【正文】 標準范圍之內(nèi)為止。而溫濕度也是最不易保障的指標，針對這一情況，研制可靠且實用的溫濕度控制器顯得非常重要。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 。 對于濕度的測試本人 采用 honeywell公司的線性電壓輸出濕度傳感器 hih3610研制出一種測試精度高，能測試多點溫濕度，且可與上位機通信的溫濕度智能測試儀。 在本設計中單片機是系統(tǒng)的控制核心，所以單片機的性能關系到整個系統(tǒng)的好壞。單片機種類很多，在眾多 51 系列單片機中，較為常用的是 ATMEL 公司的 AT89C51 和 AT89S52 單片機， AT89C51 片內(nèi) 4KROM 是 Flash 工藝的，使用專用的編程器自己就可以隨時對單片機進行電擦除和改寫，片內(nèi)有 128 字節(jié) 的 RAM。顯然這種單 片機優(yōu)點更多，開發(fā)時間也大為縮短。 在本設計中，溫度信號的采集為模擬信號，而單片機接收的為數(shù)字信號，因此需要進行 A/D 轉換，在需要進行多路 A/D 轉換時，目前常采用多通道 A/D 轉換器，如 ADC080AD574 等。如果只需完成單個通道 8 位轉換，且速度要求不高時，采用 TLC549 是一種較好的選擇 ， TLC549 是 單通道的 A/D轉換芯片，8位開關電容型逐次逼近模數(shù)轉換器，它具有三個控制輸入端，采用簡單的 3 線串行接口 可方便地與微 處理器 進行連接， 且 價格適中， 是做為 A/D 轉換的 最佳選擇器件之一。 LCD 液晶顯示的像素單元是整合在同一塊液晶版當中分隔出來的小方格。顯示非常細膩但是造價很高。如果是彩色，一般是三個三原色小二極管組成的一個大二極管。 臨沂師范學院 2020屆本科畢業(yè)論文 5 由于單片機工作現(xiàn)場存在著各種干擾，為保證系統(tǒng)的可靠工作，本設計選擇了常用的看門狗芯片 X5045，以實現(xiàn)對單片機的復位，監(jiān)控等功能。 在設計初期找了很多溫度傳感器，在智能化的溫度傳感器中，大多是同步串行總線技術，如 I178。 1WIRE 是 DALLAS 公司的一項專有技術，它采用一根信號線實現(xiàn)信號的雙向傳輸 ，具有接口簡單、節(jié)省 I/O口線、便于擴展和維護等優(yōu)點。 系統(tǒng)由以上元器件組成，通過硬件電路和軟件程序的設計，實現(xiàn)系統(tǒng)的基本功能。 臨沂師范學院 2020屆本科畢業(yè)論文 6 2 硬件部分的設計 對于硬件部分的設計，本著簡單可靠的思想。系統(tǒng)中主要用到： AT89S52 單片機與晶振時鐘電路；看門狗復位電路；溫度傳感器 DS18B20； A/D 轉換 TLC549；放大器 HAF17358 運放器；濕度檢測傳感器 HIH3610；鍵盤與 LED 顯示等。 AT89S52 單片機及其晶振電路 功能特性描述 AT89S52 是一種低功耗、高性能 CMOS 八位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng) 可編程 Flash存儲器，使用 ATMEL 公司高密度非易失性存儲器技術制造，與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。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用系統(tǒng)提供靈活的解決方案。 AT89S52 芯片的引腳圖見圖 22 圖 AT89S52的引腳圖 VCC：電源 Vss：地 P0 口： 8位漏極開路的雙向 I/O 口。對 P0端口寫“ 1”時，引腳用作高阻抗輸入。在這種模式下， P0 具有內(nèi)部上拉電阻。程 序校驗時，需要外部上拉電阻。對 P1 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。此外， 和 分別作定時器 /計數(shù)器 2 的外部計數(shù)輸入（ ）和定時器 /計數(shù)器 2的觸發(fā)輸入（ ），具體如下表所示。 P2 口：具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 輸出緩沖器能驅動四個 TTL 邏輯電平。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（ IIL） 。在這種應用中， P2 口使用很強的內(nèi)部上拉發(fā)送 1。 表 21 P1口引腳的第二功能 引腳號 第二功能 T2（定時器 /計數(shù)器 T2的外部計數(shù)輸入），時鐘輸出 T2EX（定時器 /計數(shù)器 T2 的捕捉 /重載觸發(fā)信號和方向控制） MOSI（在系統(tǒng)編程用） MISO（在系統(tǒng)編程用） SCK（在系統(tǒng)編程用） 在 Flash 編程和校驗時， P2 口也接收高 8位地址字節(jié)和一些控制信號。