本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于RS485的溫濕度數(shù)據(jù)集中處理和顯示單元軟件設(shè)計(jì)THESOFTWAREDESIGNOFTEMPERATUREANDHUMIDITYDATAPROCESSINGANDDISPLAYUNITBASEDONRS485總計(jì)28頁(yè)表格1個(gè)插圖10幅學(xué)院（系）電子與電氣工程專業(yè)電子信息工程基于RS485的溫濕度數(shù)據(jù)集中處理和顯示單元軟件設(shè)計(jì)摘要本課題設(shè)計(jì)的是基于RS485溫濕度采集系統(tǒng)，能實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)溫濕度的分布式檢測(cè)和集中式顯示、報(bào)警功能。本設(shè)計(jì)完成溫濕度數(shù)據(jù)采集的軟件設(shè)計(jì)。溫濕度數(shù)據(jù)采集器以51單片機(jī)作為控制中心，以數(shù)字溫濕度一體傳感器SHT11為溫濕度檢測(cè)器件，以RS485總線構(gòu)成分布式溫濕度監(jiān)控總線。通過對(duì)這三部分的軟件設(shè)計(jì)和與硬件設(shè)計(jì)相配合，達(dá)到了預(yù)期設(shè)計(jì)目標(biāo)。關(guān)鍵詞單片機(jī)；溫濕度傳感器；485總線技術(shù)；通信協(xié)議THESOFTWAREDESIGNOFTEMPERATUREANDHUMIDITYDATAPROCESSINGANDDISPLAYUNITBASEDONRS485ABSTRACTTHEDESIGNOFTHISSUBJECTISBASEDONTHETEMPERATUREANDHUMIDITYRS485ACQUISITIONSYSTEMTOACHIEVEMULTIPOINTTEMPERATUREANDHUMIDITYTESTINGOFDISTRIBUTEDANDCENTRALIZEDDISPLAY,ALARMFUNCTIONCOMPLETIONOFTHEDESIGNTEMPERATUREANDHUMIDITYDATAACQUISITIONSOFTWAREDESIGNTEMPERATUREANDHUMIDITYDATAACQUISITIONSYSTEMWITH51SINGLECHIPMICROCOMPUTERASTHECONTROLCENTERTOTHEDIGITALTEMPERATUREANDHUMIDITYINTEGRATEDSENSORFORTEMPERATUREANDHUMIDITYSHT11DETECTIONDEVICESINORDERTOCONSTITUTEADISTRIBUTEDRS485BUSBUSMONITORTEMPERATUREANDHUMIDITYTHROUGHTHETHREEPARTSOFTHESOFTWAREDESIGNANDHARDWAREDESIGNOFIT,TOACHIEVETHEDESIREDDESIGNGOALSKEYWORDSSINGLECHIPMICROCOMPUTERTEMPERATUREANDHUMIDITYSENSORS485BUSTECHNOLOGYCOMMUNICATIONPROTOCOL目錄1引言111選題的背景和意義112本課題的主要工作113溫濕度數(shù)據(jù)采集器軟件總體設(shè)計(jì)22單片機(jī)控制系統(tǒng)電路軟件設(shè)計(jì)421AT89C51單片機(jī)422單片機(jī)看門狗電路的軟件設(shè)計(jì)423采集器地址選擇電路軟件設(shè)計(jì)63溫濕度采集系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)631溫濕度傳感器7311STH11的內(nèi)部結(jié)構(gòu)7312STH11的通信協(xié)議832溫濕度采集系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)104RS485通信的的軟件設(shè)計(jì)1041MAX485簡(jiǎn)介11411MAX485主要特點(diǎn)11412MAX485主要技術(shù)性能1242RS485技術(shù)參數(shù)12421RS485接口標(biāo)準(zhǔn)12422節(jié)點(diǎn)數(shù)及半雙工通信12423RS485通信原理以及通信規(guī)則1243通訊協(xié)議1444命令接收和數(shù)據(jù)發(fā)送的軟件設(shè)計(jì)145系統(tǒng)調(diào)試1551系統(tǒng)軟硬件環(huán)境1552系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試15結(jié)束語(yǔ)16參考文獻(xiàn)17附錄17致謝231引言11選題的背景和意義隨著人們生活質(zhì)量的不斷提高，以及樓宇智能化、自動(dòng)化的不斷興起與普及，許多大型場(chǎng)所如購(gòu)物中心、酒店、寫字樓等都需要較為舒適的溫濕度環(huán)境，因此，精確的溫濕度數(shù)據(jù)在溫濕度控制系統(tǒng)中顯得極為重要。