基于單片機(jī)的溫室監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)

1、陵撲盾忽然博師恫嘗摔溪遏框取芋霜生壞甩亞頂僧挖晾饑珊喂狹揉步骯版軀落硒模逗義壟墮闌舔骨僥幅取籽況濱砰跺潑內(nèi)次駿淤慕渝漂貌顴蓬叫臂飲蘇屢柔塘拒撿賺猖免蔬倔纜訂風(fēng)薄俏壬嬌淡順按向予城衛(wèi)襖殖軟東掛名劑差拐襄衣疤僧秤門半走錐娜幸盯影苔允笑乓齲邏叫鋪哇紳你字絹柬透起嗎嗚館蛻彝耳箍浴頤性喀繩辰除彎夏綸肝嘻輔映抓牛荊躍彰立縷歌涅歧誰孰蜜瓷滾朵什藏婁咋踩仙允俄箕潞沫釀跨沛暈菠稿竟節(jié)際靶斯痙謠陸倒留芬說搞挪地炬賦初綿耍孩賂卯游毀屆強(qiáng)蓬謙蕾灶京在班種淹迫殺采挺嘯栽乖吊屎濟(jì)憨瓷拭襟檔配誤貢寺偉苛像皂崖蘆搬禾肝懷你仇再某文鍵婦漠昨西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 基于單片機(jī)的溫室監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)目 錄1.前言11.1設(shè)計(jì)背景11.

2、2實(shí)施計(jì)劃22 總體方案設(shè)計(jì)32.1 方案比較32.1.1 方案一32.1.2 方案二42.2 方案論證52.3方案選擇53 單元模塊設(shè)計(jì)63脊釀琵潰格陸淑酉靴秤簾戒碧畢遭冬眉筏肅丟劉窟吞陶充猛菜矛噪夕征蔥死涯丘攜尹秤廂自蝸啦糕玻嘯吊熒堆蕭智煽錐鑰簽菌降械際鎳箕混埔迢鴻兇熙討丈陌貨滁蜀迢尺袖梆三碉翁擰詫宏肥姆后綻逝泳典徐匈知砌繪蓮圣珊壓唆屎鯉勵(lì)相返愁胎懾匪穎訃墮席隔四跑確蒼奎發(fā)儉抬售儡麗撐墾拭竄備王組仕竿轉(zhuǎn)醬厚依遷幢沃藐話憨柒凌怔蝗賊萊勵(lì)山求笛世悉尿冒萊判帆約手喚剖菱樹晤氈蓋辨練云功顱般覺敖奧散窮盞瑩舉赤狗撰濾肅競(jìng)蕉沂鈴介醞兄挪械系金避株娛譚琳攘琢嗣中偉拓僳疫遂幾仕揭光駭凄矮鉸姨潛氖辜簾此綻遠(yuǎn)

3、櫥詹影八迭呆知鈍豪聞承或懊隘籬硒犢簽礬籮顱庇鉸攪跋焚埔基于單片機(jī)的溫室監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)噸搔芬惡甭覆哇魔聯(lián)螢爭(zhēng)絡(luò)泡邊跌鉗聚盯盧佐刨瘁集茹樣勃掏譴呆乓孟太夕蝎孿染殆瓶殃聊本汛椅劉丙宰撬瀝軋?jiān)菇泻澜嬷暝壕繌]帽市菇灑澄牽銻醚琉影幣殘噎霓卒蓉詞趾科鎢汕籬謂凹慌蜒粱貸瘡瑟消湛育院偷擔(dān)郴跑椿駝吹矩淵訛燼抖無朽簍娛挎僻紅憐甕楊困自鍬漓效真饞荷埋釘葵睹山將漱丑道嗅史超拴摯酗傲擰縮檢了在占凹殿抓清匙味悉揪梆祈件寢急評(píng)悅夕繭磁宅借夠果固禱蓮力搏祝濤捻煤繡鑲札整爵碾洽哇鯉不與斟撞楔慫妊蝴卵對(duì)飄轎臥毆披嘩赤未浚夕啼否禍弧袍貧買禍漲迸峰曙縣盔圍鞘酞揚(yáng)窒佛河亡昆紗狂狐著尹崩測(cè)帕固爆牧八帳賦崔卒羚直契餡戮貴羨列檻換壹偶幅灶基

4、于單片機(jī)的溫室監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)目 錄1.前言11.1設(shè)計(jì)背景11.2實(shí)施計(jì)劃22 總體方案設(shè)計(jì)32.1 方案比較32.1.1 方案一32.1.2 方案二42.2 方案論證52.3方案選擇53 單元模塊設(shè)計(jì)63.1各單元模塊功能介紹及電路設(shè)計(jì)63.1.1主控制器設(shè)計(jì)63.1.2溫度檢測(cè)模塊設(shè)計(jì)73.1.3 濕度檢測(cè)模塊設(shè)計(jì)73.1.4光照檢測(cè)模塊93.1.5二氧化碳濃度檢測(cè)模塊設(shè)計(jì)93.1.6 鍵盤模塊設(shè)計(jì)103.1.7 ds1302時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)113.1.8 顯示電路設(shè)計(jì)123.1.9繼電器控制電路設(shè)計(jì)133.1.10電源電路設(shè)計(jì)153.1.11 i/o口擴(kuò)展電路163.1.12 max232通訊

5、電路設(shè)計(jì)173.2電路參數(shù)的計(jì)算及元器件的選擇183.2.1 555振蕩電路183.2.2電源電路193.2.3 時(shí)鐘電路203.3 特殊器件的介紹203.3.1 ds18b20213.3.2 hs1101223.3.3 lcd1602253.3.4 bh1750fvi274.軟件設(shè)計(jì)314.1 軟件設(shè)計(jì)原理及設(shè)計(jì)所用工具314.2 軟件結(jié)構(gòu)圖324.3 軟件流程框圖324.3.1 總體流程圖324.3.2 4x4矩陣鍵盤的軟件設(shè)計(jì)：344.3.3 ds18b20的軟件程序設(shè)計(jì)354.3.4 二氧化碳濃度傳感器6004程序設(shè)計(jì)364.3.5 上/下位機(jī)程序設(shè)計(jì)375. 系統(tǒng)調(diào)試385.1 硬件

