溫度測量儀課程設(shè)計

1、<p><b>　　智能儀器課程設(shè)計</b></p><p>　　設(shè) 計 題 目: 溫度的測量 </p><p>　　專 業(yè)： 電氣自動化 </p><p>　　姓 名： </p><p>　　班

2、 級： 09電氣對口一班 </p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　本文設(shè)計了一個基于集成溫度傳感器AD590的溫度測量儀設(shè)計，它的主要功能是利用集成溫度傳感器AD590，TLC549,51單片機,1602,PT2262,SC2272設(shè)計了一個能夠測溫及其無線傳輸并顯示溫度的智能溫度測量儀。其中AD590測量熱力學溫度、攝氏溫

3、度、兩點溫度差、多點最低溫度、多點平均溫度的具體電路，廣泛應用于不同的溫度控制場合。</p><p>　　關(guān)鍵字：51單片機、AD590溫度傳感器、PT2262、SC2272，TLC549</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　The integrated design of a temperature se

4、nsor based on the temperature measurement AD590, its main function is to use the integrated temperature sensor AD590, TLC549, 51 SCM, 1602, PT2262, SC2272 designed a wireless transmission to and display temperature and t

5、emperature smart temperature measurement. AD590 which measure the thermodynamic temperature, Celsius temperature, the temperature difference between two points, the lowest multi-point temperature, average temperature of

6、more specific circu</p><p>　　Keywords: 51 microcontroller, AD590 temperature sensor, PT2262, SC2272, TLC549</p><p>　　第1章 緒論- 3 -</p><p>　　1.1　課題研究背景和意義- 3 -</p><p>　

7、　1.2　國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀- 3 -</p><p>　　1.2.1 溫度傳感器- 3 -</p><p>　　1.2.2 濕度傳感器- 4 -</p><p>　　1.3　本文的主要工作和結(jié)構(gòu)安排- 5 -</p><p>　　第二章　系統(tǒng)整體設(shè)計- 6 -</p><p>　　2.1　信號采集- 6

8、 -</p><p>　　2.1.1 溫度傳感器- 6 -</p><p>　　2.1.2 濕度傳感器- 10 -</p><p>　　2.2　信號分析- 15 -</p><p>　　2.2.1 單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)- 15 -</p><p>　　2.2.2 單片機最小系統(tǒng)- 18 -</p&g

9、t;<p>　　2.2.3 RS232串口模塊- 20 -</p><p>　　2.3　信號處理- 21 -</p><p>　　2.3.1 顯示電路- 21 -</p><p>　　2.3.2 報警模塊- 22 -</p><p>　　2.3.3 繼電器模塊- 23 -</p><p>

10、;　　2.4　本章小結(jié)- 24 -</p><p>　　第三章、總體的軟件程序的設(shè)計- 24 -</p><p>　　3.1 溫度數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理子程序的設(shè)計- 24 -</p><p>　　3.2溫度顯示、保存處理的子程序設(shè)計- 24 -</p><p>　　3.3 無線發(fā)送與接受的子程序的設(shè)計- 25 -</p>

11、<p>　　3.4 十組溫度查詢的子程序設(shè)計- 26 -</p><p>　　第四章調(diào)試與結(jié)果分析- 27 -</p><p>　　4.1 調(diào)試儀器及方法- 27 -</p><p>　　4.2 測試數(shù)據(jù)- 27 -</p><p>　　4.3 軟、硬件調(diào)試與故障原因分析- 27 -</p><p&g

12、t;　　第五章、結(jié)論- 27 -</p><p>　　附 錄一 硬件原理圖- 29 -</p><p>　　附錄二 軟件程序代碼- 30 -</p><p>　　參考文獻- 45 -</p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p>　　1.1　課題研究背景和意義<

13、/p><p>　　溫度是表示物體冷熱程度的物理量，微觀上來講是物體分子熱運動的劇烈程度。在整個宇宙當中，溫度無處不存在。無論在地球上還是在月球上，也無論是在熾熱的太陽上還是在陰冷的冥王星上，這一切無不由于空間位置的不同而存在著溫度的差別。</p><p>　　濕度，表示大氣干燥程度的物理量。在一定的溫度下在一定體積的空氣里含有的水汽越少，則空氣越干燥；水汽越多，則空氣越潮濕。空氣的干濕程度叫做

14、“濕度”。在此意義下，常用絕對濕度、相對濕度、比較濕度、混合比、飽和差以及露點等物理量來表示。濕度表示氣體中的水蒸汽含量,有絕對濕度和相對濕度兩種表示方法。絕對濕度是一定體積的空氣中含有的水蒸氣的質(zhì)量，一般其單位是克/立方米，絕對濕度的最大限度是飽和狀態(tài)下的最高濕度；相對濕度是絕對濕度與最高濕度之間的比，它的值顯示水蒸氣的飽和度有多高[1]。</p><p>　　溫度、濕度和人類的生產(chǎn)、生活有著密切的關(guān)系，同時也

15、是工業(yè)生產(chǎn)中最常見最基本的工藝參數(shù)，例如機械、電子、石油、化工等各類工業(yè)中廣泛需要對溫度、濕度的檢測與控制。并且隨著人們生活水平的提高，人們對自己的生存環(huán)境越來越關(guān)注，而空氣中溫濕度的變化與人體的舒適度和情緒都有直接的影響，所以對溫度、濕度的檢測及控制就非常有必要了。</p><p>　　溫度、濕度是工業(yè)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)不可缺少的因素，但傳統(tǒng)的方法是用溫度表、毛發(fā)濕度表、雙金屬式測量計和濕度試紙等測試器材，通過人工進行檢

16、測，對不符合溫度和濕度要求的庫房進行通風、去濕和降溫等工作。這種人工測試方法費時費力、效率低，且測試的溫度及濕度誤差大，隨機性大。含有微型計算機或微處理器的測量儀器，由于它擁有對數(shù)據(jù)存儲，運算邏輯判斷及自動化的功能，有著智能作用。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，一個低成本和具有較高精度的溫度濕度測量儀在許多領(lǐng)域會代替人工操作，自動控制各種儀器調(diào)整環(huán)境溫度濕度。目前市場上普遍存在的溫濕度檢測儀器大都是單點測量，而且溫濕度信息傳遞不及時，精度達不到要求，不

17、利于控制者根據(jù)溫度、濕度變化及時做出決定，為此，本設(shè)計開發(fā)了一種能夠同時測量多點，并實時性高、精度高，能夠綜合處理多點溫濕度信息，并能進行溫濕度控制的測控產(chǎn)品?？傊h(huán)境溫濕度的檢測與調(diào)節(jié)儀器的設(shè)計和開發(fā)具有非常大的市場前景和實用價值。</p><p>　　1.2　國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀</p><p>　　1.2.1 溫度傳感器</p><p>　　集成溫度傳感器是目

