【導(dǎo)讀】此裝置不僅能實(shí)現(xiàn)溫、濕度檢測、溫濕度實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)和顯。夠進(jìn)行報(bào)警，并啟動(dòng)相應(yīng)的裝置從而改變室內(nèi)溫度。點(diǎn)，具有一定的推廣價(jià)值。單片機(jī)具有體積小、重量輕、耗電少、功能強(qiáng)、控。制靈活方便且價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。單片機(jī)的應(yīng)用正從根本上改變著傳統(tǒng)的控制系。統(tǒng)設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法。在現(xiàn)實(shí)生活中，對于一個(gè)比較大的系統(tǒng)，人們往往采。用微機(jī)進(jìn)行控制，小一些的系統(tǒng)較多采用51或96等系列的單片機(jī)。

　　

【正文】 等待 DS18B20 的返回信號，一旦某個(gè) DS18B20 接觸不好或斷線，當(dāng)程序讀該 DS18B20 時(shí)，將沒有返回信號，程序進(jìn)入死循環(huán)。這一點(diǎn)在進(jìn)行 DS18B20硬件連接和軟件設(shè)計(jì)時(shí)也要給予一定的重視。 測濕度電路 測量空氣濕度的方式很多，其原理是根據(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、電阻式和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)、電阻率和體積隨之發(fā)生變化而進(jìn)行濕度測量的。 電容式濕度傳感器用的電介質(zhì)通常有兩類 ： 高分子有機(jī)介質(zhì)和陶瓷。早期感濕膜多采用醋酸纖維素及其衍生物，目前大多采用的是醋酸丁酸纖維素、聚酞業(yè)胺，電容型濕敏材料常見的還有聚 苯乙烯、酪酸醋酸纖維等感濕材料。 電容式濕度傳感器電極間的高分子感濕材料吸附環(huán)境中的水分子時(shí)，其介 電常數(shù)隨之變化， 其電容量 puC 可由下式表示 0pu uSC d??? （ 31） 式中 0? —真空介電常數(shù) ； u? —相對濕度 %U RH 時(shí)高分子的介點(diǎn)常數(shù)； S —電容式傳感器有 效電容面積； d —高分子感濕膜厚度。 其中 2u r u H oaW? ? ??? （ 32） r? —0%RH 時(shí)高分子介電常數(shù)； a—常數(shù) ； uW— %u RH 時(shí)高分子單位質(zhì)量所吸附水分子質(zhì)量； 2Ho?—高分子中吸附水的介點(diǎn)常數(shù)。 本系統(tǒng)中選用的濕度傳感器為 HS1101，其 主要 特點(diǎn)是： 不需校準(zhǔn)的完全互換性，高可靠性和長期穩(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，適用于線性電壓輸出和頻率輸出兩種電路，適宜于制造流水線 20 上的自動(dòng)插件和自動(dòng)裝配過程等。圖 36 濕敏電容工作的溫、濕度范圍 。圖 37濕度 電 容響應(yīng)曲 線。 根據(jù)圖中顯示，可以知道： HS1101 的 相對濕度在 0% ~ 100%RH 范圍內(nèi) ；電容量由 162pF 變到 200pF， 其誤差不大于士 2%RH； 響應(yīng)時(shí)間小于 5s； 溫度系數(shù)為 ℃ ， 可見精度是較高的。 圖 36 濕敏電容工作的 范圍。 圖 37 濕度 電容響應(yīng)曲線 HS1101 電容傳感器，在電路構(gòu)成中等效于一個(gè)電容器件，其電容量隨著所測空氣濕度的增大而增大。如何將電容的變化量準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)變?yōu)橛?jì) 算機(jī)易于接受的信號，常用兩種方法 ： 一是將該濕敏電容置于運(yùn)放與阻容組成的橋式振蕩電0 20 40 60 80 100 200 190 180 170 160 相對濕度 % 電容/PF 40 20 0 20 40 60 80 100 100 75 50 25 0 非常穩(wěn)定區(qū) 非正常區(qū) 長期穩(wěn)定區(qū) 相對濕度% 21 路中，所產(chǎn)生的正弦波電壓信號經(jīng)整流、直流放大、再 AID 轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號 ：另一種是將該 濕敏電容置于 555 振蕩電路中，將電容值的變化轉(zhuǎn)為與之呈反比的電壓頻率 信號，可直接被計(jì)算機(jī)所采集。 