基于at89s52單片機的溫濕度控制-資料下載頁

　　

【正文】 保留 7 CRC 校驗值 8 根據 DS18B20 的通訊協議 ， 主機（單片機）控制 DS18B20 完成溫度轉換必須經過三個步驟 ： 每一次讀寫之前都要對 DS18B20 進行復位操作 ， 復位成功后發送一條 ROM 指令 ， 最后發送 RAM 指令 ， 這樣才能對 DS18B20 進行預定的操作。復位要求主 CPU 將數據線下拉 500微秒 ， 然后釋放，當 DS18B20 收到信號后等待 16～ 60 微秒左右 ， 后發出 60～ 240 微秒的存在低脈沖 ， 主 CPU 收到此信號表示復位成功。 24 表 9 ROM 指 令表 指令 約定代碼 功能 讀 ROM 33H 讀 DS18B20 溫度傳感器 ROM 中的編碼（即 64 位地址） 匹配 ROM 55H 發出此命令后接著發 64 位 ROM 編碼，訪問單總線上與該編碼對應的 DS18B20 使之作出響應，為下一步對該 DS18B20的讀寫作準備 搜索 ROM 0F0H 用于確定掛接在同一總線上 DS18B20 的個數和識別 64 位ROM 地址 跳過 ROM 0CCH 忽略 64 位 ROM 地址，直接向 DS18B20 發溫度變換命令 告警搜索命令 0ECH 執行后只有溫度超過設定值上限或下限的片子才做出響應 DS18B20 時序 對于 DS18B20 的讀時隙是從主機把單總線拉低之后，在 15 秒之內就得釋放單總線，以讓 DS18B20 把數據傳輸到單總線上。 DS18B20 在完成一個讀時序過程，至少需要 60us 才能完成。 圖 10 DS18B20 與單片機的接口 25 由于 DS18B20 的 獨特的單線接口方式， 它 在與微處理器連接時僅需要一口線即可實現微處理器與 DS18B20 的雙向通訊 。 對數字溫度傳感器 DS18B20 的供電 方式的選擇 ，本系統 所 采用 外部電源供電方式是DS18B20 最佳的工作方式，工作穩定可靠，抗干擾能力強，而且電 路也比較簡單 。 使用外部電源供電方式， 比 寄生電源方式只多接一根 VCC 引線。在外接電源方式下，可以充分發揮 DS18B20 寬電源電壓范圍的優點，即使電源電壓 VCC 降到 3V 時，依然能夠保證溫度量精度。 二、 濕度采集模塊 濕度傳感器 HIH3610 介紹 本設計中 采用相對濕度傳感器 HIH3610。 HIH3610 是美國 Honeywell 公司生產的相對濕度傳感器，該傳感器采用熱固聚酯電容式傳感頭，同時在內部集成了信號處理功能電路，因此該傳感器可完成將相對濕度值變換成電容值，再將電容值轉換成線性電壓輸出的任務，同時該傳 感器還具有精度高、響應快速、高穩定性、低溫漂、抗化學腐蝕性能強及互換性好等優點 。 圖 11 HIH3610 濕度傳感器外觀圖 輸出電壓與相對濕度的關系曲線如圖 12 所示 。 26 圖 12 HIH3610 電壓與濕度特性曲線 表 10 HIH3610 主要技術指標 (Vsupply=) 測量范圍/（ %RH） 測量精度/（ %RH） 電源電壓/V 電源電流 μA 輸出范圍或 輸出形式 工作溫度范圍 /℃ 主要特點 0～ 100 177。2 4～ 200 ～ 40～ +85 線性電壓輸出線， 性能最好，抗污染能力最強 由輸出電壓與相對濕度關系曲線可得出如下結論： ⑴HIH 3610 在供電電壓為 5V 時，其消耗電流僅為 200181。A，故 HIH3610 濕度傳感器對電源沒有功率方面的要求，為低功耗產品的設計提供更好的解決方案 。 ⑵HIH 360 輸出電壓為： Vo= Vi[+] （公式 1） 即輸出電壓 Vo 不僅正比于濕度測量值，且與電源電壓值 Vi有關，若 Vi固定為 5V，則其值僅由相對溫度值決定 。 ⑶HIH 3610 測量的濕度值還與環境溫度有關 ，故應進行溫度補償，補償公式為： RH=RH0/() (公式 2） 式中： T為環境攝氏溫度值 。 