基于at89s52的單片機溫濕度檢測系統設計畢業論文(已修改)

　

【正文】 基于AT89S52單片機的溫濕度檢測系統設計基于AT89S52單片機的溫濕度檢測系統設計摘要隨著人們的生活及其生產水平的不斷提高，對生活環境和生產環境的要求就顯的尤為重要,溫濕度的控制就是一個典型的例子，因此溫濕度檢測系統就是現代生產生活中應運而生的一種智能、快捷、方便可靠的檢測系統，特別是在工業生產中如果檢測得不準確就會發生許多的生產事故。如化工生產中對溫度的檢測不當就會導致生產效率的降低和產品質量的下降。而現在所使用的溫濕度檢測系統通常都是精度為1℃℃的水銀、煤油或酒精溫度計進行的溫度檢測和用傳統的物理模擬量的方法進行的濕度檢測。這些溫濕度檢測計的刻度間隔通常都很密，不容易準確分辨，讀數困難，而且他們的熱容量還比較大，達到熱平衡所需的時間較長，因此很難讀準，并且使用非常不方便。要為現代人工作、科研、生活提供更好的更方便的設施就需要從單片機技術入手，一切向著數字化控制，智能化控制方向發展。本設計是以單片機（AT89C51）為核心，配合溫度傳感器（AD590）和濕度傳感器(HIH3610)，以及相關的外圍電路組成的檢測系統，可以接收所測環境的溫度和濕度信號，檢測人員可以通過數碼管顯示的數據，實時監控環境的溫度和濕度情況。所有的測量操作都可以通過主機控制軟件來實現，溫度和濕度傳感器得到的測量信號，經電路轉換為電信號，然后通過一定的放大經過芯片TLC549A/D轉換送到單片機進行數據處理，經軟件分析處理后送顯示裝置。本系統包括系統硬件和軟件設計,可靠性高，結構簡單，實現了對溫濕度的自動調節。系統還應用RS232與上位機相連接，可以設置自動記錄溫度、濕度的相關的參數，也可以設置每隔一定的時間自動記錄，可用在氣象的觀察方面。關鍵詞：AT89S52單片機，溫度傳感器，濕度傳感器，A/D轉換，LED顯示目錄第1章 概述 3 3 3 4第2章 系統總體方案設計 6 6 溫度傳感器主要特性 6 AD590的工作原理 6 電路設計 7 8 濕度傳感器主要特性 8 A/D轉換器 10 A/D轉換器主要特性 10 TLC549工作原理 11 單片機AT89S52 12 AT89S52主要特性 12第3章 系統的硬件設計和連接 15 主控模塊 15 現實模塊 15 A/D轉換模塊 16 溫度和濕度模塊 16 溫度信號采集的設計 16 濕度信號采集的設計 17 繼電器控制電路 17 TLC549與AT89S52的接口電路設計 18 鍵盤設計 19 輸出驅動的設計 19 與上位機相連電路的設計 20 電源電路的設計 21 報警電路設計 21第4章 系統軟件方案的設計 22 程序流程圖 22 溫濕度主程序流程圖 23 報警器流程圖 23 A/D轉換子程序流程圖 23 鍵盤中斷流程圖 24 程度清單 24 溫度采集初始化程序 24 濕度采集初始化程序 25 顯示電路程序 25 制交流蜂鳴器發聲程序 26 上位機軟件設計 27 系統進入界面程序 27 實時顯示界面 28 歷史數據界面 29第5章 總結與展望 31參考文獻 32第1章 概述工業生產中有些場合需要使用精密的機臺設備，這些設備的精密度高、價格高，因此為了保證產品的質量及機臺的使用壽命，對其環境的要求也很高，尤其的是對溫度、濕度的控制。例如在我工作的生產發光二極管LED的工業現場，前面的兩道工序固晶片和焊線要求的精度非常高，晶片必須固到碗杯的中心點，偏差不可超過1/5晶片的寬度，且對膠量的控制也有嚴格的要求，只有這道工序做好了，下一個工序焊線才會順利，否則焊線將會出現很多異常，不僅會降低產量也會造成質量問題，因此要求每三個小時記錄一次室內的溫濕度，且要保證其溫度在18℃23℃之間，濕度不可超過60%。隨著信息產業的發展及工業化的進步,溫度和濕度不僅僅表現在以上幾個方面直接或間接影響著人類基本生活條件, 還表現在對工生物制品、醫藥衛生、科學研究、國防建設等方面的影響。針對以上情況，研制可靠且實用的溫濕度控制器顯得非常重要。