【正文】 式 、 電阻式和濕漲式濕敏原件分別是根據(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。低 5位一直為 1， TM 是工作模式位，用于設(shè)置 DS18B20 在工作模式還是在測試模式， DS18B20 出廠時(shí)該位被設(shè)置為 0，用戶要去改動(dòng)， R1 和 R0決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù)，來設(shè)置分辨率。第 5個(gè)字節(jié)，為配置寄存器，它的內(nèi)容用于確定溫度值的數(shù)字轉(zhuǎn)換分辨率。高速暫存 RAM 的結(jié)構(gòu)為 8字節(jié)的存儲(chǔ)器。 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成： 64 位光刻 ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的 溫度報(bào)警觸發(fā)器 TH和 TL、配置寄存器 。本系統(tǒng)中采用 的上拉電阻。單總線適用于單主機(jī)系統(tǒng)，能夠控制一個(gè)或多個(gè)從機(jī)設(shè)備。 圖 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 DS18B20 是以單總 線的方式與單片機(jī)相連接的。 圖 DS18B20的兩種封裝 蘭州工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 18 表 引腳介紹 引 腳 8 腳 SOIC 引腳 PR35 符號(hào) 說 明 5 1 GND 地 4 2 DA 單線運(yùn)用的數(shù)據(jù)輸入 /輸出引腳，漏極開路。在此，我們選用三腳 TO92直插式封裝的 DS18B20 芯片。 EEPROM 非易失性記憶體，用于存放長期需要保 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。 首先 我們先了解DS18B20 的內(nèi)部存儲(chǔ)器資源。在單線端口條件下，必須先建立 ROM 操作協(xié)議，才能進(jìn)行存儲(chǔ)器和控制操作。 DS18B20 溫度傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理： DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成： 64 位光刻 ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器 TH和 TL、配 置寄存器。 （ 9） 負(fù)壓特性。 （ 7） 在 9 位分辨率時(shí)，最多在 內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字；在 12 位分辨率時(shí)，最多在 750ms 內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字。℃ 。 （ 4） 在使用中不需要任何外圍元器件，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)。 （ 2） 特的單線接口方式，它與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20 的雙向通信。 圖 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路 蘭州工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 16 溫度檢測電路的設(shè)計(jì) 溫度傳感器（ DS18B20）的主要性能 DS18B20 是美國 DALLAS 半導(dǎo)體公司推出的第一片支持“一線總線”接口的溫度傳感器，它具有微型化、低功耗、高性能、抗干擾能力強(qiáng)、易配微處理器等優(yōu)點(diǎn)，可直接將溫度轉(zhuǎn)化為串行數(shù)字信號(hào)供處理器處理。如圖。對(duì)于單片機(jī)電路來說，每 12 個(gè)時(shí)鐘周期為 1 個(gè)機(jī)器周期，即 Tcy=12/fosc，本設(shè)計(jì)采用 12MHz晶體振蕩器，所以 fosc=12MHz， Tcy=1μs ，即當(dāng)復(fù)位按鍵按下時(shí)，只要保證 RST引腳端出現(xiàn) 2μs 以上穩(wěn)定的高電平，單片機(jī)便可實(shí)現(xiàn)復(fù)位。單片機(jī)通常都采用上電復(fù)位和開關(guān)復(fù)位兩種方式。 本設(shè)計(jì)選擇內(nèi)部時(shí)鐘，選用 12MHz 石英晶體和 30pF 電容，如圖 所示。這種情況下，外部時(shí)鐘脈沖接到 XTAL1 端，即內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端， XTAL2 則懸空。10pF 。對(duì)外接電容 C C2 雖然沒 單片機(jī) 時(shí)鐘電路 復(fù)位電路 蘭州工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 14 有十分嚴(yán)格的要求，但電容容量的大小會(huì)輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程序及溫度穩(wěn)定性，在使用石英晶體時(shí)，通常電容使用30pF177。 圖 最小系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 時(shí)鐘振蕩電路： AT89C51 中有一個(gè)用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳 XTAL1 和 XTAL2 分別是該放大器的輸入端和輸出端。單片機(jī)最小系統(tǒng)的功能主要如下。 單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 單片機(jī)最小系統(tǒng)包括單片機(jī)及其所需的必要電源、時(shí)鐘、復(fù)位等部件，它能使單片機(jī)處于正常的運(yùn)行狀態(tài)。 UART串口： AT89C51 的 UART 串口用于進(jìn)行串行通信。 