畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）煙草倉(cāng)庫(kù)溫度、濕度單片機(jī)測(cè)控裝置的設(shè)計(jì)

1、學(xué)科分類號(hào)： 湖南人文科技學(xué)院湖南人文科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)題 目：煙草倉(cāng)庫(kù)溫度、濕度單片機(jī)測(cè)控裝置的設(shè)計(jì)學(xué)生姓名： 學(xué)號(hào)： 系 部： 通信與控制工程系 專業(yè)年級(jí)： 通信工程 2007 級(jí) 指導(dǎo)教師： 職 稱： 湖南人文科技學(xué)院教務(wù)處制湖南人文科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)誠(chéng)信聲明本人鄭重聲明：所呈交的本科畢業(yè)設(shè)計(jì)，是本人在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果，成果不存在知識(shí)產(chǎn)權(quán)爭(zhēng)議，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本設(shè)計(jì)不含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的作品成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。 作者簽名： 年 月 日

2、 湖南人文科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)i煙草倉(cāng)庫(kù)溫度、濕度單片機(jī)測(cè)控裝置的設(shè)計(jì)煙草倉(cāng)庫(kù)溫度、濕度單片機(jī)測(cè)控裝置的設(shè)計(jì)摘 要：現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)離不開(kāi)環(huán)境控制，本文在對(duì)國(guó)內(nèi)外溫室智能控制進(jìn)行深入分析的基礎(chǔ)上，針對(duì)溫室智能化控制存在的諸多因子，將智傳感器監(jiān)測(cè)和單片機(jī)控制相結(jié)合，提出了基于單片機(jī)的溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。本系統(tǒng)采用層次化、模塊化設(shè)計(jì)，整個(gè)系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、單片機(jī)控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)組成。系統(tǒng)以單片機(jī)為核心，以多個(gè)溫度、濕度傳感器作為測(cè)量元件，通過(guò)單片機(jī)與智能傳感器相連，采集并存儲(chǔ)智能傳感器的測(cè)量數(shù)據(jù)。在單片機(jī)系統(tǒng)中，還要實(shí)現(xiàn)程序的擴(kuò)展存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示、超限語(yǔ)音報(bào)警和數(shù)據(jù)輔助存儲(chǔ)功能。單片機(jī)作

3、為監(jiān)控計(jì)算機(jī)與智能傳感器連接的中心，另一方面通過(guò) rs232 總線與監(jiān)控計(jì)算機(jī)通信，將采集到的數(shù)據(jù)傳輸給監(jiān)控計(jì)算機(jī)。監(jiān)控計(jì)算機(jī)將單片機(jī)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行記錄、存儲(chǔ)、處理和報(bào)警，供工作人員瀏覽、記錄和進(jìn)行相關(guān)處理。本設(shè)計(jì)主要做了如下幾方面的工作:一是確定系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案。包括系統(tǒng)要完成的設(shè)計(jì)功能，達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則，由此簡(jiǎn)要介紹系統(tǒng)的整個(gè)組成和系統(tǒng)工作原理;二是進(jìn)行智能傳感器的硬件電路和軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。包括傳感器的靜動(dòng)態(tài)特征介紹，采用單總線技術(shù)的 ds1820 數(shù)字溫度傳感器測(cè)溫時(shí)序、測(cè)溫原理、測(cè)溫電路以及測(cè)溫系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)，濕敏電容傳感器 hs1101 的濕度測(cè)量電路，為防止模擬傳感器

4、采集濕度數(shù)據(jù)的失真，采用了線形插值算法:三是單片機(jī)及通信接口的硬件電路及軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)。內(nèi)容包括采用的 at89s52 單片機(jī)的介紹，i2c 總線的 at24c04 的存儲(chǔ)擴(kuò)展，4 數(shù)碼管顯示輸出，超限數(shù)據(jù)的語(yǔ)音報(bào)警，模擬 spi 總線輔助數(shù)據(jù)存儲(chǔ);四是對(duì)計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路、工作原理和實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行了闡述。首先通過(guò) rs-232c 協(xié)議實(shí)現(xiàn)單片機(jī)和計(jì)算機(jī)的連接，借助 windows 下串行通信編程的 activex 控件通過(guò)串行接口收發(fā)數(shù)據(jù)，然后計(jì)算機(jī)作為監(jiān)控機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的顯示、存儲(chǔ)、查詢、打印和系統(tǒng)設(shè)置功能。本系統(tǒng)將信息采集、信息傳輸、信息處理等多種信息技術(shù)相互融合，采用了多種總線技術(shù)，將溫

5、室環(huán)境多種參數(shù)監(jiān)測(cè)和單片機(jī)控制理論相結(jié)合，提出一種切實(shí)可行的溫室環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可以全面、實(shí)時(shí)、自動(dòng)地對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)記錄、存儲(chǔ)和處理，并將有關(guān)信息根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，采用最有效方式送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，并可對(duì)監(jiān)測(cè)南人文科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)iiii 系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。滿足了對(duì)作物生長(zhǎng)狀態(tài)實(shí)行全面、實(shí)時(shí)、長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)的要求。實(shí)現(xiàn)了對(duì)溫室環(huán)境的溫濕度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制，實(shí)現(xiàn)了溫室環(huán)境溫濕度檢測(cè)的自動(dòng)化和智能化。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞:at89s52;:at89s52; ds1820;ds1820; hs1101;hs1101; mmc;mmc; isd2560isd2560 湖南人文科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)iiithe desig

6、n of tobacco warehouse temperature, humidity microcontroller measure-control device abstract: modern agricultural production is inseparable from the environmental control.in the light of the causes of greenhouse intelligent control，based on thorough analysis about ournational and abroad greenhouse i

7、ntelligent control，combining intelligent sensors test with mcu control.this thesis proposes a design scheme on mcu temperature and humidity testinf system.this system adopts hierarchical，modular design. it consists of data acquisition system, mcu control system, computer monitoring system, and cente

8、rs around the mcu, with many temperature, humidity sensors as measurement components.it collects and stores intelligent sensor measurement data by connecting mcu with intelligent sensors.in mcu system, some functions of the expansion storage of procedures, real 一 time display of data, overrun auto a

9、larm and auxiliary data storage are realized. as the center of the monitoring computer and intelligent sensor, mcu monitoring computer by the transmits the gathered data the to means of the communication between 232 bus and monitoring computer.the monitoring computer will record, store，process and a

10、larm the data, so that the operators can browse and record it,then take relative measures.this design has mainly done the following several works. first, it establishes the general design of the system, including the design function of the system to be completed, the technical specifications to be r

