【正文】 對室內(nèi)濕度進(jìn)行濕度采集，進(jìn)行比較，看是否超出 設(shè)定的 限定值 ； 報(bào)警是超出限定值的時(shí)候 會(huì)報(bào)警；當(dāng)超出限定值時(shí)，控制開關(guān)會(huì)閉合，帶動(dòng)加熱、噴水裝置對室內(nèi)溫度和濕度進(jìn)行調(diào)節(jié) ；由于想要連接到 PC 機(jī)上，在裝置中設(shè)計(jì)了 485 總線。 本章 小結(jié) 本節(jié)主要介紹了室內(nèi)溫濕度控制的總體方案設(shè)計(jì)，設(shè) 計(jì)的背景及意義 ，整體的設(shè)計(jì)框圖，對各個(gè)元件的選用 ，以及設(shè)計(jì)的主要原則。從整體上，闡述了 設(shè)計(jì)的總體方案，對溫濕度控制設(shè)計(jì) 、光電隔離開關(guān)等 有一個(gè)總體的認(rèn)識。 12 第 3章 硬件設(shè)計(jì) 本控制系統(tǒng)主要包括濕 度 控制和 溫度調(diào)節(jié)兩個(gè)環(huán)節(jié) ，先進(jìn)行溫度、濕度的采集，根據(jù)溫度和濕度的實(shí)際情況控制光電隔離開關(guān)，從控制噴水器和加熱器進(jìn)行工作，對室內(nèi)溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)。 二 是信息處理部分。 三 是輸出及控制部分。 AT89C51 單片機(jī)簡介 AT89C51 單片機(jī)是一種帶 4K 字節(jié) FLASH存 儲(chǔ)器 （ FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能 CMOS 8 位微處理器，俗稱 單片機(jī) 。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。外形及引腳排列如圖所示結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工作原理 如圖 31。 13 主要特性 AT89C51 主要特征有： 1. 與 MCS51 兼容 2. 4K 字節(jié)可編程 FLASH 存儲(chǔ)器 3. 壽命： 1000 寫 /擦循環(huán) 4. 數(shù)據(jù)保留時(shí)間： 10 年 5. 全靜態(tài)工作： 0Hz24MHz 6. 三級程序存儲(chǔ)器鎖定 7. 1288 位內(nèi)部 RAM 8. 32 可編程 I/O 線 9. 兩個(gè) 16 位 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 10. 5 個(gè)中斷源 11. 可編程串行通道 12. 低功耗的閑置和掉電模式 外部 管腳 VCC：供電電壓。 P0 口 ： P0 口為一個(gè) 8 位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。 P1 口 ： P1 口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能 接收輸出 4TTL 門電流。在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)， P1 口作為第八位地址接收。并因此作為輸入時(shí)， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。 P2 口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)， P2 口輸出地址的高八位。 P2 口在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 P3 口 ： P3 口管腳是 8 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4個(gè) TTL 門電流。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 RST：復(fù)位輸入。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在平時(shí)， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè) ALE 脈沖。此時(shí)， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令 是 ALE 才 起作用。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無效。 15 PSEN ：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的 /PSEN 信號將不出現(xiàn)。注意加密方式 1 時(shí)， /EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng) /EA 端保持高電平時(shí)， 此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 振蕩器特性 : XTAL1 和 XTAL2 分別為反向放大器的輸入和輸出。 石晶 振蕩和陶瓷振蕩均可采用。有余輸入至內(nèi)部 時(shí)鐘信號 要通過一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對外部時(shí)鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。超小的體積，超低的硬件開消，抗干擾能力強(qiáng)，精度高，附加功能強(qiáng)，使得 DS18B20 更受歡迎。了解其工作原理和應(yīng)用可以拓寬您對單片機(jī)開發(fā)的思路。