溫、濕度環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)（temperature, humidity environment monitoring system design）

1、<p>　　溫、濕度環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　[摘 要]溫濕度是一種最基本的環(huán)境參數(shù)，溫濕度的測量方法和裝置對現(xiàn)在的生活、生產(chǎn)具有重要的意義。此溫濕度測量系統(tǒng)是基于單線式溫度傳感器DS18B20、電容式濕度傳感器、單片機(jī)STC89C52 對溫度濕度分別測量并通過液晶顯示屏1602經(jīng)行顯示。溫度傳感器DS18B20是單線式，體積超小，硬件開消超低，抗干擾能力強(qiáng)，精度高，附加功能強(qiáng)的理想單片機(jī)溫

2、度傳感器，可實(shí)時(shí)根據(jù)指令給出溫度數(shù)據(jù)，可讀性高。其結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、清洗效果好,具有很高的實(shí)用價(jià)值。本系統(tǒng)具有可讀性高，穩(wěn)定性高，反應(yīng)速度快，測量值準(zhǔn)確的特點(diǎn)。</p><p>　　關(guān)鍵詞 ：單片機(jī)，溫溫度，DS18B20，傳感器，液晶顯示器</p><p>　　Temperature, humidity environment monitoring system design</

3、p><p>　　[Abstract] Temperature and humidity is one of the most basic environmental parameters. Temperature and humidity measurement methods and devices has the vital significance on present life. The temperatur

4、e and humidity measurement system is based on singleline type temperature sensor DS18B20, capacitive moisture sensorSCM STC89C52 for temperature humidity measurement and respectively by LCD display. The line 1602 Tempera

5、ture sensor DS18B20 is singleline type, volume super-small, hardware KaiXiao u</p><p>　　Keyword：microcontroller,temperature and humidity,DS18B20, sensor,LCD</p><p><b>　　目 錄</b></p

6、><p>　　第一章 引 言1</p><p>　　第二章 設(shè)計(jì)方案2</p><p>　　2.1 計(jì)算機(jī)、電子技術(shù)發(fā)展概述2</p><p>　　2.2 系統(tǒng)主要單元的選擇與論證3</p><p>　　2.2.1單片機(jī)控制模塊的選擇論證3</p><p>　　2.2.2溫度濕度檢

7、測模塊的選擇與論證3</p><p>　　2.2.3顯示模塊的選擇與論證4</p><p>　　2.3主要器件選取與系統(tǒng)方框圖4</p><p>　　2.3.1 溫度傳感器的選取4</p><p>　　2.3.2 濕度傳感器的選取6</p><p>　　2.3.3總體方案設(shè)計(jì)6</p><

8、;p>　　第三章 設(shè)計(jì)原理8</p><p>　　3.1 DS18B20簡介8</p><p>　　3.1.1 概述8</p><p>　　3.2.2 詳細(xì)說明10</p><p>　　3.2 HS1101簡介18</p><p>　　3.2.1 概述18</p><p

9、>　　3.2.2 HS1101工作原理19</p><p>　　第四章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)21</p><p>　　4.1 系統(tǒng)組成21</p><p>　　4.1.1 溫度測量傳感部分21</p><p>　　4.1.2 濕度測量傳感部分22</p><p>　　4.1.3 控制部分22</

10、p><p>　　4.1.4 蜂鳴器電路原理22</p><p>　　4.1.5 顯示部分22</p><p>　　4.1.6 電源部分22</p><p>　　4.2 軟件流程圖23</p><p>　　4.3 系統(tǒng)總的程序設(shè)計(jì)25</p><p>　　4.3.1 讀取溫度數(shù)據(jù)

11、子程序的設(shè)計(jì)26</p><p>　　4.3.2 數(shù)據(jù)比較程序的設(shè)計(jì)26</p><p>　　4.3.3 數(shù)據(jù)設(shè)置程序的設(shè)計(jì)26</p><p>　　4.4 軟件仿真28</p><p>　　4.5 硬件調(diào)試28</p><p>　　4.6 電路測試29</p><p>&l

12、t;b>　　第五章 結(jié)論30</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)31</b></p><p><b>　　致 謝32</b></p><p><b>　　附 錄33</b></p><p>　　附1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原理圖33</p>

13、<p><b>　　附2 源代碼34</b></p><p>　　附3 DS18B20特性46</p><p>　　附4 HS1101特性48</p><p><b>　　第一章 引 言</b></p><p>　　現(xiàn)代電子技術(shù)日新月異，各種新型的自動控制系統(tǒng)也越來越多地運(yùn)用到

14、人們的日常生活、工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域，它不但可以提高勞動生產(chǎn)率，而且可以使控制的設(shè)備或執(zhí)行的操作更加精確。傳感器是信息采集的重要工具，傳感器技術(shù)與通信技術(shù)（信息傳輸）和計(jì)算機(jī)技術(shù)（信息處理），構(gòu)成了現(xiàn)代信息技術(shù)的三大支柱，它們在信息系統(tǒng)中分別起著“感覺”，“神經(jīng)”，和“大腦”的作用?，F(xiàn)代電子產(chǎn)品正在以前所未有的革新速度，向著功能多樣化，體積最小化，功耗最低化的方向發(fā)展。它與傳統(tǒng)電子產(chǎn)品在設(shè)計(jì)上的顯著區(qū)別：一是大量使用大規(guī)模可編寫芯片，以提高產(chǎn)

15、品性能，縮小產(chǎn)品體積，降低產(chǎn)品功耗；二是廣泛運(yùn)用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)，以提高電子設(shè)計(jì)自動化程序，縮短開發(fā)周期，提高產(chǎn)品的競爭力。單片機(jī)的單芯片的微小體積和極低的成本，可廣泛地嵌入到電子系統(tǒng)，辦公自動化、艦船、個(gè)人信息終端及通信產(chǎn)品等方方面面，成為現(xiàn)代電子系統(tǒng)中最重要的智能化工具。</p><p>　　測量溫濕度的關(guān)鍵是溫濕度傳感器，溫濕度傳感器的發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展階段：①傳統(tǒng)的分立式傳感器，②模擬集成傳感器，③智能集成

16、傳感器。目前，國際上新型溫濕度傳感器正從模擬式向數(shù)字式，從集成化向智能化、網(wǎng)絡(luò)化的方向飛速發(fā)展。</p><p>　　本文介紹智能集成溫度傳感器DS18B20和濕度傳感器HS1101的結(jié)構(gòu)特征；以STC89C52單片機(jī)為控制器，以1602型LCD為顯示器的溫濕度測量裝置；單片機(jī)對溫、濕度傳感器的控制程序，溫、濕度的讀取，16進(jìn)制到BCD碼轉(zhuǎn)換以及LCD顯示程序。使用DS1820的測溫系統(tǒng)電路簡單，測溫精度高，連接

17、方便，占用處理器I/O端口少。使用HS1101的濕度傳感器價(jià)格低廉，精度高，軟件資源豐富。但是較小的硬件開銷意味著相對復(fù)雜的軟件補(bǔ)償，傳感器與處理器間采用串行的數(shù)據(jù)通信，因此在進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)時(shí)設(shè)計(jì)匯編程序時(shí)I/O的時(shí)序就顯得較為復(fù)雜。</p><p>　　溫濕度是最基本的環(huán)境參數(shù)，人們的生活與其息息相關(guān)，在工業(yè)生產(chǎn)過程中需要實(shí)時(shí)測量溫濕度，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中也離不開溫濕度的測量，因此研究溫度和濕度的測量方法和裝置具有重要

