基于單片機(jī)的溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)摘要隨著人們的生活及其生產(chǎn)水平的不斷提高，對(duì)生活環(huán)境和生產(chǎn)環(huán)境的要求就顯的尤為重要,溫濕度的控制就是一個(gè)典型的例子，因此溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)就是現(xiàn)代生產(chǎn)生活中應(yīng)運(yùn)而生的一種智能、快捷、方便可靠的檢測(cè)系統(tǒng)，特別是在工業(yè)生產(chǎn)中如果檢測(cè)得不準(zhǔn)確就會(huì)發(fā)生許多的生產(chǎn)事故。如化工生產(chǎn)中對(duì)溫度的檢測(cè)不當(dāng)就會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)效率的降低和產(chǎn)品質(zhì)量的下降。而現(xiàn)在所使用的溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)通常都是精度為1或01的水銀、煤油或酒精溫度計(jì)進(jìn)行的溫度檢測(cè)和用傳統(tǒng)的物理模擬量的方法進(jìn)行的濕度檢測(cè)。這些溫濕度檢測(cè)計(jì)的刻度間隔通常都很密，不容易準(zhǔn)確分辨，讀數(shù)困難，而且他們的熱容量還比較大，達(dá)到熱平衡所需的時(shí)間較長(zhǎng)，因此很難讀準(zhǔn)，并且使用非常不方便。要為現(xiàn)代人工作、科研、生活提供更好的更方便的設(shè)施就需要從單片機(jī)技術(shù)入手，一切向著數(shù)字化控制，智能化控制方向發(fā)展。本設(shè)計(jì)是以單片機(jī)（AT89S52）為核心，配合溫度傳感器（DS18B20）和濕度傳感器HIH3610，以及相關(guān)的外圍電路組成的檢測(cè)系統(tǒng)，可以接收所測(cè)環(huán)境的溫度和濕度信號(hào)，檢測(cè)人員可以通過(guò)數(shù)碼管顯示的數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)監(jiān)控環(huán)境的溫度和濕度情況。所有的測(cè)量操作都可以通過(guò)主機(jī)控制軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，溫度和濕度傳感器得到的測(cè)量信號(hào)，經(jīng)電路轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，然后濕度通過(guò)光電耦合送到單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，經(jīng)軟件分析處理后送顯示裝置。本系統(tǒng)是硬件設(shè)計(jì),可靠性高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)了對(duì)溫濕度的自動(dòng)調(diào)節(jié)。系統(tǒng)還應(yīng)用RS232與上位機(jī)相連接，可以設(shè)置自動(dòng)記錄溫度、濕度的相關(guān)的參數(shù)，也可以設(shè)置每隔一定的時(shí)間自動(dòng)記錄，可用在氣象的觀察方面。關(guān)鍵詞AT89S52單片機(jī)，溫度傳感器，濕度傳感器，LED顯示DESIGNOFTEMPERATUREANDHUMIDITYDETECTIONHARDWARESYSTEMBASEDONMICROPROCCESSORABSTRACTASPEOPLESLIVINGANDPRODUCTIONLEVELSCONTINUETOIMPROVE,LIVINGENVIRONMENTANDPRODUCTIONENVIRONMENTFORTHEREQUIREMENTSOFMOSTIMPORTANCETOPEOPLETEMPERATUREANDHUMIDITYCONTROLISATYPICALEXAMPLE,THETEMPERATUREANDHUMIDITYDETECTIONSYSTEMCAMEINTOBEINGOFMODERNPRODUCTIONANDLIFEOFASMART,FAST,CONVENIENTANDRELIABLEDETECTIONSYSTEMS,PARTICULARLYINTHEINDUSTRIALPRODUCTIONWILLOCCURIFTHETESTWASNOTPRECISEMANYINDUSTRIALACCIDENTSSUCHASCHEMICALPRODUCTIONINTHEDETECTIONOFIMPROPERTEMPERATURECANCAUSEREDUCEDPRODUCTIVITYANDPRODUCTQUALITYDECLINEANDNOWTHETEMPERATUREANDHUMIDITYDETECTIONSYSTEMUSEDISUSUALLYANACCURACYOF01OR1MERCURY,KEROSENEORALCOHOLTHERMOMETERFORTEMPERATUREMEASUREMENTANDTHEUSEOFTRADITIONALMETHODSOFPHYSICALANALOGHUMIDITYTESTINGTHETOTALSCALEOFTEMPERATUREANDHUMIDITYTESTINGISUSUALLYVERYCLOSEINTERVALS,NOTEASYTOACCURATELYDISTINGUISH,READINGDIFFICULTIES,ANDTHEIRRELATIVELYLARGEHEATCAPACITY,THETIMEREQUIREDTOREACHTHERMALEQUILIBRIUMLONGER,MAKINGITDIFFICULTTOREADACCURATE,ANDVERYINCONVENIENTTOUSEWORKFORMODERN,SCIENTIFICRESEARCHANDTOPROVIDEBETTERANDMORECONVENIENTFACILITIESNEEDTOSTARTFROMASINGLECHIPTECHNOLOGY,ALLTOWARDTHEDIGITALCONTROL,INTELLIGENTCONTROLDIRECTIONTHEDESIGNISBASEDONMICROCONTROLLERAT89S52ASTHECORE,WITHTHETEMPERATURESENSORDS18B20ANDTHEHUMIDITYSENSORHIH3610,ANDRELATEDPERIPHERALCIRCUITSOFTHEDETECTIONSYSTEM,CANRECEIVETHEMEASUREDSIGNALISTEMPERATUREANDHUMIDITYENVIRONMENT,INSPECTORSCANTHROUGHTHEDIGITALDISPLAYOFDATA,REALTIMEMONITORINGTHEENVIRONMENTTEMPERATUREANDHUMIDITYCONDITIONSALLOFTHEMEASUREMENTOPERATIONCANBEACHIEVEDBYTHEHOSTCONTROLSOFTWARE,TEMPERATUREANDHUMIDITYSENSORSAREMEASURINGTHESIGNAL,THECIRCUITISCONVERTEDTOELECTRICALSIGNALS,THENAMPLIFIEDBYACERTAINCHIPCONVERTERTOTHEMICROCONTROLLERFORDATAPROCESSING,THESOFTWAREANALYSISDISPLAYDEVICEPROCESSINGEVACUATIONTHESYSTEMINCLUDESHARDWAREANDSOFTWAREDESIGN,HIGHRELIABILITY,SIMPLESTRUCTURETOREALIZETHEAUTOMATICADJUSTMENTOFTEMPERATUREANDHUMIDITYAPPLICATIONRS232SYSTEMALSOISCONNECTEDWITHTHEHOSTCOMPUTER,YOUCANSETUPAUTOMATICRECORDINGOFTEMPERATURE,HUMIDITYRELATEDPARAMETERSCANALSOBESETAUTOMATICALLYRECORDSTHETIMEINTERVALSCANBEUSEDINTERMSOFMETEOROLOGICALOBSERVATIONKEYWORDSAT89S52MICROCONTROLLER,TEMPERATURESENSOR,HUMIDITYSENSOR,LEDDISPLAY目錄摘要IABSTRACTII1緒論111課題的研究背景112溫濕度傳感器技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)113本課程設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容314本論文結(jié)構(gòu)32系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)521系統(tǒng)功能的設(shè)計(jì)522系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則523系統(tǒng)總方案的選定6231主控制器方案的選型624系統(tǒng)組成框圖93系統(tǒng)的工作原理1131傳感器的基本特性11311傳感器的靜態(tài)特性11312傳感器的動(dòng)態(tài)特性1132溫度傳感器11321DS18B20的測(cè)溫原理1233濕度傳感器14331主要特性1534單片機(jī)AT89S521635RS232C接口1936數(shù)碼管的顯示204系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和連接2141主控模塊2142顯示模塊2143光電耦合2144溫度和濕度采集模塊22441DS18B20溫度傳感器與單片機(jī)的連接22442濕度信號(hào)采集的設(shè)計(jì)2245輸出驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)2346與上位機(jī)相連電路的設(shè)計(jì)2447電源電路的設(shè)計(jì)2448報(bào)警電路設(shè)計(jì)255總結(jié)與展望26致謝28參考文獻(xiàn)29附錄301緒論11課題的研究背景工業(yè)生產(chǎn)中有些場(chǎng)合需要使用精密的機(jī)臺(tái)設(shè)備，這些設(shè)備的精密度高、價(jià)格高，因此為了保證產(chǎn)品的質(zhì)量及機(jī)臺(tái)的使用壽命，對(duì)其環(huán)境的要求也很高，尤其的是對(duì)溫度、濕度的控制。隨著信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展及工業(yè)化的進(jìn)步,溫度和濕度不僅僅表現(xiàn)在以上幾個(gè)方面直接或間接影響著人類基本生活條件,還表現(xiàn)在對(duì)生物制品、醫(yī)藥衛(wèi)生、科學(xué)研究、國(guó)防建設(shè)等方面的影響。針對(duì)以上情況，研制可靠且實(shí)用的溫濕度控制器顯得非常重要。常用溫濕度傳感器的非線性輸出及一致性較差，使溫濕度的測(cè)量方法和手段相對(duì)較復(fù)雜，且給電路的調(diào)試帶來(lái)很大的困難。傳統(tǒng)的溫濕度測(cè)量多采用模擬小信號(hào)傳感器，不僅信號(hào)調(diào)理電路復(fù)雜，且溫濕度值的標(biāo)定過(guò)程也極其復(fù)雜，并需要使用昂貴的標(biāo)定儀器設(shè)備。因此對(duì)于溫濕度控制器的設(shè)計(jì)有著很大的現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)意義。本文設(shè)計(jì)的是基于單片機(jī)AT89S52的溫濕度檢測(cè)和控制系統(tǒng)，主要以廣泛應(yīng)用的DS18B20和HIH3610作為溫度和濕度的檢測(cè)，該儀器具有測(cè)量精度高、硬件電路簡(jiǎn)單、并能很好的進(jìn)行顯示，可測(cè)試不同環(huán)境溫濕度的特點(diǎn)。另外和控制電路相連，可以進(jìn)行加濕電路和除濕電路的控制，使溫度和濕度參數(shù)在預(yù)先設(shè)定的范圍內(nèi)，不需要人的直接參與。本系統(tǒng)還通過(guò)RS232和上位機(jī)相連，可以設(shè)置每隔一定的時(shí)間進(jìn)行溫度和濕度的采集，上傳到上位機(jī)，以供查詢。12溫濕度傳感器技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)在后工業(yè)化時(shí)代，信息技術(shù)對(duì)社會(huì)的發(fā)展及科技的進(jìn)步起了決定性作用，傳感器技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)構(gòu)成了信息技術(shù)的三大支柱。傳感器技術(shù)是2L世紀(jì)人們?cè)诟咝录夹g(shù)發(fā)展方面爭(zhēng)奪的一個(gè)制高點(diǎn)，各發(fā)達(dá)國(guó)家都將傳感器技術(shù)視為現(xiàn)代高新技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵。從20世紀(jì)80年代起，日本就將傳感器技術(shù)列為優(yōu)先發(fā)展的高新技術(shù)之首，美國(guó)等西方國(guó)家也將此技術(shù)列為國(guó)家科技和國(guó)防技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)內(nèi)容。我國(guó)從20世紀(jì)80年代以來(lái)也已將傳感器技術(shù)列入國(guó)家高新技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)。21世紀(jì)是人類全面進(jìn)入信息電子化的時(shí)代，作為現(xiàn)代信息技術(shù)三大支柱之一的傳感器技術(shù)必將得到較大的發(fā)展。傳統(tǒng)的溫度測(cè)量是從金屬物質(zhì)的熱脹冷縮開始。水銀溫度計(jì)至今仍是各種溫度測(cè)量的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)?？墒撬娜秉c(diǎn)是只能近距離觀測(cè)，而且有毒。代替它的有酒精溫度計(jì)和金屬簧片溫度計(jì)，它們雖然沒有毒性，但測(cè)量精度很低。在電氣時(shí)代主要發(fā)展了金屬熱敏電阻。如銅電阻、鎳電阻、鉑電阻等，它們的特點(diǎn)是穩(wěn)定性好、耐高溫，如鉑電阻有的可達(dá)六、七百度。但它們的缺點(diǎn)是靈敏度低，當(dāng)傳輸線路長(zhǎng)短不等時(shí)，需要進(jìn)行溫度補(bǔ)償。