基于-單片機(jī)濕度采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、-PAGE . z目 錄TOC o 1-3 h z uHYPERLINK l _Toc3115572851 緒論 PAGEREF _Toc311557285 h 2HYPERLINK l _Toc3115572861.1引言 PAGEREF _Toc311557286 h 2HYPERLINK l _Toc3115572871.2設(shè)計(jì)意義 PAGEREF _Toc311557287 h 2HYPERLINK l _Toc3115572882 總體方案設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc311557288 h 3HYPERLINK l _Toc3115572892.1總體設(shè)計(jì)框圖 PAGEREF _T

2、oc311557289 h 3HYPERLINK l _Toc3115572902.2器件的選擇 PAGEREF _Toc311557290 h 3HYPERLINK l _Toc3115572912.2.1 傳感器 PAGEREF _Toc311557291 h 3HYPERLINK l _Toc3115572922.2.2 A/D轉(zhuǎn)換電路 PAGEREF _Toc311557292 h 4HYPERLINK l _Toc3115572932.2.3 顯示電路 PAGEREF _Toc311557293 h 4HYPERLINK l _Toc3115572942.2.4 加濕除濕電路 PAG

3、EREF _Toc311557294 h 4HYPERLINK l _Toc3115572952.2.5 預(yù)定值按鍵電路 PAGEREF _Toc311557295 h 4HYPERLINK l _Toc3115572962.3 系統(tǒng)工作原理 PAGEREF _Toc311557296 h 4HYPERLINK l _Toc3115572973 單元電路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc311557297 h 5HYPERLINK l _Toc3115572983.1 濕度傳感器 PAGEREF _Toc311557298 h 5HYPERLINK l _Toc3115572993.2 A/D轉(zhuǎn)換

4、電路 PAGEREF _Toc311557299 h 5HYPERLINK l _Toc3115573003.3 濕度采集及A/D轉(zhuǎn)換電路 PAGEREF _Toc311557300 h 7HYPERLINK l _Toc3115573013.4 單片機(jī) PAGEREF _Toc311557301 h 7HYPERLINK l _Toc3115573023.5 按鍵電路 PAGEREF _Toc311557302 h 8HYPERLINK l _Toc3115573033.6 報(bào)警電路 PAGEREF _Toc311557303 h 9HYPERLINK l _Toc3115573043.7

5、顯示電路 PAGEREF _Toc311557304 h 10HYPERLINK l _Toc3115573054 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc311557305 h 11HYPERLINK l _Toc3115573064.1 系統(tǒng)軟件流程框圖 PAGEREF _Toc311557306 h 11HYPERLINK l _Toc3115573075 緒論 PAGEREF _Toc311557307 h 11HYPERLINK l _Toc311557308參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc311557308 h 12摘要人體對(duì)生存環(huán)境的濕度有很高的要求，相對(duì)濕度以50%-70%為好

6、，冬季最好不低于40%，夏季不高于80%。如果濕度過(guò)大，極易導(dǎo)致衣服皮革受潮發(fā)霉、電器及精細(xì)儀器受潮受損；春季細(xì)菌滋生，易誘發(fā)呼吸道疾病，風(fēng)濕??；夏季人體散熱困難，增加中暑時(shí)機(jī)；冬季會(huì)加速熱的傳導(dǎo)，使人倍覺(jué)寒冷。在科研單位或?qū)嶒?yàn)室，生產(chǎn)車(chē)間，如果環(huán)境溫度控制不好，也將對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和產(chǎn)品質(zhì)量造成極大的影響。因此，準(zhǔn)確的濕度控制尤為重要。本設(shè)計(jì)通過(guò)使用濕度傳感器HIH3610完成濕度信號(hào)的采集，通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換電路將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)為數(shù)字信號(hào)后，送給單片機(jī)AT89C51，再有單片機(jī)對(duì)信號(hào)進(jìn)展處理，最后由顯示電路顯示結(jié)果，報(bào)警電路實(shí)時(shí)報(bào)警，從而完成濕度檢測(cè)系統(tǒng)的全部功能。本設(shè)計(jì)的完成使一定空間的環(huán)境濕度得到有

