環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)畢業(yè)論文

《環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)畢業(yè)論文》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)畢業(yè)論文（63頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、國家職業(yè)資格全國統(tǒng)一鑒定維修電工技師論文（國家職業(yè)資格二級）論文題目：環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)姓名： 身份證號：320481199202171218準考證號：所在省市：江蘇無錫所在單位：無錫技師學院 目目 錄錄目目 錄錄.I摘摘 要要.1前前 言言.2第第 1 章章 系統(tǒng)概述系統(tǒng)概述.31.1 系統(tǒng)設計主要原理.31.2 系統(tǒng)硬件設計方案.41.2.1 微控制器的選擇.41.2.2 濕度傳感器的選擇.51.2.3 溫度度傳感器的選擇.61.2.4 氣體傳感器.61.2.5顯示方案的確定.71.3 系統(tǒng)軟件設計方案.71.3.1微控器軟件設計方案.8第第 2 章章 系統(tǒng)硬件設計實現(xiàn)系統(tǒng)硬件設計實現(xiàn).112.

2、1 環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu).112.2 主控制器系統(tǒng)設計.122.2.1 ATmega16簡介.122.2.2 引腳圖及引腳介紹.132.2.3 單片機最小系統(tǒng)電路設計.142.2.4 復位電路設計.152.2.5 晶振電路設計.162.3 濕度傳感器檢測模塊設計 .172.3.1濕度傳感器HS1101簡介.172.3.2濕度傳感器電路設計.192.3.3相對濕度檢測系統(tǒng)方框圖.2024 溫度檢測模塊設計 .202.4.1 DS18B20的性能特點.202.4.2 DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu).202.4.3 DS18B20工作時序.242.4.4 ROM操作命令.262.4.5 DS18B20的

3、測溫流程.272.5 氣體檢測模塊設計 .272.5.1氣體傳感器MQ-2簡介.272.5.2 MQ-2型傳感器的特性及主要技術(shù)指標.282.5.3 MQ-2檢測電路設設計.312.5.3 MQ-2檢測系統(tǒng)方框圖.312.6 LCD12864 顯示模塊設計.312.6.1 LCD 12864 系列中文圖形液晶顯示模塊的主要特性.312.6.3 原理圖設計.33 I2.6.5 8位并行模式下時序.342.6.6 字符地址表.352.6.7 驅(qū)動LCD12864流程圖.3527 串口通訊模塊設計.362.7.1串口通訊簡介.362.7.2串口通訊硬件設計.362.7.3 部分串口電平轉(zhuǎn)換電路設計.

4、38第第 3 章章 系統(tǒng)軟件設計實現(xiàn)系統(tǒng)軟件設計實現(xiàn).393.1 LCD12864 驅(qū)動程序模塊.393.2 濕度傳感器驅(qū)動程序模塊.453.3 溫度傳感器驅(qū)動程序模塊.473.4 氣體傳感器驅(qū)動程序模塊.513.5 串口通訊程序模塊.533.6 主程序.56結(jié)束語結(jié)束語.58參考文獻參考文獻.59 0摘摘 要要在日常生活或者工業(yè)現(xiàn)場，要營造一個安全舒適的環(huán)境，就必須對其環(huán)境的溫度，濕度，以及當前環(huán)境中可燃氣體含量的精密監(jiān)測， 。本文論述了基于室內(nèi)環(huán)境測控技術(shù)的硬件和軟件的設計與實現(xiàn)。系統(tǒng)以 AVR 單片機 ATmega16 為硬件核心，通過實時采集和數(shù)據(jù)處理能夠準確地監(jiān)測環(huán)境，采用 1286

5、4 液晶輔助顯示模塊，顯示當前環(huán)境的溫度、濕度、可燃氣體含量。并且用 PC 機作為上位機為系統(tǒng)，實現(xiàn)串口通信，文中重點講述系統(tǒng)的軟硬件結(jié)構(gòu)和功能特點，著重闡述了信號采集處理、單片機及擴展電路的設計思路和實現(xiàn)方法。在目前的試用中，該系統(tǒng)能夠可靠、穩(wěn)定、具有推廣應用價值。目前的試用中，該系統(tǒng)能夠可靠、穩(wěn)定、具有推廣應用價值。 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：溫度傳感器；濕度傳感器；氣體傳感器；AVR 單片機。 1前前 言言數(shù)據(jù)采集是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中進行監(jiān)控所必需的環(huán)節(jié)，本課題是對嵌入式技術(shù)與數(shù)據(jù)采集技術(shù)的應用，即用流行的 AVR 單片機平臺實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集與顯示。近年來隨著計算機在社會領(lǐng)域的滲透，單片機的應用正在不斷

6、地走向深入，同時帶動傳統(tǒng)控制檢測日新月益更新。在實時檢測和自動控制的單片機應用系統(tǒng)中，單片機往往是作為一個核心部件來使用，僅單片機方面知識是不夠的，還應根據(jù)具體硬件結(jié)構(gòu)，以及針對具體應用對象特點的軟件結(jié)合，以作完善。目前 AVR 單片機滲透到我們生活的各個領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個領(lǐng)域沒有單片機的蹤跡。導彈的導航裝置，飛機上各種儀表的控制，計算機的網(wǎng)絡通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動化過程的實時控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能 IC 卡，民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng)，錄象機、攝象機、全自動洗衣機的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機。更不用說自動控制領(lǐng)域的機器人、智能儀表、醫(yī)療器械了。AV

7、R 單片機廣泛應用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設備、航空航天、專用設備的智能化管理及過程控制等領(lǐng)域，AVR 單片機的應用如此廣泛而又潛力，因而也不用質(zhì)疑其生命力。本課題需要完成一個完整系統(tǒng)的設計，涉及到電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、計算機應用與控制技術(shù)等多學科知識，是一個硬軟件相結(jié)合的設計性題目。本課題融知識性與趣味性于一體，提供了一個有力的了解小家電設計技術(shù)的平臺，能提高檢索文獻資料的能力、電子系統(tǒng)設計的能力、實際動手的能力。而且可以通過這次設計，很好的掌握系統(tǒng)設計的工作流程、開發(fā)步驟；熟悉單片機開發(fā)的通用編程語言。 2第第 1 章章 系統(tǒng)概述系統(tǒng)概述本章分為三個部分，主要介紹本次設計的系統(tǒng)的主要設計

8、原理，給出硬件選擇以及軟件設計的最終方案。1.1 系統(tǒng)設計主要原理系統(tǒng)設計主要原理系統(tǒng)由濕度傳感器，溫度傳感器，氣體傳感器，顯示單元，單片機構(gòu)成，由于每種傳感器應用的范圍不一樣，精度有高有底，價格有高有低。各種傳感器產(chǎn)生的得的信號是不一樣的，有電壓大小，有的是電流大小，有的是頻率的高低，有的傳感器還是需要一定的通訊協(xié)議的，所以傳感器的選型會導致硬件電路的復雜，設計應使使用的電源最少，通過單片機對各種傳感器獲得信號進行處理、計算，最終送去顯示單元和串口，本地能夠通過顯示單元獲取到當時當?shù)氐沫h(huán)境中的：濕度，溫度，有害氣體含量的數(shù)值。遠程監(jiān)控室能，也能通過串行通信獲取到遠處檢測器所在的環(huán)境中是怎么樣

