加濕器控制系統(tǒng)

1、無(wú) 南 京 理 工 大 學(xué) 畢 業(yè) 論 文 作作 者者: 潘嘉琦 學(xué)學(xué) 號(hào)：號(hào)： 514308140522 教學(xué)點(diǎn)教學(xué)點(diǎn): 南京理工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院溧陽(yáng)函授站 專(zhuān)專(zhuān) 業(yè)業(yè): 電氣工程及其自動(dòng)化 題題 目目: 改進(jìn)型加濕器控制系統(tǒng) 指導(dǎo)者：指導(dǎo)者： 丁 盛 講 師 (姓 名) (專(zhuān)業(yè)技術(shù)職務(wù)) 評(píng)閱者：評(píng)閱者： (姓 名) (專(zhuān)業(yè)技術(shù)職務(wù)) 年 月 無(wú) 南 京 理 工 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 論 文 ） 評(píng) 語(yǔ) 學(xué)生姓名： 潘 嘉 琦 班級(jí)、學(xué)號(hào)： 514308140522 題 目： 改 進(jìn) 型 加 濕 器 控 制 系 統(tǒng) 綜合成績(jī)： 指導(dǎo)者評(píng)語(yǔ)： 論文選題符合專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)和自身發(fā)展方向，能

2、夠達(dá)到綜合訓(xùn)練目標(biāo)且有一定創(chuàng)新性。研究方向難度較大，工作量較大，圓滿完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)論文任務(wù)書(shū)規(guī)定的工作。 文章篇幅完全符合學(xué)院規(guī)定，內(nèi)容完整，語(yǔ)言表達(dá)流暢，層次結(jié)構(gòu)安排科學(xué)，文題相符，論點(diǎn)突出，論述緊扣主題，有很強(qiáng)的個(gè)人見(jiàn)解。 該生查閱文獻(xiàn)資料能力較強(qiáng)，能較為全面收集關(guān)于選題資料，寫(xiě)作過(guò)程中能系統(tǒng)運(yùn)用所學(xué)知識(shí)全面分析問(wèn)題， 綜合運(yùn)用知識(shí)能力較強(qiáng)。 寫(xiě)作較為規(guī)范，格式完全符合規(guī)范要求；其時(shí)效性較強(qiáng)；無(wú)抄襲現(xiàn)象，原創(chuàng)價(jià)值高. 建議評(píng)定成績(jī)?yōu)?優(yōu)秀。 可以提交答辯。 指導(dǎo)者(簽字)：_ 年 月 日 無(wú) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 論 文 ） 評(píng) 語(yǔ) 評(píng)閱者評(píng)語(yǔ)： 評(píng)閱者(簽字)： 年 月 日 答辯委員會(huì)（小

3、組）評(píng)語(yǔ)： 答辯委員會(huì)（小組）負(fù)責(zé)人(簽字)： 年 月 日 無(wú) 畢畢 業(yè)業(yè) 論論 文文 中中 文文 摘摘 要要 【摘要】我的設(shè)計(jì)是加濕器的設(shè)計(jì)，之所以選擇加濕器是因?yàn)殡S著人們生活水平的提高，人們?cè)絹?lái)越重視生活的質(zhì)量和工作環(huán)境的質(zhì)量，因濕度不足造成的空氣干燥，不僅有損于人的健康和舒適性而且還會(huì)降低生產(chǎn)效率和改造產(chǎn)品不合格造成各種各樣的不良影響，加濕器的作用正在被人們逐漸重視起來(lái)。 加濕器在未來(lái)將會(huì)有一個(gè)非常廣闊的市場(chǎng)前景。該系統(tǒng)主要能夠完成以下功能：采集空氣中的濕度狀態(tài)，并送入主控模塊，主控模塊根據(jù)現(xiàn)有的濕度判斷是保持原來(lái)狀態(tài)還是進(jìn)行加濕以及加濕量的大小，和加濕速度等；能夠通過(guò)水位傳感器測(cè)試水位

4、的狀態(tài)，從而通過(guò)主模主控模塊控制進(jìn)水，排水預(yù)報(bào)，警報(bào)警的，具有良好的人際交互性能夠通過(guò)控制面板比較，方便的進(jìn)行濕度設(shè)定加濕量的設(shè)定。 【關(guān)鍵詞】 加濕器 控制系統(tǒng) 單片機(jī) 溫度檢測(cè) 無(wú) 畢畢 業(yè)業(yè) 論論 文文 外外 文文 摘摘 要要 Title Title Improved humidifier control system AbstractAbstract My design is the design of the humidifier, humidifier was chosen is because of with the improvement of peoples living s

5、tandard, people more and more attention to the quality of the quality of life and working environment, due to lack of humidity caused by air drying, not only loss to human health and comfort, but will also reduce the production efficiency and product prices, resulting in a variety of adverse effects

6、 and the role of humidifier are being gradually pay attention to people. The humidifier has a very broad market prospect in the future. The system is mainly to complete the following functions: acquisition in the air humidity, and sent to the main control module, main control module is determined ac

7、cording to the existing humidity is maintains the original condition or humidification and humidification amount size and humidifying speed; can be through the water level sensor test the water level of the state, and through the main control module control water, drainage, alarm, alarm; has a good

8、human-computer interaction to through the control panel is convenient to temperature setting, set the amount of humidification. The technology of single chip computer system to improve the function of the humidifier, which not only has the function of automatic control, and can be adjusted automatic

9、ally according to the demand of the users. Keywords : Humidifier , Control system , singlechip Temperaturemeasurement 無(wú) 目 錄 第 1 章 引 言 .1 1.1 選題背景 .1 1.2 本課題研究的主要內(nèi)容 .4 1.3 系統(tǒng)研究的應(yīng)用前景 .5 第 2 章 方案論證.6 2.1 顯示部分 .6 2.2 溫濕度檢測(cè)部分 .6 2.3 控制部分 .7 第 3 章 溫濕度控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì).7 3.1 系統(tǒng)的組成及工作原理 .8 3.2 溫度傳感器的選擇 .8 3.3 濕度傳感器

10、的選擇 .13 3.4 信號(hào)分析與處理 A/D 轉(zhuǎn)換 .17 3.5 顯示接口電路 .19 3.6 鍵盤(pán)路 .20 3.7 執(zhí)行機(jī)構(gòu)接口電路 .21 3.8 加濕裝置的原理 . 3.9 數(shù)字電路設(shè)計(jì)的抗干擾 .25 3.10 單片機(jī)的選擇及介紹 .26 3.11 時(shí)鐘振蕩器 .29 第 4 章控制系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)和程序框圖.30 4.1 主程序.30 4.2 系統(tǒng)各程序模塊.30 總結(jié).35 致謝.34 參考文獻(xiàn) .42 無(wú) 1 1 引引 言言 我的設(shè)計(jì)是加濕器的設(shè)計(jì)，之所以選擇加濕器是因?yàn)殡S著人們生活水平的提高，人們?cè)絹?lái)越重視生活的質(zhì)量和工作環(huán)境的質(zhì)量，因濕度不足造成的空氣干燥，不僅有損于人的

