1、山东科技大学学士学位论文摘要摘要本文设计了一种基于89C51单片机控制技术的日光温室实时环境监测与控制系统。系统分别由DS18B20数字温度传感器、IH3605湿度传感器来获取和控制温度、湿度的信号，并利用A/D转换器ADC0809将其湿度转换为数字信号。当温室温度低于正常温度时能及时的启动报警装置。用户可以通过LED数码管显示读出温度和湿度值。系统为基于单片机的测试系统，含采样电路设计、A/D转换器与单片机接口电路设计、单片机电路设计、显示电路设计、报警电路设计及看门狗电路设计等硬件电子电路。系统软件编程设计包括系统主程序设计、数据采集子程序设计、低温预警子程序设计、显示子程序设计等，均采用
2、51系列利汇编语言编程实现。该系统可实时测试、控制，且稳定性好、操作简单，可广泛用于农业、林业等部门的相关控制部分。关键词单片机；温度；湿度；低温预警；上下位机通信山东科技大学学士学位论文摘要ABSTRACTTHISPAPERPRESENTSAGREENHOUSEENVIRONMENTMONITORINGANDCONTROLSYSTEMWHICHISBASEDON89C51MICROCONTROLLERTHESYSTEMUSEDDIGITALTEMPERATURESENSORDS18B20ANDHUMIDITYSENSORSIH3605TOACCESSANDCONTROLTEMPERATURE
3、,HUMIDITYANDSIGNALANDTHISSYSTEMALSOUSINGA/DCONVERTERADC0809TOCONVERTTHEHUMIDITYINTODIGITALSIGNALWHENTHETEMPERATUREOFGREENHOUSEISLOWERTHANNORMALITCANSTARTALARMDEVICEONTIMEUSERSCANREADTHETEMPERATUREANDHUMIDITYVALUESBYLEDTHISSYSTEMISATESTSYSTEMWHICHISBASEDONSCM,INCLUDINGTHESAMPLINGCIRCUITDESIGN,A/DCONV
4、ERTERANDTHEMICROCONTROLLERINTERFACECIRCUITDESIGN,MICROCONTROLLERANDMEMORYCIRCUITDESIGN,DISPLAYCIRCUITDESIGN,ALARMANDWATCHDOGCIRCUITDESIGNANDOTHERHARDWAREELECTRONICCIRCUITSTHESOFTWAREPROGRAMMINGINCLUDESSYSTEMMAINPROGRAMDESIGN,DATACOLLECTIONPROGRAMDESIGN,LOWTEMPERATUREWARNINGPROGRAMDESIGN,DISPLAYPROGR
5、AMDESIGNANDALLOFTHEMWERECOMPILEDBY51PROGRAMMINGLANGUAGETHISSYSTEMNOTONLYCANMAKEREALTIMETESTINGANDCONTROL,BUTALSOBEVERYSTABILITYANDOPERATIONSIMPLESOITCANBEWIDELYUSEDINTHECONTROLSECTIONOFAGRICULTURE,FORESTRYANDOTHERSECTORSKEYWORDSSCMTEMPERATUREHUMIDITYLOWTEMPERATUREWARNINGUPPERANDLOWERCOMPUTERCOMMUNIC
6、ATION山东科技大学学士学位论文目录目录1绪论111课题的提出和意义112国内外研究发展概况213本课题的主要研究内容42系统总体设计621总体设计思路622系统功能设计723系统原则设计824系统组成与工作原理93系统硬件设计1131温度传感器连接电路设计1132集成湿度传感器IH36052433A/D转换电路设计2634单片机连接电路设计3035外设电路设计3336上下位机通信354系统软件设计4141软件主体设计4142温度测量程序设计4243I/O端口的扩展程序设计4644显示子程序设计4645AD转换程序设计485总结49参考文献50山东科技大学学士学位论文目录致谢51附录A重要程