7、效的控制與調(diào)節(jié)，滿(mǎn)足了人體對(duì)環(huán)境濕度的要求，具有很高的價(jià)值。關(guān)鍵詞：濕度傳感器、單片機(jī)、報(bào)警、顯示1緒論1.1引言隨著信息時(shí)代的到來(lái)，作為獲取信息的手段傳感器技術(shù)得到了顯著的開(kāi)展，其應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣泛，對(duì)其要求越來(lái)越高，需求越來(lái)越迫切。傳感器技術(shù)已成為衡量一個(gè)國(guó)家科學(xué)技術(shù)開(kāi)展水平的重要標(biāo)志之一。因此，了解并掌握各類(lèi)傳感器的根本構(gòu)造、工作原理及特性是非常重要的。由于傳感器能將各種物理量、化學(xué)量和生物量等信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，使得人們可以利用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)量、信息處理和自動(dòng)控制，但是它們都不同程度地存在溫漂和非線性等影響因素。傳感器主要用于測(cè)量和控制系統(tǒng)，它的性能好壞直接影響系統(tǒng)的性能。因此，不僅必

8、須掌握各類(lèi)傳感器的構(gòu)造、原理及性能指標(biāo)，還必須懂得傳感器經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)慕涌陔娐氛{(diào)整才能滿(mǎn)足信號(hào)的處理、顯示和控制的要求，而且只有通過(guò)傳感器應(yīng)用實(shí)例的原理和智能傳感器實(shí)例的分析了解，才能將傳感器和信息通信和處理結(jié)合起來(lái)，適應(yīng)傳感器的生產(chǎn)、研制、開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。另一方面，傳感器的被檢測(cè)信號(hào)來(lái)自于各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域，每個(gè)領(lǐng)域都是為了改革生產(chǎn)力、提高工效和時(shí)效，各自都在開(kāi)發(fā)研制適合應(yīng)用的傳感器，于是種類(lèi)繁多的新型傳感器及傳感器系統(tǒng)不斷涌現(xiàn)。濕度傳感器是其中重要的一類(lèi)傳感器，其開(kāi)展速度之快，以及應(yīng)用之廣，可謂是劃時(shí)代的。1.2設(shè)計(jì)意義在人的日常生活中，居住空間也是一個(gè)人工環(huán)境?？諝馕廴荆苯油{人的身體安康；噪音污染

9、，影響人的情緒、工作、休息和飲食，可以導(dǎo)致神經(jīng)衰弱；溫度過(guò)熱過(guò)冷，導(dǎo)致人的不適；空氣過(guò)濕，將使人們感到沉悶和窒息；空氣枯燥，又會(huì)使人的口腔感到不適，甚至可能發(fā)生咽喉炎等疾病。如果能使系統(tǒng)自動(dòng)控制這個(gè)常見(jiàn)的空間，人的生活將更舒適。眾所周知，空氣是多種氣體的混合物，其主要成分是由氧氣、氮?dú)庖约翱倲?shù)不到1%的稀有氣體和二氧化碳組成，此外空氣中還有一種重要的、數(shù)量上經(jīng)常變化的成分水汽。通常，空氣中水汽的含量用濕度表示?？諝鉂穸扰c人類(lèi)關(guān)系密切。人們的日常生活和生產(chǎn)活動(dòng)及動(dòng)植物的生存，都與周?chē)h(huán)境的濕度息息相關(guān)，從日常生活、家電、交通、醫(yī)療、氣象、工農(nóng)業(yè)都需要進(jìn)展?jié)穸葴y(cè)量。2 總體方案設(shè)計(jì)2.1總體設(shè)計(jì)框

