室內(nèi)環(huán)境智能控制系統(tǒng)畢業(yè)論文

1、<p><b>　　摘　　要</b></p><p>　　經(jīng)過調(diào)查研究，人們很容易因?yàn)槭覂?nèi)的溫度、濕度的不正常導(dǎo)致脾氣的暴躁、工作效率的低下，而且還很容易患有疾病。所以對(duì)室內(nèi)進(jìn)行溫、濕度控制是很必要的，經(jīng)過室內(nèi)環(huán)境智能控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)為人們創(chuàng)造出最佳條件、避免外界四季變化和惡劣氣候?qū)ζ溆绊?，而本系統(tǒng)就是針對(duì)這一情況而研制開發(fā)的，本系統(tǒng)以STC89C52為核心處理器，有溫度傳感器、濕度

2、傳感器、鍵盤作為輸入，A/D進(jìn)行模擬采集，數(shù)碼管顯示輸出，附加過限報(bào)警，降溫等功能。</p><p>　　關(guān)鍵詞 單片機(jī)；濕度傳感器；溫度傳感器； A/D</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Through investigation and study. people could easily beca

3、use indoortemperature, humidity abnormal lead to temper the impetuous, work efficiency is low, and also very easy with disease. So on indoor temperature and humidity control on it is necessary, after the indoor environme

4、nt control system of intelligent adjustment for people to create the best conditions, avoid outside changing seasons and severe weather influence, but this system is in view of this situation developed, this system to ST

5、C89</p><p>　　Keywords SCM temperature sensors humidity sensors A/D</p><p><b>　　目　　錄</b></p><p><b>　　摘要I</b></p><p>　　AbstractII</p>

6、<p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p>　　1.1 課題研究背景和意義1</p><p>　　1.2 國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀2</p><p>　　1.2.1 溫度傳感器2</p><p>　　1.2.2 濕度傳感器3</p><p>　　1.2.3 系統(tǒng)完成

7、的功能5</p><p>　　第2章 方案的比較和論證6</p><p>　　2.1 溫度傳感器的選擇6</p><p>　　2.2 濕度傳感器的選擇7</p><p>　　2.3 主控芯片的選擇7</p><p>　　2.4 輸出顯示的選擇8</p><p>　　2.5 信號(hào)采集通

8、道的選擇9</p><p>　　2.6 本章小節(jié)10</p><p>　　第3章 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)11</p><p>　　3.1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖11</p><p>　　3.2 主控模塊分析11</p><p>　　3.3 系統(tǒng)的層次框圖12</p><p>　　3.4 溫度傳感器

9、13</p><p>　　3.5 濕度傳感器15</p><p>　　3.6 A/D轉(zhuǎn)換模塊17</p><p>　　3.7 報(bào)警電路18</p><p>　　3.8 鍵盤消抖19</p><p>　　3.9 顯示電路19</p><p>　　3.10 RS232串口模塊20<

10、;/p><p>　　3.11 繼電器模塊22</p><p>　　3.12 本章小節(jié)23</p><p>　　第4章 軟件設(shè)計(jì)及調(diào)試24</p><p>　　4.1 上位機(jī)主程序24</p><p>　　4.1.1 上位機(jī)主程序的設(shè)計(jì)思想24</p><p>　　4.2.2主程序的流程圖

11、25</p><p>　　4.2 鍵盤流程圖26</p><p>　　4.3 溫度采樣子程序流程圖27</p><p>　　4.4 報(bào)警子程序流程圖：28</p><p>　　4.5 系統(tǒng)硬件調(diào)試29</p><p>　　4.6 軟件程序調(diào)試29</p><p>　　4.6.1 軟件

12、環(huán)境29</p><p>　　4.6.2 軟件調(diào)試30</p><p>　　4.7 系統(tǒng)聯(lián)調(diào)31</p><p>　　4.8 本章小結(jié)32</p><p><b>　　結(jié)論33</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)35</b></p><

13、;p><b>　　附錄136</b></p><p><b>　　附錄238</b></p><p><b>　　附錄340</b></p><p><b>　　緒論</b></p><p><b>　　課題研究背景和意義</b

14、></p><p>　　溫度是表示物體冷熱程度的物理量，微觀上來講是物體分子熱運(yùn)動(dòng)的劇烈程度。在整個(gè)宇宙當(dāng)中，溫度無處不存在。無論在地球上還是在月球上，也無論是在熾熱的太陽上還是在陰冷的冥王星上，這一切無不由于空間位置的不同而存在著溫度的差別。</p><p>　　濕度，表示大氣干燥程度的物理量。在一定的溫度下在一定體積的空氣里含有的水汽越少，則空氣越干燥；水汽越多，則空氣越潮濕?？?/p>

15、氣的干濕程度叫做“濕度”。在此意義下，常用絕對(duì)濕度、相對(duì)濕度、比較濕度、混合比、飽和差以及露點(diǎn)等物理量來表示。濕度表示氣體中的水蒸汽含量，有絕對(duì)濕度和相對(duì)濕度兩種表示方法。絕對(duì)濕度是一定體積的空氣中含有的水蒸氣的質(zhì)量，一般其單位是克/立方米，絕對(duì)濕度的最大限度是飽和狀態(tài)下的最高濕度；相對(duì)濕度是絕對(duì)濕度與最高濕度之間的比，它的值顯示水蒸氣的飽和度有多高。</p><p>　　溫度、濕度和人類的生產(chǎn)、生活有著密切的關(guān)

16、系，同時(shí)也是工業(yè)生產(chǎn)中最常見最基本的工藝參數(shù)，例如機(jī)械、電子、石油、化工等各類工業(yè)中廣泛需要對(duì)溫度、濕度的檢測與控制。并且隨著人們生活水平的提高，人們對(duì)自己的生存環(huán)境越來越關(guān)注，而空氣中溫濕度的變化與人體的舒適度和情緒都有直接的影響，所以對(duì)溫度、濕度的檢測及控制就非常有必要了。</p><p>　　溫度、濕度是工業(yè)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)不可缺少的因素，但傳統(tǒng)的方法是用溫度表、毛發(fā)濕度表、雙金屬式測量計(jì)和濕度試紙等測試器材，通過

17、人工進(jìn)行檢測，對(duì)不符合溫度和濕度要求的庫房進(jìn)行通風(fēng)、去濕和降溫等工作。這種人工測試方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力、效率低，且測試的溫度及濕度誤差大，隨機(jī)性大。含有微型計(jì)算機(jī)或微處理器的測量儀器，由于它擁有對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，運(yùn)算邏輯判斷及自動(dòng)化的功能，有著智能作用。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，一個(gè)低成本和具有較高精度的溫度濕度測量儀在許多領(lǐng)域會(huì)代替人工操作，自動(dòng)控制各種儀器調(diào)整環(huán)境溫度濕度。目前市場上普遍存在的溫濕度檢測儀器大都是單點(diǎn)測量，而且溫濕度信息傳遞不及時(shí)，精度達(dá)不

18、到要求，不利于控制者根據(jù)溫度、濕度變化及時(shí)做出決定，為此，本設(shè)計(jì)開發(fā)了一種能夠同時(shí)測量多點(diǎn)，并實(shí)時(shí)性高、精度高，能夠綜合處理多點(diǎn)溫濕度信息，并能進(jìn)行溫濕度控制的測控產(chǎn)品?？傊h(huán)境溫濕度的檢測與調(diào)節(jié)儀器的設(shè)計(jì)和開發(fā)具有非常大的市場前景和實(shí)用價(jià)值。</p><p><b>　　國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀</b></p><p>　　本章主要介紹了，各種元器的型號(hào)，優(yōu)、缺點(diǎn)等。&l

19、t;/p><p><b>　　溫度傳感器</b></p><p>　　集成溫度傳感器是目前應(yīng)用范圍最廣、使用最普及的一種全集成化傳感器。其種類很多，大致可分為以下5類：</p><p>　　1．模擬集成溫度傳感器；</p><p>　　2．模擬集成溫度控制器；</p><p>　　3．智能溫度傳感器；

