基于PROTEUS的分布式濕度測(cè)量系統(tǒng)仿真與實(shí)現(xiàn)

基于PROTEUS的分布式濕度測(cè)量系統(tǒng)仿真與實(shí)現(xiàn)目錄目錄I摘要VAbstractVI第一章緒論11.1課題研究背景11.2課題研究現(xiàn)狀11.3課題的目標(biāo)和意義11.4本課題研究的主要設(shè)計(jì)目的及擬采取的技術(shù)路線21.5本文結(jié)構(gòu)2第二章濕度簡(jiǎn)介32.1濕度的根本概念32.2濕度檢測(cè)的應(yīng)用領(lǐng)域32.3常見的濕度檢測(cè)方法及特點(diǎn)42.4濕度測(cè)量技術(shù)的開展趨勢(shì)42.5濕度檢測(cè)方案的選擇5第三章主要器件及軟件簡(jiǎn)介73.1單片機(jī)仿真軟件Proteus73.1.1Proteus主要功能73.1.2Proteus的用途及其在本系統(tǒng)中的作用73.2本系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理及顯示軟件Labview73.2.1虛擬儀器73.2.2LabView軟件的用途及其在本課題中的用途83.2.3LabView軟件的特點(diǎn)83.3程序調(diào)試軟件KeilC5193.4濕度傳感器電容HS1101簡(jiǎn)介93.4.1濕度傳感器HS1101與其他傳感器相比的優(yōu)點(diǎn)93.2.3濕度傳感器電容HS1101簡(jiǎn)介93.2.3濕度傳感器HS1101的電路連接113.5SST89E516RD單片機(jī)簡(jiǎn)介12第四章總體設(shè)計(jì)134.1系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)思想134.2系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖134.3各模塊的實(shí)現(xiàn)方法及功能144.3.1硬件實(shí)現(xiàn)模塊144.3.2軟件實(shí)現(xiàn)模塊14第五章詳細(xì)設(shè)計(jì)155.1系統(tǒng)硬件局部設(shè)計(jì)155.1.1最小系統(tǒng)電路155.1.2系統(tǒng)復(fù)位電路的設(shè)計(jì)165.1.3濕度傳感器HS1101與555振蕩器局部的設(shè)計(jì)175.1.4硬件的總體設(shè)計(jì)195.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)205.2.1RS-232-C接口205.2.2本課題的主程序框圖215.2.3系統(tǒng)下位機(jī)軟件流程圖設(shè)計(jì)215.2.4上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)22第六章系統(tǒng)仿真256.1KeilC51與Proteus程序仿真256.2系統(tǒng)軟件硬件的仿真結(jié)果256.3系統(tǒng)硬件與上位機(jī)的聯(lián)合仿真26第七章實(shí)現(xiàn)與調(diào)試287.1硬件調(diào)試287.2下位機(jī)軟件調(diào)試287.3上位機(jī)軟件調(diào)試287.4聯(lián)合調(diào)試287.5濕度校準(zhǔn)29第八章總結(jié)與缺乏30參考文獻(xiàn)31附錄一MCU源程序代碼32附錄二VI源代碼34附錄三電氣原理圖35致謝36誠(chéng)信承諾書37基于PROTEUS的分布式濕度測(cè)量系統(tǒng)仿真與實(shí)現(xiàn)摘要濕度檢測(cè)在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國(guó)防等行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用。本文首先介紹了濕度檢測(cè)的研究現(xiàn)狀、目的及其意義。其次，對(duì)濕度檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域和開展?fàn)顩r做了簡(jiǎn)單的介紹，同時(shí)，列舉了目前濕度檢測(cè)所常用方法以及各自所具有的特點(diǎn)。再次，本文對(duì)濕度檢測(cè)系統(tǒng)所選方案進(jìn)行了分析設(shè)計(jì)。本文采用單片機(jī)與虛擬儀器Labview相結(jié)合的技術(shù)來進(jìn)行濕度檢測(cè)，利用基于微控制器MCU技術(shù)的分布式濕度檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)濕度數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，再將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中通過虛擬儀器Labview進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與顯示，本系統(tǒng)具有控濕精度高、功能強(qiáng)、體積小、價(jià)格低、簡(jiǎn)單靈活、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，能很好的滿足了工藝要求。本文首先對(duì)該系統(tǒng)的硬件和軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)。在硬件設(shè)計(jì)過程中，詳細(xì)介紹了各局部電路的功能和特點(diǎn)。在軟件設(shè)計(jì)過程中，繪制了各個(gè)程序模塊的流程圖，詳細(xì)介紹了各個(gè)模塊的作用。經(jīng)過對(duì)程序反復(fù)的修改，完善了軟件系統(tǒng)。在本文中對(duì)系統(tǒng)中所用的濕度傳感器HS1101、所用的設(shè)計(jì)軟件和SST89E516RD單片機(jī)作了簡(jiǎn)單的介紹。本文的重點(diǎn)在于通過濕度傳感器HS1101對(duì)濕度頻率的采集和通過單片機(jī)將其傳輸?shù)接?jì)算機(jī)上通過Labview進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及顯示。本文所做的主要工作就在于數(shù)據(jù)的處理和顯示及虛擬儀器的應(yīng)用。本系統(tǒng)具有靈敏度高、反映時(shí)間短等特點(diǎn)，并且具有智能化、可編程、可實(shí)時(shí)監(jiān)控等優(yōu)點(diǎn)，相信本系統(tǒng)具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。關(guān)鍵字：?jiǎn)纹瑱C(jī)，濕度檢測(cè)，仿真，虛擬儀器SimulationandImplementationofDistributedHumidityMeasurementSystemBasedonProteusAbstractHumiditytestinindustry,agriculture,nationaldefenseandotherindustrieshasbeenwidelyused.Thispaperintroducesthedetectionofmoisturestatus,purposeandsignificance.Secondly,moisturedetectiontechnologyapplicationsanddevelopmentmadeabriefintroduction,alsocitedthecurrenthumidityarecommonlyusedindetectionmethodsandhavetheirrespectivecharacteristics.Again,thisprogramonthehumiditydetectionsystemanalyzestheselecteddesign.Inthispaper,SCMandLabviewvirtualinstrumentcombiningtechniquesforhumiditydetection,MCUmicrocontroller-basedhumiditydetectiontechnology,distributeddataacquisitionsystemandhumidity,andthentransmitdatatoacomputerviaLabviewvirtualinstrumentsfordataprocessingandshowthatthewetlandsystemhascontrolofhighprecision,function,smallvolume,lowprice,simple,flexible,highreliability,couldwellmeettheprocessrequirements.Firstly,thesystem'shardwareandsoftwaredesign.Inthehardwaredesignprocess,describedindetailthevariouspartsofthecircuitfunctionsandfeatures.Inthesoftwaredesignprocess,drawingaflowchartofthevariousprogrammodules,describedindetailtheroleofeachmodule.Afterrepeatedchangesoftheprocess,improvethesoftwaresystem.Inthispaper,thesystemusedinthehumiditysensorHS1101,usedinsinglechipdesignsoftwareandSST89E516RDbrieflyintroduced.ThispaperwillfocusonthehumiditybyhumiditysensorHS1101frequencyacquisitionanditstransmissionthroughthemicrocontrollertoacomputerviaLabviewdataprocessinganddisplay.Thisisprimarilydoneonthedataprocessinganddisplayapplicationsandvirtualinstruments.Thesystemhashighsensitivity,reflectingtheshorterperiod,andhaveintelligent,programmable,real-timemonitoring,etc,Ibelievethissystemhasawiderangeofapplications.Keywords：MCU，HumidityMeasurement，Simulation，VirtualInstrument第一章緒論1.1課題研究背景濕度和人類的生產(chǎn)、生活有著密切的關(guān)系，同時(shí)也是工業(yè)生產(chǎn)中最常見最根本的工藝參數(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)濕度的檢測(cè)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)濕度的檢測(cè)及控制就非常有必要了?？傊h(huán)境濕度的檢測(cè)與調(diào)節(jié)儀器的設(shè)計(jì)和開發(fā)具有非常大的市場(chǎng)前景和實(shí)用價(jià)值。1.2課題研究現(xiàn)狀隨著社會(huì)的開展，濕度檢測(cè)系統(tǒng)在工業(yè)、農(nóng)業(yè)等方面，應(yīng)用越來越廣泛，面對(duì)著工業(yè)、農(nóng)業(yè)等行業(yè)對(duì)濕度檢測(cè)的日益需求，對(duì)濕度檢測(cè)系統(tǒng)精確性的嚴(yán)格要求，為保證日常工作的順利進(jìn)行，首要問題是加強(qiáng)濕度的監(jiān)測(cè)工作，在這種新形勢(shì)的要求下，傳統(tǒng)的方法是用與濕度表、毛發(fā)濕度表、雙金屬式測(cè)量計(jì)和濕度試紙等測(cè)試器材，通過人工進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)不符合濕度要求的地方進(jìn)行通風(fēng)、去濕等工作。這種人工測(cè)試方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力、效率低，且測(cè)試的濕度誤差大，隨機(jī)性大。因此我們需要一種造價(jià)低廉、使用方便且測(cè)量準(zhǔn)確的濕度檢測(cè)系統(tǒng)。1.3課題的目標(biāo)和意義隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的開展和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，許多情況下都需要對(duì)環(huán)境的濕度進(jìn)行限定，因此，必須在某些特定環(huán)境安裝濕度檢測(cè)系統(tǒng)及報(bào)警器以進(jìn)行監(jiān)控。為此，題目研究利用HS1101濕度傳感器的測(cè)濕快速、使用簡(jiǎn)便等特點(diǎn)，同時(shí)結(jié)合SST89E516RD單片機(jī)強(qiáng)大的功能，設(shè)計(jì)了一個(gè)檢測(cè)和監(jiān)控系統(tǒng)來對(duì)濕度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控以進(jìn)行超限報(bào)警。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)測(cè)量準(zhǔn)確、調(diào)試方便、可實(shí)時(shí)記錄報(bào)警信息、方便工作人員排故，并可廣泛應(yīng)用于條件惡劣、人員不便進(jìn)入的場(chǎng)合。本課題的主要意義就在于讓我們將所學(xué)的知識(shí)很好的應(yīng)用，讓我們所掌握使用的高級(jí)語言KeilC對(duì)單片機(jī)編程技術(shù)、Protues對(duì)原理圖的設(shè)計(jì)及仿真應(yīng)用、Labview軟件實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)的串口通信以及建立非接觸測(cè)量的概念等知識(shí)良好應(yīng)用到畢業(yè)設(shè)計(jì)中，提高我們的的實(shí)際工作技能。1.4本課題研究的主要設(shè)計(jì)目的及擬采取的技術(shù)路線研究本系統(tǒng)包括兩方面任務(wù)：其一是對(duì)硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，保證系統(tǒng)的檢測(cè)精度不小于±2％RH，通過555振蕩電路的驅(qū)動(dòng)，檢測(cè)濕度范圍為0％～100％RH等，使其具有很強(qiáng)的實(shí)用性。其二是軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，使其在電腦上實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)顯示功能，保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。本課題要做的是分布式濕度測(cè)量系統(tǒng)的仿真與實(shí)現(xiàn)，而本課題擬采用的技術(shù)路線是通過濕度傳感器HS1101采集頻率數(shù)據(jù)，將其傳送到單片機(jī)，再通過單片機(jī)的USB串口將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中，再在計(jì)算機(jī)中調(diào)用Labview軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理及顯示。分布式濕度測(cè)量系統(tǒng)的仿真是由Proteus軟件與KeilC51以及Labview三個(gè)軟件進(jìn)行聯(lián)合仿真實(shí)現(xiàn)的；分布式濕度測(cè)量系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)是做好硬件實(shí)物后，將實(shí)物與計(jì)算機(jī)用串口連接好后，再在計(jì)算機(jī)中啟動(dòng)Labview軟件，調(diào)節(jié)好參數(shù)啟動(dòng)即可實(shí)現(xiàn)分布式濕度測(cè)量系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。1.5本文結(jié)構(gòu)本文通過基于PROTEUS的分布式濕度測(cè)量系統(tǒng)仿真與實(shí)現(xiàn)。第一章：緒論〔本章闡述了課題的研究背景，課題研究現(xiàn)狀，課題的目標(biāo)和意義，本課題研究的主要設(shè)計(jì)目的及擬采取的技術(shù)路線及本文結(jié)構(gòu)?！车诙拢簼穸群?jiǎn)介〔本章簡(jiǎn)單介紹了濕度的根本概念，濕度檢測(cè)的應(yīng)用領(lǐng)域，常見的濕度檢測(cè)方法及特點(diǎn)，濕度測(cè)量技術(shù)的開展趨勢(shì)和濕度檢測(cè)方案的選擇，本課題設(shè)計(jì)所用到的設(shè)計(jì)?！车谌拢褐饕骷败浖?jiǎn)介〔本章主要介紹Proteus、Labview以及KeilC51軟件，介紹濕度傳感器HS1101及SST89E516RD單片機(jī)。〕第四章：總體設(shè)計(jì)第五章：詳細(xì)設(shè)計(jì)〔本章主要介紹系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)及其軟件設(shè)計(jì)?！车诹拢合到y(tǒng)仿真〔本章主要介紹系統(tǒng)的軟件模擬仿真結(jié)果和硬件仿真結(jié)果?！车谄哒拢涸O(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)與調(diào)試第八章：總結(jié)與缺乏第二章濕度簡(jiǎn)介2.1濕度的根本概念濕度是表示空氣中水蒸氣的含量的物理量[1]，常用絕對(duì)濕度、相對(duì)濕度、露點(diǎn)等表示。