10、圖HIH3610濕度傳感器A/D轉(zhuǎn)換ADC0809LED顯示電路AT89C51單片機(jī)預(yù)定按鍵加濕電路除濕電路報(bào)警電路圖2.1 總體設(shè)計(jì)框圖2.2器件的選擇 傳感器傳感器以探頭形式安裝在車(chē)間，是由濕度傳感器及相應(yīng)調(diào)理電路組成。其中濕度傳感器采用HIH3610濕度傳感器，測(cè)量精度高，響應(yīng)迅速，能直接將濕度信號(hào)轉(zhuǎn)換為直流電壓信號(hào)輸出。根據(jù)濕敏電阻在濕度改變時(shí)，阻值發(fā)生相應(yīng)變化的特性，設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換電路將采集到的濕度信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓值，送A/D通道處理。A/D轉(zhuǎn)換電路本系統(tǒng)中，濕度為緩變信號(hào)，而且轉(zhuǎn)換成的電平信號(hào)為低電平緩變信號(hào)，對(duì)A/D轉(zhuǎn)換的要求不高，所以選用較為廉價(jià)的ADC0809。該芯片是CMOS單片型

11、逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，完全可以滿(mǎn)足設(shè)計(jì)需要，并且可以根據(jù)需要擴(kuò)展檢測(cè)電路。 顯示電路采用四位LED顯示電路對(duì)濕度值進(jìn)展實(shí)時(shí)顯示。鎖存驅(qū)動(dòng)電路選用了74LS164芯片，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。 加濕除濕電路當(dāng)檢測(cè)的濕度值高于設(shè)定的濕度值圍時(shí)，單片機(jī)停頓加濕，同時(shí)進(jìn)展除濕；當(dāng)濕度值低于設(shè)定的濕度圍時(shí)，單片機(jī)停頓除濕進(jìn)展加濕。為了得到準(zhǔn)確的濕度測(cè)量值，還應(yīng)在測(cè)量濕度的同時(shí)測(cè)量環(huán)境濕度傳感器電源電壓值。 預(yù)定值按鍵電路為了完成預(yù)定濕度值的設(shè)置，系統(tǒng)中設(shè)置了5個(gè)按鍵，分別為開(kāi)場(chǎng)鍵，加一鍵，減一鍵，設(shè)定鍵和確認(rèn)鍵。2.3 系統(tǒng)工作原理本次設(shè)計(jì)的濕度檢測(cè)系統(tǒng)主要由單片機(jī)控制電路，濕度檢測(cè)電路和外圍電路組成。首先，由

12、濕度檢測(cè)電路將檢測(cè)點(diǎn)的濕度數(shù)據(jù)檢測(cè)出來(lái)，然后將模擬信號(hào)送至A/D轉(zhuǎn)換電路進(jìn)展轉(zhuǎn)換，再將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)送給單片機(jī)處理，通過(guò)單片機(jī)進(jìn)展數(shù)據(jù)比擬分析，把實(shí)時(shí)濕度值送到顯示電路進(jìn)展顯示。當(dāng)濕度高于或低于規(guī)定數(shù)值時(shí)，單片機(jī)發(fā)出指令，由加濕除濕電路進(jìn)展處理，同時(shí)報(bào)警。由鍵盤(pán)電路可改變預(yù)設(shè)的濕度圍，從而根據(jù)季節(jié)和時(shí)間等具體需要對(duì)濕度檢測(cè)系統(tǒng)控制的濕度圍進(jìn)展調(diào)節(jié)。3 單元電路設(shè)計(jì)3.1 濕度傳感器濕度采集選用HIH3610濕度傳感器。HIH3610是美國(guó)Honeywell公司生產(chǎn)的相對(duì)濕度傳感器，該傳感器采用熱固聚酯電容式傳感頭，同時(shí)在部集成了信號(hào)處理功能電路，因此該傳感器可完成將相對(duì)濕度值變換成電容值，再

