濕度檢測與警報(bào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)說明

41/44濕度檢測與報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)電子信息科學(xué)與技術(shù)07-2班石飛飛指導(dǎo)老師馬鳳翔摘要濕度在日常生活中起著重要的作用，例如食品的存儲、圖書的收藏、植物的生長等都需考慮濕度。因此濕度的測量也越來越得到了人們的關(guān)注，但一般的濕度計(jì)的精確度較低，為±5%或±7%，而且反應(yīng)速度慢，不能滿足某些場合的要求。以STC89C51RC單片機(jī)為核心，利用hih4000-3濕度傳感器輸出電壓與濕度的關(guān)系，通過LM258組成的現(xiàn)場采集隔離電路，A/D轉(zhuǎn)換電路，實(shí)現(xiàn)濕度信號的采集，通過LED顯示電路，按鍵電路，報(bào)警電路實(shí)現(xiàn)濕度值的實(shí)時(shí)顯示、報(bào)警與初始值的改變。利用Proteus仿真軟件實(shí)現(xiàn)電路原理圖的仿真，使用Keilc軟件，運(yùn)用C語言編程。結(jié)果證明，該系統(tǒng)能夠快速實(shí)現(xiàn)濕度的采集與顯示，且精度小于±5%，實(shí)時(shí)性效果好。關(guān)鍵詞：濕度,單片機(jī),顯示,報(bào)警ThedesignofdetectionandalarmingsystemofhumidityElectronicInformationScienceandTechnology07-2ShiFei-feiSupervisorMaFeng-xiangAbstractHumidityplaysanimportantroleinourdaylife,forexample,whenFoodisstored,Booksarecollectted,PlantsGrow，humidityareneedtobeconsidered。Therefore,measurementofhumidityhasReceivedmoreandmoreattention。ButthegeneralhygrometerhasaLowaccuracyof±5%or±7%,andaslowReaction,sothatcannotmeettherequirementsofcertainoccasions.AchievingacquisitionofHumiditySignalbyusingtherelationshipbetweenoutputvoltageandhumidityofhih4000,isolationcircuitconsistedofbyLM258，andtheA/Dconvertercircuit，toSTC89C51RCasthecore.Displayyingthevalue??ofhumidityinreal-timeandalarmmingwhenthevalue??ofhumidityOutofrangeandsettingtheinitialvaluethroughtheLEDdisplaycircuit,keycircuitandalarmmingcircuit.UsingproteusforsimulationandusingKeilcsoftwareandCtoprogram.Theresultsprovedthatthesystemcanquicklycaptureanddisplayhumidity,andtheaccuracyisbetterthan±5%.Inaddition,thesystemhasaeffectivereal-time.Keywords:humidity,SCM,display,alarmming目錄TOC\o"1-4"\h\z\u1引言11.1濕度監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)的背景11.2濕度的介紹11.3本設(shè)計(jì)的內(nèi)容與意義21.4濕度測量方法與注意事項(xiàng)21.4.1濕度測量方法21.4.2濕度測量方案的選擇32濕度檢測與報(bào)警系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)42.1監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求42.2設(shè)計(jì)目標(biāo)42.3監(jiān)測系統(tǒng)的組成43硬件電路的設(shè)計(jì)63.1單片機(jī)的選擇與特性63.1.1單片機(jī)的介紹63.1.2STC單片機(jī)的特性63.1.3STC89C51RC單片機(jī)的引腳功能63.2傳感器的選擇113.2.1濕度傳感器選擇的注意事項(xiàng)113.2.2本設(shè)計(jì)傳感器的選擇123.2.3hih4000-3的特性123.3濕度測量電路133.4A/D轉(zhuǎn)換電路143.5按鍵電路與報(bào)警電路的設(shè)計(jì)173.6顯示電路的設(shè)計(jì)183.7復(fù)位電路193.8通訊接口電路的設(shè)計(jì)203.9系統(tǒng)電源的設(shè)計(jì)224軟件設(shè)計(jì)234.1keilc51軟件介紹234.2keilc51開發(fā)流程234.3C語言介紹264.4系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)265濕度測量結(jié)果與誤差分析305.1測量結(jié)果305.2誤差分析316結(jié)論與展望336.1設(shè)計(jì)成果336.2結(jié)論346.3展望35致謝36參考文獻(xiàn)37附錄38附錄A：電路原理圖38附錄B：實(shí)物圖39附錄C：系統(tǒng)程序391引言1.1濕度監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)的背景隨著社會的發(fā)展和生活水平的提高，人們對產(chǎn)品的質(zhì)量要求也越來越高，所以生產(chǎn)部門要求對周圍環(huán)境濕度的測量、監(jiān)測與分析起著重要的作用。另外，在許多情況下也需要對環(huán)境的濕度進(jìn)行監(jiān)測測量，包括人的生活工作環(huán)境、儀器設(shè)備的工作環(huán)境以與動(dòng)植物的生長環(huán)境等。因此，在某些特定環(huán)境測量監(jiān)測濕度也成為一種必然的需要。1.2濕度的介紹濕度是表示大氣干燥程度的物理量。在一定的溫度下在一定體積的空氣里含有的水汽越少；則空氣越干燥；水汽越多，則空氣越潮濕。在此意義下，常用絕對濕度、相對濕度、比較濕度、混合比、飽和差以與露點(diǎn)等物理量來表示。絕對濕度是一定體積的空氣中含有的水蒸氣的質(zhì)量，一般其單位是克/立方米。絕對濕度的最大限度是飽和狀態(tài)下的最高濕度。絕對濕度只有與溫度一起才有意義，因?yàn)榭諝庵心軌蚝械臐穸鹊牧侩S溫度而變化，在不同的溫度中絕對濕度也不同，因?yàn)殡S著溫度的變化空氣的體積也要發(fā)生變化。但絕對濕度越靠近最高濕度，它隨溫度的變化就越小。相對濕度是絕對濕度與最高濕度之間的比，它的值顯示水蒸氣的飽和度有多高，通常用RH%來表示，濕度為100%的空氣是飽和的空氣[1]?？諝鉂穸仍谠S多方面有重要的用途，例如在大氣學(xué)、氣象學(xué)、醫(yī)學(xué)和生物學(xué)。（1）氣象學(xué)和水文學(xué)下雨的時(shí)候，空氣濕度是非常大的在氣象學(xué)和水文學(xué)中濕度是決定蒸發(fā)和蒸騰的重要數(shù)據(jù)。它對不同的氣候區(qū)的產(chǎn)生起決定性的作用。大氣中的水蒸氣在水循環(huán)過程中也是必不可少的。通過水蒸氣水可以很快地在地球表面運(yùn)動(dòng)。水在大氣中形成降水、云和其它現(xiàn)象，它們決定了地球的氣象和氣候。而在天氣預(yù)報(bào)中，更常用到相對濕度。它反映了降雨、有霧的可能性。在炎熱的天氣之下，高的相對濕度會讓人類（和其他動(dòng)物）感到更熱，因?yàn)檫@妨礙了汗水的揮發(fā)。人類可以從而制定出酷熱指數(shù)。（2）醫(yī)學(xué)在醫(yī)學(xué)上空氣的濕度與呼吸之間的關(guān)系非常緊密。