【正文】 感器、非易失性溫度報警觸發(fā)器 TH 和 TL、配置寄存器。DS18B20 的封裝形式及引腳排列如圖 23 所示： 圖 23 DS18B20 的引腳排列圖 DS18B20有4個主要的數(shù)據(jù)部件： 基于單片機(jī)的蔬菜大棚溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計10 (1) 光刻 ROM中的64位序列號是出廠前被光刻好的，它可以看作是該DS18B20的地址序列碼。光刻ROM的作用是使每一個 DS18B20都各不相同，這樣就可以實(shí)現(xiàn)一根總線上掛接多個DS18B20的目的。其中DQ為數(shù)字信號輸入/輸出端；GND為電源地；VDD為外接供電電源輸入端(采用寄生電源供電方式時接地)。 (4) 配置寄存器 該字節(jié)各位的意義如表22所示：表22 配置寄存器結(jié)構(gòu)TM R1 R0 1 1 1 1 1 低五位一直都是1，TM是測試模式位，用于設(shè)置DS18B20在工作模式還是在基于單片機(jī)的蔬菜大棚溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計11測試模式。R1和R0用來設(shè)置分辨率，如下表所示（DS18B20出廠時被設(shè)置為12位）：表23 分辨率設(shè)置R1 R0 分辨率 溫度最大轉(zhuǎn)換時間0 0 9位 93075ms0 1 10位 1 0 11位 375ms1 1 12位 750msDSl8B20工作過程中的協(xié)議如下： 初始化：ROM操作命令；存儲器操作命令；處理數(shù)據(jù)。 ROM操作命令 總線主機(jī)檢測到DSl820 的存在，便可以發(fā)出 ROM操作命令之一，這些命令如 ：指令代碼 Read ROM(讀 ROM) [33H] Match ROM(匹配ROM) [55H] Skip ROM(跳過ROM] [CCH] Search ROM(搜索ROM) [F0H] Alarm search(告警搜索) [ECH]存儲器操作命令 指令代碼 Write Scratchpad(寫暫存存儲器) [4EH] Read Scratchpad(讀暫存存儲器) [BEH] Copy Scratchpad(復(fù)制暫存存儲器 ) [48H] Convert Temperature(溫度變換 ) [44H] Recall EPROM(重新調(diào)出) [B8H] Read Power supply(讀電源) [B4H] 時序 基于單片機(jī)的蔬菜大棚溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計12主機(jī)使用時間隙(time slots)來讀寫DSl820的數(shù)據(jù)位和寫命令字的位 (1) 初始化 時序見圖24 。若低電平，寫入的位是0，見圖25；若高電平，寫入的位是1，見圖26。 圖25 DS18B20寫0 圖26 DS18B20寫1(3) 讀時間隙 見圖27 ，主機(jī)總線t0時刻從高拉至低電平時，總線只須保持低電平 t0一t1。t2距t0為15us,也就是說t2時刻前主機(jī)必須完成讀位,并在t0 后的60us 一120 us內(nèi)釋放總線。電容式、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。 HS1101的特點(diǎn)是不需校準(zhǔn)的完全互換性，高可靠性和長期穩(wěn)定性，具有快速響應(yīng)時間，可以自動化焊接，包括波峰焊或水浸，專利設(shè)計的固態(tài)聚合物結(jié)構(gòu)，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。圖29為濕度電容響應(yīng)曲線。2%RH；響應(yīng)時間小于5S； pF/℃。 HUMIREL 濕度傳感器 HS1101基于獨(dú)特工藝設(shè)計的電容元件，這些相對濕度傳感器可以大批量生產(chǎn)。在需要濕度補(bǔ)償?shù)膱龊纤部梢缘玫胶艽蟮膽?yīng)用。