所謂絕對(duì)濕度就是單位體積空氣內(nèi)所含水蒸氣的質(zhì)量，也就是指空氣中水蒸氣的密度。絕對(duì)濕度一般用一立方米空氣中所含水蒸氣的克數(shù)表示，即為Ha＝mV/V，式中，Ha表示絕對(duì)濕度值，mV為待測(cè)空氣中水蒸氣質(zhì)量，V為待測(cè)空氣的總體積。單位為g/。相對(duì)濕度是表示空氣中實(shí)際所含水蒸氣的分壓()和同溫度下飽和水蒸氣的分壓()的百分比，即HT＝(/)T×100％RH。通常，用RH％表示相對(duì)濕度。當(dāng)溫度和壓力變化時(shí)，因飽和水蒸氣變化，所以氣體中的水蒸氣壓即使相同，其相對(duì)濕度也發(fā)生變化。日常生活中所說的空氣濕度，實(shí)際上就是指相對(duì)濕度而言。溫度高的氣體，含水蒸氣越多。假設(shè)將其氣體冷卻，即使其中所含水蒸氣量不變，相對(duì)濕度將逐漸增加，增到某一個(gè)溫度時(shí)，相對(duì)濕度達(dá)100％，呈飽和狀態(tài)，再冷卻時(shí)，蒸氣的一局部凝聚生成露，把這個(gè)溫度稱為露點(diǎn)溫度。2.2濕度檢測(cè)的應(yīng)用領(lǐng)域人工氣候室是在環(huán)境試驗(yàn)、科學(xué)研究〔諸如種養(yǎng)殖、植保、組培、生物工程〕等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛的實(shí)驗(yàn)設(shè)備。它能模擬自然界的各種氣象條件，按照實(shí)驗(yàn)要求精確控制室內(nèi)的溫度、濕度、光照以及CO2等指標(biāo)，復(fù)現(xiàn)各種氣候環(huán)境。為研究不同物種的生長(zhǎng)、發(fā)育、生理、生化過程創(chuàng)造了環(huán)境條件。因此，人工氣候室廣泛應(yīng)用在科研、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、冶金、化工、林業(yè)、環(huán)境科學(xué)及生物遺傳工程等領(lǐng)域。在人們的日常生活中，人們的居住空間也是一個(gè)人工環(huán)境?？諝馕廴?，直接威脅人們的身體健康；噪音污染，影響人的情緒、工作、休息、飲食，可以導(dǎo)致神經(jīng)衰弱；溫度過熱、過冷，導(dǎo)致人的不適，消耗電能；空氣過濕，將使人們感到沉悶和窒息；空氣過燥，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。如果自動(dòng)控制這個(gè)最常見的空間，人的生活將更舒適。所以說，這是一個(gè)很有開展前途的課題，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)進(jìn)行了相關(guān)的研究[2]。本文也就其中最難測(cè)量的物理量——濕度進(jìn)行研究。2.3常見的濕度檢測(cè)方法及特點(diǎn)濕度測(cè)量從原理上劃分有二、三十種之多。但濕度測(cè)量始終是世界計(jì)量領(lǐng)域中著名的難題之一。一個(gè)看似簡(jiǎn)單的量值，深究起來，涉及相當(dāng)復(fù)雜的物理—化學(xué)理論分析和計(jì)算[3]。常見的濕度測(cè)量方法有：動(dòng)態(tài)法〔雙壓法、雙溫法、分流法〕，靜態(tài)法〔飽和鹽法、硫酸法〕，露點(diǎn)法，干濕球法和電子式傳感器法。1.雙壓法、雙溫法是基于熱力學(xué)P、V、T平衡原理，平衡時(shí)間較長(zhǎng)，分流法是基于絕對(duì)濕氣和絕對(duì)干空氣的精確混合。由于采用了現(xiàn)代測(cè)控手段，這些設(shè)備可以做得相當(dāng)精密，主要作為標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量之用，其測(cè)量精度可到達(dá)±2%RH以上，但是設(shè)備復(fù)雜，昂貴，運(yùn)作費(fèi)時(shí)費(fèi)工。2.靜態(tài)法中的飽和鹽法，是濕度測(cè)量中最常見的方法，簡(jiǎn)單易行。但飽和鹽法對(duì)液、氣兩相的平衡要求很嚴(yán)，對(duì)環(huán)境溫度的穩(wěn)定要求較高。用起來要求等很長(zhǎng)時(shí)間去平衡，低濕點(diǎn)要求更長(zhǎng)。特別在室內(nèi)濕度和瓶?jī)?nèi)濕度差值較大時(shí)，每次開啟都需要平衡6～8小時(shí)。3.露點(diǎn)法是測(cè)量濕空氣到達(dá)飽和時(shí)的溫度，是熱力學(xué)的直接結(jié)果，準(zhǔn)確度高，測(cè)量范圍寬。計(jì)量用的精密露點(diǎn)儀準(zhǔn)確度可達(dá)±0.2℃甚至更高。但用現(xiàn)代光—電原理的冷鏡式露點(diǎn)儀價(jià)格昂貴，常和標(biāo)準(zhǔn)濕度發(fā)生器配套使用。4.干濕球法，這是18世紀(jì)就創(chuàng)造的測(cè)濕方法。歷史悠久，使用最普遍。干濕球法是一種間接方法，它用干濕球方程換算出濕度值，而此方程是有條件的：即在濕球附近的風(fēng)速必需到達(dá)2.5m/s以上。普通用的干濕球溫度計(jì)將此條件簡(jiǎn)化了，所以其準(zhǔn)確度只有5～7%RH,干濕球也不屬于靜態(tài)法，不要簡(jiǎn)單地認(rèn)為只要提高兩支溫度計(jì)的測(cè)量精度就等于提高了濕度計(jì)的測(cè)量精度。5.電子式濕度傳感器法。電子式濕度傳感器產(chǎn)品及濕度測(cè)量屬于90年代興起的行業(yè),近年來，國(guó)內(nèi)外在濕度傳感器研發(fā)領(lǐng)域取得了長(zhǎng)足進(jìn)步。濕敏傳感器正從簡(jiǎn)單的濕敏元件向集成化、智能化、多參數(shù)檢測(cè)的方向迅速開展，為開發(fā)新一代濕度測(cè)控系統(tǒng)創(chuàng)造了有利條件，也將濕度測(cè)量技術(shù)提高到新的水平。2.4濕度測(cè)量技術(shù)的開展趨勢(shì)1.廣泛采用新技術(shù)、新工藝隨著科技的進(jìn)步，許多新技術(shù)和新工藝被應(yīng)用到濕度測(cè)量領(lǐng)域中[4]。例如，瑞士Sensiron公司采用CMOSens〔Ce-mo-Sens〕專利技術(shù)為高精度濕度傳感器系統(tǒng)設(shè)置精度。其特征是將半導(dǎo)體芯片〔CMOS〕與傳感器技術(shù)融合，為開發(fā)高集成度、智能化、高精度、高可靠性的濕度檢測(cè)系統(tǒng)提供了解決方案。該項(xiàng)技術(shù)亦稱“Sensmitter〞，它代表傳感器〔sensor〕與變送器〔transmitter〕的有機(jī)結(jié)合。盡管SHT11/15屬于傳感器范疇，但具有創(chuàng)新性的CMOSens技術(shù)使之兼有變送器的功能，便于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成。Honeywell公司生產(chǎn)的HIH－3610型濕度傳感器，能在高溫，有化學(xué)液體或氣體的環(huán)境下正常工作，例如可以測(cè)量含有氨、苯、甲醛等有害氣體的雞棚或豬舍中的相對(duì)濕度。即使在飽和狀態(tài)下，傳感器也很容易從短期凝結(jié)中恢復(fù)過來。HIH－3610芯片上有一層起保護(hù)作用的亞硝酸鹽鈍化層，在安裝過程中不易損壞。2.提高測(cè)量精度和分辨力目前，國(guó)內(nèi)外已相繼推出多種高精度、高分辨力的智能濕度傳感器，SHT11/15型智能化濕度傳感器系統(tǒng)測(cè)量相對(duì)濕度的范圍是0～100％，分辨力達(dá)0.03％RH，最高精度為±2％RH。測(cè)量露點(diǎn)的精度＜±1℃。在測(cè)量濕度時(shí)A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)分別可達(dá)12位、14位。利用降低分辨力的方法可以提高測(cè)量速率，減小芯片的功耗。SHT11/15的產(chǎn)品互換性好，響應(yīng)速度快，抗干擾能力強(qiáng)，不需要外部元件，適配各種單片機(jī)，可廣泛用于醫(yī)療設(shè)備及溫度/濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)中。3.增加測(cè)試功能新型智能濕度傳感器的測(cè)試功能也在不斷增強(qiáng)[5]。例如，DS1629型單線智能濕度傳感器增加了實(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)的存儲(chǔ)器，可存儲(chǔ)用戶的短信息。另外，智能濕度傳感器正從單通道向多通道的方向開展，這就為研制和開發(fā)多路濕度測(cè)控系統(tǒng)創(chuàng)造了良好條件。2.5濕度檢測(cè)方案的選擇現(xiàn)代濕度測(cè)量方法最主要的有兩種：一是干濕球測(cè)濕法，二是電子式濕度傳感器測(cè)濕法[6]。下面簡(jiǎn)單介紹一下干濕球濕度計(jì)的特點(diǎn)。