【正文】 溫度寄存器中的溫度值以 9 位數據格式表示，最高位為符號位，其余 8 位以二進制補碼方式表示溫度值。測溫結束時這 9 位數據轉存到暫存寄存器的前兩個字節(jié)中，符號位占用第 1 字節(jié)， 8 位溫度數據占用第 2 字節(jié)。 DS18B20 測量溫度時使用特有的溫度測量技術。 DS18B20 內部的低溫度系數振蕩器能產生穩(wěn)定的頻率信號：同樣的，高溫度系數振蕩器則將被測溫度轉換成頻率信號。當計數門打開時， DS18B20 開始進行計數，計數門開通時間由高溫度系數振蕩器決定。芯片內部預置數 比較 斜率累加器 計數器 1 0 低溫度系數晶振 高溫度系數晶振 預置 計數器 2 0 溫度寄存器 基于 51單片機的溫濕度控制系統(tǒng)的研究 19 還有斜率累加器，可對頻率的非線性度加以補償。測量結果存入溫度寄存器中。一般情況下溫度值應為 9 位，但因符號位擴展成高八位，故以 16 位補碼形式輸出。 濕度傳感器 HS1101 測量空氣濕度的方法多種多樣，但其原理基本一致，主要是根據某種物質從其周圍的空氣中吸收水分后引起的物理或化學性質的變化，間接地獲得該物質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其高分子材料吸濕后的介電常數、電阻率及體積發(fā)生的變化而進行濕度測 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 不需校準的完全互換性，自動化焊接，快速脫濕，高可靠性和長期穩(wěn)定性，快速響應時間，專利設計的固態(tài)聚合物結構，側面接觸封裝，適應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插件和自動裝配過程等。基于這些特性設計觸電式濕度傳感器，輸出的頻率信號為數字量，電壓信號為模擬量，而基于 51 單片機的溫濕度控制系統(tǒng)由于設有內外部模數轉換器，不必再補充其它硬件就可以采集到數字量及模擬量，其連接方式 和溫度傳感器 DS18B20類似。 濕度傳感器 HS1101 的測溫原理 HS1101 測量濕度過程中主要是將 HS1101 放置在 NE555 振蕩電路中，也就是將電容值變化轉換為頻率信號，在芯片接到電阻時就會構成充電回路。 HS1101 是電容式濕度傳感器，由于電容不可直接測量，故選用 555 多諧振蕩電路檢測到頻率，然后由 51 單片機計算出電容值，再根據電容值計算出相應的濕度值。在濕敏電容的 555 振蕩電路中，通過對電容的變化和電壓頻率信號的處理，也可以直接對計算機進行采集測量。集成電視的 555芯片外接電阻和與濕 敏電容構成充電回路，通過對芯片內部的晶體管控制構成對 C 的放電回路，形成多級的振蕩電路，電阻在電路中還具有一定的短路保護作用和平衡空氣濕度的作用。 89C51 單片機 本系統(tǒng)采用的 89C51 是一個低功耗、高性能 CMOS 的 8 位單片機，片內含 4Kb ISP的可反復擦寫 1000 次的 Flash 只讀程序存儲器，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術制造，兼容標準 MCS51 指令系統(tǒng)及 89C51 引腳結構，芯片內集成了 8 位中央沈陽工程學院畢業(yè)設計（論文） 20 處理器（ CPU）和 ISP Flash 存儲單元。 AT89C51 單片機具有如下特 點： 40 個引腳， 4Kb Flash片內程序存儲器， 128b 的隨機存取數據存儲器， 32 個輸入輸出口， 5 個中斷優(yōu)先級，兩層中斷嵌套，兩個 16 位可編程定時計數器， 2 個全雙工串行通信口，看門狗電路，片內時鐘振蕩器。功能強大，性價比高，可靈活應用于多種控制領域。 單片機的發(fā)展 20 世紀 70 年代，在微小型計算機研制成功后，單片機也就產生了。剛開始推出的只是 4位單片機，但是從此一發(fā)而不可收拾，其發(fā)展速度相當快，差不多每三、四年就會更新一代，更新后處理速度加快、功能加倍、集成度也增加一倍。單片機出現(xiàn)的 歷史并不長，其發(fā)展速度可見一斑。從 8位單片機推出以來，大致可以分為以下四個階段：第一階段為初級單片機階段；第二階段為單片機的發(fā)展階段，并使單片機的功能得到了完善；第三階段發(fā)展出現(xiàn)了高性能的 8 位單片機及初步發(fā)展了 16 位更高性能單片機；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，對單片機的研宄已經非常成熟。