畢業(yè)論文溫度加濕器課程設計論文

本科生課程設計（論文）摘要本設計為家庭加濕器的控制裝置的設計，是一個以單片機為核心，控制電路和執(zhí)行電路為輔助的智能系統(tǒng)。選用AT89C52單片機作控制器，利用單片機技術(shù)，傳感器技術(shù)，分別設計了時鐘電路，復位電路，電源電路，濕度檢測器電路，放大電路，A/D轉(zhuǎn)換電路，選擇濕度傳感器、加濕控制電路和信號指示電路一起構(gòu)成濕度檢測與控制系統(tǒng)，通過軟件設計，當環(huán)境濕度值低于濕度下限時，開加濕器進行加濕處理；反之當濕度高于濕度上限時，關(guān)閉加濕器。此設計對于人們的生活有著實際意義。關(guān)鍵詞：加濕器；單片機；檢測；目錄TOC\o"1-3"\h\u29678第一章緒論 131025第二章課程設計的方案 285772.1概述 2139462.2系統(tǒng)組成總體結(jié)構(gòu) 227460第三章硬件電路的設計 4228993.1單片機 4292323.2時鐘電路的設計 590423.3復位電路的設計 6282383.4電源電路的設計 7166063.5濕度檢測電路 76593.6放大電路 8218833.7A/D轉(zhuǎn)換芯片的選擇 920803.8控制電路 1021446第四章軟件設計 12217594.1軟件流程圖 12143404.2軟件源程序 1324921第五章課設總結(jié) 176878參考文獻 18第一章緒論干燥是健康的大敵，它不但會使人體內(nèi)水分大量流失，造成皮膚緊繃、口干舌燥、唇裂、上火等，還能引起流感、咽喉炎等呼吸道疾病。室內(nèi)空氣干燥，還會對家具、地板、家電等器物造成危害，縮短使用壽命。即便在南方，不下雨的天氣或使用空調(diào)后秋冬季室內(nèi)空氣濕度僅為40%RH以下，明顯低于居室正常的濕度范圍40%~70%RH，而添置一臺加濕器，讓家人和家里的種種物品都從干燥中解脫出來，從此享受暖暖濕意的秋冬。自從單片機出現(xiàn)后，世界上就許多發(fā)明家從事于各種加濕器的研究與制造。加濕器發(fā)展及普及應用也與其它行業(yè)一樣，遵循著這樣一個規(guī)律：從先進電加濕器的國家逐步推廣到世界各國；從城市逐步發(fā)展到農(nóng)村；由集體使用發(fā)展到家庭、再到個人；產(chǎn)品由低檔發(fā)展到高檔。加濕器有超聲波型、電熱型、超凈型3種。超聲波型是通過超聲波振蕩將水霧化，超聲波震動，把水分解為水氣起到均勻加濕的效果。其特點是加濕直觀見效快，價格較經(jīng)濟，符合廣大普通家庭使用。電熱型和超凈型產(chǎn)品適合水質(zhì)不佳的地區(qū)使用。目前市場上的加濕器多種多樣，其中，超聲波加濕器采用超聲波高頻振蕩，將水霧化為1至5微米的超微粒子，通過風動裝置，將水霧擴散到空氣中，從而達到均勻加濕空氣的目的。。也就是利用換能器（也叫震蕩片）將電能轉(zhuǎn)化成機械能，產(chǎn)生170萬次/秒的高頻震蕩，將水霧化成≤5μm的超微粒子，在通過風動裝置擴散到空氣當中以增加環(huán)境濕度隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展和進步，工業(yè)生產(chǎn)也逐步走向自動化、智能化。尤其是以單片機控制的工業(yè)機逐步走向完善，使工業(yè)生產(chǎn)過程越來越集成化、快速化。濕度作為工業(yè)生產(chǎn)和科研工作中的重要生產(chǎn)參數(shù)，在大多數(shù)的生產(chǎn)過程中都要求精確、可控。傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，往往需要生產(chǎn)工人靠長期的生產(chǎn)經(jīng)驗來估計實時的系統(tǒng)濕度。到了21世紀，單片機和PLC等控制器的迅速發(fā)展，推動了電加濕器等一系列電器設備的智能化。單片機已滲透到生活的各個領(lǐng)域，幾乎很難找到?jīng)]有單片機足跡的領(lǐng)域。更不用說全自動控制領(lǐng)域的機器人、智能儀表、醫(yī)療器械。這些設備由原來的單一人工控制轉(zhuǎn)變?yōu)橹悄艿目蛇M行加法和邏輯運算，使得工作起來更加人性化和智能化。這不但節(jié)省了人們的時間，還給人們的生活帶來了極大的便利。使得人們生活在一個科技高度發(fā)達的數(shù)字化時代。第二章課程設計的方案2.1概述此設計主要用來改變室內(nèi)濕度，使得環(huán)境的濕度能夠滿足居住或辦公的條件。以AT89C52單片機作控制器，利用單片機技術(shù)，傳感器技術(shù)，時鐘電路，復位電路，電源電路，濕度檢測器電路，放大電路，A/D轉(zhuǎn)換電路，選擇濕度傳感器、加濕控制電路和信號指示電路一起構(gòu)成濕度檢測與控制系統(tǒng)，通過軟件設計，當環(huán)境濕度值低于濕度下限時，開加濕器進行加濕處理；反之當濕度高于濕度上限時，關(guān)閉加濕器。2.2系統(tǒng)組成總體結(jié)構(gòu)為了實現(xiàn)當環(huán)境濕度值低于濕度下限時，開加濕器進行加濕處理，同時指示燈亮；反之當濕度高于濕度上限時，關(guān)閉加濕器，指示燈熄滅，設計的總體結(jié)構(gòu)框圖如下圖2.11.復位電路復位操作可以使單片機初始化，也可以是死機狀態(tài)下的單片機重新啟動，因此非常重要。單片機的復位都是靠外部復位電路實現(xiàn)的，在時鐘電路工作后，只要在單片機RESET引腳上出現(xiàn)24個震蕩脈沖（兩個機器周期）以上的高電平，單片機就能實現(xiàn)復位。時鐘電路：2.時鐘電路：用于產(chǎn)生單片機工作所需的時鐘信號，它可以有兩種方式產(chǎn)生：內(nèi)部時鐘方式和外部時鐘方式。本設計采用內(nèi)部時鐘方式。3.濕度采集：用來檢測環(huán)境濕度，而模數(shù)轉(zhuǎn)換器用來將檢測到的模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，然后傳送給單片機處理。4.單片機：此系統(tǒng)的工作核心，擁有控制和運算功能?？捎脜R編語言或C語言進行編程。當接收的檢測裝置的數(shù)字信號時，能夠迅速響應，輸出響應的控制信號，讓驅(qū)動電路投入工作，工作到一定程度時，使系統(tǒng)自動關(guān)閉。5.驅(qū)動電路：單片機對其進行數(shù)據(jù)處理即與設定值上限與下限進行比較，當濕度低于下限時將啟動控制電路使加濕器工作，濕度高于上限上加濕器停止工作從而實現(xiàn)濕度的控制。第三章硬件電路的設計3.1單片機選取單片機AT89C52AT89C52是51系列單片機的一個型號，它是ATMEL公司生產(chǎn)的。AT89C52是一個低電壓，高性能CMOS8位單片機，片內(nèi)含8kbytes的可反復擦寫的Flash只讀程序存儲器和256bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲單元，功能強大的AT89C52單片機可為您提供許多較復雜系統(tǒng)控制應用場合。(2)AT89C52的主要性能參數(shù)有：