20、</p><p>　　4．通用智能溫度控制器；</p><p>　　5．微機(jī)散熱保護(hù)專用的智能溫度控制器。</p><p>　　集成溫度傳感器的主要應(yīng)用領(lǐng)域有以下3個(gè)方面：</p><p>　　1．溫度測量：可以構(gòu)成數(shù)字溫度計(jì)、溫度變送器、溫度巡回檢測儀、智能化溫度檢測系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)化測溫系統(tǒng)。</p><p>　　2．溫

21、度控制：適用于智能化溫度測控系統(tǒng)、工業(yè)過程控制、現(xiàn)場可編程溫度控制系統(tǒng)、環(huán)境溫度監(jiān)測及報(bào)警系統(tǒng)、中央空調(diào)、風(fēng)扇溫控電路、微處理器及微機(jī)系統(tǒng)的過熱保護(hù)裝置、現(xiàn)代辦公設(shè)備、電信設(shè)備、服務(wù)器中的溫度測控系統(tǒng)、電池充電器的過熱保護(hù)電路、音頻功率放大器的過熱保護(hù)電路及家用電器。</p><p>　　3．特殊應(yīng)用：例如，熱電偶冷端溫度補(bǔ)償、測量溫差、測量平均溫度、測量溫度場、電子密碼鎖（僅對(duì)內(nèi)含64位ROM的單線總線智能溫度

22、傳感器而言）及液晶顯示器表面溫度監(jiān)測等[2]。</p><p>　　模擬集成溫度傳感器是在20世紀(jì)80年代問世的，它是將溫度傳感器集成在一個(gè)芯片上、可完成溫度測量及模擬信號(hào)輸出功能的專用IC。模擬集成溫度傳感器的主要特點(diǎn)是功能單一（僅測量溫度）、測溫誤差小、價(jià)格低、響應(yīng)速度快、傳輸距離遠(yuǎn)、體積小、微功耗等，適合遠(yuǎn)距離測溫、控溫，不需要進(jìn)行非線性校準(zhǔn)，外圍電路簡單。它是目前在國內(nèi)外應(yīng)用最為普遍的一種集成傳感器，典型

23、產(chǎn)品有AD590、AD592、TMP17、LM135等。 </p><p>　　智能溫度傳感器（亦稱數(shù)字溫度傳感器）是在20世紀(jì)90年代中期問世的。它是微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)測試技術(shù)（ATE）的結(jié)晶。目前，國際上已開發(fā)出多種智能溫度傳感器系列產(chǎn)品。智能溫度傳感器內(nèi)部都包含溫度傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器、信號(hào)處理器、存儲(chǔ)器（或寄存器）和接口電路。有的產(chǎn)品還帶多路選擇器、中央控制器（CPU）、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）

24、和只讀存儲(chǔ)器（ROM）。智能溫度傳感器的特點(diǎn)是能輸出溫度數(shù)據(jù)及相關(guān)的溫度控制量，適配各種微控制器（MCU）；并且它是在硬件的基礎(chǔ)上通過軟件來實(shí)現(xiàn)測試功能的，其智能化程度也取決于軟件的開發(fā)水平。進(jìn)入21世紀(jì)后，智能溫度傳感器正朝著高精度、多功能、總線標(biāo)準(zhǔn)化、高可靠性及安全性、開發(fā)虛擬傳感器和網(wǎng)絡(luò)傳感器、研制單片測溫系統(tǒng)等高科技的方向迅速發(fā)展。</p><p>　　在20世紀(jì)90年代中期最早推出的智能溫度傳感器，采用

25、的是8位A/D轉(zhuǎn)換器，其測溫精度較低，分辨力只能達(dá)到1℃。目前，國外已相繼推出多種高精度、高分辨力的智能溫度傳感器，所用的是9~12位A/D轉(zhuǎn)換器，分辨力一般可達(dá)0.5~0.0625℃。由美國DALLAS半導(dǎo)體公司新研制的DS1624型高分辨力智能溫度傳感器，能輸出13位二進(jìn)制數(shù)據(jù)，其分辨力高達(dá)0.03125℃，測溫精度為±0.2℃。為了提高多通道智能溫度傳感器的轉(zhuǎn)換速率，也有的芯片采用高速逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器。以AD781

26、7型5通道智能溫度傳感器為例，它對(duì)本地傳感器、每一路遠(yuǎn)程傳感器的轉(zhuǎn)換時(shí)間分別僅為27μs、9μs。 </p><p>　　新型智能溫度傳感器的測試功能也在不斷增強(qiáng)。例如，DS1629型單線智能溫度傳感器增加了實(shí)時(shí)日歷時(shí)鐘（RTC），使其功能更加完善。DS1624還增加了存儲(chǔ)功能，利用芯片內(nèi)部256字節(jié)的E2PROM存儲(chǔ)器，可存儲(chǔ)用戶的短信息。另外，智能溫度傳感器正從單通道向多通道的方向發(fā)展，這就為研制和開發(fā)多路溫

27、度測控系統(tǒng)創(chuàng)造了良好條件。智能溫度傳感器的總線技術(shù)也實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化，所采用的總線主要有單線總線、I2C總線、SMBus總線和SPI總線。</p><p><b>　　濕度傳感器</b></p><p>　　濕度傳感器產(chǎn)品及濕度測量屬于90年代興起的行業(yè)。濕度傳感器主要分為電阻式和電容式兩種，產(chǎn)品的基本形式都是在基片上涂覆感濕材料形成感濕膜?？諝庵械乃羝皆诟?/p>

28、濕材料上后，元件的阻抗、介質(zhì)常數(shù)發(fā)生很大的變化，從而制成濕敏元件。近年來，國內(nèi)外在濕度傳感器研發(fā)領(lǐng)域取得了較大的發(fā)展。濕敏傳感器正從簡單的濕敏元件向集成化、智能化、多參數(shù)檢測的方向迅速發(fā)展。</p><p>　　國內(nèi)外各廠家的濕度傳感器產(chǎn)品水平不一，質(zhì)量價(jià)格都相差較大，用戶如何選擇性能價(jià)格比最優(yōu)的理想產(chǎn)品確有一定難度，需要在這方面作深入的了解?，F(xiàn)在國內(nèi)市場上出現(xiàn)了不少國內(nèi)外濕度傳感器產(chǎn)品，電容式濕敏元件較為多見，

29、感濕材料種類主要為高分子聚合物，氯化鋰和金屬氧化物。</p><p>　　近年來，國內(nèi)外在濕度傳感器研發(fā)領(lǐng)域取得了長足進(jìn)步。濕敏傳感器正從簡單的濕敏元件向集成化、智能化、多參數(shù)檢測的方向迅速發(fā)展，為開發(fā)新一代濕度/溫度測控系統(tǒng)創(chuàng)造了有利條件，也將濕度測量技術(shù)提高到新的水平。</p><p>　　濕敏元件是最簡單的濕度傳感器。濕敏元件主要分為電阻式、電容式兩大類。濕敏電阻的特點(diǎn)是在基片上覆蓋

30、一層用感濕材料制成的膜，當(dāng)空氣中的水蒸氣吸附在感濕膜上時(shí)，元件的電阻率和電阻值都發(fā)生變化，利用這一特性即可測量濕度。濕敏電阻的種類很多，例如金屬氧化特濕敏電阻、硅濕敏電阻、陶瓷濕敏電阻等。濕敏電阻的優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高，主要缺點(diǎn)是線性度和產(chǎn)品的互換性差。濕敏電容一般是用高分子薄膜電容制成的，常用的高分子材料有聚苯乙烯、聚酰亞胺、酷酸醋酸纖維等。當(dāng)環(huán)境濕度發(fā)生改變時(shí)，濕敏電容的介電常數(shù)發(fā)生變化，使其電容量也發(fā)生變化，其電容變化量與相對(duì)濕度成正比

31、。濕敏電容的主要優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高、產(chǎn)品互換性好、響應(yīng)速度快、濕度的滯后量小、便于制造、容易實(shí)現(xiàn)小型化和集成化，其精度一般比濕敏電阻要低一些。國外生產(chǎn)濕敏電容的主廠家有Humirel公司、Philips公司、Siemens公司等。以Humirel公司生產(chǎn)的SH1100型濕敏電容為例，其測量范圍是（1%~99%）RH，在55%RH時(shí)的電容量為180pF（典型值）。當(dāng)相對(duì)濕度從0變化到100%時(shí)，電容量的變化范圍是163pF~202pF。溫度系