單片機的發(fā)展趨勢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。 溫濕度的檢測與控制最早也最廣泛的是應用在農業(yè)中的溫室大棚，在一些發(fā)達國家早就將此技術應用的在農業(yè)中 ，對農作物的生產、畜牧業(yè)養(yǎng)殖業(yè)都有很大的促進作用。隨著傳感器、單片機技術的發(fā)展，溫濕度測控技術也得到了很大的發(fā)展，其精度也越來越高， 穩(wěn)定性也越來越好。國內的測控技術與國外相比雖然還有一定的差距，但國內也有許多機構已經在傳感器測試裝置的研發(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，我國的技術一定也會排在世界的前列。隨著社會的發(fā)展，溫濕度測控技術得到了廣泛的應用，這項技術也會在改善人們的生活工作環(huán)境方面做出巨大的貢獻。 單片機引腳 51 單片機有 4 個 I/O 端口，每個端口都是 8 位雙向口，共占 32 根引腳。每個端口都包含一個鎖存器、一個輸入驅動器和輸入緩存器。一般情況下把 4個端口稱為 P0~片外擴展的存儲器系統(tǒng)中，這四個端口的每一位都可以作為雙向通用 I/O 端口使用。在具有片外擴展的存儲器系統(tǒng)中， P2 口作為高 8 位地址線， P0 口分時作為低 8 位地址線和雙向數據總線。在作為一個通用 I/O 口輸入時，都必須先向鎖存器寫入“ 1”，使輸出驅動場效應管 FET截止，以免誤讀數據。各自特點如下： （ 1） P0口為雙向 8位三態(tài) I/O口，它既可作為通用 I/O口，又可作為外部擴展時的數據總線及低 8 位地址總線的 分時復用口。作為通用 I/O口時，輸出數據可以得到鎖存，不需外接專用鎖存器；輸入數據可以得到緩沖，增加了數據輸入的可靠性。每個引腳可驅動 8個 TTL負載。 P0口既是一個真正的雙向數據總線口 （ 2） P1口為 8位準雙向 I/O口，內部具有上拉電阻，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，鎖存器必須置 基于 51單片機的溫濕度控制系統(tǒng)的研究 21 腳可驅動 4個 TTL負載。 （ 3） P2口為 8位準雙向 I/O口，內部具有上拉電阻，可直接連接外部 I/O設備。它與地址總線高 8 位復用，可驅動 4個 TTL 負載。一般作為外部擴展時的高 8位地址總線 使用。 （ 4） P3口為 8位準雙向 I/O口，內部具有上拉電阻，它是雙功能復用口，每個引腳可驅動 4個 TTL 負載。作為通用 I/O口時，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。在訪問片外存儲器時， CPU在 ALE/PROG上輸出一個高電平脈沖，用于把這個片外存儲器低 8位地址鎖存到外部專用地址鎖存器，以便空出 。在不訪問片外存 儲器時， CPU 自動在 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鐘源或作為定時脈沖源使用。 （ 2） EA/Vpp:允許訪問片外存儲器 /編程電源線，可以控制 8051CPU 使用片內ROM；若 EA=1，則使用片外 ROM。 （ 3） PSEN；片外 ROM 選通線，在執(zhí)行訪問片外 ROM 的指令 MOVC,8051 自動在PSEN 上產生一個負脈沖，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:復位 /備用電源線，可以使 8051CPU處于復位工作狀態(tài)。 沈陽工程學院畢業(yè)設計（論文） 22 5 系統(tǒng)軟件整體體設計 整體流程圖 圖 系統(tǒng)流程圖 數據處理 顯示當前數值 初始化 讀取溫濕度數值 向串行口發(fā)送溫濕度數據 聲光報警 單片機處理，將溫濕度存入寄存器 開始 檢驗數據是否正確 基于 51單片機的溫濕度控制系統(tǒng)的研究 23 計算機軟件系統(tǒng) 上下位機通信 計算機與計算機或計算機與終端之間的數據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，特別是在遠程傳輸時，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 年由美國電子工業(yè)協(xié)會聯(lián)合貝爾系統(tǒng)、調制解調器廠家及計算機終端生產廠家制訂的用于串行通訊的標準。 