9、。能夠讓監(jiān)控人員對各種情況及時的去處理。如圖 1-1-1 是完成后的硬件圖。 圖 1-1-1 實際硬件圖 3 上位機程序使用網(wǎng)絡上共享的串口調(diào)試工具進行調(diào)試，如圖上位機能在串口調(diào)試工具中獲取環(huán)境的各項數(shù)值，如圖 1-1-2. 圖 1-1-2 串行通信圖1.2 系統(tǒng)硬件設計方案系統(tǒng)硬件設計方案1.2.1 微控制器的選擇微控制器的選擇目前，再電子系統(tǒng)研究與設計中，常用的微控器有 MC51 單片機、PIC 單片機、AVR 單片機和 ARM 芯片。方案一：方案一：采用 ARM 作為微控器ARM 微處理器已遍及工業(yè)控制、消費類電子產(chǎn)品、通信系統(tǒng)、網(wǎng)絡系統(tǒng)、無線系統(tǒng)等各類產(chǎn)品市場，基于 ARM 技術(shù)的微處

10、理器應用約占據(jù)了 32 位 RISC 微處理器 75以上的市場份額。但是，ARM 技術(shù)往往需要第三方工具、軟件的支持，且 ARM 系列處理器很少集成片上硬件資源，實際產(chǎn)品成本方面，ARM 配置外設價格較高，PCB 版也好設計，往往還需要考慮信號的完整性等，因此，對于初學者來說，使用起來不是很方便。方案二：方案二：采用 PIC 單片機作為微控器PIC 單片機速度快，片內(nèi)資源豐富，抗干擾能力強，價格便宜。但沒有地址總線，不適宜做大系統(tǒng)，而且只能使用匯編指令，雖然筒單，但不適合寫大程序。CPU 采用RISC 結(jié)構(gòu)，分別僅有 33，35，58 條指令，采用 Harvard 雙總線結(jié)構(gòu)，運行速度快， 4

11、低工作電壓，低功耗，較大的輸入輸出直接驅(qū)動能力，一次性編程，小體積，適用于用量大、檔次低、價格敏感的產(chǎn)品。方案三：方案三：采用 AVR 單片機作為微控器AVR 單片機采用的 RISC 優(yōu)先選取使用頻率最高的簡單指令，避免復雜指令：并固定指令寬度，減少指令格式和尋址方式的種類，從而縮短指令周期，提高運行速度。AVR 單片機的程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器是分離的，并且可對具有相同地址的程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器進行獨立的尋址。在 AVR 單片機中，CPU 執(zhí)行當前指令時取出將要執(zhí)行的下一條指令放入寄存器中，從而可以避免傳統(tǒng) MCS51 系列單片機中多指令周期的出現(xiàn)。傳統(tǒng)的 MCS51 系列單片機所有的數(shù)據(jù)處

12、理都是基于一個累加器的，因此累加器與程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換就成了單片機的瓶頸；在 AVR 單片機中，寄存器由 32 個通用工作寄存器組成，并且任何一個寄存器都可以充當累加器，從而有效地避免了累加器的瓶頸效應，提高了系統(tǒng)的性能。綜上所述，AVR 單片機與 51 單片機、PIC 單片機相比運行效率高很多、芯片內(nèi)部的 Flsah、EEPROM、SRAM 容量較大、全部支持在線編程擦寫、每個 I/O 口都可以以推換驅(qū)動的方式輸出高、低電平，驅(qū)動能力強、內(nèi)部資源豐富，一般都集成 AD、DA 模數(shù)轉(zhuǎn)換器；PWM；SPI、USART、TWI、I2C 通信口；豐富的中斷源等?，F(xiàn)在比較流行的型號是

13、 ATmega8/16。所以，本設計選用 ATmega16 單片機作為主控芯片。1.2.2 濕度傳感器的選擇濕度傳感器的選擇目前，市場上有許多類型的濕度傳感器，其參數(shù)及適用場合等各不相同，現(xiàn)就幾種常用的濕度傳感器進行比較。方案一：方案一：采用 BQ8-CHR 系列濕度傳感器BQ8-CHR 系列濕度傳感器采用功能高分子膜涂敷在帶有導電電極陶瓷襯底上，形成阻抗隨相對濕度變化成對數(shù)變化的敏感部件，導電機理為水分子的存在影響高分子膜內(nèi)部導電離子的遷移率。其具有穩(wěn)定、低漂移、高精度、快速響應特性、高可靠，耐水性好等特點，具有很好的適應性。特征阻抗范圍為，但是由于其工作電壓為 1V AC（502KHz）

14、，而本次設計使用的均為直流電源，所以排除使用 BQ8-CHR 系列濕度傳感器。方案二：方案二：采用 HS1101 濕度傳感器 5用濕度傳感器 HS1101 做成的電壓輸出濕度模塊，高可靠性與長時間穩(wěn)定性，在5VDC 供電時，0100%RH 對應輸出 14VDC 線性電壓，溫度依賴性非常低；寬量程：0100%RH，工作溫度范圍寬；5VDC 恒壓供電，1-4VDC 放大線形電壓輸出；抗靜電，防灰塵，有效抵抗各種腐蝕性氣體物質(zhì)常溫使用無需溫度補償；無需校準；電容與濕度變化 0.34pf/%RH;典型值 180pf55%RH;長期穩(wěn)定性及可靠性，年漂移量 0.5%RH/年。這款濕度傳感器的參數(shù)比較能適

15、合本次設計，通常用于工業(yè)生產(chǎn)過程，本次設計選用HS1101 為本次設計的溫度傳感器。1.2.3 溫度度傳感器的選擇溫度度傳感器的選擇目前，市場上有許多類型的溫度，其參數(shù)及適用場合等各不相同，現(xiàn)就幾種常用的濕度傳感器進行比較。方案一：方案一：PT100 熱電阻PT100 鉑電阻溫度傳感器是利用其電阻和溫度成一定函數(shù)關(guān)系而制成的溫度傳感器，由于其測量準確度高、測量范圍大、復現(xiàn)性和穩(wěn)定性好等，被廣泛用于中溫(-200650)范圍的溫度測量中，但由于外圍電路復雜，價很較貴，本次設計沒有選用。方案二：方案二：數(shù)字溫度傳感器 DS18B20DS18B20 溫度傳感器是美國 DALLAS 半導體公司最新推出

16、的一種改進型智能溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測溫元件相比，它能直接讀出被測溫。這一部分主要完成對溫度信號的采集和轉(zhuǎn)換工作，由 DS18B20 數(shù)字溫度傳感器及其與單片機的接口部分組成。數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 把采集到的溫度通過數(shù)據(jù)引腳傳到單片機的 P1.0 口，單片機接受溫度并存儲。此次設計使用到 DS18B20。1.2.4 氣體傳感器氣體傳感器方案：方案：氣體傳感器 MQ-2MQ-2 氣體傳感器所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導率較低的二氧化錫(SnO2)。當傳感器所處環(huán)境中存在可燃氣體時，傳感器的電導率隨空氣中可燃氣體濃度的增加而增大。使用簡單的電路即可將電導率的變化轉(zhuǎn)換為與該氣