熱敏電阻的另一分支是金屬氧化物半導(dǎo)體型熱敏電阻，作為測(cè)溫用的是負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻NTC,它由多種金屬氧化物粉混合燒結(jié)而成，其主要優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高。過(guò)去的缺點(diǎn)是一致性差，現(xiàn)由于改進(jìn)配方問(wèn)題基本解決，測(cè)量精度可達(dá)01以內(nèi)，能滿足工業(yè)要求。更高溫度測(cè)量需使用熱電耦。該類熱電偶最高測(cè)量溫度可達(dá)3000，是目前冶煉不可缺少的儀器設(shè)備。不過(guò)它的缺點(diǎn)是線性不好，冷端需要溫度補(bǔ)償3。近年發(fā)展起來(lái)的有PN結(jié)測(cè)溫器件。這類器件的優(yōu)點(diǎn)是在50150范圍內(nèi)有良好的特性，體積小、響應(yīng)時(shí)間快、價(jià)格低。但它的缺點(diǎn)是一致性差、不易做到互換，而且PN結(jié)易受外界、幅射的影響，穩(wěn)定性難以保證。石英晶體溫度檢測(cè)器的測(cè)量精度較高，一般可檢測(cè)到0001，可作標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)之用。光纖傳感器技術(shù)是本世紀(jì)70年代末發(fā)展起來(lái)的一門嶄新的技術(shù)，已開發(fā)了開關(guān)式溫度檢測(cè)器、輻射式溫度檢測(cè)器等多種實(shí)用型的品種。檢測(cè)精度在1以內(nèi)，測(cè)溫范圍可以從絕對(duì)02000。激光測(cè)溫特別適于遠(yuǎn)程測(cè)量和特殊環(huán)境下的溫度測(cè)量。用氦氖激光源的激光作反射計(jì)，可測(cè)很高的溫度，精度達(dá)1；用激光干涉和散射原理制作的溫度檢測(cè)器可測(cè)量更高的溫度，上限可達(dá)3000，專門用于核聚變研究，但在工業(yè)上應(yīng)用還需進(jìn)一步開發(fā)和實(shí)驗(yàn)。微波波溫度檢測(cè)器是利用在不同溫度下，溫度與控制電壓成線性關(guān)系的原理制成的。這種檢測(cè)器的靈敏度為250KHZ/，精度為1左右，檢測(cè)范圍為201400。近幾年來(lái)，隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)測(cè)試技術(shù)（ATE）的發(fā)展，人們開發(fā)出將溫度傳感器和數(shù)字電路集成在一起的新型數(shù)字式集成溫度傳感器。數(shù)字式溫度傳感器內(nèi)部都包含溫度傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器、信號(hào)處理器、存儲(chǔ)器（或寄存器）和接口電路，有的產(chǎn)品還帶多路選擇器、中央控制器（CPU）、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）和只讀存儲(chǔ)器（ROM）。與模擬傳感器相比，數(shù)字式傳感器在精度、分辨率、可靠性、抗干擾能力以及器件微小化方面都有明顯的優(yōu)點(diǎn)，由于采用數(shù)字反饋方式，比較器的失調(diào)電壓和零點(diǎn)漂移不會(huì)影響溫度的轉(zhuǎn)換精度，而且，輸出的溫度數(shù)據(jù)和相關(guān)的溫度控制量可以適配各種微控制器。目前，數(shù)字式溫度傳感器的總線技術(shù)已實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化，主要有單線（1WIRE）總線、總線、SMBUS總線和SPI總線。溫度傳感器做為從機(jī)2可通過(guò)專用總線接口與主機(jī)進(jìn)行通信。受半導(dǎo)體器件本身限制，數(shù)字式傳感器還存在一些不夠理想的地方。比如實(shí)際應(yīng)用時(shí)需加修正值，測(cè)溫范圍不寬，一般為50L50。雖然存在一些不足，但是充分利用微處理器技術(shù)發(fā)展數(shù)字化、集成化和自動(dòng)化的溫度傳感器仍是溫度傳感器的發(fā)展方向之一。國(guó)外在濕度傳感器研制方面起步較早，目前日本、德國(guó)、美國(guó)處于國(guó)際領(lǐng)先地位，測(cè)量范圍可實(shí)現(xiàn)全濕范圍測(cè)量，且精度可達(dá)到2RH。國(guó)內(nèi)濕度傳感器研制與生產(chǎn)方面，開始于二十世紀(jì)八十年代，且研究單位多于生產(chǎn)廠家，多數(shù)從事電解質(zhì)、陶瓷類以及高分子類傳感器的研制與開發(fā)。近幾年，國(guó)外濕度傳感器有了較大的發(fā)展，特別是電阻式濕度傳感器發(fā)展更快，人們不僅在電阻式陶瓷濕度傳感器特性方面做了大量工作，而且在高分子電阻式濕度傳感器上做出可喜的研究成果，這種傳感器穩(wěn)定性好、精度高、響應(yīng)特性優(yōu)，這是應(yīng)當(dāng)引以重視的技術(shù)動(dòng)向。根據(jù)工業(yè)自動(dòng)化控制的需要，國(guó)內(nèi)外正在開展新一代濕度傳感器的研制與開發(fā)。目前，濕度傳感器正從簡(jiǎn)單的濕敏元件向集成化、智能化、多參數(shù)檢測(cè)的方向迅速發(fā)展，為開發(fā)新一代濕度、溫度測(cè)控系統(tǒng)創(chuàng)造了有利條件，也將濕度測(cè)量技術(shù)提高到新的水平。隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)和光通信技術(shù)的發(fā)展，信息的傳輸、處理技術(shù)有了突破性的進(jìn)展，發(fā)展相對(duì)滯后的傳感器技術(shù)業(yè)已得到全世界的普遍重視。因此，今后一個(gè)時(shí)期傳感技術(shù)將成為人們研究的新熱點(diǎn)，并有可能形成較大產(chǎn)業(yè)。傳感器技術(shù)未來(lái)將向以下幾個(gè)方面發(fā)展（1）高精確度。為了提高測(cè)控精度，必須使傳感器的精度盡可能地高。（2）小型化。很多測(cè)試場(chǎng)合要求傳感器具有盡可能小的尺寸。（3）多功能集成化。研究多功能集成傳感器是傳感器發(fā)展的一個(gè)重要方向。有兩種類型。一種是將傳感器、放大器及溫度補(bǔ)償電路等集成在同一芯片上，減小體積，增強(qiáng)了抗干擾能力。另一種是在一個(gè)芯片上集成多種功能敏感元件或同一功能的多個(gè)敏感元件。例如溫濕度一體化傳感器，一個(gè)芯片可同時(shí)檢測(cè)溫度和濕度。（4）數(shù)字化。為了使傳感器與計(jì)算機(jī)直接接口，致力于數(shù)字式傳感器研究是很重要的。（5）智能化。這種傳感器一般是計(jì)算機(jī)與傳感器相結(jié)合的復(fù)雜系統(tǒng)。它兼有檢測(cè)、信息處理、推理、聯(lián)想和控制等各種功能，重點(diǎn)是具有邏輯功能，是傳統(tǒng)傳感器無(wú)法比擬的。智能傳感器的出現(xiàn)將是傳感技術(shù)中的一次飛躍。13本課程設(shè)計(jì)的主要內(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的設(shè)計(jì)，三是單片機(jī)及通信接口的硬件電路設(shè)計(jì)。