與MCS-51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。

8K可重擦寫的閃速存儲器。

1000次擦寫周期。

全靜態(tài)操作：0Hz-24MHz。

三級加密程序存儲器。

256×8字節(jié)內(nèi)部RAM。

32個可編程I/O口線。

3個16位的定時/計數(shù)器。

8個中斷源。

可編程串行UART通道。

(3)AT89C52的引腳圖如下圖3.1AT89C52引腳圖（4）AT89C52的引腳功能P0口：P0口是一組8位漏極開路型雙向I/O口，也即地址/數(shù)據(jù)總線復用口。作為輸出口用時，每位能吸收電流的方式驅(qū)動8個TTL邏輯門電路，對端口P0寫“1”時，可作為高阻抗輸入端用。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉(zhuǎn)換地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線復用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。在Flash編程時，P0口接收指令字節(jié)，而在程序校驗時，輸出指令字節(jié)，校驗時，要求外接上拉電阻。P1口：P1是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流(IIL)。與AT89C51不同之處是，P1.0和P1.1還可分別作為定時/計數(shù)器2的外部計數(shù)輸入（P1.0/T2）和輸入（P1.1/T2EX）。P2口：P2是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對端口P2寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口，作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流(IIL)。在訪問外部程序存儲器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行MOVX@DPTR指令）時，P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（如執(zhí)行MOVX@RI指令）時，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。Flash編程或校驗時，P2亦接收高位地址和一些控制信號。P3口:P3口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。P3口輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對P3口寫入“1”時，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。此時，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流（IIL）。P3口除了作為一般的I/O口線外，更重要的用途是它的第二功能P3口還接收一些用于Flash閃速存儲器編程和程序校驗的控制信號。RST：復位輸入。當振蕩器工作時，RST引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將使單片機復位。ALE/PROG：當訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。一般情況下，ALE仍以時鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是：每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個ALE脈沖。對Flash存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（PROG）。如有必要，可通過對特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中的8EH單元的D0位置位，可禁止ALE操作。該位置位后，只有一條MOVX和MOVC指令才能將ALE激活。此外，該引腳會被微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，應設置ALE禁止位無效。PSEN：程序儲存允許（PSEN）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當AT89C52由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個脈沖。在此期間，當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，將跳過兩次PSEN信號。EA/VPP：外部訪問允許。欲使CPU僅訪問外部程序存儲器（地址為0000H—FFFFH），EA端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被編程，復位時內(nèi)部會鎖存EA端狀態(tài)。如EA端為高電平（接Vcc端），CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令。Flash存儲器編程時，該引腳加上+12V的編程允許電源Vpp，當然這必須是該器件是使用12V編程電壓Vpp。XTAL1：振蕩器反相放大器的及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。3.2時鐘電路的設計時鐘電路用于產(chǎn)生單片機的工作所需的時鐘信號。時鐘信號可以由兩種方式產(chǎn)生：內(nèi)部時鐘方式和外部時鐘方式，本次論文采用的是內(nèi)部時鐘方式。AT89C52有一個高增益反向放大器，用于構(gòu)成振蕩器，引腳XTAL1和XTAL2分別是此放大器的輸入端和輸出端。