早在18世紀(jì)人類就創(chuàng)造了干濕球濕度計(jì)，干濕球濕度計(jì)的準(zhǔn)確度取決于干球、濕球兩支溫度計(jì)本身的精度；濕度計(jì)必須處于通風(fēng)狀態(tài)：只有紗布水套、水質(zhì)、風(fēng)速都滿足一定要求時(shí)，才能到達(dá)規(guī)定的準(zhǔn)確度。干濕球濕度計(jì)的準(zhǔn)確度只有5％～7％RH。而且，干濕球測(cè)濕法采用間接測(cè)量方法，通過測(cè)量干球、濕球的溫度經(jīng)過計(jì)算得到濕度值，因此對(duì)使用溫度沒有嚴(yán)格限制，在高溫環(huán)境下測(cè)濕不會(huì)對(duì)傳感器造成損壞。干濕球測(cè)濕法的維護(hù)相當(dāng)簡(jiǎn)單，在實(shí)際使用中，只需定期給濕球加水及更換濕球紗布即可。接下來，簡(jiǎn)單介紹一下電子式濕度傳感器的特點(diǎn)。電子式濕度傳感器的準(zhǔn)確度可以到達(dá)2％～3％RH。電子式濕度傳感器的精度水平要結(jié)合其長(zhǎng)期穩(wěn)定性去判斷。濕度傳感器是采用半導(dǎo)體技術(shù)，因此對(duì)使用的環(huán)境溫度有要求，超過其規(guī)定的使用溫度將對(duì)傳感器造成損壞。所以電子式濕度傳感器測(cè)濕方法更適合于在潔凈及常溫的場(chǎng)合使用。而電子式濕度傳感器是近幾十年，特別是近20年才迅速開展起來的。濕度傳感器生產(chǎn)廠在產(chǎn)品出廠前都要采用標(biāo)準(zhǔn)濕度發(fā)生器來逐支標(biāo)定，電子式濕度傳感器的準(zhǔn)確度可以到達(dá)2％～3％RH。通過上述兩種濕度檢測(cè)方法的分析，不難發(fā)現(xiàn)：電子式傳感器測(cè)濕法和干濕球測(cè)濕法相比具有精度高、操作簡(jiǎn)單、易于控制等特點(diǎn)。另外，前者可外加單片機(jī)等控制器來構(gòu)成一個(gè)智能檢測(cè)系統(tǒng)，而后者不能直觀準(zhǔn)確的顯示出濕度值，造成使用上的不方便。因而本課題采用電子式傳感器測(cè)濕法進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)。第三章主要器件及軟件簡(jiǎn)介3.1單片機(jī)仿真軟件ProteusProteus軟件是英國(guó)Labcenterelectronics公司出版的EDA工具軟件[7]。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。3.1.1Proteus主要功能原理布圖PCB自動(dòng)或人工布線SPICE電路仿真3.1.2Proteus的用途及其在本系統(tǒng)中的作用單片機(jī)在很多產(chǎn)品中得到廣泛的應(yīng)用，無論是51系列、AVR、還是PIC系列，他們各有各的特點(diǎn)，學(xué)習(xí)者也是逐年增加，但是在學(xué)習(xí)開發(fā)過程中，我們往往在確定方案后做試驗(yàn)的開支往往比擬大，尤其是對(duì)于一些學(xué)生或者初學(xué)者這就可能成為他們學(xué)習(xí)的障礙。我們使用Proteus軟件進(jìn)行模擬仿真，這樣大大節(jié)省了時(shí)間和開發(fā)費(fèi)。尤其將此軟件用在單片機(jī)開發(fā)中是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。在本系統(tǒng)中，Proteus軟件的用途首先是畫出硬件原理圖，其次是將軟件加載進(jìn)去，進(jìn)行模擬仿真，在仿真的過程中對(duì)軟件和硬件進(jìn)行完善，最后完成整個(gè)硬件與軟件系統(tǒng)。3.2本系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理及顯示軟件Labview3.2.1虛擬儀器虛擬儀器〔VirtualInstrumention〕是基于計(jì)算機(jī)的儀器。計(jì)算機(jī)和儀器的密切結(jié)合是目前儀器開展的一個(gè)重要方向。粗略地說這種結(jié)合有兩種方式，一種是將計(jì)算機(jī)裝入儀器，其典型的例子就是所謂智能化的儀器。隨著計(jì)算機(jī)功能的日益強(qiáng)大以及其體積的日趨縮小，這類儀器功能也越來越強(qiáng)大，目前已經(jīng)出現(xiàn)含嵌入式系統(tǒng)的儀器。另一種方式是將儀器裝入計(jì)算機(jī)。以通用的計(jì)算機(jī)硬件及操作系統(tǒng)為依托，實(shí)現(xiàn)各種儀器功能。虛擬儀器主要是指這種方式。下面的框圖反映了常見的虛擬儀器方案。虛擬儀器的主要特點(diǎn)有：1.盡可能采用了通用的硬件，各種儀器的差異主要是軟件。2.可充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)的能力，有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能，可以創(chuàng)造出功能更強(qiáng)的儀器。3.用戶可以根據(jù)自己的需要定義和制造各種儀器。虛擬儀器實(shí)際上是一個(gè)按照儀器需求組織的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。虛擬儀器的研究中涉及的根底理論主要有計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集和數(shù)字信號(hào)處理。目前在這一領(lǐng)域內(nèi)，使用較為廣泛的計(jì)算機(jī)語言是美國(guó)NI公司的LabVIEW。LabVIEW是一種程序開發(fā)環(huán)境[8]，由美國(guó)國(guó)家儀器〔NI〕公司研制開發(fā)的，類似于C和BASIC開發(fā)環(huán)境，但是LabVIEW與其他計(jì)算機(jī)語言的顯著區(qū)別是：其他計(jì)算機(jī)語言都是采用基于文本的語言產(chǎn)生代碼，而LabVIEW使用的是圖形化編輯語言G編寫程序，產(chǎn)生的程序是框圖的形式。與C和BASIC一樣，LabVIEW也是通用的編程系統(tǒng)，有一個(gè)完成任何編程任務(wù)的龐大函數(shù)庫。LabVIEW的函數(shù)庫包括數(shù)據(jù)采集、GPIB、串口控制、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)顯示及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，等等。LabVIEW也有傳統(tǒng)的程序調(diào)試工具，如設(shè)置斷點(diǎn)、以動(dòng)畫方式顯示數(shù)據(jù)及其子程序〔子VI〕的結(jié)果、單步執(zhí)行等等，便于程序的調(diào)試。3.2.2LabView軟件的用途及其在本課題中的用途用途：應(yīng)用于生產(chǎn)檢測(cè)、應(yīng)用于研究和分析、應(yīng)用于過程控制和工業(yè)自動(dòng)化、應(yīng)用于機(jī)器監(jiān)控。本課題中的用途：在本課題中，Labview用途很大，它將USB串口傳輸過來的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，通過Labview軟件將其波形圖，頻率，濕度值顯示出來，是本課題硬件與軟件系統(tǒng)不可或缺的一局部。3.2.3LabView軟件的特點(diǎn)所見即所得〞的可視化技術(shù)建立人機(jī)界面。采用數(shù)據(jù)流編程模式，是能夠同時(shí)運(yùn)行多個(gè)程序的多任務(wù)系統(tǒng)。提供了豐富的用于數(shù)據(jù)采集、分析、表達(dá)及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的函數(shù)庫。提供如設(shè)置斷點(diǎn)、單步運(yùn)行,高亮執(zhí)行等調(diào)試工具,使程序的調(diào)試和開發(fā)更為便捷。內(nèi)置了PCI、DAQ、GPIB、PXI、VXI、RS-232和RS485在內(nèi)的各種儀器通信總線標(biāo)準(zhǔn)的所有功能函數(shù),支持?jǐn)?shù)據(jù)采集卡和GPIB、串口設(shè)備、VXI儀器、PLC、工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線以及用戶特殊的硬件板卡。具有強(qiáng)大的外部接口能力，可以實(shí)現(xiàn)LabVIEW與外部的應(yīng)用軟件(如Word，Excel等)、C語言、WindowsAPI、MATLAB等編程語言之間的通信。強(qiáng)大的Internet功能,內(nèi)置了便于應(yīng)用TCP/IP、DDE、ActiveX等軟件標(biāo)準(zhǔn)的庫函數(shù)。支持常用網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,方便網(wǎng)絡(luò)、遠(yuǎn)程測(cè)控儀器的開發(fā)。