18、前應用范圍最廣、使用最普及的一種全集成化傳感器。其種類很多，大致可分為以下5類：1、模擬集成溫度傳感器；2、模擬集成溫度控制器；3、智能溫度傳感器；4、通用智能溫度控制器；5、微機散熱保護專用的智能溫度控制器。</p><p>　　集成溫度傳感器的主要應用領(lǐng)域有以下3個方面：</p><p>　　1.溫度測量：可以構(gòu)成數(shù)字溫度計、溫度變送器、溫度巡回檢測儀、智能化溫度檢測系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)化測溫系

19、統(tǒng)。</p><p>　　2.溫度控制：適用于智能化溫度測控系統(tǒng)、工業(yè)過程控制、現(xiàn)場可編程溫度控制系統(tǒng)、環(huán)境溫度監(jiān)測及報警系統(tǒng)、中央空調(diào)、風扇溫控電路、微處理器及微機系統(tǒng)的過熱保護裝置、現(xiàn)代辦公設(shè)備、電信設(shè)備、服務器中的溫度測控系統(tǒng)、電池充電器的過熱保護電路、音頻功率放大器的過熱保護電路及家用電器。</p><p>　　3.特殊應用：例如，熱電偶冷端溫度補償、測量溫差、測量平均溫度、測量溫

20、度場、電子密碼鎖（僅對內(nèi)含64位ROM的單線總線智能溫度傳感器而言）及液晶顯示器表面溫度監(jiān)測等[2]。</p><p>　　模擬集成溫度傳感器是在20世紀80年代問世的，它是將溫度傳感器集成在一個芯片上、可完成溫度測量及模擬信號輸出功能的專用IC。模擬集成溫度傳感器的主要特點是功能單一（僅測量溫度）、測溫誤差小、價格低、響應速度快、傳輸距離遠、體積小、微功耗等，適合遠距離測溫、控溫，不需要進行非線性校準，外圍電路

21、簡單。它是目前在國內(nèi)外應用最為普遍的一種集成傳感器，典型產(chǎn)品有AD590、AD592、TMP17、LM135等。 </p><p>　　智能溫度傳感器（亦稱數(shù)字溫度傳感器）是在20世紀90年代中期問世的。它是微電子技術(shù)、計算機技術(shù)和自動測試技術(shù)（ATE）的結(jié)晶。目前，國際上已開發(fā)出多種智能溫度傳感器系列產(chǎn)品。智能溫度傳感器內(nèi)部都包含溫度傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器、信號處理器、存儲器（或寄存器）和接口電路。有的產(chǎn)品還帶多

22、路選擇器、中央控制器（CPU）、隨機存取存儲器（RAM）和只讀存儲器（ROM）。智能溫度傳感器的特點是能輸出溫度數(shù)據(jù)及相關(guān)的溫度控制量，適配各種微控制器（MCU）；并且它是在硬件的基礎(chǔ)上通過軟件來實現(xiàn)測試功能的，其智能化程度也取決于軟件的開發(fā)水平。進入21世紀后，智能溫度傳感器正朝著高精度、多功能、總線標準化、高可靠性及安全性、開發(fā)虛擬傳感器和網(wǎng)絡(luò)傳感器、研制單片測溫系統(tǒng)等高科技的方向迅速發(fā)展。</p><p>

23、　　在20世紀90年代中期最早推出的智能溫度傳感器，采用的是8位A/D轉(zhuǎn)換器，其測溫精度較低，分辨力只能達到1℃。目前，國外已相繼推出多種高精度、高分辨力的智能溫度傳感器，所用的是9~12位A/D轉(zhuǎn)換器，分辨力一般可達0.5~0.0625℃。由美國DALLAS半導體公司新研制的DS1624型高分辨力智能溫度傳感器，能輸出13位二進制數(shù)據(jù)，其分辨力高達0.03125℃，測溫精度為±0.2℃。為了提高多通道智能溫度傳感器的轉(zhuǎn)換速率

24、，也有的芯片采用高速逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器。以AD7817型5通道智能溫度傳感器為例，它對本地傳感器、每一路遠程傳感器的轉(zhuǎn)換時間分別僅為27μs、9μs。 </p><p>　　新型智能溫度傳感器的測試功能也在不斷增強。例如，DS1629型單線智能溫度傳感器增加了實時日歷時鐘（RTC），使其功能更加完善。DS1624還增加了存儲功能，利用芯片內(nèi)部256字節(jié)的E2PROM存儲器，可存儲用戶的短信息。另外，智能溫度傳

25、感器正從單通道向多通道的方向發(fā)展，這就為研制和開發(fā)多路溫度測控系統(tǒng)創(chuàng)造了良好條件。智能溫度傳感器的總線技術(shù)也實現(xiàn)了標準化、規(guī)范化，所采用的總線主要有單線總線、I2C總線、SMBus總線和SPI總線[3]。</p><p>　　1.2.2 濕度傳感器</p><p>　　濕度傳感器產(chǎn)品及濕度測量屬于90年代興起的行業(yè)。濕度傳感器主要分為電阻式和電容式兩種，產(chǎn)品的基本形式都是在基片上涂覆感濕

26、材料形成感濕膜?？諝庵械乃羝皆诟袧癫牧仙虾螅淖杩?、介質(zhì)常數(shù)發(fā)生很大的變化，從而制成濕敏元件。近年來，國內(nèi)外在濕度傳感器研發(fā)領(lǐng)域取得了較大的發(fā)展。濕敏傳感器正從簡單的濕敏元件向集成化、智能化、多參數(shù)檢測的方向迅速發(fā)展。</p><p>　　國內(nèi)外各廠家的濕度傳感器產(chǎn)品水平不一，質(zhì)量價格都相差較大，用戶如何選擇性能價格比最優(yōu)的理想產(chǎn)品確有一定難度，需要在這方面作深入的了解。現(xiàn)在國內(nèi)市場上出現(xiàn)了不少國內(nèi)外濕

27、度傳感器產(chǎn)品，電容式濕敏元件較為多見，感濕材料種類主要為高分子聚合物，氯化鋰和金屬氧化物。</p><p>　　近年來，國內(nèi)外在濕度傳感器研發(fā)領(lǐng)域取得了長足進步。濕敏傳感器正從簡單的濕敏元件向集成化、智能化、多參數(shù)檢測的方向迅速發(fā)展，為開發(fā)新一代濕度/溫度測控系統(tǒng)創(chuàng)造了有利條件，也將濕度測量技術(shù)提高到新的水平。</p><p>　　濕敏元件是最簡單的濕度傳感器。濕敏元件主要分為電阻式、電容

