畢業(yè)設(shè)計(jì)---基于單片機(jī)濕度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p>　　畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) [論 文]</p><p>　　題目： 濕度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　系 別： 電氣與電子工程系</p><p>　　專 業(yè)： 自動(dòng)化</p><p>　　姓 名： </p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論

2、文）</b></p><p><b>　　任 　務(wù) 　書(shū)</b></p><p>　　本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)</p><p>　　注：任務(wù)書(shū)必須由指導(dǎo)教師和學(xué)生互相交流后，由指導(dǎo)老師下達(dá)并交教研室主任審核后發(fā)給學(xué)生，最后同學(xué)生畢業(yè)論文等其它材料一起存檔。</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）成績(jī)?cè)u(píng)定<

3、;/p><p><b>　　答辯小組評(píng)定意見(jiàn)</b></p><p>　　一、評(píng)語(yǔ)（根據(jù)學(xué)生答辯情況及其論文質(zhì)量綜合評(píng)定）。</p><p>　　二、評(píng)分（按下表要求評(píng)定）</p><p>　　答辯小組成員簽字

4、 </p><p>　　年 月 日 </p><p><b>　　畢業(yè)答辯說(shuō)明</b></p><p>　　1、答辯前，答辯小組成員應(yīng)詳細(xì)審閱每個(gè)答辯學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），為答辯做好準(zhǔn)備，并根據(jù)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)給出實(shí)際得分。</p><p>　　2、嚴(yán)肅認(rèn)真組織答辯，公平、公正地給出答辯成

5、績(jī)。</p><p>　　3、指導(dǎo)教師應(yīng)參加所指導(dǎo)學(xué)生的答辯，但在評(píng)定其成績(jī)時(shí)宜回避。</p><p>　　4、答辯中要有專人作好答辯記錄。</p><p><b>　　指導(dǎo)教師評(píng)定意見(jiàn)</b></p><p>　　一、對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的學(xué)術(shù)評(píng)語(yǔ)（應(yīng)具體、準(zhǔn)確、實(shí)事求是）：</p><p>　　

6、簽字： </p><p>　　年 月 日</p><p>　　二、對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）評(píng)分[按下表要求綜合評(píng)定]。</p><p><b>　?。?）理工科評(píng)分表</b></p><p><b>　?。?）文科評(píng)分表</b></p>

7、<p>　　指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著科技的發(fā)達(dá)，以及人民生活水平的提高，人民室內(nèi)生活環(huán)境不斷改善，出現(xiàn)了空調(diào)、智能溫度器、室內(nèi)凈化器等一系列改善人民生活條件的高科技產(chǎn)品。然而這并不能滿足人民越來(lái)越高的生活需求，有些人提出了濕度的要求

8、，本設(shè)計(jì)就在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)一種基于89C51單片機(jī)控制的智能濕度控制系統(tǒng)。</p><p>　　此系統(tǒng)采用了SHT1x／7x系列單片集成傳感器；而且，通過(guò)軟件編程，再加上相應(yīng)的控制電路（光電耦合及繼電器等部分電路組成），設(shè)計(jì)出可以自動(dòng)的調(diào)節(jié)當(dāng)前環(huán)境的相對(duì)濕度：當(dāng)室內(nèi)空氣濕度過(guò)高時(shí)，控制系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)抽風(fēng)機(jī)，減少室內(nèi)空氣中的水蒸氣，以達(dá)到降低空氣濕度的目的；當(dāng)室內(nèi)空氣濕度過(guò)低時(shí)，控制系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)蒸汽機(jī)，增加空氣的水蒸

9、氣，以達(dá)到增加濕度的目的，使空氣濕度保持在理想的狀態(tài)；鍵盤(pán)設(shè)置及調(diào)整濕度的初始值，另外在設(shè)計(jì)個(gè)過(guò)程當(dāng)中，考慮了處理器抗干擾，加入了單片機(jī)監(jiān)視電路。</p><p>　　通過(guò)對(duì)基于單片機(jī)的相對(duì)濕度控制器設(shè)計(jì)，加深對(duì)傳感器技術(shù)及檢測(cè)技術(shù)的了解，鞏固對(duì)單片機(jī)知識(shí)的掌握，并系統(tǒng)的復(fù)習(xí)本專業(yè)所學(xué)過(guò)的知識(shí)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：濕度控制，傳感器，濕度調(diào)節(jié)</p><p>

10、;<b>　　Abstract</b></p><p>　　With the development of science and technology, the improvement of and the living standards of the people, the people are improving constantly in indoor living environ

11、ment, the air conditioner , intellectual temperature device , high-tech products of such people's living conditions of a series of improvement as the purifying device ,etc. in the room have appeared. But this can not

12、 meet higher and higher life demands of people , some people propose the demand for the humidity, this text is just o</p><p>　　This system uses a series of monolithic integrated sensors SHT1x/7x. And, throug

13、h software programming, in addition, corresponding control circuit (such some circuit as photoelectric coupling and relay ,etc. make up ), design the relative humidity of the present environment of regulation that can be

14、 automatic: When the indoor air humidity is too high, the control system starts the exhauster automatically, reduce the vapor in the indoor air, in order to achieve the goal of reducing air humidity; </p><p>

15、;　　Through designing the controller of relative humidity based on one-chip computer , strengthen the knowledge of the technology of the sensor and detection technique, the ones that consolidated to knowledge of the one-c

16、hip computer were mastered, and the systematic knowledge that a speciality has been studied of review. </p><p>　　Keyword: Humidity control, sensors, humidity regulation。</p><p><

17、;b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　1 緒 言1</b></p><p>　　1.1 課題背景1</p><p>　　1.2 課題研究的目

18、的和意義1</p><p>　　1.3 國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r1</p><p>　　2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的研究3</p><p>　　2.1 系統(tǒng)的控制特點(diǎn)與性能要求3</p><p>　　2.1.1 系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)組成3</p><p>　　2.1.2 系統(tǒng)的性能特點(diǎn)3</p><p>　　2

19、.2 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理3</p><p>　　2.3 濕度測(cè)量的名詞術(shù)語(yǔ)4</p><p>　　3 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)6</p><p>　　3.1 電源電路的設(shè)計(jì)6</p><p>　　3.2 相對(duì)濕度電路的設(shè)計(jì)7</p><p>　　3.2.1 傳統(tǒng)的電容式濕度傳感器存在以下缺點(diǎn)：7</p>&

20、lt;p>　　3.2.2 SHT1x／7x系列單片集成傳感器7</p><p>　　3.2.3 SHT1x／7x系列單片集成傳感器的特性8</p><p>　　3.2.4 SHT1x／7x系統(tǒng)結(jié)構(gòu)9</p><p>　　3.3 處理器模塊的設(shè)計(jì)9</p><p>　　3.3.1 單片機(jī)AT89C51簡(jiǎn)介及應(yīng)用9</p&g

21、t;<p>　　3.3.2 處理器的功能13</p><p>　　3.3.3 CPU 監(jiān)控電路13</p><p>　　3.4 濕度的調(diào)節(jié)模塊設(shè)計(jì)13</p><p>　　3.4.1 濕度調(diào)節(jié)的原理13</p><p>　　3.4.2 濕度調(diào)節(jié)的結(jié)構(gòu)框圖14</p><p>　　3.4.3 濕度

22、調(diào)節(jié)硬件結(jié)構(gòu)圖14</p><p>　　3.4.4 濕度調(diào)節(jié)原理實(shí)現(xiàn)14</p><p>　　3.5 顯示模塊設(shè)計(jì)15</p><p>　　3.5.1 LED顯示器的介紹15</p><p>　　3.5.2 單片機(jī)與LED接口16</p><p>　　3.6 按鍵模塊的設(shè)計(jì)16</p><