支持多操作系統(tǒng)平臺(tái)可直接移植到其它平臺(tái)上3.3程序調(diào)試軟件KeilC51KEIL[9]德國(guó)開發(fā)的一個(gè)51單片機(jī)開發(fā)軟件平臺(tái)，最開始只是一個(gè)支持C語言和匯編語言的編譯器軟件。后來隨著開發(fā)人員的不斷努力以及版本的不斷升級(jí)，使它已經(jīng)成為了一個(gè)重要的單片機(jī)開發(fā)平臺(tái)，不過KEIL的界面并不是非常復(fù)雜，操作也不是非常困難，很多工程師的開發(fā)的優(yōu)秀程序都是在KEIL的平臺(tái)上編寫出來的。可以說它是一個(gè)比擬重要的軟件，熟悉他的人很多很多，用戶群極為龐大，要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過偉福等廠家軟件用戶群，操作有不懂的地方只要找相關(guān)的書看看，到相關(guān)的單片機(jī)技術(shù)論壇問問，很快就可以掌握它的根本使用了。在本課題中KeilC51主要是實(shí)現(xiàn)程序的編譯及調(diào)試，以及實(shí)現(xiàn)軟件仿真中程序的加載及其控制，在硬件仿真中實(shí)現(xiàn)將程序加載到單片機(jī)中，實(shí)現(xiàn)硬件工作的驅(qū)動(dòng)。3.4濕度傳感器電容HS1101簡(jiǎn)介3.4.1濕度傳感器HS1101與其他傳感器相比的優(yōu)點(diǎn)濕度傳感器HS1101與其它傳感器相比，其優(yōu)點(diǎn)在于：在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下不需校正、可用于線性電壓或頻率輸出回路、反響時(shí)間快、其精確性比其它傳感器高，而且其價(jià)格相對(duì)其它傳感器要廉價(jià)，其實(shí)用價(jià)值和性價(jià)比高。3.2.3濕度傳感器電容HS1101簡(jiǎn)介濕度傳感器HS1101是基于獨(dú)特工藝設(shè)計(jì)的電容元件，這些相對(duì)濕度傳感器可以大批量生產(chǎn)?？梢詰?yīng)用于辦公室自動(dòng)化，車廂內(nèi)空氣質(zhì)量控制，家電，工業(yè)控制系統(tǒng)等。它有以下幾個(gè)顯著的特點(diǎn)：全互換性，在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下不需校正長(zhǎng)時(shí)間飽和下快速脫濕可以自動(dòng)化焊接，包括波峰或水浸高可靠性與長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定性專利的固態(tài)聚合物結(jié)構(gòu)可用于線性電壓或頻率輸出回路快速反響時(shí)間HS1101的簡(jiǎn)單物照?qǐng)D如圖3-1[10]圖3-1：HS1101實(shí)物照相對(duì)濕度在0%～100%RH范圍內(nèi)；電容量由162pF變到200pF,其誤差不大于2%RH；響應(yīng)時(shí)間小于5s；溫度系統(tǒng)為0.04pF/℃。可見其精度是較高的。其濕度－電容響應(yīng)曲線如圖3-2：2040608010020406080100200190180170電容F圖3-2：HS1101濕度－電容響應(yīng)曲線HS1101的一些常用參數(shù)如表3-1：表3-1：HS1101常用參數(shù)參數(shù)符號(hào)參數(shù)值單位工作溫度Ta-40～100℃儲(chǔ)存溫度Tstg-40～125℃供電電壓Vs10Vac濕度范圍RH0～100%RH焊接時(shí)間@=260℃t10S3.2.3濕度傳感器HS1101的電路連接濕度傳感器HS1101要連接在555振蕩電路中進(jìn)行工作，其相當(dāng)于一個(gè)電容，通過555振蕩電路將頻率傳輸出去，其連接電路圖如下列圖3-3所示。圖3-3濕度傳感器HS1101連接電路3.5SST89E516RD單片機(jī)簡(jiǎn)介SST89E516RD單片機(jī)[11]可靠性高，價(jià)格低廉，軟硬件全兼容8051/52系列單片機(jī),原有資源均可使用。最高工作頻率可達(dá)40MHz，內(nèi)部具有64K+8KB的FALSHROM存儲(chǔ)器，可反復(fù)讀寫超過十萬次。在應(yīng)用中根本無需再擴(kuò)展程序儲(chǔ)存器。此外內(nèi)部數(shù)據(jù)RAM達(dá)1K字節(jié)，能滿足大多數(shù)應(yīng)用，比標(biāo)準(zhǔn)51機(jī)的RAM大8倍。最重要的是該型單片機(jī)，支持在應(yīng)用可編程〔IAP〕，和在系統(tǒng)可編程〔ISP〕，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程升級(jí)，而不用編程器。SST公司專門為該型單片機(jī)開發(fā)了SoftICE〔SoftwareInCircuitEmulator〕在線的軟件仿真器軟件。它是SST公司為方便SST用戶使用、調(diào)試SST單片機(jī)所開發(fā)的開發(fā)工具。SST的仿真器功能可以代替大局部的專用仿真器，使單片機(jī)工程師在開發(fā)單片機(jī)時(shí)省卻了價(jià)格昂貴的仿真器和編程器，使得51單片機(jī)的開發(fā)更加容易和普及。第四章總體設(shè)計(jì)4.1系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)思想本課題雖然采用的是電子式傳感器測(cè)濕法進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，但它與傳統(tǒng)的電子式傳感器濕法又有不同，傳統(tǒng)的是用濕度傳感器通過單片機(jī)等的處理把數(shù)據(jù)傳送到數(shù)碼管上顯現(xiàn)出來，而我采用的是通過濕度傳感器采集數(shù)據(jù)，再通過單片機(jī)直接將數(shù)據(jù)傳送到計(jì)算機(jī)上，這樣不僅具有實(shí)時(shí)性，而且還比傳統(tǒng)的方法節(jié)約了時(shí)間，提高了檢測(cè)效率，而且在計(jì)算機(jī)上通過Labview處理后，顯示出來的數(shù)據(jù)更加直觀，便于對(duì)其進(jìn)行控制處理。本課題采用的方法是將濕度傳感器HS1101在555振蕩電路的工作電路中將采集到的頻率傳送到單片機(jī)中，再由單片機(jī)通過USB串口將頻率數(shù)據(jù)傳送到PC計(jì)算機(jī)中，再調(diào)用計(jì)算機(jī)中的Labview軟件對(duì)傳送過來的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并在PC計(jì)算機(jī)上通過Labview軟件將其波形圖，頻率，濕度值顯示出來。4.2系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖本系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)是：首先將濕度傳感器連接在555振蕩電路中，在555震蕩器的工作下將采集到的頻率數(shù)據(jù)傳送到單片機(jī)中，再經(jīng)過的單片機(jī)控制其數(shù)據(jù)傳輸，通過USB串口能很好的與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信，再在計(jì)算機(jī)中啟動(dòng)Labview軟件對(duì)傳送到計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理及在計(jì)算機(jī)上顯示出來。系統(tǒng)框圖如下列圖4-1圖4-1系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖4.3各模塊的實(shí)現(xiàn)方法及功能4.3.1硬件實(shí)現(xiàn)模塊〔1〕數(shù)據(jù)采集模塊將濕度傳感器HS1101連接在555振蕩電路中，通過振蕩電路，將每次采集到的頻率傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)中,HSll00濕度傳感器是一種基于電容原理的濕度傳感器，相對(duì)濕度的變化和電容值呈線性規(guī)律。在自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)中，電容值隨著空氣濕度的變化而變化，因此將電容值的變化轉(zhuǎn)換成電壓或頻率的變化，才能進(jìn)行有效地?cái)?shù)據(jù)采集。用555集成電路組成振蕩電路，HS1100濕度傳感器充當(dāng)振蕩電容，從而完成濕度到頻率的轉(zhuǎn)換。這一模塊實(shí)現(xiàn)的功能是完成濕度到頻率的轉(zhuǎn)換，完成頻率數(shù)據(jù)的采集功能。〔2〕單片機(jī)數(shù)據(jù)傳輸模塊：將頻率數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)后，單片機(jī)啟動(dòng)定時(shí)器與中斷控制，將數(shù)據(jù)通過USB串口傳輸?shù)接?jì)算機(jī)上。