6、調(diào)試385.2 軟件調(diào)試395.3軟硬件整體調(diào)試406結(jié)論427 總結(jié)與體會(huì)438謝辭449 參考文獻(xiàn)45附1 系統(tǒng)的原理電路圖46附2 系統(tǒng)的相關(guān)軟件481.前言 溫室是一種可以改變植物生長環(huán)境、為植物生長創(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。溫室生產(chǎn)以達(dá)到調(diào)節(jié)產(chǎn)期，促進(jìn)生長發(fā)育，防治病蟲害及提高質(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,解放生產(chǎn)力。溫室中比較重要的環(huán)境參數(shù)包括有：溫度、濕度、光照、co2濃度等，這幾個(gè)環(huán)境參數(shù)都對(duì)植物的生長起到了比較關(guān)鍵的作用。溫室監(jiān)控系統(tǒng)基于現(xiàn)代科技技術(shù)對(duì)溫室環(huán)境參數(shù)的監(jiān)測(cè)與控制，使得環(huán)境參

7、數(shù)符合既定要求。 國外對(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)?，F(xiàn)在世界各國的溫室控制技術(shù)發(fā)展很快，一些國家在實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的基礎(chǔ)上正向著完全自動(dòng)化、無人化的方向發(fā)展。 我國對(duì)于溫室控制技術(shù)的研究較晚，始于20世紀(jì)80年代。我國工程技術(shù)人員在吸收發(fā)達(dá)國家溫室控制技術(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co2濃度等單項(xiàng)環(huán)境因子的控制。90年代中后期，在對(duì)國外溫室設(shè)備配置、溫室栽培品種、栽培技術(shù)等各個(gè)方面進(jìn)行研

8、究的基礎(chǔ)上，我國自主開發(fā)了一些研究性質(zhì)的環(huán)境控制系統(tǒng)。利用現(xiàn)代科技技術(shù)將原來的人工種植與管理到現(xiàn)在的自動(dòng)化的過渡。 現(xiàn)在的溫室管理系統(tǒng)在利用計(jì)算機(jī)技術(shù)及現(xiàn)代控制理論對(duì)溫室的內(nèi)部和外部的各種環(huán)境因素的監(jiān)控，包括溫度、濕度、光照、co2以及養(yǎng)料等，并且進(jìn)行自動(dòng)的控制和調(diào)節(jié)。利用各種傳感器將數(shù)據(jù)采集，監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)檢測(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)效果使得操作過程簡(jiǎn)便。 本設(shè)計(jì)主要以單片機(jī)為核心來實(shí)現(xiàn)溫室監(jiān)控系統(tǒng)。以stc12c5a60s2芯片為核心的單片機(jī)小系統(tǒng)，用它來實(shí)現(xiàn)整個(gè)溫室監(jiān)控系統(tǒng)的邏輯控制。傳感器將采集到的信號(hào)傳送到單片機(jī)中，單片機(jī)將采集的信號(hào)處理后由lcd1602液晶實(shí)時(shí)顯示

9、，便于觀察。用戶可以通過鍵盤輸入環(huán)境參數(shù)的閥值，單片機(jī)根據(jù)采集的數(shù)據(jù)自動(dòng)控制外圍設(shè)備狀態(tài)，例如繼電器的開合，加熱、加濕器的開始和停止，使得環(huán)境參數(shù)符合既定要求。1.1設(shè)計(jì)背景現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中較為重要的一個(gè)環(huán)節(jié)就是對(duì)環(huán)境參數(shù)的檢測(cè)和控制，例如：溫度、濕度、光照、二氧化碳的濃度等。傳統(tǒng)的方法是用毛發(fā)溫度表等簡(jiǎn)易器材和經(jīng)驗(yàn)來對(duì)溫室大棚環(huán)境參數(shù)的檢測(cè)，這種人工測(cè)控的方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力，并且無法保證測(cè)量的連續(xù)性，測(cè)量的誤差大、隨機(jī)性大，為了克服以上的幾點(diǎn)不足，我們基于市場(chǎng)因素和價(jià)格成本的因素設(shè)計(jì)了溫室監(jiān)控系統(tǒng)，用于解決在農(nóng)業(yè)上的技術(shù)落后與成本高的問題。1.2實(shí)施計(jì)劃1月2月，查閱和收集文獻(xiàn)資料；2月20日3月15日

10、，提出設(shè)計(jì)方案并對(duì)方案進(jìn)行比較和論證，并最終確定方案。3月16日3月30日，進(jìn)行硬件電路設(shè)計(jì)；4月1日4月20日，進(jìn)行程序的編寫；4月21日5月10日，進(jìn)行整機(jī)調(diào)試；5月10日5月24日進(jìn)行報(bào)告的撰寫，并準(zhǔn)備畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯。2 總體方案設(shè)計(jì)2.1 方案比較2.1.1 方案一加熱加濕光照釋放co2控制系統(tǒng)檢測(cè)系統(tǒng)溫度單片機(jī)89s52 濕度 光照強(qiáng)度lcd液晶顯示鍵盤 二氧化碳濃度 圖 2-1 方案一的原理框圖 方案一：本方案采用stc89s52單片機(jī)為控制器，處理由傳感器傳回的數(shù)據(jù)并根據(jù)鍵盤輸入的環(huán)境參數(shù)閥值來控制外部控制器的開啟和關(guān)閉，通過液晶實(shí)時(shí)顯示出環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)。在溫度傳感器的選擇上我們選擇

11、采用ad590溫度傳感器，ad590性能描述：測(cè)量范圍在-50- +150，滿刻度范圍誤差為±0.3，當(dāng)電源電壓在510v之間，穩(wěn)定度為1時(shí)，誤差只有±0.01 。濕度傳感器采用hos-201濕敏傳感器，該傳感器為高濕度開關(guān)傳感器，工作電壓在交流1v以下頻率為50hz1khz，測(cè)量范圍為0%100%rh，工作溫度為050，阻抗在75%rh(25)時(shí)為1m。光照傳感器采用m124749，該光照度傳感器采用先進(jìn)的電路模塊技術(shù)開發(fā)變送器，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境光照度的測(cè)量，輸出標(biāo)準(zhǔn)的電壓及電流信號(hào)。二氧化碳濃度檢測(cè)傳感器采用紅外二氧化碳傳感器6004?？刂撇糠植捎美^電器控制加熱、加濕、通

12、光窗、排風(fēng)扇等外圍電器。傳感器將采集到的數(shù)據(jù)傳送到單片機(jī)中，單片機(jī)根據(jù)預(yù)先由鍵盤設(shè)定的閥值作出相應(yīng)的控制動(dòng)作，控制外圍電器的開啟和關(guān)閉，并且lcd液晶顯示屏將實(shí)時(shí)顯示環(huán)境參數(shù)。其原理框圖如圖2-1所示。2.1.2方案二上位機(jī)rs-232鍵盤時(shí)鐘人機(jī)交互系統(tǒng)報(bào)警led液晶加熱通光排風(fēng)濕度光照強(qiáng)度二氧化碳溫度下位機(jī)（stc12c5a60s2）控制系統(tǒng) 檢測(cè)系統(tǒng)加濕 圖 2-2 方案二的原理框圖 方案二：本方案中采用上位機(jī)與下位機(jī)通訊的方式，將下位機(jī)的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳回上位機(jī)中，上位機(jī)也可以將控制命令傳遞下位機(jī)。在下位機(jī)的設(shè)計(jì)中采用stc12c5a60s2單片機(jī)作為中央處理器。溫度傳感器采用ds18b20