13、將電容值轉(zhuǎn)換成線性電壓輸出的任務(wù)，同時(shí)該傳感器還具有精度高、響應(yīng)快、高穩(wěn)定性、低溫漂、抗化學(xué)腐蝕性能強(qiáng)及互換性好等優(yōu)點(diǎn)。其主要技術(shù)指標(biāo)如下:測(cè)量圍：0100%RH；測(cè)量精度：-2+2%RH；電源電壓：45.8V；電源電流：200uA；輸出圍：0.83.9V；工作溫度圍：-40+85。3.2 A/D轉(zhuǎn)換電路本系統(tǒng)中，濕度為緩變信號(hào)，而且轉(zhuǎn)換成的電平信號(hào)為低電平緩變信號(hào)，對(duì)A/D轉(zhuǎn)換的要求不高，所以選用較為廉價(jià)的ADC0809。該芯片完全可以滿(mǎn)足設(shè)計(jì)需要，并且可以根據(jù)需要擴(kuò)展檢測(cè)電路。ADC0809是采樣頻率為8位的、以逐次逼近原理進(jìn)展模數(shù)轉(zhuǎn)換的器件。其部有一個(gè)8通道多路開(kāi)關(guān)，它可以根據(jù)地址譯碼后

14、的信號(hào)，只選通8個(gè)單端模擬輸入信號(hào)中的一個(gè)進(jìn)展A/D轉(zhuǎn)換。其主要特性如下：8路8位A/D轉(zhuǎn)換器，即分辨率為8位；具有轉(zhuǎn)換啟?？刂贫?；轉(zhuǎn)換時(shí)間為100us；單個(gè)+5V電源供電；模擬輸入電壓圍0+5V，不需要零點(diǎn)和滿(mǎn)刻度校準(zhǔn)；工作溫度圍為-40+85；低功耗，約15mw。A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)應(yīng)及時(shí)傳送給單片機(jī)進(jìn)展處理。數(shù)據(jù)傳送的關(guān)鍵是如何確認(rèn)A/D轉(zhuǎn)換的完成，只有確認(rèn)完成后，才能進(jìn)展傳送。為此可以采用下述三種方式：定時(shí)傳送方式：對(duì)于一種A/D轉(zhuǎn)換器來(lái)說(shuō)，轉(zhuǎn)換時(shí)間作為一項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)是的和固定的。例如ADC0809轉(zhuǎn)換時(shí)間為128us，相當(dāng)于6MHz的MCS-51單片機(jī)共64個(gè)機(jī)器周期?？蓳?jù)此設(shè)計(jì)一個(gè)延時(shí)

15、子程序，A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)后即可調(diào)用此子程序，延時(shí)時(shí)間一到，轉(zhuǎn)換肯定已經(jīng)完成了，接著就可以進(jìn)展數(shù)據(jù)傳送。查詢(xún)方式：A/D轉(zhuǎn)換芯片由說(shuō)明轉(zhuǎn)換完成的狀態(tài)信號(hào)，例如ADC0809的EOC端。因此可以用查詢(xún)方式，測(cè)試EOC的狀態(tài)，即可確定是否轉(zhuǎn)換完成，并接著進(jìn)展數(shù)據(jù)傳送。中斷方式： 把說(shuō)明轉(zhuǎn)換完成的狀態(tài)信號(hào)EOC作為中斷請(qǐng)求信號(hào)，以中斷方式進(jìn)展數(shù)據(jù)傳送。不管使用上述哪種方式，只要一旦確定轉(zhuǎn)換完成，即可通過(guò)指令進(jìn)展數(shù)據(jù)傳送 。當(dāng)單片機(jī)RD信號(hào)有效且ADC0809的OE信號(hào)有效時(shí)，把數(shù)據(jù)送上總線，供單片機(jī)承受處理。ADC0809的工作過(guò)程是：首先輸入3位地址，并使ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。此地址經(jīng)譯

