環(huán)境溫濕度參數(shù)實時監(jiān)測系統(tǒng)

...wd......wd......wd...摘要采用單片機對溫度、濕度等環(huán)境參數(shù)進展監(jiān)測是一個工業(yè)生產中經(jīng)常遇到的監(jiān)測問題，采用單片機不僅具有監(jiān)測方便、操作簡單等優(yōu)點，而且可以在節(jié)約本錢的同時大幅度的提高監(jiān)測質量。本文設計了單片機構成的環(huán)境溫度、濕度參數(shù)實時監(jiān)測裝置，本裝置以單片機AT89C51為控制核心，采用獨特的單總線數(shù)字式溫度傳感器DS18B20進展溫度采集，采用濕敏電容HS1101對濕度參數(shù)進展采集。LCD液晶顯示屏對于當前的溫度值和濕度值進展實時的顯示，可以方便用戶直觀的了解所測得的溫度、濕度環(huán)境參數(shù)值。用戶可使用按鍵根據(jù)自身要求設定溫濕度上下限，同時，報警裝置可依據(jù)用戶的設定針對溫濕度超限情況進展報警。關鍵詞：溫濕度監(jiān)測；超限報警；LCD顯示AbstractMCUisalwaysusedinindustrymeasurementastemperatureandhumiditymeasurement.WithMCU,itcanbemoreconvenientandsimpletocompletethemeasurementefficiently.Thepaperdesignsareal-timetemperatureandhumiditymeasurementdevicebasedonMCU.ThedeviceadoptsAT89C52asthecontrol.ThedevicealsomakeuseofDS18B20toobtainthedigitaltemperaturesignalandHS1101togaintheanaloguehumiditysignal.Inthedesign,LCDisusedtodisplaytheconsumersthereal-timetemperatureandhumidityclearly.Theconsumercanusethebuttonstochangetheupperandlowerlimitsofthetemperatureandhumidity.Andthealertinthedesignshouldworkbasedonthelimitssetupbytheconsumers.Keywords：temperatureandhumiditymeasurement;alertover-limit;LCD前言本課題研究的主要目的是設計一個能夠提供環(huán)境的溫度、濕度并具有對溫度、濕度超限報警功能的裝置。人類的生存和社會中各項活動的展開與溫度、濕度參數(shù)值密切相關，隨著科學技術的開展，人類在不同應用領域對溫度、濕度的測量提出了越來越高的要求。日常生活中，工廠、商場、銀行、醫(yī)院以及各類科研場所都需要符合操作規(guī)定的溫、濕度環(huán)境條件。居民家庭中更離不開對溫度、濕度的監(jiān)測，室內濕度一般控制在45%至65%RH之間，人體感覺比擬舒適。而冬季供暖期的室內濕度通常僅為10%—15%RH，在枯燥的環(huán)境下呆久了，會使人皮膚緊繃，枯燥上火，感覺不適，甚至使人的呼吸系統(tǒng)抵抗力降低，從而引發(fā)或者加重呼吸系統(tǒng)的疾病。當空氣濕度低于40%RH的時候，灰塵、細菌等容易附著在鼻部和肺部呼吸道黏膜上，刺激喉部引發(fā)咳嗽，也容易發(fā)生呼吸道的其它疾病，由此可見濕度參數(shù)測量意義重大。工廠中，產品裝配過程歷來都存在對裝配環(huán)境中的溫、濕度進展監(jiān)測的問題。溫、濕度參數(shù)監(jiān)測報警裝置能對特定環(huán)境中的溫、濕度參數(shù)進展監(jiān)測并能對溫、濕度超限情況及時給出報警信號。