7、序52附录B外文文献61附录C中文翻译77附录D总体电路图90山东科技大学学士学位论文绪论11绪论11课题的提出和意义随着社会的发展,各种园艺温室和农作物温室的数量在不断增加。这些温室有的也安装有各种加热、加湿、通风和降温的设备,但对于相应设备的操作大多还是由人工来完成。当温室的面积达到上千平米甚至更大时,操作人员的劳动强度会变的很大,并且光靠人工也已经无法完成温室内的温度和湿度的调节。该课题研究的温室控制系统可完成对温室内温湿度的自动测量和调节,大大降低了操作人员的劳动强度,并且使温室达到了比较先进的管理水平。并且在我国的发展过程中，我国的温、湿度自动调节及报警系统经历了从无到有、从简单到复
8、杂的发展过程，其智能化程度也越来越高。在我国的一些中小城市，就日光温室的现状来看，许多地方依然靠开关门窗来调节温湿度，这种方法不仅费时费力，效率低，准确度也不高，随机性大，当然也就不够科学。因此，需要研制一种结构简单、价格低廉的测控系统来达到自动调节温湿度调节及报警的目的。随着科技的迅猛发展，我国逐渐实现日光温室系统管理智能化，但是智能化程度与普及率过低。虽然有些也引进了一些国外的计算机智能控制系统，如温室环境控制系统。也真正实现了数字化、智能化、自动化，但投资过大，系统故障维护不便，且经济效益过低。因此实现开发低价位实用型日光温室系统已迫在眉睫，对于推进我国日光温室智能化管理以及最大限度的减
9、少仓库火灾进程具有极为重要的意义，同时也具有很大的市场商机。日光温室以其低成木、节能耗的优点被大而积推广，成为我国现阶段山东科技大学学士学位论文绪论2主要农业设施类型。近年来，单片机在我国的许多领域均得到了广泛的应用，其优良的性价比特别适合于日光温室的建设要求。因此，利用单片机实现日光温室内环境与水肥灌溉的自动控制，营造作物适宜的生长环境，是使日光温室生产能够持续快速发展和解决实际生产管理问题的重要手段。我国农业正处在从传统农业向以优质、高效、高产为目的的现代化农业转化的新阶段。农业环境控制工程作为农业生物速生、优质、高产手段是农业现代化的重要标志，农业设施的自动检测与控制是我国急待发展的项目
10、。我国目前大多数温室内的环境仍靠人工根据经验来管理，从某种程度上也影响了其效益和发展。同时微型计算机强大的软、硬件逻辑功能、高性能价格比、高可靠性，为温室自动管理提供了强有力的手段，也为实现温室的标准化、自动化奠定了基础环境控制对作物生产的重要作用己为国内外大量的科学实验和生产实践所证实。只有在适宜的环境条件下，作物才能充分发挥其高产潜力。几十年来，有关作物生理和其生长环境的研究，不仅指导了农业生产，而且为温室环境工程及控制的研究提供了依据和参数。但如何把这类系统用计算机来实现监控，从而为作物提供最佳的生长环境，一直是研究者面临的一项重要的任务。鉴于上述，本文提出了温室自动控制系统的设计。系统
11、以89C51单片机为中心，编制出一套温室自动控制系统。12国内外研究发展概况温室是一种可以改变植物生长环境、为植物生长创造最佳条件、避免外界四季变化和恶劣气候对其影响的场所。它以采光覆盖材料作为全部或部分结构材料，可在冬季或其他不适宜露地植物生长的季节栽培植物。温室生产以达到调节产期，促进生长发育，防治病虫害及提高质量、产量等山东科技大学学士学位论文绪论3为目的。而温室设施的关键技术是环境控制，该技术的最终目标是提高控制与作业精度。国外对温室环境控制技术研究较早，始于20世纪70年代。先是采用模拟式的组合仪表，采集现场信息并进行指示、记录和控制。80年代末出现了分布式控制系统。目前正开发和研制
12、计算机数据采集控制系统的多因子综合控制系统。现在世界各国的温室控制技术发展很快，一些国家在实现自动化的基础上正向着完全自动化、无人化的方向发展。像园艺强国荷兰，以先进的鲜花生产技术著称于世，其玻璃温室全部由计算机操作。日本研制的蔬菜塑料大棚在播种、间苗、运苗、灌水、喷药等作业的自动化和无人化方面都有应用。日本利用计算机控制温室环境因素的方法，主要是将各种作物不同生长发育阶段所需要的环境条件输入计算机程序，当某一环境因素发生改变时，其余因素自动作出相应修正或调整。一般以光照条件为始变因素，温度、湿度和CO2浓度为随变因素，使这四个主要环境因素随时处于最佳配合状态。美国和荷兰还利用差温管理技术，实
13、现对花卉、果蔬等产品的开花和成熟期进行控制，以满足生产和市场的需要。英国伦敦大学农学院研制的温室计算机遥控技术，可以观测50KM以外温室内的光、温、湿、气和水等环境状况，并进行遥控。我国对于温室控制技术的研究较晚，始于20世纪80年代。我国工程技术人员在吸收发达国家温室控制技术的基础上，才掌握了人工气候室内微机控制技术，该技术仅限于温度、湿度和CO2浓度等单项环境因子的控制。之后，我国的温室控制技术得到了迅速发展。20世纪80年代，由于当时只注重引进温室设备，而忽略了温室的管理技术和栽培技术，且引进的温室能耗过高，致使企业相继亏损或停产。90年代初，我国大型温室跌入了发展的低谷。“九五”初期，