17、體濃度相對應的輸出信號。 6MQ-2 氣體傳感器對液化氣、丙烷、氫氣的靈敏度高，對天然氣和其它可燃蒸汽的檢測也很理想。這種傳感器可檢測多種可燃性氣體，是一款適合多種應用的低成本傳感器。1.2.5 顯示方案的確定顯示方案的確定LCD 和 LED 是目前普遍采用的兩種顯示技術(shù)。方案一：方案一：采用 LCD 顯示技術(shù)LCD 是液晶顯示屏的全稱，主要有 TFT、UFB、TFD、STN 等幾種類型的液晶顯示屏。其主要特點是：低壓應用，低驅(qū)動電壓，固體化使用安全性和可靠性提高；平板化，又輕薄，節(jié)省了大量原材料和使用空間；低功耗，節(jié)省了大量的能源；品種多樣，使用方便靈活、維修、更新、升級容易等許多特點。顯示

18、范圍覆蓋了從 1 英寸至 40 英寸范圍內(nèi)的所有顯示器的應用范圍以及投影大平面，是全尺寸顯示終端；顯示質(zhì)量從最簡單的單色字符圖形到高分辨率，高彩色保真度，高亮度，高對比度，高響應速度的各種規(guī)格型號的視頻顯示器；顯示方式有直視型，投影型，透視式，也有反射式。環(huán)保特性好，無輻射、無閃爍，對使用者的健康無損害。方案二：方案二：采用 LED 顯示技術(shù)LED 是發(fā)光二極管（Light Emitting Diode）的英文縮寫，是一種固態(tài)的半導體器件，它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光。LED 應用可分為兩大類：一是 LED 單管應用，包括背光源 LED，紅外線 LED 等；另外就是 LED 顯示屏。目前，中國在 L

19、ED 基礎(chǔ)材料制造方面與國際還存在著一定的差距，但就 LED 顯示屏而言，中國的設計和生產(chǎn)技術(shù)水平基本與國際同步。LED 顯示屏是由發(fā)光二極管排列組成的一顯示器件。它采用低電壓掃描驅(qū)動，具有耗電少、使用壽命長、成本低、亮度高、故障少、視角大、可視距離遠等特點。 由于本次設計需要顯示中文所以選擇了帶字庫的 12864 點陣液晶。 71.3 系統(tǒng)軟件設計方案系統(tǒng)軟件設計方案系統(tǒng)軟件包括單片機應用軟件和 PC 機應用軟件。單片機應用軟件主要實現(xiàn)定時數(shù)據(jù)采集、數(shù)字信號處理、存儲、顯示、通信處理等功能；PC 機應用軟件主要是對進一步處理總站多路數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器傳輸過來的數(shù)據(jù)，提供友好的監(jiān)測界面，實現(xiàn)串口通信，

20、數(shù)據(jù)庫保存、查詢等功能。系統(tǒng)的主程序流程圖如下圖圖 1-1 所示：開始初始化對濕度進行采樣送 LCD 示監(jiān)測系統(tǒng)運行圖 1-3-1 系統(tǒng)主程序流程圖發(fā)送至上位機對溫度進行采樣對氣體進行采樣1.3.1 微控器軟件設計方案微控器軟件設計方案常用的單片機編程語言是匯編和 C 語言。方案一：使用匯編語言 8匯編語言（Assembly Language）是面向機器的程序設計語言。在匯編語言中，用助記符（Memoni）代替操作碼，用地址符號（Symbol）或標號（Label）代替地址碼。這樣用符號代替機器語言的二進制碼，就把機器語言變成了匯編語言。匯編語言是面向具體機型的，它離不開具體計算機的指令系統(tǒng)，因

21、此，對于不同型號的計算機，有著不同的結(jié)構(gòu)的匯編語言，而且，對于同一問題所編制的匯編語言程序在不同種類的計算機間是互不相通的。匯編語言像機器指令一樣，是硬件操作的控制信息，因而仍然是面向機器的語言，使用起來還是比較繁瑣費時，通用性也差。匯編語言能夠直接訪問與硬件相關(guān)的存儲器或 I/O 端口； 能夠不受編譯器的限制，對生成的二進制代碼進行完全的控制；能夠根據(jù)特定的應用對代碼做最佳的優(yōu)化，提高運行速度； 能夠最大限度地發(fā)揮硬件的功能。但是還應該認識到，匯編語言是一種層次非常低的語言，它僅僅高于直接手工編寫二進制的機器指令碼，因此不可避免地存在一些缺點：編寫的代碼非常難懂，不好維護； 很容易產(chǎn)生 Bu

22、g，難于調(diào)試；只能針對特定的體系結(jié)構(gòu)和處理器進行優(yōu)化；開發(fā)效率很低，時間長且單調(diào)；兼容性不好，與硬件關(guān)系非常緊密。因而不是很適合初學者的應用。方案二：使用 C 語言C 語言的語法限制不太嚴格，對變量的類型約束不嚴格，影響程序的安全性，對數(shù)組下標越界不作檢查等。指針是 C 語言的一大特色，可以說 C 語言優(yōu)于其它高級語言的一個重要原因就是因為它有指針操作可以直接進行靠近硬件的操作，但是 C 的指針操作也給它帶來了很多不安全的因素。但是對于本次設計來還說，C 語言具有以下優(yōu)點：（1）簡潔緊湊、靈活方便C 語言一共只有 32 個關(guān)鍵字，9 種控制語句，程序書寫自由，主要用小寫字母表示。它把高級語言的

23、基本結(jié)構(gòu)和語句與低級語言的實用性結(jié)合起來。C 語言可以象匯編語言一樣對位、字節(jié)和地址進行操作，而這三者是計算機最基本的工作單元。（2）運算符豐富C 的運算符包含的范圍很廣泛，共有 34 個運算符。C 語言把括號、賦值、強制類型轉(zhuǎn)換等都作為運算符處理。從而使 C 的運算類型極其豐富表達式類型多樣化。（3）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)豐富 9C 的數(shù)據(jù)類型有：整型、實型、字符型、數(shù)組類型、指針類型、結(jié)構(gòu)體類型、共用體類型等。能用來實現(xiàn)各種復雜的數(shù)據(jù)類型的運算。（4）C 是結(jié)構(gòu)式語言結(jié)構(gòu)式語言的顯著特點是代碼及數(shù)據(jù)的分隔化，即程序的各個部分除了必要的信息交流外彼此獨立。這種結(jié)構(gòu)化方式可使程序?qū)哟吻逦阌谑褂谩⒕S護以及

24、調(diào)試。C 語言是以函數(shù)形式提供給用戶的，這些函數(shù)可方便的調(diào)用，并具有多種循環(huán)、條件語句控制程序流向，從而使程序完全結(jié)構(gòu)化。（5）C 語法限制不太嚴格，程序設計自由度大雖然 C 語言也是強類型語言，但它的語法比較靈活，允許程序編寫者有較大的自由度。（6）C 語言允許直接訪問物理地址，可以直接對硬件進行操作因為既具有高級語言的功能，又具有低級語言的許多功能，能夠象匯編語言一樣對位、字節(jié)和地址進行操作，可以用來寫系統(tǒng)軟件。（7）C 語言程序生成代碼質(zhì)量高，程序執(zhí)行效率高一般只比匯編程序生成的目標代碼效率低 10 20%。綜合比較之后，本次設計采用方案二，即使用 C 語言作為微控制器的編程語言。 10