該監(jiān)測報警裝置采用溫、濕度傳感器直接測量環(huán)境的溫度、濕度，將采集到的信號分別送入單片機，由液晶顯示屏顯示環(huán)境的溫、濕度，并可以采用鍵盤輸入溫、濕度上下限值，由報警裝置完成溫、濕度超限報警功能。文中對每個局部功能、實現(xiàn)過程作了詳細介紹，完成了課題所有要求。第1章方案論證1.1課題的任務與要求該題目旨在設計一個能夠提供環(huán)境的溫度、濕度并具有對溫度、濕度超限報警功能的裝置，利用單片機及外圍電路構成一個監(jiān)測系統(tǒng)，到達如下要求：能對環(huán)境的溫度、濕度、靜電進展實時檢測；檢測得到的靜電及溫、濕度數(shù)據(jù)可以實時顯示，靜電測量的誤差10%，溫度測量的誤差1℃，濕度測量的誤差5%RH；3．用戶可以自行設定監(jiān)測中的溫、濕度上、下限，超限報警。1.2方案論證根據(jù)本課題的任務與要求，提出兩種方案進展論證。1.2.1方案一由于課題中涉及溫度、濕度兩個量的監(jiān)測，由此設計出應對本課題的方案一，即采用一個溫度傳感器和一個濕度傳感器對溫、濕度進展分別測量。基于此設想裝置的根本工作原理是：溫度、濕度傳感器分別采集到兩路信號送入單片機，由液晶顯示器實時顯示環(huán)境的溫度、濕度，并可通過鍵盤輸入用戶需設定的溫、濕度上下限，當溫、濕度超限時啟動報警裝置報警，整個裝置的控制核心采用單片機。在功能設計上可將整個裝置分為測量模塊、CPU模塊、顯示模塊、鍵盤輸入模塊和報警模塊幾個局部。方案一在元器件的選擇上，選取DS18B20數(shù)字式溫度傳感器和HS1101濕敏電容作為溫、濕度信號的采集傳感器。選取1602液晶顯示屏顯示溫、濕度值。DS18B20是美國DALLAS公司生產的單總線數(shù)字式溫度傳感器，可直接將其測得的溫度值傳入單片機，再通過LCD進展顯示。而HS1101濕敏電容是將空氣的濕度值轉化為該濕敏電容的電容值，電容值隨濕度值的增大而增大，將該濕敏電容置于555振蕩電路中，電容值的變化可轉為與之成反比的電壓頻率信號的變化，并可以直接送入單片機。采用溫度傳感器DS18B20與電容式濕敏傳感器HS1101的系統(tǒng)構造框圖如圖2.1所示。圖2.1采用溫度傳感器DS18B20、濕度傳感器HS1101的系統(tǒng)構造框圖1.2.2方案二本方案與方案一的主要不同是采用了SHT71數(shù)字溫濕度傳感器，SHT71是瑞士Sensirion公司推出的基于CMOSens技術的新型溫濕度傳感器。該傳感器將CMOS芯片技術與傳感器技術結合起來,發(fā)揮出強大的優(yōu)勢互補作用。包括一個電容性聚合體測濕敏感元件、一個用能隙材料制成的測溫元件，并在同一芯片上，與14位的A/D轉換器以及串行接口電路實現(xiàn)無縫連接。SHT71數(shù)字溫濕度傳感器的引腳圖如圖2.2所示。圖2.2SHT71數(shù)字溫濕度傳感器引腳圖由于SHT71數(shù)字溫濕度傳感器上除了溫度、濕度敏感元件以外，還包括一個放大器，A/D轉換器，OTP內存和數(shù)字接口，所以系統(tǒng)框圖得以簡化，采用SHT71數(shù)字溫濕度傳感器的系統(tǒng)框圖如圖2.3所示。圖2.3采用SHT71數(shù)字溫濕度傳感器的系統(tǒng)框圖1.3方案比擬在上述兩種以傳感器為主要區(qū)別的方案選擇中，主要差異在于是否運用數(shù)字傳感器以及是否考慮將溫度、濕度兩個傳感器合二為一。從性價比的角度分析，雖然方案1中要采用兩個單獨的傳感器溫度傳感器DS18B20和濕敏傳感器HS1101，看似有些資源浪費，但方案2的SHT71傳感器的單價已勝過方案1中兩個傳感器售價之和，在購置傳感器上的開銷要大。因此，從性價比角度考慮，方案1更優(yōu)。另一方面，電容式濕敏傳感器實用化程度高，工藝成熟，性能穩(wěn)定，普遍用于各種情況下濕度測量，且可以使用555振蕩電路將其濕度變化對應的濕敏電容值的變化轉化為脈沖頻率送入單片機。而DS18B20由于具有構造簡單不需要外接電路、可用一根I/O數(shù)據(jù)線既供電又傳輸數(shù)據(jù)、體積小、分辨率高、轉換快等優(yōu)點，被廣泛用于測量和控制溫度的地方。從應用程度上來說，方案1的可操作性更強。1.4結論通過上述方案比擬最終確定選擇方案1作為溫濕度傳感器的設計方案。第3章硬件系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)本系統(tǒng)以單片機AT89C52為控制核心，以數(shù)字式溫度傳感器DS18B20作為溫度檢測元件，以濕敏電容HS1101作為濕度檢測元件。本系統(tǒng)在功能設計上可將整個裝置分為測量單元、CPU單元、顯示單元、鍵盤輸入單元和報警單元幾個局部。系統(tǒng)框圖如圖3.1所示。圖3.1系統(tǒng)框圖3.1測量電路的設計3.1.1溫度檢測單元的設計設計中采用可編程分辨率的單總線數(shù)字式溫度傳感器DS18B20。DS18B20可以以9-12位數(shù)字量的形式反映所測得的溫度值。DS18B20通過一個單線接口發(fā)送或接收信息，因此在微處理器和DS18B20之間僅需一條連接線〔加上地線〕。用于讀寫和溫度轉換的電源可以從數(shù)據(jù)線本身獲得，而無需外部電源。因為每個DS18B20都有一個獨特的64位序列號，所以多只DS18B20可以同時連在一根單線總線上，這樣就可以把溫度傳感器放在許多不同的地方，從而同時采集多處溫度。可編程分辨率的單總線數(shù)字式溫度傳感器DS18B20具有如下的特性：?獨特的單線接口僅需一個端口引腳進展通訊?簡單的多點分布應用?無需外部器件?可通過數(shù)據(jù)線供電?零待機功耗?測溫范圍-55℃—125℃?溫度以9-12位數(shù)字量讀出?溫度數(shù)字量轉換時間200ms〔典型值〕?用戶可定義的非易失性溫度報警設置?報警搜索命令識別并標志超過程序限定溫度〔溫度報警條件〕的器件DS18B20引腳排列如圖3.2所示。圖3.2DS18B20引腳排列圖DS18B20的引腳說明表如表3.1所示。表3.1DS18B20引腳說明表GND地DQ數(shù)據(jù)I/O可選NC空腳DS18B20有三個主要數(shù)字部件：1〕64位激光ROM;溫度傳感器;非易失性溫度報警觸發(fā)器TH和TL。DS18B20采用如下方式從單線通訊線上汲取能量：在信號線處于高電平期間把能量儲存在內部電容里，在信號線處于低電平期間消耗電容上的電能工作，直到高電平到來再給寄生電源〔電容〕充電。DS18B20也可用外部+5V電源供電。DS18B20的構造圖如圖3.3所示。圖3.3DS18B20構造圖當DS18B20采用寄生電源供電時，所采用電路會在I/O口或引腳處于高電平時“偷〞能量。當有特定的時間和電壓需求時，I/O口要提供足夠的能量。寄生電源有兩個好處：進展遠距離測溫時，無需本地電源；2〕可以在沒有常規(guī)電源的條件下讀ROM。在寄生電源模式下，單總線和DS18B20內部的電容在大局部操作中能提供充分的滿足規(guī)定時序和電壓的電流給DS18B20。然而，當DS18B20正在執(zhí)行溫度轉換或從高速暫存器向EPPROM傳送數(shù)據(jù)時，工作電流可能高達1.5mA。這個電流可能會引起連接單總線的弱上拉電阻的不可承受的壓降，這需要更大的電流，而此時DS18B20內部的電容無法提供。為了保證DS18B20有充足的供電而進展準確的溫度轉換，單總線線必須在轉換期間保證供電。有兩種方法能夠使DS18B20在動態(tài)轉換周期中獲得足夠的電流供給。第一種方法，當進展溫度轉換或拷貝數(shù)據(jù)到EEPROM操作時，給單總線線提供一個強上拉。用漏極開路把單總線直接拉到電源上就可以實現(xiàn)，在發(fā)出任何涉及拷貝到暫存器的指令或啟動溫度轉換的指令之后，必須在最多10μs之內把I/O線轉換到強上拉。使用寄生電源供電時，引腳必須接地。DS18B20溫度轉換期間的強上拉供電原理圖如圖3.4所示。圖3.4DS18B20溫度轉換期間的強上拉供電原理圖另一種給DS18B20供電的方法是從引腳接入一個外部電源，這樣做的好處是單總線上不需要加強上拉，而且總線控制器不用在溫度轉換期間總保持高電平。