基于C8051F341溫控器的設(shè)計(jì)

1、基于C8051F341糧倉溫濕度測控器的設(shè)計(jì)1、概述本方案設(shè)計(jì)提出的糧倉溫濕度測控系統(tǒng)采用C8051F341全速USB FLASH微控制器為核心處理器，配置溫濕度傳感器等信號采集部件，針對糧倉溫濕度控制的基本特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集與測控指令參數(shù)的設(shè)置，具有界面友好、控制靈活、硬件系統(tǒng)集成度高等特點(diǎn)。本方案解決了傳統(tǒng)溫、濕度測試器材及人工去濕、降溫的諸多弊端。并可實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)溫、濕度參數(shù)的測量與控制。2、系統(tǒng)功能2.1 總體功能本設(shè)計(jì)以糧倉室內(nèi)外溫、濕度測控電路為核心，以上位PC機(jī)為系統(tǒng)人機(jī)接口，測控電路與上位PC機(jī)通過串行通信方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。測控電路通過數(shù)據(jù)采集裝置定時(shí)采集糧倉溫濕度數(shù)據(jù)，并根

2、據(jù)控制參數(shù)做出控制決策，驅(qū)動設(shè)備運(yùn)行（自動啟動或關(guān)閉空調(diào)設(shè)備或風(fēng)機(jī)系統(tǒng)），并隨時(shí)準(zhǔn)備接受上位PC機(jī)的指令，當(dāng)收到詢問時(shí)，將糧倉的各項(xiàng)數(shù)據(jù)編碼通過通信方式傳輸?shù)缴衔籔C機(jī)。上位PC機(jī)可根據(jù)用戶要求定時(shí)向測控電路查詢糧倉溫、濕度數(shù)值和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。并可對從機(jī)進(jìn)行參數(shù)設(shè)置（包括：空調(diào)起、停參數(shù)；加濕機(jī)起、停參數(shù)；溫、濕度報(bào)警門限等）及控制（強(qiáng)制打開空調(diào)風(fēng)機(jī)與加濕機(jī)），從機(jī)也可以獨(dú)立工作。上位PC機(jī)通過串口電路接收到數(shù)據(jù)后，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，在監(jiān)控界面上顯示當(dāng)前的狀態(tài)信息，并將此信息實(shí)時(shí)地存儲到數(shù)據(jù)庫中，為用戶維護(hù)和管理準(zhǔn)備數(shù)據(jù)。也可以將一段時(shí)期的數(shù)據(jù)信息匯集成報(bào)表，還可以講一段時(shí)間的數(shù)據(jù)繪制成圖形、曲線

3、，實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的分析與管理。2.2C8051F341全速USB FLASH微控制器C8051F341全速USB FLASH微控制器是一款外設(shè)豐富的單片機(jī)，對于溫濕度控制方面的應(yīng)用，可利用其16位或8位脈寬調(diào)制功能（PWM）生成傳感器所需的測量信號，使用自帶的10位ADC采集傳感器生成的電信號，再對采集的信號進(jìn)行分析計(jì)算，得出實(shí)時(shí)的溫濕度數(shù)據(jù)?？墒褂迷搯纹瑱C(jī)集成的USB2.0控制器方便的把采集的溫濕度數(shù)據(jù)進(jìn)行保存，方便用戶查詢以往的溫濕度數(shù)據(jù)。也可使用其集成的UART控制器做MAX485通訊接口，很方便的把多臺溫濕度控制器組成485總線，把采集的溫濕度數(shù)據(jù)上傳。 主要特性C8051F341器件是完

4、全集成的混合信號片上系統(tǒng)型 MCU 。其主要特性如下：高速、流水線結(jié)構(gòu)的8051兼容的微控制器內(nèi)核（可達(dá)48MIPS）。全速、非侵入式的在系統(tǒng)調(diào)試接口（片內(nèi)）。通用串行總線（USB）功能控制器，有8個(gè)靈活的端點(diǎn)管道，集成收發(fā)器和1K FIFORAM。電源穩(wěn)壓器。真正10位200 ksps的單端/差分ADC，帶模擬多路器。片內(nèi)電壓基準(zhǔn)和和溫度傳感器。片內(nèi)電壓比較器（兩個(gè)）。精確校準(zhǔn)的 12MHz 內(nèi)部振蕩器和 4 倍時(shí)鐘乘法器。多達(dá) 64KB 的片內(nèi) FLASH 存儲器。多達(dá) 4352 字節(jié)片內(nèi) RAM （ 256+4KB ）。硬件實(shí)現(xiàn)的SMBus/ I2 C、增強(qiáng)型UART（最多兩個(gè)）和增強(qiáng)型