這一模塊實(shí)現(xiàn)的是控制數(shù)據(jù)的傳輸速率，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與PC計(jì)算機(jī)通信的暢通。4.3.2軟件實(shí)現(xiàn)模塊Labview軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理及顯示模塊：數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇C計(jì)算機(jī)后，調(diào)用Labview進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理及其在計(jì)算機(jī)上直觀的顯示出來。LabVIEW的濕度顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)包含以下局部：數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)處理、控制信號(hào)輸出接口電路設(shè)計(jì)及其他附屬功能的設(shè)計(jì)。數(shù)據(jù)傳輸模塊將檢測(cè)信號(hào)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)，當(dāng)數(shù)據(jù)進(jìn)入計(jì)算機(jī)后，在LabVIEW平臺(tái)上，經(jīng)數(shù)據(jù)處理子程序、溫濕度檢測(cè)子程序?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)，同時(shí)在前面板實(shí)時(shí)輸出濕度曲線。這一模塊的功能就是實(shí)現(xiàn)將傳輸?shù)接?jì)算機(jī)上的頻率數(shù)據(jù)進(jìn)行處理處理后直觀的在計(jì)算機(jī)上顯示出來。第五章詳細(xì)設(shè)計(jì)5.1系統(tǒng)硬件局部設(shè)計(jì)基于PROTEUS的分布式濕度測(cè)量系統(tǒng)仿真與實(shí)現(xiàn)硬件設(shè)計(jì)主要包括：1.系統(tǒng)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.系統(tǒng)復(fù)位電路的設(shè)計(jì)3.濕度傳感器HS1101與555振蕩器局部的設(shè)計(jì)4.系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)原理圖5.1.1最小系統(tǒng)電路大多數(shù)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)使用最小系統(tǒng)即可。只有較特殊的應(yīng)用才進(jìn)行電路擴(kuò)展。由于SST89E516RD的存儲(chǔ)空間較大，所以大多數(shù)應(yīng)用中，都不用對(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行擴(kuò)展。這樣可極大簡(jiǎn)化電路的設(shè)計(jì)和本錢。所謂最小系統(tǒng)，是指能使單片機(jī)正常工作的最簡(jiǎn)單電路。參見下列圖。可見最小系統(tǒng)電路所需元件數(shù)量很少。SST89E516RD的電路原理如下列圖5-1所示。圖5-1最小系統(tǒng)電路5.1.2系統(tǒng)復(fù)位電路的設(shè)計(jì)智能系統(tǒng)一般應(yīng)有手動(dòng)和上電復(fù)位電路。復(fù)位電路的實(shí)現(xiàn)通常有兩種實(shí)現(xiàn)方式：即用RC電路和μP監(jiān)控電路。前者電路實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，本錢低，但復(fù)位可靠性相對(duì)較低；后者本錢比擬高，但復(fù)位可靠性高。對(duì)于復(fù)位要求高,并對(duì)電源電壓進(jìn)行監(jiān)視的場(chǎng)合，大多采用這種方式。〔1〕μP監(jiān)控電路專用μP監(jiān)控電路又稱電源監(jiān)視電路，具有上電時(shí)可產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)和電源電壓跌落到“門檻值〞時(shí)可產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)等功能。按有效電平分，有高電平輸出、低電平輸出兩種；按功能分，有簡(jiǎn)單的電源監(jiān)視復(fù)位電路、帶“看門狗〞定時(shí)器〔WATCHDOGTimer,WAT〕的監(jiān)控電路等多種類型。比擬常見的生產(chǎn)廠家有MAXIM，Plilips，IMP及DALLS等，51系列微處理器中常用的型號(hào)有MAX831L、MAX809、X25043/5等?！?〕RC復(fù)位電路本系統(tǒng)采用的是開關(guān)按鈕直接按下復(fù)位，它是基于RC復(fù)位方式。RC復(fù)位電路的實(shí)質(zhì)是一階充放電電路。該電路提供有效的復(fù)位信號(hào)RST〔高電平〕直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后撤消復(fù)位信號(hào)〔低電平〕。從理論上說，51系列單片機(jī)復(fù)位引腳只要外加兩個(gè)機(jī)器周期的有效信號(hào)即可復(fù)位，設(shè)t為保持高電平的時(shí)間，只要保證t=RC>2M(M為機(jī)器周期)便可。但是在實(shí)際設(shè)計(jì)中，通常C3值為10μF以上，R1通常取值10KΩ左右。實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，R1如果取值太小，例如1KΩ，那么會(huì)導(dǎo)致RST信號(hào)驅(qū)動(dòng)能力變差而無法使系統(tǒng)可靠復(fù)位，系統(tǒng)復(fù)位電路如下列圖5-2所示。圖5-2系統(tǒng)復(fù)位電路5.1.3濕度傳感器HS1101與555振蕩器局部的設(shè)計(jì)HS1101濕度傳感器采用專利設(shè)計(jì)的固態(tài)聚合物結(jié)構(gòu)，具有響應(yīng)時(shí)間快、高可靠性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性特點(diǎn)，不需要校準(zhǔn)的完全互換性。HS1101濕度傳感器在電路中等效于一個(gè)電容器Cx，其電容隨所測(cè)空氣的濕度增大而增大，在相對(duì)濕度為0%-100%RH的范圍內(nèi)，電容的容量由160pF變化到200pF，其誤差不大于±2%RH，響應(yīng)時(shí)間小于5s，溫度系數(shù)為0.04pF/℃。HS1101測(cè)量濕度采用將HS1101置于555振蕩電路中，將電容值的變化轉(zhuǎn)換成電壓頻率信號(hào)，可以直接被微處理器采集，電路圖如下5-3所示。圖5-3濕度傳感器HS1101連接電路555芯片[12]外接電阻R3，R4與HS1101，構(gòu)成對(duì)HS1101的充電回路。7端通過芯片內(nèi)部的晶體管對(duì)地短路實(shí)現(xiàn)對(duì)HS1101的放電回路，并將引腳2，6端相連引入到片內(nèi)比擬器，構(gòu)成一個(gè)多諧波振蕩器，其中，R3相對(duì)于R4必須非常的小，但決不能低于一個(gè)最小值。R4是防止短路的保護(hù)電阻。HS1101作為一個(gè)變化的電容器，連接2和6引腳。引腳作為R3的短路引腳。HS1101的等效電容通過R3和R4充電到達(dá)上限電壓〔近似于0.67

VCC，時(shí)間記為T1〕，這時(shí)555的引腳3由高電平變?yōu)榈碗娖?，然后通過R4開始放電，由于R3被7引腳內(nèi)部短路接地，所以只放電到觸發(fā)界線〔近似于0.33

