【正文】 //設置溫度值 int hsheding=60。 int hhhh=0。 uint temp0,temp1。//溫度值 uchar tflag。 uchar data disdata2[4]。 uchar code str2[]={Shid:}。//溫度報警接口 sbit HBJ=P2^5。 sbit Sjian=P3^3。//按鍵接口 sbit SH=P0^1。 sbit EN=P3^7。//DS18B20 與單片機連接口 sbit RS=P3^0。 最后感謝我的母校哈爾濱理工大學四年來對我的大力 栽培。她的治學嚴謹和科學研究的精神也是我永遠學習的榜樣，并將積極影響我今后的學習和工作。 在這里首先要感謝我的導師馮老師。只是在控制方面顯得不足，希望以后能夠能有機會繼續(xù)完善。同時由于濕度傳感器通過振蕩器的頻率計算濕度值會避免不了的產(chǎn)生誤差。在設計中，首先是電源模塊選擇 供電，溫濕度傳感器選擇了當前主流的數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 和濕敏濕度傳感器 HS1101，經(jīng)過多方面的查找資料，請教老師和同學，掌握對溫濕度的采集的方法。在 STC89C52 單片機中，對送過來的數(shù)據(jù)進行處理和分析，并將數(shù)據(jù)通過 LCD 顯示電路顯示。本課題主要完成了以下工作： 分析了國內(nèi)外溫濕度測量技術現(xiàn)狀，提出了設計一種基于無線傳感器網(wǎng)絡的溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)以 STC89C52 單片機為核心，主要由 LCD 顯示電路、鍵盤控制、 DS18B20 溫度傳感器、 HS1101 濕度傳感器、報警系統(tǒng)、無線模塊等組成。 哈爾濱理工大學學 士學位論文 29 結(jié)論 溫度、濕度測量 廣泛應用于氣象監(jiān)測、食品倉儲、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、工業(yè)控制、科學研究以及日常生活當中。 哈爾濱理工大學學 士學位論文 27 開 始配 置 NRF24L01 為 接 收 模 式接 收 溫 度 數(shù) 據(jù)讀 取 溫 度 值接 收 濕 度 數(shù) 據(jù)讀 取 濕 度 值把 數(shù) 據(jù) 上 傳 到 PC 機 圖 48 接收模塊程序流程圖 報警子程序 首先判斷所測得的溫濕度值是否超過設定的上限，如若超過所設定的上限則輸出高電平，驅(qū)動蜂鳴器報警，如若未超過設定上限則輸出低電平不報警。最后單片機把數(shù)據(jù)經(jīng)串口傳輸給 PC 機，在 PC 機上顯示溫度值和濕度值。 發(fā)送 具體程序流程圖如 圖 47 所示。 分 別設置溫度的加減和濕度的加減， 程序流程圖如圖 46 所示。初始化時第一行顯 示 “wend”，第二行顯示 “shid”，然后根據(jù)溫度的測得值及其正負將測得溫度值和設定溫度值在第一行，并將測得的頻率值轉(zhuǎn)換為相對濕度值，并將其和濕度設定值顯示在第二行，顯示子程序流程圖如圖 45 所示。 哈爾濱理工大學學 士學位論文 23 開 始初 始 化 D S 1 8 B 2 0跳 過 讀 R O M啟 動 溫 度 轉(zhuǎn) 換初 始 化 D S 1 8 B 2 0讀 取 溫 度返 回 主 菜 單NNYY 圖 42 溫度采集 開 始D Q 置 高 電 平延 時D Q 復 位延 時 大 于 4 8 0 m sD Q 拉 高 電 平延 時 1 5 6 0 m sD Q 為 低 電 平結(jié) 束YN 圖 43 DS18B20 初始化 濕度模塊程序設計 濕度模塊主要是利用定時器 T0 和 T1 對 555 的輸出頻率進行測量，在該塊程序設計中，我們選取 T0 做定時器，定時時間是 50ms，而選擇 T1 做計數(shù)器，每當 T0 定時時間到就讀取 T1 的計數(shù)值，然后將 T1 的計數(shù)值乘以20 就可得到 555 芯片的輸出頻率，可進行數(shù)據(jù)處理進而得到相對濕度值，濕度測量程序流程圖如圖 44 所示。 12位轉(zhuǎn)化后得到的 12 位數(shù)據(jù)，存儲在 DS18B20 的兩個 8B 的 RAM 中，二進制中的前面 5 位是符號位，如果測得的溫度大于 0，這 5 位為 0，只要將測到的數(shù)值乘于 即可得到實際溫度；如果溫度小于 0，這 5 位為 1，測到的數(shù)值需要取反加 1，程序中對于溫度小于 0 的情況進行的適當?shù)奶幚?