25、第第 2 章章 系統(tǒng)硬件設計實現(xiàn)系統(tǒng)硬件設計實現(xiàn)硬件是系統(tǒng)的載體與執(zhí)行結(jié)構(gòu)，硬件設計是本次設計的重點，主要設計傳感器信號放大、采集、處理，顯示處理，執(zhí)行電路設計，系統(tǒng)供電等多個部分。本章分為 6節(jié)介紹系統(tǒng)的硬件設計實現(xiàn)。2.1 環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)系統(tǒng)用時下流行且功能強大的 AVR 單片機來控制數(shù)據(jù)采集與顯示模塊，利用單片機采集環(huán)境溫度、濕度、可燃氣體氣體含量值，進行存儲和顯示，并且可以使用 PC 機為上位機提供一個可視的操作界面，并實現(xiàn)串口通信，數(shù)據(jù)保存、查詢、備份以及控制功能。系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)方框圖如下圖圖 3-1 所示：AVR 單片機（Mega16）室內(nèi)環(huán)境RS232

26、 通訊上位機圖 2-1 系統(tǒng)方框圖濕度檢測模塊溫度檢測模塊氣體檢測模塊電平轉(zhuǎn)換模塊LCD 顯示模塊串通口訊本電子濕度計系統(tǒng)模塊由以下幾個模塊組成：濕度傳感器模塊，溫度傳感器模塊， 11氣體傳感器模塊，AVR 單片機主控制器，LCD 顯示模塊串，TTL 轉(zhuǎn) RS232 電平模塊。2.2 主控制器系統(tǒng)設計主控制器系統(tǒng)設計2.2.1 ATmega16 簡介簡介ATmega16 單片機是 1997 年由 ATMEL 公司研發(fā)出的增強型內(nèi)置 Flash 的 RISC 精簡指令集高速 8 位單片機。該單片機具有 AVR 高性能、低功耗 RISC 結(jié)構(gòu)，工作在 8MHz時具有 8MIPS 的性能，同時片內(nèi)

27、16KB 的在線可編程 FLASH 存儲器，可擦除 1000 次以上，并且集成了 512B 的 SRAM 和 512 B 在線可編程 EEPROM。另一個顯著的特點是自帶8 通道 10 位高精度的逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器，A/D 引腳與 PA 口的引腳兩者復用，可以通過程序指定來加以區(qū)別應用。另外，它還擁有很寬的工作電壓范圍，可以在2.76V 之間正常運行，具備很強的適應性。AVR 單片機具有良好的集成性能，采用低功率、非揮發(fā)的 CMOS 工藝制造，除具有低功耗、高密度的特點外，還支持低電壓的聯(lián)機 Flash，EEPROM 寫入功能。AVR 單片機還支持 Basic、C 等高級語言編程。采用

28、高級語言對單片機系統(tǒng)進行開發(fā)是單片機應用的發(fā)展趨勢。對單片機用高級語言編程可很容易地實現(xiàn)系統(tǒng)移植，并加快軟件的開發(fā)過程。ATmega16 的主要性能參數(shù)及特性如下： 16K 字節(jié)可重擦寫 Flash 閃存存儲器，擦寫壽命為 10000 次； 在 16MHZ 頻率下速度為 16MIPS 的 8 位 RISC 結(jié)構(gòu)單片機，內(nèi)含硬件乘法器； 32 個可編程的 I/O 口，40 引腳 PDIP 封裝，32 個通用寄存器； 全靜態(tài)工作； 8 通道 10 位 AD 轉(zhuǎn)換器，支持單端和雙端差分信號輸入，內(nèi)帶增益可編程運算放大器； 2 個 8 位定時/計數(shù)器，1 個 16 位定時/計數(shù)器，帶捕捉、比較功能；

29、通過 JTAG 接口實現(xiàn)對 Flash、EEPROM、熔絲位和鎖定位的編程； 兩個可編程的串行 USART，可工作于主機/ 從機模式的 SPI 串行接口。 12ATmega16 可降至 0Hz 的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式：空閑方式停止 CPU 的工作，但允許 RAM、定時/計數(shù)器、串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作；掉電方式保存 RAM 中的內(nèi)容，但是振蕩器停止工作并禁止其他所有部件工作到下一個硬件復位。2.2.2 引腳圖及引腳介紹引腳圖及引腳介紹ATmega16 的 PDIP 封裝的引腳圖見圖 2-2。 圖 2-2-1 引腳圖VCCVCC 電源正 GNDGND 電源地端口端口

30、 A(PA7A(PA7PA0)PA0) 端口 A 作為 A/D 轉(zhuǎn)換器的模擬輸入端。端口 A 為 8 位雙向I/O 口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時，若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時將輸出電流。在復位過程中，即使系統(tǒng)時鐘還未起振，端口 A 處于高阻狀態(tài)。端口端口 B(PB7B(PB7PB0)PB0) 端口 B 為 8 位雙向 I/O 口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時，若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時將輸出電流。在復位過程中，即使系統(tǒng)時鐘還未起振，端

31、口 B 處于高阻狀態(tài)。端口端口 C(PC7C(PC7PC0)PC0) 端口 C 為 8 位雙向 I/O 口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時，若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時將輸出電流。在復位過程中，即使系統(tǒng)時鐘還 13未起振，端口 C 處于高阻狀態(tài)。如果 JTAG 接口使能，即使復位出現(xiàn)引腳 PC5(TDI)、PC3(TMS)與 PC2(TCK)的上拉電阻被激活。端口端口 D(PD7D(PD7PD0)PD0) 端口 D 為 8 位雙向 I/O 口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動特性，可以輸出和吸收大電

32、流。作為輸入使用時，若內(nèi)部上拉電阻使能，則端口被外部電路拉低時將輸出電流。在復位過程中，即使系統(tǒng)時鐘還未起振，端口 D 處于高阻狀態(tài)。RESETRESET 復位輸入引腳。持續(xù)時間超過最小門限時間的低電平將引起系統(tǒng)復位。持續(xù)時間小于門限間的脈沖不能保證可靠復位。XTAL1XTAL1 反向振蕩放大器與片內(nèi)時鐘操作電路的輸入端。XTAL2XTAL2 反向振蕩放大器的輸出端。AVCCAVCC AVCC 是端口 A 與 A/D 轉(zhuǎn)換器的電源。不使用 ADC 時，該引腳應直接與 VCC連接。使用 ADC 時應通過一個低通濾波器與 VCC 連接。AREFAREF A/D 的模擬基準輸入引腳。2.2.3 單片

33、機最小系統(tǒng)單片機最小系統(tǒng)電路設計電路設計在單片機硬件最小系統(tǒng)中，沒有任何信號線的連接，只有電源到主板的電源連接，在判斷的過程中通過電源指示燈及工作狀態(tài)指示燈來判斷這一核心組成部分是否可正常工作。ATmega16 單片機的最小系統(tǒng)如下圖圖 2-2-2 所示。 14AGND31X113X212RESET9PD2 (INT0)16PD3 (INT1)17PD4 (OC1B)18PD5 (OC1A )19PB0 (T0)1PB1 (T1)2PB2 (AIN0)3PB3 (AIN1)4PB4 (SS)5PB5 (M OSI)6PB6 (M ISO)7PB7 (SCK)8(ADC0) PA040(ADC1