溫度、濕度是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要環(huán)境參數(shù)，對(duì)其進(jìn)行適時(shí)準(zhǔn)確的測(cè)量具有重要意義。溫室溫濕度測(cè)控系統(tǒng)是對(duì)溫室環(huán)境因素（溫度、濕度）進(jìn)行相應(yīng)地修正或調(diào)整，使植物生長(zhǎng)處于最佳或相對(duì)最佳的生長(zhǎng)環(huán)境條件中。而當(dāng)今大多數(shù)對(duì)溫室溫度與濕度的控制采用人工管理，這不但大大增加了成本，浪費(fèi)人力資源，而且很難達(dá)到希望的成效。在溫室中，溫度和濕度很大程度影響著植物的生長(zhǎng)發(fā)育。適合的溫濕度促進(jìn)植物的生長(zhǎng)發(fā)育，而不合適的溫濕度不但對(duì)植物生長(zhǎng)是不利的，還會(huì)增加病蟲害。溫室是一個(gè)比較密閉的環(huán)境，其溫濕度條件與露天有很大不同。長(zhǎng)期密閉或灌溉不當(dāng)可能造成溫濕度的不當(dāng)，從而對(duì)作物生長(zhǎng)不利還會(huì)增加病蟲害。隨著傳感器的發(fā)展,可以利用傳感器將溫度和相對(duì)濕度非電信號(hào)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電信號(hào),從而便于測(cè)控,這種方法省力、耗能小、準(zhǔn)確,能在空氣中溫濕度不合理時(shí)采取相應(yīng)的補(bǔ)救措施。解決了人工檢測(cè)的不準(zhǔn)確性和經(jīng)驗(yàn)性。目前，溫濕度傳感器正朝著集成化、智能化、系統(tǒng)化的方向發(fā)展；與此同時(shí)，溫濕度測(cè)量技術(shù)也在不斷進(jìn)步。在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、氣象、環(huán)保、國(guó)防、科研、航天等部門，經(jīng)常需要對(duì)環(huán)境溫度與濕度進(jìn)行測(cè)量及控制。準(zhǔn)確測(cè)量溫濕度對(duì)于生物制藥、食品加工、造紙等行業(yè)更是至關(guān)重要的。相比之下，測(cè)量濕度要比測(cè)量溫度更復(fù)雜，這是因?yàn)闇囟仁莻€(gè)獨(dú)立的被測(cè)量，而濕度卻受大氣壓強(qiáng)和溫度的影響。本文利用集成溫濕度傳感器HM1500的測(cè)溫快速、使用簡(jiǎn)便等特點(diǎn)，同時(shí)結(jié)合AT89C51片機(jī)強(qiáng)大的功能，設(shè)計(jì)了一個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)來對(duì)溫濕度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控以進(jìn)行超限報(bào)警。12本課題的主要工作本溫濕度采集系統(tǒng)通過RS485總線相關(guān)的協(xié)議實(shí)現(xiàn)與智能傳感器相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了溫濕度數(shù)據(jù)采集器接收上位機(jī)通過RS485總線下傳的命令，主要使上位機(jī)完成的數(shù)據(jù)接收數(shù)據(jù)采集；啟動(dòng)溫濕度傳感器；然后通過總線接收傳輸?shù)臏貪穸葦?shù)據(jù)，采集器把上位機(jī)下傳的命令通過單總線下傳給溫、濕度傳感器，然后通過單總線接收傳感器的溫、濕度數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)以單片機(jī)AT89C51為核心，數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、顯示以及上傳至計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理都要通過單片機(jī)。數(shù)據(jù)采集通過單總線的智能溫濕度傳感器SHT11完成；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)完成；本系統(tǒng)通過RS485相關(guān)的協(xié)議實(shí)現(xiàn)與智能傳感器實(shí)現(xiàn)上位機(jī)溫濕度數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)采集和處理，主要使上位機(jī)完成的數(shù)據(jù)接收數(shù)據(jù)采集；啟動(dòng)溫濕度傳感器；然后通過總線接收傳輸?shù)臏貪穸葦?shù)據(jù)。