11、eached, design principles of the system, and introduces the entire system components and work principle of the systems. secondly, it designs the hardware circuit and software design of intelligent sensors,including the introduction of the static and dynamic characteristics of sensors. the software d

12、esigning of temperature measurement phase, temperature measurement principle, temperature measurement circuit and temperature measurement system of digital temperature sensor ds1820 which adopts one-wire bus technology,humidity sensor circuit of sensor hs1101，in order to prevent the distortion of hu

13、midity data gathered by mock sensor, the linear interpolation algorithm is adopted. thirdly,it designs hardware circuit of communication interface and software system, including the introduction of adopted at89s52 scm, storage expansion of at24c04 of ic bus,display output of 4 digital tubes, audio a

14、larm of overrun data, auxiliary data storage of 南人文科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)iviv mock spi bus.the last，it elaborates the working principle，designing thoughts and realizing methods of computer software system. at first, through rs 一 232c protocol scm and computer inferface are connected, and data is received and sent

15、 by serial with communication the in help of active x programmed by serial windows environment. computer can display，store, inquire and print the data and setting as a monitor.this system integrates modern signal gathering technology, signal transmitting technology, information processing technology

16、, combines many parameters in greenhouse environment monitoring and control theory of scm and by many bus technologies，proposes one kind of practical feasible greenhouse environmental monitoring system. which can automatically record, storge and handle data, completely,real 一 time, and automaticly,

17、and input the relative information into the computer in an effective way according to reality. besides, it can control the monitoring system long 一 distace.it meets the equirement of monitoring on crop growth state completely, real 一 t ime, long 一 term. it can monitor and control the greenhouse envi

18、ronment timely and realize automation and intelligentize of temperature and humidity testing in greenhouse.keywords:at89s51; ds1820;hs1101;mmc;isd2560. 湖南人文科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)v目目 錄錄第 1 章 緒論.11.1 課題的提出和意義.11.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀.11.2.1 國(guó)外溫室環(huán)境控制.11.2.2 我國(guó)溫室控制技術(shù).21.2.3 溫室環(huán)境控制技術(shù)三個(gè)發(fā)展階段.21.2.4 溫室控制存在的問(wèn)題.31.3 主要研究?jī)?nèi)容.3第二章 方案的比較和

19、論證.52.1 溫度傳感器的選擇.52.2 濕度傳感器的選擇.52.3 信號(hào)采集通道的選擇.6第 3 章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).83.1 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì).83.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則.83.3 系統(tǒng)組成與工作原理.9第 4 章 傳感器設(shè)計(jì).114.1 傳感器基本特性.114.1.1 傳感器的靜態(tài)特性.114.1.2 傳感器的動(dòng)態(tài)特性.124.2 ds1820 溫度傳感器 .124.2.1 ds1820 數(shù)字溫度傳感器概述.124.2.2 ds1820 溫度傳感器.134.2.3 ds1820 測(cè)溫電路圖.154.3 濕度傳感器.16南人文科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)vivi 第 5 章 單片機(jī)設(shè)計(jì).195.1at8

20、9s52 單片機(jī).195.2 存儲(chǔ)器的設(shè)計(jì).215.3 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的掉電保護(hù).225.4 系統(tǒng)時(shí)鐘的設(shè)計(jì).235.5 顯示與報(bào)警的設(shè)計(jì).235.5.1 顯示電路.235.5.2 報(bào)警電路.24第 6 章 軟件設(shè)計(jì).26第 7 章 總結(jié).31參考文獻(xiàn).32 湖南人文科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)1第 1 章 緒論1.1 課題的提出和意義抽煙有害健康這已成為不爭(zhēng)的事實(shí)，如果抽發(fā)霉的煙，則對(duì)人的健康損害更大。所以煙草倉(cāng)庫(kù)對(duì)濕度有較高的要求，目前都是由人工根據(jù)干濕計(jì)顯示的濕度決定是否讓去濕機(jī)工作。設(shè)計(jì)一個(gè)單片機(jī)測(cè)控裝置對(duì)煙草倉(cāng)庫(kù)的濕度、溫度進(jìn)行檢測(cè)、顯示并自動(dòng)控制去濕機(jī)和空調(diào)機(jī)的工作，是有現(xiàn)實(shí)意義的。防潮、防霉、防

21、腐、防爆是倉(cāng)庫(kù)日常工作的重要內(nèi)容，是衡量倉(cāng)庫(kù)管理質(zhì)量的重要指標(biāo)。它直接影響到儲(chǔ)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(jìn)行，首要問(wèn)題是加強(qiáng)倉(cāng)庫(kù)內(nèi)溫度與濕度的監(jiān)測(cè)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(cè)量計(jì)和濕度試紙等測(cè)試器材，通過(guò)人工進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)不符合溫度和濕度要求的庫(kù)房進(jìn)行通風(fēng)、去濕和降溫等工作。這種人工測(cè)試方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力、效率低，且測(cè)試的溫度及濕度誤差大，隨機(jī)性大。因此我們需要一種造價(jià)低廉、使用方便且測(cè)量準(zhǔn)確的溫濕度測(cè)量?jī)x。1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀溫室是一種可以改變植物生長(zhǎng)環(huán)境、為植物生長(zhǎng)創(chuàng)造最佳條件、避免外界四季變化和惡劣氣候?qū)ζ溆绊懙膱?chǎng)所。它以采光覆蓋材料作為全部或

22、部分結(jié)構(gòu)材料，可在冬季或其他不適宜露地植物生長(zhǎng)的季節(jié)栽培植物。溫室生產(chǎn)以達(dá)到調(diào)節(jié)產(chǎn)期，促進(jìn)生長(zhǎng)發(fā)育，防治病蟲(chóng)害及提高質(zhì)量、產(chǎn)量等為目的。而溫室設(shè)施的關(guān)鍵技術(shù)是環(huán)境控制，該技術(shù)的最終目標(biāo)是提高控制與作業(yè)精度。1.2.1 國(guó)外溫室環(huán)境控制國(guó)外對(duì)溫室環(huán)境控制技術(shù)研究較早，始于 20 世紀(jì) 70 年代。先是采用模擬式的組合儀表，采集現(xiàn)場(chǎng)信息并進(jìn)行指示、記錄和控制。80 年代末出現(xiàn)了分布式控制系統(tǒng)。目前正開(kāi)發(fā)和研制計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)的多因子綜合控制系統(tǒng)。現(xiàn)在世界各國(guó)的溫室控制技術(shù)發(fā)展很快，一些國(guó)家在實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的基礎(chǔ)上正向著完全自動(dòng)化、無(wú)人化的方向發(fā)展。像園藝強(qiáng)國(guó)荷蘭，以先進(jìn)的鮮花生產(chǎn)技術(shù)著稱于世，其

