【正文】 DS18B20的內(nèi)部框圖如圖 ，它主要包括寄生電源、溫度傳感器、 64位激光 ROM單線接口、存放中間數(shù)據(jù)的高速暫存器、用于存儲用戶設定的溫度上下限值、觸發(fā)器存儲與控制邏輯、 8位循環(huán)冗余校驗碼發(fā)生器等 7部分。 DQ： 數(shù)據(jù)的輸入和輸出引腳。 VDD： 接電源引腳，電源供電 ~。 （ 5） 測量結(jié)果以 9 位數(shù)字量方式串行傳送 。 （ 3） DS18B20 在使用中不需要任何外圍元件。 與其它溫度傳感器相比， DS18B20 具有以下特性 : （ 1） 獨特的單線接口方式， DS18B20 在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與 DS18B20 的雙向通訊。并且多個 DS18B20可以并接到多個地址線上與單片機實現(xiàn)通信。傳感器動態(tài)特性的性能指標可以通過時域、頻域以及試驗分析的方法確定，其動態(tài)特性參數(shù)如 :最大超調(diào)量、上升時間、調(diào)整時間、頻率響應范圍、臨界頻率等。傳感器能測量動態(tài)信號的能力用動態(tài)特性表示。 傳感器的動態(tài)特性 傳感器測量靜態(tài)信號時，由于被測量不隨時間變化，測量和記錄過程不受時間限制。 傳感器的靜態(tài)特性 傳感器的靜態(tài)特性是指當被測量處于穩(wěn)定狀態(tài)下，傳感器的輸入與輸出值之間的關系。傳感器所測量的非電量是處在不斷的變化之中，傳感器能否 將這些非電量的變化不失真地轉(zhuǎn)換成相應的電量，取決于傳感器的輸入 —— 輸出特性。 陜西科技大學畢業(yè)論文（設計說明書 ） 10 D S 1 8 2 O 溫 度 傳 感 器H I H 3 6 1 0 濕 度 傳 感 器單 片 機8 9 S 5 2串 行 口 L E D 顯 示 報 警 電 路光 電 耦 合 圖 21 系統(tǒng)框圖 本設計由信號采集、信號分析和信號處理三個部分組成的： （ 1） 信號采集 由 DS18B HIH3610 組成； （ 2） 信號分析 單片機 AT89S52基本系統(tǒng)組成； （ 3） 信號顯示 由串行口 LED顯示器和報警電路組成。該系統(tǒng)，可分為溫度測量電路，濕度測量電路，數(shù)據(jù)存儲及顯示電路，語音報警電路，見圖 21。采集到的濕度信號 經(jīng)過555 振蕩電路后 ，送至單片機 口 ，實現(xiàn)濕度的顯示與控制。 綜上所述，本設計最終選用的集成溫度傳感器 DS18B20 是美國模擬器件公司生產(chǎn)的集成兩端感溫電流源，通過對電流的測量可得到所需要的溫度值。數(shù)碼管顯示器不同與液晶顯示器，它對電源沒有特殊要求，受環(huán)境溫度的影響不大，不怕陽光的照射，也沒有嚴格的防靜電要求，而且它的顯示亮度要比液晶顯示器亮許多，適于安裝在室內(nèi)、室外、黑暗和光線強的各種環(huán)境中，但它的耗電量明顯高于液晶顯示器。 液晶顯示器在使用中有許多注意事項：不能對它長期施加直流電，否則易造成顯示器的老化；必須注意防潮；防止施加過大的壓力；對于使用的環(huán)境溫度要特別注意，溫度不能太高也不能太低；防止紫外線的 直接照射；要特別注意防靜電，焊接顯示器時烙鐵要接地。并行顯示方式占用硬件資源多，八個筆 劃段和幾個顯示驅(qū)動控制端都要接到單片機的 I/O 引腳，但顯示刷新速度快；串行顯示方式占用硬件資源少，僅數(shù)據(jù)鎖存控制端、時鐘端、數(shù)據(jù)端三個端口要接到單片機的 I/O 引腳上，顯示刷新速度較并行顯示方式慢。故選用 HIH3610。 基于單片機的溫濕度檢測系統(tǒng)硬件設計 9 線性電壓輸出式集成濕度傳感器典型產(chǎn)品 HIH3610。濕度測試量程為 0~100%RH，精度達 177。 （ 3） HM1500 濕度傳感器是法國 Humirel 公司采用 Humirel 專利濕敏電容 HS1101 設計制造的相對濕度傳感器。5%RH，濕度遲 177。2%RH，激光修正互換性至 5%RH，低功耗驅(qū)動電流設計為 200μA，反應時間為 15s，穩(wěn)定性好、較低的漂移、抗化學腐蝕性能強。 常用的集成濕度傳感器主要有： （ 1） HIH3610 是美國 Honeywell 公司生產(chǎn)的具有信號處理功能的熱固聚酯電容式相對濕度傳感器，線性放大輸出、工廠標定，獨特的多層結(jié)構(gòu)能非常好地抵抗環(huán)境的侵蝕，諸如濕氣、塵埃、臟物、油、及一些化學品。它除具有 HF3223 的功能以外，還增加了溫度信號輸出端，利用負溫度系數(shù)（ NTC）熱敏電阻作為溫度傳感器。這種傳感器具有線性度好、抗干擾能力強、便于配數(shù)字電路或單片機、價格低等優(yōu)點。 （ 2） 線性頻率輸出集成濕度傳感器 典型產(chǎn)品為 HF3223 型。這些產(chǎn)品可分成以下三種類型： （ 1） 線性電壓輸出式集成濕度傳感器典型產(chǎn)品有 HIH3605/36 HM1500/1520。選擇集成濕度傳感器應考慮以下幾點：感濕性能好、靈敏度高、響應速度快、測量范圍寬，要有較好的一致性、可重復性，線性度要好、濕滯小，較高的穩(wěn)定性和可靠性，有較強的抗污染能力、使用壽命長。 濕度傳感器的選用 陜西科技大學畢業(yè)論文（設計說明書 ） 8 近年來，國內(nèi)外在濕度傳感器研發(fā)領域取得了較大的發(fā)展。 Dallas 公司的單總線技術具有較高的性能價格比，有以下特點： （ 1） 適用于低速測控場合，測控對象越多越顯出其優(yōu)越性； （ 2） 性價比高，硬件施工、維修方便，抗干擾性能好； （ 3） 具有 CRC 校驗功能，可靠性高； （ 4） 軟件設計規(guī)范，系統(tǒng)簡明直觀，易于掌握。 （ 4） DS18B20 是美國 Dallas 半導體公司的新一代數(shù)字式溫度傳感器，它具有獨特的單總線接口方式，即允許在一條信號線上掛接數(shù)十甚至上百個數(shù)字式傳感器，從而使測溫裝置與各傳感器的接口變得十分簡單，克服了模擬式傳感器與微機接口時需要的 A/D 轉(zhuǎn)換器及其它復雜外圍電路的缺點，而且 可以通過總線供電，由它組成的溫度測控系統(tǒng)非常方便，而且成本低、體積小、可靠性高 。為了避免多個傳感器同時測溫時有重疊的現(xiàn)象MAX6575 提供了 “ L” 和 “ H” 兩種型號的傳感器 ,它們的使用方法相同 ,而且每一種型號的傳感器 又可以通過時間選擇引腳。但是 MAX6575L/H 在其測溫范圍內(nèi)非線性誤差較大，因此，當它用于高精度溫度測量時，必須對其進行非線性補償。℃ ，在 125℃ 時優(yōu)于 177。測溫范圍為 40~+125℃ ，其誤差范圍：在 25℃ 時優(yōu)于 177。LM74 的模數(shù)轉(zhuǎn)換器為 12 位外加符號位，因此在其有效工作范圍內(nèi)可達 ℃ 的分辨率，轉(zhuǎn)換時間為 425ms。在傳感器通電工作后自動按一定速率對溫度進行檢測，并在片內(nèi)寄存器中存儲轉(zhuǎn)換的溫度值，主機可以在任意時刻讀出傳感器溫度值。 （ 2） LM74 是美國國家 半導體公司推出的集成了帶隙式溫度傳感器、 A/D 數(shù)轉(zhuǎn)換器， 并具有 SPI/Microwire 兼容總線接口的數(shù)字溫度傳感器。具有體積小、編程簡單、使用容易、測量精度高，并且不易受環(huán)境 干 擾等優(yōu)點。測溫范圍為 55℃ ~+125℃ ，具有 10 位數(shù)字輸出溫度值，分辨率為 ℃ ，精度為 177。 