18、的意義。</p><p><b>　　第二章 設(shè)計(jì)方案</b></p><p>　　在本章中，我們將溫、濕度環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)及其主要功能特點(diǎn)進(jìn)行簡單的分析，并給出它的特點(diǎn)、實(shí)現(xiàn)功能、系統(tǒng)的簡單操作以及對單片機(jī)及其控制系統(tǒng)的了解。</p><p>　　2.1 計(jì)算機(jī)、電子技術(shù)發(fā)展概述</p><p>　　近年來，

19、計(jì)算機(jī)技術(shù)迅猛發(fā)展，使得計(jì)算機(jī)在工業(yè)，農(nóng)業(yè)，國防科研及日常生活的各個(gè)領(lǐng)域顯示了日益旺盛的生命力，它已成為各國工業(yè)發(fā)展水平的主要標(biāo)志之一，是發(fā)展新技術(shù)，改造老技術(shù)的強(qiáng)有力的武器，計(jì)算機(jī)使人類面臨著一個(gè)新的贊賞技術(shù)和工業(yè)革命，它的作用遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了因蒸汽機(jī)和電的出現(xiàn)而產(chǎn)生的工業(yè)革命。</p><p>　　目前，單片機(jī)正朝著高性能和多品種方向發(fā)展，單片機(jī)的發(fā)展正朝著CMOS化，低功耗，小體積，大容量，高性能，低價(jià)格和外圍電

20、路的內(nèi)裝化等幾個(gè)方面發(fā)展。近幾年，由于CMOS技術(shù)的進(jìn)步，大大地促進(jìn)了單片機(jī)的CMOS化，此種芯片除了低功耗外，還具有功耗的可控性，使單片機(jī)可以工作在功耗精細(xì)管理狀態(tài)，并且單片機(jī)一般采用精簡指令集結(jié)構(gòu)和流水線技術(shù)，可以大幅度提高運(yùn)行速度，提升信息處理功能，中斷和定時(shí)控制功能，在一般上還具有串行擴(kuò)展技術(shù)，隨著低價(jià)位OTP及各種類型片內(nèi)程序存儲器的發(fā)展，加之外圍接口不斷進(jìn)入片內(nèi)，特別是IIC，API等串行總線的引入，可以使單片機(jī)的引腳設(shè)計(jì)得

21、更少，單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加簡化及規(guī)范化。這就引導(dǎo)我們利用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)對數(shù)顯可調(diào)穩(wěn)壓電源的控制。 </p><p>　　隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展，計(jì)算機(jī)已深入滲透到我們的生活中，就51系列而言，由于Intel公司將其內(nèi)核使用權(quán)以專利互換或出售的形式轉(zhuǎn)給世界許多著名IC制造商，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，在工業(yè)測量控制領(lǐng)域內(nèi)單片機(jī)的應(yīng)用越來越廣泛

22、。同時(shí)，隨著超大規(guī)模集成電路工藝和集成制造技術(shù)的不斷完善，單片機(jī)的硬件集成度也不斷提高，已經(jīng)出現(xiàn)了能滿足各種不同需求、具有各種特殊功能的單片機(jī)，這類單片機(jī)具有集成度高、性能價(jià)格比優(yōu)越、貨源充足等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)測量領(lǐng)域內(nèi)獲得了極為廣泛的應(yīng)用價(jià)值。</p><p>　　現(xiàn)代的電子產(chǎn)品朝密集型發(fā)展，而電子產(chǎn)品的溫度特性普遍比較差，這就對溫、濕度的監(jiān)測提出了新的要求。若采用國外進(jìn)口的溫、濕度監(jiān)測系統(tǒng)，雖然其性能較好，但是結(jié)

23、合國情，其價(jià)格相當(dāng)昂貴，又是全英文，推廣起來較困難。</p><p>　　就是在以上問題出現(xiàn)的情況下，我們設(shè)計(jì)出一個(gè)利用集成溫度傳感器及濕度傳感器，配合單片計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，從軟件的編制上實(shí)現(xiàn)對各外圍硬件的控制，最終實(shí)現(xiàn)對當(dāng)前環(huán)境溫、濕度進(jìn)行監(jiān)測。在硬件的設(shè)計(jì)上，所有元器件都采用了通用型產(chǎn)品，使得設(shè)計(jì)出來的產(chǎn)品生產(chǎn)及維修都相當(dāng)方便，可以有效地降低成本，同時(shí)另外一點(diǎn)就是能用軟件實(shí)現(xiàn)的功能盡量選用軟件進(jìn)行操作，更加突出了產(chǎn)

24、品的簡單性和高可靠性，因此，我們這一設(shè)計(jì)方法是一個(gè)值得推廣的方法，接下來我們就對方案與設(shè)計(jì)原理方框圖進(jìn)行比較分析。</p><p>　　2.2 系統(tǒng)主要單元的選擇與論證 </p><p>　　2.2.1單片機(jī)控制模塊的選擇論證</p><p>　　方案一：采用XC9000系列的FPGA。該類器件具有并行處理能力，能快速的響應(yīng)外部的各種數(shù)字信號，但在數(shù)據(jù)處理方面過于

25、復(fù)雜，而且芯片價(jià)格較昂貴。 </p><p>　　方案二：采用單片機(jī)作為控制核心，單片機(jī)數(shù)學(xué)運(yùn)算功能較強(qiáng)。在程序相互調(diào)用方面，處理方便靈活，性能穩(wěn)定，適合實(shí)際應(yīng)用。且單片機(jī)技術(shù)發(fā)展較為成熟，價(jià)格便宜。</p><p>　　基于以上分析，采用單片機(jī)控制可更為簡便靈活地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能，故擬采用方案二。</p><p>　　2.2.2溫度濕度檢測模塊的選擇與論證</p

26、><p>　　方案一：選用DHT11作為溫濕度檢測模塊。DHT11是一款數(shù)字輸出的復(fù)合傳感器，包含一個(gè)電阻式感濕元件和NTC式溫度檢測元件，可測20~90%RH濕度，誤差5%RH，0~50攝氏度，誤差2攝氏度。</p><p>　　方案二：選用DS18B20溫度傳感器和HS1101濕度傳感器。DS18B20是一線式數(shù)字溫度傳感器，具有獨(dú)特的單線式接口方式，測量范圍在55℃～125℃，誤差為&#

27、177;0.5℃。最高精度可達(dá)0.0625℃。HS1101是電容式濕度傳感器，可測相對濕度范圍在0%~100%RH，誤差為±2%RH。</p><p>　　方案選擇，有上述數(shù)據(jù)可知，根據(jù)需要（溫度測量范圍為-10-50℃，濕度為0-100%；溫度測量誤差為0.1℃，濕度測量誤差為3%RH；），從設(shè)計(jì)要求的精度來看，本方案更優(yōu)。</p><p>　　綜上所述，雖然方案一具有綜合作用

28、，但是方案二的測試范圍和精度都由于方案一，故本模塊采用方案二。</p><p>　　2.2.3顯示模塊的選擇與論證</p><p>　　方案一：采用12864液晶模塊顯示測得的數(shù)據(jù)，可顯示較多組的數(shù)據(jù)，字體較大，可清晰讀數(shù)，但12864液晶模塊價(jià)格昂貴，接線復(fù)雜，故不采用。</p><p>　　方案二：采用1602液晶模塊顯示所測數(shù)據(jù)，1602液晶接線簡單方便，同時(shí)