23、玻璃溫室全部由南人文科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)22 計(jì)算機(jī)操作。英國(guó)倫敦大學(xué)農(nóng)學(xué)院研制的溫室計(jì)算機(jī)遙控技術(shù)，可以觀測(cè) 50km 以外溫室內(nèi)的光、溫、濕、氣和水等環(huán)境狀況，并進(jìn)行遙控。1.2.2 我國(guó)溫室控制技術(shù)我國(guó)對(duì)于溫室控制技術(shù)的研究較晚，始于 20 世紀(jì) 80 年代。我國(guó)工程技術(shù)人員在吸收發(fā)達(dá)國(guó)家溫室控制技術(shù)的基礎(chǔ)上，才掌握了人工氣候室內(nèi)微機(jī)控制技術(shù)，該技術(shù)僅限于溫度、濕度和 coz 濃度等單項(xiàng)環(huán)境因子的控制。我國(guó)溫室設(shè)施計(jì)算機(jī)應(yīng)用，在總體上正從消化吸收、簡(jiǎn)單應(yīng)用階段向?qū)嵱没⒕C合性應(yīng)用階段過(guò)渡和發(fā)展。在技術(shù)上，以單片機(jī)控制的單參數(shù)單回路系統(tǒng)居多，尚無(wú)真正意義上的多參數(shù)綜合控制系統(tǒng)，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，

24、存在較大差距。我國(guó)溫室現(xiàn)狀還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到工廠化農(nóng)業(yè)的境地，生產(chǎn)實(shí)際中仍然有許多問(wèn)題困擾著我們，存在著溫室裝備配套能力差，產(chǎn)業(yè)化程度低，環(huán)境控制水平落后，軟硬件資源不能共享和可靠性差等缺點(diǎn)。1.2.3 溫室環(huán)境控制技術(shù)三個(gè)發(fā)展階段從國(guó)內(nèi)外溫室控制技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r來(lái)看，溫室環(huán)境控制技術(shù)大致經(jīng)歷三個(gè)發(fā)展階段:1、手動(dòng)控制。這是在溫室技術(shù)發(fā)展初期所采取的控制手段，其時(shí)并沒(méi)有真正意義上的控制系統(tǒng)及執(zhí)行機(jī)構(gòu)。生產(chǎn)一線的種植者既是溫室環(huán)境的傳感器，又是對(duì)溫室作物進(jìn)行管理的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，他們是溫室環(huán)境控制的核心。通過(guò)對(duì)溫室內(nèi)外的氣候狀況和對(duì)作物生長(zhǎng)狀況的觀測(cè)，憑借長(zhǎng)期積累的經(jīng)驗(yàn)和直覺(jué)推測(cè)及判斷，手動(dòng)調(diào)節(jié)溫室內(nèi)環(huán)境。

25、但這種控制方式的勞動(dòng)生產(chǎn)率較低，不適合工廠化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需要。2、自動(dòng)控制。利用計(jì)算機(jī)技術(shù)及現(xiàn)代控制理論對(duì)溫室內(nèi)的各種環(huán)境因子如溫度、光照、濕度、c02 濃度和施肥等，進(jìn)行自動(dòng)控制和調(diào)節(jié)成為溫室控制的主要方式。人為創(chuàng)造適宜作物生長(zhǎng)最佳環(huán)境的自動(dòng)控制技術(shù)手段成為主流。此時(shí)的溫室有比較完整的控制系統(tǒng)，有各種傳感器采集溫室環(huán)境數(shù)據(jù)，監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)環(huán)境變化及控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作，良好的人機(jī)界面使種植者的操作過(guò)程形象而且簡(jiǎn)便。計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制的溫室控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)自動(dòng)化，適合規(guī)模化生產(chǎn)，勞動(dòng)生產(chǎn)率得到提高。目前我國(guó)絕大部分自主開(kāi)發(fā)的大型現(xiàn)代化溫室及引進(jìn)的國(guó)外設(shè)備都屬于這種控制方式。3、智能化控制。智能化的

26、控制技術(shù)將農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)與溫室自動(dòng)控制技術(shù)有機(jī)結(jié)合，以溫室綜合環(huán)境因子作為采集與分析對(duì)象，通過(guò)專家系統(tǒng)的咨詢與決策，給出不同時(shí) 湖南人文科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)3期作物生長(zhǎng)所需要的最佳環(huán)境參數(shù)，并且依據(jù)此最佳參數(shù)對(duì)實(shí)時(shí)測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行模糊處理，自動(dòng)選擇合理、優(yōu)化的調(diào)整方案，控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的相應(yīng)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)溫室的智能化管理與生產(chǎn)。能夠根據(jù)溫室環(huán)境條件和作物生長(zhǎng)狀況，應(yīng)用適當(dāng)?shù)闹R(shí)表達(dá)和規(guī)則化，推理決策出最適合作物生長(zhǎng)的溫室環(huán)境。這種控制方式既能體現(xiàn)作物生長(zhǎng)的內(nèi)在規(guī)律，發(fā)揮農(nóng)業(yè)專家在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的指導(dǎo)作用，又可充分利用計(jì)算機(jī)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，使系統(tǒng)的調(diào)控非常方便和有效，實(shí)現(xiàn)溫室的完全智能化控制。1.2.4 溫室控制存在的

27、問(wèn)題首先是農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)自身的問(wèn)題，農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)的技術(shù)還不十分成熟。各種專家系統(tǒng)在收集、整理農(nóng)業(yè)專家知識(shí)時(shí)并沒(méi)有把專家是如何學(xué)習(xí)和獲得這些知識(shí)的過(guò)程整理出來(lái)，這樣開(kāi)發(fā)的專家系統(tǒng)并不具有真正的學(xué)習(xí)能力。其次是采集數(shù)據(jù)的束縛，溫室控制技術(shù)主要停留在對(duì)溫室環(huán)境因子的監(jiān)控上，并沒(méi)有考慮溫室作物本身的生理過(guò)程。還有就是農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)在溫室實(shí)時(shí)控制中的應(yīng)用的局限性，農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)對(duì)溫室環(huán)境因子進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，不同于開(kāi)發(fā)單純的農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)，其中涉及與控制系統(tǒng)的“接口”問(wèn)題。在開(kāi)發(fā)溫室農(nóng)業(yè)專家控制系統(tǒng)時(shí)，對(duì)農(nóng)業(yè)知識(shí)的表達(dá)及推理策略等要認(rèn)真考慮。同時(shí)，將更多的農(nóng)業(yè)知識(shí)用于溫室生產(chǎn)的實(shí)時(shí)控制中，不僅僅局限于對(duì)環(huán)境因子的專