23、;p>　　3.6.1 鍵盤(pán)接口工作原理16</p><p>　　3.6.2 單片機(jī)與鍵盤(pán)接口17</p><p>　　3.6.3 按鍵產(chǎn)生抖動(dòng)原因及解決方案17</p><p>　　3.6.4 竄鍵的處理18</p><p>　　3.7 PID 控制算法18</p><p>　　4 軟件的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

24、19</p><p>　　5 總結(jié)與展望22</p><p><b>　　致 謝23</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)24</b></p><p><b>　　附 錄25</b></p><p><b>　　1 緒

25、 言</b></p><p><b>　　1.1 課題背景</b></p><p>　　在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、氣象、環(huán)保、國(guó)防、科研、航天以及現(xiàn)代生活的各個(gè)方面，經(jīng)常需要對(duì)環(huán)境濕度進(jìn)行測(cè)量及控制。對(duì)于生物制藥、食品加工、造紙等行業(yè)，準(zhǔn)確的測(cè)量濕度更是至關(guān)重要的。此外，濕度還直接影響到人們的舒適程度和身體健康，但在常規(guī)的環(huán)境參數(shù)中，濕度是最難準(zhǔn)確測(cè)量的一個(gè)參數(shù)。這是

26、因?yàn)闇y(cè)量濕度要比測(cè)量溫度復(fù)雜得多，溫度是個(gè)獨(dú)立的被測(cè)量，而濕度卻受其它因素的影響，濕度與大氣壓、溫度呈函數(shù)關(guān)系。因此，用常規(guī)的方法測(cè)量濕度的誤差可達(dá)±5%～±20%。過(guò)去用干濕球度計(jì)或毛發(fā)濕度計(jì)來(lái)測(cè)量、通過(guò)查表得到濕度的方法，早已無(wú)法滿足現(xiàn)代科技發(fā)展的需求。干濕球濕度計(jì)和普通的濕度計(jì)并能用做標(biāo)定，就是因?yàn)闃?biāo)定后的精度無(wú)法保證。濕度的標(biāo)定對(duì)環(huán)境條件要求十分嚴(yán)格，而在國(guó)外的濕度標(biāo)定設(shè)備（例如過(guò)生產(chǎn)的MC741—HP型濕度

27、校準(zhǔn)儀），價(jià)格又十分昂貴。本設(shè)計(jì)就是在此基礎(chǔ)是，提出一種基于AT89C51單片機(jī)控制的比較簡(jiǎn)單而實(shí)用的濕度檢測(cè)及控制方法。</p><p>　　1.2 課題研究的目的和意義</p><p>　　討論一種測(cè)量濕度的簡(jiǎn)單方法，利用我們常用的電子元器件來(lái)組成簡(jiǎn)單而實(shí)用的濕度檢測(cè)電路，并在此基礎(chǔ)上討論濕度檢測(cè)影響條件和環(huán)境因數(shù)的作用以及濕度檢測(cè)的精確性問(wèn)題。</p><p>

28、;　　在濕度檢測(cè)的基礎(chǔ)上，簡(jiǎn)單了討論濕度的控制問(wèn)題，分析濕度調(diào)節(jié)的可行性以及怎么樣調(diào)節(jié)的問(wèn)題。</p><p>　　1.3 國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r</p><p>　　早在18世紀(jì)人類(lèi)就發(fā)明了干濕球濕度計(jì)，干濕球濕度計(jì)的準(zhǔn)確度還取決于干球、濕球兩支溫度計(jì)本身的精度；濕度計(jì)必須處于通風(fēng)狀態(tài)：只有紗布水套、水質(zhì)、風(fēng)速都滿足一定要求時(shí)，才能達(dá)到規(guī)定的準(zhǔn)確度。干濕球濕度計(jì)的準(zhǔn)確度只有5％一7％RH。干濕球

29、測(cè)濕法采用間接測(cè)量方法，通過(guò)測(cè)量干球、濕球的溫度經(jīng)過(guò)計(jì)算得到濕度值，因此對(duì)使用溫度沒(méi)有嚴(yán)格限制，在高溫環(huán)境下測(cè)濕不會(huì)對(duì)傳感器造成損壞。干濕球測(cè)濕法的維護(hù)相當(dāng)簡(jiǎn)單，在實(shí)際使用中，只需定期給濕球加水及更換濕球紗布即可。與電子式濕度傳感器相比，干濕球測(cè)濕法不會(huì)產(chǎn)生老化，精度下降等問(wèn)題。所以干濕球測(cè)濕方法更適合于在高溫及惡劣環(huán)境的場(chǎng)合使用。后來(lái)又出現(xiàn)了滴水法測(cè)量相對(duì)濕度。而電子式濕度傳感器是近幾十年，特別是近20年才迅速發(fā)展起來(lái)的。濕度傳感器生

30、產(chǎn)廠在產(chǎn)品出廠前都要采用標(biāo)準(zhǔn)濕度發(fā)生器來(lái)逐支標(biāo)定，電子式濕度傳感器的準(zhǔn)確度可以達(dá)到2％一3％RH。電子濕度傳感技術(shù)由于發(fā)展快，精確性高，誤差小，現(xiàn)在得到了廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　近年來(lái)，隨著電子芯片集成化、小型化速度的加快以及芯片制作技術(shù)的提高，國(guó)內(nèi)外在濕度傳感器研發(fā)領(lǐng)域取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。濕度傳感器正從簡(jiǎn)單的濕敏元件向集成化、智能化、多參數(shù)檢測(cè)以及的方向迅速發(fā)展，為開(kāi)發(fā)新一代濕度測(cè)控系統(tǒng)創(chuàng)造了有利條件，

31、也將濕度測(cè)量技術(shù)提高到新的水平。</p><p>　　2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的研究</p><p>　　2.1 系統(tǒng)的控制特點(diǎn)與性能要求</p><p>　　2.1.1 系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)組成</p><p>　?、贊穸葯z測(cè)電路。 用于檢測(cè)空氣的相對(duì)濕度。</p><p>　?、谖⒖刂破鳌?采用ATMEL公司的89C51單

32、片機(jī)，作為主控制器。</p><p>　?、垭娫捶€(wěn)壓電路。 用于對(duì)輸入的220V交流電壓進(jìn)行變壓、整流。</p><p>　?、苕I盤(pán)輸入電路。 用于設(shè)定初始值等。</p><p>　?、軱ED顯示電路。 用于顯示濕度。</p><p>　　⑥功率驅(qū)動(dòng)電路。 用于調(diào)節(jié)濕度。</p><p>　　圖2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖<

33、;/p><p>　　2.1.2 系統(tǒng)的性能特點(diǎn)</p><p>　?。?）自動(dòng)檢測(cè)室內(nèi)空氣的濕度。</p><p>　?。?）當(dāng)室內(nèi)空氣濕度過(guò)高時(shí)，控制系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)抽風(fēng)機(jī)，減少室內(nèi)空氣中的水蒸氣，以達(dá)到降低空氣濕度的目的；當(dāng)室內(nèi)空氣濕度過(guò)低時(shí)，控制系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)蒸汽機(jī)，增加空氣的水蒸氣，以達(dá)到增加濕度的目的，使空氣濕度保持在理想的狀態(tài)。[李竹 簡(jiǎn)單溫控和濕控電路的探討

34、山西師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）2003年3月 第17卷第1期 2～4]</p><p>　?。?）數(shù)碼管顯示當(dāng)前的濕度。</p><p>　?。?）鍵盤(pán)設(shè)置及調(diào)整濕度的初始值。</p><p>　　2.2 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理</p><p>　　該濕度控制系統(tǒng)由濕度檢測(cè)電路、CPU 監(jiān)控電路、顯示電路、排風(fēng)與加熱控制電路和微處理器等組成，其中微處