目前在數(shù)字溫度傳感器中采用的串行總線主要有 Philips 公司的 I2C 總線 、 Motorola公司的 SPI總線 、 National Semiconductor 公司的 Microwireplus 總線 、 Dallas Semiconductor 公司的 1Wire 總線和 Siemens 公司的 Profibus 總線等。這些產(chǎn)品的出現(xiàn)極大的豐富了設計工程師的選擇對象。因此，在本次設計中選用了 ATMEL 公司的 AT89S52單片機。而 AT89S52 含有在系統(tǒng)可編程的 Flash存儲器，片內(nèi)有 8K 閃存， RAM 的容量也較 AT89C51 大 ，為 256 字節(jié)。因此單片機的選擇，對所設計系統(tǒng)的實現(xiàn)以及功能的擴展有著很大的影響。同時系統(tǒng)應配有現(xiàn)場故障診斷程序，一旦發(fā)生故障能保證有效地對故障進行定位，以便進行維修。 （ 2） 操作維護方便 在系統(tǒng)的軟硬件設計時，應從操作者的角度考慮操作和維護方便，盡量減少對操作陜西科技大學畢業(yè)論文（設計說明書 ） 6 人員專用知識的要求，以利于系統(tǒng)的推廣。 （ 1） 可靠性 高可靠性是單片機系統(tǒng)應用的前提，在系統(tǒng)設計的每一個環(huán)節(jié)，都應該將可靠 性作為首要的設計準則。間間隔，數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)存儲器。與計算機通訊功能，采用 RS232 串行通訊方式最遠傳輸距離為 20 米。并具有存儲、遠程通信功能。 （ 2） 實現(xiàn)超限數(shù)據(jù)的及時報警。 系統(tǒng)功能的設計 系統(tǒng)要完成的設計功能如下 ： （ 1） 實現(xiàn)對溫室溫濕度參數(shù)的實時采集，測量空間多點的溫度。該系統(tǒng)，可分為溫度測量電路 、 濕度測量電路 、 顯示電路 、 蜂鳴器 報警電路 ，與上機位連接電路 。 第五章 是 總結(jié)與展望 。 第三章是對 檢測 系統(tǒng)的硬件電路功能描述 ，包括溫度信號采集模塊、 濕度采集模塊、單片機、溫度報警模塊等。 陜西科技大學畢業(yè)論文（設計說明書 ） 4 第一章緒論 ，介紹溫濕度傳感器的 發(fā)展狀況。 （ 5） 利用 蜂鳴器 ，超限報警 。 （ 3） 單片機的設計提高了系統(tǒng)的監(jiān)測速度，系統(tǒng)的可靠性、實時性都有很大 的 提高 。 與傳統(tǒng)監(jiān)測系統(tǒng)相比，本系統(tǒng)具有以下優(yōu)點 ： （ 1） 傳感器設計成智能型，可以增加系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集速度，減輕監(jiān)控計算機 的負擔。 本文將信息采集技術、信息傳輸技術、信息存儲技術及信息處理技術等相互融合，將溫室環(huán)境多種參數(shù)監(jiān)測和單片機控制理論相結(jié)合，提出一種切實可行的溫室環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，可以全面、實時、自動地對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行自動記錄、存儲和處理，并將有關信息根據(jù)現(xiàn)場實際情況，采用最有效方式送入計算機進行處理，并可對監(jiān)測系統(tǒng)進行遠程控制。智能傳感器的出現(xiàn)將是傳感技術中的一次 飛躍。這種傳感器一般是計算機與傳感器相結(jié)合的復雜系統(tǒng)。為了使傳感器與計算機直接接口，致力于數(shù)字式傳感器研究是很重要的。例如溫濕度一體化傳感器，一個芯片可同時檢測溫度和濕度。一種是將傳感器、放大器及溫度補償電路等集成在同一芯片上，減小體積，增強了抗干擾能力。研究多功能集成傳感器是傳感器發(fā)展的一個重要方向。很多測試場合要求傳感器具有盡可能小的尺寸。