32、數(shù)為0.04pF/℃，濕</p><p>　　目前，國外生產(chǎn)集成濕度傳感器的主要廠家及典型產(chǎn)品分別為Honeywell公司（HIH-3602、HIH-3605、HIH-3610型），Humirel公司（HM1500、HM1520、HF3223、HTF3223型），Sensiron公司（SHT11、SHT15型）。這些產(chǎn)品可分成以下三種類型：</p><p>　　1．線性電壓輸出式集成濕度傳

33、感器；典型產(chǎn)品有 HIH3605/3610、HM1500/1520。其主要特點(diǎn)是采用恒壓供電，內(nèi)置放大電路，能輸出與相對(duì)濕度呈比例關(guān)系的伏特級(jí)電壓信號(hào)，響應(yīng)速度快，重復(fù)性好，抗污染能力強(qiáng)。</p><p>　　2．線性頻率輸出集成濕度傳感器；典型產(chǎn)品為HF3223型。它采用模塊式結(jié)構(gòu)，屬于頻率輸出式集成濕度傳感器，在55%RH時(shí)的輸出頻率為8750Hz（型值），當(dāng)上對(duì)濕度從10%變化到95%時(shí)，輸出頻率就從956

34、0Hz減小到8030Hz。這種傳感器具有線性度好、抗干擾能力強(qiáng)、便于配數(shù)字電路或單片機(jī)、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　3．頻率/溫度輸出式集成濕度傳感器；典型產(chǎn)品為HTF3223型。它除具有HF3223的功能以外，還增加了溫度信號(hào)輸出端，利用負(fù)溫度系數(shù)（NTC）熱敏電阻作為溫度傳感器。當(dāng)環(huán)境溫度變化時(shí)，其電阻值也相應(yīng)改變并且從NTC端引出，配上二次儀表即可測量出溫度值。</p><p&g

35、t;　　2002年Sensiron公司在世界上率先研制成功SHT11、 SHT15型智能化溫度/溫度傳感器，其外形尺寸僅為7.6（mm）×5(mm)×2.5（mm），體積與火柴頭相近。出廠前，每只傳感器都在溫度室中做過精密標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)被編成相應(yīng)的程序存入校準(zhǔn)存儲(chǔ)器中，在測量過程中可對(duì)相對(duì)濕度進(jìn)行自動(dòng)校準(zhǔn)。它們不僅能準(zhǔn)確測量相對(duì)溫度，還能測量溫度和露點(diǎn)。測量相對(duì)溫度的范圍是0~100%，分辨力達(dá)0.03%RH，最高精

36、度為±2%RH。測量溫度的范圍是-40℃~ 123.8℃，分辨力為0.01℃。測量露點(diǎn)的精度。</p><p><b>　　系統(tǒng)完成的功能</b></p><p>　　該控制系統(tǒng)能夠監(jiān)控室內(nèi)的溫度、濕度，并能顯示當(dāng)前所檢測的值。溫度、濕度和甲烷的檢測及控制通過單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)。用溫度傳感器采集當(dāng)前溫度，數(shù)碼管顯示當(dāng)前溫度值。若當(dāng)前采集值低于下限或高于上限時(shí)，系統(tǒng)

37、將自動(dòng)報(bào)警。溫度低于下限時(shí)，系統(tǒng)通過繼電器控制外設(shè)加溫。溫度高于上限時(shí)，系統(tǒng)通過繼電器控制外設(shè)給溫室降溫。用濕度傳感器采集當(dāng)前濕度，數(shù)碼管顯示當(dāng)前濕度值。若當(dāng)前采集值低于下限或高于上限時(shí)，濕度高于上限時(shí)系統(tǒng)通過繼電器控制外設(shè)給室內(nèi)霧化。當(dāng)溫度低于下限時(shí)，系統(tǒng)通過繼電器控制外設(shè)給室內(nèi)通風(fēng)。</p><p><b>　　方案的比較和論證</b></p><p>　　當(dāng)將單

38、片機(jī)用作測控系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)總要有被測信號(hào)懂得輸入通道，由計(jì)算機(jī)拾取必要的輸入信息。對(duì)于測量系統(tǒng)而言，如何準(zhǔn)確獲得被測信號(hào)是其核心任務(wù)；而對(duì)測控系統(tǒng)來講，對(duì)被控對(duì)象狀態(tài)的測試和對(duì)控制條件的監(jiān)察也是不可缺少的環(huán)節(jié)。</p><p>　　傳感器是實(shí)現(xiàn)測量與控制的首要環(huán)節(jié)，是測控系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，如果沒有傳感器對(duì)原始被測信號(hào)進(jìn)行準(zhǔn)確可靠的捕捉和轉(zhuǎn)換，一切準(zhǔn)確的測量和控制都將無法實(shí)現(xiàn)。工業(yè)生產(chǎn)過程的自動(dòng)化測量和控制，幾乎主要依

39、靠各種傳感器來檢測和控制生產(chǎn)過程中的各種參量，使設(shè)備和系統(tǒng)正常運(yùn)行在最佳狀態(tài)，從而保證生產(chǎn)的高效率和高質(zhì)量。</p><p><b>　　溫度傳感器的選擇</b></p><p>　　方案一：采用熱電阻溫度傳感器。熱電阻是利用導(dǎo)體的電阻隨溫度變化的特性制成的測溫元件?，F(xiàn)應(yīng)用較多的有鉑、銅、鎳等熱電阻。其主要的特點(diǎn)為精度高、測量范圍大、便于遠(yuǎn)距離測量。</p>

40、;<p>　　鉑的物理、化學(xué)性能極穩(wěn)定，耐氧化能力強(qiáng)，易提純，復(fù)制性好，工業(yè)性好，電阻率較高，因此，鉑電阻用于工業(yè)檢測中高精密測溫和溫度標(biāo)準(zhǔn)。缺點(diǎn)是價(jià)格貴，溫度系數(shù)小，受到磁場影響大，在還原介質(zhì)中易被玷污變脆。按IEC標(biāo)準(zhǔn)測溫范圍-200～650℃，百度電阻比W（100）=1.3850時(shí)，R0為100Ω和10Ω，其允許的測量誤差A(yù)級(jí)為±（0.15℃+0.002 |t|），B級(jí)為±（0.3℃+0.005

41、|t|）。</p><p>　　銅電阻的溫度系數(shù)比鉑電阻大，價(jià)格低，也易于提純和加工；但其電阻率小，在腐蝕性介質(zhì)中使用穩(wěn)定性差。在工業(yè)中用于-50～180℃測溫。</p><p>　　方案二：采用AD590，它的測溫范圍在-55℃～+150℃之間，而且精度高。M檔在測溫范圍內(nèi)非線形誤差為±0.3℃。AD590可以承受44V正向電壓和20V反向電壓，因而器件反接也不會(huì)損壞。使用可靠

42、。它只需直流電源就能工作，而且，無需進(jìn)行線性校正，所以使用也非常方便，借口也很簡單。作為電流輸出型傳感器的一個(gè)特點(diǎn)是，和電壓輸出型相比，它有很強(qiáng)的抗外界干擾能力。AD590的測量信號(hào)可遠(yuǎn)傳百余米。綜合比較方案一與方案二，方案二更為適合于本設(shè)計(jì)系統(tǒng)對(duì)于溫度傳感器的選擇。</p><p><b>　　濕度傳感器的選擇</b></p><p>　　測量空氣濕度的方式很多，其

43、原理是根據(jù)某種物質(zhì)從其周圍的空氣吸收水分后引起的物理或化學(xué)性質(zhì)的變化，間接地獲得該物質(zhì)的吸水量及周圍空氣的濕度。電容式、電阻式和濕漲式濕敏原件分別是根據(jù)其高分子材料吸濕后的介電常數(shù)、電阻率和體積隨之發(fā)生變化而進(jìn)行濕度測量的。</p><p>　　方案一：采用HOS-201濕敏傳感器。HOS-201濕敏傳感器為高濕度開關(guān)傳感器，它的工作電壓為交流1V以下，頻率為50HZ～1KHZ，測量濕度范圍為0～100%RH，工