28、家指導(dǎo)?？傊?，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、農(nóng)業(yè)應(yīng)用電子技術(shù)、傳感器智能化技術(shù)、機(jī)械電子一體化技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究的發(fā)展，溫室技術(shù)體系己經(jīng)成為各個(gè)國(guó)家為合理利用農(nóng)業(yè)資源、提高農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量、降低生產(chǎn)成本、保護(hù)生態(tài)環(huán)境、提高農(nóng)產(chǎn)品在國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的前沿性研究領(lǐng)域。1.3主要研究?jī)?nèi)容主要研究?jī)?nèi)容本設(shè)計(jì)主要做了如下幾方面的工作:一是確定系統(tǒng)的總體功能設(shè)計(jì)方案;二是進(jìn)行智能傳感器的硬件電路和軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì);三是單片機(jī)及通信接口的硬件電路及軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì);四是對(duì)連接單片機(jī)的上位管理計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路、工作原理和實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行了闡述。本文將信息采集技術(shù)、信息傳輸技術(shù)、信息存儲(chǔ)技術(shù)及信息處理技術(shù)等相互融合，將溫室環(huán)境多

29、種參數(shù)監(jiān)測(cè)和單片機(jī)控制理論相結(jié)合，提出一種切實(shí)可行的溫室環(huán)境監(jiān)南人文科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)44 測(cè)系統(tǒng)，可以全面、實(shí)時(shí)、自動(dòng)地對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)記錄、存儲(chǔ)和處理，并將有關(guān)信息根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，采用最有效方式送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，并可對(duì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。滿足了對(duì)作物生長(zhǎng)狀態(tài)實(shí)行全面、實(shí)時(shí)、長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)的要求。與傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)相比，本系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn):傳感器設(shè)計(jì)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(jì)算機(jī)的負(fù)擔(dān)。增加了輔助存儲(chǔ)功能，在監(jiān)控計(jì)算機(jī)不工作的時(shí)候，采用多 媒體存儲(chǔ)卡存儲(chǔ)采集數(shù)據(jù)。單片機(jī)的設(shè)計(jì)提高了系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)速度，系統(tǒng)的可靠性、實(shí)時(shí) 性都有很大提高對(duì)模擬設(shè)備采集到的數(shù)據(jù)，為防止失真，采用了數(shù)

30、據(jù)插值算 法。利用語(yǔ)音芯片，超限報(bào)警，實(shí)現(xiàn)了人性化管理。 湖南人文科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)5第第 2 2 章章 方案的比較和論證方案的比較和論證當(dāng)將單片機(jī)用作測(cè)控系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)總要有被測(cè)信號(hào)懂得輸入通道，由計(jì)算機(jī)拾取必要的輸入信息。對(duì)于測(cè)量系統(tǒng)而言，如何準(zhǔn)確獲得被測(cè)信號(hào)是其核心任務(wù)；而對(duì)測(cè)控系統(tǒng)來(lái)講，對(duì)被控對(duì)象狀態(tài)的測(cè)試和對(duì)控制條件的監(jiān)察也是不可缺少的環(huán)節(jié)。傳感器是實(shí)現(xiàn)測(cè)量與控制的首要環(huán)節(jié)，是測(cè)控系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，如果沒(méi)有傳感器對(duì)原始被測(cè)信號(hào)進(jìn)行準(zhǔn)確可靠的捕捉和轉(zhuǎn)換，一切準(zhǔn)確的測(cè)量和控制都將無(wú)法實(shí)現(xiàn)。工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化測(cè)量和控制，幾乎主要依靠各種傳感器來(lái)檢測(cè)和控制生產(chǎn)過(guò)程中的各種參量，使設(shè)備和系統(tǒng)正常運(yùn)

31、行在最佳狀態(tài)，從而保證生產(chǎn)的高效率和高質(zhì)量。2.12.1 溫度傳感器的選擇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(cè)溫元件?，F(xiàn)應(yīng)用較多的有鉑、銅、鎳等熱電阻。其主要的特點(diǎn)為精度高、測(cè)量范圍大、便于遠(yuǎn)距離測(cè)量。鉑的物理、化學(xué)性能極穩(wěn)定，耐氧化能力強(qiáng)，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(cè)中高精密測(cè)溫和溫度標(biāo)準(zhǔn)。缺點(diǎn)是價(jià)格貴，溫度系數(shù)小，受到磁場(chǎng)影響大，在還原介質(zhì)中易被玷污變脆。按 iec 標(biāo)準(zhǔn)測(cè)溫范圍-200650，百度電阻比 w（100）=1.3850 時(shí)，r0 為 100 和 10，其允許的測(cè)量誤差 a 級(jí)為（0.1

32、5+0.002 |t|） ，b 級(jí)為（0.3+0.005 |t|） 。銅電阻的溫度系數(shù)比鉑電阻大，價(jià)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(cè)溫。 方案二：采用 ds1820，它的測(cè)溫范圍在-55+150之間，而且精度高。m 檔在測(cè)溫范圍內(nèi)非線形誤差為0.3。ds1820 可以承受 44v 正向電壓和 20v 反向電壓，因而器件反接也不會(huì)損壞。使用可靠。它只需直流電源就能工作，而且，無(wú)需進(jìn)行線性校正，所以使用也非常方便，借口也很簡(jiǎn)單。作為電流輸出型傳感器的一個(gè)特點(diǎn)是，和電壓輸出型相比，它有很強(qiáng)的抗外界干擾能力。ds1820 的測(cè)量信號(hào)可遠(yuǎn)傳百余

33、米。綜合比較方案一與方案二，方案二更為適合于本設(shè)計(jì)系統(tǒng)對(duì)于溫度傳感器的選擇。2.22.2 濕度傳感器的選擇濕度傳感器的選擇測(cè)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(jìn)行濕度測(cè)量的。南人文科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)66 方案一：采用 hos-201 濕敏傳感器。hos-201 濕敏傳感器為高濕度開(kāi)關(guān)傳感器，它的工作電壓為交流 1v 以下，頻率為 50hz1khz，測(cè)量濕度范圍為 0100%rh，工作溫度范圍為 050