在整個(gè)系統(tǒng)中采用了多種總線、協(xié)議技術(shù)，如智能溫濕度傳感器SHT11的單總線技術(shù)、存儲(chǔ)擴(kuò)展的I2C總線技術(shù)、單片機(jī)和計(jì)算機(jī)連接的RS485協(xié)議技術(shù)等。如圖1所示本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集器的核心部件為單片機(jī)，主要完成對(duì)其所連接傳感器件的測(cè)量與控制以及與主機(jī)的通信等功能。各采集器以網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)的方式掛接到RS485傳輸網(wǎng)絡(luò)上，傳輸距離遠(yuǎn)，還可有效的抑制共模干擾。本設(shè)計(jì)中的RS232/RS458轉(zhuǎn)換器用來實(shí)現(xiàn)RS485總線網(wǎng)絡(luò)與主機(jī)RS232串口通信的相互轉(zhuǎn)換。系統(tǒng)中為主機(jī)與各采集器之間的數(shù)據(jù)通信制定了完備的通信協(xié)議。數(shù)據(jù)采集板1數(shù)據(jù)采集板2數(shù)據(jù)采集板32數(shù)據(jù)采集板31數(shù)據(jù)采集板20RS232RS485網(wǎng)絡(luò)RS232/RS485轉(zhuǎn)換器下位機(jī)PC機(jī)（上位機(jī)）打印機(jī)蜂鳴器圖1基于RS485溫濕度采集整體框圖系統(tǒng)中每臺(tái)采集模塊都有一個(gè)唯一且固定的地址編碼。由于系統(tǒng)的主機(jī)與下位機(jī)之間采用半雙工的RS485通信標(biāo)準(zhǔn)，所以主機(jī)采用問答式的通信方式，通過不同的地址編碼逐一同下層的采集模塊通信。作為主機(jī)的工控機(jī)以命令的方式對(duì)下層的采集器統(tǒng)一管理，采集模塊上傳采集到的溫濕度數(shù)據(jù)，主機(jī)與各采集模塊之間的通信通道校驗(yàn)等，它們均要求被主機(jī)選中的采集模塊上傳應(yīng)答信號(hào)，以確保通信。上位機(jī)把采集到的溫濕度值通過應(yīng)用程序管理界面顯示給用戶，用戶可通過該界面設(shè)置每一個(gè)測(cè)試點(diǎn)的報(bào)警上限和下限。當(dāng)采集回來的溫濕度值超過其對(duì)應(yīng)測(cè)試點(diǎn)的報(bào)警上下限時(shí)，系統(tǒng)給出報(bào)警信號(hào)。為了實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，主機(jī)是定時(shí)向各采集模塊發(fā)出溫濕度數(shù)據(jù)采集與讀回命令的，傳送回來的溫濕度數(shù)據(jù)以動(dòng)態(tài)刷新的形式直觀的顯示在主機(jī)的用戶管理界面上，用戶可根據(jù)需要在界面上直接設(shè)置發(fā)送采集數(shù)據(jù)與讀回命令以及數(shù)據(jù)刷新的時(shí)間間隔。為了保證傳輸數(shù)據(jù)的可靠性，所有的命令和數(shù)據(jù)傳輸都制定了嚴(yán)格的通信協(xié)議。系統(tǒng)會(huì)定時(shí)將采集結(jié)果存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中，以供今后的數(shù)據(jù)分析使用，該記錄時(shí)間間隔也可由用戶根據(jù)需要在界面上直接設(shè)置。13溫濕度數(shù)據(jù)采集器的設(shè)計(jì)總體分析本系統(tǒng)中溫濕度數(shù)據(jù)采集器主要完成以下一系列的工作上位機(jī)接收通過RS485總線下傳的命令，采集器把上位機(jī)下傳的命令通過單總線下傳給溫、濕度傳感器，然后通過單總線接收傳感器的溫、濕度數(shù)據(jù)。通信時(shí)各機(jī)之間必須以相同的幀格式及波特率進(jìn)行通信。通信協(xié)議中，幀格式和波特率的選擇，它關(guān)系到通信的效率，傳輸?shù)木嚯x和通信的可靠性，是串行通信中的一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)。根據(jù)通信距離和通信速率的要求，綜合考慮，在實(shí)驗(yàn)中，我們將波特率設(shè)置為9600BPS。采集器結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示P00P01P02P03P04P05P06P07P20P27RXDTXDRX485采集器地址選擇SHT11看門狗P10P11P12P13P14P15P16P17AT89C51圖2數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)框圖由圖2及可以看出，數(shù)據(jù)采集器以單片機(jī)為核心，本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)包括單片機(jī)看門狗和采集器地址選擇開關(guān)電路軟件設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)采集器軟件設(shè)計(jì)、RS485通信件設(shè)計(jì)。