【正文】 管集中在一塊，構(gòu)成阿拉伯?dāng)?shù)字筆畫的形狀。 顯示和報警電路在單片機(jī)系統(tǒng)中，發(fā)光二極管(LED)常常作為重要的顯示手段，它既可以顯示系統(tǒng)的狀態(tài)，又可以顯示數(shù)字和字符。當(dāng)在開機(jī)后首先顯示模式為溫度，這時LEDRED亮了，顯示濕度，爾后，當(dāng)我們第一次按下模式鍵的時候，LEDGREEN亮，這個時候顯示濕度，按下第二次后，進(jìn)入調(diào)整模式，此時LEDGREEN和LEDRED兩個燈均亮，這時利用加減鍵可進(jìn)行設(shè)置。相應(yīng)按下按鍵后除了顯示部分中的 4 個數(shù)碼管有相應(yīng)的變化，還有相應(yīng)的指示燈進(jìn)行顯示。在左邊的圖中與 相連鍵作為模式選擇按鍵,通過對其按鍵可以在幾個模式當(dāng)中循環(huán)的改變,連接 和 ，此時顯示電路會顯示出設(shè)定的初始值，這時可以通過加減鍵來進(jìn)行重新的設(shè)定其中的模式鍵和加減鍵直接與單片機(jī)的 I/O口相連接，對此 I/O 口進(jìn)行掃描就可判斷所需進(jìn)行的模式顯示或者是初值的設(shè)定和改變。硬件電路簡單，方便進(jìn)行調(diào)試和更換。DHT11開始發(fā)送數(shù)據(jù)如下圖： 圖28 數(shù)據(jù)發(fā)送圖主機(jī)發(fā)送開始信號后,延時等待20us—40us后讀取DHT的回應(yīng)信號,.讀取DATA線為低電平,說明DHT發(fā)送響應(yīng)信號,DHT發(fā)送響應(yīng)信號后,再把DATA線拉高,準(zhǔn)備發(fā)送數(shù)據(jù),每一bit數(shù)據(jù)都以低電平開始,則DHT沒有響應(yīng),則檢查線路連接是否通暢。數(shù)據(jù)采集和傳送：單片機(jī)發(fā)送起始信號如下圖：圖26 信號起始圖DATA線空閑狀態(tài)為高電平,主機(jī)把DATA線拉低等待DHT響應(yīng),主機(jī)把DATA線拉低必須大于18毫秒,保證DHT能檢測到起始信號。 溫濕度采集數(shù)據(jù)的傳送DHT11的工作方式和數(shù)據(jù)傳送：DATA 腳用于微處理器與 DHT11之間的通訊和同步,采用單總線數(shù)據(jù)格式,一次通訊時間最大3ms,數(shù)據(jù)分小數(shù)部分和整數(shù)部分,具體格式在下面說明,當(dāng)前小數(shù)部分用于以后擴(kuò)展,: 一次完整的數(shù)據(jù)傳輸為40bit,高位先出,數(shù)據(jù)格式:8bit濕度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit濕度小數(shù)數(shù)據(jù) +8bi溫度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit溫度小數(shù)數(shù)據(jù) +8bit校驗和 校驗和數(shù)據(jù)為為前四個字節(jié)相加。高集成的溫濕度傳感器如何順利的向處理中心單片機(jī)輸送數(shù)據(jù)，需要根據(jù)其特定的傳送方式對采集部分進(jìn)行編程。在數(shù)據(jù)端的上拉電阻的選擇中建議連接線長度短于20米時用5K上拉電阻,大于20米時根據(jù)實際情況使用合適的上拉電阻。采集部分是一個很簡單的連接電路，但是作為檢測部分需要將其置于被測的壞境中才能保證其準(zhǔn)確性，但是系統(tǒng)的核心部分單片機(jī)不可以置于外部的變化環(huán)境當(dāng)中，會影響到系統(tǒng)的工作性能和工作壽命，因此需要將其與系統(tǒng)核心分開，需要使用比較長的數(shù)據(jù)線將其分離。在數(shù)據(jù)端的2腳需要有個上拉電阻，2腳直接與單片機(jī)的I/O口相連作為數(shù)據(jù)的傳送端口。電源引腳（VDD，GND）之間可增加一個100nF 的電容，用以去耦濾波。5%RH 1℃ 1 4腳單排直插封裝信息： 表24 DHT11引腳說明：Pin 名稱 注釋1 VDD DC2 DATA 串行數(shù)據(jù)，單總線3 NC 空腳，可懸空4 GND 接地，電源負(fù)極DHT11的供電電壓為 3－。連接方便，特殊封裝形式可根據(jù)用戶需求而提供。超小的體積、極低的功耗，信號傳輸距離可達(dá) 20 米以上，使其成為各類應(yīng)用甚至最為苛刻的應(yīng)用場合的最佳選則。校準(zhǔn)系數(shù)以程序的形式儲存在 OTP 內(nèi)存中，傳感器內(nèi)部在檢測信號的處理過程中要調(diào)用這些校準(zhǔn)系數(shù)。