基于單片機(jī)的溫濕度檢測論文

1、 PAGE33 / NUMPAGES36目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc293087992摘要= 1 * ROMANIHYPERLINK l _Toc293087993ABSTRACT= 2 * ROMANIIHYPERLINK l _Toc293087994第1章緒論 PAGEREF _Toc293087994 h 1HYPERLINK l _Toc2930879951.1 課題來源 PAGEREF _Toc293087995 h 1HYPERLINK l _Toc2930879961.2 課題背景 PAGEREF _Toc293087996 h 1H

2、YPERLINK l _Toc2930879971.3 國外研究現(xiàn)狀與分析 PAGEREF _Toc293087997 h 1HYPERLINK l _Toc293087998第2章系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc293087998 h 3HYPERLINK l _Toc2930879992.1 總體方案設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc293087999 h 3HYPERLINK l _Toc2930880002.2 系統(tǒng)組成與框圖 PAGEREF _Toc293088000 h 3HYPERLINK l _Toc293088001第3章硬件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc293088001

3、 h 4HYPERLINK l _Toc2930880023.1 微處理器 PAGEREF _Toc293088002 h 4HYPERLINK l _Toc2930880033.1.1 51單片機(jī)的主要特性 PAGEREF _Toc293088003 h 4HYPERLINK l _Toc2930880043.1.2 STC89C51的引腳具體介紹 PAGEREF _Toc293088004 h 4HYPERLINK l _Toc2930880053.1.2 STC89C51的最小系統(tǒng) PAGEREF _Toc293088005 h 6HYPERLINK l _Toc2930880063.2

4、 溫度測量電路的實(shí)現(xiàn) PAGEREF _Toc293088006 h 6HYPERLINK l _Toc2930880073.2.1 溫度傳感器的選擇 PAGEREF _Toc293088007 h 6HYPERLINK l _Toc2930880083.2.2 DS18B20介紹 PAGEREF _Toc293088008 h 7HYPERLINK l _Toc2930880093.2.3 溫度測量電路 PAGEREF _Toc293088009 h 8HYPERLINK l _Toc2930880103.3 濕度測量電路的實(shí)現(xiàn) PAGEREF _Toc293088010 h 9HYPERL

5、INK l _Toc2930880113.3.1 濕度傳感器的選擇 PAGEREF _Toc293088011 h 9HYPERLINK l _Toc2930880123.3.2 HS1101介紹 PAGEREF _Toc293088012 h 9HYPERLINK l _Toc2930880133.3.3 NE555振蕩器 PAGEREF _Toc293088013 h 10HYPERLINK l _Toc2930880143.3.4 濕度測量電路的實(shí)現(xiàn) PAGEREF _Toc293088014 h 10HYPERLINK l _Toc2930880153.4 液晶顯示與報(bào)警電路 PAGE

6、REF _Toc293088015 h 12HYPERLINK l _Toc2930880163.4.1 顯示方案的選擇 PAGEREF _Toc293088016 h 12HYPERLINK l _Toc2930880173.4.2 LCD1602與其應(yīng)用 PAGEREF _Toc293088017 h 12HYPERLINK l _Toc2930880183.4.3 報(bào)警電路 PAGEREF _Toc293088018 h 14HYPERLINK l _Toc2930880193.5 按鍵電路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc293088019 h 14HYPERLINK l _Toc2930

7、88020第4章軟件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc293088020 h 16HYPERLINK l _Toc2930880214.1 主程序流程圖 PAGEREF _Toc293088021 h 16HYPERLINK l _Toc2930880224.2 溫度模塊程序設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc293088022 h 17HYPERLINK l _Toc2930880234.3 濕度模塊程序設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc293088023 h 18HYPERLINK l _Toc2930880244.4 顯示子程序設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc293088024 h 18HYPERLIN

8、K l _Toc2930880254.5 按鍵模塊程序設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc293088025 h 19HYPERLINK l _Toc293088026第5章系統(tǒng)的仿真調(diào)試 PAGEREF _Toc293088026 h 21HYPERLINK l _Toc293088027結(jié)論 PAGEREF _Toc293088027 h 22HYPERLINK l _Toc293088028參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc293088028 h 23HYPERLINK l _Toc293088029附錄I PAGEREF _Toc293088029 h 24HYPERLINK l _Toc2

9、93088030附錄II PAGEREF _Toc293088030 h 25摘 要隨著大棚技術(shù)的普與，溫室大棚數(shù)量不斷增多，對(duì)于溫室大棚來說，很重要的兩個(gè)管理因素是溫度控制與濕度控制。溫濕度太低，植物就會(huì)被凍死或則停止生長，所以要將溫濕度始終控制在適合植物生長的圍。傳統(tǒng)的溫度控制是在溫室大棚部懸掛溫度計(jì)，工人依據(jù)讀取的溫度值來調(diào)節(jié)大棚的溫度。如果僅靠人工控制，既耗人力，又容易發(fā)生差錯(cuò)?，F(xiàn)在，隨著農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)規(guī)模的提高，對(duì)于數(shù)量較多的大棚，傳統(tǒng)的溫度控制措施就顯現(xiàn)出很大的局限性。為此，在現(xiàn)代化的溫室大棚管理常有溫濕度自動(dòng)控制系統(tǒng)，以控制溫室大棚中的溫濕度，適應(yīng)生產(chǎn)需要，提高經(jīng)濟(jì)效益。本論文主要闡述