14、以以色列温室为代表的北京中以示范农场的建立，拉开了我国第二次学习和引进国外现代温室技术的序幕。到90山东科技大学学士学位论文绪论4年代中后期，在对国外温室设备配置、温室栽培品种、栽培技术等各个方面进行研究的基础上，我国自主开发了一些研究性质的环境控制系统。1995年，北京农业大学研制成功了“WJG1型实验温室环境监控计算机管理系统”，此系统属于小型分布式数据采集控制系统。1996年，江苏理工大学毛罕平等研制成功了使用工控机进行管理的植物工厂系统。该系统能对温度、光照、CO2浓度、营养液和施肥等进行综合控制，是目前国产化温室控制技术比较典型的研究成果。中国农业机械化科学研究院研制成功了新型智能温
15、室系统。该系统由大棚本体及通风降温系统、太阳能贮存系统、燃油热风加热系统、灌溉系统、计算机环境参数测控系统等组成。1997年以来，中国农业大学在温室环境的自动控制技术方面也取得了一定的成果。90年代末，河北职业技术师范学院的闰忠文研制了蔬菜大棚，其能够对温、湿度进行实时测量与控制。但由于我国农业现代化水平较低，农业劳动力大量过剩，温室的一次性投资大，资金短缺以及对操作人员的素质要求比较高等因素，限制了温室控制技术在温室系统的扩展。13本课题的主要研究内容本设计主要做了如下几方面的工作一是进行毕业设计课题相关资料的收集；二是确定系统的总体功能设计方案；三是硬件主体设计，包括采样电路设计、A/D转
16、换器与单片机接口电路设计、单片机电路设计、显示电路设计、报警电路设计及看门狗电路设计等；四是软件主题设计，包括系统主程序设计、数据采集子程序设计、低温预警子程序设计、显示及报警子程序设计等。本文将温室环境多种参数监测和单片机控制理论相结合，提出一种切实可行的温室环境监测系统，可全面、实时、自动地对监测数据进行自动记录、存储和处理，并将有关信息采用最有效的方式送入计算机。满足了山东科技大学学士学位论文绪论5对温室实行全面、实时、长期监测的要求。本毕业设计主要内容包括以下几个方面1用下级机89C51单片机和上级机PC微机组成温室自动控制系统中的硬件部分即两级微型计算机数据采集系统，它们能进行数据采
17、集、通讯和监控。2对温室自动控制系统编程，构成温室自动控制系统中的软件部分。3利用数字温度传感器对温度信号进行采集,采集到的信号被送到单片机中,每隔一段时间进行温度刷新，将采集到的温度值与初始设定好的最高温度和最低温度进行比较,如果小于最低温度或大于最高温度则进行报警。4利用湿度传感器IH3605对湿度信号进行采集，通过ADC0809进行模数转换，送入单片机，并对湿度值进行显示。5利用PROTEL进行原理图设计，选择器件，计算各器件的参数，并完成元器件的封装。山东科技大学学士学位论文系统总体设计62系统总体设计21总体设计思路本设计的总体思路是分别采用DS18B20数字温度传感器、IH3605
18、集成湿度传感器将外部测得的信号分别转化为数字信号和电压信号，然后电压信号输入到A/D转换器，送入单片机进行数据的分析和处理，以达到控制系统自动报警与控制的目的。当电压的数字信号送入单片机后，根据电压与湿度的关系计算出湿度值。将测得的温度值与设定的温度范围比较，如果超过，则转到报警模块进行报警。然后每隔一段时间把温度和湿度刷新一下并将刷新的湿度和温度用数码管显示出来。并实时的利用NRF401无线收发芯片进行上下机通信，把单片机中得到的温度与湿度数据送入PC机进行显示。具体的方案见图21集成湿度传感器IH3605数字温度传感器DS18B20ADC0809模/数转换器89C51单片机系统执行报警设备
19、显示NRF401无线收发芯片NRF401无线收发芯片PC机山东科技大学学士学位论文系统总体设计7图21系统具体方案22系统功能设计该系统的主题构架以主控制器89C51为核心，利用其接口的扩展功能，外接温度传感器、显示电路、外部存储器、A/D转换器和NRF401芯片。具体功能的实现，依靠程序编写人员的设置。各模块功能数字温度传感器DS18B20实现对温度的测量转换及存储，输出数字信号给单片机。集成湿度传感器IH3605实现对湿度的采集，并通过ADC0809把模拟量转化成数字量，送入单片机。显示电路实现对温度与湿度的实时显示，有助于进行数值的设置和人员的观测。外部存储器实现数据的存储与读取，有助于