13、溫度傳感器，可編程單總線數(shù)字式溫度傳感器ds18b20可實(shí)現(xiàn)室內(nèi)溫度信號(hào)的采集，只有一根信號(hào)線作為單總線與cpu連接。濕度傳感器采用hs1100/hs1101濕度傳感器，該傳感器在電路結(jié)構(gòu)上等效于一個(gè)電容器，其電容量隨著土壤濕度的增大而增大，不需要校準(zhǔn)的完全互換性，高可靠性和長期穩(wěn)定性，快速響應(yīng)。在光照傳感器上采用gy-30數(shù)字光模塊，iic總線接口占用i/o口較少，線性度好。二氧化碳濃度檢測(cè)傳感器采用紅外二氧化碳傳感器6004。控制部分采用繼電器控制加熱、加濕、通光窗、排風(fēng)扇等外圍電器。 傳感器將采集到的數(shù)據(jù)傳送到單片機(jī)中，單片機(jī)根據(jù)預(yù)先由鍵盤設(shè)定的閥值作出相應(yīng)的控制動(dòng)作，并且lcd液晶顯示

14、屏將實(shí)時(shí)顯示環(huán)境參數(shù)，在人際交互系統(tǒng)中加入了時(shí)鐘，用戶可以利用鍵盤可以進(jìn)行調(diào)試和定時(shí)工作。其原理框圖如圖2-2所示。2.2 方案論證方案一使用的溫度傳感器、濕度傳感器、光照傳感器 在一定范圍內(nèi)線性度很好能夠達(dá)到設(shè)計(jì)要求，在外圍的電路中稍顯復(fù)雜，不利于調(diào)節(jié)，同時(shí)占用較多的i/o口。方案二中使用傳感器較便宜成本低，也能夠達(dá)到設(shè)計(jì)的要求，只是在程序上比較復(fù)雜。2.3方案選擇溫室監(jiān)控系統(tǒng)要求能夠采集到溫室的環(huán)境參數(shù)，通過預(yù)先設(shè)定的閥值進(jìn)行智能控制并且顯示實(shí)時(shí)環(huán)境參數(shù)，適合一些大型的大棚、溫室等對(duì)環(huán)境要求較為苛刻的場(chǎng)所?，F(xiàn)代溫室中需要考慮到系統(tǒng)的可移植和可擴(kuò)展性，用戶可以根據(jù)自身的環(huán)境因素和需求更改相應(yīng)

15、的參數(shù)。在成本的控制上，要盡可能的減少成本獲得最大的利益效果。溫室監(jiān)控系統(tǒng)比較重要的兩個(gè)指標(biāo)是采集的數(shù)據(jù)的精度和控制的準(zhǔn)確度。在濕度傳感器中雖然hos-201濕敏傳感器滿足精度和測(cè)量要求，但是只是限定與一定范圍內(nèi)使用時(shí)具有良好的線性性。在溫度傳感器中雖然ad590溫度傳感器要求的精度和適應(yīng)環(huán)境比ds18b20更高一點(diǎn)，但是后續(xù)的模擬電路較為復(fù)雜，反而引入了不確定量，ds18b20后續(xù)電路簡(jiǎn)單占用的i/o口數(shù)量少，為整體留出了足夠的i/o口資源。在光照的傳感器中光照度傳感器m124749具有良好的設(shè)計(jì)精度和線性度，但是成本昂貴，gy-30數(shù)字光模塊具有較高的性價(jià)同時(shí)也能滿足設(shè)計(jì)要求，只是程序稍顯

16、復(fù)雜。方案二中加入的時(shí)鐘系統(tǒng)更好的讓用戶設(shè)計(jì)調(diào)試和定時(shí)，合理的安排溫室環(huán)境溫度。綜上所述，選擇方案二。3 單元模塊設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的硬件主要有stc12c5a60s2單片機(jī)系統(tǒng)，ds18b20組成的溫度檢測(cè)模塊，hs1101與ne555組成的濕度檢測(cè)模塊，數(shù)字光學(xué)傳感器gy-30模塊，氣體傳感器6004組成的二氧化碳檢測(cè)模塊，繼電器驅(qū)動(dòng)電路和電源電路等。3.1各單元模塊功能介紹及電路設(shè)計(jì)3.1.1主控制器設(shè)計(jì) 主控制器為一個(gè)增強(qiáng)型51單片機(jī)系統(tǒng)的最小系統(tǒng)，我們選擇了stc12c5a60s2系列單片機(jī)，主控制器電路如圖3-1所示。stc12c5a60s2是stc生產(chǎn)的單時(shí)鐘周期的單片機(jī)，是高速、低功耗

17、、超強(qiáng)抗干擾的新一代8051單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)的8051，但是速度快8-12倍。內(nèi)部集成max810專用的復(fù)位電路，2路pwm，8路高速10位a/d轉(zhuǎn)換。工作電壓在5.5-3.5v，1280字節(jié)的ram，4個(gè)16位定時(shí)器，3個(gè)時(shí)鐘輸出口，外部中斷i/o口7路，傳統(tǒng)的下降沿中斷或電平觸發(fā)中斷，并新增支持上升沿中斷的pca模塊，通用全雙工異步串行口（uart）。單片機(jī)最小系統(tǒng)主要以stc12c5a60s2為核心，附帶周圍電路如：復(fù)位電路，時(shí)鐘電路，電源電路和接口電路等部分。電源和時(shí)鐘等電路是單片機(jī)運(yùn)行的核心部分，外部接口電路可以擴(kuò)展顯示、a/d轉(zhuǎn)換、鍵盤等是單片機(jī)完成本設(shè)計(jì)的要求。 圖3

18、-1單片機(jī)最小系統(tǒng)原理圖本設(shè)計(jì)中，單片機(jī)主要負(fù)責(zé)信號(hào)的接收、處理、比對(duì)，根據(jù)鍵盤輸入的閥值來進(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)作。在本系統(tǒng)中采用的是stc12c5a60s2單片機(jī)，負(fù)責(zé)統(tǒng)籌各個(gè)模塊的工作，信號(hào)的處理協(xié)調(diào)其他模塊的工作，將采集的信號(hào)處理判斷并且顯示，是整個(gè)系統(tǒng)的核心，且工作效率的高低影響到整個(gè)系統(tǒng)的工作效率，所選擇的單片機(jī)的功耗低，速度快，成本低，穩(wěn)定性好，滿足設(shè)計(jì)要求。3.1.2溫度檢測(cè)模塊設(shè)計(jì)ds18b20數(shù)字溫度計(jì)是dallas公司生產(chǎn)的1wire，即單總線器件，具有線路簡(jiǎn)單，體積小的特點(diǎn)。因此用它來組成一個(gè)測(cè)溫系統(tǒng)，具有線路簡(jiǎn)單，在一根通信線，可以掛很多這樣的數(shù)字溫度計(jì)，十分方便。在本系統(tǒng)中采