10、了基于STC89C51單片機(jī)的溫室大棚溫度與濕度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理、主要電路設(shè)計(jì)與軟件設(shè)計(jì)等。該系統(tǒng)采用STC89C51單片機(jī)作為控制器，DS18B20作為溫度傳感器，HS1101作為濕度傳感器。系統(tǒng)主要功能如下：1.對(duì)溫度進(jìn)行測量2.對(duì)濕度進(jìn)行測量3.溫度與濕度的顯示4.溫度與濕度超出設(shè)定圍時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)5.設(shè)定溫度與濕度設(shè)定值關(guān)鍵詞STC89C51；溫室大棚；溫度與濕度ABSTRACTWith the popularization of trellis technology, greenhouse trellis an ever-growing number, to greenhouse w

11、arming, it is important to shed two management factor is temperature control and humidity control. Temperature is too low, the plant can freeze to death or stop growth, so will always control temperature and humidity in suitable for plant growth range. The traditional temperature control is in green

12、house canopy internal suspension thermometer, workers will adjust the temperature according to read the temperature inside the shelter. If only, both consumption by artificial control human and easy to place regular orders. Now, with the increase of agricultural industry scale quantity shelter for t

13、he temperature control measures, the traditional is showing significant limitations. Therefore, in modern greenhouse trellis management zhongtong often temperature and humidity automatic control system to control the temperature and humidity, adapt to greenhouse canopy production needs and improve t

14、he economic benefit. This paper mainly expounds the STC89C51 MCU based on greenhouse canopy temperature and humidity control system design principle, main circuit design and software design, etc. This system USES STC89C51 single chip microcomputer as controller, DS18B20 as temperature sensor, HS1101

15、 as humidity sensor. System main function is as follows: 1. To temperature measuring 2. The humidity measurements 3. Temperature and humidity display 4. Temperature and humidity beyond the alarm-immediately set range 5. Set temperature and humidity value Keywords:STC89C51; Greenhouse canopy; Tempera

16、ture and humidity 第1章 緒 論我國作為一個(gè)農(nóng)業(yè)大國，溫室技術(shù)的發(fā)展缺比較晚、與國外的技術(shù)相比有很大差距。為了提高這方面的技術(shù)，在自70年代末起，我國先后從日本、美國、荷蘭和保加利亞等國引進(jìn)了不下40套的現(xiàn)代化溫室成套設(shè)備，雖然引進(jìn)的這些溫室設(shè)備技術(shù)領(lǐng)先、設(shè)備先進(jìn)，但在我國的使用過程中還存在著較為嚴(yán)重問題，主要是由于我國自然氣候的特點(diǎn)和引進(jìn)的設(shè)備不能相符合，導(dǎo)致設(shè)備不能發(fā)揮起作用，加上設(shè)備的可改動(dòng)性不大，因而很難達(dá)到設(shè)備對(duì)溫室溫度、濕度等的合理控制。經(jīng)過多年來的研究和實(shí)驗(yàn)，我國的溫室大棚技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在，已經(jīng)形成了比較完整和全面的體系。但在某些方面還有欠缺和需要改進(jìn)地方，可見，

17、設(shè)計(jì)溫濕度控制系統(tǒng)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。1.1 課題來源該課題為自選課題。1.2 課題背景傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，農(nóng)作物的產(chǎn)量受到自然因素的影響巨大，若天氣情況不適合農(nóng)作物的生長條件，就會(huì)導(dǎo)致其產(chǎn)量嚴(yán)重下降。為改變農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)自然環(huán)境的嚴(yán)重依賴，大棚技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生?，F(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，溫室大棚作為一種反季節(jié)種植和提高產(chǎn)量的重要手段，越來越受到人們的關(guān)注。各種溫室技術(shù)如雨后春筍般出現(xiàn)。溫室大棚技術(shù)也越來越成熟。其中，溫度和濕度作為大棚環(huán)境中的兩個(gè)主要因素，對(duì)它們的檢測與控制就顯得尤為重要。1.3 國外研究現(xiàn)狀與分析國溫室發(fā)展現(xiàn)狀。至20世紀(jì)60年代，中國的設(shè)施農(nóng)業(yè)始終徘徊在小規(guī)模、低水平、發(fā)展速度緩慢的狀態(tài)，7

18、0年代初期地膜覆蓋技術(shù)引入中國，對(duì)保溫保墑起到一定的作用。7080年代，相繼出現(xiàn)了塑料大棚和日光溫室。90年代開始，中國設(shè)施農(nóng)業(yè)逐步向規(guī)模化、集約化和科學(xué)化方向發(fā)展，技術(shù)水平有了大幅度提高。隨著近年來國家相關(guān)科研項(xiàng)目的啟動(dòng)，中國的設(shè)施農(nóng)業(yè)有了較快發(fā)展，設(shè)施面積和設(shè)施水平不斷提高。近代溫室的發(fā)展經(jīng)歷了改良型日光溫室、大型玻璃溫室和現(xiàn)代化溫室三個(gè)階段，但由于各地區(qū)生產(chǎn)狀況、經(jīng)濟(jì)條件和利用目的的差異，至今各階段不同類型的溫室依然并存。國外溫室發(fā)展現(xiàn)狀。國外溫室栽培的起源以羅馬為最早。羅馬的哲學(xué)家塞卡(Seneca，公元前3年至公元69年)記載了應(yīng)用云母片作覆蓋物生產(chǎn)早熟黃瓜。20世紀(jì)70年代以來，西

