基于CAN-USB技术的粮仓温湿度监测系统设计.doc

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1、 摘 要本文介绍了目前国内外粮仓储粮发展背景、国内外研究现状，并设计了以516RD+单片机控制为核心和以CAN总线为通信的粮仓温湿度监控系统的硬件及软件设计。这是一种基于CAN-USB技术的粮仓温湿度监测系统，该系统主要由两大模块构成：现场数据采集模块和CAN-USB转换接口模块。现场数据的采集是以516RD+单片机为核心控制单元，外接温度传感器DS18B20和湿度传感器HS1101，通过CAN总线控制器SJAl000将数据发送到CAN总线；CAN-USB转换接口模块是以CH372芯片为控制单元，外接USB通信芯片及SJAl000控制器，实现CAN-USB接口转换。整个系统的终端设备为监控PC

2、机，用户软件采用VC+语言编写，可以实现现场状态监控和中断接收数据管理等功能，同时具有实时显示的功能。该系统具有精度高，速度快，稳定性好等特点，也可应用于其它相关的温度和湿度控制系统，通用性较强。关键词：CAN总线；单片机 ；CH372；CAN-USB接口转换Design of the granary of the temperature and humidity monitoring system Based on CAN-USB technologyAbstractThis paper introduces the development background of granary sto

3、rage at home and abroad, research status from domestic and abroad, and designed to 516 RD + single-chip microcomputer control as the core and the CAN bus for communication with the granary of the temperature and humidity control system of hardware and design of software. This is a kind of based on C

4、AN-USB technology the granary of the temperature and humidity monitoring system, this system mainly by two big blocks: the data acquisition module and CAN-USB conversion interface module. Field data collection is based on 516 RD + single-chip microcomputer is the control unit, external temperature s

5、ensor DS18B20 and humidity sensor HS1101, through the CAN bus controller will be sent to SJAl000 data CAN bus, CAN-USB conversion interface module CH372 chip in for the control unit, an external USB communications chip and SJAl000 controller, realize CAN-USB interface conversion. The entire system o

6、f terminal equipment for monitoring the PC and user software using the VC+ language, can realize the condition monitoring and interrupt receiving data management, and other functions, and has the function of the real-time display. The system has high accuracy, speed, good stability and other charact

7、eristics, which can be applied to other related the temperature and humidity control system, is used widely.Keywords：CAN bus; Single chip microcomputer; CH372; CAN-USB interface conversion目 录1绪论11.1 选题背景11.2 国内外研究动态12系统的总体设计方案和各部分器件的选择42.1 系统设计方案42.2 516RD+单片机芯片52.2.1 516RD+主要功能52.2.2 516RD+各引脚功能介绍6

8、2.3温度传感器DS18B2082.3.1管脚配置和内部结构82.4 DS18B20的工作原理102.5湿度传感器122.5.1湿度传感器概述132.5.2湿度传感器介绍132.6 CH372芯片简介142.7 AT24C08存储器142.7.1 AT24C08 概述142.7.2 AT24C08特性153系统硬件的设计163.1 MAX232 接口电路163.2设计温度传感器DS18B20与单片机接口电路173.2.1项目设计方案概述173.2.2项目设计具体模块分析173.2.3 DS18B20的硬件设计193.3设计湿度传感器HS1101与单片机接口电路193.3.1项目设计方案概述19

9、3.3.2湿度变送器的工作原理193.3.3湿度测量电路203.4设计单片机CAN总线接口电路和单片机基本电路203.5设计电源电路213.6复位电路223.7时钟电路233.8 LCD1602液晶显示模块233.9 USB接口电路244系统软件设计254.1程序设计的总体思路254.1.1湿度测量电路254.1.2 CAN初始化254.1.3 SJA1000流程图264.1.4 CAN-USB软件流程284.1.5 DS18B20读写流程30结 论32致 谢33参考文献34附 录A35附 录B421绪论1.1 选题背景粮食储藏的安全问题一直是一个复杂而又重要的问题，如何设计一个粮仓监控系统来

