儲藏室溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)

...wd......wd......wd...“計算機(jī)控制系統(tǒng)〞課程設(shè)計報告題目儲藏室溫濕度監(jiān)測系統(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101.AD采樣程序102.定時器初始化程序113.外部中斷初始化程序114.外部中斷服務(wù)程序115.定時器中斷服務(wù)程序126.數(shù)碼管顯示程序127.延時1ms程序138.串口通信程序139.主程序14五、調(diào)試要點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)，尤其對于那些食物、糧食等需要進(jìn)展生命活動的被儲藏對象來說，維持溫濕度的相對恒定尤為重要。當(dāng)溫度或濕度偏離正常范圍一定程度時，它們可能進(jìn)展無氧呼吸甚至生長等，使得質(zhì)量無法保障，達(dá)不到儲藏的目的。所以，我們設(shè)計了一個儲藏室的溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)。當(dāng)溫度超過30℃或者相對濕度超過80%時報警，提醒倉庫管理員進(jìn)展通風(fēng)降溫等?？傮w方案為了實現(xiàn)設(shè)計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量環(huán)境的溫度，利用濕敏傳感器測量周圍環(huán)境中的濕度；傳感器的輸出信號經(jīng)過運(yùn)算放大器的放大后經(jīng)過單片機(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)過分析，將控制信號通過IO口輸出，控制數(shù)碼管將相應(yīng)的數(shù)據(jù)顯示出來，當(dāng)采得的數(shù)據(jù)到達(dá)設(shè)定的閾值時通過IO口輸出控制信號，經(jīng)過驅(qū)動電路的放大，驅(qū)動蜂鳴器發(fā)出聲音報警。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型，如，批量生產(chǎn)可降低本錢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-溫度特性呈線性變化的線性熱敏電阻器，自動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，需要測量的溫度測量誤差不大于1℃，測量范圍在30℃以下。根據(jù)測量要求，可以知道熱敏電阻中的線性熱敏電阻及通用型熱敏電阻等。其中通用型熱敏電阻測量的溫度上限為100℃，適合本系統(tǒng)的測量要求，并且價格廉價。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性關(guān)系。但是，通過對熱敏電阻器增加串聯(lián)電阻或者并聯(lián)電阻的方法可以實現(xiàn)線性化，不過靈敏度會下降，在50℃的溫度跨度內(nèi)，可以講非線性誤差控制在0.1℃以下，可以滿足本工程的要求。鉑電阻是一種性能極其穩(wěn)定、測量范圍寬達(dá)-200~+650℃的溫度傳感器，是在高精度溫度測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、具有熱響應(yīng)速度快的優(yōu)點外，還由于容易獲得高電阻值，而容易進(jìn)展電路設(shè)計，測量電路如以下圖所示。熱電偶是利用貝塞克效應(yīng)進(jìn)展溫度測量的，其最大的優(yōu)點在于溫度測量的范圍極寬，并且測量精度高。但是，測量過程繁瑣，所以不適合本系統(tǒng)采用。由于鉑熱電阻器線性度很好，并且穩(wěn)定，所以在該測量過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：測量范圍：-200℃～+850℃；允許偏差值△℃：A級±〔0.15＋0.002│t│〕，B級±〔0.30＋0.005│t│〕；熱響應(yīng)時間<30s。另外，Pt100溫度傳感器還具有抗振動、穩(wěn)定性好、準(zhǔn)確度高、耐高壓等優(yōu)點。為了提高溫度測量的準(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；在價格允許的情況下，Pt100傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器和運(yùn)放的線性度要高。同時，利用軟件矯正其誤差，可以使測得溫度的精度在±0.2℃左右。濕度傳感器濕度測量傳感器包括：電阻值變化型相對濕度傳感器，陶瓷型相對濕度傳感器，電容量變化型相對濕度傳感器，利用自加熱型熱敏電阻器制作的相對濕度傳感器。其中陶瓷型相對濕度傳感器適用于長時間處于高濕環(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%的相對濕度下使用。根據(jù)工程需求，在此只需要使用通用型相對濕度傳感器即可。電容量變化型相對濕度傳感器與電阻值變化型相對濕度傳感器具有線性輸出的特點，所以不需要線性化電路或利用程序進(jìn)展線性化處理等。而且這種相對濕度傳感器對于濕度的變化響應(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：其測量電路如下所示：數(shù)碼管選擇系統(tǒng)設(shè)計要求使用同一組數(shù)碼管進(jìn)展顯示，并且由于溫度測量誤差不大于1℃，相對濕度測量誤差小于10%所以此題目中選擇4位8段數(shù)碼管，顯示溫度時最低位顯示符號“C〞，顯示濕度時最低位顯示符號“H〞〔濕度的英文單詞humidity首字母〕。為了便于觀察，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)放對傳感器的輸出信號進(jìn)展放大，然后再利用AD將運(yùn)放放大后的輸出信號采樣輸入到控制單元當(dāng)中。為了防止運(yùn)算放大器對負(fù)信號進(jìn)展放大，以免使用負(fù)電源所以需要對傳感器電路進(jìn)展調(diào)節(jié)，最終使得當(dāng)溫度處于最低值時輸出電壓為正值。此時可以選擇通用的運(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，價格低廉等優(yōu)點，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不被誤識別，同樣需要設(shè)計放大電路進(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)與計算機(jī)之間通信時，經(jīng)常選擇串口通信作為通信的方式。在本監(jiān)測系統(tǒng)當(dāng)中，我們需要根據(jù)儲藏室的大小合理的設(shè)定監(jiān)控點的數(shù)量，對于需要多個監(jiān)控點的儲藏室，就需要不同的微機(jī)之間以及微機(jī)與計算機(jī)之間進(jìn)展通信。為了使用方便，我們在選擇單片機(jī)時選擇那些具有串口通信功能的型號即可滿足使用的要求。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足以滿足整個系統(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較大的電解電容。單片機(jī)輸出報警信號，在驅(qū)動電路的驅(qū)動下蜂鳴器發(fā)出聲音。根據(jù)儲藏室的大小，選擇蜂鳴器的功率及設(shè)計驅(qū)動電路或選擇驅(qū)動芯片。在此選擇HYD-3026，其聲強(qiáng)到達(dá)85dB，供電電壓為5V，40mA驅(qū)動電流。為此設(shè)計如下驅(qū)動電路，由于9013的最大輸出電流為625mA滿足需要，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、定時器、中斷、IO口等資源，以及兩個串口。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AD采樣程序voidADC_Power_On()//AD轉(zhuǎn)換電{ ADC_CONTR|=0x80; delay(5);//必要的延時}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()//測電壓{P1M0|=0x01;//設(shè)P1_0為開漏模式如：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;}定時器初始化程序voidInit_timer0(){ EA=1;//開總中斷 ET0=1;//允許定時器0中斷 TMOD=1;//定時器工作方式選為16位內(nèi)部時鐘計時 TL0=0x00; TH0=0x00;//定時器賦予初值計時時間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);//點亮小數(shù)點 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，無奇偶校驗位TMOD=0x21;//0011,0001設(shè)置定時器1為8位自動重裝計數(shù)器TH1=RELOAD_COUNT;//設(shè)置定時器1自動重裝數(shù)TL1=RELOAD_COUNT;TR1=1;//開定時器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;