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)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)（1）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)。（2）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)采集據(jù)。（3）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)性都有很大的提高。（4）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)據(jù)插值算法。（5）利用蜂鳴器，超限報(bào)警。14本論文結(jié)構(gòu)本論文共有五章，分別對(duì)無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)部分和監(jiān)控軟件部分進(jìn)行詳細(xì)的介紹。第一章緒論，介紹溫濕度傳感器的發(fā)展?fàn)顩r。第二章是系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案的確定，溫濕度傳感器，單片機(jī)，顯示模塊的選擇。第三章是對(duì)檢測(cè)系統(tǒng)的硬件電路功能描述，包括溫度信號(hào)采集模塊、濕度采集模塊、單片機(jī)、溫度報(bào)警模塊等。第四章是系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和連接，包括顯示模塊的連接、溫度和濕度采集模塊和單片機(jī)的連接、報(bào)警電路的設(shè)計(jì)等。第五章是總結(jié)與展望。2系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)該系統(tǒng)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、顯示電路、蜂鳴器報(bào)警電路，與上機(jī)位連接電路。選用的主要器件有溫度傳感器DS18B20，濕度傳感器HIH3610，單片機(jī)AT89S52，6數(shù)碼管顯示模塊，MAX232，集成定時(shí)器555芯片等。21系統(tǒng)功能的設(shè)計(jì)系統(tǒng)要完成的設(shè)計(jì)功能如下（1）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。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。（2）實(shí)現(xiàn)超限數(shù)據(jù)的及時(shí)報(bào)警。（3）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。并具有存儲(chǔ)、遠(yuǎn)程通信功能。（4）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。（5）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。要求達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)測(cè)溫范圍20100測(cè)溫精度05測(cè)濕范圍0100RH測(cè)濕精度25RH22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。23系統(tǒng)總方案的選定231主控制器方案的選型單片機(jī)的選擇單片機(jī)是系統(tǒng)的控制核心，所以單片機(jī)的性能關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的好壞。因此單片機(jī)的選擇，對(duì)所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)以及功能的擴(kuò)展有著很大的影響。單片機(jī)種類很多，在眾多51系列單片機(jī)中，較為常用的是ATMEL公司的AT89C51和AT89S52單片機(jī)，AT89C51片內(nèi)4K，ROM是FLASH工藝的，使用專用的編程器自己就可以隨時(shí)對(duì)單片機(jī)進(jìn)行電擦除和改寫，片內(nèi)有128字節(jié)的RAM。而AT89S52含有在系統(tǒng)可編程的FLASH存儲(chǔ)器，片內(nèi)有8K閃存，RAM的容量也較AT89C51大，為256字節(jié)。顯然這種單片機(jī)優(yōu)點(diǎn)更多，開發(fā)時(shí)間也大為縮短。因此，在本次設(shè)計(jì)中選用了ATMEL公司的AT89S52單片機(jī)。溫度傳感器選用隨著溫度傳感器智能化、集成化技術(shù)的進(jìn)步，數(shù)字式溫度傳感器也得到了快速發(fā)展，世界上許多公司推出了新型的數(shù)字溫度傳感器系列。這些產(chǎn)品的出現(xiàn)極大的豐富了設(shè)計(jì)工程師的選擇對(duì)象。在如此眾多的產(chǎn)品中選擇出合適的器件，應(yīng)該把握以下幾點(diǎn)外圍電路應(yīng)該盡量簡(jiǎn)單；測(cè)溫的精度、分辨率要合適，以便減少不必要的電路和軟件開發(fā)成本；溫度傳感器采用的總線負(fù)載能力如何，能否滿足多點(diǎn)測(cè)溫的需要；占用MCU的I/O引腳數(shù)情況如何，因?yàn)镸CU的系統(tǒng)資源非常寶貴，輸入通道有限，多點(diǎn)溫度測(cè)量時(shí)，如果測(cè)量的點(diǎn)數(shù)超過(guò)了輸入通道時(shí)，就要添加多路復(fù)用器，這將增加成本和開發(fā)時(shí)間，應(yīng)盡量節(jié)約；與MCU的通信協(xié)議應(yīng)盡量簡(jiǎn)單，溫度測(cè)量的軟件開發(fā)難度、成本要盡量小。目前在數(shù)字溫度傳感器中采用的串行總線主要有PHILIPS公司的I2C總線、MOTOROLA公司的SPI總線、NATIONALSEMICONDUCTOR公司的MICROWIREPLUS總線、DALLASSEMICONDUCTOR公司的1WIRE總線和SIEMENS公司的PROFIBUS總線等。常用的數(shù)字溫度傳感器主要有（1）AD7418是美國(guó)模擬器件公司（ADI）推出的單片溫度測(cè)量與控制用集成電其內(nèi)部包含有帶隙溫度傳感器和10位A/D轉(zhuǎn)換器。測(cè)溫范圍為55125，具有10位數(shù)字輸出溫度值，分辨率為025，精度為2，轉(zhuǎn)換時(shí)間為1530MS。具有體積小、編程簡(jiǎn)單、使用容易、測(cè)量精度高，并且不易受環(huán)境干擾等優(yōu)點(diǎn)。AD7418可以級(jí)聯(lián)至多8片在同一個(gè)I2C總線上。（2）LM74是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司推出的集成了帶隙式溫度傳感器、A/D數(shù)轉(zhuǎn)換器，并具有SPI/MICROWIRE兼容總線接口的數(shù)字溫度傳感器。具有抗干擾能力強(qiáng)、分辨力高、線性度好、成本低等優(yōu)點(diǎn)。在傳感器通電工作后自動(dòng)按一定速率對(duì)溫度進(jìn)行檢測(cè)，并在片內(nèi)寄存器中存儲(chǔ)轉(zhuǎn)換的溫度值，主機(jī)可以在任意時(shí)刻讀出傳感器溫度值。LM74具有休眠模式，在休眠時(shí)消耗的電流不超過(guò)10A,適用于對(duì)功率消耗有嚴(yán)格限制的系統(tǒng)。