35、理器AT89C51 是整個(gè)系統(tǒng)的控制核心。工作原理如下：濕度檢測(cè)電路將當(dāng)前環(huán)境濕度信號(hào)，送到處理器AT89C51中，然后處理器通過(guò)軟件的運(yùn)行，將當(dāng)前濕度信號(hào)通過(guò)LED顯示出來(lái)（顯示相對(duì)濕度值），并且處理器通過(guò)程序的運(yùn)行，判斷當(dāng)前濕度值是否在預(yù)先設(shè)定的范圍之內(nèi)。假設(shè)不是，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)進(jìn)行濕度的調(diào)節(jié)：當(dāng)濕度檢測(cè)電路檢測(cè)到當(dāng)前環(huán)境濕度高于設(shè)定值的上限的時(shí)候，微處理器將使P2.6輸出低電平，起動(dòng)減濕控制電路使吹風(fēng)機(jī)開(kāi)始工作，開(kāi)始排風(fēng)散熱降溫；當(dāng)

36、濕度檢測(cè)電路檢測(cè)到當(dāng)前環(huán)境濕度低于濕度設(shè)定下限時(shí)，P2.7輸出輸出低電平，使蒸汽機(jī)控制電路工作，開(kāi)始加熱增加濕度。</p><p>　　圖2.2 系統(tǒng)整體硬件電路圖</p><p>　　2.3 濕度測(cè)量的名詞術(shù)語(yǔ)</p><p>　　濕度：濕度是表示空氣中水蒸氣的含量。濕度又分為絕對(duì)濕度和相對(duì)濕度兩種。</p><p>　　絕對(duì)濕度：絕對(duì)濕度

37、亦稱水蒸氣密度，它表示水蒸氣的質(zhì)量與總?cè)莘e的比值，有公式</p><p><b>　?。?.1）</b></p><p>　　式中,dv代表絕對(duì)濕度,它表示每立方米干燥空氣與水蒸氣的混合物中所含水分的克數(shù)；p為水蒸氣的壓強(qiáng)(單位是Pa)；Ｔab為干燥空氣的溫度值（單位是℃）．需要指出，國(guó)內(nèi)也有人將空氣中所含水蒸氣的壓強(qiáng)理解為絕對(duì)濕度，這與國(guó)外關(guān)于絕對(duì)濕度的定義不相符。

38、</p><p>　　相對(duì)濕度：相對(duì)濕度表示在相同濕度下大氣中水蒸氣的實(shí)際壓強(qiáng)與飽和水蒸氣的壓強(qiáng)之比，通常用百分?jǐn)?shù)來(lái)表示。相對(duì)濕度的英文縮寫(xiě)為ＲＨ(Relative Humidity)，有公式：</p><p><b>　　（2.2）</b></p><p>　　式中，p1(T)代表溫度為Ｔ時(shí)的水蒸氣壓強(qiáng)，p2(T)表示在溫度Ｔ下的飽和壓強(qiáng)。顯

39、然，相對(duì)濕度是壓強(qiáng)和溫度的函數(shù)。</p><p>　　露點(diǎn)：在水蒸氣冷卻過(guò)程中最初發(fā)生結(jié)露的溫度。若氣溫低于露點(diǎn)，水蒸氣開(kāi)始凝結(jié)。濕度比：它表示水蒸氣的質(zhì)量與干燥空氣的質(zhì)量比。</p><p>　　大氣壓強(qiáng)：在單位面積上大氣的壓力。通常將海平面高度的大氣壓強(qiáng)稱為１個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，p0=101.325Pa。大氣壓強(qiáng)隨高度的增加而降低。設(shè)Ａ、Ｂ兩點(diǎn)的高度差h2-h1=h,這兩點(diǎn)的大氣壓強(qiáng)分別為p

40、1,p2。有公式</p><p><b>　?。?.3）</b></p><p>　　當(dāng)距海面高度為1000M、2000M、4000M、8000M時(shí)，大氣壓強(qiáng)就依次降成 0.88p0﹑0.78p0、16p0﹑0.37p0。</p><p><b>　　3 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　

41、3.1 電源電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　穩(wěn)壓電源一般由變壓器、整流器和穩(wěn)壓器三大部分組成，變壓器把市電交流電壓變?yōu)樗枰牡蛪航涣麟姟Ｕ髌靼呀涣麟娮優(yōu)橹绷麟?。?jīng)濾波后，穩(wěn)壓器再把不穩(wěn)定的直流電壓變?yōu)榉€(wěn)定的直流電壓輸出。</p><p>　　穩(wěn)壓電源的技術(shù)指標(biāo)及對(duì)穩(wěn)壓電源的要求，穩(wěn)壓電源的技術(shù)指標(biāo)可以分為兩大類(lèi)：一類(lèi)是特性指標(biāo)，如輸出電壓、輸出電流及電壓調(diào)節(jié)范圍；另一類(lèi)是質(zhì)量指標(biāo)，反映

42、一個(gè)穩(wěn)壓電源的優(yōu)劣，包括穩(wěn)定度、等效內(nèi)（輸出電阻）、紋波電壓及溫度系數(shù)等。對(duì)穩(wěn)壓電源的性能，主要有以下四個(gè)萬(wàn)面的要求：1、定性好，2、輸出電阻小，3 、電壓溫度系數(shù)小，4、輸出電壓紋波小。</p><p>　　我設(shè)計(jì)的穩(wěn)壓電源是以78XX和79XX系列穩(wěn)壓器為基礎(chǔ)的，這類(lèi)電源能夠產(chǎn)生±5V，±15V。它是先將來(lái)自交流電的電壓通過(guò)變壓器（即將220V轉(zhuǎn)換為20V），然后通過(guò)78XX和79XX穩(wěn)壓

43、器，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。首先來(lái)介紹一下78XX和79XX的基本情況。78XX和79XX系列是常用三端固定電壓集成線形穩(wěn)壓器，78XX系列為正電壓輸出穩(wěn)壓器，79XX系列為負(fù)電壓輸出穩(wěn)壓器。除了輸出電壓極性不同外，其他方面基本相同，因此，本節(jié)以78XX系列為例進(jìn)行介紹。型號(hào)78XX/79XX系列中的XX數(shù)字表示集成穩(wěn)壓器的輸出電壓的數(shù)值，以V為單位，例如：7805表示輸出正電壓為+5V，7924表示輸出負(fù)電壓-24V等。有5V，6V，9V，12

44、V，15V，18V，24V等7種不同的輸出電壓檔，能滿足大多數(shù)電子設(shè)備所用的電源電壓。</p><p><b>　　圖3.1</b></p><p>　　基于我要得到正負(fù)電源同時(shí)使用和電路電源要求，我選用正負(fù)三種集成穩(wěn)壓器（7805、、7812、7815、7905、7912、7915），按圖3.2所示設(shè)計(jì)：</p><p><b>　

45、　圖3.2</b></p><p>　　C1、C2是用以抵消其較長(zhǎng)接線的電感效應(yīng)，防止產(chǎn)生自激震蕩，界限不長(zhǎng)時(shí)可以不用，C1、C2一般在（0.1~1）μF，輸出端的電容C3、C4用來(lái)改善暫態(tài)響應(yīng)，使瞬時(shí)增減負(fù)載電流時(shí)不致引起輸出電壓有較大的波動(dòng)，削弱電路的高頻噪聲，C3、C4可用10μF。</p><p>　　由此得到穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)圖3.3</p><p&g

46、t;　　圖3.3 電源電路圖</p><p>　　在圖中A端輸出+15V，B端輸出+12V，C端輸出+5V，D端輸出-15V，E端輸出-12V、F端輸出-5V，這6種電源可以供我們后來(lái)設(shè)計(jì)器件的備用電源，如：濕度檢測(cè)電路、單片機(jī)電源、繼電器的電源等。</p><p>　　3.2 相對(duì)濕度電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　3.2.1 傳統(tǒng)的電容式濕度傳感器存在以下缺點(diǎn)：