11、健康和舒適性，而且還會(huì)降低生產(chǎn)效率和造成產(chǎn)品不合格，造成各種各樣的不良影響，加濕器的作用正被人們逐漸重視起來(lái)，加濕器在未來(lái)將會(huì)有一個(gè)非常廣闊的市場(chǎng)前景。該系統(tǒng)主要能夠完成以下功能：采集空氣中的濕度狀態(tài),并送入主控模塊,主控模塊根據(jù)現(xiàn)有的濕度判斷是保持原來(lái)狀態(tài)還是進(jìn)行加濕以及加濕量的大小和加濕速度等;能夠通過(guò)水位傳感器測(cè)試水位的狀態(tài),從而通過(guò)主控模塊控制進(jìn)水、排水、預(yù)報(bào)警、報(bào)警等;具有良好的人機(jī)交互性,能夠通過(guò)控制面板比較方便地進(jìn)行溫度設(shè)定、加濕量設(shè)定、進(jìn)水閥的控制、導(dǎo)風(fēng)的控制等;能夠和上位機(jī)進(jìn)行通信,從而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控。 研究表明：濕潤(rùn)的空氣才能保持生機(jī)盎然。為防止家具、木質(zhì)裝修、書(shū)籍或樂(lè)器老化

12、、變形甚至干裂的情況出現(xiàn)，儲(chǔ)存以上物品時(shí)室內(nèi)濕度應(yīng)保持在 45%一 55%RH 之間，而冬季北方家庭室內(nèi)濕度僅為 10%-15%RH，干燥使我們可能帶上 2000-7000 伏的高壓靜電，由于家用和辦公電器的普及，靜電更是無(wú)處不在。嚴(yán)重的靜電會(huì)使人心情煩躁、頭暈胸悶、喉鼻不適。由此可見(jiàn)空氣濕度的控制對(duì)于我們的身心健康和工作學(xué)習(xí)的重要性。 目前市場(chǎng)上的加濕器一般只能提供簡(jiǎn)單的霧量調(diào)節(jié)，功能單一，且多為手動(dòng)控制類(lèi)型。少數(shù)加濕器有自動(dòng)調(diào)節(jié)和恒濕功能，但是其濕度檢測(cè)方法單一、可信度不高，難以達(dá)到真正均勻加濕的目的。 本課題的研究就是針對(duì)目前市場(chǎng)上加濕器產(chǎn)品功能單一的缺點(diǎn)，利用單片機(jī)制技術(shù)對(duì)加濕器功能進(jìn)

13、行改進(jìn)， 使其既有自動(dòng)控制功能， 又能夠根據(jù)用戶需要進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)。通過(guò)本研究，使目前加濕器的智能控制程度都得到增強(qiáng)，而且該研究還直接針對(duì)家庭溫濕度控制，具有非常重要的實(shí)際意義和應(yīng)用價(jià)值。 1.11.1 選題背景選題背景 無(wú) 在超聲作用下，液體在氣相中分散并在液體表面形成細(xì)霧飛逸的過(guò)程叫做超聲霧化。其空化作用是超聲成霧的主要原因，然后通過(guò)風(fēng)動(dòng)裝置，將水霧擴(kuò)散到空氣中，達(dá)到均勻加濕空氣的目的。霧化速度和功率密切相關(guān)，功率大則產(chǎn)生的霧量多。霧化速度還與液體表面張力、密度、粘度、蒸氣壓、溫度等因素有關(guān)。霧滴的直徑與超聲頻率成反比關(guān)系。下表列出了超聲頻率與采用的換能器形狀和物粒直徑以及這種頻率下霧化器的

14、用途的關(guān)系。(見(jiàn)表 1-1) 表 1-1 超聲頻率與物粒直徑的關(guān)系 頻率 超聲輻射器形狀 霧粒直徑 用途 10-100KHZ 夾心壓電換能器 磁致伸縮換能器 120-30um 促進(jìn)燃燒 金屬粉末制取 100-300KHZ 圓形或方形金屬共振板 30-15um 小型吸入器 300-800KHZ 圓形壓電片厚度振動(dòng) 15-7um 醫(yī)用吸入器 800-3MH 圓形壓電片厚度振動(dòng) 7-2um 火焰光譜分析 家用加濕器 800-3MHZ 圓形壓電片厚度振動(dòng) 7-2um 火焰光譜分析 家用加濕器 超聲霧化以其獨(dú)特的霧化效果己廣泛地應(yīng)用于輕工、醫(yī)療、冶金、保健、環(huán)境等行業(yè)。醫(yī)用吸入超聲霧化器和家用超聲霧化加

15、濕器工作原理基本相同，例如在霧化杯中加入一些治療藥物，在超聲霧化作用下，藥物在 1.7 M Hz 超聲波的強(qiáng)烈作用下，藥物粉末分散到水形成的水霧中，其所形成的霧滴直徑在 1-2 微米之間，然后經(jīng)鼻或口吸入，使霧化了的藥物直接進(jìn)入支氣管末梢和肺泡，從而大大增強(qiáng)對(duì)疾病的治療效果。 從對(duì)家電的控制手段來(lái)看。在上世紀(jì) 70 年代到 80 年代，家用電器基本上屬于機(jī)電控制功能型。進(jìn)入 90 年代，家用電器出現(xiàn)了智能化，轉(zhuǎn)向電腦控制的智能型家電。這種智能型家電一般通過(guò)單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)家電的控制操作。未來(lái)家電將實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化,而且Bluetooth ， Home RF 以及IEEE8 02.15 等標(biāo)準(zhǔn)的制定表明了

16、這個(gè)趨勢(shì)。 單片機(jī)作為微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)很重要的分支，自 70 年代問(wèn)世以來(lái)，以極其高的性能價(jià)格比，受到人們的重視和關(guān)注，應(yīng)用很廣，發(fā)展也很廣。單片機(jī)體積小，重量輕，抗干擾能力強(qiáng)，環(huán)境要求不高，價(jià)格低廉，可靠性高，靈活性好，開(kāi)發(fā)較為容易，并可無(wú) 獲得較高的經(jīng)濟(jì)效益。正因?yàn)槿绱耍谖覈?guó)，單片機(jī)己廣泛地應(yīng)用在智能儀器儀表。機(jī)電設(shè)備過(guò)程控制、自動(dòng)檢測(cè)、家用電器和數(shù)據(jù)處理等各個(gè)方面。 改進(jìn)型加濕器的作用：隨著人們生活水平提高，空調(diào)廣泛使用，導(dǎo)致皮膚緊繃、口舌干燥、咳嗽感冒等空調(diào)病的滋生。本產(chǎn)品在霧化過(guò)程中，釋放大量負(fù)氧離子，能有效增加室內(nèi)濕度，滋潤(rùn)干燥空氣，并與空氣中漂浮的煙霧、粉塵結(jié)合使其沉淀，能有效

17、除去油漆味、霉味、煙味及臭味，使空氣更加清新，讓人們有一個(gè)較為舒適的生活空間。調(diào)節(jié)和增室內(nèi)濕度，效果好預(yù)防疾病，消除靜電，養(yǎng)顏?zhàn)o(hù)膚，養(yǎng)生保健，調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度。如今隨著科技的進(jìn)步， 加濕器不僅能加濕，越來(lái)越多的保健技術(shù)、醫(yī)療技術(shù)已經(jīng)開(kāi)始融入到象加濕器這樣的生活中常常會(huì)用到的器具中，比如：水箱中加入專(zhuān)用消毒液，阻擋流感、肺言等病毒的侵?jǐn)_；兌入專(zhuān)用藥水，給呼吸道患者一個(gè)良好的療養(yǎng)空間；加溫器產(chǎn)生的負(fù)離子使人們仿佛進(jìn)入森林、海洋，感受新鮮空氣的滋潤(rùn)加溫過(guò)濾作用，在加溫的同時(shí)達(dá)到濾凈氣,使我們能夠在生活的基本環(huán)境中就能獲得更多的健康！ 1.21.2 本課題研究的主要內(nèi)容本課題研究的主要內(nèi)容 研究改進(jìn)型加濕

