基于-單片機濕度采集系統(tǒng)設計

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設計意義 PAGEREF _Toc311557287 h 2HYPERLINK l _Toc3115572882 總體方案設計 PAGEREF _Toc311557288 h 3HYPERLINK l _Toc3115572892.1總體設計框圖 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 單元電路設計 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 PAGEREF _Toc311557301 h 7HYPERLINK l _Toc3115573023.5 按鍵電路 PAGEREF _Toc311557302 h 8HYPERLINK l _Toc3115573033.6 報警電路 PAGEREF _Toc311557303 h 9HYPERLINK l _Toc3115573043.7

5、顯示電路 PAGEREF _Toc311557304 h 10HYPERLINK l _Toc3115573054 系統(tǒng)軟件設計 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 PAGEREF _Toc311557308 h 12摘要人體對生存環(huán)境的濕度有很高的要求，相對濕度以50%-70%為好

6、，冬季最好不低于40%，夏季不高于80%。如果濕度過大，極易導致衣服皮革受潮發(fā)霉、電器及精細儀器受潮受損；春季細菌滋生，易誘發(fā)呼吸道疾病，風濕病；夏季人體散熱困難，增加中暑時機；冬季會加速熱的傳導，使人倍覺寒冷。在科研單位或?qū)嶒炇?，生產(chǎn)車間，如果環(huán)境溫度控制不好，也將對實驗結(jié)果和產(chǎn)品質(zhì)量造成極大的影響。因此，準確的濕度控制尤為重要。本設計通過使用濕度傳感器HIH3610完成濕度信號的采集，通過A/D轉(zhuǎn)換電路將模擬信號轉(zhuǎn)為數(shù)字信號后，送給單片機AT89C51，再有單片機對信號進展處理，最后由顯示電路顯示結(jié)果，報警電路實時報警，從而完成濕度檢測系統(tǒng)的全部功能。本設計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)，滿足了人體對環(huán)境濕度的要求，具有很高的價值。關鍵詞：濕度傳感器、單片機、報警、顯示1緒論1.1引言隨著信息時代的到來，作為獲取信息的手段傳感器技術得到了顯著的開展，其應用領域越來越廣泛，對其要求越來越高，需求越來越迫切。傳感器技術已成為衡量一個國家科學技術開展水平的重要標志之一。因此，了解并掌握各類傳感器的根本構(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、化學量和生物量等信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，使得人們可以利用計算機實現(xiàn)自動測量、信息處理和自動控制，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、須掌握各類傳感器的構(gòu)造、原理及性能指標，還必須懂得傳感器經(jīng)過適當?shù)慕涌陔娐氛{(diào)整才能滿足信號的處理、顯示和控制的要求，而且只有通過傳感器應用實例的原理和智能傳感器實例的分析了解，才能將傳感器和信息通信和處理結(jié)合起來，適應傳感器的生產(chǎn)、研制、開發(fā)和應用。另一方面，傳感器的被檢測信號來自于各個應用領域，每個領域都是為了改革生產(chǎn)力、提高工效和時效，各自都在開發(fā)研制適合應用的傳感器，于是種類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傳感器，其開展速度之快，以及應用之廣，可謂是劃時代的。1.2設計意義在人的日常生活中，居住空間也是一個人工環(huán)境?？諝馕廴?，直接威脅人的身體安康；噪音污染

9、，影響人的情緒、工作、休息和飲食，可以導致神經(jīng)衰弱；溫度過熱過冷，導致人的不適；空氣過濕，將使人們感到沉悶和窒息；空氣枯燥，又會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)自動控制這個常見的空間，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、氮氣以及總數(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。空氣濕度與人類關系密切。人們的日常生活和生產(chǎn)活動及動植物的生存，都與周圍環(huán)境的濕度息息相關，從日常生活、家電、交通、醫(yī)療、氣象、工農(nóng)業(yè)都需要進展?jié)穸葴y量。2 總體方案設計2.1總體設計框

10、圖HIH3610濕度傳感器A/D轉(zhuǎn)換ADC0809LED顯示電路AT89C51單片機預定按鍵加濕電路除濕電路報警電路圖2.1 總體設計框圖2.2器件的選擇 傳感器傳感器以探頭形式安裝在車間，是由濕度傳感器及相應調(diào)理電路組成。其中濕度傳感器采用HIH3610濕度傳感器，測量精度高，響應迅速，能直接將濕度信號轉(zhuǎn)換為直流電壓信號輸出。根據(jù)濕敏電阻在濕度改變時，阻值發(fā)生相應變化的特性，設計轉(zhuǎn)換電路將采集到的濕度信號轉(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，而且轉(zhuǎn)換成的電平信號為低電平緩變信號，對A/D轉(zhuǎn)換的要求不高，所以選用較為廉價的ADC0809。該芯片是CMOS單片型

11、逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，完全可以滿足設計需要，并且可以根據(jù)需要擴展檢測電路。 顯示電路采用四位LED顯示電路對濕度值進展實時顯示。鎖存驅(qū)動電路選用了74LS164芯片，滿足設計要求。 加濕除濕電路當檢測的濕度值高于設定的濕度值圍時，單片機停頓加濕，同時進展除濕；當濕度值低于設定的濕度圍時，單片機停頓除濕進展加濕。為了得到準確的濕度測量值，還應在測量濕度的同時測量環(huán)境濕度傳感器電源電壓值。 預定值按鍵電路為了完成預定濕度值的設置，系統(tǒng)中設置了5個按鍵，分別為開場鍵，加一鍵，減一鍵，設定鍵和確認鍵。2.3 系統(tǒng)工作原理本次設計的濕度檢測系統(tǒng)主要由單片機控制電路，濕度檢測電路和外圍電路組成。首先，由