47、</p><p>　　(1)輸出是模擬量必須使用AD變換才可以接到微處理器進(jìn)行處理，由于模擬傳輸中容易受到干擾，所以不適合多節(jié)點(diǎn)傳感和遠(yuǎn)程傳感。</p><p>　　(2)長(zhǎng)期穩(wěn)定性差，容易受外部條件的影響，由于老化和漂移等問(wèn)題，長(zhǎng)期工作后誤差較大；同時(shí)其精度受電源精度、穩(wěn)定度的影響較大，為了保證精度需要對(duì)電源提出較高的要求，增加了成本。</p><p>　　(3)

48、一致性較差，由于模擬電路通道(例如檢波電路)的不一致性，使批量生產(chǎn)較為復(fù)雜，必須進(jìn)行曲線擬和標(biāo)定。</p><p>　　(4)由于需要進(jìn)行標(biāo)定，用戶需要配備復(fù)雜而昂貴的標(biāo)定設(shè)備及基準(zhǔn)。</p><p>　　3.2.2 SHT1x／7x系列單片集成傳感器</p><p>　　SHT1x／7x系列單片集成傳感器是Sensirion公司最近推出的一種可以同時(shí)測(cè)量濕度、溫度

49、和露點(diǎn)的傳感器，不需外圍元件直接輸出經(jīng)過(guò)標(biāo)定了的相對(duì)濕度、溫度及露點(diǎn)的數(shù)字信號(hào)，可以有效解決傳統(tǒng)溫、濕度傳感器的不足。SHT1x／7x系列單片集成傳感器是利用CMOSensTM技術(shù)制造的，如圖3.4所示。[郁有穩(wěn) 常健 程繼紅 編著 傳感器原理及工程應(yīng)用 西安電子科技大學(xué)出版社]</p><p>　　圖3.4 SHT1X/7X結(jié)構(gòu)功能框圖</p><p>　　內(nèi)部集成了濕度敏感元件和溫度

50、敏感元件、放大器、一個(gè)14 b的A／D轉(zhuǎn)換器、標(biāo)定數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器以及數(shù)字總線接口以及穩(wěn)壓電路。由于溫度傳感器和濕度傳感器在硅片上是緊靠在一起，可以精確地測(cè)定露點(diǎn)，不會(huì)因?yàn)閮烧咧g的溫度差而引入誤差；直接通過(guò)A／D據(jù)是存放在芯片上OTP存儲(chǔ)器中的標(biāo)定系數(shù)，輸出是經(jīng)過(guò)標(biāo)定的數(shù)字信號(hào)，可以確保傳感器的性能指標(biāo)一致性、穩(wěn)定性好、成本低、使用方便。</p><p>　　3.2.3 SHT1x／7x系列單片集成傳感器的特性<

51、;/p><p>　　SHT1x／7x系列電源電壓適用范圍寬：2．4～5．5 V。測(cè)量精度高：濕度的精度為±3．5％，溫度的精度為±0．5℃（在20℃時(shí)）。待機(jī)時(shí)電流低于3μA。傳感器的數(shù)字輸出是通過(guò)兩線數(shù)字接口直接連到微處理器上去，便于進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)。</p><p>　　SHT1x／7x送出的溫度、濕度數(shù)據(jù)必須經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換，才能表示實(shí)際的溫度和濕度，其公式如下</p>

52、;<p>　　其中：TC表示攝氏溫度；RHTrue表示相對(duì)濕度。　　d1，d2和溫度分辨率有關(guān)，C1，C2，C3，t1，t2和濕度的分辨率有關(guān)，其對(duì)應(yīng)關(guān)系如表2和表3所示。 引自[郁有穩(wěn) 常健 程繼紅 編著 傳感器原理及工程應(yīng)用 西安電子科技大學(xué)出版社]</p><p>　　圖3.5溫濕度校正系數(shù)</p><p>　　3.2.4 SHT1x／7x系統(tǒng)結(jié)構(gòu)</p>

53、;<p>　　測(cè)試電路使用AT89C2051對(duì)傳感器進(jìn)行讀寫(xiě)。其電路如圖2所示。SHT1x／7x系列傳感器采用SCK，DATA進(jìn)行通信，但是其協(xié)議有別于I2C總線。</p><p>　　圖3.6 SHT1x/7x與89C51的連接</p><p>　　3.3 處理器模塊的設(shè)計(jì)</p><p>　　3.3.1 單片機(jī)AT89C51簡(jiǎn)介及應(yīng)用</p

54、><p>　?。?） AT89C51性能及特點(diǎn):[丁元杰 單片機(jī)原理及應(yīng)用 機(jī)械工業(yè)出版社 1999.8 40～48]</p><p>　　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(chǔ)器（FPEROM）。是當(dāng)前較先進(jìn)的一種電擦除8位單片機(jī)，它與MCS-51指令系統(tǒng)完全兼容，片內(nèi)FPE

55、ROM允許對(duì)程序存儲(chǔ)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(jià)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(shí)/計(jì)數(shù)器,

56、串行口和中斷系統(tǒng)仍然工作.在掉電模式下,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,直到下一次硬件復(fù)位為止.其空閑和掉電兩種工作方式以及靜態(tài)邏輯運(yùn)作等情況,與MCSC51相同.</p><p>　　AT89C51主要特性如下： </p><p>　　與MCS-51產(chǎn)品兼容；4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器；壽命：1000寫(xiě)

57、/擦循環(huán)；數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年；全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz；三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定；128*8位內(nèi)部RAM；32可編程I/O線；兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；5個(gè)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(shí)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(chǔ)器，寫(xiě)/檫可達(dá)1000次以上。</p><p>　?。?）AT89C51內(nèi)部結(jié)構(gòu)說(shuō)明</p><p>　　AT89C5

58、1的FLASH存儲(chǔ)器有4KB，RAM只有128字節(jié)，加密位有三位，加密位為L(zhǎng)B1，LB2。AT89C51是一帶有2KB字節(jié)的閃速可編程可擦除的只讀存儲(chǔ)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(chǔ)器，可擦寫(xiě)1000次，2.7—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(jí)程序存儲(chǔ)器，；128字節(jié)SRAM；32根可編程I/O引線；三個(gè)16

59、位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，六個(gè)中斷源，可編程UART串行口，直接LED驅(qū)動(dòng)輸出，片內(nèi)模擬比較器，低功耗空閑方式和掉電工作方式。</p><p>　　AT89C51是ATMEL微控器家族中廉價(jià)的成員，它含有2KB字節(jié)的快閃存儲(chǔ)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(chǔ)器大小的物理范圍為000H---7FFH，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)

60、部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(chǔ)器的訪問(wèn)，也不支持外部程序存儲(chǔ)器的訪問(wèn)的執(zhí)行，因此，程序中不應(yīng)該包含MOV[]指令。</p><p><b>　?。?） 端口介紹:</b></p><p>　　ALE端口：地址鎖存使能在訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)輸出脈沖鎖存地址的低字節(jié)在正常情況下ALE 輸出信號(hào)恒定為1/6 振蕩

61、頻率并可用作外部時(shí)鐘或定時(shí)注意每次訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)時(shí)一個(gè)ALE 脈沖將被忽略ALE 可以通過(guò)置位SFR 的auxlilary.0 禁止置位后ALE 只能在執(zhí)行MOVX 指令時(shí)被激活。</p><p>　　PSEN端口：程序存儲(chǔ)使能當(dāng)執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器代碼時(shí)PSEN 每個(gè)機(jī)器周期被激活兩次在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)PSEN無(wú)效訪問(wèn)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器時(shí)PSEN 無(wú)效。</p><p>　　EA/Vpp：外

