基于89c51單片機(jī)控制的智能濕度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 。8V。用示波器觀察對稱方波發(fā)生器的震蕩波形如圖所示，震蕩頻率為100Hz。圖中的Uc1代表C1上的電壓。由圖可見，隨著震蕩電容C1不斷進(jìn)行充、放電，在Uo1端便形成了以零伏為對稱軸的方波信號，其直流分量為零。RR3組成分壓器，用于設(shè)定IC1的閾值電壓（亦稱門限電壓），進(jìn)而控制IC1a的翻轉(zhuǎn)狀態(tài)。利用LM334的正溫度系數(shù)（+%/℃）去補(bǔ)償熱敏電阻的負(fù)溫度系數(shù)（%/℃），%/℃，它與傳感器的177。1%精度指標(biāo)相比可以完全忽略不計(jì)。LM334的安裝位置應(yīng)盡可能靠近濕敏電阻。需要指出的的是，LM334既可以夠成恒流源，還可作為電壓靈敏度為227μV/K的溫度傳感器使用，在這里只用其恒流特性，從而大大提高方波幅度的穩(wěn)定性。 對稱方波發(fā)生器輸出的Uo1信號通過緩沖器（IC1b）驅(qū)動濕敏電阻，再接至對數(shù)放大器IC1c的反相輸入端A。A點(diǎn)亦稱為求和點(diǎn)或虛地點(diǎn)，該點(diǎn)的電位可視為0V。設(shè)濕敏電阻R上的電流IRH,很容易求出 （） 對數(shù)放大器及相對濕度校正電路對數(shù)放大器由晶體管VT1和運(yùn)放IC1c構(gòu)成。將VT1的基極接地，集電極接A點(diǎn)（虛地）時，相當(dāng)于把集電極與基極短接，VT1就等效于硅二極管。VT1的發(fā)射極電壓（UBE）與集電極電流（IC）呈對數(shù)關(guān)系，其表達(dá)式為 　　 （）式中K為波爾茲曼常數(shù)，K=*105qV/K，q為電子電量（q=1019C）,T為熱力學(xué)溫度（K），IS為晶體管反向飽和電流。根據(jù)這一特性可設(shè)計(jì)成對數(shù)放大器，用來補(bǔ)償濕敏電阻的的指數(shù)曲線，使之近似于線性關(guān)系。利用電路實(shí)現(xiàn)線性化的原理如下：濕敏電阻的電阻值于相對濕度的關(guān)系式可近似表示為 R=AeRH （）式中的A為一變量，RH代表相對濕度（單位是%），令VT1發(fā)射極輸出電壓為UO2，顯然，UO2=UBE。考慮IC=IRH，然后將式（）和式（）一并代入式（）中，化簡后得到 （）不難看出，UO2與相對濕度成正比，這就實(shí)現(xiàn)了對濕敏電阻的線性化。 在方波信號的正半周，UO1=+8V，使VD5截止，UO1途徑濕敏電阻、求和點(diǎn)A，接VT1的集電極，再利用電路中的VT1對IRH求對數(shù)。因IC1C作為反向放大器使用，故UO2輸出的是負(fù)向方波信號。在負(fù)半周時，UO1=—8V，使VD5導(dǎo)通，對數(shù)放大器不工作，因此，對數(shù)放大器兼有半波整流作用。UO2送至IC1d的反相輸入端。由IC1d和電位器RPRP2組成的相對濕度校正電路。其中，RP1用以校正40%RH的刻度，RP2則用來校正100%RH的刻度。校正后的信號通過濾波電容（C3）得到直流信號，再經(jīng)過輸出放大器IC3a(1/2lf352)放大，獲得0～+10V的輸出電壓。 斷點(diǎn)放大器所謂“斷點(diǎn)”（break point）就是指40%RH這一點(diǎn)。，PCRC—55型濕敏電阻在RH≦40%時的非線性失真最為顯著，針對這種情況可通過斷點(diǎn)放大器再做一次局部線性化處理。斷點(diǎn)放大器（IC3b）就并聯(lián)在輸出放大器（IC3a）的兩端。當(dāng)RH≦40%時，利用IC3b可以改變IC3a的增益，使相對濕度曲線在0～40%的范圍內(nèi)更接近于線性。設(shè)IC3Ad 同相輸入端電壓為U1（這也是IC3b的反相輸入端電壓），IC3b的同相輸入端電壓為U2。=+，該電壓即為IC3b的參考電壓。當(dāng)RH﹥40%時，因U1﹥U2，IC3b輸出為低電平，故VT4和VD6均截止，斷點(diǎn)放大器不工作，對（40%～100%）相對濕度的線性化任務(wù)全部由對數(shù)放大器來完成。