基于-单片机湿度采集系统设计.doc

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目 录
1 绪论2
1.1引言2
1.2设计意义2
2 总体方案设计3
2.1总体设计框图3
2.2器件的选择3
2.2.1 传感器3
2.2.2 A/D转换电路4
2.2.3 显示电路4
2.2.4 加湿除湿电路4
2.2.5 预定值按键电路4
2.3 系统工作原理4
3 单元电路设计5
3.1 湿度传感器5
3.2 A/D转换电路5
3.3 湿度采集及A/D转换电路7
3.4 单片机7
3.5 按键电路8
3.6 报警电路9
3.7 显示电路10
4 系统软件设计11
4.1 系统软件流程框图11
5 绪论11
参考文献12

摘要

人体对生存环境的湿度有很高的要求，相对湿度以50%-70%为好，冬季最好不低于40%，夏季不高于80%。如果湿度过大，极易导致衣服皮革受潮发霉、电器及精细仪器受潮受损；春季细菌滋生，易诱发呼吸道疾病，风湿病；夏季人体散热困难，增加中暑时机；冬季会加速热的传导，使人倍觉寒冷。在科研单位或实验室，生产车间，如果环境温度控制不好，也将对实验结果和产品质量造成极大的影响。因此，准确的湿度控制尤为重要。
本设计通过使用湿度传感器HIH3610完成湿度信号的采集，通过A/D转换电路将模拟信号转为数字信号后，送给单片机AT89C51，再有单片机对信号进展处理，最后由显示电路显示结果，报警电路实时报警，从而完成湿度检测系统的全部功能。
本设计的完成使一定空间的环境湿度得到有效的控制与调节，满足了人体对环境湿度的要求，具有很高的价值。

关键词：湿度传感器、单片机、报警、显示

1绪论
1.1引言
随着信息时代的到来，作为获取信息的手段—传感器技术得到了显著的开展，其应用领域越来越广泛，对其要求越来越高，需求越来越迫切。传感器技术已成为衡量一个国家科学技术开展水平的重要标志之一。因此，了解并掌握各类传感器的根本构造、工作原理及特性是非常重要的。
由于传感器能将各种物理量、化学量和生物量等信号转变为电信号，使得人们可以利用计算机实现自动测量、信息处理和自动控制，但是它们都不同程度地存在温漂和非线性等影响因素。传感器主要用于测量和控制系统，它的性能好坏直接影响系统的性能。因此，不仅必须掌握各类传感器的构造、原理及性能指标，还必须懂得传感器经过适当的接口电路调整才能满足信号的处理、显示和控制的要求，而且只有通过传感器应用实例的原理和智能传感器实例的分析了解，才能将传感器和信息通信和处理结合起来，适应传感器的生产、研制、开发和应用。另一方面，传感器的被检测信号来自于各个应用领域，每个领域都是为了改革生产力、提高工效和时效，各自都在开发研制适合应用的传感器，于是种类繁多的新型传感器及传感器系统不断涌现。湿度传感器是其中重要的一类传感器，其开展速度之快，以及应用之广，可谓是划时代的。
1.2设计意义
在人的日常生活中，居住空间也是一个人工环境。空气污染，直接威胁人的身体安康；噪音污染，影响人的情绪、工作、休息和饮食，可以导致神经衰弱；温度过热过冷，导致人的不适；空气过湿，将使人们感到沉闷和窒息；空气枯燥，又会使人的口腔感到不适，甚至可能发生咽喉炎等疾病。如果能使系统自动控制这个常见的空间，人的生活将更舒适。
众所周知，空气是多种气体的混合物，其主要成分是由氧气、氮气以及总数不到1%的稀有气体和二氧化碳组成，此外空气中还有一种重要的、数量上经常变化的成分—水汽。通常，空气中水汽的含量用湿度表示。空气湿度与人类关系密切。人们的日常生活和生产活动及动植物的生存，都与周围环境的湿度息息相关，从日常生活、家电、交通、医疗、气象、工农业都需要进展湿度测量。
2 总体方案设计
2.1总体设计框图
HIH3610湿度传感器
A/D转换ADC0809
LED显示电路