62、部尋址使能/編程電壓在訪問(wèn)整個(gè)外部程序存儲(chǔ)器時(shí)EA 必須外部置低如果EA 為高時(shí)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(duì)FLASH 編程時(shí)接5V/12V 編程電壓(Vpp) 如果保密位1 已編程EA 在復(fù)位時(shí)由內(nèi)部鎖存。</p><p>　　RST為復(fù)位輸入端，振蕩器工作時(shí)，該引腳上兩個(gè)周期的高電平復(fù)位AT89C2051。</p><p>　　XTAL1：振蕩器

63、反相放大器內(nèi)部工作時(shí)鐘電路輸入端。</p><p>　　XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。</p><p>　　P0 口： P0 口是開(kāi)漏雙向口可以寫(xiě)為1 使其狀態(tài)為懸浮，用作高阻輸入P0 也可以在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器時(shí)作地，址的低字節(jié)在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)作數(shù)據(jù)總線此時(shí)，通過(guò)內(nèi)部強(qiáng)上拉輸出1。</p><p>　　P1 口 ：P1 口是帶內(nèi)部上拉的雙向I/O 口

64、向P1 口寫(xiě)入1，時(shí)P1 口被內(nèi)部上拉為高電平可用作輸入口當(dāng)作為，輸入腳時(shí)被外部拉低的P1 口會(huì)因?yàn)閮?nèi)部上拉而輸出電，流(見(jiàn)DC 電氣特性) P1 口第2 功能，T2(P1.0) 定時(shí)/計(jì)數(shù)器2 的外部計(jì)數(shù)輸入/時(shí)鐘輸出(見(jiàn)可編程輸出)，T2EX(P1.1) 定時(shí)/計(jì)數(shù)器2 重裝載/捕捉/方向控制。</p><p><b>　　P3口第二功能</b></p><p>

65、　　表3.1 P3口特殊功能</p><p>　　P2 口： P2 口是帶內(nèi)部上拉的雙向I/O 口向P2 口寫(xiě)入1，時(shí)P2 口被內(nèi)部上拉為高電平可用作輸入口當(dāng)作為，輸入腳時(shí)被外部拉低的P2 口會(huì)因?yàn)閮?nèi)部上拉而輸出電，流(見(jiàn)DC 電氣特性) 在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器和外部數(shù)據(jù)，時(shí)分別作為地址高位字節(jié)和16 位地址(MOVX @DPTR)，此時(shí)通過(guò)內(nèi)部強(qiáng)上拉傳送1當(dāng)使用8 位尋址方式(MOV@Ri)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí),

66、P2 口發(fā)送P2 特殊功能寄存器的內(nèi)容。</p><p>　　P3口：P3 口是帶內(nèi)部上拉的雙向I/O 口向P3 口寫(xiě)入1時(shí)P3 口被內(nèi)部上拉為高電平可用作輸入口當(dāng)作為輸入腳時(shí)被外部拉低的P3 口會(huì)因?yàn)閮?nèi)部上拉而輸出電流(見(jiàn)DC 電氣特性) P3 口還具有以下特殊功能。</p><p>　　圖3.8復(fù)位電路設(shè)計(jì)</p><p>　?。?） 8051的復(fù)位方

67、式可以是自動(dòng)復(fù)位，也可以是手動(dòng)復(fù)位，見(jiàn)圖。此外，</p><p>　　RESET/Vpd還是一復(fù)用腳，Vcc掉電其間，此腳可接上備用電源，以保證單片機(jī)內(nèi)部RAM的數(shù)據(jù)不丟失。</p><p>　?。?）AT89C51特殊功能寄存器 </p><p>　　表10-14中給出了AT89C2051中的所有特殊功能寄存器SFR，它

68、們分布在地址范圍為80H-F8H中，工19個(gè)，比AT89C2051少了P0和P2兩個(gè)專用寄存器，因?yàn)樗鼪](méi)有這兩個(gè)相應(yīng)的端口。</p><p>　　P0 口： P0 口是開(kāi)漏雙向口可以寫(xiě)為1 使其狀態(tài)為懸浮，用作高阻輸入P0 也可以在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器時(shí)作地，址的低字節(jié)在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)作數(shù)據(jù)總線此時(shí)，通過(guò)內(nèi)部強(qiáng)上拉輸出1。</p><p>　　AT89C51中的所有特殊功能寄存器與MC

69、S-51系列的單片機(jī)相同，特殊功能寄存器也稱專用寄存器，專用于控制、管理片內(nèi)算術(shù)邏輯部件、并行I/O口、串行I/O口、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)等功能模塊的工作，用戶在編程時(shí)可以置數(shù)設(shè)定，卻不能自由移動(dòng)它用。在51系列單片機(jī)中，將各專用寄存器與片內(nèi)RAM統(tǒng)一編址，且作為直接尋址字節(jié)，可直接尋址。51系列有18個(gè)專用寄存器，其中3個(gè)為雙字節(jié)寄存器，共占21個(gè)字節(jié)。</p><p>　?。?）對(duì)8951指令系統(tǒng)的說(shuō)明&

70、lt;/p><p>　　89C51指令系統(tǒng)與MC-51指令系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)在某些地方有所不同。AT89C51只包含128B的片內(nèi)RAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，這樣，棧地址空間就相應(yīng)為128B有效范圍。AT89C51有片外存儲(chǔ)器接口，它支持外部RAM器件和外部編程器件，分支指令。</p><p>　　3.3.2 處理器的功能</p><p>　　AT89C51 單片機(jī)作為控制儀的核心部分．主

71、要完成以下功能：</p><p>　?、俑鶕?jù)采集到的濕度信號(hào)，通過(guò)LED顯示濕度值；</p><p>　?、诋?dāng)室內(nèi)空氣濕度過(guò)高時(shí)，控制系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)抽風(fēng)機(jī)，減少室內(nèi)空氣中的水蒸氣，以達(dá)到降低空氣濕度的目的；當(dāng)室內(nèi)空氣濕度過(guò)低時(shí)，控制系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)蒸汽機(jī)，增加空氣的水蒸氣，以達(dá)到增加濕度的目的，使空氣濕度保持在理想的狀態(tài)。</p><p>　　3.3.3 CPU 監(jiān)控電路

72、</p><p>　　為了提高系統(tǒng)工作的可靠性，測(cè)控儀增加了微處理器工作的監(jiān)控電路，如圖 1 中左邊的中部所示，在這里采用 MAx813L 實(shí)現(xiàn)，以防程序跑飛使系統(tǒng)失控。如果在1.65s內(nèi)微處理器 AT89C51 不給 MAxsl3L 的“看門(mén)狗”輸入端 WDI 觸發(fā)信號(hào)，說(shuō)明程序已跑飛或程序已進(jìn)入了死循環(huán)， MAX813L 將發(fā)出復(fù)位信號(hào)，使系統(tǒng)復(fù)位重新運(yùn)行。另外，用于控制加熱和排風(fēng)的電路如圖 1 中右下方所示

73、。由于該電路很簡(jiǎn)單，在這里就不介紹了。值得一提的是加熱控制和吹風(fēng)扇控制用的接觸器，其觸點(diǎn)容量選取應(yīng)視控制對(duì)象的功率而定，至少在 220WroA 以上，以確?？刂苾x的可靠工作。</p><p>　　3.4 濕度的調(diào)節(jié)模塊設(shè)計(jì)</p><p>　　3.4.1 濕度調(diào)節(jié)的原理</p><p>　　當(dāng)環(huán)境的濕度超出我們預(yù)先設(shè)定的濕度范圍時(shí)，通過(guò)濕度檢測(cè)電路以及A/D轉(zhuǎn)換，把