10、实时监控粮仓的温湿度，并能及时对异常情况做出迅速的反映，这些都是很值得我们研究的问题。长期以来，由于受到经济条件的限制，我国粮食储藏的环境较差，而且管理比较的落后，有的粮仓的情况虽然好点，但是基本上都是停留在人工的管理状况上。粮仓管理的重点之一就是要合理的布置测温点，经常检查温度变化，以便及时发现粮食的发热点，减少粮食的损失。然而，粮堆的热传递又是那样的缓慢，使人感知极差，需要管理人员经常进入闷热、呛人的仓房内检查粮堆的温湿度，不断进行翻仓、通风，这种繁重的体力劳动，不仅对人体有极大的伤害，而且不科学、不及时。所以粮食虫蛀、霉变的情况时有发生。随着计算机的普及，互联网络已经成为人们日常生活的一

11、部分。互联网络是协议完善、覆盖率极广、联网设备众多、功能强大的一种通信方式，已经成为全社会重要的基础信息设施，是重要的信息流通渠道。通过单片微型计算机（单片机）控制外部控制电路，然后通过USB接口传递给计算机，通过计算机的控制与分析，得到相关的数据，以此来科学的管理粮仓。1.2 国内外研究动态粮情检测属监控系统范畴，近年来，由于计算机技术、超大规模集成电路技术和网络通信技术的发展，使监控系统广泛应用于工农业生产等领域，因此，粮情检测技术的研究在软、硬件等方面都有了一定的进展。早期粮情监测主要采用温度计测量法，它是将温度计放入特制的插杆中，根据经验插在粮堆的多个测温点，管理人员定期拔出读数，确定

12、粮温的高、低，决定是否倒粮。这种方法对储粮有一定的作用，但由于温度计精度、人工读数的人为因素等原因，温度检测不仅速度慢，而且精度低，抽样不彻底，局部粮温过高不易被及时发现，导致因局部粮食发霉变质引起大面积坏粮的情况时有发生。随着科技的发展，从1978 年开始，采用电阻式温度传感器、采样器、模数转换器、报警等组成的储粮监测系统出现，它可对各粮库的各个测温点进行巡回检测，检测速度、精度大大提高，降低了劳动强度，但由于电阻传感器的灵敏度低，致使检测精度、系统可靠性还不够理想。到1990 年，粮情检测系统有了很大的改善和提高，系统在布线上采用矩阵式布线技术，简化了数据采集部分的线路，在传感器方面应用了

13、半导体、热电偶等器件；在线路传输上采用了串行传输方式，从而减少了传输线根数；采用单片机进行数据处理，并采用各种手段提高数据传输及检测速度，通过软硬件技术的结合，检测精度和可靠性较前有很大提高。但温度传感器的线性度差，系统的检测精度仍不理想，无法大面积推广。近年来，随着单片机功能的日益强大和计算机的广泛应用，粮情检测的准确性、稳定性要求越来越高。寻找最佳配置和最好的性价比成为粮情监测研究的热点。国外在粮情监控技术上已达到了很成熟的地步，高科技数字式传感器广泛应用于粮情检测系统。这种传感器采用了半导体集成电路与微控制器最新技术，在一个管芯上集成了半导体温度检测芯片、数据信号转换芯片、计算机接口芯片

14、，存储芯片等，除完成温度检测功能外，还可完成预置范围温度、报警、多路A/D 转换、温度补偿功能。由于数字温度传感器直接传出数字量，从而解决了温度信号长距离传输问题及传输过程中因干扰和衰减而导致的精度降低等问题。目前，国内出现了丰富的数字传感器配套产品，如远程控制模块、中继器、接插器、分线器等，技术也比较成熟。数字传感技术、通信技术、计算机成为当今信息技术的的三大基础，计算机监控技术已成人们关注的热点。随着计算机技术、网络技术的发展，工业控制领域及自动化领域对网络通信、系统的可靠性、安全性、易操作性和易维护性都有了更进一步的要求。现场总线是当今自动化领域技术发展的特点之一，被誉为自动化领域的计算