，并將在顯示中顯示所得溫度為負 [20]。由于接有上拉電阻，在釋放總線是有 15~60us 的時間間隙，在此之后的 60~240us時間內(nèi)，如果 CPU 檢測到總線為低電平的話，則說明 DS18B20 初始化完成。 初始化的過程是首先由 CPU 發(fā)出一個復位脈沖，復位脈沖的時間為 480～ 960us，然后由從屬器件發(fā)出應答脈沖 [19]。程序流程圖如圖 41 所示。最終測量結(jié)果顯示在 LCD1602 顯示屏上，并判斷采集數(shù)據(jù)是否超出程序設定的上限報警值，如若超出報警上限則驅(qū)動蜂鳴器報警，并將數(shù)據(jù)通過無線收發(fā)模塊和串口技術傳到上位機以便進行對溫濕度的控制。 C E1C S N2S C K3M O S I4M I S O5IRQ6VDD7VSS8XC29XC110V D D _ P A1 1A N T 11 2A N T 21 3V S S1 4V D D1 5IREF16VSS17VDD18DVDD19VSS20U 1N R F 2 4 L 0 1V D DC 91 0 n FC 81 n FC 12 2 p FR 22 2 KR 1 1 MX 11 6 MC 22 2 p FC 32 . 2 n FC 44 . 7 p FC 73 3 n FC 61 . 0 p FL 33 . 9 n HL 18 . 2 n HL 2 2 . 7 n HC 51 . 5 p F5 0 o m h , R F I / OC EC S NS C KM O S IM I S OI R Q 圖 311NRF24L10 原理圖 本章小結(jié) 本章就系統(tǒng)的硬件電路進行了設計，在設計過程中采用模塊化設計方法， 即根據(jù)系統(tǒng)的要求對各傳感器及單片機電路分別進行設計，最終再將其組合為一體。最后接收成功時，若CE 變低，則 nRF24L01 進入空閑模式 1。當接收方檢測到有效的地址和 CRC時，就將數(shù)據(jù)包存儲在 RX FIFO 中，同時中斷標志位 RX_DR 置高，IRQ 變低，產(chǎn)生中斷，通知 MCU 去取數(shù)據(jù) [18]。最后發(fā)射成功時 ,若 CE 為低則 nRF24L01 進入空閑模式 1；若發(fā)送堆棧中有數(shù)據(jù)且 CE 為高，則進入下一次發(fā)射；若發(fā)送堆棧中無數(shù)據(jù)且 CE 為高，則進入空閑模式 2。 圖 310 無線模塊 + 電源供電電路 無線模塊 發(fā)射數(shù)據(jù)時，首先將 nRF24L01 配置為發(fā)射模式：接著把接收節(jié)點地址 TX_ADDR 和有效數(shù)據(jù) TX_PLD 按照時序由 SPI 口寫入nRF24L01 緩存區(qū)， TX_PLD 必須在 CSN 為 低時 連 續(xù) 寫入 ，而TX_ADDR 在發(fā)射時寫入一次即可，然后 CE 置為高電平并保持至少10μs，延遲 130μs 后發(fā)射數(shù)據(jù)；若自動應答開啟，那么 nRF24L01 在發(fā)射數(shù)據(jù)后立即進入接收模式，接收應答信號 [17]。 哈爾濱理工大學學 士學位論文 20 圖 39 蜂鳴器報警電路 電源模塊 系統(tǒng)單片機，溫度采集，濕度采集，顯示及報警各部分均采用 +5V USB 供電，無線收發(fā)模塊采用 電源供電。當 、 輸出高電平“1”時，晶體管導通，壓電蜂鳴器兩端獲得約 5V 電壓而發(fā)聲；當 、 輸出低電平 “0”時，三極管截止，蜂鳴器停止發(fā)聲。蜂鳴音報警接口電路的設計只需購買市售的壓電式蜂鳴 器，然后通過單片機的 1 根口線經(jīng)驅(qū)動蜂鳴器發(fā)聲。其方法就是把計算機采集的數(shù)據(jù)或記過計算機進行數(shù)據(jù)處理、數(shù)字濾波，標度變換之后，與該參數(shù)上下限給定值進行比較，如果高于上限值（或低于下限值 )則進行報警，否則就作為采樣的正常值，進行顯示和控制。 1602 與微處理器的連接電路如圖 38 所示。 1602 液晶顯示采用標準的 16 腳接口，其中引腳功能如表 35 所示。在本系統(tǒng)中使用的是字符型兩行 16 字液晶顯示器。相對濕度與頻率的關系如表 34 所示 表 34 相對濕度與頻率的關系 相對濕度值 /% 輸出頻率值 /Hz 相對濕度值 /% 輸出頻率值 /Hz 0 7351 60 6600 10 7224 70 6468 20 7100 80 6330 30 6976 90 6186 40 6853 100 6033 50 6728 液晶顯示及報警電路 本系統(tǒng)需要將測得的溫度值和濕度值顯示出來，并判斷其是否超出溫濕度的上下限，若超出，則需要報警。