在XTAL1和XTAL2兩端跨接晶體或陶瓷諧振器，就構(gòu)成了穩(wěn)定的自激振蕩器，其發(fā)出的脈沖直接送入內(nèi)部時鐘發(fā)生器，見圖2.2。外接晶振時，電容值通常選用30pF左右；外接陶瓷諧振器時，電容值通常選用47pF左右。電容對頻率有微調(diào)作用，振蕩頻率范圍為1.2~12MHz。為了減少寄生電容，更好的保證振蕩器穩(wěn)定可靠的工作，諧振器和電容應盡量可能安裝的與單片機芯片靠近。內(nèi)部時鐘發(fā)生器實質(zhì)是一個二分頻的觸發(fā)器，其輸出信號是單片機工作所需的時鐘信號。圖3.2時鐘電路3.3復位電路的設計常用的復位方式有上電復位,電平式復位和手動式復位。本論文采用上電復位電路。上電復位在RESET引腳上外接一個電容C至供電電源VCC端，下接一個電阻R到地即可。對于CMOS型單片機，由于在RST端內(nèi)部有一個下拉電阻，故可將外部的電阻R去掉，而將外接電容C減至1F。當系統(tǒng)上電時，復位電路通過電容C加給RST端一個短的高電平信號，此高電平隨著VCC對電容的充電過程而逐漸回落，既RST端上的高電平必須維持足夠長的時間。圖3.3上電復位電路3.4電源電路的設計本系統(tǒng)選用的直流穩(wěn)壓電源共有二種+12V、+5V。并且選用7812、7805二個集成穩(wěn)壓芯片，在電源電路中，首先應將220V的交流電經(jīng)變壓器變?yōu)?2V的交流電，將12V交流電送到整流橋的兩端，經(jīng)整流橋和電解電容濾波，再分別送到集成穩(wěn)壓芯片7812輸入端，7812輸出端輸出的就是+12V的直流電了。并聯(lián)的電解電容使直流電壓更穩(wěn)定。再將+12V送入7805的輸入端，7805的輸出端便能產(chǎn)生+5V直流電了。7812、7805的輸出端提供的就是系統(tǒng)所需二種電源。具體的連接方法見圖2.4所示。圖3.4電源電路圖3.5濕度檢測電路本系統(tǒng)利用KSC—6V濕度傳感器檢測濕度，KSC—6V濕度傳感器用于每隔5分鐘，循環(huán)采集環(huán)境濕度，對1路濕度進行檢測，檢測范圍是30%—+100%；檢測精度為-5%—+5%，并將檢測到的濕度變化量轉(zhuǎn)換為電壓值變化量。其中，KSC—6V濕度傳感器的原理為：將濕敏電容置于RC振蕩電路中，直接將濕敏元件的電容信號轉(zhuǎn)換成電壓信號。由雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及RC振蕩器，其中，一支路由固定電阻和濕敏電容組成，另一支路由多圈電位器和固定電容組成。設定在0%RH時，濕敏支路產(chǎn)生一脈沖寬度的方波，調(diào)整多圈電位器，使其方波與濕敏支路脈寬相同，則兩信號差為0，濕度變化引起脈寬變化，兩信號差，通過RC濾波后，經(jīng)標準化處理，得到電壓輸出，輸出電壓隨相對濕度幾乎成線性增加。其中，KSC—6V濕度傳感器的相對濕度為0%—100%RH，對應的輸出為0—100mv。傳感器輸出電壓信號，傳感器的輸出接二階有源低通濾波器。因傳感器的輸出信號大多是緩慢變化的，因而對傳感器的輸出信號用濾波器濾波，低通濾波器允許低頻信號通過而不能使高頻通過，這種濾波器有二階RC濾波電路，完成濾波功能。電路圖如下：圖3.5濕度檢測電路3.6放大電路由傳感器輸出的信號較弱，只有100左右mv，而A/D轉(zhuǎn)換器需0-5伏的輸入電壓，所以要把信號放大。圖示為基本的反相放大器電路，輸入電壓Uin通過R1加到反相輸入端，其同相端接地，而輸出電壓Uout通過電阻Rf反饋到反相輸入端。反相放大器的輸出電壓可由下式確定，U=-Rf*Uin/R1，式中負號表示輸出電壓反相，其放大倍數(shù)只取決于Rf與R1的比值，A/D0809需0-5伏的輸入電壓而傳感器輸出為100左右mv，需放大50倍，Rf選擇50KΩ，R1選擇10KΩ。電路圖如下：圖3.6放大電路圖3.7A/D轉(zhuǎn)換芯片的選擇本系統(tǒng)選擇8位A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809，它是一種帶有8通道模擬開關(guān)的8位逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換時間100us左右，線形誤差為（-0.5—+0.5）LSB，采用28引腳雙立直插式封裝，它由8路模擬開關(guān)、通道選擇邏輯（地址鎖存與譯碼）、8位A/D轉(zhuǎn)換器及三態(tài)輸出鎖存緩沖器組成，本系統(tǒng)需一路輸入滿足要求。8位A/D轉(zhuǎn)換器對選送至輸入端的信號Vi進行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)果D（D=0—28-1）送入AT89C52中，AT89C52對數(shù)據(jù)進行處理。它在START收到一個啟動轉(zhuǎn)換命令（正脈沖）后開始轉(zhuǎn)換，100us左右（64個時鐘周期）后轉(zhuǎn)換結(jié)束（相應的時鐘頻率為60KHZ）。其間單片機對其查詢，當0809轉(zhuǎn)換結(jié)束后，變?yōu)楦唠娖?，通知CPU讀結(jié)果。啟動后，CPU可用查尋方式（將轉(zhuǎn)換結(jié)果信號接至一條I/O線上）了解A/D轉(zhuǎn)換過程是否結(jié)束，從而對數(shù)據(jù)進行處理。電路圖如下：圖3.7A/D轉(zhuǎn)換芯片電路圖3.8控制電路本系統(tǒng)采用電壓繼電器控制電路，當CPU向P1.4送低電平時，繼電器線圈得電，常開觸點K閉合，加濕器工作，這時指示燈亮，反之K斷開，加濕器不工作，指示燈不亮。加濕器部分電路接220V交流電源指示燈用發(fā)光二極管串保護電阻與繼電器線圈并聯(lián)，實現(xiàn)指示功能。圖3.8控制電路第四章軟件設計4.1軟件流程圖濕度控制及工作指示子程序濕度控制及工作指示子程序清進位標志實際值與設定上限值比較C=’1’P1.4=0RETP1.4=1N(C=’0’)實際值>下限值實際值與下限值比較C=’1‘Y(C=’1’)實際值<下限值4.2軟件源程序MAIN：

