【正文】 這種通信接口允許在簡(jiǎn)單的一對(duì)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(zhǎng)度及可靠性是其他標(biāo)準(zhǔn)無法比擬的。 RS485 用于多點(diǎn)互連時(shí)非常方便，可以省掉許多信號(hào)線。加上總線收發(fā)器具有高靈 敏度，能檢測(cè)低至 200mV 的電壓，故傳輸信號(hào)能在千米以外得到恢復(fù)。 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)。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 顯示 LCD LCD 液晶顯示器是 Liquid Crystal Display 的簡(jiǎn)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。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(hào)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(hào)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。其中，充 放電時(shí)間為： 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(cè)量振蕩電路就轉(zhuǎn)變?yōu)榕c之成反比的頻率信號(hào) 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。 24 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。該端與放電管集電極相連，用做定時(shí)器時(shí)電容的放電。若此端外接電壓，則可改變內(nèi)部?jī)蓚€(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。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。 6 腳： TH 高觸發(fā)端 。 3 腳：輸出端 V。 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。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)。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(duì) C 的充電回路。 23 路中，所產(chǎn)生的正弦波電壓信號(hào)經(jīng)整流、直流放大、再 AID 轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào) ：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(hào)，可直接被計(jì)算機(jī)所采集。 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(cè)空氣濕度的增大而增大。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 圖 37濕度 電 容響應(yīng)曲 線。 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(zhǎng)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，適宜于制造流水線上的自動(dòng)插件和自動(dòng)裝配過程等。 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(duì)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。 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。 21 測(cè)濕度電路 測(cè)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。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。因此，在用 DS18B20 進(jìn)行長(zhǎng)距離測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮總線分布電容和阻抗匹配問題。當(dāng)將總線電纜改為雙絞線帶屏蔽電纜時(shí)，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(shí) ，正常通訊距離進(jìn)一步加長(zhǎng)。 3. 連接 DS18B20 的總線電纜是有長(zhǎng)度限制的。 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(gè) DS18B20，在實(shí)際應(yīng)用中并非如此。 DS18B20 使用中注意事項(xiàng)： DS18B20 雖然具有測(cè)溫系統(tǒng)簡(jiǎn)單、測(cè)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(duì)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(duì) DS18B20 進(jìn)行讀寫編程時(shí)，必須嚴(yán)格的保證讀寫時(shí)序，否則將無法讀取測(cè)溫結(jié)果。 20 圖 34 DS18B20與單片機(jī)連接圖 如圖所示， DS18B20 只需要接到控制器 （ 單片機(jī) ） 的一個(gè) I/O 口上，由于單總線為開漏所 以需要外接一個(gè) 的上拉電阻。緊接著執(zhí)行第二個(gè)周期為復(fù)位、跳過 ROM 指令、執(zhí)行讀 RAM 的存儲(chǔ)器操作指令、讀數(shù)據(jù) （ 最多為 9 個(gè)字節(jié)，中途可停止，只讀簡(jiǎn)單溫度值則讀前 2 個(gè)字節(jié)即可 ） 。數(shù)據(jù)的讀寫方法將有下文有詳細(xì)介紹。如執(zhí)行溫度轉(zhuǎn)換指令則控制器（ 單片機(jī) ） 必須等待 DS18B20 執(zhí)行其指令，一般轉(zhuǎn)換時(shí)間為 500μS。存儲(chǔ)器操作指令的功能是命令 DS18B20 作什么樣的工作，是芯片控制的關(guān)鍵。 4. 控制器發(fā)送存儲(chǔ)器操作指令 ： 在 ROM 指令發(fā)送 給 DS18B20 之后，緊接著（不間斷）就是發(fā)送存儲(chǔ)器操作指令了。誠(chéng)然，單總線上可以同時(shí)掛接多個(gè)器件，并通過每個(gè)器件上所獨(dú)有的舊號(hào)來區(qū)別，一般只掛接單個(gè) DS18B20 芯片時(shí)可以跳過ROM 指令。 ROM 指令為 8 位長(zhǎng)度，功能是對(duì)片內(nèi)的 64 位光刻 ROM 進(jìn)行操作。如果復(fù)位低電平的時(shí)間不足或是單總線的電路斷路都不會(huì)接到存在脈沖，在設(shè)計(jì)時(shí)要注意意外情況的處理。 2. 存在脈沖 ： 在 復(fù)位電平結(jié)束之后，控制器應(yīng)該將數(shù)據(jù)單總線拉高，以便于在 1560μS 后接收存在脈沖，存在脈沖為一個(gè) 60240μS 的低電平信號(hào)。 19 控制器對(duì) DS18B20 操作流程 ： 1. 復(fù)位 ： 首先我們必須對(duì) DS18B20 芯片進(jìn)行復(fù)位，復(fù)位就是由控制器（ 單片機(jī) ） 給 DS18B20 單總線至少 480μS 的低電平信號(hào)。 EEPROM 非易失性記憶體，用于存放長(zhǎng)期需要保存的數(shù)據(jù)，上下限溫度報(bào)警值和校驗(yàn)數(shù)據(jù)， DS18B20 共 3 位 EEPROM,并在 RAM 都存在鏡像，以方便用戶操作。第 8 個(gè)字節(jié)為計(jì)數(shù)寄存器，是為了讓用戶得到更高的溫度分辨率而設(shè)計(jì)的，同樣也是內(nèi)部溫度轉(zhuǎn)換、計(jì)算的暫存單元。