在一定的濕度下氧氣比較容易通過肺泡進(jìn)入血液。一般人在45-55%的相對濕度下感覺最舒適。過熱而不通風(fēng)的房間里的相對濕度一般比較低，這可能對皮膚不良和對粘膜有刺激作用。濕度過高影響人調(diào)節(jié)體溫的排汗功能，人會感到悶熱?？偟膩碚f人在高溫但低濕度的情況下（比如沙漠）比在溫度不太高但濕度很高的情況下（比如雨林）的感覺要好。（3）生物學(xué)在生物學(xué)中，尤其是在生態(tài)學(xué)中空氣濕度是一個(gè)非常關(guān)鍵的量。它決定一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的組成。在植物的葉面上氣孔的開關(guān)和植物的呼吸。有些動(dòng)物比如蝸牛只有在它們的皮膚有一定濕度的情況下才能吸收氧氣。儲藏和生產(chǎn)在存放水果的倉庫里濕度決定水果的成熟。在存放金屬的倉庫里濕度過高可能導(dǎo)致腐蝕。其它許多貨物比如化學(xué)藥劑、煙、酒、香腸、木、藝術(shù)品、集成電路等等也必須在一定的濕度或在濕度為零的條件下存放。因此在許多倉庫、博物館、圖書館、計(jì)算機(jī)中心和一定的工廠（比如微電子工業(yè)）中都有空調(diào)裝置來控制室內(nèi)的濕度。1.3本設(shè)計(jì)的內(nèi)容與意義從濕度的介紹中可以得出，濕度在日常生活中扮演著越來越重要的角色。在傳統(tǒng)的方法中人們主要采取濕度計(jì)來測量濕度，一般的濕度計(jì)精度比較低，而且反應(yīng)較慢。因此在本設(shè)計(jì)中選用精度較高反應(yīng)較快的傳感器，以單片機(jī)為核心，通過A/D轉(zhuǎn)換電路，蜂鳴器報(bào)警電路實(shí)現(xiàn)對濕度的實(shí)時(shí)采集與監(jiān)測，通過LED數(shù)碼顯示電路實(shí)現(xiàn)對相對濕度的實(shí)時(shí)顯示，顯示電路直觀，明了。1.4濕度測量方法與注意事項(xiàng)1.4.1濕度測量方法濕度測量從原理上劃分有二、三十種之多。常見的濕度測量方法有：動(dòng)態(tài)法(雙壓法、雙溫法、分流法)，靜態(tài)法(飽和鹽法、硫酸法)，露點(diǎn)法，干濕球法和電子式傳感器法[2-3]。①雙壓法、雙溫法是基于熱力學(xué)P、V、T平衡原理，平衡時(shí)間較長，分流法是基于絕對濕氣和絕對干空氣的精確混合。由于采用了現(xiàn)代測控手段，這些設(shè)備可以做得相當(dāng)精密，卻因設(shè)備復(fù)雜，昂貴，運(yùn)作費(fèi)時(shí)費(fèi)工，主要作為標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量之用，其測量精度可達(dá)±2%RH以上。②靜態(tài)法中的飽和鹽法，是濕度測量中最常見的方法，簡單易行。但飽和鹽法對液、氣兩相的平衡要求很嚴(yán)，對環(huán)境溫度的穩(wěn)定要求較高。用起來要求等很長時(shí)間去平衡，低濕點(diǎn)要求更長。特別在室內(nèi)濕度和瓶內(nèi)濕度差值較大時(shí)，每次開啟都需要平衡6~8小時(shí)。③露點(diǎn)法是測量濕空氣達(dá)到飽和時(shí)的溫度，是熱力學(xué)的直接結(jié)果，準(zhǔn)確度高，測量范圍寬。計(jì)量用的精密露點(diǎn)儀準(zhǔn)確度可達(dá)±0.2℃甚至更高。但用現(xiàn)代光-電原理的冷鏡式露點(diǎn)儀價(jià)格昂貴，常和標(biāo)準(zhǔn)濕度發(fā)生器配套使用。④干濕球法，這是18世紀(jì)就發(fā)明的測濕方法。歷史悠久，使用最普遍。干濕球法是一種間接方法，它用干濕球方程換算出濕度值，而此方程是有條件的：即在濕球附近的風(fēng)速必需達(dá)到2.5m/s以上。干濕球法準(zhǔn)確度只有5~7%RH。⑤電子式濕度傳感器法電子式濕度傳感器產(chǎn)品與濕度測量屬于90年代興起的行業(yè),近年來，國內(nèi)外在濕度傳感器研發(fā)領(lǐng)域取得了長足進(jìn)步。濕敏傳感器正從簡單的濕敏元件向集成化、智能化、多參數(shù)檢測的方向迅速發(fā)展，為開發(fā)新一代濕度測控系統(tǒng)創(chuàng)造了有利條件，也將濕度測量技術(shù)提高到新的水平。1.4.2濕度測量方案的選擇現(xiàn)代濕度測量方案最主要的有兩種：干濕球測濕法，電子式濕度傳感器測濕法[2-3]。干濕球濕度計(jì)的特點(diǎn)：干濕球測濕法采用間接測量方法，通過測量干球、濕球的溫度經(jīng)過計(jì)算得到濕度值，因此對使用溫度沒有嚴(yán)格限制，在高溫環(huán)境下測濕不會對傳感器造成損壞。但干濕球濕度計(jì)的準(zhǔn)確度只有5%-7%RH。電子式濕度傳感器的特點(diǎn)：在實(shí)際使用中，由于塵土、油污與有害氣體的影響，使用時(shí)間一長，會產(chǎn)生老化，精度下降，濕度傳感器年漂移量一般都在±2%左右，甚至更高。一般情況下，生產(chǎn)廠商會標(biāo)明1次標(biāo)定的有效使用時(shí)間為1年或2年，到期需重新標(biāo)定。又由于濕度傳感器是采用半導(dǎo)體技術(shù)，因此對使用的環(huán)境溫度有要求，超過其規(guī)定的使用溫度將對傳感器造成損壞。電子式濕度傳感器測濕方法更適合于在潔凈與常溫的場合使用，準(zhǔn)確度可以達(dá)到2%一3%RH。本設(shè)計(jì)采用電子式濕度傳感器的方法。2濕度檢測與報(bào)警系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)2.1監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求(1).和測量范圍一樣，測量精度同是濕度測量對重要的指標(biāo),能夠?qū)崿F(xiàn)采集與顯示室內(nèi)濕度，主要的監(jiān)測范圍和測量精度如表2.1所示：表2.1檢測范圍和測量精度Table2.1Detectionrangeandaccuracy參數(shù)名檢測范圍檢測精度工作溫度濕度0-100%±4%25℃（2）.能夠根據(jù)每天各個(gè)階段以與季節(jié)等的外部環(huán)境變化通過按鍵輸入改變對參數(shù)的設(shè)置，以滿足不同的要求。（3）.實(shí)現(xiàn)濕度的顯示。（4）.聲音報(bào)警功能。2.2設(shè)計(jì)目標(biāo)本系統(tǒng)是基于STC89C51單片機(jī)的濕度監(jiān)測系統(tǒng)，主要完成以下的主要任務(wù)：選擇STC89C51單片機(jī)，了解基本特性和功能，使用STC89C51實(shí)現(xiàn)對濕度的實(shí)時(shí)監(jiān)測，使用濕度傳感器對現(xiàn)場環(huán)境濕度數(shù)據(jù)采集，由單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)范圍為0-100%的濕度控制；采用串行總線RS-232實(shí)現(xiàn)單片機(jī)和上位機(jī)通訊；設(shè)計(jì)人機(jī)對話接口，按鍵、顯示和報(bào)警系統(tǒng)；使系統(tǒng)完成特定功能的同時(shí)，要保證系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，使系統(tǒng)能夠長期穩(wěn)定的工作，還要盡量實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的低成本、低功耗和高精度。2.3監(jiān)測系統(tǒng)的組成本設(shè)計(jì)是以STC89C51單片機(jī)為核心的監(jiān)測系統(tǒng)，硬件系統(tǒng)由按鍵輸入電路、LED顯示電路，傳感器和A/D轉(zhuǎn)換電路，現(xiàn)場隔離電路，報(bào)警電路等組成。硬件系統(tǒng)原理框圖如圖2.1圖2.1監(jiān)測系統(tǒng)框圖Fig.2.1TheblockdiagramofMonitoringsystem傳感器輸出的是模擬信號，需要經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號才送給單片機(jī)處理，如果傳感器輸出的模擬信號太弱，還要經(jīng)過運(yùn)算放大器放大信號。