基于单片机的温湿度测量电路.docx

目录1绪论O1.1 课题描述1.2 根本工作原理O2系统设计方案的研究,2.1 系统的控制特点与性能要求2系统的性能特点23系统的结构设计33.1 利II*+*+*+*+*+*+*+*+*+*+*+*+*+*+*+*+*+*+*+*+*+*+*+*+*+*+*33.1.1 NE555时基电路43.1.2 基于555振荡电路的湿度测量电路设计43.2 转换模块的设计53.2.1 A/D转换器ICL713553.3 处理器模块的设计73.3.1 单片机AT89C51简介及应用73.4 湿度的调节模块设计113.5 显示模块设计123.6 按键模块的设计134软件的设计及实现13+*+*+ 1参考文献1绪论1.1 课题描述在工农业生产、气象、环保、国防、科研、航天以及现代生活的各个方面，经常需要对环境湿度进行测量及控制。对于生物制药、食品加工、造纸等行业，准确的测量湿度更是至关重要的。此外，湿度还直接影响到人们的舒适程度和身体健康，但在常规的环境参数中，湿度是最难准确测量的一个参数。这是因为测量湿度要比测量温度复杂得多，温度是个独立的被测量，而湿度却受其它因素的影响，湿度与大气压、温度呈函数关系IL因此，用常规的方法测量湿度的误差可达±5%±20%,此外，湿度的校准也是一个难题。过去用干湿球度计或毛发湿度计来测量、通过查表得到湿度的方法，早己无法满足现代科技开展的需求。干湿球湿度计和普通的湿度计并能用做标定，就是因为标定后的精度无法保证。湿度的标定对环境条件要求十分严格，而在国外的湿度标定设备（例如过生产的MC741HP型湿度校准仪），价格又十分昂贵。本设计就是在此根底是，提出一种基于AT89C51单片机控制的比拟简单而实用的湿度检测及控制方法1.2 根本工作原理本课程设计湿度控制系统由湿度检测电路、CPU监控电路、显示电路、A/D转换电路、排风与加热控制电路和微处理器等组成，其中微处理器AT89C51是整个系统的控制核心。工作原理如下：湿度检测电路将当前环境湿度信号通过A/D转换后，送到处理器AT89C51中，然后处理器通过软件的运行，将当前湿度信号通过LED显示出来（显示相对湿度值），并且处理器通过程序的运行，判断当前湿度值是否在预先设定的范围之内。根本工作原理框图如图1所示。图1根本工作原理框图2系统设计方案的研究2.1 系统的控制特点与性能要求2.1.1 系统控制结构组成湿度检测电路。用于检测空气的湿度。微控制器。采用ATMEL公司的89C51单片机，作为主控制器。电源温压电路。用于对输入的200V交流电压进行变压、整流。键盘输入电路。用于设定初始值等。LED显示电路。用于显示湿度。功率驱动电路（湿度调节电路）。系统结构图如图2所示。图2系统结构图2.1.2 系统的性能特点（1）自动检测室内空气的湿度。2）当室内空气湿度过高时，控制系统自动启动抽风机，减少室内空气中的水蒸气,以到达降低空气湿度的目的；当室内空气湿度过低时，控制系统自动启动蒸汽机，增加空气的水蒸气，以到达增加湿度的目的，使空气湿度保持在理想的状态网。（3）数码管显示当前的湿度。（4）键盘设置及调整湿度的初始值。2.2 系统的设计原理该湿度控制系统由湿度检测电路、CPU监控电路、显示电路、A/D转换电路、排风与加热控制电路和微处理器等组成，其中微处理器AT89C51是整个系统的控制核心，它的原理电路如图3所示。工作原理如下：湿度检测电路将当前环境湿度信号通过A/D转换后，送到处理器AT89C51中，然后处理器通过软件的运行，将当前湿度信号通过LED显示出来（显示相对湿度值），并且处理器通过程序的运行，判断当前湿度值是否在预先设定的范围之内。