18、器控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要任務(wù)通過(guò)檢測(cè)來(lái)自溫度變送器和濕度變送器的信號(hào)，使用單片機(jī)對(duì)加濕器和加熱器進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制。 1.溫度檢測(cè) 2.濕度檢測(cè) 3.加濕器 4.驅(qū)動(dòng)電路 本課題研究的目標(biāo)和要求：溫度調(diào)節(jié)范圍為 030 ,相對(duì)濕度調(diào)節(jié)范圍為 4560 在上述溫度和濕度的調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，通過(guò)鍵盤(pán)給定參數(shù)，由 PLC 對(duì)空調(diào)機(jī)執(zhí)行控制以實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度和濕度的調(diào)節(jié)和控制。采用可編程序控制器設(shè)計(jì)，畫(huà)出原理圖，編制程序繪制系統(tǒng)原理圖，編寫(xiě)程序。 本課題的特色： 本系統(tǒng)具有電氣控制， 并且采用可編程序控制器實(shí)現(xiàn)智能控制等，系統(tǒng)具有實(shí)用價(jià)值，能鍛煉我們的實(shí)際設(shè)計(jì)能力。 課題研究的技術(shù)關(guān)鍵：提供了溫濕度測(cè)量結(jié)構(gòu)，相比其它方

19、式的溫度測(cè)量方案，這種檢測(cè)方案具有低成本、寬工作電壓、低功耗、高可靠性、易于實(shí)現(xiàn)和維護(hù)等諸多優(yōu)點(diǎn)。用軟件實(shí)現(xiàn)了濕度檢測(cè)的溫度補(bǔ)償。測(cè)控系統(tǒng)是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制等無(wú) 的發(fā)展而提出和發(fā)展起來(lái)的?！爸悄堋笨衫斫獬蔀槠淇萍己浚淇萍己扛叩头从沉似浼夹g(shù)水平?？傊皾穸戎悄芸刂葡到y(tǒng)研究”課題的完成，一方面，為多種參數(shù)的測(cè)控智能化的可行性提供了依據(jù)； 另一方面， 也為制定智能化規(guī)范提供了參考。 1.31.3 系統(tǒng)研究的應(yīng)用前景系統(tǒng)研究的應(yīng)用前景 隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，人們對(duì)生活質(zhì)量和健康要求越來(lái)越高，空氣加濕器就是這樣慢慢的走進(jìn)全球的很多家庭當(dāng)中，成為干燥地區(qū)家庭不可缺少的一種

20、小型家電產(chǎn)品空氣加濕器，在我國(guó)仍然屬于新興產(chǎn)品，據(jù)相關(guān)部門(mén)統(tǒng)計(jì)我國(guó)加濕器產(chǎn)品的人均占有率，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于美國(guó)、韓國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家的水平，加大對(duì)空氣加濕器的研究與開(kāi)發(fā)的力度將有利于國(guó)內(nèi)空氣加濕器行業(yè)的發(fā)展，有利于國(guó)民生活品質(zhì)。 濕度智能控制系統(tǒng)是一種用于家庭、實(shí)驗(yàn)室、倉(cāng)庫(kù)(廠房、花棚和塑料薄膜大棚)內(nèi)環(huán)境溫濕度監(jiān)測(cè)及濕度控制的全自動(dòng)智能調(diào)節(jié)系統(tǒng)。它通過(guò)超聲霧化加濕裝置對(duì)濕度進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，使環(huán)境的濕度達(dá)到適宜的范圍。 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可靠，操作簡(jiǎn)單方便，全自動(dòng)化，優(yōu)選分析軟件，智能控制，而且安裝簡(jiǎn)便，維護(hù)簡(jiǎn)單，不僅適用于國(guó)防工程、人防工程等，而且也可廣泛適用于大型建筑、工廠車(chē)間、倉(cāng)庫(kù)(房)、溫室花棚、蔬菜塑

21、料大棚等對(duì)濕度要求較高的場(chǎng)所。 另外，相關(guān)于智能化以及相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)，既有利于推動(dòng)工控技術(shù)的發(fā)展，又能帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。 （1）市場(chǎng)預(yù)測(cè) 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)等高新技術(shù)的延伸，以計(jì)算機(jī)為中心的自動(dòng)化是當(dāng)今世界范圍內(nèi)心的工業(yè)技術(shù)革命的核心之一。計(jì)算機(jī)測(cè)控技術(shù)是人們提高勞動(dòng)生產(chǎn)率確保產(chǎn)品質(zhì)量，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)綜合自動(dòng)化和生產(chǎn)過(guò)程最有控制以及為家庭提供舒適生活條件的有效手段。 （2）課題的實(shí)用性及前瞻性 “溫濕度智能控制系統(tǒng)” 具有很強(qiáng)的靈活性， 根據(jù)用戶需要， 可以進(jìn)行靈活設(shè)置。例如：如果用戶需要不同的相對(duì)濕度，我們?cè)谠O(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)提供了用戶濕度設(shè)定功能，這樣用戶也

22、可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行靈活設(shè)置?？傊?，即能適合現(xiàn)在的測(cè)控要求，也會(huì)在一定程度上滿足將來(lái)發(fā)展的需要。 （3）本課題的社會(huì)效益 本課題是以測(cè)控智能化為宗旨，旨在為工業(yè)及家庭提供有效、實(shí)用的濕度測(cè)控方無(wú) 法。這一方面是對(duì)當(dāng)前濕度測(cè)控技術(shù)的更新，另一方面也為人們的家庭生活更加舒適提供了條件。此外，對(duì)于生產(chǎn)智能控制器的廠商來(lái)說(shuō)，他們?cè)谕茝V應(yīng)用這項(xiàng)成果中，將會(huì)獲得可觀的經(jīng)濟(jì)效益。 第第 2 2 章章 方案論證方案論證 2.12.1 顯示部分顯示部分 方案一：動(dòng)態(tài)顯示 動(dòng)態(tài)顯示，此種顯示的優(yōu)點(diǎn)是使用硬件少，價(jià)格低，線路簡(jiǎn)單。但占用單片機(jī)時(shí)間長(zhǎng)，只要單片機(jī)不執(zhí)行顯示程序，就立刻停止顯示。 方案二：靜態(tài)顯示 靜態(tài)顯

23、示，雖然使用元件多且線路比較復(fù)雜，但是顯示占用機(jī)時(shí)少，顯示可靠，用起來(lái)比較方便， 適合于單片機(jī)長(zhǎng)時(shí)間做其它工作不管理顯示的情況。 鑒于上述原因，選擇方案一。 2.22.2 溫濕度檢測(cè)部分溫濕度檢測(cè)部分 方案一：溫度的檢測(cè)方法，一般采用熱敏元件，如熱電阻、熱敏電阻、溫敏二極管、溫敏三極管等測(cè)溫元件。熱敏電阻的工作原理：熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而成非線性急劇變化，一般具有負(fù)的溫度系數(shù)，其阻值隨溫度升高而急劇減小，只有少數(shù)具有正的溫度系數(shù)。熱電阻的工作原理：熱電阻的阻值隨溫度的升高而增大并且阻值隨溫度按照近似的線性關(guān)系緩慢變化。 濕度的檢測(cè)方法，一般采用濕敏元件檢測(cè)濕度，分為濕敏電阻和濕敏電容兩種

24、情況。常用的有高分子電阻式濕度傳感器、高分子電容式濕度傳感器等。高分子電阻式濕度傳感器的工作原理：由于水附在有極性基的高分子膜上，在低濕度下，因吸附量少，不能產(chǎn)生荷電離子，電阻值較高。當(dāng)相對(duì)濕度增加時(shí)，吸附量也增加，集團(tuán)化的吸附水就成為導(dǎo)電通道，高分子電解質(zhì)的正負(fù)離子主要起到載流子作用，另外，由吸附水自身離解出的質(zhì)子、水和氫離子也起電荷載流子作用，使高分子濕度傳感器的電阻值下降。高分子電容式濕度傳感器的工作原理：高分子材料吸水后，元件的介電常無(wú) 數(shù)隨環(huán)境的相對(duì)濕度的改變而改變，元件的介電常數(shù)是水與高分子材料兩種介電常數(shù)的總和。當(dāng)被測(cè)的氣態(tài)水分子通過(guò)多孔的上電極擴(kuò)散至感濕膜表面，被極性官能團(tuán)所吸