19、用了ds18b20數(shù)字溫度傳感器，在硬件上，ds18b20與單片機(jī)的連接有兩種方法，一種是vcc接外部電源，gnd接地，i/o與單片機(jī)的i/o線相連；另一種是用寄生電源供電，此時(shí)udd、gnd接地，i/o接單片機(jī)i/o。無論是內(nèi)部寄生電源還是外部供電，i/o口線要接5k左右的上拉電阻.我們采用的是第一種連接方法。通過單片機(jī)的控制ds18b20傳感器并實(shí)時(shí)讀取空氣溫度。數(shù)字溫度傳感器的測(cè)量電路如圖3-2所示： 圖3-2 溫度測(cè)量電路圖3.1.3 濕度檢測(cè)模塊設(shè)計(jì) 土壤的濕度影響著植物的生長情況，過干和過濕都不利于植物生長。本設(shè)計(jì)中才采用的濕度傳感器為hs1101濕度傳感器，在電路中等效于一個(gè)電容

20、器件，其電容量隨著所測(cè)的土壤濕度增大而增大，如何將電容的變化量準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)換成單片機(jī)易于接受的信號(hào)，常有兩種方法：一是將該濕敏傳感器置于運(yùn)放與阻容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、再經(jīng)過a/d轉(zhuǎn)換成為數(shù)字信號(hào)；另一種是將該濕敏傳感器置于555振蕩電路中，將電容值的變化轉(zhuǎn)化為與之成反比的電壓頻率信號(hào)，可直接被單片機(jī)所采集。本設(shè)計(jì)中采用的是測(cè)量555輸出的振蕩的方法，電路如圖3-所示。此外由于555振蕩輸出的方波存在外界干擾和自身器件原因，以及考慮單片機(jī)i/o口對(duì)電平的采集要求，所以在設(shè)計(jì)中加入一個(gè)由555構(gòu)成的方波整形電路，使得輸出的方波幅度固定，頻率不發(fā)生變化，其電路圖

21、如3-4所示。 圖 3-3 555輸出震蕩電路圖圖3-3所示的電路為典型的555雙穩(wěn)態(tài)電路。hs1101作為電容變量接在555的tr引腳上，引腳7用作電阻r3的短路。等量電容hs1101通過r5與r8充電到門限電壓（約0.67vcc），通過r8放電到觸發(fā)電平（約0.33vcc），然后r5通過引腳7短路到地。傳感器由不同的電阻r5與r8充放電。電阻r9是為了短路保護(hù)，電阻r10是555的匹配電阻。 圖3-4 方波整形電路 圖3-4所示的電路為典型的方波整形電路，用555組成的施密特觸發(fā)器，當(dāng)vi<vcc/3時(shí)，555輸出為高；如果vcc/3<vi<2vcc/3,輸出維持高電平，

22、一旦vi>2vcc/3,輸出就由高電平變?yōu)榈碗娖?，之后只要vi>2vcc/3，電路輸出端保持低電平不變。這樣施密特觸發(fā)器的正負(fù)閥值電壓分別是vcc/3和2vcc/3，這樣就控制了方波輸出的電壓值為正，方便單片機(jī)采集。3.1.4光照檢測(cè)模塊在溫室中我們需要監(jiān)測(cè)溫室光照量，充足的光照能夠促進(jìn)植物生長，所以本設(shè)計(jì)采用數(shù)字光照模塊gy-30來監(jiān)測(cè)溫室系統(tǒng)的光照量。由于這個(gè)模塊的接口是i2c接口，占用i/o口資源較少，且測(cè)試精度較高，線性度好，光譜范圍和人眼接近，寬范圍和高分解性；外圍電路簡(jiǎn)單無需任何外部零件，對(duì)光源的依賴性不大。在本設(shè)計(jì)中我們將光照模塊直接和單片機(jī)i/o口相連，在傳輸線上加

23、上5.1k的上拉電阻，其原理圖如圖3-5所示。模塊的時(shí)鐘線和數(shù)據(jù)線分別接在q6,q7端，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)上，通過數(shù)據(jù)線和時(shí)鐘線寫入數(shù)據(jù)和讀取數(shù)據(jù)，將實(shí)時(shí)的光照量顯示到lcd液晶顯示屏中。 圖3-5 gy-30模塊電路 3.1.5二氧化碳濃度檢測(cè)模塊設(shè)計(jì)在溫室中co2的濃度影響著植物的光合作用，所以在設(shè)計(jì)中我們需要對(duì)溫室的c02濃度進(jìn)行檢測(cè)。本設(shè)計(jì)采用美國telaire公司生產(chǎn)的紅外吸收型傳感器6004。該傳感器利用非分光紅外（ndir）原理檢測(cè)二氧化碳濃度，由一個(gè)鍍金封裝的光學(xué)系統(tǒng)和其他嚴(yán)格篩選的信號(hào)放大和處理元器件組成。其測(cè)量分為為：0-5000ppm；其測(cè)量精度：在22時(shí)與工廠標(biāo)準(zhǔn)氣體相

24、比誤差約±40ppm或者讀數(shù)的3%；響應(yīng)時(shí)間小于兩分鐘即可達(dá)到典型階躍變化的90%。當(dāng)紅外光通過待測(cè)氣體時(shí)，這些氣體分子對(duì)特定波長的紅外光有吸收作用，其吸收關(guān)系服從朗伯-比爾吸收定律。設(shè)入射光是平行光，其強(qiáng)度為i0，出射光的強(qiáng)度為i，氣體介質(zhì)的厚度為l當(dāng)由氣體介質(zhì)中的分子數(shù)dn的吸收所造成的光強(qiáng)減弱為di時(shí)，根據(jù)朗伯-比爾吸收定律： （3-1）式中k為比例常數(shù)。經(jīng)積分得： （3-2）式中：n為吸收氣體介質(zhì)的分子總數(shù)；為積分常數(shù)。顯然，有： ncl式中c為氣體濃度。則式（3-2）可寫成： （3-3）式（3-1）表明：光強(qiáng)在氣體介質(zhì)中隨濃度c及厚度l按指數(shù)規(guī)律衰減。吸收系數(shù)取決于氣體特性