5、 SPI串行接口。4個(gè)通用的16位定時(shí)器。具有5個(gè)捕捉/比較模塊和看門狗定時(shí)器功能的可編程計(jì)數(shù)器/定時(shí)器陣列（PCA）。片內(nèi)上電復(fù)位、VDD監(jiān)視器和時(shí)鐘丟失檢測器。多達(dá)40個(gè)端口I/O（容許5V輸入）。2.2.2原理框圖2.3溫度傳感器 10K3950（NTC）本方案選用10K3950（NTC）型溫度傳感器，該傳感器溫度測量范圍寬（-40至200以上），精度高（正負(fù)0.5）。可把溫度的變化轉(zhuǎn)化成電阻的變化，在本方案中，把電阻的變化變成0V到5V的直流電壓變化，使用C8051F341集成的10位AD采集10K3950上電壓，計(jì)算出對應(yīng)的電阻，單片機(jī)經(jīng)過軟件編程查表法，即可得出實(shí)時(shí)溫度。2.4濕度

6、傳感器 HR202本方案選用HR202型濕度傳感器，該傳感器性能穩(wěn)定，精度小于正負(fù)5%RH。適合糧倉等需要濕度測量的場合。本方案中，可使用C8051F341生成1KHZ不大于1V的電平信號，再使用單片機(jī)AD采樣HR202上的電壓，可計(jì)算出HR202的電阻，經(jīng)查表法對應(yīng)10K3950測出的當(dāng)時(shí)溫度，可得出用戶需要的相對濕度。電路圖如下：3、方案設(shè)計(jì)3.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)根據(jù)系統(tǒng)功能要求，本系統(tǒng)包括四個(gè)功能模塊：1）上位PC機(jī)。完成參數(shù)設(shè)置及控制、數(shù)據(jù)存儲、處理及管理功能。2）串行通信模塊。應(yīng)用RS-485通信方式完成測試電路與上位機(jī)的數(shù)據(jù)交換。3）測控電路模塊。主要由C8051F341全速USB

7、FLASH微控制器組成主控電路，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)收集與控制功能，并能在主機(jī)關(guān)機(jī)的情況下獨(dú)立實(shí)現(xiàn)所有的控制功能。4）數(shù)據(jù)采集模塊。實(shí)現(xiàn)溫、濕度實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集于數(shù)據(jù)交換。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如下：3.2本方案設(shè)計(jì)特點(diǎn)本方案中使用兩片C8051F341，其中一片負(fù)責(zé)溫濕度信號的采集測量計(jì)算，另一片負(fù)責(zé)溫濕度調(diào)節(jié)控制及數(shù)據(jù)存儲和通訊。雖然一片C8051F341也可完成以上的所有功能，但考慮到實(shí)際使用中傳感器電纜電阻對測量精度的影響。使用單片C8051F341方案，就需要另行增加電路以消除這種精度誤差。其成本不會低于雙C8051F341的方案。本雙C8051F341方案中，有專用的對傳感器采樣的單片機(jī)，之間不需電纜連接，最大限度的消除了電纜電阻對采樣的誤差影響。并且利用C8051F341的SPI接口可以把計(jì)算出來的同時(shí)溫濕度數(shù)據(jù)以數(shù)字的方式傳送。實(shí)際上就是專門使用一片C8051F341制作了一個(gè)數(shù)字式的溫濕度傳感器。此方案盡可能的使用單片機(jī)集成的外設(shè)，另行增加的硬件較少，減少了硬件損壞的幾率，提高了裝置的硬件可靠性。而且溫濕度以數(shù)字方式傳送，其在抗干擾方面也應(yīng)比模擬方式傳送要可靠。3.3 設(shè)計(jì)框圖4、結(jié)論本設(shè)計(jì)基于C805