25、收，引起濕敏電容器介電常數(shù)的改變，從而改變了濕敏電容器的容量值。 但濕、熱敏電阻精度、重復(fù)性、可靠性較差，對(duì)于檢測(cè)要求精度高的溫濕度是不適用的。 方案二：采用集成溫濕度傳感器。集成溫濕度傳感器測(cè)量精度高，能把溫度轉(zhuǎn)化成數(shù)字，測(cè)得的溫濕度值的存儲(chǔ)在自帶 RAM 中，單片機(jī)直接從中讀出數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制就是溫度，使用方便。 基于溫濕度傳感器的以上優(yōu)點(diǎn)，決定選擇方案二 2.32.3 控制部分控制部分 方案一： 基于 DSP 設(shè)計(jì)的溫濕度控制系統(tǒng)， 因?yàn)?DSP 有強(qiáng)大的高速運(yùn)算能力， 以及其片內(nèi)集成的豐富控制外圍部件和電路，所以簡(jiǎn)化了電路的硬件設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)各種控制算法和控制策略，但是成本較高。 方案

26、二： 基于單片機(jī)的溫濕度控制系統(tǒng)，因?yàn)檐浖瓿杀姸嗟臄?shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)的任務(wù)，簡(jiǎn)化了傳統(tǒng)常規(guī)儀表的電子線路，增加了功能，提高了準(zhǔn)確性和可靠性。 基于本次論文不需要如此高的精度，決定選擇方案二。 總體方案 利用單片機(jī) AT89C51 作為本系統(tǒng)的總體模塊，配以溫度傳感器 AD590 和和濕度 傳感器 HM1500 組成的數(shù)據(jù)采集模塊，A/D 轉(zhuǎn)換模塊（ADC0809），MAX7219 構(gòu)成的的數(shù)碼管顯示模塊，鍵盤(pán)控制模塊等組成。 第第 3 3 章章 溫濕度控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)溫濕度控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)的硬件由 AT89C51,濕度傳感器、溫度傳感器、溫濕度顯示、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等組成。數(shù)據(jù)采集主要完成數(shù)

27、據(jù)的采集、A/D（ADC0809）轉(zhuǎn)換、線性處理；AT89C51 單片機(jī)是系統(tǒng)的核心部分，主要完成系統(tǒng)參數(shù)和控制參數(shù)的設(shè)定，傳感器標(biāo)定曲線的確定以及數(shù)據(jù)的輸入、處理、存儲(chǔ)、輸出、顯示、等功能。系統(tǒng)硬件配置如圖 3-1 所示。 無(wú) 圖 3-1 系統(tǒng)框圖 3.13.1 系統(tǒng)的組成及工作系統(tǒng)的組成及工作原理原理 本系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)框圖如圖 3-1 所示，它是主要包括數(shù)據(jù)采集與單片機(jī)處理、輸出等，由數(shù)據(jù)采集和單片機(jī)組成的控制系統(tǒng)。其中數(shù)據(jù)采集由相應(yīng)的傳感器(如溫度傳感器、濕度傳感器)、89C51 單片機(jī)、模擬量輸入輸出通道、開(kāi)關(guān)量輸出通道所組成。系統(tǒng)既可以獨(dú)立完成各種信息的采集、預(yù)處理及存儲(chǔ)任務(wù)，又可接受

28、人對(duì)控制參數(shù)設(shè)置，啟動(dòng)加濕裝置，從而按不同要求調(diào)控濕度環(huán)境。 本設(shè)計(jì)由信號(hào)采集、信號(hào)分析和信號(hào)處理三個(gè)部分組成的。 （一） 信號(hào)采集 由 AD590、HM1500 組成 （二） 信號(hào)分析 由 A/D 轉(zhuǎn)換器 ADC0809、單片機(jī) 89C51 基本系統(tǒng)組成； （三） 信號(hào)處理 由顯示器和報(bào)警系統(tǒng)等組成 3.2 3.2 溫度傳感器的選擇溫度傳感器的選擇 方案一：采用熱電阻溫度傳感器。熱電阻是利用導(dǎo)體的電阻隨溫度變化的特性制成的測(cè)溫元 件。 現(xiàn)應(yīng)用較多的有鉑、 銅、 鎳等熱電阻。 其主要的特點(diǎn)為精度高、測(cè)量范圍大、便于遠(yuǎn)距離測(cè) 量。 銅電阻的溫度系數(shù)比鉑電阻大，價(jià)格低，也易于提純和加工；但其電阻率

29、小，在腐蝕性介質(zhì) 中使用穩(wěn)定性差。在工業(yè)中用于-50180測(cè)溫。 方案二：采用 AD590 ，AD590 是美國(guó) AD 公司生產(chǎn)的二端式集成溫度一電流傳無(wú) 感器，該器件體 積小、重量輕、性能穩(wěn)定，它的測(cè)溫范圍在-55+150之間，而且精度高。 M 檔在測(cè)溫范圍內(nèi) 非線形誤差為0.3。 電源電壓范圍為 430 V。當(dāng)電源電壓在 510 V 之間，電壓穩(wěn)定度為 1 時(shí)，其誤差只有0.1。AD590可以承受 44V 正向電壓和 20V 反向電壓，因而器件反接也不會(huì)損壞。 使用可靠。它只需直流電源就能工作，而且，無(wú)需進(jìn)行線性校正，所以使用也非常方便，借口也 很簡(jiǎn)單。作為電流輸出型傳感器的一個(gè)特點(diǎn)是，和

30、電壓輸出型相比，它有很強(qiáng)的抗外界干擾能力。 AD590 的測(cè)量信號(hào)可遠(yuǎn)傳百余米。綜合比較方案一與方案 二、方案二更為適合于本設(shè)計(jì)系統(tǒng)對(duì)于溫度傳感器的選擇。 溫度傳感器 AD590： 集成溫度傳感器 AD590 是美國(guó)模擬器件公司生產(chǎn)的集成兩端感溫電流源。 一、主要特性 AD590 是電流型溫度傳感器，通過(guò)對(duì)電流的測(cè)量可得到所需要的溫度值。根據(jù)特性分擋， AD590 的后綴以 I，J，K，L，M 表示。AD590L，AD590M 一般用于精密溫度測(cè)量電路，其電路 外形如圖 3-2 所示，它采用金屬殼 3 腳封裝，其中 1 腳為電源正端 V；2 腳為電流輸出端 I0；3 腳為管殼，一般不用。集成溫

31、度傳感器的電路符號(hào)如圖 3-2 所示 （a）封裝 (b)基本應(yīng)用電路 圖 3-2 （D）AD590 外形（圖 1）及電路符號(hào)（圖 2） 無(wú) 1、流過(guò)器件的電流（A）等于器件所處環(huán)境的熱力學(xué)溫度（開(kāi)爾文）度數(shù)，即： I T/T=1A /K 式中：IT 流過(guò)器件（AD590）的電流，單位 A。 T熱力學(xué)溫度，單位 K。 2、AD590 的測(cè)溫范圍-55- +150。 3、AD590 的電源電壓范圍為 4V-30V。電源電壓可在 4V-6V 范圍變化，電流 IT變化 1A， 相當(dāng)于溫度變化 1K。AD590 可以承受 44V 正向電壓和 20V 反向電壓，因而器件反接也不會(huì)損壞。 2 AD590 的