LM74的模數(shù)轉(zhuǎn)換器為12位外加符號(hào)位，因此在其有效工作范圍內(nèi)可達(dá)00625的分辨率，轉(zhuǎn)換時(shí)間為425MS。（3）MAX6575L/H是美國(guó)MAXIM公司的一種單總線式數(shù)字溫度傳感器，具有較好的線性、較低的功耗，而且編程簡(jiǎn)單，調(diào)試容易，使用方便。測(cè)溫范圍為40125，其誤差范圍在25時(shí)優(yōu)于3在85時(shí)優(yōu)于45，在125時(shí)優(yōu)于5。但是MAX6575L/H在其測(cè)溫范圍內(nèi)非線性誤差較大，因此，當(dāng)它用于高精度溫度測(cè)量時(shí)，必須對(duì)其進(jìn)行非線性補(bǔ)償。它最多允許在一根MCU的I/O總線上同時(shí)掛接8個(gè)MAX6575L/H進(jìn)行多點(diǎn)溫度測(cè)量。為了避免多個(gè)傳感器同時(shí)測(cè)溫時(shí)有重疊的現(xiàn)象MAX6575提供了“L”和“H”兩種型號(hào)的傳感器,它們的使用方法相同,而且每一種型號(hào)的傳感器又可以通過(guò)時(shí)間選擇引腳。但是，MAX6575L的遠(yuǎn)距離傳輸特性并不理想，傳輸范圍只能在5M以內(nèi)，超過(guò)此范圍將采集不到被測(cè)溫度數(shù)據(jù)，這也是這種器件的一個(gè)弊端。（4）DS18B20是美國(guó)DALLAS半導(dǎo)體公司的新一代數(shù)字式溫度傳感器，它具有獨(dú)特的單總線接口方式，即允許在一條信號(hào)線上掛接數(shù)十甚至上百個(gè)數(shù)字式傳感器，從而使測(cè)溫裝置與各傳感器的接口變得十分簡(jiǎn)單，克服了模擬式傳感器與微機(jī)接口時(shí)需要的A/D轉(zhuǎn)換器及其它復(fù)雜外圍電路的缺點(diǎn)，而且可以通過(guò)總線供電，由它組成的溫度測(cè)控系統(tǒng)非常方便，而且成本低、體積小、可靠性高。DS18B20的測(cè)溫范圍55125，最高分辨率可達(dá)00625，由于每一個(gè)DS18B20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)省了大量的引線和邏輯電路。DALLAS公司的單總線技術(shù)具有較高的性能價(jià)格比，有以下特點(diǎn)（1）適用于低速測(cè)控場(chǎng)合，測(cè)控對(duì)象越多越顯出其優(yōu)越性；（2）性價(jià)比高，硬件施工、維修方便，抗干擾性能好；（3）具有CRC校驗(yàn)功能，可靠性高；（4）軟件設(shè)計(jì)規(guī)范，系統(tǒng)簡(jiǎn)明直觀，易于掌握。由于DS18B20獨(dú)特的單總線接口方式在多點(diǎn)測(cè)溫時(shí)有明顯的優(yōu)勢(shì)，占MCU的I/O引腳資源少，MCU的通信協(xié)議比較簡(jiǎn)單，成本較低，傳輸距離遠(yuǎn)，所以，選用DS18B20作為溫度測(cè)量的傳感器。濕度傳感器的選用近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外在濕度傳感器研發(fā)領(lǐng)域取得了較大的發(fā)展。濕敏傳感器正從簡(jiǎn)單的濕敏元件向集成化、智能化、多參數(shù)檢測(cè)的方向迅速發(fā)展。選擇集成濕度傳感器應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)感濕性能好、靈敏度高、響應(yīng)速度快、測(cè)量范圍寬，要有較好的一致性、可重復(fù)性，線性度要好、濕滯小，較高的穩(wěn)定性和可靠性，有較強(qiáng)的抗污染能力、使用壽命長(zhǎng)。目前，國(guó)外生產(chǎn)集成濕度傳感器的主要廠家及典型產(chǎn)品分別為HONEYWELL公司（HIH3602、HIH3605、HIH3610型），HUMIREL公司HM1500、HM1520、HF3223、HTF3223型），SENSIRON公司（SHT11、SHT15型）。這些產(chǎn)品可分成以下三種類型（1）線性電壓輸出式集成濕度傳感器典型產(chǎn)品有HIH3605/3610、HM1500/1520。其主要特點(diǎn)是采用恒壓供電，內(nèi)置放大電路，能輸出與相對(duì)濕度呈比例關(guān)系的伏特級(jí)電壓信號(hào)，響應(yīng)速度快，重復(fù)性好，抗污染能力強(qiáng)。（2）線性頻率輸出集成濕度傳感器典型產(chǎn)品為HF3223型。它采用模塊式結(jié)構(gòu)，屬于頻率輸出式集成濕度傳感器，在55RH時(shí)的輸出頻率為8750HZ（型值），當(dāng)上對(duì)濕度從10變化到95時(shí)，輸出頻率就從9560HZ減小到8030HZ。這種傳感器具有線性度好、抗干擾能力強(qiáng)、便于配數(shù)字電路或單片機(jī)、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)。（3）頻率/溫度輸出式集成濕度傳感器典型產(chǎn)品為HTF3223型。它除具有HF3223的功能以外，還增加了溫度信號(hào)輸出端，利用負(fù)溫度系數(shù)（NTC）熱敏電阻作為溫度傳感器。當(dāng)環(huán)境溫度變化時(shí)，其電阻值也相應(yīng)改變并且從NTC端引出，配上二次儀表即可測(cè)量出溫度值。常用的集成濕度傳感器主要有（1）HIH3610是美國(guó)HONEYWELL公司生產(chǎn)的具有信號(hào)處理功能的熱固聚酯電容式相對(duì)濕度傳感器，線性放大輸出、工廠標(biāo)定，獨(dú)特的多層結(jié)構(gòu)能非常好地抵抗環(huán)境的侵蝕，諸如濕氣、塵埃、臟物、油、及一些化學(xué)品。工作范圍溫度4085，相對(duì)濕度0100RH，精度達(dá)到2RH，激光修正互換性至5RH，低功耗驅(qū)動(dòng)電流設(shè)計(jì)為200A，反應(yīng)時(shí)間為15S，穩(wěn)定性好、較低的漂移、抗化學(xué)腐蝕性能強(qiáng)。（2）HF3223濕度傳感器是法國(guó)HUMIREL公司生產(chǎn)的專利的固態(tài)聚合物結(jié)構(gòu)相對(duì)濕度傳感器，具有線性的頻率輸出，濕度測(cè)量范圍1095RH，精度5RH，濕度遲15RH，溫度工作范圍3080，溫度特性好，高可靠性與長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定性，在長(zhǎng)時(shí)間處于飽和狀態(tài)后快速脫濕，反應(yīng)時(shí)間10S，對(duì)化學(xué)品有較高的抵抗性，浸水沒有影響。（3）HM1500濕度傳感器是法國(guó)HUMIREL公司采用HUMIREL專利濕敏電容HS1101設(shè)計(jì)制造的相對(duì)濕度傳感器。帶防護(hù)棒式封裝，5VDC恒壓供電，14VDC放大線性電壓輸出，便于用戶使用。濕度測(cè)試量程為0100RH，精度達(dá)3RH（1095RH范圍），防灰塵，可有效抵抗各種腐蝕性氣體物質(zhì)，非常低的溫度依賴性，長(zhǎng)期穩(wěn)定性好，反映時(shí)間5S，廣泛應(yīng)用于機(jī)房監(jiān)控，智能樓宇，倉(cāng)庫(kù)監(jiān)控等控制場(chǎng)合，價(jià)格實(shí)惠，是一款性價(jià)比極高的濕度傳感器。