這樣在轉換期間可以允許在單線總線上進展其他數(shù)據(jù)往來。另外，在單線總線上可以掛任意多片DS18B20，而且如果它們都使用外部電源的話，可以讓它們同時進展溫度轉換。需注意的是當加上外部電源時，GND引腳不能懸空。供電原理圖如圖3.5所示。圖3.5DS18B20采用VDD供電原理圖DS18B20通過一種片上測溫技術來測量溫度，測溫原理如下：用一個高溫度系數(shù)的振蕩器確定一個門周期，內部計數(shù)器在這個門周期內對一個低溫度系數(shù)的振蕩器的脈沖進展計數(shù)來得到溫度值。計數(shù)器被預置到對應于-55℃的一個值。如果計數(shù)器在門周期完畢前到達0，則溫度存放器〔同樣被預置到-55℃〕的值增加，說明所測溫度大于-55℃。同時，計數(shù)器被復位到一個值，這個值由斜坡式累加器電路確定，斜坡式累加器電路用來補償感溫振蕩器的拋物線特性。然后計數(shù)器又開場計數(shù)直到0，如果門周期仍未完畢，將重復這一過程。斜坡式累加器用來補償感溫振蕩器的非線性，以期在測溫時獲得比擬高的分辨力。這是通過改變計數(shù)器對溫度每增加一度所需計數(shù)的值來實現(xiàn)的。因此，要想獲得所需的分辨力，必須同時知道在給定溫度下計數(shù)器的值和每一度的計數(shù)值。DS18B20的測溫原理圖如圖3.6所示。圖3.6DS18B20測溫原理圖DS18B20電路圖如圖3.7所示。圖3.7DS18B20電路圖3.1.2濕度檢測單元的設計測量空氣濕度的方式很多，其原理是根據(jù)某種物質從其周圍的空氣吸收水分后引起的物理或化學性質的變化，間接地獲得該物質的吸水量及周圍空氣的濕度。電容式、電阻式和濕漲式濕敏元件分別是根據(jù)其高分子材料吸濕后的介電常數(shù)、電阻率和體積隨之發(fā)生變化而進展?jié)穸葴y量的。課題中采用的濕度傳感器HS1101是基于獨特工藝設計的電容元件，該相對濕度傳感器可以應用于辦公自動化，車廂內空氣質量檢測，家電，工業(yè)控制系統(tǒng)等場合。在需要濕度補償?shù)膱龊显摑穸葌鞲衅饕部梢缘玫胶艽蟮膽?。下面介紹HS1100/HS1101濕度傳感器及其特點。一、特點=1\*GB2⑴不需校準的完全互換性；=2\*GB2⑵高可靠性和長期穩(wěn)定性；=3\*GB2⑶快速響應時間；=4\*GB2⑷專利設計的固態(tài)聚合物構造；=5\*GB2⑸有頂端接觸〔HS1100〕和側面接觸〔HS1101〕兩種封裝產品；=6\*GB2⑹適用于線性電壓輸出和頻率輸出兩種電路；=7\*GB2⑺適宜于制造流水線上的自動插件和自動裝配過程。濕敏電容是值隨空氣濕度變化，同時濕敏電容的工作條件也受溫、濕度的限制。圖3.8為濕敏電容HS1101工作的溫、濕度范圍，圖3.9為濕度-電容響應曲線。圖3.8濕敏電容HS1101工作的溫、濕度范圍圖3.9濕度-電容響應曲線相對濕度在1%RH—100%RH范圍內；電容量由160pF變到200pF，其誤差不大于±2%RH；響應時間小于5S；溫度系數(shù)為0.04pF/℃。由此可見，HS1101濕度傳感器的精度較高。二、濕度測量電路HS1100/HS1101電容式濕敏傳感器，在電路構成中等效于一個電容元件，其電容量隨著所測空氣濕度的增大而增大。將電容的變化量準確地轉變?yōu)橛嬎銠C易于接收的信號，常有兩種方法：一種是將該濕敏電容置于運放與阻容組成的橋式振蕩電路中，再將產生的正弦波電壓信號經(jīng)整流、直流放大、A/D轉換后變?yōu)榭梢员粏纹瑱C接收的為數(shù)字信號；另一種方法是將該濕敏電容置于555振蕩電路中，將電容值的變化轉為與之成反比的電壓頻率信號的變化，可直接被計算機計數(shù)。濕度測量電路如圖3.10所示。集成定時器555芯片外接電阻R4、R2與濕敏電容C，構成了對C的充電回路。7端通過芯片內部的晶體管對地短路又構成了對C的放電回路，并將引腳2、6端相連引入到片內比擬器，便成為一個典型的多諧振蕩器，生成矩形脈沖。