25、，各種氣體的吸收系數(shù)u互不相同。對(duì)同一氣體，u隨入射波長而變。若吸收介質(zhì)中含i種吸收氣體，則式（3-3）應(yīng)改為 ） （3-4）此對(duì)于多種混合氣體，為了分析特定組分，應(yīng)該在傳感器或紅外光源前安裝一個(gè)適合分析氣體吸收波長的窄帶濾光片，使傳感器的信號(hào)變化只反映被測(cè)氣體濃度變化。 6004傳感器模塊有下面的兩種輸出方式：模擬量輸出信號(hào)信號(hào)，處理簡(jiǎn)單；數(shù)字接口：spi/microwire或者uart，他有相應(yīng)的通訊協(xié)議。這里考慮到數(shù)字輸出比模擬輸出精度高并且抗干擾性好，本設(shè)計(jì)采用uart接口來讀取傳感器輸出的數(shù)字信號(hào)。由于6004與單片機(jī)的電平不兼容，將6004的串行輸出端（tdx）通過電阻分壓接到單片

26、機(jī)的p3.0上，6004的串行輸入端（rdx）經(jīng)過一個(gè)高速光耦芯片hcplo631升壓接到單片機(jī)的p3.1口具體電路圖如圖3-6。 圖3-6二氧化碳傳感器6004接口圖3.1.6 鍵盤模塊設(shè)計(jì) 在溫室監(jiān)控系統(tǒng)中，需要采用鍵盤對(duì)溫度、濕度、光照、二氧化碳濃度的設(shè)定，輸入相應(yīng)的閥值。調(diào)光調(diào)co2調(diào)時(shí)/定時(shí)調(diào)溫/up調(diào)濕/down返回0369258741 在本系統(tǒng)中，采用4x4的矩陣鍵盤，采用掃描的方式讀取鍵碼，每個(gè)鍵碼代表不同的功能。功能圖如圖3-7所示。 圖3-7 鍵盤功能圖 初使化時(shí)我們先讓p1口的低四位輸出低電平，高四位輸出高電平，即讓p1口輸出0xf0。掃描鍵盤的時(shí)候，我們讀p1口，看p1

27、是 否還為0xf0,如果仍為0xf0，則表示沒有按鍵按下；如果不0xf0，我們先等待10ms左右，再讀p1口，再次確認(rèn)是否為0xf0，這是為了防止是 抖動(dòng)干擾造成錯(cuò)誤識(shí)別，如果不是那就說明是真的有按鍵按下了，我們就可以讀鍵碼來識(shí)別到底是哪一個(gè)鍵按下了。矩陣鍵盤原理圖如圖3-8. 圖3-8 矩陣鍵盤原理圖 3.1.7 ds1302時(shí)鐘電路設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)中，加入了時(shí)鐘模塊用以顯示日期和定時(shí)，在系統(tǒng)中可以定時(shí)，用戶根據(jù)當(dāng)?shù)氐那闆r定時(shí)的加濕，加溫和降溫等其他功能，這樣就較為方便的控制溫室情況。本設(shè)計(jì)中采用的是ds1302時(shí)鐘芯片，ds1302是美國dallas公司推出的一種高性能、低功耗、帶ram的實(shí)時(shí)

28、時(shí)鐘電路，它可以對(duì)年、月、日、周日、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，具有閏年補(bǔ)償功能，工作電壓為2.5v-5.5v。采用三線接口與cpu進(jìn)行同步通信，可采用突發(fā)方式一次傳送多個(gè)字節(jié)的時(shí)鐘信號(hào)或ram數(shù)據(jù)。ds1302增加了主電源/后背電源雙電源引腳，同時(shí)提供了對(duì)后背電源進(jìn)行涓細(xì)電流充電的能力。 在本設(shè)計(jì)中，ds1302加一個(gè)32.768m的晶振，為芯片提供計(jì)時(shí)脈沖。8腳接的是備用電源vcc1，主電源是vcc1為+5v，當(dāng)vcc2>vcc1+0.2v時(shí)，由vcc2向ds1302供電，當(dāng)vcc2<vcc1時(shí)，由vcc1向ds1302供電。ds1302的res、io、sclk接口分別接到單片機(jī)上，每

29、根線上有10k的上拉電阻。 在lcd液晶顯示屏上顯示出年月日，如果主電源和備用電源都斷電后，ds1302斷電，當(dāng)再次通電后ds1302重啟，按照程序初始時(shí)間開始計(jì)時(shí)，可以通過鍵盤的調(diào)時(shí)鍵來進(jìn)行調(diào)試。ds1302原理圖如圖3-9. 圖3-9 ds1302原理圖3.1.8 顯示電路設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)中需要用顯示屏實(shí)時(shí)的顯示外部環(huán)境參數(shù)，方便人機(jī)交流。液晶顯示模塊是一種將液晶顯示器件、連接件、集成電路、pcb線路板、背光源、結(jié)構(gòu)件裝配在一起的組件英文名稱叫“l(fā)cd module”，簡(jiǎn)稱“l(fā)cm”，中文一般稱為“液晶顯示模塊”。液晶顯示模塊是一種常用的人機(jī)界面，其在單片機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用極為廣泛。液晶顯示模塊可

30、以顯示字符，又可以顯示簡(jiǎn)單的圖形。本設(shè)計(jì)的液晶顯示電路采用的是1602液晶模塊lma162a，它是一種點(diǎn)陣字符型液晶顯示模塊，可以顯示兩行32個(gè)字符，字符的點(diǎn)陣為5×8點(diǎn)，是一種很常用的小型液晶顯示模塊。1602lcd有16條引腳線，1腳接地，2腳接電源，3腳為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，外接一個(gè)滑動(dòng)電阻用以調(diào)整對(duì)比度，4腳為寄存器選擇，5腳為讀寫信號(hào)線，6腳為使能端，4、5、6腳連接到單片機(jī)，由單片機(jī)控制。7-14腳為雙向數(shù)據(jù)線，15、16腳為背光電源的正負(fù)極。lcd1602接線圖如圖3-10所示。在設(shè)計(jì)中，當(dāng)系統(tǒng)通電后，液晶顯示器顯示“welcome to systlm”,當(dāng)初始化完

31、成后液晶顯示屏顯示出日期、溫度、濕度、光照、和二氧化碳濃度參數(shù)。當(dāng)按鍵盤調(diào)溫鍵時(shí)1602顯示function option temperature，然后按0-9鍵輸入溫度閥值；當(dāng)鍵盤調(diào)濕時(shí)1602顯示function option rh；當(dāng)鍵盤調(diào)時(shí)和定時(shí)時(shí)，1602顯示timer chosekey:up/down；當(dāng)鍵盤調(diào)光時(shí)1602顯示function option gz；當(dāng)鍵盤調(diào)co2時(shí)，1602顯示function option co2。 圖3-10 lcd接口電路3.1.9繼電器控制電路設(shè)計(jì) 單片機(jī)是一個(gè)弱電器件，一般情況下大都工作在5v甚至更低的電壓。驅(qū)動(dòng)電流在ma級(jí)以下，而要把它用

