【正文】 上文所述，系統(tǒng)主設(shè)備的I/O 端口也具有類似的結(jié)構(gòu)，由于主機和從機都是開漏輸出，在主設(shè)備 的總線惻必須有上拉電阻，系統(tǒng)才能正常操作。 此外，單總線器件通常采用 3 引腳封裝，外型類似于小工率三極管，在三個引腳中有一個公共地端、一個數(shù)據(jù)輸入 /輸出端和一個電源端，這個電源端可以為單總線器件提供外部電源，從而免除總線集中饋電。對于大多數(shù)采用總線集中供電的單總線器件，等效于在各期間內(nèi)部有一個約 5? A 的恒流充電源，從而使得單總線器件功耗較低。 單總線芯片 的供電 單總線接口技術(shù)的另外一個顯著特點是不需要使用獨立的電路，所有的單總線芯片都可以通過單線寄生 電源供電。下圖對單總線寄生供電的原理進行了描述 。 在圖 31 所示中， DQ 引腳連接在單線總線上，整個器件的電源來自這條總線上掛接的主機，這種 “偷電 ”式的供電又稱寄生電源。當(dāng)總線處于高電平時不僅經(jīng)過二極管給 芯片提供了電源，同時又給內(nèi)部電容器充電而存儲了能量；當(dāng)總線變?yōu)榈碗娖綍r二極管截止，芯片改由電容器供電，仍可正常操作，當(dāng)然維持時間不可能太長。為了解決單總線供電不足問題，使用 MOSFET 將輸入線的高電平強拉到 ，從而可以增加驅(qū)動電流。 芯片提供了電源，同時又給內(nèi)部電容器充電而存儲了能量；當(dāng)總線變?yōu)榈碗娖?時二極管截止，芯片改由電容器供電，仍可正常操作，當(dāng)然維持時間不可能太長。為了解決單總線供電不足問題，使用 MOSFET 將輸入線的高電平強拉到 ，從而可以增加驅(qū)動電流。 6 4 B I T R O MA N D1 W I R E P O R TP O W E RS U P P L YS E N E EI N T E R N A LDDVDDV 圖 31 寄生電源供電 基于單片機的蔬菜大棚溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計 單總通信的 ROM 命令 下面簡要地介紹各個 ROM 命令的功能，以及使用在何種情況下。 1）搜索 ROM（代碼為 FOH） 當(dāng)系統(tǒng)初始上電時，主機必須找出總線上所有從設(shè)備的 ROM 代碼，這樣主機就能判斷出從機的數(shù)目和類型。主機通過重復(fù)執(zhí)行搜索 ROM 循環(huán)（搜索 ROM命令 跟隨著位數(shù)據(jù)交換），以找出總線上所有的從機設(shè)備。在每次執(zhí)行完搜索ROM 循環(huán)后，主機必須返回至命令序列的第一步（初始化）。 2） 讀 ROM（代碼為 33H） 該命令僅適用于總線上只有一個從設(shè)備（單節(jié)點）的情況。它允許主機直接讀出從主機的 64 位 ROM 代碼，而無需執(zhí)行搜索 ROM 過程，如果該命令用于多節(jié)點系統(tǒng)，則必然發(fā)生數(shù)據(jù)沖突，因為每個從機設(shè)備都會影響該命令。 3） 匹配 ROM（代碼 55H） 匹配 ROM 命令跟隨 64 位 ROM 代碼，從而允許主機訪問多節(jié)點系統(tǒng)中某個指定的從機設(shè)備。僅當(dāng)從機完全匹配 64 為的 ROM 代碼時，才會響 應(yīng)主機隨后發(fā)出的功能命令，而其他設(shè)備將處于等復(fù)位脈沖的狀態(tài)。 4） 直訪問 ROM（代碼 CCH） 主機能夠采用該命令可時反問總線上的所有從機設(shè)備，而無須發(fā)出任何ROM 代碼信號，例如，如果單總線器件采用 DS18B20 傳感器，主機通過在發(fā)出直訪 ROM 命令后跟隨準(zhǔn)換溫度命令【 44H】，就可以同時命令總線上的所有DS18B20 開始轉(zhuǎn)換溫度，這樣大大節(jié)省了上機時間。值得注意的是，如果訪 ROM命令跟隨的是讀暫存器【 BEH】的命令（包括其他讀操作命令），則該命令只能應(yīng)用于單節(jié)點系統(tǒng)，否則將由于多個節(jié)點都響應(yīng)該命令而引起數(shù)據(jù)沖 突。 