44、作溫度范圍為0～50℃，阻抗在75%RH（25℃）時(shí)為1MΩ。這種傳感器原是用于開關(guān)的傳感器，不能在寬頻帶范圍內(nèi)檢測濕度，因此，主要用于判斷規(guī)定值以上或以下的濕度電平。然而，這種傳感器只限于一定范圍內(nèi)使用時(shí)具有良好的線性，可有效地利用其線性特性。</p><p>　　方案二：采用HS1100/HS1101濕度傳感器。HS1100/HS1101電容傳感器，在電路構(gòu)成中等效于一個(gè)電容器件，其電容量隨著所測空氣濕度的增

45、大而增大。不需校準(zhǔn)的完全互換性，高可靠性和長期穩(wěn)定性，快速響應(yīng)時(shí)間，專利設(shè)計(jì)的固態(tài)聚合物結(jié)構(gòu)，由頂端接觸（HS1100）和側(cè)面接觸（HS1101）兩種封裝產(chǎn)品，適用于線性電壓輸出和頻率輸出兩種電路，適宜于制造流水線上的自動(dòng)插件和自動(dòng)裝配過程等。</p><p>　　相對(duì)濕度在1%---100%RH范圍內(nèi)；電容量由16pF變到200pF，其誤差不大于±2%RH；響應(yīng)時(shí)間小于5S；溫度系數(shù)為0.04 pF/

46、℃?？梢娋仁禽^高的。</p><p>　　綜合比較方案一與方案二，方案一雖然滿足精度及測量濕度范圍的要求，但其只限于一定范圍內(nèi)使用時(shí)具有良好的線性，可有效地利用其線性特性。而且還不具備在本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中對(duì)溫度-30～50℃的要求，因此，我們選擇方案二來作為本設(shè)計(jì)的濕度傳感器。</p><p><b>　　主控芯片的選擇</b></p><p>　

47、　在多數(shù)電子設(shè)計(jì)當(dāng)中，基于性價(jià)比的考慮，8位單片機(jī)仍是首選。目前，8位單片機(jī)在國內(nèi)外仍占有重要地位。在8位單片機(jī)中又以MCS－51系列單片機(jī)及其兼容機(jī)所占的份額最大。MCS－51的硬件結(jié)構(gòu)決定了其指令系統(tǒng)不會(huì)發(fā)生變化，設(shè)計(jì)人員可以很容易的對(duì)不同公司的單片機(jī)產(chǎn)品進(jìn)行選型，他們只需將重點(diǎn)放在芯片內(nèi)部資源的比較上。</p><p>　　方案一：采用AT89C51芯片作為硬件核心，采用Flash ROM，內(nèi)部具有4KB

48、ROM存儲(chǔ)空間,能于3V的超低壓工作,而且與MCS-51系列單片機(jī)完全兼容,但是運(yùn)用于電路設(shè)計(jì)中時(shí)由于不具備ISP在線編程技術(shù), 當(dāng)在對(duì)電路進(jìn)行調(diào)試時(shí)，由于程序的錯(cuò)誤修改或?qū)Τ绦虻男略龉δ苄枰獰氤绦驎r(shí)，對(duì)芯片的多次拔插會(huì)對(duì)芯片造成一定的損壞。</p><p>　　方案二：采用AT89S52,片內(nèi)ROM全都采用Flash ROM；能以3V的超底壓工作；同時(shí)也與MCS-51系列單片機(jī)完全該芯片內(nèi)部存儲(chǔ)器為8KB R

49、OM 存儲(chǔ)空間，同樣具有89C51的功能，且具有在線編程可擦除技術(shù)，當(dāng)在對(duì)電路進(jìn)行調(diào)試時(shí)，由于程序的錯(cuò)誤修改或?qū)Τ绦虻男略龉δ苄枰獰氤绦驎r(shí)，不需要對(duì)芯片多次拔插，所以不會(huì)對(duì)芯片造成損壞。</p><p>　　方案三：STC89C52 是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲(chǔ)器。使用高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許

50、程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在線系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。</p><p>　　方案一是多年前的的產(chǎn)品，因自身設(shè)計(jì)缺陷，已經(jīng)很少被人使用。方案二和方案三使用差別不大，但方案二需要專有下載線，方案三使用串口下載即可。因此選擇方案三。</p><p><b>　　

51、輸出顯示的選擇</b></p><p>　　電子設(shè)計(jì)中常用的輸出顯示設(shè)備有兩種：數(shù)碼管和LCD。</p><p>　　方案一：數(shù)碼管是現(xiàn)在電子設(shè)計(jì)中使用相當(dāng)普遍的一種顯示設(shè)備，每個(gè)數(shù)碼管由7個(gè)發(fā)光二極管按照一定的排列結(jié)構(gòu)組成，根據(jù)七個(gè)發(fā)光二極管的正負(fù)極連接不同，又分為共陰極數(shù)碼管和共陽極數(shù)碼管兩種，選擇的數(shù)碼管不同，程序設(shè)計(jì)上也有一定的差別。數(shù)碼管顯示的數(shù)據(jù)內(nèi)容比較直觀，通常顯

52、示從0到F中的任意一個(gè)數(shù)字，一個(gè)數(shù)碼管可以顯示一位，多個(gè)數(shù)碼管就可以顯示多位，在顯示位數(shù)比較少的電路中，程序編寫，外圍電路設(shè)計(jì)都十分簡單。</p><p>　　方案二：而液晶顯示屏具有體積小、功耗低、顯示內(nèi)容豐富等特點(diǎn)，用戶可以根據(jù)自己的需求，顯示自己所需要的、甚至是自己動(dòng)手設(shè)計(jì)的圖案。當(dāng)需要顯示的數(shù)據(jù)比較復(fù)雜的時(shí)候，它的優(yōu)點(diǎn)就突現(xiàn)出來了，并且當(dāng)硬件設(shè)計(jì)完成時(shí)，可以通過軟件的修改來不斷擴(kuò)展系統(tǒng)顯示能力。外圍驅(qū)動(dòng)電

53、路設(shè)計(jì)比較簡單，顯示能力的擴(kuò)展將不會(huì)涉及到硬件電路的修改，可擴(kuò)展性很強(qiáng)。字符型液晶顯示屏已經(jīng)成為了單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)中最常用的信息顯示器件之一。不足之處在于其價(jià)格比較昂貴，驅(qū)動(dòng)程序編寫比較復(fù)雜。</p><p>　　本設(shè)計(jì)需要顯示溫度值和濕度值，還可顯示設(shè)置溫濕度數(shù)值報(bào)警數(shù)值的上下限，對(duì)系統(tǒng)要求不高，因此選用方案一數(shù)碼管作為輸出設(shè)備。</p><p><b>　　信號(hào)采集通道的選擇&

54、lt;/b></p><p>　　在本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，溫度輸入信號(hào)為8路的模擬信號(hào)，這就需要多通道結(jié)構(gòu)。</p><p>　　方案一、采用多路并行模擬量輸入通道。</p><p>　　這種結(jié)構(gòu)的模擬量通道特點(diǎn)為：可以根據(jù)各輸入量測量的餓要求選擇不同性能檔次的器件。總體成本可以作得較低，硬件復(fù)雜，故障率高，軟件簡單，各通道可以獨(dú)立編程。</p><

55、;p>　　方案二、采用多路分時(shí)的模擬量輸入通道，如圖2-1所示。這種結(jié)構(gòu)的模擬量通道特點(diǎn)為：對(duì)ADC、S/H要求高，處理速度慢，硬件簡單，成本低。軟件比較復(fù)雜。</p><p>　　綜合比較方案一與方案二，方案二更為適合于本設(shè)計(jì)系統(tǒng)對(duì)于模擬量輸入的要求，比較其框圖，方案二更具備硬件簡單的突出優(yōu)點(diǎn)，所以選擇方案二作為信號(hào)的輸入通道。</p><p><b>　　·&

56、lt;/b></p><p><b>　　·</b></p><p><b>　　·</b></p><p>　　圖2-1　多路分時(shí)的模擬量輸入通道</p><p><b>　　本章小節(jié)</b></p><p>　　本章主要介紹