28、式兩大類。濕敏電阻的特點是在基片上覆蓋一層用感濕材料制成的膜，當空氣中的水蒸氣吸附在感濕膜上時，元件的電阻率和電阻值都發(fā)生變化，利用這一特性即可測量濕度。濕敏電阻的種類很多，例如金屬氧化特濕敏電阻、硅濕敏電阻、陶瓷濕敏電阻等。濕敏電阻的優(yōu)點是靈敏度高，主要缺點是線性度和產(chǎn)品的互換性差。濕敏電容一般是用高分子薄膜電容制成的，常用的高分子材料有聚苯乙烯、聚酰亞胺、酷酸醋酸纖維等。當環(huán)境濕度發(fā)生改變時，濕敏電容的介電常數(shù)發(fā)生變化，使其電容量也

29、發(fā)生變化，其電容變化量與相對濕度成正比。濕敏電容的主要優(yōu)點是靈敏度高、產(chǎn)品互換性好、響應速度快、濕度的滯后量小、便于制造、容易實現(xiàn)小型化和集成化，其精度一般比濕敏電阻要低一些。國外生產(chǎn)濕敏電容的主廠家有Humirel公司、Philips公司、Siemens公司等。以Humirel公司生產(chǎn)的SH1100型濕敏電容為例，其測量范圍是（1%~99%）RH，在55%RH時的電容量為180pF（典型值）。當相對濕度從0變化到100%時，電容量的變

30、化范圍是163pF~202pF。溫度系數(shù)為0.04pF/℃，濕</p><p>　　目前，國外生產(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（HIH-3602、HIH-3605、HIH-3610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：</p><p&

31、gt;　　(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。其主要特點是采用恒壓供電，內(nèi)置放大電路，能輸出與相對濕度呈比例關(guān)系的伏特級電壓信號，響應速度快，重復性好，抗污染能力強。</p><p>　　(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55%RH時的輸出頻率為8750Hz（型值），當上對濕度

32、從10%變化到95%時，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、便于配數(shù)字電路或單片機、價格低等優(yōu)點。</p><p>　　(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，還增加了溫度信號輸出端，利用負溫度系數(shù)（NTC）熱敏電阻作為溫度傳感器。當環(huán)境溫度變化時，其電阻值也相應改變并且從NTC端引出，配上二次儀表即可測量出溫

33、度值。</p><p>　　2002年Sensiron公司在世界上率先研制成功SHT11、 SHT15型智能化溫度/溫度傳感器，其外形尺寸僅為7.6（mm）×5(mm)×2.5（mm），體積與火柴頭相近。出廠前，每只傳感器都在溫度室中做過精密標準，標準系數(shù)被編成相應的程序存入校準存儲器中，在測量過程中可對相對濕度進行自動校準。它們不僅能準確測量相對溫度，還能測量溫度和露點。測量相對溫度的范圍是

34、0~100%，分辨力達0.03%RH，最高精度為±2%RH。測量溫度的范圍是-40℃~ 123.8℃，分辨力為0.01℃。測量露點的精度[4]。</p><p>　　1.3　本文的主要工作和結(jié)構(gòu)安排</p><p>　　本設(shè)計以STC89C52單片機為核心來對多點溫濕度進行實時巡檢。各檢測單元(從機)能獨立完成各自功能，同時能根據(jù)主控機的指令對溫濕度進行時時采集。并將采集來的信息

35、通過液晶屏顯示清晰的呈現(xiàn)給用戶，如果采集的信息超出了預設(shè)范圍，閃爍燈和蜂鳴器都將給出報警示意用戶，以便做出及時決定。</p><p>　　本系統(tǒng)能夠同時檢測多路溫濕度，檢測溫度范圍-55℃~+95℃。根據(jù)實際需要，檢測點數(shù)可以擴展。系統(tǒng)采用CHR-01濕敏電阻，使用模擬電路，將濕度信號變?yōu)殡妷盒盘栞敵觯瑐鬏斀o單片機進行分析、處理和控制顯示。濕度檢測范圍為20％~90％RH，其檢測精度為±5％。此外，本系

36、統(tǒng)還具有報警模塊，可設(shè)定溫度濕度報警上下限，當檢測到任何溫度濕度超過溫度濕度報警上下限就進行報警。</p><p>　　第二章　系統(tǒng)整體設(shè)計</p><p>　　本方案以STC89C52單片機系統(tǒng)為核心來對溫度、濕度進行實時控制和巡檢。各檢測單元能獨立完成各自功能，并根據(jù)主控機的指令對溫濕度進行實時采集。主控機負責控制指令的發(fā)送，并控制各個檢測單元進行溫度采集，收集測量數(shù)據(jù)，同時對測量結(jié)果

37、進行整理和顯示。其中包括單片機、復位電路、溫度檢測、濕度檢測、鍵盤及顯示、報警電路、系統(tǒng)軟件等部分的設(shè)計。</p><p>　　圖2.1 系統(tǒng)總方框圖</p><p>　　本設(shè)計由信號采集、信號分析和信號處理三個部分組成的。</p><p>　　(1)信號采集 由溫度傳感器模塊和濕度傳感器模塊組成；</p><p>　　(2)信號分析

38、由單片機STC89C52組成；</p><p>　　(3)信號處理 由液晶顯示模塊、繼電器模塊和蜂鳴器模塊組成。</p><p><b>　　2.1　信號采集</b></p><p>　　2.1.1 溫度傳感器</p><p>　　Dallas半導體公司的數(shù)字化溫度傳感器DS1820是世界上第一片支持“一線總線”接口

39、的溫度傳感器。一線總線獨特而且經(jīng)濟的特點，使用戶可輕松組建傳感器網(wǎng)絡(luò)。新一代的“DS18B20”體積更小、更經(jīng)濟、更靈活。</p><p>　　圖2.2 DS18B20</p><p>　　DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成：64位光刻ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。DS18B20的管腳排列如下: DQ為數(shù)字信號輸入/輸出端；GND為電源地；VDD為

40、外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時接地）。</p><p>　　圖2.3 DS18B20方框圖</p><p>　　DS18B20依靠一個單線端口通訊。在單線端口條件下，必須先建立ROM操作協(xié)議，才能進行存儲器和控制操作。因此，控制操作必須首先提供下面5個ROM操作指令之一：(1)讀ROM,(2)匹配ROM, (3)搜索ROM, (4)跳過ROM, (5)報警搜索。這些指令操作作用