15、机局域网。它是现代计算机、通信和控制技术的集成，即通常所谓3C(ComputerCommunication，Contr01)技术。分布式控制系统是现代控制系统的主流，而CAN卓越的特性、极高的可靠性和独特的设计，特别适合工业过程监控设备的互联，因此越来越受工业界的重视。USB速度快、连线简单和即插即用的特性是与上位机通讯非常好的外设接口。因此，基于USB接口实现CAN总线与PC机之间数据通信的研究具有一定的应用意义1。控制器局部网CAN(Control ler Area Network，简称CAN)由于其组网的灵活性和便捷性、通信的高效性和可靠性以及低廉的成本，大量应用于工业自动化、船舶、医疗

16、设备及工业设备等方面。自动控制既需要“分散控制”，还需要有效的“集中管理”，这其中各种数据的实时采集和处理是必不可少的环节，联络各种设备的总线之间的通信成为了一个关键的问题，这就要求现场设计的通信接口简单灵活且具有较高的数据传输率。以往的P C和现场总线之间的通信大多采用的是RS232、ISA或者PCI接口，随着计算机接口技术的快速发展，ISA接口已逐渐被淘汰。PCI接口可以实现数据的高速传输，但是它占用系统资源大，设计复杂，并且无法用于便携式计算机的扩展，需要高质量的驱动程序保证系统的稳定。而以最高波特率仅为384kbs的RS-232C标准接口和最高波特率达IMbs的CAN总线进行接口，无疑

17、会造成CAN总线和PC之间的通信“瓶颈”问题，并给工程技术人员的设计和用户的运用带来诸多不便。USB技术正是顺应接口技术发展而提出的一种快速、双向、同步传输、廉价的并且可以热插拔的通用串行总线，受到广泛的欢迎和应用，因此完全有必要采用技术的手段实现通过PC的USB接口接入CAN专业网络，把USB的通用性和CAN的专业性结合起来，并把它们的优势融合在一起。在粮食储藏的过程中，温度、湿度等物理量是影响粮食储藏质量的直接因素。温湿度监测系统是在环境试验、科学研究(诸如种植、养殖、生物工程、化工工程)、工业生产等领域应用广泛的现场环境控制系统。它能模拟各种环境条件，即按照实际要求精确控制环境的温度和湿

18、度，为研究不同的生化过程创造了良好的环境条件。因此，温湿度监测系统广泛应用在科研、现代农业、医药、冶金、化工、林业、环境科学及生物遗传工程等领域。为了满足化学工业过程对环境条件的需求，我们在传感器智能控制方案和具体应用中做了大量的研究和可行性分析，开发了一种具有智能化功能的温湿度监测系统。该系统由数据采集模块和接口模块组成。其中数据采集模块采用了以单片机516RD+为核心外接传感器的结构框架，保证了系统对现场温湿度信号采集的实时性和准确性。而接口模块则采用了处于当前通信领域前沿CAN-USB转换接口模块，为整个系统的实时性提供了坚实的通信保障，而且我认为这种通信方式已经成为了工业化通信的发展方

19、向。本实用新型提出的温湿度控制系统，通过对环境中的温湿度做到实时检测并通信至上位机，能直观地了解各个仓库、各个现场智能节点实际温湿度情况，另外可以根据实际情况即时调节上下限参数，使应用更加灵活。本实用新型检测精度高，工作可靠，且具有极高的性价比。适用于生产、仓储、物流等各类企业，具有投入成本不高，操作简单，实用性强等优点。能使管理者实时了解、掌握多个仓库、多个现场智能节点的实际情况，并能远程监测现场环境、预设仓库温湿度参数，增加仓库环境设置的灵活性和智能性，可以避免因为环境变化引起的意外发生，增加仓库的安全性，确保产品质量和企业的经济效益。2系统的总体设计方案和各部分器件的选择2.1 系统设计