20、缓解主控制器存储单元不足的压力。通信模块利用NRF401实现了下位机主控制器89C51和上位机之间的无线通信,使该设计的应用范围更广泛，使用更便捷。系统要完成的设计功能如下1实现对温室温度和湿度的实时采集，由数字温度传感器DS18B20、集成湿度传感器IH3605进行测量，由89C51单片机对数据进行监测、数据处理、存储，实现温湿度的智能的测量。2实现数据的及时报警。3现场监测设备应具有较高的灵敏度、可靠性，并具有存储、通信功能。4通信系统具有较高的可靠性、较好的实时性和较强的抗干扰能力。与计算机通讯功能，采用NRF401无线通信。5长时间测量数据记录功能，可以根据需要设置数据记录时间间隔，数
21、据存入数据存储器。6监控计算机软件设计管理程序需要具有完成数据采集、处理的功山东科技大学学士学位论文系统总体设计8能，其软件编程具有功能强大、便于操作和执行速度快等特点。7达到的技术指标测温范围55100测温精度05测湿范围0100RH测湿精度2RH23系统原则设计要求单片机系统应具有可靠性高、操作维护方便、性价比高等特点。1可靠性高可靠性是单片机系统应用的前提，在系统设计的每一个环节，都应该将可靠性作为首要的设计准则。提高系统的可靠性通常从以下几个方面考虑使用可靠的元器件；设计电路板时布线和接地要合理；对供电电源采用抗干扰措施；输入输出通道抗干扰措施；系统自诊断功能等。2操作维护方便在系统的
22、软硬件设计时，应从操作者的角度考虑操作和维护方便，尽量减少对操作人员专用知识的要求，以利于系统的推广。因此在设计时，要尽可能减少人机交互接口，多采用内置或简化的方法。同时系统应配有故障诊断程序，一旦发生故障可对系统进行重启。3性价比单片机除体积小、功耗低等特点外，最大的优势在于高性能价格比。因此，在设计时，除了保持高性能外，尽可能降低成本，如简化外围硬件电路，在系统性能和速度允许的情况下尽可能用软件功能取代硬件功能。山东科技大学学士学位论文系统总体设计924系统组成与工作原理以89C51单片机为控制核心，采用温度测量，湿度测量，通信技术，误差修正等关键技术，以DS18B20数字温度传感器和IH
23、3605作为测量元件，构成智能温湿度测量系统。该系统可分为温度测量电路，湿度测量电路，A/D转换器与单片机接口电路，单片机及存储器电路，显示电路，报警电路及看门狗电路。见图22。选用的器件有单片机89C51，温度传感器DS18B20,湿度传感器IH3605A/D转换器ADC0809,编程I/O口扩展芯片8155，看门狗芯片X25045，无线通信芯片NRF401，MAX232等。图22硬件结构图本系统以单片机89C51为核心，数据采集、存储、显示、报警、数据处理以及上传至计算机都要通过单片机。数据采集通过单总线的智能温度传感器DS18B20和集成湿度传感器IH3605完成；当采集数据超出预警值时
24、，由报警模块蜂鸣器进行报警，然后进行相应处理；数据存储可以在单片机的数据存储器内完成；由数码管实时显示接受的数值。在整个系统中采用了多种总线、协议技术，如智能数字温度传感器DS18B20的单总线技术，存储扩展的IO总线技术，NRF401和计算机连89C51单片机数据采集报警指示数据存储数据显示数据处理山东科技大学学士学位论文系统总体设计10接的RS232协议技术等。在这个系统中采用的语言是51系列汇编语言编程。山东科技大学学士学位论文系统硬件设计113系统硬件设计31温度传感器连接电路设计311传感器的基本特性传感器是指能感受规定的物理量，并按一定规律转换成可用输入信号的器件或装置。简单地说，
25、传感器是把非电量转换成电量的装置。传感器通常由敏感元件、转换元件和测量电路三部分组成。1、敏感元件是指能直接感受（或响应）被测量的部分，即将被测量通过传感器的敏感元件转换成与被测量有确定关系的非电量或其它量。2）、转换元件则将上述非电量转换成电参量。3）、测量电路的作用是将转换元件输入的电参量经过处理转换成电压、电流或频率等可测电量，以便进行显示、记录、控制和处理的部分。传感器的静态特性参数指标1灵敏度灵敏度是指稳态时传感器输出量和输入量之比，或输出量的增量Y和输入量的增量X之比，用SO表示为YSOX式中SO灵敏度；Y输出量的变化量；X输入量的变化量。对于线性传感器来说，其灵敏度是个常数。2分