32、工作原理: 在被測(cè)溫度一定時(shí)， AD590 相當(dāng)于一個(gè)恒流源， 把它和 530V 的直流電源相連，并在輸出端 串接一個(gè) 1k 的恒值電阻，那么，此電阻上流過(guò)的電流將和被測(cè)溫度成正比，此時(shí)電阻兩端將 會(huì)有 1mVK 的電壓信號(hào)。其基本電路如圖 3-3 所示。 圖 3-3 AD590 內(nèi)部核心電路 圖 3-3 是利用 UBE 特性的集成 PN 結(jié)傳感器的感溫部分核心電路。其中 T1、T2 起恒流作用，可用于使左右兩支路的集電極電流 I1 和 I2 相等；T3、T4 是感溫用的晶體管，兩個(gè)管的材質(zhì)和工藝完全相同，但 T3 實(shí)質(zhì)上是由 n 個(gè)晶體管并聯(lián)而成，因而其結(jié)面積是 T4 的 n 倍。T3 和

33、T4 的發(fā)射結(jié)電壓 UBE3 和 UBE4 經(jīng)反極性串無(wú) 聯(lián)后加在電阻 對(duì)于 AD590，n8，這樣，電路的總電流將與熱力學(xué)溫度 T 成正比，將此電流引至負(fù)載電阻 RL 上便可得到與 T 成正比的輸出電壓。由于利用了恒流特性，所以輸出信號(hào)不受電源電壓和導(dǎo)線 電阻的影響。圖 3 中的電阻 R 是在硅板上形成的薄膜電阻，該電阻已用激光修正了其電阻值，因 而在基準(zhǔn)溫度下可得到 1AK 的 I 值。 圖 3-4 AD590 內(nèi)部電路 圖 3-4 所示是 AD590 的內(nèi)部電路，圖中的 T1T4 相當(dāng)于圖 3-3 中的 T1、T2，而 T9，T11 相當(dāng)于圖 3-3 中的 T3、T4、R5、R6 是薄膜

34、工藝制成的低溫度系數(shù)電阻，供出廠前調(diào)整之用。T7、T8，T10 為對(duì)稱(chēng)的 Wilson 電路，用來(lái)提高阻抗。T5、T12 和 T10 為啟動(dòng)電路，其中 T5 為恒定偏置二極管。 T6 可用來(lái)防止電源反接時(shí)損壞電路，同時(shí)也可使左右兩支路對(duì)稱(chēng)。R1，R2 為發(fā)射極反饋電阻， 可用于進(jìn)一步提高阻抗。 T1T4 是為熱效應(yīng)而設(shè)計(jì)的連接防式。 而 C1 和 R4 則可用來(lái)防止寄生振蕩。該電路的設(shè)計(jì)使得 T9，T10，T11 三者的發(fā)射極電流相等，并同為整個(gè)電路總電流 I 的 1 3。T9 和 T11 的發(fā)射結(jié)面積比為 8：1，T10 和 T11 的發(fā)射結(jié)面積相等。 根據(jù)上式不難看出，要想改變 UBE，可

35、以在調(diào)整 R5 后再調(diào)整 R6，而增大 R5 的效果和減小 R6 是一樣的，其結(jié)果都會(huì)使 UBE 減小，不過(guò)，改變 R5 對(duì) UBE的影響更為顯著， 因?yàn)樗懊娴南禂?shù)較大。 實(shí)際上就是利用激光修正 R5 以進(jìn)行粗調(diào)，無(wú) 修正 R6 以實(shí)現(xiàn)細(xì)調(diào)，最終使其在 250 之下使總電流 I 達(dá)到 1AK。 二 基本應(yīng)用電路 圖 3-5 是 AD590 用于測(cè)量熱力學(xué)溫度的基本應(yīng)用電路。因?yàn)榱鬟^(guò) AD590 的電流與熱力學(xué)溫度成正比， 當(dāng)電阻 R1 和電位器 R2 的電阻之和為 1k 時(shí)， 輸出電壓 V0隨溫度的變化為 1mV/K。但由于 AD590 的增益有偏差，電阻也有偏差，因此應(yīng)對(duì)電路進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整

36、的方法為：把 AD590 放于 冰水混合物中，調(diào)整電位器 R2，使 V0=273.2+25=298.2（mV）。但這樣調(diào)整只保證在 0或 25附 近有較高的精度。 圖 3-5 AD590 應(yīng)用電路 三 攝氏溫度測(cè)量電路： 如圖 3-5 所示，電位器 R2 用于調(diào)整零點(diǎn)，R4 用于調(diào)整運(yùn)放 LF355 的增益。調(diào)整方法如下： 在 0時(shí)調(diào)整 R2， 使輸出 V0=0， 然后在 100時(shí)調(diào)整 R4 使 V0=100mV。如此反復(fù)調(diào)整多次，直至 0時(shí)，V0=0mV，100時(shí) V0=100mV 為止。最后在室溫下進(jìn)行校驗(yàn)。例如，若室溫為 25，那么 V0 應(yīng)為 25mV。 冰水混合物是 0環(huán)境，沸水為

37、100環(huán)境。 溫度測(cè)量電路設(shè)計(jì)：考慮到 AD590 溫度傳感器的輸出電流源特性，設(shè)計(jì)的溫度信號(hào)測(cè)量電路如圖 3-5 所示。該電 路的溫度測(cè)量范圍為-10+500。AD590 采用 15V 電壓供電；電阻 R1 用于調(diào)整零點(diǎn)；電阻 R3 為精密電阻，用來(lái)調(diào)整增益。運(yùn)放的同向端輸入 2.50V 精密參考電壓，該電壓由 TL431 提供。IN 端輸入 AD590 的電流，OUT 端輸出為相應(yīng)轉(zhuǎn)換所得到的電壓。 根據(jù) AD590 的特性， 在-10時(shí)， 流過(guò)電流為 262.2A，設(shè)計(jì)使這部分電流全部流過(guò) R1、R2，而其后增加的電流均流過(guò) R3，OUT 端的輸出電壓為： 無(wú) 當(dāng)溫度在-10+50之間變

38、化時(shí)，該電壓就在 2.50V 之間反向線性變化，調(diào)節(jié)R1 的阻值大小可以消除不同傳感器的零點(diǎn)誤差。 圖 3-6 溫度測(cè)量電路 3.3 3.3 濕度傳感器的選擇濕度傳感器的選擇 測(cè)量空氣濕度的方式很多，其原理是根據(jù)某種物質(zhì)從其周?chē)目諝馕账趾笠鸬奈锢砘瘜W(xué)性質(zhì)的變化，間接地獲得該物質(zhì)的吸水量及周?chē)諝獾臐穸取ｋ娙菔?、電阻式和濕漲式濕敏 原件分別是根據(jù)其高分子材料吸濕后的介電常數(shù)、電阻率和體積隨之發(fā)生變化而進(jìn)行濕度測(cè)量的。 方案一：采用 HOS-201 濕敏傳感器。HOS-201 濕敏傳感器為高濕度開(kāi)關(guān)傳感器，它的工作電 壓為交流 1V 以下，頻率為 50HZ1KHZ，測(cè)量濕度范圍為 0100