VCC，時(shí)間記為T2〕，這時(shí)555芯片的引腳3變?yōu)楦唠娖?。通過不同的兩個(gè)電阻進(jìn)行傳感器的不停充放電，產(chǎn)生方波輸出。〔1)其充電放電時(shí)間分別為：充電時(shí)間為：。放電時(shí)間為：?！?)輸出波形的頻率和占空比的計(jì)算公式如下：輸出波形頻率：。占空比：?！?)由此可以看出，空氣相對(duì)濕度與555芯片輸出頻率存在一定線性關(guān)系。表5-1給出了典型頻率濕度關(guān)系〔參考點(diǎn)：25℃，相對(duì)濕度：55%，輸出頻率：6.208kHz〕。可以通過微處理器采集555芯片的頻率，然后查表即可得出相對(duì)濕度值。為了更好提高測(cè)量精度，將采用下位機(jī)負(fù)責(zé)采集頻率，將頻率值送入上位機(jī)進(jìn)行分段處理。其中為相對(duì)濕度值表5-1給出典型頻率濕度關(guān)系〔參考6208Hz為55%RH/25℃〕RH0102030405060708090100Frequency685267346618650363886271615260295901576656235.1.4硬件的總體設(shè)計(jì)根據(jù)總體設(shè)計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖，對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行了設(shè)計(jì)和分析，最后完成了整個(gè)系統(tǒng)硬件電路原理圖〔如圖5-4〕。圖5-4總體設(shè)計(jì)圖5.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的軟件局部設(shè)計(jì)是本課題最重要的步驟之一。系統(tǒng)程序共分兩個(gè)模塊，即濕度傳感器采集數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)并且通過USB串口將數(shù)據(jù)傳到計(jì)算機(jī)上的硬件局部工作的程序模塊、調(diào)用Labview應(yīng)用軟件將傳輸?shù)接?jì)算機(jī)上的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后顯示出來的軟件工作程序模塊這兩個(gè)模塊。每個(gè)模塊都有一定的功能，它們之間既相互獨(dú)立又相互聯(lián)系，正是由這兩個(gè)模塊的相互共同的工作，共同完成了本課題的整個(gè)軟件局部設(shè)計(jì)。5.2.1RS-232-C接口計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間或計(jì)算機(jī)與終端之間的數(shù)據(jù)傳送可以采用串行通訊和并行通訊二種方式。其中串行通訊基于它本身的使用線路少、本錢低等多個(gè)優(yōu)點(diǎn)而被廣泛使用。RS-2323-C[13]接口是目前最為常用的一種串行通訊接口。它是1970年由美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)〔EIA〕聯(lián)合貝爾系統(tǒng)、調(diào)制解調(diào)器廠家及計(jì)算機(jī)終端生產(chǎn)廠家共同制定的用于串行通訊的標(biāo)準(zhǔn)。RS-232接口標(biāo)準(zhǔn)采用25個(gè)引腳的連接器其電氣特性是：邏輯“1〞，-5—-15V；邏輯“0〞，+5—+15V。噪聲容限為2V。其物理特性有：傳輸線采用屏蔽雙絞線，傳輸電纜的長(zhǎng)度最大為50英尺。RS-232-C接口也有其缺乏的地方，主要有：接口的信號(hào)電平值較高，易損壞接口電路的芯片；傳輸速率較低，在異步傳輸時(shí)，波特率為20Kbps；接口的共地傳輸模式容易產(chǎn)生共模干擾，所以抗噪聲干擾性比擬弱；傳輸距離有限等。單片機(jī)與PC機(jī)之間基于串行接口RS-232標(biāo)準(zhǔn)的串行通信接口電路，其電平采用的是EIA電平,而單片機(jī)的串行通信是由TXD(發(fā)送數(shù)據(jù))和RXD(接收數(shù)據(jù))來進(jìn)行全雙工通信的,它們的電平是TTL電平,為了PC機(jī)與單片機(jī)之間能可靠地進(jìn)行串行通信,需要用電平轉(zhuǎn)換芯片。由于MC1488和MC1489需要±12V﹑+5V電源供電,故采用MAXIM公司生產(chǎn)的低功耗﹑單電源的MAX232芯片,因?yàn)樗陨韼в须娫措妷鹤儞Q器,可以把+5V電源變換成RS-232輸出電平所需的±10V電壓,能實(shí)現(xiàn)RS-232的技術(shù)指標(biāo),并只需要+5V的電源,為串行通信帶來了較好的性能和低廉的價(jià)格。RS-232點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接,一個(gè)串口只能連接一個(gè)外設(shè)。而USB是一種多點(diǎn)、高速的連接方式,采用集線器能實(shí)現(xiàn)更多的連接。USB接口的根本局部是串行接口引擎SIE，SIE從USB收發(fā)器中接收數(shù)據(jù)位，轉(zhuǎn)化為有效字節(jié)傳送給SIE接口；反之，SIE接口也可以接收字節(jié)轉(zhuǎn)化為串行位送到USB總線。5.2.2本課題的主程序框圖本系統(tǒng)的智能化核心是SST89E516RD單片機(jī)和Labview應(yīng)用軟件，濕度傳感器數(shù)據(jù)采集及經(jīng)過單片機(jī)將數(shù)據(jù)通過USB串口傳輸?shù)接?jì)算機(jī)上的程序全部固化在EPROM內(nèi)。它的工作過程是：當(dāng)系統(tǒng)上電后，單片機(jī)進(jìn)入工作狀態(tài)，同時(shí)完成對(duì)硬件各局部的初始化工作。當(dāng)沒有外部控制信息輸入的情況下，系統(tǒng)自動(dòng)采集濕度傳感器的頻率值，并通過單片機(jī)處理后將數(shù)據(jù)傳送到計(jì)算機(jī)中，用Labview將數(shù)據(jù)處理后在計(jì)算機(jī)上顯示出來。其主程序框圖如圖5-5所示。圖5-5主程序框圖5.2.3系統(tǒng)下位機(jī)軟件流程圖設(shè)計(jì)濕度傳感器數(shù)據(jù)采集通過555振蕩器將頻率經(jīng)過單片機(jī)將數(shù)據(jù)通過USB串口傳輸?shù)接?jì)算機(jī)上的程序流程圖，程序流程圖如5-6所示。圖5-6程序流程圖5.2.4上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)軟件的設(shè)計(jì)中通過設(shè)計(jì)選擇翻開采集界面和數(shù)據(jù)回讀界面來實(shí)現(xiàn)濕度的采集和數(shù)據(jù)的讀取，由于濕度采取的是頻率信號(hào)，所以在設(shè)計(jì)的過程中可以選擇性的翻開頻譜分析。數(shù)據(jù)的采集界面是本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，前面板由示波器、濕度值數(shù)字顯示、濕度頻率顯示等模塊組成。當(dāng)溫濕度信號(hào)傳入LabVIEW后，數(shù)字顯示和圖形顯示就會(huì)顯示出當(dāng)前所檢測(cè)到的溫濕度數(shù)值。同時(shí)，示波器也將反響出信號(hào)的波動(dòng)變化。前面板圖如5-7所示。圖5-7前面板圖Labview串口選擇、波特率選擇、及I/O緩存VI程序代碼如下列圖5-8所示：圖5-8串口相關(guān)VI程序代碼Labview數(shù)據(jù)緩沖、接收字節(jié)數(shù)顯示VI程序代碼如下列圖5-9所示：圖5-9數(shù)據(jù)緩沖區(qū)VI程序代碼Labview數(shù)據(jù)處理模塊VI程序代碼如下列圖5-10所示：圖5-10數(shù)據(jù)處理VI程序代碼Labview數(shù)據(jù)曲線顯示模塊VI程序代碼如下列圖5-11所示：圖5-11數(shù)據(jù)顯示VI程序代碼第六章系統(tǒng)仿真6.1KeilC51與Proteus程序仿真Keil與Proteus聯(lián)機(jī)調(diào)試Keil與Proteus聯(lián)機(jī)調(diào)試時(shí)需要安裝vdmagdi文件，安裝完后keil\c51\bin\文件夾里面會(huì)有VDM51.DLL，然后再進(jìn)行以下設(shè)置。Proteus7.4與KeilC51為例進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試，步驟如下：1.下載keilc51軟件和proteus軟件，分別進(jìn)行安裝。2.把proteus安裝目錄下MODELS/VDM51.dll文件復(fù)制到Keil安裝目錄的\C51\BIN目錄中。3.編輯C51里tools.ini文件,參加：TDRV*=BIN\VDM51.DLL("PROTEUSVSMMONITOR51DRIVER")，其中星號(hào)為自己根據(jù)情況加，如果有“TDRV1=…〞那么星號(hào)就改為2，依次類推。4.翻開ISIS，選中DEBUG-->useremotedebugmonitor。5.進(jìn)入proteus安裝目錄下SAMPLES/VSMfor8051/C51Calculator/，用ISIS翻開calc.DSN，用keilc51翻開CALC.UV2，在左側(cè)我們選中"Target1"，點(diǎn)右鍵彈出菜單中選第一個(gè)為目標(biāo)“Target1〞設(shè)置選項(xiàng)，在輸出標(biāo)簽下，要選種產(chǎn)生HEX文件，在調(diào)試標(biāo)簽下，要選種右側(cè)項(xiàng)，并選擇下拉菜單里的ProteusVSMMonitor-51Driver，在進(jìn)入設(shè)置，如果同一臺(tái)機(jī)IP名為127.0.0.1,如不是同一臺(tái)機(jī)那么填另一臺(tái)的IP地址。端口號(hào)一定為8000注意：可以在一臺(tái)機(jī)器上運(yùn)行keil，另一臺(tái)中運(yùn)行proteus進(jìn)行遠(yuǎn)程仿真。6.對(duì)Keil文件編譯調(diào)試，運(yùn)行，就可以在ISIS里看到仿真效果。