在執(zhí)行過程中系統(tǒng)通過調用一些子程序來實現(xiàn)系統(tǒng)功能，調用的各個程序在系統(tǒng)程序中起到了重要的作用。 該系統(tǒng)控制核心是單片機AT89C51，其工作過程是：系統(tǒng)通電后，單片機 AT89C51完成對各擴 展端口的初始化工作。系統(tǒng) 分別調用溫度和濕度采集子程序，采集溫濕度傳感器數(shù)據(jù)，再調用 LCD顯示子程序將采集到的數(shù)據(jù)結果顯示出來。系統(tǒng)等待鍵盤輸入，通過按鍵控制來進行溫濕度上下限的設定。系統(tǒng)把所采集到的數(shù)據(jù)與溫濕度的上下限進行比較，如果超限進行指示燈顯示報警，否則返回到系統(tǒng)初始化。 該系統(tǒng)主流程圖如 所示： 蘭州工業(yè)學院畢業(yè)論文 29 開 始初 始 化 ， 設 置 堆 棧置 顯 示 指 針 初 值調 用 顯 示 子 程 序調 用 鍵 盤 掃 描 子 程 序轉 A / D 中 斷 服 務 子 程 序是 A / D 鍵是 報 警 鍵數(shù) 鍵 值 送 顯 示 緩 沖 區(qū)先 試 緩 沖 區(qū) 數(shù) 據(jù) 滿 ？轉 報 警 子 程 序YYNNYN 系統(tǒng)主流程圖 ．溫度采集子程序的設計 要正確操作 DS18B20，首先必須了解 DS18B20 的指 令。 DS18B20 的指令主要包括蘭州工業(yè)學院畢業(yè)論文 30 對 ROM 操作的指令和對暫存器操作的指令，還有啟動溫度轉換的指令。由于在本系統(tǒng)中，單片機是對一個 DS18B20 操作，所以就不需要讀取 ROM 編碼以及匹配 ROM 編碼了，只要跳過 ROM（ CCH） 命令，隨后再啟動溫度轉換（ 44H）命令，最后便可以通過讀暫存器（ BEH）命令來讀取芯片內部 RAM 中的 9 字節(jié)的溫度數(shù)據(jù)。 由于 DS18B20 是在一根 I/O 線上讀寫數(shù)據(jù)，因此，對讀寫的數(shù)據(jù)位有著嚴格的時序要求。 DS18B20 有嚴格的通信協(xié)議來保證各位數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和完整性。該協(xié)議定義了幾種信 號的時序：初始化時序、讀時序、寫時序。所有時序都是將主機作為主設備，單總線器件作為從設備。 初始化時序： ① 先將數(shù)據(jù)線置高電平 1。 ② 延時（改時間要求不是很嚴格，但是要盡可能短些）。 ③ 數(shù)據(jù)線拉到低電平 0。 ④ 延時 750us（該時間范圍可以在 480960us）。 ⑤ 數(shù)據(jù)線拉到高電平 1。 ⑥ 延時等待。如果初始化成功則在 1560us 內產生一個由 DS18B20 返回的低電平 0，據(jù)該狀態(tài)可以確定它的存在。但是應該注意，不能無限的等待，不然會使程序進入死循環(huán)，所以要進行超時判斷。 ⑦ 若 CPU 讀到數(shù)據(jù)線上的低電平 0后，還要進行延時，其延時的時間從發(fā)出高電平算起（第 ⑤ 步）最少要 480us。 ⑧ 將數(shù)據(jù)線再次拉到高電平 1 后結束。 經(jīng)過對 DS18B20初始化時序的了解，系統(tǒng)在 準備測溫時首先要將 DS18B20的 DQ設置為高電平， 稍作延時后單片機將 DQ拉低，再進行精確延時，此次延時時間要大于 480us，然后把 DQ拉高，稍作延時后，判斷 DS18B20是否初始化成功。 初始化成功后， DS18B20接收單片機的命令， 首先跳過讀序號列號的操作，然后寫入“寫暫存器”命令，修改溫度上、下限和分辨率配置器，先寫入設定的溫度上限 TH，再寫入設定的溫度下限 TL，最后寫分辨率配置器。其格式為 0R1R01， 1111， R1R0=00時分辨率為 9位， R1R0=11時分辨率為 12位。再經(jīng)過長時間的延時， 然后再次初始化 DS18B20， 在 初始化 成功 以 后啟動 溫度轉換 ，然后 再次經(jīng)過長時間的 延時，對 DS18B20再次初始化，初始化成功后，依次讀取溫度值低位和高位 ， 然后返回到主程序。 蘭州工業(yè)學院畢業(yè)論文 31 溫度采集子程序流程圖如圖 。 