39、%RH，工作溫度范圍為 050， 阻抗在 75%RH（25）時(shí)為 1M。這種傳感器原是用于開(kāi)關(guān)的傳感器，不能在寬頻帶范圍內(nèi)檢測(cè)濕度，因此，主要用于判斷規(guī)定值以上或以下的濕度電平。然而，這種傳感器只限于一定范圍內(nèi)使用時(shí)具有良好的線性，可有效地利用其線性特性。 綜合比較方案一與方案二，方案一雖然滿足精度及測(cè)量濕度范圍的要求，但其只限于一定范圍內(nèi)使用時(shí)具有良好的線性，可有效地利用其線性特性。而且還不具備在本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中對(duì)溫度 -3050的要求，因此，我們選擇方案二來(lái)作為本設(shè)計(jì)的濕度傳感器。 無(wú) 濕度傳感器 HM1500：由 HM15001520 型濕度傳感器和單片機(jī)構(gòu)成的智能濕度測(cè)量?jī)x電路如圖所示。該

40、儀表采用 +5V 電源，配 4 只共陰極 LED 數(shù)碼管。電路中共使用了 3 片 IC：IC1 為 HM15001520 型濕度傳感 器，IC2 是由美國(guó)微芯片(Microchip)公司生產(chǎn)的帶 10 位 ADC 的單片機(jī) PIC16F874，IC3 為 7 達(dá)林 頓反相驅(qū)動(dòng)器陣列 MC1413。PIC16F874 是一種高性價(jià)比的 8 位單片機(jī)，內(nèi)含 8 路逐次逼近式 10 位 AD 轉(zhuǎn)換器，最多可對(duì) 8 路濕度信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，現(xiàn)僅用其中一路。JT 為 4MHz 石英晶體， 配上振蕩器電容 C1、C2 之后可為單片機(jī)提供 4MHz 時(shí)鐘頻率。PIC16F874 的電源電壓范圍較寬 (+25

41、+5V)，適合低壓供電，靜態(tài)電流小于 2mA。RA 口(RA0RA7)為 IO 接口，現(xiàn)利用 PA0(亦 稱(chēng) AIN0)口線來(lái)接收濕度傳感器所產(chǎn)生的電壓信號(hào)。PA1PA4 輸出位掃描信號(hào)，經(jīng)過(guò) MC1413 獲得反相后的位驅(qū)動(dòng)信號(hào)。 RB 口中的 RB0RB6 輸出 7 段碼信號(hào)， 接 LED 顯示器相應(yīng)的筆段電極 a g。PIC16F874 還具有掉電保護(hù)功能，MCLR 為掉電復(fù)位鎖存端。當(dāng) UDD 從+5V 降至+4V 以下時(shí)，芯片就進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)。一旦電源電壓又恢復(fù)正常，必須經(jīng)過(guò) 72ms 的延遲時(shí)間才脫離復(fù)位狀態(tài)，轉(zhuǎn)入正常運(yùn)行狀態(tài)。在掉電期間 RAM 中的數(shù)據(jù)保持不變，絕不會(huì)丟失。 一、

42、特點(diǎn) 不需校準(zhǔn)的完全互換性，高可靠性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性，快速響應(yīng)時(shí)間，專(zhuān)利設(shè)計(jì)的固態(tài)聚合物結(jié)構(gòu)，適用于線性電壓輸出和頻率輸出兩種電路，適宜于制造流水線上的自動(dòng)插件和自動(dòng)裝配過(guò)程等。 圖 3-7a、濕敏電容工作的溫、濕度范圍 圖 3-7b、濕度-電容響應(yīng)曲線。 相對(duì)濕度在 0%-100%RH 范圍內(nèi)；電容量由 16pF 變到 200pF，其誤差不大于2%RH；響應(yīng)時(shí)間小于 5S；溫度系數(shù)為 0.04 pF/。可見(jiàn)精度是較高的。 二、濕度測(cè)量電路 HM1500 電容傳感器，在電路構(gòu)成中等效于一個(gè)電容器件，其電容量隨著所測(cè)空氣無(wú) 濕度的增大 而增大。如何將電容的變化量準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)變?yōu)橛?jì)算機(jī)易于接受的信號(hào)，常有

43、兩種方法：一是將該濕敏電容置于運(yùn)方與租蓉組成的橋式振蕩電路中，所產(chǎn)生的正弦波電壓信號(hào)經(jīng)整流、直流放大、再 A/D 轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；另一種是將該濕敏電容置于 555 振蕩電路中，將電容值的變化轉(zhuǎn)為與之成 反比的電壓頻率信號(hào)，可直接被計(jì)算機(jī)所采集。 頻率輸出的 555 測(cè)量振蕩電路如圖 3-7 所示。集成定時(shí)器 555 芯片外接電阻 R4、R2 與濕敏 電容 C，構(gòu)成了對(duì) C 的充電回路。7 端通過(guò)芯片內(nèi)部的晶體管對(duì)地短路又構(gòu)成了對(duì) C 的放電回路， 并將引腳 2、6 端相連引入到片內(nèi)比較器，便成為一個(gè)典型的多諧振蕩器，即方波發(fā)生器。另外， R3 是防止輸出短路的保護(hù)電阻，R1 用于平衡溫度系數(shù)。

44、 其中，充放電時(shí)間為： 因而，輸出的方波頻率為 f=1/(t 放電+t 充電)=1/ C（R4+R2）Ln2 可見(jiàn)，空氣濕度通過(guò) 555 測(cè)量電路就轉(zhuǎn)變?yōu)榕c之呈反比的頻率信號(hào)，表 3-1 給出了其中的一組典型測(cè)試值。 無(wú) 濕度測(cè)量電路設(shè)計(jì) ：集成濕度傳感器 HM1500 的輸出電壓在 14 V 間隨濕度線性變化，考慮到本系統(tǒng)的單電源特點(diǎn)，設(shè)計(jì)的濕度信號(hào)采集電路如圖 3-6 所示，該電路的測(cè)濕范圍為 0100 圖 3-9 濕度測(cè)量電路 由于該電路中沒(méi)有負(fù)壓，電路的主體采用差分式減法電路，精密電阻 R8=R11 =2.4k，R9=R12=2k，用這四個(gè)電阻可調(diào)節(jié)增益。通過(guò) HM1500 傳感器測(cè)量

45、所得到的濕度 電壓信號(hào)從 IN 端輸入。差分的另一側(cè)輸入 Vs。由 TL431 提供 2.5 V 的無(wú) 精密電壓分壓后可得到 1.0 V 左右的電壓。并由此可以得到輸出電壓的計(jì)算公式為： 當(dāng)溫度在-10+50之間變化時(shí)，該電壓就在 2.50V 之間反向線性變化，調(diào)節(jié)R1 的阻值大小可以消除不同傳感器的零點(diǎn)誤差。 3.4 3.4 信號(hào)分析與處理信號(hào)分析與處理 A/D 轉(zhuǎn)換 溫濕度檢測(cè)有兩個(gè)輸入信號(hào)，一個(gè)來(lái)自溫度傳感器，另一個(gè)來(lái)自濕度傳感器。在單片機(jī) 8051 的控制下，兩路輸入分時(shí)進(jìn)入到 A/D 轉(zhuǎn)換芯片 ADC0809 的輸入端上。ADC0809 轉(zhuǎn)換結(jié)果是以字動(dòng)態(tài)掃描 BCD 碼形式輸出的。

46、 ADC0809 介紹 ：ADC0809 是一種典型的 8 路模擬輸入的 8 通道逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器，CMOS 工藝。 （1）ADC0809 的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu) ADC0809 內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)，八路模擬量開(kāi)關(guān)可選通 8 個(gè)模擬通道，允許 8 路模擬量分時(shí)輸入， 共用 1 個(gè) A/D 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 地址鎖存與譯碼電路完成對(duì) ADDA、 ADDB、ADDC 三個(gè)地址位進(jìn)行鎖存和譯碼，其譯碼輸出用于 8 路模擬通道的選擇。8 位 A/D 轉(zhuǎn)換器是逐次逼近式，而三態(tài)輸出鎖存器用于存放和輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字量。 （2）信號(hào)引腳 ADC0809 芯片為 28 引腳雙列直插式封裝的芯片，各引腳功能如下：