19、方發(fā)達(dá)國家在設(shè)施農(nóng)業(yè)上的投入和補(bǔ)貼較多，設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展迅速。目前，全世界設(shè)施農(nóng)業(yè)面積已達(dá)400余萬公頃。荷蘭、日本、以色列、美國、加拿大等國是設(shè)施農(nóng)業(yè)十分發(fā)達(dá)的國家，其設(shè)施設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化、種苗技術(shù)與規(guī)化栽培技術(shù)、植物保護(hù)與采后加工商品化技術(shù)、新型覆蓋材料開發(fā)與應(yīng)用技術(shù)、設(shè)施環(huán)境綜合調(diào)控與農(nóng)業(yè)機(jī)械化技術(shù)水平等都具有較高的水平，居世界領(lǐng)先地位。自20世紀(jì)70年代以來，國外設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)國家在溫室環(huán)境配套工程技術(shù)方面也進(jìn)行了大量研究，并取得了一些技術(shù)成果。以荷蘭為代表的歐美國家設(shè)施園藝規(guī)模大、自動(dòng)化程度高、生產(chǎn)效率高，設(shè)施農(nóng)業(yè)主體沒備溫室的光、水、氣、肥等均實(shí)現(xiàn)了智能化控制；以色列的現(xiàn)代化溫室可根據(jù)作物對(duì)環(huán)

20、境的不同要求，通過計(jì)算機(jī)對(duì)部環(huán)境進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測和調(diào)控，實(shí)現(xiàn)溫室作物全天候、周年性的高效生產(chǎn)；美國、日本等國還推出了代表當(dāng)今世界最先進(jìn)水平的全封閉式生產(chǎn)體系，即應(yīng)用人工補(bǔ)充光照、采用網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)和視頻技術(shù)進(jìn)行溫室環(huán)境的遠(yuǎn)程控制與診斷、由機(jī)械人或機(jī)械手進(jìn)行移栽作業(yè)的“植物工廠”，大大提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率和產(chǎn)品產(chǎn)出率。第2章 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)本章從控制系統(tǒng)的總體構(gòu)成與原理框圖對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了總體分析說明，控制系統(tǒng)組成以后，主要通過控制器、傳感器與執(zhí)行器對(duì)控制變量進(jìn)行分析和處理。2.1 總體方案設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采用STC89C51單片機(jī)作為微處理器，DS18B20作為溫度傳感器對(duì)溫度進(jìn)行檢測，HS1101作為濕度傳感器與

21、NE555組成濕度測量模塊，采用發(fā)光二極管實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能，使用LCD1602對(duì)測得的溫度與濕度值進(jìn)行顯示，使用按鍵對(duì)溫度與濕度的設(shè)定值進(jìn)行修改。2.2 系統(tǒng)組成與框圖系統(tǒng)主要有溫度測量模塊、濕度測量模塊、顯示模塊、報(bào)警模塊、與按鍵模塊。其原理框圖如圖2.1所示。圖2-1 系統(tǒng)組成框圖第3章 硬件設(shè)計(jì)本溫度與濕度控制系統(tǒng)使用STC89C51作為控制器，用DS18B20實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度測測量，用HS1101與NE555實(shí)現(xiàn)的濕度的測量，并采用LCD1602將采集的的數(shù)據(jù)顯示?，F(xiàn)將系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)表述如下。3.1 微處理器微處理器是控制系統(tǒng)的核心部件。具有控制功能強(qiáng)，體積小，功耗小等一系列的優(yōu)點(diǎn)，它在工業(yè)控制、

22、智能儀表、節(jié)能技術(shù)改造、通訊系統(tǒng)、信號(hào)處理與家用電器產(chǎn)品中都得到了廣泛的應(yīng)用。本設(shè)計(jì)采用STC89C51作為微處理器。3.1.1 51單片機(jī)的主要特性51單片機(jī)的主要特性如表3-1所示。表3-1 TC89C51主要特性表主要功能特性兼容MCS51指令系統(tǒng)8K可反復(fù)擦寫Flash ROM32個(gè)雙向I/O口256x8bit部RAM3個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷時(shí)鐘頻率0-24MHz2個(gè)串行中斷可編程UART串行通道2個(gè)外部中斷源共6個(gè)中斷源2個(gè)讀寫中斷口線3級(jí)加密位低功耗空閑和掉電模式軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能3.1.2 STC89C51的引腳具體介紹STC89C51系列單片機(jī)是宏晶科技推出的新一代

23、高速低功耗超強(qiáng)抗干擾的單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051單片機(jī)。STC89C51單片機(jī)的外形結(jié)構(gòu)為40引腳雙列直插式封裝，其外部管腳如圖3-1所示。 圖3-1 STC89C51外部引腳圖STC89C51的引腳含義具體介紹如下：1. 主電源引腳（2根）VCC(Pin40)：電源輸入，接5V電源GND(Pin20)：接地線2. 外接晶振引腳（2根）XTAL1(Pin19)：片振蕩電路的輸入端XTAL2(Pin20)：片振蕩電路的輸出端3. 控制引腳（4根）RST/VPP(Pin9)：復(fù)位引腳，引腳上出現(xiàn)2個(gè)機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位。ALE/PROG(Pin30)：地址鎖存允許信號(hào)PSEN(

24、Pin29)：外部存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)EA/VPP(Pin31)：程序存儲(chǔ)器的外部選通，接低電平從外部程序存儲(chǔ)器讀指令，如果接高電平則從部程序存儲(chǔ)器讀指令。4. 可編程輸入/輸出引腳（32根）STC89C51單片機(jī)有4組8位的可編程I/O口，分別位P0、P1、P2、P3口，每個(gè)口有8位（8根引腳），共32根。PO口（Pin39Pin32）：8位雙向I/O口線，名稱為P0.0P0.7P1口（Pin1Pin8）：8位準(zhǔn)雙向I/O口線，名稱為P1.0P1.7 P2口（Pin21Pin28）：8位準(zhǔn)雙向I/O口線，名稱為P2.0P2.7 P3口（Pin10Pin17）：8位準(zhǔn)雙向I/O口線，名稱為P3.0