假设不是，系统就会自动进行湿度的调节：当湿度检测电路检测到当前环境湿度高于设定值的上限的时候，微处理器将使P2.6输出低电平，起动减湿控制电路使吹风机开始工作，开始排风散热降温；当湿度检测电路检测到当前环境湿度低于湿度设定下限时，P2.7输出输出低电平，使蒸汽机控制电路工作，开始加热增加湿度。系统硬件结构图如下列图3所示。图3系统硬件结构图3系统的结构设计3.1 相对湿度检测电路湿度检测系统的示意图如图4所示。图4系统示意图湿度传感器HSIl（H是采用专利设计的固态聚合物结构，具有响应时间快、高可靠性和长期稳定性特点，不需要校准的完全互换性。可以应用于办公自动化，车厢内空气质量控制，家电，工业控制系统等。在需要湿度补偿的场合他也可以得到很大的应用。HSllOl电容传感器，在电路构成中等效于一个电容器件，其电容量随着所测空气湿度的增大而增大。涉及如何将电容的变化量准确地转变为计算机易于接受的信号时，常用两种方法:一是将HSIlOl置于运放与阻容组成的桥式振荡电路中，所产生的正弦波电压信号经整流、直流放大、再A/D转换为数字信号;另一种是将HSIlol置于555振荡电路中，将电容值的变化转为与之呈反比的电压频率信号，可直接被计算机所采集。3.1.1 NE555时基电路NE555是一个能产生精确定时脉冲的高稳度控制器，其输出驱动电流可达200mA.o在多谐振荡器工作方式时，其输出的脉冲占空比由两个外接电阻和一个外接电容确定；在单稳态工作方式时，其延时时间由一个外接电阻和一个外接电容确定，它可以延时数微秒到数小时。NE555的框图如图5所示。图5NE555框图3.1.2 基于555振荡电路的湿度测量电路设计湿度检测电路如图6所示。图6湿度检测电路图3.2 转换模块的设计3.2.1 A/D转换器ICL7135ICL7135是目前市场上广泛流行的单片集成4位半双积分A/D转换器。由于ICL7135具有4位半的精度(相当于14位二进制数)、自动校零、自动极性输出、单一参考电压、动态字位扫描BCD码输出、自动量程控制信号输出、价格低等特点。(1)主要参数CMOS集成电路；双积分转换技术；单一参考电压:采用BCD码扫描输出；能用闪烁显示的方式表示超量程状态；具有六路输入/输出(I/O)辅助信号，可以和微处理器相连，进行复杂的控制；具有自动转换量程的过和欠量程信号：允许差分输入:具有自动极性区分功能和自动校零电路;双电源供电;)确度高0.005%±l个字：函入漏电流低IpA:西辨率高14位；密读数漂移0.5V/。C;倾入阻抗高109:碰换速度慢3次/秒；磅声低15V0(2)引脚排列合引脚说明:V-：负电源输入端，典型值为-5V。VREF：参考电源输入端，典型值为IV,参考电压的精度合稳定度将宜接影响转换度。D5、D4、D3、D2、DI：BCD码数据的位选通信号输出端，分别分位万、千、百、十、个位。Bl、B2、B4、B8：BCD码数据输出线。BUSY:转换状态标志输出端。积分器在积分过程中(对信号积分和反向积分)BUSY输出高电平，积分器反向积分过零后输出低电平。CLK：时钟输入端。双极性模式：最高时钟频率为125Hz,转换速度为3次/秒；单极性。模式：最高频率为IMHz,这时转换速度为25次/秒。AGND：模拟地，INTOUT：积分器输出。AZIN:自调零输入端。BUF0UT：缓冲放大器输出端。REFCAP-:外接参考电容引脚。REFCAP+:外接参考电容引脚。INLO：信号输入低端。INHI：信号输入高端。V+：正电源输出端，典型值为+5V。DGND：数字接地。POL：极性输出端。当信号为正时，PoL极性输出为高电平；输入信号为负时，POL极性输出为低电平。R/万：启动转换/保持控制端。