按鍵輸入電路是用來設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)的上、下值的，如果檢測到的信號值不在此區(qū)間內(nèi)，單片機(jī)就會驅(qū)動(dòng)蜂鳴器產(chǎn)生報(bào)警，此時(shí)就需要人工改變環(huán)境的濕度，使得環(huán)境參數(shù)重新回到設(shè)定的理想?yún)^(qū)間。3硬件電路的設(shè)計(jì)3.1單片機(jī)的選擇與特性3.1.1單片機(jī)的介紹計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生加快了人類改造世界的步伐，但是它畢竟體積龐大，在某些場合下運(yùn)用起來不方便。單片機(jī)就是在這種情況下誕生的。單片機(jī)也成為微控制器或單片微型計(jì)算機(jī)，它是一種集成在電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU隨機(jī)存儲器RAM、只讀存儲器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)時(shí)器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動(dòng)電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。在本設(shè)計(jì)中，選擇STC89C51RC單片機(jī)。3.1.2STC單片機(jī)的特性STC89C51RC系列單片機(jī)是宏晶科技推出的新一代超強(qiáng)抗干擾/高速/低功耗的單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051單片機(jī)，12時(shí)鐘/機(jī)器周期和6時(shí)鐘/機(jī)器周期可任意選擇。它的特點(diǎn)如下[4]：增強(qiáng)型6時(shí)鐘/機(jī)器周期，12時(shí)鐘/機(jī)器周期8051CPU工作電壓：5.5V-3.4V工作頻率范圍：0-40VMHz,相當(dāng)于普通8051的0-80MHz,實(shí)際工作頻率可達(dá)48MHz用戶應(yīng)用程序空間4K片上集成512字節(jié)RAM通用I/O，復(fù)位后為：P1/P2/P3/P4是準(zhǔn)雙向口/弱上拉,P0口是開漏輸出，作為總線擴(kuò)展用時(shí)，不用加上拉電阻，作為I/O口用時(shí)，需要上拉電阻。ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP(在應(yīng)用可編程)，無需專用編程器/仿真器通用異步串行口（UART），還可用定時(shí)器軟件實(shí)現(xiàn)多個(gè)UART工作溫度范圍：0-75℃/-40-+80℃3.1.3STC89C51RC單片機(jī)的引腳功能常見的51單片機(jī)中一般采用雙列直插（DIP）封裝，共40個(gè)引腳，引腳大概分為四類：電源、時(shí)鐘、控制和I/O引腳[4-5]，如圖2.2圖3.1STC89C51RC單片機(jī)的引腳圖Fig.3.1ThepinofSTC89C51RC1．電源1）Vcc:芯片電源，一般為+5V；2）Vss接地端2.時(shí)鐘XTAL1和XTAL2：晶體振蕩電路反相輸入端和輸出端。當(dāng)使用內(nèi)部振蕩電路時(shí)，需要外接晶振；當(dāng)使用外部振蕩輸入時(shí)，XTAL1接地，XTAL2接外部振蕩脈沖輸入。3.控制線STC89C51RC單片機(jī)的控制線共有4根，其中3根是復(fù)用線，具有兩種功能[4]。ALE/PROG:地址鎖存允許/編程脈沖ALE：正常使用時(shí)為ALE功能，主要用來鎖存P0口送出的8位地址。P0口一般分時(shí)傳送8位地址和數(shù)據(jù)信號，且均為二進(jìn)制數(shù)。區(qū)分是否是低8位數(shù)據(jù)信號還是地址信號就看ALE引腳。當(dāng)ALE信號有效時(shí)，P0口傳送的是低8位地址信號；當(dāng)ALE信號無效時(shí)，P0傳送的是8位數(shù)據(jù)信號。一般在ALE引腳的下降沿鎖定P0口傳送的內(nèi)容，即低8位地址信號。當(dāng)CPU不執(zhí)行訪問外部RAM指令（MOVX）時(shí)，ALE以時(shí)鐘振蕩頻率1/6的固定頻率輸出，所以ALE信號也可以作為外部芯片的時(shí)鐘信號。PROG：當(dāng)單片機(jī)在編程期間，該引腳輸入編程脈沖。：外部ROM讀選通信號當(dāng)單片機(jī)讀外部ROM時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期內(nèi)兩次有效輸出。就相當(dāng)于外部ROM芯片輸出允許的選通信號。但讀片內(nèi)ROM和讀片外RAM時(shí)無效。RST：復(fù)位引腳RST為單片機(jī)上電復(fù)位輸入端，只要在該引腳上連續(xù)保持兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平，單片機(jī)就可以實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作，復(fù)位后程序從0000H處開始執(zhí)行。/Vpp:內(nèi)外ROM選擇/EPROM編程電源：正常工作時(shí)，為內(nèi)外ROM選擇端。當(dāng)為高電平時(shí)，先訪問片內(nèi)ROM，當(dāng)程序長度超過片內(nèi)的范圍時(shí)將自動(dòng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行外部ROM中的程序。當(dāng)為低電平時(shí)單片機(jī)只訪問外部ROM。Vpp：在編程期間，此引腳用于施加編程電源。4.I/O引腳STC89C51RC單片機(jī)共有4個(gè)8位并行I/O端口，共32個(gè)可編程I/O引腳。4個(gè)I/O口各有各的功能，在一般情況下，P0專用于分時(shí)傳送低8位地址信號和8位數(shù)據(jù)信號，P2口專用于傳送高8位地址信號，P3口大部分時(shí)間用于第二功能，即用于特殊信號輸入/輸出和控制信號。P0口P0口是一個(gè)8位雙向I/O口。在訪問外部存儲時(shí)，P0口可以分時(shí)傳送低8位地址和8位數(shù)據(jù)信號。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3.2[6-7]:圖3.2P0口的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖Fig.3.2TheinternalstructureofP0P0口用作通用I/O時(shí)，CPU把控制信號輸出為低電平，這樣一方面可以使多路開關(guān)MUX接通B端，使“與”門輸出為低電平，T1截止，從而使輸出級構(gòu)成開漏極輸出電路。當(dāng)P0被用作輸出口時(shí)，因輸出級處于開漏極狀態(tài)，所以必須外接上拉電阻（一般應(yīng)用中的上拉電阻可以為1～10k。當(dāng)寫信號加在鎖存器的時(shí)鐘（CLK）時(shí)，D觸發(fā)器將內(nèi)部總線上的信號方向后輸出到，如果D端（內(nèi)部總線）信號為“0”，則為1，T2導(dǎo)通，在P0.X上輸出低電平，相反，當(dāng)D端（內(nèi)部總線）信號為“1”，則為0，T2截止，此時(shí)雖然T1也沒導(dǎo)通，但因?yàn)镻0.X上用戶已外接了上拉電阻，所以此時(shí)就可以輸出“1”。當(dāng)P0口被用作輸入口時(shí)，必須保證T2截止。要使T2截止必須先向鎖存器寫入“1”使為“0”。輸入信號向P0.X輸入后，先進(jìn)入“讀引腳緩沖器”，CPU執(zhí)行端口輸入指令后“讀引腳”信號使輸入緩沖器打開，輸入信號就可以順利進(jìn)入內(nèi)部數(shù)據(jù)總線?！白x-改-寫”操作：MCS-51型單片機(jī)除了對端口有基本的讀/寫操作之外還能對端口進(jìn)行“讀-改-寫”操作。