基于单片机的温湿度测量电路.docx

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1、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

2、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

3、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

4、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

5、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

6、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

7、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

8、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

9、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、

10、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+

11、：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。

12、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

13、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

14、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

15、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）