多點溫度及濕度控制系統(tǒng)設(shè)計 電子信息工程技術(shù)專業(yè)畢業(yè)設(shè)計 畢業(yè)論文

1、2010 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 多點溫度及濕度控制系統(tǒng) 系 、 部：電氣與信息工程系 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 職稱 副高 專 業(yè)： 電子信息工程技術(shù) 班 級： 電信0702 完成時間： 2010 .05 .18 摘 要倉庫是工廠的核心部門，溫度與濕度是保存好倉庫的先決條件，本課題設(shè)計的是倉庫溫濕度控制系統(tǒng)，是對一個倉庫的溫濕度進行控制，以保證倉庫的安全。倉庫溫濕度控制系統(tǒng)是以mcs-51系列單片機為核心構(gòu)成控制系統(tǒng)。本課題完成了整個系統(tǒng)的硬件設(shè)計，提出了一種可以應(yīng)用于中小型倉庫的溫濕度控制系統(tǒng)。本文主要介紹了由單總線數(shù)字溫度傳感器ds18b20和濕度傳感器hs1100組成的多點溫度檢測系統(tǒng)的具體硬

2、件和軟件的設(shè)計，本文結(jié)合了實際使用經(jīng)驗，設(shè)計了八個ds18b20數(shù)字溫度傳感器和濕度傳感器hs1100與單片機的單總線連接，并且在lcd顯示電路上將檢測到的溫度 值顯示出來，各個溫度檢測點溫度檢測的切換與顯示方式的切換可以通過鍵盤操作來實現(xiàn)。關(guān)鍵詞 單片機；溫度傳感器；濕度傳感器abstract warehouse is the core of the factory sector, temperature and humidity is a prerequisite for saving a good warehouse, the task design of the warehouse t

3、emperature and humidity control system, is a warehouse temperature and humidity control to ensure the safety of storage. storage temperature and humidity control system is based on mcs-51 microcontroller core composition control system. the subject completed the hardware design of the system, a ware

4、house can be applied to small and medium temperature and humidity control systems. in this paper, by single-wire digital thermometer and humidity sensor hs1100 ds18b20 composed of multi-temperature measurement system of the specific hardware and software design, this combination of practical experie

5、nce, designed a number of ds18b20 digital temperature sensor and humidity sensor hs1100 and a single-bus connections, and lcd display circuit detects the temperature will be displayed in various temperature sensing temperature measurement of the switching and display switching can be achieved throug

6、h the keyboard. keywords scm; temperature sensor; humidity sensor目錄1 緒論 （5）1.1 選題背景（5）1.2 倉庫溫濕度控制原理（5）1.3 溫濕度測量領(lǐng)域發(fā)展動態(tài).（5）2 系統(tǒng)方案選擇與論證 （7）2.1 設(shè)計方案選擇與論證（7）2.1.1 溫度傳感器的選擇 （7）2.1.2 濕度傳感器的選擇 （8）2.1.3 主控方案 （9）2.2 系統(tǒng)方案（10）3 硬件電路的設(shè)計（11）3.1 硬件介紹（11）3.1.1 at89c51單片機的結(jié)構(gòu)（11）3.1.2 溫度傳感器（13）3.1.3 濕度傳感器（15）3.1.4 lc

7、d液晶顯示介紹（17）3.2 單片機控制電路（18）3.3 溫度傳感器接口電路結(jié)構(gòu)（19）3.4 濕度傳感器接口電路結(jié)構(gòu)（20）3.5 鍵盤接口電路設(shè)計（20）3.6 程序下載電路設(shè)計 （21）3.7 顯示電路設(shè)計（22）4 系統(tǒng)軟件設(shè)計（23）4.1 系統(tǒng)程序概述 （23）4.2 主程序方案 （23）4.3 lcd顯示程序設(shè)計流程圖 （24）4.4 溫濕度檢測程序流程圖 （25）4.4.1、溫度檢測程序流程圖（25）4.4.2 濕度檢測程序流程圖（26）4.5 鍵掃描程序流程圖 （26）第5章 系統(tǒng)使用與調(diào)試 （28）5.1 系統(tǒng)使用說明（28）5.2 系統(tǒng)調(diào)試（29）5.2.1 測試方法（

8、29）5.2.2 測試結(jié)果分析 （29）結(jié) 論 （30）參考文獻 （31）致 謝（32）附錄1（33）附錄2（34）1緒論1.1 選題背景防潮、防霉、防腐、防爆是倉庫日常工作的重要內(nèi)容，是衡量倉庫管理質(zhì)量的重要指標(biāo)。它直接影響到儲備物資的使用壽命和工作可靠性。為保證日常工作的順利進行，首要問題是加強倉庫內(nèi)溫度與濕度的監(jiān)測工作。但傳統(tǒng)的方法是用與濕度表、毛發(fā)濕度表、雙金屬式測量計和濕度試紙等測試器材，通過人工進行檢測，對不符合溫度和濕度要求的庫房進行通風(fēng)、去濕和降溫等工作。這種人工測試方法費時費力、效率低，且測試的溫度及濕度誤差大，隨機性大。因此我們需要一種造價低廉、使用方便且測量準(zhǔn)確的溫濕度測