P1口P1口只用作通用8位準(zhǔn)雙向I/O，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖，P1口作為一般的I/O口功能的使用方法與P0口類似。但與P0口相比，P1口少了地址/數(shù)據(jù)的傳送電路和多路開關(guān)，內(nèi)部一個(gè)固定的上拉電阻代替了MOS管。當(dāng)用作輸入口時(shí)，應(yīng)先向端口寫入“1”，保證T截止，自帶上拉電阻給用戶也帶來了方便。圖3.3P1口的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖Fig.3.3TheinternalstructureofP1P2口P2口也是一個(gè)8位準(zhǔn)雙向口，在訪問外部存儲器時(shí)，P2口用于傳送高8位地址。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖，用作通用I/O口和地址線時(shí)的工作原理與P0口類似。圖3.4P2口的內(nèi)部結(jié)構(gòu)Fig.3.4TheinternalstructureofP2P3口P3口也是一個(gè)8為準(zhǔn)雙向I/O口，可做一般I/O口功能使用。P3口內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3.5[6-7],同時(shí)，P3口還具有第二功能，用于特殊信號輸入/輸出和控制信號。P3口的第二功能如下：P3.0:RXD串行輸入端；P3.1:TXD串行輸出端；P3.2:（INT0）外部中斷0請求輸入端；P3.3:（INT1）外部中斷1請求輸入端；P3.4:（T0）定時(shí)/計(jì)數(shù)器0外部信號輸入端；P3.5:（T1）定時(shí)/計(jì)數(shù)器1外部信號輸入端；P3.6:（WR）外部RAM寫選通信號輸入端；P3.7:（RD）外部RAM讀選通信號輸出端；當(dāng)P3口作為通用I/O口時(shí)與其他P1、P2口功能類似，只是CPU將“第二輸出功能”設(shè)為高電平，作為輸入端時(shí)也必須先寫入“1”。當(dāng)P3口作為第二功能輸出時(shí)，應(yīng)先將鎖存器置“1”，這樣就使“與非”門和輸出狀態(tài)只受“第二輸出功能”控制。第二功能輸出信號經(jīng)過“與非”門和MOS管T二次反相后輸出到外部引腳上。當(dāng)P3口作為第二功能輸入時(shí)，其“第二輸出功能”自動(dòng)置“1”，引腳上的信號經(jīng)輸入緩沖器送到“第二輸出功能”端。圖3.5P3口的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖Fig.3.5TheinternalstructureofP33.2傳感器的選擇3.2.1濕度傳感器選擇的注意事項(xiàng)選擇測量范圍和測量重量、溫度一樣，選擇濕度傳感器首先要確定測量范圍。選擇測量精度測量精度是濕度傳感器最重要的指標(biāo)，每提高1個(gè)百分點(diǎn)，對濕度傳感器來說就是上一個(gè)臺階，甚至是上一個(gè)檔次，多數(shù)情況下，如果沒有精確的控溫手段，或者被測空間是非密封的，±5％RH的精度就足夠了。對于要求精確控制恒溫、恒濕的局部空間，或者需要隨時(shí)跟蹤記錄濕度變化的場合，再選用±3%RH以上精度的濕度傳感器?？紤]時(shí)漂和溫漂在實(shí)際使用中，由于塵土、油污與有害氣體的影響，使用時(shí)間一長，電子式濕度傳器會產(chǎn)生老化，精度下降，電子式濕度傳器年漂移量一般都在±2%左右，甚至更高。一般情況下，生產(chǎn)廠商會標(biāo)明1次標(biāo)定的有效使用時(shí)間為1年或2年，到期需重新標(biāo)定。其它注意事項(xiàng)濕度傳感器是非密封性的，為保護(hù)測量的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性，應(yīng)盡量避免在酸性、堿性與含有機(jī)溶劑的氣氛中使用。也避免在粉塵較大的環(huán)境中使用，有的濕度傳感器對供電電源要求比較高，否則將影響測量精度，使用時(shí)應(yīng)按照技術(shù)要求提供合適的、符合精度要求的供電電源。3.2.2本設(shè)計(jì)傳感器的選擇傳感器的輸出有大信號輸出和小信號輸出，小信號輸出要經(jīng)過信號的放大才能進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，在此選擇大信號輸出的傳感器hih4000-3。Hih4000是honeywell公司生產(chǎn)的集成濕度傳感器，其主要特點(diǎn)是采用恒壓供電，內(nèi)置放大電路，能輸出相對濕度成比例關(guān)系的伏特級電壓信號，輸出電壓為：,響應(yīng)速度快，重復(fù)性好，抗污染能力強(qiáng)[8]。其管腳圖如圖3.6圖3.6hih4000管腳圖Fig.3.6Thepinmapofhih40003.2.3hih4000-3的特性Hih4000的特性如下[8]：精度：±3.5%RH(0-100%非凝結(jié))QUOTE溫度范圍：-40℃——85℃熱固性聚合物電容傳感器，帶集成信號處理電路3針可焊塑封5VDC恒壓供電，25℃時(shí)，0.8-3.9VDC放大線性電壓輸出，如圖3.7低功耗設(shè)計(jì)快速響應(yīng)，15秒慢流動(dòng)的空氣中穩(wěn)定性好，低溫漂，抗化學(xué)腐蝕性能強(qiáng)圖3.7hih4000輸出電壓與相對濕度的線性關(guān)系Fig.3.7Thelinearrelationshipofoutputvoltageandrelativehumidity3.3濕度測量電路電壓跟隨器具有輸入阻抗高，輸出阻抗低的特點(diǎn)，對前級而言相當(dāng)于開路，對后級而言相當(dāng)于一個(gè)穩(wěn)壓源，能提高帶負(fù)載能力，一般做緩沖級或隔離級[9]。LM258內(nèi)部包括有兩個(gè)獨(dú)立的、高增益、內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)碾p運(yùn)算放大器，適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用，也適用于雙電源工作模式，在推薦的工作條件下，電源電流與電源電壓無關(guān)。它的適用范圍為包括傳感器放大器、直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運(yùn)算放大器的場合[10]。圖3.8為濕度測量電路，此處LM258起著電壓跟隨的作用，充當(dāng)采集現(xiàn)場隔離電路，使采集現(xiàn)場與單片機(jī)隔離，減小彼此間的影響，提高帶負(fù)載能力。圖3.8濕度測量電路Fig.3.8HumidityMeasuringCircuit3.4A/D轉(zhuǎn)換電路A/D轉(zhuǎn)換電路能將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，在本設(shè)計(jì)中采用8位串行A/D轉(zhuǎn)換器ADC0832。ADC0832是美國國家半導(dǎo)體公司產(chǎn)生的一種8位分辨率、雙通道A/D轉(zhuǎn)換芯片，轉(zhuǎn)換速度較高[11]。ADC0832的特點(diǎn)8位分辨率雙通道A/D轉(zhuǎn)換輸入/輸出電平與TTL/CMOS相兼容5V電源供電時(shí)輸入電壓在0～5V之間工作頻率為250kHz,轉(zhuǎn)換時(shí)間為32us一般功耗僅為15mW商業(yè)級芯片溫寬為0℃-+70℃，工業(yè)級芯片溫寬為-40℃-+85℃。芯片引腳說明芯片引腳圖見圖3.9，引腳說明如下：圖3.9ADC0832引腳圖Fig.3.9thePinofADC0832CS片選使能，低電平芯片使能CH0模擬輸入通道0，或作為IN+/-使用CH0模擬輸入通道1，或作為IN+/-使用GND芯片參考零電位DI數(shù)據(jù)信號輸入，選擇通道控制DO數(shù)據(jù)信號輸出，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換輸出CLK芯片時(shí)鐘輸入/電源輸入與參考電壓輸入（復(fù)用）3.ADC0832的工作原理在正常情況下，ADC0832與單片機(jī)的接口應(yīng)為4條數(shù)據(jù)線，分別是CS，CLK，DI和DO。