47、 IN7IN0模擬量輸入通道。ADC0809 對(duì)輸入模擬量的要求主要有：信號(hào)單極性，電壓范圍 05V，若信號(hào)過(guò)小，還需進(jìn)行放大。另外，模擬量輸入在 A/D 轉(zhuǎn)換的過(guò)程中，其值應(yīng)保持不變，因此，對(duì)變化速度快的模擬輸入量，在輸入前應(yīng)增加采樣保持電路。 A、B、C地址線。A 為低位地址，C 為高位地址，用于對(duì) 8 路模擬通道進(jìn)行選擇，引腳圖中相應(yīng)為 ADDA、ADDB 和 ADDC。其地址狀態(tài)與通道的對(duì)應(yīng)關(guān)系見(jiàn)表 3-2。 無(wú) ALE地址鎖存允許信號(hào)。由低至高電平的正跳變將通道地址鎖存至地址鎖存器中。 START啟動(dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào)。START 上跳沿時(shí)，所有內(nèi)部寄存器清 0；START 下跳沿時(shí)，開(kāi)始進(jìn)

48、行 A/D 轉(zhuǎn)換。在 A/D 轉(zhuǎn)換期間，START 應(yīng)保持低電平。 D7D0數(shù)據(jù)輸出線。為三態(tài)緩沖輸出形式，可以和單片機(jī)的數(shù)據(jù)線直接相連。 OE輸出允許信號(hào)。用于控制三態(tài)輸出鎖存器向單片機(jī)上輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。OE=0，輸 出數(shù)據(jù)線呈高電阻態(tài)；OE=1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。 CLOCK時(shí)鐘信號(hào)。ADC0809 內(nèi)部沒(méi)有時(shí)鐘電路，所需時(shí)鐘信號(hào)由外界 提供，要求頻率范圍 10kHz1.2MHz。通常使用頻率為 500 kHz 的時(shí)鐘信號(hào)。 EOC轉(zhuǎn)換結(jié)束狀態(tài)信號(hào)。EOC0，正在進(jìn)行轉(zhuǎn)換；EOC=1，轉(zhuǎn)換結(jié)束。 該狀態(tài)信號(hào)既可作為查詢的狀態(tài)標(biāo)志，又可以作為中斷請(qǐng)求信號(hào)使用。 VCC+5V 電源。 R

49、EF(+)、 REF(-)參考電壓。 參考電壓用來(lái)與輸入的模擬信號(hào)進(jìn)行比較， 作為逐次逼近的基準(zhǔn)。其典型值為 REF(+)=+5V，REF(-)=0V。 ADC0809 與 89C51 單片機(jī)的接口如圖 3-10 所示 無(wú) 圖 3-10 89C51 與 ADC0809 的連接(采用查詢方式) 3.5 3.5 顯示接口電路顯示接口電路 74LS164 是高速硅門(mén) CMOS 器件，與低功耗肖特基型 TTL (LSTTL) 器件的引腳兼容。74LS164 是 8 位邊沿觸發(fā)式移位寄存器，串行輸入數(shù)據(jù)，然后并行輸出。 主要參數(shù)及特點(diǎn) 串行輸入帶鎖存 時(shí)鐘輸入,串行輸入帶緩沖 異步清除 最高時(shí)鐘頻率可高

50、達(dá) 36Mhz 功耗：10mW/bit 74 系列工作溫度： 0C to 70C Vcc 最高電壓：7V 輸入最高電壓：7V 最大輸出驅(qū)動(dòng)能力： 無(wú) 高電平：0.4mA 低電平：8mA 在單片機(jī)系統(tǒng)中，如果并行口的 IO 資源不夠，而串行口又沒(méi)有其他的作用，那么我們可以用 74LS164 來(lái)擴(kuò)展并行 IO 口，節(jié)約單片機(jī)資源，74LS164 是一個(gè)串行輸入并行輸出的移位寄存器， 并帶有清潔端。 其中：Q0 一 Q7 并行輸出端。A,B 串行輸出端。MR 清楚端，為 0 時(shí)，輸出清零。CP 時(shí)鐘輸入端。圖 3-11 為 74LS164 構(gòu)成得顯示電路圖。 圖 3-11 74LS164 構(gòu)成的顯示

51、電路圖 3.6 3.6 鍵盤(pán)電路鍵盤(pán)電路 可以構(gòu)成 4*4=16 個(gè)按鍵， 比之直接將端口線用于鍵盤(pán)多出了一倍， 而且線數(shù)越多， 區(qū)別越明顯，比如再多加一條線就可以構(gòu)成 20 鍵的鍵盤(pán)，而直接用端口線則只能多出一鍵（9 鍵）。 由此可見(jiàn)，在需要的鍵數(shù)比較多時(shí)，采用矩陣法來(lái)做鍵盤(pán)是合理的。 矩陣式結(jié)構(gòu)的鍵盤(pán)顯然比直接法要復(fù)雜一些，識(shí)別也要復(fù)雜一些，列線通過(guò)電阻接正電源， 并將行線所接的單片機(jī)的 I/O 口作為輸出端，而列線所接的 I/O 口則作為輸入。這樣，當(dāng)按鍵沒(méi)有 按下時(shí)，所有的輸出端都是高電平，代表無(wú)鍵按下。行線輸出是低電平，一旦有鍵按下，則輸入線就會(huì)被拉低，這樣，通過(guò)讀入輸入線的狀態(tài)就可

52、得知是否有鍵按下了。 確定矩陣式鍵盤(pán)上何鍵被按下介紹一種“行掃描法”。行掃描法行掃描法又稱(chēng) 為逐行（或列）掃描查詢法，是一種最常用的按鍵識(shí)別方法，如上圖所示鍵盤(pán)，介紹無(wú) 過(guò)程如下。 （1） 判斷鍵盤(pán)中有無(wú)鍵按下將全部行線 Y0-Y3 置低電平，然后檢測(cè)列線的狀態(tài)。只要有一列的電平為低，則表示鍵盤(pán)中有鍵被按下，而且閉合的鍵位于低電平線與 4根行線 相交叉的 4 個(gè)按鍵之中。若所有列線均為高電平，則鍵盤(pán)中無(wú)鍵按下。 （2）判斷閉合鍵所在的位置在確認(rèn)有鍵按下后，即可進(jìn)入確定具體閉合鍵的過(guò)程。其方法是：依次將行線置為低電平，即在置某根行線為低電平時(shí)，其它線為高電平。在確定某根行線位置為低電平后，再逐行

53、檢測(cè)各列線的電平狀態(tài)。若某列為低，則該列線與置為低電平的行線交叉處的按鍵就是閉合的按鍵。 3.7 3.7 執(zhí)行機(jī)構(gòu)接口電路執(zhí)行機(jī)構(gòu)接口電路 將繼電器接到 89C52 的 P1.3 口,開(kāi)關(guān)量輸出控制加濕裝置電路， 單片機(jī)將采集到的濕度數(shù)字 量與預(yù)先設(shè)置的基準(zhǔn)濕度上下限值進(jìn)行運(yùn)算比較處理后， 從 P1.3 口輸出驅(qū)動(dòng)電磁繼電器，對(duì)加濕裝置進(jìn)行功率調(diào)節(jié)，以及電源通斷等控制。 “看門(mén)狗”電路 X25045 是美國(guó) xicor 公司的生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化 8 腳集成電路，它將 eeprom、 看門(mén)狗定時(shí)器、電壓監(jiān)控三種功能組合在單個(gè)芯片之內(nèi)，大大簡(jiǎn)化了硬件設(shè)計(jì)，提高了系統(tǒng)的可靠性，減少了對(duì)印制電路板的空間要求