9、量儀。1.2 倉庫溫濕度控制原理隨著我國科技的快速發(fā)展和農(nóng)業(yè)自動化程度的提高，倉庫管理技術(shù)也將得到進一步改進。倉庫一般較大，倉庫庫房數(shù)較多，測點可達(dá)數(shù)百個，在每個倉庫中要安裝多個溫濕度傳感器，分布在該倉庫的重要位置，每個溫濕度傳感器實際上是一個終端設(shè)備，也是該系統(tǒng)中的重要關(guān)鍵的設(shè)備。在每個設(shè)備中都有一個新型的溫度傳感器和濕度傳感器，用于測量現(xiàn)場的溫度和濕度，并將測量的溫度濕度值發(fā)送到單片機上，以便控制整個糧庫的各個測試點的溫度濕度加以全面監(jiān)視和控制管理。1.3 溫濕度測量領(lǐng)域發(fā)展動態(tài) 進入21世紀(jì)后，特別在我國加入wto后，國內(nèi)產(chǎn)品面臨巨大挑戰(zhàn)。各行業(yè)特別是傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)都急切需要應(yīng)用電子技術(shù)、自動

10、控制技術(shù)進行改造和提升。例如紡織行業(yè)，溫濕度是影響紡織品質(zhì)量的重要因素，但紡織企業(yè)對溫濕度的測控手段仍很粗糙，十分落后，絕大多數(shù)仍在使用干濕球濕度計，采用人工觀測，人工調(diào)節(jié)閥門、風(fēng)機的方法，其控制效果可想而知。制藥行業(yè)里也基本如此。而在食品行業(yè)里，則基本上憑經(jīng)驗，很少有人使用濕度傳感器。值得一提的是，隨著農(nóng)業(yè)向產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，許多農(nóng)民意識到必需擺脫落后的傳統(tǒng)耕作、養(yǎng)殖方式，采用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)來應(yīng)付進口農(nóng)產(chǎn)品的挑戰(zhàn)，并打進國外市場。各地建立了越來越多的新型溫室大棚，種植反季節(jié)蔬菜，花卉；養(yǎng)殖業(yè)對環(huán)境的測控也日感迫切；調(diào)溫冷庫的大量興建都給溫濕度測控技術(shù)提供了廣闊的市場。我國已引進荷蘭、以色列等國家較先

11、進的大型溫室四十多座，自動化程度較高，成本也高。國內(nèi)正在逐步消化吸收有關(guān)技術(shù)，一般先搞調(diào)溫、調(diào)光照，控通風(fēng)；第二步搞溫濕度自動控制及co2測控。此外，國家糧食儲備工程的大量興建，對溫濕度測控技術(shù)提也提出了要求2 設(shè)計方案選擇與論證 2.1設(shè)計方案選擇與論證溫度檢測系統(tǒng)有則共同的特點：測量點多、環(huán)境復(fù)雜、布線分散、現(xiàn)場離監(jiān)控室遠(yuǎn)等。若采用一般溫度傳感器采集溫度信號，則需要設(shè)計信號調(diào)理電路、a/d 轉(zhuǎn)換及相應(yīng)的接口電路，才能把傳感器輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號送到計算機去處理。這樣，由于各種因素會造成檢測系統(tǒng)較大的偏差；又因為檢測環(huán)境復(fù)雜、測量點多、信號傳輸距離遠(yuǎn)及各種干擾的影響，會使檢測系統(tǒng)的穩(wěn)

12、定性和可靠性下降 。所以多點溫濕度檢測系統(tǒng)的設(shè)計的關(guān)鍵在于兩部分：溫濕度傳感器的選擇和主控單元的設(shè)計。溫濕度傳感器應(yīng)用范圍廣泛、使用數(shù)量龐大，也高居各類傳感器之首。2.1.1溫度傳感器的選擇方案一：采用熱電阻溫度傳感器。熱電阻是利用導(dǎo)體的電阻隨溫度變化的特性制成的測溫元件。現(xiàn)應(yīng)用較多的有鉑、銅、鎳等熱電阻。其主要的特點為精度高、測量范圍大、便于遠(yuǎn)距離測量。鉑的物理、化學(xué)性能極穩(wěn)定，耐氧化能力強，易提純，復(fù)制性好，工業(yè)性好，電阻率較高，因此，鉑電阻用于工業(yè)檢測中高精密測溫和溫度標(biāo)準(zhǔn)。缺點是價格貴，溫度系數(shù)小，受到磁場影響大，在還原介質(zhì)中易被玷污變脆。按iec標(biāo)準(zhǔn)測溫范圍-200650，百度電阻比

13、w（100）=1.3850時，r0為100和10，其允許的測量誤差a級為（0.15+0.002 |t|），b級為（0.3+0.005 |t|）。銅電阻的溫度系數(shù)比鉑電阻大，價格低，也易于提純和加工；但其電阻率小，在腐蝕性介質(zhì)中使用穩(wěn)定性差。在工業(yè)中用于-50180測溫。 方案二：采用ad590，它的測溫范圍在-55+150之間，而且精度高。m檔在測溫范圍內(nèi)非線形誤差為0.3。ad590可以承受44v正向電壓和20v反向電壓，因而器件反接也不會損壞。使用可靠。它只需直流電源就能工作，而且，無需進行線性校正，所以使用也非常方便，借口也很簡單。作為電流輸出型傳感器的一個特點是，和電壓輸出型相比，它有