16、碼選通8位模擬輸入之一到比擬器。START信號(hào)高電平啟動(dòng)轉(zhuǎn)換，之后EOC輸出信號(hào)變低，指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)展。直到A/D轉(zhuǎn)換完成，EOC變?yōu)楦唠娖?，指示轉(zhuǎn)換完畢，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個(gè)信號(hào)可用作中斷申請(qǐng)。當(dāng)OE輸入高電平時(shí)，輸出三態(tài)門(mén)翻開(kāi)，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。3.3 濕度采集及A/D轉(zhuǎn)換電路圖3.1 濕度采集及A/D轉(zhuǎn)換電路如圖3.1所示，濕度傳感器HIH3610由VCC供電后工作，輸出電壓Uout接在ADC0809的IN0通道，EOC外接一個(gè)反相器，用于轉(zhuǎn)換完成時(shí)向單片機(jī)申請(qǐng)中斷，以便處理。3.4單片機(jī)本次設(shè)計(jì)選用AT89C51單片機(jī)。AT89C51單片機(jī)是美國(guó)Atmel公司生產(chǎn)

17、的帶4K字節(jié)FPEROM的低電壓、高性能CMOS8位微處理器，俗稱(chēng)單片機(jī)。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AT89C51是一種高效微處理器，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。其最小系統(tǒng)電路如下所示：圖3.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路圖3.5 按鍵電路為了完成預(yù)定濕度值的設(shè)置，系統(tǒng)中設(shè)置了5個(gè)按鍵，分別為復(fù)位鍵，加一鍵，減一鍵，設(shè)定鍵和確認(rèn)鍵。通過(guò)按鍵電路可以在不同的季節(jié)及不同的天氣對(duì)室所需要濕度檢測(cè)電路控制濕度的圍進(jìn)展有效的調(diào)節(jié)。其電路如下列圖所示：圖

18、3.3 按鍵檢測(cè)電路3.6 報(bào)警電路當(dāng)所檢測(cè)室濕度超過(guò)或低于所設(shè)定值時(shí)，報(bào)警電路便發(fā)出報(bào)警，提醒工作人員對(duì)濕度進(jìn)展控制。電路如下列圖所示：圖3.4 報(bào)警電路3.7顯示電路顯示電路采用4位LED顯示電路對(duì)濕度值進(jìn)展實(shí)時(shí)顯示。在單片機(jī)系統(tǒng)中，為了有效的利用I/O口，使用數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)芯片7B12S來(lái)實(shí)現(xiàn)。圖3.5 濕度顯示電路4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1 系統(tǒng)軟件流程框圖開(kāi)場(chǎng)主程序參數(shù)初始化開(kāi)場(chǎng)鍵閉合否.開(kāi)場(chǎng)采樣A/D轉(zhuǎn)換顯示當(dāng)前濕度設(shè)定鍵按下否.調(diào)顯示濕度值越界否.報(bào)警濕度控制進(jìn)展下一次檢測(cè)調(diào)鍵處理程序YYY圖4.1 系統(tǒng)總體流程圖5 緒論本次課程設(shè)計(jì)是基于單片機(jī)的濕度檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，它是最常見(jiàn)的和最典型的過(guò)程控制系統(tǒng)，本設(shè)計(jì)主要針對(duì)51型單片機(jī)在檢測(cè)相對(duì)過(guò)程控制方面的應(yīng)用，分析濕度控制系統(tǒng)實(shí)例。單片機(jī)對(duì)室濕度控制是一種單片機(jī)在現(xiàn)實(shí)生活中得到應(yīng)用的一個(gè)方面，此系統(tǒng)除具有的檢測(cè)功能外，還有數(shù)據(jù)處理功能、濕度顯示功能、濕度控制功能等。系統(tǒng)采用