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粮仓温湿度实时检测系统设计 - 图文

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那么可以挑选出一个特定的器件并给总线上的主机指示存在多少器件及其类型。在成功地执行了ROM操作序列之后可,使用存贮器和控制操作,然后控制器可以提供六种存贮器和控制操作命令之一。

一条控制操作命令指示DS18B20完成一次温度测量,测量的结果将放入DS18B20的高速缓存器中,用一条读缓存储器内容的存储器操作命令可以读出此结果。温度告警触发器TH和TL各由一个字节的EEPROM构成。如果不对DS18B20使用告警搜索指令,这些寄存器可用作通用用户存储器使用。

单线总线的空闲状态是高电平。无论任何理由需要暂停某一执行过程时,如果还想恢复执行的话,总线必须停留在空闲状态。在恢复期间,如果单线总线处于非活动状态(高电平状态),位与位之间的恢复时间可以无限长。如果总路线停留在低电平超过480uS,总线上的所有器件都将被恢复。 2)接口电路

AT89S52与DS18B20的接口电路如图3.1.3所示。

图中,DS18B20的I/0端口DQ通过一个4. 7K的外部上拉电阻与单片机连接。多片DS18B20共用一条总线,通过光刻序列号的区分实现多点测温。本设计中DS18B20采用寄生电源方式,故GND与VDD端均接地。

图3.1.3 AT89S52与DS18B20的接口电路

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3.1.2 湿度采集电路

1)HS1100/HS1101湿度传感器介绍:

测量空气湿度的方式很多,其原理是根据某种物质从其周围的空气吸收水分后引起的物理或化学性质的变化,间接地获得该物质的吸水量及周围空气的湿度。电容式、电阻式和湿涨式湿敏原件分别是根据其高分子材料吸湿后的介电常数、电阻率和体积随之发生变化}fu进行湿度测量的。

HS1100/HS1101湿度传感器特点:不需校准的完全互换性,高可靠性和长期稳定性,快速响应时间,专利设计的固态聚合物结构[18],由顶端接触(HS1100)和侧面接触(HS1101)两种封装产品,适用于线性电压输出和频率输出两种电路,适肩{于制造流水线上的自动插件和自动装配过程等。

图3.1.4 湿敏电容工作的温、湿度范化 图3.1.5 温度-电容相应曲线

相对湿度在1%~100%RH范围内;电容量由16pF变到200pF,其误差不大于士2%RH;响应时间小于5S;温度系数为0. 04 pF/℃。可见精度是较高的。 2)湿度测量电路设计:

HS1100/HS1101电容传感器,在电路构成中等效于一个电容器件,其容量随着所测空气湿度的增大而增大。如何将电容的变化量准确地转为计算机易于接受的信号,常有两种方法:一是将该湿敏电容置于运放与阻容组成的桥式振荡电路中,产生的正弦波电压信号经整流、直流放大、再A/D转换为数字信号;另一种是将该湿敏电容置于555振荡电路中,将电容值的变化转为与之成反比的电压频率信号,可直接被计算机所采集。

频率输出的555[19]测量振荡电路如图3.1.6所示。集成定时器555芯片外接电阻Rl,R3与湿敏电容C,构成了对C的充电回路。7端通过芯片内部的晶体管对

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地短路又构成了对C的放电回路,并将引脚2、6端相连引入到片内比较器,便成为一个典型的多谐振荡器,即方波发生器。另外,R21是防止输出短路的保护电阻。

图3.1.6 频率输出的555振荡电路

该振荡电路两个暂稳态的交替过程如下:首先电源Vcc通过Rl、R3向HS1100充电,经t充电时间后,Uc达到芯片内比较器的高触发电平,约0. 67Vcc,此时输出引脚3端由高电平突降为低电平,然后通过R3放电,经t放电时间后,Uc下降到比较器的低触发电平,约0. 33Vs。

此时输出,此时输出引脚3端又由低电平突降为高电平,如此翻来覆去,形成方波输出。其中,充放电时间为:

t充电=C (R1+R3) Ln2 t放电=CR3 Ln2 因而,输出的方波频率为:

f=1/ (t放电+t充电)=1/[ C (R1+2R3) Ln2]

可见,空气湿度通过555测量电路就转变为与之呈反比的频率信号,表3.1.3给出了其中的一组典型测试值。

表3.1.3 空气湿度与电压频率的典型值

湿度 %RH 0 10 频率 Hz 7351 7224 湿度 %RH 60 70 频率 Hz 6600 6468 第11页 共45页

20 30 40 50 7100 6976 6853 6728 80 90 100 6330 6168 6033 3)多路湿度检测信号的实现

为了能够实现湿度信号的多点测量,本设计采用2片8选1模拟开关CD4051组成矩阵测量网络,可实现64路湿度信号的采集。

矩阵测量网络由湿度一频率变换电路及2片CD4051组成,其硬件电路如图3.1.7所示。

图3.1.7 湿度矩阵测量网络

图中,CD4051有3条地址码控制线,通过单片机的控制每片CD4051可实现8选1功能,每片2片CD4051组合使用就可实现64路湿度信号的采集。U2的INH

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