41、在沒有一個器件的64位光刻ROM序列號，可以在掛在一線上多個器件選定某一個器件，同時，總線也可以知道總線上掛有有多少，什么樣的設(shè)備。若指令成功地使DS18B20完成溫度測量，數(shù)據(jù)存儲在DS18B20的存儲器。一個控制功能指揮指示DS18B20的演出測溫。測量結(jié)果將被放置在DS18B20內(nèi)存中，并可以讓閱讀發(fā)出記憶功能的指揮，閱讀內(nèi)容的片上存儲器。溫度報警觸發(fā)器TH和TL都有一字節(jié)EEPROM 的數(shù)據(jù)。如果DS18B20不使用報警檢查指令

42、，這些寄存器可作為一般的用戶記憶用途。在片上還載有配置字節(jié)以理想的解決溫度數(shù)字轉(zhuǎn)換。寫TH,TL指令以及配置字節(jié)利用一個記憶功能的指令完成。通過緩存器讀寄存器。所有數(shù)據(jù)的讀寫都是從最低位開始[5]。</p><p>　　1、DS18B20主要特性</p><p>　　DS18B20支持“一線總線”接口，測量溫度范圍為 -55°C~+125°C，在-10~+85°

43、;C范圍內(nèi),精度為±0.5°C。現(xiàn)場溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量，如：環(huán)境控制、設(shè)備或過程控制、測溫類消費電子產(chǎn)品等，支持3V~5.5V的電壓范圍，使系統(tǒng)設(shè)計更靈活、方便。而且新一代產(chǎn)品更便宜，體積更小。DS18B20可以程序設(shè)定9~12位的分辨率，精度為±0.5°C?？蛇x更小的封裝方式，更寬的電壓適用范圍。分辨率設(shè)定，及用戶設(shè)定的報

44、警溫度存儲在EEPROM中，掉電后依然保存。DS18B20的性能是新一代產(chǎn)品中最好的！性能價格比也非常出色！</p><p>　　2、DS18B20工作原理</p><p>　　DS18B20的測溫原理如圖2.4所示，圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給計數(shù)器1。高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為計數(shù)器2的脈沖輸入。計數(shù)器1和溫

45、度寄存器被預置在-55℃所對應的一個基數(shù)值。計數(shù)器1對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行減法計數(shù)當計數(shù)器1的預置值減到0時，溫度寄存器的值將加1計數(shù)器1 的預置將重新被裝入，計數(shù)器1重新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行計數(shù)，如此循環(huán)直到計數(shù)器2計數(shù)到0 時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數(shù)值即為所測溫度。斜率累加器用于補償和修正測溫過程中的非線性，其輸出用于修正計數(shù)器1的預置值[10]。</p><p

46、>　　圖2.4 DS18B20原理圖</p><p>　　3、DS18B20基本應用電路</p><p>　　DS18B20測溫系統(tǒng)具有測溫系統(tǒng)簡單、測溫精度高、連接方便、占用口線少等優(yōu)點。下面就是DS18B20幾個不同應用方式下的測溫電路圖：</p><p>　　(1) DS18B20寄生電源供電方式電路圖 </p><p&g

47、t;　　如下面圖2.5所示，在寄生電源供電方式下，DS18B20從單線信號線上汲取能量：在信號線DQ處于高電平期間把能量儲存在內(nèi)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。</p><p>　　圖2.5 DS18B20寄生電源供電方式電路圖</p><p>　　獨特的寄生電源方式有三個好處：1，進行遠距離測溫時，無需本地電源；2，可以在沒

48、有常規(guī)電源的條件下讀取ROM；3，電路更加簡潔，僅用一根I/O口實現(xiàn)測溫；要想使DS18B20進行精確的溫度轉(zhuǎn)換，I/O線必須保證在溫度轉(zhuǎn)換期間提供足夠的能量，由于每個DS18B20在溫度轉(zhuǎn)換期間工作電流達到1mA，當幾個溫度傳感器掛在同一根I/O線上進行多點測溫時，只靠4.7K上拉電阻就無法提供足夠的 能量，會造成無法轉(zhuǎn)換溫度或溫度誤差極大。</p><p>　　因此，此電路只適應于單一溫度傳感器測溫情況下使用

49、，不適宜采用電池供電系統(tǒng)中。并且工作電源VCC必須保證在5V，當電源電壓下降時，寄生電源能夠汲取的能量也降低，會使溫度誤差變大。</p><p>　　改進的寄生電源供電方式如下面圖2.5所示，為了使DS18B20在動態(tài)轉(zhuǎn)換周期中獲得足夠的電流供應，當進行溫度轉(zhuǎn)換或拷貝到 E2存儲器操作時，用MOSFET把I/O線直接拉到VCC就可提供足夠的電流，在發(fā)出任何涉及到拷貝到E2存儲器或啟動溫度轉(zhuǎn)換的指令后，必須在最 多

50、10μS內(nèi)把I/O線轉(zhuǎn)換到強上拉狀態(tài)。在強上拉方式下可以解決電流供應不走的問題，因此也適合于多點測溫應用，缺點就是要多占用一根I/O口線進行強上拉切換。</p><p>　　圖2.6 DS18B20寄生電源強上拉供電方式電路圖</p><p>　　(2) DS18B20的外部電源供電方式電路圖</p><p>　　在外部電源供電方式下，DS18B20工作電源由VD

51、D引腳接入，此時I/O線不需要強上拉，不存在電源電流不足的問題，可以保證轉(zhuǎn)換精度，同時在總線上理論可以掛接任意多個DS18B20傳感器，組成多點測溫系統(tǒng)。注意：在外部供電的方式下，DS18B20的GND引腳不能懸空 ，否則不能轉(zhuǎn)換溫度，讀取的溫度總是85℃。</p><p>　　圖2.7 溫度傳感器模塊電路圖</p><p>　　外部電源供電方式是DS18B20最佳的工作方式，工作穩(wěn)定可

52、靠，抗干擾能力強，而且電路也比較簡單，可以開發(fā)出穩(wěn)定可靠的多點溫度監(jiān)控系統(tǒng)。因此本設(shè)計采用外部供電方式，。因為本設(shè)計只用于測量環(huán)境溫度，所以只顯示0℃~+85℃。</p><p>　　2.1.2 濕度傳感器</p><p>　　測量空氣濕度的方式很多，其原理是根據(jù)某種物質(zhì)從其周圍的空氣吸收水分后引起的物理或化學性質(zhì)的變化，間接地獲得該物質(zhì)的吸水量及周圍空氣的濕度。電容式、電阻式和濕漲式濕

53、敏原件分別是根據(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)生變化而進行濕度測量的。</p><p><b>　　1.濕度的概念</b></p><p>　　濕度是表示空氣中水蒸氣含量多少的尺度。在物理學和氣象學中，大氣濕度的表示方法是多種多樣的，而且都有各自的物理量和相應單位。在諸多方法中，習慣使用的是絕對濕度和相對濕度。</p><p>