12、濕度檢測電路將檢測點的濕度數(shù)據(jù)檢測出來，然后將模擬信號送至A/D轉(zhuǎn)換電路進展轉(zhuǎn)換，再將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號送給單片機處理，通過單片機進展數(shù)據(jù)比擬分析，把實時濕度值送到顯示電路進展顯示。當濕度高于或低于規(guī)定數(shù)值時，單片機發(fā)出指令，由加濕除濕電路進展處理，同時報警。由鍵盤電路可改變預設的濕度圍，從而根據(jù)季節(jié)和時間等具體需要對濕度檢測系統(tǒng)控制的濕度圍進展調(diào)節(jié)。3 單元電路設計3.1 濕度傳感器濕度采集選用HIH3610濕度傳感器。HIH3610是美國Honeywell公司生產(chǎn)的相對濕度傳感器，該傳感器采用熱固聚酯電容式傳感頭，同時在部集成了信號處理功能電路，因此該傳感器可完成將相對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，同時該傳感器還具有精度高、響應快、高穩(wěn)定性、低溫漂、抗化學腐蝕性能強及互換性好等優(yōu)點。其主要技術指標如下:測量圍：0100%RH；測量精度：-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，而且轉(zhuǎn)換成的電平信號為低電平緩變信號，對A/D轉(zhuǎn)換的要求不高，所以選用較為廉價的ADC0809。該芯片完全可以滿足設計需要，并且可以根據(jù)需要擴展檢測電路。ADC0809是采樣頻率為8位的、以逐次逼近原理進展模數(shù)轉(zhuǎn)換的器件。其部有一個8通道多路開關，它可以根據(jù)地址譯碼后

14、的信號，只選通8個單端模擬輸入信號中的一個進展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)換時間為100us；單個+5V電源供電；模擬輸入電壓圍0+5V，不需要零點和滿刻度校準；工作溫度圍為-40+85；低功耗，約15mw。A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)應及時傳送給單片機進展處理。數(shù)據(jù)傳送的關鍵是如何確認A/D轉(zhuǎn)換的完成，只有確認完成后，才能進展傳送。為此可以采用下述三種方式：定時傳送方式：對于一種A/D轉(zhuǎn)換器來說，轉(zhuǎn)換時間作為一項技術指標是的和固定的。例如ADC0809轉(zhuǎn)換時間為128us，相當于6MHz的MCS-51單片機共64個機器周期?？蓳?jù)此設計一個延時

15、子程序，A/D轉(zhuǎn)換啟動后即可調(diào)用此子程序，延時時間一到，轉(zhuǎn)換肯定已經(jīng)完成了，接著就可以進展數(shù)據(jù)傳送。查詢方式：A/D轉(zhuǎn)換芯片由說明轉(zhuǎn)換完成的狀態(tài)信號，例如ADC0809的EOC端。因此可以用查詢方式，測試EOC的狀態(tài)，即可確定是否轉(zhuǎn)換完成，并接著進展數(shù)據(jù)傳送。中斷方式： 把說明轉(zhuǎn)換完成的狀態(tài)信號EOC作為中斷請求信號，以中斷方式進展數(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，即可通過指令進展數(shù)據(jù)傳送 。當單片機RD信號有效且ADC0809的OE信號有效時，把數(shù)據(jù)送上總線，供單片機承受處理。ADC0809的工作過程是：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信號高電平啟動轉(zhuǎn)換，之后EOC輸出信號變低，指示轉(zhuǎn)換正在進展。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，這個信號可用作中斷申請。當OE輸入高電平時，輸出三態(tài)門翻開，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外接一個反相器，用于轉(zhuǎn)換完成時向單片機申請中斷，以便處理。3.4單片機本次設計選用AT89C51單片機。AT89C51單片機是美國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，俗稱單片機。該器件采用Atmel高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，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廉的方案。其最小系統(tǒng)電路如下所示：圖3.2 單片機最小系統(tǒng)電路圖3.5 按鍵電路為了完成預定濕度值的設置，系統(tǒng)中設置了5個按鍵，分別為復位鍵，加一鍵，減一鍵，設定鍵和確認鍵。通過按鍵電路可以在不同的季節(jié)及不同的天氣對室所需要濕度檢測電路控制濕度的圍進展有效的調(diào)節(jié)。其電路如下列圖所示：圖

18、3.3 按鍵檢測電路3.6 報警電路當所檢測室濕度超過或低于所設定值時，報警電路便發(fā)出報警，提醒工作人員對濕度進展控制。電路如下列圖所示：圖3.4 報警電路3.7顯示電路顯示電路采用4位LED顯示電路對濕度值進展實時顯示。在單片機系統(tǒng)中，為了有效的利用I/O口，使用數(shù)碼管驅(qū)動芯片7B12S來實現(xiàn)。圖3.5 濕度顯示電路4 系統(tǒng)軟件設計4.1 系統(tǒng)軟件流程框圖開場主程序參數(shù)初始化開場鍵閉合否.開場采樣A/D轉(zhuǎn)換顯示當前濕度設定鍵按下否.調(diào)顯示濕度值越界否.報警濕度控制進展下一次檢測調(diào)鍵處理程序YYY圖4.1 系統(tǒng)總體流程圖5 緒論本次課程設計是基于單片機的濕度檢測系統(tǒng)的設計，它是最常見的和最典型的過程控制系統(tǒng)，本設計主要針對51型單片機在檢測相對過程控制方面的應用，分析濕度控制系統(tǒng)實例。單片機對室濕度控制是一種單片機在現(xiàn)實生活中得到應用的一個方面，此系統(tǒng)除具有的檢測功能外，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