但由于DO和DI端在通信時(shí)并未同時(shí)使用并與單片機(jī)的接口是雙向的，所以在I/O口資源緊張時(shí)可以將DO和DI并聯(lián)在一條數(shù)據(jù)線上使用。當(dāng)ADC0832未工作時(shí)，其CS輸入端應(yīng)為高電平，此時(shí)芯片禁用，CLK和DO/DI的電平可任意。當(dāng)要進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換時(shí)，須先將CS使能端置于低電平并且保持低電平直到轉(zhuǎn)換完全結(jié)束。此時(shí)芯片開始轉(zhuǎn)換工作，同時(shí)由處理器向芯片時(shí)鐘（CLK）輸入端輸入時(shí)鐘脈沖，DO/DI端則使用DI端輸入通道功能選擇的數(shù)據(jù)信號。在第一個(gè)時(shí)鐘脈沖下沉之前，DI端必須是高電平，表示起始信號，在第二三個(gè)脈沖下沉之前，DI端應(yīng)輸入兩位數(shù)據(jù)用于選擇通道功能。如表3.1，當(dāng)此兩位數(shù)據(jù)為“1”“0”時(shí)，只對CH0進(jìn)行單通道轉(zhuǎn)換；當(dāng)兩位數(shù)據(jù)為“1”“1”時(shí)，只對CH1進(jìn)行單通道轉(zhuǎn)換；當(dāng)兩位數(shù)據(jù)為“0”“0”時(shí)，將CH0作為正輸入端IN+，CH1作為負(fù)輸入IN-進(jìn)行輸入；當(dāng)兩位數(shù)據(jù)為“0”“1”時(shí)，將CH0作為負(fù)輸入端IN-，CH1作為正輸入端IN+進(jìn)行輸入[11]。表3.1通道地址設(shè)置表Table3.1thetableofsettingaddressofChannels通道地址通道工作通道說明SGL/DIFODD/SIGNCH0CH100+-差分方式01-+10+單端輸入方式11+ADC0832的時(shí)序圖見圖3.10，到第三個(gè)脈沖的下降之后DI端地輸入電平就失去輸入作用，此后DO/DI端則開始利用數(shù)據(jù)輸出DO進(jìn)行轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的讀取。從第四個(gè)脈沖下降沿開始由DO端輸出轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)最高位Data7，隨后每一個(gè)脈沖的下降沿DO端輸出下一位數(shù)據(jù)。直到第11個(gè)脈沖時(shí)發(fā)出最低數(shù)據(jù)Data0，一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)輸出完成。也正是從此位開始輸出下一個(gè)相反字節(jié)的數(shù)據(jù)，即從第11個(gè)脈沖的下降沿輸出Data0，隨后輸出8位數(shù)據(jù)，到第19個(gè)脈沖時(shí)數(shù)據(jù)輸出完成，也標(biāo)志著一次A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)束，最后將CS置高電平禁用芯片，直接將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理即可。圖3.10ADC0832的時(shí)序圖Fig.3.10theTimingDiagramofADC0832在本設(shè)計(jì)中選擇0通道輸入，CLK接到P1.0，由于DI和DO并不是同時(shí)使用的，所以兩者可以在一起接到單片機(jī)的P1.1,片選CS接到單片機(jī)的P1.2,連接電路圖如圖3.11圖3.11ADC0832的連接圖Fig.3.11theconnectiondiagramofADC08323.5按鍵電路與報(bào)警電路的設(shè)計(jì)單片機(jī)的按鍵輸入一般可分為簡單的獨(dú)立式按鍵輸入與行列式鍵盤輸入兩種。獨(dú)立式鍵盤輸入適合于按鍵不多的情況，具有占用口線較少，軟件編寫較簡單的特點(diǎn)[12-14]。通常所用的按鍵為輕觸機(jī)械開關(guān)，正常情況下按鍵的接點(diǎn)是斷開的，當(dāng)按下按鈕時(shí)，由于機(jī)械觸點(diǎn)的彈性作用，一個(gè)按鍵開關(guān)在閉合時(shí)不會馬上穩(wěn)定地接通，在斷開時(shí)也不會一下子斷開。因而機(jī)械觸點(diǎn)在閉合與斷開的瞬間均伴隨有一連串的抖動(dòng)，抖動(dòng)時(shí)間的長短由按鍵的機(jī)械特性與操作人員按鍵動(dòng)作決定，一般為5ms～20ms;按鍵穩(wěn)定閉合時(shí)間的長短是由操作人員的按鍵按壓時(shí)間長短決定的，一般為零點(diǎn)幾秒至數(shù)秒不等。本設(shè)計(jì)輸入按鍵有3個(gè)，一個(gè)為使能輸入按鍵，一個(gè)減法鍵，一個(gè)為加法鍵，以實(shí)現(xiàn)預(yù)設(shè)值得加減,電路連接如圖3.12。圖3.12按鍵電路Fig.3.12Thekeycircuit蜂鳴器與普通揚(yáng)聲器相比，最重要的一個(gè)特點(diǎn)是，只要按照極性的要求加上合適的直流電壓，就可以發(fā)出固有頻率的聲音，使用起來較為簡單，因此本設(shè)計(jì)采用蜂鳴器來實(shí)現(xiàn)報(bào)警。因?yàn)榉澍Q器是一個(gè)感性負(fù)載，一般不與單片機(jī)I/O口直接連接，在此采用單片機(jī)外接一個(gè)三極管驅(qū)動(dòng)蜂鳴器來實(shí)現(xiàn)，電路圖如圖3.13，當(dāng)濕度值超過設(shè)定的初始值時(shí)，單片機(jī)輸出低電平，使三極管導(dǎo)通，驅(qū)動(dòng)蜂鳴器報(bào)警。圖3.13蜂鳴器報(bào)警電路Fig.3.13TheBuzzeralarmmingcircuit3.6顯示電路的設(shè)計(jì)一般的人機(jī)對話中輸出器件以數(shù)碼管或LCD為主，數(shù)碼管直觀明了，在此選擇3個(gè)數(shù)碼管顯示。數(shù)碼管也叫LED數(shù)碼管，其實(shí)是由多個(gè)LED排列封裝而成，如圖3.14,其中7個(gè)發(fā)光二極管排列成8字形，另外一個(gè)則是原點(diǎn)狀的，通常用來顯示數(shù)據(jù)的小數(shù)點(diǎn)。圖3.14數(shù)碼管結(jié)構(gòu)圖Fig.3.14ThestructureofLED由于驅(qū)動(dòng)方式的差異，也就是對應(yīng)在各個(gè)顯示端是低電平還是高電平點(diǎn)亮，數(shù)碼管又分為兩種類型，即共陽極和共陰極數(shù)碼管。所謂“共陽極”即是8個(gè)LED的陽極連接在一起組成公共端，同理“共陰極”則是8個(gè)LED的陰極連接在一起組成公共端，其內(nèi)部LED的連接方式見圖3.15。圖3.15數(shù)碼管的內(nèi)部連接圖Fig.3.15Theinternalconnectiondiagramofdigitalcontrol在本設(shè)計(jì)中采用共陽的數(shù)碼管，P2.0，P2.1，P2.2用于片選，分別控制數(shù)據(jù)的百位，十位和個(gè)位，電路連接如圖3.16圖3.16數(shù)碼管顯示電路圖Fig.3.16Digitaldisplaycircuit3.7復(fù)位電路單片機(jī)在啟動(dòng)后，要從復(fù)位狀態(tài)開始運(yùn)行，因此，上電時(shí)要完成復(fù)位工作，稱為上電復(fù)位，上電瞬間電容兩端的電壓不能發(fā)生突變，RST端為高電平+5V，上電后電容通過RC電路放電，RST端電壓逐漸下降，直至低電平0V，適當(dāng)選擇電阻、電容的值，使RST端的高電平維持兩個(gè)機(jī)器周期以上即可以完成復(fù)位。單片機(jī)在運(yùn)行過程中，由于本身或外界干擾的原因會導(dǎo)致出錯(cuò)，這時(shí)可按復(fù)位鍵以重新開始運(yùn)行，按鍵電平復(fù)位和上電復(fù)位的原理是一樣的，都是利用RC電路的放電原理，讓RST端能保持一段時(shí)間的高電平，以完成復(fù)位。按鍵電平復(fù)位時(shí)，按鍵時(shí)間也應(yīng)該保持在兩個(gè)機(jī)器周期以上。