一線總線結(jié)構(gòu)具有簡潔且經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，可使用戶輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，從而為測量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念， DS18B20 的測溫范圍為 55℃ ～ 125℃ 在 10℃ ～+85℃ 范圍內(nèi)，精度為 ℃ ，現(xiàn)場溫度可直接通過 “ 一線總線 ” 以數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。它工作在 3V～ V的電壓范圍，采用多種封裝形式，從而使系統(tǒng)設(shè)計(jì)更靈活、方便 .設(shè)定分辨率及用戶設(shè)定的報(bào)警溫度存儲(chǔ)在 E2PROM 中 ， 掉電后依然保存。 2. 先進(jìn)的單總線數(shù)據(jù)通信。 攝氏度。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 6. 檢測溫度范圍為 55℃ ～ +125℃ （ 67℉ ～ +257 ℉ ） 7. 內(nèi)置 E2PROM，限溫報(bào)警功能。 9. 多樣封裝形式，適應(yīng)不同硬件系統(tǒng)。 ，電源極性反接時(shí)，芯片不會(huì)燒毀。 表 32 DS18B20 詳細(xì)引腳功能描述 序號 名稱 引腳功能描述 1 GND 地信號 2 DQ 數(shù)據(jù)輸入 /輸出引腳。當(dāng)被用著在寄生電源下，也可以向器件提供電源。當(dāng)工作于寄生電源時(shí)，此引腳必須接 地。 17 內(nèi)部結(jié)構(gòu) 如圖 32 所示為 DS18B20 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖，它主要包括寄生電源電路、溫度傳感器、 64 位激光 ROM 單線接口和 1Wire 總線接口、存放中間數(shù)據(jù)的高速緩沖存儲(chǔ) 器、用于存儲(chǔ)用戶設(shè)定的溫度上下限的 TH 和 TL 觸發(fā)器存儲(chǔ)與控制 邏輯、 8 位循環(huán)冗余檢驗(yàn)碼（ CRC）發(fā)生器等 7 部分。在信號線為高電平的時(shí)間周期內(nèi)，會(huì)把能量存儲(chǔ)在內(nèi)部的電容器中；在單信號線為低電平的時(shí)間期內(nèi)，斷開此電源，直到信號線變?yōu)楦唠娖街匦陆由霞纳娙荩╇娫礊橹埂? 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 其一個(gè)工作周期可分為兩個(gè)部分，即溫度檢測和數(shù)據(jù)處理。 DS18B20 共有三種形態(tài)的存儲(chǔ)器資源，它們分別是 ： ROM 只讀存儲(chǔ)器， 用于存放 DS18B20 的 編碼，其前 8 位是單線系列編碼DS18B20 的編碼是 19H，后面 48 位是芯片唯一的序列號，最后 8 位是以上 56的位的 CRC 碼 （ 冗余校驗(yàn) ） 。 DS18B20 共 64位 ROM。第 2 個(gè)字節(jié)是溫度轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)值信息，第 4 個(gè)字節(jié)是用戶 EEPROM（ 常用于溫度報(bào)警值儲(chǔ)存 ） 的鏡像。第 5 個(gè)字節(jié)則是用戶第 3 個(gè) EEPROM 的鏡像。第 9 個(gè)字節(jié)為前 8 個(gè)字節(jié)的 CRC 碼。 表 32溫度和數(shù)字量的關(guān)系 變量 輸出的二進(jìn)制碼 對應(yīng)的十六進(jìn)制碼 +125 000000011111010 00FAH +25 000000000110010 0032H +1/2 000000000000001 0001H 0 000000000000000 0000H 1/2 111111111111111 FFFFH 25 111111111001110 FECEH 55 111111110010010 FF92H 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 當(dāng) DS18B20 接到此復(fù)位信號后則會(huì)在 1560μS 后回發(fā)一個(gè)芯片的存在脈沖。至此，通信雙方已經(jīng)達(dá)成了基本的協(xié)議，接下來將會(huì)是控制器與 DS18B20 間的數(shù)據(jù)通信。 3. 控制器發(fā)送 ROM 指令 ： 雙方打完了招呼之后最要將進(jìn)行交流了， ROM指令共有 5 條，每一個(gè)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(bào)警芯片搜索。其主要目的是為了分辨一條總線上掛接的多個(gè)器件并作處理。 ROM 指令在下文有詳細(xì)的介紹。操作指令同樣為 8 位，共 6 條，存儲(chǔ)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(fù)制到EEPROM、溫度轉(zhuǎn)換、將 EEPROM 中的報(bào)警值復(fù)制到 RAM、工作方式切換。 5. 執(zhí)行或數(shù)據(jù)讀寫 ： 一個(gè)存儲(chǔ)器操作指令結(jié)束后則將進(jìn)行指令執(zhí)行或數(shù)據(jù)的讀寫，這個(gè)操作要視存儲(chǔ)器操作指令而定。如執(zhí)行數(shù)據(jù)讀寫指令則需要嚴(yán)格遵循 18B20 的讀寫時(shí)序來操作。若要讀出當(dāng)前的溫度數(shù)據(jù)我們需要執(zhí)行兩次工作周期，第一個(gè)周期為復(fù)位、跳過 ROM 指令、執(zhí)行溫度轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器操作指令、等待 500μS 溫度轉(zhuǎn)換時(shí)間。