因此該產(chǎn)品具有品質(zhì)卓越、超快響應(yīng)、抗干擾能力強(qiáng)、性價比極高等優(yōu)點。它應(yīng)用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性與卓越的長期穩(wěn)定性。10PF ） 溫濕度采集電路 溫濕度傳感器簡介在本設(shè)計當(dāng)中參數(shù)采集部分采用了集成度較高的數(shù)字化的溫濕度傳感器 DHT11,在精度允許的范圍內(nèi)省卻了信號放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換的諸多外圍電路，整個系統(tǒng)就顯得更加的簡單，因此可以方便的進(jìn)行電路的調(diào)試，而且簡單的硬件電路可以使軟件編程變得更加方便。從外部時鐘源驅(qū)動器件的話，XTAL2 可以不接，而從 XTAL1 接入。 晶振電路與復(fù)位電路連接AT89S51 單片機(jī)有一個用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的反相放大器，XTAL1 和 XTAL2 分別是放大器的輸入、輸出端。EXTAL1：振蕩器反相放大器和內(nèi)部時鐘發(fā)生電路的輸入端。為執(zhí)行內(nèi)部程序指令， 應(yīng)該接 VCC。PSEN/VPP：訪問外部程序存儲器控制信號。：外部程序存儲器選通信號（ ）是外部程序存儲器選通信號。否則，ALE 將被微弱拉高。如果需要，通過將地址為 8EH 的 SFR 的第 0 位置“1” ，ALE 操作將無效。PROG在一般情況下，ALE 以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可用來作為外部定時器或時鐘使用。ALE/ ：控制信號（ALE）是訪問外部程序存儲器時，鎖存低 8 位地址的輸出PROG脈沖。特殊寄存器 AUXR（地址8EH）上的 DISRTO 位可以使此功能無效。晶振工作時，RST 腳持續(xù) 2 個機(jī)器周期高電平將使單片機(jī)復(fù)位。在 Flash 編程和校驗時，P3 口也接收一些控制信號。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（I IL） 。P3 口：P3 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P2 輸出緩沖器能驅(qū)動四個 TTL 邏輯電平。在使用 8 位地址訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2 口輸出 P2 鎖存器的內(nèi)容。在方位外部程序存儲器或用 16 位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2 口送出高八位地址。對 P2 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。在 Flash 編程和校驗時，P1 口接收低 8位地址字節(jié)。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（I IL） 。P1 口：具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P1 輸出緩沖器能驅(qū)動 4 個 TTL 邏輯電平。在 Flash 編程時，P0 口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時，P0 口也被作為低 8 位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。作為輸出口，每位能驅(qū)動 8 個 TTL 邏輯電平。AT89S51 芯片的引腳圖見下圖RST9XTAL118XTAL219Vss20 21 22 23 24 25 26 27 28PSEN 29ALE 30EA 31 32 33 34 35 36 37 38 39Vcc 40圖 22 AT89S51 的引腳圖其中 VCC電源為的接入腳，20 引腳 Vss 為接地腳，和其他的單片機(jī)一樣，其供電電壓為 的 DC 供電，其范圍更廣，使系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行性能更好。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使其為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供靈活的解決方案。 