34、) PA139(ADC2) PA238(ADC3) PA337(ADC4) PA436(ADC5) PA535(ADC6) PA634(ADC7) PA733PC022PC123PC224PC325PC426PC527(TOSC1) PC628(TOSC2) PC729PD7 (TOSC2)21PD6 (ICP)20AVCC30AREF32PD1 (TXD)15PD0 (RXD)14GND11VCC10U0ATM E GA16_DIP40R610KVCCC622pFC722pFY27.3728M hzPA 0PA 1PA 2PA 3PA 4PA 5PA 6PA 7PC0PC1PC2PC3PC4

35、PC5PC6PC7A REFG N DA V CCX 2X 1RES ETPD 7PD 6PD 5PB0PB1PB2PB3PB4PB5PB6PB7PD 0PD 1PD 2PD 3PD 4VCC圖 2-2-2 單片機最小系統(tǒng)2.2.4 復位電路設計復位電路設計ATmega16 有 5 個復位源：（1）上電復位電源電壓低于上電復位門限 VPOT 時，MCU 復位。上電復位（POR）脈沖由片內(nèi)檢測電路產(chǎn)生，POR 電路保證器件在上電時復位。VCC 達到上電門限電壓后觸發(fā)延遲計數(shù)器。在計數(shù)器溢出之前器件一直保持為復位狀態(tài)。當 VCC 下降時，只要低于檢測門限，RESET 信號立即生效。（2）外部復位引

36、腳 RESET 上的低電平持續(xù)時間大于最小脈沖寬度時 MCU 復位。外部復位由外加于 RESET 引腳的低電平產(chǎn)生。當復位低電平持續(xù)時間大于最小脈沖寬度時即觸發(fā)復位過程，即使此時并沒有時鐘信號在運行。當外加信號達到復位門限電壓 VRST（上升沿）時，tTOUT 延時周期開始。延時結(jié)束后 MCU 即啟動。（3）看門狗復位看門狗使能并且看門狗定時器溢出時復位發(fā)生。看門狗定時器溢出時將產(chǎn)生持續(xù)時間為 1 個 CK 周期的復位脈沖。在脈沖的下降沿，延時定時器開始對 tTOUT 記數(shù)。 15（4）掉電檢測復位掉電檢測復位功能使能，且電源電壓低于掉電檢測復位門限 VBOT 時 MCU 即復位。BOD 電路

37、的開關(guān)由熔絲位 BODEN 控制。當 BOD 使能后(BODEN 被編程)，一旦 VCC 下降到觸發(fā)電平以下(VBOT-，F(xiàn)igure 19)，BOD 復位立即被激發(fā)。當 VCC 上升到觸發(fā)電平以上時(VBOT+，F(xiàn)igure19)，延時計數(shù)器開始計數(shù)，一旦超過溢出時間 tTOUT，MCU 即恢復工作。（5）JTAG AVR 復位復位寄存器為 1 時 MCU 復位。JTAG 通過復位寄存器 mcur，復位寄存器為 1 時 MCU復位。通過 JTAG 指令 AVR_RESET 可以使 JTAG 復位寄存器置位，并引發(fā) MCU 復位，并使 JTRF 置位。上電復位將使其清零，也可以通過寫“0”來清

38、除。本設計選用了最直接的復位形式，由于 AVR 單片機本身內(nèi)部帶有復位電路的優(yōu)勢，只需要接一個 10K 上拉電阻就可以完成復位電路的設計。為了可靠，可以加上一只0.1uF 的電容以消除干擾和雜波，如下圖圖 2-2-3 所示：RESET圖圖 2-2-32-2-3 單片機復位電路圖單片機復位電路圖S0RESETR010KC00.1uFD31N41482.2.5 晶振電路設計晶振電路設計單片機內(nèi)部的各種功能電路絕大多數(shù)是由數(shù)字電路構(gòu)成的。數(shù)字電路的工作過程，尤其是時序邏輯電路的工作過程，離不開時鐘脈沖信號，即時間基準信號，每一步細微的動作都是在一個共同的時間基準信號驅(qū)動之下完成的。作為時基發(fā)生器的時

39、鐘振 16蕩電路，為整個單片機芯片內(nèi)部各個部分電路的工作提供系統(tǒng)時鐘信號，也在為單片機與其他外接芯片之間的通信以及與其他數(shù)字系統(tǒng)或者計算機系統(tǒng)之間通信，提供可靠的同步時鐘信號。AVR 單片機設計了 4 種類型的時基振蕩方式可供選擇：標準的晶體振蕩器/陶瓷諧振器振蕩方式 XT；高頻的晶體振蕩器/陶瓷諧振器振蕩方式 HS（4MHz）以上；低頻的晶體振蕩器/陶瓷諧振器振蕩方式 LP（32.768kHz） ；外接電容元件的阻容振蕩方式RC。在本設計中，由于需要考慮到通信時的波特率的設置，所以選用能產(chǎn)生較精確時鐘的晶體振蕩器（7.3728MHz） 。晶振電路與單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)關(guān)系圖如下圖圖 2-2-4 所

40、示。為了由外部源驅(qū)動器件，當 XTAL1 被驅(qū)動時，XTAL2 不能連接，如下圖 2-2-5 所示。XTAL2XTAL1GND外部時鐘信號NC圖 2-2-4 晶振電路設計 圖 2-2-5 外部時鐘驅(qū)動設置2.3 濕度傳感器檢測模塊設計濕度傳感器檢測模塊設計2.3.1 濕度傳感器濕度傳感器 HS1101 簡介簡介濕度傳感器 HS1101 是基于獨特工藝設計的電容元件，這些相對濕度傳感器可以大批量生產(chǎn)。應用于辦公室自動化，車廂內(nèi)空氣質(zhì)量控制，家電，工業(yè)控制系統(tǒng)等。它有以下幾個顯著的特點：全互換性，在標準環(huán)境下不需校正長時間飽和下快速脫濕 17可以自動化焊接，包括波峰或水浸高可靠性與長時間穩(wěn)定性專利

41、的固態(tài)聚合物結(jié)構(gòu)可用于線性電壓或頻率輸出回路 圖圖 2-3-12-3-1：HS1101HS1101 實物照實物照快速反應時間HS1101 的簡單物照圖如圖 2-3-1。 相對濕度在 0%100%RH 范圍內(nèi)；電容量由 162pF 變到 200pF,其誤差不大于2%RH；響應時間小于 5s；溫度系統(tǒng)為 0.04pF/?？梢娖渚仁禽^高的。其濕度電容響應曲線如圖 2-2： 200 190 180 170 電容電容 F圖圖 2-3-2：HS1101 濕度電容響應曲線濕度電容響應曲線HS1101 的一些常用參數(shù)如表 2-1：20 40 60 80 100 相對濕度相對濕度% 18表表 2-3-1：HS

