【正文】 腳驅(qū)動(dòng)為低電平 15μ s，以讀取 I/O 腳狀態(tài)。在讀時(shí)間隙的結(jié)尾， I/O 引腳將被外部上拉電阻拉到高電平。所有讀時(shí)間隙必須最少 60μ s，包括兩個(gè)讀周期間至少 1μ s 的恢復(fù)時(shí)間。 HS1101 簡(jiǎn)介 概述 HUMIREL 濕度傳感器 HS1101/HS1100 第三章 設(shè)計(jì)原理 19 基于獨(dú)特工藝設(shè)計(jì)的電容元件，這些相對(duì)濕度傳感器可以大批量生產(chǎn)?？梢詰?yīng)用于辦公自動(dòng)化， 車廂內(nèi)空氣質(zhì)量控制，家電，工業(yè)控制系統(tǒng)等。在需要濕度補(bǔ)償?shù)膱?chǎng)合 也可以得到很大的應(yīng)用。 特點(diǎn)： 全互換性 在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下不需校正 長(zhǎng)時(shí)間飽和下快速脫濕 可以自動(dòng)化焊接，包括波峰焊或水浸 高可靠性與長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定性 專利的固態(tài)聚合物結(jié)構(gòu) 可用于線性電壓或頻率輸出回爐 快速反應(yīng)時(shí)間 HS1101 工作原理 溫度檢測(cè)采用 HS1101 型溫度傳感器， HS1101 是 HUMIREL公司生產(chǎn)的變?nèi)菔较鄬?duì)濕度傳感器，采用獨(dú)特的工藝設(shè)計(jì)。 設(shè)計(jì)的電路如圖 34所示。 圖 34 濕度測(cè)量電路 555芯片外接電阻 R57， R58與 HS1101，構(gòu)成對(duì) HS1101的充電回路。 7端通過(guò)芯片內(nèi)部的晶體管對(duì)地短路實(shí)現(xiàn)對(duì) HS1101 的放電回路，并將引腳 2， 6 端相連引入到片內(nèi)比較器，構(gòu)成一個(gè)多諧波振蕩器。 HS1101作為一個(gè)變化的電容器，仿真圖中由 Cx代替，連接 2和 6引腳。 石河子大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 20 充電、放電時(shí)間分別為 t 充電 =Cx(R2 +R1 ) ln2 t 放電 =CxR1 ln2 由 圖附 21 HS1101 濕度與電容的函數(shù)關(guān)系 可知相對(duì)濕度與電容的關(guān)系可看成直線段，所以有 f= 1 /(t 充電 +t 放電 )= 1 /[Cx(R2+2R1)ln2)] =[(R1+2R2)Cx] 如果 R1=560K,R2=560K 那么 f=[(1680)K*C] 已知 Cx:161pF～ 193pF 則有 f:5334Hz~4449Hz 又 RH=0~100%由此可以看出，空氣相對(duì)濕度與 555 芯片輸出頻率存在一定線性關(guān)系?？梢酝ㄟ^(guò)微處理器采集 555芯片的頻率，然后查表即可得出相對(duì)濕度值。 第 四 章 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 21 第四章 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 系統(tǒng)組成 整個(gè)系統(tǒng)硬件由 三 大 部分組成： 以 DS18B20 和 HS1101 溫 濕 度傳感器 為主的溫 濕 度測(cè)量傳感部分 、 以 STC89C52 單片機(jī)為主的控制部分 、 以 1602 液晶顯示器為主的顯示部分 。 系統(tǒng)程序分傳感器控制程序和顯示器程序兩部分，傳感器控制程序是按照DS18B20 的通信協(xié)議編制。系統(tǒng)的工作是在程序控制下，完成對(duì)傳感器的讀寫和對(duì)溫度的顯示。 整個(gè)系統(tǒng)的 電 路原理 圖如圖 41 所示： 圖 41 系統(tǒng)電路原理圖 溫度測(cè)量傳感部分 溫度傳感器 DS18B20將被測(cè)環(huán)境溫度轉(zhuǎn)化成帶符號(hào)的 數(shù)字信號(hào)（以十六位補(bǔ)石河子大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 22 碼形式，占兩個(gè)字節(jié)） 向控制系統(tǒng)傳輸。 輸出腳 I/O直接與單片機(jī)的 。 RP1為上拉電阻，傳感器采用外部電源供電 ， 在 I/O線上不要求強(qiáng)的上拉。使總線上主機(jī)不需向上連接便在溫度變換期間使線保持高電平，這就允許在變換時(shí)間內(nèi)其它數(shù)據(jù)在單線上傳送。 濕度測(cè)量傳感部分 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多諧震蕩電路檢測(cè)到頻率，然后由單片機(jī)計(jì)算的電容值，再根據(jù)電容值算出相應(yīng)的濕度值 ，這樣能較精確的測(cè)出當(dāng)前環(huán)境的相對(duì)濕度。 