AT89S51 單片機(jī)的相關(guān)電路 單片機(jī)芯片簡介AT89S51 是一種低功耗、高性能的 CMOS 八位微控制器，具有 8K 的系統(tǒng)可編程采集部分鍵盤部分顯示部分單片機(jī) 報警部分接口部分Flash 存儲器，使用 ATMEL 公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。采集電路通過檢測采集到數(shù)值并將已經(jīng)校準(zhǔn)的數(shù)字化的溫濕度數(shù)據(jù)輸送到單片機(jī)進(jìn)行處理，單片機(jī)通過掃描鍵盤電路選擇顯示的模式：溫度和濕度同時顯示；單獨顯示溫度；單獨顯示濕度；溫度初始值設(shè)置。本次設(shè)計的對象是一個簡單的智能應(yīng)用系統(tǒng)，即對土壤溫度和濕度的采集和控制，其總的系統(tǒng)構(gòu)圖如圖 1 示。在實際的應(yīng)用當(dāng)中可以將其改為控制電路，通過外界的設(shè)備來實施相應(yīng)的控制，從而使控制對象的溫度能夠保持到適當(dāng)?shù)姆秶畠?nèi)。硬件系統(tǒng)以單片機(jī)為核心，集成的溫濕度傳感器 DHT11 作為系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信號輸入，為了很好的為單片機(jī)的程序下載和系統(tǒng)數(shù)據(jù)與外部計算機(jī)的通信，還需要設(shè)計一個相應(yīng)的串口電路。系統(tǒng)中主要的器件有核心處理器單片機(jī) AT89S52,集成溫濕度傳感器 DHT11,MAX232芯片，4LED 共陰數(shù)碼管。對于顯示電路的設(shè)計，基于整個系統(tǒng)的考慮，只需要用到了一般的數(shù)字顯示即可，可以選擇普通的數(shù)碼管就能滿足設(shè)計顯示的要求。 而對于溫濕度傳感器的選擇，為了使整個系統(tǒng)更加的簡單和便于調(diào)試，在此選擇了集成的數(shù)字式溫濕度傳感器 DHT11 傳感器。這些集成型的溫濕度傳感器都有很好的線性效果，在一般的環(huán)境下無需進(jìn)行校正就可以輸出單片機(jī)能夠處理和接收的數(shù)字式信號，在精度允許的范圍內(nèi)，省卻了許多復(fù)雜的放大和轉(zhuǎn)換電路，因此可以很方便的進(jìn)行應(yīng)用。單一的數(shù)字式的濕度傳感器在市面上還是很少，數(shù)字型的濕度傳感器多為是與溫度一起的，即檢測為溫度與濕度一起進(jìn)行檢測的，因此這樣的才是切合實際中的需要的。該器件將半導(dǎo)體溫敏器件、A/D 轉(zhuǎn)換器、存儲器等做在一個很小的集成電路芯片上。這是一種集成的數(shù)字式溫度傳感器。一般情況下溫度和濕度的變化都是很微小的，因此需要進(jìn)行發(fā)大和進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換才能與單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行必要的數(shù)據(jù)交換。電阻型的濕敏溫度傳感器重要的一種是氯化鋰濕敏電阻,具有最突出的優(yōu)點是長期穩(wěn)定性極強(qiáng),因此通過嚴(yán)格的工藝制作,制成的儀表和傳感器產(chǎn)品可以達(dá)到較高的精度,穩(wěn)定性強(qiáng)是產(chǎn)品具備良好的線性度、精密度及一致性,是長期使用壽命的可靠保證。無論高檔次或低檔次的電容式濕敏元件,長期穩(wěn)定性都不理想,多數(shù)長期使用漂移嚴(yán)重,濕敏電容容值變化為 pF 級,1%RH 的變化不足 ,容值的漂移改變往往引起幾十 RH%的誤差,大多數(shù)電容式濕敏元件不具備 40℃以上溫度下工作的性能,往往失效和損壞。市場上出售的一些電容式濕敏元件低價產(chǎn)品 ,往往達(dá)不到上述水平,線性度、一致性和重復(fù)性都不甚理想,30%RH 以下,80%RH 以上感濕段變形嚴(yán)重。 濕度傳感器濕度傳感器,基本上可分為電阻式和電容式兩種：電容式濕敏元件的優(yōu)點在于響應(yīng)速度快、體積小、線性度好、較穩(wěn)定,國外有些產(chǎn)品還具備高溫工作性能。文獻(xiàn)報導(dǎo)的一種電流輸出型溫度傳感器在0～20℃內(nèi)靈敏度可達(dá) ℃,線性誤差不超過177。PN 結(jié)型及集成電路式溫度傳感器：半導(dǎo)體 PN 結(jié)測溫是近幾年來發(fā)展起來的一種新型測溫手段。所謂熱電動勢效應(yīng)是指 A,B 兩種不同的導(dǎo)體組成閉合回路,若兩結(jié)點溫度不同則在回路中產(chǎn)生電動勢,形 A、B 兩導(dǎo)體的結(jié)點(熱端)溫度為 T,而另一端(冷端)溫度為 T0,則熱電動勢為：E(T,T0)=(TT0)(lnNA/Nb)k/e其中 k 為波爾茲曼常數(shù),e 為電子電荷,NA, Nb 為與材料有關(guān)的常數(shù)。