僅當(dāng)RH=40%時，U1≈﹤U2，IC3b輸出變成高電平，使VTVD6導(dǎo)通，斷點(diǎn)放大器才開始工作，可使0～40%相對濕度范圍內(nèi)的輸出電壓與相對濕度仍然保持線性關(guān)系。電路中R13和VD6的作用的防止在斷點(diǎn)附近產(chǎn)生抖動現(xiàn)象。 溫度補(bǔ)償電路當(dāng)環(huán)境溫度發(fā)生變化時，VT1的直流工作點(diǎn)也會改變，這必將影響對數(shù)放大器的輸出特性。因此，必須對VT1采取一定的溫度補(bǔ)償措施。溫度補(bǔ)償電路實(shí)際上是由IC4～I(xiàn)C6和VTVT3等組成的小型恒溫槽式控制器，并且需將VTVT3與VT1緊貼在一起。將VT2的集電極短接，利用其發(fā)射極作為溫度傳感器使用。IC5是溫控電路。VT3作為加熱器，給VT1提供一個+50℃（典型值）的工作溫度，使之不受外界環(huán)境溫度變化的影響。IC6（7812）給IC5提供+12V的穩(wěn)壓電源。IC5的參考電壓U3=+，該電壓所對應(yīng)的VT1管殼溫度恰好為+50℃。一旦VT1溫度偏離+50℃，VT2就通過放大器來改變VT3的基極電流，調(diào)節(jié)VT3的發(fā)熱量，使VT1始終工作在+50℃恒溫狀態(tài)，從而消除環(huán)境溫度變化對VT1工作點(diǎn)的影響。VDZ為3伏穩(wěn)壓管。 相對濕度檢測電路的調(diào)試及校正（1） 將VT3置于+50℃的環(huán)境中并將VT3的基極接地。（2） 給電路通電后，用數(shù)字萬用表測量VT2的基極電壓U3，適當(dāng)調(diào)節(jié)R19的電阻值使IC3的反相輸入端電壓也接近于U3[17]。（3） 將VT3的基極與地脫開后，該電路即具有+50℃的恒溫特性。相對濕度的校正方法（1） 在輸出端U0與地之間接一塊滿量程電壓為20V的4（1/2）為DVM。（2） 用一只35KΩ的電阻代替濕敏電阻，調(diào)節(jié)電位器RP1使儀表讀數(shù)為100%RH。（3） 用一只8MΩ的電阻代替濕敏電阻，調(diào)節(jié)電位器RP2使儀表讀數(shù)為40%RH。（4） 重復(fù)第（2）（3）兩步，直到調(diào)節(jié)RP1和RP2時互步影響讀數(shù)。（5） 用一只60MΩ的電阻來代替濕敏電阻，適當(dāng)調(diào)節(jié)斷點(diǎn)放大器R12的電阻（其標(biāo)稱值為40KΩ），使儀表讀數(shù)為24%RH。該儀表經(jīng)過測試及校正后，即殼測量相對濕度。旦需要說明兩點(diǎn)：第一，在更換濕敏電阻時，應(yīng)重新校正儀表；第二，（TA=+25℃）下測相互來的，當(dāng)濕敏電阻的實(shí)際工作溫度為T時，還應(yīng)根據(jù)廠家給出的PCRC—55的溫度特性對RH讀數(shù)值進(jìn)行修正，計(jì)算出實(shí)際相對濕度值[18]。 轉(zhuǎn)換模塊的設(shè)計(jì) 模數(shù)轉(zhuǎn)換器接受能夠完成將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的器件叫模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，簡稱A/D轉(zhuǎn)換器。A/D轉(zhuǎn)換器的種類很多，按位數(shù)來分，有8位、10位、12位、16位。位數(shù)越高，其分辨率也越高，但價格也越高。A/D轉(zhuǎn)換器就其結(jié)構(gòu)來分，有單獨(dú)的A/D轉(zhuǎn)換器；有的A/D轉(zhuǎn)換器帶多路開關(guān)；有的帶多數(shù)開關(guān)、數(shù)據(jù)放大器、采樣/保持及A/D轉(zhuǎn)換器，其本身就是一個完整的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。A/D轉(zhuǎn)換器按轉(zhuǎn)換原理分：計(jì)算器式A/D轉(zhuǎn)換、逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換、雙積分式A/D、并行A/D轉(zhuǎn)換、串并行A/D轉(zhuǎn)換等。