34、，阻抗在 75%rh（25）時(shí)為 1m。這種傳感器原是用于開(kāi)關(guān)的傳感器，不能在寬頻帶范圍內(nèi)檢測(cè)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(shí)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(gè)電容器件，其電容量隨著所測(cè)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(zhǎng)期穩(wěn)定性，快速響應(yīng)時(shí)間，專利設(shè)計(jì)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(dòng)

35、插件和自動(dòng)裝配過(guò)程等。相對(duì)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(shí)間小于 5s；溫度系數(shù)為 0.04 pf/?？梢?jiàn)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(cè)量濕度范圍的要求，但其只限于一定范圍內(nèi)使用時(shí)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(jì)系統(tǒng)中對(duì)溫度-3050的要求，因此，我們選擇方案二來(lái)作為本設(shè)計(jì)的濕度傳感器。2.32.3 信號(hào)采集通道的選擇信號(hào)采集通道的選擇 在本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，溫度輸入信號(hào)為 8 路的模擬信號(hào)，這就需要多通道結(jié)構(gòu)。方案一、采用多路并行模擬量輸入通道。這種結(jié)構(gòu)的模擬量通道特點(diǎn)為

36、：（1） 可以根據(jù)各輸入量測(cè)量的要求選擇不同性能檔次的器件。總體成本可以作得較低。（2） 硬件復(fù)雜，故障率高。（3） 軟件簡(jiǎn)單，各通道可以獨(dú)立編程。方案二、采用多路分時(shí)的模擬量輸入通道。這種結(jié)構(gòu)的模擬量通道特點(diǎn)為：（1） 對(duì) adc、s/h 要求高。（2） 處理速度慢。（3） 硬件簡(jiǎn)單，成本低。（4） 軟件比較復(fù)雜。綜合比較方案一與方案二，方案二更為適合于本設(shè)計(jì)系統(tǒng)對(duì)于模擬量輸入的要求， 湖南人文科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)7比較其框圖，方案二更具備硬件簡(jiǎn)單的突出優(yōu)點(diǎn)，所以選擇方案二作為信號(hào)的輸入通道。信號(hào)調(diào)理電路信號(hào)調(diào)理電路信號(hào)調(diào)理電路采樣/保持器采樣/保持器采樣/保持器a/d轉(zhuǎn)換器a/d轉(zhuǎn)換器a/d轉(zhuǎn)

37、換器接口接口接口cpu圖 2-1 多路并行模擬量輸入通道信號(hào)調(diào)理電路信號(hào)調(diào)理電路信號(hào)調(diào)理電路采樣/保持器a/d轉(zhuǎn)換器接口cpu多路切換器圖 2-2 多路分時(shí)的模擬量輸入通道南人文科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)88 第第 3 章章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)與實(shí)現(xiàn)3.1 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)系統(tǒng)要完成的設(shè)計(jì)功能如下:實(shí)現(xiàn)對(duì)溫室溫濕度參數(shù)的實(shí)時(shí)采集，測(cè)量空間多點(diǎn)的溫度和濕度:根據(jù)測(cè)量空間或設(shè)備的實(shí)際需要，由多路溫度、濕度傳感器對(duì)關(guān)鍵溫、濕度敏感點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，由單片機(jī)對(duì)各路數(shù)據(jù)進(jìn)行循環(huán)檢測(cè)、數(shù)據(jù)處理、存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)溫濕度的智能、多空間點(diǎn)的測(cè)量。實(shí)現(xiàn)超限數(shù)據(jù)的及時(shí)報(bào)警。現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)設(shè)備應(yīng)具有較高的靈敏度、可靠性、抗干擾能力并具有

38、存儲(chǔ)、遠(yuǎn)程通信功能。通信系統(tǒng)具有較高的可靠性、較好的實(shí)時(shí)性和較強(qiáng)的抗干擾能力。與計(jì)算機(jī)通訊功能，采用 rs232 串行通訊方式最遠(yuǎn)傳輸距離為 20 米。長(zhǎng)時(shí)間測(cè)量數(shù)據(jù)記錄功能:可以根據(jù)需要設(shè)置數(shù)據(jù)記錄時(shí)間間隔，數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。監(jiān)控計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)管理軟件既要具有完成數(shù)據(jù)采集、處理的功能，其軟件編程應(yīng)具有功能強(qiáng)大、界面友好、便于操作和執(zhí)行速度快等特點(diǎn)。要求達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)：控制溫度為 28 度測(cè)溫精度為正負(fù) 2 度濕度為百分之五十濕度的精度為正負(fù)三個(gè)百分點(diǎn)3.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則要求單片機(jī)系統(tǒng)應(yīng)具有可靠性高、操作維護(hù)方便、性價(jià)比高等特點(diǎn)。 1、可靠性 高可靠性是單片機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用的前提，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)的每一

39、個(gè)環(huán)節(jié)，都應(yīng)該將可靠性作為首要的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。提高系統(tǒng)的可靠性通常從以下幾個(gè)方面考慮:使用可靠性高的元器件;設(shè)計(jì)電路板時(shí)布線和接地要合理;對(duì)供電電源采用抗干擾措施;.輸入輸出通道 湖南人文科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)9抗干擾措施;進(jìn)行軟硬件濾波:系統(tǒng)自診斷功能等。2、操作維護(hù)方便在系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)從操作者的角度考慮操作和維護(hù)方便，盡量減少對(duì)操作人員專用知識(shí)的要求，以利于系統(tǒng)的推廣。因此在設(shè)計(jì)時(shí)，要盡可能減少人機(jī)交互接口，多采用操作內(nèi)置或簡(jiǎn)化的方法。同時(shí)系統(tǒng)應(yīng)配有現(xiàn)場(chǎng)故障診斷程序，一旦發(fā)生故障能保證有效地對(duì)故障進(jìn)行定位，以便進(jìn)行維修。3、性價(jià)比單片機(jī)除體積小、功耗低等特點(diǎn)外，最大的優(yōu)勢(shì)在于高性能價(jià)格比。一

40、個(gè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)能否被廣泛使用，性價(jià)比是其中一個(gè)關(guān)鍵因素。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)，除了保持高性能外，盡可能降低成本，如簡(jiǎn)化外圍硬件電路，在系統(tǒng)性能和速度允許的情況下盡可能用軟件功能取代硬件功能等。3.3 系統(tǒng)組成與工作原理以單片機(jī)為控制核心，采用溫濕度測(cè)量，通信技術(shù)，誤差修正等關(guān)鍵技術(shù)，以溫濕度傳感器作為測(cè)量元件，構(gòu)成智能溫濕度測(cè)量系統(tǒng)。該系統(tǒng)，可分為溫度測(cè)量電路，濕度測(cè)量電路，a/d 轉(zhuǎn)換及濾波電路，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及顯示電路，語(yǔ)音報(bào)警電路，見(jiàn)圖3.1。選用的主要器件有：溫度傳感器 ds1820，濕度傳感器 hs1101, at89s52, a/d 轉(zhuǎn)換器 tlc0834，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 at24c04, mm