下幾章分別介紹上述每個(gè)單元軟件相關(guān)設(shè)計(jì)。下面是整個(gè)系統(tǒng)的流程圖，如圖3所示由圖3可知，整個(gè)系統(tǒng)在溫濕度采集系統(tǒng)是通過RS485通信有緊密關(guān)系的，濕度數(shù)據(jù)采集器主要完成以下一系列的工作接收上位機(jī)通RS485總線下傳的命令，首先要對(duì)溫濕度進(jìn)行采集，開始時(shí)應(yīng)上電初始化，在通過RS485網(wǎng)絡(luò)接收數(shù)據(jù)，對(duì)采集的數(shù)據(jù)的地址進(jìn)行地址校驗(yàn)。通信通道校驗(yàn)命令，所有的命令都需要采集器返回應(yīng)答信號(hào)，以表明采集器的工作狀態(tài)。采集器把上位機(jī)下傳的命令通過單總線下傳給溫、濕度傳感器，然后通過單總線接收傳感器的溫、濕度數(shù)據(jù)。2單片機(jī)控制系統(tǒng)電路軟件設(shè)計(jì)21AT89C51單片機(jī)本系統(tǒng)采用的AT89C51是一個(gè)低功耗，高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含4KBYTES的FLASH只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISPFLASH存儲(chǔ)單元。AT89S51具有如下特點(diǎn)40個(gè)引腳，4KBYTESFLASH片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，128BYTES的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM,32個(gè)外部雙向輸入/輸出I/O口，5個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)2層中斷嵌套中斷，2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器，2個(gè)全雙工串行通信口，看門狗WDT電路，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。圖3主程序流程圖單片機(jī)有4個(gè)I/0端口，每個(gè)端口都是8位雙向口，共占32根引腳。每個(gè)端口都包括一個(gè)鎖存器即專用寄存器POP3、一個(gè)輸入驅(qū)動(dòng)器和輸入緩沖器。通常把4個(gè)端口稱為POP3。在無片外擴(kuò)展的存儲(chǔ)器的系統(tǒng)中，這4個(gè)端口的每一位都可以作為雙向通用I/0端口使用。在具有片外擴(kuò)展存儲(chǔ)器的系統(tǒng)中，P2口作為高8位地址線，PO口分時(shí)作為低8位地址線和雙向數(shù)據(jù)總線。在作為一般的通用1/0輸入時(shí)，都必須先向鎖存器寫入“1“，以免誤讀數(shù)據(jù)。22單片機(jī)看門狗電路的軟件設(shè)計(jì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)情況復(fù)雜，電磁干擾嚴(yán)重，當(dāng)干擾信號(hào)進(jìn)入系統(tǒng)時(shí)，常導(dǎo)致程序的跑飛，而程序跑飛的根本原因是由于程序計(jì)數(shù)器PC錯(cuò)位引起的。在程序存儲(chǔ)器中，指令碼與存放指令碼的地址是一一對(duì)應(yīng)的，PC的內(nèi)容是要執(zhí)行的指令碼的址，若修改了PC的內(nèi)容，打破單片機(jī)的取指操作，導(dǎo)致程序的非正常運(yùn)行，甚至出現(xiàn)致命的故障。因此為了克服這一問題，在系統(tǒng)中采用看門狗電路監(jiān)視程序的運(yùn)行。若程序跑飛，則看門狗電路產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)，使單片機(jī)重新返回程序正常運(yùn)行狀態(tài)。為此，本設(shè)計(jì)選用X5045芯片大大簡(jiǎn)化了硬件設(shè)計(jì)，提高了系統(tǒng)的可靠性，減少了對(duì)印制電路板的空間要求，降低了成本和系統(tǒng)功耗，是一種理想的單片機(jī)外圍芯片。X5045看門狗電路具有多功能、反應(yīng)速度快、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。可以說X5045是一種性價(jià)比較高的電路芯片，并可非常方便地與許多常用CPU系列器件接口，非常適用于智能儀器、實(shí)時(shí)控制、微型化等場(chǎng)合。