25、P3.73.1.3 STC89C51的最小系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng)是是單片機(jī)可以工作的最小單元，包括電源、地、復(fù)位電路和晶振電路。在此基礎(chǔ)上可擴(kuò)展外圍電路。STC89C51的最小系統(tǒng)如圖3-2所示。圖3-2 STC89C51的最小系統(tǒng)3.2 溫度測量電路的實(shí)現(xiàn)測溫模塊采用數(shù)字溫度傳感器DS18B20，它能代替模擬溫度傳感器和信號(hào)處理電路，直接與單片機(jī)溝通，完成溫度采集和數(shù)據(jù)處理。DS18B20與AT89C51結(jié)合實(shí)現(xiàn)最簡溫度檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，抗干擾能力強(qiáng)，適合于惡劣環(huán)境下進(jìn)行現(xiàn)場溫度測量，有廣泛的應(yīng)用前景。3.2.1 溫度傳感器的選擇溫度傳感器的種類眾多，在應(yīng)用與高精度、高可靠性的場合時(shí)DA

26、LLAS（達(dá)拉斯）公司生產(chǎn)的DS18B20溫度傳感器當(dāng)仁不讓。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。我們選擇DS18B20作為溫度傳感器。3.2.2DS18B20介紹DS18B20具有獨(dú)特的單總線接口方式，僅需使用1個(gè)端口就能實(shí)現(xiàn)與單片機(jī)的雙向通訊。全數(shù)字溫度轉(zhuǎn)換與輸出提高了信號(hào)抗干擾能力和溫度測量精度。它具有多樣封裝形式，適應(yīng)不同硬件系統(tǒng)。它的工作電壓使用圍寬(3055 V)，可以采用外部供電方式，也可以采用寄生電源方式，即當(dāng)總線DQ為高電平時(shí)，竊取信號(hào)能量給DS18B20供電。它還有負(fù)壓特性，電源極性接反時(shí)，DS18B20不會(huì)因接錯(cuò)線而燒

27、毀，但不能正常工作?？梢酝ㄟ^編程實(shí)現(xiàn)912位的溫度轉(zhuǎn)換精度設(shè)置。DS18B20采用3腳TO-92封裝，形如三極管，同時(shí)也有8腳SOIC封裝，還有6腳的TSOC封裝，如圖3-3所示。圖3-3 DS18B20的封裝其測溫圍為55+125，在-1085圍，精度為05。每一個(gè)DS18B20芯片的ROM中存放了一個(gè)64位ID號(hào)：前8位是產(chǎn)品類型編號(hào)，隨后48位是該器件的自身序號(hào)，最后8位是前面56位的循環(huán)冗余校驗(yàn)碼。因此，一條總線上可以同時(shí)掛接多個(gè)DS18B20，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測溫系統(tǒng)。另外用戶還可根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定非易失性溫度報(bào)警上下限值TH和TL。DS18B20檢測到溫度值經(jīng)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量后，自動(dòng)存入存儲(chǔ)器中

28、，并與設(shè)定值TH或TL進(jìn)行比較，當(dāng)測量溫度超出給定圍時(shí)，就輸出報(bào)警信號(hào)，并自動(dòng)識(shí)別是高溫超限還是低溫超限。DS18B20的6個(gè)功能指令：（1）溫度轉(zhuǎn)換指令（44H）。這個(gè)命令用于啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換，無實(shí)質(zhì)的數(shù)據(jù)要求。如果微控制器在該命令之后輸出讀操作命令，那么DS18B20將使DQ端為低電平，表示DS18B20正忙于溫度轉(zhuǎn)換，不能響應(yīng)該命令。（2）寫便箋式存儲(chǔ)器（4EH）。寫便箋式存儲(chǔ)器從TH存儲(chǔ)單元開始，三個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)將被定位在2到4號(hào)便箋式存儲(chǔ)器單元。所有的三個(gè)字節(jié)必須在復(fù)位鉗寫入便箋式存儲(chǔ)器。（3）讀便箋式存儲(chǔ)器（BEH）。該指令讀取便箋式存儲(chǔ)器的容，讀出的數(shù)據(jù)將從Byte0（存儲(chǔ)器的0號(hào)單元

29、）開始直到第9字節(jié)（CRC校驗(yàn)字）被讀走。但如果不想讀完所有字節(jié)，微控制器可以再任何時(shí)候輸出復(fù)位信號(hào)中斷其傳輸。（4）復(fù)制便箋式存儲(chǔ)器指令（48H）。把2、3、4號(hào)存儲(chǔ)單元的容存儲(chǔ)到非易失性SRAM中去。復(fù)制期間，如果有讀指令，DS18B20將把DQ置為低電平，直到轉(zhuǎn)換結(jié)束，把DQ置為高電平。（5）回讀SRAM（B8H）。將存儲(chǔ)在SRAM中的溫度報(bào)警上下限、分別率配置的容寫回相應(yīng)的便箋式存儲(chǔ)器。（6）讀電源配置結(jié)構(gòu)指令（B4H）。主控制設(shè)備發(fā)出該指令后在輸出讀時(shí)序，器件即會(huì)送出所使用的電源信息：0為寄生電源，1為外接電源。DS18B20的ROM指令共有5條，每一個(gè)工作周期只能發(fā)一條，ROM指令