74、相應(yīng)的信號(hào)送入主處理器AT89C2051中，通過(guò)軟件的判斷，確定當(dāng)前的濕度值是否在合適的范圍，如果不是，就自動(dòng)的發(fā)出信號(hào)，啟動(dòng)濕度調(diào)節(jié)，例如當(dāng)相應(yīng)環(huán)境濕度大于預(yù)先設(shè)定的濕度值時(shí)，通過(guò)單片機(jī)發(fā)出信號(hào)，經(jīng)功率驅(qū)動(dòng)放大電路，啟動(dòng)抽風(fēng)機(jī)的工作，減少空氣中水蒸氣的含量，以達(dá)到降低空氣濕度的目的；當(dāng)環(huán)境相應(yīng)濕度小于預(yù)先給定的濕度值時(shí)，仍然的通過(guò)單片機(jī)發(fā)出信號(hào)，經(jīng)功率放大電路，啟動(dòng)加濕器的工作（其實(shí)也就是一個(gè)蒸汽機(jī)相關(guān)的機(jī)械），增加空氣中的水蒸氣，以

75、達(dá)到增加空氣中濕度的目的?？傊?，我們所要做的工作就是要使空氣濕度保持在我們需要的理想狀態(tài)。</p><p>　　3.4.2 濕度調(diào)節(jié)的結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　濕度調(diào)節(jié)電路的設(shè)計(jì)：如圖3.9</p><p>　　圖3.9 濕度調(diào)節(jié)的結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　3.4.3 濕度調(diào)節(jié)硬件結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　如

76、圖為濕度控制硬件結(jié)構(gòu)圖，圖中采用了兩只光電耦合器件、兩個(gè)繼電器、和兩只發(fā)光二極管。其中光電耦合器件是將處理器（單片機(jī)）輸出的信號(hào)轉(zhuǎn)換為繼電器的輸入信號(hào)，而繼電器又與吹風(fēng)機(jī)和蒸汽機(jī)的電源線相連，這樣，處理器輸出的信號(hào)就可以通過(guò)光電耦合電路和繼電器電路來(lái)控制機(jī)械（吹風(fēng)機(jī)或蒸汽機(jī)）的動(dòng)作。</p><p>　　3.4.4 濕度調(diào)節(jié)原理實(shí)現(xiàn)</p><p>　　本濕度調(diào)節(jié)電路包含兩個(gè)方面，一方面就

77、是增加濕度的蒸汽機(jī)，也就是用來(lái)增加空氣濕度的加濕設(shè)備，另一方面就是降低濕度的的吹風(fēng)機(jī)，也就是用來(lái)減小空氣中的濕度，這兩個(gè)方面合起來(lái)，就是實(shí)現(xiàn)空氣濕度的自動(dòng)調(diào)節(jié)。</p><p>　　現(xiàn)以吹風(fēng)機(jī)為例，來(lái)說(shuō)明濕度的自動(dòng)調(diào)節(jié)過(guò)程。首先，我們可以人為的設(shè)定合適的濕度值，例如可以根據(jù)溫濕度之間的聯(lián)系，在知道當(dāng)天溫度的情況下設(shè)置合適的濕度值，然后濕度檢測(cè)電路將所檢測(cè)到的當(dāng)前濕度信號(hào)通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換送到控制器（AT89C51），

78、在控制器里面，通過(guò)軟件的編程，將所檢測(cè)到的濕度信號(hào)與預(yù)先設(shè)定的濕度值相比較，當(dāng)檢測(cè)到的濕度值大于預(yù)先設(shè)定的濕度值時(shí)，仍然是經(jīng)過(guò)軟件的處理，從處理器的端口P2.6（開(kāi)始運(yùn)行時(shí)，P2.6人為設(shè)定為高電平）輸出低電平信號(hào)（見(jiàn)硬件結(jié)構(gòu)圖），這樣，與P2.6相連光電隔離器件就開(kāi)始工作，帶動(dòng)繼電器的吸合，而繼電器的長(zhǎng)閉開(kāi)關(guān)又控制著吹風(fēng)機(jī)的電源開(kāi)關(guān)，這樣，繼電器工作之后，吹風(fēng)機(jī)就開(kāi)始工作。在吹風(fēng)機(jī)工作的同時(shí)，濕度檢測(cè)電路仍然是不斷的將濕度信號(hào)送到單片

79、機(jī)處理器中，處理器也不斷的進(jìn)行比較，（當(dāng)然這期間，P2.6一直為低電平），如果當(dāng)前濕度仍然大于預(yù)先設(shè)定的濕度值，P2.6繼續(xù)為低電平，吹風(fēng)機(jī)繼續(xù)工作……，只有當(dāng)檢測(cè)到的當(dāng)前濕度信號(hào)不大于預(yù)先設(shè)定的濕度值時(shí)，P2.6返回為高電平輸出，隨之，吹風(fēng)機(jī)也停止工作。這一過(guò)程就實(shí)現(xiàn)了降低濕度的自動(dòng)調(diào)節(jié)。當(dāng)然，增加濕度的調(diào)節(jié)過(guò)程與此相似，</p><p>　　在本設(shè)計(jì)中，濕度的的調(diào)節(jié)除了自動(dòng)調(diào)節(jié)外，還可以手動(dòng)調(diào)節(jié)，以滿足不同用

80、戶的要求（或者說(shuō)在濕度自動(dòng)調(diào)節(jié)失靈的情況下，可以進(jìn)行人為調(diào)節(jié)，使?jié)穸热匀槐３衷诶硐霠顟B(tài)）。例如，當(dāng)你按下S3鍵時(shí)，吹風(fēng)機(jī)就會(huì)立即工作，而不管濕度檢測(cè)信號(hào)，并且在此過(guò)程中，濕度檢測(cè)電路還是不斷的將濕度信號(hào)送入處理器中，并將當(dāng)前濕度值通過(guò)數(shù)碼管顯示出來(lái)，但此時(shí)濕度檢測(cè)信號(hào)不會(huì)影響吹風(fēng)機(jī)的工作，直到用戶覺(jué)得滿意的時(shí)候，再按下S3鍵，吹風(fēng)機(jī)就會(huì)停止工作。同理，人為加濕操作與此工程相似。</p><p>　　3.5 顯示模

81、塊設(shè)計(jì)</p><p>　　3.5.1 LED顯示器的介紹</p><p>　　LED顯示器是由發(fā)光二極管組，其結(jié)構(gòu)如圖所示，其中7個(gè)發(fā)光二極管按“8”行排列，用于顯示數(shù)字，字母等符號(hào)，一個(gè)發(fā)光二級(jí)管圓點(diǎn)形狀，右下角用于顯示小數(shù)點(diǎn)，LED顯示器共陰極和共陽(yáng)極兩種類(lèi)型。</p><p>　　當(dāng)發(fā)光二極管導(dǎo)通時(shí)，相應(yīng)的一段筆畫(huà)成小數(shù)點(diǎn)亮，對(duì)共陰極顯示器，將共陰極COM接

82、地，在a_q段加驅(qū)動(dòng)信號(hào)，當(dāng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)是高電平時(shí)，相應(yīng)段發(fā)光；對(duì)共陽(yáng)極顯示器，將共陽(yáng)極COM極接高電平，在a_q段幾加驅(qū)動(dòng)信號(hào)，當(dāng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)是低電平時(shí)，相應(yīng)段發(fā)光，從而顯示相應(yīng)字符。不同的顯示字符其驅(qū)動(dòng)代碼是不一樣的，發(fā)光二極管每段流過(guò)5mA的平均電流就可以有較滿意的亮度，最大電流不得超過(guò)30A，由于發(fā)光二極管是電流驅(qū)動(dòng)設(shè)備，一般的I/O接口驅(qū)動(dòng)能力是都是有限的，在發(fā)光二極管與接口芯片間要接驅(qū)動(dòng)電路，常用的CMOS或TTL驅(qū)動(dòng)器有：LS74