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3.10濕度測量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VCC通過R4、R2向C充電，經(jīng)時間后，到達芯片內比擬器的高觸發(fā)電平，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)時間后，下降到比擬器的低觸發(fā)電平。此時輸出引腳3端又由低電平突降為高電平，如此周而復始，形成矩形脈沖輸出。其中，充放電時間如〔3.1〕、〔3.2〕所示。=㏑2〔3.1〕=㏑2〔3.2〕因而，輸出的方波頻率如〔3.3〕所示。f=1/(+)=1/[㏑2]〔3.3〕可見，空氣濕度通過555測量電路就轉變?yōu)榕c之呈反比的頻率信號，表3.2給出了其中的一組典型對應值。表3.2空氣相對濕度與電壓頻率的對應值濕度/%RH0102030405060708090100頻率/Hz735172247100697668536728660064686330616860333.2CPU單元的設計單片機是整個系統(tǒng)的核心，在此裝置中選擇8位微處理器AT89C52，該微處理器是一種CMOS工藝的低功耗、高性能8位嵌入式微控制器。該器件與MCS-51系列的同類產品〔如80C52等〕在指令系統(tǒng)及引腳上完全兼容。微處理器具有8K可寫/擦1000次的Flash內部程序存儲器，對系統(tǒng)開發(fā)過程中的程序編寫和調試可以提供極大的方便。另外，微處理器內部還有256字節(jié)的RAM、3個16位定時器/計數(shù)器、8個中斷源和可編程串行口。在該系統(tǒng)的單片機模塊中，還有一路由11.0592MHz晶振和電容組成的振蕩電路用于構成系統(tǒng)時鐘。本設計的CPU單元電路圖如圖3.11所示。圖3.11CPU單元電路圖3.2.1時鐘信號設計時鐘引腳為XTAL1、XTAL2。時鐘引腳外接晶體與片內的反向放大器構成了一個振蕩器，它提供單片機的時鐘控制信號。時鐘引腳也可外接晶體振蕩器。XTAL1〔19腳〕：接外部晶體的一個引腳。在單片機內部，它是一個反向放大器的輸入端。這個放大器構成了片內振蕩器。當采用外接晶體振蕩器時，此引腳應接地。XTAL2〔18腳〕：接外部晶體的另一端，在單片機內部接至內部反向放大器的輸出端。假設采用外部振蕩器時，該引腳接收振蕩器的信號，即把此信號直接接到內部時鐘發(fā)生器的輸入端。本系統(tǒng)采用晶振時鐘電路。外部晶振以及電容C2和C3構成并聯(lián)諧振電路，接在放大器的反響回路中。對外接電容的值雖然沒有嚴格要求，但電容的大小多少會影響振蕩器頻率的上下，振蕩器的穩(wěn)定性，起振的快速性和穩(wěn)定性。外接晶振時，C1和C2通常選擇30pf,晶振采用12MHz。時鐘電路如以下列圖3.12所示。圖3.12時鐘電路圖3.2.2復位電路設計本系統(tǒng)采用的復位電路如圖3.13所示。3.13復位電路圖本復位電路必須確保系統(tǒng)上電時能夠自動復位。上電自動復位電路的根本功能是：系統(tǒng)上電時提供復位信號，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤銷復位信號。為了可靠起見電源穩(wěn)定后，還要經(jīng)一定的延時才撤銷復位信號以防電源開關或電源插頭分-合過程中引起的抖動而影響復位。為了實現(xiàn)這種功能，本設計采用了一種RC定時電路。其時間常數(shù)τ=RC，系統(tǒng)上電時，C兩端的電壓為零，單片機的復位端的電平為高電平，單片機復位，經(jīng)過4—5個τ后，C兩端的電壓約等于電源電壓，單片機的復位端的電平為低電平，單片機退出復位狀態(tài)。3.3LCD液晶顯示單元的設計LCD液晶顯示單元電路圖如圖3.14所示。本系統(tǒng)利用LCD液晶顯示屏顯示溫度、濕度參數(shù)。