29、也能滿足顯示需要，價(jià)格遠(yuǎn)低于12864液晶。因此，本方案為首選方案。</p><p>　　綜上所述，顯示模塊選擇方案二。</p><p>　　2.3主要器件選取與系統(tǒng)方框圖</p><p>　　為了使設(shè)計(jì)具有高可靠性，與實(shí)際運(yùn)用的緊密結(jié)合性，從經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的角度出發(fā)，我們對室內(nèi)溫、濕度控制系統(tǒng)進(jìn)行精心的設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)過程中，我們綜合多方面的知識進(jìn)行分析，對于本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

30、，其控制部分的電路基本相同，主要不同的是對溫、濕度傳感器的選用，下面就各種不同的傳感器構(gòu)成的溫、濕度監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行分析與對比。 </p><p>　　2.3.1 溫度傳感器的選取 </p><p><b>　　一、熱膨脹式溫度計(jì)</b></p><p>　　該溫度計(jì)是利用膨脹法來測量溫度的一種儀表。膨脹式溫度計(jì)按選用的物質(zhì)不同可分為液體膨脹式溫度

31、計(jì)，氣體膨脹式溫度計(jì)(壓力式溫度計(jì)) 和固體膨脹式溫度計(jì)三大類。對于液體膨脹式溫度計(jì)，根據(jù)填充的工作液不同又可分為水銀溫度計(jì)和有機(jī)液體溫度計(jì)；固體膨脹式溫度計(jì)，按結(jié)構(gòu)又可分為雙金屬溫度計(jì)和桿式溫度計(jì)兩種。膨脹式溫度計(jì)可以用作標(biāo)準(zhǔn)儀器，廣泛用于測量設(shè)備，管道和容器的溫度； 在醫(yī)療衛(wèi)生和食品工業(yè)中也得到了廣泛的應(yīng)用。膨脹式溫度計(jì)具有結(jié)構(gòu)簡單，制造和使用方便，價(jià)格便宜以及精度高等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　缺點(diǎn)：不便于

32、遠(yuǎn)距離測溫(壓力式溫度計(jì)除外) ，結(jié)構(gòu)脆弱，易壞。</p><p><b>　　二、電阻溫度計(jì)</b></p><p>　　熱電阻是利用導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化而變化的特性來測量溫度的一種感溫元件。使用熱電阻作感溫元件的溫度計(jì)常稱為電阻溫度計(jì)。常用的熱電阻有： 銅電阻、鉑熱電阻和鎳熱電阻。熱電阻必須與二次儀表配合使用才能指示出被測介質(zhì)的溫度。熱電阻的測溫原理是基

33、于金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度的變化而變化的特性，再用顯示儀表測出熱電阻的電阻值從而得出與電阻值相應(yīng)的溫度值。這種測溫的方法已廣泛運(yùn)用于工業(yè)生產(chǎn)與民用生活中，在此基礎(chǔ)上，人們還將熱敏電阻與信號放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換集成在一塊芯片中，開發(fā)了集成溫度傳感器，使得設(shè)計(jì)出來的溫度自動控制系統(tǒng)既簡單可靠性又高，因此在業(yè)內(nèi)運(yùn)用極廣。</p><p>　　優(yōu)點(diǎn)：電阻溫度計(jì)具有測量精度高，性能穩(wěn)定，靈敏度高，應(yīng)用范圍廣，可遠(yuǎn)距離測溫，便于微機(jī)

34、實(shí)時(shí)處理，并能實(shí)現(xiàn)溫度自動控制和記錄。</p><p><b>　　三、熱電偶</b></p><p>　　熱電偶是用兩種不同成份的導(dǎo)體焊接在一起，兩端溫度不同時(shí)，在回路中就會有熱電勢產(chǎn)生，因此熱電偶是通過測量熱電勢從而測量溫度的一種感溫元件，它是一種變換器，它能將溫度信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘栐儆娠@示儀表顯示出來。熱電偶測量溫度的基本原理是熱電效應(yīng)。它是熱電效應(yīng)理論的具體應(yīng)用

35、之一。在溫度測量中得到了廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　優(yōu)點(diǎn)：測量精度高，結(jié)構(gòu)簡單，動態(tài)響應(yīng)快，可作遠(yuǎn)距離測量， 測溫范圍廣。</p><p>　　四、石英溫度傳感器測溫儀</p><p>　　石英溫度傳感器的測溫原理是以石英晶體片作為測溫元件，將溫度變化的模擬量轉(zhuǎn)化為石英晶體震蕩頻率的數(shù)字量，再將此頻率信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并顯示其溫度值。石英晶體溫度傳感器穩(wěn)定性很好，

36、靈敏度可達(dá)0.001 ℃以上。</p><p>　　缺點(diǎn)：響應(yīng)速度較慢，測溫速度約為一秒鐘一次，顯然不適合快速測溫場合。</p><p>　　五、DS18B20傳感器</p><p>　?。?）適應(yīng)電壓范圍更寬，電壓范圍：3.0～5.5V，寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供。 （2）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

37、與DS18B20的雙向通訊。 （3）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)組網(wǎng)多點(diǎn)測溫。 （4）DS18B20在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)。 （5）溫范圍－55℃～＋125℃，在-10～+85℃時(shí)精度為±0.5℃。 （6）可編程的分辨率為9～12位，對應(yīng)的可分辨溫度分別為0.5℃、0.25℃、0

38、.125℃和0.0625℃，可實(shí)現(xiàn)高精度測溫。 （7）在9位分辨率時(shí)最多在93.75ms內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字，12位分辨率時(shí)最多在750ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快。 （8）測量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號，以“一線總線”串行傳送給CPU，同時(shí)可傳送CRC校驗(yàn)碼，具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯能力。 （9）負(fù)壓特性：電源極性接反時(shí)，芯片不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作</p><p>　　經(jīng)過

39、以上分析，結(jié)合本系統(tǒng)的運(yùn)用需要，決定選用電壓電流式集成溫度傳感器DS18B20作為系統(tǒng)的測溫傳感器。</p><p>　　2.3.2 濕度傳感器的選取</p><p>　　濕敏傳感器是能夠感受外界濕度變化，并通過器件材料的物理或化學(xué)性質(zhì)變化，將濕度轉(zhuǎn)化成有用信號的器件。濕度檢測較之其它物理量的檢測顯得困難，這首先是因?yàn)榭諝庵兴魵夂恳瓤諝馍俚枚?；另外，液態(tài)水會使一些高分子材料和電解質(zhì)材

40、料溶解，一部分水分子電離后與溶入水中的空氣中的雜質(zhì)結(jié)合成酸或堿，使?jié)衩舨牧喜煌潭鹊厥艿礁g和老化，從而喪失其原有的性質(zhì)；再者，濕信息的傳遞必須靠水對濕敏器件直接接觸來完成，因此濕敏器件只能直接暴露于待測環(huán)境中，不能密封。通常，對濕敏器件有下列要求：在各種氣體環(huán)境下穩(wěn)定性好，響應(yīng)時(shí)間短，壽命長，有互換性，耐污染和受溫度影響小等。微型化、集成化及廉價(jià)是濕敏器件的發(fā)展方向。 HS1101以其全互換性、在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下不需校正、長時(shí)間飽和下快速脫

41、濕、快速反應(yīng)時(shí)間、價(jià)格低廉等特點(diǎn)深受大家歡迎。</p><p>　　2.3.3總體方案設(shè)計(jì)</p><p>　　該系統(tǒng)主要由以下功能塊系統(tǒng)構(gòu)成：中央控制處理器STC89C52組成的主機(jī)系統(tǒng)；環(huán)境數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，輸出顯示與鍵盤控制系統(tǒng)等。</p><p>　　主要的系統(tǒng)電路有：電源電路、溫度傳感器與濕度傳感器電路、顯示電路，報(bào)警電路、鍵盤輸入控制電路等。電路分析我們在下