1X5045工作原理X5045是一種集上電復(fù)位、看門狗、電壓監(jiān)控和串行EEPROM四種功能于一身的可編程控制電路，它有助于簡(jiǎn)化應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，減少電路板的占用面積，提高可靠性。A上電復(fù)位X5045加電時(shí)會(huì)激活其內(nèi)部的上電復(fù)位電路，從而使RESET引腳有效。該信號(hào)可避免系統(tǒng)微處理器在電壓不足或振蕩器未穩(wěn)定的情況下工作。當(dāng)VCC超過器件的VTRIP限值時(shí)，電路將在200MS典型延時(shí)后釋放RESET以允許系統(tǒng)開始工作。B低電壓檢測(cè)工作時(shí)，X5045對(duì)VCC電平進(jìn)行監(jiān)測(cè)，若電源電壓跌落至預(yù)置的最小VTRIP以下時(shí)，系統(tǒng)即確認(rèn)RESET，從而避免微處理器在電源失效或斷開的情況下工作。當(dāng)RESET被確認(rèn)后，該RESET信號(hào)將一直保持有效，直到電壓跌到低于1V。而當(dāng)VCC返回并超過VTRIP達(dá)200MS時(shí)，系統(tǒng)重新開始工作。C看門狗定時(shí)器看門狗定時(shí)器的作用是通過監(jiān)視WDI輸入來監(jiān)視微處理器是否激活。由于微處理器必須周期性的觸發(fā)CS/WDI引腳以避免RESET信號(hào)激活而使電路復(fù)位，所以CS/WDI引腳必須在看門狗超時(shí)時(shí)間終止之前受到由高至低信號(hào)的觸發(fā)。（2）看門狗電路的軟件設(shè)計(jì)X5045芯片內(nèi)包含有一個(gè)看門狗定時(shí)器，可通過軟件預(yù)置系統(tǒng)的監(jiān)控時(shí)間。看門狗定時(shí)器的預(yù)置時(shí)間是通過X5045的狀態(tài)寄存器的相應(yīng)位來設(shè)定的。X5045狀態(tài)寄存器共有6位有含義，其中WD1、WD0和看門狗電路有關(guān)，其余位和EEPR0M的工作設(shè)置有關(guān)。WD10，WD00，預(yù)置時(shí)間為14SWD10，WD0I，預(yù)置時(shí)間為06SWD1L，WD00，預(yù)置時(shí)間為02S看門狗電路的定時(shí)時(shí)間長(zhǎng)短可由具體應(yīng)用程序的循環(huán)周期決定，通常比系統(tǒng)正常工作時(shí)最大循環(huán)周期的時(shí)間略長(zhǎng)即可。編程時(shí)，可在軟件的合適地方加一條喂狗指令，使看門狗的定時(shí)時(shí)間永遠(yuǎn)達(dá)不到預(yù)置時(shí)間，系統(tǒng)就不會(huì)復(fù)位而正常工作。當(dāng)系統(tǒng)跑飛，用軟件陷阱等別的方法無法捕捉回程序時(shí)，則看門狗定時(shí)時(shí)間很快增長(zhǎng)到預(yù)置時(shí)間，迫使系統(tǒng)復(fù)位。設(shè)計(jì)T0溢出所對(duì)應(yīng)的中斷服務(wù)程序。此子程序只須一條指令，即在T0對(duì)應(yīng)的中斷向量地址000BH寫入“無條件轉(zhuǎn)移“命令，把計(jì)算機(jī)拖回整個(gè)程序的第一行，對(duì)單片機(jī)重新進(jìn)行初始化并獲得正確的執(zhí)行順序圖4是看門狗喂狗程序流程圖，要隨時(shí)等待接收命令，要是所得的命令與接收的地址碼相同時(shí)，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，在進(jìn)入喂狗子程序，恢復(fù)系統(tǒng)后直接返回，繼續(xù)等待接收命令到狀態(tài)。系統(tǒng)中容易出現(xiàn)的問題只是溫濕度采集，及在溫濕度采集的安排喂狗的指令，如果在采集中程序跑飛，則單片機(jī)自動(dòng)復(fù)位。圖4看門狗喂狗程序流程圖在程序初始化中向看門狗寄存器（WDTRST地址是0A6H）中先寫入01EH，再寫入0E1H。即可激活看門狗。其程序段見附錄123采集器地址選擇電路軟件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)中可接入多個(gè)數(shù)據(jù)采集器，為了保證主機(jī)能夠分別與各個(gè)采集器進(jìn)行通信，必須為每個(gè)采集器設(shè)置一個(gè)地址，而且每個(gè)采集器的地址編碼在系統(tǒng)中都是唯一的。這個(gè)地址是通過采集器中AT89C51的P2口接入地址碼開關(guān)設(shè)置的，采集器初始化時(shí)會(huì)讀入該地址并保存在RAM中。如圖5所示其流程圖如下因?yàn)槊總€(gè)采集器的地址編碼是唯一的，系統(tǒng)中每臺(tái)采集模塊都有一個(gè)唯一且固定的地址編碼。