6.2系統(tǒng)軟件硬件的仿真結(jié)果系統(tǒng)通過Proteus與Keil聯(lián)機(jī)，通過軟件仿真結(jié)果如下列圖6-1所示，經(jīng)過Labview進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后的仿真圖如下列圖6-2所示。圖6-1Proteus仿真圖圖6-2Labview進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后的仿真圖6.3系統(tǒng)硬件與上位機(jī)的聯(lián)合仿真系統(tǒng)硬件與上位機(jī)聯(lián)合仿真結(jié)果如下列圖6-3所示圖6-3聯(lián)合仿真結(jié)果當(dāng)向濕度傳感器HS1101吹氣時(shí)，其曲線、頻率計(jì)濕度值的變化如下列圖6-4所示圖6-4吹氣時(shí)變化曲線第七章實(shí)現(xiàn)與調(diào)試7.1硬件調(diào)試本系統(tǒng)在硬件上的調(diào)試，是很重要的，硬件不能正常工作的話，本課題就不能成功的實(shí)現(xiàn)其功能。調(diào)試中要注意：1.檢查焊接的順序是否出現(xiàn)錯(cuò)誤。2.檢查元器件上是否出現(xiàn)問題：檢查原理圖連接是否正確、檢查原理圖與器件的上引腳是否一致、用萬用表檢查是否有虛焊，引腳出現(xiàn)短路現(xiàn)象、用示波器對(duì)各個(gè)引腳進(jìn)行檢查。3.在調(diào)試過程中多觀察，多思考。7.2下位機(jī)軟件調(diào)試下位機(jī)軟件由KeilC51開發(fā)完成，程序本身通用于Proteus仿真軟件，將KeilC51開發(fā)出來的程序通過KeilC51與Proteus聯(lián)機(jī)進(jìn)行仿真調(diào)試，在調(diào)試過程中對(duì)程序與硬件電路圖進(jìn)行完善，并且在下位機(jī)中調(diào)好串行接口的通道號(hào)數(shù)及其波特率與程序中所設(shè)置的波特率設(shè)為一致，從而完成下位機(jī)的調(diào)試，為系統(tǒng)上位機(jī)的調(diào)試做好準(zhǔn)備。7.3上位機(jī)軟件調(diào)試在上位機(jī)的調(diào)試中，首先設(shè)置串行接口的通道號(hào)數(shù)與下位機(jī)中所設(shè)的串行接口通道號(hào)數(shù)一致、波特率的一致，再啟動(dòng)上位機(jī)軟件進(jìn)行調(diào)試，看其是否能實(shí)現(xiàn)正常工作，如不能實(shí)現(xiàn)正常工作，檢查上位機(jī)軟件中的VI圖形源程序中接口是否有錯(cuò)，有錯(cuò)就按照軟件中所提醒的內(nèi)容進(jìn)行修改，然后完成上位機(jī)軟件調(diào)試。7.4聯(lián)合調(diào)試聯(lián)合調(diào)試就是將本系統(tǒng)的軟件調(diào)試與硬件調(diào)試相結(jié)合起來，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)和完善本系統(tǒng)的功能。其調(diào)試過程中首先是將硬件電路連接到計(jì)算機(jī)中，在計(jì)算機(jī)中首先設(shè)置串口通信的通道號(hào)數(shù)并且設(shè)置好波特率，再在計(jì)算機(jī)中啟動(dòng)KeilC51軟件，通過計(jì)算機(jī)與單片機(jī)之間的USB串行接口將程序加載到單片機(jī)中，完成程序加載后關(guān)閉KeilC51〔這里要關(guān)閉KeilC51是因?yàn)镵eilC51將這個(gè)串口占用了，后面啟動(dòng)Labview軟件不能正常工作了〕，再在計(jì)算機(jī)中啟動(dòng)上位機(jī)軟件Labview，在Labview中再設(shè)置好對(duì)應(yīng)的串行通信號(hào)數(shù)及其波特率，再運(yùn)行，看看其是否能正常工作，不能正常工作就返回去檢查，再照前面的方法進(jìn)行操作，從而完成聯(lián)合調(diào)試。7.5濕度校準(zhǔn)本系統(tǒng)通過測(cè)試后，可以實(shí)現(xiàn)根本的功能，但是功能不是很完善，本系統(tǒng)在測(cè)量精度上與實(shí)際數(shù)據(jù)還存在一定的出入，要想提高本系統(tǒng)的測(cè)量精度，有幾種改良方法：第一種：將本系統(tǒng)的硬件電路放入到相對(duì)濕度為55%RH，溫度為25℃的的環(huán)境下測(cè)量出其頻率值F55然后代入公式將其在相對(duì)濕度為0%RH、10%RH、20%RH、30%RH、40%RH、50%RH、60%RH、70%RH、80%RH、90%RH、100%RH的對(duì)應(yīng)頻率分別計(jì)算出來，然后在Labview中將其對(duì)應(yīng)的查表值修改為計(jì)算出來的數(shù)值，這樣可以提高其檢測(cè)精度。第二種：記錄下系統(tǒng)所用的555振蕩器的型號(hào)，在將其R1、R2電阻用對(duì)應(yīng)阻值的電阻〔如圖表7-1〕。表7-1555R1R2TLC555909K576TS555100nF電容52375551732K549LMC5551238562這種方法也能提高濕度檢測(cè)的精度。再就是將濕度傳感器HS1101換成相對(duì)濕度為0%RH、10%RH、20%RH、30%RH、40%RH、50%RH、60%RH、70%RH、80%RH、90%RH、100%RH狀態(tài)下對(duì)應(yīng)的電容，將其頻率測(cè)量出來，然后在Labview中將對(duì)應(yīng)的查表值修改為當(dāng)前測(cè)量出來的值?？傊?，由于硬件系統(tǒng)中所用的電阻的阻值不是非常的標(biāo)準(zhǔn)，所以測(cè)量出來的數(shù)據(jù)比實(shí)際的有差異，而且系統(tǒng)所選的555振蕩器型號(hào)不同，其測(cè)量出的數(shù)據(jù)也不同。第八章總結(jié)與缺乏本系統(tǒng)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、氣象、環(huán)保、國(guó)防、科研、航天等部門有很重要的用途，經(jīng)常需要對(duì)環(huán)境濕度進(jìn)行測(cè)量。對(duì)環(huán)境濕度的檢測(cè)以及對(duì)工業(yè)材料水份值的監(jiān)測(cè)與分析都已成為比擬普遍的技術(shù)條件之一。本檢測(cè)系統(tǒng)就可應(yīng)用在環(huán)境保護(hù)、工業(yè)控制、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等方面，可見其具有非常廣泛的應(yīng)用前景。由于學(xué)習(xí)Proteus和Labview時(shí)間不是很長(zhǎng)，系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過程中，難免存在缺乏之處。在程序結(jié)構(gòu)上系統(tǒng)設(shè)計(jì)得還不夠緊密，對(duì)一些問題，還不是很好的能解決。雖然畢業(yè)設(shè)計(jì)已接近尾聲，但我想我的這個(gè)設(shè)計(jì)不會(huì)因?yàn)楫厴I(yè)設(shè)計(jì)的結(jié)束而停止，在今后的學(xué)習(xí)中，再就這些問題進(jìn)行完善，爭(zhēng)取做出能將精度進(jìn)一步提高、實(shí)用價(jià)值更高的濕度檢測(cè)系統(tǒng)。由于該系統(tǒng)主要是濕度的檢測(cè)沒有涉及到濕度的控制設(shè)計(jì)，硬件電路過于簡(jiǎn)單，不很完善只是原型，而且還存在許多缺乏,比方實(shí)際測(cè)量精度誤差較大，這可以采用其他的改良措施進(jìn)行改善等，并且本系統(tǒng)在控制方面有待進(jìn)一步研究。同時(shí)，可以在外圍擴(kuò)展溫度檢測(cè)芯片，使其具有溫、濕度檢測(cè)功能。而且，外加去濕機(jī)、空調(diào)等設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)對(duì)溫濕度檢測(cè)控制的功能。同時(shí)，可以擴(kuò)展時(shí)鐘控制芯片，修改完善程序，使其具有時(shí)間顯示、報(bào)警等多項(xiàng)功能。因此，本系統(tǒng)具有很好的擴(kuò)展性。由于時(shí)間倉促和本人水平有限，在設(shè)計(jì)過程中，難免在設(shè)計(jì)上存在一定的缺陷，請(qǐng)各位老師多多指正。參考文獻(xiàn)[1]何利民.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)選編[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2002：21-25.[2]李軍.51系列單片機(jī)高級(jí)實(shí)例開發(fā)指南[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社,2001:98