熱敏電阻溫度傳感器的缺點是線性度低、穩(wěn)定性差。熱敏電阻是以半導(dǎo)體材料制成的陶瓷器件,如錳、鎳、鈷等金屬的氧化物與其它化合物按不同配比燒結(jié)而成。電阻溫度傳感器：這種傳感器以電阻作為溫度敏感元件，根據(jù)敏感材料不同又可分成熱電阻式和熱敏電阻式。它們都是基于溫度變化引起其物理參數(shù) (如電阻值 ，熱電勢等 )的變化的原理，再通過一定的函數(shù)關(guān)系式將電信號的變化轉(zhuǎn)化為溫度的變化。并且需要放大和轉(zhuǎn)換電路的配合。而這些區(qū)別就是模擬輸出與數(shù)字輸出傳感器間的區(qū)別。集成的數(shù)字信號輸出的傳感器有其重要的特點，在采集溫濕度之后其輸出就是單片機(jī)能夠識別處理的數(shù)字信號，而不需要中間的信號放大，A/D 轉(zhuǎn)換等環(huán)節(jié)，而且有些集成的數(shù)字溫濕度傳感器已經(jīng)對在常規(guī)環(huán)境下的輸出已經(jīng)做好校準(zhǔn)，在一般的使用當(dāng)中無需調(diào)試和重新設(shè)定。溫濕度傳感器，有集溫度和濕度為一體的傳感器，而更多的是分別的溫度傳感器和濕度傳感器。這兩個類型的傳感器基本上是現(xiàn)今溫濕度采集系統(tǒng)的選擇。溫濕度傳感器的選擇也是很關(guān)鍵的，選擇適當(dāng)?shù)臏貪穸葌鞲衅骺梢允褂布脑O(shè)計簡單。顯示元件的選擇，現(xiàn)在主要是有兩個方向的選擇，普通的數(shù)碼管的顯示，液晶 LCD 顯示。根據(jù)其功能要求需要確定：首先是處理核心單片機(jī)的選擇；其次是溫濕度傳感器的選擇；當(dāng)然還有顯示元件的選擇。本設(shè)計也遵循了這一設(shè)計的思想。針對這一情況，研制性能優(yōu)良、效能高、可靠而實用的土壤溫濕度采集器顯得更加有必要。在傳統(tǒng)的方法當(dāng)中，對土壤的溫濕度進(jìn)行采集一般是采用人工檢測，先對待檢查點的溫濕度進(jìn)行采集，然后用人工方法對所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析，根據(jù)分析的情況對所控制的對象進(jìn)行特定的處理。正如每天的天氣預(yù)報提醒人們提前做好準(zhǔn)備一樣，在各種農(nóng)作物的生長環(huán)境中土壤的溫濕度指標(biāo)亦是一組相當(dāng)重要的參數(shù)，特別是為適應(yīng)新世紀(jì)發(fā)展高科技現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的要求，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中溫濕度的精確控制在促進(jìn)農(nóng)作物的生長，提高農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量尤其重要。由溫濕度傳感器得到的溫濕度數(shù)值，經(jīng)串行數(shù)據(jù)線輸送到單片機(jī)進(jìn)行處理，經(jīng)軟件分析處理后送顯示電路，單片機(jī)根據(jù)檢測到的溫度和濕度結(jié)果，判斷溫度是否在界定的范圍之內(nèi)，以此來決定是否啟動系統(tǒng)的報警，以方便工作人員能夠及時的采取相應(yīng)的措施使溫度保持在一定的范圍以內(nèi)。通過采集電路可以檢測所屬環(huán)境的溫度和濕度數(shù)值，這些數(shù)值可以通過動態(tài)顯示的數(shù)碼管顯示出來，實現(xiàn)實時采集并顯示所處環(huán)境或者是土壤的溫度和濕度變化情況。相對于舊方法這種采集器不僅提高了傳統(tǒng)溫度和濕度的檢測性能，而且還可以進(jìn)行軟硬件的擴(kuò)展，通過擴(kuò)展實現(xiàn)可以實現(xiàn)控制室內(nèi)或者生產(chǎn)環(huán)境的溫濕度處于一定范圍之內(nèi)，有利于農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)，因此這種采集器可以使用于各種農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)過程。在溫度和濕度的采集方面也出現(xiàn)了許多新的高科技產(chǎn)品，有的傳感器已經(jīng)能夠通過一個傳感器就能采集到溫度和濕度，大大提高了采集的效率，而且精度也比傳統(tǒng)的采集器有明顯的提高，本文將對這種采集器做出介紹。傳統(tǒng)的測試溫度和濕度的方法是通過一定的測試儀器人工逐點進(jìn)行檢測，這種方法費時費力，效率低