XTAL1： 振蕩器反相放大器的及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。 PSEN： 程序儲(chǔ)存允許（ PSEN）輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng) AT89C51由外部程序存儲(chǔ)器取指令（或數(shù) 據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次 PSEN 有效，即輸出兩個(gè)蘭州工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 13 脈沖。 表 P3 口第二功能 端口引腳 第二功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） INT0（外中斷 0） INT1（外中斷 l） T0（定時(shí)／計(jì)數(shù)器 0 ） Tl （定時(shí)／計(jì)數(shù)器 l ） WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通） RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） ALE/PROG：當(dāng)訪問外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低 8 位字節(jié)。此時(shí)，被外部拉低的 P3 口將用上拉電阻輸出電流。 P3 口輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流） 4 個(gè) TTL 邏輯門電路。對(duì)端口 P2 寫 “1” ，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口，作輸入口使用時(shí)，因?yàn)?內(nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流。 P1 口：一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流） 4 個(gè) TTL 邏輯 門電路。 在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí)，這組口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址（低 8 位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。 P0 口：一組 8 位漏極開路型雙向 I/O 口， 也即地址 /數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。 RST：復(fù)位輸入。欲使 CPU 僅訪問外部程序存儲(chǔ)器（地址為 0000H— FFFFH），EA 端必須保持低電平（接地）。 AT89C51為 8 位通用微處理器，采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 C51 內(nèi)核，在內(nèi)部功能及管腳排布上與通用的 89C52 相同。 蘭州工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 10 3 硬件電路的設(shè)計(jì) AT89C51 的主要性能及引腳介紹 本系統(tǒng)選擇 AT89C51 作為微處理器， AT89C51 是一個(gè)低電壓，高性能 CMOS8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 8k bytes 的可反復(fù)擦寫的 flash 只讀程序存儲(chǔ)器和 256 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ REM），器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器和 Flash 存儲(chǔ)單元， AT89C51 單片機(jī)在電子行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。 本章小結(jié) 本章主要確定了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，提到主機(jī)的選擇，液晶顯示的選擇，溫濕度傳感器的選擇方案，并具體介紹各個(gè)方案的具體設(shè)計(jì)，各個(gè)方案都具有很強(qiáng)的可行性，都能夠很好的完成系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 在該模塊中采用獨(dú)立式鍵盤，獨(dú)立式鍵盤就是各鍵相互獨(dú)立，每個(gè)按鍵各接一 根輸入線，通過檢測輸入線的電平狀態(tài)很容易地判斷哪個(gè)鍵被按下。 LCD1602 是一種 5 7 點(diǎn)陣圖形來顯示字符的液晶顯示器，可以顯示 2 行 16 個(gè)字，足夠顯示溫度值和濕度值。 LCD從顯示的形式上通?？梢苑譃楣P段型、字符型和點(diǎn)陣圖形型。 液晶顯示具有很多優(yōu)點(diǎn)：顯示內(nèi)容豐富，兼容性強(qiáng)，而且 外圍驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)比較簡單，顯示能力的擴(kuò)展將不會(huì)涉及到硬件電路的修改，可擴(kuò)展性很強(qiáng)。 液晶顯示屏具有體積小、功耗低、顯示內(nèi)容豐富等特點(diǎn) 。 電子設(shè)計(jì)中常用的輸出顯示設(shè)備有： LED數(shù)碼管和 LCD 這 兩種 。 本方案 采用 AT89C51 芯片作為硬件核心， 該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造， 采用 Flash ROM，內(nèi)部具有 4KB ROM 存儲(chǔ)空間 ,能于 3V的超低壓工作 與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51指令集和輸出管腳相兼容。目前， 8 位單片機(jī)在國內(nèi)外仍占有重要地位。其工作電壓范圍為： ～ 16V。 