30、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。在進(jìn)行DS18B20操作時(shí)一般有以下步驟：（1）初始化DS18B20。（2）ROM指令操作。（3）便箋式存儲(chǔ)器功能指令操作。（4）處理或數(shù)據(jù)傳送。每一次DS18B20的操作都必須滿足以上步驟，若是缺少或順序混亂，期間將不會(huì)返回值。3.2.3 溫度測量電路采用DS18B20數(shù)字溫度傳感器測量溫度， DS18B20與單片機(jī)是單線雙向通信。其連接電路如圖3-4所示。圖3-4 DS18B20的測溫電路（DQ端接51的P2.7）3.3 濕度測量電路的實(shí)現(xiàn)HS1101實(shí)際上相當(dāng)于一個(gè)可變電容，它會(huì)因外部環(huán)境濕度的變化而致使電容值變化，濕

31、度測量模塊采用HS1101與NE555一起組成，將該HS1101置于NE555震蕩電路中，將電容值的變化轉(zhuǎn)化為與之呈反比的電壓頻率信號(hào)，可直接被計(jì)算機(jī)采集。3.3.1 濕度傳感器的選擇傳統(tǒng)的測量濕度使用干濕球濕度計(jì)，它雖然維護(hù)其來相當(dāng)簡單，只需定期給濕球加水與更換濕球紗布即可，但其精度不夠、誤差較大。電子式濕度傳感器是近幾十年，特別是近20年才迅速發(fā)展起來的。電子濕度傳感技術(shù)由于發(fā)展快，精確性高，誤差小，現(xiàn)在得到了廣泛的應(yīng)用。我們選擇電子濕度傳感器HS1101測量濕度。3.3.2 HS1101介紹HS1101是法國HUMIREL公司生產(chǎn)的基于獨(dú)特工藝設(shè)計(jì)的電容式濕度傳感器。采用具有專利權(quán)的固態(tài)

32、聚合物結(jié)構(gòu)。特點(diǎn)：全互換性，在標(biāo)準(zhǔn)情況下不需校正；長時(shí)間飽和下快速脫濕；可以自動(dòng)化焊接，包括波峰焊或水浸；高可靠性與長時(shí)間穩(wěn)定性；可用于線性電壓或頻率輸出回爐；快速反應(yīng)時(shí)間。HS1101是經(jīng)過獨(dú)特工藝設(shè)計(jì)的可變電容元件，這種想對(duì)濕度傳感器可以大批量生產(chǎn)。可以應(yīng)用于辦公自動(dòng)化，車廂空氣質(zhì)量控制，家電，工業(yè)控制系統(tǒng)等在需要濕度補(bǔ)償?shù)膱龊纤部梢缘玫胶艽蟮膽?yīng)用。HS1101如圖3-5所示。圖3-5 HS1101的等效電路與其外觀 HS1101濕度傳感器隨著濕度的變化其電容值的變化在一定程度上是線性的，測濕電路主要利用它們之間的線性關(guān)系，可以將濕度變化轉(zhuǎn)化為電容值的變化其的等效電容值與相對(duì)濕度之間的關(guān)

33、系如圖3-2所示。表3-2 等效電容值與相對(duì)濕度之間的數(shù)值關(guān)系相對(duì)濕度RH（%）電容值C（PF）相對(duì)濕度RH（%）電容值C（PF）01636018310166701862017080191301739019540176100202501793.3.3 NE555振蕩器NE555是屬于555系列的計(jì)時(shí)IC的其中的一種型號(hào)，555系列IC的接腳功能與運(yùn)用都是相容的，只是型號(hào)不同的因其價(jià)格不同其穩(wěn)定度、省電、可產(chǎn)生的振蕩頻率也不大一樣；而555是一個(gè)用途很廣且相當(dāng)普遍的計(jì)時(shí)IC，只需少數(shù)的電阻和電容，便可產(chǎn)生數(shù)位電路所需的各種不同頻率之脈沖信號(hào)。其引腳位功能配置如圖3-6所示。圖3-6 NE555引

34、腳圖3.3.4 濕度測量電路的實(shí)現(xiàn)采用HS1101與NE555實(shí)現(xiàn)對(duì)濕度進(jìn)行測量，其電路連接如圖3-7所示（NE555的3引腳通過k電阻接51的P2.6）。圖3-7 HS1101和NE555的測濕電路此電路位典型的555非穩(wěn)態(tài)電路，555芯片外接電阻R4，R5與HS1101，構(gòu)成對(duì)HS1101的充電回路。7端通過555芯片部的晶體管對(duì)地短路實(shí)現(xiàn)對(duì)HS1101的放電回路，并將引腳2，6端相連引入到片比較器，構(gòu)成一個(gè)多諧波振蕩器，其中，R4相對(duì)于R5必須非常的小，但決不能低于一個(gè)最小值。R3是防止短路的保護(hù)電阻。555電路的非平衡電阻R6作為部溫度補(bǔ)償用，目的是為了引入溫度效應(yīng)，使它與HS1101

35、的溫度效應(yīng)相匹配。其工作循環(huán)可以描述如下：Thigh=C%RH*(R4+R5)*2Tlow=C%RH*R5*2F=1/( Thigh+Tlow)=1/(C%RH*(2*R5+R4)*2)式中：Thigh 表示一次循環(huán)輸出高電平時(shí)間，單位（s）Tlow 表示一次循環(huán)輸出低電平時(shí)間，單位（s）C%RH表示相對(duì)濕度下HS1101的容值，單位（F）F表示輸出頻率值，單位（HZ）電路工作原理：HS1101作為一個(gè)變化的電容器，當(dāng)電源VCC接通時(shí)，HS1101兩端的電壓Vc=0，定時(shí)電路處于置位狀態(tài)由VCC通過R4與R5對(duì)變量電容HS1101充電，當(dāng)Vc達(dá)到門限電壓（2/3VCC)時(shí)，定時(shí)電路翻轉(zhuǎn)為復(fù)位狀