42、1101 常用參數(shù)常用參數(shù)參數(shù)符號參數(shù)值單位工作溫度Ta-40100儲存溫度Tstg-40125供電電壓Vs10Vac濕度范圍RH0100%RH焊接時間=260t10S2.3.2 濕度傳感器電路設計濕度傳感器電路設計HS1101 電容傳感器，在電路構(gòu)成中等效于一個電容器件，其電容量隨著所測空氣濕度的增大而增大。涉及如何將電容的變化量準確地轉(zhuǎn)變?yōu)橛嬎銠C易于接受的信號時，常用兩種方法:一是將 HS1101 置于運放與阻容組成的橋式振蕩電路中，所產(chǎn)生的正弦波電壓信號經(jīng)整流、直流放大、再 A/D 轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號;另一種是將 HS1101 置于 555振蕩電路中，將電容值的變化轉(zhuǎn)為與之呈反比的電壓頻率信

43、號，可直接被計算機所采集。555 為必須 CMOS，這里選用的是 TLC555 集成電路 19在不同的濕度環(huán)境中，HS1101 可等效為可變電容，其置于 TLC555 路中構(gòu)成震蕩電路，其震蕩平率的典型值表 2-3-1 所示，濕度與震蕩平率成反比，具有較平滑的線性度。 、 表 2-3-1 典型震蕩平率與相對濕度對應值2.3.3 相對濕度檢測系統(tǒng)方框圖相對濕度檢測系統(tǒng)方框圖環(huán)境濕度變化HS1101 電容變化構(gòu)成的 555震蕩電路頻率變化Atmega16捕捉平率并計算24 溫度檢測模塊設計溫度檢測模塊設計2.4.1 DS18B20 的性能特點的性能特點1) 獨特的單線接口僅需要一個端口引腳進行通信

44、；2) 多個 DS18B20 可以并聯(lián)在惟一的三線上，實現(xiàn)多點組網(wǎng)功能；3) 無須外部器件；4) 可通過數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍為 3.05.5V；5) 零待機功耗；6) 溫度以 3 位數(shù)字顯示；圖 2-3-3 HS1101 典型應用電路 207) 用戶可定義報警設置；8) 報警搜索命令識別并標志超過程序限定溫度（溫度報警條件）的器件；9) 負電壓特性，電源極性接反時，溫度計不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。 2.4.2 DS18B20 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)DS18B20 采用 3 腳 PR35 封裝，如圖 2-4-1 所示；DS18B20 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，如圖 3所示。引腳說明：地數(shù)據(jù)線可選圖 2-

45、4-1 DS18B20 封裝 如表 2-4-2DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成：1) 64 位光刻 ROM。開始 8 位是產(chǎn)品類型的編號，接著是每個器件的惟一的序號，共有 48 位，最后 8 位是前 56 位的 CRC 校驗碼，這也是多個 DS18B20 可以采用一線進行通信的原因。64 位閃速 ROM 的結(jié)構(gòu)如下.表 2-4-1 ROM 結(jié)構(gòu)8b 檢驗 CRC48b 序列號8b 工廠代碼（10H） MSB LSB MSB LSB MSB LSB 21內(nèi)部電源探測位和單線端口位產(chǎn)生器暫存器下限觸發(fā)上限觸發(fā)溫度傳感器存儲器和控制邏輯圖 2-4-2 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)2) 非揮發(fā)的溫

46、度報警觸發(fā)器 TH 和 TL，可通過軟件寫入用戶報警上下限值。3) 高速暫存存儲，可以設置 DS18B20 溫度轉(zhuǎn)換的精度。DS18B20 溫度傳感器的內(nèi)部存儲器還包括一個高速暫存 RAM 和一個非易失性的可電擦除的 E2PRAM。高速暫存 RAM 的結(jié)構(gòu)為 8 字節(jié)的存儲器，結(jié)構(gòu)如圖 2-4-2 所示。頭2 個字節(jié)包含測得的溫度信息，第 3 和第 4 字節(jié) TH 和 TL 的拷貝，是易失的，每次上電復位時被刷新。第 5 個字節(jié)，為配置寄存器，它的內(nèi)容用于確定溫度值的數(shù)字轉(zhuǎn)換分辨率。DS18B20 工作時寄存器中的分辨率轉(zhuǎn)換為相應精度的溫度數(shù)值。它的內(nèi)部存儲器結(jié)構(gòu)和字節(jié)定義如圖 2-4-3 所

47、示。低 5 位一直為，TM 是工作模式位，用于設置DS18B20 在工作模式還是在測試模式。 Byte0溫度測量值 LSB（50H）Byte1溫度測量值 MSB（50H）E2PROMByte2TH 高溫寄存器- TH 高溫寄存器Byte3TL 低溫寄存器- TL 低溫寄存器Byte4配位寄存器- 配位寄存器Byte5預留（FFH）Byte6預留（0CH）Byte7預留（IOH）Byte8循環(huán)冗余碼校驗（CRC） 22表 24-2 DS18B20 內(nèi)部存儲器結(jié)構(gòu)1) 非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器 TH 和 TL，可通過軟件寫入用戶報警上下限值。2) 高速暫存存儲，可以設置 DS18B20 溫度轉(zhuǎn)換的精

48、度。DS18B20 出廠時該位被設置為 0，用戶要去改動，R1 和 R0 決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù)，來設置分辨率,如圖 1.4。TM R1R0 1 1 1 1 1圖 24-3 DS18B20 字節(jié)定義由表 2-4-4 可見，分辨率越高，所需要的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時間越長。因此，在實際應用中要將分辨率和轉(zhuǎn)換時間權(quán)衡考慮。高速暫存 RAM 的第 6、7、8 字節(jié)保留未用，表現(xiàn)為全邏輯 1。第 9 字節(jié)讀出前面所有 8 字節(jié)的 CRC 碼，可用來檢驗數(shù)據(jù)，從而保證通信數(shù)據(jù)的正確性。當 DS18B20 接收到溫度轉(zhuǎn)換命令后，開始啟動轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換完成后的溫度值就以 16位帶符號擴展的二進制補碼形式存儲在高速暫存存

49、儲器的第 1、2 字節(jié)。單片機可以通過單線接口讀出該數(shù)據(jù)，讀數(shù)據(jù)時低位在先，高位在后，數(shù)據(jù)格式以 0.0625LSB形式表示。當符號位 S0 時，表示測得的溫度值為正值，可以直接將二進制位轉(zhuǎn)換為十進制；當符號位 S1 時，表示測得的溫度值為負值，要先將補碼變成原碼，再計算十進制數(shù)值。 表 2-4-5 是一部分溫度值對應的二進制溫度數(shù)據(jù)。表 24-4 DS18B20 溫度轉(zhuǎn)換時間表R1R0分辨率/位溫度最大轉(zhuǎn)向時間/ms00993.750110187.510113751112750溫度/二進制表示十六進制表示 23表 24-5一部分溫度對應值表續(xù)表 2-4-5-10.1251111 1111 0

50、101 1110FF5EH-25.06251111 1110 0110 1111FE6FH-551111 1100 1001 0000FC90H3) CRC 的產(chǎn)生 在 64 b ROM 的最高有效字節(jié)中存儲有循環(huán)冗余校驗碼（CRC） 。主機根據(jù) ROM 的前56 位來計算 CRC 值，并和存入 DS18B20 中的 CRC 值做比較，以判斷主機收到的 ROM 數(shù)據(jù)是否正確。另外，由于 DS18B20 單線通信功能是分時完成的，它有嚴格的時隙概念，因此讀寫時序很重要。系統(tǒng)對 DS18B20 的各種操作按協(xié)議進行。操作協(xié)議為：初使化DS18B20（發(fā)復位脈沖）發(fā) ROM 功能命令發(fā)存儲器操作命令