NE555 是一個(gè)能產(chǎn)生精確定時(shí)脈沖的高穩(wěn)度控制器，其輸出驅(qū)動(dòng)電流可達(dá) 200mA。它有以下幾個(gè)顯著的特點(diǎn)： 全互換性，在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下不需校正 長時(shí)間飽和下快速脫濕 可以自動(dòng)化焊接，包括波峰或水浸 高可靠性與長時(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路 快速反應(yīng)時(shí)間 相對(duì)濕度在 0%～ 100%RH 范圍內(nèi)；電容量由 162pF 變到 200pF,其誤差不大于 2%RH；響應(yīng)時(shí)間小于 5s；溫度系統(tǒng)為 ℃。 單片機(jī) AT89C51 顯示模塊 超限報(bào)警模塊 溫度傳感器 濕度傳感器 555 振蕩電路 鍵盤模 塊 圖 方案 2原理框圖 蘭州工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 8 濕度傳感器 HS1101 是基于獨(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)。相對(duì)濕度測量范圍 1%100%RH，脈沖信號(hào)頻率在 5623～ 6852Hz 之內(nèi)， 其誤差不大于 177。 本方案中采用 HS1101 濕度傳感器，該傳感器具有以下特點(diǎn)： 全互換性 在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下不需校正； 長時(shí)間飽和下快速脫濕； 高可靠性與長時(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。 DS18B20 可 以程序設(shè)定 9～ 12位的分辨率，分辨率設(shè)定， 以 及用戶設(shè)定的報(bào)警溫度存儲(chǔ)在 EEPROM 中，掉電后依然保存。176。C ，在 10～ +85176。 其 測量溫度范圍為 55176。 蘭州工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 7 本方案中溫度采集可以直接采用數(shù)字式傳感器 DS18B20， 數(shù)字化溫度傳感器 DS18B20是世界上第一片支持 “ 一線總線 ” 接口的溫度傳感器 ， 體積更小、適用電壓更寬、更經(jīng)濟(jì)。這一點(diǎn)是識(shí)別行 列式鍵盤是否按下的關(guān)鍵所在。行、列線分別連接到 +5V 上。 超限報(bào)警最常見的兩種方式是光報(bào)警和聲音報(bào)警，在本方案中采用光報(bào)警，使用發(fā)光二極管發(fā)光，為區(qū)分是溫度超限還是濕度超限，使用發(fā)光二極管發(fā)光，這樣用戶就可以一目了然。 利用 數(shù)碼管顯示 的 數(shù)據(jù)內(nèi)容比較直觀，通常顯示從 0到 F中的任意一個(gè)數(shù)字，一個(gè)數(shù)碼管 只能 顯示一位， 而 多個(gè)數(shù)碼管就可以顯示多位， 在此選用四位數(shù)碼管采 用掃描方式進(jìn)行顯示。 電子設(shè)計(jì)中常用的輸出顯示設(shè)備有： LED 數(shù)碼管和 LCD 這 兩種 。 AT89C52 除了與 AT89C51所有的定時(shí) /計(jì)數(shù)器 0 和定時(shí) /計(jì)數(shù)器 1 外，還增加了一個(gè)定時(shí) /計(jì)數(shù)器 2。 AT89C52 可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程 ,但不可以在線編程。 本方案中 采用 AT89C52, AT89C52 是 51 系列單片機(jī) 的一個(gè)型號(hào)，它是 ATMEL 公司 生產(chǎn)的。 CHR01 濕敏電阻適用于阻抗型高分子濕度傳感器，它的工作電壓為交流 1V，頻率為 50Hz～ 2kHz，測量濕度范圍蘭州工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 6 為 20%～ 90%RH，測量精度 177。 測量空氣濕度的方法很多， 其原理是根據(jù)某種物質(zhì)從其周圍的空氣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 ，其中最常用的為電容式和電阻式兩種。 A， B， C 三條地址線的地址信號(hào) 用于控制選擇 8條模擬量輸入通道。 ADC0809 對(duì)輸入模擬量要求：信號(hào)單極性，電壓范圍是 0－ 5V，若信號(hào)太小，必須進(jìn)行放大；輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過程中應(yīng)該保持不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電路。 A/D 轉(zhuǎn)換器通常選用 ADC0809， ADC0809 是帶有 8位 A/D 轉(zhuǎn)換器、 8 路多路開關(guān)以及微處理機(jī)兼容的控制邏輯的 CMOS 組件。 測量溫度與 AD590 電流及經(jīng)過 10K 電阻輸出電壓。 （ 4） 輸出電阻為 710MΩ 。電源電壓可在 4V～ 6V 范圍變化，電流 IT 變化 1μA ，相當(dāng)于溫度變化 1K。 （ 2） AD590 的測溫范圍 55℃ ～ +150℃ 。例如 AD590L，AD590M 一般用于精密溫度測量電路。屬于電流型溫度傳感器，通過對(duì)電流的測量可得到所需要的溫度值。 單片機(jī)控制處理模塊 溫度傳感器 濕度傳感器 上下限設(shè)定模塊 顯示模塊 超限報(bào)警模塊 A/D 轉(zhuǎn)換 555 振蕩電路 圖 方案 1原理框圖 單片機(jī) 顯示模塊 濕度檢測電路 溫度檢測電路 電源 蘭州工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 5 在本方案中采用的是集成 溫度傳感器 AD590。微處理器對(duì)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理、顯示，出現(xiàn)超限及時(shí)報(bào)警。此時(shí)，單片機(jī)作為微處理器在此起到核心的作用，作為測量型系統(tǒng)要有