36、態(tài)，HS1101通過R5向555部的晶體管放電，當(dāng)Vc降到觸發(fā)電平（1/3VCC）時(shí)，定時(shí)電路又翻轉(zhuǎn)為置位狀態(tài)，HS1101又開始充電，這樣周而復(fù)始，形成震蕩。典型頻率濕度關(guān)系如表3-3所示（參考點(diǎn)：25，相對(duì)濕度：55%，輸出頻率：6660 Hz）。由此可以看出，空氣相對(duì)濕度與555芯片輸出頻率存在一定線性關(guān)系。可以通過微處理器采集555芯片的頻率，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理可以直接以相對(duì)濕度的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示。表3-3 相對(duì)濕度與頻率的關(guān)系相對(duì)濕度值/%輸出頻率值/Hz相對(duì)濕度值/%輸出頻率值/kHz073516066001072247064682071008063303069769061864068531

37、0060335067283.4 液晶顯示與報(bào)警電路本系統(tǒng)需要將測得的溫度值和濕度值顯示出來，并對(duì)值進(jìn)行處理，判斷其是否超出最大承受圍，若超出，則需要要報(bào)警。3.4.1 顯示方案的選擇顯示方案有兩種：一種是數(shù)碼管顯示，一種是LCD液晶顯示。前者電路連接復(fù)雜，并且容易出現(xiàn)故障，后者使用起來非常方便，它和微處理器的連接簡潔直觀，容易理解。因此我們采用LCD1602液晶對(duì)溫度和濕度實(shí)現(xiàn)顯示。3.4.2 LCD1602與其應(yīng)用1602液晶顯示器以其微功耗、體積小、顯示容豐富、超薄輕巧、位數(shù)多、程序簡單的諸多優(yōu)點(diǎn)，頗受歡迎。在本系統(tǒng)中使用的是字符型兩行16字液晶顯示器。在與單片機(jī)連接時(shí)使用接口電路（排針）

38、相連，為并行通信。以下是1602液晶顯示器的基本資料。1602液晶顯示采用標(biāo)準(zhǔn)的16腳接口，其中引腳功能如表3-4所示：（模塊背面有標(biāo)注）表3-41602引腳功能表編號(hào)符號(hào)引腳說明編號(hào)符號(hào)引腳說明1VSS電源地9D2Data 1/02VDD電源正極10D3Data 1/03VL液晶顯示偏壓信號(hào)11D4Data 1/04RS數(shù)據(jù)/命令選擇端（H/L）12D5Data 1/05R/W讀/寫選擇端（H/L）13D6Data 1/06E使能信號(hào)14D7Data 1/07D0Data 1/015BLA背光源正極8D1Data 1/016BLK背光源負(fù)極1602液晶模塊部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器（CGROM)已經(jīng)

39、存儲(chǔ)了不同的點(diǎn)陣字符圖形，這些字符有，阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號(hào)、和日文假名等，每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼，其中數(shù)字與字母同ASCII碼兼容。1602與微處理器的連接電路如圖3-8所示。圖3-8 1602與微處理器的連接電路其中，滑動(dòng)變阻器R主要起調(diào)節(jié)1602亮度的作用，電阻R0起保護(hù)作用。3.4.3 報(bào)警電路對(duì)于控制系統(tǒng)，當(dāng)溫度和濕度超出最大設(shè)定圍時(shí)，需要對(duì)溫度與濕度進(jìn)行調(diào)節(jié)，由于受到實(shí)驗(yàn)條件的限制，我們只設(shè)計(jì)報(bào)警電路。報(bào)警電路可以使用蜂鳴器作聲音報(bào)警，也可以使用發(fā)光二極管LED作光報(bào)警，本系統(tǒng)考慮到簡單實(shí)用采用第二種方案。電路連接圖如圖3-9所示。圖3-9 報(bào)警電路（接51

40、的P2.5）3.5 按鍵電路設(shè)計(jì)在一些智能化儀表中，人機(jī)接口通常是LED顯示和小型鍵盤。對(duì)于鍵盤，其常見的工作方式有兩種：一是直接使用系統(tǒng)中的微處理器對(duì)鍵盤進(jìn)行檢測，為鍵盤的與時(shí)響應(yīng)，CPU需要頻繁的執(zhí)行動(dòng)態(tài)掃描程序；二是采用專用的顯示、鍵盤芯片，如8279、SAA1064等。結(jié)合本系統(tǒng)的具體情況，微處理器的工作強(qiáng)度并不大，故采用第一種方式進(jìn)行鍵盤設(shè)計(jì)，其價(jià)格低廉，使用方便，能較充分的利用資源。系統(tǒng)可以調(diào)節(jié)設(shè)定的溫度與濕度值，我們可以通過四個(gè)按鍵來進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，前兩個(gè)按鍵選擇是溫度設(shè)定還是濕度設(shè)定，后兩個(gè)按鍵實(shí)現(xiàn)加一和減一操作，設(shè)計(jì)電路圖如圖3-10所示。圖3-10 按鍵電路其工作原理如下： 開關(guān)

