【正文】 4 軟件設計 主程序流程圖本系統(tǒng)的軟件設計及其仿真僅做出溫度檢測部分，現(xiàn)分述如下：為了方便程序的編寫、調試，將整個系統(tǒng)程序分為主程序、DS18B20溫度檢測子程序、鍵盤掃描子程序幾個主要部分?！?”時，晶體管導通，壓電蜂鳴器兩端獲得約+5V電壓而鳴叫；“0”時，三極管截止，蜂鳴器停止發(fā)聲。壓電式蜂鳴器約需10mA的驅動電流，可以使用TTL系列集成電路7406或7407低電平驅動，也可以用一個晶體三極管驅動。本設計采用蜂鳴器報警電路。圖311 按鍵電路在監(jiān)測系統(tǒng)中，對于重要的參數(shù)一般都設有緊急狀態(tài)報警系統(tǒng)，以便提醒操作人員注意，或采取緊急措施。7個按鍵的功能分別是：1）選擇溫度進行設限，2）選擇濕度進行設限，3）選擇溫度或濕度上限進行改變，4）選擇溫度或濕度下限進行改變，5）加1，6）減1，7）退出設定界面，顯示檢測到的溫度、濕度。其中，LCD1602的數(shù)據(jù)線端口與單片機P0口相連，主要用于單片機向LCD1602寫指令和數(shù)據(jù)；，用于寄存器選擇，高電平是選擇數(shù)據(jù)寄存器，低電平時選擇指令寄存器；，控制讀寫，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作；（E引腳），LCD1602執(zhí)行命令,而LCD1602的VEE引腳接一變阻器，用來調節(jié)液晶顯示器的對比度。液晶顯示屏的第一行顯示當前測得的溫度、濕度值，第二行顯示用戶可能需要調節(jié)的溫濕度上下限值，硬件電路中LCD1602的8個數(shù)據(jù)端接到單片機P0口。1602LCD分為帶背景光和不帶背景光兩種，在應用中二者并無差別。表32 空氣濕度與電壓頻率的典型值。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=(R5+R4)C4；放電時間為 = *C4； 輸出脈沖占空比為q ＝(R5+R4)/(R5+2R4),為了使輸出脈沖占空比接近50％,R5應遠遠小于R4。圖310 濕度檢測電路當電源接通時,由于6和2端的輸入為“0”,則定時器3腳輸出為“1”；又由于C4 兩端電壓為0,故VCC通過R5 和R4對C4充電,當C4兩端電壓達到2VCC/3 時,定時電路翻轉,輸出變?yōu)椤?”。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”。另一種是將HS1101置于555振蕩電路中，將電容值的變化轉為與之呈反比的電壓頻率信號，可直接被計算機所采集。圖39a 濕敏電容工作的溫、濕度范圍圖39b 濕度電容響應曲線HS1101電容傳感器，在電路構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。工作濕度范圍是40℃～+100℃。(5)供電電壓一般選+5V，最高不超過+10V。），濕度滯后量為177。由它們組成振蕩電路時，振蕩頻率范圍是5kHz～100kHz，典型值為10kHz。在標準條件下（10kHz、+25℃），更換HS1101時不需要重新標定。在（33%～75%）。）在55%RH下的標稱電容量為180pF，允許有3pF的偏差。圖38 HS1101外部結構及符號HS1101的性能特點：(1)測量范圍是（0～100%）RH。 0DQ2VCC3GND1DS18B20R24k7溫度檢測 圖37 DS18B20與單片機的連接圖 濕度檢測電路本設計濕度檢測用的是HS1101電容式器件，HS1101是Humirel公司新推出的濕敏電容，其外部結構及符號如下圖38所示。 圖36 DS18B20測溫原理圖本設計系統(tǒng)中DS18B20與單片機的連接圖如圖37所示：如圖所示，DS18B20 只需要接到控制器（單片機）的一個I/O 口上， 的上拉電阻。因此，要想獲得所需的分辨力，必須同時知道在給定溫度下計數(shù)器的值和每一度的計數(shù)值。斜坡式累加器用來補償感溫振蕩器的非線性，以期在測溫時獲得比較高的分辨力。同時，計數(shù)器被復位到一個值，這個值由斜坡式累加器電路確定，斜坡式累加器電路用來補償感溫振蕩器的拋物線特性。計數(shù)器被預置到對應于55℃的一個值。緊接著執(zhí)行第二個周期為復位、跳過ROM 指令、執(zhí)行讀RAM 的存儲器操作指令、讀數(shù)據(jù)（最多為9 個字節(jié)，中途可停止，只讀簡單溫度值則讀前2 個字節(jié)即可）。如執(zhí)行數(shù)據(jù)讀寫指令則需要嚴格遵循18B20 的讀寫時序來操作。