線性電壓輸出式集成濕度傳感器典型產(chǎn)品HIH3610。其主要特點(diǎn)是采用恒壓供電，內(nèi)置放大電路，能輸出與相對(duì)濕度呈比例關(guān)系的伏特級(jí)電壓信號(hào)，響應(yīng)速度快，重復(fù)性好，抗污染能力強(qiáng)。故選用HIH3610。顯示模塊的選用顯示有串行和并行兩種方式。并行顯示方式占用硬件資源多，八個(gè)筆劃段和幾個(gè)顯示驅(qū)動(dòng)控制端都要接到單片機(jī)的I/O引腳，但顯示刷新速度快；串行顯示方式占用硬件資源少，僅數(shù)據(jù)鎖存控制端、時(shí)鐘端、數(shù)據(jù)端三個(gè)端口要接到單片機(jī)的I/O引腳上，顯示刷新速度較并行顯示方式慢。顯示單元是人機(jī)交互的窗口，是傳遞儀表工作狀態(tài)和檢測(cè)數(shù)據(jù)的關(guān)鍵性設(shè)備，通常的顯示器件有液晶顯示器（LCD）和數(shù)碼管顯示器（LED）。液晶顯示器在使用中有許多注意事項(xiàng)不能對(duì)它長(zhǎng)期施加直流電，否則易造成顯示器的老化；必須注意防潮；防止施加過(guò)大的壓力；對(duì)于使用的環(huán)境溫度要特別注意，溫度不能太高也不能太低；防止紫外線的直接照射；要特別注意防靜電，焊接顯示器時(shí)烙鐵要接地?？梢娨壕э@示器在使用中有眾多的限制條件，但它同時(shí)也有一定的優(yōu)勢(shì)，其中最明顯的就是低功耗，消耗電流一般是PA級(jí)的。數(shù)碼管顯示器不同與液晶顯示器，它對(duì)電源沒有特殊要求，受環(huán)境溫度的影響不大，不怕陽(yáng)光的照射，也沒有嚴(yán)格的防靜電要求，而且它的顯示亮度要比液晶顯示器亮許多，適于安裝在室內(nèi)、室外、黑暗和光線強(qiáng)的各種環(huán)境中，但它的耗電量明顯高于液晶顯示器。本系統(tǒng)由于要適合在不同環(huán)境條件下使用，所以選用數(shù)碼管顯示器。綜上所述，本設(shè)計(jì)最終選用的集成溫度傳感器DS18B20是美國(guó)模擬器件公司生產(chǎn)的集成兩端感溫電流源，通過(guò)對(duì)電流的測(cè)量可得到所需要的溫度值。濕度傳感器是采用了HIH3610相對(duì)濕度傳感器它是一種熱固聚脂電容式傳感器。采集到的濕度信號(hào)經(jīng)過(guò)555振蕩電路后，送至單片機(jī)P32口，實(shí)現(xiàn)濕度的顯示與控制。24系統(tǒng)組成框圖以單片機(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，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及顯示電路，語(yǔ)音報(bào)警電路，見圖21。選用的主要器件有溫度傳感器DS18B20，濕度傳感器HIH3610，單片機(jī)AT89S52，6數(shù)碼管顯示模塊，MAX232，集成定時(shí)器555芯片等。DS182O溫度傳感器HIH3610濕度傳感器單片機(jī)89S52串行口LED顯示報(bào)警電路光電耦合圖21系統(tǒng)框圖本設(shè)計(jì)由信號(hào)采集、信號(hào)分析和信號(hào)處理三個(gè)部分組成的（1）信號(hào)采集由DS18B20、HIH3610組成；（2）信號(hào)分析單片機(jī)AT89S52基本系統(tǒng)組成；（3）信號(hào)顯示由串行口LED顯示器和報(bào)警電路組成。3系統(tǒng)的工作原理31傳感器的基本特性在監(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7。311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。312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。32溫度傳感器美國(guó)DALLAS公司生產(chǎn)的DS18B20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)DS18B20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)DS18B20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，DS18B20具有以下特性（1）獨(dú)特的單線接口方式，DS18B20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DS18B20的雙向通訊。（2）DS18B20支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)溫。（3）DS18B20在使用中不需要任何外圍元件。（4）溫范圍55125，固有測(cè)溫分辨率05。（5）測(cè)量結(jié)果以9位數(shù)字量方式串行傳送。DS1820采用3腳TO92封裝或8腳50封裝，管腳排列如圖31所示圖31DS18B20的引腳對(duì)圖31中DS18B20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3050V。GND接地。DQ數(shù)據(jù)的輸入和輸出引腳。DQ引腳的I/O為數(shù)據(jù)輸入/輸出端即單線總線，該引腳為漏極開路輸出，常態(tài)下呈高電平。321DS18B20的測(cè)溫原理DS18B20的內(nèi)部框圖如圖32所示，它主要包括寄生電源、溫度傳感器、64位激光ROM單線接口、存放中間數(shù)據(jù)的高速暫存器、用于存儲(chǔ)用戶設(shè)定的溫度上下限值、觸發(fā)器存儲(chǔ)與控制邏輯、8位循環(huán)冗余校驗(yàn)碼發(fā)生器等7部分。64位ROM和單線端口電源探測(cè)存儲(chǔ)器和控制邏輯存儲(chǔ)器8位CRC產(chǎn)生器溫度傳感器上限觸發(fā)TH下限觸發(fā)TL圖32DS18B20的內(nèi)部框圖測(cè)溫原理見圖33。低溫度系數(shù)振蕩器是一個(gè)振蕩頻率隨溫度變化很小的振蕩器，為計(jì)數(shù)器1提供一頻率穩(wěn)定的計(jì)數(shù)脈沖。高溫度系數(shù)振蕩器是一個(gè)振蕩頻率對(duì)溫度很敏感的振蕩器，為計(jì)數(shù)器2提供一個(gè)頻率隨溫度變化的計(jì)數(shù)脈沖。初始時(shí)，溫度寄存器被預(yù)置成55，每當(dāng)計(jì)數(shù)器1從預(yù)置數(shù)開始減計(jì)數(shù)到0時(shí)，溫度寄存器中寄存的溫度值就增加1，這個(gè)過(guò)重復(fù)進(jìn)行直到計(jì)數(shù)器2計(jì)數(shù)到0時(shí)便停止。斜坡累加器比較計(jì)數(shù)器預(yù)置溫度寄存器0預(yù)置低溫度系數(shù)振蕩器高溫度系數(shù)振蕩器計(jì)數(shù)器0增加停止LSB置位/清0圖33DS18B20測(cè)溫原理圖初始時(shí)，計(jì)數(shù)器1預(yù)置的是與55像對(duì)應(yīng)的一個(gè)預(yù)置值。以后計(jì)數(shù)器L每一個(gè)循環(huán)的預(yù)置數(shù)都由斜率累加器提供。為了補(bǔ)償振蕩器溫度特性的非線性性，斜率累加器提供的預(yù)置數(shù)也隨溫度相應(yīng)變化。計(jì)數(shù)器1的預(yù)置數(shù)也就是在給定溫度外使溫度寄存器存值增加1計(jì)數(shù)器所需的計(jì)數(shù)個(gè)數(shù)。