【導(dǎo)讀】計，從而實(shí)現(xiàn)對藏書室室內(nèi)溫濕度的控制。第1—2周：查閱相關(guān)資料并翻譯外文資料；第3—5周：學(xué)習(xí)單片機(jī)的相關(guān)知識，了解單片機(jī)的工作原理。第6—8周：熟悉溫濕度傳感器的管腳特點(diǎn)及工作原理；第9—12周：對系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計，確定最終的硬件結(jié)構(gòu)圖；件進(jìn)行軟件設(shè)計。第16—17周：修改并完成書面論文，準(zhǔn)備答辯。1李全利，仲偉峰，徐軍．單片機(jī)原理及應(yīng)用．清華大學(xué)出版社，溫、濕度監(jiān)控裝置。夠進(jìn)行報警，并啟動相應(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)計思想和設(shè)計方法。在現(xiàn)實(shí)生活中，對于一個比較大的系統(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】 總線并聯(lián)即可。 DS18B20 使用中注意事項(xiàng)： DS18B20 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(diǎn)，但在實(shí)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(jìn)行補(bǔ)償，由于 DS18B20 與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，在對 DS18B20 進(jìn)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。在使用 PL/M、 C 等高級語言進(jìn)行系統(tǒng)程序設(shè)計時，對 DS18B20 操作部分最好采用匯編語言實(shí)現(xiàn)。 2. 在 DS18B20 的有關(guān)資料中均未提及單總線上所 掛 DS18B20 數(shù)量問題，容易使人誤認(rèn)為可以掛任意多個 DS18B20，在實(shí)際應(yīng)用中并非如此。當(dāng)單總線上所掛 DS18B20 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(diǎn)在 19 進(jìn)行多點(diǎn)測溫系統(tǒng)設(shè)計時要加以注意。 3. 連接 DS18B20 的總線電纜是有長度限制的。試驗(yàn)中，當(dāng)采用普通信號電纜傳輸長度超過 50m 時，讀取的測溫數(shù)據(jù)將發(fā)生錯誤。當(dāng)將總線電纜改為雙絞線帶屏蔽電纜時，正常通訊距離可達(dá) 150m，當(dāng)采用每米絞合次數(shù)更多的雙絞線帶屏蔽電纜時，正常通訊距離進(jìn)一步加長。這種情況主要是由總線分布電容使信號波形產(chǎn)生畸變 造成的。因此，在用 DS18B20 進(jìn)行長距離測溫系統(tǒng)設(shè)計時要充分考慮總線分布電容和阻抗匹配問題。 4. 在 DS18B20 測溫程序設(shè)計中，向 DS18B20 發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令后，程序總要等待 DS18B20 的返回信號，一旦某個 DS18B20 接觸不好或斷線，當(dāng)程序讀該 DS18B20 時，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)計時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，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 時高分子介電常數(shù)； a—常數(shù) ； uW — %u RH 時高分子單位質(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)時間，專利設(shè)計的固態(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 上的自動插件和自動裝配過程等。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)橛嬎銠C(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，雙極型時基電路 VCC 的范圍是 ~ 16V，CMOS 型時基電路 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，則時基電路不工作，此時不論、TH 處于何電平，時基電路輸出為 “ 0” ，該端不用時應(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)部兩個比較器的基準(zhǔn)電壓，當(dāng)該端不用時，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，用做定時器時電容的放電。 該振蕩電路兩個暫穩(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 放電時間后， Uc下降到比較器的低觸發(fā)電平，約 Vs，此時輸出引腳 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. 被動顯示型 (無眩光，不刺激人眼，不會引起眼睛疲勞 ) 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)是由兩個行業(yè)協(xié)會共同制訂和開發(fā)的，即 EIA電子工業(yè)協(xié)會和 TIA 通訊工業(yè)協(xié)會。 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，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)?？梢砸姷骄哂?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 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硬件的組成， 本章主要介紹了此次設(shè)計的硬件設(shè)施，包括單片機(jī)的特點(diǎn)及使用 ， 并對各個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，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 主程序 設(shè)計 軟 件用匯編語言編程，采用模塊化設(shè)計方法。包括主程序、 溫濕度檢測程序、定時驅(qū)動程序、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警設(shè)置值，發(fā)現(xiàn)超限則蜂鳴器報警提示 ； 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，除定時器 T0 外，禁止所有的中斷，并同時斷開各電器的電源。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，除定時器下 0 外，禁止所有的中斷，并 同時斷開各電器的電源。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