如何將電容的變化量準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)變?yōu)橛嬎銠C(jī)易于接受的信號，常有兩種方法：一是將該濕敏電容置于運(yùn)放與阻容組成的橋式振蕩電路中，所產(chǎn)生的正弦波電壓信號經(jīng)整流、直流放大、再A/D 轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；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)為與之成反比的電壓頻率信號，可直接被計算機(jī)所采集。該振蕩電路的兩個暫穩(wěn)態(tài)過程交替如下：首先是電源Ucc 通過R1,R2 向C2充電，經(jīng) T1充電時后，Uc2充至內(nèi)比較器的高觸發(fā)電平，約2/3Ucc ，此時輸入引腳3 端由高電平突降為低電平，然后通過R2 放電，經(jīng)T2放電時間后，Uc2下降到比較器的低觸發(fā)電平，約1/3Ucc，此時輸入引腳3端又由低電平躍升為高電平，如此反復(fù)，形成方波輸出，其中充放電時間為： T1=C1(R1+R2)ln2 (21)T2=C1R2ln2 (22)因而輸出的方波頻率為： f=1/(T1+T2)=1/C1(R1+2R2)ln2=50HZ (23)只要改變定時元件R1和R2就可以改變脈沖的頻率，從多諧振蕩器出來的信號又接入到單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器它有兩個觸發(fā)狀態(tài)，一個穩(wěn)定狀態(tài)，一個暫穩(wěn)定狀態(tài)，在外來觸發(fā)脈沖作用下，能夠由穩(wěn)定狀態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)定狀態(tài)，而暫穩(wěn)定狀態(tài)維持一段時間后，再自動的返回到穩(wěn)定狀態(tài)，且暫穩(wěn)定狀態(tài)持續(xù)時間長短取決與電路本身參數(shù)，圖中，R3,C3和傳感器HS1101是外接地定時元件，觸發(fā)脈沖Ui由5端輸出，由8端輸入，下降沿有效，從9端輸出一個幅度，寬度都一定的矩形波信號，輸出的脈沖寬度Tp為： Tp=R3(C2+Cx)ln3 (24)基于單片機(jī)的蔬菜大棚溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計16雖然從NE556輸出的是標(biāo)準(zhǔn)的脈沖信號，為了減少外界對信號的干擾，設(shè)計中采用低通濾波器，過濾掉高頻信號的干擾，然后直接用單片機(jī)的定時計數(shù)器 T1來測量脈寬 Tp，通過脈寬值，我們可以得到濕度傳感器的電容值，知道了傳感器的電容值，我們就可以分析電容與濕度的關(guān)系，下圖為HS1101的典型輸出曲線，相對濕度在1%99%RH之間，電容量由163pf 變化到202pf，其誤差不大于177。濕度傳感器HS1101的典型輸出曲線如圖212 所示：圖 212 HS1101的典型輸出曲線根據(jù)HS1101的典型輸出曲線，以及傳感器的相關(guān)資料，我們可以得到電容值與濕度值的近似關(guān)系為：RH≈(Cx163）/ (25)我們可以根據(jù)前面測量出的NE556輸出的脈寬值，求出相應(yīng)的電容值，再根據(jù)上式，我們就可以由相應(yīng)的電容值求出濕度值。獨(dú)立式鍵盤是各個按鍵相互獨(dú)立地連通兩條輸入數(shù)據(jù)線。其電路結(jié)構(gòu)如圖 33 所示：基于單片機(jī)的蔬菜大棚溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計18圖 33 鍵盤連接 顯示部分 八位數(shù)碼管采用動態(tài)顯示方式，動態(tài)顯示可節(jié)省端口，方便連接，由于每個數(shù)碼管處于輪流導(dǎo)通狀態(tài)，因此，每次只有一個數(shù)碼管點(diǎn)亮，比靜態(tài)數(shù)碼管可省電。其方法就是把計算機(jī)采集的數(shù)據(jù)或記過計算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、數(shù)字濾波，標(biāo)度變換之后，與該參數(shù)上下限給定值進(jìn)行比較，如果高于上限值（或低于下限值）則進(jìn)行報警，否則就作為采樣的正常值，進(jìn)行顯示和控制。