20、方案方案一：采用CAN总线的SJAl000控制器、82C250收发器、温度传感器DS18B20、湿度传感器HS1101和单片机516RD+芯片组成，其电路框图如图2.1所示，CAN-USB数据转换电路系统框图如图2.2。微处理器516RD+ CAN总线控制器SJA1000CAN总线控制器82C250温度采集电路湿度采集电路电压源复位电路图2.1 温湿度采集模块系统框图CAN总线控制器SJA1000CAN总线控制器82C250CAN-USB转换模块电压源复位电路微处理器516RD+ 图2.2 CAN-USB 数据转换电路系统框图方案二：设计采用无线模块化设计，整个系统主要由无线收发模块、控制模块

21、和电源模块构成。方案三：采用串口通信485由于无线模块易受干扰；RS-485的总线效率低、系统的实时性差、通讯的可靠性低、后期维护成本高、网络工程调试复杂、传输距离不理想、单总线可挂接的节点少、应用应用不灵活等缺点。而CAN总线在通信能力、可靠性、实时性、灵活性、易用性、传输距离远、成本低等方面有着明显的优势，所以终上考虑，本系统采用方案一的设计。2.2 516RD+单片机芯片516RD+是低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8K bytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和256 bytes 的随机存取数据存储器（RAM），32个I/O口线，3个16位定时/计数器，8个中断源

22、，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，516RD+可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，与标准MCS-51指令系统及8052产品引脚兼容，片内置通用8位中央处理器 （CPU）和Flash存储单元，其强大的功能完全适合于本监控系统的应用场合2。2.2.1 516RD+主要功能1、拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash2、晶片内部具有

23、时钟振荡器（传统最高工作频率可至 12MHz）3、内部程序存储器（ROM）为 8KB4、内部数据存储器（RAM）为 256字节5、32 个可编程I/O 口线6、8 个中断向量源7、三个 16 位定时器/计数器8、三级加密程序存储器9、全双工UART串行通道2.2.2 516RD+各引脚功能介绍516RD+引脚图如图2.3所示。 图2.3 516RD+引脚图VCC：电源正端输入，接+5V。GND：电源地端。XTAL1：单芯片系统时钟的反相放大器输入端。XTAL2：系统时钟的反相放大器输出端，一般在设计上只要在 XTAL1 和 XTAL2上接上一只石英振荡晶体系统就可以动作了，此外可以在两引脚与地

24、之间加入一20PF 的小电容，可以使系统更稳定，避免噪声干扰而死机。RESET：516RD+的重置引脚，高电平动作，当要对晶片重置时，只要对此引脚电平提升至高电平并保持两个机器周期以上的时间，516RD+便能完成系统重置的各项动作，使得内部特殊功能寄存器之内容均被设成已知状态，并且至地址0000H处开始读入程序代码而执行程序。EA/Vpp：EA为英文External Access的缩写，表示存取外部程序代码之意，低电平动作，也就是说当此引脚接低电平后，系统会取用外部的程序代码（存于外部EPROM中）来执行程序。因此在8031及8032中，EA引脚必须接低电平，因为其内部无程序存储器空间。如果是

25、使用 8751 内部程序空间时，此引脚要接成高电平。此外，在将程序代码烧录至8751内部EPROM时，可以利用此引脚来输入21V的烧录高压（Vpp）。ALE/PROG：ALE是英文Address Latch Enable的缩写，表示地址锁存器启用信号。516RD+可以利用这支引脚来触发外部的8位锁存器（如74LS373），将端口0的地址总线（A0A7）锁进锁存器中，因为516RD+是以多工的方式送出地址及数据。平时在程序执行时ALE引脚的输出频率约是系统工作频率的1/6，因此可以用来驱动其他周边晶片的时基输入。此外在烧录8751程序代码时，此引脚会被当成程序规划的特殊功能来使用。PSEN：此为