液晶顯示屏的第一行顯示用戶可能需要調節(jié)的溫濕度上下限值，第二行顯示當前測得的溫度、濕度值。硬件電路中LCD1602的8個數(shù)據(jù)端接到單片機P1口。圖3.14LCD液晶顯示單元電路圖本系統(tǒng)的液晶顯示單元采用的是長沙太陽人電子生產的1602字符型液晶顯示器，可顯示字符、漢字、圖形，顯示屏構造為160*128點陣。主要功能：1.40通道點陣LCD驅動；2.可選擇當作行驅動或列驅動；3.輸入/輸出信號:輸出,能產生20×2個LCD驅動波形；輸入,承受控制器送出的串行數(shù)據(jù)和控制信號,偏壓(V1∽V6)；4.通過單片機控制將所測的頻率信號讀數(shù)顯示出來。引腳功能如表3.3所示。表3.3LCD1602引腳功能編號符號引腳說明1VSS電源地2VDD電源正極3VL液晶顯示偏壓4RS數(shù)據(jù)/命令選擇5R/W讀/寫選擇6E使能信號7D0數(shù)據(jù)8D1數(shù)據(jù)9D2數(shù)據(jù)10D3數(shù)據(jù)11D4數(shù)據(jù)12D5數(shù)據(jù)13D6數(shù)據(jù)14D7數(shù)據(jù)15BLA背光源正極16BLK背光源負極3.4按鍵單元的設計本設計采用6個獨立按鍵完成對溫、濕度上下限的設定。六個按鍵的功能分別是：=1\*GB3①選擇溫度進展設限；=2\*GB3②選擇濕度進展設限；=3\*GB3③選擇溫度或濕度上限進展改變；=4\*GB3④選擇溫度或濕度下限進展改變；=5\*GB3⑤加1；=6\*GB3⑥減1。按鍵電路圖如圖3.15所示。圖3.15按鍵電路圖3.5報警單元的設計在監(jiān)測系統(tǒng)中，對于重要的參數(shù)一般都設有緊急狀態(tài)報警系統(tǒng)，以便提醒操作人員注意，或采取緊急措施。其方法就是把計算機采集的數(shù)據(jù)或記過計算機進展數(shù)據(jù)處理、數(shù)字濾波，標度變換之后，與該參數(shù)上下限設定值進展比擬，如果高于上限值〔或低于下限值〕則進展報警，否則就作為采樣的正常值，進展顯示。本設計采用峰鳴音報警電路。峰鳴音報警接口電路的設計只需購置市售的壓電式蜂鳴器，然后通過單片機的1根口線經(jīng)驅動器驅動蜂鳴音發(fā)聲。壓電式蜂鳴器約需10mA的驅動電流，可以使用TTL系列集成電路7406或7407低電平驅動，也可以用一個晶體三極管驅動。在圖中，P3.2接晶體管基極輸入端。當P3.2輸出高電平“1〞時，晶體管導通，壓電蜂鳴器兩端獲得約+5V電壓而鳴叫；當P3.2輸出低電平“0〞時，三極管截止，蜂鳴器停頓發(fā)聲。圖3.16是運用三極管驅動的峰鳴音報警電路。圖3.16三極管驅動的峰鳴音報警電路第4章軟件系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)4.1系統(tǒng)軟件設計思想為了方便于編寫、調試，將整個系統(tǒng)程序分為主程序、DS18B20溫度子程序、鍵盤子程序幾個主要局部。4.1.1主程序設計主程序流程圖如圖4.1所示。開場開場初始化初始化顯示當前溫濕度值顯示當前溫濕度值按鍵掃描否按鍵掃描是鍵值處理鍵值處理更改濕度上下限更改溫度上下限更改濕度上下限更改溫度上下限確認并退出溫濕度上下限修改確認并退出溫濕度上下限修改圖4.1主程序流程圖4.1.2DS18B20溫度傳感器子程序設計DS18B20溫度子程序流程圖如圖4.2所示。圖4.2DS18B20溫度子程序設計流程圖=1\*GB2⑴初始化：單片機使用時間隙(timeslots)來讀寫DSl8B20的數(shù)據(jù)位和寫命令字的位。DS18B20的初始化時序如圖4.3所示?？偩€在t0時刻發(fā)送一復位脈沖(最短為480μs的低電平信號)接著在t1時刻釋放總線并進入接收狀態(tài)DSl8B20在檢測到總線的上升沿之后等待15-60μs接著DS1820在t2時刻發(fā)出存在脈沖(低電平持續(xù)60-240μs)，如圖中虛線所示。