26、辨力山东科技大学学士学位论文系统硬件设计12传感器在规定的测量范围内能够检测出的被测量的最小变化量称为分辨力。3测量范围和量程在允许误差限内，被测量值的下限到上限之间的范围称为测量范围。4线性度（非线性误差）在规定条件下，传感器校准曲线与拟合直线间的最大偏差与满量程输出值的百分比称为线性度或非线性误差。即MAX100YFSMAX最大非线性绝对误差；线性度；YFS输出满度值。5迟滞迟滞是指在相同的工作条件下，传感器的正行程特性与反行程特性的不一致程度。HMH100YFS式中H迟滞；HM输出值在正、反行程间的最大差值。6重复性重复性是指在同一工作条件下，输入量按同一方向在全测量范围内连续变化多次所
27、得特性曲线的不一致性。重复性误差用满量程输出的百分数表示，即近似计算山东科技大学学士学位论文系统硬件设计13RMYR100YFS精确计算23RYIY/N1YFS式中RM输出最大重复性误差；YI第I次测量值；Y测量值的算数平均值；N测量次数。7零漂传感器在无输入或输入为另一值时，每隔一定时间，其输入值偏离原示值的最大偏差与满量程的百分比为零漂。8温漂温度每升高1，传感器输出值的最大偏差与满量程的百分比，称为温漂。312DS18B20温度传感器概述DSI8B20是DALLAS公司的最新单线数字温度传感器,它体积小、经济。是世界上第一片支持“一线总线”接口的温度传感器。一线总线独特而且经济的特点,使
28、用户可轻松地组建传感器网络,为测量系统的构建引入全新概念。它的测量温度范围为55125。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输,大大提高了系统的抗干扰性。适合于恶劣环境的现场温度测量,如环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。与前一代产品不同,新的产品支持355V的电压范围,使系统设计更灵活、方便。而且新一代产品更便宜,体积更小。DSI8B20可以程序设定912位的分辨山东科技大学学士学位论文系统硬件设计14率,精度为05。可以选择更小的封装方式,更宽的电压适用范围。分辨率设定及用户设定的报警温度存储在EPROM中,掉电后依然保存。DS18B20的性能是新一代产品中最好的,性能价格比
29、也非常出色,继“一线总线”的早期产品后,DSI8B20开辟了温度传感器技术的新概念。DS18B20和DS18B22使电压特性及封装有更多的选择,让用户可以构建适合自己的经济的测温系统。S18B20内部结构主要由4部分组成64位光刻ROM,温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL,配置寄存器。DSI8B20的管脚排列如图31所示。图31DS18B20管脚DS18B20的管脚排列1GND为电源地；2DQ为数字信号输入输出端；3VDD为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）山东科技大学学士学位论文系统硬件设计15313DS18B20温度传感器特点DS18B20单线数字温度传感器，即“一线
30、器件”，其具有独特的优点1，采用单总线的接口方式与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。单总线具有经济性好，抗干扰能力强，适合于恶劣环境的现场温度测量，使用方便等优点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。2，测量温度范围宽，测量精度高DS18B20的测量范围为55125；在1085C范围内，精度为05C。3，在使用中不需要任何外围元件。4，持多点组网功能多个DS18B20可以并联在惟一的单线上，实现多点测温。5，供电方式灵活DS18B20可以通过内部寄生电路从数据线上获取电源。因此，当数据线上的时序满足一定的要求时，可以不接外部电源，从
31、而使系统结构更趋简单，可靠性更高。6，测量参数可配置DS18B20的测量分辨率可通过程序设定912位。7，负压特性电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作。8，掉电保护功能DS18B20内部含有EEPROM，在系统掉电以后，它仍可保存分辨率及报警温度的设定值。DS18B20具有体积更小、适用电压更宽、更经济、可选更小的封装方式，更宽的电压适用范围，适合于构建自己的经济的测温系统，因此也就被设计者们所青睐。山东科技大学学士学位论文系统硬件设计16314DS18B20内部结构DS18B20内部结构主要由4部分组成64位ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。