14、很強的抗外界干擾能力。ad590的測量信號可遠(yuǎn)傳百余米。方案三：ds18b20是美國dallas半導(dǎo)體公司的產(chǎn)品。它采用1-wire總線技術(shù)，將地址線、數(shù)據(jù)線、控制線合為1根信號線，允許在這根信號線上掛接多個1-wire總線器件。1-wire總線技術(shù)具有節(jié)省io資源，結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉，便于總線擴展和維護等特點。ds18b20采用特有的溫度測量技術(shù)：可提供912位(二進制)數(shù)據(jù)來指示傳感器溫度；數(shù)據(jù)信息與ds18b20之間只需一根數(shù)據(jù)線(和地線)連接即可；ds18b20的測溫范圍為-55+125，在-1085之間的精度達(dá)12，而在整個溫度測量范圍內(nèi)具有2的測量精度。采用溫度芯片ds18b20測

15、量溫度，可以體現(xiàn)系統(tǒng)芯片化這個趨勢。部分功能電路的集成，使總體電路更簡潔，搭建電路和焊接電路時更快。而且集成塊的使用，有效地避免外界的干擾，提高測量電路的精確度。所以集成芯片的使用將成為電路發(fā)展的一種趨勢。本方案應(yīng)用這一溫度檢測芯片，也是順應(yīng)這一趨勢。2.1.2 濕度傳感器的選擇測量空氣濕度的方式很多，其原理是根據(jù)某種物質(zhì)從其周圍的空氣吸收水分后引起的物理或化學(xué)性質(zhì)的變化，間接地獲得該物質(zhì)的吸水量及周圍空氣的濕度。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)生變化而進行濕度測量的。方案一：采用hos-201濕敏傳感器。hos-201濕敏傳感器為高濕度

16、開關(guān)傳感器，它的工作電壓為交流1v以下，頻率為50hz1khz，測量濕度范圍為0100%rh，工作溫度范圍為050，阻抗在75%rh（25）時為1m。這種傳感器原是用于開關(guān)的傳感器，不能在寬頻帶范圍內(nèi)檢測濕度，因此，主要用于判斷規(guī)定值以上或以下的濕度電平。然而，這種傳感器只限于一定范圍內(nèi)使用時具有良好的線性，可有效地利用其線性特性。方案二：采用hs1100/hs1101濕度傳感器。hs1100/hs1101電容傳感器，在電路構(gòu)成中等效于一個電容器件，其電容量隨著所測空氣濕度的增大而增大。不需校準(zhǔn)的完全互換性，高可靠性和長期穩(wěn)定性，快速響應(yīng)時間，專利設(shè)計的固態(tài)聚合物結(jié)構(gòu)，由頂端接觸（hs1100

17、）和側(cè)面接觸（hs1101）兩種封裝產(chǎn)品，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。相對濕度在1%-100%rh范圍內(nèi)；電容量由16pf變到200pf，其誤差不大于2%rh；響應(yīng)時間小于5s；溫度系數(shù)為0.04 pf/。可見精度是較高的。綜合比較方案一與方案二，方案一雖然滿足精度及測量濕度范圍的要求，但其只限于一定范圍內(nèi)使用時具有良好的線性，可有效地利用其線性特性。而且還不具備在本設(shè)計系統(tǒng)中對溫度-3050的要求。因此，我們選擇方案二來作為本設(shè)計的濕度傳感器。2.1.3主控方案方案一：單片機主控方案采用集成的單片機主控，通過溫度傳感器，經(jīng)過含有單片機的

18、檢測系統(tǒng)檢測，將結(jié)果傳送到單片機控制的主控器，數(shù)據(jù)通過顯示器顯示。原理框圖如下圖2.1所示溫度和濕度傳感器單片機主控制器圖 2.1 單片機主控方案框圖方案二：pc機主控方案片機控制的主控器，數(shù)據(jù)通過顯示器顯示。原理框圖如下圖2.2所示： 采用pc機作為主控制器,溫度信號的輸入處理過程上一方案是相同的，但采用鼠標(biāo)代替鍵盤，在主控端更直觀的觀察多路測量結(jié)果,但是使用pc作為主控器，必須有配套的軟件相適應(yīng)，增加了編程的難度，pc主控方案的框圖如下圖2.2所示： 圖2.2 pc機主控方案框圖由單片機構(gòu)成的應(yīng)用系統(tǒng)有有體積小、功耗低控制功能強的特點，它用利于產(chǎn)品的小型化、多功能化和智能化，因此采用第一種

19、方案。2.2 系統(tǒng)方案 綜上所述,溫度傳感器采用第三方案，濕度傳感器采用第二方案，主控部分采用第一方案。根據(jù)設(shè)計的任務(wù)與要求，控制器采用單片機at89c51，溫度傳感 器采用ds18b20，濕度傳感器采用hs1100，用lcd實現(xiàn)溫度和濕度顯示。系統(tǒng)設(shè)計如圖所示晶振電路鍵盤電路at89c51復(fù)位電路lcdhs1100ds18b20圖2.3 系統(tǒng)總體設(shè)計方案圖3 硬件電路的設(shè)計3.1硬件介紹3.1.1 at89c51單片機的結(jié)構(gòu) (1) 特征at89c51內(nèi)部結(jié)構(gòu)具有如下特征：面向控制的8位cpu；4kbytes 程序存儲器（rom），128bytes的數(shù)據(jù)存儲器（ram）；可以尋址64kb的片