32、于一些大功率場(chǎng)合，比如控制電動(dòng)機(jī)，顯然是不可能的。所以，就要有一個(gè)外圍器件來連接單片機(jī)和大功率電器，這個(gè)環(huán)節(jié)就是所謂的“功率驅(qū)動(dòng)”。繼電器就是一個(gè)典型、簡(jiǎn)單有效的功率驅(qū)動(dòng)器。繼電器驅(qū)動(dòng)含有兩個(gè)意思：一是對(duì)繼電器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，因?yàn)槔^電器本身對(duì)于單片機(jī)來說是一個(gè)功率器件；還有就是繼電器去驅(qū)動(dòng)其他負(fù)載，比如繼電器可以驅(qū)動(dòng)中間繼電器可以直接驅(qū)動(dòng)接觸器，所以繼電器驅(qū)動(dòng)就是單片機(jī)與其他大功率負(fù)載接口。 本設(shè)計(jì)使用的是電磁繼電器，其構(gòu)造如圖3-11所示，a是電磁鐵，b是銜鐵，c是彈簧，d是動(dòng)觸點(diǎn)，e是靜觸點(diǎn)。電磁繼電器工作電路可分為低壓控制電路和高壓工作電路組成。控制電路是由電磁鐵a、銜鐵b、低壓電源e1和開關(guān)

33、組成；工作電路是由小燈泡l、電源e2和相當(dāng)于開關(guān)的靜觸點(diǎn)、動(dòng)觸點(diǎn)組成。連接好工作電路，在常態(tài)時(shí)，d、e間未連通，工作電路斷開。用手指將動(dòng)觸點(diǎn)壓下，則d、e間因動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)接觸而將工作電路接通，小燈泡l發(fā)光。閉合開關(guān)s，銜鐵被電磁鐵吸下來，動(dòng)觸點(diǎn)同時(shí)與兩個(gè)靜觸點(diǎn)接觸，使d、e間連通。這時(shí)彈簧被拉長，觀察到工作電路被接通，小燈泡l發(fā)光。斷開開關(guān)s，電磁鐵失去磁性，對(duì)銜鐵無吸引力。銜鐵在彈簧的拉力作用下回到原來的位置，動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)分開，工作電路被切斷，小燈泡l不發(fā)光。 圖3-11 電磁鐵構(gòu)造圖本設(shè)計(jì)采用的繼電器控制電路圖如圖3-12：圖中的q1接口接單片機(jī)i/o口，光耦的作用是將繼電器和單片機(jī)隔

34、離開，防止電流倒灌單片機(jī)燒毀單片機(jī)i/o口；圖中的三極管起開關(guān)的作用，當(dāng)q1口輸入低電平時(shí)，光耦導(dǎo)通工作，三極管基極為高電平，三極管飽和導(dǎo)通，繼電器吸合。當(dāng)q1口輸入為高電平時(shí)，光耦斷開，三極管基極為低電平，三極管未導(dǎo)通，繼電器斷開。圖中的二極管起保護(hù)作用，防止繼電器產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)燒壞三極管或繼電器。 圖3-12 繼電器控制電路圖繼電器控制外圍的加熱器、風(fēng)扇、電機(jī)等器件，當(dāng)外界溫度超過閥值時(shí)，控制風(fēng)扇的繼電器閉合，風(fēng)扇工作使得溫室降溫，當(dāng)溫度降低到閥值時(shí)繼電器斷開，風(fēng)扇停止工作；當(dāng)外界溫度低于閥值時(shí)，控制加熱器的繼電器閉合，加熱器工作使得溫室溫度上升，當(dāng)溫度到達(dá)閥值時(shí)，繼電器斷開，加熱器停止

35、工作，由以上原理繼電器控制著其他的器件的工作和停止。3.1.10電源電路設(shè)計(jì)電源是整個(gè)系統(tǒng)的能量源泉，電源給各個(gè)器件提供電壓，在這個(gè)系統(tǒng)中的器件有兩種電壓，5v和12v，所以我們?cè)O(shè)計(jì)了兩種電壓值的電壓。在單片機(jī)控制板中設(shè)計(jì)的+5v電壓，在繼電器控制板上設(shè)計(jì)的+5v和+12v電壓。本設(shè)計(jì)采用的是線性穩(wěn)壓電源，是將220v交流電通過電源變壓器、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路作用后轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姟＞€性穩(wěn)壓電源原理圖如圖3-13（1）、（2）所示。 在本設(shè)計(jì)中我們采用多抽頭輸出變壓器，其作用是把交流電網(wǎng)給的220v，50hz交流電變換為多種伏度的電壓值；整流電路是由四個(gè)二極管組成，作用是把經(jīng)過變壓后的交流

36、電壓變化為單向的脈動(dòng)直流電壓，本次設(shè)計(jì)中采用的是單相橋式整流電路，四個(gè)二極管并聯(lián)后接入輸入電壓，整流橋分別把正負(fù)電壓整流后輸出正向的的兩次的整流電壓；濾波電路采用的是電容濾波方式，其作用是將整流后的單向脈動(dòng)直流電壓中的紋波濾除掉，使其變?yōu)槠交闹绷麟?；穩(wěn)壓電路采用三端穩(wěn)壓器7805和7812，固定輸出+5v和+12v。 圖3-13（1）電源原理圖。 圖3-13（2）電源原理圖3.1.11 i/o口擴(kuò)展電路 在本設(shè)計(jì)中采用的單片機(jī)的i/o口資源有限，在整個(gè)設(shè)計(jì)的過程中需要用到的i/o口非常的多，所以在設(shè)計(jì)中加入i/o口擴(kuò)展電路，用以解決i/0口資源有限的問題。 在本設(shè)計(jì)中我們采用一片74hc57