常用溫濕度傳感器的非線性輸出及一致性較差，使溫濕度的測量方法和手段相對較復雜，且給電路的調試帶來很大的困難。傳統的溫濕度測量多采用模擬小信號傳感器，不僅信號調理電路復雜，且溫濕度值的標定過程也極其復雜，并需要使用昂貴的標定儀器設備。因此對于溫濕度控制器的設計有著很大的現實生產意義。本文設計的是基于單片機AT89S52的溫濕度檢測和控制系統，主要以廣泛應用的AD590和HIH3610作為溫度和濕度的檢測，該儀器具有測量精度高、硬件電路簡單、并能很好的進行顯示，可測試不同環境溫濕度的特點。另外和控制電路相連，可以進行加濕電路和除濕電路的控制，使溫度和濕度參數在預先設定的范圍內，不需要人的直接參與。本系統還通過RS232和上位機相連，可以設置每隔一定的時間進行溫度和濕度的采集，上傳到上位機，以供查詢。傳統的溫度和濕度檢測系統主要有以下幾種：（1）水汽壓（e）：是水汽在大氣總壓力中的分壓力。它表示了空氣中水汽的絕對含量的大小，以毫巴為單位。（2）相對濕度（rh）：濕空氣中實際水汽壓e與同溫度下飽和水汽壓E的百分比，相對濕度的大小能直接表示空氣距離飽和的相對程度。空氣完全干燥時，相對濕度為零。相對濕度越小，表示當時空氣越干燥。當相對濕度接近于100%時，表示空氣很潮濕，越接近于飽和。（3）露點（或霜點）溫度：指空氣在水汽含量和氣壓都不改變的條件下，冷卻到飽和時的溫度。（4）干濕球溫度表：用一對并列裝置的、形狀完全相同的溫度表，一支測氣溫，稱干球溫度表，另一支包有保持浸透蒸餾水的脫脂紗布，稱濕球溫度表。（5）發濕度表（計）：利用脫脂人發（或牛的腸衣）具有空氣潮濕時伸長，干燥時縮短的特性，制成毛發濕度表或濕度自記儀器，它的測濕精度較差，毛發濕度表通常在氣溫低于10℃時使用。（6）電阻式濕度片：利用吸濕膜片隨濕度變化改變其電阻值的原理，常用的有碳膜濕敏電阻和氯化鋰濕度片兩種。前者用高分子聚合物和導電材料碳黑，加上粘合劑配成一定比例的膠狀液體，涂覆到基片上組成的電阻片；后者是在基片上涂上一層氯化鋰酒精溶液，當空氣濕度變化時，氯化鋰溶液濃度隨之改變從而也改變了測濕膜片的電阻。（7）薄膜濕敏電容：是以高分子聚合物為介質的電容器，因吸收（或釋放）水汽而改變電容值。它制作精巧，性能優良，常用在探空儀和遙測中。隨著智能檢測系統的飛速發展，基于單片機的溫濕度檢測系統將多傳感器系統結合在一起。如何把多傳感器集中于一個檢測控制系統，綜合利用來自多傳感器的信息，獲得對被測對象的可靠了解和解釋，以利于系統做出正確的響應、決策和控制，是智能檢測控制系統中需要解決的首要問題。在溫濕度要求嚴格的場合，利用多傳感技術可以提高系統的可靠性和精度，亦可以提高系統的時間空間的覆蓋范圍。單片機是系統的控制核心，所以單片機的性能關系到整個系統的好壞。因此單片機的選擇，對所設計系統的實現以及功能的擴展有著很大的影響。單片機種類很多，在眾多51系列單片機中，較為常用的是ATMEL 公司的AT89C51和AT89S52單片機，AT89C51片內4KROM是Flash工藝的，使用專用的編程器自己就可以隨時對單片機進行電擦除和改寫，片內有128字節的RAM。而AT89S52含有在系統可編程的Flash存儲器，片內有8K閃存，RAM的容量也較AT89C51大，為256字節。顯然這種單片機優點更多，開發時間也大為縮短。因此，在本次設計中選用了ATMEL公司的AT89S52單片機。溫濕度信號的采集為模擬信號，而單片機接收的為數字信號，因此需要進行A/D轉換，在需要進行多路A/D轉換時，目前常采用多通道A/D轉換器，如ADC080AD574等。這些轉換器多為8通道，電路較為復雜。如果只需完成單個通道8位轉換，且速度要求不高時，采用TLC549是一種較好的選擇，TLC549是單通道的A/D轉換芯片，8位開關電容型逐次逼近模數轉換器，它具有三個控制輸入端，采用簡單的3線串行接口可方便地與微處理器進行連接，且價格適中，是作為A/D轉換的最佳選擇器件之一。