42、一章節(jié)中進(jìn)行分析。</p><p>　　該系統(tǒng)的主要特點(diǎn)有：</p><p>　?。?）該產(chǎn)品的互換性好，響應(yīng)速度快，抗干擾能力強(qiáng)，外圍電路簡單易懂，因此體積小。</p><p>　　（2）該系統(tǒng)能用軟件的方式控制硬件，所有用軟件方式設(shè)計(jì)的系統(tǒng)向硬件系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換是由有關(guān)開發(fā)軟件自動完成的，易操作。</p><p>　?。?）可以從以前的組合設(shè)計(jì)

43、轉(zhuǎn)向真正的自由設(shè)計(jì)，所以設(shè)計(jì)的移植性好，效率高?？蛇m合大規(guī)模的現(xiàn)場制作。</p><p>　　圖 2-1 基于DS18B20和HS1101的溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)方框圖</p><p>　　系統(tǒng)0017理方框圖</p><p><b>　　第三章 設(shè)計(jì)原理</b></p><p>　　3.1 DS18B

44、20簡介</p><p>　　3.1.1 概述 </p><p>　　Dallas 半導(dǎo)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”接口的溫度傳感器。一線總線獨(dú)特而且經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念。</p><p>　　同DS1820一樣DS18B20也支持“一線總線”接口，測量溫度范圍為 -55&

45、#176;C~+125°C，在-10~+85°C 范圍內(nèi),精度為±0.5°C?，F(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(fèi)電子產(chǎn)品等。與前一代產(chǎn)品不同，新的產(chǎn)品支持3V~5.5V 的電壓范圍，使系統(tǒng)設(shè)計(jì)更靈活、方便。而且新一代產(chǎn)品更便宜，體積更小。</p><p>　　DS18B2

46、0 數(shù)字溫度計(jì)提供 9 位溫度讀數(shù)，指示器件的溫度 。</p><p>　　信息經(jīng)過單線接口送入 DS18B20 或從 DS18B20 送出，因此從中央處理器到 DS18b20 僅需連接一條線（和地），讀寫和完成溫度變換所需的電源可以由數(shù)據(jù)線本身提供 ，而不需要外部電源。 </p><p>　　因?yàn)槊恳粋€(gè) DS1820 有唯一的系列（silicon serial number）因此多個(gè) D

47、S1820 可以存在于同一條單線總線上。這允許在許多不同的地方放置溫度靈敏器件。此特性的應(yīng)用范圍包括 HVAC 環(huán)境控制，建筑物、設(shè)備或機(jī)械內(nèi)的溫度檢測,以及過程監(jiān)視和控制中的溫度檢測. </p><p><b>　　1. 特性 </b></p><p>　　*獨(dú)特的單線接口,只需 1 個(gè)接口引腳即可通信 </p><p>　　*多點(diǎn)（mul

48、tidrop）能力使分布式溫度檢測應(yīng)用得以簡化 </p><p><b>　　*不需要外部元件 </b></p><p><b>　　*可用數(shù)據(jù)線供電 </b></p><p><b>　　*不需備份電源</b></p><p>　　*測量范圍從-55℃至+125℃，增量值為

49、0.5 ℃等效的華氏溫度范圍是-67°F至257°F ，增量值為 0.9°F </p><p>　　*以9 位數(shù)字值方式讀出溫度 </p><p>　　*在1 秒（典型值）內(nèi)把溫度變換為數(shù)字 </p><p>　　*用戶可定義的，非易失性的溫度告警設(shè)置 </p><p>　　*告警搜索命令識別和尋址溫度在編定的極

50、限之外的器件（溫度告警情況） </p><p>　　*應(yīng)用范圍包括恒溫控制，工業(yè)系統(tǒng)，消費(fèi)類產(chǎn)品，溫度計(jì)或任何熱敏系統(tǒng)</p><p><b>　　2 . 引腳排列</b></p><p><b>　　3. 引腳說明 </b></p><p>　　3.2.2 詳細(xì)說明 </p>&

51、lt;p><b>　　1. 工作原理</b></p><p>　　圖3-1的框圖表示 DS18B20 的主要部件 DS18B20 有三個(gè)主要的數(shù)據(jù)部件：1）64 位光刻ROM；2）溫度靈敏元件；3）非易失性溫度告警觸發(fā)器TH和TL。器件從單線的通信線取得其電源，在信號線為高電平的時(shí)間周期內(nèi)，把能量貯存在內(nèi)部的電容器中，在單信號線為低電平的時(shí)間期內(nèi)，斷開此電源 直到信號線變?yōu)楦唠娖街?/p>

52、新接上寄生（電容）電源為止。作為另一種可供選擇的方法，DS18B20也可用外部5V電源供電。</p><p>　　圖3-1 DS18B20結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　與DS18B20的通信經(jīng)過一個(gè)單線接口。在單線接口情況下，在ROM操作未定建立之前不能使用存貯器和控制操作。主機(jī)必須首先提供五種ROM操作命令之一：1） Read ROM(讀 ROM) ；2） Match ROM（匹配RO

53、M)；3）Search ROM（搜索 ROM）；4）Skip ROM（跳過 ROM）； 5）Alarm Search（告警搜索）。這些命令對每一器件的 64 位激光 ROM 部分進(jìn)行操作。如果在單線上有許多器件，那么可以挑選出一個(gè)特定的器件，并給總線上的主機(jī)指示存在多少器件及其類型。在成功地執(zhí)行了 ROM 操作序列之后，可使用存貯器和控制操作，然后主機(jī)可以提供六種存貯器和控制操作命令之一。 </p><p>　　

54、一個(gè)控制操作命令指示DS18B20完成溫度測量，該測量的結(jié)果將放入 DS1820 的高速暫存存貯器（Scratchpad memory）通過發(fā)出讀暫存存儲器內(nèi)容的存儲器操作命令可以讀出此結(jié)果。每一溫度告警觸發(fā)器TH和TL構(gòu)成一個(gè)字節(jié)的EEPROM。如果不對DS18B20施加告警搜索命令，這些寄存器可用作通用用戶存儲器。使用存儲器操作命令可以寫TH和TL。對這些寄存器的讀訪問通過高速暫存存貯器。所有數(shù)據(jù)均以最低有效位在前的方式被讀寫。

55、</p><p>　　2. 寄生電源(parasite power) </p><p>　　圖3-1示出寄生電源電路。當(dāng)I/O或Vdd引腳為高電平時(shí)，這個(gè)電路便取得電源，只要符合指定的定時(shí)和電壓要求，I/O 將提供足夠的功率。寄生電源的優(yōu)點(diǎn)是雙重的：1）利用此引腳，遠(yuǎn)程溫度檢測無需本地電源；2）缺少正常電源條件下也可以讀 ROM。</p><p>　　為了使DS1

56、8B20能完成準(zhǔn)確的溫度變換，當(dāng)溫度變換發(fā)生時(shí)I/O線上必須提供足夠的功率。因?yàn)镈S18B20的工作電流高達(dá)1mA，5K的上拉電阻將使I/O線沒有足夠的驅(qū)動能力。如果幾個(gè)DS1820在同一條I/O線上而且企圖同時(shí)變換，那么這一問題將變得特別尖銳。</p><p>　　3. DS18B20的運(yùn)用</p><p>　　DS18B20通過使用在板溫度測量專利技術(shù)來測量溫度。溫度測量電路的方框圖