41、c 存儲(chǔ)卡，6 數(shù)碼管顯示模塊，語(yǔ)音報(bào)警芯片 isd2560, max232，集成定時(shí)器 555 芯片等。at89s52單片機(jī)數(shù)據(jù)采集報(bào)警指示數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)顯示數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 圖 3.1 硬件結(jié)構(gòu)圖南人文科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)1010 本系統(tǒng)以單片機(jī) atme189s52 為核心，數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、顯示、報(bào)警以及上傳至計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理都要通過(guò)單片機(jī)。數(shù)據(jù)采集通過(guò)單總線的智能溫度傳感器 ds 1820和模擬的濕度傳感器 hs110i 完成；當(dāng)采集數(shù)據(jù)超出預(yù)警值時(shí)，有語(yǔ)音報(bào)警芯片isd2560 實(shí)時(shí)報(bào)警，然后進(jìn)行相應(yīng)處理;數(shù)據(jù)存儲(chǔ)可以在計(jì)算機(jī)完成，在計(jì)算機(jī)不工作時(shí)還設(shè)置了輔助的多媒體卡 mmc 存儲(chǔ);由數(shù)碼管實(shí)

42、時(shí)顯示接收的數(shù)值:數(shù)據(jù)處理主要是上位機(jī)完成的數(shù)據(jù)曲線顯示、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)打印等功能。在整個(gè)系統(tǒng)中采用了多種總線、協(xié)議技術(shù)，如智能溫度傳感器 ds 1820 的單總線技術(shù)，存儲(chǔ)擴(kuò)展的 i2c 總線技術(shù)，mmc 的模擬 spi 總線技術(shù)，單片機(jī)和計(jì)算機(jī)連接的rs232 協(xié)議技術(shù)等。為防止模擬傳感器數(shù)據(jù)采集的失真，采用了線形插值算法。在這個(gè)系統(tǒng)中單片機(jī)部分采用 c 語(yǔ)言編程。 湖南人文科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)11第 4 章 傳感器設(shè)計(jì)4.1 傳感器基本特性在監(jiān)控系統(tǒng)中有各種不同的物理量需要監(jiān)測(cè)和控制，這就要求傳感器能感受被測(cè)非電量并將其轉(zhuǎn)換成與被測(cè)量有一定函數(shù)關(guān)系的電量。傳感器所測(cè)量的非電量是處在不斷的變化

43、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(yīng)的電量，取決于傳感器的輸入一輸出特性。傳感器這一基本特性可用靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性來(lái)描述。4.1.1 傳感器的靜態(tài)特性傳感器的靜態(tài)特性是指當(dāng)被測(cè)量處于穩(wěn)定狀態(tài)下，傳感器的輸入與輸出值之間的關(guān)系。傳感器靜態(tài)特性的主要技術(shù)指標(biāo)有:線性度、靈敏度、遲滯和重復(fù)性等。1、線性度傳感器的線性度是指?jìng)鞲衅鲗?shí)際輸出一輸入特性曲線與理論直線之間的最大偏差與輸出滿度值之比。2、靈敏度傳感器的靈敏度是指?jìng)鞲衅髟诜€(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)條件下，輸出量的變化量與輸入量的變化量之比。對(duì)于線性傳感器來(lái)說(shuō)，其靈敏度是個(gè)常數(shù)。3、遲滯傳感器在正(輸入量增大)反(輸入量減小)行程中，輸出輸入特性曲

44、線不重合的程度稱為遲滯，遲滯誤差一般以滿量程輸出 yfn 的百分?jǐn)?shù)表示。遲滯特性一般由實(shí)驗(yàn)方法確定。4、重復(fù)性傳感器在同一條件下，被測(cè)輸入量按同一方向作全量程連續(xù)多次重復(fù)測(cè)量時(shí)，所得輸出一一輸入曲線的不一致程度，稱重復(fù)性。重復(fù)性誤差用滿量程輸出的百分?jǐn)?shù)表示。重復(fù)性特性也用實(shí)驗(yàn)方法確定，常用絕對(duì)誤差表示。5、分辨力傳感器能檢測(cè)到的最小輸入增量稱分辨力，在輸入零點(diǎn)附近的分辨力南人文科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)1212 稱為閡值。6、零漂傳感器在零輸入狀態(tài)下，輸出值的變化稱為零漂，零漂可用相對(duì)誤差表示，也可用絕對(duì)誤差表示。4.1.2 傳感器的動(dòng)態(tài)特性傳感器測(cè)量靜態(tài)信號(hào)時(shí)，由于被測(cè)量不隨時(shí)間變化，測(cè)量和記錄過(guò)程不

45、受時(shí)間限制。而實(shí)際中大量的被測(cè)量是隨時(shí)間變化的動(dòng)態(tài)信號(hào)，傳感器的輸出不僅需要精確地顯示被測(cè)量的大小，還要顯示被測(cè)量隨時(shí)間變化的規(guī)律，即被測(cè)量的波形。傳感器能測(cè)量動(dòng)態(tài)信號(hào)的能力用動(dòng)態(tài)特性表示。動(dòng)態(tài)特性是指?jìng)鞲衅鳒y(cè)量動(dòng)態(tài)信號(hào)時(shí)，輸出對(duì)輸入的響應(yīng)特性。傳感器動(dòng)態(tài)特性的性能指標(biāo)可以通過(guò)時(shí)域、頻域以及試驗(yàn)分析的方法確定，其動(dòng)態(tài)特性參數(shù)如:最大超調(diào)量、上升時(shí)間、調(diào)整時(shí)間、頻率響應(yīng)范圍、臨界頻率等。動(dòng)態(tài)特性好的傳感器，其輸出量隨時(shí)間的變化規(guī)律將再現(xiàn)輸入量隨時(shí)間的變化規(guī)律，即它們具有同一時(shí)間函數(shù)。但是，除了理想情況以外，實(shí)際傳感器的輸出信號(hào)與輸入信號(hào)不會(huì)具有相同的時(shí)間函數(shù)，由此引起動(dòng)態(tài)誤差。4.2 ds182