在測得溫度 值以 后， 存放在 一個數(shù) 組之中，再 調用液晶 LCD1602 顯示程序 在液晶上進行 顯示 。 開始 是 延時 480μS 寫入“暫存儲器”命令 初始化 DS18B20 是否初始化成功 否 是 長時間延時 寫入啟動溫度轉換命令 初始化 DS18B20 是否初始化成功 否 是 寫入讀取溫度寄存器命令 初始化 DS18B20 是否初始化成功 否 返 回 圖 溫度采集子程序流程圖 蘭州工業(yè)學院畢業(yè)論文 32 ．濕度采集子程序的設計 在本系統(tǒng)中采用 HS1101 濕度傳感器將測量到的濕度轉變成電容信號，使用 555 定時器將將電容信號轉變成脈沖信號， 單片機接收脈沖信號并測得該頻率，單片機測頻率采用定時 /計數(shù)器 T0 和 T1。 定 時 /計數(shù)器 T0 和 T1 的工作方式設置， T1是工作在計數(shù)狀態(tài)下，對輸入的頻率信號進行計數(shù)，但對工作在計數(shù)狀態(tài)下的 T1，最大計數(shù)值為 fOSC/24，由于 fOSC＝ 12MHz，因此： T1的最大計數(shù)頻率為 250KHz。對于頻率的概念就是在一秒 時間內讀取 脈沖的個數(shù)，即為頻率值。所以 T0工作在定時狀態(tài)下，每定時 1秒 時間 到，就停止 T1 的計數(shù)，而從T1的計數(shù)單元中讀取計數(shù)的數(shù)值，然后進行數(shù)據(jù)處理。 T1 工作在定時狀態(tài)下，最大定時時間為 65ms，達不到 1 秒的定時，所以采用定時 50ms，共定時 20 次，即可完成 1秒的定時功能。 濕度采 集子程序流程圖如圖 所示。 開始 初始化定時器計數(shù)器 T0、 T1 根據(jù)頻率值算出濕度值 調用顯示程序顯示相對濕度 值 是否計時已滿50ms 返 回 是 否 圖 濕度采集子程序流程圖 關閉 T0，將測得頻率 20 蘭州工業(yè)學院畢業(yè)論文 33 1． 液晶（ LCD1602）的指令與時序 LCD1602 液晶顯示模塊內部的控制器有 11 條控制指令，如表 41 所示。 LCD1602 液晶模塊的讀寫操作、屏幕和光標的操作都是通過指令編程來實現(xiàn)的。 表 41 LCD1602液晶顯示模塊內部控制器的 11條控制指令 序號 指令 RS R/W D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 1 清顯示 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 2 光標返回 0 0 0 0 0 0 0 0 1 3 置輸入模式 0 0 0 0 0 0 0 1 I/D S 4 顯示開 / 關控制 0 0 0 0 0 0 1 D C B 5 光標或字符移動 0 0 0 0 0 1 S/C R/L 6 置功能 0 0 0 0 1 DL N F 7 置字符存儲器地址 0 0 0 1 字符發(fā)生器存儲器地址（ AGG） 8 置數(shù)據(jù)存儲器地址 0 0 1 1 顯示數(shù)據(jù)存儲器地址（ ADD） 9 讀忙標志或地址 0 1 BF 計數(shù)器地址（ AC） 10 寫數(shù)到 CGRAM或 DDRAM 1 0 要寫的數(shù)據(jù)內容 11 從 CGRAM或 DDRAM讀數(shù) 1 1 讀出的數(shù)據(jù)內容 下面是指令表中 D0~D7 位所使用字符說明。 I/D=1/0：增量 /減量 S=1：顯示屏移動 S/C=1/0：顯示屏移動 /光標移動 R/L=1/0：右移 /左移 DL=1/0： 8 位 /4 位 N=1/0:2 行 /1行 F=1/0： 5 10點陣 /5 7 點陣 BF=1/0：內部操作正在進行 /允許指令操作 逐條解釋各指令的功能如下所示。 （ 1）指令 1：清顯示，光標復位到地址 00H 位置。 （ 2）指令 2：光標復位，光標返回到地址 00H 位置。 蘭州工業(yè)學院畢業(yè)論文 34 （ 3）指令 3：讀 /寫方式下的光標和顯示模式設置命令。 I/D：表示地址計數(shù)器的變化情況，即光標的移動方向。 I/D=1：計數(shù)器地址自動加一，光標右移一字符位置。 I/D=0：計數(shù)器地址自動減一，光標左移一字符位置。 （ 4）指令 4：顯示開關控制，控制顯示、光標和光標閃爍的開關。 D：當 D=0時顯示關閉， DDRAM 中數(shù)據(jù)保持不變。 C：當 C=1是顯示光標。 B：當 B=1時光標閃爍。 （ 5）指令 5：光標或顯示移位。 DDRAM 中內容不變。 （ 6）指令 6：功能設置命令。 DL=1 時；內部數(shù)據(jù)總線為 4位寬度 DB7~DB4； DL=0 時，內部總線為 8 位寬度。 N=0 時，單行顯示； N=1時雙行顯示。 F=0 時，為顯示字形 5 5 點陣； F=1 時，為顯示字形 5 10 點陣。 （ 7）指令 7：字符發(fā)生器 RAM 地址設置。 （ 8）指令 8： DDRAM 地址設置。 （ 9）指令 9：讀狀態(tài)標志和光標地址。 （ 10）指令 10：寫數(shù)據(jù)。 （ 11）指令 11：讀數(shù)據(jù)。 2． 液晶（ LCD1602）的 RAM 地址映射 液晶顯示模塊是慢顯示器件，所以在執(zhí)行每條指令之前一定要缺人模塊的忙標志是否為低電平（即不忙），否則指令失效 。顯示字符時，首先要輸入顯示字符地址， LCD1602的內部顯示地址如表 42 所示。 表 42 LCD1602內部顯示地址 位置 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 第一行 00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 0A 0B 0C 0D 0E 0F 第二行 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 4A 4B 4C 4D 4E 4F 例如，第二行第一個字符的地址是 40H，但此時不可以直接寫入到 40H 使光標定位在第二行第一個字 符的位置，因為寫入顯示地址時要求最高位 D7=1，所以實際寫入的數(shù)據(jù)位應為 01000000B（ 40H） +10000000B（ 80 H） =11000000B（ C0H）。 LCD1602 液晶顯蘭州工業(yè)學院畢業(yè)論文 35 示模塊內部的字符發(fā)生器（ CGROM）中存儲了 160 個點陣字符圖形，每個字符都有一個固定的代碼。如大寫字母 A的代碼 41H，顯示時，模塊把地址 41H 中的點陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母 A。 通過分析可知操作 LCD1602 液晶的流程如下： （ 1） 通過 RS 確定是寫數(shù)據(jù)還是寫命令。寫命令包括使液晶的光標顯示 /不顯示、光標閃爍 /不閃 爍、需 /不需要移屏、在液晶什么位置顯示，等等。寫數(shù)據(jù)是指要顯示什么內容。 （ 2） 讀 /寫控制端設置為寫模式，即低電平。 （ 3） 將數(shù)據(jù)或命令送達數(shù)據(jù)線上。 （ 4） 給 E一個高脈沖將數(shù)據(jù)送入液晶控制器，完成寫操作。 使用過程中首先對液晶顯示模塊進行初始化，設置其顯示方式等，然后給出要寫入數(shù)據(jù)的寄存器地址（即要顯示的首地址），指定字符顯示位置，最后發(fā)送要顯示的數(shù)據(jù)到相應的數(shù)據(jù)寄存器即可。調用讀、寫操作的子程序，進入相應函數(shù)之后，首先判別忙標志，如果 BF＝ 1，控制器正忙于內部操作，則等待直到控制器處于空閑狀態(tài)時，再設置 控制位進行相應的讀（狀態(tài)）、寫（命令 /數(shù)據(jù)）操作。 LCD1602 液晶顯示模塊初始化（復位過程）如下所示。 寫指令 38H：顯示模塊設置為 2行， 57 字符 延時 15ms 寫指令 06H：置輸入模式為地址增量，顯示屏不移動 延時 15ms 寫指令 0FH：顯示開，顯示光標，光標閃爍 延時 15ms 寫指令 01H：顯示清屏 LCD1602 整體的顯示流程圖如圖 所示。 蘭州工業(yè)學院畢業(yè)論文 36 開始 液晶端口定義 讀忙標志“ BF” BF是否為 1 初始化液晶，設置顯示方式 設置數(shù)據(jù)寄存器地址 讀 /寫 顯示液晶 讀忙標志“ BF” BF 是否為 1 數(shù)據(jù)是否傳送