57、見圖3-4所示。</p><p>　　DS18B20 通過門開通期間內(nèi)低溫度系數(shù)振蕩器經(jīng)歷的時(shí)鐘周期個(gè)數(shù)計(jì)數(shù)來測量溫度，而門開通期由高溫度系數(shù)振蕩器決定。計(jì)數(shù)器予置對應(yīng)于-55的基數(shù)，如果在門開通期結(jié)束前計(jì)數(shù)器達(dá)到零，那么溫度寄存器它也被予置到-55的數(shù)值－將增量，指示溫度高于-55。</p><p>　　同時(shí)，計(jì)數(shù)器用鈄率累加器電路所決定的值進(jìn)行予置。為了對遵循拋物線規(guī)律的振蕩器溫度特

58、性進(jìn)行補(bǔ)償，這種電路是必需的，時(shí)鐘再次使計(jì)數(shù)器計(jì)值至它達(dá)到零。如果門開通時(shí)間仍未結(jié)束，那么此過程再次重復(fù)。</p><p>　　鈄率累加器用于補(bǔ)償振蕩器溫度特性的非線性，以產(chǎn)生高分辯率的溫度測量。通過改變溫度每升高一度，計(jì)數(shù)器必須經(jīng)歷的計(jì)數(shù)個(gè)數(shù)來實(shí)行補(bǔ)償。因此，為了獲得所需的分辯率，計(jì)數(shù)器的數(shù)值以及在給定溫度處每一攝氏度的計(jì)數(shù)個(gè)數(shù)（鈄率累加器的值）二者都必須知道。</p><p>　　DS

59、18B20 內(nèi)部對此計(jì)算的結(jié)果可提供 0.5℃的分辨力。溫度以 16bit 帶符號位擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼形式讀出，表3-1給出了溫度值和輸出數(shù)據(jù)的關(guān)系。數(shù)據(jù)通過單線接口以串行方式傳輸。DS18B20 測溫范圍-55℃~+125℃，以 0.5℃遞增。如用于華氏溫度，必須要用一個(gè)轉(zhuǎn)換因子查找表。</p><p><b>　　表3-1</b></p><p>　　注意 DS18

60、b20內(nèi)溫度表示值為 1/2℃LSB，如下所示9bit 格式：</p><p>　　最高有效（符號）位被復(fù)制充滿存儲器中兩字節(jié)溫度寄存器的高 MSB位，由這種“符號位擴(kuò)展”產(chǎn)生出了示于表 1 的16bit 溫度讀數(shù)。 </p><p>　　可用下述方法獲得更高的分辨力。首先，讀取溫度值，將 0.5℃位（LSB）從讀取的值中截去，這個(gè)值叫做 TEMP_READ。然后讀取計(jì)數(shù)器中剩余的值，這

61、個(gè)值是門周期結(jié)束后保留下來的值（COUNT_REMAIN）。最后，我們用到在這個(gè)溫度下每度的計(jì)數(shù)值（COUNT_PER_C）。用戶可以用下面的公式計(jì)算實(shí)際溫度值：</p><p>　　4 . 報(bào)警搜索操作 </p><p>　　DS18B20完成一次溫度轉(zhuǎn)換后，就拿溫度值和存儲在TH和TL中的值進(jìn)行比較。因?yàn)檫@些寄存器是8位的，所以0.5℃位被忽略不計(jì)。TH或TL 的最高有效位直接對應(yīng)1

62、6位溫度寄存器的符號位。如果測得的溫度高于TH或低于TL，器件內(nèi)部就會置位一個(gè)報(bào)警標(biāo)識。每進(jìn)行一次測溫就對這個(gè)標(biāo)識進(jìn)行一次更新。當(dāng)報(bào)警標(biāo)識置位時(shí)，DS18B20會對報(bào)警搜索命令有反應(yīng)。這樣就允許許多DS18B20并聯(lián)在一起同時(shí)測溫，如果某個(gè)地方的溫度超過了限定值，報(bào)警的器件就會被立即識別出來并讀取，而不用讀未報(bào)警的器件。 </p><p>　　5 . 64位光刻ROM </p><p>

63、　　每只DS18B20都有一個(gè)唯一的長達(dá)64位的編碼。最前面8位是單線系列編碼（DS18B20的編碼是19h）。下面 48 位是一個(gè)唯一的序列號。最后8位是以上56位的CRC碼。64位ROM和 ROM 操作控制區(qū)允許DS18B20做為單線制器件并按照詳述于“單線總線系統(tǒng)”一節(jié)的單線協(xié)議工作。只有建立了 ROM 操作協(xié)議，才能對DS18B20進(jìn)行控制操作。單線總線控制器必須提供5個(gè)ROM操作命令其中之一：1）Read ROM，2）Matc

64、h ROM，3）Search Rom，4）Skip ROM，5）Alarm Search。成功進(jìn)行一次 ROM 操作后，就可以對 DS18b20 進(jìn)行特定的操作，總線控制器可以發(fā)出六個(gè)存儲器和控制操作命令中的任一個(gè)。</p><p><b>　　64位光刻ROM</b></p><p>　　MSB LSB MSB

65、 LSB MSB LSB</p><p>　　6. CRC 發(fā)生器 </p><p>　　DS18B20 中有8 位CRC 存儲在 64 位 ROM 的最高有效字節(jié)中?？偩€控制器可以用64位ROM中的前56位計(jì)算出一個(gè)CRC值，再用這個(gè)和存儲在DS18b20中的值進(jìn)行比較，以確定ROM數(shù)據(jù)是否被總線控制器接收無誤。CRC計(jì)算等式如下： </p>

66、<p>　　CRC=X8+X5+X4+1</p><p>　　DS18B20同樣用上面的公式產(chǎn)生一個(gè)8位CRC值，把這個(gè)值提供給總線控制器用來校驗(yàn)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。在任何使用CRC進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸校驗(yàn)的情況下，總線控制器必須用上面的公式計(jì)算出一個(gè)CRC值，和存儲在DS18B20的64位ROM中的值或 DS18B20內(nèi)部計(jì)算出的8位CRC值（當(dāng)讀暫存器時(shí)，做為第9個(gè)字節(jié)讀出來）進(jìn)行比較。CRC值的比較以及是否進(jìn)

67、行下一步操作完全由總線控制器決定。當(dāng)在 DS18B20中存儲的或由其計(jì)算的CRC值和總線控制器計(jì)算的值不相符時(shí)，DS18B20內(nèi)部并沒有一個(gè)能阻止命令序列進(jìn)行的電路。 </p><p>　　單線CRC可以用一個(gè)由移位寄存器和XOR門構(gòu)成的多項(xiàng)式發(fā)生器來產(chǎn)生。</p><p>　　移位寄存器的各位都被初始化為0。然后從系列編號的最低有效位開始，一次一位移入寄存器，8位系列編碼都進(jìn)入以后，序

68、列號再進(jìn)入，48位序列號都進(jìn)入后，移位寄存器中就存儲了CRC值。移入8位CRC會使移位寄存器復(fù)0。 </p><p><b>　　7. 存儲器 </b></p><p>　　DS18B20的存儲器結(jié)構(gòu)示于圖3-2。存儲器由一個(gè)暫存RAM和一個(gè)存儲高低溫報(bào)警觸發(fā)值TH和TL的非易失性電可擦除（E2）RAM組成。當(dāng)在單線總線上通訊時(shí)，暫存器幫助確保數(shù)據(jù)的完整性。數(shù)據(jù)