20、外程序存儲器和片外數(shù)據(jù)存儲器；32根雙向和可單獨尋址的i/o線；一個全雙工的異步串行口；兩個16位定時/計數(shù)器；5個中斷源，兩個中斷優(yōu)先級；有片內(nèi)時鐘振蕩器；采用高性能的hmos生產(chǎn)工藝生產(chǎn)；有布爾處理（位操作）能力；含基本指令111條，其中單機器周期指令64種。(2) 引腳功能8051芯片采用40引腳的雙列直插封裝，如圖3.1，分為地址總線，數(shù)據(jù)總線，控制總線3類見圖3.2。在40條引腳中有兩條專用于住電源的引腳，2條外接晶體的引腳，4條控制或與其它電源復(fù)用的引腳，32條輸入/輸出引腳。圖3.1 引腳圖 圖3.2 總線結(jié)構(gòu)圖40條引腳的功能分別是：vcc：供電電壓。vss：接地。p0口：p0

21、口為一個8位漏級開路雙向i/o口，每腳可吸收8ttl門電流。當(dāng)p1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。p0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在fiash編程時，p0 口作為原碼輸入口，當(dāng)fiash進行校驗時，p0輸出原碼，此時p0外部必須被拉高。p1口：p1口是一個內(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。p1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，p1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在flash編程和校驗時，p1口作為第八位地址接收。 p2口：p2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o口，p2口緩沖

22、器可接收，輸出4個ttl門電流，當(dāng)p2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，p2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。p2口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，p2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，p2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。p2口在flash編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。p3口：p3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向i/o口，可接收輸出4個ttl門電流。當(dāng)p3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平

23、，p3口將輸出電流（ill）這是由于上拉的緣故。p3口也可作為at89c51的一些特殊功能口，如下表所示：口管腳 備選功能p3.0 rxd（串行輸入口）p3.1 txd（串行輸出口）p3.2 /int0（外部中斷0）p3.3 /int1（外部中斷1）p3.4 t0（記時器0外部輸入）p3.5 t1（記時器1外部輸入）p3.6 /wr（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）p3.7 /rd（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）p3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。rst：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持rst腳兩個機器周期的高電平時間。ale/prog：當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地

24、位字節(jié)。在flash編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，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。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ale脈沖。如想禁止ale的輸出可在sfr8eh地址上置0。此時， ale只有在執(zhí)行movx，movc指令是ale才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ale禁止，置位無效。/psen：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/psen有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/psen信號將不出現(xiàn)。/ea/vpp：當(dāng)

25、/ea保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000h-ffffh），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，/ea將內(nèi)部鎖定為reset；當(dāng)/ea端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在flash編程期間，此引腳也用于施加12v編程電源（vpp）。xtal1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。xtal2：來自反向振蕩器的輸出。(3)三總線結(jié)構(gòu)單片機的引腳除了電源、復(fù)位、時鐘接入和用戶i/o口外，其余引腳都是為了實現(xiàn)系統(tǒng)擴展而設(shè)置的。這些引腳構(gòu)成了三總線形式。引腳功能分類如圖3.1所示。地址總線ab：地址總線寬度16位，因此外部存儲器直接尋址范圍64kb。16位地址總線由p0口

26、經(jīng)地址鎖存器提供8位地址a0a7，p2口直接提供高8位地址a8a15。數(shù)據(jù)總線db：數(shù)據(jù)總線寬度為8位，由p0口提供?？刂瓶偩€cb：由p3口的第二功能狀態(tài)和4根獨立控制線reset，ale組成。3.1.2溫度傳感器（1）. ds18b20的特性 適應(yīng)電壓范圍更寬，電壓范圍：3.05.5v，寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供。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。ds18b20支持多點組網(wǎng)功能，多個ds18b20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實現(xiàn)組網(wǎng)多點測溫。ds18b20在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三

27、極管的集成電路內(nèi)。溫范圍55125，在-10+85時精度為0.5。可編程的分辨率為912位，對應(yīng)的可分辨溫度分別為0.5、0.25、0.125和0.0625，可實現(xiàn)高精度測溫。在9位分辨率時最多在93.75ms內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字，12位分辨率時最多在750ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快。測量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號，以“一線總線”串行傳送給cpu，同時可傳送crc校驗碼，具有極強的抗干擾糾錯能力。負(fù)壓特性：電源極性接反時，芯片不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。（2）.ds18b20內(nèi)部結(jié)構(gòu)及ds18b20的管腳排列64位光刻rom是出廠前被光刻好的，它可以看作是該ds18b20的地址序列號

28、。不同的器件地址序列號不同。ds18b20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成：64位光刻rom,溫度傳感器,非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器th和tl,高速暫存器。 ds18b20的引腳定義：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（在寄生電源接線方式時接地） 圖3.3 ds18b20引腳圖（3）ds18b20使用中注意事項： dsb1820雖然具有測溫系統(tǒng)簡單、測溫精度高、連接方便、占用口線少等優(yōu)點，但在實際應(yīng)用中也應(yīng)注意以下幾方面的問題： 較小的硬件開銷需要相對復(fù)雜的軟件進行補償，由于ds18b20與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，在對ds18b20進行讀寫編程時，必須嚴(yán)格的保證讀