由此可以看出，空氣相對濕度與 555 芯片輸出頻率存在一定線性關系。因此只要測出 555 的輸出頻率，并根據(jù)濕度與輸出頻率的關系，即可求得環(huán)境的濕度。 其工作循環(huán)中的充電時間為： XCRRT ) ?? （ 放電時間為： XCRT * ? 輸出脈沖占空比為： ）（ 524/()54q RRRR ??? 式中： hT 表示一次循環(huán)輸出高電平時間，單位（ s） lT 表示一次循環(huán)輸出低電平時間，單位（ s） XC 表示相對濕 度下 HS1101 的容值，單位（ F） 為了使輸出脈沖占空比接近 50%， R4 應遠遠小于 R5。 NE555 電路功能的簡單概括為：當 6 端和 2 端同時輸入為 “1”時， 3 端輸出為 “0”；當 6 端和 2 端同時輸入為 0 時， 3 端輸出為 “1”時；在此電路中， 555 定時器正是根據(jù)這一功能用作多穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出頻率信號的 [13]。硬件電路如圖 37 所示。 在多諧振蕩器工作方式時，其輸出的脈沖占空比由兩個外接電阻和一個外接電容確定；在單穩(wěn)態(tài)工作方式時，其延時時間由一個外接電阻和一個外接電容確定，它可以延時數(shù)微妙到數(shù)小時。如何將電容的變化量準確地轉(zhuǎn)變?yōu)橛嬎銠C易于接受的信號，常有兩種方法：一是將該濕敏電容置于運放與阻容組成的橋式振蕩電路中，所產(chǎn)生的正弦波電壓信號經(jīng)整流、直流放大、再 A/D 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)為與之成反比的電壓頻率信號，可直接被計算機所采集。本設計中 DS18B20 采用外部電源方式供電，故 GND 接地。采用寄生電源供電方式是 VDD 和 GND端 接地。 R1和 R0用來設置分辨率，如 表 33所示（ DS18B20出廠時被設置為 12位）： 表 33 分辨率設置 R1 R0 分辨率 溫度最大轉(zhuǎn)換時間 0 0 9位 0 1 10位 1 0 11位 375ms 1 1 12位 750ms DS18B20 可以采用兩種方式供電，一種是采用電源供電方式，此時DS18B20 的 1 腳接地， 2 腳作為信號線， 3 腳接電源。 表 32 配置寄存器結(jié)構 TM R1 R0 1 1 1 1 1 低五位一直都是 1， TM是測試模式位，用于設置 DS18B20在工作模式還是在測試模式。 斜率累加器 預置 減法計數(shù)器 減至 0 減法計數(shù)器 高溫度系數(shù) 振蕩器 低溫度系數(shù)振蕩器 溫度寄存器 減至 0 預置 計數(shù)比較器 哈爾濱理工大學學 士學位論文 15 表 31 DS18B20溫度數(shù)據(jù)表 溫度 DIGITAL OUTPUT (Binary) DIGITAL OUTPUT (Hex) +125℃ 0000 0111 1101 0000 07D0h +85℃ 0000 0101 0101 0000 0550h +℃ 0000 0001 1001 0001 0191h + 0000 0000 1010 0010 00A2h +℃ 0000 0000 0000 1000 0008h 0℃ 0000 0000 0000 0000 0000h ℃ 1111 1111 1111 1000 FFF8h ℃ 1111 1111 0101 1110 FF5Eh ℃ 1111 1110 0110 1111 FF6Eh 55℃ 1111 1100 1001 0000 FC90h DS18B20溫度傳感器的存儲器： DS18B20溫度傳感器的內(nèi)部存儲器包括一個高速暫存 RAM和 一個非易失性的可電擦除的 EEPRAM，后者存放高溫度和低溫度觸發(fā)器 TH、 TL和結(jié)構寄存器。 DS18B20 中的溫度傳感器可完成對溫度的測量，以 12 位轉(zhuǎn)化為例：用16 位符號擴展的二進 制補碼讀數(shù)形式提供，以 ℃ /LSB 形式表達，其中 S 為符號位。 64 位光刻 ROM 的排列是：開始 8 位（ 28H）是產(chǎn)品類型標號，接著的 48 位是該 DS18B20 自身的序列號，最后 8 位是前面 56 位的循環(huán)冗余校驗碼（ CRC=X8+X5+X4+1）。 DS18B20 的內(nèi)部結(jié)構如圖33 所示： 哈爾濱理工大學學 士學位論文 14