69、先被寫入暫存器，這里的數(shù)據(jù)可被讀回。數(shù)據(jù)經(jīng)過校驗(yàn)后，用一個(gè)拷貝暫存器命令會把數(shù)據(jù)傳到非易性（E2）RAM 中。這一過程確保更改存儲器時(shí)數(shù)據(jù)的完整性。</p><p>　　暫存器的結(jié)構(gòu)為8個(gè)字節(jié)的存儲器。頭兩個(gè)字節(jié)包含測得的溫度信息。第三和第四字節(jié)是TH和TL的拷貝，是易失性的，每次上電復(fù)位時(shí)被刷新。下面兩個(gè)字節(jié)沒有使用，但是在讀回?cái)?shù)據(jù)時(shí)，它們?nèi)勘憩F(xiàn)為邏輯1。第七和第八字節(jié)是計(jì)數(shù)寄存器，它們可以被用來獲得更高的溫

70、度分辨力。還有一個(gè)第九字節(jié)，可以用讀暫存器命令讀出。這個(gè)字節(jié)是以上八個(gè)字節(jié)的 CRC 碼。</p><p>　　圖3-2 DS18b20存儲器圖</p><p>　　8. 單線總線系統(tǒng) </p><p>　　單線總線系統(tǒng)包括一個(gè)總線控制器和一個(gè)或多個(gè)從機(jī)。DS18B20是從機(jī)。關(guān)于這種總線分三個(gè)題目討論：硬件結(jié)構(gòu)、執(zhí)行序列和單線信號（信號類型和時(shí)序）。 &l

71、t;/p><p>　　單線總線只有一條定義的信號線；重要的是每一個(gè)掛在總線上的器件都能在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間驅(qū)動它。為此每一個(gè)總線上的器件都必須是漏極開路或三態(tài)輸出。DS18B20 的單總線端口（I/O 引腳）是漏極開路式的，內(nèi)部等效電路見圖3-3。一個(gè)多點(diǎn)總線由一個(gè)單線總線和多個(gè)掛于其上的從機(jī)構(gòu)成。單線總線需要一個(gè)約5KΩ的上拉電阻。</p><p>　　圖3-3 硬件結(jié)構(gòu)</p>&

72、lt;p>　　單線總線的空閑狀態(tài)是高電平。無論任何理由需要暫停某一執(zhí)行過程時(shí)，如果還想恢復(fù)執(zhí)行的話，總線必必須停留在空閑狀態(tài)。在恢復(fù)期間，如果單線總線處于非活動（高電平）狀態(tài)，位與位間的恢復(fù)時(shí)間可以無限長。如果總線停留在低電平超過 480μs，總線上的所有器件都將被復(fù)位。 </p><p>　　通過單線總線端口訪問 DS1820 的協(xié)議如下：</p><p>　　*初始化

73、 </p><p><b>　　*ROM 操作命令</b></p><p><b>　　*存儲器操作命令</b></p><p><b>　　*執(zhí)行/數(shù)據(jù) </b></p><p>　　通過單線總線的所有執(zhí)行（處理）都從一個(gè)初始化序列開始。初始化序列包括一個(gè)由總線控制器發(fā)出

74、的復(fù)位脈沖和跟有其后由從機(jī)發(fā)出的存在脈沖。存在脈沖讓總線控制器知道 DS18B20在總線上且已準(zhǔn)備好操作。</p><p>　　a. ROM操作命令</p><p>　　一旦總線控制器探測到一個(gè)存在脈沖，它就可以發(fā)出5個(gè)ROM命令中的任一個(gè)。所有 ROM 操作命令都8位長度。下面是這些命令（參見圖2-6流程圖）： </p><p>　　Read ROM [33h

75、] </p><p>　　這個(gè)命令允許總線控制器讀到DS18B20的8位系列編碼、唯一的序列號和8位CRC碼。只有在總線上存在單只DS18B20的時(shí)候才能使用這個(gè)命令。如果總上有不止一個(gè)從機(jī)，當(dāng)所有從機(jī)試圖同時(shí)傳送信號時(shí)就會發(fā)生數(shù)據(jù)沖突（漏極開路連在一起開成相與的效果）。 </p><p>　　Match ROM [55h] </p><p>　　匹配ROM命

76、令，后跟64位ROM序列，讓總線控制器在多點(diǎn)總線上定位一只特定的DS18B20。只有和64位ROM序列完全匹配的DS18B20才能響應(yīng)隨后的存儲器操作命令。所有和64位ROM序列不匹配的從機(jī)都將等待復(fù)位脈沖。這條命令在總線上有單個(gè)或多個(gè)器件時(shí)都可以使用。 </p><p>　　Skip ROM [CCh] </p><p>　　這條命令允許總線控制器不用提供64位ROM編碼就使用存儲器

77、操作命令，在單點(diǎn)總線情況下右以節(jié)省時(shí)間。如果總線上不止一個(gè)從機(jī)，在Skip ROM命令之后跟著發(fā)一條讀命令，由于多個(gè)從機(jī)同時(shí)傳送信號，總線上就會發(fā)生數(shù)據(jù)沖突（漏極開路下拉效果相當(dāng)于相與）。 </p><p>　　Search ROM [F0h] </p><p>　　當(dāng)一個(gè)系統(tǒng)初次啟動時(shí)，總線控制器可能并不知道單線總線上有多少器件或它們的64位ROM編碼。搜索ROM命令允許總線控制器用

78、排除法識別總線上的所有從機(jī)的64位編碼。 </p><p>　　Alarm Search [ECh] </p><p>　　這條命令的流程圖和Search ROM相同。然而，只有在最近一次測溫后遇到符合報(bào)警條件的情況，DS18B20才會響應(yīng)這條命令。報(bào)警條件定義為溫度高于TH或低于TL。只要 DS18B20不掉電，報(bào)警狀態(tài)將一直保持，直到再一次測得的溫度值達(dá)不到報(bào)警條件。 </p

79、><p><b>　　b. I/O信號</b></p><p>　　DS18B20需要嚴(yán)格的協(xié)議以確保數(shù)據(jù)的完整性。協(xié)議包括幾種單線信號類型：復(fù)位脈沖、存在脈沖、寫0、寫1、讀0 和讀1。所有這些信號，除存在脈沖外，都是由總線控制器發(fā)出的。 </p><p>　　和DS18B20間的任何通訊都需要以初始化序列開始，一個(gè)復(fù)位脈沖跟著一個(gè)存在脈沖表

80、明 DS18B20 已經(jīng)準(zhǔn)備好發(fā)送和接收數(shù)據(jù)（適當(dāng)?shù)腞OM命令和存儲器操作命令）。 </p><p>　　總線主機(jī)發(fā)送（TX）一復(fù)位脈沖（最短為480us的低電平信號）接著總線主機(jī)便釋放此線并進(jìn)入接收方式（Rx ）。單線總線經(jīng)過5k的上拉電阻被拉至高電平狀態(tài)。在檢測到 I/O 引腳上的上升沿之后，DS18B20等待15-60us并且接著發(fā)送存在脈沖（60-240us的低電平信號）。</p><

81、;p>　　c . 存儲器操作命令 </p><p>　　下述命令協(xié)議概括于表3-2 </p><p><b>　　表3-2</b></p><p>　　Write Scratchpad [4E] </p><p>　　這個(gè)命令向 DS1820 的暫存器中寫入數(shù)據(jù)，開始位置在地址 2。接下來寫入的兩個(gè)字節(jié)將被