發(fā)光二級管與單片機(jī)的兩個 I/O 口連接，當(dāng)測定的溫度或者濕度超過上下限時，二極管發(fā)光報警。壓電式蜂鳴器需要約 10mA 的驅(qū)動電流，可以使用 TTL 系列集成電路 7406 或 7407 低電平驅(qū)動，也可以用一個晶體三極管驅(qū)動。 圖 336 為電路原理圖：圖 35 發(fā)光二級管報警電路圖 36 三極管驅(qū)動的蜂鳴器報警電路 RS485 異步半雙工通信總線 RS485 異步半雙工通信總線是被廣泛使用的數(shù)據(jù)通信總線，往往應(yīng)用在集中控制樞紐與分散控制單元之間。485 總線應(yīng)用電路圖如圖 37 所示：圖 37 RS485 總線的應(yīng)用電路圖 在應(yīng)用系統(tǒng)中，主機(jī)與分機(jī)一般相隔較遠(yuǎn)，而分級系統(tǒng)上電或復(fù)位又常常基于單片機(jī)的蔬菜大棚溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計20不在同一個時刻完成，如果在此時 DE 端電位為“1”，那么 485 總線的輸出將會處于發(fā)送狀態(tài)，也就是占用了通信總線，這樣其他的分機(jī)就無法與主機(jī)進(jìn)行通信。因此在電路設(shè)計時，應(yīng)保證系統(tǒng)上電復(fù)位時 DE 端電位為“0”。由于工程環(huán)境的原因，現(xiàn)場常有各種形式的干擾，所以 485 總線的傳輸端一定要加有保護(hù)措施，在電路設(shè)計中采用穩(wěn)壓管 DD2 組成的吸收回路，有效地抵抗干擾。 在應(yīng)用系統(tǒng)工程的現(xiàn)場施工中，由于通信載體是雙絞線，它的特性阻抗為120Ω 左右，所以電路設(shè)計時，在 RS485 網(wǎng)絡(luò)傳輸線的始端和末端應(yīng)加一個120Ω 的電阻（如圖中 R35） ，以減少線路上傳輸信號的反射。200mV，即差分輸入端VAVB≥200mV,輸出邏輯 1；VAVB≤200mV，輸出邏輯 0；而 A、B 端電位差的絕對值小于 200mV 時，輸出為不確定。解決這個問題的辦法是人為的使 A 端電位高于 B 端電位，這樣 RXD 的電平在 485 總線不發(fā)送期間呈現(xiàn)唯一的高電平，8951 單片機(jī)就不會被誤中斷而收到亂字符，通過在485 電路的 A、B 端加接上拉電阻 R3R37，即可很好的解決這個問題。由于 485 總線是異步半雙工的通信總線，在某一個時刻，總線只可能呈現(xiàn)一種狀態(tài)，所以這種方式一般適用于主機(jī)對分機(jī)的查詢方式通信，總線上必然有一種始終處于主機(jī)地位的設(shè)備在巡檢其他分機(jī)，所以需要制定一套合理的通信協(xié)議來協(xié)調(diào)總線的分時共用。其中引導(dǎo)碼是用于同步每一包數(shù)據(jù)的引導(dǎo)頭；長度碼是這一包數(shù)據(jù)的總長度；命令碼是主機(jī)對分機(jī)的控制命令；地址碼是分機(jī)的本機(jī)地址號；內(nèi)容是這一包數(shù)據(jù)里的各種信息；校驗(yàn)碼是這一包數(shù)據(jù)的校驗(yàn)標(biāo)志，可以采用奇偶校驗(yàn)、和基于單片機(jī)的蔬菜大棚溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計21校驗(yàn)等不同方式。為了可靠地工作，在 485 總線狀態(tài)切換時需要做適當(dāng)延時，再進(jìn)行數(shù)據(jù)的收發(fā)，具體做法是在數(shù)據(jù)發(fā)送狀態(tài)下，先將控制端置“1” ，延時 1ms 左右的時間，再發(fā)送有效的數(shù)據(jù)，一包數(shù)據(jù)發(fā)送結(jié)束后再延時 1ms 左右的時間后，將控制端置“0”。