32、ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该DS18B20的地址序列码，每个DS18B20的64位序列号均不相同。64位ROM的排的循环冗余校验码（CRCX8X5X41）。ROM的作用是使每一个DS18B20都各不相同，这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的。DS18B20内部结构见图32I/OCGNDVDD图32DS18B20内部结构315DS18B20测量操作DS18B20中的温度传感器完成对温度的测量，用16位二进制形式提64位ROM和单总线接口电源检测存储器与控制逻辑高速缓存温度传感器高温触发器低温触发器配置寄存器8位CRC发生器山东科技大学学士学位论文系统硬
33、件设计17供，形式表达，其中S为符号位。DS18B20的输出温度数据为标准摄氏度对于华氏温度的应用，必须通过查表或运用转换方法。温度数据在温度寄存器存储为一个16位符号扩展位和2位的补码（见表31）。该标志位（S）表示温度的正负符号位为正数时S0，为负数时S1。如果是DS18B20配置为12位分辨率，在温度寄存器的所有位将包含有效数据。对于11位分辨率，位0是未定义的。对于10位分辨率，位1和0是未定义的。对于9位分辨率，位2，1和0是未定义的。表31温度寄存器BIT7BIT6BIT5BIT4BIT3BIT2BIT1BIT0222222224BIT15BIT14BIT13BIT12BIT11B
34、IT10BIT9BIT8SSSSS262524高速暂存存储器由9个字节组成，当温度转换命令发布后，经转换所得的温度值以二字节补码形式存放在高速暂存存储器的第0和第1个字节。单片机可通过单线接口读到该数据，读取时低位在前，高位在后，对应的温度计算当符号位S0时，直接将二进制位转换为十进制；当S1时，先将补码变为原码，再计算十进制值。高速暂存器的结构如表32所示。表32高速暂存器温度低位温度高位THTL配置保留保留保留8位CRC山东科技大学学士学位论文系统硬件设计18316DS18B20的工作时序1初始化时序主机首先发出一个480960微秒的低电平脉冲，然后释放总线变为高电平，并在随后的480微秒
35、时间内对总线进行检测，如果有低电平出现说明总线上有器件已做出应答。若无低电平出现一直都是高电平说明总线上无器件应答。做为从器件的DS18B20在一上电后就一直在检测总线上是否有480960微秒的低电平出现，如果有，在总线转为高电平后等待1560微秒后将总线电平拉低60240微秒做出响应存在脉冲，告诉主机本器件已做好准备。若没有检测到就一直在检测等待。图33初始化时序2对DS18B20的写和读操作时序接下来就是主机发出各种操作命令，但各种操作命令都是向DS18B20写0和写1组成的命令字节，接收数据时也是从DS18B20读取0或1的过程。因此首先要搞清主机是如何进行写0、写1、读0和读1的。写周
36、期最少为60微秒，最长不超过120微秒。写周期一开始做为主机先把总线拉低1微秒表示写周期开始。随后若主机想写0，则继续拉低山东科技大学学士学位论文系统硬件设计19电平最少60微秒直至写周期结束，然后释放总线为高电平。若主机想写1，在一开始拉低总线电平1微秒后就释放总线为高电平，一直到写周期结束。而做为从机的DS18B20则在检测到总线被拉底后等待15微秒然后从15US到45US开始对总线采样，在采样期内总线为高电平则为1，若采样期内总线为低电平则为0。写时序如图34所示图34写时序对于读数据操作时序也分为读0时序和读1时序两个过程。读时隙是从主机把单总线拉低之后，在1微秒之后就得释放单总线为高
37、电平，以让DS18B20把数据传输到单总线上。DS18B20在检测到总线被拉低1微秒后，便开始送出数据，若是要送出0就把总线拉为低电平直到读周期结束。若要送出1则释放总线为高电平。主机在一开始拉低总线1微秒后释放总线，然后在包括前面的拉低总线电平1微秒在内的15微秒时间内完成对总线进行采样检测，采样期内总线为低电平则确认为0。采样期内总线为高电平则确认为1。完成一个读时序过程，至少需要60US才能完成。读时序总线图如35所示山东科技大学学士学位论文系统硬件设计20图35读时序317DS18B20使用方法步骤DS18B20单线通信功能是分时完成的，他有严格的时隙概念，如果出现序列混乱，1WIRE