本設(shè)計(jì)使用按鍵復(fù)位電路，電路如圖3.17。圖3.17按鍵復(fù)位電路Fig.3.17KeyResetCircuit3.8通訊接口電路的設(shè)計(jì)單片機(jī)的信號電平是TTL電平，即大于大等于2.4V表示“1”，小于等于0.5V表示“0”。而計(jì)算機(jī)的串口是RS232電平，即邏輯“0”電平的范圍是+5V～+15V，邏輯“1”電平的范圍是-5V～-15V。因此，為了提高數(shù)據(jù)通信的可靠性并消除線路上各種噪聲影響，單片機(jī)與計(jì)算機(jī)之間必須有一個(gè)電平轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)換后的典型值為邏輯1：-10V；邏輯0：+10V[12-14,17]。在此，采用專用芯片MAX232進(jìn)行轉(zhuǎn)換。MAX232是德州儀器公司推出的一款兼容RS232標(biāo)準(zhǔn)的芯片，包含2驅(qū)動(dòng)器，2接收器和一個(gè)電壓發(fā)生電路提供TLA/EIA-232-F電平，它的引腳與內(nèi)部電路圖如圖3.18。主要特點(diǎn)如下[15]：電源工作兩個(gè)接收器與兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器±30V輸入電平低電源電流：典型值是8mA符合甚至優(yōu)于ANSI標(biāo)準(zhǔn)EIA/TIA-232-E與ITU推薦標(biāo)準(zhǔn)V.28圖3.18MAX232引腳與內(nèi)部電路圖Figure3.18ThepinandinternalcircuitofMAX232RS-232串行通訊信號引腳分為兩類：一類為基本的數(shù)據(jù)傳送信號引腳，另一類是用于MODEM控制的引腳信號。在本設(shè)計(jì)中，無MODEM，采用最簡單的連接方式，即只使用3個(gè)引腳信號：TXD、RXD和GND，與上位機(jī)的通訊接口電路如圖3.19：圖3.19通訊接口電路圖Figure3.19Communicationinterfacecircuit3.9系統(tǒng)電源的設(shè)計(jì)在本系統(tǒng)中，傳感器的供電電壓為+5V，LM258的供電電壓為+3～+30V，ADC0832的供電電壓為+5V，通訊模塊的供電電壓也為+5V，所以本設(shè)計(jì)采用+5V的供電電壓，原理圖見圖3.20，先用變壓器把220V的交流變成有效值為10V左右的交流，經(jīng)過全波整流再經(jīng)過7805三端穩(wěn)壓器就可以得到5V的電壓。值得注意的是，7805的輸入輸出電壓差不能太大，輸出電流要小于1.5A[16]。圖3.20電源電路Fig.3.20thepowercircuit4軟件設(shè)計(jì)4.1keilc51軟件介紹KeilSoftware的8051開發(fā)工具可以用來編譯C程序代碼，匯編源程序，連接和重定位目標(biāo)文件和庫文件，創(chuàng)建HEX文件以與調(diào)試目標(biāo)程序。Windows應(yīng)用程序uVision3是一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境，它把項(xiàng)目管理，源代碼編輯和程序調(diào)試等集成到一個(gè)功能強(qiáng)大的環(huán)境中。主要功能有以下幾點(diǎn)[17]：C51國際標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)化C交叉編譯器：從用戶的C源代碼產(chǎn)生可重定位的目標(biāo)文件A51宏匯編器：從用戶的8051匯編源代碼產(chǎn)生可重定位的目標(biāo)文件BL51連接/重定位器：組合由C51和A51產(chǎn)生的可重定位的目標(biāo)文件生成絕對目標(biāo)文件LIB51庫管理器：組合目標(biāo)文件生成可以被連接器使用的庫文件OH51目標(biāo)文件到HEX格式的轉(zhuǎn)換器：從絕對目標(biāo)文件創(chuàng)建IntelHEX格式的文件RTX—51實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)：簡化了復(fù)雜的、對時(shí)間要求敏感的軟件項(xiàng)目4.2keilc51開發(fā)流程C51編譯器支持不同公司的51單片機(jī)架構(gòu)的芯片，它集編輯，編譯，仿真等于一體，功能強(qiáng)大，工具包的整體結(jié)構(gòu)如圖4.1[17]。Ishell集成開發(fā)環(huán)境（IDE）Ishell集成開發(fā)環(huán)境（IDE）C51編輯器A51編輯器C51庫文件RTX51實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)LIB51庫管理BL51鏈接OH51轉(zhuǎn)換器圖4.1C51工具包的整體結(jié)構(gòu)Fig.4.1C51overallstructureofthetoolkit用戶的開發(fā)流程與其他軟件開發(fā)流程相似，如下：創(chuàng)建一個(gè)項(xiàng)目，從器件庫中選擇目標(biāo)器件，并配置工具的設(shè)置，如圖4.2，圖4.2選擇目標(biāo)器件Fig.4.2Selectthetargetdevice（2）用C語言或匯編語言創(chuàng)建源程序，如圖4.3圖4.3創(chuàng)建源程序Fig.4.3Creatingsourcecode（3）用項(xiàng)目管理器生成應(yīng)用，例如hex文件，在OptionsforTarget選項(xiàng)卡選上CreateHEXFile。圖4.4生成hex文件Fig.4.4Createahexfile（4）修改源程序中的錯(cuò)誤。（5）調(diào)試連接后的應(yīng)用。4.3C語言介紹C語言是一種結(jié)構(gòu)化語言。首先，它層次清晰，便于按模塊化方程式組織程序，易于調(diào)試和維護(hù)，語言簡潔、緊湊，使用方便、靈活。其次，它具有豐富的運(yùn)算符和數(shù)據(jù)類型，便于實(shí)現(xiàn)各類復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。第三，可以直接訪問內(nèi)存地址，能進(jìn)行位（bit）操作的特點(diǎn)，使其能夠勝任開發(fā)操作系統(tǒng)的工作。第四，由于C語言可以對硬件進(jìn)行編程操作，因此它既有高級語言的功能，也有低級語言的優(yōu)勢。軟件對整個(gè)系統(tǒng)來說是至關(guān)重要的，是整個(gè)系統(tǒng)的靈魂，整個(gè)系統(tǒng)的執(zhí)行操作都是在軟件的協(xié)調(diào)下進(jìn)行的。本系統(tǒng)主要采用C語言編程。4.4系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采用模塊化的程序設(shè)計(jì)思路，與整個(gè)系統(tǒng)的程序軟件由許多獨(dú)立的子程序模塊組成，它們之間通過軟件接口進(jìn)行連接，整個(gè)軟件系統(tǒng)的程序可分為數(shù)據(jù)采集模塊，按鍵掃描模塊，按鍵處理模塊，顯示模塊和主程序模塊五個(gè)模塊，每個(gè)模塊具有一定的功能，每個(gè)模塊又可分為許多子模塊，即相互獨(dú)立又相互聯(lián)系，高級模塊可以調(diào)用低級模塊。整個(gè)系統(tǒng)的流程圖如圖4.5圖4.5主程序流程圖Fig.4.5Theflowchartofmainprogram數(shù)據(jù)采集模塊流程圖如圖4.6，按鍵掃描流程圖如圖4.7：圖4.6數(shù)據(jù)采集程序流程圖Fig.4.6Theflowchartofdatacollection圖4.7按鍵掃描流程圖Fig.4.7Theflowchartofkeyscan此外為了更加準(zhǔn)確，更加穩(wěn)定地顯示濕度的測量值，在軟件里采取多次測量取平均值得方法，即每隔大概一秒的時(shí)間AD轉(zhuǎn)換采一次數(shù)據(jù)，采十次之后，取平均值再經(jīng)過單片機(jī)的處理送給顯示電路顯示。