【正文】 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(hào)位，其余 8 位以二進(jìn)制補(bǔ)碼方式表示溫度值。測(cè)溫結(jié)束時(shí)這 9 位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存到暫存寄存器的前兩個(gè)字節(jié)中，符號(hào)位占用第 1 字節(jié)， 8 位溫度數(shù)據(jù)占用第 2 字節(jié)。 DS18B20 測(cè)量溫度時(shí)使用特有的溫度測(cè)量技術(shù)。 DS18B20 內(nèi)部的低溫度系數(shù)振蕩器能產(chǎn)生穩(wěn)定的頻率信號(hào)：同樣的，高溫度系數(shù)振蕩器則將被測(cè)溫度轉(zhuǎn)換成頻率信號(hào)。當(dāng)計(jì)數(shù)門打開時(shí)， DS18B20 開始進(jìn)行計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)門開通時(shí)間由高溫度系數(shù)振蕩器決定。芯片內(nèi)部預(yù)置數(shù) 比較 斜率累加器 計(jì)數(shù)器 1 0 低溫度系數(shù)晶振 高溫度系數(shù)晶振 預(yù)置 計(jì)數(shù)器 2 0 溫度寄存器 基于 51單片機(jī)的溫濕度控制系統(tǒng)的研究 19 還有斜率累加器，可對(duì)頻率的非線性度加以補(bǔ)償。測(cè)量結(jié)果存入溫度寄存器中。一般情況下溫度值應(yīng)為 9 位，但因符號(hào)位擴(kuò)展成高八位，故以 16 位補(bǔ)碼形式輸出。 濕度傳感器 HS1101 測(cè)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。電容式、電阻式、濕漲式濕敏元件分別是根據(jù)其高分子材料吸濕后的介電常數(shù)、電阻率及體積發(fā)生的變化而進(jìn)行濕度測(cè) 量的。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。 濕度傳感器 HS1101 的特性 不需校準(zhǔn)的完全互換性，自動(dòng)化焊接，快速脫濕，高可靠性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性，快速響應(yīng)時(shí)間，專利設(shè)計(jì)的固態(tài)聚合物結(jié)構(gòu)，側(cè)面接觸封裝，適應(yīng)于線性電壓輸出和頻率輸出兩種電路，適宜于制造流水線上的自動(dòng)插件和自動(dòng)裝配過(guò)程等?；谶@些特性設(shè)計(jì)觸電式濕度傳感器，輸出的頻率信號(hào)為數(shù)字量，電壓信號(hào)為模擬量，而基于 51 單片機(jī)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(bǔ)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 的測(cè)溫原理 HS1101 測(cè)量濕度過(guò)程中主要是將 HS1101 放置在 NE555 振蕩電路中，也就是將電容值變化轉(zhuǎn)換為頻率信號(hào)，在芯片接到電阻時(shí)就會(huì)構(gòu)成充電回路。 HS1101 是電容式濕度傳感器，由于電容不可直接測(cè)量，故選用 555 多諧振蕩電路檢測(cè)到頻率，然后由 51 單片機(jī)計(jì)算出電容值，再根據(jù)電容值計(jì)算出相應(yīng)的濕度值。在濕敏電容的 555 振蕩電路中，通過(guò)對(duì)電容的變化和電壓頻率信號(hào)的處理，也可以直接對(duì)計(jì)算機(jī)進(jìn)行采集測(cè)量。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(guò)對(duì)芯片內(nèi)部的晶體管控制構(gòu)成對(duì) C 的放電回路，形成多級(jí)的振蕩電路，電阻在電路中還具有一定的短路保護(hù)作用和平衡空氣濕度的作用。 89C51 單片機(jī) 本系統(tǒng)采用的 89C51 是一個(gè)低功耗、高性能 CMOS 的 8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 4Kb ISP的可反復(fù)擦寫 1000 次的 Flash 只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)及 89C51 引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了 8 位中央沈陽(yáng)工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 處理器（ CPU）和 ISP Flash 存儲(chǔ)單元。 