頻率輸出的 555 測量振蕩電路如圖 38 所示。集成定時(shí)器 555 芯片外接電阻 R4, R2 與濕敏電容 C，構(gòu)成了對 C 的充電回路。 7 端通過芯片內(nèi)部的晶體管對地短路又構(gòu)成了對 C 的放電回路，并將引腳 6 端相連引入到片內(nèi)比較器，便成為一個(gè)典型的多諧振蕩器，即方波發(fā) 生器。另外， R3 是防止輸出短路的保護(hù)電阻， R1 用于平衡溫度系數(shù)。 圖 313 555 振蕩電路 它的各 個(gè)引腳功能如下： 1 腳：外接電源負(fù)端 VSS 或接地，一般情況下接地。 8 腳：外接電源 VCC，雙極型時(shí)基電路 VCC 的范圍是 ~ 16V，CMOS 型時(shí)基電路 VCC 的范圍為 3 ~ 18V。一般用 5V。 3 腳：輸出端 V。 2 腳：低觸發(fā)端 。 6 腳： TH 高觸發(fā)端 。 4 腳：是直接清零端。當(dāng)端接低電平，則時(shí)基電路不工作，此時(shí)不論、TH 處于何電平，時(shí)基電路輸出為 “ 0” ，該端不用時(shí)應(yīng)接高電平。 5 腳： VC 為控制電壓端。若此端外接電壓，則可改變內(nèi)部兩個(gè)比較器的基準(zhǔn)電壓，當(dāng)該端不用時(shí)，應(yīng)將該端串入一只 電容接地，以防引入 干擾。 7 腳：放電端。該端與放電管集電極相連，用做定時(shí)器時(shí)電容的放電。 該振蕩電路兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)的交替過程如下 :首先電源 Vs 通過 R4， R2 向 C 充電，經(jīng) t 充電時(shí)間后， Uc 達(dá)到芯片內(nèi)比較器的高觸發(fā)電平 ，約 0. 67Vs，此時(shí)輸出引腳 3 端由高電平突降為低電平，然后通過 R2 放電，經(jīng) t 放電時(shí)間后， Uc下降到比較器的低觸發(fā)電平，約 Vs，此時(shí)輸出引腳 3 端又由低電平躍升為高電平。如此翻來覆去，形成方 波輸出。其中，充 放電時(shí)間為： 22 2ln)( 24 RRCt ??充電 （ 33） 2ln2CRt ?放電 （ 34） 因而，輸出的方波頻率為 ? ?2ln)(11 24 RRCf tt ???? ）放電充電（ （ 35） 可見，空氣濕度通過 555 測量振蕩電路就轉(zhuǎn)變?yōu)榕c之成反比的頻率信號 鍵盤 為了完 成預(yù)定值設(shè)置，控制器中設(shè)置了 3 個(gè)按鍵，分別為 附圖 中 S1, S2 和S3，依次代表功能鍵、加 1 鍵和減 1 鍵，用來設(shè)置溫濕度的上下限值。 S1 功能鍵以其按下的次數(shù)來區(qū)分功能鍵的多種功能。當(dāng)功能鍵第一次被按下時(shí)一數(shù)碼管顯不調(diào)整低溫加熱下限符號及低溫加熱的下限值，按加 1 減 1 鍵使該值符合要求后，再按一下功能鍵后，則數(shù)碼管將顯不需調(diào)整的低溫加熱上限 符號及低溫加熱的上限值，按加 1 減 1 鍵使該值符合要求，這樣依次類推。設(shè)定完最后一個(gè)參數(shù)后，再按 1 次功能鍵系統(tǒng)將進(jìn)入監(jiān)控狀態(tài)。 顯示 LCD LCD 液晶顯示器是 Liquid Crystal Display 的簡稱， LCD 的構(gòu)造是在兩片平行的玻璃當(dāng)中放置液態(tài)的晶體，兩片玻璃中間有許多垂直和水平的細(xì)小電線，透過通電與否來控制桿狀水晶分子改變方向，將光線折射出來產(chǎn)生畫面。比 CRT 要好的多，但是價(jià)錢較其貴。 LCD 顯示具有以下特點(diǎn)： 1. 低壓微功耗 2. 平板型結(jié)構(gòu) 3. 被動(dòng)顯示型 (無眩光，不刺激人眼，不會(huì)引起眼睛疲勞 ) 4. 顯示信息量大 (因?yàn)橄袼乜梢宰龅煤苄?) 23 5. 易于彩色化 (在色譜上可以非常準(zhǔn)確的復(fù)現(xiàn) ) 6. 無電磁輻射 (對人體安全，利于信息保密 ) 7. 