在這些轉(zhuǎn)換方式中，計(jì)數(shù)器式A/D線路比較簡單，但轉(zhuǎn)換速度比較慢，所以現(xiàn)在應(yīng)用很少。雙積分式A/D轉(zhuǎn)換精度高，多用于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及精度比較高的場合。并行及串并A/D轉(zhuǎn)換速度比較快，多用于雷達(dá)及圖象處理等要求比較高的場合。逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換既照顧了轉(zhuǎn)換速度，有具有一定的精度，是目前工業(yè)過程控制系統(tǒng)中應(yīng)用最多的一種。目前，絕大多數(shù)A/D轉(zhuǎn)換器都采用這種轉(zhuǎn)換方法。 A/D轉(zhuǎn)換器ICL7135ICL7135是目前市場上廣泛流行的單片集成4位半雙積分A/D轉(zhuǎn)換器。由于ICL7135具有4位半的精度（相當(dāng)于14位二進(jìn)制數(shù)）、自動校零、自動極性輸出、單一參考電壓、動態(tài)字位掃描BCD碼輸出、自動量程控制信號輸出、價格低等特點(diǎn)，所以廣泛應(yīng)用于微控制器的應(yīng)用系統(tǒng)和各種精度較高的數(shù)字儀器等領(lǐng)域[19]。（1） 主要參數(shù)CMOS集成電路；雙積分轉(zhuǎn)換技術(shù)；單一參考電壓；采用BCD碼掃描輸出；能用閃爍顯示的方式表示超量程狀態(tài)；具有六路輸入/輸出（I/O）輔助信號，可以和微處理器相連，進(jìn)行復(fù)雜的控制；具有自動轉(zhuǎn)換量程的過和欠量程信號；允許差分輸入；具有自動極性辨別功能和自動校零電路；雙電源供電；%177。1個字；輸入漏電流低 1pA；分辨率高 14位；零讀數(shù)漂移 ℃；輸入阻抗高 109Ω；轉(zhuǎn)換速度慢 3次/秒；噪聲低 15μV。（2）引腳排列合引腳說明　V：負(fù)電源輸入端，典型值為5V。 VREF：參考電源輸入端，典型值為1V，參考電壓的精度合穩(wěn)定度將直接影響轉(zhuǎn)換精度。DDDDD1：BCD碼數(shù)據(jù)的位選通信號輸出端，分別分位萬、千、百、十、個位。BBBB8：BCD碼數(shù)據(jù)輸出線。BUSY：轉(zhuǎn)換狀態(tài)標(biāo)志輸出端。積分器在積分過程中（對信號積分和反向積分）BUSY輸出高電平，積分器反向積分過零后輸出低電平。CLK：時鐘輸入端。雙極性模式：最高時鐘頻率為125Hz,轉(zhuǎn)換速度為3次/秒；單極性模式：最高頻率為1MHz，這時轉(zhuǎn)換速度為25次/秒。AGND：模擬地，INTOUT：積分器輸出。AZIN：自調(diào)零輸入端。BUFOUT：緩沖放大器輸出端。REFCAP：外接參考電容引腳。REFCAP+：外接參考電容引腳。INLO：信號輸入低端。INHI：信號輸入高端。V+：正電源輸出端，典型值為+5V。DGND：數(shù)字接地。 ICL7135引腳排列圖POL：極性輸出端。當(dāng)信號為正時，POL極性輸出為高電平；輸入信號為負(fù)時，POL極性輸出為低電平。R/：啟動轉(zhuǎn)換/保持控制端。該端接高電平時，ICL7135為自動連續(xù)轉(zhuǎn)換狀態(tài)， 1/2。一次A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束后，該端輸出5個負(fù)脈沖，分別選通高位到低位的BCD碼數(shù)據(jù)輸出，可利用該信號把數(shù)據(jù)打入到并行接口中供CPU讀取，這在和微處理接口時顯得非常重要。OVERRANG：過量標(biāo)志輸入端。當(dāng)輸入信號讀數(shù)超過轉(zhuǎn)換記數(shù)范圍時，該引腳輸出高電平。UNDER：欠量程標(biāo)志輸入端。當(dāng)輸入信號讀數(shù)小于9%或者更小時，該端輸出高電平。 處理器模塊的設(shè)計(jì) 單片機(jī)AT89C51簡介及應(yīng)用 （1） AT89C51性能及特點(diǎn)[20] AT89C51是一種與MCS—51單片機(jī)相兼容的、高性能的8位CMOS微控制芯片，采用40引腳DIP封裝，片內(nèi)帶有4KB的快閃可編程/擦除只讀存儲器（FPEROM）。