AT89C51单片机
预定按键
加湿电路
除湿电路
报警电路

图2.1 总体设计框图
2.2器件的选择
2.2.1 传感器
传感器以探头形式安装在车间，是由湿度传感器及相应调理电路组成。其中湿度传感器采用HIH3610湿度传感器，测量精度高，响应迅速，能直接将湿度信号转换为直流电压信号输出。根据湿敏电阻在湿度改变时，阻值发生相应变化的特性，设计转换电路将采集到的湿度信号转换为电压值，送A/D通道处理。
2.2.2A/D转换电路
本系统中，湿度为缓变信号，而且转换成的电平信号为低电平缓变信号，对A/D转换的要求不高，所以选用较为廉价的ADC0809。该芯片是CMOS单片型逐次逼近式A/D转换器，完全可以满足设计需要，并且可以根据需要扩展检测电路。
2.2.3 显示电路
采用四位LED显示电路对湿度值进展实时显示。锁存驱动电路选用了74LS164芯片，满足设计要求。
2.2.4 加湿除湿电路
当检测的湿度值高于设定的湿度值围时，单片机停顿加湿，同时进展除湿；当湿度值低于设定的湿度围时，单片机停顿除湿进展加湿。为了得到准确的湿度测量值，还应在测量湿度的同时测量环境湿度传感器电源电压值。
2.2.5 预定值按键电路
为了完成预定湿度值的设置，系统中设置了5个按键，分别为开场键，加一键，减一键，设定键和确认键。
2.3 系统工作原理
本次设计的湿度检测系统主要由单片机控制电路，湿度检测电路和外围电路组成。首先，由湿度检测电路将检测点的湿度数据检测出来，然后将模拟信号送至A/D转换电路进展转换，再将转换后的数字信号送给单片机处理，通过单片机进展数据比拟分析，把实时湿度值送到显示电路进展显示。当湿度高于或低于规定数值时，单片机发出指令，由加湿除湿电路进展处理，同时报警。由键盘电路可改变预设的湿度围，从而根据季节和时间等具体需要对湿度检测系统控制的湿度围进展调节。
3 单元电路设计
3.1 湿度传感器
湿度采集选用HIH3610湿度传感器。HIH3610是美国Honeywell公司生产的相对湿度传感器，该传感器采用热固聚酯电容式传感头，同时在部集成了信号处理功能电路，因此该传感器可完成将相对湿度值变换成电容值，再将电容值转换成线性电压输出的任务，同时该传感器还具有精度高、响应快、高稳定性、低温漂、抗化学腐蚀性能强及互换性好等优点。其主要技术指标如下:
① 测量围：0~100%RH；
② 测量精度：-2~+2%RH；
③ 电源电压：4~5.8V；
④ 电源电流：200uA；
⑤ 输出围：0.8~3.9V；
⑥ 工作温度围：-40~+85℃。
3.2 A/D转换电路
本系统中，湿度为缓变信号，而且转换成的电平信号为低电平缓变信号，对A/D转换的要求不高，所以选用较为廉价的ADC0809。该芯片完全可以满足设计需要，并且可以根据需要扩展检测电路。ADC0809是采样频率为8位的、以逐次逼近原理进展模数转换的器件。其部有一个8通道多路开关，它可以根据地址译码后的信号，只选通8个单端模拟输入信号中的一个进展A/D转换。其主要特性如下：
① 8路8位A/D转换器，即分辨率为8位；
② 具有转换启停控制端；
③ 转换时间为100us；
④ 单个+5V电源供电；
⑤ 模拟输入电压围0~+5V，不需要零点和满刻度校准；
⑥ 工作温度围为-40~+85℃；
⑦ 低功耗，约15mw。
A/D转换后的数据应及时传送给单片机进展处理。数据传送的关键是如何确认A/D转换的完成，只有确认完成后，才能进展传送。为此可以采用下述三种方式：
① 定时传送方式：
对于一种A/D转换器来说，转换时间作为一项技术指标是的和固定的。例如ADC0809转换时间为128us，相当于6MHz的MCS-51单片机共64个机器周期。可据此设计一个延时子程序，A/D转换启动后即可调用此子程序，延时时间一到，转换肯定已经完成了，接着就可以进展数据传送。
② 查询方式：
A/D转换芯片由说明转换完成的状态信号，例如ADC0809的EOC端。因此可以用查询方式，测试EOC的状态，即可确定是否转换完成，并接着进展数据传送。
③ 中断方式：
把说明转换完成的状态信号〔EOC〕作为中断请求信号，以中断方式进展数据传送。
不管使用上述哪种方式，只要一旦确定转换完成，即可通过指令进展数据传送 。当单片机RD信号有效且ADC0809的OE信号有效时，把数据送上总线，供单片机承受处理。
ADC0809的工作过程是：首先输入3位地址，并使ALE=1，将地址存入地址锁存器中。此地址经译码选通8位模拟输入之一到比拟器。START信号高电平启动转换，之后EOC输出信号变低，指示转换正在进展。直到A/D转换完成，EOC变为高电平，指示转换完毕，结果数据已存入锁存器，这个信号可用作中断申请。当OE输入高电平时，输出三态门翻开，转换结果的数字量输出到数据总线上。
3.3 湿度采集及A/D转换电路