83、48、LS7449</p><p>　　3.5.2 單片機(jī)與LED接口</p><p>　　在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中LED顯示器有動(dòng)態(tài)和靜態(tài)兩種顯示方式，所謂的靜態(tài)顯示方式就是需要在顯示的字符各段通過(guò)連續(xù)的電流，動(dòng)態(tài)顯示方式就是需要顯示的字符斷續(xù)通過(guò)電流，對(duì)于動(dòng)態(tài)顯示，當(dāng)需要顯示多個(gè)字符時(shí)輪流給每個(gè)字符通以電流，由于輪流的速度很快，發(fā)光二極管的余輝以及人的視覺(jué)暫留等因素，雖然在同一時(shí)刻只有一個(gè)顯

84、示器通電，但人們看起來(lái)都是所有的顯示器都穩(wěn)定的顯示。動(dòng)態(tài)顯示的特點(diǎn)是：?jiǎn)纹瑱C(jī)既要控制數(shù)碼管的公共端又要控制各段發(fā)光二極管。各數(shù)碼管的相應(yīng)顯示發(fā)光二極管的段選信號(hào)都并聯(lián)起來(lái)，接單片機(jī)的同一個(gè)I/0口，單片機(jī)控制數(shù)碼管公共端的信號(hào)，稱為位選信號(hào)，控制數(shù)碼管各顯示字段的信號(hào)稱為段選信號(hào)，需要在哪些數(shù)碼管上顯示，先輸出位選信號(hào)，選中該數(shù)碼管，再輸出段選信號(hào)，顯示一位字符，需要顯示每個(gè)字符時(shí)，用掃描的方法，依次向各個(gè)數(shù)碼管輸出位選信號(hào)和段選信號(hào)，

85、顯然每一瞬間只有一個(gè)數(shù)碼管點(diǎn)亮，但由于掃描頻率高，所以看上去，就好象所有的數(shù)碼管都同時(shí)點(diǎn)亮（20ms掃描一次）。</p><p>　　圖3.11 數(shù)碼管原理圖</p><p>　　3.6 按鍵模塊的設(shè)計(jì)</p><p>　　3.6.1 鍵盤(pán)接口工作原理</p><p>　　鍵盤(pán)可分為兩類(lèi)：獨(dú)立式和矩陣式，本文只用到了獨(dú)立式鍵盤(pán)，故只對(duì)獨(dú)立鍵盤(pán)

86、作簡(jiǎn)要說(shuō)明。</p><p>　?、?獨(dú)立式鍵盤(pán)電路，各個(gè)鍵相互獨(dú)立，每個(gè)按鍵獨(dú)立的與一根輸入線相連，一根線上的工作狀態(tài)不會(huì)影響其他輸入線的工作狀態(tài)，通過(guò)檢測(cè)輸入線的電平狀態(tài)就可以很容易判斷那個(gè)按鍵按下了。</p><p>　?、?為中斷方式，任何一個(gè)按鍵按下時(shí)通過(guò)門(mén)電路都會(huì)向CPU申請(qǐng)中斷，在中斷服務(wù)程序中讀入P1口的值，從而判斷是那個(gè)鍵被按下，</p><p>

87、　?、?為查詢方式，在平時(shí)，所有的數(shù)據(jù)輸入線都通過(guò)上拉電阻被連接成高電平，當(dāng)任何一個(gè)鍵被按下時(shí)，與之相連的數(shù)據(jù)輸入線將被拉成低電平，要判斷是否有鍵按下，只要用位處理指令即可。</p><p>　　3.6.2 單片機(jī)與鍵盤(pán)接口</p><p>　　本系統(tǒng)由于只有4個(gè)按鍵，而且單片機(jī)的接口又足夠，所以采用獨(dú)立式鍵盤(pán)，每一個(gè)按鍵與單片機(jī)的一個(gè)輸入端口相連。并且按鍵采用脈沖式鍵盤(pán)，即按鍵按下一次，

88、就是說(shuō)與按鍵相連的端口原來(lái)為高電平，按下之后，與按鍵相連的端口變?yōu)榈碗娖?，?dāng)與此按鍵相連的端口再次變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，認(rèn)為一次按鍵有效，處理器做出一次相應(yīng)的處理。在這里，我們可以從系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖2.2.1看到，四個(gè)按鍵S1、S2、S3、S4分別與單片機(jī)端口P3.0、P3.1、P2.4、P2.5相連。其中，S1鍵控制濕度預(yù)設(shè)值的加1，S2鍵也是設(shè)定濕度的預(yù)設(shè)值，只是按一下S2鍵，預(yù)設(shè)值就相應(yīng)的減1，S3鍵是人為的控制吹風(fēng)機(jī)的開(kāi)關(guān)，S4鍵是人為的

89、控制蒸汽機(jī)的開(kāi)關(guān)。</p><p>　　3.6.3 按鍵產(chǎn)生抖動(dòng)原因及解決方案</p><p>　　實(shí)際中，在按下某個(gè)鍵時(shí)，被按按鍵的彈簧總會(huì)有輕微的抖動(dòng)，如圖6.11所示。t1，t3分別是閉和和釋放的抖動(dòng)時(shí)間，抖動(dòng)時(shí)間的長(zhǎng)短與按鍵的機(jī)械特性有關(guān)，一般為5ms-20ms。為確保CPU對(duì)鍵的一次閉和僅做一次處理，必須去抖動(dòng)，這可以分別通過(guò)軟件和硬件兩種方法實(shí)現(xiàn)。硬件去抖動(dòng)的電路圖如下圖（）所

90、示，如果用硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)去抖動(dòng)，那就需要增加必要的元器件這樣就使得電路變的復(fù)雜，而且也不經(jīng)濟(jì)，所以在本例中選用了，選用了軟件去抖動(dòng)的方法。</p><p>　　具體實(shí)現(xiàn)的方法就是，當(dāng)CPU檢測(cè)到有按鍵按下后通過(guò)軟件延時(shí)（5ms-20ms）一段時(shí)間后再進(jìn)行掃描，如果延時(shí)后檢測(cè)到仍然有鍵按下，這時(shí)才讀取鍵值并存入寄存器，從而達(dá)到了去抖動(dòng)的效果。</p><p>　　3.6.4 竄鍵的處理</

91、p><p>　　用戶在操作時(shí)常常因不小心同時(shí)按下了一個(gè)以上的鍵鍵的處理一般用軟件的方法解決，也有用硬件方法實(shí)現(xiàn)的，但是用硬件的方法既復(fù)雜有不經(jīng)濟(jì)，而用軟件的方法只需幾行程序就能夠解決，所以在本例中我選用了用軟件的方法完成竄鍵的處理。具體方法如下：</p><p>　　在8051單片機(jī)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元中預(yù)先設(shè)定了竄鍵標(biāo)志寄存器。竄鍵標(biāo)志寄存器在行掃描期間用于記錄被按按鍵個(gè)數(shù)，故發(fā)生竄鍵時(shí)竄鍵標(biāo)志必

92、大于01H。CPU在行掃描時(shí)不以發(fā)生第一個(gè)被按按鍵為滿足，而是繼續(xù)完成對(duì)所有鍵的一遍掃描，并在該鍵掃描結(jié)束后根據(jù)竄鍵標(biāo)志來(lái)判斷是否發(fā)生竄鍵。如果未發(fā)現(xiàn)竄鍵，則CPU再進(jìn)行一遍掃描就可以獲得最后放開(kāi)鍵的鍵值了。從而解決了竄鍵的問(wèn)題。</p><p>　　3.7 PID 控制算法 </p><p>　　PID 控制采用單片機(jī)軟件實(shí)現(xiàn),模擬控制系統(tǒng)的PID 控制規(guī)律表達(dá)式為:</p>

93、;<p>　　u(t) = Kp[ e (t) +1/ T1∫e (t) dt + TD de (t)/dt]</p><p>　　由于本系統(tǒng)對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行斷續(xù)控制,因此要對(duì)上式進(jìn)行離散化,可得PID 控制算式為:</p><p>　　u(k) = Kpe (k) + K1? e (i) +</p><p>　　KD e (k) - e (k - 1)