5） 單總線器件的 ROM 搜索 Dallas 公司的每片單片機器件都是具有唯一的 64 位注冊碼，他存儲在只讀儲器（ ROM）中，在單總線網(wǎng)絡(luò)中注冊碼用于單總線系統(tǒng)主機對從機器件進行逐一尋址。 如果單總線網(wǎng)絡(luò)中從機器件的 ROMID 是未知的，可以通過 ROMID搜索算法來找到該注冊碼單總線期間的 ROM 注冊的數(shù)據(jù)格式如表 31 所示 表 31 單總線器件 ROM 注冊碼數(shù)據(jù)格式 MSB 64 位 ROM 注冊碼 LSB 8 位 CRC 校驗碼 MSB LSB 48 位序列號 MSB LSB 8 位家族碼 MSB LSB 基于單片機的蔬菜大棚溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計 4 單總線數(shù)字溫 度傳感器 DS1820 和濕度檢測電路 DS1820 的主要特性 DS1820 有下列主要特性 : 1） 只需一根 I/ O 線就能完成通信 。 2） 多個分散的 DS1820 可以共用一線進行通信 。 3） 不需外部元器件 。 4） 可以通過數(shù)據(jù)線供電 。 5） 檢測溫度范圍為 55～ + 125176。C ,精度在 0. 5 度 。 6） 用 9bit 數(shù)字量來表示溫度 。 7） 每次將溫度轉(zhuǎn)換成數(shù)字量需 200ms 。 8） 可定義 一個不變化的溫度設(shè)置為報警溫度 。 9） 有 PR35 T 和 SSOP 兩種封裝型式。 DS1820 內(nèi)部結(jié)構(gòu) DS1820 內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖 41 所示。 6 4 b i tR O M和 單 線接 口電源檢測存 儲 器 控 制 邏 輯存儲器溫 度 傳 感 器高 溫 度 觸 發(fā)低 溫 度 觸 發(fā)8 位 C R C 觸 發(fā) 器 圖 41 DS1820 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 由圖 41 可知 ,DS1820 由以下幾部分組成 : 1） 64 位激光只讀存貯器。在這里存放著每個 DS1820 的唯一的序號 ,開始 8 位是產(chǎn)品類型的編號 (DS1820 為 10H） ,接著是每個器件的唯一的序號 ,共有 48 位 ,最后 8 位是前 56 位的 CRC 校驗碼這也是多個 DS1820 可以采用一線進行通信的原因。 2） 溫度傳感器。它是將溫度轉(zhuǎn)化為數(shù)字量的關(guān)鍵部分。 3） DS1820 的存貯器。它由高速存貯器 RAM 和 EERAM(高溫 TH 和低溫TL 報警觸發(fā)器 ） 組成 ,數(shù)據(jù)首先寫入高速存貯器 RAM 中 ,然后通過復(fù)制命令將數(shù)據(jù)寫入 EERAM 中。高速存貯器 RAM 由 8 個字節(jié)組成 ,頭兩個字節(jié)存放檢測溫度的值 ,0 號 (LSB） 為存放溫度的值 ,1 號 (MSB） 存放溫度值的符號 ,如果 溫度為負 ,則 1 號存貯器全為 1 ,否則全為 0， 這也是可用 9bit 來表示溫度的基于單片機的蔬菜大棚溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計 原因。最低位先讀出。若 LSB 最低位為 1 ,則表示為 度 ,求值的方法根據(jù) MSB中的值將 LSB 中的二進制數(shù)求補再轉(zhuǎn)換成十進制數(shù)除以 2 即得被測溫度的值。表 2 是溫度和數(shù)字量的關(guān)系。第二和第三字節(jié)是從 TH 和 TL 中復(fù)制的值 ,當(dāng)上電被更新 。接下來兩個字節(jié)沒用 ,若讀它應(yīng)全為 1 。第六和第七字節(jié)為計數(shù)寄存器 。最后一個字節(jié)為 CRC 校驗。 