對 P3 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。 P3 口亦作為 AT89S52 特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。 臨沂師范學院 2020屆本科畢業(yè)論文 9 表 22 P3口引腳的第二功能 引腳號 第二功能 RXD（串行輸入） TXD（串行輸出） 0INT （外部中斷 0） 1INT （外部中斷 1） T0（定時器 0外部輸入） T1（定時器 1外部輸入） WR （外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） RD （外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） RST：復位輸入?？撮T狗計時完成后， RST 腳輸出 96 個晶振周期的高電平。 DISRTO 默認狀態(tài)下，復位高電平有效。在 Flash 編程時，此引腳（ PROG ）也用作編程輸入脈沖。然而，特別強調(diào)，在每次訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時， ALE 脈沖將會跳過。這一位置“ 1”，ALE 僅在執(zhí)行 MOVX 或 MOVC 指令時有效。這個 ALE 使能 標志位（地址為 8EH的 SFR 的第 0位）的設置對微控制器處于外部執(zhí)行模式下無效。當 89S52從外部程序存儲器執(zhí)行外部代碼時， PSEN 在每個機器周期被激活兩次，而在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時， PSEN 將不被激活。 為使能從 0000H 到 FFFFH 的外部程序存儲器讀取指令， EA 必須接地。 在 Flash 編程期間， EA 也接收 12伏 VPP電壓。 XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。石英晶體和陶瓷諧振器都可以用來一起構成自激振蕩器。在本設計臨沂師范學院 2020屆本科畢業(yè)論文 10 系統(tǒng)中采用的是外部振蕩電路連接法，如圖 23所示 。 10PF 陶瓷諧振器 C1,C2=40PF177。為了解決這些問題，實現(xiàn)系統(tǒng)安全可靠、穩(wěn)定、實時運行，可以采用集可編程看門狗、電壓監(jiān)控、 E2PROM 等功能于一身的 X5045 芯片。 X5045 中的看門狗對系統(tǒng)提供了保護功能。 X5045 提供了三個時間值供用戶選擇使用。 X5045 的存儲器與 CPU 可通過串行通信方式接口。它共有 8個引腳： 圖 25 X5045的引腳圖 C2 C1 XTAL2 XTAL1 GND XTAL2 XTAL1 GND NC 外部振蕩信號 臨沂師范學院 2020屆本科畢業(yè)論文 11 表 23 引腳功能描述 引腳 名稱 功能描述 1 CS /WDI 芯片選擇輸入：當 CS 是高電平時，芯片末選中，并將 SO置為高阻態(tài)。在 CS 是高電平時，將 CS 拉低將使器件處于選擇狀態(tài)，器件將工作于功耗狀態(tài)。 看門狗輸入：在看門狗定時器超時并產(chǎn)生復位之前，一個加在 WDI引腳上的由高到低的電平變化將復位看門狗定時器。 3 WP 寫保護：當 WP 引 腳是低電平時，向 X5045中寫的操作被禁止，但是其它的功能正常。如果在 CS是低的時候， WP 變?yōu)榈碗娖剑瑒t會中斷向 X5045 中寫的操作，但是，如果此時內(nèi)部的非易失性寫周期己經(jīng)初始化了， WP 變?yōu)榈碗娖讲黄鹱饔谩? 5 SI 串行輸入： SI是串行數(shù)據(jù)輸入端，指令碼、地址、數(shù)據(jù)都通過這個引腳進行輸入。 6 SCK 串行時鐘：串行時鐘的上升沿通過 SI 引腳進行數(shù)據(jù)的輸入，下降沿通過SO引腳進行數(shù)據(jù)的輸出。只要 Vcc下降到最小允許 Vcc值，這個引腳就會輸出高電平，一直到 Vcc 上升超過最小允許值之后200ms 。CS 引腳上的一個下降沿將會復位看門狗定時器。 8 VCC 正電源。 表 24 X5045 狀態(tài)寄存器各位定義 7 6 5 4 3 2 1 0 0 0 WD1 WD0 BL1 BL0 WEL WIP 其中， WD WD0是看門狗定時時間設置位； BL BL0是存儲單元寫保護區(qū)設置位；WEL 是只讀標志， 1表明寫使能開關打開； WIP 也是只讀標志， 1 代表芯片內(nèi)部正處于寫周期。 