儲(chǔ)藏室溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

...wd......wd......wd...“計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)〞課程設(shè)計(jì)報(bào)告題目?jī)?chǔ)藏室溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)姓名2013/1/16目錄一、工程背景3二、總體方案31、系統(tǒng)構(gòu)造框圖32、系統(tǒng)工作流程3三、傳感器及其它器件選擇41、溫度傳感器的選擇42、濕度傳感器53、數(shù)碼管選擇74、AD及運(yùn)放85、串口通信96、其它9四、程序模塊設(shè)計(jì)101.AD采樣程序102.定時(shí)器初始化程序113.外部中斷初始化程序114.外部中斷服務(wù)程序115.定時(shí)器中斷服務(wù)程序126.數(shù)碼管顯示程序127.延時(shí)1ms程序138.串口通信程序139.主程序14五、調(diào)試要點(diǎn)151、蜂鳴器調(diào)試：152、運(yùn)算放大器調(diào)試：163、軟件調(diào)試：16六、總結(jié)16七、參考文獻(xiàn)16工程背景一般情況下儲(chǔ)藏室內(nèi)的溫度及濕度等需要保持在一定的范圍之內(nèi)，尤其對(duì)于那些食物、糧食等需要進(jìn)展生命活動(dòng)的被儲(chǔ)藏對(duì)象來(lái)說(shuō)，維持溫濕度的相對(duì)恒定尤為重要。當(dāng)溫度或濕度偏離正常范圍一定程度時(shí)，它們可能進(jìn)展無(wú)氧呼吸甚至生長(zhǎng)等，使得質(zhì)量無(wú)法保障，達(dá)不到儲(chǔ)藏的目的。所以，我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)儲(chǔ)藏室的溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。當(dāng)溫度超過(guò)30℃或者相對(duì)濕度超過(guò)80%時(shí)報(bào)警，提醒倉(cāng)庫(kù)管理員進(jìn)展通風(fēng)降溫等?？傮w方案為了實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的要求需要我們以單片機(jī)為控制核心，并利用熱敏傳感器測(cè)量環(huán)境的溫度，利用濕敏傳感器測(cè)量周?chē)h(huán)境中的濕度；傳感器的輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大器的放大后經(jīng)過(guò)單片機(jī)內(nèi)置AD的采樣輸入到控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)根據(jù)采得的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)分析，將控制信號(hào)通過(guò)IO口輸出，控制數(shù)碼管將相應(yīng)的數(shù)據(jù)顯示出來(lái)，當(dāng)采得的數(shù)據(jù)到達(dá)設(shè)定的閾值時(shí)通過(guò)IO口輸出控制信號(hào)，經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)電路的放大，驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)出聲音報(bào)警。系統(tǒng)構(gòu)造框圖系統(tǒng)工作流程傳感器及其它器件選擇該系統(tǒng)中需要用到兩種傳感器：溫度傳感器及濕度傳感器，另外由于顯示及報(bào)警的要求，還需要用到數(shù)碼管及蜂鳴器等器件。溫度傳感器的選擇常用的溫度傳感器有熱敏電阻器、鉑電阻、熱電偶等，其中熱敏電阻通常具有負(fù)溫度系數(shù)。并且不能太高的溫度下使用，其測(cè)量范圍一般為-100~300℃。熱敏電阻的阻值與溫度的關(guān)系如右圖所示：熱敏電阻也有多重類(lèi)型，如，批量生產(chǎn)可降低本錢(qián)的通用型熱敏電阻器，熱響應(yīng)速度非?？斓臒崦綦娮杵?，可在高溫下使用的熱敏電阻器，分散性小的高精度熱敏電阻器等，電阻-溫度特性呈線(xiàn)性變化的線(xiàn)性熱敏電阻器，自動(dòng)組裝中不可缺少的片熱式熱敏電阻器，利用其自身加熱的自加熱型熱敏電阻器。在本工程中，需要測(cè)量的溫度測(cè)量誤差不大于1℃，測(cè)量范圍在30℃以下。根據(jù)測(cè)量要求，可以知道熱敏電阻中的線(xiàn)性熱敏電阻及通用型熱敏電阻等。