AT89C51 單片機(jī)具有如下特 點(diǎn)： 40 個(gè)引腳， 4Kb Flash片內(nèi)程序存儲(chǔ)器， 128b 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器， 32 個(gè)輸入輸出口， 5 個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)，兩層中斷嵌套，兩個(gè) 16 位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器， 2 個(gè)全雙工串行通信口，看門狗電路，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。功能強(qiáng)大，性價(jià)比高，可靈活應(yīng)用于多種控制領(lǐng)域。 單片機(jī)的發(fā)展 20 世紀(jì) 70 年代，在微小型計(jì)算機(jī)研制成功后，單片機(jī)也就產(chǎn)生了。剛開始推出的只是 4位單片機(jī)，但是從此一發(fā)而不可收拾，其發(fā)展速度相當(dāng)快，差不多每三、四年就會(huì)更新一代，更新后處理速度加快、功能加倍、集成度也增加一倍。單片機(jī)出現(xiàn)的 歷史并不長(zhǎng)，其發(fā)展速度可見一斑。從 8位單片機(jī)推出以來(lái)，大致可以分為以下四個(gè)階段：第一階段為初級(jí)單片機(jī)階段；第二階段為單片機(jī)的發(fā)展階段，并使單片機(jī)的功能得到了完善；第三階段發(fā)展出現(xiàn)了高性能的 8 位單片機(jī)及初步發(fā)展了 16 位更高性能單片機(jī)；第四階段為目前在各類電子器件中使用的的高性能單片機(jī)，對(duì)單片機(jī)的研宄已經(jīng)非常成熟。單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)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。 溫濕度的檢測(cè)與控制最早也最廣泛的是應(yīng)用在農(nóng)業(yè)中的溫室大棚，在一些發(fā)達(dá)國(guó)家早就將此技術(shù)應(yīng)用的在農(nóng)業(yè)中 ，對(duì)農(nóng)作物的生產(chǎn)、畜牧業(yè)養(yǎng)殖業(yè)都有很大的促進(jìn)作用。隨著傳感器、單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展，溫濕度測(cè)控技術(shù)也得到了很大的發(fā)展，其精度也越來(lái)越高， 穩(wěn)定性也越來(lái)越好。國(guó)內(nèi)的測(cè)控技術(shù)與國(guó)外相比雖然還有一定的差距，但國(guó)內(nèi)也有許多機(jī)構(gòu)已經(jīng)在傳感器測(cè)試裝置的研發(fā)上不斷探索、研發(fā)、創(chuàng)新，差距正在一步一步的縮小，相信在不久的將來(lái)，我國(guó)的技術(shù)一定也會(huì)排在世界的前列。隨著社會(huì)的發(fā)展，溫濕度測(cè)控技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用，這項(xiàng)技術(shù)也會(huì)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(jī)引腳 51 單片機(jī)有 4 個(gè) I/O 端口，每個(gè)端口都是 8 位雙向口，共占 32 根引腳。每個(gè)端口都包含一個(gè)鎖存器、一個(gè)輸入驅(qū)動(dòng)器和輸入緩存器。一般情況下把 4個(gè)端口稱為 P0~片外擴(kuò)展的存儲(chǔ)器系統(tǒng)中，這四個(gè)端口的每一位都可以作為雙向通用 I/O 端口使用。在具有片外擴(kuò)展的存儲(chǔ)器系統(tǒng)中， P2 口作為高 8 位地址線， P0 口分時(shí)作為低 8 位地址線和雙向數(shù)據(jù)總線。在作為一個(gè)通用 I/O 口輸入時(shí)，都必須先向鎖存器寫入“ 1”，使輸出驅(qū)動(dòng)場(chǎng)效應(yīng)管 FET截止，以免誤讀數(shù)據(jù)。各自特點(diǎn)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(kuò)展時(shí)的數(shù)據(jù)總線及低 8 位地址總線的 分時(shí)復(fù)用口。作為通用 I/O口時(shí)，輸出數(shù)據(jù)可以得到鎖存，不需外接專用鎖存器；輸入數(shù)據(jù)可以得到緩沖，增加了數(shù)據(jù)輸入的可靠性。