臨沂師范學院 2020屆本科畢業(yè)論文 12 X5045 芯片功能包括以下 4 種： （ 1） 上電復位控制。 （ 2） 電源電壓監(jiān)控。 VTRIP的出廠值根據(jù)芯片型號不同共有 5個級別的電壓范圍。 （ 3） 看門狗定時器。對看門狗的復位由 CS 輸入電平的下降沿完成。 表 25 WD WD0組合定義 WD1 WD0 看門狗定時值 0 0 0 1 600ms 1 0 200ms 1 1 禁止看門狗工作 （ 4） 串行 E2PROM。包括： ① WP 寫保護引腳，當引腳被拉低時，內(nèi)部存儲單元狀態(tài)寄存器都禁止寫入； ② 存儲區(qū)域寫保護模式，通過對狀態(tài)寄存器的 BLBL0 位的設置，可以選擇對不同的存儲區(qū)域進行寫保護； ③ 在進行任何寫操作前都必須打開寫使能開關，而且在上電初始化寫操作完成時，寫使能開關自動關閉。 表 26 BL BL0組合定義 BL1 BL0 寫保護的單元地址 0 0 沒有保護 0 1 180H～ 1FFH 1 0 100H～ 1FFH 1 1 000H～ 1FFH （ 1） WREN 和 WRDI 是寫使能開關的開 /關指令。 （ 2） RDSR 和 WRSR 是狀態(tài)寄存器的讀 /寫指令。 （ 3） READ 和 WRITE 是存儲單元的讀 /寫指令。其中，讀指針和寫指針的工作 方式完全不同，讀指針的全部 8 位用來計數(shù)， 0FFH 溢出后變成 00H；寫指針只用最低兩位計數(shù)， XXXXXX11B 溢出后變成 XXXXXX00B，所以連續(xù)寫的實際結果是在 4個單元中反復寫入。 芯片內(nèi)部共有 6條指令，如 下 表所列。 X5045與 AT89S52 單片機的連接電路圖見圖 214。數(shù)據(jù)的輸入 、 輸出都是 高位在先。 （ 1） 該芯片在其上電后自產(chǎn)生復位信號，這樣就實現(xiàn)單片機的上電自動復位； （ 2） 當電源 VCC低于規(guī)定值時，（如 VCC=5V，則規(guī)定值為 ～ ），將產(chǎn)生復位信號。 臨沂師范學院 2020屆本科畢業(yè)論文 14 溫度信號采集模塊 DS18B20芯片簡介 DS18B20 是美國達拉斯 (DALLAS)半導體公司推出的應用單總線技術的數(shù)字溫度傳感器。本設計中溫度傳感器之所以選擇單線數(shù)字器件 DS18B20，是在經(jīng)過多方面比較和考慮后決定的，主要有以下幾方面的原因： （ 1）系統(tǒng)的特性：測溫范圍為 55℃～ +125℃ ，測溫精度為士 ℃；溫度轉換精度 9～ 12 位可變，能夠直接將溫度轉換值以 16 位二進制數(shù)碼的 方式串行輸出； 12 位精度轉換的最大時間為 750ms；可以通過數(shù)據(jù)線供電，具有超低功耗工作方式。一支 DS18B20 的體積與普通三極管相差無幾，價格只有十元人民幣左右。使測溫系統(tǒng)的線路結構設計和硬件開銷大為簡化。同時因為 DS18B20 是全數(shù)字元器件，故障率很低，抗干擾性強，因此，減少了系統(tǒng)的日常維護工作。溫度傳感器的測量結果被用戶定義為 9, 10， 11或 12 位，其各自的準確度為 、 、 0. 0625。表 29 是 DS18B20 內(nèi)部存儲器，表 210DS18B20 GND DQ VDD 臨沂師范學院 2020屆本科畢業(yè)論文 15 是 DS18B20 溫度存儲格式與配置寄存器控制字的格式。字節(jié) 4 是配置寄存器控制字的格式，當主機發(fā)出溫度轉換命令（ 44H）時，啟動溫度轉換過程，轉換時間最長 750 ms。通過寫寄存器功能命令，改變分辨率的設置 。若 TTH 或 TTL，則將該器件內(nèi)的報警標志置位，并對主機發(fā)出的告警搜索命令作出響應。行報警搜索，一旦某測溫點越限，主機利用報警搜索命令，即可識別正在報警的器件，并讀出其序列號。在每臺分機上都有一個登記注冊端口， DS18B20 在接入系統(tǒng)前，先接到登記注冊端口，確認后， CPU 將 DS18B20的物理位址 (8 個 BYTE)讀出 , 然后存入到 E2PROM 中剛才設定的邏輯地址上， DS18B20 在E2PROM 中邏輯地址定義見表 211。因此掌握 DS18B20 的通信協(xié)議是使用該器件的關鍵。該協(xié)議定義了幾種信號類型：復位脈沖、應答脈沖時隙；寫“ 0”寫“ 1”時隙；讀“ 0”讀“ 1” 時隙。發(fā)送所有的命令和數(shù)據(jù)時，都是字節(jié)的低位在前，高位在后。在寫時隙期間，主機向 DS18B20 器件寫入數(shù)據(jù)，而 在讀時隙期間，主機讀入來自 18B20的數(shù)據(jù)。 （ 2）寫時隙 當主機將單總線 DQ 從邏輯高（空閑狀態(tài)）拉為邏輯低時，即啟動一個寫時隙。寫 0和寫 1時隙如圖 24所示。 臨沂師范學院 2020