其中通用型熱敏電阻測(cè)量的溫度上限為100℃，適合本系統(tǒng)的測(cè)量要求，并且價(jià)格廉價(jià)。上圖所示的熱敏電阻器的電阻值變化與溫度的特性不是線(xiàn)性關(guān)系。但是，通過(guò)對(duì)熱敏電阻器增加串聯(lián)電阻或者并聯(lián)電阻的方法可以實(shí)現(xiàn)線(xiàn)性化，不過(guò)靈敏度會(huì)下降，在50℃的溫度跨度內(nèi)，可以講非線(xiàn)性誤差控制在0.1℃以下，可以滿(mǎn)足本工程的要求。鉑電阻是一種性能極其穩(wěn)定、測(cè)量范圍寬達(dá)-200~+650℃的溫度傳感器，是在高精度溫度測(cè)量中不可欠缺的溫度傳感器，其電阻-溫度特性如圖上所示。最近出現(xiàn)了適合于工業(yè)化生產(chǎn)的廉價(jià)的薄膜型或者厚膜型的鉑電阻，這些膜式電阻的電阻除了可以跟隨環(huán)境溫度波動(dòng)、具有熱響應(yīng)速度快的優(yōu)點(diǎn)外，還由于容易獲得高電阻值，而容易進(jìn)展電路設(shè)計(jì)，測(cè)量電路如以下圖所示。熱電偶是利用貝塞克效應(yīng)進(jìn)展溫度測(cè)量的，其最大的優(yōu)點(diǎn)在于溫度測(cè)量的范圍極寬，并且測(cè)量精度高。但是，測(cè)量過(guò)程繁瑣，所以不適合本系統(tǒng)采用。由于鉑熱電阻器線(xiàn)性度很好，并且穩(wěn)定，所以在該測(cè)量過(guò)程中選擇鉑熱電阻作為溫度傳感器。在鉑熱電阻器中，最為常用的是Pt100。Pt100溫度傳感器的主要技術(shù)參數(shù)如下：測(cè)量范圍：-200℃～+850℃；允許偏差值△℃：A級(jí)±〔0.15＋0.002│t│〕，B級(jí)±〔0.30＋0.005│t│〕；熱響應(yīng)時(shí)間<30s。另外，Pt100溫度傳感器還具有抗振動(dòng)、穩(wěn)定性好、準(zhǔn)確度高、耐高壓等優(yōu)點(diǎn)。為了提高溫度測(cè)量的準(zhǔn)確性，可以使A/D轉(zhuǎn)換器的5V參考電源要穩(wěn)定在mV級(jí)；在價(jià)格允許的情況下，Pt100傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器和運(yùn)放的線(xiàn)性度要高。同時(shí)，利用軟件矯正其誤差，可以使測(cè)得溫度的精度在±0.2℃左右。濕度傳感器濕度測(cè)量傳感器包括：電阻值變化型相對(duì)濕度傳感器，陶瓷型相對(duì)濕度傳感器，電容量變化型相對(duì)濕度傳感器，利用自加熱型熱敏電阻器制作的相對(duì)濕度傳感器。其中陶瓷型相對(duì)濕度傳感器適用于長(zhǎng)時(shí)間處于高濕環(huán)境的條件，不適合本工程采用。電阻值變化型相對(duì)濕度傳感器，其感濕局部使用的是高分子材料，由外殼和多分子薄膜保護(hù)著，經(jīng)久耐用。通常相對(duì)濕度傳感器的使用濕度范圍是20%~95%，高耐水性的濕度傳感器可以在20%~100%的相對(duì)濕度下使用。根據(jù)工程需求，在此只需要使用通用型相對(duì)濕度傳感器即可。電容量變化型相對(duì)濕度傳感器與電阻值變化型相對(duì)濕度傳感器具有線(xiàn)性輸出的特點(diǎn)，所以不需要線(xiàn)性化電路或利用程序進(jìn)展線(xiàn)性化處理等。而且這種相對(duì)濕度傳感器對(duì)于濕度的變化響應(yīng)速度快，抗結(jié)露能力強(qiáng)，耐腐蝕性能好，即使在最高溫度為180℃的環(huán)境氣氛中也可以正常工作。并且這種傳感器比較低廉，常用的型號(hào)是HS1101。如以下圖是其電容量變化型濕敏傳感器響應(yīng)特性圖：其測(cè)量電路如下所示：數(shù)碼管選擇系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求使用同一組數(shù)碼管進(jìn)展顯示，并且由于溫度測(cè)量誤差不大于1℃，相對(duì)濕度測(cè)量誤差小于10%所以此題目中選擇4位8段數(shù)碼管，顯示溫度時(shí)最低位顯示符號(hào)“C〞，顯示濕度時(shí)最低位顯示符號(hào)“H〞〔濕度的英文單詞humidity首字母〕。為了便于觀(guān)察，數(shù)碼管顯示顏色選擇為紅色，并且選擇大尺寸的數(shù)碼管。如以下圖所示：其電路圖如下：AD及運(yùn)放在本系統(tǒng)中需要先利用運(yùn)放對(duì)傳感器的輸出信號(hào)進(jìn)展放大，然后再利用AD將運(yùn)放放大后的輸出信號(hào)采樣輸入到控制單元當(dāng)中。為了防止運(yùn)算放大器對(duì)負(fù)信號(hào)進(jìn)展放大，以免使用負(fù)電源所以需要對(duì)傳感器電路進(jìn)展調(diào)節(jié)，最終使得當(dāng)溫度處于最低值時(shí)輸出電壓為正值。