29、寫時序，否則將無法讀取測溫結(jié)果。在使用pl/m、c等高級語言進行系統(tǒng)程序設(shè)計時，對ds18b20操作部分最好采用匯編語言實現(xiàn)。 在ds18b20的有關(guān)資料中均未提及單總線上所掛ds18b20數(shù)量問題，容易使人誤認(rèn)為可以掛任意多個ds18b20，在實際應(yīng)用中并非如此。當(dāng)單總線上所掛ds18b20超過8個時，就需要解決微處理器的總線驅(qū)動問題，這一點在進行多點測溫系統(tǒng)設(shè)計時要加以注意。 連接ds18b20的總線電纜是有長度限制的。試驗中，當(dāng)采用普通信號電纜傳輸長度超過50m時，讀取的測溫數(shù)據(jù)將發(fā)生錯誤。當(dāng)將總線電纜改為雙絞線帶屏蔽電纜時，正常通訊距離可達(dá)150m，當(dāng)采用每米絞合次數(shù)更多的雙絞線帶屏蔽

30、電纜時，正常通訊距離進一步加長。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。因此，在用ds18b20進行長距離測溫系統(tǒng)設(shè)計時要充分考慮總線分布電容和阻抗匹配問題。 在ds18b20測溫程序設(shè)計中，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ds18b20接觸不好或斷線，當(dāng)程序讀該ds18b20時，將沒有返回信號，程序進入死循環(huán)。這一點在進行ds18b20硬件連接和軟件設(shè)計時也要給予一定的重視。 測溫電纜線建議采用屏蔽4芯雙絞線，其中一對線接地線與信號線，另一組接vcc和地線，屏蔽層在源端單點接地。3.1.3 濕度傳感器測量空氣濕度的方式很多，其原

31、理是根據(jù)某種物質(zhì)從其周圍的空氣吸收水分后引起的物理或化學(xué)性質(zhì)的變化，間接地獲得該物質(zhì)的吸水量及周圍空氣的濕度。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)生變化而進行濕度測量的。下面 介紹hs1100/hs1101濕度傳感器及其應(yīng)用。特點：不需校準(zhǔn)的完全互換性，高可靠性和長期穩(wěn)定性，快速響應(yīng)時間，專利設(shè)計的固態(tài)聚合物結(jié)構(gòu)，由頂端接觸（hs1100）和側(cè)面接觸（hs1101）兩種封裝產(chǎn)品，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3.4為濕敏電容工作的溫、濕度范圍。圖3.5為濕度-電容響應(yīng)曲線。 圖3.4 濕

32、敏電容工作的溫、濕度范圍 圖3.5 濕度-電容響應(yīng)曲線相對濕度在1%-100%rh范圍內(nèi)；電容量由16pf變到200pf，其誤差不大于2%rh；響應(yīng)時間小于5s；溫度系數(shù)為0.04 pf/?？梢娋仁禽^高的。濕度測量電路hs1100/hs1101電容傳感器，在電路構(gòu)成中等效于一個電容器件，其電容量隨著所測空氣濕度的增大而增大。如何將電容的變化量準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)變?yōu)橛嬎銠C易于接受的信號，常有兩種方法：一是將該濕敏電容置于運方與租蓉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

33、接被計算機所采集頻率輸出的555測量振蕩電路如圖3.6所示。集成定時器555芯片外接電阻r4、r2與濕敏電容c，構(gòu)成了對c的充電回路。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2、6端相連引入到片內(nèi)比較器，便成為一個典型的多諧振蕩器，即方波發(fā)生器。另外，r3 是防止輸出短路的保護電阻，r1 用于平衡溫度系數(shù)。圖3.6、頻率輸出的555振蕩電路該振蕩電路兩個暫穩(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，此時輸出引腳3端由高電平突降為低電平，然后通過r2放電，經(jīng)t放電時間后，uc下降到比較器的低觸

34、發(fā)電平，約0.33vs此時輸出，此時輸出引腳3端又由低電平突降為高電平，如此翻來覆去，形成方波輸出。其中，充放電時間為 t充電=c（r4+r2）ln2 t放電=cr2 ln2因而，輸出的方波頻率為f=1/(t放電+t充電)=1/ c（r4+r2）ln2可見，空氣濕度通過555測量電路就轉(zhuǎn)變?yōu)榕c之呈反比的頻率信號，3.1.4 lcd液晶顯示介紹帶中文字庫的128x64是一種具有4位/8位并行、2線或3線串行多種接口方式，內(nèi)部含有國標(biāo)一級、二級簡體中文字庫的點陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為12864, 內(nèi)置8192個16*16點漢字，和128個16*8點ascii字符集.利用該模塊靈活的接口方

35、式和簡單、方便的操作指令，可構(gòu)成全中文人機交互圖形界面?？梢燥@示84行1616點陣的漢字. 也可完成圖形顯示.低電壓低功耗是其又一顯著特點。由該模塊構(gòu)成的液晶顯示方案與同類型的圖形點陣液晶顯示模塊相比，不論硬件電路結(jié)構(gòu)或顯示程序都要簡潔得多，且該模塊的價格也略低于相同點陣的圖形液晶模塊?；咎匦?低電源電壓（vdd:+3.0-+5.5v） 顯示分辨率:12864點 內(nèi)置漢字字庫，提供8192個1616點陣漢字(簡繁體可選) 2mhz時鐘頻率 顯示方式：stn、半透、正顯 驅(qū)動方式：1/32duty，1/5bias 視角方向：6點 背光方式：側(cè)部高亮白色led，功耗僅為普通led的1/51/10