54、，降低了成本和系統(tǒng)功耗，是一種理想的單片機(jī)外圍芯片。X25045 引腳如圖 3-12 所示。 圖 3-12 X25045 引腳圖 wp：寫(xiě)保護(hù)輸入。當(dāng)它低電平時(shí)，寫(xiě)操作被禁止； vss：地； vcc：電源電壓； reset：復(fù)位輸出。x25045 在讀寫(xiě)操作之前，需要先向它發(fā)出指令，指令名及指令格式如表 3-5 所示： 無(wú) 表 3-5 X25045 指令及其含義 指令名 指令格式 操作 WREN 00000110 設(shè)置寫(xiě)使能鎖存器(允許寫(xiě)操 作) WRDI 00000100 復(fù)位寫(xiě)使能鎖存器(禁止寫(xiě)操 作) RDSR 00000101 讀狀態(tài)寄存器 WRSR 00000001 寫(xiě)狀態(tài)寄存器 R

55、EAD 0000A8011 把開(kāi)始于所選地址的存儲(chǔ)器中 的數(shù)據(jù)讀出 WRITE 0000A8010 把數(shù)據(jù)寫(xiě)入開(kāi)始于所選地址的 存儲(chǔ)器 X25045 看門(mén)狗電路設(shè)計(jì)： X25045 硬件連接圖如圖 3-10 所示。X25045 芯片內(nèi)包含有一個(gè)看門(mén)狗定時(shí)器，可通過(guò)軟件預(yù)置系統(tǒng)的監(jiān)控時(shí)間。在看門(mén)狗定時(shí)器預(yù)置的時(shí)間內(nèi)若沒(méi)有總線活動(dòng)，則X25045 將從 reset 輸出一個(gè)高電平信號(hào)，經(jīng)過(guò)微分電路 c2、r3 輸出一個(gè)正脈沖，使 CPU 復(fù)位。電路圖中，CPU 的復(fù) 位信號(hào)共有 3 個(gè)：上電復(fù)位(c1、r2)，人工復(fù)位(s、r1、r2)和 watchdog 復(fù)位(c2、r3)，通過(guò)或 門(mén)綜合后加到

56、 reset 端。c2、r3 的時(shí)間常數(shù)不必太大，有數(shù)百微秒即可，因?yàn)檫@時(shí) CPU 的振蕩器 已經(jīng)在工作,看門(mén)狗定時(shí)器的預(yù)置時(shí)間是通過(guò) X25045 的狀態(tài)寄存器的相應(yīng)位來(lái)設(shè)定的。如表 3-6 所 示，X25045狀態(tài)寄存器共有6位有含義， 其中wd1、 wd0和看門(mén)狗電路有關(guān)， 其余位和eeprom的工作設(shè)置有關(guān)。 表 3-6 X25045 狀態(tài)寄存器 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 X Y WD1 WD0 BL1 BL0 WEL WIP wd10，wd0=0，預(yù)置時(shí)間為 1.4s。 wd10，wd0=1，預(yù)置時(shí)間為 0.6s。 無(wú) wd11，wd0=0，預(yù)置時(shí)間為 0.2s

57、。wd11，wd0=1，禁止看門(mén)狗工作。 圖 3-13 X25045 看門(mén)狗電路硬件連接圖 看門(mén)狗電路的定時(shí)時(shí)間長(zhǎng)短可由具體應(yīng)用程序的循環(huán)周期決定，通常比系統(tǒng)正 常工作時(shí)最大循環(huán)周期的時(shí)間略長(zhǎng)即可。編程時(shí)，可在軟件的合適地方加一條喂狗指令，使看門(mén)狗的定時(shí)時(shí)間永遠(yuǎn)達(dá)不到預(yù)置時(shí)間，系統(tǒng)就不會(huì)復(fù)位而正常工作。當(dāng)系統(tǒng)跑飛，用軟件陷阱等別的方法無(wú)法捕捉回程序時(shí)，則看門(mén)狗定時(shí)時(shí)間很快增長(zhǎng)到預(yù)置時(shí)間，迫使系統(tǒng)復(fù)位。 3.8 3.8 加濕裝置的原理加濕裝置的原理 在超聲作用下，液體在氣相中分散并在液體表面形成細(xì)霧飛逸的過(guò)程叫做超聲霧化。其空化作用是超聲成霧的主要原因，然后通過(guò)風(fēng)動(dòng)裝置，將水霧擴(kuò)散到空氣中，達(dá)到

58、加濕空氣的目的。 超聲霧化加濕裝置的設(shè)計(jì)主要包括電源電路、超聲波功率源(超聲震蕩電路、放大電路)等設(shè)計(jì)。超聲霧化加濕器廣泛用于家庭，特別適合我國(guó)北方冬季室內(nèi)干燥時(shí)的加濕。如在加濕器的流體中再加入一些香水，則可使室內(nèi)氣味芳香。此外，它還可用于家庭或病房的氧加濕和藥物治療。 用于藥物治療時(shí)，在超聲波作用下，藥物流體形成直徑為 0.510m 的霧狀顆粒，患者通過(guò)深呼吸，即可將藥物吸到呼吸道患處，用藥物的高濃度進(jìn)行治療。這對(duì)治療慢性支氣管炎，哮喘肺炎 等呼吸道疾病有一定治療 無(wú) 圖 3-14 加濕裝置電路圖 （1）加濕裝置的各部分電路 整流電路： 圖中變壓器 T 把 220V 交流電降壓為 50V，

59、經(jīng) VD1VD4 整流后， 輸出約 60V 的脈動(dòng)值，給超聲振蕩兼超聲輸出電路供電。電源指示燈采用發(fā)光二極管，R18 是二極管的限流電阻。 振蕩電路： VT1 為高頻晶體功率管 D1163A， 超聲壓電換能器及 C10、 C11、 C12、C13、L1、L2、R20、R23、R21、R22、R24 等元件組成電容三點(diǎn)式振蕩電路。電路振蕩頻率 由壓電換能器固定有頻率決定，壓電換能器既是振蕩電路元件，又是超聲振蕩功率負(fù)載。它的電路特性是，當(dāng)振蕩電路與諧振頻率有關(guān)的元件數(shù)值發(fā)生變化，或因超聲壓電換能器老化使頻率響應(yīng)偏高時(shí)，該超聲振蕩電路可自動(dòng)協(xié)調(diào)跟蹤，使之始終保持穩(wěn)定可靠的工作狀態(tài)，而不必重新調(diào)整電

60、路。調(diào)節(jié) R20 和 R24 可改變高頻功率管 VT1 的工作交流，進(jìn)而改變超聲功率輸出量及霧化強(qiáng) 度。 水位極測(cè)保護(hù)電路：為了避免超聲霧化加濕器在無(wú)水時(shí)通電，引起超聲壓電換能器過(guò)熱而燒壞，電路中用 VT2(C1815)三極管作為貯水水位檢測(cè)器。當(dāng)水箱內(nèi)無(wú)水時(shí)， 設(shè)置在壓電換能器附 近的水位傳感器(VT2 的基極通過(guò)一電阻再接一根裸線)因無(wú)感應(yīng)信號(hào)， 三極管 VT2 處于截止?fàn)顟B(tài)， 振蕩兼功率輸出的 VT1 因無(wú)基極電流而不起振；當(dāng)水箱內(nèi)盛滿水時(shí)，壓電換能器 BC(壓電晶體)浸 入水中，貯水傳感線上即獲得感應(yīng)信號(hào)，使 VT2 飽和導(dǎo)通，從而也使 VT1 獲得正常工作所需的基極 電流而起振，產(chǎn)生