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 200μ A 電流， HIH3610 系列測濕傳感器就能理想地用于低引出、電池供電系統。 HIH3610 系列測濕傳感器作為一個低成本、可軟焊的單個直插式組件 (SIP)提供儀表測量質量的相對濕度 (RH)傳感性能。 RH 傳感器可用在二引線間有間距的配量中，它是一個熱固塑料型電 容傳感元件，其芯片內具有信號處理功能。傳感元件的多層結構對應用環境 27 的不利因素，諸如潮濕、灰塵、污垢、油類和環境中常見的化學品具有最佳的抗力。 圖 13 數據 A/D 裝換模塊 串口通信模塊 系統的串行通信中，使用單片機的串口 TXD 和 RXD。考慮到單片機的 TTL 電平與 PC機的 RS232 電平不匹配的問題，所以必須進行電平轉換 ， 采用 MAX232 作為電平轉換芯片。MAX232 芯片內帶有升壓電路，所以在使用時只要在外部加五個 的電容即可 。 電路接法如下圖所示。 圖 14 通信模塊電平轉換電 路 28 電源模塊： 本系統中為了方便供電 ， 采用了一片 7812 和一片 7805 做出了一個簡單獨立的電源。由下 圖可知 ， 220V 交流電經過變壓器 降壓，再經過橋式整流電路 進行整流， 而后接濾波電容進行濾波，輸出脈動的直流電， 再 由 三端穩壓芯片 7812 進行穩壓， 輸出 12V 直流 電壓，系統 中所有芯片均需要 5V 作為 工作電壓 ，因此在 7812 輸出級加 7805 穩壓電路就可輸出 5V 電壓。下面是其硬件原理圖。 圖 15 電源原理圖 報警電路 由于 AT89S52 單片機 I/O 口輸出驅動能力小，無法直接接蜂鳴器， 所以，加一個 PNP三極管 ， 用其共集電極接法，為蜂鳴器提供驅動電流。當 I/O 口輸出 0 時，三極管導通，基極電流得到放大，蜂鳴器發出聲音；當 I/O 口輸出 1時，三極管截止，蜂鳴器不發聲。 圖 16 蜂鳴器接法圖示 29 總設計硬件圖 圖 17 系統 電路 原理圖 原理圖分析 系統 對外圍器件的訪問有總線方式也有通過 I/O 方式的。系統中主要的外設有AD,LCD1602,EEPROM,PC 機， 7812 和 7805 等。 各部分占用單片機 I/O 口情況如下： P0 口用于矩陣鍵盤輸入 ； P2 口 用于 ADC0809 的輸出 數 據采集 ； 、 口用于串口通信 ； 、 用于模擬串口，發送數據給 LCD； 、 用于系統的溫濕度超出范圍的告警提示信號 ； 30 、 被 EEPROM 的 SDA 和 SCL 占用 ； ～ 分別用于 ADC0809 的 EOC、 START、 OE端 ； 、 作為 LCD 的控制端 EN、 RS用 ； 接數字溫度 傳感器 DS18B20 單總線 。 4． 4 本章小結 本章重點介紹了硬件設計的部分模塊圖及其說明，同時也對硬件設計中所用的元件的原理和特性做了些介紹 。 31 5 系統軟件設計 系統軟件框圖 圖 18 軟件框圖 通過單片機軟件設計，實現如上圖結構。系統通過鍵盤掃描，改變狀態標志位，然后通過判斷狀態標志位進入不同的工作模式，共有三種工作模式，分別為：溫濕度計顯示模式、溫度報警值設置模式和濕度報警值設置模式。其中，考慮到當下位機在進行報警溫度設置時，只對鍵盤掃描、對 AT24C02 讀寫和對 LCD 寫操作，沒有對溫濕度進行采集，所以將 RS232串口通信軟件模塊放在溫濕度顯示分支上， 當用戶在顯示模式下鍵入指定鍵值時，進入報警值設置模式，通信模塊暫停，當用戶再次 輸入指定的按鍵返回溫濕度計顯示模式時，串口通信再 次工作。主程序中的分支是由 TempSetFlag 和 HumiSetFlag 兩個標志位控制的。 系統各模塊 流程圖及部 分程序 初使化 程序 32 圖 19 所 有 程序初始化流程圖 此模塊是對整個系統中所有被控單元進行初使化。