41、S-wendu和S-shidudu同時(shí)閉合或者同時(shí)斷開時(shí)，U6和U7都輸出低電平；當(dāng)S-wendu閉合、S-shidudu斷開時(shí)，U6輸出低電平、U7輸出高電平；當(dāng)S-wendu斷開、S-shidudu閉合時(shí)，U6輸出高電平、U7輸出低電平。U6和U7的輸出端分別接微處理器的P0.1和P0.0端口，通過檢查這兩個(gè)端口的電平判斷是溫度設(shè)定還是濕度設(shè)定。將S+和S-分別接微處理器的兩個(gè)外部中斷接口。第4章 軟件設(shè)計(jì)本章主要對(duì)各個(gè)功能模塊的程序流程進(jìn)行說明4.1 主程序流程圖主程序的主要功能是負(fù)責(zé)讀出并處理DS18B20的測量溫度值，讀出測濕電路的結(jié)果，并將溫度與濕度進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。程序流程圖如圖4-

42、1所示 圖4-1 主程序流程圖4.2 溫度模塊程序設(shè)計(jì)溫度模塊主要包括DS18B20的初始化以與與單片機(jī)之間的數(shù)據(jù)處理，程序流程圖如圖4-2所示。圖4-2 溫度模塊程序流程圖DS18B20與微處理器之間的通信比較復(fù)雜，每一次通信之前必須進(jìn)行復(fù)位，復(fù)位的時(shí)間、等待時(shí)間、回應(yīng)時(shí)間應(yīng)嚴(yán)格按時(shí)序編程。4.3 濕度模塊程序設(shè)計(jì)濕度模塊主要是利用定時(shí)器T0和T1對(duì)555的輸出頻率進(jìn)行測量，進(jìn)而得到相對(duì)濕度值，顯示程序流程圖如圖4-3所示。 圖4-3 濕度模塊程序流程圖在該塊程序設(shè)計(jì)中，我們選取T0做定時(shí)器，定時(shí)時(shí)間是50ms，而選擇T1做計(jì)數(shù)器，每當(dāng)T0定時(shí)時(shí)間到就讀取T1的計(jì)數(shù)值，然后將T1的計(jì)數(shù)值乘以

43、20就可得到555芯片的輸出頻率，可進(jìn)行數(shù)據(jù)處理從而得到相對(duì)濕度值。4.4 顯示子程序設(shè)計(jì)顯示子程序包括1602的初始化，以與對(duì)溫度和濕度值的顯示。初始化時(shí)第一行顯示“wend”，第二行顯示“shid”，然后根據(jù)溫度的測得值與其正負(fù)將測得溫度值和設(shè)定溫度值在第一行，并將測得的頻率值裝換為相對(duì)濕度值，并將其和濕度設(shè)定值顯示在第二行，顯示子程序流程圖如圖4-4所示。圖4-4 顯示子程序流程圖4.5 按鍵模塊程序設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采用了四個(gè)按鍵，將加減設(shè)置按鍵接兩個(gè)外部中斷0和1上，當(dāng)外部中斷被觸發(fā)（即存在設(shè)定值設(shè)置）時(shí)，判斷是另外兩個(gè)按鍵是否按下（即判斷是溫度值設(shè)定還是濕度值設(shè)定），然后根據(jù)判斷的條件執(zhí)行

44、設(shè)定值的改變。程序流程圖如圖4-5所示。圖4-5 按鍵模塊程序流程圖第5章 系統(tǒng)的仿真調(diào)試Protues軟件是英國Labcenter electronics公司出版的EDA工具軟件。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)與外圍器件。它是目前最好的仿真單片機(jī)與外圍器件的工具。采用Protues對(duì)本系統(tǒng)進(jìn)行仿真，系統(tǒng)總體調(diào)試電路如圖5-1所示。圖5-1 系統(tǒng)總體調(diào)試電路在調(diào)試過程中，通過改變溫度傳感器的數(shù)值，來檢驗(yàn)系統(tǒng)中溫度模塊是否運(yùn)行正常。經(jīng)過測試溫度模塊可以正常的顯示，并且具有一定的快速性。通過改變NE555振蕩電路中C3的容值（即HS1101的等效容值），來檢驗(yàn)濕度摸快是否可

45、以正常工作，經(jīng)過測試濕度模塊可以正常工作。并且對(duì)四個(gè)按鍵（即ST、SH、S+、S-）的功能進(jìn)行了測試，都實(shí)現(xiàn)了應(yīng)有的功能。結(jié) 論在設(shè)計(jì)中，通過對(duì)硬件電路不斷的處理，使得硬件部分比較完善，如按鍵模塊中加入三個(gè)或非門電路避免了調(diào)溫開關(guān)與調(diào)濕開關(guān)同時(shí)關(guān)閉的情況，另外，在二極管電路中加入了限流電阻，保證了二極管的使用壽命?？傊?，硬件電路的設(shè)計(jì)達(dá)到了抗干擾，較高精度的目的。軟件部分中，對(duì)程序也做了數(shù)次修改，最終在Keil uVision3中實(shí)現(xiàn)了成功的模擬，進(jìn)一步驗(yàn)證了設(shè)計(jì)思路。本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能如下。1. 對(duì)溫室大棚溫度和濕度進(jìn)行測量與顯示2. 報(bào)警設(shè)置3對(duì)溫度和濕度的設(shè)定值通過按鍵可以進(jìn)行調(diào)節(jié)本系統(tǒng)的

46、優(yōu)點(diǎn)有以下幾點(diǎn)。 1. 結(jié)構(gòu)簡單，容易實(shí)現(xiàn) 2. 造價(jià)低廉，性價(jià)比高3達(dá)到了一定的精度要求參考文獻(xiàn)1劍平. 智能化檢測系統(tǒng)與儀器. 國防工業(yè)，2005年8月2暢生. 傳感器簡明手冊(cè)與應(yīng)用電路溫度傳感器分冊(cè)（上冊(cè)）. 電子科技大學(xué)，2005年7月3育才. MCS-51系列單片微型計(jì)算機(jī)與其應(yīng)用（第四版）. 東南大學(xué)，2004年3月4軍，賦海等檢測技術(shù)與儀表中國輕工業(yè)，2006年5閆石. 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ). 高等教育，2007年6俞斌,賈雅瓊. 電容式濕度傳感器的測試方法與其DSP的實(shí)現(xiàn). 儀表技術(shù)與傳感器，2008年04期7邵思飛. 一種濕度測量電路的設(shè)計(jì). 現(xiàn)代電子技術(shù)，2008年20期8粵初