圖中比較器的作用是以四舍五入的量化方式確定溫度寄存器的最低有效位。在計(jì)數(shù)器2停止計(jì)數(shù)后，比較器將計(jì)數(shù)器1中的計(jì)數(shù)剩余值轉(zhuǎn)換為溫度值后與025進(jìn)行比較，若低于025，溫度寄存器的最低位就置0，若高于025，就置1，若高于075，溫度寄存器的最低位就進(jìn)位后置0。這樣，經(jīng)過(guò)比較后所得的溫度寄存器的值就是最終讀取的溫度值了，其最末位代表05，四舍五入最大量化誤差為士L/ZLSB，即025。溫度寄存器中的溫度值以9位數(shù)據(jù)格式表示，最高位為符號(hào)位其余8位以二進(jìn)制補(bǔ)碼形式表示溫度值。測(cè)溫結(jié)束時(shí)，這9位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存到暫存寄存器的前兩個(gè)字節(jié)中，符號(hào)位占用第1字節(jié)，8位溫度數(shù)據(jù)占用第2字節(jié)。DS18B20測(cè)量溫度時(shí)使用特有的溫度測(cè)量技術(shù)。DS18B20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)同樣的，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)。當(dāng)計(jì)數(shù)門打開時(shí)，DS18B20進(jìn)行計(jì)數(shù)計(jì)數(shù)門開通時(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)頻率的非線性度加以補(bǔ)償。測(cè)量結(jié)果存入溫度寄存器中。一般情況下的溫度值應(yīng)為9位包含一位符號(hào)，但因符號(hào)位擴(kuò)展成高8位，故以16位補(bǔ)碼形式讀出，溫度和數(shù)字量的關(guān)系如表31所示。表31溫度和數(shù)字量的關(guān)系變量輸出的二進(jìn)制碼對(duì)應(yīng)的十六進(jìn)制碼12500000001111101000FAH250000000001100100032H1/20000000000000010001H00000000000000000000H1/2111111111111111FFFFH25111111111001110FFCEH55111111110010010FF92H單線總線，即1WIRE技術(shù)是DS18B20的一個(gè)特點(diǎn)。該技術(shù)采用單根信號(hào)線，既可傳輸時(shí)鐘，又能傳輸數(shù)據(jù)，而且數(shù)據(jù)傳輸是雙向的，因而這種單總線技術(shù)具有線路簡(jiǎn)單，硬件開銷少，成本低廉，便于總線擴(kuò)展和維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。單總線適用于單主機(jī)系統(tǒng)，能夠控制一個(gè)或多個(gè)從機(jī)設(shè)備。主機(jī)可以是微控制器，從機(jī)可以是單總線器件，它們之間的數(shù)據(jù)交換只通過(guò)一條信號(hào)線。當(dāng)只有一個(gè)從機(jī)設(shè)備時(shí)，系統(tǒng)可按單節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)操作當(dāng)有多個(gè)從設(shè)備時(shí)，系統(tǒng)則按多節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)操作。DS18B20有兩種供電方式一種為數(shù)據(jù)線供電方式，此時(shí)VDD接地，它是通過(guò)內(nèi)部電容在空閑時(shí)從數(shù)據(jù)線獲取能量，來(lái)完成溫度轉(zhuǎn)換，完成溫度轉(zhuǎn)換的時(shí)間較長(zhǎng)。為了保證在有效的時(shí)鐘周期內(nèi)，提供足夠的電流，這種情況下，用一個(gè)MOSFET管和單片機(jī)的一個(gè)I/O口來(lái)完成對(duì)DS18B20總線的上拉。另一種是外部供電方式VDD接5V，完成溫度測(cè)量的時(shí)間較短。當(dāng)使用數(shù)據(jù)總線寄生供電時(shí)，供電端必須接地，同時(shí)總線口在空閑的時(shí)候必須保持高電平，以便對(duì)傳感器充電。但當(dāng)所測(cè)溫度超過(guò)100時(shí)，DS18B20的漏電流增大，傳感器從I/O線上獲取的電流不足以維持DS18B20通訊所需的電流，此時(shí)只能選用外部供電方式。比較而言，寄生電源方式少用一根導(dǎo)線，但它完成溫度測(cè)量所需的時(shí)間較長(zhǎng)，而外部電源方式測(cè)量速度則要快些。33濕度傳感器本設(shè)計(jì)中采用相對(duì)濕度傳感器HIH3610。HIH3610是美國(guó)HONEYWELL公司生產(chǎn)的相對(duì)濕度傳感器，該傳感器采用熱固聚酯電容式傳感頭，同時(shí)在內(nèi)部集成了信號(hào)處理功能電路，因此該傳感器可完成將相對(duì)濕度值變換成電容值，再將電容值轉(zhuǎn)換成線性電壓輸出的任務(wù)，同時(shí)該傳感器還具有精度高、響應(yīng)快、高穩(wěn)定性、低溫漂、抗化學(xué)腐蝕性能強(qiáng)及互換性好等優(yōu)點(diǎn)。圖34濕度傳感器HIH3610外觀圖331主要特性（1）熱固性聚合物電容傳感器，帶集成信號(hào)處理電路；（2）3針可焊塑封；（3）寬量程0100RH非凝結(jié)，寬工作溫度范圍4085；（4）高精度2RH，極好的線形輸出；（5）5VDC恒壓供電，0839VDC放大線形電壓輸出；（6）低功耗設(shè)計(jì)200A驅(qū)動(dòng)電流；（7）激光修正互換性；（8）快速響應(yīng)5秒慢流動(dòng)的空氣中；（9）穩(wěn)定性好,低溫飄,抗化學(xué)腐蝕性能。圖35電壓與濕度關(guān)系表32HIH3610主要技術(shù)指標(biāo)由輸出電壓與相對(duì)濕度關(guān)系曲線可得出如下結(jié)論測(cè)量范圍/RH測(cè)量精度/RH電源電壓/V電源電流輸出范圍或輸出形式工作溫度范圍/主要特點(diǎn)01002/245820008V39V4085線性電壓輸出線，性能最好，抗污染能力最強(qiáng)（1）HIH3610在供電電壓為5V時(shí)，其消耗電流僅為200，故HIH3610濕度傳感器對(duì)電源沒有功率方面的要求，為低功耗產(chǎn)品的設(shè)計(jì)提供更好的解決方案。（2）HIH3610輸出電壓為（31）16020RHVI即輸出電壓VO不僅正比于溫度測(cè)量值，且與電源電壓值有關(guān)，若VI（3）HIH3610測(cè)量的濕度值還與環(huán)境溫度有關(guān)，故應(yīng)進(jìn)行溫度補(bǔ)償，補(bǔ)償公式為（32）02165410TR式中T為環(huán)境攝氏溫度值。利用HIH3610的線性電壓輸出可直接輸入到控制器或其他裝置。一般僅需取出200A電流，HIH3610系列測(cè)濕傳感器就能理想地用于低引出、電池供電系統(tǒng)。HIH3610系列測(cè)濕傳感器作為一個(gè)低成本、可軟焊的單個(gè)直插式組建（SIP）提供儀表測(cè)量質(zhì)量的相對(duì)濕度（RH）傳感性能。