圖4.3DS18B20初始化時序圖DS18B20初始化程序相關代碼：voidInit_DS18B20(void){ unsignedcharx=0; DQ=1; delay_18B20(8); DQ=0; delay_18B20(80); DQ=1; delay_18B20(14); x=DQ; delay_18B20(20);}=2\*GB2⑵寫時間隙：當主機總線t0時刻從高拉至低電平時，就產生寫時間隙，見圖4.4、圖4.5，從to時刻開場15μs之內應將所需寫的位送到總線上,DSl8B20在t0后15-60μs間對總線采樣。假設低電平，寫入的位是0，見圖4.4，假設高電平寫入的位是1，見圖4.5,連續(xù)寫2位間的間隙應大于1μs。圖4.4DS18B20寫0時序圖圖4.5DS18B20寫1時序圖(3)讀時間隙：主機總線t0時刻從高拉至低電平時，總線只須保持低電平l7μs。之后在t1時刻將總線拉高，產生讀時間隙，讀時間隙在t1時刻后t2時刻前有效。t2距t0為15μs也就是說，t2時刻前主機必須完成讀位，并在t0后的60μs—120μs內釋放總線。讀時間隙時序如圖4.6所示。圖4.6讀時間隙時序圖4.1.3按鍵子程序設計根據(jù)課題要求，用戶可以自行設定溫、濕度上下限。由此，設計7個按鍵以完成該功能。7個按鍵的功能如下：按鍵1：進入溫度上下限設定；按鍵2：進入濕度上下限設定；按鍵3：進入上限設定；按鍵4：進入下限設定；按鍵5：溫度或濕度的上限或下限值加1；按鍵6：溫度或濕度的上限或下限值減1；按鍵7：退出溫、濕度上下限設定。通過按鍵設定溫、濕度上下限的按鍵流程圖如圖4.7所示。開場開場按鍵1或者按鍵2是否按下按鍵1或者按鍵2是否按下否是確定鍵值確定鍵值按鍵3或者按鍵4是否按下按鍵3或者按鍵4是否按下否是確定鍵值確定鍵值按鍵5或按鍵6或按鍵7是否按下按鍵5或按鍵6或按鍵7是否按下否是按下6鍵減1按下7確定鍵值按下6鍵減1按下7確定鍵值按下5鍵加1按下5鍵加1返回返回圖4.7按鍵設定溫、濕度上下限流程圖 第5章實驗及結果分析5.1軟件仿真結果分析本設計在仿真時采用Proteus軟件，在Proteus中的系統(tǒng)仿真圖如圖5.1所示。圖5.1系統(tǒng)仿真圖5.1.1溫、濕度傳感器仿真結果分析溫、濕度傳感器仿真圖如圖5.2所示。本系統(tǒng)采用DS18B20數(shù)字式溫度傳感器對溫度進展實時監(jiān)測，在仿真中可通過更改DS18B20上的溫度加減按鈕來仿真外界溫度的變化情況，圖中的仿真溫度為41℃。濕度監(jiān)測采用HS1101濕敏傳感器，在仿真圖中以電容C4代替，在電容值從162pF變化到183pF的過程中，仿真得到的濕度值從0%變化到100%，圖中仿真得到的濕度值為50%，此時電容值為172pF。圖5.2DS18B20溫度傳感器仿真圖仿真測得的濕敏電容與濕度值的對應關系，如表5.1所示。表5.1濕敏電容值與濕度值對應關系表電容/pF162163164165166167168169170171172濕度/%RH026918222435374050電容/pF173174175176177178179180181182濕度/%RH536064697380848791985.1.2按鍵功能仿真結果分析在本設計中，采用7個單獨的按鍵來完成溫、濕度上下限的設定，7個按鍵的功能如表5.2所示。表5.2按鍵功能表按鍵數(shù)功能按鍵1進入溫度上下限設定按鍵2進入濕度上下限設定按鍵3進入上限設定按鍵4進入下限設定按鍵5溫度或濕度的上限或下限值加1按鍵6溫度或濕度的上限或下限值減1按鍵7確定并退出溫、濕度上下限設定當按鍵1〔溫度上下限設定按鍵〕按下后，再按下按鍵3〔溫度或濕度上限調節(jié)按鍵〕，可進入溫度上限的調節(jié)，如圖5.3所示。圖中，正在按下按鍵5〔溫度或濕度加1按鍵〕，此時設定的溫度上限為85℃。圖5.3按鍵設定溫度上限仿真圖當按鍵2〔濕度上下限設定按鍵〕按下后，再按下按鍵4〔溫度或濕度下限調節(jié)按鍵〕，可進入濕度下限的調節(jié)，如圖5.4所示。