图3.1 湿度采集及A/D转换电路
如图3.1所示，湿度传感器HIH3610由VCC供电后工作，输出电压Uout接在ADC0809的IN0通道，EOC外接一个反相器，用于转换完成时向单片机申请中断，以便处理。
3.4单片机
本次设计选用AT89C51单片机。AT89C51单片机是美国Atmel公司生产的带4K字节FPEROM的低电压、高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。该器件采用Atmel高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，Atmel的AT89C51是一种高效微处理器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。其最小系统电路如下所示：

图3.2 单片机最小系统电路图
3.5 按键电路
为了完成预定湿度值的设置，系统中设置了5个按键，分别为复位键，加一键，减一键，设定键和确认键。通过按键电路可以在不同的季节及不同的天气对室所需要湿度检测电路控制湿度的围进展有效的调节。其电路如下列图所示：

图3.3 按键检测电路
3.6 报警电路
当所检测室湿度超过或低于所设定值时，报警电路便发出报警，提醒工作人员对湿度进展控制。电路如下列图所示：

图3.4 报警电路
3.7显示电路
显示电路采用4位LED显示电路对湿度值进展实时显示。在单片机系统中，为了有效的利用I/O口，使用数码管驱动芯片7B12S来实现。

图3.5 湿度显示电路
4 系统软件设计
4.1 系统软件流程框图
开场
主程序
参数初始化
开场键闭合否？
开场采样
A/D转换
显示当前湿度
设定键按下否？
调显示
湿度值越界否？
报警
湿度控制
进展下一次检测
调键处理程序
Y
Y
Y

图4.1 系统总体流程图
5 绪论
本次课程设计是基于单片机的湿度检测系统的设计，它是最常见的和最典型的过程控制系统，本设计主要针对51型单片机在检测相对过程控制方面的应用，分析湿度控制系统实例。
单片机对室湿度控制是一种单片机在现实生活中得到应用的一个方面，此系统除具有的检测功能外，还有数据处理功能、湿度显示功能、湿度控制功能等。系统采用MCS-51系列单片机AT89C51作为控制核心，门控信号由部的定时计数器产生，AT89C51完成运算、控制及显示功能。由于使用了单片机，使整个系统具有极为灵活的可编程性，能方便地对系统进展功能扩展和改良。而本次课程设计正是鉴于单片机在这方面的优异性能，来设计一种单片机湿度控制系统。通过将近两周的课程设计，锻炼了自己的查资料能力和实际动手能力，同时也促进了组员间的合作与交流，其收获是不言而喻的。
参考文献
[1] X翔,建国等.一种基于AT89C51微处理器的智能湿度控制系统[M].第一版.:航空航天大学.2004:67-118
[2] 史军勇,冀炯灶.基于AT89C51的温湿度控制仪[M].第一版.:工业大学.2004:27-52
[3] 沙占友.中外集成传感器使用手册[M].第一版.:电子工业.2005:101-118
[4] 贤武.传感器实际应用与电路设计[M].第一版.:电子科技大学.1997:20-25
[5] 何立民.单片机应用系统设计[M].第一版.:航空航天.1990:89-97
[6] 胡汉才.单片机原理及其接口技术[M].第一版.:清华大学.1990:9-28
[7] 高海生,文焕.单片机应用技术大全[M].第一版.:交通大学.1990:245-278
[8] 乐平.测试技术[M].第一版.:国防工业.2002:104-110
[9] 华.MCS-51系列单片机实用接口技术.:航空航天大学.1993.6
[10] 毅刚,喜元.新编MCS-51单片机应用设计[M].:工业大学.2003

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