46、0 溫度傳感器4.2.1 ds1820 數(shù)字溫度傳感器概述美國(guó) dallas 公司生產(chǎn)的 ds 1820 數(shù)字溫度傳感器，可以直接將被測(cè)溫度轉(zhuǎn)化為串行數(shù)字信號(hào)供微機(jī)處理，通過(guò)簡(jiǎn)單的編程實(shí)現(xiàn) 9 位的溫度讀數(shù)。并且多個(gè) ds 1820可以并接到多個(gè)地址線上與單片機(jī)實(shí)現(xiàn)通信。由于每一個(gè) ds1820 出廠時(shí)都刻有唯一的一個(gè)序列號(hào)并存入其 rom 中，因此 cpu 可用簡(jiǎn)單的通信協(xié)議就可以識(shí)別，從而節(jié)省大量的引線和邏輯電路。與其它溫度傳感器相比，ds 1820 具有以下特性: 湖南人文科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)13獨(dú)特的單線接口方式，ds1820 在與微處理器連接時(shí)僅需要一 條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與 ds18

47、20 的雙向通訊。ds1820 支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè) ds1820 可以并聯(lián)在唯一的 三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)溫。ds 1820 在使用中不需要任何外圍元件。溫范圍一 ss一+12 5 0c，固有測(cè)溫分辨率 0 . 5 0c o測(cè)量結(jié)果以 9 位數(shù)字量方式串行傳送ds 1820 采用 3 腳 to-92 封裝或 8 腳 so 封裝，管腳排列如圖 4.1 所示： 圖 4.1 ds1820 的封裝和引腳對(duì)圖 4.1 中 ds1820 的引腳功能說(shuō)明如下：nc：空引腳，不連接外部信號(hào)。vdd：接電源引腳，電源供電 3.0-5.5v.gnd：接地。dq：數(shù)據(jù)的輸入和輸出引腳。dq：引肚口的 1/o 為數(shù)據(jù)

48、輸入/輸出端(即單線總線)，該引腳為漏極開(kāi)路輸出，常態(tài)下呈高電平。4.2.2 ds1820 溫度傳感器溫度傳感器選用一總線溫度傳感器 ds1820。ds1820 是美國(guó) dallas 半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的可組網(wǎng)數(shù)字式溫度傳感器，與其它溫度傳感器相比，ds1820 具有以下特性：獨(dú)特的單線接口方式，ds1820 在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與ds1820 的雙向通訊。ds1820 支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè) ds1820 可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)多點(diǎn)測(cè)溫。ds1820 在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感器元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)。溫度范圍55125，固

49、有測(cè)溫南人文科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)1414 分辨率0.5；測(cè)量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號(hào)，以“一線總線”串行傳送給 cpu，同時(shí)可傳送 crc 效驗(yàn)碼，具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯(cuò)能力；測(cè)量結(jié)果以 9 位數(shù)字量方式串行傳送。ds1820 雖然具有測(cè)溫系統(tǒng)簡(jiǎn)單、測(cè)溫精度高、連接方便、占用口線少等優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)際應(yīng)用中也應(yīng)注意以下幾方面的問(wèn)題：（1）系統(tǒng)的硬件雖然簡(jiǎn)單但需要相對(duì)復(fù)雜的軟件進(jìn)行補(bǔ)償，由于 ds1820 與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，在對(duì) ds1820 進(jìn)行讀寫(xiě)編程時(shí)，必須嚴(yán)格的保證讀寫(xiě)時(shí)序，否則將無(wú)法讀取測(cè)溫結(jié)果。（2）在 ds1820 的有關(guān)資料中均未提及單總線上所掛 ds1820 數(shù)量問(wèn)題，

50、容易使人誤認(rèn)為可以掛任意多個(gè) ds1820，在實(shí)際應(yīng)用中并非如此。當(dāng)單總線上所掛 ds1820超過(guò) 8 個(gè)時(shí)，就需要解決微處理器的總線驅(qū)動(dòng)問(wèn)題，這一點(diǎn)在進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要加以注意。(3)連接 ds1820 的總線電纜有長(zhǎng)度限制。由于信號(hào)電纜本身存在電阻，距離過(guò)長(zhǎng)時(shí)將導(dǎo)致信號(hào)衰減。試驗(yàn)中，當(dāng)采用普通信號(hào)電纜傳輸長(zhǎng)度超過(guò) 50m 時(shí)，讀取的測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)將發(fā)生錯(cuò)誤。當(dāng)將總線電纜改為雙絞線帶屏蔽電纜時(shí)，正常通訊距離可達(dá) 150m。ds1820 有 pr-35 和 soic 兩種封裝形式，管腳排列如表 4.1 所示。本系統(tǒng)選用pr-35 封裝形式。ds1820 返回溫度值雖然只有 9 位，如圖 4.2

51、 所示。表 4.1 ds1820 管腳排列管腳管腳定義說(shuō)明8 腳 soic 3 腳 pr-352 1gnd地1 2i|o數(shù)據(jù)輸入端8 3vcc電源3 4 5 6 7nc空腳圖 4.2 ds1820 溫度值表示方法d9 為符號(hào)位，0 表示正，1 表示負(fù)，高字節(jié)的其他位（d10d15）是以符號(hào)位的擴(kuò)展位表示的；d0d8 為數(shù)據(jù)位，以二進(jìn)制補(bǔ)碼表示。溫度是以 1/2lsb 形式表示的。 湖南人文科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)15表 4.2 為數(shù)值和溫度的關(guān)系。表 4.2 ds1820 數(shù)值和溫度的關(guān)系溫度數(shù)據(jù)（二進(jìn)制）數(shù)據(jù)（十六進(jìn)制）+1250000 0000 1111 101000fah+250000 0000

52、 0011 00100032h+0.50000 0000 0000 00010001h00000 0000 0000 00000000h+0.51111 1111 1111 1111ffffh-251111 1111 1100 1110ffceh-551111 1111 1001 0010ff92h因到煙草倉(cāng)庫(kù)內(nèi)環(huán)境溫度不能出現(xiàn)負(fù)溫情況，因此本系統(tǒng)不考慮負(fù)溫情況，這樣，在硬件選取上可以考慮選用商業(yè)級(jí)器件，不必要選用工業(yè)級(jí)器件，可以大幅度降低成本。因此單片機(jī)讀取溫度信息后，只需將低字節(jié)（d0d8）送入上位機(jī)和控制電路即可。4.2.3 ds1820 測(cè)溫電路圖ds1820 測(cè)量溫度時(shí)使用特有的溫度