RS232接口標準采用25個引腳的連接器。 RS232接口的特點： (1)接口的信號內容 實際上 RS232 的 25 條引線中有許多是很少使用的，在計算機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中任何一條信號線的電壓均為負邏輯關系。即： 邏輯 T, 5—— 15V。 邏輯 “ 0”， +5 — +15V。 噪聲容限為 2V。 即要求接收器能識別低至 +3V 的信號作為邏輯 “ 0”， 高到 3V 的信號作為邏輯“ 1” （ 3)接口的物理結構 RS232C接口連接器一般使用型號為 DB25 的 25芯插頭座，通 常插頭在 DCE端，插座在 DTE 端 .一些設備與 PC 機連接的 RS232C 接口，因為不使用對方的傳送控制信號，只需三條接口線，即“發(fā)送數 據”、“接收數據”和“信號地”。所以采用 DB9的 9芯插頭座，傳輸線釆用屏蔽雙絞線。 （ 4)傳輸電纜長度 由 RS232C標準規(guī)定在碼元畸變小于 4%的情況下，傳輸電纜長 度應為 50英尺， 由于 RS232C接口標準出現(xiàn)較早，難免有不足之處，主要有以 下四點： 接口的信號電平值較高，易損壞接口電路的芯片，又因為與 TTL電平不兼容故需使用電平轉換電路方能與 TTL 電路連接 傳輸速率較低 ， 在異步傳輸時 ， 波特率為 20Kps. 接口使用一根信號線和一根信號返回線而構成共地的傳輸形 式，這神共地傳輸容易產生共模千擾，所以抗噪聲干擾性弱。 傳輸距離有限 ， 最大傳輸 距離標準值為 50 英尺，實際上也只能用在 50米左右。 沈陽工程學院畢業(yè)設計（論文） 24 單片機和 PC 通信相連 在檢測系統(tǒng)中，下位機處理過的數據通常都需要不斷地傳給上位 機，而上位機也要不斷往下位機發(fā)送命令，控制下位機的工作進程。 單片機有一個全雙工的串行通訊口 ，所以單片機和計算機之間可以方 便地進行串口通訊。進行串行通訊時要滿足一定的條件，電腦的串口 是 RS232電平的，而單片機的串口是 TTL電平的 ， 兩者之間必須有 — 個電平轉換電路，可以采用專用芯片進行轉換。 為實現(xiàn)通訊正常，上位機與單片機約定如下：波特率： 9600bps, 信息格式： 1個起始位， 8位數據位， 1個停止位，無奇偶校驗位： 串行口操作模式：標準異步串行通信，串行口模式 1。傳送方式 :PC 機采用查詢方式接收數據，單片機采用中斷方式接收信息。 在 Windows環(huán)境下 VC++ API 應用程序接口函數，程序員通過這些函數與通信硬件接口。通信函數是中斷驅動的： 發(fā)送數據時，先將其放入緩存區(qū)，串口準備好后，就將其發(fā)送出去；傳來的數據迅速申請中斷，使 Windows 接收它并將其存入緩沖區(qū)，以供讀取。 發(fā)送過程較易實現(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， CPU要不斷測試串口是否有數據，以防止接收串口 數據出現(xiàn)錯誤、遺漏 ， 因此效率低；而采用中斷方式則無需測試串口， 一旦有數據傳至， CPU終止當前任務 ， 由中斷服務程序完成操作。所以，中斷方式具有效率高、接收準確、編程簡單等優(yōu)點。 為了實時響應串口事件，必須在主線程之外創(chuàng)建一個輔助監(jiān)視線 程。為防止各線程的共享資源訪問出錯，在程序中的各線程的動作應 同步化，這可利用 MFC 提供的同步化事件對象實現(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 置串口掩碼、設置緩沖區(qū)大小、設置波特率等串行參數 、創(chuàng)建同步 事件、創(chuàng)建線程并讓輔助線程處于發(fā)信號狀態(tài)，在主線程執(zhí)行其他操 作時，通信監(jiān)視線程監(jiān)視串口，一旦輸入緩沖區(qū)內有數據立即向主線 程發(fā)送 WM_COMM_READ 消息，然后由消息響應函數做進一步處理， 一次通信即完成。 利用微機