36、 通訊方式：串行、并口可選 內(nèi)置dc-dc轉(zhuǎn)換電路，無需外加負(fù)壓 無需片選信號，簡化軟件設(shè)計 工作溫度: 0 - +55 ,存儲溫度: -20 - +603.2單片機控制電路時鐘電路用于產(chǎn)生單片機工作所需的時鐘信號。時鐘信號可以由兩種方式產(chǎn)生：內(nèi)部時鐘方式和外部時鐘方式。內(nèi)部時鐘方式，它采用外接晶體和電容組成的并聯(lián)諧振電路，晶體可以在1.2hz12hz之間任選，電容可以在20pf60pf之間選擇。引腳xtal1和xtal2分別是此放大器的輸入端和輸出端。把放大器與作為反饋元件的晶體振蕩器或陶瓷諧振器連接，就構(gòu)成了內(nèi)部自激振蕩器并產(chǎn)生振蕩時鐘脈沖。本設(shè)計采用內(nèi)部振蕩方式，外接晶體以及電容c1和c

37、2構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，接在80c51芯片的xtal1和xtal2端一起構(gòu)成測控主電路的時鐘。對外接電容c1和c2的值雖然沒有嚴(yán)格要求，但電容的大小多少會影響振蕩器的頻率的高低、振蕩器的穩(wěn)定性、起振的快速性。外接晶體時，選c1和c2的值為30pf，為了提高溫度的穩(wěn)定性，通常晶體可以在1.2mhz12mhz之間選擇。單片機的復(fù)位都是靠外部復(fù)位電路來實現(xiàn)的，在時鐘電路工作后，只要在單片機reset引腳上出現(xiàn)24個時鐘振蕩脈沖以上的高電平，單片機就能實現(xiàn)復(fù)位。為了可靠復(fù)位，在設(shè)計復(fù)位電路時，一般使reset引腳保持10ms以上的高電平，單片機便可以可靠復(fù)位。本設(shè)計采用按鍵復(fù)位電路，其原理：按鈕沒有按下時

38、，reset端為低電平，單片機正常運行；按鈕按下后，電容的負(fù)端被充電到vcc(負(fù)端積累電荷)，按鈕松開后，電容負(fù)端積累的電荷緩慢放電到低電平，高電平會在這個過程中維持一段時間，從而完成單片機復(fù)位。對電容充電主要是在電容兩端積累電荷，從而形成一定的電勢差。因為本次設(shè)計所需電源的模塊有單片機最小系統(tǒng)，液晶顯示器，線溫度傳感器ds18b20，濕度傳感器hs1100,它們所需電源都為+5v，因而電源設(shè)計只需設(shè)計一+5v電源。因此控制電路原理圖如圖3.8所示 圖3.8控制圖3.8控制系統(tǒng)電路圖3.3 溫度傳感器接口電路結(jié)構(gòu)本設(shè)計采用的是dallas公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器，每個ds18b20內(nèi)部一

39、唯一的光刻64位非易失性id，讀寫數(shù)據(jù)時可以根據(jù)這唯一的序列號區(qū)分線上的ds18b20。溫度傳感器與單片機接口電路如下圖3.9所示：圖3.9 ds18b20接口電路原理圖3.4濕度傳感器接口電路結(jié)構(gòu)hs1100/hs1101電容傳感器，在電路構(gòu)成中等效于一個電容器件，其電容量隨著所測空氣濕度的增大而增大。如何將電容的變化量準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)變?yōu)橛嬎銠C易于接受的信號，常有兩種方法：一是將該濕敏電容置于運方與租蓉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，可直接被計算機所采集，如圖

40、3.10所示圖3.10 hs1100接口電路原理圖3.5鍵盤接口電路設(shè)計由若干個按鍵組成的鍵盤，其電路結(jié)構(gòu)可分為獨立式鍵盤和矩陣式鍵盤兩種。 獨立式鍵盤每個鍵單獨占用一根i/o口線，每根i/o口線上的按鍵工作狀態(tài)不會影響其他i/o口線上的狀態(tài)。矩陣式鍵盤按鍵排列為行列式矩陣結(jié)構(gòu)，也稱行列式鍵盤結(jié)構(gòu)。4行4列共16個鍵，只占用8根i/o口線，故鍵數(shù)目較多時，可節(jié)省口線。但這種結(jié)構(gòu)的軟件編程較繁。鍵盤的工作方式可分為編程控制方式和中斷控制方式。cpu在一個工作周期內(nèi)，利用完成其他任務(wù)的空余時間，調(diào)用鍵盤掃描子程序，經(jīng)程序查詢，若無鍵操作，則返回；若有鍵操作，則進而判斷是哪個鍵，并執(zhí)行相應(yīng)的鍵處理程

41、序。這種方式為編程掃描方式。單片機在正常應(yīng)用過程中，并不會經(jīng)常進行鍵操作因而編程控制方式使cpu經(jīng)常處于空查詢狀態(tài)。在cpu工作任務(wù)十分繁重的情況下，為提高cpu的效率，可采用中斷控制方式。只要有鍵按下，便向cpu申請中斷，cpu響應(yīng)中斷后，在中斷服務(wù)程序中進行鍵盤掃描、查鍵值與鍵處理等工作。此次設(shè)計只有4個按鍵，因此采用獨立式鍵盤。鍵盤接口電路設(shè)計如下圖3.11所示：圖3.11 鍵盤接口電路原理圖3.6 程序下載電路設(shè)計p89v51rc2cf有一個全雙工的串行通訊口，所以單片機和電腦之間可以方便地進行串口通訊。本次設(shè)計中串口充當(dāng)了兩個角色：一為實現(xiàn)程序下載功能；二為讀出ds18b20的序列號