首先是對 LCM1602 的初使化，以便于實時顯示各狀態；其次是將存放于 EEPROM 芯片 AT24C02 中的四個報警數據讀取，再通過 LCM1602 顯示，并 用軟件延時讓報警值顯示停留，方便用戶觀察了解系統當前報警條件信息； 接著是對串口以及定時器 T0 的初使化，對串口初使化設置波特率為 9600bps、 8 位數據位、 1 位停止位 等等，串口通信占用定時器 T1；初使化 T0，使其定時 50ms，利用中斷計數器控制蜂鳴器在不同狀態發出不同的聲音；最后 對 4*4 矩鍵鍵盤的掃描，其本質就是等鍵盤上的“ ”鍵被按下，表示用戶 輸入開始命令。 矩陣鍵盤掃描 33 圖 20 鍵盤掃描 圖 21 按鍵抖動示意圖 由于單片機采集按鍵輸入時存在抖動情況，故應采取軟件或硬件的方式避免 因抖動而產生的額外影響，本系統中利用軟件實現判斷、延時后再判斷的方法來解決按鍵去抖動問題。具體程序見下文。 本系統中矩陣鍵盤采用“行列掃描法”， 占用單片機 P0 口，程序及注釋 如下： 34 P0=0xf0。 //P1 口發掃描碼 11110000，此時若有鍵按下高四位中必有一位 1 變為 0 if((P0amp。0xf0)!=0xf0) //如果有鍵按下 { for(i=0。i200。i++) {}。 for(i=0。i200。i++) {}。 //延 時， 用于鍵盤去抖 if((P0amp。0xf0)!=0xf0) //判斷是否有鍵按下 { code_h=1。 //掃描第 1 列 P0=0xf7。 //P0 口發 11110111 掃描第 1 列 while(code_h5) //判斷是不是最后一列 { if((P0amp。0xf0)!=0xf0) //有鍵按下？ { code_l=P0amp。0xf0。 //得列值 while((P0amp。0xf0)==code_l) 。 //判斷按鍵是否松開 ，否則停留 if(code_l==0x70) {code_l=4。 break。 } else if(code_l==0xb0) {code_l=3。 break。 } else if(code_l==0xd0) {code_l=2。 break。 } else if(code_l==0xe0) {code_l=1。 break。 } //通過比較得到列值 } else {code_h++。 P0=(P01)|0x80。} //若不為此行，行值加 1，得 相 應代碼 } } s=16。 //無鍵按下，返回 16 } 溫濕度報警值設置模塊 35 圖 22 溫度、濕度報警值設置模塊流程圖 此模塊結合了對矩陣鍵盤的掃描、對 AT24C02的寫操作和對 LCM1602的顯示控制操作。當用戶輸入鍵盤上 A或 B進入系統報警值設置模式后，程序執行此模塊，首先對設置模式進行顯示初使化，兩種不同的設置模式（溫度報警值設置模式和濕度報警值設置模式）有不同的顯示界面。其次是對按鍵進行掃描，當數值鍵“ 0～ 9”被按下時，將所輸入值存入隊列中，當功能鍵被接下時，執 行相應的功能。 系統工作于報警值設置模式下，鍵盤上按鍵對應的功能如下表： 表 11 設置模式下鍵盤功能對應表 矩陣鍵盤鍵值 對應功能 0~9 數字鍵，用來輸入報警值 A 進入溫度報警設置模式下 及 返回鍵 B 進入濕度報警設置模式下 及 返回鍵 C 清除鍵 D 正負號選擇鍵 * 設置低報警值確認鍵 設置高報警值確認鍵 對鍵盤輸入值的處理（以溫度報警設置值為例 ，濕度報警設置值處理過程雷同 ）： if(TempSetFlag) { 36 if((SetL55)|(SetH125)) //設置范 圍出錯， LCD 上顯示 ERROR，并恢復成默認值 { if(SetH125) SetH=125。 if(SetL55) SetL=55。 SetErrorBit=1。//設置輸入范圍出錯標志位，用于下面決定顯示 Done!還是 ERROR } if(Key==14) //設置低溫報警值 { Write24c01(0x02,amp。SetL,1)。 //寫入 AT24C02 規定單元 0x02，用于存低溫報警值 DisHL(1)。 //顯示 L 提示所輸入值 為低溫報警值 if(SetErro