各個(gè)模塊的程序如下：/*數(shù)據(jù)采集程序*/unsignedintAdc0832(unsignedcharchannel){ uchari=0; ucharj; uintdat=0; ucharndat=0; if(channel==0)channel=2; if(channel==1)channel=3; ADDI=1; _nop_(); _nop_(); ADCS=0;//拉低CS端 _nop_(); _nop_(); ADCLK=1;//拉高CLK端 _nop_(); _nop_(); ADCLK=0;//拉低CLK端,形成下降沿1 _nop_(); _nop_(); ADCLK=1;//拉高CLK端 ADDI=channel&0x1; _nop_(); _nop_(); ADCLK=0;//拉低CLK端,形成下降沿2 _nop_(); _nop_(); ADCLK=1;//拉高CLK端 ADDI=(channel>>1)&0x1; _nop_(); _nop_(); ADCLK=0;//拉低CLK端,形成下降沿3 ADDI=1;//控制命令結(jié)束 _nop_(); _nop_(); dat=0; for(i=0;i<8;i++) { dat|=ADDO;//收數(shù)據(jù) ADCLK=1; _nop_(); _nop_(); ADCLK=0;//形成一次時(shí)鐘脈沖 _nop_(); _nop_(); dat<<=1; if(i==7)dat|=ADDO; } for(i=0;i<8;i++) { j=0; j=j|ADDO;//收數(shù)據(jù) ADCLK=1; _nop_(); _nop_(); ADCLK=0;//形成一次時(shí)鐘脈沖 _nop_(); _nop_(); j=j<<7; ndat=ndat|j; if(i<7)ndat>>=1; } ADCS=1;//拉低CS端 ADCLK=0;//拉低CLK端 ADDO=1;//拉高數(shù)據(jù)端,回到初始狀態(tài) dat<<=8; dat|=ndat; return(dat);//returnaddata}/*按鍵掃描程序*/unsignedcharkey() { unsignedcharkvalue; unsignedchartem; P1&=0xff; kvalue=P1; if(kvalue==0xff)//無鍵按下return(0);//返回delay1(400);//延時(shí)kvalue=P1; if(kvalue==0xff)//無鍵按下return(0);//返回//若無返回說明有鍵按下for(;;) { tem=P1; if((tem&=0xff)!=0xff) break;//等待按鍵釋放} return(kvalue); } /*顯示子程序*/voiddisplay(intk) { P2=0xfe; P0=tab[k/100]; delay1(400); P2=0xfd; P0=tab[k%100/10]; delay1(400); P2=0xfb; P0=tab[k%10]; delay1(400); //P2=0xff; }5濕度測量結(jié)果與誤差分析5.1測量結(jié)果根據(jù)電路原理圖（見附錄A）搭建的系統(tǒng)實(shí)物見圖5.1，圖5.1系統(tǒng)實(shí)物圖Fig.5.1ThePhysicalmapofthesystem運(yùn)用搭建的系統(tǒng)實(shí)物，向空氣中噴灑水霧，得到25℃時(shí)傳感器輸出電壓與濕度的關(guān)系如表5.1表5.1濕度測量結(jié)果Table5.1Humiditymeasurementresults輸出電壓（V）1.761.892.322.43濕度值（RH%）12172330333641454852輸出電壓（V）2.52.612.63.363.63.853.9濕度值（RH%）5558606872818291981005.2誤差分析計(jì)量的精度，也稱精確度或準(zhǔn)確度，是指被測量的值之間的一致程度以與與其“真值”的接近程度，一般用絕對誤差或者允許誤差來表示。絕對誤差Δ:Δ=X-X0（X為測量值，X0為真實(shí)值），事實(shí)上，儀器的準(zhǔn)確度不僅與絕對誤差有關(guān)，還與標(biāo)尺的范圍有關(guān)，因此，絕對誤差Δ不能全面反映儀器的準(zhǔn)確度。允許誤差δ允：儀器的標(biāo)尺上限值與下限值之差，成為量程N(yùn)，N=標(biāo)尺上限值-標(biāo)尺下限值。為了能用誤差大小比較準(zhǔn)確反映衡量儀器的準(zhǔn)確度高低，經(jīng)常用相對百分誤差δ來表示:δ=(X-X0)/N×100%（5.1）根據(jù)儀器的使用要求，規(guī)定一個(gè)正常情況下允許的最大誤差，這個(gè)最大誤差就叫允許誤差δ允，即最大相對百分誤差：δ允=±Δmax/N×100%（5.2）Δmax是最大絕對誤差[18]。利用上述測量結(jié)果，與25℃時(shí)傳感器輸出電壓與濕度的關(guān)系，運(yùn)用matlab軟件繪圖，得出測量值（室溫為25℃）與給出的曲線關(guān)系如圖5.2，其中紅點(diǎn)表示測量的離散值，藍(lán)線表示給出的曲線。圖5.2濕度的測量值與真值Fig.5.2Themeasurementvalues??andtheoreticalvaluesofHumidity由圖5.2可知，測量得到的結(jié)果基本上都在傳感器給出的曲線上，只有個(gè)別的點(diǎn)偏離曲線，例如（1.1，12）、（3.10,72）。由于軟件的設(shè)計(jì)是多次采集數(shù)據(jù)取平均值的，所以在這里只需用顯示的結(jié)果來計(jì)算允許誤差即可。利用公式5.2與，得δ允=±2/100×100%=±2%這說明當(dāng)環(huán)境的溫度為25℃且以所計(jì)算的值為真值時(shí)所計(jì)算的值為標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，該系統(tǒng)的精度能達(dá)到±2%，若以標(biāo)準(zhǔn)值為真值，傳感器的精度為±3.5%，也說明本系統(tǒng)基本上能到達(dá)±3.5%的精度。由以上結(jié)果可知，雖然利用本系統(tǒng)測量的濕度幾乎接近真值，但仍然存在誤差，經(jīng)過思考與分析，本系統(tǒng)的局限性有以下幾點(diǎn)hih4000的電壓輸出范圍為0.8V～3.9V，而ADC0832的模擬量輸入為0～5V，會使轉(zhuǎn)換分辨率降低。濕度受溫度的影響，由于畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)間所限，本系統(tǒng)中沒有考慮溫度的影響，將來繼續(xù)研究可以考慮。（3）同樣的原因，沒有考慮空氣的流動(dòng)對濕度測量的影響。本系統(tǒng)只能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)濕度的測量，若是測量很大空間內(nèi)的濕度，該系統(tǒng)存在很大的誤差針對以上的局限性，解決的方法可如下：可以選擇具有轉(zhuǎn)換最大值，最小值設(shè)定功能的A/D轉(zhuǎn)換器，以提高轉(zhuǎn)換分辨率，如TLC2543。濕度受溫度的影響，可以采取溫度補(bǔ)償?shù)姆椒ㄌ岣呔取？梢赃M(jìn)一步研究空氣的流動(dòng)速度對空氣濕度的影響?？梢圆捎枚帱c(diǎn)測試取平均值的方法測量較大空間的濕度。6結(jié)論與展望6.1設(shè)計(jì)成果根據(jù)采集電路，按鍵電路和報(bào)警電路的原理圖，為了使電路更加美觀和簡單，在此使用焊接插針和杜邦線連接的方法設(shè)計(jì)電路，設(shè)計(jì)實(shí)物見圖6.1，顯示模塊的設(shè)計(jì)實(shí)物見圖6.2圖6.1采集、按鍵和報(bào)警電路的實(shí)物圖Fig.6.1ThePhysicalmapofcollection,keyandalarmmingcircuit圖6.2顯示電路的實(shí)物圖Fig.6.2ThePhysicalmapofdisplaycircuit6.2結(jié)論（1）本設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)和硬件設(shè)計(jì)相結(jié)合，熟悉了單片機(jī)的同時(shí)也提高了keilc編程能力。