54、;　　(1)絕對濕度：絕對濕度定義為在每立方米濕空氣中，在標準狀態(tài)下所含水蒸汽的質(zhì)量，以字符ρ表示，單位。再由氣體狀態(tài)方程式</p><p><b>　　（2.1）</b></p><p><b>　　可得</b></p><p><b>　?。?.2）</b></p><p>

55、;　　式中為空氣中水蒸氣的分壓力(帕)；T為空氣中的干球絕對溫度(K)；t為空氣中干球的攝氏溫度(℃)；為水蒸氣的氣體常數(shù)， =461。</p><p>　　(2)相對濕度:相對濕度是指空氣中水蒸氣分壓力與同溫度下飽和水蒸汽壓力之比值。用r表示相對濕度為：</p><p><b>　　（2.3）</b></p><p>　　式中和的單位采用毫巴

56、(mb)時，由馬格奴斯經(jīng)驗公式計算飽和水蒸氣壓力:</p><p><b>　?。?.4）</b></p><p>　　式中=6.1mb?？諝庵兴魵夥謮毫Π聪铝泄接嬎悖?lt;/p><p><b>　?。?.5）</b></p><p>　　式中：為濕球溫度時飽和水蒸汽壓力；為干球溫度(℃)；為濕球

57、溫度(℃)；P為大氣壓力(mb)；A是與風速v有關(guān)，通常按下列公式計算：</p><p><b>　?。?.6）</b></p><p>　　可知，相對濕度為干球溫度、濕球溫度、風速、大氣壓力的函數(shù)，當大氣壓力變化不大時，對給定的檢測條件V不變，那么只要測得t ，t 即可得相對濕度[2]。</p><p>　　2. CHR-01濕敏元件簡介&l

58、t;/p><p>　　電阻型濕度傳感器可分為兩類：電子導電型和離子導電型。電子導電型濕度傳感器，也稱為“漲縮型濕度傳感器”，它通過將導電體粉末（金屬、石墨等）分散于膨脹性吸濕高分子中制成濕敏膜。隨濕度變化，膜發(fā)生膨脹或收縮，從而使導電粉末間距變化，電阻隨之改變。但是這類傳感器長期穩(wěn)定性差，且難以實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)，所以應用較少。離子導電型濕度傳感器，它是高分子濕敏膜吸濕后，在水分子作用下，離子相互作用減弱，遷移率增加；同

59、時吸附的水分子電離使離子載體增多，膜電導隨濕度增加而增加，由電導的變化可測知環(huán)境濕度。本設(shè)計選用阻抗型高分子濕度電阻，型號CHR-01，其外型尺寸、內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖分別如圖2.8所示。</p><p>　　圖2.8 CHR-01</p><p>　　CHR-01型高分子濕度電阻的工作原理：由于水附在有極性基的高分子膜上，在低濕度下，因吸附量少，不能產(chǎn)生荷電離子，電阻值較高。當相對濕度增加時

60、，吸附量也增加，吸附水就成為導電通道，高分子電解質(zhì)的正負離子主要起到載流子作用，另外，由吸附水自身離解出的質(zhì)子、水和氫離子也起電荷載流子作用，使高分子濕敏電阻的電阻值下降。它的工作電壓為交流1V，頻率為50Hz~2kHz，測量濕度范圍為20%~90%RH，測量精度±5%，工作溫度范圍為0~+85℃，最高使用溫度120℃，阻抗在60%RH（25℃）時為30（21~40.5）kΩ[12]。</p><p>

61、　　圖2.9為0-60℃下CHR-01的阻抗特性曲線，由下圖可知，在對精度要求不高的情況下，可以將其近似為線性關(guān)系。</p><p>　　圖2.9 0~+60℃阻抗特性圖</p><p>　　3. CHR-01濕敏元件應用電路</p><p>　　在實際工作環(huán)境中，溫度不是一個恒值，隨著環(huán)境的變化而變化，變化的范圍很寬。而濕敏元件受溫度的影響不能忽略。濕敏元件的濕

62、度溫度系數(shù)就是表示器件的感濕特性曲線隨環(huán)境溫度而變化的特性參數(shù)。環(huán)境的溫度變化越大，由感濕特征量表示的環(huán)境相對濕度與實際的相對濕度之間的誤差就越大。另外，一切電阻式濕度傳感器都必須使用交流電源，否則性能會劣化甚至失效。電解質(zhì)濕度傳感器的電導是靠離子的移動實現(xiàn)的，在直流電源作用下，正、負離子必然向電源兩極運動，產(chǎn)生電解作用，使感濕層變薄甚至被破壞；在交流電源作用下，正負離子往返運動，不會產(chǎn)生電解作用，感濕膜不會被破壞。交流電源的頻率選擇是

63、，在不產(chǎn)生正、負離子定向積累情況下盡可能低一些。但加交流電壓后會產(chǎn)生一定的熱量，所以，交流電壓值不能過高，要有一定的限度，在高阻短路。另外，濕敏膜在高頻下也會產(chǎn)生集膚效應，阻值發(fā)生變化，影響到測濕靈敏度和準確性。除此之外，響應時間、濕滯回線、濕滯回差等也不容忽略。響應時間越短，表明濕敏元件的吸濕過程和脫濕過程越快，濕滯回差越小，濕敏元件的性能越好。故采用振蕩電路作為濕敏元件的測試電路[11]。</p><p>　

64、　圖2.10 濕度傳感器模塊電路</p><p>　　在濕度檢測電路中，以5V交流電作為濕敏電阻的工作電壓。多諧振蕩器只有兩個暫穩(wěn)態(tài)。假設(shè)當電源接通后，電路處于某一暫穩(wěn)態(tài)，電容C上電壓略低于，輸出高電平，截止，電源通過給電容C充電。隨著充電的進行逐漸增高，但只要，輸出電壓就一直保持高電平不變，這就是第一個暫穩(wěn)態(tài)。當電容C上的電壓略微超過時，RS觸發(fā)器置 0，使輸出電壓從原來的高電平翻轉(zhuǎn)到低電平，即，導通飽和，此

65、時電容C通過和放電。隨著電容C放電，下降，但只要，就一直保持低電平不變，這就是第二個暫穩(wěn)態(tài)。當UC下降到略微低于時，RS觸發(fā)器置 1，電路輸出又變?yōu)?1，截止，電容C再次充電，又重復上述過程，電路輸出便得到周期性的矩形脈沖[14]。</p><p>　　諧振蕩器的振蕩周期為兩個暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時間，。求得電容C的充電時間和放電時間各為</p><p><b>　?。?.7）</

66、b></p><p><b>　?。?.8）</b></p><p><b>　　因此，振蕩周期</b></p><p><b>　?。?.9）</b></p><p>　　通過頻率值轉(zhuǎn)換為所對應的濕度值，就得到了所測的濕度值。</p><p>&