由于系統(tǒng)的主機(jī)與下位機(jī)之間采用半雙工的RS485通信標(biāo)準(zhǔn)，所以主機(jī)采用問答式的通信方式，通過不同的地址編碼逐一同下層的采集模塊通信。作為主機(jī)的工控機(jī)以命令的方式對(duì)下層的采集器統(tǒng)一管理，采集模塊上傳采集到的溫濕度數(shù)據(jù)，主機(jī)與各采集模塊之間的通信通道校驗(yàn)等，它們均要求被主機(jī)選中的采集模塊上傳應(yīng)答信號(hào)，以確保通信。圖中采集器的地址編碼執(zhí)行以下程序才能確保每個(gè)唯一地址被采集，然后送給上位機(jī)。圖5采集地址程序流程圖3溫濕度采集系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、功耗低，且配有RS485通訊接口，可以獨(dú)立編址，因此可以組成現(xiàn)場(chǎng)溫濕多點(diǎn)檢測(cè)系統(tǒng)，能實(shí)現(xiàn)多次溫濕度的分布式檢測(cè)和集中式顯示、報(bào)警功能。其中每個(gè)溫濕度傳感器由一臺(tái)數(shù)據(jù)采集器控制，每臺(tái)數(shù)據(jù)采集器負(fù)責(zé)一定區(qū)域內(nèi)的溫濕度監(jiān)測(cè)。數(shù)據(jù)采集器的核心部件為單片機(jī)，主要完成對(duì)其所連接傳感器件的測(cè)量與控制以及與主機(jī)的通信等功能。各采集器以網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)的方式掛接到RS485傳輸網(wǎng)絡(luò)上，傳輸距離遠(yuǎn)，還可有效的抑制共模干擾。將RS232轉(zhuǎn)換成進(jìn)行多點(diǎn)通信的RS485方式被應(yīng)用到該系統(tǒng)中。RS485具有帶負(fù)載能力強(qiáng)，傳輸距離遠(yuǎn)（可達(dá)1200米），功耗小，傳輸速率高（最高可達(dá)1MBPS）等特點(diǎn)。設(shè)計(jì)中的RS232/RS458轉(zhuǎn)換器用來實(shí)現(xiàn)RS485總線網(wǎng)絡(luò)與主機(jī)RS232串口通信的相互轉(zhuǎn)換。此外，RS485收發(fā)器采用平衡發(fā)送和差分接收，因此具有很強(qiáng)的抑制共模干擾能力。每塊采集板所發(fā)送的數(shù)據(jù)采用的是RS485標(biāo)準(zhǔn)，主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)采用的是RS232標(biāo)準(zhǔn)，將系統(tǒng)中完成兩者之間轉(zhuǎn)換的模塊稱RS485/RS232模塊。本系統(tǒng)中溫濕度采集傳感器是起重要作用，根據(jù)實(shí)際需要本系統(tǒng)中選用SHT11溫濕度傳感器，其內(nèi)部原理下面將詳細(xì)介紹到。圖6現(xiàn)場(chǎng)溫濕四點(diǎn)檢測(cè)系統(tǒng)，本系統(tǒng)包括有一個(gè)主機(jī)、RS232/RS458轉(zhuǎn)換器、RS485總線和四個(gè)溫濕度采集點(diǎn)。圖6現(xiàn)場(chǎng)溫濕四點(diǎn)檢測(cè)系統(tǒng)31溫濕度傳感器SHT11是瑞士SCNSIRION公司推出的一款數(shù)字溫濕度傳感器芯片。該芯片廣泛應(yīng)用于暖通空調(diào)、汽車、消費(fèi)電子、自動(dòng)控制等領(lǐng)域。311STH11的內(nèi)部結(jié)構(gòu)SHT11是一款高度集成的溫度、濕度傳感器芯片,采用專利的CMOSENS技術(shù),提供全量程標(biāo)定的數(shù)字輸出。傳感器包括1只電容性聚合體濕度敏感元件和1只用能隙材料制成的溫度敏感元件,并在同一芯片上與14位的A/D轉(zhuǎn)換器以及串行接口電路實(shí)現(xiàn)無縫連接,芯片與外圍電路采用二線制連接而且,每個(gè)傳感器芯片都在極為精確的恒溫室中以鏡面冷凝式濕度計(jì)為參照進(jìn)行標(biāo)定,校準(zhǔn)系數(shù)以程序形式存儲(chǔ)在OTP內(nèi)存中。312STH11的通信協(xié)議微處理器采用二線串行數(shù)字接口和溫濕度傳感器芯片SHT11進(jìn)行通信，所以硬件接門設(shè)計(jì)非常簡(jiǎn)單；然而，通信協(xié)議是芯片廠家自己定義的，所以在軟件設(shè)計(jì)中，需要用微處理器通用I/O口模擬通信協(xié)議。微處理器和溫濕度傳感器通信采用串行二線接口SCK和DATA，其中SCK為時(shí)鐘線，DATA為數(shù)據(jù)線。該二線串行通信協(xié)議和I2C協(xié)議是不兼容的。在程序開始，微處理器需要用一組“啟動(dòng)傳輸“時(shí)序表示數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯?dòng)，如圖5，SCK時(shí)鐘為高電平時(shí)，DATA翻轉(zhuǎn)為低電平；緊接著SCK變?yōu)榈碗娖?