57、溫濕度測量儀用到的主要芯片的選擇，如溫度傳感器、濕度傳感器、控制處理芯片、顯示輸出設(shè)備等。對(duì)比考慮各器件性能、特點(diǎn)、使用難易度、成本等因素，選擇適合本產(chǎn)品指標(biāo)的元器件。</p><p><b>　　系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)是基于單片機(jī)對(duì)數(shù)字信號(hào)的高敏感和可控性、溫濕度傳感器可以產(chǎn)生模擬信號(hào)，和A/D模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片的性能，本設(shè)計(jì)以STC89C

58、52基本系統(tǒng)為核心的一套檢測系統(tǒng)，其中包括A/D轉(zhuǎn)換、單片機(jī)、復(fù)位電路、溫度檢測、濕度檢測、鍵盤及顯示、報(bào)警電路、RS232串行通訊、等部分的設(shè)計(jì)。</p><p><b>　　系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖</b></p><p>　　室內(nèi)環(huán)境智能控制系統(tǒng)的硬件選用STC89C52作為主控中心。為實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的處理，將溫度傳感器、濕度傳感器采集得到的值，與上限及下限值進(jìn)行比較，系統(tǒng)

59、根據(jù)比較結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)的控制操作。將結(jié)果送到LED顯示。硬件框圖見圖3-1所示：</p><p><b>　　圖3-1 系統(tǒng)框圖</b></p><p><b>　　主控模塊分析</b></p><p>　　STC89C52是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（FPEROM—Flash Programmable and

60、 Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機(jī)。STC89C52是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的STC89C52是一種高效微控制器，STC89C52是它

61、的一種精簡版本。STC89C52單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。</p><p><b>　　系統(tǒng)的層次框圖</b></p><p>　　利用層次圖來表示系統(tǒng)中各模塊之間的關(guān)系。層次方框圖是用樹形結(jié)構(gòu)的一系列多層次的矩形框描繪數(shù)據(jù)的層次結(jié)構(gòu)。樹形結(jié)構(gòu)的頂層是一個(gè)單獨(dú)的矩形框，它代表完整的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，下面的各層矩形框代表各個(gè)數(shù)據(jù)的子集，最底層的各

62、個(gè)矩形框代表組成這個(gè)數(shù)據(jù)的實(shí)際數(shù)據(jù)元素（不能再分割的元素）。隨著結(jié)構(gòu)的精細(xì)化，層次方框圖對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)也描繪得越來越詳細(xì)，這種模式非常適合于需求分析階段的需要。從對(duì)頂層信息的分類開始，沿著圖中每條路徑反復(fù)細(xì)化，直到確定了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的全部細(xì)節(jié)為止。</p><p>　　本系統(tǒng)一共分為數(shù)據(jù)采集、報(bào)警、溫度控制、濕度控制等模埠，每個(gè)模塊之間雖然在表面上是相互獨(dú)立的，但是在對(duì)數(shù)據(jù)庫的訪問上是緊密相連的。每個(gè)模塊的功能都是按照在

63、調(diào)研中搜集的資料進(jìn)行編排制作的圖3-2是系統(tǒng)的功能模圖。 </p><p>　　圖3-2 系統(tǒng)功能框圖</p><p><b>　　溫度傳感器</b></p><p>　　集成溫度傳感器AD590 是美國模擬器件公司生產(chǎn)的集成兩端感溫電流源。AD590是恒流輸出，其輸出電流剛好是1uA/K。在電路中用10K的電阻跟AD59串連，因此電阻兩電壓

64、剛好就是0.01V/K。在零攝氏度時(shí)電阻兩端的電壓為2.73V然而模數(shù)轉(zhuǎn)換ADC0809的輸入電壓為0-5V，分辨率為0.19。精度比較低，如果電壓跟隨直接與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊直接相連就會(huì)有很大誤差。所以還要經(jīng)過差分放大電路把電壓放大10倍。具體是把電壓跟隨器輸出電壓與一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的2.73V的相減然后再放大10倍。這樣做之后溫度每改變一攝氏度電壓就改變0.1V。這樣就可以送入模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行轉(zhuǎn)換了。該電路的輸入端是兩個(gè)信號(hào)的輸入，這兩個(gè)信號(hào)的差

65、值，為電路有效輸入信號(hào)，電路的輸出是對(duì)這兩個(gè)輸入信號(hào)之差的放大。設(shè)想這樣一種情景，如果存在干擾信號(hào)，會(huì)對(duì)兩個(gè)輸入信號(hào)產(chǎn)生相同的干擾，通過二者之差，干擾信號(hào)的有效輸入為零，這就達(dá)到了抗共模干擾的目的。一種單晶體管電流鏡像與適當(dāng)?shù)呢?fù)載相接合，其中結(jié)合了適當(dāng)?shù)拈_關(guān)集合，以實(shí)現(xiàn)比較器功能。具體地，差分電路包括單晶體管電流鏡像，所述單晶體管電流鏡像包括通過開關(guān)與晶體管相連的電容器以及通過各自獨(dú)立</p><p><b

66、>　　1．主要特性</b></p><p>　　AD590是電流型溫度傳感器，通過對(duì)電流的測量可得到所需要的溫度值。根據(jù)特性分擋，AD590的后綴以I，J，K，L，M表示。AD590L，AD590M一般用于精密溫度測量電路，其電路外形如圖3-4所示，它采用金屬殼3腳封裝，其中1腳為電源正端V＋；2腳為電流輸出端I0；3腳為管殼，一般不用。集成溫度傳感器的電路符號(hào)如圖3-3所示。</p>

67、;<p>　　圖3-3　AD590外形及電路符號(hào)</p><p>　　(1)流過器件的電流（μA）等于器件所處環(huán)境的熱力學(xué)溫度（開爾文）度數(shù)，即：</p><p>　　I T/T=1μA /K</p><p>　　式中：IT—— 流過器件（AD590）的電流，單位μA。</p><p>　　T——熱力學(xué)溫度，單位K。</p

68、><p>　　(2)AD590的測溫范圍-55℃- +150℃。</p><p>　　(3)AD590的電源電壓范圍為4V-30V。電源電壓可在4V-6V范圍變化，電流IT變化1μA，相當(dāng)于溫度變化1K。AD590可以承受44V正向電壓和20V反向電壓，因而器件反接也不會(huì)損壞。</p><p>　　(4)輸出電阻為710MΩ。</p><p>　

69、　(5)精度高。AD590共有I、J、K、L、M五檔，其中M檔精度最高，在-55℃～+150℃范圍內(nèi)，非線形誤差±0.3℃。</p><p><b>　　2．基本應(yīng)用電路</b></p><p>　　圖3-4是AD590用于測量熱力學(xué)溫度的基本應(yīng)用電路。因?yàn)榱鬟^AD590的電流與熱力學(xué)溫度成正比，當(dāng)電阻R1和電位器R2的電阻之和為1kΩ時(shí)，輸出電壓V0隨溫度

70、的變化為1mV/K。但由于AD590的增益有偏差，電阻也有偏差，因此應(yīng)對(duì)電路進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整的方法為：把AD590放于冰水混合物中，調(diào)整電位器R2，使V0=273.2+25=298.2（mV）。但這樣調(diào)整只保證在0℃或25℃附近有較高的精度。</p><p>　　圖3-4 　AD590應(yīng)用電路</p><p><b>　　濕度傳感器</b></p><

71、;p>　　測量空氣濕度的方式很多，其原理是根據(jù)某種物質(zhì)從其周圍的空氣吸收水分后引起的物理或化學(xué)性質(zhì)的變化，間接地獲得該物質(zhì)的吸水量及周圍空氣的濕度。電容式、電阻式和濕漲式濕敏原件分別是根據(jù)其高分子材料吸濕后的介電常數(shù)、電阻率和體積隨之發(fā)生變化而進(jìn)行濕度測量的。下面 介紹HS1100/HS1101濕度傳感器及其應(yīng)用。</p><p><b>　　1、特點(diǎn)</b></p>&

72、lt;p>　　不需校準(zhǔn)的完全互換性，高可靠性和長期穩(wěn)定性，快速響應(yīng)時(shí)間，專利設(shè)計(jì)的固態(tài)聚合物結(jié)構(gòu)，由頂端接觸（HS1100）和側(cè)面接觸（HS1101）兩種封裝產(chǎn)品，適用于線性電壓輸出和頻率輸出兩種電路，適宜于制造流水線上的自動(dòng)插件和自動(dòng)裝配過程等。</p><p>　　圖3-5為濕敏電容工作的溫、濕度范圍。圖3-6為濕度-電容響應(yīng)曲線。</p><p>　　圖3-5 濕敏電容工作的溫