長壽命 上位機(jī)通信 RS485 標(biāo)準(zhǔn)是由兩個(gè)行業(yè)協(xié)會(huì)共同制訂和開發(fā) 的，即 EIA電子工業(yè)協(xié)會(huì)和 TIA 通訊工業(yè)協(xié)會(huì)。 EIA 曾經(jīng)在它所有標(biāo)準(zhǔn)前面加上 RS 前綴英文Rmended standard 的縮寫，因此許多工程師一直延用這種名稱 在要求通信距離為幾十米到上千米時(shí)，廣泛采用 RS485串行總線標(biāo)準(zhǔn)。 RS485 采用平衡發(fā)送和差分接收，因此具有抑制共模干擾的能力。加上總線收發(fā)器具有高靈 敏度，能檢測低至 200mV 的電壓，故傳輸信號能在千米以外得到恢復(fù)。 RS485 采用半雙工工作方式，任何時(shí)候只能有一點(diǎn)處于發(fā)送狀態(tài)，因此，發(fā)送電路須由使能信號加以控制。 RS485 用于多點(diǎn)互連時(shí)非常方便，可以省掉許多信號線。 RS485 總線作為一種多點(diǎn)差分?jǐn)?shù)據(jù)傳輸?shù)碾姎庖?guī)范規(guī)，已成為業(yè)界應(yīng)用最為廣泛的標(biāo)準(zhǔn)通信接口之一。這種通信接口允許在簡單的一對雙絞線上進(jìn)行多點(diǎn)雙向通信，它所具有的噪聲抑制能力、數(shù)據(jù)傳輸速率、電纜長度及可靠性是其他標(biāo)準(zhǔn)無法比擬的。正因?yàn)榇?，許多不同領(lǐng)域都采用 RS485 作為數(shù)據(jù)傳輸鏈路。例如：汽車電子、電信設(shè)備局域網(wǎng)、智能樓宇等都經(jīng)?？?以見到具有 RS485 接口電路的設(shè)備。這項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)得到廣泛接受的另外一個(gè)原因是它的通用性 RS485 標(biāo)準(zhǔn)只對接口的電氣特性做出規(guī)定，而不涉及接插件電纜或協(xié)議，在此基礎(chǔ)上用戶可以建立自己的高層通信協(xié)議 。 表 320 RS485 接口 9 引腳標(biāo)準(zhǔn)連接器引腳說明 引腳 符號簡稱 說明 1 Shied 屏蔽地 2 RTS+ 請求發(fā)送 + 3 RTS 請求發(fā)送 4 TXD+ 發(fā)送數(shù)據(jù) + 5 TXD 發(fā)送數(shù)據(jù) 6 CTS+ 允許發(fā)送 + 7 CTS 允許發(fā)送 8 RXD+ 接收數(shù)據(jù) + 9 RXD 接收數(shù)據(jù) 由于主控機(jī)是 PC 機(jī)，它只有標(biāo)準(zhǔn)的 RS232 接口，因此需要一個(gè) 232/485轉(zhuǎn)換設(shè)備才能接入 485 總線網(wǎng)絡(luò)，從而和網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備通信。 24 232 轉(zhuǎn) 485 本章小結(jié) 本章主要介紹了具體各個(gè)硬件的組成， 本章主要介紹了此次設(shè)計(jì)的硬件設(shè)施，包 括單片機(jī)的特點(diǎn)及使用 ， 并對各個(gè)元件及功能做了介紹，包括溫度傳感器 DS18B20 和 SH1101 濕度傳感器 如何利用單片機(jī)進(jìn)行溫度濕度控制。 該系統(tǒng)可以和上位機(jī)進(jìn)行通信，使用戶更方便地查看、查詢數(shù)據(jù)，十分適合用戶操作。同時(shí)，它所具有的遠(yuǎn)距離通信功能實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)距離觀測和控制，為現(xiàn)代化溫室群的集散管理提供了必要的條件。 25 第 4章 系統(tǒng) 軟件設(shè)計(jì) 主程序 設(shè)計(jì) 軟 件用匯編語言編程，采用模塊化設(shè)計(jì)方法。包括主程序、 溫濕度檢測程序、定時(shí)驅(qū)動(dòng)程序、顯示子程序等。主程序以循環(huán)方式工作，完成中斷初始化、鍵盤掃描、溫濕度檢測、語音處理及顯示子 程序的循環(huán)調(diào)用。 