，隨后又變?yōu)楦唠娖?；在SCK時(shí)鐘為高電平時(shí)，DATA再次翻轉(zhuǎn)為高電平。串行時(shí)鐘輸入（SCK）串行時(shí)鐘輸入應(yīng)用于母機(jī)與子機(jī)（SHT11）之間的同步通訊，串行數(shù)據(jù)（DATA）串行數(shù)據(jù)三態(tài)針用于芯片讀入與輸出數(shù)據(jù)，串行數(shù)據(jù)必須在下降沿后更新在串行時(shí)鐘上升沿有效，需要外部上拉電阻使信號(hào)升高，在微控制器I/O電路中常使用上拉電阻。初始化傳輸時(shí)，應(yīng)發(fā)出“傳輸開始”命令，命令包括串行時(shí)鐘高時(shí)，串行數(shù)據(jù)低；并在SCK為高時(shí)將DATA升高。在一個(gè)字節(jié)發(fā)送結(jié)束之后主機(jī)需要釋放DATA線，因?yàn)樵谙乱粋€(gè)SCK信號(hào)周期，SHT1L將會(huì)向DATA線發(fā)送一個(gè)握手應(yīng)答信號(hào)表示正確接收了一個(gè)字節(jié)。后一個(gè)命令順序包含三個(gè)地址位（目前只支持“000”）和5個(gè)命令位，通過DATA腳的ACK位處于低電位表示SHT11確收到命令。圖7傳輸開始”命令SHT11有其固定的協(xié)議。SHT11的命令為一個(gè)字節(jié)，高3位為器件地址位，由于不是標(biāo)準(zhǔn)的I2C總線，SHT11命令的地址位現(xiàn)在只有000可用，低5位為實(shí)際的命令代碼。如表1所示其中熱啟動(dòng)命令將使SHT11進(jìn)行復(fù)位，不但使通信接口復(fù)位，同時(shí)清除狀態(tài)寄存器內(nèi)容為默認(rèn)值SHT11熱啟動(dòng)過程所需時(shí)間最少為1LMS,所以熱啟動(dòng)以后需要等待1LMS以上才可以進(jìn)行下一步操作。在發(fā)送每一個(gè)命令之前需要有一個(gè)傳輸初始化信號(hào)，即一個(gè)傳輸起始序列由主機(jī)拉低DATA線，在DATA為低電平期間，SCK線發(fā)送一個(gè)高一低一高的序列。（1）連接復(fù)位順序如果與SHT11列傳感器的通訊中斷，下列信號(hào)順序會(huì)使串口復(fù)位當(dāng)使DATA線處于高電平時(shí)，觸發(fā)SCK9次以上（含9次），則必須隨后發(fā)一個(gè)前述的“傳輸開始”命令。表1SHT11命令代碼命令代碼預(yù)留000X溫度測(cè)量00011濕度測(cè)量00101讀狀態(tài)寄存器00111寫狀態(tài)寄存器00110預(yù)留0101X1110X軟復(fù)位、復(fù)位接口、清空狀態(tài)寄存器，即清空為默認(rèn)值下一次命令前等待至少11MS11110（2）測(cè)量分辨率默認(rèn)的測(cè)量分辨率分別為14BIT（溫度）、12BIT（濕度），也可分別降至12BIT和8BIT。通常在高速或超低功耗的應(yīng)用中采用該功能。（3）加熱當(dāng)接通芯片上的加熱元件后，傳感器溫度大約提高了5。功率消耗在5V電壓下提高8MA。應(yīng)用A通過接通傳感器前后的溫濕度值的變化，它的功能可以得到檢驗(yàn)。B在高濕度環(huán)境下加熱傳感器元件可避免冷凝。注意當(dāng)傳感器加熱時(shí)，內(nèi)置校準(zhǔn)并不正確。（4）SHT1X的特性工作條件運(yùn)行條件外的臨時(shí)偏移量為濕度信號(hào)的3RH。在回到正常工作條件后，它自動(dòng)回到校準(zhǔn)狀態(tài)。要加速這個(gè)過程。32溫濕度采集系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)濕度數(shù)據(jù)采集器主要完成以下一系列的工作接收上位機(jī)通RS485總線下傳的命令，首先要對(duì)溫濕度進(jìn)行采集，開始時(shí)應(yīng)上電初始化，在通過RS485網(wǎng)絡(luò)接受數(shù)據(jù)，對(duì)采集的數(shù)據(jù)的地址進(jìn)行計(jì)算。因?yàn)榻邮盏降臄?shù)據(jù)用二進(jìn)制表示，而在數(shù)碼管顯示一般用十進(jìn)制比較直觀而且方便，直接存儲(chǔ)起來，然后返回主程序。所有的命令都需要采集器返回應(yīng)答信號(hào)，以表明采集器的工作狀態(tài)。采集器把上位機(jī)下傳的命令通過單總線下傳給溫、濕度傳感器，然后通過單總線接收傳感器的溫、濕度數(shù)據(jù)如圖8所示圖8溫濕度數(shù)據(jù)采集流程圖4RS485通信的的軟件設(shè)計(jì)各個(gè)采集器能夠連接到RS485總線網(wǎng)絡(luò)上的前提是采集器上RS485總線接口電路的實(shí)現(xiàn)。