73、、濕度范圍 圖3-6 濕度-電容響應(yīng)曲線。</p><p>　　相對(duì)濕度在1%---100%RH范圍內(nèi)；電容量由16pF變到200pF，其誤差不大于±2%RH；響應(yīng)時(shí)間小于5S；溫度系數(shù)為0.04 pF/℃?？梢娋仁禽^高的。</p><p><b>　　2、濕度測量電路</b></p><p>　　HS11

74、00/HS1101電容傳感器，在電路構(gòu)成中等效于一個(gè)電容器件，其電容量隨著所測空氣濕度的增大而增大。如何將電容的變化量準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)變?yōu)橛?jì)算機(jī)易于接受的信號(hào)，常有兩種方法：一是將該濕敏電容置于運(yùn)方與租蓉組成的橋式振蕩電路中，所產(chǎn)生的正弦波電壓信號(hào)經(jīng)整流、直流放大、再A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；另一種是將該濕敏電容置于555振蕩電路中，將電容值的變化轉(zhuǎn)為與之成反比的電壓頻率信號(hào)，可直接被計(jì)算機(jī)所采集</p><p>　　頻率輸

75、出的555測量振蕩電路如圖3-7所示。集成定時(shí)器555芯片外接電阻R4、R2與濕敏電容C，構(gòu)成了對(duì)C的充電回路。7端通過芯片內(nèi)部的晶體管對(duì)地短路又構(gòu)成了對(duì)C的放電回路，并將引腳2、6端相連引入到片內(nèi)比較器，便成為一個(gè)典型的多諧振蕩器，即方波發(fā)生器。另外，R3 是防止輸出短路的保護(hù)電阻，R1 用于平衡溫度系數(shù)。如圖3-7所示。</p><p>　　圖3-7　頻率輸出的555振蕩電路</p><p

76、>　　該振蕩電路兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)的交替過程如下：首先電源Vs通過R4、R2 向C充電，經(jīng)t充電時(shí)間后，Uc達(dá)到芯片內(nèi)比較器的高觸發(fā)電平，約0.67Vs，此時(shí)輸出引腳3端由高電平突降為低電平，然后通過R2放電，經(jīng)t放電時(shí)間后，Uc下降到比較器的低觸發(fā)電平，約0.33Vs</p><p>　　此時(shí)輸出，此時(shí)輸出引腳3端又由低電平突降為高電平，如此翻來覆去，形成方波輸出。其中，充放電時(shí)間為</p><

77、;p>　　t充電=C（R4+R2）Ln2</p><p>　　t放電=CR2 Ln2</p><p>　　因而，輸出的方波頻率為</p><p>　　f=1/(t放電+t充電)=1/[ C（R4+R2）Ln2]</p><p>　　可見，空氣濕度通過555測量電路就轉(zhuǎn)變?yōu)榕c之呈反比的頻率信號(hào)，表3-1給出了其中的一組典型測試值。<

78、/p><p>　　表3-1 空氣濕度與電壓頻率的典型值</p><p><b>　　A/D轉(zhuǎn)換模塊</b></p><p>　　1．A/D轉(zhuǎn)換器的特點(diǎn)</p><p>　　為了把溫度、濕度檢測電路測出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量送CPU處理，本系統(tǒng)選用了雙積分A/D轉(zhuǎn)換器MC14433，它精度高，分辨率達(dá)1/1999。由于MC14

79、433只有一路輸入，而本系統(tǒng)檢測的多路溫度與濕度信號(hào)輸入，故選用多路選擇電子開關(guān)，可輸入多路模擬量。</p><p>　　MC14433 A/D 轉(zhuǎn)換器</p><p>　　由于雙積分方法二次積分時(shí)間比較長，所以A/D轉(zhuǎn)換速度慢，但精度可以做得比較高；對(duì)周期信號(hào)變化的干擾信號(hào)積分為零，抗干擾性能也比較好。</p><p>　　目前，國內(nèi)外雙積分A/D轉(zhuǎn)換器集成電路芯

80、片很多，大部分是用于數(shù)字測量儀器上。常用的有3.5位雙積分A/D裝換器MC14433和4.5位雙積分A/D轉(zhuǎn)換器ICL7135</p><p>　　2．MC14433A/D轉(zhuǎn)換器件簡介</p><p>　　MC14433是三位半雙積分型的A/D轉(zhuǎn)換器，具有精度高，抗干擾性能好的優(yōu)點(diǎn)，其缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)換速率低，約1—10次/秒。在不要求高速轉(zhuǎn)換的場合，例如，在低速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，被廣泛采用。MC1

81、4433A/D轉(zhuǎn)換器與國內(nèi)產(chǎn)品5G14433完全相同，可以互換。</p><p>　　MC14433A/D轉(zhuǎn)換器的被轉(zhuǎn)換電壓量程為199.9mV或1.999V。轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)以BCD碼的形式分四次送出。</p><p><b>　　報(bào)警電路</b></p><p>　　在微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，為了安全生產(chǎn)，對(duì)于一些重要的參數(shù)或系統(tǒng)部位，都設(shè)有緊急

82、狀態(tài)報(bào)警系統(tǒng)，以便提醒操作人員注意，或采取緊急措施。其方法就是把計(jì)算機(jī)采集的數(shù)據(jù)或記過計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、數(shù)字濾波，標(biāo)度變換之后，與該參數(shù)上下限給定值進(jìn)行比較，如果高于上限值（或低于下限值）則進(jìn)行報(bào)警，否則就作為采樣的正常值，進(jìn)行顯示和控制。</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用峰鳴音報(bào)警電路。峰鳴音報(bào)警接口電路的設(shè)計(jì)只需購買市售的壓電式蜂鳴器，然后通過MCS-51的1根口線經(jīng)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)蜂鳴音發(fā)聲。壓電式蜂鳴器約需10

83、mA的驅(qū)動(dòng)電流，可以使用TTL系列集成電路7406或7407低電平驅(qū)動(dòng)，也可以用一個(gè)晶體三極管驅(qū)動(dòng)。在圖中，P3.2接晶體管基極輸入端。當(dāng)P3.2輸出高電平“1”時(shí)，晶體管導(dǎo)通，壓電蜂鳴器兩端獲得約+5V電壓而鳴叫；當(dāng)P3.2輸出低電平“0”時(shí)，三極管截止，蜂鳴器停止發(fā)聲。圖3-8　是一個(gè)簡單的使用三極管驅(qū)動(dòng)的峰鳴音報(bào)警電路：</p><p>　　圖3-8　三極管驅(qū)動(dòng)的峰鳴音報(bào)警電路</p><

84、;p>　　本設(shè)計(jì)是為在溫濕度測量中對(duì)溫濕度的上下限超出是的提示報(bào)警，接口位于單片機(jī)AT89C51的P3.2口，但溫濕度過限時(shí)，P3.2口被置0，本系統(tǒng)開始工作。</p><p><b>　　鍵盤消抖</b></p><p>　　鍵盤是計(jì)算機(jī)和工業(yè)控制等領(lǐng)域不可缺少的輸入設(shè)備，通過它可以實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話，完成各種功能操作。但是，通常的按鍵所用開關(guān)為機(jī)械彈性開關(guān)，由于機(jī)

85、械觸點(diǎn)的彈性作用，一個(gè)按鍵開關(guān)在閉合時(shí)不會(huì), 馬上穩(wěn)定地接通，在斷開時(shí)也不會(huì)一下子斷開，因而在閉合及斷開的瞬間均伴隨有一連串的抖動(dòng)，鍵抖動(dòng)會(huì)引起一次按鍵被誤讀多次，為了確保對(duì)按鍵的一次閉合僅作一次處理,必須去除按鍵抖動(dòng)。常見的消 抖方法采用軟件或硬件來實(shí)現(xiàn)：軟件消抖主要是采用延時(shí)多次讀取鍵盤接口數(shù)據(jù)，通過比較前后兩次讀取鍵盤端口的數(shù)據(jù)來判斷是否有鍵按下；簡單硬件消抖則簡單硬件消抖則是采用電容來平掉信號(hào)的毛刺。但是對(duì)穩(wěn)定性要求比較高的應(yīng)