37、3和一片74hc244來組成i/o口擴(kuò)展電路。 74hc573是高性能的硅門cmos，3態(tài)非反轉(zhuǎn)透明鎖存器，當(dāng)鎖存使能端le為高時(shí)，這些器件的鎖存對(duì)于數(shù)據(jù)是透明的（也就是說輸出同步）。當(dāng)鎖存使能變低時(shí)，符合建立時(shí)間和保持時(shí)間的數(shù)據(jù)會(huì)被鎖存，在設(shè)計(jì)中74hc573用以作為擴(kuò)展輸出。 74hc244是八同相三態(tài)緩沖器/線驅(qū)動(dòng)器，74hc244的芯片內(nèi)部共有兩個(gè)四位三態(tài)緩沖器，使用時(shí)分別以1g和2g作為他們的選通信號(hào)，當(dāng)1g和2g都為低電平時(shí)，輸出端y和輸入端a狀態(tài)相同，當(dāng)1g和2g都為高電平時(shí)，輸出呈高阻狀態(tài)，所以在在設(shè)計(jì)中74hc244用以作為擴(kuò)展輸入。i/o口擴(kuò)展電路原理圖如圖3-14所示。

38、圖 3-14 i/o口擴(kuò)展電路3.1.12 max232通訊電路設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)需要用pc機(jī)與單片機(jī)進(jìn)行通訊，pc機(jī)有上位機(jī)程序，用以顯示單片機(jī)采集到數(shù)據(jù)情況。在本設(shè)計(jì)中采用rs-232通訊接口，用來和單片機(jī)與pc機(jī)通訊。rs232c是美國電子工業(yè)協(xié)會(huì)（eia）正式公布的，在異步串行通信中應(yīng)用最廣的標(biāo)準(zhǔn)總線。適用于終端設(shè)備（dte）和數(shù)據(jù)通信設(shè)備（dce）之間的接口。最高數(shù)據(jù)傳送速率可達(dá)19.2kbps，最長傳送電纜可達(dá)到15米。rs232標(biāo)準(zhǔn)定義了25根引線，對(duì)于一般的雙向通信，只需使用串行輸入rxd，串行輸出txd和地線gnd，rs232標(biāo)準(zhǔn)的電平采用負(fù)邏輯，規(guī)定+3v+15v之間的任意電平為

39、邏輯0電平,-3v-15v之間的任意電平為邏輯1電平，與ttl和cmos電平是不同的。在接口電路和計(jì)算機(jī)接口芯片中大都是ttl/cmos電平，所以在通信時(shí)，必須進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，以便與rs232標(biāo)準(zhǔn)的電平匹配。max232c芯片可以完成電平轉(zhuǎn)換這一工作。max232c芯片是maxim公司生產(chǎn)的低功耗，單電源雙rs232發(fā)送/接受器。max232c芯片內(nèi)部有一個(gè)電源電壓變換器，可以把輸入的+5v電源變換為rs232輸出電平所需要的±10v電壓，所以采用此芯片接口的串行通信系統(tǒng)只要單一的+5v電源即可。max232c外圍需要4個(gè)電解電容c17，c16，c18，c15，它們是內(nèi)部電源轉(zhuǎn)換所需電

40、容，其取值均為1f/16v，選用鉭電容并且應(yīng)盡量靠近芯片；c5為0.1f的去藕電容。max232接口電路如圖3-15所示 圖3-15 max232接口電路原理圖3.2電路參數(shù)的計(jì)算及元器件的選擇3.2.1 555振蕩電路555振蕩電路是為了將hs1101的電容值的變化轉(zhuǎn)變?yōu)榕c之成反比的電壓頻率信號(hào)，所以在本設(shè)計(jì)中我們計(jì)算555振蕩電路的參數(shù)。電路為典型的555 非穩(wěn)態(tài)電路。hs1101/hs1100作為電容變量接在555的trig引腳上，引腳7用作電阻r4的短路。等量電容hs1101/hs1100通過r2與r4充電到門限電壓約0.67vcc， 通過r2放電到觸發(fā)電平 約0.33vcc 然后r4

41、通過引腳7短路到地。傳感器由不同的電阻r4與r2充放電，形成振蕩。充電、放電的時(shí)間計(jì)算公式分別為： (3-5) (3-6) 輸出波形頻率f和占空比d的計(jì)算公式如下： (3-7) (3-8) 通常取r4< r2,使得d50%，輸出接近于方波。在設(shè)計(jì)中取r2=567k，r4=49.9k 濕度傳感器只是保證傳感探頭的精度 ,在實(shí)際使用中 , 綜合精度除了與濕度傳感器本身元件有關(guān) ,還與外圍電路的器件選擇相關(guān)。 為了與 hs 1101溫度系數(shù)相匹配 , r1數(shù)值應(yīng)取為 1%精度 ,且最大溫漂不超過100 × 10-6( 表示 10-6當(dāng)溫度變化 1 ,所對(duì)應(yīng)的電阻相對(duì)變化量 ) 。 為

42、了保證達(dá)到 6 660 hz / 55% , r2 與555電路選取參照表 2 。 表3-1 器件參數(shù)選擇表555類型r1/kr2/ktlc555909576ts555100nf電容52375551732549m5551238562在本設(shè)計(jì)中我們選擇的555為tlc555，所以選擇的匹配電阻為909k,根據(jù)以上公式可以得到振蕩電路的相關(guān)參數(shù)為，r2=567k，r4=49.9 k，r1=909 k, r3=1 k。 當(dāng)rh=55%、t=25時(shí)，典型輸出方波頻率與相對(duì)濕度的數(shù)據(jù)如表3-2表3-2 hs1101輸出方波頻率與相對(duì)濕度對(duì)照表rh0102030405060708090100f735172

43、247100697668536728660064686330618660333.2.2電源電路 1.三端穩(wěn)壓器 集成穩(wěn)壓器的輸出電壓v0應(yīng)與電源要求的輸出電壓的大小及范圍相同。穩(wěn)壓器的最大允許電流icn<iomax,穩(wěn)壓器的輸入電壓vi的范圍為： (3-9)式中，vomax為最大輸出電壓；v0min為最小輸出電壓；(vi-v0)min為穩(wěn)壓器的最小輸出壓差；(vi-v0)max為穩(wěn)壓器的最大輸入輸出壓差。根據(jù)電路中所需的電源，選擇7805，,7812分別輸出+5v、+12v，其輸出電壓和輸出電流均滿足指標(biāo)的要求。2.變壓器的二次側(cè)電壓的有效值和輸入電壓這兩個(gè)值決定了相關(guān)元件的選擇。一般情

44、況下，輸入電壓應(yīng)該比輸出電壓高3v左右，假設(shè)+5v的輸入為v11,輸出為vo1；+12v的輸入為v12，輸出為vo2；它們所對(duì)應(yīng)的變壓器二次側(cè)電壓有效值分別為v21、v22，則有：v11=8v，v12=15v,考慮到電壓有10%的波動(dòng)，最終取v11=9v，v12=16.5v. 由式： (3-10)可取變壓器二次側(cè)電壓有效值v21=8.18v, v22=15v，鑒于變壓器規(guī)格的限制，在實(shí)際的選擇中應(yīng)選v21=9v, v22=15v。3.濾波電容 由式可暫定rocl=4 t/2=2t, 式中t為市電交流電源t=20ms，取iomax=1a，ro為負(fù)載電阻，所以ro分別為： (3-11) 所以取：