67、lt;b>　　2.2　信號分析</b></p><p>　　單片機專業(yè)名稱—Micro Controller Unit(微控制器件)它是由INTEL公司發(fā)明的，最早的系列是MCS-48后來有了MCS-51我們經(jīng)常說的51系列單片機就是MCS-51micro controller system，它是一種8位的單片機。</p><p>　　在單片機應用系統(tǒng)開發(fā)過程中，單片機是

68、整個設(shè)計的核心，因此選擇合適的單片機型號很重要。根據(jù)實現(xiàn)系統(tǒng)功能需要的單片機硬件資源，在性能指標滿足的情況下，該系統(tǒng)的單片機型號選擇8051系列的STC89C52芯片。</p><p>　　本系統(tǒng)中，選擇STC89C52單片機為該系統(tǒng)的總控芯片，STC89C52單片機可把由溫度、濕度檢測電路檢測出的信號數(shù)據(jù)傳輸?shù)絃ED顯示模塊，實現(xiàn)溫度、濕度的顯示；通過鍵盤設(shè)定溫濕度報警值，超過溫度、濕度上下限由蜂鳴器實現(xiàn)溫度、

69、濕度的報警。</p><p>　　2.2.1 單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><p>　　STC89C52系列單片機是宏晶科技推出的新一代超強抗干擾、高速、低功耗的單片機，指令碼完全兼容傳統(tǒng)8051單片機，12時鐘/機器周期和6時鐘/機器周期可任意選擇[13]。STC89C52具備較完善的中斷功能，有兩個外中斷、兩個定時/計數(shù)器中斷和一個串行中斷，可滿足不同的控制要求，并具有2級的優(yōu)先級別選擇

70、，可以滿足系統(tǒng)在各個子模塊程序之間的切換；STC89C52的運算速度可滿足一般的設(shè)計要求；而且STC系列單片機支持ISP在線編程功能，可以不用昂貴的編程器[6]。</p><p>　　8051系列單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是各種邏輯單元及其之間的互連構(gòu)成的。主要包含中央處理器（CPU）、程序存儲器(ROM)、數(shù)據(jù)存儲器(RAM)、定時/計數(shù)器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)等幾大單元及數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線等三大總線，

71、8051系列單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框架示意圖，如圖2.11所示。</p><p>　　圖2.11 8051系類單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖</p><p><b>　　1.主要性能參數(shù)：</b></p><p>　　(1) 與MCS-51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容</p><p>　　(2) 8k字節(jié)在系統(tǒng)編程（ISP）Flash閃速存儲

72、器</p><p>　　(3) 1000次擦寫周期</p><p>　　(4) 4.0-5.5V的工作電壓范圍</p><p>　　(5) 全靜態(tài)工作模式：0Hz-33MHz</p><p>　　(6) 三級程序加密鎖</p><p>　　(7) 128*8字節(jié)內(nèi)部RAM</p><p>　　(

73、8) 32個可編程I/O口線</p><p>　　(9) 2個16位定時/計數(shù)器</p><p><b>　　(10)6個中斷源</b></p><p>　　(11)全雙工串行UART通道</p><p>　　(12)低功耗空閑和掉電模式</p><p>　　(13)中斷可從空閑摸喚醒系統(tǒng)<

74、/p><p>　　(14)看門狗（WDT）及雙數(shù)據(jù)指針[7]</p><p><b>　　中央處理器：</b></p><p>　　中央處理器(CPU)是整個單片機的核心部件，51系列單片機是8位數(shù)據(jù)寬度的處理器，它能處理8位二進制數(shù)據(jù)或代碼。CPU主要由算術(shù)邏輯部件，控制器和專用寄存器三部分電路組成。它負責控制、指揮和調(diào)度整個單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，

75、完成運算和控制輸入輸出功能等操作。</p><p>　　數(shù)據(jù)存儲器(RAM)：</p><p>　　數(shù)據(jù)存取器（RAM）可存放讀寫的數(shù)據(jù)，運算的中間結(jié)果或用戶定義的字型表。8051內(nèi)部有128個8位用戶數(shù)據(jù)存儲單元和128個專用寄存器單元，它們是統(tǒng)一編址的，專用寄存器只能用于存放控制指令數(shù)據(jù)，用戶只能訪問，而不能用于存放用戶數(shù)據(jù)，所以，用戶能使用的的RAM只有128個。</p>

76、<p>　　程序存儲器(ROM)：</p><p>　　程序存取器（ROM）用于存放用戶程序，原始數(shù)據(jù)或表格等。8051共有4096個8位掩膜ROM。 </p><p><b>　　定時/計數(shù)器：</b></p><p>　　定時/計數(shù)器用于硬件的定時或計數(shù)。8051有兩個16位的可編程定時/計數(shù)器，以實現(xiàn)定時或計數(shù)功能，也可產(chǎn)生

77、中斷用于控制程序轉(zhuǎn)向。</p><p>　　并行輸入輸出(I/O)口：</p><p>　　單片機的并行輸入輸出（I/O）口主要用于和外部設(shè)備進行通信，以便于處理外部的輸入和將運算結(jié)果反饋到外部設(shè)備。8051共有4組8位I/O口(P0、 P1、P2或P3)，用于對外部數(shù)據(jù)的傳輸。</p><p><b>　　全雙工串行口：</b></p&

78、gt;<p>　　全雙工串行口主要用于與其他設(shè)備間的串行數(shù)據(jù)傳送。 8051內(nèi)置一個全雙工串行通信口，用于與其它設(shè)備間的串行數(shù)據(jù)傳送，該串行口既可以用作異步通信收發(fā)器，也可以當同步移位器使用</p><p><b>　　中斷系統(tǒng)：</b></p><p>　　8051具備較完善的中斷功能，有兩個外中斷、兩個定時/計數(shù)器中斷和一個串行中斷，可滿足

79、不同的控制要求，并具有2級的優(yōu)先級別選擇。</p><p><b>　　時鐘電路：</b></p><p>　　8051內(nèi)置最高頻率達12MHz的時鐘電路，用于產(chǎn)生整個單片機運行的脈沖時序，但8051單片機需外置振蕩電容[8]。</p><p><b>　　2.管腳說明：</b></p><p>　

80、　8051系列單片機采用40Pin封裝的雙列直接DIP結(jié)構(gòu)，它們的引腳配置如圖2.12所示，40個引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時鐘線兩根，4組8位共32個I/O口，中斷口線與P3口線復用。</p><p>　　圖2.12 8051系類單片機管腳圖</p><p><b>　　VCC：供電電壓。</b></p><p><b

81、>　　GND：接地。</b></p><p>　　P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。</p><p>　　P1口：P1

82、口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。</p><p>　　P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為