53、測(cè)量技術(shù)。ds1820 內(nèi)部的低溫度系數(shù)振蕩器能產(chǎn)生穩(wěn)定的頻率信號(hào) f0,高溫度系數(shù)振蕩器則將被測(cè)溫度轉(zhuǎn)換成頻率信號(hào) f。當(dāng)計(jì)數(shù)門打開(kāi)時(shí),ds1820 對(duì) f 0 計(jì)數(shù),計(jì)數(shù)門開(kāi)通時(shí)間由高溫度系數(shù)振蕩器決定。芯片內(nèi)部還有斜率累加器,可對(duì)頻率的非線性予以補(bǔ)償。測(cè)量結(jié)果存入溫度寄存器中。在 64 位 rom 的最高有效字節(jié)中存有循環(huán)冗余校驗(yàn)碼(crc)。主機(jī)根據(jù) rom 的前 56 位來(lái)計(jì)算 crc 值,并和存入 ds1820 中的 crc 值作比較,以判斷主機(jī)收到的rom 數(shù)據(jù)是否正確。crc 的函數(shù)表達(dá)式為:crc=x8+x5+x3+1（占君等.2006） 。此外，ds1820 尚需依上式為暫

54、存器中的數(shù)據(jù)來(lái)產(chǎn)生一個(gè) 8 位 crc 送給主機(jī),以確保暫存器數(shù)據(jù)傳送無(wú)誤。在系統(tǒng)安裝及工作之前應(yīng)將主機(jī)逐個(gè)與 ds1820 掛接,以讀出其序列號(hào)。其工作過(guò)程為:主機(jī)發(fā)出一個(gè)脈沖,待“0”電平大于 480s 后,復(fù)位 ds1820,在 ds1820 所發(fā)響應(yīng)脈沖由主機(jī)接收后,主機(jī)再發(fā)讀 rom 命令代碼 33h,然后發(fā)一個(gè)脈沖(15s),并接著讀取 ds1820 序列號(hào)的一位。用同樣方法讀取序列號(hào)的 56 位。另外,由于 ds1820 單線通信功能是分時(shí)完成的,遵循嚴(yán)格的時(shí)隙概念,因此,系統(tǒng)對(duì) ds1820 和各種操作必須按協(xié)南人文科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)1616 議進(jìn)行,即:初始化 ds1820(發(fā)

55、復(fù)位脈沖)，發(fā) rom 功能命令，發(fā)存儲(chǔ)器操作命令，處理數(shù)據(jù)。ds1820 單點(diǎn)測(cè)溫電路框圖如圖 4.3 所示，其中，網(wǎng)絡(luò)定義 p3.4 為 89s52 的 p3.4引腳。圖 4.3 ds1820 單點(diǎn)測(cè)溫電路圖4.34.3 濕度傳感器濕度傳感器測(cè)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(jìn)行濕度測(cè)量的。下面 介紹 hs1100/hs1101 濕度傳感器及其應(yīng)用。1、特點(diǎn)不需校準(zhǔn)的完全互換性，高可靠性和長(zhǎng)期

56、穩(wěn)定性，快速響應(yīng)時(shí)間，專利設(shè)計(jì)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(dòng)插件和自動(dòng)裝配過(guò)程等。圖 4.4a 為濕敏電容工作的溫、濕度范圍。圖 4.4b 為濕度-電容響應(yīng)曲線。 1007550250-20020-40406080 100溫度 /長(zhǎng)期穩(wěn)定正常工作區(qū)區(qū)非正常區(qū)020406080170160180190200相對(duì)濕度 /%rh圖 4.4a、濕敏電容工作的溫、濕度范圍 圖 4.4b、濕度-電容響應(yīng)曲線。 湖南人文科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)17相對(duì)濕度在 1%-100%rh 范圍內(nèi)；電容量由 16

57、pf 變到 200pf，其誤差不大于2%rh；響應(yīng)時(shí)間小于 5s；溫度系數(shù)為 0.04 pf/?？梢?jiàn)精度是較高的。2、濕度測(cè)量電路hs1100/hs1101 電容傳感器，在電路構(gòu)成中等效于一個(gè)電容器件，其電容量隨著所測(cè)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?jì)算機(jī)易于接受的信號(hào)，常有兩種方法：一是將該濕敏電容置于運(yùn)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(hào)經(jīng)整流、直流放大、再 a/d 轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；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(hào)，可直接被計(jì)算機(jī)所采集頻率輸出的 555 測(cè)量振蕩電路如圖 4.5 所示。集成定時(shí)器

58、555 芯片外接電阻r4、r2 與濕敏電容 c，構(gòu)成了對(duì) c 的充電回路。7 端通過(guò)芯片內(nèi)部的晶體管對(duì)地短路又構(gòu)成了對(duì) 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(gè)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(hù)電阻，r1 用于平衡溫度系數(shù)。圖 4.5、頻率輸出的 555 振蕩電路該振蕩電路兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)的交替過(guò)程如下：首先電源 vs 通過(guò) 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)輸出引腳 3 端由高電平突降為低電平，然后通過(guò) r2 放電，經(jīng) t 放電時(shí)間后，uc 下降到比較器的低觸發(fā)電平，約 0

59、.33vs此時(shí)輸出，此時(shí)輸出引腳 3 端又由低電平突降為高電平，如此翻來(lái)覆去，形成方波輸出。其中，充放電時(shí)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南人文科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)1818 可見(jiàn)，空氣濕度通過(guò) 555 測(cè)量電路就轉(zhuǎn)變?yōu)榕c之呈反比的頻率信號(hào)，表 4.3 給出了其中的一組典型測(cè)試值。表 4.3、空氣濕度與電壓頻率的典型值 073516066001072247064682071008063303069769061684068531006033506728頻率濕度頻率濕度%rhhz%rhhz3、多路檢

60、測(cè)信號(hào)的實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)系統(tǒng)為八路的濕度信號(hào)采集，故采用 cd4051 組成多路分時(shí)的模擬量信號(hào)采集電路，其硬件接口如圖 4.6 所示圖 4.6 八路分時(shí)的模擬量信號(hào)采集電路硬件接口 湖南人文科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)19第 5 章 單片機(jī)設(shè)計(jì)5.1at89s52 單片機(jī)單片機(jī)選用 atmel 公司的可在線編程的 at89s52，用于溫度采集及數(shù)據(jù)通訊。at89s52 具有一下特點(diǎn)：完全兼容 mcs-51 指令系統(tǒng);8kb 的可反復(fù)擦寫(xiě) flash rom（程序存儲(chǔ)器） ；256 個(gè)字節(jié)的內(nèi) ram；32 個(gè)可編程的雙向 i/o 口（并行 i/o 口） ；3 個(gè) 16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；8 個(gè)中斷源；1 個(gè)串