51、處理數(shù)2.4.3 DS18B20 工作時序工作時序根據(jù) DS18B20 的通訊協(xié)議，主機控制 DS18B20 完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過三個步驟：1. 每一次讀寫之前都必須要對 DS18B20 進行復位；2. 復位成功后發(fā)送一條 ROM 指令；3. 最后發(fā)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(shù)據(jù)線下拉 500 微秒，然后釋放，DS18B20 收到信號后等待1560 微秒左右后發(fā)出 60240 微秒的存在低脈沖，主 CPU 收到此信號表示復位成功。其工作時序包括初始化時序、寫時序和讀時序，具體工作方法如圖 2-4-4，2-4-5，2-4-6 所示。(1)

52、 初始化時序+1250000 0111 1101 000007D0H+850000 0101 0101 00000550H+25.06250000 0001 1001 00000191H+10.1250000 0000 1010 000100A2H+0.50000 0000 0000 00100008H00000 0000 0000 10000000H-0.51111 1111 1111 0000FFF8H 24 圖 2-4-4 初始化時序總線上的所有傳輸過程都是以初始化開始的，主機響應應答脈沖。應答脈沖使主機知道，總線上有從機設備，且準備就緒。主機輸出低電平，保持低電平時間至少480us，以

53、產(chǎn)生復位脈沖。接著主機釋放總線，4.7K 上拉電阻將總線拉高，延時1560us，并進入接受模式，以產(chǎn)生低電平應答脈沖，若為低電平，再延時 480us12。(2) 寫時序圖 2-4-5 寫時序 寫時序包括寫 0 時序和寫 1 時序。所有寫時序至少需要 60us，且在 2 次獨立的寫時序之間至少需要 1us 的恢復時間，都是以總線拉低開始。寫 1 時序，主機輸出低電平，延時 2us，然后釋放總線，延時 60us。寫 0 時序，主機輸出低電平，延時60us，然后釋放總線，延時 2us。(3) 讀時序 25 圖 2-4-6 讀時序總線器件僅在主機發(fā)出讀時序是，才向主機傳輸數(shù)據(jù)，所以，在主機發(fā)出讀數(shù)據(jù)命

54、令后，必須馬上產(chǎn)生讀時序，以便從機能夠傳輸數(shù)據(jù)。所有讀時序至少需要 60us，且在 2 次獨立的讀時序之間至少需要 1us 的恢復時間。每個讀時序都由主機發(fā)起，至少拉低總線 1us。主機在讀時序期間必須釋放總線，并且在時序起始后的 15us 之內(nèi)采樣總線狀態(tài)。主機輸出低電平延時 2us，然后主機轉(zhuǎn)入輸入模式延時 12us，然后讀取總線當前電平，然后延時 50us.2.4.4 ROM 操作命令操作命令當主機收到DSl8B20 的響應信號后，便可以發(fā)出ROM 操作命令之一，這些命令如表2-4-6：ROM操作命令。指令約定代碼功 能讀 ROM33H讀 DS18B20 ROM 中的編碼符合 ROM55

55、H發(fā)出此命令之后，接著發(fā)出 64 位 ROM 編碼，訪問單線總線上與該編碼相對應的 DS18B20 使之作出響應，為下一步對該 DS18B20 的讀寫作準備搜索 ROM0F0H用于確定掛接在同一總線上 DS18B20 的個數(shù)和識別 64位 ROM 地址，為操作各器件作好準備跳過 ROM0CCH忽略 64 位 ROM 地址，直接向 DS18B20 發(fā)溫度變換命令， 26表 2-4-6 ROM 操作命令續(xù)表 2-4-6告警搜索命 令0ECH執(zhí)行后，只有溫度超過設定值上限或者下限的片子才做出響應溫度變換44H啟動 DS18B20 進行溫度轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換時間最長為 500MS，結(jié)果存入內(nèi)部 9 字節(jié) RA

56、M 中讀暫存器0BEH讀內(nèi)部 RAM 中 9 字節(jié)的內(nèi)容寫暫存器4EH發(fā)出向內(nèi)部 RAM 的第 3，4 字節(jié)寫上、下限溫度數(shù)據(jù)命令，緊跟讀命令之后，是傳送兩字節(jié)的數(shù)據(jù)復制暫存器48H將 E2PRAM 中第 3，4 字節(jié)內(nèi)容復制到 E2PRAM 中重調(diào) E2PRAM0BBH將 E2PRAM 中內(nèi)容恢復到 RAM 中的第 3，4 字節(jié)讀 供 電方 式0B4H讀 DS18B20 的供電模式，寄生供電時 DS18B20 發(fā)送“0” ，外接電源供電 DS18B20 發(fā)送“1”2.4.5 DS18B20 的測溫流程的測溫流程初始化DS18B20跳過 ROM匹配溫度變換延時 1S跳過 ROM匹配Atmega

57、16讀暫存器圖 2-4-7 DS18B20 測溫流程適用于單片工作。 272.5 氣體檢測模塊設計氣體檢測模塊設計2.5.1 氣體傳感器氣體傳感器 MQ-2 簡介簡介本設計中采用的 MQ-2 型煙霧傳感器屬于二氧化錫半導體氣敏材料，屬于表面離子式 N 型半導體。當處于 200300C 溫度時，二氧化錫吸附空氣中的氧，形成氧的負離子吸附，使半導體中的電子密度減少， 從而使其電阻值增加。當與煙霧接觸時，如果晶粒間界處的勢壘受 到該煙霧的調(diào)制而變化，就會引起表而電導率的變化。利用這一點就可以 獲得這種煙霧存在的信息。遇到可燃煙霧（如 CH4 等）時，原來吸附的氧脫附，而由可燃煙霧以正離子狀態(tài)吸附在二

58、氧化錫半導體表面；氧脫附放出電子，煙霧以正離子狀態(tài)吸附也要放出電子，從而使二氧化錫半導體導帶電子密度增加，電阻值下降。而當空氣中沒有煙霧時，二氧化錫半導體又會自 動恢復氧的負離子吸附，使電阻值升高到初始狀態(tài)。這就是 MQ-2 型燃性煙霧傳感器檢測可燃煙霧的基本原理。MQ-2 型傳感器的結(jié)構(gòu)圖如 圖 2-5-1 所示，圖 2-5-1MQ-2 型傳感器的結(jié)構(gòu)圖其外觀如圖 2-5-2 28圖 2-5-2 MQ-2 型傳感器的外觀2.5.2 MQ-2 型傳感器的特性及主要技術(shù)指標型傳感器的特性及主要技術(shù)指標(1) MQ-2 型傳感器的一般特點 (a)MQ-2 型傳感器對天然氣、液化石油氣等煙霧有很高的