圖中，正在按下按鍵6〔溫度或濕度減1按鍵〕，此時設定的濕度下限為16%RH。圖5.4按鍵設定濕度下限仿真圖5.2硬件調試結果分析=1\*GB3①為了讓濕度傳感器正常工作，在設計程序時編寫了jisuan子程序。在jisuan子程序的最后需要寫出讓LCD顯示出濕度值的代碼，幾經(jīng)修改都無法在LCD上模擬顯示出對應的濕度值。后來發(fā)現(xiàn)，是因為LCD顯示時是運用了一套編碼將可能顯示在LCD上的字符進展表示的，所以不能直接將數(shù)字給如讓LCD顯示的語句，而是要將濕度值數(shù)據(jù)改換成對編碼，再送入LCD。=2\*GB3②致謝本論文是在指導教師李秀人教授的悉心指導下完成的，這幾個月來，李教師一直對我嚴格要求、熱情鼓勵，使我得到了不少學習和研究的時機。從課題的選擇到工程的最終完成，李教師都始終給予我細心的指導和不懈的支持；從開題報告到畢設論文，李教師對每一次批改都嚴格把關，指出了文章中出現(xiàn)的問題，屢次修改之后我的論文到達了規(guī)定標準。李教師認真負責的工作態(tài)度、對事業(yè)的執(zhí)著追求、誨人不倦的教師風范和對問題的敏銳觀察力，都將使我畢生受益。在此我謹向我的指導教師以及在畢業(yè)設計過程中給予我?guī)椭慕處焸冎乱宰钫\摯的謝意！感謝我的母校沈陽航空航天大學，它是一片培育桃李、播撒知識的芬芳的熱土。學校雄厚的師資力量使我學到了豐富的知識；學校嚴格的根基培訓使我掌握了根本的技能；學校淳厚的學風使我意識到知識可以改變命運。感謝電子信息工程學院，在這個大家庭里我學到了許多專業(yè)方面的知識和技能，在多樣化的實驗室里我實際動手操作了許多實驗，親手完成了許多實習工程，這使得我的動手能力有了顯著提高，于此同時我對專業(yè)知識的掌握更加結實與靈活。感謝電信學院所有的教師，謝謝你們對我的辛勤培育！感謝在我遇到困難時幫助過我的同學和朋友們，尤其感謝班長姚澍，是他在我無助時給予了我莫大的支持和鼓勵，在他的幫助下我解決了許多難題，使得我的畢業(yè)設計能夠順利完成。在這里我再一次對那些幫助過我的人表示深深的感謝。最應該感謝的是我的父母，謝謝你們含辛茹苦的把我培育成人，謝謝你們對我細心的呵護與照顧，所有的感謝只幻化成我前進的動力，我會始終如一的為理想拼搏奮斗，以此報答父母二十多年來對我的養(yǎng)育之恩。參考文獻[1]張永瑞.電子測量技術根基[M].西安:西安電子科技大學出版社，2004.12[2]孫肖子等.模擬電子技術根基[M].西安:西安電子科技大學出版社，2001.1[3]張毅剛.新編MCS-51單片機應用設計[M].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學出版，2003.7[4]楊文龍.單片機原理及應用[M].西安:西安電子科技大學出版社，2006.6[5]付家才.單片機控制工程實踐技術[M].北京：化學工業(yè)出版社，2004年3月.[6]張義和等.例說8051[M].北京：人民郵電出版社，2006年1月.[7]徐瑋等.C51單片機高效入門[M].北京：機械工業(yè)出版社，2006年10月.[8]潭浩強.語言設計〔第二版〕[M].北京：清華大學出版社，1999.[9]何立民.單片機應用技術選編[M].北京：北京航空航天大學出版社，2004.[10]李華.MCS51系列單片機實用接口技術[M].北京：北京航空航天大學出版社，1993.[11]徐亦朱.DS18B20中文手冊.美國DALLAS半導體公司,1992.[12]郭強.液晶顯示應用技術[M].北京：電子工業(yè)出版社，2000.[13]模擬轉換器ADC0809的測試及應用[J].集成電路應用，1998年第2期.[14]楊建等.濕度測量體制歷史和現(xiàn)狀分析及建議[J].白城：中國白城兵器試驗中心，2009.6.[15]AT89C51單片機與ADC0809模數(shù)轉換器的三種典型連接[J].長沙大學學報，2005年第5期.[16]單片機外部電路的設計[J].商丘師范學院學報，