26、Program Store Enable的缩写，其意为程序储存启用，当8051被设成为读取外部程序代码工作模式时（EA=0），会送出此信号以便取得程序代码，通常这支脚是接到EPROM的OE脚。516RD+可以利用PSEN及RD引脚分别启用存在外部的RAM与EPROM，使得数据存储器与程序存储器可以合并在一起而共用64K的定址范围。PORT0（P0.0P0.7）：端口0是一个8位宽的开路汲极（Open Drain）双向输出入端口，共有8个位，P0.0表示位0，P0.1表示位1，依此类推。其他三个I/O端口（P1、P2、P3）则不具有此电路组态，而是内部有一提升电路，P0在当做I/O用时可以推动8

27、个LS的TTL负载。如果当EA引脚为低电平时（即取用外部程序代码或数据存储器），P0就以多工方式提供地址总线（A0A7）及数据总线（D0D7）。设计者必须外加一锁存器将端口0送出的地址栓锁住成为A0A7，再配合端口2所送出的A8A15合成一完整的16位地址总线，而定址到64K的外部存储器空间。PORT2（P2.0P2.7）：端口2是具有内部提升电路的双向I/O端口，每一个引脚可以推动4个LS的TTL负载，若将端口2的输出设为高电平时，此端口便能当成输入端口来使用。P2除了当做一般I/O端口使用外，若是在516RD+扩充外接程序存储器或数据存储器时，也提供地址总线的高字节A8A15，这个时候P2

28、便不能当做I/O来使用了。PORT1（P1.0P1.7）：端口1也是具有内部提升电路的双向I/O端口，其输出缓冲器可以推动4个LS TTL负载，同样地若将端口1的输出设为高电平，便是由此端口来输入数据。如果是使用8052或是8032的话，P1.0又当做定时器2的外部脉冲输入脚，而P1.1可以有T2EX功能，可以做外部中断输入的触发脚位。PORT3（P3.0P3.7）：端口3也具有内部提升电路的双向I/O端口，其输出缓冲器可以推动4个TTL负载，同时还多工具有其他的额外特殊功能，包括串行通信、外部中断控制、计时计数控制及外部数据存储器内容的读取或写入控制等功能。其引脚分配如下：P3.0：RXD，

29、串行通信输入。P3.1：TXD，串行通信输出。P3.2：INT0，外部中断0输入。P3.3：INT1，外部中断1输入。P3.4：T0，计时计数器0输入。P3.5：T1，计时计数器1输入。P3.6：WR，外部数据存储器的写入信号。P3.7：RD，外部数据存储器的读取信号。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。2.3温度传感器DS18B20DALLAS最新单线数字温度传感器DS18B20简介新的一线器件体积更小、适用电压更宽、更经济 Dallas 半导体公司的数字化温度传感器DS18B20是世界上第一片支持 一线总线接口的温度传感器。一线总线独特而且经济的特

30、点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。DS18B20、 DS18B22 一线总线数字化温度传感器 同DS18B20一样，DS18B20也 支持一线总线接口，测量温度范围为 -55C+125C，在-10+85C范围内,精度为0.5C。DS18B22的精度较差为 2C 。现场温度直接以一线总线的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。2.3.1管脚配置和内部结构DS18B20的管脚和封装如下图2.4：图2.4 DS18B20引脚及封装引脚定义： 1.DQ为单数据总线，是数字信号输入/输出端； 2.GND为电源地； 3.VDD为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）