鍵盤接口電路較為簡單，而顯示部分有兩種方案供選擇：一種為LCD，一種為LED。LCD液晶顯示的像素單元是整合在同一塊液晶版當中分隔出來的小方格。通過數碼控制這些極小的方格進行顯像。顯示非常細膩但是造價很高。而LED數碼顯示中每一個像素單元就是一個發光二極管，如果是單色，一般是紅色發光二極管。如果是彩色，一般是三個三原色小二極管組成的一個大二極管。這些二極管組成的矩陣由數碼控制實時顯示文字或圖象，造價相對低廉，顯示效果也較好。由于單片機工作現場存在著各種干擾，為保證系統的可靠工作，本設計選擇了常用的看門狗芯片X5045，以實現對單片機的復位，監控等功能。軟件程序的設計也考慮了抗干擾措施。本設計中，最終選用的集成溫度傳感器AD590是美國模擬器件公司生產的集成兩端感溫電流源，通過對電流的測量可得到所需要的溫度值。濕度傳感器是采用了HIH3610相對濕度傳感器它是一種熱固聚脂電容式傳感器。采集到的濕度信號再配以進行適當的放大，經過A/D轉換送至單片機，實現濕度的顯示與控制。系統主要由以上元器件組成，通過硬件電路和軟件程序的設計，實現系統的基本功能。第2章 系統總體方案設計本設計是基于單片機對數字信號的高敏感和可控性、溫濕度傳感器可以產生模擬信號，和A/D模擬數字轉換芯片的性能，此設計以AT89S52基本系統為核心的一套檢測系統，其中包括A/D轉換、單片機、復位電路、溫度檢測、濕度檢測、鍵盤及顯示、報警電路、系統軟件等部分的設計。單片機AT89S52AD590溫度檢測芯片TLC549A/D轉換串行口LED顯示HIH3610濕度檢測及信號放大芯片TLC549A/D轉換報警電路 系統總體框圖本設計由信號采集、信號分析和信號處理三個部分組成的：(1) 信號采集 由AD590、HIH3610及多路開關CD4051組成；(2) 信號分析 由A/D轉換器TLC549芯片、單片機AT89S52基本系統組成；(3) 信號顯示 由串行口LED顯示器和報警電路組成。 溫度傳感器集成溫度傳感器AD590是美國模擬器件公司生產的集成兩端感溫電流源。AD590是電流型溫度傳感器，通過對電流的測量可得到所需要的溫度值。 溫度傳感器主要特性流過器件的電流(μA)等于器件所處環境的熱力學溫度(開爾文)度數：Ir/T=1，式中，Ir—流過器件(AD590)的電流，單位為μA；T—熱力學溫度，單位為K；AD590的測溫范圍為55℃~+150℃；AD590的電源電壓范圍為4～30V，可以承受44V正向電壓和20V反向電壓，因而器件即使反接也不會被損壞；輸出電阻為710mΩ；精度高，AD590在55℃~+150℃范圍內，非線性誤差僅為177。℃。 AD590的工作原理AD590溫度感測器是一種已經IC化的溫度感測器，它會將溫度轉換為電流。其規格如下：溫度每增加1℃，它會增加1μA輸出電流。可量測范圍55℃至150℃。供應電壓范圍+4V至30V。： AD590的接腳圖及零件符號AD590的輸出電流是以絕對溫度零度(273℃)為基準，每增加1℃，它會增加1μA輸出電流，因此在室溫25℃時，其輸出電流Io=(273+25)=298μA。Vo的值為Io乘上10K，以室溫25℃而言，(10K298μA)。量測Vo時，不可分出任何電流，否則量測值會不準。 電路設計AD590的輸出電流I=(273+T)μA(T為攝氏溫度)，因此量測的電壓V為(273+T)μA 10K=(+T/100)V。為了將電壓量測出來又需使輸出電流I不分流出來，我們使用電壓追隨器其輸出電壓V2等于輸入電壓V。由于一般電源供應較多零件之后，電源是帶噪聲的，因此我們使用齊納二極管作為穩壓零件，再利用可變電阻分壓。接下來我們使用差動放大器其輸出Vo為（100K/10K）（V2V1）=T/10，如果現在為攝氏28℃，輸出電壓接A/D轉換器，那么A/D轉換輸出的數字量就和攝氏溫度成線形比例關系。100K20K10K20K10K100K+12V+12V5V+12V5V+12VV1V2+12V5VV0+++