94、</p><p>　　為簡(jiǎn)化計(jì)算, 本文采用增量型PID 控制算法[ 7 ] ,即:</p><p>　　Δu(k) = u(k) - u(k - 1)</p><p>　　= Kp[e(k) - e(k - 1) ] + K1e(k) + KD [e(k) -</p><p>　　2e (k - 1) + e (k - 2) ]</p

95、><p>　　= KpΔe (k) + K1 e (k) + KDΔ2 e (k)</p><p>　　式中:Δe(k) = e(k) - e(k - 1) ,Δ2e(k) =Δe(k) - Δe(k - 1)</p><p>　　由于加熱器屬于帶滯后的一階對(duì)象, 所以式中Kp , Ki , KD 的選擇取決于加熱器的階躍響應(yīng)特</p><p>

96、　　性和實(shí)際經(jīng)驗(yàn),為了實(shí)現(xiàn)PID 參數(shù)的實(shí)時(shí)整定, 溫度區(qū)域由實(shí)驗(yàn)測(cè)取了最佳的Kp , Ki , KD 參數(shù)值。在程序中根據(jù)輸入的控制溫度選擇合適的PID參數(shù)</p><p>　　4 軟件的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn) </p><p><b>　　5 總結(jié)與展望</b></p><p>　　濕度檢測(cè)技術(shù)一直

97、是世界上的一個(gè)難題，本文以這樣一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的問(wèn)題前面做論文題目，也只能是作出一些簡(jiǎn)單的探討。但在討論的過(guò)程中，我還是做了一些工作，將前人的研究方法加以借鑒利用，再在此基礎(chǔ)上加入自己的一些想法，于是寫(xiě)出了這篇論文。</p><p>　　雖然這篇論文的實(shí)用價(jià)值可能不大，但我想還是學(xué)到了很多東西：為了本設(shè)計(jì)的成功，我翻閱了大量的書(shū)籍資料和報(bào)刊，并積極的通過(guò)網(wǎng)絡(luò)搜尋相關(guān)的知識(shí)，努力的做到理論上行的通，實(shí)驗(yàn)?zāi)芡ǖ眠^(guò)，可惜

98、，此設(shè)計(jì)由于實(shí)驗(yàn)材料及實(shí)驗(yàn)條件的限制，未能在實(shí)驗(yàn)室仿真，也未能做出實(shí)物。但是通過(guò)理論上的分析，我已經(jīng)學(xué)到了很多知識(shí)：通過(guò)的此濕度檢測(cè)及控制電路的設(shè)計(jì)，我學(xué)到了很多東西：熟悉了一些以前沒(méi)有接觸的電子元件，了解了一些相關(guān)的理論知識(shí)，掌握了一些電子元?dú)饧氖褂梅椒?，鞏固了大學(xué)四年來(lái)所學(xué)過(guò)的知識(shí)。另外，在此設(shè)計(jì)過(guò)程中，我遇到了許多問(wèn)題，在老師指導(dǎo)和同學(xué)的幫助下，我一一解決了那些問(wèn)題，在分析解決問(wèn)題的過(guò)程中，又學(xué)到了不少知識(shí)?？傊?，此次畢業(yè)設(shè)計(jì)，

99、是對(duì)我大學(xué)四年來(lái)學(xué)習(xí)的一個(gè)總結(jié)，是對(duì)我的一次綜合考驗(yàn)，讓我受益非淺，將對(duì)我以后的學(xué)習(xí)、工作、生活產(chǎn)生巨大的促進(jìn)作用。</p><p>　　隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展、電子產(chǎn)品制造技術(shù)的提高、集成傳感技術(shù)的進(jìn)步，濕度檢測(cè)技術(shù)也一定會(huì)取得突破性進(jìn)展，到時(shí)候濕度的檢測(cè)也就會(huì)更準(zhǔn)確，更有科學(xué)價(jià)值，也會(huì)真正的成為我們?nèi)粘Ｉ畹囊粋€(gè)重要的參數(shù)。</p><p><b>　　致 謝</b&

100、gt;</p><p>　　在論文完成之際，我首先要向我的指導(dǎo)老師xx老師表示最真摯的謝意。</p><p>　　我還要特別感謝我的同學(xué)，給予了我無(wú)私的幫助，正是他們的鼓勵(lì)和幫助之下，我得以順利完成論文。</p><p>　　由于本人學(xué)識(shí)有限，加之時(shí)間倉(cāng)促，文中不免有錯(cuò)誤和待改進(jìn)之處，真誠(chéng)歡迎各位師長(zhǎng)、同學(xué)提出寶貴意見(jiàn)。</p><p>&l

101、t;b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 李玉忠中國(guó)濕度與水分測(cè)量技術(shù)的現(xiàn)狀 分析儀器 2003 年第 l 期22～23</p><p>　　[2] 夏方林 一種基于單片機(jī) AT89C51的溫濕度控制儀的設(shè)計(jì) 工業(yè)儀表與自動(dòng)化裝置 1999 年第 6 期 5～7</p><p>　　[3] Prof. Dr. A. Lahrman

102、n, Dr. G.R. Tschulena The Increasing Importance of Sensors in Household Appliances Sensors in Household Appliances Published Online: 20 Apr 2005 22～24</p><p>　　[4] 沙占友 集成智能傳感器原理與應(yīng)用 電子工業(yè)出版社2004.1 99

103、～108</p><p>　　[5] 沙占友 王書(shū)海 張永昌 The design of Automatic Measure System of Energy Sources,ICEMI’2003 ,2003.8</p><p>　　[6] 廖惜春 基于 AT89C52 的溫濕度智能監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) 現(xiàn)代電子技術(shù) 2003年第10期 10～12</p><p>

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105、lt;/p><p>　　[10] 彭介華 主編 電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo) 高等教育出版社</p><p>　　[11]譚浩強(qiáng). C程序設(shè)計(jì) [M].第二版.北京：清華出版社,1999.1-400.</p><p>　　[12] 張士軍 黃建 編者 單片微型計(jì)算機(jī)與接口技術(shù) 電子工業(yè)出版社</p><p>　　[13] 姜守達(dá)

106、編者 新編MCS-51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)</p><p>　　[14] 常健 程繼紅 編著 傳感器原理及工程應(yīng)用 西安電子科技大學(xué)出版社</p><p>　　[15] 丁元杰 單片機(jī)原理及應(yīng)用 機(jī)械工業(yè)出版社 1999.8 40～48</p><p>　　[16] S. L. Shah, D. G. Fisher, D. E. Seborg Desi

107、gn and experimental evaluation of controllers for process undisturbability AIChE Journal Volume 27, Issue 1, Date: January 2000 41～43</p><p>　　[17] 劉光斌 劉冬 姚志成 單片機(jī)系統(tǒng)實(shí)用抗干擾技術(shù) 北京 人民郵電出版社 2003.

108、9 158～159</p><p>　　[18] 余永權(quán)等 單片機(jī)在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 電子工業(yè)出版 2001.1</p><p>　　[19] 戴伏生 基礎(chǔ)電子電路設(shè)計(jì)與實(shí)踐 國(guó)防工業(yè)出版社 2002.4</p><p>　　[20] 龔永彬 采用單片機(jī)設(shè)計(jì)溫濕度控制儀 今日電子 2002年第2期</p><p><b

109、>　　附 錄</b></p><p>　　[譚浩強(qiáng). C程序設(shè)計(jì) [M].第二版.北京：清華出版社,1999.1-400.]</p><p><b>　　程序設(shè)計(jì)：</b></p><p><b>　?。?）主程序設(shè)計(jì)：</b></p><p><b>　　ORG 0

110、000H</b></p><p><b>　　LJMP MAIN</b></p><p><b>　　ORG 000BH</b></p><p><b>　　LJMP TIMA</b></p><p><b>　　ORG 0100</b><