47、.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐.航空航天大學(xué), 1991年9靖，少強(qiáng)等編檢測技術(shù)與系統(tǒng)分析中國電力出版2002年10賴壽宏等微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)機(jī)械工業(yè)2009年11軍，賦海等檢測技術(shù)與儀表中國輕工業(yè)2006年12江國強(qiáng).現(xiàn)代數(shù)字邏輯電路. 電子工業(yè)，2002 .13俞斌；賈雅瓊. 電容式濕度傳感器的測試方法與其DSP的實(shí)現(xiàn). 儀表技術(shù)與傳感器, 2008年04期附錄= 1 * ROMANI附錄= 2 * ROMANII #include#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit DQ=P27;/DS18B20與單片機(jī)連接口sbi

48、t RS=P30;/LCD1602控制端與單片機(jī)的連接sbit RW=P31;sbit EN=P37;sbit ST=P00;/按鍵接口sbit SH=P01;sbit Sjia=P32;sbit Sjian=P33;sbit WBJ=P26;/溫度報(bào)警接口sbit HBJ=P25;/濕度報(bào)警接口uchar code str1=Wend:;uchar code str2=Shid:;uchar data disdata16;uchar data disdata24;uint tvalue;/溫度值uchar tflag;/溫度正負(fù)標(biāo)志uint tem0,tem1;uint temp0,temp

49、1;uint f=0;int hhhh=0;int tsheding=20;/設(shè)置溫度值int hsheding=40;/設(shè)置濕度值void zhongd0() interrupt 0 /外部中斷0：加設(shè)置 if(ST=1) tsheding+; /溫度值加1 if(SH=1) hsheding+; /濕度值加1 void zhongd1() interrupt 2 /外部中斷1：減設(shè)置 if(ST=1) tsheding-; /溫度值減1 if(SH=1) hsheding-; /濕度值減1 void timer0() interrupt 1 /T0定時(shí)中斷 TR0=0; TR1=0; TL

50、0=0 xB0;/重裝值,定時(shí)50000us TH0=0 x3C; tem0=TL1;/讀數(shù) tem1=TH1; TL1=0 x00;/計(jì)數(shù)器1清零 TH1=0 x00;TR0=1; TR1=1; void timer1() interrupt 3 /T1計(jì)數(shù)中斷TR0=0; TR1=0; TL0=0 xB0;/重裝值,定時(shí)50000us TH0=0 x3C; TL1=0 x00;/計(jì)數(shù)器1清零 TH1=0 x00;TR0=1; TR1=1; void init_timer() TMOD=0 x51;/0101 0001 定時(shí)器0在模式1下工作16位定時(shí)器,定時(shí)方式 定時(shí)器1在模式1下工作16

51、位計(jì)數(shù)器，T1負(fù)跳變加1 TL0=0 xB0;/定時(shí)器0初值 定時(shí)50000us TH0=0 x3C; TL1=0 x00;/定時(shí)器1清零 TH1=0 x00; TR0=1;/T0開始計(jì)時(shí) TR1=1;/T1開始計(jì)數(shù) void TPanDuan()/溫度超圍判斷 uint k= tvalue/(10); if(tflag=0) if(k(tsheding*1.2)|(ktsheding*(-1.2)|(ktsheding*(-0.8) WBJ=1; else WBJ=0; void delay1ms(uint ms)/延時(shí)1毫秒 uint i,j; for(i=0;ims;i+) for(j=

52、0;j0;i-) DQ=0; /給脈沖信號(hào) dat=1; DQ = 1; /給脈沖信號(hào) if(DQ) dat|=0 x80; delay_18B20(10); return(dat);void ds1820wr(uchar wdata)/DS18B20寫數(shù)據(jù) uchar i=0; for(i=8;i0;i-) DQ=0; DQ=wdata&0 x01; delay_18B20(10); DQ=1; wdata=1; void read_temp()/讀取溫度值并轉(zhuǎn)換 uchar a,b; ds1820rst(); ds1820wr(0 xcc);/跳過讀序列號(hào) ds1820wr(0 x44);

53、/啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換 ds1820rst(); ds1820wr(0 xcc);/跳過讀序列號(hào) ds1820wr(0 xbe);/讀取溫度 a=ds1820rd(); b=ds1820rd(); tvalue=b; tvalue=8; tvalue=tvalue|a; if(tvalue0 x0fff) tflag=0; else tvalue=tvalue+1; tflag=1; tvalue=tvalue*(0.625);/溫度值擴(kuò)大10倍，精確到1位小數(shù)/*/void ds1820disp1()/溫度值顯示 uchar flagdat; uchar flagtsheding; disdata10=tvalue/1000+0 x30;/百位數(shù) disdata11=tvalue%1000/100+0 x30;/十位數(shù) disdata12=tvalue%100/10+0 x30;/個(gè)位數(shù) disdata13=tvalue%10+0 x30;/小數(shù)位 if(tshedinghhhh)/判斷溫度設(shè)定值是正是負(fù) flagtsheding=-; disdata14=(tsheding+1)/10+0 x30; disdata15=(tsheding+1)%10+0 x30; else flagtsheding= ; disdata14=tsheding/10+0 x30; disda