31、。 内部结构如图2.5：图2.5 DS18B20内部结构图 1.光刻ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该DS18B20的地址序列码。64位光刻ROM的排列是：开始8位（28H）是产品类型标号，接着的48位是该DS18B20自身的序列号，最后8位是前面56位的循环冗余校验码（CRC=X8+X5+X4+1）。光刻ROM的作用是使每一个DS18B20都各不相同，这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的。2. DS18B20中的温度传感器可完成对温度的测量，以12位转化为例：用16位符号扩展的二进制补码读数形式提供，以0.0625/LSB形式表达，其中S为符号位。 表2

32、.6 DS18B20温度值格式表bit7bit6bit5bit4bit3bit2bit1bit0LS Byte232221202-12-22-32-4bit15bit14bit13bit12bit11bit10bit9bit8MS ByteSSSSS262524这是12位转化后得到的12位数据，存储在DS18B20的两个8比特的RAM中，二进制中的前面5位是符号位，如果测得的温度大于0，这5位为0，只要将测到的数值乘于0.0625即可得到实际温度；如果温度小于0，这5位为1，测到的数值需要取反加1再乘于0.0625即可得到实际温度。 例如；+125的数字输出为07D0H，+25.0625的数字

33、输出为0191H，-25.0625的数字输出为FF6FH，-55的数字输出为FC90H。2.4 DS18B20的工作原理DS18B20的温度检测与数字数据输出全集成于一个芯片之上，从而抗干扰力更强。其一个工作周期可分为两个部分，即温度检测和数据处理。在讲解其工作流程之前我们有必要了解DS18B20的内部存储器资源。DS18B20共有三种形态的存储器资源，它们分别是： 1. ROM 只读存储器，用于存放DS18B20 ID编码，其前8位是单线系编码（DS18B20的编码是19H），后面48位是芯片唯一的序列号，最后8位是以上56的位的CRC码（冗余校验）。数据在出产时设置不由用户更改。DS18B

34、20共64位ROM。 2. RAM 数据暂存器，用于内部计算和数据存取，数据在掉电后丢失，DS18B20共9个字节RAM，每个字节为8位。第1、2个字节是温度转换后的数据值信息，第3、4个字节是用户EEPROM（常用于温度报警值储存）的镜像。在上电复位时其值将被刷新。第5个字节则是用户第3个EEPROM的镜像。第6、7、8个字节为计数寄存器，是为了让用户得到更高的温度分辨率而设计的，同样也是内部温度转换、计算的暂存单元。第9个字节为前8个字节的CRC码。EEPROM 非易失性记忆体，用于存放长期需要保存的数据，上下限温度报警值和校验数据，DS18B20共3位EEPROM，并在RAM都存在镜像，

35、以方便用户操作。控制器对DS18B20操作流程： 1. 复位：首先我们必须对DS18B20芯片进行复位，复位就是由控制器（单片机）给DS18B20单总线至少480s的低电平信号。当DS18B20接到此复位信号后则会在1560s后回发一个芯片的存在脉冲。 2. 存在脉冲：在复位电平结束之后，控制器应该将数据单总线拉高，以便于在1560s后接收存在脉冲，存在脉冲为一个60240s的低电平信号。至此，通信双方已经达成了基本的协议，接下来将会是控制器与DS18B20间的数据通信。如果复位低电平的时间不足或是单总线的电路断路都不会接到存在脉冲，在设计时要注意意外情况的处理。 3. 控制器发送ROM指令：

36、双方打完了招呼之后就要进行交流了，ROM指令共有5条，每一个工作周期只能发一条，ROM指令分别是读ROM数据、指定匹配芯片、跳跃ROM、芯片搜索、报警芯片搜索。ROM指令为8位长度，功能是对片内的64位光刻ROM进行操作。其主要目的是为了分辨一条总线上挂接的多个器件并作处理。诚然，单总线上可以同时挂接多个器件，并通过每个器件上所独有的ID号来区别，一般只挂接单个DS18B20芯片时可以跳过ROM指令（注意：此处指的跳过ROM指令并非不发送ROM指令，而是用特有的一条“跳过指令”）。 4. 控制器发送存储器操作指令：在ROM指令发送给DS18B20之后，紧接着（不间断）就是发送存储器操作指令了。