83、輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。</p><p>　　P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O

84、口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。</p><p>　　P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：</p><p>　　P3.0 RXD（串行輸入口）</p><p>　　P3.1 TXD（串行輸出口）</p&g

85、t;<p>　　P3.2 /INT0（外部中斷0）</p><p>　　P3.3 /INT1（外部中斷1）</p><p>　　P3.4 T0（記時器0外部輸入）</p><p>　　P3.5 T1（記時器1外部輸入）</p><p>　　P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）</p><p>　　P3

86、.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）</p><p>　　P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。</p><p>　　2.2.2 單片機最小系統(tǒng)</p><p>　　單片機系統(tǒng)的擴展是以基本最小系統(tǒng)為基礎(chǔ)的，故應首先熟悉應用應用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。單片機最小系統(tǒng)包括晶體振蕩電路、復位電路，其電路圖如圖2.13所示。</p><p>　　圖

87、2.13 單片機最小系統(tǒng)</p><p><b>　　1.復位電路</b></p><p>　　單片機復位的原理是在時鐘電路開始工作后，在單片機的RST引腳施加24個時鐘振蕩脈沖（即兩個機器周期）以上的高電平，單片機便可以實現(xiàn)復位。在復位期間，單片機的ALE引腳和\P\S\E\N引腳均輸出高電平。當RST引腳從高電平跳變?yōu)榈碗娖胶?，單片機便從0000H單元開始執(zhí)行程

88、序。</p><p>　　在實際應用中，一般采用既可以手動復位，又可以上電復位的電路，這樣可以人工復位單片機系統(tǒng)，這種電路如圖2.13復位部分所示。上電復位電路部分的原理也是RC電路的充放電效應。除了系統(tǒng)上電的時候可以給RST引腳一個短暫的高電平信號外，當按下按鍵開關(guān)的時候，VCC通過一個高電阻連接到RST引腳，給RST一個高電平，按鍵松開的時候，RST引腳恢復為低電平，復位完成。</p><

89、p><b>　　2.晶振電路</b></p><p>　　時鐘電路是用于產(chǎn)生單片機正常工作時所需要的時鐘信號。STC89C52單片機內(nèi)部包含有一個振蕩器，可以用于CPU的時鐘源。另外也可以采用外部振蕩器，由外部振蕩器產(chǎn)生的時鐘信號來供內(nèi)部CPU運行使用。</p><p><b>　　(1)內(nèi)部時鐘模式</b></p><

90、p>　　內(nèi)部時鐘模式是采用單片機內(nèi)部振蕩器來工作的模式。51系列單片機內(nèi)部包含有一個高增益的單級反相放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別為片內(nèi)放大器的輸入端口和輸出端口,其工作頻率為0~33MHz。</p><p>　　當單片機工作于內(nèi)部時鐘模式的時候，只需在XTAL1引腳和XTAL2引腳連接一個晶體振蕩器或陶瓷振蕩器，并聯(lián)兩個電容后接地即可，使用時對于電容的選擇有一定得要求，具體如下：</p>

91、;<p>　　A 當外接晶體振蕩器的時候，電容值一般選擇C1=C2=30±10pF；</p><p>　　B 當外接陶瓷振蕩器的時候，電容值一般選擇C1=C2=40±10pF。</p><p>　　在實際電路設(shè)計時，盡量保證外接的振蕩器和電容盡可能接近單片機的XTAL1和XTAL2引腳，這樣可以減少寄生電容的影響，使振蕩器能夠穩(wěn)定可靠地為單片機CPU提供時

92、鐘信號。</p><p><b>　　(2)外部時鐘模式</b></p><p>　　外部時鐘模式是采用外部振蕩器產(chǎn)生時鐘信號，直接提供給單片機使用。對于不同的結(jié)構(gòu)的單片機，外部時鐘信號接入的方式有所不同。對于普通的8051單片機，外部時鐘信號由XTAL2引腳接入后直接送到單片機內(nèi)部的時鐘信號發(fā)生器，而引腳XTAL1則應直接接地。這里需要注意，由于XTAL2引腳的邏輯

93、電平不是TTL信號，因此外接一個上拉電阻。對于CMOS型的80C51,80C52,AT89S52等單片機，和普通的8051不同的是其內(nèi)部的時鐘信號取自于反相放大器的輸入端。因此外部的時鐘信號應該接到單片機的XTAL1引腳，而XTAL2引腳懸空即可。</p><p>　　根據(jù)實際應用，我們選擇內(nèi)部時鐘電路，外接頻率12.000MHz的晶體振蕩器，選擇兩個電容值為30pF的陶瓷電容。</p><p

94、>　　2.2.3 RS232串口模塊</p><p>　　串行接口是單片機與外部設(shè)備之間進行數(shù)據(jù)通信的主要途徑。51系類單片機提供了功能強大的全雙工串行通信接口，可以方便的實現(xiàn)多機通信或單片機與主機之間的通信。</p><p>　　串行通信是指數(shù)據(jù)的各個二進制位按照順序一位一位地進行傳輸。這種通信方式的優(yōu)點是所需的數(shù)據(jù)線少，節(jié)省硬件成本及單片機的引腳資源，并且抗干擾能力強，適合于遠

95、距離數(shù)據(jù)傳輸，缺點是每次發(fā)送一個比特，導致傳輸速度慢，效率低。</p><p><b>　　1.串行通信簡介</b></p><p>　　單片機的串行通信是將數(shù)據(jù)的二進制位，按照一定的順序進行逐位發(fā)送，接收方則按照對應的順序逐位接收，并將數(shù)據(jù)恢復出來。單片機的串行通信有異步通信和同步通信兩種基本方式。下面分別介紹。</p><p><b&

96、gt;　　(1)異步通信方式</b></p><p>　　異步通信是一種利用數(shù)字或字符的再同步技術(shù)的通信方式，其全稱為Asynchronous Communication。在異步通信過程中，數(shù)據(jù)通常是以幀為單位進行傳送的，每個幀為一個字符或一個字節(jié)。發(fā)送方將字符幀一位一位地發(fā)送出去，接收方則一位一位地接收該字符幀。發(fā)送方和接收方各自有一個控制發(fā)送和接收的時鐘，這兩個時鐘不同，相互獨立。</p&g

97、t;<p>　　一個字符幀按順序一般可以分為4部分，即起始位，數(shù)據(jù)位，奇偶校驗位和停止位。</p><p>　　在異步通信的過程中，數(shù)據(jù)幀在傳輸線上的傳送一般是不連續(xù)的，即傳輸時，字符間隔不固定，各個字符幀可以是連續(xù)發(fā)送，也可以是間斷發(fā)送，在間斷發(fā)送時，停止位之后，傳輸線路上自動保持高電平。</p><p>　　異步串行通信的優(yōu)點是不需要進行時鐘同步，字符幀的長度不受限制，使