（2）數(shù)據(jù)采集部分采用精度較高、反應(yīng)較快、輸出大電壓信號的濕度傳感器，減少了信號放大電路，增加了現(xiàn)場采集隔離電路，減少了前后級之間的影響，挺高了準(zhǔn)確度，本設(shè)計(jì)的精度小于±5%，如果硬件和軟件的調(diào)試都沒問題，精度可達(dá)±3.5%。（3）報(bào)警電路實(shí)現(xiàn)了濕度超范圍的實(shí)時(shí)報(bào)警，當(dāng)環(huán)境的濕度超過了濕度的設(shè)定范圍時(shí)，報(bào)警電路報(bào)警，以使人為的改變環(huán)境的濕度，以致環(huán)境濕度回到設(shè)定的范圍內(nèi)。（4）采用LED數(shù)碼管顯示電路，簡單明了，能實(shí)現(xiàn)空氣濕度的實(shí)時(shí)顯示。（5）軟件設(shè)計(jì)中，采用每隔一秒采一次數(shù)據(jù)，采十次取平均值的方法，使?jié)穸鹊臏y量更加準(zhǔn)確更加穩(wěn)定。（6）環(huán)境因素（例如溫度、空氣的流動(dòng)等）對濕度的測量影響很重要，在測量時(shí)應(yīng)當(dāng)盡量考慮環(huán)境因素。6.3展望該系統(tǒng)雖然能夠?qū)崿F(xiàn)濕度的顯示與超范圍時(shí)報(bào)警，但存在著很多局限，就如5.2中討論的，針對那些局限性，可以做以下展望：（1）在硬件上，使用精度更加高、價(jià)格更便宜的傳感器，由于濕度受溫度的影響，測量濕度的同時(shí)測量溫度，對濕度做溫度補(bǔ)償，使?jié)穸鹊臏y量更加準(zhǔn)確。除了受溫度的影響外，濕度還受空氣流動(dòng)與高度的影響，可以進(jìn)一步研究空氣流動(dòng)的速度和高度對濕度的影響。設(shè)計(jì)上實(shí)現(xiàn)智能化，可以采用多點(diǎn)測試,多通道輸入的辦法，使?jié)穸群蜏囟戎苯觽鬏數(shù)缴衔粰C(jī)，設(shè)計(jì)友好的人機(jī)交互界面，以提高可操作性。致謝畢業(yè)論文已經(jīng)接近尾生，落筆之際，思緒萬千?；仡^看看自己的求學(xué)歷程，可謂坎坷，可謂辛酸?；貞浽?jīng)走過的路程，有歡樂，也有淚水，感謝陪伴我一路走過來的同學(xué)們，感謝已經(jīng)畢業(yè)的師兄師姐，是他們帶我熟悉校園的每一個(gè)角落。感謝7#319宿舍的姐妹們，在一起成長的四年里，我們和睦相處，共同演繹了一段美滿的宿舍人生?；厥走@段時(shí)光，難以忘卻四年來老師和同學(xué)們對我的關(guān)心和照顧！在這里我要特別感謝張祥雪老師，汪沛老師在考研道路上對我的幫助，他們鼓勵(lì)我，給我講解復(fù)試技巧，正是有了他們的幫助我才能考上北郵，非常感謝兩位老師。此外，我還要感謝我的指導(dǎo)老師馬鳳翔老師，在這次畢設(shè)過程中，馬老師教會了我如何思考，而且給我提供了畢設(shè)思路與參考資料。感謝張立老師在學(xué)習(xí)上與單片機(jī)調(diào)試問題上給我的幫助，感謝董江同學(xué)，在單片機(jī)編程問題上給我?guī)椭Ｗ詈笪乙兄x每一位教過我的老師，沒有他們的教誨就沒有今天的我，感謝答辯小組的每一位老師和同學(xué)，能夠在百忙之中抽出寶貴的時(shí)間來聽我的答辯。世間的美好總是短暫，在這即將離開母校的時(shí)刻，我再次向關(guān)心和幫助過我的院領(lǐng)導(dǎo)、老師、同學(xué)，表示最衷心的感謝！愿林業(yè)大學(xué)理學(xué)院越來越好，愿老師們身體健康，工作順利，幸福美滿！參考文獻(xiàn)[1]顏昕.濕度.:///index.php?docview-1014.php[EB/OL].2010-09-02/2011-05-01[2]楊建，張玉存，宋志剛.濕度測量體制歷史和現(xiàn)狀分析與建議(J).氣象水文海洋儀器.2009,(2):17-18[3]李平，李亞榮.基于DS18B20的數(shù)字式溫度計(jì)的研究（R）.大連：儀器儀表用戶，2004:5-6[4]姚永平.STC89C51RC/RD+系列單片機(jī)器件手冊[Z].宏晶科技.2006:2-31[5]ATMEL.AT89C51datasheet[Z].2000[6]徐瑋，沈建良.單片機(jī)快速入門[M].：航空航天大學(xué)，2008.5:14-41[7]張俊謨.單片機(jī)中級教程——原理與應(yīng)用（第2版）[M].：航空航天大學(xué)，2006.10:77-128[8]Honeywell.Humidity/MoistureSensorrshih4000Seriesdatasheet[Z].2006[9]童詩白，華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)(第4版)[M].：高等教育，2006.5：325-328[10]TexasInstruments.LM258-2.5,LM358-2.5,LM358B-2.5MICROPOWERVOLTAGEREFERRENCESdatasheet[Z].2005[11]TexasInstruments.ADC0831,ADC0832A,ADC0831B,ADC0832BA/DPERRIPHERRALSWITHSERIALCONTRROLdatasheet[Z].1996[12]甘露，陳三寶，薛志華.基于AT89C51的濕度檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究[J].微計(jì)算機(jī)信息，2006,22（8-2）:133-135[13]胡忠臣，張茂青，鮑禹，黃穎.一種便攜式低功耗濕度儀的設(shè)計(jì)[J].江蘇電器，2008,4:27-28[14]趙燕.一種基于STC單片機(jī)的溫濕度檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào).2010,10(4):42-43[15]TEXASINSTRUMENTS.MAX232,MAX232IDUALEIA-232DRIVER/RECEIVERdatasheet[Z].1998[16]x-jiazhi.雙極型線性集成電路X78XX數(shù)據(jù)手冊[Z].2005[17]周興華.單片機(jī)智能化產(chǎn)品C語言設(shè)計(jì)實(shí)例詳解[M].：航空航天大學(xué)，2006:1-38[18]王繼山.測量儀器的精確度等級介紹[J].技術(shù)物理教學(xué).2005,13(1):23附錄附錄A：電路原理圖附錄B：實(shí)物圖附錄C：系統(tǒng)程序/**********************************************************************************石飛飛日期：2011年5月6日用于畢設(shè)shidu.c晶振為12M**********************************************************************************//*包含文件與端口定義*/#include<intrins.h>#include<at89x52.h>#include<math.h>#defineulongunsignedlong#defineuintunsignedint#defineucharunsignedcharsbitADCS=P1^2;//ADC0832chipseclectsbitADDI=P1^1;//ADC0832datainsbitADDO=P1^1;//ADC0832dataoutsbitADCLK=P1^0;//ADC0832clocksignalsbitsw1=P1^7;sbitsw2=P1^6;sbitsw3=P1^5;sbitbuzzer=P1^4;ucharseth=25;unsignedchartab[]={0x03,0x9f,0x25,0x0d,0x99,0x49,0x41,0x1f,0x01,0x09};unsignedcharad1[10]={0};unsignedintAdc0832(unsignedcharchannel);unsignedcharad;/*數(shù)據(jù)采集與返回*/unsignedintAdc0832(unsignedcharchannel){ uchari=0; ucharj; uintdat=0; ucharndat=0; if(channel==