82、存到暫存器中的地址位置 2 和3?？梢栽谌魏螘r(shí)刻發(fā)出復(fù)位命令來中止寫入。 </p><p>　　Read Scratchpad [BEh] </p><p>　　這個(gè)命令讀取暫存器的內(nèi)容。讀取將從字節(jié)0開始，一直進(jìn)行下去，直到第 9（字節(jié) 8，CRC）字節(jié)讀完。如果不想讀完所有字節(jié)，控制器可以在任何時(shí)間發(fā)出復(fù)位命令來中止讀取。 </p><p>　　Copy

83、Scratchpad [48h] </p><p>　　這條命令把暫存器的內(nèi)容拷貝到DS18B20的E2存儲器里，即把溫度報(bào)警觸發(fā)字節(jié)存入非易失性存儲器里。如果總線控制器在這條命令之后跟著發(fā)出讀時(shí)間隙，而DS18B20又正在忙于把暫存器拷貝到E2存儲器，DS18B20就會輸出一個(gè)“0”，如果拷貝結(jié)束的話，DS18B20則輸出“1”。如果使用寄生電源，總線控制器必須在這條命令發(fā)出后立即起動強(qiáng)上拉并最少保持10ms

84、。 </p><p>　　Convert T [44h] </p><p>　　這條命令啟動一次溫度轉(zhuǎn)換而無需其他數(shù)據(jù)。溫度轉(zhuǎn)換命令被執(zhí)行，而后 DS18B20保持等待狀態(tài)。如果總線控制器在這條命令之后跟著發(fā)出讀時(shí)間隙，而 DS18B20又忙于做時(shí)間轉(zhuǎn)換的話，DS18B20將在總線上輸出 “0”，若溫度轉(zhuǎn)換完成，則輸出“1”。如果使用寄生電源，總線控制器必須在發(fā)出這條命令后立即起動強(qiáng)上

85、拉，并保持500ms。 </p><p>　　Recall E2 [B8h] </p><p>　　這條命令把報(bào)警觸發(fā)器里的值拷回暫存器。這種拷回操作在DS18B20上電時(shí)自動執(zhí)行，這樣器件一上電 暫存器里馬上就存在有效的數(shù)據(jù)了。若在這條命令發(fā)出之后發(fā)出讀時(shí)間隙，器件會輸出溫度轉(zhuǎn)換忙的標(biāo)識： “0”=忙，“1”=完成。 </p><p>　　Read Pow

86、er Supply [B4h] </p><p>　　若把這條命令發(fā)給 DS18B20 后發(fā)出讀時(shí)間隙，器件會返回它的電源模式：“0”=寄生電源，“1”=外部電源。 </p><p>　　d . 讀/寫時(shí)間隙 </p><p>　　DS18B20的數(shù)據(jù)讀寫是通過時(shí)間隙處理位和命令字來確認(rèn)信息交換。 </p><p><b>

87、　　寫時(shí)間隙 </b></p><p>　　當(dāng)主機(jī)把數(shù)據(jù)線從邏輯高電平拉到邏輯低電平的時(shí)候，寫時(shí)間隙開始。有兩種寫時(shí)間隙：寫1時(shí)間隙和寫0時(shí)間隙。所有寫時(shí)間隙必須最少持續(xù)60μs，包括兩個(gè)寫周期間至少1μs的恢復(fù)時(shí)間。 </p><p>　　I/O線電平變低后，DS18B20在一個(gè)15μs到60μs的窗口內(nèi)對I/O線采樣。</p><p>　　如果線

88、上是高電平，就是寫1，如果線上是低電平，就是寫0 主機(jī)要生成一個(gè)寫時(shí)間隙，必須把數(shù)據(jù)線拉到低電平然后釋放，在寫時(shí)間隙開始后的 15μs內(nèi)允許數(shù)據(jù)線拉到高電平。 </p><p>　　主機(jī)要生成一個(gè)寫0時(shí)間隙，必須把數(shù)據(jù)線拉到低電平并保持60μs。 &l

89、t;/p><p><b>　　讀時(shí)間隙 </b></p><p>　　當(dāng)從DS18B20讀取數(shù)據(jù)時(shí)，主機(jī)生成讀時(shí)間隙。當(dāng)主機(jī)把數(shù)據(jù)線從高高平拉到低電平時(shí)，寫時(shí)間隙開始。數(shù)據(jù)線必須保持至少1μs；從DS18B20輸出的數(shù)據(jù)在讀時(shí)間隙的下降沿出現(xiàn)后15μs內(nèi)有效。因此，主機(jī)在讀時(shí)間隙開始后必須停止把I/O腳驅(qū)動為低電平15μs，以讀取I/O腳狀態(tài)。在讀時(shí)間隙的結(jié)尾，I/O引

90、腳將被外部上拉電阻拉到高電平。所有讀時(shí)間隙必須最少60μs，包括兩個(gè)讀周期間至少1μs的恢復(fù)時(shí)間。</p><p>　　3.2 HS1101簡介</p><p><b>　　3.2.1 概述</b></p><p>　　HUMIREL 濕度傳感器 HS1101/HS1100 </p><p>　　基于獨(dú)特工藝設(shè)計(jì)的電

91、容元件，這些相對濕度傳感器可以大批量生產(chǎn)?？梢詰?yīng)用于辦公自動化，車廂內(nèi)空氣質(zhì)量控制，家電，工業(yè)控制系統(tǒng)等。在需要濕度補(bǔ)償?shù)膱龊弦部梢缘玫胶艽蟮膽?yīng)用。 </p><p><b>　　特點(diǎn)： </b></p><p>　　全互換性 在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下不需校正 </p><p>　　長時(shí)間飽和下快速脫濕 </p><p>　　可以自

92、動化焊接，包括波峰焊或水浸 </p><p>　　高可靠性與長時(shí)間穩(wěn)定性 </p><p>　　專利的固態(tài)聚合物結(jié)構(gòu) </p><p>　　可用于線性電壓或頻率輸出回爐 </p><p><b>　　快速反應(yīng)時(shí)間 </b></p><p>　　3.2.2 HS1101工作原理</p>

93、<p>　　溫度檢測采用HS1101型溫度傳感器，HS1101是HUMIREL公司生產(chǎn)的變?nèi)菔较鄬穸葌鞲衅鳎捎锚?dú)特的工藝設(shè)計(jì)。</p><p>　　設(shè)計(jì)的電路如圖3-4所示。</p><p>　　圖3-4 濕度測量電路</p><p>　　555芯片外接電阻R57，R58與HS1101，構(gòu)成對HS1101的充電回路。7端通過芯片內(nèi)部的晶體管對地短路

94、實(shí)現(xiàn)對HS1101的放電回路，并將引腳2，6端相連引入到片內(nèi)比較器，構(gòu)成一個(gè)多諧波振蕩器。</p><p>　　HS1101作為一個(gè)變化的電容器，仿真圖中由Cx代替，連接2和6引腳。</p><p>　　充電、放電時(shí)間分別為</p><p>　　t 充電 =Cx(R2 +R1 ) ln2 </p><p>　　t 放電 =CxR1 ln2&l

95、t;/p><p>　　由圖附2-1 HS1101濕度與電容的函數(shù)關(guān)系可知相對濕度與電容的關(guān)系可看成直線段，所以有</p><p>　　f= 1 /(t 充電 +t 放電 )= 1 /[Cx(R2+2R1)ln2)]</p><p>　　=1.442695/[(R1+2R2)Cx]</p><p><b>　　如果</b>&