98、用起來比較方便，應用范圍廣；其缺點是傳送每個字符都要有起始位，奇偶校驗位和停止位，這樣便降低了有效地數(shù)據(jù)傳輸速率。</p><p><b>　　(2)同步通信方式</b></p><p>　　同步通信方式是一種連續(xù)的串行傳輸數(shù)據(jù)的通信方式，其全稱為Synchronous Communication。同步串行通信的一次通信過程只傳送一幀的信息。</p>&

99、lt;p>　　同步通信由同步字符、數(shù)據(jù)字符和校驗字符三部分組成。同步通信吧要發(fā)送的數(shù)據(jù)按順序連接成一個數(shù)據(jù)塊，在數(shù)據(jù)塊的開頭附加同步字符，在數(shù)據(jù)塊的末尾附加差錯校驗字符。在數(shù)據(jù)塊的內(nèi)部，數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)之間沒有間隔。</p><p>　　在進行同步串行通信時，發(fā)送方首先發(fā)送同步字符，數(shù)據(jù)則緊跟其后發(fā)送。接收方檢測到同步字符后，開始逐個接收數(shù)據(jù)，直到所有數(shù)據(jù)接收完畢，然后按照雙方規(guī)定的的長度恢復成一個一個的數(shù)據(jù)字節(jié)

100、，最后進行校驗，如果無傳輸錯誤，則可以結(jié)束一幀的傳輸。</p><p>　　同步串行通信的優(yōu)點是不用單獨發(fā)送每個字符，其傳輸速率高，一般用于高速率的數(shù)據(jù)通信場合；缺點是需要進行發(fā)送方和接收方之間的時鐘同步，整個系統(tǒng)設(shè)計比較復雜。</p><p><b>　　2.串口通信電路</b></p><p>　　串口通信電路如圖2.14所示。圖中，51單

101、片機的串行數(shù)據(jù)輸出端口TXD連接到MAX232第一組收發(fā)器的輸入端口T1 IN，用于向PC發(fā)送數(shù)據(jù)。串行數(shù)據(jù)輸入端口RXD連接到MAX232第一組收發(fā)器的輸出端口R1 OUT，用于接收PC串行輸入的數(shù)據(jù)。</p><p>　　PC的串行數(shù)據(jù)輸入端口RXIN連接到MAX232第一組收發(fā)器的輸出端口T1 OUT,用于接收單片機發(fā)送的串行數(shù)據(jù)，PC的串行數(shù)據(jù)輸出端口R1IN連接到MAX232第一組收發(fā)器的輸入端口R1

102、IN,用于向單片機發(fā)送串行數(shù)據(jù)。</p><p>　　圖2.14 RS232串口電路</p><p><b>　　2.3　信號處理</b></p><p>　　2.3.1 顯示電路</p><p>　　在單片機應用系統(tǒng)設(shè)計中，一般都是把鍵盤和顯示器放在一起考慮。顯示器作為輸出部件，可以將系統(tǒng)的運行結(jié)果、狀態(tài)等信息直觀

103、地顯示出來供操作者了解系統(tǒng)的運行情況和程序的執(zhí)行結(jié)果。本設(shè)計是利用8051的串行口實現(xiàn)鍵盤/顯示器接口。</p><p>　　1602采用標準的16腳接口，其中：</p><p>　　第1腳：VSS為電源地</p><p>　　第2腳：VDD接5V電源正極</p><p>　　第3腳：V0為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地電

104、源時對比度最高（對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個10K的電位器調(diào)整對比度）。</p><p>　　第4腳：RS為寄存器選擇，高電平1時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平0時選擇指令寄存器。</p><p>　　第5腳：RW為讀寫信號線，高電平(1)時進行讀操作，低電平(0)時進行寫操作。</p><p>　　第6腳：E(或EN)端為使能(enable)端。<

105、/p><p>　　第7~14腳：D0~D7為8位雙向數(shù)據(jù)端。</p><p>　　第15~16腳：空腳或背燈電源。15腳背光正極，16腳背光負極[18]。</p><p>　　圖2.15 LCD顯示模塊</p><p>　　2.3.2 報警模塊</p><p>　　在微型計算機控制系統(tǒng)中，為了安全生產(chǎn)，對于一些重要的參

106、數(shù)或系統(tǒng)部位，都設(shè)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)或記過計算機進行數(shù)據(jù)處理、數(shù)字濾波，標度變換之后，與該參數(shù)上下限給定值進行比較，如果高于上限值（或低于下限值）則進行報警，否則就作為采樣的正常值，進行顯示和控制。</p><p>　　本設(shè)計采用峰鳴音報警電路。峰鳴音報警接口電路的設(shè)計只需購買市售的壓電式蜂鳴器，然后通過MCS-51的1根口線經(jīng)驅(qū)動器驅(qū)動蜂鳴音發(fā)

107、聲。壓電式蜂鳴器約需10mA的驅(qū)動電流，可以使用TTL系列集成電路7406或7407低電平驅(qū)動，也可以用一個晶體三極管驅(qū)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，蜂鳴器停止發(fā)聲。</p><p>　　圖2.16是一個簡單的使用三極管驅(qū)動的峰鳴音報警電路：</p><p>

108、　　圖2.16 蜂鳴器模塊</p><p>　　2.3.3 繼電器模塊</p><p>　　繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路），通常應用于自動控制電路中，它實際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動開關(guān)”。故在電路中起著自動調(diào)節(jié)、安全保護、轉(zhuǎn)換電路等作用。為改變溫度濕度控制外接風扇、空調(diào)等本電路設(shè)計了繼電器模塊[20]。</p

109、><p>　　圖2.17 繼電器電路</p><p><b>　　2.4　本章小結(jié)</b></p><p>　　本章主要介紹系統(tǒng)整體設(shè)計，分為信號采集、分析、處理三個系統(tǒng)。在各個系統(tǒng)中具體用到的各子模塊基本結(jié)構(gòu)、基本原理、應用電路，實現(xiàn)功能</p><p>　　第三章、總體的軟件程序的設(shè)計</p><p

110、>　　3.1 溫度數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理子程序的設(shè)計</p><p>　　經(jīng)AD590采集的溫度轉(zhuǎn)化為了電壓值，然后經(jīng)放大電路處理后，使輸出電壓V=T/20,這樣才能保證TLC549的輸入電壓不大于基準電壓。在硬件調(diào)試時，基準電壓設(shè)置成5V,所以在程序處理時要將從TLC549得到的數(shù)字值乘以5/255才能得到電壓V，然后再乘以20才能得到溫度（此時的溫度是雙精度型的）。中值濾波是為了得到很短時間的溫度平均值，有