每個(gè)引腳可驅(qū)動(dòng) 8個(gè) TTL負(fù)載。 P0口既是一個(gè)真正的雙向數(shù)據(jù)總線口 （ 2） P1口為 8位準(zhǔn)雙向 I/O口，內(nèi)部具有上拉電阻，一般作為通用 I/O口使用，它的每一位都可以分別定義為輸入線或輸出線，作為輸入時(shí)，鎖存器必須置 基于 51單片機(jī)的溫濕度控制系統(tǒng)的研究 21 腳可驅(qū)動(dòng) 4個(gè) TTL負(fù)載。 （ 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。它與地址總線高 8 位復(fù)用，可驅(qū)動(dòng) 4個(gè) TTL 負(fù)載。一般作為外部擴(kuò)展時(shí)的高 8位地址總線 使用。 （ 4） P3口為 8位準(zhǔn)雙向 I/O口，內(nèi)部具有上拉電阻，它是雙功能復(fù)用口，每個(gè)引腳可驅(qū)動(dòng) 4個(gè) TTL 負(fù)載。作為通用 I/O口時(shí)，功能與 P1口相同，常用第二功能。 控制線一共有六條： （ 1） ALE/PROG:地址鎖存允許 /編程線，配合 P0口引腳的第二功能使用。在訪問(wèn)片外存儲(chǔ)器時(shí)， CPU在 ALE/PROG上輸出一個(gè)高電平脈沖，用于把這個(gè)片外存儲(chǔ)器低 8位地址鎖存到外部專用地址鎖存器，以便空出 。在不訪問(wèn)片外存 儲(chǔ)器時(shí)， CPU 自動(dòng)在 ALE/PROG 上輸出頻率為 fosc/6 的脈沖序列。該脈沖序列可用作外部時(shí)鐘源或作為定時(shí)脈沖源使用。 （ 2） EA/Vpp:允許訪問(wèn)片外存儲(chǔ)器 /編程電源線，可以控制 8051CPU 使用片內(nèi)ROM；若 EA=1，則使用片外 ROM。 （ 3） PSEN；片外 ROM 選通線，在執(zhí)行訪問(wèn)片外 ROM 的指令 MOVC,8051 自動(dòng)在PSEN 上產(chǎn)生一個(gè)負(fù)脈沖，用于為片外 ROM 芯片的選通。其它情況下 PSEN 線均為高電平封鎖狀態(tài)。 （ 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)。 沈陽(yáng)工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 5 系統(tǒng)軟件整體體設(shè)計(jì) 整體流程圖 圖 系統(tǒng)流程圖 數(shù)據(jù)處理 顯示當(dāng)前數(shù)值 初始化 讀取溫濕度數(shù)值 向串行口發(fā)送溫濕度數(shù)據(jù) 聲光報(bào)警 單片機(jī)處理，將溫濕度存入寄存器 開始 檢驗(yàn)數(shù)據(jù)是否正確 基于 51單片機(jī)的溫濕度控制系統(tǒng)的研究 23 計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng) 上下位機(jī)通信 計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)或計(jì)算機(jī)與終端之間的數(shù)據(jù)傳送可以采用串行通訊和并行通訊兩種方 式。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(shí)，避免了多條線路特性的不一致而被廣泛采用。串行通訊本身又分為異步通信和同步通信。 RS232接口是目前最常用的一種串行通信接口裝置。它是在 1970 年由美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)聯(lián)合貝爾系統(tǒng)、調(diào)制解調(diào)器廠家及計(jì)算機(jī)終端生產(chǎn)廠家制訂的用于串行通訊的標(biāo)準(zhǔn)。 RS232接口標(biāo)準(zhǔn)采用25個(gè)引腳的連接器。 RS232接口的特點(diǎn)： (1)接口的信號(hào)內(nèi)容 實(shí)際上 RS232 的 25 條引線中有許多是很少使用的，在計(jì)算機(jī)與終端通訊中一般只是用 39根引線。 (2)接口的電氣 特性 在 RS232中任何一條信號(hào)線的電壓均為負(fù)邏輯關(guān)系。即： 邏輯 T, 5—— 15V。 邏輯 “ 0”， +5 — +15V。 噪聲容限為 2V。 即要求接收器能識(shí)別低至 +3V 的信號(hào)作為邏輯 “ 0”， 高到 3V 的信號(hào)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(hào)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(jī)連接的 RS232C 接口，因?yàn)椴皇褂脤?duì)方的傳送控制信號(hào)，只需三條接口線，即“發(fā)送數(shù) 據(jù)”、“接收數(shù)據(jù)”和“信號(hào)地”。