42、與計算機進行通信，串口電路設(shè)計如下圖3.12所示：圖3.12 下載口電路原理圖3.7顯示電路設(shè)計單片機應(yīng)用系統(tǒng)最常用的顯示器是led（發(fā)光二極管顯示器）、led（液晶顯示器）。這兩種顯示器可顯示數(shù)字、字符及系統(tǒng)的狀態(tài)。它們的驅(qū)動電路簡單、易于實現(xiàn)且價格低廉，因此，得到了廣泛應(yīng)用。本次設(shè)計要顯示溫度，濕度，用數(shù)碼管顯示動態(tài)顯示，電路設(shè)計較為復(fù)雜，程序設(shè)計也比較龐大，且數(shù)碼管掃描要占用大量cup運行時間，因而本設(shè)計采用了液晶顯示器。系統(tǒng)顯示電路如下圖3.13所示：圖3.13顯示電路原理圖4 系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1 系統(tǒng)程序概述整個系統(tǒng)的功能是由硬件電路配合軟件來實現(xiàn)的，當(dāng)硬件基本定型后，軟件的功能也就

43、基本定下來了。從軟件的功能不同可分為兩大類：一是監(jiān)控軟件（主程序），它是整個控制系統(tǒng)的核心，專門用來協(xié)調(diào)各執(zhí)行模塊和操作者的關(guān)系。二是執(zhí)行軟件（子程序），它是用來完成各種實質(zhì)性的功能如測量、計算、顯示、通訊等。每一個執(zhí)行軟件也就是一個小的功能執(zhí)行模塊。這里將各執(zhí)行模塊一一列出，并為每一個執(zhí)行模塊進行功能定義和接口定義。各執(zhí)行模塊規(guī)劃好后，就可以規(guī)劃監(jiān)控程序了。首先要根據(jù)系統(tǒng)的總體功能和鍵盤設(shè)置選擇一種最合適的監(jiān)控程序結(jié)構(gòu)，然后根據(jù)實時性的要求，合理地安排監(jiān)控軟件和各執(zhí)行模塊之間地調(diào)度關(guān)系。多點溫濕度檢測系統(tǒng)的子程序設(shè)計主要包括三個部分：液晶顯示程序，溫濕度采集與處理程序，鍵盤掃描以及按鍵處理程

44、序。4.2 主程序方案將各個功能程序以子程序的形式寫好，當(dāng)寫主程序的時候，只需要調(diào)用子程序，然后在寄存器的分配上作一下調(diào)整，消除寄存器沖突和i/o沖突即可。程序應(yīng)該盡可能多的使用調(diào)用指令代替跳轉(zhuǎn)指令。因為跳轉(zhuǎn)指令使得程序難以看懂各程序段之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系。而調(diào)用指令則不同，調(diào)用指令使得程序結(jié)構(gòu)清晰，無論是修改還是維護都比較方便。將功能程序段寫成子程序的形式，除了方便調(diào)用之外，還有一個好處那就是以后寫程序的時候如果要用到，就可以直接調(diào)用這個單元功能模塊，主程序流程圖如下圖4.1所示。圖4.1 主程序流程圖4.3 lcd顯示程序流程圖由于此次設(shè)計顯示采用的是lcd顯示方案，因而顯示時無需不間斷地進行動

45、態(tài)描，要顯示的內(nèi)容可以鎖存在lcd顯示口線上，只是為了將時間的變化突顯出來，在時間每秒變化時應(yīng)該調(diào)用lcd的顯示程序。此次設(shè)計中的lcd顯示程序包括lcd設(shè)置程序即tc1602初始化程序與濕顯示程序，溫度顯示程序。tc1602初始化設(shè)計流程圖如下圖4.2所示。 。 圖4.2 tc1602初始化設(shè)計流程圖4.4溫濕度檢測程序流程圖4.4.1、溫度檢測程序流程圖用ds18b20單總線結(jié)構(gòu)構(gòu)成多點溫度檢測系統(tǒng)進行溫度采集時，必須要有非常嚴(yán)格的時序要求，多個ds18b20共同占用一根總線，必須將它們的64位序列號讀出來，在對單個ds18b20操作時，發(fā)出匹配命令，再將相應(yīng)的序列號發(fā)到總線上，總線即可識

46、別此次操作是針對哪個ds18b20的。ds18b20溫度檢測程序流程圖如圖4.3所示。圖4.3 ds18b20溫度檢測流程圖4.4.2 濕度檢測程序流程圖濕度檢測流程圖和溫度檢測流程圖差不多4.5鍵掃描程序流程圖此次設(shè)計總共設(shè)計了按鍵4個，按鍵功能大概包括濕度與溫度顯示設(shè)置及上下限溫度值設(shè)定圖4.4第5章 系統(tǒng)使用與調(diào)試5.1 系統(tǒng)使用說明使用該系統(tǒng)進行多點溫濕度測量首先要將各個溫濕度傳感器的序列號依次讀出來，將八個溫濕度傳感器的序號寫到表tab_id中，程序下載時將其一起下載到單片機的rom里面。讀出ds18b20和hb1100的序列號操作如下：編寫串口通信程序此程序是要將ds18b20和h