86、用則需要采用相對(duì)復(fù)雜的集成電路來實(shí)現(xiàn)。按鍵抖動(dòng)時(shí)間的長短由按鍵的機(jī)械特性決定，一般為5ms～10ms，按鍵穩(wěn)定閉合時(shí)間的長短則是由操作人員的按鍵動(dòng)作決定的，一般為零點(diǎn)幾秒至數(shù)秒，利用軟件延時(shí)消除鍵盤抖動(dòng)所產(chǎn)生的毛刺信號(hào)時(shí)需設(shè)置一個(gè)定時(shí)器中斷,每中斷一次則讀取鍵盤接口的信號(hào)數(shù)據(jù)，如果與上次讀取的數(shù)據(jù)不一致，說明當(dāng)前讀取的是前沿抖動(dòng)數(shù)據(jù)，將當(dāng)前的數(shù)據(jù)保留，等待下次定時(shí)器中斷。如果當(dāng)前讀取的數(shù)據(jù)和前次讀取數(shù)據(jù)相同則說明讀取的</p&g

87、t;<p>　　軟件延時(shí)并不需要增加新的硬件，但采用這種方式來設(shè)計(jì)，一般通過軟件指令或者定時(shí)器的方式來設(shè)定延時(shí)的時(shí)間，采用通用處理器，由于運(yùn)行速度不一致，需要將軟件做相應(yīng)的修改。</p><p><b>　　顯示電路</b></p><p>　　顯示部分是傳感器最后的部分，常用的顯示器主要有發(fā)光二極管和液晶顯示器，發(fā)光二極管由于其亮度高、價(jià)格低、壽命長，

88、對(duì)電流、電壓的要求較低等優(yōu)點(diǎn)，因而得到廣泛應(yīng)用。發(fā)光二極管由特殊的半導(dǎo)體材料砷化鎵、 磷砷化鎵等制成，可以單獨(dú)使用，也可以組裝成分段式或點(diǎn)陣式LED顯示器件(半導(dǎo)體顯示器)。 分段式顯示器(LED數(shù)碼管)由7條線段圍成8型，每一段包含一個(gè)發(fā)光二極管。外加正向電壓時(shí)二極管導(dǎo)通，發(fā)出清晰的光，有紅、黃、綠等色。只要按規(guī)律控制各發(fā)光段的亮、滅，就可以顯示各種字形或符號(hào)。共需要4位LED顯示器。采用動(dòng)態(tài)顯示方式，由于端口的問題以及動(dòng)態(tài)顯示方式的

89、優(yōu)越性，在此設(shè)計(jì)的連接方式上采用共陰級(jí)接法。顯示器LED有段選和位選兩個(gè)端口，首先說段選端，它由LED八個(gè)端口構(gòu)成，通過對(duì)這八個(gè)端口輸入的不同的二進(jìn)制數(shù)據(jù)使得它的時(shí)間顯示也不同，從而可以得到我們所要的時(shí)間顯示和溫度。電路如圖3－9所示。</p><p>　　圖3-9　數(shù)碼管電路圖</p><p><b>　　RS232串口模塊</b></p><p

90、>　　串行接口是單片機(jī)與外部設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的主要途徑。51系類單片機(jī)提供了功能強(qiáng)大的全雙工串行通信接口，可以方便的實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信或單片機(jī)與主機(jī)之間的通信。</p><p>　　串行通信是指數(shù)據(jù)的各個(gè)二進(jìn)制位按照順序一位一位地進(jìn)行傳輸。這種通信方式的優(yōu)點(diǎn)是所需的數(shù)據(jù)線少，節(jié)省硬件成本及單片機(jī)的引腳資源，并且抗干擾能力強(qiáng)，適合于遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸，缺點(diǎn)是每次發(fā)送一個(gè)比特，導(dǎo)致傳輸速度慢，效率低。</p&g

91、t;<p><b>　　1．串行通信簡介</b></p><p>　　單片機(jī)的串行通信是將數(shù)據(jù)的二進(jìn)制位，按照一定的順序進(jìn)行逐位發(fā)送，接收方則按照對(duì)應(yīng)的順序逐位接收，并將數(shù)據(jù)恢復(fù)出來。單片機(jī)的串行通信有異步通信和同步通信兩種基本方式。下面分別介紹。</p><p><b>　　(1)異步通信方式</b></p><

92、;p>　　異步通信是一種利用數(shù)字或字符的再同步技術(shù)的通信方式，其全稱為Asynchronous Communication。在異步通信過程中，數(shù)據(jù)通常是以幀為單位進(jìn)行傳送的，每個(gè)幀為一個(gè)字符或一個(gè)字節(jié)。發(fā)送方將字符幀一位一位地發(fā)送出去，接收方則一位一位地接收該字符幀。發(fā)送方和接收方各自有一個(gè)控制發(fā)送和接收的時(shí)鐘，這兩個(gè)時(shí)鐘不同，相互獨(dú)立。</p><p>　　一個(gè)字符幀按順序一般可以分為4部分，即起始位，數(shù)

93、據(jù)位，奇偶校驗(yàn)位和停止位。</p><p>　　在異步通信的過程中，數(shù)據(jù)幀在傳輸線上的傳送一般是不連續(xù)的，即傳輸時(shí)，字符間隔不固定，各個(gè)字符幀可以是連續(xù)發(fā)送，也可以是間斷發(fā)送，在間斷發(fā)送時(shí)，停止位之后，傳輸線路上自動(dòng)保持高電平。</p><p>　　異步串行通信的優(yōu)點(diǎn)是不需要進(jìn)行時(shí)鐘同步，字符幀的長度不受限制，使用起來比較方便，應(yīng)用范圍廣；其缺點(diǎn)是傳送每個(gè)字符都要有起始位，奇偶校驗(yàn)位和停止

94、位，這樣便降低了有效地?cái)?shù)據(jù)傳輸速率。</p><p><b>　　(2)同步通信方式</b></p><p>　　同步通信方式是一種連續(xù)的串行傳輸數(shù)據(jù)的通信方式，其全稱為Synchronous Communication。同步串行通信的一次通信過程只傳送一幀的信息。</p><p>　　同步通信由同步字符、數(shù)據(jù)字符和校驗(yàn)字符三部分組成。同步通信

95、吧要發(fā)送的數(shù)據(jù)按順序連接成一個(gè)數(shù)據(jù)塊，在數(shù)據(jù)塊的開頭附加同步字符，在數(shù)據(jù)塊的末尾附加差錯(cuò)校驗(yàn)字符。在數(shù)據(jù)塊的內(nèi)部，數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)之間沒有間隔。</p><p>　　在進(jìn)行同步串行通信時(shí)，發(fā)送方首先發(fā)送同步字符，數(shù)據(jù)則緊跟其后發(fā)送。接收方檢測到同步字符后，開始逐個(gè)接收數(shù)據(jù)，直到所有數(shù)據(jù)接收完畢，然后按照雙方規(guī)定的的長度恢復(fù)成一個(gè)一個(gè)的數(shù)據(jù)字節(jié)，最后進(jìn)行校驗(yàn)，如果無傳輸錯(cuò)誤，則可以結(jié)束一幀的傳輸。</p>

96、<p>　　同步串行通信的優(yōu)點(diǎn)是不用單獨(dú)發(fā)送每個(gè)字符，其傳輸速率高，一般用于高速率的數(shù)據(jù)通信場合；缺點(diǎn)是需要進(jìn)行發(fā)送方和接收方之間的時(shí)鐘同步，整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)比較復(fù)雜。</p><p><b>　　2．串口通信電路</b></p><p>　　串口通信電路如圖3.10所示。圖中，51單片機(jī)的串行數(shù)據(jù)輸出端口TXD連接到MAX232第一組收發(fā)器的輸入端口T1 IN

97、，用于向PC發(fā)送數(shù)據(jù)。串行數(shù)據(jù)輸入端口RXD連接到MAX232第一組收發(fā)器的輸出端口R1 OUT，用于接收PC串行輸入的數(shù)據(jù)。</p><p>　　PC的串行數(shù)據(jù)輸入端口RXIN連接到MAX232第一組收發(fā)器的輸出端口T1 OUT,用于接收單片機(jī)發(fā)送的串行數(shù)據(jù)，PC的串行數(shù)據(jù)輸出端口R1IN連接到MAX232第一組收發(fā)器的輸入端口R1 IN,用于向單片機(jī)發(fā)送串行數(shù)據(jù)。</p><p>　　