4 軟件設(shè)計 主程序流程圖主程序流程圖如圖 41 所示：基于單片機(jī)的蔬菜大棚溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計22開始初始化單片機(jī)初始化 DS18B20初始化 HS1101初始化 LED讀取溫度數(shù)據(jù)顯示讀取濕度數(shù)據(jù)返回圖41 系統(tǒng)主程序流程圖 按鍵掃描子程序流程圖按鍵掃描子程序如圖 42 所示：基于單片機(jī)的蔬菜大棚溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計23KEY0鍵按下KEY1鍵按下設(shè)定溫度值加1設(shè)定溫度值減1正常工作指示燈工作YYYNNN異常指示燈工作蜂鳴器報警檢測到溫度在正常范圍 圖42 按鍵掃描子程序流程圖 溫度程序流程圖溫度報警程序流程圖如圖43所示：基于單片機(jī)的蔬菜大棚溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計24開始總線復(fù)位跳過 ROM設(shè)置匹配 ROM發(fā)送 ROM 編號報警開始溫度轉(zhuǎn)換延時 1 秒顯示溫度DS18B20 開始溫度轉(zhuǎn)換是否超限制溫度NY圖43 溫度報警流程圖基于單片機(jī)的蔬菜大棚溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計25 濕度程序流程圖濕度測量部分程序流程圖如圖44所示：濕度處理函數(shù)重新設(shè)置定時器，計數(shù)從頭來過，等待 3s后下一次結(jié)果定時器 0、1 初始化讀取定時器計數(shù)值函數(shù)返回定時器設(shè)置 50ms 定時，啟動定時中斷對計數(shù)值求算法得濕度值，保存，以便顯示調(diào)用是否中斷 60次，即 3sYN圖44 濕度測量部分程序流程圖基于單片機(jī)的蔬菜大棚溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計26結(jié) 束 語 本設(shè)計以滿足工況需要最大限度的提高工作效率和節(jié)省人力物力為出發(fā)點(diǎn)，使用 AT89S51 單片機(jī)對溫室大棚內(nèi)的溫濕度進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集、接收，處理、發(fā)送和控制?？膳c上位機(jī)連機(jī)通訊，實(shí)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，大大提高了儲存質(zhì)量也節(jié)省了大量的人力物力。3℃時，報警裝置發(fā)光二極管和蜂鳴器即會啟動，該系統(tǒng)基本實(shí)現(xiàn)了對溫濕度的測量與顯示，操作人員可以根據(jù)顯示指示，來判斷當(dāng)前溫濕度是否對作物生長有利。 基于單片機(jī)的蔬菜大棚溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計27致 謝基于單片機(jī)的蔬菜大棚溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計28參考文獻(xiàn)[1]梁中明. 基于DS18B20與虛擬I~(2)C總線的數(shù)字溫度測量裝置設(shè)計 [J].湖北電子報,2022.[2]—設(shè)計與應(yīng)用[M].北京:國防科技大學(xué)出版社 ,2022. 205207. [3],趙勇. 傳感器與自動檢測技術(shù)[M].北京: 高等教育出版社,2022.[4]金杰. DS18B20實(shí)現(xiàn)高精度溫度測量[J]. 鄭州電子報, 2022, (20220227).[5]吳興慧,[M].北京: 電子工業(yè)出版社 ,1998.[6]張世英,劉萬瑩,李仁兵. 基于AT89S51單片機(jī)的溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計[A].中南六?。▍^(qū)）自動化學(xué)會第24屆學(xué)術(shù)年會會議論文集[C], 2022.[7]新型單片機(jī)AT89S51及其應(yīng)用舉例[J]. 1996. [8]蘇家健,曹柏榮,汪志峰. 單片機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù)[M] .北京：高等教育出版社， 2022.[9]趙娜,[J].微計算機(jī)信息 ,2022,23(1):146—148.[10]劉攀,[J]