DS1820 的 工作 原理 DS1820 的引腳排列如圖 42 所示。 I/O 位數(shù)據(jù)輸入 /輸出端（即單線總線），它屬于漏極開路輸出，外接上拉電阻后，常態(tài)下呈高電平。 DDU 是可供選用的外部 +5V 電源端，不用時需接地。 GND 為地， NC 為空腳。 D S 1 8 2 02 3DDUD S 1 8 2 023415678N CN CG N DI/ODDUN CN CN C1G N DI/O 圖 42 DS1820 的引腳圖 DS1820 測量溫度時使用特有的 溫度測量技術(shù) ，其測量溫度框圖如圖 43 所示。內(nèi)部計數(shù)器對一個受溫度影響的振蕩器的脈沖計數(shù)，低溫時振蕩器的脈沖可以沖過門電路，而當(dāng)達到某一設(shè)置高溫時，振蕩器的脈沖無法通過門電路。 低 溫 度 系 數(shù) 振 蕩 器高 溫 度 系 數(shù) 振 蕩 器預(yù) 置計 數(shù) 器= 0計 數(shù) 器= 0預(yù) 置比 較溫 度 寄 存 器斜 率 累 加 器加 1停 止 圖 43 DS1820 測溫原理框圖 DS1820 使用中注意事項 基于單片機的蔬菜大棚溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計 DS1820 雖然具有測溫系統(tǒng)簡單、測溫精度高、連接方便、占用口線少等優(yōu)點，但在實際應(yīng)用中也應(yīng)注意以下幾方面的問題： 1） 較小的硬件開銷需要相對復(fù)雜的軟件進行補償，由于 DS1820 與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，在對 DS1820 進行讀寫編程時，必須嚴(yán)格的保證讀寫時序，否則將無法讀取測溫結(jié)果。 2） 當(dāng)單總線上所掛 DS1820 超過 8 個時，就需要解決微處理器的總線驅(qū)動問題，這一 點在進行多點測溫系統(tǒng)設(shè)計時要加以注意。 3） 在 DS1820 測溫程序設(shè)計中，向 DS1820 發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令后，程序總要等待 DS1820的返回信號，一旦某個 DS1820接觸不好或斷線，當(dāng)程序讀該 DS1820時，將沒有返回信號，程序進入死循環(huán) 濕度檢測電路 本例中采用 8255 來實現(xiàn)轉(zhuǎn)換。 EL7556 由積分電路、基準(zhǔn)電路、頻率轉(zhuǎn)換電路及頻率 —電壓（ F/V）轉(zhuǎn)換電路等組成，積分電路及 R R C1 用于產(chǎn)生一定頻率的脈沖信號并從 5 腳送至 8 腳。調(diào)節(jié) R2 可對該脈沖信號頻率進行調(diào)整，從而使?jié)穸葌鞲衅鞯木€性 和靈敏度處于較好狀態(tài)；基準(zhǔn)電路和頻率轉(zhuǎn)換電路可將濕度傳感器的電容變化轉(zhuǎn)換成頻率變化，再經(jīng)頻率 —電壓轉(zhuǎn)換電路后從 9 腳輸出與頻率成線性的電壓，然后經(jīng) C3 等濾波后送入 A/D 轉(zhuǎn)換器 ，再進行 A/D 轉(zhuǎn)換以將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。 本設(shè)計 的濕敏傳感器為 MXS 型電容式濕敏傳感器，濕度為 76%RH 時的電容值為 500pF，電容相對變化率為＋ pF/%。當(dāng)濕度為 0%～100%RH 時， 9 腳輸出的相應(yīng)信號頻率為 0～ 1000Hz，精度為 2%， F/V 電路輸出的電壓為 0～ 5V。調(diào)整時，可先設(shè)定濕度為 5%RH，然后調(diào)節(jié) R2，使 9 腳輸出100mV 電壓即可。 