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 如要采用寄生工作方式，只要將 VDD 電源引腳與單總線并聯(lián)即可。在使用 PL/M、 C 等高級語言進(jìn)行系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)時(shí)，對 DS18B20 操作部分最好采 用匯編語言實(shí)現(xiàn)。當(dāng)單總線上所掛 DS18B20 超過 8 個(gè)時(shí)，就需要解決微處理器的總線驅(qū)動(dòng)問題，這一點(diǎn)在進(jìn)行多點(diǎn)測溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要加以注意。試驗(yàn)中，當(dāng)采用普通信號電纜傳輸長度超過 50m 時(shí)，讀取的測溫?cái)?shù)據(jù)將發(fā)生錯(cuò)誤。這種情況主要是由總線分布電容使信號波形產(chǎn)生畸變造成的。 4. 在 DS18B20 測溫程序設(shè)計(jì)中，向 DS18B20 發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令后，程序總要等待 DS18B20 的返回信號，一旦某個(gè) DS18B20 接觸不好或斷線，當(dāng)程序讀該 DS18B20 時(shí)，將沒有返回信號，程序進(jìn)入死循環(huán)。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 電容式、電阻式和濕漲式濕敏元件分別是根據(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。早期感濕膜多采用醋酸纖維素及其衍生物，目前大多采用的是醋酸丁酸纖維素、聚酞業(yè)胺，電容型濕敏材料常見的還有聚 苯乙烯、酪酸醋酸纖維等感濕材料。 其中 2u r u H oaW? ? ??? （ 32） r? —0%RH 時(shí)高分子介電常數(shù)； a—常數(shù) ； uW — %u RH 時(shí)高分子單位質(zhì)量所吸附水分子質(zhì)量； 2Ho?—高分子中吸附水的介點(diǎn)常數(shù)。圖 36 濕敏電容工作的溫、濕度范圍 。 根據(jù)圖中顯示，可以知道： HS1101 的 相對濕度在 0% ~ 100%RH 范圍內(nèi) ；電容量由 162pF 變到 200pF， 其誤差不大于士 2%RH； 響應(yīng)時(shí)間小于 5s； 溫度系數(shù)為 ℃ ， 可見精度是較高的。 22 圖 36 濕敏電容工作的 范圍。如何將電容的變化量準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)變?yōu)橛?jì) 算機(jī)易于接受的信號，常用兩種方法 ： 一是將該濕敏電容置于運(yùn)放與阻容組成的橋式振蕩電0 20 40 60 80 100 200 190 180 170 160 相對濕度 % 電容/PF 40 20 0 20 40 60 80 100 100 75 50 25 0 非常穩(wěn)定區(qū) 非正常區(qū) 長期穩(wěn)定區(qū) 相對濕度% 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 頻率輸出的 555 測量振蕩電路如圖 38 所示。 7 端通過芯片內(nèi)部的晶體管對地短路又構(gòu)成了對 C 的放電回路，并將引腳 6 端相連引入到片內(nèi)比較器，便成為一個(gè)典型的多諧振蕩器，即方波發(fā) 生器。 圖 313 555 振蕩電路 它的各 個(gè)引腳功能如下： 1 腳：外接電源負(fù)端 VSS 或接地，一般情況下接地。一般用 5V。 2 腳：低觸發(fā)端 。 4 腳：是直接清零端。 5 腳： VC 為控制電壓端。 7 腳：放電端。 該振蕩電路兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)的 交替過程如下 :首先電源 Vs 通過 R4， R2 向 C 充電，經(jīng) t 充電時(shí)間后， Uc 達(dá)到芯片內(nèi)比較器的高觸發(fā)電平 ，約 0. 67Vs，此時(shí)輸 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 如此翻來覆去，形成方 波輸出。 S1 功能鍵以其按下的次數(shù)來區(qū)分功能鍵的多種功能。設(shè)定完最后一個(gè)參數(shù)后，再按 1 次功能鍵系統(tǒng)將進(jìn)入監(jiān)控狀態(tài)。比 CRT 要好的多，但是價(jià)錢較其貴。 25 LCD 顯示具有以下特點(diǎn)： 1. 低壓微功耗 2. 平板型結(jié)構(gòu) 3. 被動(dòng)顯示型 (無眩光，不刺激人眼，不會(huì)引起眼睛疲勞 ) 4. 顯示信息量大 (因?yàn)橄袼乜梢宰龅煤苄?) 5. 易于彩色化 (在色譜上可以非常準(zhǔn)確的復(fù)現(xiàn) ) 6. 無電磁輻射 (對人體安全，利于信息保密 ) 7. 長壽命 上位機(jī)通信 RS485 標(biāo)準(zhǔn)是由兩個(gè)行業(yè)協(xié)會(huì)共同制訂和開發(fā) 的，即 EIA電子工業(yè)協(xié)會(huì)和 TIA 通訊工業(yè)協(xié)會(huì)。 RS485 采用平衡發(fā)送和差分接收，因此具有抑制共模干擾的能力。 RS485 采用半雙工工作方式，任何時(shí)候只能有一點(diǎn)處于發(fā)送狀態(tài)，因此，發(fā)送電路須由使能信號加以控制。 RS485 總線作為一種多點(diǎn)差分?jǐn)?shù)據(jù)傳輸?shù)碾姎庖?guī)范規(guī)，已成為業(yè)界應(yīng)用最為廣泛的標(biāo)準(zhǔn)通信接口之一。正因?yàn)榇?，許多