47、b1100中的序列好讀出，并且發(fā)送到計算機上顯示出來，因此只需設(shè)計一串口發(fā)送程序即可。工作寄存器設(shè)置 串口工作寄存器包括串行口控制寄存器scon和電源控制寄存器pcon。串行口控制器： 76543210sm0/fesm1sm2rentb8rb8tirism0、sm1 用于設(shè)置串口工作模式：00同步移位寄存器fosc/12或fosc/6(取決于時鐘模式)0110位為1幀的異步串行通信方式 波特率可變1011位為1幀的異步串行通信方式 fosc/64或fosc/321111位為1幀的異步串行通信方式 波特率可變ren 允許接收位。由軟件置位或清除。ren=1時，允許接收，ren=0時，禁止接收。t

48、b8 模式2和3中發(fā)送的第九位數(shù)據(jù)，可以按需要由軟件置位或清除。rb8 模式2和3中已接收到的第9位數(shù)據(jù)，在模式1中，若sm2=0，rb8是已接收到的停止位。在模式0中，rb8沒用。ti 發(fā)送中斷標(biāo)志。在模式0中。在發(fā)送完第8位數(shù)據(jù)時，由硬件置位。在其它模式中，在發(fā)送停止位之初，由硬件置。在任何模式中都必須由軟件來清除ti。ri 接收中斷標(biāo)志。在模式0中，在接第8位結(jié)束時由硬件置位。在其它模式中，在接收停止位的中間時刻，由硬件置位。在任何模式（sm2所述情況除外）必須由軟件清除ri。在串行通信中電源控制寄存器pcon我們僅能用到一位pcon.7 smod1 模式2的波特率選擇位。smod1=1

49、，波特率為mcu時鐘/32smod1=0則波特率為mcu時鐘/64。讀出ds18b20和hb1100序列號程序連好串行線并將串行線另一頭插入pc機com1口上。打開串口調(diào)試助手，進行串口選擇與波特率設(shè)置。選擇十六進制接收。在程序下載進單片機，軟件設(shè)置好后，按下單片機的復(fù)位鍵，則在軟件的接受區(qū)可以接受到單片機發(fā)過來的ds18b20和hb1100的序列號，圖中接受區(qū)8字節(jié)的即為一個ds18b20和hb1100的序列號。 將四個ds18b20和hb1100的序列號寫入編好程序的表格tab_id中，將程序下載到單片機里，系統(tǒng)就可檢測多點溫度。5.2 系統(tǒng)調(diào)試5.2.1 測試方法使系統(tǒng)運行，觀察系統(tǒng)硬件

50、是否正常（包括單片機最小系統(tǒng)，鍵盤電路，顯示電路，溫度測試電路等）。進入系統(tǒng)溫度檢測狀態(tài)，采用溫度傳感器和溫度計同時測量多點水溫變化情況（取溫度值不同的多點），目測顯示電路是否正常。并記錄各點溫度值，與實際溫度值比較，得出系統(tǒng)的溫度指標(biāo)。調(diào)整ds18b20和hb1100的th，tl值，將包裝好的ds18b20和hb1100分別放入一超過報警值的溫度的水中濕度的空氣中。檢查其情況。5.2.2 測試結(jié)果分析 系統(tǒng)檢測溫濕度準(zhǔn)確，能夠?qū)Τ^th值的溫濕度檢測點報警，也可對低于tl值檢測點進行低溫報警。因為芯片是塑料封裝，所以對溫濕度的感應(yīng)靈敏度不是相當(dāng)高，而且系統(tǒng)采用了12位精度對溫濕度進行處理，溫

51、濕度檢測處理時間較長才能達(dá)到穩(wěn)定，因而測試某點溫濕度時要多采集幾次，最好除去第一次檢測的溫濕度值。結(jié) 論經(jīng)過檢測與調(diào)試，本人此次設(shè)計達(dá)到了設(shè)計的要求。檢測系統(tǒng)采用單線掛多個溫度傳感器的設(shè)計方法使的檢測系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)簡單，系統(tǒng)穩(wěn)定性能好，操作方便，對采集點進行多次采集使得溫度檢測點溫度變化的跟隨性能好，溫度信息更迅速，直觀。占用單片機的資源較少。該系統(tǒng)的可擴展性很強，系統(tǒng)成本低。致此本人設(shè)計基本完成了預(yù)期的目標(biāo)，系統(tǒng)在硬件自動測試，鍵盤操作，實時顯示方面做的比較好。但是由于時間倉促、條件有限，設(shè)計成果并不是很完美，轉(zhuǎn)換溫度時時間補償沒有解決好，各點溫度值不能存儲，也不能反映出各檢測點溫度變化的情況，因而還可以通過以下措施進一步來完善此溫度檢測系統(tǒng)：基于ds18b20的12位分辨率溫度轉(zhuǎn)換速度較慢，在溫度轉(zhuǎn)換時要浪費主控單片機大量時間，可以再用一塊單片機來處理溫度轉(zhuǎn)換這一模塊，通過單片機與單片機的串行通信將溫度信息傳到主控單片機單片機技術(shù)在各個領(lǐng)域正得到越來越廣泛的應(yīng)用，尤其mcs-51系列單片機，迅速占領(lǐng)了工業(yè)測控和自動化工程應(yīng)用的主要市場，并取得了令人矚目的成果，展現(xiàn)出了廣闊的應(yīng)用前景。倉庫溫濕度控制系統(tǒng)，采用先進的mcs-51系列單片機和溫濕度傳感器，實