5， 執(zhí)行或數(shù)據(jù)讀寫：一個存儲器操作指令結束后則將進行指令執(zhí)行或數(shù)據(jù)的讀寫，這個操作要視存儲器操作指令而定。操作指令同樣為8 位，共6 條，存儲器操作指令分別是寫RAM 數(shù)據(jù)、讀RAM 數(shù)據(jù)、將RAM 數(shù)據(jù)復制到EEPROM、溫度轉換、將EEPROM 中的報警值復制到RAM、工作方式切換。ROM 指令在下文有詳細的介紹。其主要目的是為了分辨一條總線上掛接的多個器件并作處理。3， 控制器發(fā)送ROM 指令：雙方打完了招呼之后最要將進行交流了，ROM 指令共有5 條，每一個工作周期只能發(fā)一條，ROM 指令分別是讀ROM 數(shù)據(jù)、指定匹配芯片、跳躍ROM、芯片搜索、報警芯片搜索。至此，通信雙方已經(jīng)達成了基本的協(xié)議，接下來將會是控制器與18B20 間的數(shù)據(jù)通信。當18B20接到此復位信號后則會在15~60uS 后回發(fā)一個芯片的存在脈沖。EEPROM 非易失性記憶體，用于存放長期需要保存的數(shù)據(jù)，上下限溫度報警值和校驗數(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 個字節(jié)為計數(shù)寄存器，是為了讓用戶得到更高的溫度分辨率而設計的，同樣也是內部溫度轉換、計算的暫存單元。在上電復位時其值將被刷新。RAM 數(shù)據(jù)暫存器，用于內部計算和數(shù)據(jù)存取，數(shù)據(jù)在掉電后丟失，DS18B20 共9 個字節(jié)RAM，每個字節(jié)為8 位。數(shù)據(jù)在出產(chǎn)時設置不由用戶更改。在講解其工作流程之前我們有必要了解18B20 的內部存儲器資源。表31 DS18B20引腳說明GND接 地 DQ 數(shù)據(jù)I/O VCC 可選VDD NC 空腳DS18B20 工作原理：DS18B20 的溫度檢測與數(shù)字數(shù)據(jù)輸出全集成于一個芯片之上，從而抗干擾力更強。DS18B20引腳排列如圖35所示。（8）64 位光刻ROM，內置產(chǎn)品序列號，方便多機掛接。F ~ +257176。C ~ +125176。(5) 可選擇寄生工作方式。(3) 最高12 位分辨率， 攝氏度?？删幊谭直媛实膯慰偩€數(shù)字式溫度傳感器DS18B20具有如下的特性：(1) 全數(shù)字溫度轉換及輸出。用于讀寫和溫度轉換的電源可以從數(shù)據(jù)線本身獲得，而無需外部電源。DS18B20可以以912位數(shù)字量的形式反映所測得的溫度值。本設計時鐘電路如下圖34所示。對外接電容的值雖然沒有嚴格要求，但電容的大小多少會影響振蕩器頻率的高低，振蕩器的穩(wěn)定性，起振的快速性和穩(wěn)定性。本系統(tǒng)采用晶振時鐘電路。XTAL2（18腳）：接外部晶體的另一端，在單片機內部接至內部反向放大器的輸出端。這個放大器構成了片內振蕩器。XTAL1（19腳）：接外部晶體的一個引腳。 按鍵按下系統(tǒng)復位，是電容處于一個短路電路中，釋放了所有的電能，電阻兩端的電壓增加引起的。單片機系統(tǒng)自動復位。隨著時間的推移，甚至更小。 按鍵按下的時候為什么會復位？，電容C兩端的電壓持續(xù)充電為5V，這是時候10K電阻兩端的電壓接近于0V，RST處于低電平所以系統(tǒng)正常工作。RST引腳所接收到的電壓是5V~。電容兩端的電壓時在0~。那么開機的時候為什么為復位？在電路圖中，電容的大小是10uF，電阻的大小是10k。如圖33所示： R21KR310KC310ufRESET圖33 復位電路在單片機系統(tǒng)中，系統(tǒng)上電啟動的時候復位一次，當按鍵按下的時候系統(tǒng)再次復位，如果釋放后再按下，系統(tǒng)還會復位。 每條指令執(zhí)行時間都是 有一個或幾個機器周期組成。 在一個機器周期內, CPU可以完成一個獨立的操作。 （2） 狀態(tài)周期: 每個狀態(tài)周期為時鐘周期的 2 倍, 是振蕩周期經(jīng)二分頻后得到的。掉電保護方式下，RAM內容被保存，振蕩器被凍結，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。另外，AT89S52 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式。(3) 并行I/O引腳（32個，分成4個8位口） ～:一般I/O引腳或數(shù)據(jù)/低位地址總線服用引腳； ～:一般I/O引腳； ～:一般I/O引腳或高位地址總線引腳； ～:一般I/O引腳或第二功能引腳。