是當(dāng)前較先進(jìn)的一種電擦除8位單片機(jī)，它與MCS51指令系統(tǒng)完全兼容，片內(nèi)FPEROM允許對程序存儲器在線重新編程。也可用常規(guī)的EPROM編程器編程。具有超強(qiáng)的加密功能。ATMEL公司生產(chǎn)的這種89C51微控制器，將具有多種功能的8位CPU與FPEROM結(jié)合在同一芯片上，可完全替代87C51和8751/8752，為很多嵌入式控制應(yīng)用提供了設(shè)計(jì)靈活且價格適宜的方案，深受用戶歡迎。此外,AT89C51還增加了在零頻下工作的靜態(tài)邏輯方式及空閑和掉電兩種可選的省電模式,在空閑模式下,CPU停止工作,但RAM,定時/計(jì)數(shù)器,只保存RAM的內(nèi)容,振蕩器停振,關(guān)閉芯片的所有其它功能,與MCSC51相同.AT89C51主要特性如下： AT89C51引腳圖與MCS51產(chǎn)品兼容；4K字節(jié)可編程閃爍存儲器；壽命：1000寫/擦循環(huán)；數(shù)據(jù)保留時間：10年；全靜態(tài)工作：0Hz24Hz；三級程序存儲器鎖定；128*8位內(nèi)部RAM；32可編程I/O線；兩個16位定時器/計(jì)數(shù)器；5個中斷源；可編程串行通道；低功耗的閑置和掉電模式；片內(nèi)振蕩器和時鐘電路；可編程全雙工串行；4KB的在線可重復(fù)編程快閃存儲器，寫/檫可達(dá)1000次以上。（2）AT89C51內(nèi)部結(jié)構(gòu)說明AT89C51的FLASH存儲器有4KB，RAM只有128字節(jié)，加密位有三位，加密位為LB1，LB2。AT89C51是一帶有2KB字節(jié)的閃速可編程可擦除的只讀存儲器（PEOM），低電壓，高性能的8位CMOS微型計(jì)算機(jī)，有如下特性；和MCS—51系列產(chǎn)品完全兼容，2KB的FLASH的程序存儲器，可擦寫1000次，—6電壓范圍，靜態(tài)工作方式，可外接0—24MHZ的晶體振蕩器，；兩級程序存儲器，；128字節(jié)SRAM；32根可編程I/O引線；三個16位定時/計(jì)數(shù)器，六個中斷源，可編程UART串行口，直接LED驅(qū)動輸出，片內(nèi)模擬比較器，低功耗空閑方式和掉電工作方式。AT89C51是ATMEL微控器家族中廉價的成員，它含有2KB字節(jié)的快閃存儲器和MCS—51結(jié)構(gòu)兼容并可用MCS—51指令集進(jìn)行編程，89C51程序存儲器大小的物理范圍為000H7FFH，且89C2051中已保留了標(biāo)準(zhǔn)中斷服務(wù)的子程序的地址，AT89C51包含128字節(jié)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器，這樣8951中堆棧的深度局限于內(nèi)部RAM的128字節(jié)范圍內(nèi)，它既不支持外部數(shù)據(jù)存儲器的訪問，也不支持外部程序存儲器的訪問的執(zhí)行，因此，程序中不應(yīng)該包含MOV[]指令。（3） 端口介紹:ALE端口：地址鎖存使能在訪問外部存儲器時輸出脈沖鎖存地址的低字節(jié)在正常情況下ALE 輸出信號恒定為1/6 振蕩頻率并可用作外部時鐘或定時注意每次訪問外部數(shù)據(jù)時一個ALE 脈沖將被忽略ALE 可以通過置位SFR 禁止置位后ALE 只能在執(zhí)行MOVX 指令時被激活。PSEN端口：程序存儲使能當(dāng)執(zhí)行外部程序存儲器代碼時PSEN 每個機(jī)器周期被激活兩次在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時PSEN無效訪問內(nèi)部程序存儲器時PSEN 無效。EA/Vpp：外部尋址使能/編程電壓在訪問整個外部程序存儲器時EA 必須外部置低如果EA 為高時將執(zhí)行內(nèi)部程序除非程序計(jì)數(shù)器包含大于片內(nèi)FLASH 的地址該引腳在對FLASH 編程