96、lt;/p><p>　　R1=560K,R2=560K</p><p><b>　　那么 </b></p><p>　　f=1.442695/[(1680)K*C]</p><p>　　已知 Cx:161pF～193pF</p><p><b>　　則有 </b></p&g

97、t;<p>　　f:5334Hz~4449Hz</p><p>　　又 RH=0~100%由此可以看出，空氣相對濕度與555芯片輸出頻率存在一定線性關(guān)系?？梢酝ㄟ^微處理器采集555芯片的頻率，然后查表即可得出相對濕度值。</p><p><b>　　第四章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　4.1 系統(tǒng)組成 &l

98、t;/p><p>　　整個(gè)系統(tǒng)硬件由三大部分組成：以DS18B20和HS1101溫濕度傳感器為主的溫濕度測量傳感部分、以STC89C52單片機(jī)為主的控制部分、以1602液晶顯示器為主的顯示部分。</p><p>　　系統(tǒng)程序分傳感器控制程序和顯示器程序兩部分，傳感器控制程序是按照DS18B20的通信協(xié)議編制。系統(tǒng)的工作是在程序控制下，完成對傳感器的讀寫和對溫度的顯示。 </p&

99、gt;<p>　　整個(gè)系統(tǒng)的電路原理圖如圖4-1所示：</p><p>　　圖4-1 系統(tǒng)電路原理圖</p><p>　　4.1.1 溫度測量傳感部分</p><p>　　溫度傳感器DS18B20將被測環(huán)境溫度轉(zhuǎn)化成帶符號的數(shù)字信號（以十六位補(bǔ)碼形式，占兩個(gè)字節(jié)）向控制系統(tǒng)傳輸。輸出腳I/O直接與單片機(jī)的P2.4相連。RP1為上拉電阻，傳感器采用外

100、部電源供電，在I/O線上不要求強(qiáng)的上拉。使總線上主機(jī)不需向上連接便在溫度變換期間使線保持高電平，這就允許在變換時(shí)間內(nèi)其它數(shù)據(jù)在單線上傳送。</p><p>　　4.1.2 濕度測量傳感部分</p><p>　　HS1101是電容式濕度傳感器，由于電容不可直接測量，故選用555多諧震蕩電路檢測到頻率，然后由單片機(jī)計(jì)算的電容值，再根據(jù)電容值算出相應(yīng)的濕度值，這樣能較精確的測出當(dāng)前環(huán)境的相對濕

101、度。</p><p>　　4.1.3 控制部分</p><p>　　STC89C52是整個(gè)裝置的控制核心，STC89C52內(nèi)帶8K字節(jié)的FlashROM，EA/VPP接高電平使CPU在地址小于8K時(shí)訪問內(nèi)部存儲器，控制程序就可以存放在FlashROM內(nèi)，而無須外接片外存儲器。Y1為12MHZ晶振與STC89C52的XTAL1和XTAL2引腳相連為系統(tǒng)提供時(shí)鐘頻率。C3和R5構(gòu)成上電復(fù)位電

102、路，C2手動上電復(fù)位開關(guān)。</p><p>　　4.1.4 蜂鳴器電路原理</p><p>　　蜂鳴器額定電流IB≤30mA，而對于AT89S52單片機(jī)，P1口的灌電流為 1．6mA，拉電流為60μA，由此可見，僅靠單片機(jī)的P1口電流是不能驅(qū)動蜂鳴器的，必須使用集晶體管放大電路，為了使單片機(jī)消耗的功率更小，所以使用 PNP型晶體管9012。</p><p>　　4

103、.1.5 顯示部分</p><p>　　顯示器模塊由1602液晶顯示器及其相配套的控制器、驅(qū)動器（driver）和偏壓產(chǎn)生電路構(gòu)成。可同時(shí)顯示兩行字符。顯示器的BD0～BD7引腳與STC89C52的P0口連接，完成數(shù)據(jù)傳輸。</p><p>　　4.1.6 電源部分</p><p>　　系統(tǒng)電源部分采用的是4節(jié)1.5V的電池，能為系統(tǒng)提供穩(wěn)定的5V電壓。<

104、/p><p>　　4.2 軟件流程圖</p><p>　　圖 4-1 主程序流程圖</p><p><b>　　K0鍵盤處理子程序</b></p><p><b>　　K1鍵盤處理子程序</b></p><p><b>　　溫度采集流程圖</b><

105、/p><p>　　圖 4-2 子程序流程圖</p><p>　　主程序開始，單片機(jī)將溫濕度預(yù)警線和當(dāng)前溫濕度數(shù)據(jù)顯示在1602液晶屏上。如果K3鍵按下，則進(jìn)行溫濕度報(bào)警線的修改，如果按下K1鍵，則溫度報(bào)警線加1，如果按下K2鍵，則溫度報(bào)警線減1；再次按下K3鍵，光標(biāo)閃爍到濕度報(bào)警線，如果按下K1鍵，則濕度報(bào)警線加1，如果按下K2鍵，則濕度報(bào)警線減1；再次按下K3，液晶屏正常顯示溫濕度。<

106、;/p><p>　　4.3 系統(tǒng)總的程序設(shè)計(jì)</p><p><b>　　見附錄附1</b></p><p>　　4.3.1 讀取溫度數(shù)據(jù)子程序的設(shè)計(jì)</p><p>　　本節(jié)的主要實(shí)現(xiàn)功能為：將傳感器檢測到的數(shù)據(jù)信息讀出并存于數(shù)據(jù)緩沖器中。</p><p>　　_18B20_read()//讀

107、出溫度函數(shù)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　_18B20_reset(); //總線復(fù)位</p><p>　　_18B20_delay(200);</p><p>　　_18B20_write(0xcc); //發(fā)命令</p>

108、<p>　　_18B20_write(0x44); //發(fā)轉(zhuǎn)換命令</p><p>　　_18B20_reset(); </p><p>　　_18B20_delay(1);</p><p>　　_18B20_write(0xcc); //發(fā)命令</p><p>　　_18B20_wr

109、ite(0xbe);</p><p>　　temp_data[0]=_18B20read_byte(); //讀溫度值的低字節(jié)</p><p>　　temp_data[1]=_18B20read_byte(); //讀溫度值的高字節(jié)</p><p>　　temp=temp_data[1];</p><p>　　temp<&l

110、t;=8; </p><p>　　temp=temp|temp_data[0]; // 兩字節(jié)合成一個(gè)整型變量。</p><p>　　return temp; //返回溫度值</p><p><b>　　}</b>

111、;</p><p>　　4.3.2 數(shù)據(jù)比較程序的設(shè)計(jì)</p><p>　　本節(jié)的主要實(shí)現(xiàn)功能為：將環(huán)境數(shù)據(jù)與所設(shè)置的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，當(dāng)所測溫度高于設(shè)定值時(shí)，蜂鳴器會報(bào)警。</p><p>　　if((RH>=Rset)||(_1820display[4]>=Tset))</p><p><b>　　beep=0;<

112、;/b></p><p><b>　　else </b></p><p><b>　　beep=1;</b></p><p>　　4.3.3 數(shù)據(jù)設(shè)置程序的設(shè)計(jì)</p><p>　　本節(jié)的主要實(shí)現(xiàn)功能為：利用“增”、“減”和“切換”三個(gè)按鍵，可以實(shí)現(xiàn)對溫、濕度的設(shè)置。當(dāng)按“切換”鍵后，進(jìn)行溫