98、圖　3-10 MAX232與串口連接圖</p><p><b>　　繼電器模塊</b></p><p>　　繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路），通常應(yīng)用于自動(dòng)控制電路中，它實(shí)際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動(dòng)開關(guān)”。故在電路中起著自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。為改變溫度濕度控制外接風(fēng)扇。本電路設(shè)計(jì)了繼電

99、器模塊。如圖3-11所示。</p><p>　　圖3-11　繼電器電路</p><p><b>　　本章小節(jié)</b></p><p>　　本章主要介紹系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)，其中包括溫度傳感器、濕度傳感器、信號(hào)處時(shí)、顯示模塊、串口模塊、報(bào)警模塊以及系統(tǒng)的主要框圖與系統(tǒng)的功能框圖。在各個(gè)模埠中具體用到的各子模塊基本結(jié)構(gòu)、基本原理、應(yīng)用電路，實(shí)現(xiàn)功能等。&l

100、t;/p><p><b>　　軟件設(shè)計(jì)及調(diào)試</b></p><p>　　程序設(shè)計(jì)是一件復(fù)雜的工作，為了把復(fù)雜的工作條理化，就要有相應(yīng)的步驟和方法。其步驟可概括為以下三點(diǎn)。</p><p>　　1.分析系統(tǒng)控制要求</p><p>　　確定算法對(duì)復(fù)雜的問題進(jìn)行具體的分析，找出合理的計(jì)算方法及適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，從而確定編寫程序的

101、步驟。這是能否編制出高質(zhì)量程序的關(guān)鍵</p><p>　　2.根據(jù)算法畫流程圖</p><p>　　畫程序框圖可以把算法和解題步驟逐步具體化，以減少出錯(cuò)的可能性。</p><p><b>　　3.編寫程序</b></p><p>　　根據(jù)程序框圖所表示的算法和步驟，選用適當(dāng)?shù)闹噶钆帕衅饋?，?gòu)成一個(gè)有機(jī)的整體，即程序.&l

102、t;/p><p>　　程序數(shù)據(jù)的一種理想方法是結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法。結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)是對(duì)利用到的控制結(jié)構(gòu)類程序做適當(dāng)?shù)南拗疲貏e是限制轉(zhuǎn)向語句(或指令)的使用，從而控制了程序的復(fù)雜性，力求程序的上、下文順序與執(zhí)行流程保持一致性，使程序易讀易理解，減少邏輯錯(cuò)誤和易于修改、調(diào)試.根據(jù)系統(tǒng)的控制任務(wù)，本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要由主程序、初始化程序、顯示子程序、數(shù)據(jù)采集子程序和延時(shí)程序等組成。</p><p>

103、<b>　　上位機(jī)主程序</b></p><p>　　上位機(jī)的主程序主介紹上位機(jī)的設(shè)計(jì)思想和流程圖。</p><p>　　上位機(jī)主程序的設(shè)計(jì)思想</p><p>　　系統(tǒng)監(jiān)控程序是系統(tǒng)的主程序，它是系統(tǒng)程序的框架，控制著單片機(jī)系統(tǒng)按預(yù)定操作方式運(yùn)轉(zhuǎn)。監(jiān)控程序的主要作用是能及時(shí)的響應(yīng)來自系統(tǒng)內(nèi)部的各種服務(wù)請(qǐng)求，有效地管理系統(tǒng)自身軟硬件及人機(jī)對(duì)話設(shè)

104、備與系統(tǒng)中其它設(shè)備交換信息，并在系統(tǒng)一旦出現(xiàn)故障時(shí)，及時(shí)作出相應(yīng)處理。</p><p>　　該系統(tǒng)控制核心是對(duì)單片機(jī)8951，其工作過程是：系統(tǒng)通電后，單片機(jī)8051進(jìn)入監(jiān)控狀態(tài)，同時(shí)完成對(duì)各擴(kuò)展端口的初始化工作。在沒有外部控制信息輸入的情況下，系統(tǒng)自動(dòng)采集溫濕度傳感器數(shù)據(jù)，最后產(chǎn)生的數(shù)據(jù)在LCD顯示器上顯示和蜂鳴器報(bào)警。</p><p><b>　　主程序的流程圖</b&

105、gt;</p><p>　　上位機(jī)程序流程圖如圖4-1所示。</p><p>　　圖4-1 主程序流程圖</p><p><b>　　鍵盤流程圖</b></p><p>　　矩陣式鍵盤的按鍵判別有兩種方法：行列掃描法和鍵盤中斷法。</p><p>　　行列掃描法：從第1行(或列)開始使每一行(或列

106、)分別置低電平，然后讀入所有列。(或行)的狀態(tài)，如果沒有鍵被按下，則讀到的列(或行)全為高電平；而當(dāng)有鍵被按下后，讀入的列(或行)中必有一條為低電平，此時(shí)此列(或行)與該行(或列)的交點(diǎn)處的按鍵就是被按下的鍵。本課題用的是4行4列的矩陣式鍵盤，程序使用的是行列掃描法，其鍵盤程序流程圖如圖4-2。</p><p>　　圖 4-2　鍵盤掃描程序</p><p>　　溫度采樣子程序流程圖<

107、/p><p>　　溫度采樣過程為：當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，傳感器使能，隨時(shí)監(jiān)示著各個(gè)通首的狀況，濕度采樣流程圖大致如此，在此不再介紹。溫度采樣子程序流程圖如4-3所示。</p><p>　　圖 4-3　溫度采樣子程序流程圖</p><p><b>　　報(bào)警子程序流程圖：</b></p><p>　　報(bào)警主要用于系統(tǒng)運(yùn)行出錯(cuò)、當(dāng)溫度或濕

108、度的數(shù)據(jù)超過用戶設(shè)置的上下限時(shí)為提醒用戶而設(shè)置。在本系統(tǒng)中，發(fā)出聲音報(bào)警信號(hào)，提示用戶，防止損壞儀器.超限報(bào)警電路是由單片機(jī)的I/0口來控制的，當(dāng)溫度或濕度起出設(shè)置限制時(shí)，則通過程序使單片機(jī)的I/0值為低電平，從而三極管導(dǎo)通，使蜂鳴器SPEAKER發(fā)出報(bào)警聲。流程圖如圖 4-5所示。</p><p>　　圖 4-5 報(bào)警程序流程圖</p><p><b>　　系統(tǒng)硬件調(diào)試<

109、;/b></p><p>　　使用南京偉福公司的仿真器（H51／S），該仿真器采用主機(jī)＋POD組合，支持多類CPU仿真。只需通過更換不同的POD，即可對(duì)各種不同類型的單片機(jī)進(jìn)行仿真，提供了一種靈活的多CPU仿真系統(tǒng)。</p><p>　　在焊接電路板之前，首先得對(duì)所用的器件進(jìn)行檢測，確定器件都是正常能用后才能往電路板上焊接，在焊接的時(shí)候，要注意不要有虛焊出現(xiàn)，有的器件還有正負(fù)極性，焊

110、接時(shí)候不要把正負(fù)極接錯(cuò)，以免加電后出現(xiàn)短路、燒壞芯片的情況出現(xiàn)。在焊器件的時(shí)候，要一個(gè)一個(gè)模塊的去焊接，這樣方便焊完調(diào)試。確定無誤后才進(jìn)行下一個(gè)模塊焊接。整個(gè)電路板焊完之后，首先是靜態(tài)調(diào)試，目的是排除硬件故障。然后是聯(lián)機(jī)仿真、在線調(diào)試。在線調(diào)試中，對(duì)系統(tǒng)硬件進(jìn)行初步調(diào)試，只排除了一些明顯的靜態(tài)故障。而硬件中如果各個(gè)部件內(nèi)部存在的故障和部件之間連接的邏輯錯(cuò)誤必須通過聯(lián)機(jī)仿真、在線調(diào)試才能排除故障。在檢測故障時(shí)可以利用萬用表等工具來幫助檢測