所以采用 DB9的 9芯插頭座，傳輸線釆用屏蔽雙絞線。 （ 4)傳輸電纜長(zhǎng)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(zhǎng) 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(diǎn)： 接口的信號(hào)電平值較高，易損壞接口電路的芯片，又因?yàn)榕c 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(shí) ， 波特率為 20Kps. 接口使用一根信號(hào)線和一根信號(hào)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。 傳輸距離有限 ， 最大傳輸 距離標(biāo)準(zhǔn)值為 50 英尺，實(shí)際上也只能用在 50米左右。 沈陽(yáng)工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 單片機(jī)和 PC 通信相連 在檢測(cè)系統(tǒng)中，下位機(jī)處理過(guò)的數(shù)據(jù)通常都需要不斷地傳給上位 機(jī)，而上位機(jī)也要不斷往下位機(jī)發(fā)送命令，控制下位機(jī)的工作進(jìn)程。 單片機(jī)有一個(gè)全雙工的串行通訊口 ，所以單片機(jī)和計(jì)算機(jī)之間可以方 便地進(jìn)行串口通訊。進(jìn)行串行通訊時(shí)要滿足一定的條件，電腦的串口 是 RS232電平的，而單片機(jī)的串口是 TTL電平的 ， 兩者之間必須有 — 個(gè)電平轉(zhuǎn)換電路，可以采用專用芯片進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 為實(shí)現(xiàn)通訊正常，上位機(jī)與單片機(jī)約定如下：波特率： 9600bps, 信息格式： 1個(gè)起始位， 8位數(shù)據(jù)位， 1個(gè)停止位，無(wú)奇偶校驗(yàn)位： 串行口操作模式：標(biāo)準(zhǔn)異步串行通信，串行口模式 1。傳送方式 :PC 機(jī)采用查詢方式接收數(shù)據(jù)，單片機(jī)采用中斷方式接收信息。 在 Windows環(huán)境下 VC++ API 應(yīng)用程序接口函數(shù)，程序員通過(guò)這些函數(shù)與通信硬件接口。通信函數(shù)是中斷驅(qū)動(dòng)的： 發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，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(lái)的數(shù)據(jù)迅速申請(qǐng)中斷，使 Windows 接收它并將其存入緩沖區(qū)，以供讀取。 發(fā)送過(guò)程較易實(shí)現(xiàn)，接收處理方式主要有查詢和中斷兩種方式 釆用查 詢方式時(shí)， CPU要不斷測(cè)試串口是否有數(shù)據(jù)，以防止接收串口 數(shù)據(jù)出現(xiàn)錯(cuò)誤、遺漏 ， 因此效率低；而采用中斷方式則無(wú)需測(cè)試串口， 一旦有數(shù)據(jù)傳至， CPU終止當(dāng)前任務(wù) ， 由中斷服務(wù)程序完成操作。所以，中斷方式具有效率高、接收準(zhǔn)確、編程簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。 為了實(shí)時(shí)響應(yīng)串口事件，必須在主線程之外創(chuàng)建一個(gè)輔助監(jiān)視線 程。為防止各線程的共享資源訪問(wèn)出錯(cuò)，在程序中的各線程的動(dòng)作應(yīng) 同步化，這可利用 MFC 提供的同步化事件對(duì)象實(shí)現(xiàn)。 綜上所述，在開始通信前 ， 首先要初始化串口 （ 包含選串口、設(shè) 置串口掩碼、設(shè)置緩沖區(qū)大小、設(shè)置波特率等串行參數(shù) 、創(chuàng)建同步 事件、創(chuàng)建線程并讓輔助線程處于發(fā)信號(hào)狀態(tài)，在主線程執(zhí)行其他操 作時(shí)，通信監(jiān)視線程監(jiān)視串口，一旦輸入緩沖區(qū)內(nèi)有數(shù)據(jù)立即向主線 程發(fā)送 WM_COMM_READ 消息，然后由消息響應(yīng)函數(shù)做進(jìn)一步處理， 一次通信即完成。 利用微機(jī)