该端接高电平时，1CL7135为自动连续转换状态，1/2。一次A/D转换结束后，该端输出5个负脉冲，分别选通高位到低位的BCD码数据输出，可利用该信号把数据打入到并行接口中供CPU读取，这在和微处理接口时显得非常重要。OVERRANG：过量标志输入端。当输入信号读数超过转换记数范围时，该引脚输出高电平。UNDER：欠量程标志输入端。当输入信号读数小于9%或者更小时，该端输出高电平。ICL7135引脚排列图如图7所示。图7ICL7135引脚排列图3.3处理器模块的设计3.3.1 单片机AT89C51简介及应用1、AT89C51性能及特点AT89C51是一种与MCS-51单片机相兼容的、高性能的8位CMoS微控制芯片,采用40引脚DIP封装，片内带有4KB的快闪可编程/擦除只读存储器（FPEROM）0是当前较先进的一种电擦除8位单片机，它与MCS-51指令系统完全兼容，片内FPEROM允许对程序存储器在线重新编程。ATMEL公司生产的这种89C51微控制器，将具有多种功能的8位CPU与FPEROM结合在同一芯片上，为很多嵌入式控制应用提供了设计灵活且价格适宜的方案。此外,AT89C51还增加了在零频下工作的静态逻辑方式及空闲和掉电两种可选的省电模式,在空闲模式下,CPU停止工作,但RAM,定时/计数器,串行口和中断系统仍然工作.在掉电模式下,只保存RAM的内容,振荡器停振,关闭芯片的所有其它功能,直到下一次硬件复位为止.其空闲和掉电两种工作方式以及静态逻辑运作等情况，与MCSC51相同。AT89C51主要特性如下：AT89S51单片机引脚图如图8所示o图8AT89S51单片机引脚图与MCS-51产品兼容；4K字节可编程闪烁存储器；寿命：1000写/擦循环:数据保存时间：10年；全静态工作：0Hz-24Hz:三级程序存储器锁定：128*8位内部RAM；32可编程I/O线；两个16位定时器/计数器；5个中断源；可编程串行通道；低功耗的闲置和掉电模式：片内振荡器和时钟电路；可编程全双工串行；4KB的在线可重复编程快闪存储器，写/橡可达1000次以上。2、端口及引脚介绍口叫AT89S51单片机的40个引脚中有2个专用于主电源引脚，2个外接晶振的引脚，4个控制或与其它电源复用的引脚，以及32条输入输出I/O引脚。下面按引脚功能分为4个局部表达个引脚的功能。 电源引脚VCC和VSSVcc（40脚）：接+5V电源正端:Vss（20脚）：接+5V电源正端。 外接晶振引脚XTALl和XTAL2XTALl（19脚）：接外部石英晶体的一端。在单片机内部，它是一个反相放大器的输入端，这个放大器构成采用外部时钟时，对于HMOS单片机，该引脚接地；对于CHOMS单片机，该引脚作为外部振荡信号的输入端。XTAL218脚）：接外部晶体的另一端。在单片机内部，接至片内振荡器的反相放大器的输出端。当采用外部时钟时，对于HMOS单片机，该引脚作为外部振荡信号的输入端。对于CHMoS芯片，该引脚悬空不接。控制信号或与其它电源复用引脚控制信号或与其它电源复用引脚有RST/VPD、ALEP,PSEN和EAZVPP等4种形式。（A） .RST/VPD（9脚）：RST即为RESET,VPD为备用电源，所以该引脚为单片机的上电复位或掉电保护端。当单片机振荡器工作时，该引脚上出现持续两个机器周期的高电平，就可实现复位操作，使单片机复位到初始状态。当VCC发生故障，降低到低电平规定值或掉电时，该引脚可接上备用电源VPD（+5V）为内部RAM供电，以保证RAM中的数据不丧失。（B） .ALE/P（30脚）：当访问外部存储器时，ALE（允许地址锁存信号）以每机器周期两次的信号输出，用于锁存出现在Po口的低（C）