在上電復(fù)位時(shí)其值將被刷新。 RAM 數(shù)據(jù)暫存器，用于內(nèi)部計(jì)算和數(shù)據(jù)存取，數(shù)據(jù)在掉電后丟失，DS18B20 共 9 個(gè)字節(jié) RAM， 每個(gè)字節(jié)為 8 位。數(shù)據(jù)在出產(chǎn)時(shí)設(shè)置不由用戶更改。在講解其工作流程之前我們有必要了解 DS18B20 的內(nèi)部存儲(chǔ)器資源。 18 DS18B20 工作原理 DS18B20 的溫度檢測(cè)與數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)輸出全集成于一 個(gè)芯片之上，從而抗干擾力更強(qiáng)。當(dāng)然 DS18B20 也可以直接通過將 +5V 電源接至 VDD 引腳為其供電。 高 速緩 存儲(chǔ) 存 器溫 度 靈 敏 原件低 溫 觸 發(fā) 器T L高 溫 觸 發(fā) 器T H配 置 寄 存 器儲(chǔ) 存 器 和 控 制 器8 位 C R C 生 成 器6 4 位R O M和單 線接 口電源檢測(cè) 圖 32 DS18B20 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 通過寄生電源電路， DS18B20 可以從 1Wrie 上取得其工作電源。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 3 VDD 可選擇的 VDD 引腳。開漏單總線接口引腳。 DS18B20 芯片封裝結(jié)構(gòu)： 圖 31 DS18B20 引腳 圖 傳感器 DS18B20 只有三個(gè)引腳 ，引腳功能如表 32。 E2PROM，限溫報(bào)警功能。 8. 包含 64 位光刻 ROM，內(nèi)置產(chǎn)品序列號(hào)，方 便多機(jī)掛接。 16 5. 可選擇寄生工作方式。 4. 具有 12 位分辨率時(shí)的最大工作周期為 750 毫秒。 3. 最高 12 位分辨率，精度可達(dá) 177。 DS18B20 的主要特征： 1. 全數(shù)字溫度轉(zhuǎn)換及輸出。 DS18B20 適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)量，如環(huán)境控制、設(shè)備或過程控制、測(cè)溫類消費(fèi)電子產(chǎn)品等。 DS18B20 是山 Dallas 半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的一線總線接口的溫度傳感器。對(duì)于我們普通的電子愛好者來說， DS18B20的優(yōu)勢(shì)更是我們學(xué)習(xí)單片機(jī)技術(shù)和開發(fā)溫度相 關(guān)的小產(chǎn)品的 不 二選擇。 測(cè)溫度電路 溫度傳感器的種類眾多， DALLAS（ 達(dá)拉斯 ） 公司生產(chǎn)的 DS18B20 溫度傳感器當(dāng)仁不讓。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件， XTAL2 應(yīng)不接。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。 XTAL2：來 自反向振蕩器的輸出。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源（ VPP）。 EA /VPP：當(dāng) /EA 保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次 /PSEN 有效。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 另外，該引腳被略微拉高。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持 RST 腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。 P3 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口，如表 31 所示： 表 31 P3 口特殊功能 口 線 信 號(hào) 功 能 RXD 串行口數(shù)據(jù)輸入（接收數(shù)據(jù)） TXD 串行口數(shù)據(jù)輸出（發(fā)送數(shù)據(jù)） 外部中斷 0 輸入 外部中斷 1 輸入 T0 定時(shí)器 0 的外部輸入（計(jì)數(shù)輸入） T1 定時(shí)器 1 的外部輸入（計(jì)數(shù)輸入） WR 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通控制輸出 RD 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通輸出控制 P3 口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控 制信號(hào)。當(dāng) P3 口寫入 “1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。 14 信號(hào)和控制信號(hào)。 在給出地址 “1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2 口 ： P2 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出 4 個(gè) TTL 門電流，當(dāng) P2 口被寫 “1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。 P1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1 口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FIASH 編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)， P0 輸出原碼，此時(shí) P0 外部必須被拉高。當(dāng) P0 口的管腳第一次寫 1 時(shí)，被定義為 高阻 輸入。 GND：接地。 圖 31 AT89C51引腳圖 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中， ATMEL 的 AT89C51 是一種高效微控制器，為很多 嵌入式控制系統(tǒng) 提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。 單 片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除 1000 次。 利用控制開關(guān)量的方式 控制噴水器、加熱器 進(jìn)行操作，使藏書室處于適合的環(huán)境中，從而保證了書的質(zhì)量以及延長(zhǎng)書的壽命。主要功能是將采集 的信息轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)可識(shí)別的標(biāo)準(zhǔn)量信息進(jìn) 行處理、輸出決策的指令。 溫室生態(tài)控制系統(tǒng)可分為 三 個(gè)部分 ： 一是信號(hào)采集輸入部分，包括采集室內(nèi)、 外溫度、濕度。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 給出了設(shè)計(jì)的總體框圖，說明了總體的設(shè)計(jì)思路。使裝置可以進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，或者同時(shí)控制多個(gè)屋子的單片機(jī)進(jìn)行溫濕度控制。 AT89C51 上位機(jī)通信 鍵盤 濕度 溫度 顯示 報(bào)警 輸出控制 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 圖 21 總體方框圖 本系統(tǒng)以單片機(jī) AT89C51 為核心，數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、顯示、報(bào)警以