37、操作指令同样为8位，共6条，存储器操作指令分别是写RAM数据、读RAM数据、将RAM数据复制到EEPROM、温度转换、将EEPROM中的报警值复制到RAM、工作方式切换。存储器操作指令的功能是命令DS18B20作什么样的工作，是芯片控制的关键。 5. 执行或数据读写：一个存储器操作指令结束后则将进行指令执行或数据的读写，这个操作要视存储器操作指令而定。如执行温度转换指令则控制器（单片机）必须等待DS18B20执行其指令，一般转换时间为500s。如执行数据读写指令则需要严格遵循DS18B20的读写时序来操作。数据的读写方法将有下文有详细介绍。 当主机收到DSl8B20的响应信号后，便可以发出RO

38、M操作命令之一，这些命令如下：指令代码 Skip ROM（跳跃ROM指令）CCH 这条指令使芯片不对ROM编码做出反应，在单总线的情况之下，为了节省时间则可以选用此指令。如果在多芯片挂接时使用此指令将会出现数据冲突，导致错误出现。 Read Scratchpad （从RAM中读数据）BEH 此指令将从RAM中读数据，读地址从地址0开始，一直可以读到地址9，完成整个RAM数据的读出。芯片允许在读过程中用复位信号中止读取，即可以不读后面不需要的字节以减少读取时间。 Convert T（温度转换）44H 收到此指令后芯片将进行一次温度转换，将转换的温度值放入RAM的第1、2地址。此后由于芯片忙于温度

39、转换处理，当控制器发一个读时间隙时，总线上输出“0”，当储存工作完成时，总线将输出“1”。在寄生工作方式时必须在发出此指令后立刻超用强上拉并至少保持500MS，来维持芯片工作。与DS18B20的所有通讯都是由一个单片机的复位脉冲和一个DS18B20的应答脉冲开始的。单片机先发一个复位脉冲，保持低电平时间最少480s，最多不能超过960s。然后，单片机释放总线，等待DS18B20的应答脉冲。DS18B20在接受到复位脉冲后等待1560s才发出应答脉冲。应答脉冲能保持60240s。单片机从发送完复位脉冲到再次控制总线至少要等待480s。 读时隙需1560s，且在2次独立的读时隙之间至少需要1s的恢

40、复时间。读时隙起始于单片机拉低总线至少1s。DSl8B20在读时隙开始15s后开始采样总线电平。 写时隙需要1575s，且在2次独立的写时隙之间至少需要1s的恢复时间。写时隙起始于单片机拉低总线3。2.5湿度传感器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而进行湿度测量的。下面介绍HS1101湿度传感器及其应用。2.5.1湿度传感器概述湿度传感器是能够感受外接湿度变化，并通过器件材料的物理或化学性质变化，将

41、湿度转化成有用信号的器件。由湿度引起湿度传感器物理或化学变化的种类，可将湿度传感器分为电容式、电阻式和湿涨式。电容式是其高分子材料吸湿后引起介电常数发生变化；电阻式是其高分子材料吸湿后引起电阻率发生变化；湿涨式是其高分子材料吸湿后引起体积发生变化。通常对湿度传感器有下列要求：在各种气体环境下稳定性好，响应时间短，寿命长，有互换性，耐污染和受温度影响小等。2.5.2湿度传感器介绍本系统选用HS1101湿度传感器来测量湿度，HS1101是法国Humirel公司推出的一款电容式相对湿度传感器，该传感器广泛应用于办公室、家庭、汽车驾驶室和工业控制系统等，对空气湿度进行监测。与其它湿度传感器相比，它有着