為了提高測控精度，必須使傳感器的精度盡可能地高。因此，今后一個時期傳感技術將成為人們研究的新熱點，并有可能形成較大產(chǎn)業(yè)。目前，濕度傳感器正從簡單的濕敏元件向集成化、智能化、多參數(shù)檢測的方向迅速發(fā)展，為開基于單片機的溫濕度檢測系統(tǒng)硬件設計 3 發(fā)新一代濕度、溫度測控系統(tǒng)創(chuàng)造了有利條件，也將濕度測量技術提高到新的水平。近幾年，國外濕度傳感器有了較大的發(fā)展，特別是電阻式濕度傳感器發(fā)展更快，人們不僅在電阻式陶瓷濕度傳感器特性方面做了大量工作，而且在高分子電阻式濕度傳感器上做出可喜的研究成果，這種傳感器穩(wěn)定性好、精度高、響應特性優(yōu)，這是應當引以重視的技術動向。2%RH。 雖然存在一些不足，但是充分利用微處理器技術發(fā)展數(shù)字化、集成化和自動化的溫度傳感器仍是溫度傳感器的發(fā)展方向之一。受半導體器件本身限制，數(shù)字式傳感器還存在一些不夠理想的地方。目前，數(shù)字式溫度傳感器的總線技術已實現(xiàn)了標準化、規(guī)范化，主要有單線（ 1Wire）總線、總線、 SMBus 總線和 SPI 總線。數(shù)字式溫度傳感器內(nèi)部都包含溫度傳感器、 A/D 轉(zhuǎn)換器、信號處理器、存儲器 （或寄存器）和接口電路，有的產(chǎn)品還帶多路選擇器、中央控制器（ CPU）、隨機存取存儲器（ RAM）和只讀存儲器（ ROM）。這種檢測器的靈敏度為 250kHz/℃ ，精度為 1%左右，檢測范圍為 +20~+1400℃ 。用氦氖激光源的激光作反射計，可測很高的溫度，精 度達 1%；用激光干涉和散射原理制作的溫度檢測器可測量更高的溫度，上限可達+3000℃ ，專門用于核聚變研究，但在工業(yè)上應用還需進一步開發(fā)和實驗。1 ℃ 以內(nèi)，測溫范圍可以從絕對 0~+2020℃ 。光纖傳感器技術是本世紀 70 年代末發(fā)展起來的一門嶄新的技術，已開發(fā)了開關式溫度檢測器、輻射式溫度檢測器等多種實用型的品種。但它的缺點是一致性差、不易做到互換，而且 PN 結(jié)易受外界、幅射的影響，穩(wěn)定性難以保證。 近年發(fā)展起來的有 PN 結(jié)測溫器件。該類熱電偶最高測量溫度可達 +3000℃ ，是目前冶煉不可缺少的儀器設備。過去陜西科技大學畢業(yè)論文（設計說明書 ） 2 的缺點是一致性差，現(xiàn)由于改進配方問題基本解決，測量精度可達 %以內(nèi)，能滿足工業(yè)要求。但它們的缺點是靈敏度低，當傳輸線路長短不等時，需要進行溫度補償。在電氣時代主要發(fā)展了金屬熱敏電阻。可是它的缺點是只能近距離觀測，而且有毒。 傳統(tǒng)的溫度測量是從金屬 (物質(zhì) )的熱脹冷縮開始。我國從 20 世紀 80年代以來也已將傳感器技術列入國家高新技術發(fā)展的重點。傳感器技術是 2l 世紀人們在高新技術發(fā)展方面爭奪的一個制高點，各發(fā)達國家都將傳感器技術視為現(xiàn)代高新技術發(fā)展的關鍵。本系統(tǒng)還通過 RS232 和上位機相連，可以設置每隔一定的時間進行溫度和濕度的采集，上傳到上位機，以供查詢。 本文設計的是基于單片機 AT89S52 的溫濕度檢測和控制系統(tǒng)，主要以廣泛應用的DS18B20 和 HIH3610 作為溫度和濕度的檢測，該儀器具有測量精度高、硬件電路簡單、并能很好的進行顯示，可測試不同環(huán)境溫濕度的特點。傳統(tǒng)的溫濕度測量多采用模擬小信號傳感器，不僅信號調(diào)理電路復雜，且溫濕度值的標定過程也極其復雜，并需要使用昂貴的標定儀器設備。針對以上情況，研制可靠且實用的溫濕度控制器顯得非常重要。s living and production levels continue to improve, Living environment and production