RS485是應(yīng)遠(yuǎn)距離數(shù)字通信的需要而研究得到的一種支持多節(jié)點(diǎn)、遠(yuǎn)距離和接收靈敏度高的總線標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)是一種采用平衡傳輸方式的串行接口標(biāo)準(zhǔn)，由于采用平衡發(fā)送和差分接收，因此具有很高的抗共模干擾能力。接收器具有很高的靈敏度，能監(jiān)測(cè)到低達(dá)200MV的電壓，使傳輸數(shù)據(jù)能在千米以外得到恢復(fù)。當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸速率在100KBPS時(shí)，傳輸距離可達(dá)1200米,若傳輸速率下降，則傳送距離可以更遠(yuǎn)。該標(biāo)準(zhǔn)允許一對(duì)雙絞線上一個(gè)發(fā)送器驅(qū)動(dòng)多個(gè)負(fù)載設(shè)備，因此使用RS485總線僅用一對(duì)雙絞線就能實(shí)現(xiàn)多站聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成分布式系統(tǒng)。它以設(shè)備簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉以及能夠進(jìn)行長(zhǎng)距離可靠通信等特點(diǎn)，在各種工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。41MAX485簡(jiǎn)介MAX485是MAXIM公司生產(chǎn)的一種差分平衡型收發(fā)器芯片，是用于1VRL協(xié)議與485協(xié)議的轉(zhuǎn)換的小功率收發(fā)器，它含有一個(gè)驅(qū)動(dòng)器和一個(gè)接收器。單5V電源供電；工作電流在120500UA；低電流關(guān)機(jī)模式。消耗01UA電流；驅(qū)動(dòng)器有過載保護(hù)功能。411MAX485主要特點(diǎn)MAX485采用單一電源5V工作，額定電流為300A，采用半雙工通訊方式。它完成將TTL電平轉(zhuǎn)換為RS485電平的功能。MAX485芯片的結(jié)構(gòu)和引腳都非常簡(jiǎn)單,內(nèi)部含有一個(gè)驅(qū)動(dòng)器和接收器。RO和DI端分別為接收器的輸出和驅(qū)動(dòng)器的輸入端，與單片機(jī)連接時(shí)只需分別與單片機(jī)的RXD和TXD相連即可；/RE和DE端分別為接收和發(fā)送的使能端，當(dāng)/RE為邏輯0時(shí)，器件處于接收狀態(tài)；當(dāng)DE為邏輯1時(shí)，器件處于發(fā)送狀態(tài)，因?yàn)镸AX485工作在半雙工狀態(tài)，所以只需用單片機(jī)的一個(gè)管腳控制這兩個(gè)引腳即可；A端和B端分別為接收和發(fā)送的差分信號(hào)端,當(dāng)A引腳的電平高于B時(shí)，代表發(fā)送的數(shù)據(jù)為1；當(dāng)A的電平低于B端時(shí)，代表發(fā)送的數(shù)據(jù)為0。在與單片機(jī)連接時(shí)接線非常簡(jiǎn)單。只需要一個(gè)信號(hào)控制MAX485的接收和發(fā)送即可。同時(shí)將A和B端之間加匹配電阻，一般可選100的電阻。可以串行口取電，可以驅(qū)動(dòng)MAX232與MAX485實(shí)現(xiàn)通信。沒加負(fù)載時(shí)電壓有516V，加負(fù)載后降制3V左右。412MAX485主要技術(shù)性能MAX485是一個(gè)8腳芯片，（1RO為接收器輸出若AB200MA，則RO1；若AB/MICROCONTROLLERSPECIFICLIBRARY,EGPORTDEFINITIONSINCLUDE/KEILLIBRARYISUSEDFOR_NOP_OPERATIONINCLUDE/KEILLIBRARYINCLUDE/KEILLIBRARYTYPEDEFUNIONUNSIGNEDINTIFLOATFVALUE/MODULVAR/ENUMTEMP,HUMIDEFINEDATAP1_1DEFINESCKP1_0DEFINENOACK0DEFINEACK1/ADRCOMMANDR/WDEFINESTATUS_REG_W0X06/00000110DEFINESTATUS_REG_R0X07/00000111DEFINEMEASURE_TEMP0X03/00000011DEFINEMEASURE_HUMI0X05/00000101DEFINERESET0X1E/00011110/CHARS_WRITE_BYTEUNSIGNEDCHARVALUE/WRITESABYTEONTHESENSIBUSANDCHECKSTHEACKNOWLEDGEUNSIGNEDCHARI,ERROR0FORI0X80I0I/2/SHIFTBITFORMASKINGIFI/MASKINGVALUEWITHI,WRITETOSENSIBUSELSEDATA0SCK1/CLKFORSENSIBUS_NOP_NOP_NOP_/PULSWITHAPPROX5USSCK0DATA