38、器件将不响应主机，因此读写时序很重要。系统对DS18B20的各种操作必须按协议进行。根据DS18B20的协议规定，微控制器控制DS18B20完成温度的转换必须经过以下4个步骤1，每次读写前对DS18B20进行复位初始化。复位要求主CPU将数据线下拉500US，然后释放，DS18B20收到信号后等待16US60US左右，然后发出60US240US的存在低脉冲，主CPU收到此信号后表示复位成功。2，发送一条ROM指令，ROM指令集见表33表33ROM指令指令代码指令功能读ROM33H读DS18B20ROM中的编码（即读64位地址）ROM匹配（符合ROM）55H发出此命令后，接着发出64位ROM编码
39、，访问单总线上与编码相对应DS18B20使之做出响应，为下一步对该DS18B20的读写做准备。山东科技大学学士学位论文系统硬件设计21搜索ROM0F0H用于确定挂接在同一总线上DS18B20的个数和识别64位ROM地址，为操作各器件做准备跳过ROM0CCH忽略64位ROM地址，直接向DS18B20发温度变换命令，适用于一片DS18B20工作警报搜索0ECH该指令执行后，只有温度超过设定值上限或下限的片子才做出响应3，发送存储器指令，指令集见表34表34存储器指令指令功能描述代码一线总线指令运行后的状态温度转换温度转换初始化44HDS18B20转换状态控制（不适用于寄生电源）读暂存器读取整个暂存
40、器，包括CRC字节BEH读内部RAM中9字节的内容写暂存器写数据到暂存器2、3、4字节（TH,TL,配置寄存器）4EH传送三字节内容到DS18B20复制暂存器将暂存器中TH,TL,配置寄存器的内容复制到E2PRAM中48H无重调E2PRAM将E2PRAM中恢复到RAM中的第23、4字节B8H重调DS18B20数据传递读供电方式控制DS18B20信号供电模式B4H控制DS18B20信号供电传输状态现在我们要做的是让DS18B20进行一次温度的转换，那具体的操作就是1、主机先作个复位操作，2、主机再写跳过ROM的操作（CCH）命令，山东科技大学学士学位论文系统硬件设计223、然后主机接着写个转换温
41、度的操作命令，后面释放总线至少一秒，让DS18B20完成转换的操作。在这里要注意的是每个命令字节在写的时候都是低字节先写，例如CCH的二进制为11001100，在写到总线上时要从低位开始写，写的顺序是“零、零、壹、壹、零、零、壹、壹”。整个操作的总线状态如图36。读取RAM内的温度数据。同样，这个操作也要接照三个步骤。1、主机发出复位操作并接收DS18B20的应答（存在）脉冲。2、主机发出跳过对ROM操作的命令（CCH）。图36温度的转换总线状态3、主机发出读取RAM的命令（BEH），随后主机依次读取DS18B20发出的从第0一第8，共九个字节的数据。如果只想读取温度数据，那在读完第0和第1个
42、数据后就不再理会后面DS18B20发出的数据即可。同样读取数据也是低位在前的。整个操作的总线状态如下图山东科技大学学士学位论文系统硬件设计23图37读RAM温度数据总线状态在这里说明一下，第二步跳过对ROM操作的命令是在总线上只有一个器件时，为节省时间而简化的操作，若总线上不止一个器件，那么跳过ROM操作命令将会使几器件同时响应，这样就会出现数据冲突。318温度检测电路本次设计智能温度报警系统的温度采集就由DSI8B20完成。将DSI8B20的GND脚接地，VDD脚接高电平,而单总线DQ脚接单片机的P14口，具体的采集电路如图38所示。图38温度采集电路山东科技大学学士学位论文系统硬件设计24
43、在主程序中设定一个循环。通过P14口对将温度传感器发送转换命令进行转换并由单片机的P14口读取转换后的数据。然后由数据转换子程序将读入的数据转换成温度，最后将温度存入存储器。如此不断循环，以实现实时温度转换功能。32集成湿度传感器IH3605321集成湿度传感器概述及特点湿度测量采用IH3605，IH3605是一种电容式湿度传感器，其内部集成有信号调理电路，具有精度高、线性度好、互换性强及输出电压范围大等优点。由于IH3605内部的两个热化聚合体层之间形成的平板电容器电容量的大小可随湿度是不同发生变化，从而可以完成对湿度信号的采集。IH3605集成湿度传感器的测量湿度范围为0100RH，固有精