此時(shí)可以選擇通用的運(yùn)算放大器，供電電壓采用5V。由于LM324四運(yùn)放電路具有電源電壓范圍寬，靜態(tài)功耗小，可單電源使用，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用在各種電路中。所以，在本系統(tǒng)中選擇LM324作為運(yùn)放。由于現(xiàn)今絕大局部單片機(jī)都內(nèi)置有多路AD，所以我們選擇使用單片機(jī)內(nèi)置AD用于采樣。其采樣速率及精度等都足以滿(mǎn)足本系統(tǒng)的需求。放大器電路原理圖如下所示：為了使得濕敏傳感器的輸入信號(hào)不被誤識(shí)別，同樣需要設(shè)計(jì)放大電路進(jìn)展放大，使得高電平為5V。并且由于HS1101電壓輸出典型參數(shù)如下：RH/%102030405060708090Vout/v1.411.651.892.122.362.602.833.073.31串口通信串行接口是一種可以將承受來(lái)自CPU的并行數(shù)據(jù)字符轉(zhuǎn)換為連續(xù)的串行數(shù)據(jù)流發(fā)送出去，同時(shí)可將承受的串行數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換為并行的數(shù)據(jù)字符供給CPU的器件。在微機(jī)之間以及微機(jī)與計(jì)算機(jī)之間通信時(shí)，經(jīng)常選擇串口通信作為通信的方式。在本監(jiān)測(cè)系統(tǒng)當(dāng)中，我們需要根據(jù)儲(chǔ)藏室的大小合理的設(shè)定監(jiān)控點(diǎn)的數(shù)量，對(duì)于需要多個(gè)監(jiān)控點(diǎn)的儲(chǔ)藏室，就需要不同的微機(jī)之間以及微機(jī)與計(jì)算機(jī)之間進(jìn)展通信。為了使用方便，我們?cè)谶x擇單片機(jī)時(shí)選擇那些具有串口通信功能的型號(hào)即可滿(mǎn)足使用的要求。其它在本系統(tǒng)中所有的器件都選擇5V作為供電電源，所以我們選擇AC-DC220V轉(zhuǎn)5V的隔離電源模塊——DBA-2.5S05W，其輸出功率為5W足以滿(mǎn)足整個(gè)系統(tǒng)的需要為了保證電源電壓的穩(wěn)定，在電源輸出端增加一個(gè)較大的電解電容。單片機(jī)輸出報(bào)警信號(hào)，在驅(qū)動(dòng)電路的驅(qū)動(dòng)下蜂鳴器發(fā)出聲音。根據(jù)儲(chǔ)藏室的大小，選擇蜂鳴器的功率及設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路或選擇驅(qū)動(dòng)芯片。在此選擇HYD-3026，其聲強(qiáng)到達(dá)85dB，供電電壓為5V，40mA驅(qū)動(dòng)電流。為此設(shè)計(jì)如下驅(qū)動(dòng)電路，由于9013的最大輸出電流為625mA滿(mǎn)足需要，所以三極管選擇9013。本系統(tǒng)需要用到單片機(jī)的內(nèi)置AD采樣、定時(shí)器、中斷、IO口等資源，以及兩個(gè)串口。為此我們選擇宏晶科技生產(chǎn)的STC12C5A系列單片機(jī)。程序模塊設(shè)計(jì)AD采樣程序voidADC_Power_On()//AD轉(zhuǎn)換電{ ADC_CONTR|=0x80; delay(5);//必要的延時(shí)}voidget_ad_result()//取AD結(jié)果函數(shù),它是十位AD轉(zhuǎn)換，每十次平均，最后取低八位作為//AD采樣數(shù)據(jù){ uinti,q=0; for(i=0;i<10;i++) { tp=0; ADC_RES=0;//高八位數(shù)據(jù)清零,STC12C5A60S2AD數(shù)//據(jù)存放名與STC12C54××系列不同 ADC_RESL=0;//低兩位清零 ADC_CONTR|=0x08;//啟動(dòng)AD轉(zhuǎn)換 while(!tp)//判斷AD轉(zhuǎn)換是否完成 { tp=0x10; tp&=ADC_CONTR; } ADC_CONTR&=0xe7; ad_average_result=ADC_RES; q=q+ad_average_result; } ad_average_result=q/10;}voidcaiyang()//測(cè)電壓{P1M0|=0x01;//設(shè)P1_0為開(kāi)漏模式如：P1_0=#00000000BADC_CONTR=0xe0;//設(shè)置P1.0為輸入AD轉(zhuǎn)換口delay(2);get_ad_result();//取轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)Vin=ad_average_result;}定時(shí)器初始化程序voidInit_timer0(){ EA=1;//開(kāi)總中斷 ET0=1;//允許定時(shí)器0中斷 TMOD=1;//定時(shí)器工作方式選為16位內(nèi)部時(shí)鐘計(jì)時(shí) TL0=0x00; TH0=0x00;//定時(shí)器賦予初值計(jì)時(shí)時(shí)間t=2^16*2us=131.072ms TR0=1;}外部中斷初始化程序voidinit_interrupt(){ EA=1; EX0=1; IT0=1;//外部中斷選擇邊沿觸發(fā)}外部中斷服務(wù)程序voidint0_interrupt(void)interrupt0{TR0=0;Timeus=256*TH0+TL0TR0=1;TH0=0;TL0=0;}定時(shí)器中斷服務(wù)程序voidtimer0_interrupt(void)interrupt1using0{ TL0=0x00; TH0=0x00; count++;}數(shù)碼管顯示程序voidwrite(gw,sw,bw,sy){ we3=0; P0=~table[sy]; we0=1; we1=1; we2=1;delay_ms(1); we2=0; P0=~(table[gw]+0x01);//點(diǎn)亮小數(shù)點(diǎn) we0=1; we1=1; we3=1; delay_ms(1); we1=0; P0=~table[sw]; we0=1; we3=1; we2=1; delay_ms(1); we0=0; P0=~table[bw]; we3=1; we1=1; we2=1; delay_ms(1);}延時(shí)1ms程序voiddelay_ms(uintx) { uinti,j; for(i=x;i>0;i--) for(j=240;j>0;j--); }串口通信程序voidserial_port_one_initial(){//P0M1&=0X00; //P0M0&=0X00; SCON=0x50;//0101,00008位可變波特率，無(wú)奇偶校驗(yàn)位TMOD=0x21;//0011,0001設(shè)置定時(shí)器1為8位自動(dòng)重裝計(jì)數(shù)器TH1=RELOAD_COUNT;//設(shè)置定時(shí)器1自動(dòng)重裝數(shù)TL1=RELOAD_COUNT;TR1=1;//開(kāi)定時(shí)器1 BRT = RELOAD_COUNT;//BRTR=1,S1BRS=1,EXTRAM=1;//ENABLEEXTRAM AUXR = 0x11;//T0x12,T1x12,UART_M0x6,BRTR,S2SMOD,BRTx12,EXTRAM,S1BRS EA=1;//開(kāi)總中斷 ES=1;//允許串口中斷}voidsend_UART_one(unsignedchari){ES=0;//關(guān)串口中斷TI=0;//清零串口發(fā)送完成中斷請(qǐng)求標(biāo)志SBUF=i;while(TI==0);//等待發(fā)送完成TI=0;//清零串口發(fā)送完成中斷請(qǐng)求標(biāo)志ES=1;//允許串口中斷}voidUART_one_Interrupt_Receive(void)interrupt4{if(RI==1){RI=0;delay_ms(5);com_flag=SBUF;//send_UART_one(com_flag); /*if(k==0x55) { k=0; com_flag=1; }*/ }else{TI=0;}}主程序#include<STC12C5A60S2.H>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedint#include<intrins.h>#defineRELOAD_COUNT0xfd//11.0592MHz,12T,SMOD=0,9600bpssbitwe0=P3^4;sbitwe1=P3^5;sbitwe2=P3^6;sbitwe3=P3^7;sbitled0=P2^0;sbitled1=P2^1;sbitled2=P2^2;sbitled3=P2^3;sbitled4=P2^4;sbitled5=P2^5;sbitled6=P2^6;sbitled7=P2^7;sbitbeep=P1^4;ucharcodetable[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07, 0x07f,0x6f,0x39,0x76};//0123456789CHuchartp,ad_average_result=0,Vin=0,bw,sw,gw,sy,count=0;uintTimeus=0,temperature,rh;voidseparate(uintnum){ num=num*10;