主要特性： 1） 與 MCS51 兼容 ； 2） 4K 字節(jié)可編程閃爍存儲器 ； 3） 壽命： 1000 寫 /擦循環(huán) ； 4） 數(shù)據(jù)保留時間： 10 年 傳 傳 傳傳 傳 傳 圖 44 濕度傳感器外觀和內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 報警電路 蜂鳴報警電路是的優(yōu)點是能通過不斷的發(fā)出聲音使人便于及時斷定線路的基于單片機的蔬菜大棚溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計 通斷，發(fā)音元件主要就是蜂鳴器，只要將報警電路接到 35V 直流電源上就能產(chǎn)生 3Hz 左右的震蕩聲響，其電路如圖 45 所示 N P NN P NL A M P+ 5V 圖 45 報警電路 基于單片機的蔬菜大棚溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計 5 系統(tǒng)的軟件設(shè)計 設(shè)計方法 本溫濕度控制系統(tǒng)在設(shè)計過程中，遵循的是穩(wěn)定化、高效化、簡單化、小型化的特點，最大限度提高系統(tǒng)的性價比。應(yīng)用軟件采用模塊化的程序設(shè)計方法，這種條理清晰的設(shè)計方法免去一部分軟件的重復(fù)編程 ，然后組合成符合要求的應(yīng)用程序，因此本應(yīng)用軟件分為兩大部分：主程序和子程序設(shè)計。 主程序的分析與說明 主程序是調(diào)控系統(tǒng)的神經(jīng)中樞，它被 ROM 中，系統(tǒng)上電復(fù)位后執(zhí)行一個跳轉(zhuǎn)指令條通過中斷區(qū)就開始執(zhí)行主程序。 開 始常 數(shù) ， 工 作 內(nèi)存 ， 引 腳 定 義系 統(tǒng) 初 始 化中 斷 向 量調(diào) 用 子 程 序采 集 溫 度 值啟 動 A / D 轉(zhuǎn) 化讀 入 A / D 轉(zhuǎn) 化A / D 轉(zhuǎn) 換 次 數(shù) 3 ?N調(diào) 用 子 程 序 顯示 相 關(guān) 參 數(shù)Y將 采 集 的 數(shù) 據(jù)按 時 間 順 序 送采 集 數(shù) 據(jù) 保 存 完 否 ?N需 向 上 位 機 傳 送Y將 存 儲 器 中 保 存 數(shù)據(jù) 一 次 傳 遞 上 位傳 送 完 畢 ?NYY結(jié) 束N 基于單片機的蔬菜大棚溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計 6 結(jié) 論 經(jīng)過半年的設(shè)計 “蔬菜大棚溫濕度檢測與控制 系統(tǒng) ”的設(shè)計已經(jīng)圓滿結(jié)束，本設(shè)計本著最大限度的節(jié)省人力物力為基礎(chǔ)，方便快捷為目的，加上高效低成本為原則對元件進行了選擇，經(jīng)過半年的設(shè)計本系統(tǒng)以較低的成本和優(yōu)越性得到的廣泛的好評，特別是采用了先進的 “一總線 ”器件進行溫度測量體現(xiàn)了速度快 |、精度高、測點多、布線少等諸多優(yōu)點，可以實現(xiàn)溫濕度的巡回測量和顯示 ，能對超標(biāo)的溫度和濕度及時準(zhǔn)確的報警并同時進行自動選擇性的調(diào)節(jié)處理，大大的提高了蔬菜的成活率以及大幅度減輕管理者的負擔(dān)，使蔬菜種植能獲得一種可觀的經(jīng)濟收益，是大棚蔬菜種植者的首選產(chǎn)品。半年的設(shè)計鍛煉了我的分析問 題解決問題的能力，雖然本設(shè)計已經(jīng)完成，但其中也難免出現(xiàn)不足和漏洞，希老師和讀者指正。 基于單片機的蔬菜大棚溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計 致 謝 經(jīng)過半年的資料收集、 論證和設(shè)計，我的畢業(yè)設(shè)計已經(jīng)圓滿完成，在此對老師的精心 指導(dǎo) 和不厭其煩的講解表示衷心的感謝，在設(shè)計中也幫助我收集材料、進行方案論證并時時督促，特別是在軟件設(shè)計方面，老師 和同學(xué)們