59、靈敏度，尤其對烷類煙霧更為敏感。 (b)MQ-2 型傳感器具有良好的重復性和長期的穩(wěn)定性。初始穩(wěn)定， 響應時間短，長時間工作性能好。 (c)MQ-2 型傳感器具有良好的抗干擾性，可準確排除有刺激性非可燃性煙霧的干擾信息，例如酒精和煙霧等。 (d)電路設計電壓范圍寬，24V 以下均可；加熱電壓 50.2V。 (2)MQ-2 型傳感器的基本特性 (a)靈敏度特性 煙霧傳感器在最佳工作條件下，接觸同一種煙霧，其電阻值 RS 隨氣 體濃度變化的特性稱之為靈敏度特性，用 K 表示。 K=RS / R0 (2-1) 式中，R0 為煙霧傳感器潔凈空氣條件下的電阻值，RS 為煙霧傳感器在一定濃度的檢測煙霧中的

60、電阻值。 雖然對于不同的煙霧，器件靈敏度特性 K 的值也會各有差異，但是它們都遵循同一規(guī)律，log RS = m logC + n (2-2)式中，m 為器件相對煙霧濃度變化的敏感性，又稱煙霧分離能，對于 煙霧，m 值為 1/21/3；C 為檢測煙霧的濃度。n 為與檢測煙霧，器件材料有關(guān)，并隨測試溫度和材料中有無增感劑而有所不同。 (b)初期穩(wěn)定特性 半導體煙霧傳感器在不通電狀態(tài)存放一段時間后，再通電時，器件并不能立即投入正常工作。這是因為煙霧傳感器中的二氧化錫在不通電的狀態(tài)下會吸附空氣中的水蒸氣，當再次通電時需要預熱幾分鐘使水蒸氣蒸發(fā)后，氣敏電阻才能正常工作。再通電工作時氣敏電阻值達到穩(wěn)定時

61、所需要的時間，定義為初期穩(wěn)定時間。一般情況下， 29不通電時間越長，初期穩(wěn)定時間也越長，當不通電存放時間達到 15 天左右時，初期穩(wěn)定時間一 般需要 5 分鐘左右。 (c)加熱特性 半導體煙霧傳感器一般要在較高的溫度(200450C)下工作，所以需要對其加熱。由于傳感器一般工作在易燃易爆環(huán)境下，若加熱絲直接與電源相接，當加熱絲局部短路造成器件過熱或放電時，可能引發(fā)事故。所以必須使用傳感器生產(chǎn)廠家推薦的加熱電壓，使其工作在較安全的范圍內(nèi)。MQ-2 型煙霧傳感器加熱電壓為 50.2V，加熱電阻為 313?。當加熱絲斷路時，由于熱惰性緣故，煙霧傳感器的氣敏特性并不立即消失，此時檢測必出現(xiàn)較大的誤差。

62、為避免出現(xiàn)這種情況，并及時發(fā)現(xiàn)氣敏元件的故障， 需要設計加熱絲故障診斷報警電路。 (3)MQ-2 型傳感器的特性參數(shù) 如圖 2-5-3 所示 ，圖 2-5-3 MQ-2 特性指標圖圖 2-5-4 為 MQ-2 靈敏度特性圖 30 圖 2-5-4 靈敏度特性圖2.5.3 MQ-2 檢測電路設設計檢測電路設設計2.5.3 MQ-2 檢測系統(tǒng)方框圖檢測系統(tǒng)方框圖環(huán)境可燃氣體含量變化MQ-2 內(nèi)部敏感體電阻變化RL 兩端電壓變化Atmega16內(nèi)部 AD采集電壓并計算 312.6 12864 顯示模塊設計顯示模塊設計2.6.1 LCD12864 系列中文圖形液晶顯示模塊的主要特性系列中文圖形液晶顯示模

63、塊的主要特性12864-15 系列中文圖形液晶模塊的特性主要由其控制器 ST7920 決定。ST7920 同時作為控制器和驅(qū)動器12864 系列產(chǎn)品硬件特性如下：提供 8 位，4 位并行接口及串行接口可選。并行接口適配 M6800 時序 自動電源啟動復位功能。內(nèi)部自建振蕩源。6416 位字符顯示 RAM（DDRAM 最多 16 字符4 行，LCD 顯示范圍 162 行） 。2M 位中文字型 ROM（CGROM） ，總共提供 8192 個中文字型（1616 點陣） 。16K 位半寬字型 ROM(HCGROM)，總共提供 126 個西文字型（168 點陣） 。6416 位字符產(chǎn)生 RAM（CGRA

64、M） 。圖 2-6-1 為 12864 液晶的實物：圖2-6-1 12864液晶實物2.6.2 12864液晶各引腳功能 32圖2-6-2 12864引腳功能圖2.6.3 原理圖設計原理圖設計圖2-6-3 12864部分原理圖2.6.4 12864基本指令說明 33表 2-6-1 指令表 1表 2-6-2 指令表 22.6.5 8 位并行模式下時序位并行模式下時序 34 寫時序如圖圖 2-6-4 寫數(shù)據(jù)時序讀時序圖 2-6-5 寫數(shù)據(jù)時序2.6.6 字符地址表字符地址表 35 表 2-6-3 字符地址表2.6.7 驅(qū)動驅(qū)動 LCD12864 流程圖流程圖LCD12864 點陣液晶初始化過程如圖

65、 2-6-6 所示圖 2-6-6 初始化流程 3627 串口通訊模塊設計串口通訊模塊設計2.7.1 串口通訊簡介串口通訊簡介RS-232（ANSI/EIA-232 標準）是 IBM-PC 及其兼容機上的串行連接標準?？捎糜谠S多用途，比如連接鼠標、打印機或者 Modem，同時也可以接工業(yè)儀器儀表。用于驅(qū)動和連線的改進，實際應用中 RS-232 的傳輸長度或者速度常常超過標準的值。RS-232只限于 PC 串口和設備間點對點的通信。RS-232 串口通信最遠距離是 50 英尺。2.7.2 串口通訊硬件設計串口通訊硬件設計由于電腦的邏輯電平與 Atmega16 的邏輯電平不一樣，電腦的正邏輯電平為-

66、12V負邏輯電平為+12V。與 TTL 電平是不兼容的，必需加電平轉(zhuǎn)換芯片。本設計使用的是 MAX232MAX232 芯片是美信公司專門為電腦的 RS-232 標準串口設計的接口電路,使用+5v單電源供電。其主要作用是用來將普通 5V 的 TTL 電平轉(zhuǎn)為 10V 串口通信電平。內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本可分三個部分：第一部分是電荷泵電路。由 1、2、3、4、5、6 腳和 4 只電容構(gòu)成。功能是產(chǎn)生+12v 和-12v 兩個電源，提供給 RS-232 串口電平的需要。第二部分是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道。由 7、8、9、10、11、12、13、14 腳構(gòu)成兩個數(shù)據(jù)通道。其中 13 腳（R 1IN）、12 腳（R1OUT）、11 腳（T1IN）、14 腳（T1OUT）為第一數(shù)據(jù)通道。8 腳（R2IN）、9 腳（R2OUT）、10 腳（T2IN）、7 腳（T2OUT）為第二數(shù)據(jù)通道。 TTL/CMOS 數(shù)據(jù)從 T1IN、T2IN 輸入轉(zhuǎn)換成 RS-232 數(shù)據(jù)從 T1OUT、T2OUT 送到電腦DP9 插頭；DP9 插頭的 RS-232 數(shù)據(jù)從 R1IN、R2IN 輸入轉(zhuǎn)換成 TTL/CMOS 數(shù)據(jù)后從R1OUT、R