44、度为2RH，工作温度范同为4085，工作电压为458V，它的输出电压是供电电压、湿度、温度的函数。电源电压升高，输出电压将成比例升高。在实际应用中，可通过以下步骤计算出实际的相对湿度值。1计算在25条件下的相对湿度值VOUTVDC0062RH0016式中，VOUT为传感器输出电压值，VDC为传感器供电电压值，RHO为25时相对湿度值。本系统中传感器供电电压值为5V，因此相对湿度值RH在O100之间变化时，传感器输出电压值在039V之间变化2温度对湿度补偿，计算当前温度T下的实际相对湿度值RHORHRH0/10546000216T其中RH为实际的相对湿度值，T为当前的温度值，单位为C山东科技大学
45、学士学位论文系统硬件设计25IH3605的输出电压与相对湿度的关系曲线如图39所示。图39输出电压与湿度关系曲线322湿度测量电路IH3605的输出电压较高且线性度较好，可以将IH3605的输出信号直接接到AD转换器上，完成模拟量到数字量的转换。湿度范围为0100RH的变化对应了AD转换器ADC0809的模拟量输入范围为05V。湿度测量电路图如图310所示。山东科技大学学士学位论文系统硬件设计26图310湿度监测电路33A/D转换电路设计331ADC0809概述ADC0809是典型的8位8通道逐次逼近式A/D转换器，片内有8路模拟选通开关，以及相应的通道抵制锁存用译码电路，其转换时间为100S
46、左右，可和单片机直接接口。ADC0809芯片为28引脚双列直插式封装，其引脚排列如图311所示。对ADC0809主要信号引脚的功能说明如下IN7IN0模拟量输入通道ALE地址锁存允许信号。对应ALE上跳沿，A、B、C地址状态送入地址锁存器中。山东科技大学学士学位论文系统硬件设计27图311ADC0809引脚图START转换启动信号。START上升沿时，复位ADC0809；START下降沿时启动芯片，开始进行A/D转换；在A/D转换期间，START应保持低电平。本信号有时简写为STA、B、C地址线。通道端口选择线，A为低地址，C为高地址，引脚图中为ADDA，ADDB和ADDC。其地址状态与通道对
47、应关系见表91。CLK时钟信号。ADC0809的内部没有时钟电路，所需时钟信号由外界提供，因此有时钟信号引脚。通常使用频率为500KHZ的时钟信号EOC转换结束信号。EOC0,正在进行转换；EOC1,转换结束。使用中该状态信号即可作为查询的状态标志，又可作为中断请求信号使用。D7D0数据输出线。为三态缓冲输出形式，可以和单片机的数据线直接相连。D0为最低位，D7为最高OE输出允许信号。用于控制三态输出锁存器向单片机输出转换得山东科技大学学士学位论文系统硬件设计28到的数据。OE0，输出数据线呈高阻；OE1，输出转换得到的数据。VCC5V电源。VREF参考电源参考电压用来与输入的模拟信号进行比较
48、，作为逐次逼近的基准。其典型值为5VVREF5V,VREF5VADC0809的内部逻辑结构图如图312所示。图312ADC0809内部逻辑结构图中多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用一个A/D转换器进行转换，这是一种经济的多路数据采集方法。地址锁存与译码电路完成对A、B、C3个地址位进行锁存和译码，其译码输出用于通道选择，其转换结果通过三态输出锁存器存放、输出，因此可以直接与系统数据总线相连，表35为通道选择表。表35通道选择表CBA被选择的通道000IN0山东科技大学学士学位论文系统硬件设计29001010011100101110111IN1IN2IN3IN4IN5IN6
49、IN7332ADC0809与单片机连接设计ADC0809与MCS51单片机的连接如图313所示。图313电路连接主要涉及两个问题。一是8路模拟信号通道的选择，二是A/D转换完成后转换数据的传送。山东科技大学学士学位论文系统硬件设计30如图313所示模拟通道选择信号A、B、C分别接最低三位地址A0、A1、A2，而地址锁存允许信号ALE由P27控制，则8路模拟通道的地址为7FF8H7FFFH此外，通道地址选择以作写选通信号。从图中可以看到，把ALE信号与START信号接在一起了，这样连接使得在信号的前沿写入（锁存）通道地址，紧接着在其后沿就启动转换。启动A/D转换只需要一条MOVX指令。在此之前，要将P27清零并将最低三位与所选择的通道好像对应的口地址送入数据指针DPTR中。例如要选择IN0通道时，可采用如下两条指令，即可启动A/D转换MOVDPTR,7FF8H；送入ADC0809的口地址MOVXDPTR,A；启动A/D转换（IN0）注意此处的A与A/D转换无关，可为任意值。34单片机连接电路设计341I/O口的扩展虽然89C51本身具有I/O口，但是已经被系统总线P0口和P2口用作16位地址总线占用了一部