控制部分 STC89C52是整個(gè)裝置的控制核心， STC89C52內(nèi)帶 8K字節(jié)的 FlashROM，EA/VPP接高電平使 CPU在地址小于 8K時(shí)訪問(wèn)內(nèi)部存儲(chǔ)器，控制 程序 就可以 存放在FlashROM內(nèi)，而無(wú)須外接片外存儲(chǔ)器。 Y1為 12MHZ晶振與 STC89C52的 XTAL1和XTAL2引腳相連為系統(tǒng)提供時(shí)鐘頻率。 C3和 R5構(gòu)成上電復(fù)位電路， C2手動(dòng)上電復(fù)位開(kāi)關(guān)。 蜂鳴器電路原理 蜂鳴器額定電流 IB≤ 30mA，而對(duì)于 AT89S52單片機(jī)， P1口的灌電流為 1． 6mA，拉電流為 60μ A，由此可見(jiàn)，僅靠單片機(jī)的 P1口電 流是不能驅(qū)動(dòng)蜂鳴器的，必須使用集晶體管放大電路，為了使單片機(jī)消耗的功率更小，所以使用 PNP型晶體管9012。 顯示部分 顯示器模塊由 1602液晶顯示器及其相配套的 控制器、驅(qū)動(dòng)器（ driver）和偏壓產(chǎn)生電路構(gòu)成 。可同時(shí)顯示兩行字符。顯示器的 BD0～ BD7引腳與 STC89C52的 P0口連接，完成數(shù)據(jù)傳輸。 電源部分 系統(tǒng)電源部分采用的是 4節(jié) ，能為系統(tǒng)提供穩(wěn)定的 5V電壓。 第 四 章 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 23 軟件流程圖 圖 41 主程序流程圖 主程序開(kāi)始 讀取溫濕度報(bào)警線 確定定時(shí)器工作方式 18B20 初始化 系統(tǒng)初始化 1S 標(biāo)志到 ？ 鍵盤處理子程序 獲取計(jì)算，顯示溫濕度信息 N 修改報(bào)警線子程序 Y 石河子大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 24 K0 鍵盤處理子程序 K1 鍵盤處理子程序 K1 程序處理入口 延遲去抖動(dòng) K1 按下？ K1 按下？ 溫度報(bào)警線 減 1 菜單 是 1？ 濕度 報(bào)警線 減 1 菜單 是 2？ K1 程序處理返回 Y Y N N N N Y Y Y K0 程序處理入口 延遲去抖動(dòng) K0 按下？ K0 按下？ 溫度報(bào)警線加 1 菜單 是 1？ 濕度 報(bào)警線加 1 菜單 是 2？ K0 程序處理返回 Y Y N N N N Y 第四章 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 25 溫度采集流程圖 圖 42 子程序流程圖 主程序開(kāi)始，單片機(jī)將溫濕度預(yù)警線和當(dāng)前溫濕度數(shù)據(jù)顯示在 1602 液晶屏上。如果 K3 鍵按下，則進(jìn)行溫濕度報(bào)警線的修改，如果按下 K1 鍵，則溫度報(bào)警線加1，如果按下 K2 鍵，則溫度報(bào)警線減 1；再次按下 K3 鍵，光標(biāo)閃爍到濕度報(bào)警線，如 果按下 K1 鍵，則濕度報(bào)警線加 1，如果按下 K2 鍵，則濕度報(bào)警線減 1；再次按下 K3，液晶屏正常顯示溫濕度。 系統(tǒng)總的程序設(shè)計(jì) 見(jiàn)附錄附 1 開(kāi)始 初始化 18B20 跳過(guò)讀序列號(hào)，啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換 跳過(guò)讀序列號(hào)，讀取溫度值 處理返回溫度值 溫度是否為正？ 正負(fù)溫度標(biāo)志位置 1置 2 返回 正負(fù)溫度標(biāo)志位置 0置 2 N Y 石河子大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 26 讀取溫度數(shù)據(jù)子程序的設(shè)計(jì) 本節(jié)的主要實(shí)現(xiàn)功能為：將傳感器檢測(cè)到的數(shù)據(jù)信息讀出并存于數(shù)據(jù)緩沖器中 。 _18B20_read() //讀出溫度函數(shù) { _18B20_reset()。 //總線復(fù)位 _18B20_delay(200)。 _18B20_write(0xcc)。 //發(fā)命令 _18B20_write(0x44)。 //發(fā)轉(zhuǎn)換命令 _18B20_reset()。 _18B20_delay(1)。 _18B20_write(0xcc)。 //發(fā)命令 _18B20_write(0xbe)。 temp_data[0]=_18B20read_byte()。 //讀溫度值的低字節(jié) temp_data[1]=_18B20read_byte()。 //讀溫度值的高字節(jié) temp=temp_data[1]。 temp=8。 temp=temp|temp_data[0]。 // 兩字節(jié)合成一個(gè)整型變量。 return temp。 //返回溫度值 } 數(shù)據(jù)比較程序的設(shè)計(jì) 本節(jié)的主要實(shí)現(xiàn)功能為：將環(huán)境數(shù)據(jù)與所設(shè)置的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較 ，當(dāng)所測(cè)溫度高于設(shè)定值時(shí)，蜂鳴器會(huì)報(bào)警。 if((RH=Rset)||(_1820display[4]=Tset)) beep=0。 else beep=1。 數(shù)據(jù)設(shè)置程序的設(shè)計(jì) 本 節(jié)的主要實(shí)現(xiàn)功能為：利用“增”、“減”和“切換”三個(gè)按鍵，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)溫、濕度 的設(shè)置 。當(dāng) 按“ 切換 ”鍵后 ， 進(jìn)行溫度的設(shè)置 ， 此時(shí)按“增”鍵 ， 每按一次 ， 溫度增加 1 度 ，再次按“切換”鍵后，進(jìn)行濕度的設(shè)置， 此時(shí)按“增”鍵 ，每按一次 ，濕 度增加 1 度 ， 反之 ， 按“減”鍵時(shí) ， 相應(yīng)減 1 度。再次按下“切換”鍵 時(shí) ，就會(huì) 自動(dòng)退出設(shè)置狀態(tài) ， 進(jìn)入工作狀態(tài) 。 第四章 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 27 if(!K2) //如果按下 K2 { dellay(500)。 //延時(shí)去抖動(dòng) menu++。 //菜單加一 if(menu==3) //如果菜單加到 3 { Sector_erase(0x2022)。 //擦除扇區(qū) 2022 Byte_program(0x2022,Tset)。 //將 0X2022 地址寫入數(shù)據(jù) Tset Sector_erase(0x2200)。 //擦除扇區(qū) 2200 Byte_program(0x2200,Rset)。 //將 0X2200 地址寫入數(shù)據(jù) Rset menu=0。 //回到菜單 0 } while(!K2)。 //等待 K2 釋放 } if(!K0) //如果按下 K0 { dellay(500)。 //延時(shí)去抖動(dòng) if(menu==1) //如果是菜單 1 Tset++。 //溫度報(bào)警線加 1 else if(menu==2)//如果是菜單 2 Rset++。 //濕度報(bào)警線加 1 while(!K0)。 //等待 K0 釋放 } if(!K1) //如果按下 K1 { dellay(500)。 //延時(shí)去抖動(dòng) if(menu==1) //如果是菜單 1 Tset。 //溫度報(bào)警線減 1 else if(menu==2)//如果是菜單 2 Rset。 //濕度報(bào)警線減 1 while(!K1)。 //等待 K1 釋放 } 石河子大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 28 軟件仿真 軟件仿真結(jié)果如圖 41 所示 圖 41 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的軟件仿真 通過(guò)該仿真圖，我們能看到 LCD 上有 2 排數(shù)據(jù)顯示，第一排顯示的是預(yù)設(shè)的溫度報(bào)警線和濕度報(bào)警線，第二排顯示的是當(dāng)前實(shí)際測(cè)出的溫 度和濕度數(shù)據(jù)，當(dāng)溫度或者濕度超過(guò)預(yù)警線，便會(huì)觸發(fā)報(bào)警，圖中 D1 表示報(bào)警系統(tǒng)。因?yàn)楫?dāng)前的溫度較高，所以我們需要降溫， D5 發(fā)光；濕度太低，我們需要加濕， D2 發(fā)光。 硬件調(diào)試 在實(shí)際的電路焊接中加了一個(gè)蜂鳴器作為報(bào)警器，為外電源預(yù)留了接頭；溫度傳感器和濕度傳感器分別在單片機(jī)兩側(cè)，以防止相互之間的干擾。在電路板上設(shè)置了三個(gè)按鈕，來(lái)改變預(yù)設(shè)值。在液晶顯示器附近接通一個(gè)滑動(dòng)變阻器，用來(lái)改變顯示器的亮度。 第四章 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 29 圖 42 接上外電源和溫度傳感器 電路測(cè)試 通過(guò)上電測(cè)試寢室室溫和 濕度，可以看出溫度顯示精度為 ℃，顯示刷新時(shí)間約為 1s。測(cè)試宿舍溫度約為 26℃，