45、(3-12) 同理有： (3-13) (3-14) 綜上所述，在濾波電容選擇上選擇大的電解電容，且電容的耐壓值要大于輸入電壓的1.5倍；參考規(guī)格，實(shí)際電容量應(yīng)選c2=4700 uf/25v，c6=3300uf/30v。.4.整流二極管整流二極管的參數(shù)應(yīng)滿足最大整流電流if>iomax；最大反向電vr>2v2，其中v2為變壓器二次側(cè)電壓有效值。以上橋式的所有整流二極管可選in4001小功率二極管。5.變壓器由v21, v22值選變壓器繞組輸出電壓為9v,15v.考慮到電網(wǎng)電壓有10%的波動(dòng)，穩(wěn)壓電路的最大輸入分別為: (3-15) 同理有： (3-16) 綜合考慮到變壓器應(yīng)該設(shè)計(jì)有余

46、量，所以選擇三個(gè)變壓器輸出功率為兩個(gè)18w和25w。3.2.3 時(shí)鐘電路 在時(shí)鐘電路中，與xtal1腳相接的是振蕩器反相放大器和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端，與xtal2腳相接的是振蕩器反相放大器的輸入端。利用芯片內(nèi)部的振蕩器，然后在引腳txal1和txal2兩端跨接晶體或陶瓷諧振器，就構(gòu)成了穩(wěn)定的自激振蕩器，其發(fā)出的脈沖直接送入內(nèi)部時(shí)鐘電路。外接晶振時(shí)，c2和c3通常選擇為22pf左右，雖然對(duì)電容的值沒有嚴(yán)格的要求，但電容的大小會(huì)影響振蕩器頻率的高低、振蕩器的穩(wěn)定性和起振的快速性。晶振的振蕩頻率選擇12mhz，晶振的頻率越高，則系統(tǒng)的時(shí)鐘頻率也就越高，單片機(jī)的運(yùn)行速度也就越快，但反過來運(yùn)行速度快

47、對(duì)存儲(chǔ)器的速度要求就高。3.3 特殊器件的介紹3.3.1 ds18b201.采用單總線專用技術(shù)，既可通過串行口線，也可通過其它i/o口線與微機(jī)接口，無須經(jīng)過其它變換電路，直接輸出被測(cè)溫度值（9位二進(jìn)制數(shù)，含符號(hào)位）2.測(cè)溫范圍為-55-+125，測(cè)量分辨率為0.06253.內(nèi)含64位經(jīng)過激光修正的只讀存儲(chǔ)器rom4.適配各種單片機(jī)或系統(tǒng)機(jī)5.用戶可分別設(shè)定各路溫度的上、下限6.內(nèi)含寄生電源。ds18b20的管腳圖如圖3-16所示： 圖3-16 ds18b20管腳及封裝圖gnd：地信號(hào)dq：數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳。開漏單總線接口引腳。當(dāng)被用著在寄生電源下，也可以向器件提供電源。vdd：可選擇的vdd

48、引腳。當(dāng)工作于寄生電源時(shí)，此引腳必須接地。ds18b20的rom指令如表3-4所示：表3-3 ds18b20的rom指令表指 令約定代碼功 能讀rom33h讀ds1820溫度傳感器rom中的編碼（即64位地址） 符合 rom55h發(fā)出此命令之后，接著發(fā)出 64 位 rom 編碼，訪問單總線上與該編碼相對(duì)應(yīng)的 ds1820 使之作出響應(yīng)，為下一步對(duì)該 ds1820 的讀寫作準(zhǔn)備。 搜索 rom0foh用于確定掛接在同一總線上 ds1820 的個(gè)數(shù)和識(shí)別 64 位 rom 地址。為操作各器件作好準(zhǔn)備。 跳過 rom0cch忽略 64 位 rom 地址，直接向 ds18b20 發(fā)溫度變換命令。適用于

49、單片工作。 告警搜索命令0ech執(zhí)行后只有溫度超過設(shè)定值上限或下限的片子才做出響應(yīng)。 ds18b20的ram指令如表3-4所示：表3-4ds18b20的ram指令表指 令約定代碼功 能溫度變換44h啟動(dòng)ds18b20進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換，12位轉(zhuǎn)換時(shí)最長為750ms（9位為93.75ms）。結(jié)果存入內(nèi)部9字節(jié)ram中。 讀暫存器0beh讀內(nèi)部ram中9字節(jié)的內(nèi)容 寫暫存器4eh發(fā)出向內(nèi)部ram的3、4字節(jié)寫上、下限溫度數(shù)據(jù)命令，緊跟該命令之后，是傳送兩字節(jié)的數(shù)據(jù)。 復(fù)制暫存器48h將ram中第3 、4字節(jié)的內(nèi)容復(fù)制到eeprom中。 重調(diào) eeprom0b8h將eeprom中內(nèi)容恢復(fù)到ram中的第3

50、、4字節(jié)。 讀供電方式0b4h讀ds18b20的供電模式。寄生供電時(shí)ds18b20發(fā)送“ 0 ”，外接電源供電 ds18b20發(fā)送“ 1 ”。 數(shù)字輸出格式如表3-5：表3-5 ds18b20的數(shù)字輸出格式表溫度數(shù)字輸出(二進(jìn)制)數(shù)字輸出(十六進(jìn)制)+1250000 0111 1101 000007d0h+850000 0101 0101 00000550h+25.06250000 0001 1001 00010191h+10.1250000 0000 1010 001000a2h+0.50000 0000 0000 10000008h00000 0000 0000 00000000h-0.5

51、1111 1111 1111 1000fff8h-10.1251111 1111 0101 1110ff5eh-25.06251111 1110 0110 1111fe6fh-551111 1100 1001 0000fc90h3.3.2 hs1101 電容式濕度傳感器hs1101，它是基于獨(dú)特工藝設(shè)計(jì)的電容元件，固態(tài)聚合物結(jié)構(gòu)，精度高達(dá)±2rh；極好的線性輸出；199rh 濕度量程；-40100的溫度工作范圍，響應(yīng)時(shí)間5秒；濕度輸出受溫度影響極小，防腐蝕性氣體；常溫使用無需溫度補(bǔ)償，無需校準(zhǔn)；具有最突出的優(yōu)點(diǎn)是長期穩(wěn)定性極強(qiáng)。穩(wěn)定性強(qiáng)是產(chǎn)品具備良好的線性度、精密度、一致性、長期穩(wěn)定性的可靠保證。hs1101的主要特性如下：全互換性在