42、显著的优点：1. 无须校验的完全互换性2. 长期饱和状态，瞬间脱湿3. 适应自动装配过程，包括波峰、焊接、回流焊等4. 具有高可靠性和长期稳定性5. 特有的固态聚合物结构6. 响应时间快7. 适用于现行电压输出和线形频率输出两种电路HS1101湿度传感器在电路构成上等效于一个电容器件，采用侧面开放式封装，只有两个引脚，其电容量随着所测空气湿度的增大而增大，但不允许直流方式供电，HS1101湿度传感器外形如图2.7所示。图2.7 HS1101湿度传感器 将HS1101的电容量的变化量准确地转变为单片机易接受的信号的方法，常用有两种：一种是将HS1101置于运放与电容组成的桥式振荡电路中，所产生的

43、正弦波电压信号经整流、直流放大，再由A/D转换为数字信号，供单片机处理；另一种是将HS1101置于555振荡电路中，将电容值的变化转为与之呈反比的电压频率信号，供单片机直接采集和处理。本系统采用555振荡电路的形式。2.6 CH372芯片简介接口芯片种类繁多，基本上可分为两类：一类是内带有通用功能的接口芯片，另一类是内部不带集成的纯粹的接口芯片。本研究中，由于接口仅用于读写等数据传送功能，且数据处理及信号转换部分还需单片机控制，因此选用纯粹的接口芯片与+单片机配合实现。在单片机端，具有位数据总线和读、写、片选控制线以及中断输出，可以方便挂接到单片机控制器的系统总线上；在计算机端，配套软件提供了

44、简洁易用的操作接口，与本地端的单片机通信就如同读写文件一样便捷4。芯片与普通的通用串口芯片相比有以下优点：1. 全速设备接口，兼容USB2.0，即插即用，外围元器件只需晶体和电容即可；2. 提供一对主端点和一对辅助端点，支持控制传输、批量传输、中断传输；3. 具有省事的内置固件模式和灵活的外部固件模式，内置固件模式下屏蔽了相关的USB协议，自动完成标准的USB枚举配置过程，完全不需要本地端控制器做任何处理，简化了单片机的固件编程；4. 通用Windows驱动程序提供设备接口，通过DLL提供API应用层接口；5. 通用的本地8位数据总线，4线控制：读选通、写选通、片选输入、中断输出；6. 主端点

45、上传下传缓冲区各64字节，辅助端点上传下传缓冲区各8字节。2.7 AT24C08存储器2.7.1 AT24C08 概述AT24C08提供8192位的串行电可擦写可编程只读存储器(EEPROM)，组织形式为1024字8位字长。适用于许多要求低功耗和低电压操作的工业级或商业级应用。可选节省空间的8脚PDIP，8脚JEDEC SOIC，8脚Ultra Lead Frame Land Grid Array (ULA)，5脚SOT23，8脚TSSOP和8触点dBGA2封装，并通过2-wire串行接口存取。2.7.2 AT24C08特性AT24C08的特性如下：低压和标准电压操作 1.8 (vcc= 1.

46、8 to 5.5V) 内部组织1024 x 8(8K) 2-Wire串行接口 施密特除法器，过滤输入，实现噪音抑制 双向数据传输协议 1 MHz (5.0V),兼容400 KHz (1.8V, 2.5V, 2.7V) 写保护引脚，实现硬件数据保护 16字节页写模式 允许页面局部写入 高可靠性 dBGA2封装3系统硬件的设计3.1 MAX232 接口电路MAX232 芯片是MAXIM 公司生产的低功耗、单电源、双路RSS232 发送/接收器。MAX232 芯片内部有一个电源变压器，可以把输入的+5V 的电源变换成RS232 输出电平所需10V 电压，所以采用此芯片的串行通信系统只要单一的+5V 电源即可。MAX232 的主要特点：1. 单5V 电源工作；2. 两个驱动器及两个接收器；3. 30V 输入电压；4. 低电源电流。本系统采用MAX232来完成TTL- EIA（美国电子工业联合会）双向电平转换。MAX232内部有电压倍增电路和转换电路，仅需+5V电源便可工作，使用十分方便，其