該系統(tǒng) 軟件主要由主程序、數(shù)據(jù)采集、顯示子程序、報(bào)警程序等模塊組成，因?yàn)?C 語言編寫的軟件易于實(shí)現(xiàn)模塊化，生成的機(jī)器代碼質(zhì)量高 ,可讀性強(qiáng)、移植好，所以本系統(tǒng)的軟件采用 C 語言編寫，以 Keiln Vision3 為開發(fā)環(huán)境系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)的功能 ： 1. 通過 溫度、濕度傳感器對室內(nèi)溫度、濕度進(jìn)行采樣； 2. LCD 顯示 當(dāng) 前的 溫濕度值 ； 3. 比較監(jiān)測到的溫濕度值和報(bào)警設(shè)置值，發(fā)現(xiàn)超限則蜂鳴器報(bào)警提示 ； 4. 根據(jù)相應(yīng)的溫濕度值控制溫濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)運(yùn) 行根據(jù) 溫度和濕度的實(shí)際值對光電隔離開關(guān)進(jìn)行控制 ； 5. 系統(tǒng)定期把相關(guān)溫 度、 濕度數(shù)據(jù)通過串行通信傳給上位機(jī) PC 機(jī) ； 軟件用匯編語言編程，采用模塊化設(shè)計(jì)方法。包括主 程序、中斷服務(wù)程序、溫濕度檢測程序、顯示子程序等。主程序以循環(huán)方式工作，完成初始化、溫濕度檢測 及顯示子程序的循環(huán)調(diào)用。 主程序是控制和管理的核心。系統(tǒng)上電后進(jìn)行初始化定時(shí)器和中斷處理操作。初始化主要完成對溫濕度的設(shè)定和初次檢查，除定時(shí)器 T0 外，禁止所有的中斷，并同時(shí)斷開各電器的電源。初始化完成后，系統(tǒng)開始正常運(yùn)轉(zhuǎn)。進(jìn)行溫濕度檢測、 數(shù)據(jù)比較、顯示 鍵盤 及報(bào)警系統(tǒng) 等操作。 主程序是控制和管理的核心。系統(tǒng) 上電后進(jìn)行初始化定時(shí)器和中斷處理操作。初始化主要完成對溫濕度的設(shè)定和初次檢查，除定時(shí)器下 0 外，禁止所有的中斷，并同時(shí)斷開各電器的電源。初始化完成后，系統(tǒng)開始正常運(yùn)轉(zhuǎn)。進(jìn)行溫濕度檢測、鍵盤掃描及定時(shí)處理等操作。 由于篇幅限制，主程序只給出圖 41 所示的流程圖。 26 本設(shè)計(jì)主程序包含初始化模塊，溫、濕度檢測模塊，溫、濕度參數(shù)顯示模塊，報(bào)警顯示模塊，執(zhí)行模塊。各模塊功能如下： 1． 初始化模塊，負(fù)責(zé)調(diào)用初始化系統(tǒng)子程序，初始化相關(guān) I/O 端。 2． 溫、濕度檢測模塊，負(fù)責(zé)調(diào)用溫度檢測子程序和濕度檢測子程序，溫度檢測程序 從初始化溫度傳感器 DS18B20 開始，啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換，等待轉(zhuǎn)換完成，讀取 9 位二進(jìn)制代碼，處理數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的溫度值 ； 濕度檢測程序從初始化濕度傳感器 HS1101 開始，計(jì)算濕度信號的頻率并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的濕度值。 3． 溫、濕度參數(shù)顯示模塊，負(fù)責(zé)調(diào)用鍵盤顯示驅(qū)動(dòng)芯片 LCD 顯示參數(shù)子程序，啟動(dòng)顯示驅(qū)動(dòng)，進(jìn)人顯示程序，送溫、濕度值。 4． 報(bào)警顯示和執(zhí)行模塊，負(fù)責(zé)調(diào)用報(bào)警顯示和執(zhí)行子程序，執(zhí)行程序和報(bào)警顯示程序從判斷是否超限開始，只要溫、濕度 任何一個(gè)參數(shù)超過了限值，便進(jìn)人到控制執(zhí)行程序和報(bào)警 程序。 27 溫濕度檢測模塊 系統(tǒng)啟動(dòng) 溫度采樣 溫度超標(biāo)？ 關(guān)閉加溫裝置 打開加溫裝置 濕度采樣 濕度超標(biāo)？ 關(guān)閉加濕裝置 打開加濕裝置 Y Y N N 28 顯示報(bào)警模塊 初始化 設(shè)置采樣數(shù)和通道數(shù) A/D 轉(zhuǎn)化 采滿 8 次 更換 A/D 通道 4 個(gè)通道采樣完 數(shù)字濾波 記錄存入 EPROM 顯