MOV

R7，#0FFHADDR：

MOV

DPTR，#7FF8H;由于用P2.7口控制又是選通0809的INOSTART：

MOVX

@DPTR，A;啟動ADC0809DELAY：

MOV

R6，#10;稍微延時個1SDJNZ

R6，DELAYCHK：

JNB

P2.3,CHK;查詢EOC信號FINISH:

MOVX

A,@DPTR;讀轉(zhuǎn)換結(jié)果MOV

P1,AACALL

WAIT;控制ADC0809轉(zhuǎn)換頻率大致1HZDJNZ

R7,ADDRWAIT：

MOV

R1，#0FFHLOOP1：

MOV

R2，#0FFHLOOP2：

DJNZ

R2，LOOP2DJNZ

R1，LOOP1RET

基于對濕度范圍的考慮，對于濕度控制器,假設一個加濕器接CPU的p2.0。

;設定下限濕度30(設4BH)存31H上限濕度60(設96H)存30H;//定義ADC的連接端口ad_csEQUP3.6ad_wrEQUP3.2ad_rdEQUP3.7ad_inputEQUP1ORG0000HAJMPMAINORG0030HMAIN:LCALLadc_demoAJMPMAIN;啟動AD轉(zhuǎn)換

Adc_Start:CLRad_csNOPCLRad_wrNOPSETBad_wrNOPDETBad_csNOPRET;讀AD轉(zhuǎn)換Adc_Read:MOVad_input,#0ffHCLRad_csNOPCLRad_rdNOPNOPMOVA,AD_INPUTNOPSETBad_rdNOPSETBad_csRET;AD轉(zhuǎn)換程序

ADC_Demo:LCALLADC_StartLCALLDelay1msLCALLAdc_readMOV34H,A;現(xiàn)在的濕度存34HMOV31H,#4BH;下限濕度30度存31hMOV30H,#96H;上限濕度60度存30hCLRCSUBBA,32H;現(xiàn)在的濕度和以前的濕度相減JCSdown;c=0取入值較大,表示上升否則下降Sup:MOVA,34H;取出現(xiàn)有濕度CLRC;C=0SUBBA,30H;與上限濕度比較,c=1則需要不加濕否則c=0則需要加濕JNCPofJMPLoopPoff:DETBP2.0;開始加濕JMPLoopSdown:MOVA,34H;取出現(xiàn)有濕度CLRCSUBBA,31H;與下限濕度比較,c=1則需要不加濕否則c=0則需要加濕JCPonJMPLoopLoop:MOV32H,34H;把現(xiàn)有濕度存32HCLRA;清除AMOVR4,#