其引腳排列如圖31所示圖31 AT89S52 引腳圖（1）電源及時鐘引腳（4個） VCC:電源接入引腳； GND:接地引腳； XTAL1:晶體振蕩器接入的一個引腳（采用外部振蕩器時，此引腳接地）； XTAL2:晶體振蕩器接入的另一個引腳（采用外部振蕩器時，此引腳作為外部振蕩信號的輸入端）。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的MCS51指令集和輸出管腳相兼容由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89S52是一種高效微控制器，AT89S2052是它的一種精簡版本。AT89S2052是一種帶2K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器的單片機。系統(tǒng)硬件設計的原理框圖如圖25所示：顯示及報警電路溫度檢測模塊DS18B20 濕度檢測模塊HS1101AT89C52 按鍵：調整溫濕度設定值 圖25 系統(tǒng)總體方框圖通過系統(tǒng)方框圖可以清楚到看到本設計的全部思路為：溫度傳感器和濕度傳感器分別將檢測到的環(huán)境中的溫度量和濕度模擬量，經(jīng)過其內部的各種計算處理為數(shù)值量送入單片機AT89S52處理，再在LCD顯示器中顯示結果，并且設置了上下限和按鍵調整上下限設置，當超過了上下限范圍即會發(fā)出報警聲，便可根據(jù)顯示值進行相應的處理。再將檢測到的模擬量經(jīng)過A/D轉換輸入到單片機AT89C52進行處理，將處理過的數(shù)據(jù)通過顯示器顯示出來。 系統(tǒng)總體方框圖若在蔬菜大棚的實際應用中，需要同時采集多處的溫度濕度值，這只需將溫度傳感器濕度傳感器安裝在需要檢測的部位，再將其接入CD4051多路開關，它是一種單片、COMS、8通道開關。雖然LED數(shù)碼管能在低電壓、小電流條件下驅動發(fā)光，高頻特性好，單色性好，亮度高等特點，而且其程序的編寫較容易，但是其顯示信息有限，只能顯示數(shù)字信息，若采用LED數(shù)碼管顯示則需要兩片四位的LED數(shù)碼管，從而需要更多的I/O口來進行控制。方案二：采用LCD1602顯示器顯示1602字符型LCD通常有14條引腳線或16條引腳線的LCD，多出來的2條線是背光電源線。共陰和共陽極數(shù)碼管，它們的發(fā)光原理是一樣的，只是它們的電源極性不同而已，顏色有紅，綠，藍，黃等幾種。LED數(shù)碼管（LED Segment Displays）是由多個發(fā)光二極管封裝在一起組成“8”字型的器件，引線已在內部連接完成，只需引出它們的各個筆劃，公共電極。LED數(shù)碼管可均勻排布形成大面積顯示區(qū)域，可顯示圖案及文字。因此，我們選擇方案二來作為本設計的濕度傳感器。且其在仿真時可用一電容代替。2%RH；響應時間小于5S； pF/℃[4]。不需校準的完全互換性，高可靠性和長期穩(wěn)定性，快速響應時間，專利設計的固態(tài)聚合物結構，由頂端接觸（HS1100）和側面接觸（HS1101）兩種封裝產(chǎn)品，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插件和自動裝配過程等。方案二：采用HS1100(HS1101)濕度傳感器。這種傳感器原是用于開關的傳感器，不能在寬頻帶范圍內檢測濕度，因此，主要用于判斷規(guī)定值以上或以下的濕度電平。方案一：采用HOS201濕敏傳感器。測量空氣濕度的方式很多，其原理是根據(jù)某種物質從其周圍的空氣吸收水分后引起的物理或化學性質的變化，間接地獲得該物質的吸水量及周圍空氣的濕度。（如圖22所示） DQ2VCC3GND1圖22 DS18B20仿真圖綜合比較方案一、方案二及方案三，則方案三更為適合于本設計系統(tǒng)對于溫度傳感器的選擇。DS18B20適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量，如環(huán)境控制、設備或過程控制、測溫類消費電子產(chǎn)品等。DS18B20是“一線總線”接口的溫度傳感器，一線總線結構具有簡潔且經(jīng)濟的特點，可使用戶輕松地組建傳感器網(wǎng)絡，從而為測量系統(tǒng)的構建引入全新概念，DS18B20的測溫范圍為55℃—+125℃，在10℃—+85℃范圍內，精度為177。適用于多點溫度測量和遠距離溫度測量的控制。AD590輸出電流信號傳輸距離可達到1km以上。當在電路中串接采樣電阻R時，R兩端的電壓可作為輸出電壓。方案二：采用模擬溫度傳感器。（4）在測溫范圍內化學物理特性穩(wěn)定。（2）電阻率高，熱容量小，反應速度快。（如圖21所示）