RH傳感器可用在二引線間有間距的配量中，它是一個(gè)熱固塑料型電容傳感元件，其芯片內(nèi)具有信號(hào)處理功能。傳感元件的多層結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)用環(huán)境的不利因素，諸如潮濕、灰塵、污垢、油類和環(huán)境中常見的化學(xué)品具有最佳的抗力。34單片機(jī)AT89S52單片機(jī)有4個(gè)I/O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P0P3、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P0P3。在無(wú)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/O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，P0口作為低8位地址線和雙向數(shù)據(jù)總線。在作為一般的通用I/O輸入時(shí)，都必須先向鎖存器寫入“1”，使輸出驅(qū)動(dòng)場(chǎng)效應(yīng)管FET截止，以免誤讀數(shù)據(jù)11。AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS八位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程FLASH存儲(chǔ)器，使用ATMEL公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上FLASH允許ROM在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程FLASH，使其為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供靈活的解決方案。（1）與MCS51單片機(jī)產(chǎn)品兼容；（2）8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程FLASH存儲(chǔ)器；（3）1000次擦寫周期；（4）全靜態(tài)操作0HZ33HZ；（5）三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器；（6）32個(gè)可編程I/O口線；（7）三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；（8）八個(gè)中斷源；（9）全雙工UART串行通道；（10）低功耗空閑和掉電模式；（11）掉電后中斷可喚醒；（12）看門狗定時(shí)器；（13）雙數(shù)據(jù)指針；（14）掉電標(biāo)識(shí)符XTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P00/AD039P01/AD138P02/AD237P03/AD336P04/AD435P05/AD534P06/AD633P07/AD732P101P112P123P134P145P156P167P178P30/RXD10P31/TXD11P32/INT012P33/INT113P34/T014P37/RD17P36/WR16P35/T115P27/A1528P20/A821P21/A922P22/A1023P23/A1124P24/A1225P25/A1326P26/A1427U1AT89S52圖34AT89S52芯片的引腳圖P0口8位漏極開路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯電平。對(duì)P0端口寫“1”時(shí)，引腳用作高阻抗輸入。當(dāng)訪問(wèn)外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下，P0具有內(nèi)部上拉電阻。在FLASH編程時(shí)，P0口也用來(lái)接收指令字節(jié)；在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)。程序校驗(yàn)時(shí)，需要外部上拉電阻。P1口具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL邏輯電平。對(duì)P1端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IN）。此外，P10和P12分別作定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的外部計(jì)數(shù)輸入（P10/T2）和定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的觸發(fā)輸入（P11/T2EX），具體如表31所示。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口接收低8位地址字節(jié)。表33P1口引腳的第二功能P2口具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)四個(gè)TTL邏輯電平。對(duì)P2端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IN）。在方位外部程序存儲(chǔ)器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P2口送出高八位地址。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號(hào)。P3口P3口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)四個(gè)TTL邏輯電平。對(duì)P3端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IN）。P3口亦作為AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如表34所示。表34P3口引腳的第二功能引腳號(hào)第二功能P30RXD（串行輸入）P31TXD（串行輸出）P32（外部中斷0）INTP33（外部中斷1）P34T0（定時(shí)器0外部輸入）P35T1（定時(shí)器1外部輸入）P36（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通）WRP37（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）DRST復(fù)位輸入。晶振工作時(shí)，RST腳持續(xù)2個(gè)機(jī)器周期高電平將使單片機(jī)復(fù)位。DISRTO默認(rèn)狀態(tài)下，復(fù)位高電平有效。ALE/控制信號(hào)（ALE）是訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，鎖存低8位地址的輸PROG出脈沖。在FLASH編程時(shí)，此引腳（）也用作編程輸入脈沖。PROG在一般情況下，ALE以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可用來(lái)作為外部定時(shí)引腳號(hào)第二功能P10T2（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T2的外部計(jì)數(shù)輸入），時(shí)鐘輸出P11